JPH08311654A - プラズマｃｖｄ装置、およびプラズマｃｖｄによる薄膜形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ シャワープレートが長期間の使用によっても
変形せず、薄膜を均一な膜厚で安定して形成させ得るプ
ラズマＣＶＤ装置、およびプラズマＣＶＤによる薄膜形
成方法を提供すること。 ［構成］ 真空チャンバ１９は、ガス導入パイプ２４を
備えカソードとなる上蓋としての電極フランジ１１と容
器部分１６とからなり、真空チャンバ１９内においてア
ノードとなるサセプタ１８に被処理体Ｓが載置される。
反応ガスを導入しＲＦ電源でプラズマを励起させる成膜
時、およびエッチングガスを導入しＲＦ電源でプラズマ
を励起させるエッチング時のみ、エアシリンダ３に直結
したプッシュピン４によってシャワープレート１３を押
付フランジ１に押し付けて固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマＣＶＤ装置、お
よびプラズマＣＶＤによる薄膜形成方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】原料としての反応ガスを
１０００℃近辺の高温で熱分解させる熱ＣＶＤ（化学的
気相蒸着）に対し、プラズマＣＶＤは比較的低温（２０
０〜４００℃）で成膜が可能であるため、近年になって
超ＬＳＩの層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜の形成、
太陽電池におけるアモルファスシリコン膜の形成、その
他に広く採用され始めているが、生産技術的にはなお改
善されるべき問題点が残されている。

【０００３】図５は従来例のプラズマＣＶＤ装置３０の
概略縦断面図である。真空チャンバ３９内にはアノード
となるサセプタ（被処理体ホールダ）３８に被処理体Ｓ
が載置され、サセプタ３８内には図示せずとも被処理体
Ｓを加熱して所定の温度に維持するためのヒータが内蔵
されている。サセプタ３８は真空チャンバ３９の容器部
分３６の底面を下方から貫通して上下動可能な支持パイ
プ４１によって支えられており、支持パイプ４１と容器
部分３６との気密化のために、支持パイプ４１を囲うよ
うにフランジ付き金属ベローズ４２が設けられ、シール
リング４３を介して容器部分３６の底面に取り付けられ
ている。真空チャンバ３９の上蓋を兼ねるカソードとし
ての電極フランジ３１は中央部にガス導入パイプ４４が
シールリング４５を介して気密に取り付けられており、
かつ絶縁フランジ３５を挟んで容器部分３６の上縁部に
シールリング４６、４７と共に取り付けられている。

【０００４】真空チャンバ３９内において、電極フラン
ジ３１の下面側にはガス溜め３７を形成させてシャワー
プレート３３が電極フランジ３１の環状隆起部３２に対
して対称位置に配置した複数の取付ねじ３４によって取
り付けられており、シャワープレート３３には導入され
る反応ガスを被処理体Ｓ上へ均等に流出させるための多
孔の開孔３３ｈが形成されている。また図示せずとも、
電極フランジ３１にはＲＦ電源が接続され、サセプタ３
８は容器部分３６と同電位としてアースされている。ま
た、真空チャンバ３９は容器部分に設けた排気管によっ
て真空排気系に接続されている。

【０００５】このプラズマＣＶＤ装置３０による成膜プ
ロセスは、以下に述べるように、被処理体Ｓへの成膜と
真空チャンバ３９内をエッチングしてのクリーニングと
が繰り返して行われる。すなわち、真空チャンバ３９内
を真空排気系によって排気して所定の真空度に維持し、
内蔵ヒータで加熱してサセプタ３８が所定の温度に達す
ると、サセプタ３８上に１枚の被処理体Ｓを載置する。
続いて、ガス導入パイプ４４から反応ガスを導入し、真
空チャンバ３９内の圧力が安定化するのを待ち図示しな
いＲＦ電源によって高周波電力を印加しカソードとして
の電極フランジ３１とアノードとしてのサセプタ３８と
の間にプラズマを励起させ、被処理体Ｓに薄膜を形成さ
せる。所定の膜厚が得られると、プラズマの励起と反応
ガスの導入とを停止し、次にガス導入パイプ４４から不
活性ガスを導入して真空チャンバ３９内を十分に不活性
ガスで置換した後、成膜ずみの被処理体Ｓをサセプタ３
８から取り下ろし搬出する。

【０００６】成膜時には、被処理体Ｓ以外に真空チャン
バ３９内にも薄膜が形成されているので、成膜後、ガス
導入パイプ４４からエッチングガスを導入し、ＲＦ電源
によて電極フランジ３１とサセプタ３８との間にプラズ
マを励起させて真空チャンバ３９内をエッチングしクリ
ーニングする。エッチングの完了後は、プラズマの励起
とエッチングガスの導入とを停止し、再度、ガス導入パ
イプ４４から不活性ガスを導入し真空チャンバ３９内を
不活性ガスで十分に置換して１サイクルの工程が終わ
る。そして続く未成膜の被処理体Ｓをサセプタ３８に載
置して次の工程サイクルが開始される。

【０００７】このような工程を繰り返して成膜を行う
時、比較的短期間でシャワープレート３３に反りが生
じ、被処理体Ｓとの間隔が一定でなくなること、開孔３
３ｈが垂直でなくなることなどによって、被処理体Ｓへ
の反応ガスの均等な流出に支障を生じ、形成される薄膜
の膜厚均一性が失われるのである。従って、シャワープ
レート３３を頻度高く交換しなければならず、プラズマ
ＣＶＤ装置の生産性を大きく低下させているという問題
がある。

【０００８】シャワープレート３３は成膜時、エッチン
グ時に励起されるプラズマからの熱、サセプタ３８から
の熱を受けて温度上昇して熱膨張し、成膜とエッチング
との後の不活性ガス置換によって温度低下して熱収縮す
るが、上述の取付ねじ３４によるシャワープレート３３
の電極フランジ３１への取り付けは、プラズマＣＶＤ装
置３０の運転停止時に、作業者の安全を考慮して室温付
近で行われる。従って、シャワープレート３３は電極フ
ランジ３１に固定された状態で図６に示すような温度変
化を受ける。

【０００９】固定されて熱膨張することによって発生す
る熱応力σ（kg/mm²) は σ＝Ｅ・α・Δｔ として表される。ここにおいてＥはシャワープレート３
３の弾性係数（kg/mm²）、αは線膨張係数（１／℃）、
Δｔは温度差（℃）である。Ｅ、αは定数であるから温
度差に比例する熱応力が発生するが、上述の従来例にお
いては、図６において室温ｔ₀ から成膜とエッチングの
最高温度ｔ₂ までの温度差Δｔ₀ （＝ｔ₂−ｔ₀ ）によ
って発生する熱応力を受けるほか、成膜、エッチングに
よる加熱と不活性ガスの導入による冷却の繰り返される
間もシャワープレート３３は固定されたままとなってい
るので、反りなどの変形を生ずるものと思われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、シャワープレートが長期間の使用によ
っても変形せず、薄膜を均一な膜厚で安定して形成させ
得るプラズマＣＶＤ装置、およびプラズマＣＶＤによる
薄膜形成方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、真空チ
ャンバ内に被処理体をセットし、多数の開孔を有するシ
ャワープレートから反応ガスを流し込みプラズマを励起
させて被処理体に薄膜を形成させ、成膜後に前記被処理
体を取り外してエッチングガスを流し込みプラズマを励
起させて前記真空チャンバ内をエッチングするプラズマ
ＣＶＤ装置において、反応ガスおよびエッチングガスを
流している時にシャワープレートを固定する機構が設け
られていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置、によ
って達成される。

【００１２】また、以上の目的は、真空チャンバ内に被
処理体をセットし、多数の開孔を有するシャワープレー
トから反応ガスを流し込みプラズマを励起させて被処理
体に薄膜を形成させ、成膜後に前記被処理体を取り外し
てエッチングガスを流し込みプラズマを励起させて前記
真空チャンバ内をエッチングするプラズマＣＶＤによる
薄膜形成方法において、反応ガスおよびエッチングガス
を流している時のみ前記シャワープレートを固定するこ
とを特徴とするプラズマＣＶＤによる薄膜形成方法、に
よって達成される。

【００１３】

【作用】請求項１のプラズマＣＶＤ装置は、成膜時およ
びエッチング時のみシャワープレートを固定することに
よって、発生する熱応力を限定し得るので、シャワープ
レートの変形を抑制することができる。

【００１４】請求項３のプラズマＣＶＤによる薄膜形成
方法は、成膜時およびエッチング時のみシャワープレー
トを固定するのでシャワープレートの変形が抑制され、
膜厚の均一性を長期間にわたって維持して薄膜を形成し
得る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例によるプラズマＣＶＤ
装置、およびプラズマＣＶＤによる薄膜形成方法につい
て、図面を参照して説明する。

【００１６】図１は実施例のプラズマＣＶＤ装置１０の
概略縦断面図であり、基本的には従来例のプラズマＣＶ
Ｄ装置３０と同様である。真空チャンバ１９内にはアノ
ードとなるサセプタ１８に被処理体Ｓが載置され、サセ
プタ１８には図示せずとも被処理体Ｓを加熱して所定の
温度に維持するためのヒータが内蔵されている。サセプ
タ１８は真空チャンバ１９の容器部分１６の底面を下方
から貫通して上下動可能な支持パイプ２１によって支え
られており、支持パイプ２１と容器部分１６との気密化
のために、支持パイプ２１を囲うようにフランジ付き金
属ベローズ２２が設けられ、シールリング２３を介して
容器部分１６の底面に取り付けられている。真空チャン
バ１９の上蓋を兼ねるカソードとしての電極フランジ１
１は中央部にガス導入パイプ２４がシールリング２５を
介して気密に取り付けられており、かつ絶縁フランジ１
５を挟んで容器部分１６の上縁部にシールリング２６、
２７と共に取り付けられている。

【００１７】実施例のプラズマＣＶＤ装置１０にも反応
ガスを被処理体Ｓ上へ均等に流出させるための多数の開
孔１３ｈの形成されたシャワープレート１３が取り付け
られるが、従来例のプラズマＣＶＤ装置３０と異なると
ころは、シャワープレート１３の取り付け方にある。す
なわち、電極フランジ１１の下面側にはシャワープレー
ト１３を押し付けるための押付フランジ１が対称位置に
配置した複数のボルト２によって取り付けられている。
シャワープレート１３は固定しない状態ではガス溜め１
７を形成させる電極フランジ１１の環状隆起部１２との
間に僅かの間隙をあけて押付フランジ１上に載置されて
いる。また、電極フランジ１１の上面にはエアシリンダ
３が取り付けられており、そのピストンに直結されて上
昇、下降するプッシュピン４が電極フランジ１１とその
環状隆起部１２とを貫通して設けられていおり、下降時
にはシャワープレート１３の外縁部に達する長さとされ
ている。なお、図１、図２にはエアシリンダ３、プッシ
ュピン４の１セットを図示したが、２セットが設けられ
ており、対称位置にある他のセットは図示を省略してい
る。

【００１８】なお、反応ガスまたはエッチングガスを流
入させている時のみ、連動してシャワープレート１３を
固定させるように、反応ガス源またはエッチングガス源
の圧縮空気式バルブを開閉させる圧縮空気がエアシリン
ダ３のピストンも上下させるように配管されており、ガ
ス導入パイプ２４への反応ガスまたはエッチングガスの
流入開始時にはエアシリンダ３はプッシュピン４を下降
させ、反応ガスまたはエッチングガスの流入停止時には
プッシュピン４を上昇させるようになっている。また、
上下するプッシュピン４をシールするために、プッシュ
ピン４の取付部と電極フランジ１１との間にフランジ付
き金属ベローズ５がプッシュピン４を囲うように設けら
れ、電極フランジ１１の上面との間はシールリング６で
気密が保たれている。

【００１９】図示せずとも、電極フランジ１１にはＲＦ
電源が接続され、サセプタ１８は容器部分１６と同電位
としてアースされており、真空チャンバ１９は容器部分
１６に設けた排気管によって真空排気系に接続されてい
ることは従来例の場合と同様である。

【００２０】本実施例のプラズマＣＶＤ装置１０は以上
のように構成されるが、次にその作用を説明する。プラ
ズマＣＶＤ装置１０の作用も基本的には従来例のプラズ
マＣＶＤ装置３０の作用と同様であるが、成膜時および
エッチング時のみシャワープレート１３を固定すること
が異なっている。

【００２１】すなわち、真空チャンバ１９内を真空排気
系によって排気して所定の真空度に維持し、内蔵ヒータ
でサセプタ１８を加熱して所定の温度に達するとサセプ
タ１８に１枚の被処理体Ｓを載置する。次いで、反応ガ
ス源の圧縮空気式バルブを開としてガス導入パイプ２４
から真空チャンバ１９内へ反応ガスを流入させる。この
反応ガスの導入に連動して図２に示すようにエアシリン
ダ３はプッシュピン４を下降させるので、シャワープレ
ート１３は押付フランジ１に押し付けられ固定される。
真空チャンバ１９内の圧力が安定したところで図示しな
いＲＦ電源によって高周波電力を印加し、アノードとし
ての電極フランジ１１とカソードとしてのサセプタ１８
との間にプラズマを励起させることにより、被処理体Ｓ
に薄膜が形成される。薄膜が所定の膜厚に達した時点で
プラズマの励起を停止し反応ガスの導入を停止するが、
これに連動してエアシリンダ３は図１のようにプッシュ
ピン４を上昇させるので、シャワープレート１３の固定
は解放される。

【００２２】この後、ガス導入パイプ２４から不活性ガ
スを真空チャンバ１９内へ導入する。不活性ガスが導入
されるほか、プラズマの励起も停止されているのでシャ
ワープレート１３は冷却されるが、固定されていないの
で自由に収縮する。不活性ガスで真空チャンバ１９内を
十分に置換した後、成膜ずみの被処理体Ｓをサセプタ１
８から取り下ろし搬出する。

【００２３】次いで、成膜時に被処理体Ｓ以外の真空チ
ャンバ１９内に形成された薄膜を除去するべく、エッチ
ングガス源の圧縮空気式バルブを開としてガス導入パイ
プ２４からエッチングガスを流入させる。このエッチン
グガスの導入に連動してエアシリンダ３はプッシュピン
４を下降させるので、シャワープレート１３は押付フラ
ンジ１に押し付けられ固定される。真空チャンバ１９内
の圧力が安定するのを待って、ＲＦ電源によって電極フ
ランジ１１とサセプタ１８との間にプラズマを励起さ
せ、真空チャンバ１９内をエッチングしてクリーニング
する。エッチングが完了すると、プラズマの励起を停止
しエッチングガスの導入を停止するが、これに連動して
エアシリンダ３はプッシュピン４を上昇させるので、シ
ャワープレート１３の固定は解放される。

【００２４】エッチングの後、再度、ガス導入パイプ２
４から不活性ガスを導入する。この時も、不活性ガスに
よって、シャワープレート１３は冷却されるが、固定さ
れていないので自由に収縮する。真空チャンバ１９内を
不活性ガスで十分に置換して１サイクルの工程が終わ
り、続く未成膜の被処理体Ｓをサセプタ１８に載置する
ことによって次の工程サイクルが開始される。

【００２５】このような工程を繰り返して成膜を行うと
き、シャワープレート１３は図３に示すような温度変化
を受けるが、この間においてシャワープレート１３は成
膜時とエッチング時のみエアシリンダ３のプッシュピン
４によって押し付けられ固定され、それ以外の期間は自
由に伸縮している。すなわち、シャワープレート１３が
受ける熱応力は図３において、成膜およびエッチングが
開始される温度ｔ₁ と成膜およびエッチングが完了し不
活性ガスが挿入される前の温度ｔ₂ との温度差Δｔ₁
（＝ｔ₂ ーｔ₁ ）によるものであって、その値は従来例
の場合に比して遥かに小さく、かつ不活性ガスが導入さ
れる冷却時には固定が解放されており、自由に収縮して
いるので、その点においても変形を受けにくい。図４は
シャワープレートを固定した時に発生する熱応力σの大
きさと、その熱応力σによってシャワープレートが変形
されて使用不能に至るまでの工程サイクルの繰り返し回
数、すなわち、寿命との間の経験的に得ている関係を概
念的に示す図であり、熱応力σが１／２となるだけでも
シャワープレートの寿命は大幅に延長されることを示
す。

【００２６】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限られることなく、本発明の
技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２７】例えば、本実施例においては、シャワープ
レート１３を固定するために、エアシリンダ３によって
プッシュピン４を下降させ、シャワープレート１３を押
付フランジ１に押し付けたが、プッシュピン４に代わる
引き上げロッドによってシャワープレート１３を上方の
電極フランジ１１に引き付けて固定してもよい。

【００２８】また、本実施例においては、エアシリンダ
３を２セットとしたが、これを３セットとして対称位置
に設けることは、シャワープレート１３を偏りなく固定
し得るという点でより好ましい。

【００２９】また、本実施例においては、シャワープレ
ート１３の固定にエアシリンダ１３を使用したが、これ
を油圧シリンダとしてもよく、また、モータを駆動源と
して’ねじ’を回転させながらシャワープレート１３を
押し付けて固定するようにしてもよい。

【００３０】また、本実施例においては、シャワープレ
ート１３の固定に際し、エアシリンダ３によるプッシュ
ピン４の下降と上昇を、反応ガスまたはエッチングガス
の流入の開始と停止とに連動させたが、プラズマの励起
と停止とに連動させるようにしてもよい。この場合、シ
ャワープレート１３の固定時間が短縮されるのでより好
ましい結果が得られる。

【００３１】また、本実施例においては、シャワープレ
ート１３の固定に際し、反応ガスまたはエッチングガス
の流入の開始と停止とに、エアシリンダ３によるプッシ
ュピン４の下降と上昇とを連動させたが、成膜時および
エッチング時にシャワープレートを固定することができ
るのであれば、必ずしも連動させる必要はなく、例えば
タイマーでシャワープレート１３の固定と解放を行うよ
うにしてもよい。

【００３２】また、本実施例においては、成膜とエッチ
ングとを交互に繰り返す場合について説明したが、成膜
２回の後にエッチングを１回行うような場合も含まれる
ことは言うまでもない。

【００３３】また、本実施例においては、プラズマの励
起にＲＦ電源を用いて高周波電力を印加する場合を述べ
たが、これ以外の励起方法、例えば直流高電圧を印加す
る方法、マイクロ波を印加する方法で励起する場合にも
同様な効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１の
プラズマＣＶＤ装置によれば、成膜時とエッチング時の
みシャワープレートを固定し、それ以外の期間は固定し
ないままとし得るので、シャワープレートにかかる熱応
力が限定されて変形されにくく、交換頻度を大幅に低下
させ得る。従って、プラズマＣＶＤ装置の稼働率が極め
て向上する。

【００３５】また、請求項３のプラズマＣＶＤによる薄
膜形成方法によれば、成膜時とエッチング時のみシャワ
ープレートを固定するので、シャワープレートは変形が
抑制され、形成される薄膜の膜厚均一性を長時間維持し
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のプラズマＣＶＤ装置の概略縦断面図で
あり、シャワープレートが固定されていない状態を示
す。

【図２】図１に対応する縦断面図であり、シャワープレ
ートが固定されている状態を示す。

【図３】実施例のプラズマＣＶＤ装置において、シャワ
ープレートが受ける温度変化を示す図である。

【図４】固定されたシャワープレートに発生する熱応力
とシャワープレートが変形される迄の工程サイクルの繰
り返し回数との関係を示す概念図である。

【図５】従来例のプラズマＣＶＤ装置の概略縦断面図で
ある。

【図６】従来例のプラズマＣＶＤ装置において、シャワ
ープレートが受ける温度変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 押付フランジ ３ エアシリンダ ４ プッシュピン １０ 実施例のプラズマＣＶＤ装置 １１ 電極フランジ １３ シャワープレート １５ 絶縁フランジ １８ サセプタ １９ 真空チャンバ ２４ ガス導入パイプ Ｓ 被処理体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバ内に被処理体をセットし、
   多数の開孔を有するシャワープレートから反応ガスを流
   し込みプラズマを励起させて被処理体に薄膜を形成さ
   せ、成膜後に前記被処理体を取り外してエッチングガス
   を流し込みプラズマを励起させて前記真空チャンバ内を
   エッチングするプラズマＣＶＤ装置において、反応ガス
   およびエッチングガスを流している時にシャワープレー
   トを固定する機構が設けられていることを特徴とするプ
   ラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 反応ガスおよびエッチングガスの流入が
   開始される時に、前記シャワープレートが連動して固定
   され、反応ガスおよびエッチングガスの流入が停止され
   る時に、前記シャワープレートが連動して固定を解放さ
   れる請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記シャワープレートを固定する機構が
   前記真空チャンバへの反応ガスの導入パイプを備えた蓋
   部材の大気側に設けられたエアシリンダと、そのピスト
   ンに直結され前記蓋部材を貫通して前記シャワープレー
   トに達する棒状部材とからなり、前記シャワープレート
   を前記棒状部材によって前記蓋部材に押し付けるか、ま
   たは引き付けて固定する請求項１または請求項２に記載
   のプラズマＣＶＤ装置。
4. 【請求項４】 真空チャンバ内に被処理体をセットし、
   多数の開孔を有するシャワープレートから反応ガスを流
   し込みプラズマを励起させて被処理体に薄膜を形成さ
   せ、成膜後に前記被処理体を取り外してエッチングガス
   を流し込みプラズマを励起させて前記真空チャンバ内を
   エッチングするプラズマＣＶＤによる薄膜形成方法にお
   いて、反応ガスおよびエッチングガスを流している時の
   み前記シャワープレートを固定することを特徴とするプ
   ラズマＣＶＤによる薄膜形成方法。