JPH09106898A - プラズマｃｖｄ装置、プラズマ処理装置及びプラズマｃｖｄ方法 - Google Patents
プラズマｃｖｄ装置、プラズマ処理装置及びプラズマｃｖｄ方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
- H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマ発生電極と処理室の間の電気絶縁部
材に溝を形成することにより、基体上に導電膜を堆積す
る場合にも電気絶縁部材の絶縁性能が低下しないように
する。 【構成】 プラズマ発生電極６１は、実質的に１ターン
のコイルであり、処理室２０の壁を貫通する１対の導入
部分６２、６３を備えている。この導入部分と処理室２
０との間には、石英ガラス製の絶縁リング７１が配置さ
れている。この絶縁リング７１は、円板７２の中央に円
形の貫通孔７３が形成されていて、円板７２の一方の側
（処理室空間に露出する側）に３個の円環状の突起７４
が互いに同心状に形成されている。この円環状の突起７
４の間には、２個の円環状の溝７９が形成される。３個
の円環状の突起７４は、いずれも、高さが５０ｍｍ、肉
厚が１ｍｍであり、溝７９の深さも５０ｍｍである。溝
７９の幅は１ｍｍである。
材に溝を形成することにより、基体上に導電膜を堆積す
る場合にも電気絶縁部材の絶縁性能が低下しないように
する。 【構成】 プラズマ発生電極６１は、実質的に１ターン
のコイルであり、処理室２０の壁を貫通する１対の導入
部分６２、６３を備えている。この導入部分と処理室２
０との間には、石英ガラス製の絶縁リング７１が配置さ
れている。この絶縁リング７１は、円板７２の中央に円
形の貫通孔７３が形成されていて、円板７２の一方の側
（処理室空間に露出する側）に３個の円環状の突起７４
が互いに同心状に形成されている。この円環状の突起７
４の間には、２個の円環状の溝７９が形成される。３個
の円環状の突起７４は、いずれも、高さが５０ｍｍ、肉
厚が１ｍｍであり、溝７９の深さも５０ｍｍである。溝
７９の幅は１ｍｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、処理室の内部にプ
ラズマ発生電極を備えるプラズマＣＶＤ装置に関し、ま
た、このプラズマＣＶＤ装置を用いて導電膜を堆積させ
るプラズマＣＶＤ方法に関する。また、本発明は、処理
室の内部にプラズマ発生電極を備えるプラズマ処理装置
に関する。
ラズマ発生電極を備えるプラズマＣＶＤ装置に関し、ま
た、このプラズマＣＶＤ装置を用いて導電膜を堆積させ
るプラズマＣＶＤ方法に関する。また、本発明は、処理
室の内部にプラズマ発生電極を備えるプラズマ処理装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマＣＶＤ法は、プラズマを用いて
原料ガスを化学反応させて基体上に薄膜を堆積させる薄
膜形成方法であるが、このプラズマＣＶＤ法は、半導体
集積回路素子、超伝導素子、各種電子素子、各種センサ
ー等を構成している金属膜、半導体膜、絶縁膜、光導電
体膜、拡散防止膜、密着層膜等の薄膜を作製する手法と
して広く用いられている。処理室内にプラズマを発生さ
せるためにはプラズマ発生電極を用いるのが一般的であ
り、典型的には、このプラズマ発生電極に高周波電力を
印加している。このプラズマ発生電極の形式を分類する
と、容量結合方式と誘導結合方式とに分類でき、また別
の観点からは、処理室の外部に電極を配置する外部電極
方式と、処理室の内部に電極を配置する内部電極方式と
に分類できる。これらの形式の中で広く用いられている
のは、容量結合方式でかつ内部電極方式である平行平板
型のプラズマＣＶＤ装置である。また、誘導結合方式で
かつ外部電極方式の例としては、石英ガラス製の放電室
の周囲にコイル電極を巻いたプラズマＣＶＤ装置もよく
用いられている。本発明は、内部電極方式のプラズマＣ
ＶＤ装置に関連しており、またこのプラズマＣＶＤ装置
を用いて導電膜を堆積させることに関連している。
原料ガスを化学反応させて基体上に薄膜を堆積させる薄
膜形成方法であるが、このプラズマＣＶＤ法は、半導体
集積回路素子、超伝導素子、各種電子素子、各種センサ
ー等を構成している金属膜、半導体膜、絶縁膜、光導電
体膜、拡散防止膜、密着層膜等の薄膜を作製する手法と
して広く用いられている。処理室内にプラズマを発生さ
せるためにはプラズマ発生電極を用いるのが一般的であ
り、典型的には、このプラズマ発生電極に高周波電力を
印加している。このプラズマ発生電極の形式を分類する
と、容量結合方式と誘導結合方式とに分類でき、また別
の観点からは、処理室の外部に電極を配置する外部電極
方式と、処理室の内部に電極を配置する内部電極方式と
に分類できる。これらの形式の中で広く用いられている
のは、容量結合方式でかつ内部電極方式である平行平板
型のプラズマＣＶＤ装置である。また、誘導結合方式で
かつ外部電極方式の例としては、石英ガラス製の放電室
の周囲にコイル電極を巻いたプラズマＣＶＤ装置もよく
用いられている。本発明は、内部電極方式のプラズマＣ
ＶＤ装置に関連しており、またこのプラズマＣＶＤ装置
を用いて導電膜を堆積させることに関連している。
【０００３】内部電極方式のプラズマＣＶＤ装置では、
高周波電力が印加されるプラズマ発生電極は、処理室の
壁を通って処理室の内部に導入されている。この導入箇
所では、プラズマ発生電極と、接地されている金属製の
処理室との間に、電気絶縁部材を挿入して、プラズマ発
生電極と処理室とを電気的に絶縁している。
高周波電力が印加されるプラズマ発生電極は、処理室の
壁を通って処理室の内部に導入されている。この導入箇
所では、プラズマ発生電極と、接地されている金属製の
処理室との間に、電気絶縁部材を挿入して、プラズマ発
生電極と処理室とを電気的に絶縁している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
内部電極方式のプラズマＣＶＤ装置を用いて基体上に導
電膜を堆積する場合には、次のような問題が生じる。上
記電気絶縁部材に導電性の膜が付着すると、絶縁性能が
劣化し、安定したプラズマ生成ができなくなる。したが
って、この電気絶縁部材に導電膜ができるだけ付着しな
いように、プラズマ発生電極やその周囲の構造を工夫す
る必要がある。平行平板型のプラズマＣＶＤ装置では、
対向する平板電極の間でプラズマが発生するので、平板
電極の背面側に配置される電気絶縁部材には導電膜が付
着しにくい。しかし、誘導結合方式の内部電極（コイル
状の電極）を用いる場合には、プラズマ発生電極の周囲
にプラズマが発生するので、導入箇所の電気絶縁部材は
プラズマにさらされる可能性が高く、導電膜が付着しや
すい。
内部電極方式のプラズマＣＶＤ装置を用いて基体上に導
電膜を堆積する場合には、次のような問題が生じる。上
記電気絶縁部材に導電性の膜が付着すると、絶縁性能が
劣化し、安定したプラズマ生成ができなくなる。したが
って、この電気絶縁部材に導電膜ができるだけ付着しな
いように、プラズマ発生電極やその周囲の構造を工夫す
る必要がある。平行平板型のプラズマＣＶＤ装置では、
対向する平板電極の間でプラズマが発生するので、平板
電極の背面側に配置される電気絶縁部材には導電膜が付
着しにくい。しかし、誘導結合方式の内部電極（コイル
状の電極）を用いる場合には、プラズマ発生電極の周囲
にプラズマが発生するので、導入箇所の電気絶縁部材は
プラズマにさらされる可能性が高く、導電膜が付着しや
すい。
【０００５】このような問題点に関連して、電気絶縁部
材に溝を設けて導電膜の付着による絶縁劣化を防ぐよう
にした従来技術が特公昭６０−７９３７号公報に開示さ
れている。この従来技術は、処理室内に配置された対向
する２枚の平板電極の間に挿入した絶縁スペーサに関す
るものであり、この絶縁スペーサに溝を形成して導電膜
付着による絶縁劣化を防いでいる。
材に溝を設けて導電膜の付着による絶縁劣化を防ぐよう
にした従来技術が特公昭６０−７９３７号公報に開示さ
れている。この従来技術は、処理室内に配置された対向
する２枚の平板電極の間に挿入した絶縁スペーサに関す
るものであり、この絶縁スペーサに溝を形成して導電膜
付着による絶縁劣化を防いでいる。
【０００６】また、特開平７−１８４３３号公報は、誘
導結合方式の内部電極を用いてスパッタリング処理を行
う装置を開示している。この従来技術では、内部電極を
真空容器内に導入する絶縁部分に金属膜が堆積しないよ
うに、絶縁部分が容器内から死角位置になるような構造
にする、としているが、絶縁部分の具体的な形状や配置
状態は開示していない。
導結合方式の内部電極を用いてスパッタリング処理を行
う装置を開示している。この従来技術では、内部電極を
真空容器内に導入する絶縁部分に金属膜が堆積しないよ
うに、絶縁部分が容器内から死角位置になるような構造
にする、としているが、絶縁部分の具体的な形状や配置
状態は開示していない。
【０００７】なお、外部電極方式を用いて導電膜を堆積
すれば、上述のような電気絶縁部材の問題がなくなる
が、次のような別の問題もある。外部電極方式の一例と
して、石英ガラス製の放電室の周囲にコイル状の電極を
巻いてプラズマを発生させる場合を説明すると、放電室
の内壁に導電膜が堆積することになり、この導電膜は、
コイル状の電極に印加した高周波電力をシールドしてし
まう。このため、放電室内のプラズマの状態が不安定と
なり、ひどいときにはプラズマ生成が不可能となる。し
たがって、外部電極方式の従来のプラズマＣＶＤ装置を
用いて基体上に導電膜を堆積させる場合は、放電室の内
壁面をしばしば洗浄することが必要である。
すれば、上述のような電気絶縁部材の問題がなくなる
が、次のような別の問題もある。外部電極方式の一例と
して、石英ガラス製の放電室の周囲にコイル状の電極を
巻いてプラズマを発生させる場合を説明すると、放電室
の内壁に導電膜が堆積することになり、この導電膜は、
コイル状の電極に印加した高周波電力をシールドしてし
まう。このため、放電室内のプラズマの状態が不安定と
なり、ひどいときにはプラズマ生成が不可能となる。し
たがって、外部電極方式の従来のプラズマＣＶＤ装置を
用いて基体上に導電膜を堆積させる場合は、放電室の内
壁面をしばしば洗浄することが必要である。
【０００８】本発明の目的は、処理室の内部にプラズマ
発生電極を備えるプラズマＣＶＤ装置において、基体上
に導電膜を堆積する場合にもプラズマ発生電極と処理室
との間の絶縁性能が低下しないようにして、長期間にわ
たって安定したプラズマを維持することにある。
発生電極を備えるプラズマＣＶＤ装置において、基体上
に導電膜を堆積する場合にもプラズマ発生電極と処理室
との間の絶縁性能が低下しないようにして、長期間にわ
たって安定したプラズマを維持することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、処理室の内部
にプラズマ発生電極を有するプラズマＣＶＤ装置におい
て、プラズマ発生電極の導入部分と処理室との間に配置
した電気絶縁部材に特徴がある。この電気絶縁部材は、
プラズマ発生電極の導入部分が通過できる円形の貫通孔
と、処理室内に露出する側の表面に形成された環状の溝
とを備え、この溝が前記貫通孔を取り囲んでいる。この
環状の溝の開口部は、貫通孔の軸線に垂直な平面内にあ
ってもよく（すなわち、環状の溝の深さ方向は、貫通孔
の軸線に平行である）、または、貫通孔と同心の円筒面
内にあってもよい（すなわち、環状の溝の深さ方向は、
貫通孔の軸線に垂直である）。電気絶縁部材の処理室内
に露出する側の表面は粗面化するのが好ましい。
にプラズマ発生電極を有するプラズマＣＶＤ装置におい
て、プラズマ発生電極の導入部分と処理室との間に配置
した電気絶縁部材に特徴がある。この電気絶縁部材は、
プラズマ発生電極の導入部分が通過できる円形の貫通孔
と、処理室内に露出する側の表面に形成された環状の溝
とを備え、この溝が前記貫通孔を取り囲んでいる。この
環状の溝の開口部は、貫通孔の軸線に垂直な平面内にあ
ってもよく（すなわち、環状の溝の深さ方向は、貫通孔
の軸線に平行である）、または、貫通孔と同心の円筒面
内にあってもよい（すなわち、環状の溝の深さ方向は、
貫通孔の軸線に垂直である）。電気絶縁部材の処理室内
に露出する側の表面は粗面化するのが好ましい。
【００１０】環状の溝の幅は０．０１ｍｍ〜３ｍｍの範
囲内とし、好ましくは、０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲内と
する。溝の幅がこの上限範囲を越えると、プラズマが溝
の中に入り込みやすくなり、このプラズマＣＶＤ装置で
基体上に導電膜を堆積した場合に、溝の内部にも導電膜
が堆積しやすくなる（すなわち、絶縁部材の絶縁劣化が
進む）。溝の幅が下限範囲を下回ると、溝の縁の両側に
堆積した導電膜が互いに接触しやすくなるし、また、溝
の加工も困難になる。
囲内とし、好ましくは、０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲内と
する。溝の幅がこの上限範囲を越えると、プラズマが溝
の中に入り込みやすくなり、このプラズマＣＶＤ装置で
基体上に導電膜を堆積した場合に、溝の内部にも導電膜
が堆積しやすくなる（すなわち、絶縁部材の絶縁劣化が
進む）。溝の幅が下限範囲を下回ると、溝の縁の両側に
堆積した導電膜が互いに接触しやすくなるし、また、溝
の加工も困難になる。
【００１１】溝の幅に対する溝の深さの比率（アスペク
ト比）は２〜１０００の範囲内とし、好ましくは５〜１
００とする。アスペクト比がこの下限範囲よりも小さく
なると、成膜中間種が直接、溝の底部に到達しやすくな
り、絶縁部材の絶縁劣化が進む。アスペクト比が上限範
囲を越えると、溝が極端に深くなるので、絶縁部材の占
有空間が大きくなるし、溝の加工も困難になる。
ト比）は２〜１０００の範囲内とし、好ましくは５〜１
００とする。アスペクト比がこの下限範囲よりも小さく
なると、成膜中間種が直接、溝の底部に到達しやすくな
り、絶縁部材の絶縁劣化が進む。アスペクト比が上限範
囲を越えると、溝が極端に深くなるので、絶縁部材の占
有空間が大きくなるし、溝の加工も困難になる。
【００１２】本発明は、内部電極方式の誘導結合型のプ
ラズマ発生電極に適用すると効果的である。このプラズ
マ発生電極としては、実質的に１ターンコイルとしたも
の、あるいは複数ターンのコイルからなるものが考えら
れる。このような誘導結合型のプラズマ発生電極は、一
端は高周波電源に接続され、他端は接地結合機構を経由
して接地される。この接地結合機構は、コンデンサーと
金属板とコイルの少なくともいずれかを含むものであ
り、あるいは、これらを切り換えて使うようにしてもよ
い。
ラズマ発生電極に適用すると効果的である。このプラズ
マ発生電極としては、実質的に１ターンコイルとしたも
の、あるいは複数ターンのコイルからなるものが考えら
れる。このような誘導結合型のプラズマ発生電極は、一
端は高周波電源に接続され、他端は接地結合機構を経由
して接地される。この接地結合機構は、コンデンサーと
金属板とコイルの少なくともいずれかを含むものであ
り、あるいは、これらを切り換えて使うようにしてもよ
い。
【００１３】本発明のプラズマＣＶＤ装置で導電体の薄
膜を作製する場合を考えると、プラズマ発生電極と処理
室とを電気的に絶縁する電気絶縁部材に溝が形成されて
いるので、この溝の内部に導電膜が付着しにくくなり、
電気絶縁部材の絶縁性能が劣化しにくい。すなわち、溝
が形成されていない場合と比較して、長期間にわたって
絶縁性能が劣化せず、安定したプラズマが維持される。
溝の効果は次のように考えられる。この溝の幅が、ガス
分子の平均自由行程よりもかなり小さくなればこの溝内
にプラズマが入り込まないので、溝の壁面や底面に導電
膜が付着する確率は非常に小さくなる。ガス分子の平均
自由行程は、処理室内の圧力や温度、それにガス分子の
直径に依存するが、プラズマＣＶＤ法の実用的な圧力と
して例えば１Ｐａ程度を想定すると、ガス分子の平均自
由行程は数ｍｍ程度である。したがって、溝の幅を、こ
れよりもかなり小さくすれば、膜付着防止に非常に効果
的である。また、溝に直接飛び込んで来る成膜中間種を
考えると、溝のアスペクト比を大きくすれば、溝の底部
まで到達する成膜中間種が少なくなり、効果的である。
また、溝を形成した副次的な効果として、電気絶縁部材
の表面に沿った絶縁距離が長くなり、これによっても電
気絶縁性能が劣化しにくくなる。
膜を作製する場合を考えると、プラズマ発生電極と処理
室とを電気的に絶縁する電気絶縁部材に溝が形成されて
いるので、この溝の内部に導電膜が付着しにくくなり、
電気絶縁部材の絶縁性能が劣化しにくい。すなわち、溝
が形成されていない場合と比較して、長期間にわたって
絶縁性能が劣化せず、安定したプラズマが維持される。
溝の効果は次のように考えられる。この溝の幅が、ガス
分子の平均自由行程よりもかなり小さくなればこの溝内
にプラズマが入り込まないので、溝の壁面や底面に導電
膜が付着する確率は非常に小さくなる。ガス分子の平均
自由行程は、処理室内の圧力や温度、それにガス分子の
直径に依存するが、プラズマＣＶＤ法の実用的な圧力と
して例えば１Ｐａ程度を想定すると、ガス分子の平均自
由行程は数ｍｍ程度である。したがって、溝の幅を、こ
れよりもかなり小さくすれば、膜付着防止に非常に効果
的である。また、溝に直接飛び込んで来る成膜中間種を
考えると、溝のアスペクト比を大きくすれば、溝の底部
まで到達する成膜中間種が少なくなり、効果的である。
また、溝を形成した副次的な効果として、電気絶縁部材
の表面に沿った絶縁距離が長くなり、これによっても電
気絶縁性能が劣化しにくくなる。
【００１４】本発明はプラズマＣＶＤ装置以外のプラズ
マ処理装置にも適用可能である。例えば、スパッタリン
グ装置、ドライエッチング装置、プラズマクリーニング
装置、表面改質（表面酸化、表面窒化）処理装置にも適
用できる。
マ処理装置にも適用可能である。例えば、スパッタリン
グ装置、ドライエッチング装置、プラズマクリーニング
装置、表面改質（表面酸化、表面窒化）処理装置にも適
用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、この発明のプラズマＣＶ
Ｄ装置の一実施形態の構成図であり、処理室の部分は正
面断面図を示している。真空に保持可能な処理室２０の
内部には、基体ホルダー２５とプラズマ発生電極６１と
が配置されていて、基体ホルダー２５にはバイアス電力
供給源９０が接続され、プラズマ発生電極６１には電力
供給源５０と接地結合機構８０とが接続されている。ま
た、処理室２０には、ガス導入機構１０と排気機構３０
がつながっている。
Ｄ装置の一実施形態の構成図であり、処理室の部分は正
面断面図を示している。真空に保持可能な処理室２０の
内部には、基体ホルダー２５とプラズマ発生電極６１と
が配置されていて、基体ホルダー２５にはバイアス電力
供給源９０が接続され、プラズマ発生電極６１には電力
供給源５０と接地結合機構８０とが接続されている。ま
た、処理室２０には、ガス導入機構１０と排気機構３０
がつながっている。
【００１６】まず、ガス導入機構１０について説明す
る。図２はガス導入機構１０の構成図である。このガス
導入機構１０は３種類の原料ガスを使用できるようにな
っている。原料容器１ａは、常温常圧で液体状態の原料
を所定の温度に加熱する恒温槽であり、この恒温槽で蒸
気化された原料は、流量制御器１２ａとバルブ１３ａを
経由して処理室２０に導入される。原料容器１ｂ、１ｃ
は高圧ガスボンベであり、この中に入っている原料ガス
は、減圧弁１１ｂ、１１ｃで減圧され、流量制御器１２
ｂ、１２ｃで流量制御され、バルブ１３ｂ、１３ｃを開
くと処理室２０に導入される。ガス導入機構１０の出口
は、プラズマ発生電極６１の中心付近に開口している。
バルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、原料ガスを導入する
ときに開くものであるが、処理室２０の内部を大気にす
るときには、原料ガスが大気で汚染されるのを防ぐため
にバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを閉じる。
る。図２はガス導入機構１０の構成図である。このガス
導入機構１０は３種類の原料ガスを使用できるようにな
っている。原料容器１ａは、常温常圧で液体状態の原料
を所定の温度に加熱する恒温槽であり、この恒温槽で蒸
気化された原料は、流量制御器１２ａとバルブ１３ａを
経由して処理室２０に導入される。原料容器１ｂ、１ｃ
は高圧ガスボンベであり、この中に入っている原料ガス
は、減圧弁１１ｂ、１１ｃで減圧され、流量制御器１２
ｂ、１２ｃで流量制御され、バルブ１３ｂ、１３ｃを開
くと処理室２０に導入される。ガス導入機構１０の出口
は、プラズマ発生電極６１の中心付近に開口している。
バルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、原料ガスを導入する
ときに開くものであるが、処理室２０の内部を大気にす
るときには、原料ガスが大気で汚染されるのを防ぐため
にバルブ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを閉じる。
【００１７】次に、図１に戻って、基体ホルダー２５の
構造を説明する。基体２１は基体ホルダー２５の上に置
かれる。基体ホルダー２５の内部にはヒーター２６と熱
電対２７がある。基体ホルダー２５の温度は熱電対２７
で測定され、図示しない基体温度調節装置によってヒー
ター２６に電力が供給されて、基体２１の温度が制御さ
れる。この基体温度調節装置はＰＩＤ制御方法を用いて
いるが、必要に応じてファジー回路を併用したり、ＰＩ
制御や、単なるＯＮ−ＯＦＦ制御を採用してもよい。
構造を説明する。基体２１は基体ホルダー２５の上に置
かれる。基体ホルダー２５の内部にはヒーター２６と熱
電対２７がある。基体ホルダー２５の温度は熱電対２７
で測定され、図示しない基体温度調節装置によってヒー
ター２６に電力が供給されて、基体２１の温度が制御さ
れる。この基体温度調節装置はＰＩＤ制御方法を用いて
いるが、必要に応じてファジー回路を併用したり、ＰＩ
制御や、単なるＯＮ−ＯＦＦ制御を採用してもよい。
【００１８】次に、排気機構３０を説明する。荒引きポ
ンプ３１は油回転ポンプ（排気速度は毎分６５０リット
ル）であり、荒引きバルブ３２を介して処理室２０に接
続される。処理室２０のクリーン性が非常に重要な場合
は、荒引きポンプ３１としてオイルフリーのポンプを用
いることができ、また、メンテナンス性を向上させるに
はドライポンプを用いてもよい。メインポンプ３５はバ
リアブルオリフィス３４とメインバルブ３３を介して処
理室２０に接続され、後段には補助ポンプ３６が接続さ
れる。メインポンプ３５は複合型ターボ分子ポンプ（排
気速度は毎秒１３００リットル）であり、処理室２０内
のクリーン性がそれほど重要でなければ油拡散ポンプを
用いることもできる。補助ポンプ３６は油回転ポンプ
（排気速度は毎分１１８０リットル）であり、荒引きポ
ンプ３１と同様にドライポンプ等を用いてもよい。
ンプ３１は油回転ポンプ（排気速度は毎分６５０リット
ル）であり、荒引きバルブ３２を介して処理室２０に接
続される。処理室２０のクリーン性が非常に重要な場合
は、荒引きポンプ３１としてオイルフリーのポンプを用
いることができ、また、メンテナンス性を向上させるに
はドライポンプを用いてもよい。メインポンプ３５はバ
リアブルオリフィス３４とメインバルブ３３を介して処
理室２０に接続され、後段には補助ポンプ３６が接続さ
れる。メインポンプ３５は複合型ターボ分子ポンプ（排
気速度は毎秒１３００リットル）であり、処理室２０内
のクリーン性がそれほど重要でなければ油拡散ポンプを
用いることもできる。補助ポンプ３６は油回転ポンプ
（排気速度は毎分１１８０リットル）であり、荒引きポ
ンプ３１と同様にドライポンプ等を用いてもよい。
【００１９】処理室２０を大気圧から排気するには、ま
ず、荒引きバルブ３２を開いて荒引きポンプ３１で処理
室２０を排気する。処理室２０の内部の圧力が所定の圧
力（排気系によって異なるが本実施形態では約１００Ｐ
ａ）まで排気された後に、荒引きバルブ３２を閉め、メ
インバルブ３３を開いて、メインポンプ３５によってさ
らに低圧力領域まで排気する。真空計で測定された処理
室圧力をもとにバリアブルオリフィス３４を開閉して、
処理室２０内の圧力を所定の値に調節できる。再現性の
良い安定したプラズマを得るためにはバリアブルオリフ
ィス３４を用いることは有効である。
ず、荒引きバルブ３２を開いて荒引きポンプ３１で処理
室２０を排気する。処理室２０の内部の圧力が所定の圧
力（排気系によって異なるが本実施形態では約１００Ｐ
ａ）まで排気された後に、荒引きバルブ３２を閉め、メ
インバルブ３３を開いて、メインポンプ３５によってさ
らに低圧力領域まで排気する。真空計で測定された処理
室圧力をもとにバリアブルオリフィス３４を開閉して、
処理室２０内の圧力を所定の値に調節できる。再現性の
良い安定したプラズマを得るためにはバリアブルオリフ
ィス３４を用いることは有効である。
【００２０】次に、プラズマ発生装置を説明する。この
プラズマ発生装置は、処理室２０の内部にプラズマを発
生させるためのものであり、電力供給源５０と、プラズ
マ発生電極６１と、接地結合機構８０とを備えている。
プラズマ発生電極６１は、実質的に１ターンのコイルで
あり、処理室２０の壁を貫通する１対の導入部分６２、
６３を備えている。プラズマ発生電極６１は基体２１に
対向している。図３はプラズマ発生電極６１の平面図で
ある。このプラズマ発生電極６１は、金属パイプを、ほ
ぼ１周の円環状に曲げたものであり、この円環状の部分
に対して垂直になるように導入部分６２、６３が形成さ
れている。この金属パイプの内部に冷却水を通せば電極
を水冷できる。ただし、必要に応じて空冷とすることが
でき、小電力の場合は冷却しなくてもよい。この実施形
態では、プラズマ発生電極６１は１ターンコイルとした
が、２ターンや３ターンのコイルとしてもよい。また、
渦巻き状の電極としてもよい。
プラズマ発生装置は、処理室２０の内部にプラズマを発
生させるためのものであり、電力供給源５０と、プラズ
マ発生電極６１と、接地結合機構８０とを備えている。
プラズマ発生電極６１は、実質的に１ターンのコイルで
あり、処理室２０の壁を貫通する１対の導入部分６２、
６３を備えている。プラズマ発生電極６１は基体２１に
対向している。図３はプラズマ発生電極６１の平面図で
ある。このプラズマ発生電極６１は、金属パイプを、ほ
ぼ１周の円環状に曲げたものであり、この円環状の部分
に対して垂直になるように導入部分６２、６３が形成さ
れている。この金属パイプの内部に冷却水を通せば電極
を水冷できる。ただし、必要に応じて空冷とすることが
でき、小電力の場合は冷却しなくてもよい。この実施形
態では、プラズマ発生電極６１は１ターンコイルとした
が、２ターンや３ターンのコイルとしてもよい。また、
渦巻き状の電極としてもよい。
【００２１】図１に戻って、プラズマ発生電極６１の一
方の導入部分６２は、インピーダンス整合回路５１を介
して高周波電源５２に接続されている。このインピーダ
ンス整合回路５１と高周波電源５２で電力供給源５０が
構成される。高周波電源５２の周波数は１３．５６ＭＨ
ｚで、定格出力は３ｋＷである。ただし、周波数はこれ
に限定されず、ｋＨｚオーダーや、６０ＭＨｚや、１０
０ＭＨｚを用いてもよく、使用可能範囲は１０ｋＨｚ〜
１０００ＭＨｚ程度である。この範囲の上限を越えると
導電体を配線材料として使用できなくなり、下限を下回
ると電波として発信しなくなる。また、その出力波形
も、正弦波のみならずこれに所定の変形を施した波形で
もよい。インピーダンス整合回路５１としてはΠ（パ
イ）型回路を用いているが、これ以外の例えばＴ型回路
等を使用してもよい。高周波電源５２によって誘起され
た交番電力は、インピーダンス整合回路５１でインピー
ダンス調整されてプラズマ発生電極６１に供給される。
方の導入部分６２は、インピーダンス整合回路５１を介
して高周波電源５２に接続されている。このインピーダ
ンス整合回路５１と高周波電源５２で電力供給源５０が
構成される。高周波電源５２の周波数は１３．５６ＭＨ
ｚで、定格出力は３ｋＷである。ただし、周波数はこれ
に限定されず、ｋＨｚオーダーや、６０ＭＨｚや、１０
０ＭＨｚを用いてもよく、使用可能範囲は１０ｋＨｚ〜
１０００ＭＨｚ程度である。この範囲の上限を越えると
導電体を配線材料として使用できなくなり、下限を下回
ると電波として発信しなくなる。また、その出力波形
も、正弦波のみならずこれに所定の変形を施した波形で
もよい。インピーダンス整合回路５１としてはΠ（パ
イ）型回路を用いているが、これ以外の例えばＴ型回路
等を使用してもよい。高周波電源５２によって誘起され
た交番電力は、インピーダンス整合回路５１でインピー
ダンス調整されてプラズマ発生電極６１に供給される。
【００２２】次に、プラズマ発生電極６１の導入部分６
２、６３を処理室２０に取り付ける構造を説明する。図
４はプラズマ発生電極の導入部分と処理室との間に設け
られる絶縁リングの一部を切断した斜視図である。この
絶縁リング７１は、電気絶縁材料である石英ガラスでで
きている。この絶縁リング７１は、円板７２の中央に円
形の貫通孔７３が形成されていて、円板７２の一方の側
（処理室空間に露出する側）に３個の円環状の突起７４
が互いに同心状に形成されている。この円環状の突起７
４の間には、２個の円環状の溝７９が形成される。溝７
９の開口部は、貫通孔７３の軸線に垂直な平面内にあ
り、溝７９の深さ方向は、貫通孔７３の軸線に平行であ
る。これらの突起７４と溝７９は、全て、貫通孔７３に
対して同心である。貫通孔７３にはプラズマ発生電極の
円筒状の導入部分６２（図１参照）が挿入される。３個
の円環状の突起７４は、いずれも、高さが５０ｍｍ、肉
厚が１ｍｍである。したがって、溝７９の深さも５０ｍ
ｍである。また、溝７９の幅（隣り合う突起７４の間
隔）は１ｍｍである。したがって、溝７９のアスペクト
比は５０である。円環状の突起７４の全面と、円板７２
の処理室に露出する側の表面（図４の上側の面）は、ブ
ラスト処理が施されて粗面化されている。この粗面化に
より、絶縁リング７１に付着した膜をはがれにくくし、
膜のはがれによる処理室内部のダスト汚染を防止してい
る。これを詳しく説明すると、絶縁リング７１におい
て、溝７９の内部以外の部分には膜が付着する可能性が
あり、例えば、突起７４の頂面や、一番外側の突起７４
の外周面や、これより外側の円板表面には膜が付着する
可能性がある。これらの箇所に粗面化が施されている
と、この部分に付着した膜がはがれにくくなる。
２、６３を処理室２０に取り付ける構造を説明する。図
４はプラズマ発生電極の導入部分と処理室との間に設け
られる絶縁リングの一部を切断した斜視図である。この
絶縁リング７１は、電気絶縁材料である石英ガラスでで
きている。この絶縁リング７１は、円板７２の中央に円
形の貫通孔７３が形成されていて、円板７２の一方の側
（処理室空間に露出する側）に３個の円環状の突起７４
が互いに同心状に形成されている。この円環状の突起７
４の間には、２個の円環状の溝７９が形成される。溝７
９の開口部は、貫通孔７３の軸線に垂直な平面内にあ
り、溝７９の深さ方向は、貫通孔７３の軸線に平行であ
る。これらの突起７４と溝７９は、全て、貫通孔７３に
対して同心である。貫通孔７３にはプラズマ発生電極の
円筒状の導入部分６２（図１参照）が挿入される。３個
の円環状の突起７４は、いずれも、高さが５０ｍｍ、肉
厚が１ｍｍである。したがって、溝７９の深さも５０ｍ
ｍである。また、溝７９の幅（隣り合う突起７４の間
隔）は１ｍｍである。したがって、溝７９のアスペクト
比は５０である。円環状の突起７４の全面と、円板７２
の処理室に露出する側の表面（図４の上側の面）は、ブ
ラスト処理が施されて粗面化されている。この粗面化に
より、絶縁リング７１に付着した膜をはがれにくくし、
膜のはがれによる処理室内部のダスト汚染を防止してい
る。これを詳しく説明すると、絶縁リング７１におい
て、溝７９の内部以外の部分には膜が付着する可能性が
あり、例えば、突起７４の頂面や、一番外側の突起７４
の外周面や、これより外側の円板表面には膜が付着する
可能性がある。これらの箇所に粗面化が施されている
と、この部分に付着した膜がはがれにくくなる。
【００２３】図５はプラズマ発生電極を処理室に取り付
ける部分の組立構造を示す正面断面図である。プラズマ
発生電極の導入部分６２は、上述の絶縁リング７１と絶
縁カラー７５とＯリング押さえ７６とを用いて、処理室
２０に取り付けられている。絶縁カラー７５とＯリング
押さえ７６は、電気絶縁材料のポリイミド樹脂で作られ
ている。絶縁カラー７５とＯリング押さえ７６には、導
入部分６２が通る貫通孔が形成されている。絶縁カラー
７５の内壁面の一端にはテーパが形成され、このテーパ
部分にバイトンゴム製のＯリング７７が挿入される。こ
のＯリング７７は、絶縁カラー７５の内壁面のテーパ部
分とＯリング押さえ７６の下面と導入部分６２の外周面
との間に挟まれて、導入部分６２の外周面と絶縁カラー
７５の内壁面との間を真空シールしている。処理室２０
の天板には円形の貫通孔が形成されていて、この貫通孔
に絶縁カラー７５の段部が挿入される。また、処理室２
０の天板の上面には環状のＯリング溝が形成されてい
て、このＯリング溝の中にバイトンゴム製のＯリング７
８が嵌め込まれている。このＯリング７８は、絶縁カラ
ー７５と処理室２０との間を真空シールしている。Ｏリ
ング押さえ７６はネジ１００によって絶縁カラー７５に
固定されており、絶縁カラー７５はネジ１０１によって
処理室２０の天板に固定されている。絶縁リング７１の
円板部分は、絶縁カラー７５の段部の下面と中空円板状
の取付金具１０２の上面との間に保持される。取付金具
１０２はネジ１０３によって処理室２０の天板の下面に
固定されている。
ける部分の組立構造を示す正面断面図である。プラズマ
発生電極の導入部分６２は、上述の絶縁リング７１と絶
縁カラー７５とＯリング押さえ７６とを用いて、処理室
２０に取り付けられている。絶縁カラー７５とＯリング
押さえ７６は、電気絶縁材料のポリイミド樹脂で作られ
ている。絶縁カラー７５とＯリング押さえ７６には、導
入部分６２が通る貫通孔が形成されている。絶縁カラー
７５の内壁面の一端にはテーパが形成され、このテーパ
部分にバイトンゴム製のＯリング７７が挿入される。こ
のＯリング７７は、絶縁カラー７５の内壁面のテーパ部
分とＯリング押さえ７６の下面と導入部分６２の外周面
との間に挟まれて、導入部分６２の外周面と絶縁カラー
７５の内壁面との間を真空シールしている。処理室２０
の天板には円形の貫通孔が形成されていて、この貫通孔
に絶縁カラー７５の段部が挿入される。また、処理室２
０の天板の上面には環状のＯリング溝が形成されてい
て、このＯリング溝の中にバイトンゴム製のＯリング７
８が嵌め込まれている。このＯリング７８は、絶縁カラ
ー７５と処理室２０との間を真空シールしている。Ｏリ
ング押さえ７６はネジ１００によって絶縁カラー７５に
固定されており、絶縁カラー７５はネジ１０１によって
処理室２０の天板に固定されている。絶縁リング７１の
円板部分は、絶縁カラー７５の段部の下面と中空円板状
の取付金具１０２の上面との間に保持される。取付金具
１０２はネジ１０３によって処理室２０の天板の下面に
固定されている。
【００２４】プラズマ発生電極のもう一方の導入部分６
３（図１参照）も、図５と同じ構造で処理室に取り付け
られている。
３（図１参照）も、図５と同じ構造で処理室に取り付け
られている。
【００２５】図９は絶縁リングの変更例である。図９
（Ａ）の絶縁リング７１ａは、３枚の中空円板７４ａが
貫通孔の軸線に沿って互いに平行になるように形成され
ている。中空円板７４ａの間に形成された溝７９ａは、
その開口部が貫通孔と同心の円筒面内にあり、溝７９ａ
の深さ方向は貫通孔の軸線に垂直である。
（Ａ）の絶縁リング７１ａは、３枚の中空円板７４ａが
貫通孔の軸線に沿って互いに平行になるように形成され
ている。中空円板７４ａの間に形成された溝７９ａは、
その開口部が貫通孔と同心の円筒面内にあり、溝７９ａ
の深さ方向は貫通孔の軸線に垂直である。
【００２６】図９（Ｂ）の絶縁リング７１ｂは、（Ａ）
と同様に、３枚の中空円板７４ａが貫通孔の軸線に沿っ
て互いに平行になるように形成されているが、溝７９ａ
の開口部が導入部分６２に向いて開いている。この場合
も、溝７９ａの開口部は、貫通孔と同心の円筒面内にあ
り、その深さ方向は貫通孔の軸線に垂直である。
と同様に、３枚の中空円板７４ａが貫通孔の軸線に沿っ
て互いに平行になるように形成されているが、溝７９ａ
の開口部が導入部分６２に向いて開いている。この場合
も、溝７９ａの開口部は、貫通孔と同心の円筒面内にあ
り、その深さ方向は貫通孔の軸線に垂直である。
【００２７】図９（Ｃ）の絶縁リング７１ｃは、（Ａ）
の絶縁リングの特徴と図４に示す絶縁リングの特徴を組
み合わせたものである。すなわち、３枚の中空円板７４
ｃが貫通孔の軸線に沿って互いに平行になるように形成
されており、その外側には、２個の円環状の突起７４ｄ
が形成されている。したがって、この絶縁リング７１ｃ
は、開口部が貫通孔と同心の円筒面内にあるような溝７
９ｃと、開口部が貫通孔の軸線に垂直な平面内にあるよ
うな溝７９ｄとを備えている。
の絶縁リングの特徴と図４に示す絶縁リングの特徴を組
み合わせたものである。すなわち、３枚の中空円板７４
ｃが貫通孔の軸線に沿って互いに平行になるように形成
されており、その外側には、２個の円環状の突起７４ｄ
が形成されている。したがって、この絶縁リング７１ｃ
は、開口部が貫通孔と同心の円筒面内にあるような溝７
９ｃと、開口部が貫通孔の軸線に垂直な平面内にあるよ
うな溝７９ｄとを備えている。
【００２８】次に、図１に戻って、接地結合機構８０を
説明する。この接地結合機構８０は、プラズマ発生電極
６１の導入部分６３とアースとの間に設けられるもので
ある。接地結合機構８０は、コイル８１と銅製の金属板
８２とコンデンサー８３とを備え、これらが並列接続さ
れている。これらの一端は全てアースに接続されてお
り、これらの他端は、スイッチ８４によって選択的に導
入部分６３に接続可能となっている。典型的な使用方法
は、スイッチ８４を金属板８２に接続して、この金属板
８２を通してプラズマ発生電極６１の一端をアースに直
流的に接続する方法である。しかし、このように直流的
にプラズマ発生電極６１の一端をアースに接続すると、
時たまプラズマが不安定になることがある。その場合
は、コンデンサー８３を介して接地する。これにより、
プラズマ発生電極６１の一端は、直流的にアースから遮
断されるが、高周波的に接地される。この実施形態のコ
ンデンサー８３の容量は約５００ｐＦであるが、この容
量に限定されず、２００〜１２００ｐＦ程度の容量を使
用できる。これに対して、プラズマ発生電極６１と処理
室２０との間の浮遊容量は数ｐＦ程度である。コンデン
サー８３としては、高周波特性が優れていて耐電圧性が
あるセラミックコンデンサーが適している。また、プラ
ズマ発生電極６１の材質がスパッタされてしまう場合に
は、コイル８１を介して接地することも有効である。す
なわち、プラズマ発生電極６１の一端を高周波的にイン
ピーダンスを介して接地するものである。
説明する。この接地結合機構８０は、プラズマ発生電極
６１の導入部分６３とアースとの間に設けられるもので
ある。接地結合機構８０は、コイル８１と銅製の金属板
８２とコンデンサー８３とを備え、これらが並列接続さ
れている。これらの一端は全てアースに接続されてお
り、これらの他端は、スイッチ８４によって選択的に導
入部分６３に接続可能となっている。典型的な使用方法
は、スイッチ８４を金属板８２に接続して、この金属板
８２を通してプラズマ発生電極６１の一端をアースに直
流的に接続する方法である。しかし、このように直流的
にプラズマ発生電極６１の一端をアースに接続すると、
時たまプラズマが不安定になることがある。その場合
は、コンデンサー８３を介して接地する。これにより、
プラズマ発生電極６１の一端は、直流的にアースから遮
断されるが、高周波的に接地される。この実施形態のコ
ンデンサー８３の容量は約５００ｐＦであるが、この容
量に限定されず、２００〜１２００ｐＦ程度の容量を使
用できる。これに対して、プラズマ発生電極６１と処理
室２０との間の浮遊容量は数ｐＦ程度である。コンデン
サー８３としては、高周波特性が優れていて耐電圧性が
あるセラミックコンデンサーが適している。また、プラ
ズマ発生電極６１の材質がスパッタされてしまう場合に
は、コイル８１を介して接地することも有効である。す
なわち、プラズマ発生電極６１の一端を高周波的にイン
ピーダンスを介して接地するものである。
【００２９】次に、基体にバイアス電力を印加する機構
について説明する。基体ホルダー２５は、インピーダン
ス整合回路９１を介してバイアス用高周波電源９２に接
続されている。このインピーダンス整合回路９１とバイ
アス用高周波電源９２でバイアス電力供給源９０が構成
されている。バイアス用のインピーダンス整合回路９１
の回路定数は、プラズマ発生用のインピーダンス整合回
路５１のそれとは異なっている。バイアス用高周波電源
９２によって誘起された交番電力は、インピーダンス整
合回路９１でインピーダンス調整されて、基体ホルダー
２５に供給され、基体２１のバイアス電圧が調整され
る。基体ホルダー２５の周囲には、処理室２０に接続さ
れたシールド板９３があり、また、基体ホルダー２５は
絶縁体９４によって処理室２０から電気的に絶縁されて
いる。バイアス用高周波電源９２の周波数は、プラズマ
発生用の高周波電源５２の周波数とは少なくとも５００
Ｈｚ以上異なることが必要である。そうしないと、２つ
の高周波電源が干渉して、安定したプラズマを得ること
ができない。本実施形態では、プラズマ発生用の高周波
電源５１の周波数を１３．５６０ＭＨｚ、バイアス用高
周波電源９２の周波数を１３．５６２ＭＨｚとした。
について説明する。基体ホルダー２５は、インピーダン
ス整合回路９１を介してバイアス用高周波電源９２に接
続されている。このインピーダンス整合回路９１とバイ
アス用高周波電源９２でバイアス電力供給源９０が構成
されている。バイアス用のインピーダンス整合回路９１
の回路定数は、プラズマ発生用のインピーダンス整合回
路５１のそれとは異なっている。バイアス用高周波電源
９２によって誘起された交番電力は、インピーダンス整
合回路９１でインピーダンス調整されて、基体ホルダー
２５に供給され、基体２１のバイアス電圧が調整され
る。基体ホルダー２５の周囲には、処理室２０に接続さ
れたシールド板９３があり、また、基体ホルダー２５は
絶縁体９４によって処理室２０から電気的に絶縁されて
いる。バイアス用高周波電源９２の周波数は、プラズマ
発生用の高周波電源５２の周波数とは少なくとも５００
Ｈｚ以上異なることが必要である。そうしないと、２つ
の高周波電源が干渉して、安定したプラズマを得ること
ができない。本実施形態では、プラズマ発生用の高周波
電源５１の周波数を１３．５６０ＭＨｚ、バイアス用高
周波電源９２の周波数を１３．５６２ＭＨｚとした。
【００３０】次に、磁場発生機構を説明する。処理室２
０の周囲には、上下方向に細長い多くの永久磁石１２１
が配置されている。図６は図１の６−６断面図であり、
処理室２０の水平断面を示している。２４個の永久磁石
１２１は、処理室２０の周囲に互いに等間隔に配置され
ていて、隣り合う永久磁石１２１は互いに反対の極性に
なっている。すなわち、処理室２０の内部に向かってＮ
極とＳ極とが交互に配置されている。これらの永久磁石
１２１の働きにより、処理室２０の内壁面近傍にはマル
チカスプ磁場１２２が形成される。なお、永久磁石の形
状や個数はこれに限定されるものではなく、処理室２０
の内部に向かってＮ極とＳ極とが交互に配置される限
り、別の構成としてもよい。
０の周囲には、上下方向に細長い多くの永久磁石１２１
が配置されている。図６は図１の６−６断面図であり、
処理室２０の水平断面を示している。２４個の永久磁石
１２１は、処理室２０の周囲に互いに等間隔に配置され
ていて、隣り合う永久磁石１２１は互いに反対の極性に
なっている。すなわち、処理室２０の内部に向かってＮ
極とＳ極とが交互に配置されている。これらの永久磁石
１２１の働きにより、処理室２０の内壁面近傍にはマル
チカスプ磁場１２２が形成される。なお、永久磁石の形
状や個数はこれに限定されるものではなく、処理室２０
の内部に向かってＮ極とＳ極とが交互に配置される限
り、別の構成としてもよい。
【００３１】このようなマルチカスプ磁場１２２を用い
ると、磁場によるプラズマ閉じこめの効果により、処理
室２０の内壁面の近傍までプラズマが拡散することがな
く、均一な高密度のプラズマを維持できる。このマルチ
カスプ磁場と、バイアス電力供給源とを併用すると、大
型基体の表面に均一に大電流のイオンを流入させること
ができる。
ると、磁場によるプラズマ閉じこめの効果により、処理
室２０の内壁面の近傍までプラズマが拡散することがな
く、均一な高密度のプラズマを維持できる。このマルチ
カスプ磁場と、バイアス電力供給源とを併用すると、大
型基体の表面に均一に大電流のイオンを流入させること
ができる。
【００３２】次に、このプラズマＣＶＤ装置を用いた薄
膜作製方法の例を示す。まず、窒化チタン膜の作製例を
説明する。図１と図２において、原料容器１ａに入れる
第１原料として四塩化チタンを用い、原料容器１ｂに入
れる第２原料として水素ガスを、原料容器１ｃに入れる
第３原料として窒素ガスを用いた。流量は四塩化チタン
が毎分２０ミリリットル、水素ガスが毎分３０ミリリッ
トル、窒素ガスが毎分１０ミリリットルである。処理室
２０内の圧力を約１Ｐａに設定し、基体２１の温度を４
５０℃〜６００℃に設定した。高周波電源５２の出力は
２．５ｋＷとした。この条件で薄膜を作製すると、窒化
チタンを主成分とした膜が毎分約３０ｎｍの速度で堆積
した。その際、従来の装置にみられたプラズマの経時変
化や、プラズマが生じなくなる現象は観測されず、本発
明の装置は窒化チタンのような導電体薄膜の作製に有効
であった。
膜作製方法の例を示す。まず、窒化チタン膜の作製例を
説明する。図１と図２において、原料容器１ａに入れる
第１原料として四塩化チタンを用い、原料容器１ｂに入
れる第２原料として水素ガスを、原料容器１ｃに入れる
第３原料として窒素ガスを用いた。流量は四塩化チタン
が毎分２０ミリリットル、水素ガスが毎分３０ミリリッ
トル、窒素ガスが毎分１０ミリリットルである。処理室
２０内の圧力を約１Ｐａに設定し、基体２１の温度を４
５０℃〜６００℃に設定した。高周波電源５２の出力は
２．５ｋＷとした。この条件で薄膜を作製すると、窒化
チタンを主成分とした膜が毎分約３０ｎｍの速度で堆積
した。その際、従来の装置にみられたプラズマの経時変
化や、プラズマが生じなくなる現象は観測されず、本発
明の装置は窒化チタンのような導電体薄膜の作製に有効
であった。
【００３３】このような窒化チタン薄膜は、例えば半導
体集積回路のコンタクト部の拡散防止膜として用いられ
ている。この用途では、直径が０．３５μｍ以下で深さ
が１．５μｍ程度の穴の底に成膜しなくてはならない。
図７は、この場合の底部被覆率のバイアス用電力依存性
を示す。底部被覆率を説明すると、平坦部の膜厚をａと
し、コンタクト穴の底に堆積した膜厚をｂとすると、底
部被覆率は次のように定義される。底部被覆率（％）＝
（ｂ／ａ）×１００。この底部被覆率は、グラフから分
かるように、バイアス用電力を増加させるに従って急速
に良好な値となった。その理由は、プラズマ内に生じて
いるイオンが、基体２１のバイアス電圧の作用によっ
て、基体２１に垂直に入射し、このことによって底部被
覆率が改善されたからであると推測される。
体集積回路のコンタクト部の拡散防止膜として用いられ
ている。この用途では、直径が０．３５μｍ以下で深さ
が１．５μｍ程度の穴の底に成膜しなくてはならない。
図７は、この場合の底部被覆率のバイアス用電力依存性
を示す。底部被覆率を説明すると、平坦部の膜厚をａと
し、コンタクト穴の底に堆積した膜厚をｂとすると、底
部被覆率は次のように定義される。底部被覆率（％）＝
（ｂ／ａ）×１００。この底部被覆率は、グラフから分
かるように、バイアス用電力を増加させるに従って急速
に良好な値となった。その理由は、プラズマ内に生じて
いるイオンが、基体２１のバイアス電圧の作用によっ
て、基体２１に垂直に入射し、このことによって底部被
覆率が改善されたからであると推測される。
【００３４】処理室の内壁面近傍にマルチカスプ磁場を
形成すると、処理室の内壁面から約５ｃｍ以上離れた処
理室中心部で、比較的均一性の良いプラズマを維持でき
る。大型の基体を均一性（膜厚分布、膜質分布、底部被
覆率の均一性）良く成膜するためにはこのマルチカスプ
磁場を形成することは非常に有益である。特に、バイア
ス電力供給源と併用すると、良好な底部被覆率が均一性
良く得られ、より一層の効果がある。
形成すると、処理室の内壁面から約５ｃｍ以上離れた処
理室中心部で、比較的均一性の良いプラズマを維持でき
る。大型の基体を均一性（膜厚分布、膜質分布、底部被
覆率の均一性）良く成膜するためにはこのマルチカスプ
磁場を形成することは非常に有益である。特に、バイア
ス電力供給源と併用すると、良好な底部被覆率が均一性
良く得られ、より一層の効果がある。
【００３５】次に、別の薄膜作製例を示す。第１原料と
して四塩化チタンを、第２原料として水素ガスを、第３
原料としてアルゴンガスを使用する。流量は四塩化チタ
ンが毎分２０ミリリットル、水素ガスが毎分３０ミリリ
ットル、アルゴンガスが毎分３５ミリリットルである。
処理室２０内の圧力を約１Ｐａに設定し、基体２１の温
度を５５０℃〜６００℃に設定した。高周波電源５２の
出力は２．５ｋＷとした。この条件で薄膜を作成する
と、下地の材質によって膜の組成が異なってくる。例え
ば下地が酸化シリコン膜の場合、得られる薄膜は金属チ
タンである。また、下地がシリコンの場合には、得られ
る薄膜はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ2）である。この
ような薄膜作製において、従来の装置にみられたような
プラズマの経時変化や、プラズマを生じさせることが不
可能となる現象は、本発明の装置では観測されず、安定
した再現性の良い導電体薄膜の堆積をおこなうことが可
能である。このような金属チタン薄膜やチタンシリサイ
ド薄膜は、例えば半導体集積回路のコンタクト部のコン
タクト抵抗低減膜として用いられる。この場合、前記の
マルチカスプ磁場やバイアス電力供給源を用いると、均
一性が良く、底部被覆率の良い薄膜を得ることができ
る。
して四塩化チタンを、第２原料として水素ガスを、第３
原料としてアルゴンガスを使用する。流量は四塩化チタ
ンが毎分２０ミリリットル、水素ガスが毎分３０ミリリ
ットル、アルゴンガスが毎分３５ミリリットルである。
処理室２０内の圧力を約１Ｐａに設定し、基体２１の温
度を５５０℃〜６００℃に設定した。高周波電源５２の
出力は２．５ｋＷとした。この条件で薄膜を作成する
と、下地の材質によって膜の組成が異なってくる。例え
ば下地が酸化シリコン膜の場合、得られる薄膜は金属チ
タンである。また、下地がシリコンの場合には、得られ
る薄膜はチタンシリサイド（ＴｉＳｉ2）である。この
ような薄膜作製において、従来の装置にみられたような
プラズマの経時変化や、プラズマを生じさせることが不
可能となる現象は、本発明の装置では観測されず、安定
した再現性の良い導電体薄膜の堆積をおこなうことが可
能である。このような金属チタン薄膜やチタンシリサイ
ド薄膜は、例えば半導体集積回路のコンタクト部のコン
タクト抵抗低減膜として用いられる。この場合、前記の
マルチカスプ磁場やバイアス電力供給源を用いると、均
一性が良く、底部被覆率の良い薄膜を得ることができ
る。
【００３６】以上のような金属チタン薄膜またはチタン
を含有する化合物薄膜を作製する場合、プラズマ発生電
極として金属チタン製のパイプを用いると、プラズマ発
生電極が多少スパッタされても、チタンが不純物となら
ないので、不純物の混入が無い良好な膜質の薄膜を得る
ことができる。
を含有する化合物薄膜を作製する場合、プラズマ発生電
極として金属チタン製のパイプを用いると、プラズマ発
生電極が多少スパッタされても、チタンが不純物となら
ないので、不純物の混入が無い良好な膜質の薄膜を得る
ことができる。
【００３７】次に、アモルファスシリコン薄膜の作製例
を示す。原料容器１ａと１ｃは用いずに、原料容器１ｂ
の原料としてシランを用いた。シランの流量は毎分２０
ミリリットルとした。処理室２０内の圧力を約１Ｐａに
設定し、基体２１の温度を１５０℃〜３００℃に設定し
た。高周波電源５２の出力は０．５ｋＷとした。この条
件でアモルファスシリコン膜を堆積させることができ
た。この場合においても、従来の装置で観察されたプラ
ズマの経時変化やプラズマを生じさせることができなく
なる現象は観測されなかった。
を示す。原料容器１ａと１ｃは用いずに、原料容器１ｂ
の原料としてシランを用いた。シランの流量は毎分２０
ミリリットルとした。処理室２０内の圧力を約１Ｐａに
設定し、基体２１の温度を１５０℃〜３００℃に設定し
た。高周波電源５２の出力は０．５ｋＷとした。この条
件でアモルファスシリコン膜を堆積させることができ
た。この場合においても、従来の装置で観察されたプラ
ズマの経時変化やプラズマを生じさせることができなく
なる現象は観測されなかった。
【００３８】次に、酸化シリコン薄膜の作製例を示す。
原料容器１ａは用いずに、原料容器１ｂの原料としてシ
ランを用い、原料容器１ｃの原料として酸素ガスを用い
た。流量はシランが毎分８０ミリリットル、酸素ガスが
毎分１６０ミリリットルである。処理室２０内の圧力を
約１Ｐａに設定し、基体２１の温度を１５０℃〜３００
℃に設定した。高周波電源５２の出力は２．５ｋＷとし
た。この条件で酸化シリコン薄膜を堆積させることがで
きた。この場合、本発明の装置を用いると、外部電極方
式で使われるような大きな高周波窓を設置する必要がな
く、高周波窓の破損による事故の発生を防止できる。こ
の酸化シリコン薄膜の作製の場合、基体に例えば１．０
〜２．５ｋＷのバイアス電力を印加すると、基体上の各
種配線膜間の微細なギャップ中に酸化シリコン膜を埋め
込むことができる。このことから、本発明の装置は、各
種配線膜間の層間絶縁膜の作製用としても有用である。
原料容器１ａは用いずに、原料容器１ｂの原料としてシ
ランを用い、原料容器１ｃの原料として酸素ガスを用い
た。流量はシランが毎分８０ミリリットル、酸素ガスが
毎分１６０ミリリットルである。処理室２０内の圧力を
約１Ｐａに設定し、基体２１の温度を１５０℃〜３００
℃に設定した。高周波電源５２の出力は２．５ｋＷとし
た。この条件で酸化シリコン薄膜を堆積させることがで
きた。この場合、本発明の装置を用いると、外部電極方
式で使われるような大きな高周波窓を設置する必要がな
く、高周波窓の破損による事故の発生を防止できる。こ
の酸化シリコン薄膜の作製の場合、基体に例えば１．０
〜２．５ｋＷのバイアス電力を印加すると、基体上の各
種配線膜間の微細なギャップ中に酸化シリコン膜を埋め
込むことができる。このことから、本発明の装置は、各
種配線膜間の層間絶縁膜の作製用としても有用である。
【００３９】図８は本発明のプラズマＣＶＤ装置の別の
実施形態の要部構成図である。この実施形態では、プラ
ズマ発生電極６１の上方にソレノイドコイル１３０が配
置されている。それ以外の構成は図１の実施形態と同じ
である。このソレノイドコイル１３０の発生する磁力線
１３１は、１ターンコイルの形状のプラズマ発生電極６
１の中心付近を通過して発散する。この磁力線１３１の
働きにより、処理室２０内に、より高密度のプラズマを
発生させることができる。また、この実施形態の装置で
は放電の開始が容易になる。この装置を用いると、図１
に示した装置と同様に、窒化チタン、金属チタン、チタ
ンシリサイド、アモルファスシリコン、酸化シリコンな
どの薄膜を作製できる。
実施形態の要部構成図である。この実施形態では、プラ
ズマ発生電極６１の上方にソレノイドコイル１３０が配
置されている。それ以外の構成は図１の実施形態と同じ
である。このソレノイドコイル１３０の発生する磁力線
１３１は、１ターンコイルの形状のプラズマ発生電極６
１の中心付近を通過して発散する。この磁力線１３１の
働きにより、処理室２０内に、より高密度のプラズマを
発生させることができる。また、この実施形態の装置で
は放電の開始が容易になる。この装置を用いると、図１
に示した装置と同様に、窒化チタン、金属チタン、チタ
ンシリサイド、アモルファスシリコン、酸化シリコンな
どの薄膜を作製できる。
【００４０】
【発明の効果】この発明では、プラズマ発生電極と処理
室とを電気的に絶縁する電気絶縁部材において、プラズ
マ発生電極の導入部分を通す貫通孔を取り囲むように環
状の溝が形成されているので、基体上に導電膜を堆積す
る場合に、前記溝の内部に導電膜が付着しにくくなり、
電気絶縁部材の絶縁性能が劣化しにくい。したがって、
経時変化の少ない安定したプラズマが長期間維持され
る。
室とを電気的に絶縁する電気絶縁部材において、プラズ
マ発生電極の導入部分を通す貫通孔を取り囲むように環
状の溝が形成されているので、基体上に導電膜を堆積す
る場合に、前記溝の内部に導電膜が付着しにくくなり、
電気絶縁部材の絶縁性能が劣化しにくい。したがって、
経時変化の少ない安定したプラズマが長期間維持され
る。
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の一実施形態の構
成図である。
成図である。
【図２】ガス導入機構の構成図である。
【図３】プラズマ発生電極の平面図である。
【図４】絶縁リングの一部を切断した斜視図である。
【図５】プラズマ発生電極を処理室に取り付ける部分の
組立構造を示す正面断面図である。
組立構造を示す正面断面図である。
【図６】図１の６−６断面図である。
【図７】底部被覆率のバイアス用電力依存性を示すグラ
フである。
フである。
【図８】本発明のプラズマＣＶＤ装置の別の実施形態の
要部構成図である。
要部構成図である。
【図９】絶縁リングの変更例を示す正面断面図である。
１０ ガス導入機構 ２０ 処理室 ２１ 基体 ２５ 基体ホルダー ３０ 排気機構 ５０ 電力供給源 ６１ プラズマ発生電極 ６２、６３ 導入部分 ７１ 絶縁リング ７２ 円板 ７３ 貫通孔 ７４ 円環状の突起 ７９ 円環状の溝 ８０ 接地結合機構 ９０ バイアス電力供給源
Claims (21)
- 【請求項１】 処理室と、処理室内を真空に排気する排
気機構と、原料ガスを処理室に導入するガス導入機構
と、処理室内に配置されたプラズマ発生電極とを備え、
プラズマ発生電極に電力を供給してプラズマを発生させ
ることにより処理室内の基体上に膜を堆積させるプラズ
マＣＶＤ装置において、 前記プラズマ発生電極は前記処理室の壁を貫通する円筒
形状の導入部分を備え、この導入部分と処理室との間に
電気絶縁部材が配置され、この電気絶縁部材は、前記導
入部分が通過できる円形の貫通孔と、処理室内に露出す
る側の表面に形成された環状の溝とを備え、この溝が前
記貫通孔を取り囲んでいることを特徴とするプラズマＣ
ＶＤ装置。 - 【請求項２】 前記環状の溝の開口部は、前記貫通孔の
軸線に垂直な平面内にあり、前記環状の溝の深さ方向
は、前記貫通孔の軸線に平行であることを特徴とする請
求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項３】 前記環状の溝の開口部は、前記貫通孔と
同心の円筒面内にあり、前記環状の溝の深さ方向は、前
記貫通孔の軸線に垂直であることを特徴とする請求項１
記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項４】 前記環状の溝が複数個形成されているこ
とを特徴とする請求項２または３に記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。 - 【請求項５】 前記環状の溝が複数個形成され、一部の
溝の開口部は、前記貫通孔の軸線に垂直な平面内にあ
り、残りの溝の開口部は、前記貫通孔と同心の円筒面内
にあることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ
装置。 - 【請求項６】 前記電気絶縁部材の処理室内に露出する
側の表面が粗面化されていることを特徴とする請求項１
記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項７】 前記溝の幅が０．０１ｍｍ〜３ｍｍの範
囲内であることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。 - 【請求項８】 前記溝の幅が０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲
内であることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。 - 【請求項９】 前記溝の幅に対する溝の深さの比率が２
〜１０００であることを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１０】 前記溝の幅に対する溝の深さの比率が
５〜１００であることを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１１】 前記プラズマ発生電極は実質的に１タ
ーンコイルであることを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１２】 前記プラズマ発生電極は１周以上に巻
かれたコイルであことを特徴とする請求項１記載のプラ
ズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１３】 前記プラズマ発生電極は二つの導入部
分を備えており、一方の導入部分は高周波電源に接続さ
れており、他方の導入部分は接地結合機構を経由して接
地されていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ
ＣＶＤ装置。 - 【請求項１４】 前記接地結合機構は、前記プラズマ発
生電極とアースとを接続するコンデンサーと、前記プラ
ズマ発生電極とアースとを接続する金属板と、前記プラ
ズマ発生電極とアースとを接続するコイルのうちの少な
くとも一つを含んでいることを特徴とする請求項１３記
載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１５】 前記接地結合機構は、前記プラズマ発
生電極とアースとを接続できるコンデンサーと、前記プ
ラズマ発生電極とアースとを接続できる金属板と、前記
プラズマ発生電極とアースとを接続できるコイルのうち
の少なくとも二つを含んでいて、これらの接続がスイッ
チ装置により選択的に切り換えられることを特徴とする
請求項１３記載のプラズマＣＶＤ装置。 - 【請求項１６】 処理室と、処理室内を真空に排気する
排気機構と、処理用のガスを処理室に導入するガス導入
機構と、処理室内に配置されたプラズマ発生電極とを備
え、プラズマ発生電極に電力を供給してプラズマを発生
させることにより処理室内の基体を処理するプラズマ処
理装置において、 前記プラズマ発生電極は前記処理室の壁を貫通する円筒
形状の導入部分を備え、この導入部分と処理室との間に
電気絶縁部材が配置され、この電気絶縁部材は、前記導
入部分が通過できる円形の貫通孔と、処理室内に露出す
る側の表面に形成された環状の溝とを備え、この溝が前
記貫通孔を取り囲んでいることを特徴とするプラズマ処
理装置。 - 【請求項１７】 処理室に原料ガスを導入して、処理室
内に配置されたプラズマ発生電極に電力を供給してプラ
ズマを発生させることにより、処理室内の基体上に導電
性の膜を堆積させるプラズマＣＶＤ方法において、 前記プラズマ発生電極は前記処理室の壁を貫通する円筒
形状の導入部分を備え、この導入部分と処理室との間に
電気絶縁部材が配置され、この電気絶縁部材は、前記導
入部分が通過できる円形の貫通孔と、処理室内に露出す
る側の表面に形成された環状の溝とを備え、この溝が前
記貫通孔を取り囲んでいることを特徴とするプラズマＣ
ＶＤ方法。 - 【請求項１８】 前記原料ガスとして四塩化チタンと窒
素ガスと水素ガスとを用いて、基体上に窒化チタンの膜
を堆積させることを特徴とする請求項１７記載のプラズ
マＣＶＤ方法。 - 【請求項１９】 前記原料ガスとして四塩化チタンと水
素ガスとを用いて、基体上にチタンの膜を堆積させるこ
とを特徴とする請求項１７記載のプラズマＣＶＤ方法。 - 【請求項２０】 前記原料ガスとして四塩化チタンと水
素ガスとを用い、かつ、前記基体としてシリコンを用い
て、基体上にチタンシリサイドの膜を堆積させることを
特徴とする請求項１７記載のプラズマＣＶＤ方法。 - 【請求項２１】 前記プラズマ発生電極の材質としてチ
タンを用いることを特徴とする請求項１８から２０まで
のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ方法。
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