JPH11152576A

JPH11152576A - プラズマｃｖｄ装置及び薄膜成膜方法

Info

Publication number: JPH11152576A
Application number: JP31560097A
Authority: JP
Inventors: Atsumichi Kawashima; 敦道川島
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-11-17
Filing date: 1997-11-17
Publication date: 1999-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ装置を用いて薄膜を成膜する
にあたって、プラズマでの消費電力を正確に制御できる
ようにし、所望する物性の薄膜を安定に形成できるよう
にする。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置に、反応ガスのプラ
ズマのインピーダンスを測定するプラズマインピーダン
ス測定手段と、投入する電力を制御する投入電力制御手
段とを設ける。そして、プラズマインピーダンス測定手
段によって測定されたインピーダンスに基づいて、投入
する電力を上記投入電力制御手段によって制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置、及びプラズマＣＶＤ装置を用いた薄膜成膜方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ装置は、化学気相成長に
よって、ダイヤモンド状炭素薄膜（以下、ＤＬＣ薄膜と
称する。）等の薄膜を成膜する装置である。具体的に
は、反応ガスをプラズマ状態にして、活性なラジカルや
イオンを生成し、これらのラジカルやイオンによる化学
反応によって薄膜を形成する。

【０００３】そして、プラズマＣＶＤ装置のうち、いわ
ゆる高周波プラズマＣＶＤ装置では、減圧下にて反応ガ
スを高周波グロー放電によって分解して、活性なラジカ
ルやイオンを生成する。また、いわゆる直流プラズマＣ
ＶＤ装置でも、反応ガスを分解するのに、高周波プラズ
マを併用することもある。

【０００４】このように反応ガスの分解に高周波プラズ
マを用いる場合、反応ガスの分解効率及び分解様式は、
反応ガスに対してどれくらい高周波電力を印加するかに
依存する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマＣ
ＶＤ装置では、通常、高周波電源からの入力電力を、イ
ンピーダンス整合を行う整合器を介して反応ガスに印加
することにより、反応ガスのプラズマを生成させる。そ
して、従来、反応ガスに印加されてプラズマで消費され
る電力を求める場合には、高周波電源から入力される入
力波の電力と、整合器によって反射されて戻ってきた反
射波の電力との差から計算していた。

【０００６】しかしながら、消費される電力には、プラ
ズマで消費される電力（以下、プラズマ消費電力と称す
る。）だけでなく、整合器で消費される電力もある。そ
のため、入力波の電力と反射波の電力との差から求めた
消費電力は、実際には、整合器で消費される電力と、プ
ラズマ消費電力との合計の消費電力である。そして、プ
ラズマで消費される電力の割合（以下、プラズマ電力効
率と称する。）は、条件によっておよそ４０％から１０
０％の範囲で変化する。このため、入力波の電力と反射
波の電力との差からでは、プラズマ消費電力を正確に知
ることはできなかった。

【０００７】このため、例えば、入力波の電力と反射波
の電力との差から求めた消費電力が一定であったとして
も、その他の条件（例えば反応管の形状や反応ガスの流
量等）によって、反応ガスの分解効率や分解様式が異な
る場合があった。換言すれば、入力波の電力と反射波の
電力とが等しくても、反応管の形状が異なる場合や、反
応ガスの流量が異なる場合等には、プラズマ消費電力に
差が現れ、この差に起因して、反応ガスの分解効率や分
解様式が変化することがあった。

【０００８】また、同一の反応管を使用したとしても、
プラズマ電力効率は、入力電力の大きさや反応管内のガ
ス圧に依存して変化する。そのため、同一の反応管を使
用したとしても、入力電力の大きさや反応管内のガス圧
に対する反応ガスの分解効率や反応様式の正確な挙動を
正確に知ることはできなかった。

【０００９】以上のように、従来のプラズマＣＶＤ装置
では、入力波の電力と反射波の電力との差から消費電力
を求めるようにしていたため、正確なプラズマ消費電力
を求めることができなかった。そのため、例えば、プロ
セス開発時に最適な成膜条件の設定を行うことが難しい
という問題があった。

【００１０】また、従来はプラズマ消費電力を正確に知
ることができなかったため、プロセス開発時だけでな
く、プラズマＣＶＤ装置の運用面でも問題があった。

【００１１】例えば、同一の反応管を使用したとしても
経時変化のため、高周波プラズマの生成条件が変化する
場合がある。すなわち、例えば、反応管や電極の汚れや
変形等により、プラズマ整合条件が変化する場合があ
る。プラズマ整合条件が変化すると、それに伴って、た
とえ入力電力が同一であったとしても、プラズマ消費電
力が変化してしまう。そして、プラズマ消費電力が変化
すると、その他の条件が同一であったとしても、反応ガ
スの分解効率や分解様式が変化してしまい、成膜される
薄膜の物性が変化してしまう。

【００１２】特に、ＤＬＣ薄膜を成膜する場合には、反
応ガスの分解効率や分解様式の変化が、成膜されたＤＬ
Ｃ薄膜の物性に大きく影響を与える。そのため、特にＤ
ＬＣ薄膜を成膜する場合には、反応ガスの分解効率や分
解様式が変化しないように、プラズマ消費電力を一定に
保つことが重要となる。

【００１３】本発明は、以上のような従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、プラズマ消費電力を正確に知
ることが可能で、所望する物性の薄膜を安定に形成する
ことが可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、プラズマＣＶＤ装置を用いて
薄膜を成膜するにあたって、プラズマ消費電力を正確に
知ることが可能で、所望する物性の薄膜を安定に形成す
ることが可能な薄膜成膜方法を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマＣ
ＶＤ装置は、反応ガスのプラズマのインピーダンスを測
定するプラズマインピーダンス測定手段と、投入する電
力を制御する投入電力制御手段とを備える。そして、上
記プラズマインピーダンス測定手段によって測定された
インピーダンスに基づいて、投入する電力を上記投入電
力制御手段によって制御することを特徴とする。

【００１５】このプラズマＣＶＤ装置では、プラズマイ
ンピーダンス測定手段によって、反応ガスのプラズマの
インピーダンスを測定する。反応ガスのプラズマのイン
ピーダンスが分かれば、プラズマの消費電力を計算によ
って求めることができる。すなわち、このプラズマＣＶ
Ｄ装置では、プラズマ整合条件等に依存することなく、
プラズマ消費電力を正確に知ることができる。

【００１６】そして、このプラズマＣＶＤ装置では、プ
ラズマインピーダンス測定手段によって測定されたイン
ピーダンスに基づいて、投入する電力を投入電力制御手
段によって制御する。具体的には、例えば、プラズマ消
費電力が所望する一定の値となるように、投入する電力
を投入電力制御手段によって制御する。これにより、所
望する物性の薄膜が安定に形成される。

【００１７】また、本発明に係る薄膜成膜方法は、プラ
ズマＣＶＤ装置を用いて薄膜を成膜する際に、反応ガス
のプラズマのインピーダンスを測定し、当該測定結果に
基づいて、プラズマＣＶＤ装置に投入する電力を制御す
ることを特徴とする。

【００１８】反応ガスのプラズマのインピーダンスが分
かれば、プラズマの消費電力を計算によって求めること
ができる。したがって、上記薄膜成膜方法によれば、プ
ラズマ整合条件等に依存することなく、プラズマ消費電
力を正確に知ることができる。そして、上記薄膜成膜方
法では、測定したプラズマのインピーダンスに基づい
て、プラズマＣＶＤ装置に投入する電力を制御する。具
体的には、例えば、プラズマ消費電力が所望する一定の
値となるように、プラズマＣＶＤ装置に投入する電力を
制御する。これにより、所望する物性の薄膜が安定に形
成される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２０】本発明を適用したプラズマＣＶＤ装置の一
構成例を図１に示す。

【００２１】このプラズマＣＶＤ装置１は、反応ガスａ
１が導入される反応室２と、高周波電源３に接続されイ
ンピーダンス整合を行う整合器４と、反応室２で生成さ
れるプラズマのインピーダンスを測定するプラズマイン
ピーダンスプローブ５と、プラズマインピーダンスプロ
ーブ５からの出力に基づいて高周波電源３及び整合器４
を制御するコンピュータ６とを備える。

【００２２】反応室２は、略円筒形の反応管１１と、反
応管１１と一体とされたチャンバ１２とを有する。そし
て、反応管１１は、当該反応管１１の上部に、反応ガス
ａ１を高周波プラズマによって分解させる高周波プラズ
マ反応部１３を備えるとともに、当該反応管１１の下部
に、高周波プラズマ反応部１３で分解された反応ガスａ
１を基板上に堆積させる直流プラズマ反応部１４を備え
ている。

【００２３】高周波プラズマ反応部１３は、反応ガス導
入口１５を有しており、この反応ガス導入口１５から反
応ガスａ１が反応管１１の内部に導入されるようになさ
れている。また、高周波プラズマ反応部１３の外側に
は、互いに対向するように一対の電極１６，１７が配さ
れている。そして、成膜時には、これら一対の電極１
６，１７の間に高周波電圧を印加し、これにより、反応
ガスａ１のプラズマａ２を生成して、活性なラジカルや
イオンを生成する。

【００２４】一方、直流プラズマ反応部１４は、オリフ
ィス１８を介して、高周波プラズマ反応部１３の下方に
配されており、当該直流プラズマ反応部１４の下方は、
チャンバ１２の内部に開放されている。この直流プラズ
マ反応部１４は、直流プラズマ反応部１４の内部上方に
配された電極１９と、直流プラズマ反応部１４の下方に
配され、基板が設置されるステージ２０とを備えてお
り、電極１９とステージ２０との間に直流電圧が印加さ
れるようになされている。そして、高周波プラズマ反応
部１３で反応ガスが分解されてなる活性なラジカルやイ
オンは、直流プラズマ反応部１４において、電極１９と
ステージ２０との間の電界によって加速された上で、ス
テージ２０の上に設置された基板上に堆積する。これに
より、化学気相成長により、基板上に薄膜が形成され
る。

【００２５】以上のような反応管１１と一体とされたチ
ャンバ１２は、排気口２１を備えており、直流プラズマ
反応部１４から流出してきた不要なガスａ３を排気口２
１から外部へ排出して、反応管１１の内部のガス圧を一
定に保持する。また、このチャンバ１２は、直流プラズ
マ反応部１３から流出してきたガスを分析計等に導くた
めのガス導出口２２を備えている。すなわち、このプラ
ズマＣＶＤ装置１は、例えば、ガス導出口２２から排出
されたガスａ４を四重極質量分析計に導くようにしてお
き、当該四重極質量分析計によって、直流プラズマ反応
部１４から流出してきたガス、すなわち反応後のガスを
分析するようなことが可能となっている。

【００２６】そして、このプラズマＣＶＤ装置１では、
高周波プラズマ反応部１３の外側に配された一対の電極
１６，１７に対して、高周波電源３からの高周波電圧
を、整合器４及びプラズマインピーダンスプローブ５を
介して印加するようになっている。すなわち、このプラ
ズマＣＶＤ装置１では、反応管１３の外側に配された一
対の電極１６，１７の間に高周波電圧を印加し、これに
より、上述したように、反応ガス導入口１５から導入さ
れた反応ガスａ１をプラズマ状態にして、活性なラジカ
ルやイオンを生成する。

【００２７】特に、本発明を適用したプラズマＣＶＤ装
置１では、プラズマインピーダンスプローブ５を備えて
おり、このプラズマインピーダンスプローブ５により、
高周波プラズマ反応部１３で生成されるプラズマａ２の
インピーダンスを測定するようになっている。プラズマ
インピーダンスプローブ５は、プラズマａ２への入力波
とプラズマａ２からの反射波との違いを解析すること
で、プラズマａ２のインピーダンスを測定するものであ
り、具体的には、例えば、アドバンストエナジー社の商
品名「ＲＦＺ６０」が使用可能である。そして、このプ
ラズマインピーダンスプローブ５は、コンピュータ６に
接続されており、測定したプラズマａ２のインピーダン
スを当該コンピュータ６へ出力するようになっている。

【００２８】コンピュータ６は、高周波電源３及び整合
器４に接続されており、このコンピュータ６により、高
周波電源３からの出力や整合器４の回路定数を制御する
ことが可能となっている。具体的には、例えば、コンピ
ュータ６は、プラズマインピーダンスプローブ５によっ
て測定したプラズマａ２のインピーダンスに基づいて、
プラズマ消費電力が最適となるように、高周波電源３か
らの出力や整合器４の回路定数を制御する。

【００２９】すなわち、コンピュータ６は、例えば、プ
ラズマ消費電力が所定の一定の値となるように、高周波
電源３からの出力や整合器４の回路定数を制御する。こ
れにより、反応管１１の経時変化等によりプラズマ生成
条件が変化したとしても、プラズマ消費電力は常に一定
に保たれることとなり、所望する物性の薄膜を安定に形
成することが可能となる。

【００３０】ここで、このプラズマＣＶＤ装置１の回路
のうち、整合器５と、高周波電圧が印加される一対の電
極１６，１７の部分とを抜き出して示す回路図を図２に
示す。

【００３１】図２に示すように、整合器４は、２つの可
変コンデンサ４ａ，４ｂと、コイル４ｃとを備える。ま
た、整合器４は、第１乃至第４の端子４ｄ，４ｅ，４
ｆ，４ｇを備えており、第１の端子４ｄ及び第２の端子
４ｅが、高周波電源３に接続され、第３の端子４ｆ及び
第４の端子４ｇが、高周波プラズマ反応部１３の外側に
配された一対の電極１６，１７にそれぞれ接続される。

【００３２】高周波電源３からの入力波は、第１の端子
４ｄから整合器４に入力される。そして、この整合器４
によりインピーダンス整合がなされて、第３の端子４ｆ
及び第４の端子４ｇに接続された一対の電極１６，１７
に高周波電圧が印加される。これにより、高周波プラズ
マ反応部１３の内部にプラズマａ２が生成される。この
とき、整合器４の第２の端子４ｅからは、高周波電源３
に向かって戻る反射波が出力される。

【００３３】この整合器４は、上述したように、コンピ
ュータ６に接続されており、コンピュータ６によって回
路定数が制御されるようになされている。具体的には、
コンピュータ６から送られる制御信号に基づいて、整合
器４の可変コンデンサ４ａ，４ｂの容量が変化するよう
になされている。そして、コンピュータ６は、プラズマ
インピーダンスプローブ５によって測定したプラズマａ
２のインピーダンスの値に基づいて、整合器４の可変コ
ンデンサ４ａ，４ｂの容量を制御して、例えばプラズマ
消費電力が所望する一定の値となるように、整合器４の
回路定数の最適化を図る。

【００３４】例えば、プラズマａ２を生成させるのに使
用する高周波電源３が、負荷のインピーダンスが５０Ω
のときに電力が入るように設計されているとする。しか
し、プラズマａ２のインピーダンスが５０Ωであるとは
限らず、多くの場合は５０Ωからずれた値となる。その
ため、このままでは電力は殆どプラズマａ２に入らず、
従って、反応ガス導入口１５から導入された反応ガスａ
１がプラズマ状態とならない。このときは、高周波電源
３の出力がほぼゼロの状態、すなわち入射波と反射波と
がほぼ等しい状態となる。

【００３５】これに対して、図２に示したように、高周
波電源３とプラズマａ２との間に可変コンデンサ４ａ，
４ｂとコイル４ｃとを組み合わせた整合器４を挿入し、
可変コンデンサ４ａ，４ｂの容量を変化させて、整合器
４とプラズマａ２のインピーダンスの合計を５０Ωにす
ると、反射波は殆どゼロになり、電力がプラズマａ２に
入ることとなる。

【００３６】この状態のとき、高周波電源３から入力さ
れた電力は、プラズマａ２で消費されるだけではなく、
整合器４でも消費される。そして、通常、整合器４で消
費される電力も、無視することができないほどの大きさ
となる。なぜなら、整合器４のコイル４ｃのリアクタン
スが、プラズマａ２のリアクタンス成分を打ち消すため
に、通常はかなり大きく設定されるため、当該コイル４
ｃが高周波に対して大きな抵抗として作用してしまうか
らである。しかしながら、整合器４で消費される電力
は、プラズマ整合条件によって異なるため、従来、整合
器４で消費される電力を正確に知ることはできなかっ
た。そして、整合器４で消費される電力が正確に分から
ないと言うことは、換言すれば、プラズマ消費電力を正
確に知ることができないということである。

【００３７】これに対して、本発明を適用したプラズマ
ＣＶＤ装置１では、プラズマインピーダンスプローブ５
によってプラズマａ２のインピーダンスを測定するよう
にしている。プラズマａ２のインピーダンスが分かれ
ば、整合器４で消費される電力やプラズマ消費電力を計
算によって求めることができる。したがって、本発明を
適用したプラズマＣＶＤ装置１では、プラズマ整合条件
に依存することなく、整合器４で消費される電力やプラ
ズマ消費電力を正確に知ることができる。

【００３８】以上のようなプラズマＣＶＤ装置１を用い
て薄膜を成膜する際は、先ず、ステージ２０上に基板を
設置し、反応管１１及びチャンバ１２内を排気する。そ
して、整合器４及びプラズマインピーダンスプローブ５
を介して高周波電源３から一対の電極１６，１７に高周
波電圧を印加する。また、電極１９とステージ２０との
間に直流電圧を印加する。そして、反応ガス導入口１５
から反応ガスａ１を反応管１１へ導入する。

【００３９】このとき、一対の電極１６，１７に印加さ
れた高周波電圧により、反応ガスａ１がプラズマ状態と
なり、活性なラジカルやイオンが生成される。そして、
この活性なラジカルやイオンは、直流プラズマ反応部１
４において、電極１９とステージ２０との間の電界によ
って加速された上で、ステージ２０の上に設置された基
板上に堆積する。これにより、化学気相成長により、基
板上に薄膜が形成される。

【００４０】そして、本発明では、このように基板上に
化学気相成長により薄膜を成膜する際に、プラズマイン
ピーダンスプローブ５によってプラズマａ２のインピー
ダンスを測定し、当該測定結果に基づいて、プラズマＣ
ＶＤ装置１に投入する電力を制御する。具体的には、コ
ンピュータ６による制御によって、高周波電源３からの
出力や整合器４の回路定数などを調整する。これによ
り、例えば、反応管１１や電極１６，１７の汚れや変形
等により、プラズマ整合条件が変化したとしても、プラ
ズマ消費電力が一定となるようにプラズマａ２に対して
電力を投入することができる。したがって、本発明を適
用したプラズマＣＶＤ装置１によれば、所望する物性の
薄膜を安定に形成することができる。

【００４１】なお、以上の説明では、整合器４として、
図２に示したように、可変コンデンサ４ａ，４ｂとコイ
ル４ｃとを組み合わせたものを例に挙げたが、コンデン
サと可変コイルとを組み合わせた整合器や、可変コンデ
ンサと可変コイルとを組み合わせた整合器なども使用可
能であることは言うまでもない。いずれの場合も、可変
部分をコンピュータ６によって制御するようにすればよ
い。

【００４２】また、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１
は、いわゆる平行平板電極を用いた容量結合型のプラズ
マＣＶＤ装置であったが、本発明は、高周波プラズマを
利用するプラズマＣＶＤ装置に対して広く適用可能であ
り、例えば、コイル型電極を用いた容量結合型のプラズ
マＣＶＤ装置や、コイル型電極を用いた誘導結合型のプ
ラズマＣＶＤ装置などにも適用可能である。

【００４３】コイル型電極を用いた容量結合型のプラズ
マＣＶＤ装置は、例えば、図３及び図４に示すような構
成とされる。図３は、コイル型電極３０を用いた容量結
合型のプラズマＣＶＤ装置３１の概略構成を示す模式図
であり、図４は、このプラズマＣＶＤ装置３１の回路の
うち、整合器４と、高周波電圧が印加されるコイル型電
極３０の部分とを抜き出して示す回路図である。

【００４４】なお、図３及び図４に示したプラズマＣＶ
Ｄ装置３１の構成は、プラズマａ２の生成に使用する電
極部分が異なる以外は、図１及び図２に示したプラズマ
ＣＶＤ装置１とほぼ同様である。そこで、以下の説明に
おいて、図１及び図２に示したプラズマＣＶＤ装置１と
同様な部分については、図１及び図２の場合と同じ符号
を付して、説明を省略する。

【００４５】このプラズマＣＶＤ装置３１は、図１に示
したプラズマＣＶＤ装置１における一対の電極１６，１
７の代わりに、コイル型電極３０を備える。このコイル
型電極３０は、反応管１１の高周波プラズマ反応部１３
に巻回されてなる。ここで、反応管１１は、接地されて
いるので、コイル型電極３０と反応管１１とが容量結合
することとなる。

【００４６】このプラズマＣＶＤ装置３１を用いて成膜
する際は、高周波プラズマ反応部１３に巻回されたコイ
ル型電極３０に対して、高周波電源３からの高周波電圧
を、整合器４及びプラズマインピーダンスプローブ５を
介して印加する。すなわち、このプラズマＣＶＤ装置３
１では、高周波プラズマ反応部１３に巻回されたコイル
型電極３０に高周波電圧を印加し、これにより、反応ガ
ス導入口１５から導入された反応ガスａ１をプラズマ状
態にして、活性なラジカルやイオンを生成する。そし
て、この活性なラジカルやイオンが、直流プラズマ反応
部１４の下方に配された基板上に堆積することで、基板
上に薄膜が形成される。

【００４７】そして、このプラズマＣＶＤ装置３１にお
いても、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１と同様に、
プラズマインピーダンスプローブ５によりプラズマａ２
のインピーダンスを測定し、その測定結果に基づいて、
コンピュータ６によって高周波電源３からの出力や整合
器４の回路定数を制御する。これにより、図１に示した
プラズマＣＶＤ装置１と同様に、反応管１１の経時変化
等によりプラズマ生成条件が変化したとしても、プラズ
マ消費電力を常に一定に保つことが可能であり、所望す
る物性の薄膜を安定に形成することが可能となってい
る。

【００４８】また、コイル型電極を用いた誘導結合型の
プラズマＣＶＤ装置は、例えば、図５及び図６に示すよ
うな構成とされる。図５は、コイル型電極４０を用いた
誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置４１の概略構成を示す
模式図であり、図６は、このプラズマＣＶＤ装置４１の
回路のうち、整合器４と、高周波電圧が印加されるコイ
ル型電極４０の部分とを抜き出して示す回路図である。

【００４９】なお、図５及び図６に示したプラズマＣＶ
Ｄ装置４１の構成は、プラズマａ２の生成に使用する電
極部分が異なる以外は、図１及び図２に示したプラズマ
ＣＶＤ装置１とほぼ同様である。そこで、以下の説明に
おいて、図１及び図２に示したプラズマＣＶＤ装置１と
同様な部分については、図１及び図２の場合と同じ符号
を付して、説明を省略する。

【００５０】このプラズマＣＶＤ装置４１は、図１に示
したプラズマＣＶＤ装置１における一対の電極１６，１
７の代わりに、一端が接地されてなるコイル型電極４０
を備える。このコイル型電極４０は、反応管１１の高周
波プラズマ反応部１３に巻回されてなる。

【００５１】このプラズマＣＶＤ装置４１を用いて成膜
する際は、高周波プラズマ反応部１３に巻回されたコイ
ル型電極４０に対して、高周波電源３からの高周波電圧
を、整合器４及びプラズマインピーダンスプローブ５を
介して印加する。すなわち、このプラズマＣＶＤ装置４
１では、高周波プラズマ反応部１３に巻回されたコイル
型電極４０に高周波電圧を印加し、これにより、反応ガ
ス導入口１５から導入された反応ガスａ１をプラズマ状
態にして、活性なラジカルやイオンを生成する。そし
て、この活性なラジカルやイオンが、直流プラズマ反応
部１４の下方に配された基板上に堆積することで、基板
上に薄膜が形成される。

【００５２】そして、このプラズマＣＶＤ装置４１にお
いても、図１に示したプラズマＣＶＤ装置１と同様に、
プラズマインピーダンスプローブ５によりプラズマａ２
のインピーダンスを測定し、その測定結果に基づいて、
コンピュータ６によって高周波電源３からの出力や整合
器４の回路定数を制御する。これにより、図１に示した
プラズマＣＶＤ装置１と同様に、反応管１１の経時変化
等によりプラズマ生成条件が変化したとしても、プラズ
マ消費電力を常に一定に保つことが可能であり、所望す
る物性の薄膜を安定に形成することが可能となってい
る。

【００５３】以上のような本発明を適用したプラズマＣ
ＶＤ装置１，３１，４１では、反応管１１の経時変化等
によりプラズマ生成条件が変化したとしても、プラズマ
消費電力を常に一定に保つことが可能であり、所望する
物性の薄膜を安定に形成することが可能となっている。
特に、ＤＬＣ薄膜を成膜する場合には、反応ガスの分解
効率や分解様式の変化が、成膜されたＤＬＣ薄膜の物性
に大きく影響を与える。そのため、特にＤＬＣ薄膜を成
膜する場合には、反応ガスの分解効率や分解様式が変化
しないように、プラズマ消費電力を一定に保つことが重
要となる。したがって、プラズマ消費電力を常に所望す
る一定の値に保つことが可能な本発明を適用したプラズ
マＣＶＤ装置１，３１，４１は、ＤＬＣ薄膜の形成に非
常に好適である。

【００５４】つぎに、プラズマインピーダンスプローブ
を用いてプラズマ消費電力を測定し、高周波電源の側で
の消費電力とプラズマ消費電力とがどれほど異なるかを
調べた結果について説明する。

【００５５】実施例１反応ガスにエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）を使用し、図１に示した
プラズマＣＶＤ装置１を用いて、一対の電極１６，１７
により容量結合型高周波プラズマを生成して、基板上に
ＤＬＣ薄膜を形成した。このときの高周波電源３の側で
の消費電力とプラズマ消費電力とを測定した。結果を表
１に示す。なお、表１では、プラズマで消費される電力
の割合、すなわちプラズマ電力効率も示している。

【００５６】

【表１】

【００５７】表１に示すように、プラズマで消費される
電力の割合は、３７〜５７％の範囲で変化した。換言す
れば、同一の反応管１１を使用しているにも関わらず、
プラズマ電力効率はプラズマ生成条件に応じて大きく変
動した。この結果からも、正確なプラズマ消費電力の測
定には、プラズマインピーダンスプローブ５の使用が不
可欠であることが分かる。

【００５８】実施例２反応ガスにエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）を使用し、図３に示した
プラズマＣＶＤ装置３１を用いて、コイル型電極３０に
より容量結合型高周波プラズマを生成して、基板上にＤ
ＬＣ薄膜を形成した。このときの高周波電源３の側での
消費電力とプラズマ消費電力とを測定した。結果を表２
に示す。なお、表２では、プラズマで消費される電力の
割合、すなわちプラズマ電力効率も示している。

【００５９】

【表２】

【００６０】表２に示すように、プラズマで消費される
電力の割合は、４６〜７５％の範囲で変化した。換言す
れば、同一の反応管１１を使用しているにも関わらず、
プラズマ電力効率はプラズマ生成条件に応じて大きく変
動した。この結果からも、正確なプラズマ消費電力の測
定には、プラズマインピーダンスプローブ５の使用が不
可欠であることが分かる。また、実施例１との比較か
ら、同一の反応管１１を用いたとしても、電極の形状が
異なると、プラズマ電力効率が異なることが分かる。

【００６１】実施例３反応ガスにエチレン（Ｃ₂Ｈ₄）を使用し、図５に示した
プラズマＣＶＤ装置４１を用いて、コイル型電極４０に
より誘導結合型高周波プラズマを生成して、基板上にＤ
ＬＣ薄膜を形成した。このときの高周波電源３の側での
消費電力とプラズマ消費電力とを測定した。結果を表３
に示す。なお、表３では、プラズマで消費される電力の
割合、すなわちプラズマ電力効率も示している。

【００６２】

【表３】

【００６３】表３から、誘導結合型の場合には、電力は
殆どプラズマで消費されることが分かる。しかしなが
ら、この場合にも、プラズマ電力効率は、プラズマ生成
条件に応じて若干変動している。この結果からも、正確
なプラズマ消費電力の測定には、プラズマインピーダン
スプローブ５の使用が不可欠であることが分かる。

【００６４】実施例１乃至実施例３のように、プラズマ
インピーダンスプローブ５を使用してプラズマ消費電力
を正確に測定することは、特にプロセス開発時に、反応
管１１を設計したり、最適な成膜条件を正確に調べたり
するのに、非常に有効である。また、成膜条件を決定し
た後の運用時においても、常にプラズマ消費電力が所定
の値となるようにするには、プラズマインピーダンスプ
ローブ５が不可欠である。すなわち、プラズマインピー
ダンスプローブ５を使用してプラズマ消費電力を正確に
測定し、当該プラズマ消費電力が一定となるように高周
波電源３からの出力や整合器４の回路定数を調整するこ
とで、反応管１１の経時変化等によりプラズマ生成条件
が変化したとしても、所望する物性の薄膜を安定に形成
することが可能となる。

【００６５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るプラズマＣＶＤ装置は、プラズマインピーダンス測定
手段を備えているので、プラズマ整合条件等に依存する
ことなく、プラズマ消費電力を正確に知ることができ
る。したがって、例えば、プロセス開発時に、反応ガス
の流量や反応管内のガス圧等を変化させたときのプラズ
マ消費電力の変化を補正することができる。また、運用
時に、反応管や電極の汚れや変形等によりプラズマ整合
条件が変化したとしても、プラズマインピーダンス測定
手段によって測定されたインピーダンスに基づいて、投
入する電力を制御することで、プラズマ消費電力が一定
となるようにプラズマに対して電力を投入することがで
きる。したがって、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置に
よれば、所望する物性の薄膜を安定に形成することが可
能となる。

【００６６】また、本発明に係る薄膜成膜方法では、プ
ラズマのインピーダンスを測定して、当該測定結果に基
づいて、プラズマＣＶＤ装置に投入する電力を制御する
ようにしている。したがって、例えば、プロセス開発時
に、反応ガスの流量や反応管内のガス圧等を変化させた
ときのプラズマ消費電力の変化を補正することができ
る。また、運用時に、反応管や電極の汚れや変形等によ
りプラズマ整合条件が変化したとしても、プラズマ消費
電力が一定となるようにプラズマに対して電力を投入す
ることができる。したがって、本発明に係る薄膜成膜方
法よれば、所望する物性の薄膜を安定に形成することが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した、平行平板電極を用いた容量
結合型のプラズマＣＶＤ装置の一構成例を示す模式図で
ある。

【図２】図１に示したプラズマＣＶＤ装置の回路のう
ち、整合器と、高周波電圧が印加される一対の電極の部
分とを示す回路図である。

【図３】本発明を適用した、コイル型電極を用いた容量
結合型のプラズマＣＶＤ装置の一構成例を示す模式図で
ある。

【図４】図３に示したプラズマＣＶＤ装置の回路のう
ち、整合器と、高周波電圧が印加されるコイル型電極の
部分とを示す回路図である。

【図５】本発明を適用した、コイル型電極を用いた誘導
結合型のプラズマＣＶＤ装置の一構成例を示す模式図で
ある。

【図６】図５に示したプラズマＣＶＤ装置の回路のう
ち、整合器と、高周波電圧が印加されるコイル型電極の
部分とを示す回路図である。

【符号の説明】

１プラズマＣＶＤ装置、２反応室、３高周波
電源、４整合器、５プラズマインピーダンスプロ
ーブ、６コンピュータ、１１反応管、１２
チャンバ、１３高周波プラズマ反応部、１４直
流プラズマ反応部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応ガスのプラズマのインピーダンスを
測定するプラズマインピーダンス測定手段と、投入する電力を制御する投入電力制御手段とを備え、上記プラズマインピーダンス測定手段によって測定され
たインピーダンスに基づいて、投入する電力を上記投入
電力制御手段によって制御することを特徴とするプラズ
マＣＶＤ装置。
【請求項２】炭素薄膜の成膜に用いられることを特徴
とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】プラズマＣＶＤ装置を用いて薄膜を成膜
する際に、反応ガスのプラズマのインピーダンスを測定し、当該測定結果に基づいて、プラズマＣＶＤ装置に投入す
る電力を制御することを特徴とする薄膜成膜方法。
【請求項４】成膜される薄膜が炭素薄膜であることを
特徴とする請求項３記載の薄膜成膜方法。