JPH0831753A

JPH0831753A - Ｖｈｆプラズマ処理方法及び装置

Info

Publication number: JPH0831753A
Application number: JP16708294A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Tashiro; 和昭田代; Tatsumi Shoji; 辰美庄司; Chiori Mochizuki; 千織望月; Hidemasa Mizutani; 英正水谷
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 1996-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】ＶＨＦプラズマ処理方法及び装置において、
放電が容易に開始し、放電状態がより短時間で安定する
プラズマ処理方法及び装置を提供する。【構成】周波数が３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下で
あるＶＨＦ高周波によるプラズマを減圧可能な容器内で
発生させ、該プラズマ中で被処理材の処理を行うプラズ
マ処理方法において、処理時に使用する高周波の周波数
よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発生さ
せた後、所定のＶＨＦ高周波によるプラズマに切り換え
て処理を行うことを特徴とするＶＨＦプラズマ処理方
法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】
本発明は、半導体等の製造工程に使用される
高周波スパッタ装置、高周波プラズマＣＶＤ装置、高周
波エッチング装置等のプラズマ処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】高周波を利用するプラズマ処理装置は上
述のように、スパッタ装置、エッチング装置などがある
が、ここでは従来のアモルファスシリコン等の薄膜形成
用高周波プラズマＣＶＤ装置を例にとって本発明に係る
従来の技術を説明する。

【０００３】このような装置においては、従来印加され
る高周波は１３．５６ＭＨｚのＲＦ周波数が用いられて
いる。これはこの周波数がＩＭＳ（工業用、科学用、医
療用）標準周波数であり、これに対する規制の放出限界
が非ＩＭＳ周波数、特に通信帯内の周波数に対して厳し
くないからである。この周波数を用いた装置が多く製造
されており、入手しやすいのでますます広く使われるも
のとなっている。

【０００４】これらの利点にもかかわらず、高速成膜の
実現の為に最近さらに高いＶＨＦ帯の高周波を利用する
試みがなされている。

【０００５】例えば東京工業大学の小田らは、１４４Ｍ
ＨｚのＶＨＦ高周波を用い、高速成膜を実現し、良質な
アモルファスシリコンの作成できたことを報告している
（”Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆａ−Ｓｉ：ＨＦ
ｉｌｍｓｂｙＶＨＦＰｌａｓｍａＣＶＤ”Ｍａ
ｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．１１８（１
９８８）ｐｐ．１１７−１２２）。

【０００６】１３．５６ＭＨｚのＲＦ高周波を用いる従
来のアモルファスシリコン成膜装置では、１Å／ｓｅｃ
程度の成膜速度でしか最適な膜特性を有する膜は得られ
ず、装置のスループットが良くないので、結果製造コス
トを上げるという問題があった。

【０００７】そこでより高い成膜速度を実現する方法が
要求され、例えばアモルファスシリコン等の薄膜を作製
する装置について、３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ高周波
を利用し、高速成膜を実現しようという試みがなされて
いる。

【０００８】高い成膜速度を得るためには、まず印加電
力を上げ、プラズマの電子濃度を高めること、ガスの圧
力を上げることが必要である。つまり電子濃度を上げ、
分子濃度を上げ、分解生成を促す方法が一般的である。

【０００９】しかしながら、これらの条件を従来の１
３．５６ＭＨｚの高周波で実現しようとすると、気相中
で反応分子の重合反応を誘発し、その結果ポリシリコン
の生成が起こりやすくなり、さらにこれらがダストとな
り膜中に取り込まれ組織の欠陥となるなどして、単純に
ＲＦ高周波で高速成膜を実現しようとすると、膜質の低
下をもたらすので、現状の技術における成膜装置ではせ
いぜい１Å／ｓｅｃの成膜速度を出すのが限界であっ
た。

【００１０】これに対して３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ
高周波を用いる方法では、周波数を上げることにより、
プラズマ中の電子のエネルギー分布が変わり、ガスを分
解できるエネルギーを有する高エネルギー側のプラズマ
の電子密度を容易に上げることができ、その結果ガスの
分解効率を上げることができるので、印加電力、ガスの
圧力をあげることなく、前記のような組織欠陥を招くこ
となく容易な条件で良質な高速成膜を実現することがで
きる。

【００１１】以下図面を用いて説明するが、まずＶＨＦ
高周波を用いた従来のプラズマＣＶＤ成膜装置を図５に
示す。一般的に高周波プラズマ処理装置は、高周波電源
５１３とこれから供給される高周波電力を効率よく伝達
するための整合器５１２、プラズマ発生チャンバー５０
４からなる。高周波電源の出力インピーダンスは一般に
５０オームに設定してある。第二電極５１０、プラズマ
発生チャンバー５０４、プラズマを含む負荷側のインピ
ーダンスは通常放電条件等により異なる。しかし高周波
電力が最も効率よく伝達されるためには、高周波電源側
の出力インピーダンスと負荷側の入力インピーダンスと
を一致させなければならないのでその間に、整合器５１
２を配し、放電毎に、この整合器を調節しインピーダン
スの整合を行い、高周波電力が最も効率よくプラズマ側
に伝達されるようにする。

【００１２】基板５０７はこの第一電極５０９上に配置
される。５１１はプラズマ閉じ込め用のプラズマシール
ドである。５０１はロータリーポンプ、５０２はターボ
分子ポンプであり、チャンバーの真空引きと反応ガスの
排気とを行う。プラズマ空間は第二電極、第一電極、プ
ラズマシールドで囲まれた閉空間となっており、ガスを
直接周囲から供給するのは難しい。第一電極には基板を
配置するので、これからのガス供給はできず、またプラ
ズマシールド側からガスを供給することは可能である
が、ガスの流れの影響を考えると好ましくない。よって
第二電極側から原料ガスの供給を行いたい。そこで、図
の５０８はガス配管であり、絶縁体を挟んで、第二電極
に接続する。供給されたガスは拡散板（第二電極表面上
のシャワーヘッド）を通して、プラズマ内に放出される
構造となっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】基本的には上記のよう
な構造であるＶＨＦプラズマ処理装置にＶＨＦ高周波を
用いる場合、周波数ｆ＝１０ＭＨｚでは波長が約３０
ｍ、１００ＭＨｚでは３ｍ、３００ＭＨｚでは１ｍの波
長となる。装置の大きさを考慮すると、このような短波
長は無視できないものである。つまり高周波の波長が装
置の大きさに対して無視できない長さになると、後に述
べるように装置自体が高周波伝送回路になるので、装置
自身の持っているインダクタンスやキャパシタンスが無
視できなくなり、さらにこれらは分布定数として働くこ
とになる。たとえば第二電極側からガスを供給するため
には、これまで整合器側からガス配管を引き回し、ガス
を外部から第二電極に導入する方法がとられていた。し
かしながら周波数が高くなるにしたがい、波長が短くな
り電極の構造ばかりでなく、このガス配管の持つ浮遊容
量や浮遊インダクタンスも問題になってくることが実験
により明らかになった。

【００１４】これらの浮遊容量や浮遊インダクタンスが
ＶＨＦプラズマ処理に及ぼす影響について述べる。図９
にプラズマ処理装置の電気的な等価回路を示す。Ｒ₀ は
高周波電源Ａの出力インピーダンスである。高周波の周
波数をｆ＝２πω、電極容量Ｃ₀、プラズマのインピー
ダンスをＲ_P、整合器ＢのインダクタンスをＬ、容量を
Ｃ₁、Ｃ₂ とする。この等価回路を整合が取れている適
当な条件で解くと、

【００１５】

【数１】が成立する。電極容量Ｃ₀は装置を設計した段階で決ま
り、これが一定の時、整合の取れた状態で放電を行うに
は、周波数ｆが高いほど、Ｌ、Ｃ₂を小さくする必要が
ある。理想的にはを満たすＬ、Ｃ₂を取れば、容易に
放電し、放電は維持されるはずである。しかしながら実
際の装置では、浮遊容量、浮遊インダクタンスが存在す
るために、周波数によってはを満たすことができず、
放電の維持どころか、放電の開始が困難となる。周波数
が１３．５６ＭＨｚ程度の場合は、この浮遊容量、浮遊
インダクタンスは整合器のＬ、Ｃ₂に比べ無視できる
が、周波数が上がってＶＨＦ領域となると無視できなく
なる。つまり整合器だけでは浮遊容量、浮遊インダクタ
ンスのために整合が困難になる。実際ＶＨＦの放電を行
う場合の条件を満たすようにしていくと、放電開始が
非常に困難になってくるという問題点があった。さらに
放電はしても整合がとりにくい、整合に時間がかかると
いう問題もあった。

【００１６】従来はこれに対し、投入電力を大きくして
放電を開始し、その後整合を取りながら、電力を所定の
値に設定していた。しかしこの方法では反射波が大きい
状態で電源を使わなければならず、電源への過負荷が問
題となり実現には限界があった。さらにＶＨＦ放電では
成膜速度が非常に速くなるので、放電が始まってから、
整合をとって安定した放電にするまでに要する時間が長
いと、このあいだに膜が堆積してしまい均一な膜ができ
ないとか、少なくとも、初期膜は不均一なものになると
いう問題があった。これは界面が重要な要件となるデバ
イスを作製する場合には大きな問題である。

【００１７】図８ａにシランガスを成膜ガスとして用い
た場合のプラズマ中のラジカルＳｉＨ^* の発光強度の時
間依存の一例を示す。図に示されているように、放電は
しにくいし、放電しても整合がなかなかとれず、放電状
態が非常に不安定である。放電の安定までに５分近くも
かかるようでは、この間に成膜された膜厚は２０００Å
程度にも達することがあり、これでは薄膜デバイス用に
使うことなどは非常に困難であった。

【００１８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑みて、ＶＨＦプラズマ処理方法及び装置において、放
電が容易に開始し、放電状態がより短時間で安定するＶ
ＨＦプラズマ処理方法及び装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、周波数が３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下である
ＶＨＦ高周波によるプラズマを減圧可能な容器内で発生
させ、該プラズマ中で被処理材の処理を行うプラズマ処
理方法において、処理時に使用する高周波の周波数より
も低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発生させた
後、所定のＶＨＦ高周波によるプラズマに切り換えて処
理を行うことを特徴とするＶＨＦプラズマ処理方法であ
る。

【００２０】また本発明のＶＨＦプラズマ処理方法は、
処理を行うときの周波数よりも低い周波数をもつ高周波
をＲＦ高周波とすることを含むものである。

【００２１】また本発明は、ＶＨＦ高周波電源供給系
と、前記高周波電源により内部にプラズマを生起させて
被処理材の処理を行う減圧可能な容器と、前記容器の排
気系とを有するＶＨＦプラズマ処理装置において、処理
時に使用する高周波の周波数よりも低い周波数をもつ高
周波によりプラズマを発生させる手段と、プラズマ発生
後に所定のＶＨＦ高周波によりプラズマを維持する手段
とを有することを特徴とするＶＨＦプラズマ処理装置で
ある。

【００２２】また本発明のＶＨＦプラズマ処理装置は、
減圧可能な容器内で対向する第一電極、第二電極を有す
る基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズマＣＶＤ装置で
あって、処理時に使用する高周波の周波数よりも低い周
波数をもつ高周波によりプラズマを発生させる手段が、
ＲＦ高周波電源と該ＲＦ高周波を整合する整合器とから
なり、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高周波によりプラ
ズマを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電源と該ＶＨＦ高
周波を整合する整合器とからなり、前記ＲＦ高周波が該
第二電極に供給されてプラズマが生起され、プラズマ発
生後に前記ＶＨＦ高周波が該第二電極に供給されてプラ
ズマが維持されることを含むものである。

【００２３】また本発明のＶＨＦプラズマ処理装置は、
減圧可能な容器内で対向する第一電極、第二電極を有す
る基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズマＣＶＤ装置で
あって、処理時に使用する高周波の周波数よりも低い周
波数をもつ高周波によりプラズマを発生させる手段が、
ＲＦ高周波電源と該ＲＦ高周波を整合する整合器とから
なり、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高周波によりプラ
ズマを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電源と該ＶＨＦ高
周波を整合する整合器とからなり、前記ＲＦ高周波が基
板を保持する該第一電極に供給されてプラズマが生起さ
れ、プラズマ発生後に前記ＶＨＦ高周波が基板を保持す
る第一電極と対向する該第二電極に供給されてプラズマ
が維持されることを含むものである。

【００２４】また本発明のＶＨＦプラズマ処理装置は、
減圧可能な容器内で対向する第一電極、第二電極を有す
る基板上に薄膜を成膜ＶＨＦプラズマＣＶＤ装置であっ
て、処理時に使用する高周波の周波数よりも低い周波数
をもつ高周波によりプラズマを発生させる手段が、ＲＦ
高周波電源と該ＲＦ高周波を整合する整合器とからな
り、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高周波によりプラズ
マを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電源と該ＶＨＦ高周
波を整合する整合器とからなり、前記ＲＦ高周波がプラ
ズマシールドに供給されてプラズマが生起され、プラズ
マ発生後に前記ＶＨＦ高周波が該第二電極に供給されて
プラズマが維持されることを含むものである。

【００２５】また本発明のＶＨＦプラズマ処理装置は、
減圧可能な容器内で対向する第一電極、第二電極を有す
る基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズマＣＶＤ装置で
あって、周波数可変のＲＦ−ＶＨＦ共通高周波電源の周
波数を変更することによりＲＦ高周波とＶＨＦ高周波と
の切換えを行い、ＲＦ高周波が該第二電極に供給されて
プラズマが生起され、プラズマ発生後に前記ＶＨＦ高周
波が、整合器を介して該第二電極に供給されてプラズマ
が維持されることを含むものである。

【００２６】

【作用】減圧可能な容器内に周波数ｆ＝３０〜３００Ｍ
ＨｚのＶＨＦ高周波を用いてプラズマを発生させ、該プ
ラズマ中で処理を行うＶＨＦプラズマ処理装置におい
て、本発明では、プラズマ処理に使う周波数より低い高
周波を用いてまず放電を開始し、しかる後所定のＶＨＦ
高周波に設定し放電を維持する（構造とする）ことによ
り、放電の開始を容易にし、安定放電をも容易に得るこ
とができる。この方法を実現する為の構造は実施例によ
り説明する。

【００２７】放電開始のために、少なくとも１３．５６
ＭＨｚのＲＦ高周波などの低い周波数をまず印加し、こ
れにより放電を開始したのち、ＶＨＦ高周波を印加しＶ
ＨＦでの放電にする。このとき装置、整合器の方の調整
はＲＦプラズマ、ＶＨＦプラズマが放電しているときの
最適値に予め調節しておく。そうすることにより、整合
に手間どることもなく、放電も容易に開始できる。本発
明の方法、装置を利用することにより、プラズマ処理に
よる高速成膜は実現できるし、装置側の設計も容易にす
ることができる。

【００２８】

【実施例】

実施例１図１は、本発明に係る第１の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。図中の１０４
はステンレスからなる成膜チャンバー外壁、１０９はス
テンレスからなる第一電極である。本装置はロードロッ
ク方式の成膜装置であり、ロード室とアンロード室とを
持っており（図示せず）、第一電極は可動式になってい
る。１０６は第一電極の移動を支える構造物である。基
板１０７をこの第一電極上に設置したのち、第一電極ご
とロード室から、成膜チャンバー内に入れる。１０５は
基板加熱用のヒーターである。このヒーターにより第一
電極と該第一電極上の基板とを背面から幅射熱により加
熱する。１１１はプラズマ閉じ込め用のプラズマシール
ドである。放電を開始する前に、このプラズマシールド
は、第一電極に密着するような構造になっている。１０
１はロータリーポンプ、１０２はターボ分子ポンプであ
り、チャンバーの真空引きと反応ガスの排気を行う。１
１０は第二電極である。

【００２９】基板を設置した第一電極を成膜チャンバー
内に設定したのち、１００％シランガスを、バルブ、流
量計（図示せず）、拡散板（第二電極表面上のシャワー
ヘッド）を通しながら、十分均一に、チャンバー内に放
出させた。この時の流量は１００ｓｃｃｍとした。成膜
チャンバー内圧力を０．１Ｔｏｒｒに保った。ガスはプ
ラズマシールドに設けられた穴から、チャンバーの背面
にある排気ポンプ（ターボ分子ポンプ１０２、ロータリ
ーポンプ１０１）により排気した。このときチャンバー
とターボ分子ポンプとの間に設けられたゲートバルブ１
０３は通常チャンバーとポンプ側の隔絶のために用いら
れるが、圧力調整用の弁としても用いられる。この弁の
開閉の度合を調整することで、この部分でのコンダクタ
ンスを変化させ、実効排気速度を任意に調節し、流量と
独立に圧力を制御することができる。

【００３０】成膜条件を設定した後高周波電力を投入
し、放電を行った。本実施例では、放電開始用のＲＦ電
源１１４と、ＶＨＦ電源１１５の２種類を用意する。Ｒ
Ｆ電源につながる整合器１１２と、ＶＨＦ電源につなが
る整合器１１３を通して、それぞれの高周波は点Ｐでそ
れぞれの同軸ケーブルを結合させ、第二電極へ供給でき
るようになっている。高周波電力の印加の様子を図６に
模式的に示す。まず初めにＲＦ電源から第二電極に５０
ＷのＲＦ高周波を印加した。このときＲＦ整合器の整合
条件はＲＦ初期放電の時の値に前もって設定しておく。
放電が開始したら、ＶＨＦ電源から、５０ＷのＶＨＦ高
周波を印加する。尚、出力５０Ｗのときの成膜速度は、
ＲＦでは１Å／ｓｅｃ程度、ＶＨＦでは２０Å／ｓｅｃ
以上である。したがってＲＦ放電の間、不均一な膜が堆
積する問題は殆ど無視できる。ＲＦプラズマに重層して
ＶＨＦプラズマが発生した。この時点でＲＦ電源を切
り、ＶＨＦ放電のみにした。この時整合器はＶＨＦ放電
の最適条件に設定してあり、安定なＶＨＦプラズマが得
られた。シランを用いて放電を起こし、ＳｉＨ^* の発光
強度を、放電時間に対してモニタしたデータを図８中、
曲線ｂに示す。横軸の時間は図６の時間と対応してい
る。縦軸は安定後の値を１．０として規格化してある。
ＲＦ高周波により放電を開始したときの発光強度は小さ
いが、ＶＨＦ放電が開始すると十分大きくなった。さら
に従来装置と違って、本発明に係る装置では、ＶＨＦ放
電が開始すると、ただちに安定な放電となり、十分な整
合状態が得られた。本例では、放電開始後１分で安定な
ＶＨＦプラズマが得られた。

【００３１】本実施例の構造を取ることにより、高周波
電力は第二電極側から導入するので、第一電極側の構造
は簡単になり、第一電極移動式ロードロック型では好適
なものとなった。

【００３２】本実施例ではアモルファスシリコンを成膜
するためのプラズマＣＶＤ装置を取り上げたが、ＶＨＦ
高周波を利用するスパッタ装置、エッチング装置におい
ても本発明は基本的に適用できる。

【００３３】実施例２図２は、本発明に係る第２の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。成膜チャンバ
ーの電極部分以外は基本的に実施例１と同じである。図
中の２０４はステンレスからなる成膜チャンバー外壁、
２０９はステンレスからなる第一電極である。本装置は
ロードロック方式の成膜装置であり、ロード室とアンロ
ード室を持っており（図示せず）、基板ホルダー２１６
上に設置された基板は可動式になったホルダーごと、ロ
ード室を通して、成膜チャンバー内の第一電極上に設置
される。この時基板ホルダーと第一電極とは密着する構
造となっている。２０６はホルダーの移動を支える構造
物である。２０５は基板加熱用のヒーターである。この
ヒーターにより第一電極と、第一電極上の基板とを熱伝
導により加熱する。２１１はプラズマ閉じ込め用のプラ
ズマシールドである。２０１はロータリーポンプ、２０
２はターボ分子ポンプであり、チャンバーの真空引きと
反応ガスの排気とを行う。２１０は第二電極である。

【００３４】基板を成膜チャンバー内に設置後、１００
％シランガスを、バルブ、流量計（図示せず）、拡散板
（第二電極表面上のシャワーヘッド）を通しながら十分
均一に、チャンバー内に放出させた。この時の流量は１
００ｓｃｃｍとした。成膜チャンバー内圧力を０．１Ｔ
ｏｒｒに保ちながら、ガスはプラズマシールドに設けら
れた穴から、チャンバーの背面にある排気ポンプ（ター
ボ分子ポンプ２０２、ロータリーポンプ２０１）により
排気した。このときチャンバーとターボ分子ポンプとの
間に設けられたゲートバルブ２０３は通常チャンバーと
ポンプ側の隔絶のために用いられるが、圧力調整用の弁
としても用いられる。この弁の開閉の度合を調整するこ
とで、この部分でのコンダクタンスを変化させ、実効排
気速度を任意に調節し、流量と独立に圧力を制御するこ
とができる。

【００３５】この後高周波電力を投入し、放電を始め
た。本実施例では、実施例１と同じように放電開始用の
ＲＦ電源２１４と、ＶＨＦ電源２１５の２種類を用意し
た。本実施例では放電開始用のＲＦ高周波は、基板のあ
る側の第一電極２０９にＲＦ電源専用の整合器２１３を
通して供給した。放電用ＶＨＦ高周波はＶＨＦ専用の整
合器２１２を通して、第二電極２１０に供給した。高周
波電力の印加の様子を図６に模式的に示す。これは第一
の実施例と基本的に同じである。まず初めにＲＦ電源か
ら第一電極に５０ＷのＲＦの高周波を印加した。このと
き整合器２１３の整合条件はＲＦ初期放電の整合条件時
の値に設定しておく。ＲＦ高周波専用の整合器を有して
いるので、放電は非常に容易に開始した。そのためＲＦ
電力を上げて放電を開始する必要ななかった。放電が開
始したら、１分後にＶＨＦ電源から、５０ＷのＶＨＦ高
周波を印加した。ＶＨＦ放電の方は整合が非常に難しい
ので、予め、最適の整合条件を求めて置き、これを設定
しておく。ＲＦプラズマに重層してＶＨＦプラズマが発
生した。この時点でＲＦ電源を切り、ＶＨＦ放電のみに
した。ＶＨＦ放電の整合条件は予め設定してあるので、
切り替えと同時に安定なＶＨＦプラズマが得られた。シ
ランを用いて放電を起こし、ＳｉＨ^* の発光強度を、放
電時間に対してモニタしたデータを図８中、曲線ｃに示
す。横軸の時間は図６の時間と対応している。ＲＦ高周
波により放電を開始したときの強度は小さいが、ＶＨＦ
放電が開始すると十分大きくなった。さらに従来装置と
違って、本発明に係る装置ではＶＨＦ放電が開始する
と、ただちに安定な放電となり、十分な整合状態が得ら
れた。ＲＦ、ＶＨＦの回路が独立しているので、ＶＨＦ
回路の構造が簡略化され、放電は非常に安定であった。

【００３６】本実施例では放電開始用電源を接続する電
極とＶＨＦ放電用の電極を異なるものにすることで、Ｒ
Ｆ放電用に専用の回路を用意することができ、放電開始
を非常に容易にすることができた。

【００３７】本実施例ではアモルファスシリコンを成膜
するためのプラズマＣＶＤ装置を取り上げたが、ＶＨＦ
高周波を利用するスパッタ装置、エッチング装置におい
ても本発明は基本的に適用できる。

【００３８】実施例３図３は、本発明に係る第３の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。成膜チャンバ
ーの電極部分以外は基本的に実施例１と同じである。図
中の３０４はステンレスからなる成膜チャンバー外壁、
３０９はステンレスからなる第一電極である。第一電極
は可動式になっている。基板３０７はこの第一電極上に
配置され、ロード室（図示せず）を通して、成膜チャン
バー内に設置される。３０６は第一電極の移動を支える
構造物である。３０５は基板加熱用のヒーターである。
このヒーターにより第一電極と、第一電極上の基板とを
背面から輻射熱により加熱する。３１１はプラズマ閉じ
込め用のプラズマシールドであり、同時に本実施例では
このプラズマシールドを放電開始用の電極として使用す
る。３０１はロータリーポンプ、３０２はターボ分子ポ
ンプであり、チャンバーの真空引きと反応ガスの排気と
を行う。３１０は第二電極である。

【００３９】基板を成膜チャンバー内に設置した後１０
０％シランガスを、バルブ、流量計（図示せず）、拡散
板（第二電極表面上のシャワーヘッド）を通して十分均
一に、チャンバー内に放出した。この時の流量は１００
ｓｃｃｍとした。成膜チャンバー内圧力を０．１Ｔｏｒ
ｒに保ちながら、ガスはプラズマシールドに設けられた
穴から、チャンバーの背面にある排気ポンプ（ターボ分
子ポンプ３０２、ロータリーポンプ３０１）により排気
した。このときチャンバーとターボ分子ポンプとの間に
設けられたゲートバルブ３０３は通常チャンバーとポン
プ側の隔絶のために用いられるが、圧力調整用の弁とし
ても用いられる。この弁の開閉度合を調整することで、
この部分でのコンダクタンスを変化させ、実効排気速度
を任意に調節し、流量と独立に圧力を制御することがで
きる。

【００４０】基板をチャンバー内に設置した後、高周波
放電を開始した。本実施例では、以上の例と同じように
放電開始用のＲＦ電源３１４と、ＶＨＦ電源３１５の２
種類を用意した。本実施例では、プラズマシールド３１
１はＲＦ高周波印加用電極を兼ねるものである。このプ
ラズマシールド３１１に専用の整合器３１３を通して、
ＲＦ高周波を印加する構造とした。高周波電力の印加の
様子を図６に模式的に示す。基本的に実施例１，２と同
様な印加の仕方となる。まず初めにＲＦ電源からプラズ
マシールドに５０ＷのＲＦ高周波を印加した。このとき
整合器３１３の整合条件はＲＦ放電の時の値に前もって
設定しておく。放電が開始すると、１分後にＶＨＦ電源
から、５０ＷのＶＨＦ高周波を印加した。ＲＦプラズマ
に重層してＶＨＦプラズマが発生した。この初期放電は
本実施例では基板周辺に遍在する可能性もあるので、な
るべく早くＶＨＦに切り換えることが必要である。この
時点でＲＦ電源を切り、同時にこのプラズマシールドを
接地した。以後はＶＨＦ放電のみで放電を維持した。Ｖ
ＨＦ放電の整合条件は予め設定してあるので、切り替え
と同時に安定なＶＨＦプラズマが得られた。シランを用
いて放電を起こし、ＳｉＨ^* の発光強度を、放電時間に
対してモニタしたデータを図８中、曲線ｅに示す。横軸
の時間は図６の時間と対応している。ＲＦ高周波により
放電を開始したときの強度は小さいが、ＶＨＦ放電が開
始すると十分大きくなった。さらに従来装置と違って、
本発明に係る装置ではＶＨＦ放電が開始すると、ただち
に安定な放電となり、十分な整合が得られた。

【００４１】本実施例の構造をとることにより、プラズ
マシールドが放電開始電極を兼ねるので、第一電極側の
構造を簡単にすることができる。

【００４２】本実施例ではアモルファスシリコンを成膜
するためのプラズマＣＶＤ装置を取り上げたが、ＶＨＦ
高周波を利用するスパッタ装置、エッチング装置におい
ても本発明は基本的に適用できる。

【００４３】実施例４図４は、本発明に係る第４の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構造を示す模式図である。成膜チャンバ
ーの電極部分以外は基本的に実施例１と同じである。図
中の４０４はステンレスからなる成膜チャンバー外壁、
４０９はステンレスからなる第一電極である。本装置は
ロードロック方式の成膜装置であり、ロード室とアンロ
ード室とを持っており（図示せず）、第一電極は可動式
になっている。４０６は第一電極の移動を支える構造物
である。基板４０７をこの第一電極上に設置したのち、
ロード室から、第一電極ごと成膜チャンバー内に入れ
る。４０５は基板加熱用のヒーターである。このヒータ
ーにより第一電極と、第一電極上の基板とを背面から輻
射熱により加熱する。４１１はプラズマ閉じ込め用のプ
ラズマシールドである。放電を開始する前に、このプラ
ズマシールドは、第一電極に密着する構造になってい
る。４０１はロータリーポンプ、４０２はターボ分子ポ
ンプであり、チャンバーの真空引きと反応ガスの排気と
を行う。４１０は第二電極である。

【００４４】基板を設置した第一電極を成膜チャンバー
内に設定したのち、１００％シランガスを、バルブ、流
量計（図示せず）、拡散板（第二電極表面上のシャワー
ヘッド）を通しながら、十分均一に、チャンバー内に放
出した。この時の流量は１００ｓｃｃｍとした。成膜チ
ャンバー内圧力を０．１Ｔｏｒｒに保ち、ガスはプラズ
マシールドに設けられた穴から、チャンバーの背面にあ
る排気ポンプ（ターボ分子ポンプ４０２、ロータリーポ
ンプ４０１）により排気した。このときチャンバーとタ
ーボ分子ポンプとの間に設けられたゲートバルブ４０３
は通常チャンバーとポンプ側の隔絶のために用いられる
が、圧力調整用の弁としても用いられる。この弁の開閉
の度合を調整することで、この部分でのコンダクタンス
を変化させ、実効排気速度を任意に調節し、流量と独立
に圧力を制御することができる。

【００４５】図７に本実施例における高周波の印加の仕
方を示す。縦軸は周波数、横軸は放電時間である。本実
施例では、周波数可変のＲＦ、ＶＨＦ共通電源４１３を
用いた。まず初めに１３．５６ＭＨｚのＲＦ高周波を第
二電極に印加した。このとき整合器４１２の整合条件は
ＶＨＦ放電の時の値に前もって設定しておく。ＲＦ高周
波で放電するときは、整合のずれた条件になるが、ＲＦ
の場合にはこれでも十分放電は開始する。放電が開始し
たら、電源の高周波をＶＨＦ領域に切り替えた。それに
応じてＲＦプラズマからＶＨＦプラズマへと１分以内に
移行した。切り替えた時点で整合はすでに取れており、
安定なＶＨＦプラズマが得られた。

【００４６】図８中、曲線ｄに放電を開始してからの、
ＳｉＨ^* の発光強度をモニタしたデータを示す。横軸の
時間は図７の時間と対応している。

【００４７】本実施例では、一つの電源でＲＦ波とＶＨ
Ｆ波とを切り替える設計にしているので、装置の全体的
な大きさを小さくすることができた。さらに第二電極側
に一括して電力を供給できるので、第一電極側の設計が
容易になった。

【００４８】本実施例ではアモルファスシリコンを成膜
するためのプラズマＣＶＤ装置を取り上げたが、ＶＨＦ
高周波を利用するスパッタ装置、エッチング装置におい
ても本発明は基本的に適用できる。

【００４９】

【発明の効果】減圧可能な容器内に周波数ｆ＝３０〜３
００ＭＨｚのＶＨＦ高周波を用いてプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中で処理を行うＶＨＦプラズマ処理装置
において、処理に使う周波数より低い高周波を用いて放
電を開始し、しかる後所定のＶＨＦ高周波に設定し放電
を維持する装置又は方法により、放電の開始を容易に
し、放電の安定をも容易に得ることができ、高性能のプ
ラズマ処理を可能にすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【図２】本発明に係る第２の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【図３】本発明に係る第３の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【図４】本発明に係る第４の実施例であるＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置の構成を示す模式図である。

【図５】従来のＶＨＦプラズマＣＶＤ装置の構成を示す
模式図である。

【図６】第１，２，３の実施例における高周波印加の様
子を示すグラフである。

【図７】第４の実施例における高周波印加の様子を示す
グラフである。

【図８】放電中のＳｉＨ^* の発光強度の放電時間依存を
示すグラフである。

【図９】プラズマ処理装置の電気的な等価回路を示す模
式図である。

【符号の説明】

１０４，２０４，３０４，４０４チャンバー外壁１１１，２１１，３１１，４１１プラズマシールド１０６，３０６，４０６第一電極支え２０６ホルダー支え１０７，２０７，３０７，４０７基板１０９，２０９，３０９，４０９第一電極１１０，２１０，３１０，４１０第二電極１０５，２０５，３０５，４０５ヒーター１０３，２０３，３０３，４０３ゲートバルブ１０２，２０２，３０２，４０２ターボ分子ポンプ１０１，２０１，３０１，４０１ロータリーポンプ１１２，１１３，２１２，２１３，３１２，３１３，４
１２，５１２整合器１０８，２０８，３０８，４０８ガス配管１１４，２１４，３１４，５１３ＲＦ電源１１５，２１５，３１５ＶＨＦ電源４１３周波数可変高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水谷英正東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周波数が３０ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以
下であるＶＨＦ高周波によるプラズマを減圧可能な容器
内で発生させ、該プラズマ中で被処理材の処理を行うプ
ラズマ処理方法において、処理時に使用する高周波の周
波数よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発
生させた後、所定のＶＨＦ高周波によるプラズマに切り
換えて処理を行うことを特徴とするＶＨＦプラズマ処理
方法。
【請求項２】処理を行うときの周波数よりも低い周波
数をもつ高周波をＲＦ高周波とする請求項１に記載のＶ
ＨＦプラズマ処理方法。
【請求項３】ＶＨＦ高周波電源供給系と前記高周波電
源により内部にプラズマを生起させて被処理材の処理を
行う減圧可能な容器と、前記容器の排気系とを有するＶ
ＨＦプラズマ処理装置において、処理時に使用する高周
波の周波数よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズ
マを発生させる手段と、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ
高周波によりプラズマを維持する手段とを有することを
特徴とするＶＨＦプラズマ処理装置。
【請求項４】減圧可能な容器内で対向する第一電極、
第二電極を有する基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置であって、処理時に使用する高周波の周波
数よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発生
させる手段が、ＲＦ高周波電源と該ＲＦ高周波を整合す
る整合器とからなり、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高
周波によりプラズマを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電
源と該ＶＨＦ高周波を整合する整合器とからなり、前記
ＲＦ高周波が該第二電極に供給されてプラズマが生起さ
れ、プラズマ発生後に前記ＶＨＦ高周波が該第二電極に
供給されてプラズマが維持される請求項３に記載のＶＨ
Ｆプラズマ処理装置。
【請求項５】減圧可能な容器内で対向する第一電極、
第二電極を有する基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置であって、処理時に使用する高周波の周波
数よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発生
させる手段が、ＲＦ高周波電源と該ＲＦ高周波を整合す
る整合器とからなり、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高
周波によりプラズマを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電
源と該ＶＨＦ高周波を整合する整合器とからなり、前記
ＲＦ高周波が基板を保持する該第一電極に供給されてプ
ラズマが生起され、プラズマ発生後に前記ＶＨＦ高周波
が基板を保持する第一電極と対向する該第二電極に供給
されてプラズマが維持される請求項３に記載のＶＨＦプ
ラズマ処理装置。
【請求項６】減圧可能な容器内で対向する第一電極、
第二電極を有する基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置であって、処理時に使用する高周波の周波
数よりも低い周波数をもつ高周波によりプラズマを発生
させる手段が、ＲＦ高周波電源と該ＲＦ高周波を整合す
る整合器とからなり、プラズマ発生後に所定のＶＨＦ高
周波によりプラズマを維持する手段が、ＶＨＦ高周波電
源と該ＶＨＦ高周波を整合する整合器とからなり、前記
ＲＦ高周波がプラズマシールドに供給されてプラズマが
生起され、プラズマ発生後に前記ＶＨＦ高周波が該第二
電極に供給されてプラズマが維持される請求項３に記載
のＶＨＦプラズマ処理装置。
【請求項７】減圧可能な容器内で対向する第一電極、
第二電極を有する基板上に薄膜を成膜するＶＨＦプラズ
マＣＶＤ装置であって、周波数可変のＲＦ−ＶＨＦ共通
高周波電源の周波数を変更することによりＲＦ高周波と
ＶＨＦ高周波との切り替えを行い、ＲＦ高周波が該第二
電極に供給されてプラズマが生起され、プラズマ発生後
に前記ＶＨＦ高周波が、整合器を介して該第二電極に供
給されてプラズマが維持される請求項３に記載のＶＨＦ
プラズマ処理装置。