JPH05279859A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH05279859A
JPH05279859A JP4079803A JP7980392A JPH05279859A JP H05279859 A JPH05279859 A JP H05279859A JP 4079803 A JP4079803 A JP 4079803A JP 7980392 A JP7980392 A JP 7980392A JP H05279859 A JPH05279859 A JP H05279859A
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plasma processing
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earth shield
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Atsushi Yamagami
敦士 山上
Nobuyuki Okamura
信行 岡村
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 減圧可能な真空容器と、該真空容器内に配さ
れ該真空容器とは絶縁された電極と、前記電極と前記真
空容器との間に放電が生じないよう前記電極の近傍に配
されたアースシールドと、を有し、前記電極と前記アー
スシールドとの間に絶縁材料を配したことを特徴とする
プラズマ処理装置。 【効果】 電極(カソード)とアースシールド間での高
周波電力の損失を減少することができる。ショート発生
を防止でき信頼性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体デバイ
ス、電子写真用感光体デバイス、画像入力用ラインセン
サー、撮像デバイス、あるいは光起電力デバイス等の製
造に用いられるスパッタ、プラズマCVD、ドライエッ
チング等、プラズマを用いて処理を行うプラズマ処理装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイス等の製造プロセス
においては、CVD装置、スパッタ装置、RIE装置等
プラズマを用いた処理装置が工業的に実用化されてい
る。特に13.56MHzの高周波を用いたプラズマ処
理装置は基板材料、堆積膜材料等が導電体、絶縁体に関
わらず処理できるので広く用いられている。
【0003】従来のプラズマ処理装置、例えばアモルフ
ァスシリコン膜、SiO2膜、Si34膜などの成膜に
用いられているプラズマCVD装置について図4を参照
しながら説明する。図4の装置では、真空容器1に絶縁
性の電極(カソード)支持台2を介して電極(カソー
ド)3が配置されている。カソード3の回りには、カソ
ード3の側部と真空容器1との間で放電が発生しないよ
うにアースシールド4が配置されている。カソード3と
アースシールド4との間隔は、カソード3とアースシー
ルド間に放電が発生しないようにするためにプラズマの
暗部(ダークスペース)の厚さよりも小さくする必要が
ある。プラズマの暗部の厚さは放電条件によって変化す
るが、カソード3とアースシールド4との間隔は1mm
〜3mm程度とするのが一般的である。
【0004】カソード3には整合回路9を介して発振周
波数が13.56MHzの高周波電源10が接続されて
いる。
【0005】基体ホルダ5には被膜を形成するための基
体6が配され、基体6は、基体温度制御手段(図示せ
ず)により所定の温度に保たれる。この装置を使用した
場合の成膜は以下のように行われる。真空容器1を真空
排気手段7によって高真空まで排気した後、ガス供給手
段8によってシランなどの原料ガスを真空容器1内に導
入し、数十ミリトールから数トールの圧力に維持する。
高周波電源10より高周波電力をカソード3に供給して
カソード3と基体ホルダ5との間にプラズマを発生させ
る。こうすることにより、原料ガスが分解され基体6上
に薄膜が形成される。
【0006】上記した従来例では、高周波電源の発振周
波数は13.56MHzであるが、近年、13.56M
Hz以上の高周波電源を用いたプラズマCVD法の報告
(Plasma Chemistryand Plas
ma Processing, Vol 7, No
3, p267(1987))やバイアススパッタ法の
報告(J. Appl. Phys. Vol 66
pp4756(1989))があり、注目されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の装置構成では、以下の問題が存在する。
【0008】上述したように電極(カソード)3とアー
スシールド4との間隔は、カソード3とアースシールド
4間の放電を防止する必要性から3mm程度以下と非常
に小さい。そのためにカソード3とアースシールド4間
の静電容量は大きくなり、インピーダンスは静電容量に
反比例するのでこれらのインピーダンスは小さくなる。
そうすると、カソード3とアースシールド4間には大き
い高周波電流が流れ、高周波電力の損失が生じ、生産性
が悪化するという問題がある。また放電周波数を大きく
すると、プラズマの暗部の厚さは小さくなるのでカソー
ド3とアースシールド4の間隔をさらに小さくする必要
がある。またインピーダンスは放電周波数に反比例する
ので、カソード3とアースシールド4間のインピーダン
スはさらに小さくなる。その結果、高周波電力の損失が
大きくなるので、生産性を損なわずに放電周波数を大き
くすることは困難である。
【0009】またカソードとアースシールドの間隔は非
常に狭いので、剥離した膜等の異物の侵入等によりカソ
ード3とアースシールド4はショートし易く信頼性に欠
けるという問題がある。
【0010】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上述
した問題点を解決すべく本発明者らが鋭意を研究を重ね
て完成に至ったものである。
【0011】本発明の好ましい態様は次のとおりのもの
である。
【0012】即ち、減圧可能な真空容器と、該真空容器
内に配され該真空容器とは絶縁された電極と、該電極に
対向して配された被処理基体を支持する支持台と、前記
電極と前記真空容器との間に放電が生じないよう前記電
極の近傍に配されたアースシールドと、前記真空容器内
にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給手段と、を
有し、前記電極に電力を供給して該電極と前記支持台と
の間にプラズマを発生させ、該プラズマにより前記被処
理基体にプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置におい
て、前記電極と前記アースシールドとの間に絶縁材料を
配したことを特徴とするものである。
【0013】本発明によれば、電極(カソード)とアー
スシールド間の放電発生を防止しつつ電極(カソード)
とアースシールド間の間隔を大きくすることができるの
で、電極(カソード)とアースシールド間での高周波電
力の損失を減少することができる。その結果、生産性を
改善することができ、また生産性を損なわずに放電周波
数を大きくすることができる。また電極(カソード)と
アースシールド間の間隔は大きくでき且つ絶縁材料が配
置されているのでショートの原因となる異物は侵入しに
くくなるのでショート発生を防止でき信頼性を向上する
ことができる。
【0014】
【実施例】図1は本発明のプラズマ処理装置をプラズマ
CVD装置に適用した1例を示す模式図である。同図に
おいては、従来の装置を示した図4と同一の符号は図4
の装置と同じ構成を示すので説明を省略するが、本例で
は、従来の装置と異なって、電極(カソード)3とアー
スシールド4との間に固体の絶縁材料11が配置されて
いる。
【0015】本例では、従来の装置と同様に、電極(カ
ソード)3と基板ホルダ5との間にプラズマを発生さ
せ、原料ガスを分解して基板6に薄膜を堆積するが、高
周波電力が供給される電極(カソード)3とアースシー
ルド4との間隔は、絶縁材料11が配置されているの
で、電極(カソード)3とアースシールド4間での放電
発生を防止しつつ従来よりも大きな距離とすることがで
きる。
【0016】即ち電極(カソード)とアースシールド4
との間にほぼ隙間なく絶縁材料11を配置すれば放電空
間がなくなるので、電極(カソード)3とアースシール
ド4との間隔がプラズマの暗部の厚さよりも大きくて
も、即ち間隔が従来よりも大きくても放電発生を防止す
ることができる。そして絶縁材料11の誘電率も考慮し
て絶縁材料11の厚さを選べば、電極(カソード)3と
アースシールド4間の静電容量は従来よりも小さくする
ことが可能であり、高周波電力の損失を減少できる。そ
して当然のことながら、電極(カソード)3とアースシ
ールド4間へのショート発生の原因となる異物の侵入も
ほぼ完全に防止できる。
【0017】また絶縁材料11と電極(カソード)3及
びアースシールド4との間に隙間があっても本発明にお
いて支障はない。但し電極(カソード)3とアースシー
ルド4間の放電発生防止のためには、絶縁材料11と電
極(カソード)3とアースシールド4との間隔は、プラ
ズマの暗部の厚さ以下、即ち3mm程度以下である必要
がある。絶縁材料11と電極(カソード)3及びアース
シールド4との間隔を従来の電極(カソード)3とアー
スシールドとの間隔にすれば容易に電極(カソード)3
とアースシールド4との間隔を従来の倍以上にでき、静
電容量を半分以下に減少できる。また3mm程度以下の
隙間を設けることにより、隙間なく絶縁材料を配置する
場合よりも静電容量を小さくできる。また異物が隙間に
侵入しても電極(カソード)3とアースシールド4は絶
縁材料11で絶縁されているのでショート発生の心配は
ない。
【0018】絶縁材料は図2に示すように複数個配置し
ても良い。但しこの場合も放電発生防止のために、電極
(カソード)と絶縁材料、アースシールドと絶縁材料、
及び絶縁材料間の間隔は3mm程度以下にする必要があ
る。薄い絶縁材料を2〜3mmの間隔で複数個配置する
ことによって、隙間なく絶縁材料を配置する場合よりも
誘電率の影響を大幅に減少することができ静電容量も効
率よく小さくできる。
【0019】絶縁材料は誘電損の小さい材料が好まし
く、誘電正接の小さい物がよい。アースシールドの材質
はステンレス鋼が一般的であり、ステンレス鋼の平板コ
ンデンサの誘電正接は0.03程度であるので、絶縁材
料の誘電正接は0.01以下であれば誘電損の影響はそ
れほど大きくないが、より好ましくは0.01以下がよ
い。高分子絶縁材料ではポリ四フッ化エチレン、ポリ三
フッ化塩化エチレン、ポリフッ化エチレンプロピレン、
ポリイミドが好ましく、ガラス材料では石英、石英ガラ
ス、ホウケイ酸ガラスが好ましく、磁器材料では窒化ホ
ウ素、窒化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニ
ウム・酸化マグネシウム・酸化珪素の元素酸化物の中の
単数または複数の元素酸化物を主成分とする磁器が好ま
しい。
【0020】図3は、図1の装置において絶縁材料11
にポリ四フッ化エチレンを用いてカソード3とアースシ
ールド4間の静電容量を、絶縁材料11を配置しない従
来の装置の静電容量の10%程度に減少させ、高周波電
源10の発振周波数を13.56MHzから280MH
zまで変化させてプラズマを生成させた場合のカソード
3と基板ホルダ5間のプラズマ密度を示すグラフであ
る。該プラズマ密度は一般的なプラズマ計測手段である
プローブ法で測定した。比較のために、絶縁材料11を
配置しない従来の装置で放電周波数を変化させた場合の
測定結果もプロットしてある。従来の装置では放電周波
数を13.56MHzから大きくしていくと、40MH
z程度まではプラズマ密度に変化はないが、40MHz
以上になると放電周波数の増加と共にプラズマ密度は減
少する傾向があった。ところが本発明の装置では、従来
の装置に比べて全体的にプラズマ密度は大きく、本発明
により高周波電力の損失が減少していることがわかる。
また13.56MHz以上に放電周波数を上げても25
0MHzまではプラズマ密度の減少傾向はなく、250
MHz以上で減少傾向があった。プラズマ密度とプラズ
マ処理速度は密接な関係にあることはよく知られてお
り、本発明により生産性を損なわずに放電周波数を1
3.56MHz以上に上げることが可能となった。特
に、40MHz〜250MHzの放電周波数の領域で
は、従来の装置の場合のような減少傾向はなく本発明の
効果が顕著であった。
【0021】ここで説明した例はプラズマCVD装置で
あったが、本発明はカソードとアースシールドを用いる
スパッタ装置やエッチング装置等のプラズマ処理装置に
も利用できることは言うまでもない。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば電極(カソード)とアー
スシールド間の放電発生を防止しつつ電極(カソード)
とアースシールド間の間隔を大きくすることができるの
で、電極(カソード)とアースシールド間での高周波電
力の損失を減少することができる。その結果、生産性を
改善することができ、また生産性を損なわずに放電周波
数を大きくすることができる。また電極(カソード)と
アースシールド間の間隔は大きくでき且つ絶縁材料が配
置されているのでショートの原因となる異物は侵入しに
くくなるのでショート発生を防止でき信頼性を向上する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置をプラズマCVD装
置に適用した1例を示す模式図である。
【図2】本発明の装置における電極(カソード)部の1
例を示す模式図である。
【図3】プラズマ密度の放電周波数特性を示すグラフで
ある。
【図4】従来のプラズマ処理装置の1例を示す模式図で
ある。
【符号の説明】
1 真空容器 2 電極(カソード)支持台 3 電極(カソード) 4 アースシールド 5 基体ホルダ 6 基体 7 真空排気手段 8 ガス供給手段 9 整合回路 10 高周波電源 11 絶縁材料

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧可能な真空容器と、該真空容器内に
    配され該真空容器とは絶縁された電極と、該電極に対向
    して配された被処理基体を支持する支持台と、前記電極
    と前記真空容器との間に放電が生じないよう前記電極の
    近傍に配されたアースシールドと、前記真空容器内にプ
    ラズマ処理用のガスを供給するガス供給手段と、を有
    し、前記電極に電力を供給して該電極と前記支持台との
    間にプラズマを発生させ、該プラズマにより前記被処理
    基体にプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置におい
    て、前記電極と前記アースシールドとの間に絶縁材料を
    配したことを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記電極と前記絶縁材料及び前記アース
    シールドと前記絶縁材料との間隔が3mm以下である請
    求項1記載のプラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】 前記絶縁材料を複数個配置し、1つの絶
    縁材料とその隣に配された絶縁材料との間隔が3mm以
    下である請求項1記載のプラズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 前記絶縁材料の誘電正接が0.01以下
    である請求項1乃至3記載のプラズマ処理装置。
  5. 【請求項5】 前記絶縁材料が、ポリ四フッ化エチレ
    ン、ポリ三フッ化塩化エチレン、ポリフッ化エチレンプ
    ロピレン、ポリイミド、石英、石英ガラス、ホウケイ酸
    ガラス、窒化ホウ素、窒化シリコン、窒化アルミニウ
    ム、酸化アルミニウム・酸化マグネシウム・酸化珪素の
    元素酸化物の中の単数または複数の元素酸化物を主成分
    とする磁器の中から選ばれたものである請求項4記載の
    プラズマ処理装置。
  6. 【請求項6】 前記高周波電源の発信周波数が13.5
    6MHz以上である請求項1乃至5記載のプラズマ処理
    装置。
  7. 【請求項7】 前記高周波電源の発信周波数が40MH
    z〜250MHzである請求項6記載のプラズマ処理装
    置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0665575A1 (en) * 1994-01-28 1995-08-02 Applied Materials, Inc. Plasma processing systems
JP2012507126A (ja) * 2008-10-29 2012-03-22 ライボルト オプティクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Vhf装置

Cited By (3)

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