WO2004040631A1 - プラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置 - Google Patents

プラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置 Download PDF

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plasma chemical
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Hiroshi Mashima
Akira Yamada
Keisuke Kawamura
Kenji Tagashira
Yoshiaki Takeuchi
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Mitsubishi Heavy Industries
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    • 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
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    • C23C16/505—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 using radio frequency discharges
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma enhanced chemical vapor deposition method and a plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus for forming a film on a substrate using plasma to deposit a substance on the substrate.
  • a plasma chemical vapor deposition method for depositing a substance such as a semiconductor on a substrate is carried out as follows using a plasma chemical vapor deposition apparatus having a vacuum film forming chamber.
  • the plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus includes a substrate placed in a vacuum atmosphere, a ground electrode that holds the substrate and is grounded, and a ladder-type electrode that is placed parallel to and opposed to the substrate.
  • the film-forming gas containing the substance is introduced into the plasma chemical vapor deposition apparatus, and power is supplied from the high-frequency power supply circuit to the ladder-type electrode to generate plasma between the ladder-type electrode and the substrate. Then, the film-forming gas is decomposed by the plasma, and a substance is vapor-deposited on the substrate.
  • the two high-frequency powers having the same frequency and a phase of one high-frequency power different from a phase of the other high-frequency power are supplied by a high-frequency power supply circuit. It is generated and distributed and supplied to the discharge electrodes that make up the ladder-type electrode via multiple cables. This suppresses the generation of a standing wave on the discharge electrode, which hinders the uniformity of the film thickness, and stably supplies the high-frequency power generated by the high-frequency power supply circuit. Disclosure of the invention
  • the ladder-type electrode is not used. This causes an imbalance in the film thickness distribution.
  • the effect of each discharge electrode portion on the substrate differs from that of the discharge electrode portion in the vicinity of the portion due to its arrangement and structure. As a result, local unevenness of the film thickness distribution occurs, and there is a problem that the film thickness distribution characteristics in a large-area substrate are not sufficiently improved.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and by controlling the electrical characteristics of a cable for transmitting high-frequency power, the occurrence of a phase difference between high-frequency powers is suppressed, and the film thickness distribution characteristics are made uniform. It is intended to provide a method for doing so.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • a discharge electrode and a substrate are arranged to face each other in a vacuum film forming chamber into which a film forming gas containing a substance is introduced, and high frequency power generated by a high frequency power supply circuit is supplied to the vacuum forming chamber.
  • a plurality of external cables located outside the membrane chamber From a plurality of external cables located outside the membrane chamber, a plurality of external cables located on the inside of the vacuum film forming chamber and a plurality of external cables provided on the discharge electrode via a plurality of internal cables corresponding to each of the external cables.
  • the electrical characteristics of the external cable it is possible to suppress the occurrence of a phase difference between the high-frequency powers supplied to a plurality of power supply points, and the voltage distribution of the generated plasma is made uniform,
  • the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate can be made uniform.
  • the plasma enhanced chemical vapor deposition method of the present invention includes: performing vapor deposition while changing electrical characteristics of the external cable; observing a vapor deposition state of the substance on the substrate; The phase of high-frequency power supplied to the plurality of power supply points is adjusted by changing electrical characteristics.
  • the cable whose phase should be changed and its electrical characteristic parameters can be specified, the occurrence of a phase difference between high-frequency powers supplied to a plurality of power supply points can be suppressed, and a thin film formed on a substrate
  • the film thickness distribution can be made uniform.
  • the electrical characteristics are changed by changing a length of the external cable.
  • the work of adjusting the phase at a plurality of feeding points of the high-frequency power can be performed by the work of adjusting the outside of the vacuum film forming chamber, and the workability is improved.
  • the length of the external cable the phase corresponding to the wavelength of the high-frequency power transmitted through each external cable can be changed and adjusted, and the film thickness distribution of the thin film generated on the substrate can be made uniform.
  • the length of the external cable is changed by detaching one or more connectors.
  • the cable length can be changed with the connector length as one unit.
  • the length of the external cable is adjusted by changing the number of inserted connectors, the length is adjusted rather than changing the length of the cable itself. Work can be easily performed.
  • the external cable may have an insulator around a conductor, and the electrical characteristics may be changed by changing a dielectric constant of the insulator.
  • the wavelength of the high-frequency power transmitted through the cable can be changed, and the phase corresponding to this wavelength can be changed and adjusted, and the phase generated on the board can be changed.
  • the thickness distribution of the thin film can be made uniform.
  • the insulator of the external cable is polytetrafluoroethylene.
  • the insulation characteristics, dimensional characteristics, and operability of the external cable are improved, the phase change and adjustment of the high-frequency power transmitted through the cable are facilitated, and the film thickness distribution of the thin film generated on the substrate is made uniform.
  • a discharge electrode and a substrate are arranged to face each other in a vacuum film-forming chamber into which a film-forming gas containing a substance is introduced, and high-frequency power generated by a high-frequency power supply circuit is supplied to the vacuum-forming chamber.
  • a power is supplied from an external cable located outside the membrane chamber to a plurality of feeding points provided on the discharge electrode via an internal cable located inside the vacuum film deposition chamber, and the power is supplied between the discharge electrode and the substrate.
  • a plasma chemical vapor deposition apparatus for generating plasma between the substrates and depositing the substance on the substrate, wherein the length of the external cable is changed as an adjustment unit for a phase difference at the plurality of feeding points of the high-frequency power is characterized by having.
  • the high-frequency power supplied to the discharge electrode by operating the external cable The phase corresponding to the wavelength can be changed and adjusted, and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate can be made uniform.
  • a discharge electrode and a substrate are arranged opposite to each other in a vacuum film-forming chamber into which a film-forming gas containing a substance is introduced, and high-frequency power generated by a high-frequency power supply circuit is supplied to the vacuum-forming chamber.
  • a power is supplied from an external cable located outside the membrane chamber to a plurality of feeding points provided on the discharge electrode via an internal cable located inside the vacuum film deposition chamber, and the power is supplied between the discharge electrode and the substrate.
  • a plasma chemical vapor deposition apparatus that generates plasma between the substrates and vapor-deposits the substance on the substrate, and changes a relative dielectric constant of the external cable as an adjustment unit of a phase difference at the plurality of feeding points of the high-frequency power. It is characterized by having been made.
  • the phase adjustment of the high-frequency power at the multiple discharge electrodes can be performed by the insulator operation of the outer cape without the need to adjust the components inside the vacuum deposition chamber including the internal cable. it can.
  • the wavelength and phase of the high-frequency power supplied to the discharge electrode can be changed and adjusted, and the film thickness distribution of the thin film formed on the substrate can be made uniform.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a plasma chemical vapor deposition apparatus for realizing one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of an external cable provided in a plasma chemical vapor deposition apparatus that realizes one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an internal cable provided in a plasma chemical vapor deposition apparatus that realizes one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a main part of a plasma chemical vapor deposition apparatus that performs a plasma chemical vapor deposition method according to a first embodiment of the present invention.
  • reference numeral 10 denotes a vacuum film forming chamber of the plasma enhanced chemical vapor deposition apparatus according to the present embodiment.
  • a ladder electrode 11 prepared as a discharge electrode and a ladder A ground electrode (not shown) is provided facing the electrode 11 at a predetermined interval and grounded, and a substrate 12 held by the ground electrode is provided.
  • the vacuum film forming chamber 10 has a gas supply pipe 13 for introducing a film forming gas containing a substance such as amorphous silicon and polycrystalline thin film silicon which is desired to be deposited on the substrate 12, and a plasma supply pipe 13. And a gas exhaust pipe 14 for exhausting the gas after the decomposition.
  • the vacuum film forming chamber 10 is supplied with a film forming gas from a gas supply source (not shown) via a gas supply pipe 13, and is also supplied with a plasma via a gas exhaust pipe 14 by a vacuum pump (not shown). The gas after decomposition is sucked.
  • the ladder electrode 11 is composed of a plurality of parallel vertical electrode rods 11a and a pair of horizontal electrode rods 11b and 11c arranged in parallel to the vertical electrode rod 11a. It is constructed and assembled in a grid. For example, eight power supply points 15a to 15h are provided on the horizontal electrode rod 11b constituting the ladder electrode 111, and similarly, the horizontal electrode rod 11c constituting the ladder electrode 11 is provided with eight feeding points 15a to 15h. There are also provided eight feeding points 16a to 16h. The feeding points 15a to 15h and the feeding points 16a to 16h are provided at positions that divide the horizontal electrode rods 11b and 11c into approximately nine equal parts, respectively. ing. When the substrate 12 has a square size of, for example, 1100 [mm] X140 [mm], the ladder electrode 11 has a size of 1200 [mm] X1500 [mm]. ] Use a substrate that is slightly larger than the square substrate 1 or 2.
  • each output terminal 17a to 17h and each connector 18a to 18h eight coaxial cables (typical cables having an insulator around conductors) are used. External) Cables 19 a to 19 h and each power supply point 15 a to 15 h
  • Eight vacuum (internal) cables 20 a to 20 h for connecting the respective connectors 18 a to 18 h inside the vacuum film forming chamber 10 are provided.
  • the power distributor 17A is provided as a distributor for uniformly distributing the high-frequency power output from the high-frequency power supply 21a to the feeding points 15a to 15h.
  • the input terminal of this power distribution device 17 A is a matching device for adjusting the impedance matching between the power distributor 17 A and the high frequency power source 21 a so that high frequency power is supplied efficiently. It is connected to the high-frequency power supply 21a via the box 22a.
  • the output terminals 17i to 17p of the power distributor 17B arranged outside the vacuum deposition chamber 10 and the vacuum deposition chamber 1 The connectors 23 a to 23 h are provided on the outer wall of the “0”. Each output terminal 17i to 17p and each connector 23a to 23h are connected by eight coaxial cables 24a to 24h, respectively, and each feeding point 16a to 16h The connectors 23a to 23h are connected by eight vacuum cables 25a to 25h, respectively.
  • the input terminal of the power distributor 17B is connected to the high-frequency power supply 21b via the matching box 22b.
  • the power distributor 17B is a distributor for equally distributing the high-frequency power output from the high-frequency power supply 21 to the feeding points 16a to 16h, similarly to the power distributor 17A.
  • the matching box 22b like the matching box 22a, adjusts the impedance matching between the power distributor 17B and the high-frequency power supply 21b so that high-frequency power is supplied efficiently. Used.
  • Ladder electrode 11 described above, coaxial cables 19 a to 9 h and 24 a to 24 h, vacuum cables 20 a to 20 h and 25 a to 25 h, power distributors 17 A, 17 B, the high-frequency power supplies 21a and 21b, and the matching boxes 22a and 22b constitute a high-frequency power supply circuit 26 of the plasma chemical vapor deposition apparatus of the present embodiment.
  • the coaxial cables 19 a to 19 h and 24 a to 24 h shown in FIG. 2 have a core (conductor) 27 extending in one direction, an insulator 28 that continuously covers the core 27, and an insulator 28. a metal net 2 9 covering the 28 continuously, these and a coating 30 which covers continuously from the outermost periphery.
  • the vacuum cables 20a to 20h and 25a to 25h shown in Fig. 3 are composed of a stranded core wire 31 extending in one direction and the surface of the core wire 31 without any gap. It is composed of a plurality of insulators 32 that are adjacently covered, and a metal net 33 that continuously covers them from the outermost periphery.
  • a film-forming gas containing, for example, amorphous silicon is introduced from the gas supply pipe 13 into the vacuum film-forming chamber 10 in a vacuum state.
  • a high frequency of 60.0 MHz 60.0 MHz
  • VHF Power is equally distributed from the high-frequency power supply 21 a through the matching box 22 a and the power distributor 17 A to the power supply points 15 a to 15 h and supplied to the ladder electrode 11. You.
  • high-frequency (VHF) power of a frequency of 60. OMHz having a different phase from the high-frequency power supply 21b is evenly fed through the matching box 22b and the power distributor 17B. l Distributed to 6 h and fed to the ladder electrode 11. At this time, the total power supplied from the high-frequency power supply 21a and the high-frequency power supply 21b is adjusted to be, for example, 30000 W.
  • the film forming gas containing amorphous silicon is decomposed in the plasma, and the gas exhaust pipe 1
  • the desired amorphous silicon crystal is generated on the surface of the substrate 12 while exhausting the gas after the decomposition by the plasma from 4.
  • the film is supplied to the ladder electrode 11 by supplying two high-frequency powers having the same frequency and changing the phase of the other high-frequency power at a constant frequency with reference to the phase of one high-frequency power.
  • the generation of a standing wave on the ladder electrode 11 which hinders the uniformity of the thickness is suppressed, and the uniformity of the voltage distribution promotes the uniformity of the film thickness distribution in the power supply direction.
  • the coaxial cables 19a to 19h and 24a to 24h are used.
  • a plasma chemical vapor deposition method for making the film thickness distribution uniform will be described.
  • the coaxial cables 19 a to l 9 h and 24 a to 24 h are different from polyethylene standardized by the conventional JIS-C-350
  • the use of tetrafluoroethylene improves insulation properties, dimensional properties, and operability.
  • the vacuum cables 20a to 20h and 25a to 25h are insulators formed of a plurality of aluminas having a predetermined length in a direction in which the stranded core wire 3'1 extends.
  • the cable 32 is configured so that the surface of the core wire 31 is disposed continuously without any gap.
  • Each of the cables has a certain size and is disposed in the vacuum film forming chamber 10.
  • the wavelength of the transmitted high-frequency power is 3.45 m. If the shift for one wavelength is converted to a phase difference of 360 °, the phase shift will be 1.04 ° if the cable length differs by 1 cm.
  • the wavelength of the transmitted high-frequency power is 1.66 m.
  • the phase will be shifted by 2.17 °.
  • coaxial cables 19 a to l 9 h and 24 a to 24 h can be finely adjusted because the difference in cable length has little effect on the phase difference.
  • the phase of the power is adjusted. That is, the phase shift per cm is smaller in the atmospheric cable than in the vacuum cable, so that fine adjustment of the phase is easier. .
  • the coaxial cables 19 a to l 9 h and 24 a to 24 h having the reference length, and the vacuum cables 20 a to 20 h and 25 a to 25 h having the reference length After applying a force to form a film on the substrate 12, the state of deposition such as film thickness is observed.
  • the film formation distribution on the substrate is made uniform.
  • the length of the coaxial cable to be adjusted is not changed, and the connectors to which the corresponding coaxial cable is connected are 18a to 18h and 23a to 23h, and the output terminals are 17a to Even if one or more similar connectors are additionally inserted into any part of l7p, the same operation and effect as changing the length of the coaxial cable can be obtained.
  • the waveform of the high frequency power may be a triangular wave, a sine wave, or the like.

Abstract

　高周波電力を伝送するケーブルの電気的特性を操作することによって、高周波電力間の位相差の発生を抑えて、膜厚の分布特性を均一化する方法を提供する。 　基準長さを有する同軸ケーブル（１９ａ～１９ｈ及び２４ａ～２４ｈ）、真空ケーブル（２０ａ～２０ｈ及び２５ａ～２５ｈ）を配設し、実際に高周波電力を供給して基板上に製膜させた後、膜厚等の蒸着状態を観察する。 　観察結果に基づいて、調整すべき基板上の箇所に対応する電極及び給電点に連通する同軸ケーブルの全長を変化させて再び配設し、先の操作と同様の高周波電力を供給して製膜させる。上記操作を繰り返すことによって、基板上の製膜分布を均一化する。

Description

明 細 書 ブラズマ化学蒸着方法及びブラズマ化学蒸着装置 技術分野
本発明は、 物質を基板に蒸着させるためプラズマを用いて基板上に製膜するプ ラズマ化学蒸着方法及びブラズマ化学蒸着装置に関する。 背景技術
従来、 例えば半導体等の物質を基板に蒸着させるプラズマ化学蒸着方法は、 真 空製膜室を有するプラズマ化学蒸着装置を用いて次のように行われる。
該プラズマ化学蒸着装置は、 真空雰囲気に配置された基板と、 該基板を保持す るとともに接地されているアース電極と、 該基板と間隔をもって平行に対向配置 されたラダー型電極とを備える。 このプラズマ化学蒸着装置に前記物質を含む製 膜用ガスを導入すると共に、 高周波電力給電回路からラダー型電極に給電し、 ラ ダー型電極と基板間にプラズマを発生させる。 すると、 該プラズマにより前記製 膜用ガスが分解されて、 前記基板上に物質が蒸着する （例えば、 特開 2 0 0 1—
2 7 4 0 9 9号公報参照。 ） 。 .
上述のようなプラズマ化学蒸着装置では、 例えば、 縦方向 X横方向の寸法が 1 [m] X I [m] を超える大面積基板を製膜するような場合、 真空製膜室内 で生成される膜の膜厚分布を基板全体で均一化するため、 前記ラダー型電極と前 記基板との間にプラズマを発生させるために印加される高周波電力の電圧分布を 前記基板全体において均一化させる対策が施される。 例えば、 特許文献 1に示さ れているように、 高周波電力給電回路によって、 同一の周波数であって、 かつ、 一方の高周波電力の位相が他方の高周波電力の位相と異なる前記 2つの高周波電 力を発生させ、 ラダー型電極を構成する放電電極に複数のケーブルを介して分配 供給する。 これによつて、 膜厚の均一化の妨げとなる放電電極上の定在波の発生 を抑制させるとともに、 高周波電力給電回路により発生した高周波電力を安定的 に供給している。 発明の開示
ところで、 上述のようなプラズマ化学蒸着装置では、 上述のように、 放電電極 上の定在波の発生を抑制させる高周波電力を安定的に供給して製膜を図っていて も、 ラダー型電極に起因する膜厚分布の不平衡が発生する。 すなわち、 ラダー電 極上で、 隣接する放電電極部分が左右に存在する基板中央部の放電電極部分と、 隣接する放電電極部分が左右のどちらか一方にしか存在しない給電方向と直角の 方向の基板端部近傍の放電電極部分とでは、 その配置及び構造上、 それぞれの放 電電極部分が基板に与える影響が異なる。 そのため、 局所的な膜厚分布の不平後 ί が発生し、 大面積基板における膜厚の分布特性が十分に改善されていないという 問題があった。
また、 複数の給電点に連通する複数のケーブルのセッティング誤差等の配置に 起因する各ケーブル間の電気的特性の均一化が困難となって、 ケーブルを伝送さ れる高周波電力に位相差が生じることによる上述と同様の問題があつた。
本発明は、 上記課題に鑑みてなされたもので、 高周波電力を伝送するケーブル の電気的特性を操作することによって、 高周波電力間の位相差の発生を抑えて、 膜厚の分布特性を均一化する方法を提供することを目的とする。
本発明は、 上記課題を解決するため、 以下の手段を採用する。
本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製 膜室内に、 放電電極と基板とが対向配置され、 高周波電力給電回路により発生し た高周波電力を前記真空製膜室の外部に位置する複数の外部ケーブルから、 前記 真空製膜室の内部に位置するとともに、 各前記外部ケーブルに対応する複数の內 部ケーブルを介して、 前記放電電極に備えられた複数の給電点へ給電し、 前記放 電電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、 前記物質を前記基板上に蒸着 させるプラズマ化学蒸着方法であって、 前記外部ケーブルの電気的特性を変化さ せて前記複数の給電点へ給電される高周波電力の前記給電点における位相を調整 することを特徴とする。
このような方法とすることで、 內部ケーブルを含む真空製膜室内部の構成機器 の調整作業を伴わずに、 高周波電力の複数の給電点における位相の調整作業が実 施できて、 作業' I·生が向上する。
すなわち、 外部ケーブルの電気的特性を変化させることによって、 複数の給電 点に給電される高周波電力間の位相差の発生を抑えることができ、 '発生するブラ ズマの電圧分布が均一化されて、 基板上に生成される薄膜の膜厚分布を均一化す ることができる。
また、 本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 前記外部ケーブルの電気的特性を変 化させて蒸着を行い、 前記基板上における前記物質の蒸着状態を観察し、 該観察 結果に基づきさらに前記外部ケーブルの電気的特性を変化させて、 前記複数の給 電点へ給電される高周波電力の位相を調整することを特徴とする。
このような方法とすることで、 複数の給電点へ高周波電力を供給する複数の外 部ケーブルのうち、 位相を変化させるべき外部ケーブル及びその電気的特性パラ メータが明確にされる。
すなわち、 位相を変化させるべき該当ケーブル及びその電気的特性パラメータ が特定できるので、 複数の給電点に給電される高周波電力間の位相差の発生を抑 えることができ、 基板上に生成される薄膜の膜厚分布を均一化することができ る。
また、 本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 前記外部ケーブルの長さを変化させ ることによって、 前記電気的特性を変化させることを特徴とする。
このような方法とすることで、 真空製膜室外部の調整作業によって、 高周波電 力の複数の給電点における位相の調整作業が実施できて、 作業性が向上する。 すなわち、 外部ケーブルの長さ寸法を調整することによって、 各外部ケーブル を伝送する高周波電力の波長に対応した位相を変更 ·調整することができ、 基板 上に生成される薄膜の膜厚分布を均一化することができる。
また、 本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 前記外部ケーブルの長さを 1以上の コネクタ脱着によって変化させることを特徴とする。 ·
このような方法とすることで、 コネクタ長さ寸法を 1つの単位として、 ケープ ル長さ寸法を変化させることができる。
すなわち； 外部ケーブルの長さ寸法の調整を 1以上のコネクタの揷入個数を変 更することによって行うため、 ケーブル自身の長さ寸法を変更させるよりも調整 作業が容易に実施できる。
また、 本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 前記外部ケーブルが導体の周囲に絶 縁体を有する構成とされ、 該絶縁体の比誘電率を変化させることによって、 前記 電気的特性を変化させることを特徴とする。
このような方法とすることで、 高周波電力のケープル間の位相のみならず波長 についても調整作業が可能となる。
すなわち、 外部ケーブルが備える絶縁体の材質を調整することによって、 ケー ブルを伝送する高周波電力の波長が変更可能となり、 この波長に対応した位相を 変更 ·調整することができ、 基板上に生成される薄膜の膜厚分布を均一化するこ とができる。
また、 本発明のプラズマ化学蒸着方法は、 前記外部ケーブルの絶縁体がポリテ トラフルォロエチレンであることを特徴とする。
このような方法とすることで、 外部ケーブルの絶縁特性、 寸法特性、 及び操作 性が向上する。
すなわち、 外部ケーブルの絶縁特性、 寸法特性、 及び操作性が向上して、 ケー ブルを伝送する高周波電力の位相変更■調整が容易となって、 基板上に生成され る薄膜の膜厚分布を均一化することができる。
本発明のブラズマ化学蒸着方法は、 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製 膜室内に、 放電電極と基板とが対向配置され、 高周波電力給電回路により発生し た高周波電力を前記真空製膜室の外部に位置する外部ケーブルから、 前記真空製 膜室の内部に位置する内部ケーブルを介して、 前記放電電極に備えられた複数の 給電点へ給電し、 前記放電電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、 前記 物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着装置であって、 高周波電力の前 記複数の給電点における位相差の調整部として前記外部ケーブルの長さを変化さ せたことを特徴とする。
このような装置とすることで、 外部ケーブルの寸法操作によって、 内部ケープ ルを含む真空製膜室内部の構成機器の調整作業を伴わずに、 高周波電力の複数の 給電点における位相の調整ができる。
すなわち、 外部ケーブルの操作によって、 放電電極に給電される高周波電力の 波長に対応した位相を変更 ·調整することができ、 基板上に生成される薄膜の膜 厚分布を均一化することができる。
本発明のプラズマ化学蒸着装置は、 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製 膜室内に、 放電電極と基板とが対向配置され、 高周波電力給電回路により発生し た高周波電力を前記真空製膜室の外部に位置する外部ケーブルから、 前記真空製 膜室の内部に位置する内部ケーブルを介して、 前記放電電極に備えられた複数の 給電点へ給電し、 前記放電電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、 前記 物質を前記基板上に蒸着させるブラズマ化学蒸着装置であって、 高周波電力の前 記複数の給電点における位相差の調整部として前記外部ケーブルの比誘電率を変 化させたことを特徴とする。
このような装置とすることで、 外部ケープノレの絶縁体操作によって、 内部ケー ブルを含む真空製膜室内部の構成機器の調整作業を伴わずに、 高周波電力の複数 の放電電極における位相の調整ができる。
すなわち、 外部ケーブルの調整によって、 放電電極に給電される高周波電力の 波長、 位相を変更 ·調整することができ、 基板上に生成される薄膜の膜厚分布を 均一化することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の一実施形態を実現するプラズマ化学蒸着装置の主要部を示す ブロック図である。
図 2は、 本発明の一実施形態を実現するプラズマ化学蒸着装置に配設される外 部ケーブルの構成図である。
図 3は、 本発明の一実施形態を実現するプラズマ化学蒸着装置に配設される内 部ケーブルの構成図である。 発明を実施するための最良の形態
次に、 本発明の実施形態について、 図面を参照して説明する。
図 1は、 本発明の第 1の実施形態のプラズマ化学蒸着方法を実施するプラズマ 化学蒸着装置の主要部の構成を示すプロック図である。 図 1において、 符号 1 0は、 本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置の真空製膜 室であって、 真空製膜室 1 0内には、 放電電極として用意されたラダー電極 1 1 と、 ラダー電極 1 1と所定の間隔をもって対面配置され、 かつ接地されているァ ース電極 （図示せず） と、 該アース電極により保持された基板 1 2とが備えられ ている。
また、 真空製膜室 1 0には、 基板 1 2への蒸着を希望するアモルファスシリコ ンゃ多結晶薄膜シリコン等の物質を含む製膜用ガスを導入するためのガス供給管 1 3と、 プラズマによる分解後のガスを排気するためのガス排気管 1 4とが備え られている。 また、 真空製膜室 1 0は、 図示しないガス供給源からガス供給管 1 3を介して製膜用ガスが供給されると共に、 図示しない真空ポンプにより、 ガス 排気管 1 4を介してプラズマによる分解後のガスが吸引される構成をなしてい る。
ラダー電極 1 1は、 平行な複数本の縦方向電極棒 1 1 aと、 この縦方向電極棒 1 1 aに平行に対面配置された一対の横方向電極棒 1 1 b、 1 1 cとが格子状に 組み立てられて構成されている。 ラダー電極 1 1を構成する横方向電極棒 1 1 b には例えば 8つの給電点 1 5 a〜 1 5 hが設けられ、 同様にラダー電極 1 1を構 成する横方向電極棒 1 1 cにも 8つの給電点 1 6 a〜l 6 hが設けられている。 なお、 各給電点 1 5 a〜 1 5 h、 及び各給電点 1 6 a〜 1 6 hは、 それぞれ横方 向電極棒 1 1 b、 1 1 cをほぼ 9等分する位置にそれぞれ設けられている。 なお、 基板 1 2が例えば 1 1 0 0 [mm] X 1 4 0 0 [mm] 角サイズであ る場合は、 ラダー電極 1 1は、 1 2 0 0 [mm] X 1 5 0 0 [mm] 角サイズ 程度の基板 1 2よりも一回り大きなサイズのものを利用する。
' また、 製膜用ガスを分解するためのプラズマを発生させる高周波電力をラダー 電極 1 1内の給電点 1 5 a〜l 5 hへ給電するために、 真空製膜室 1 0の外部に 配置された電力分配器 1 7 Aの出力端子 1 7 a〜l 7 hと真空製膜室 1 0の外壁 に配設されたコネクタ 1 8 a〜l 8 hとが配設されている。
さらに、 各出力端子 1 7 a〜l 7 hと各コネクタ 1 8 a〜l 8 hとをそれぞれ 接続する外部ケーブルとして、 導体の周囲に絶縁体を有する代表的なケーブルで ある 8本の同軸 （外部） ケーブル 1 9 a〜1 9 hと、 各給電点 1 5 a〜1 5 hと 各コネクタ 1 8 a〜1 8 hとを真空製膜室 10の内部でそれぞれ接続する 8本の 真空 （内部） ケーブル 20 a〜20 hとを備える。
ここで、 電力分配器 1 7 Aは、 高周波電源 2 1 aの出力する高周波電力を均等 に給電点 1 5 a〜l 5 hへ分配するための分配器として備えられている。 この電 力分酉己器 1 7 Aの入力端子は、 効率よく高周波電力が供給されるように電力分配 器 1 7 Aと高周波電源 2 1 aとの間のインピーダンス整合を調整するためのマツ チングボックス 2 2 aを介して、 高周波電源 2 1 aへ接続されている。
同様に、 給電点 1 6 a〜'l 6 hには、 真空製膜室 1 0の外部に配置された電力 分配器 1 7 Bの出力端子 1 7 i〜 1 7 pと真空製膜室 1 0の外壁に配設されたコ ネクタ 2 3 a〜2 3 hとが配設されている。 各出力端子 1 7 i〜 1 7 pと各コネ クタ 2 3 a〜23 hとは、 8本の同軸ケーブル 24 a〜 24 hでそれぞれ接続さ れ、 各給電点 1 6 a〜1 6 hとコネクタ 23 a ~2 3 hとは、 8本の真空ケープ ル 2 5 a〜2 5 hによってそれぞれ接続されている。 また、 電力分配器 1 7 Bの 入力端子は、 マッチングボックス 2 2 bを介して、 高周波電源 2 1 bへ接続され ている。
ここで電力分配器 1 7Bは、 電力分配器 1 7 Aと同様に、 高周波電源 2 1 の 出力する高周波電力を均等に給電点 1 6 a〜l 6 hへ分配するための分配器であ る。 また、 マッチングボックス 22 bは、 マッチングボックス 2 2 aと同様に、 効率よく高周波電力が供給されるように電力分配器 1 7 Bと高周波電源 2 1 bと の間のインピーダンス整合を調整するために用いられる。
上述のラダー電極 1 1と、 同軸ケーブル 1 9 a〜l 9 h及び 24 a〜24 h と、 真空ケーブル 20 a〜20 h及び 2 5 a〜2 5 hと、 電力分配器 1 7A、 1 7 Bと、 高周波電源 2 1 a、 2 1 bと、 マツチングボックス 22 a、 22 bと は、 本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置の高周波電力給電回路 26を構成して いる。
図 2に示す同軸ケーブル 1 9 a〜 1 9 h及び 24 a〜 24 hは、 一方向に延伸 する心線 （導体） 27と、 心線 27を連続して覆う絶縁体 28と、 さらに絶縁体 28を連続して覆う金属網29と、 これらを最外周から連続して覆う被覆 30と から構成されている。 図 3に示す真空ケーブル 2 0 a 〜 2 0 h及び 2 5 a 〜 2 5 hは、 一方向に延伸 する撚り線状の心線 3 1と、 心線 3 1の表面を隙間なきょうに互いに隣接して覆 う複数個からなる碍子 3 2と、 これらを最外周から連続して覆う金属網 3 3とか ら構成されている。
このような構成により、 本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置では、 真空状態 にした真空製膜室 1 0内に、 ガス供給管 1 3から例えばアモルファスシリコンを 含む製膜用ガスを導入すると共に、 例えば、 周波数 6 0 . 0 MH zの高高周波
(V H F ) 電力が、 高周波電源 2 1 aからマッチングボックス 2 2 aと電力分配 器 1 7 Aとを介して均等に給電点 1 5 a 〜 1 5 hへ分配され、 ラダー電極 1 1へ 給電される。
一方、 高周波電源 2 1 bから位相が異なる周波数 6 0 . O MH zの高高周波 (V H F ) 電力がマッチングボックス 2 2 bと電力分配器 1 7 Bとを介して均等 に給電点 1 6 a 〜 l 6 hへ分配され、 ラダー電極 1 1 へ給電される。 この時、 高 周波電源 2 1 a及び高周波電源 2 1 bから供給される全電力は、 例えば 3 0 0 0 Wとなるように調整される。
そして、 上記の状態で 1 0分間程度、 ラダー電極 1 1と基板 1 2との間にブラ ズマを発生させると、 プラズマ中でアモルファスシリコンを含む製膜用ガスが分 解され、 ガス排気管 1 4からプラズマによる分解後のガスを排気しながら、 基板 1 2の表面に希望のアモルファスシリコンの結晶が生成される。 また、 この時、 周波数が同一で一方の高周波電力の位相を基準として、 他方の高周波電力の位相 を一定の周波数をもって変化させた 2つの高周波電力をラダー電極 1 1に供給す ることにより、 膜厚の均一化の妨げとなるラダー電極 1 1上の定在波の発生を抑 制し、 電圧分布を均一化することによって給電方向の膜厚分布の均一化が促進さ れる。
次に、 本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置において、 上述のように物質を基 板 1 2に蒸着させる際に、 同軸ケーブル 1 9 a 〜 l 9 h及び 2 4 a 〜 2 4 hによ つて膜厚分布を均一化するプラズマ化学蒸着方法について説明する。
同軸ケーブル 1 9 a 〜 l 9 h及び 2 4 a 〜 2 4 hは、 絶縁体 2 8の材質として 従来の J I S - C - 3 5 0 1により規格化されたポリエチレンとは異なり、 ポリ テトラフルォロエチレンを使用して、 絶縁特性、 寸法特性、 及び操作性を向上さ せている。
また、 真空ケ一プル 20 a〜 20 h及び 25 a~25 hは、 撚り線状の心線 3 ' 1が延在する方向に所定の長さ寸法を有する複数個のアルミナから形成された碍 子 3 2が、 心線 3 1の表面を連続的に隙間のないよう配設されて構成されてい る。
上記各ケーブルは、 それぞれ一定の寸法をもつて真空製膜室 1 0に配設されて いる。
一般に、 絶縁体の比誘電率を ε、 比透磁率を 、 光速度を c、 高周波電力の周 波数を f とするとケーブルを伝送する高周波電力の波長えは、 下記 （1) 式によ り求めることができる。 · 入 =+ ·
εμ J …… これによると、 本実施の形態で使用される同軸ケーブル 1 9 a〜l 9 h及び 2 4 a〜24 hでは、 伝送される高周波電力の波長は 3. 45 mとなることから、 1波長分のずれを 360° の位相差と換算すると、 ケーブル長が 1 c m異なる と 1. 04° 位相がずれることとなる。
一方、 本実施の形態で使用される真空ケーブル 20 a〜 20 h及び 25 a〜 2 5 hでは、 伝送される高周波電力の波長は 1. 66mとなることから、 上述と同 様の換算によれば、 ケーブル長が 1 c m異なると 2. 1 7° 位相がずれことと なる。
従って、 ケーブル長の差が位相差に与える影響が小さいために位相差の微調整 が可能となる同軸ケーブル 1 9 a〜l 9 h及び 24 a〜 24 hの長さ寸法を変更 することによって高周波電力の位相が調整される。 すなわち、 大気ケーブルの方 が真空ケーブルに比べて、 1 cm当たりの位相ずれが小さいので、 位相の微調整 がしやすい。 .
そこで、 まず基準長さを有する同軸ケーブル 1 9 a〜l 9 h及び 24 a〜24 h、 真空ケーブル 20 a〜20 h及び 25 a〜25 hを配設し、 実際に高周波電 力を供給して基板 1 2上に製膜させた後、 膜厚等の蒸着状態を観察する。
観察結果に基づいて、 調整すべき基板 1 2上の箇所に対応する電極及び給電点 に連通する同軸ケーブルの全長を変化させて再び配設し、 先の操作と同様の高周 波電力を供給して製膜させる。
上記操作を繰り返すことによって、 基板上の製膜分布を均一化する。
例えば、 同軸ケーブル 1 9 b、 1 9 c、 1 9 f 、 1 9 gの全長を他のケーブル よりも 1 0 O mm延長した場合 （位相では約 1 1 ° の遅れに相当） 、 製膜速度 が 1 0 〜 4 0 %の範囲で変化して、 膜厚分布の偏差が ± 4 3 . 8 %から ± 3
9 . 6 %に改善される。
上記の方法によれば、 基板上の製膜分布に基づく所定の外部ケーブルの長さ寸 法を操作することによって、 複数の給電点間に生じる高周波電力の位相差の発生 を抑えて膜厚の分布特性を均一化する方法が提供できる。
なお、 調整すべき同軸ケーブルの長さそのものは変化させずに、 該当する同軸 ケーブルが接続されているコネクタ 1 8 a〜 1 8 h及び 2 3 a〜2 3 h、 出力端 子 1 7 a〜l 7 pの何れか部分に各 1以上の同様のコネクタを追加挿入しても、 同軸ケーブルの長さ寸法を変化させることと同様の作用 ·効果を得ることができ る。
また、 （1 ) 式から、 同軸ケーブルの絶縁体の比誘電率を例えば 4倍に変更す ることによって、 ケーブルを伝送される高周波電力の波長が 1 / 2倍となること から、 同軸ケーブルの長さ寸法を変化させなくても、 伝送する高周波電力の波長 が変化する。 よって、 ケーブル長 1 c mあたりに相当する位相差も 1 / 2倍とな ることから、 互いに異なる比誘電率を有する同軸ケーブルを配設することによつ ても、 複数の給電点間に生じる電気的特性のばらつきを抑制することができ、 上 述と同様に膜厚の分布特性を均一化する方法が提供できる。
さらに、 上記の高周波電力の波形は、 三角波であっても、 正弦波等であっても 構わない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、 放電電極と基板とが 対向配置され、 高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記真空製膜室 の外部に位置する複数の外部ケーブルから、 前記真空製膜室の内部に位置すると ' ともに、 各前記外部ケーブルに対応する複数の内部ケーブルを介して、 前記放電 電極に備えられた複数の給電点へ給電し、 前記放電電極と前記基板との間にブラ ズマを発生させて、 前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着方法で あって、
前記外部ケーブルの電気的特性を変化させて前記複数の給電点へ給電される高 周波電力の前記給電点における位相を調整することを特徴とするプラズマ化学蒸 着方法。
2 . 前記外部ケーブルの電気的特性を変化させて蒸着を行い、 前記基板上にお ける前記物質の蒸着状態を観察し、 該観察結果に基づきさらに前記外部ケーブル の電気的特性を変化させて、 前記複数の給電点へ給電される高周波電力の位相を 調整することを特徴とする請求項 1記載のプラズマ化学蒸着方法。
3 . 前記外部ケーブルの長さを変化させることによって、 前記電気的特性を変 化させることを特徴とする請求項 1又は 2記載のブラズマ化学蒸着方法。
4. 前記外部ケーブルの長さを 1以上のコネクタ脱着によって変化させること を特徴とする請求項 3記載のプラズマ化学蒸着方法。
5 . 前記外部ケーブルが導体の周囲に絶縁体を有する構成とされ、 該絶縁体の 比誘電率を変化させることによって、 前記電気的特性を変化させることを特徴と する請求項 1又は 2記載のブラズマ化学蒸着方法。
6 . 前記外部ケーブルの絶縁体がポリテトラフルォロェチレンであることを特 徴とする請求項 1〜 5記載のブラズマ化学蒸着方法。
7 . 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、 放電電極と基板とが 対向配置され、 高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記真空製膜室 の外部に位置する複数の外部ケーブルから、 前記真空製膜室の内部に位置すると ともに各前記外部ケーブルに対応する複数の内部ケーブルを介して、 前記放電電 極に備えられた複数の給電点へ給電し、 前記放電電極と前記基板との間にプラズ マを発生させて、 前記物質を前記基板上に蒸着させるブラズマ化学蒸着装置であ つて、 '
高周波電力の前記複数の給電点における位相差を調整するように各前記外部ケ 一ブルの長さを変化させたことを特徴とするブラズマ化学蒸着装置。
8 . 物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、 放電電極と基板とが 対向配置され、 高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記真空製膜室 の外部に位置する複数の外部ケーブルから、 前記真空製膜室の内部に位置すると ともに、 各前記外部ケープノレに対応する複数の内部ケーブルを介して、 前記放電 電極に備えられた複数の給電点へ給電し、 前記放電電極と前記基板との間にブラ ズマを発生させて、 前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着装置で あって、
高周波電力の前記複数の給電点における位相差を調整するように各前記外部ケ 一プルの比誘電率を変化させたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
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