JPH08253862A - Cvd装置 - Google Patents

Cvd装置

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JPH08253862A
JPH08253862A JP7057065A JP5706595A JPH08253862A JP H08253862 A JPH08253862 A JP H08253862A JP 7057065 A JP7057065 A JP 7057065A JP 5706595 A JP5706595 A JP 5706595A JP H08253862 A JPH08253862 A JP H08253862A
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JP
Japan
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frequency
electrode
load
plasma
coaxial cylindrical
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JP7057065A
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English (en)
Inventor
Noritoshi Tomikawa
典俊 富川
Takahiro Harada
隆宏 原田
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Toppan Inc
Original Assignee
Toppan Printing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】CVD成膜の際にプラズマ負荷とプラズマ発生
用電極負荷を含めた装置負荷に消費される高周波電力を
電源周波数に係わらず一定かつ最大ならしめるCVD装
置を提供する。 【構成】プラズマ発生用電極を兼ね備えたCVD成膜装
置において、プラズマ発生用電極に連結された電極導入
軸および同軸円筒型アースシールドの長さを可変できる
構造とし、電極導入軸及び同軸円筒型アースシールドの
長さを可変することは、電気的にはそれぞれ高周波イン
ダクタンス及びキャパシタンスを変化させることにな
る。前記高周波インダクタンス及びキャパシタンスはプ
ラズマ負荷とともに直列共振回路を形成しているため、
装置負荷にかかる高周波電圧と電流との位相差を調整で
き、装置負荷における正味の消費電力を電源周波数に係
わらず一定かつ最大にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高周波プラズマを利用
する薄膜形成用のCVD装置に関わり、広い周波数範囲
で装置負荷における正味の消費電力を周波数に係わらず
一定ならしめることで、工業的に常用される13.56
MHzよりも高い周波数領域で発生する高密度プラズマ
を利用して成膜する場合の電力利用効率を上げるCVD
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】表面処理や成膜プロセスにおいてプラズ
マを利用するものは多い。プラズマの発生方法としては
直流、高周波、マイクロ波等があるが、特に高周波プラ
ズマを利用するCVD装置では整合器が設置され、整合
器を含めた負荷回路全体での電力消費を最大にし、また
電源や発振回路を保護している。整合器は高周波電源側
と整合器を含めた負荷側をマッチングさせるため周波数
の同調とインピーダンスの調整を行うものである。さら
に整合器はプラズマ負荷の容量成分、誘導成分、抵抗成
分と電極負荷の浮遊容量成分等を合わせた装置負荷と結
合し、整合器を含めた負荷側全体のインピーダンスを、
高周波電源側の出力インピーダンス(通常は純抵抗で5
0[Ω])に合わせるためのものである。
【0003】従来のCVD装置では、プラズマ発生電源
周波数として工業的には13.56MHzの高周波が広
く使用され周波数は一定であった。しかし、近年ではプ
ラズマプロセスに与えるプラズマ励起周波数の効果が注
目され、前記の13.56MHzや27MHz、40M
Hz、60MHz等の固定周波数型のものだけでなく、
数kHzから数百MHzの広範囲の周波数可変型のCV
D装置が採用されている。周波数を可変にすることで、
発生するプラズマの密度、電子温度、セルフバイアス等
のプラズマパラメーターが変化するので、成膜プロセス
によって適宜使い分ける必要があるからである。
【0004】図2は従来のCVD装置の具体例を示すも
のである。高周波電源1、整合器2、電極5等の装置負
荷4を含む真空槽3から構成される。電極5は通常、容
量結合型の平行平板型電極等や誘導結合型のコイル電極
が用いられる。装置負荷のインピーダンスはプラズマ負
荷の容量成分、誘導成分、抵抗成分の他に、電極5等の
装置形状に由来する浮遊容量成分等を含むので、実際の
成膜にあたりプラズマを効率的に発生させるためには、
整合器2が必要となる。整合器2は電源周波数同調用の
可変容量素子とマッチング調整用の可変誘導素子からな
るが、先に述べたように、高周波電源側と整合器を含め
た負荷側をマッチングさせるため周波数の同調とインピ
ーダンスの調整を行うものであって、あくまでも整合器
2自身を含めた負荷回路全体での電力消費を最大にする
ことを目的としている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2のCVD装置を用
いて、高周波電源1からの出力周波数が10MHzから
100MHzの間で、進行波出力を一定の100[W]
とし反射波出力が1[W]以下におさまるまで整合調整
した後、装置負荷にかかる電圧、電流および位相差を測
定したところ、装置負荷における正味の電力消費の電源
周波数依存性は図5に示す通りである。高周波電源1か
らの投入電力100[W]に対し、装置負荷4での正味
の消費電力PNET は大きく変動し、決して一定ではなか
った。ここでは正味の電力消費PNET は実効値電圧を
V、実効値電流をI、位相差をφとしたとき、以下の式
から求められる。尚、COSφを力率と呼び、電力の投
入のし易さを表す。 PNET =VICOSφ
【0006】以上のように、従来のCVD装置の場合、
電源周波数に対応してそれに見合う整合器を用いて、整
合調整できたとしても、装置負荷における電圧と電流の
位相差が異なるため、正味の電力消費が電源からの出力
と異なり、また一定でもなかった。
【0007】本発明は、前記事情に鑑みて創案されたも
ので、電極自体に静電容量及び誘導係数可変の構造を持
たせることで、装置負荷にかかる電圧と電流との位相差
を調整して装置負荷における正味の消費電力を電源周波
数に係わらず一定かつ最大ならしめ、工業的に常用され
る13.56MHzよりも高い周波数領域で発生する高
密度プラズマを利用して成膜する場合の電力利用効率を
上げるCVD装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、プラズマ負荷と電極負荷を含む装置負
荷に対して所定の周波数範囲内で連続的に選択可能な高
周波を供給して成膜を行うCVD装置において、特に前
記電極の静電容量と誘導係数が可変の構造を有すること
を特徴とするCVD装置であって、具体的には前記電極
の誘導係数の可変構造が電極導入軸長さを可変すことに
よって得られ、さらに前記電極の静電容量の可変構造が
同軸円筒型アースシールドの長さを可変することによっ
て得られることを特徴とする。
【0009】
【作用】適切な静電容量レンジ及び誘導係数レンジを有
する可変容量素子及び可変誘導素子を用いた高周波に対
する同調及びインピーダンス調整いわゆる整合調整と、
電極導入軸及び同軸円筒型アースシールドの長さを可変
して装置負荷にかかる電圧と電流の位相調整を、交互に
行うことにより、装置負荷における正味の消費電力を一
定にした上で最終的に装置負荷のインピーダンスを整合
点に合わせることができる。
【0010】同軸円筒型アースシールドは静電容量を持
ち、電極導入軸は特に数十MHz以上の高周波領域では
誘導係数を持つから、図3の等価回路で示すように、電
極負荷を含む装置負荷は直列共振回路を構成する。位相
調整後の共振点ではインピーダンスが純抵抗成分になる
ため、電圧と電流の位相差が生じないから、装置負荷で
の正味の消費電力が最大になる。よって、工業的に常用
される13.56MHzよりも高い周波数領域で発生す
るプラズマを利用して成膜する場合の電力利用効率を上
げることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図1は同実施例の全体構成図である。図1に示すよ
うに、このCVD装置は高周波電源1、整合器2、平行
平板電極6と電極導入軸7及び同軸円筒型アースシール
ド8から形成される装置負荷4を含む真空槽3から構成
される。尚、以下に述べる本実施例の高周波電源1の最
大出力は500[W]を前提としている。
【0012】平行平板電極6の直径は120[mm]で
あり、電極導入軸7及び同軸円筒型アースシールド8は
昇降機9により個々に上下に昇降できるようになってお
り、可動部の真空絶縁、高電圧絶縁対策が施されてい
る。さらに整合器2と電極導入軸7は高電圧電極に接す
る接触器10を介し、電気的に接続されている。以上の
構成により、電極導入軸7の長さを可変にすることによ
り、高周波誘導係数を調整でき、同様に同軸円筒型アー
スシールド8の長さを可変することにより静電容量を調
整できる。
【0013】更に、装置負荷4にかかる電圧と電流との
位相差を測定するために、整合器2と真空槽3の連結部
に高周波高電圧プローブ11と高周波電流計12を設置
した。高周波高電圧プローブ11は100MHz対応で
出力比1000:1、高周波電流計12は100MHz
対応で出力比1:1の電圧出力型であった。高周波高電
圧プローブ11と高周波電流計12からの出力ケーブル
は、200MHz対応のデジタルストレージオシロスコ
ープ13に接続した。
【0014】次に、本実施例によるプラズマ調整作用を
説明する。装置負荷4として、平行平板電極6の電極間
距離を30[mm]に、Ar圧力を300[mTor
r]に保った。また、プラズマ励起用の高周波電源1と
しては、最大出力500[W]で10〜100MHzの
周波数可変タイプのものを用いた。まず、整合器を用い
て、進行波出力を100[W]一定にして反射波出力が
1[W]以下に収まるまで整合調整する。
【0015】その後、電極導入軸7及び同軸円筒型アー
スシールド8の長さを変えることで、装置負荷にかかる
電圧と電流との位相差を±5度以下に位相調整する。こ
の時、高周波高電圧プローブ11により電圧を、高周波
電流計12により電流を検出し、デジタルストレージオ
シロスコープ13により電圧と電流との位相差を測定し
た。
【0016】この調整により装置負荷のインピーダンス
は整合点からわずかにずれるので、再度整合調整を行
う。この様に整合調整と位相調整を交互に繰り返すこと
により、装置負荷における正味の消費電力を一定にした
うえで最終的に装置負荷のインピーダンスを整合点に合
わせることができる。この時の装置負荷における正味の
消費電力の電源周波数依存性は図4に示す通り、周波数
によらずほぼ一定かつ最大であった。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 1)電極導入軸及び同軸円筒型アースシールドの長さ可
変即ち高周波誘導係数及び静電容量の調整機構を有し、
プラズマ負荷とともに直列共振回路を形成させることに
より、装置負荷にかかる電圧と電流との位相差を調整で
きるため、装置負荷における正味の消費電力を電源周波
数によらず一定にすることができる。 2)前記可変構造の電極負荷を含む装置負荷がつくる直
列共振回路においては、共振時のインピーダンスが純抵
抗となり、位相差をなくすことができるため、装置負荷
における正味の消費電力を電源周波数によらず常に最大
にすることができる。 3)装置負荷における正味の消費電力を電源周波数によ
らず一定かつ最大にすることができるので、工業的に常
用される13.56MHzよりも高い周波数領域で発生
するプラズマの、周波数に依存して変化するパラメータ
ーを成膜プロセスによって適宜使い分ける場合に有効で
ある。
【0018】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図。
【図2】従来のCVD装置の構成図。
【図3】本発明の一部を表す等価回路。
【図4】本発明のCVD装置による負荷における正味の
消費電力の電源周波数依存性を示す。
【図5】従来のCVD装置による負荷における正味の消
費電力の電源周波数依存性を示す。
【符号の説明】
1…高周波電源 2…整合器 3…真空槽 4…装置負荷 5…電極 6…平行平板電極 7…電極導入軸 8…アースシールド 9…昇降機 10…接触器 11…高周波高電圧プローブ 12…高周波電流計 13…デジタルストレージオシロスコープ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラズマ負荷とプラズマ発生用電極(以下
    電極と呼ぶ)負荷を含む装置負荷に対して所定の周波数
    内で連続的に選択可能な高周波を供給して成膜を行うプ
    ラズマCVD装置(以下単にCVD装置と呼ぶ)であっ
    て、該電極の静電容量と誘導係数が可変の構造を有する
    ことを特徴とするCVD装置。
  2. 【請求項2】前記電極の誘導係数の可変構造が電極導入
    軸長さを可変することによって得られることを特徴とす
    る請求項1記載のCVD装置。
  3. 【請求項3】前記電極の静電容量の可変構造が同軸円筒
    型アースシールドの長さを可変することによって得られ
    ることを特徴とする請求項1または2記載のCVD装
    置。
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