JPH07142407A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラズマ空間の周辺部における高周波電極と
アース電極の電気的に見た対向面積比が、中央部におけ
る対向面積比と等しくなるようにしてプラズマの性質を
均一化し、成膜装置に適用した際に、膜厚、膜質の均一
な薄膜を形成する。 【構成】 真空容器１内に、導入ガスに高周波電力を供
給する高周波電極２とアース電位の基板トレイ３とを対
向配設し、電極２と基板トレイ３間にプラズマを発生さ
せる。高周波電極２と基板トレイ３との間に形成される
プラズマ空間の周囲を覆って、高周波電極２に近い側に
これと同電位とした補助電極４を、基板トレイ３に近い
側にこれと同電位とした補助電極５をそれぞれ設け、こ
れら補助電極４，５の、プラズマ空間に向く面積の比を
所定の値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置等に
使用するプラズマ発生装置に関し、特に均一成膜を行う
ためのプラズマ分布制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマ発生装置を内設した従来のプラ
ズマＣＶＤ装置の一例を図７に示す。図において、真空
容器１はガス排気口１１を有し、図略の真空ポンプによ
り排気されて内部が真空に保たれている。上記真空容器
１内には、基板６を保持するアース電位の基板トレイ３
と高周波電極２とが対向して配してある。上記高周波電
極２は偏平な容器体で、基板６と対向する表面に多数の
ガス導入口２１が形成され、裏面にはガス導入管２２が
接続されている。成膜ガスはガス導入管２２よりガス導
入口２１を経て、真空容器１内に導入される。

【０００３】導入された成膜ガスは、高周波電源２３か
らマッチングボックス２４、高周波電極２を経て供給さ
れる電力によりプラズマ状態となり、プラズマ空間、あ
るいは基板６の表面で化学反応を起こして、基板６上に
堆積し、薄膜を形成する。

【０００４】上記従来のプラズマＣＶＤ装置は、基板ト
レイ３の中央部と周辺部とで、形成される薄膜の膜厚、
膜質が不均一であり、このため均一な成膜面積が大きく
とれないという問題があった。この原因の一つは、プラ
ズマ空間の中央部と周辺部のプラズマの性質が異なるこ
とにあると考えられ、これを解決するための方法がいく
つか提案されている。

【０００５】例えば、特開昭６３─１８６４１９号公報
では、基板ホルダと同電位としたシールド枠体により高
周波電極の側面を包囲し、プラズマを電極対の間に閉じ
込めて、プラズマの不均一を解消しようとしている（第
１従来例）。一方、実公昭６４─１９５８号公報では、
放電電極板を複数に分割して、個々の放電電極板に導入
される高周波電力を別々にコントロールすることで、プ
ラズマの密度分布を調整することが検討されている（第
２従来例）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発明者
等の実験によれば、第１従来例のプラズマ発生装置によ
っても、プラズマの均一化は未だ十分ではない。また、
第２従来例では、プラズマ密度分布の制御には有効であ
るものの、それ以外のプラズマの性質は均一化されず、
膜厚、膜質の均一な薄膜を形成することは依然として難
しい。

【０００７】発明者等が行った実験およびシミュレーシ
ョンによれば、従来装置におけるプラズマ不均一の原因
は、プラズマ空間の中央部と周辺部とで高周波電極とア
ース電極（基板トレイ３）の電気的に見た対向面積比が
異なっていることにある。すなわち、図７に示した従来
のプラズマＣＶＤ装置において、プラズマ空間の中央部
では高周波電極２とアース電極３の対向面積比はおよそ
１：１であるのに対し、周辺部では、基板トレイ３に加
え真空容器１の内壁がアース電極として機能するため、
電気的に見た対向面積比は１：ａ（ａ＞１）となる。こ
のように周辺部ではアース電極の実質的な面積が大きく
なっており、この電極面積の違いがプラズマ不均一の原
因になっていると考えられる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、プラズマ空間の
周辺部における高周波電極とアース電極の電気的に見た
対向面積比が、中央部における対向面積比と等しくなる
ようにし、これにより中央部と周辺部のプラズマの性質
を均一化して、成膜装置に適用した際に、膜厚、膜質の
均一な薄膜を形成することが可能なプラズマ発生装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の構成を説明する
と、真空容器１内に、導入ガスに高周波電力を供給する
高周波電極２とアース電極３とを対向配設し、両電極
２，３間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置にお
いて、上記高周波電極２とアース電極３との間に形成さ
れるプラズマ空間の周囲を覆って、高周波電極２に近い
側に該電極２と同電位とした第１補助電極４を、アース
電極３に近い側に該電極３と同電位とした第２補助電極
５をそれぞれ設け、これら第１補助電極４と第２補助電
極５の、プラズマ空間に向く面積の比を所定の値となし
たものである。

【００１０】

【作用】補助電極を設けない場合には、既述の如く、プ
ラズマ空間の周辺部では高周波電極２とアース電極３の
電気的に見た対向面積比が１：ａ（ａ＞１）となる。そ
こで、ブラズマ空間の周囲を覆って、高周波電極２と同
電位とした第１補助電極４、およびアース電極３と同電
位とした第２補助電極５を設けて、これら電極４，５が
プラズマ空間に臨む面積の比を所定の値にすると、プラ
ズマ空間の周辺部における高周波電極２とアース電極３
の対向面積比が補正されてその電気的に見た比が１：１
となる。この結果、周辺部のプラズマの性質が中央部と
同じになり、アース電極２上に設けた基板に積層形成さ
れる薄膜の膜質、膜厚は中央部と周辺部で均一となる。
また、上記両補助電極４，５の面積比を適当に変化させ
れば、周辺部における高周波電極２とアース電極３の電
気的に見た対向面積比が所望の値に変更されるから、周
辺部のプラズマの性質が制御され、中央部の薄膜の膜
質、膜厚に対して、周辺部の膜質、膜厚を所定のものに
設定することが可能となる。

【００１１】

【実施例１】図１に本発明のプラズマ発生装置を利用し
たプラズマＣＶＤ装置の一例を示す。図において、真空
容器１は、底面にガス排気口１１を有し、図略の真空ポ
ンプにより内部ガスが排出されて真空に保持されてい
る。上記真空容器１内には、その内壁に保持せしめて基
板トレイ３が配され、該基板トレイ３上の中心部と周辺
部に複数の基板６が保持されている。なお、この基板ト
レイ３はアース電極として機能する。

【００１２】上記基板トレイ３の対向位置には、高周波
電極２が配してある。該高周波電極２の、上記基板トレ
イ３に対向する表面には多数のガス導入口２１が形成し
てあり、背面に接続されたガス導入管２２を経て成膜ガ
スが真空容器１内に導入される。上記高周波電極２は、
外部に設置された高周波電源２３に、マッチングボック
ス２４を介して接続されている。

【００１３】高周波電極２と基板トレイ３の間の空間を
覆って、一対の筒状補助電極４，５が配設され、これら
補助電極４，５は先端が小間隙をなして対向するととも
に、その基端はそれぞれ高周波電極２と基板トレイ３の
外周部に接触導通している。これら補助電極４，５の全
周面積は同一としてある。

【００１４】上記高周波電極２の背後には真空容器１に
連続するアースカバー１２が所定の間隙をおいて設けて
あり、電極２と真空容器１の内壁との間で放電が生じる
のを防止している。

【００１５】真空容器１内に導入された成膜ガスは、上
記高周波電源２３からマッチングボックス２４、高周波
電極２を経て供給される電力によりプラズマ状態とな
る。そして上記基板トレイ３と高周波電極２の間に形成
されるプラズマ空間、あるいは上記基板６の表面で化学
反応を起こして基板６上に堆積し、薄膜を形成する。

【００１６】この時、プラズマ空間を覆うようにその周
囲に設けられて高周波電極２に接触導通する補助電極４
は、図２に示すように、高周波電極２と同様の高周波で
正負が交番する電位に維持され、一方、基板トレイ３に
接触導通する補助電極５は一定のアース電位に維持され
る。

【００１７】補助電極４，５のプラズマ空間に臨む面積
は同一、すなわち面積比を１：１としたから、基板トレ
イ３の周辺部における電気的に見た高周波電極２との対
向面積比が実質的に１：１となり、プラズマの性質は中
央部および周辺部のいずれでも均一となって、基板トレ
イ３の中央部および周辺部のいずれに設けた基板６にも
均質な薄膜が形成される。

【００１８】この効果をイオン電流で確認すると、図３
において、高周波（ＲＦ）電位の補助電極４の面積Ｓ１
に対してアース電位の補助電極５の面積Ｓ２が大きい
程、基板トレイ３の中心から離れるにしたがってイオン
電流は大きくなる。反対に、上記面積Ｓ１に対して面積
Ｓ２が小さい程、基板トレイ３の中心から離れるにした
がってイオン電流は小さくなる。結局、上記面積Ｓ１，
Ｓ２を等しく、すなわち面積比Ｓ１／Ｓ２を１／１にし
た時に、基板トレイ３上の広い範囲でイオン電流はほぼ
均一となり、中央部と周辺部でプラズマが均質になるこ
とが知られる。

【００１９】

【実施例２】ところで、上記実施例１の結果は、矩形状
の基板トレイ３のコーナ部から離れた部分では成立する
が、コーナ部においては面積比Ｓ１／Ｓ２を１／１にし
てもイオン電流は中心部と同一にはならない。そこで、
図４に示す如く、補助電極４と補助電極５の面積比Ｓ１
／Ｓ２を、各辺の中央部からコーナ部へ連続的に変化さ
せる。これにより、コーナ部を含む基板トレイの全面で
プラズマの性質を均一にできる。

【００２０】

【実施例３】上記各実施例では基板トレイ３の外周縁に
これに接触導通せしめてアース電位となる補助電極５を
設けたが、これに代えて図５に示す如く、高周波電極２
の背後を覆うアースカバー１２を、高周波電極２の外方
より基板トレイ３近くまで延伸させて補助電極５として
も良い。この場合の実質的な補助電極５の面積は、補助
電極２の背後から露出してプラズマ空間に直接臨む部分
の面積となる。

【００２１】

【実施例４】基板トレイ３周辺部のプラズマの性質は真
空容器１内の圧力、温度等の他の要因によっても変化す
る。そこで、図６に示す如く、補助電極４を付設のモー
タ７１により進退可能となして、補助電極４，５の面積
比Ｓ１／Ｓ２を変更可能とする。すなわち、補助電極４
を進出させると、プラズマ空間に臨むその面積Ｓ１が大
きくなる一方、補助電極５のプラズマ空間に臨む面積Ｓ
２は小さくなり、面積比Ｓ１／Ｓ２は大きくなる。補助
電極４を退入させた場合はこの逆である。上記モータ７
１はフィードバック制御器７によって正逆駆動される。
このフィードバック制御器７にはプラズマ空間の中央部
と周辺部にそれぞれプラズマモニタ７２，７３が設けて
あり、これらプラズマモニタ７２，７３からの信号に応
じて上記モータ７１を介して補助電極４を適当に進退さ
せることにより、中央部と周辺部のプラズマを常に均質
に保つことができる。

【００２２】なお、本発明はプラズマＣＶＤ装置だけで
なく、スパッタ装置、エッチング装置などプラズマを用
いる真空装置であればいずれにも適用することができ
る。また、アノードカップリング、カソードカップリン
グのいずれにも適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明のプラズマ発生装
置は、例えばプラズマＣＶＤ装置に適用して、中央部と
周辺部におけるプラズマの不均一を解消することがで
き、膜厚、膜質の均一な薄膜をより広い面積に形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるプラズマＣＶＤ装置
の全体概略断面図である。

【図２】電極配置を示す概念図である。

【図３】プラズマ空間のイオン電流分布を示す図であ
る。

【図４】本発明の実施例２における電極配置を示す概略
斜視図である。

【図５】本発明の実施例３におけるプラズマＣＶＤ装置
の全体概略断面図である。

【図６】本発明の実施例４におけるプラズマＣＶＤ装置
の全体概略断面図である。

【図７】従来のプラズマＣＶＤ装置の全体概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 真空容器 １１ ガス排気口 １２ アースカバー ２ 高周波電極 ２２ ガス導入管 ２３ 高周波電源 ３ 基板トレイ（アース電極） ４ 第１補助電極 ５ 第２補助電極 ６ 基板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内に、導入ガスに高周波電力を
   供給する高周波電極とアース電極とを対向配設し、両電
   極間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置におい
   て、上記高周波電極とアース電極との間に形成されるプ
   ラズマ空間の周囲を覆って、高周波電極に近い側に該電
   極と同電位の第１補助電極を、アース電極に近い側に該
   電極と同電位の第２補助電極をそれぞれ設け、これら第
   １補助電極と第２補助電極の、プラズマ空間に向く面積
   の比を所定の値となしたことを特徴とするプラズマ発生
   装置。