JPH03191069A - 薄膜形成装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は１０−３以上の真空度で、被成膜基板にプラズ
マ流を照射することによって成膜する薄膜形成装置およ
び方法に関する。

従来の技術 １０−３〜１０−’　ｌ−−ルの高真空で薄膜を形成す
る従来の技術として、電子サイクロトロン共鳴を用いた
ＣＶＤ装置がある。これは放電室内でマイクロ波電力と
共鳴磁界とによって発生した電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマを用いて反応ガスを分解し、その分解ガスを含む
プラズマ流を被成膜基板に照射することによって薄膜を
形成する方法である。

この従来方法によりＳｉＯ□薄膜を形成する例を説明す
る。第７図において、図外マイクロ波発生手段から供給
されるマイクロ波電力は、導波管６から真空をシールす
るためのセラミック窓５を経て放電室１に供給され、放
電室１に周設させたソレノイド１０の共鳴磁界とによっ
て、酸素の供給ロアから放電室１に供給される酸素ガス
をプラズマ化する。この酸素プラズマはソレノイド１０
による磁力線に沿って被成膜基板３の方向に輸送される
が、その途中で成膜ガス供給口８から供給されるシラン
ガスを分解するので、被成膜基板３には分解されたシラ
ンガスを含んだプラズマ流が照射され、被成膜基板３に
は５ｉＯｚ薄膜が形成される。

この方法はＳｉＯ□薄膜に限らず、被成膜基板３を加熱
することなく良質の薄膜を高速で成膜できる優れた技術
である。

発明が解決しようとする課題 しかし上記従来例では、成膜時の真空度が高いためにス
テップカバレージが悪いという問題点があり、そのため
段差のある部分に成膜するとき種々の障害が発生する。

その例として、第２図のように被成膜基板３の上に交差
する上下配線１３．１４を別０□薄膜１５で絶縁して作
製する場合について説明すると、被成膜基板３の上に配
線１３を形成した後、上記従来例の技術を用いてＳｉＯ
□薄膜１５を成膜すると、ステップカバレージが悪いた
めに第３図（ａ）に示すようにＳｉＯ□薄膜１５が途切
れてしまい、その上に配線１４を形成すると、第３図（
ａ）に示すＡ部のように下側の配線１３と上側の配線１
４が短絡したり、第３図（ｂ）に示すＢ部のように配線
１４が断線してしまうような不良が多発する。そのため
上記の従来技術は段差のある部分への成膜には適用でき
ないという重大な問題点があった。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するための本発明による薄膜形成装置
は、プラズマを発生させる放電室を配備し、１Ｏ−３）
−ル以上の真空度に排気した成膜室に被成膜基板を設置
する基板ホルダを配し、前記基板ホルダに回転機構とプ
ラズマ流に対して可変に傾斜する機構を設けたものであ
る。

また本発明の薄膜形成方法は、前記薄膜形成装置を用い
るものであって、被成膜基板を回転させると共に、プラ
ズマ流に対する被成膜基板の傾斜角度を変化させながら
成膜加工を進行させるものである。そしてこの薄膜形成
方法においてプラズマ流の方向に対する被成膜基板表面
の法線方向の傾斜角度θに対し、プラズマ流を１／ｃｏ
ｓθに比例した時間で照射するように構成すると好適で
ある。

作　　　用 薄膜形成装置は一般に放電室に供給されるマイクロ波と
放電室周囲に設けた磁界発生装置により、放電室に供給
されるガスを電子サイクロトロン共鳴によりプラズマ化
し、磁界による磁力線に沿って成膜室に照射し、成膜室
に設置された被成膜基板上に膜を形成するものであるが
、電子サイクロトロン共鳴によるＣＶＤ装置のように１
０−３トール以上の真空度に排気された真空度の高い成
膜装置においては、成膜粒子の自由行程が長く直進性が
高いため、配線等の段差部のある被成膜基板を固定した
状態でプラズマ照射すると、プラズマ流に対する対向面
には成膜粒子の堆積が増えるが、プラズマ流に対して傾
斜角をもつ面には堆積が少なくなり、成膜が不均一でス
テップカバレージの悪い成膜となる。

本発明の薄膜形成装置は、被成膜基板を設置する基板ホ
ルダをプラズマ流方向に対し可変に傾斜させることがで
きるので、被成膜基板上で段差のある部分に対してもそ
の側面に薄膜を堆積させることが可能になると共に、プ
ラズマ流の照射角度を可変とすることで段差のある部分
の側面と他の面との間の堆積量の均一化を図ることがで
きる。また本発明の薄膜形成装置は、前記基板ホルダを
回転させる機構を備えているため、前記段差のある部分
の側面全てにプラズマ流を照射することができ、プラズ
マ流が照射されない陰になる部分の存在を無くすことが
できる。このように本発明の薄膜形成装置によれば、傾
斜角及び回転速度を制御することにより全成膜面に平均
したプラズマ照射量を与えることができる。

本発明の薄膜形成方法は上記装置を用いているので、上
記に述べた作用を営むことができ、しかも被成膜基板を
常時回転させ且つ成膜加工の進行に応じて前記傾斜角度
を変化させているので、もっとも自然な状態で被成膜基
板上に均一な成膜を形成することが可能となる。特にプ
ラズマ流に対する照射角度を９０度から０度まで変化さ
せる間に、照射角度θに応じてプラズマの照射時間を１
／ｃｏｓ　θに比例して変えるようにすれば、照射角度
によって被成膜基板の単位面積当りの照射量が、照射角
度θのｌ／ｃｏｓθに比例して小さくなることを補償で
き、被成膜基板上に均一厚さの成膜を形成することがで
きる。

具体的方法の一つとして、傾斜角度が大なるときには回
転速度を遅くしてプラズマ流に対する照射時間を長くし
、傾斜角度が小なるときは回転速度を早くしてプラズマ
流に対する照射時間を短くして、被成膜基板の各面に均
等な成膜を得る方法がある。

実施例 本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。第１図
は実施例構成図であるが、従来例と同一の要素には同一
の符号を付して説明を省略する。

本実施例と従来例の異なる点は、被成膜基板３を設置す
る基板ホルダ４に回転機構とプラズマ流１２に対して傾
斜させるための傾斜機構を設けたところであり、基板ホ
ルダ４を水平に保った状態においてもプラズマ流１２の
照射に対して傾斜させるよう放電室１を成膜室２に対し
斜めに設置していることである。

従来例で示したように、プラズマ流を被成膜基板３に垂
直に照射すると、薄膜は第４図の（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）、（ｄ）の順番に示すような堆積状態となる。これは
前述の第２図で示したＳｉＯ□薄膜１５を被成膜基板３
と配線１３の上に成膜する場合に該当する。このように
、プラズマ流が被成膜基板３に垂直に照射されている場
合は、段差のある部分の側面には薄膜が堆積しないため
ステップカバレージが悪く、前述した配線の短絡や断線
の原因になる。特に電子サイクロトロン共鳴を利用した
ＣＶＤ装置のように、真空度が１０−３トールから１０
−’　トールと高い場合には特にこの傾向は顕著となり
ステップカバレージが極めて悪くなってしまう。

そこで被成膜基板３に対して斜め方向からプラズマ流を
照射すると、段差のある部分の側面にも薄膜が堆積させ
ることができる。しかし、被成膜基板を静止させた状態
で斜め方向からプラズマ流を照射しても、第５図に（ａ
）、ら）、（Ｃ）の過程順に示すように段差部の片側に
しか成膜されず、プラズマ流の陰になった部分Ａには薄
膜が形成されない。また被成膜基板３を回転させながら
、斜め方向からプラズマ流を照射しても、段差による陰
ができるため、その部分では堆積量が他の部分の約半分
程度しかなく、第５図の（ｄｌに示すように段差部の付
近にＢ部のような凹部が生じてしまう。第５図（ｄ）の
状態では、第３図（ａ）で示したような短絡は発生しな
いが、堆積段差が大きくなってしまうために第３図（ｂ
）で示したような断線が発生しやすくなる。

そこで本発明では、被成膜基＋Ｊｌｉ　３を回転させつ
つ、且つプラズマ流に照射される角度を可変にしたので
、第６図に示すようにステップカバレージが良く、しか
も堆積段差が小さく断線の発生しない薄膜の形成が成さ
れる。第６図はプラズマ流の照射角度をθ１、θ２、θ
３と連続的に変えながら成膜している時の薄膜の堆積す
る状態を表したもので、第６図（ａ）のように照射角度
が大きい状態のときは、薄膜は段差部の垂直面にのみ堆
積し、平面部にはほとんど堆積しない。第６図（ｂ）の
ように４５度程度の角度で照射している時は平面部にも
膜が堆積するが、第５図（ｄ）で示した場合と同じよう
に大きな凹みが生じる。第６図（Ｃ）のように照射角度
をさらに小さくすると平面部の堆積量が増え、凹みは相
対的に小さくなり段差部をほぼ均一に覆う膜を形成する
ことができる。

しかし、照射角度を可変とするに、照射角度が大きいと
被成膜基板３の単位面積当りに照射されるプラズマ流の
密度が小さくなってしまうので、単位面積当りの照射量
は照射角度θの１／ＣＯＳθにほぼ比例して小さくなる
。そこで本発明による薄膜形成方法では、照射角度によ
らず照射量を等しくして堆積量を均等にするために、照
射時間をｌ／ｃｏｓθにほぼ比例して大きくできるよう
傾斜角可変機構および回転速度可変機構を制御している
。即ち、照射角度θを９０度から０度まで変化させる間
に、照射角度θに応じてプラズマ流の照射時間をｌ／ｃ
ｏｓθに比例して変えるものである。例えば、θ＝０度
のときの照射時間を１とすると、θ＝４５度のときの照
射時間を１．４倍に、θ＝８０度のときは照射時間を５
．８倍とする。尚、照射角度θはプラズマ流１２の方向
に対する被成膜基板３の表面の法線方向の傾斜角度であ
る。

これを実行するための構成は、基板ホルダ４の支持軸に
回転速度可変機構１６と傾斜角可変機構１７を設け、各
可変機構を制御装置１８によって制御するものである。

この実施例を第１図中に概略構成図として示しているが
、被成膜基板３を設置した基板ホルダ４の支持軸に回転
速度可変機構１６を設け、更に基板ホルダ４を任意角度
に傾斜させる傾斜角可変機構１７を設けている。

この各可変機構を制御する実施例方法は次の２通りの方
法が適用できる。

まず回転速度を一定とする場合においては、傾斜角度θ
当りの回転数を１／ｃｏｓθに比例して制御する。即ち
傾斜角θが大なるときは、その角度を維持する時間を多
くし、傾斜角度θが小なるときは、その角度を維持する
時間を少な（制御する。　次に回転速度を可変とする場
合においては、傾斜角度θ毎の回転速度を１／ｃｏｓθ
に比例して制御する。即ち傾斜角θが大なるときは回転
速度を遅（、傾斜角が小なるときは回転速度が早くなる
よう制御する。

本実施例において、回転速度可変機構１６は駆動モータ
を内装したものとして制御装置１８からの制御信号によ
って回転速度を変化させる。傾斜角度可変機構１７は第
１図中に示す如き可変機構を駆動モータ１９により駆動
させるものである。制御信号は、薄膜形成の種類に応じ
た最適データを予め制御装置にプログラムしておけば、
回転速度および傾斜角度を自在に連動させて制御できる
。

発明の効果 本発明によれば、電子サイクロトロン共鳴によるＣＶＤ
装置等の真空度が高くプラズマ流の直進性が大である装
置を用いる場合であっても、良質の薄膜を高速で成膜で
きる優れた特性を生かしつつ、従来多くの問題点のあっ
た段差のある被成膜基板への成膜に対し、段差のある部
分に対してもステップカバレージの良い成膜が成される
ので、短絡や断線の発生が無い高品質な薄膜形成が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の概略構成図、第２図は段差のあ
る被成膜基板の例を示す斜視図、第３図は従来例におけ
る成膜不良を示す説明図、第４図は垂直方向からのプラ
ズマ照射による成膜の堆積状態を示す説明図、第５図は
斜め方向からのプラズマ照射による成膜の堆積状態を示
す説明図、第６図は本発明による薄膜形成方法による成
膜状態を示す説明図、 の概略構成図である。 第７図は従来例

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラズマを発生させる放電室を配備し１０＾−＾
   ３トール以上の真空度に排気した成膜室に被成膜基板を
   設置する基板ホルダを配し、前記基板ホルダに回転機構
   とプラズマ流に対して可変に傾斜する機構を設けたこと
   を特徴とする薄膜形成装置。
2. （２）請求項１記載の薄膜形成装置を用いた薄膜形成方
   法において、被成膜基板を回転させると共に、プラズマ
   流に対する被成膜基板の傾斜角度を変化させながら成膜
   加工を進行させることを特徴とする薄膜形成方法。
3. （３）プラズマ流の方向に対する被成膜基板表面の法線
   方向の傾斜角度θに対し、プラズマ流を１／ｃｏｓθに
   比例した時間で照射することを特徴とする請求項２記載
   の薄膜形成方法。