(57)【要約】  本発明のプラズマ処理装置は、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有する。前記アンテナ素子及び前記放射板を、処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていない。これにより、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制し、膜質および膜厚均一性が優れた膜を形成することができる。
2008123300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージを有し、前記基板ステージは、前記プラズマ生成部の下方に設けられるものである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記原料ガスを前記ガス放射部に供給する原料ガス供給部を有し、前記プラズマ生成部は、前記原料ガスが供給された状態で、前記アンテナアレイを用いてプラズマを生成するものである請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記原料ガスは、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスの混合ガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、フラットパネルディスプレイ、および太陽電池などの製造に用いられるプラズマ処理装置に関し、特に、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制することができるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、半導体素子、太陽電池、または液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットパネルディスプレイの製造には、エッチング、スパッタリングまたはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等が利用されて、精度の高い加工処理が行なわれている。
半導体素子の製造において、プラズマを用いた処理（プラズマ処理）が施されるシリコンウエハ、およびフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板は、大型化の一途をたどっている。これに対応してプラズマ処理を施す処理装置の減圧処理室（チャンバ）も大型化し、この減圧処理室内において、半導体素子またはフラットパネルディスプレイなどの各種基板に形成される膜の成形精度に大きな影響を与える反応性プラズマ中の反応活性種（ラジカル）またはイオンを均一に生成させて、均一なプラズマ処理を行う必要性が増大している。【０００３】
大型の薄膜太陽電池を製造する装置として、例えば、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマＣＶＤ装置またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ装置を用いることができる。
しかしながら、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるには、例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、サイクロトロンに使用する磁場発生用のコイルと放射電波用のアンテナの配置が互いに干渉するようになり、実現は困難である。【０００４】
そこで、プラズマＣＶＤ装置において、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるためのアンテナが提案されている（特許文献１）。
特許文献１には、表面を誘電体が覆われた柱状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、交互に給電方向を逆にして平行的にかつ平面状に配置したアレイアンテナからなるプラズマ生成用アンテナが開示されている。この特許文献１のプラズマ生成用アンテナを用いることにより、電磁波の空間分布が一様なプラズマを発生させることができ、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得ることができる。【０００５】
次に、特許文献１に開示されたアレイアンテナを備える従来のプラズマＣＶＤ装置について説明する。
ここで、図５は、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。
図５に示す従来のプラズマＣＶＤ装置１００は、制御部１０２、分配器１０４、インピーダンス整合器１０６および直方体状の反応容器１０８を有する。この制御部１０２は、プラズマＣＶＤ装置１００の各機器を制御するものである。【０００６】
反応容器１０８には、導入口１１０が形成されており、この導入口１１０にガス供給管１１２を介して成膜ガス供給部１１４が接続されている。この成膜ガス供給部１１４は、例えば、ＳｉＯ２膜を成膜する場合、原料ガスＧとして、酸素ガスおよびＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate（テトラエトキシシラン））ガス（以下、ＴＥＯＳガスという）を供給するものである。【０００７】
また、反応容器１０８の下壁１０８ｂには、排気口１１６が形成されている。この排気口１１６に排気管１１８を介して、反応容器１０８内を真空にする真空排気部１２０が接続されている。また、反応容器１０８には内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。【０００８】
また、反応容器１０８の内部には、上壁１０８ａ側から順に、ガス放射板１２２、複数のアンテナ素子１２４からなるアンテナアレイ１２６、および基板ステージ１２８が設けられている。この基板ステージ１２８の表面１２８ａに基板１３０が載置される。【０００９】
また、インピーダンス整合器１０６は、アンテナ素子１２４に接続されており、プラズマ生成時におけるアンテナ素子１２４の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。【００１０】
ガス放射板１２２は、成膜ガス供給部１１４から導入された原料ガスＧを広い面積に渡って拡散させるものであり、反応容器１０８の内部の全域に亘る大きさを有する。このガス放射板１２２により、反応容器１０８内が２つの空間に仕切られている。ガス放射板１２２の上壁１０８ａ側の空間がガス分散室１３２であり、ガス放射板１２２の下壁１０８ｂ側の空間が反応室１３４である。
また、ガス放射板１２２は、貫通穴１２２ａが複数形成されたものである。このガス放射板１２２は金属で形成されており、接地されている。
なお、基板ステージ１２８には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータは、制御部１０２により制御される。【００１１】
従来のプラズマＣＶＤ装置１００において、ガラス基板またはシリコンウエハ等の基板１３０の表面１３０ａに、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する場合、反応容器１０８内の圧力を真空排気部１２０により１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の状態とし、さらに、アンテナ素子１２４に高周波信号を給電することにより、アンテナ素子１２４の周囲に電磁波が放射される。
このとき、原料ガスＧを、成膜ガス供給部１１４からガス分散室１３２に供給し、この原料ガスＧが、貫通孔１２２ａから反応室１３４に一定の流速で流入する。そして、原料ガスＧが電離して、空間密度が均一なプラズマが発生する。これにより、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜が形成される。
このように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００においては、均一なプラズマを発生させることができるため、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積であっても、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成することができる。【００１２】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００は、大きな面積であっても、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成することができる。しかしながら、発生したプラズマが、アンテナ素子１２４にまでも及ぶ状態、すなわち、プラズマ中にアンテナ素子１２４が配置された状態となり、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍においては、電界分布が極度に高い。このため、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍では、プラズマにより原料ガスＧが過剰に分解されてしまう。これにより、例えば、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成する場合、プラズマにより、ＳｉＯ２等の反応生成物が過剰に生成され、成膜に寄与することなく、アンテナ素子１２４の表面１２４ａに付着、さらには堆積してしまう。このように、成膜に寄与するＳｉＯ２の割合が減り、成膜速度が低下するという問題点がある。
また、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍で、原料ガスＧが過剰に分解されることにより、原料ガスＧの分解の程度が不均一になり、十分な膜厚均一性が得られない虞もある。
さらには、アンテナ素子１２４の表面１２４ａに堆積したＳｉＯ２（反応生成物）がパーティクルとなり、処理室１３４内のパーティクルの増加を招くという問題点もある。このパーティクルの増加により、形成される膜の膜質が低下する虞もある。【００１４】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制し、膜質および膜厚均一性が優れた膜を形成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、前記アンテナ素子及び前記放射板を、処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。【００１６】
本発明においては、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージを有し、前記基板ステージは、前記プラズマ生成部の下方に設けられるものであることが好ましい。
また、本発明においては、前記原料ガスを前記ガス放射部に供給する原料ガス供給部を有し、前記プラズマ生成部は、前記原料ガスが供給された状態で、前記アンテナアレイを用いてプラズマを生成するものであることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記原料ガスは、例えば、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスの混合ガスである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成部を覆うように設けられたガス放射部について、下方に配置されたプラズマ生成部のアンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に、プラズマ生成部に対して開口したガス放出口を複数形成し、プラズマ生成部のアンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域にガス放出口を形成しない構成としている。原料ガス供給部から原料ガスをガス放射部のガス放射板に供給して、アンテナアレイを用いてプラズマを生成した場合、アンテナ素子の表面の周囲近傍では電界分布が極度に高い状態になる。しかしながら、アンテナ素子と整合する第２の領域にはガス放出口が形成されておらず、アンテナ素子の表面の周囲近傍にはガス放射口がないため、アンテナ素子の表面の周囲近傍に原料ガスが供給されない。このため、原料ガスの過剰な分解が生じず、反応生成物が過剰に生成されない。これにより、反応生成物がアンテナ素子の表面に付着または堆積することが抑制されて、パーティクルの発生が抑制される。
さらには、本発明のプラズマ処理装置によれば、アンテナ素子の表面の周囲近傍において、原料ガスの過剰な分解が生じず、反応生成物が生成されないため、成膜に寄与する原料ガスが増え、原料ガスの利用効率が高くなり、成膜速度が向上する。これらのことから、本発明においては、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、本発明のプラズマ処理装置によれば、アンテナ素子の表面の周囲近傍において、原料ガスの過剰な分解が生じないため、原料ガスの分解の程度が均一になり、十分な膜厚均一性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。
【図３】本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のガス放射部とアンテナアレイのアンテナ素子との配置状態を示す模式的平面図である。
【図４】本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のガス放射部とアンテナアレイのアンテナ素子との配置状態を示す図である。
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００１９】
１０、１００  プラズマＣＶＤ装置（ＣＶＤ装置）
１２  制御部
１４  分配器
１６  インピーダンス整合器
１８  反応容器
２２  導入口
２３  原料ガス供給管
２４  排気口
２６  原料ガス供給部
２７  真空排気部
３０  アンテナアレイ
３２  アンテナ素子
３３  間隙
３４  基板ステージ
３６  基板
３８  ガス分散室
３９  反応室
４０  ガス放射部
４２  ガス放射板
４４  ガス放射口
Ｇ  原料ガス
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のプラズマ処理装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。【００２１】
本実施形態の図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０（以下、ＣＶＤ装置１０という）は、例えば、原料ガスＧとして２種類のガスを混合した混合ガスを用いて成膜するものである。
本実施形態においては、２種類のガスについて、第１原料ガス（活性種ガス）として、酸素ガスを用い、第２原料ガスとして、ＴＥＯＳガスを用いて、ガラス基板またはシリコンウエハ等の基板（処理対象基板）３６の表面３６ａに対してＳｉＯ２膜を形成することを例にして説明する。なお、本発明のプラズマ処理装置においては、原料ガスＧとして用いるガスの数は、２種類に限定されるものではなく、更には基板３６に形成する膜はＳｉＯ２膜に限定されるものではない。【００２２】
図１に示すＣＶＤ装置１０は、制御部１２、分配器１４、インピーダンス整合器１６、および直方体状の反応容器１８を有するものである。この制御部１２は、後述するようにＣＶＤ装置１０の各機器を制御するものである。また、反応容器１８は、金属製または合金製のものであり、接地されている。【００２３】
反応容器１８の上壁１８ａには、原料ガスＧを導入する導入口２２が形成されている。この導入口２２に原料ガス供給管２３が接続されている。さらに、原料ガス供給管２３には、原料ガス供給部２６が接続されている。
この原料ガス供給部２６は、反応容器１８内に、基板３６の表面３６ａに形成する膜を得るために必要な原料ガスＧを供給するためのものである。例えば、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を形成する場合には、原料ガスＧとしては、酸素ガス（第１原料ガス）およびＴＥＯＳガス（第２原料ガス）の混合ガスを供給するものである。
原料ガス供給部２６は、形成する膜に応じたガスの種類および数に応じた分のガスボンベ（図示せず）を備え、このガスボンベからのガスの流量を調整する流量調整部（図示せず）を備えるものである。本実施形態においては、ガスボンベに酸素ガス（第１原料ガス）が充填されている。
また、原料ガス供給部２６は、ＴＥＯＳガスを供給するために、液体が充填されるタンク（図示せず）、液体を気化する気化部（図示せず）、および気化部により気化された気体の流量を調節する流量調整部（図示せず）を備える。本実施形態においては、タンクに液体のＴＥＯＳが充填されており、気化部により気化してＴＥＯＳガス（第２原料ガス）が得られ、流量調整部によりＴＥＯＳガスの流量が調整される。
本実施形態においては、原料ガス供給部２６から後述する反応室３９に、酸素ガス（第１原料ガス）およびＴＥＯＳガス（第２原料ガス）が混合されている原料ガスが供給される。【００２４】
また、反応容器１８の下壁１８ｂには、排気口２４が形成されている。この排気口２４に排気管２５が接続されている。さらに、排気管２５には、真空排気部２７が接続されている。この真空排気部２７は、ドライポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有するものである。また、反応容器１８には内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。【００２５】
また、反応容器１８の内部には、下壁１８ｂ側から順に、表面３４ａに載置される基板ステージ３４、基板３６が設けられ、この基板ステージ３４の上方に複数のアンテナ素子３２からなるアンテナアレイ（プラズマ生成部）３０が設けられ、さらには、アンテナアレイ３０の上方に、アンテナアレイ３０を覆うようにしてガス放射部４０（ガス放射板４２）が設けられている。【００２６】
ここで、図２は、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。
図２に示すように、アンテナアレイ３０は、複数のアンテナ素子３２が、基板ステージ３４の表面３４ａと略平行な平面（図示せず）に対して互いに平行に、複数所定の間隙（間）３３を設けて配列されて構成されるものである。このアンテナアレイ３０は、ガス放射部４０下側（下壁１８ｂ側）に設けられている。また、アンテナ素子３２は、各側壁１８ｃ、１８ｄに対しても所定の間隙３３が設けられている。本発明においては、アンテナ素子３２と各側壁１８ｃ、１８ｄとの間隙３３も、各アンテナ素子３２の間隙３３と同様に扱う。【００２７】
また、アンテナアレイ３０においては、各アンテナ素子３２が、反応容器１８の対向する２つの側壁１８ｃおよび側壁１８ｄに亘り配置されている。このアンテナアレイ３０（各アンテナ素子３２）が、ガス放射部４０（図１参照）のガス放射板４２（図１参照）及び基板ステージ３４の表面３４ａ（図１参照）に対して平行に設けられている。【００２８】
アンテナ素子３２はモノポールアンテナであり、反応容器１８の側壁１８ｅ、１８ｆに形成した開口部（図示せず）に電気的に絶縁して取り付けられている。
アンテナアレイ３０においては、図２に示すように隣接するアンテナ素子３２と互いに逆方向に反応容器１８内の側壁１８ｅ、１８ｆから突出しており、給電方向が逆向きとなっている。これらのアンテナ素子３２は、高周波電流供給端の側がインピーダンス整合器１６に接続されている。このインピーダンス整合器１６はマッチングボックスである。【００２９】
インピーダンス整合器１６は、制御部１２の高周波電源が発生する高周波信号の周波数の調整とともに用いて、プラズマの生成中にアンテナ素子３２の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正するために用いられるものである。【００３０】
各アンテナ素子３２は、電気伝導率の高い導体からなる棒状（パイプであってもよい）を成し、使用する高周波の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数である）の長さをモノポールアンテナであるアンテナ素子の放射長さとする。
各アンテナ素子３２は、石英等の誘電体からなる円筒部材３７に収納されており、各アンテナ素子３２の表面は石英等の誘電体で覆われている。このように、棒状の導体を誘電体で覆うことにより、アンテナ素子３２としての容量とインダクタンスが調整される。これにより、アンテナ素子３２の長手方向に沿って高周波電流を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。なお、以下、アンテナ素子３２の表面とは、棒状の導体の表面ではなく、円筒部材３７の表面３７ａのことをいう。【００３１】
本実施形態においては、インピーダンス整合器１６を設け、さらに後述するように、ガス放射部４０（ガス放射板４２）に形成された金属膜が接地されていることにより、鏡像関係に形成される電磁波と作用して、アンテナ素子３２毎に所定の電磁波を形成する。さらに、アンテナアレイ３０を構成するアンテナ素子３２は、隣接するアンテナ素子３２と給電方向が逆向きとなっているので、後述する反応室３９において電磁波は均一に形成される。【００３２】
ここで、図１に示すように、基板ステージ３４は、上述のように、表面３４ａに基板３６が載置されるものである。この基板ステージ３４においては、基板ステージ３４の中心と基板３６の中心とを一致させて基板３６が載置される。
また、基板ステージ３４の内部には基板３６を加熱する発熱体（図示せず）が設けられており、さらに接地された電極板（図示せず）が設けられている。この発熱体は、制御部１２に接続されており、発熱体による加熱は、制御部１２に制御される。
なお、電極板がバイアス電源（図示せず）に接続され、このバイアス電源により電極板に所定のバイアス電圧が印加される構成でもよい。【００３３】
また、図１に示すガス放射部４０は、ガス放射板４２が反応容器１８の内部の全域に亘る大きさを有するものであり、アンテナアレイ３０を覆うように設けられている。本実施形態においては、ガス放射部４０により、反応容器１８内が２つの空間に仕切られており、ガス放射部４０の上壁１８ａ側の空間がガス分散室３８であり、ガス放射部４０の下壁１８ｂ側の空間が反応室３９である。
ガス放射部４０は、ガス分散室３８に供給された成膜に利用されるガスを広い面積に渡って反応室３９内に拡散させるものである。本実施形態においては、ガス放射部４０は、原料ガス供給部２６から導入された原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）を広い面積に渡って、反応室３９内に拡散させる。【００３４】
また、ガス放射部４０は、例えば、ＳｉＣからなるガス放射板４２に、直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の貫通穴が複数形成されたものである。これらの貫通穴がガス放出口４４となる。また、ガス放射部４０においては、ガス放射板４２の表面に金属膜が形成されており、接地されている。
図３に示すように、ガス放射部４０においては、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向、すなわち、基板ステージ３４の表面３４ａに配置される基板３６の表面に対して垂直な方向からアレイアンテナ３０およびガス放射板４２を見た場合、下方に設けられたアンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の位置と整合するガス放射板４２における領域（第２の領域）４６には、ガス放射口４４が形成されていない。
また、ガス放射部４０においては、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向からアレイアンテナ３０およびガス放射板４２を見た場合、アンテナ素子３２の位置する領域と整合しない領域（第１の領域）、すなわち、アンテナ素子３２とアンテナ素子３２との間隙３３の領域と整合する形成領域（第１の領域）４８に、放射口４４が形成されている。【００３５】
本実施形態のガス放射部４０においては、アンテナ素子３２とアンテナ素子３２との間隙３３と整合する形成領域４８に放射口４４を形成し、アンテナ素子３２と整合する領域４６に、ガス放射口４４を形成しないことにより、図４に示すように、ガス放射口４４を介して原料ガスＧが供給されても、アンテナ素子３２とガス放射板４２との間の空間αなどのアンテナ素子３２の表面３７ａ周囲に原料ガスＧが供給されにくくなる。このため、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍では、電界分布が極度に高くなるものの、アンテナ素子３２の周囲近傍においては、プラズマにより原料ガスＧが過剰に分解されることがない。これにより、原料ガスＧからＳｉＯ２などの反応生成物が生成されても、その量が少なくアンテナ素子３２の表面３７ａに付着または堆積することが抑制される。【００３６】
また、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で、原料ガスＧの過剰な分解が生じることがないため、基板３６の表面３６ａに形成されるＳｉＯ２膜の成膜に適した原料ガスＧの分解ガスの割合が多くなり、すなわち、基板３６の表面３６ａに形成されるＳｉＯ２膜の成膜に利用される原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の利用効率が高くなり、成膜速度も向上する。
さらには、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で、原料ガスＧが過剰に分解されることがないため、原料ガスＧの分解の程度が均一になり、十分な膜厚均一性を得ることができる。【００３７】
また、図４に示すように、アンテナ素子３２の表面３７ａと、放射口４４のアンテナ素子３２の表面３７ａに最も近い縁との距離βは、アンテナ素子３２の表面３７ａの外径Ｄの２５％以上であることが好ましい。すなわち、ガス放射部４０のガス放射口４４が形成されてない領域４６のアンテナ素子３２の配列方向における幅Ｌは、外径Ｄの１５０％以上であることが好ましい。【００３８】
また、本実施形態のガス放射部４０においては、ガス放射口４４が形成されている形成領域４８におけるガス放射口４４の配置パターンは特に限定されるものではない。例えば、アンテナ素子３２に近いガス放射口４４の開口を小さくし、アンテナ素子３２の近くに供給される原料ガスＧの量を減らすようにしてもよい。また、ガス放射口４４の開口形状も特に限定されるものではなく、円形でも四角形でもよい。【００３９】
制御部１２は、高周波発振回路、増幅器からなる高周波電源（図示せず）および電流・電圧センサ（図示せず）を有し、電流・電圧センサの検知信号に応じて、この高周波電源の発振周波数の変更及びインピーダンス整合器１６の調整を行うものである。この制御部１２は、アンテナ素子３２に共通の高周波信号の周波数を制御して、すべてのアンテナ素子３２をインピーダンスが整合した状態に近づけ、この後、各アンテナ素子３２に接続されたインピーダンス整合器１６によって、各アンテナ素子３２のインピーダンスを個別に調整する。制御部１２と、複数のインピーダンス整合器１６とは、分配器１４を介して接続されている。また、制御部１２は、アンテナ素子３２に高周波信号の給電も制御するものである。【００４０】
なお、制御部１２によって、原料ガス供給部２６および真空排気部２７も制御される。この制御部１２により、原料ガス供給部２６における原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の供給タイミング、および流量（供給量）などが制御される。
さらには、制御部１２により、真空排気部２７が制御されて、反応容器１８内の原料ガス等を排気することができ、さらには反応容器１８内の圧力を所望の圧力に調整することができる。【００４１】
本実施形態においては、例えば、ＳｉＯ２膜の成膜時、原料ガス供給部２６から導入された原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）が、反応容器１８内を上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側（以下、上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側に向かう方向を「垂直方向」という）に流れ、排気口２４から排出される。【００４２】
また、本実施形態においては、制御部１２により、反応容器１８内の圧力を真空排気部２７により１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の状態とし、原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）をガス放射板４２のガス放射口４４から供給する。さらに、アンテナ素子３２に高周波信号を給電することにより、アンテナ素子３２の周囲に電磁波を放射させる。これにより、反応容器１８内のアンテナ素子３２の近傍でプラズマ（図示せず）が生成されるとともに、酸素ガス（活性種ガス）が励起されて酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。その際、発生したプラズマは導電性を有するので、アンテナ素子３２から放射された電磁波はプラズマで反射され易い。このため、電磁波はアンテナ素子３２の表面３７ａの周辺の局部領域に局在化する。このように、モノポールアンテナからなるアンテナ素子３２を複数有するアンテナアレイ３０では、プラズマがアンテナ素子３２の表面３７ａの近傍に局在化して形成され、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲では、電界分布が極度に高くなる。【００４３】
なお、このようなアンテナアレイを用いたプラズマ生成の原理についての詳細な説明が、本願出願人による先の出願である、特開２００３−８６５８１号公報に記載されている。また、アンテナアレイを用いたプラズマ生成装置における、各アンテナ毎の詳細なインピーダンス整合方法が、同じく本願出願人による先の出願である、特願２００５−０１４２５６号明細書に記載されている。本発明におけるアンテナアレイおよび各アンテナ毎の詳細なインピーダンス整合方法として、例えば、上記各明細書に記載の方法を利用すればよい。【００４４】
次に、本実施形態のＣＶＤ装置１０の成膜方法について、ＳｉＯ２膜を例にして説明する。
先ず、原料ガス供給部２６から原料ガス供給管２３を介して原料ガスＧ（酸素ガス（活性種ガス）およびＴＥＯＳガス）をガス分散室３８に一定流量で放出し、ガス分散室３８と連通する放射口４４から、原料ガスＧを反応室３９内に一定の流速で流入させる。
なお、反応容器１８（反応室３９）内に原料ガスＧを供給する場合、反応容器１８（反応室３９）は真空排気部２７により排気されており、制御部１２により、反応容器１８（反応室３９）内が、例えば、１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の圧力に保持されている。これにより、反応容器１８（反応室３９）の垂直方向に原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）が流れる。【００４５】
次に、アンテナ素子３２に高周波信号を給電して、アンテナ素子３２の周囲に電磁波を放射させる。これにより、反応室３９内で、アンテナ素子３２の近傍に局在化したプラズマが生成され、ガス放出口４４から放射された原料ガスＧの酸素ガス（活性種ガス）が励起された酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。酸素ラジカル（反応活性種）と活性化されたＴＥＯＳガスとの反応が、活性状態である酸素ラジカル（反応活性種）の活性エネルギによって進行し、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜が形成される。【００４６】
本実施形態の成膜方法においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲には、原料ガスＧが供給されないように、ガス供給部４０のガス放射口４４を配置しており、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲において、アンテナ素子３２の近傍に局在化したプラズマによる原料ガスＧの過剰な分解が抑制されて、ＳｉＯ２などの反応生成物の生成が抑制される。これにより、ＳｉＯ２などの反応生成物が、アンテナ素子３２の表面３７ａに付着または堆積することが抑制されるため、パーティクルの発生が抑制される。さらには、パーティクルの発生が抑制されるため、形成する膜（ＳｉＯ２膜）の膜質についても優れたものが得られる。【００４７】
また、本実施形態の成膜方法においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲に原料ガスＧを供給せず、過剰な原料ガスＧの分解が抑制されるため、成膜に適した分解ガスの割合が高くなり、ＳｉＯ２膜の成膜に利用される原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の割合（利用効率）が増えるため、成膜速度も向上する。
さらには、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍における過剰な原料ガスＧの分解が抑制されるため、反応室３９内における原料ガスＧの分解の程度が均一になり、基板３６の表面３６ａに対して、膜（ＳｉＯ２膜）の成膜に適した分解ガスが均一に供給されるため、成膜される膜（ＳｉＯ２膜）の膜厚均一性も向上する。【００４８】
なお、本実施形態の成膜方法においては、基板３６が、例えば、１ｍ×１ｍ程度の大きなものである場合であっても、アンテナアレイ３０は、均一なプラズマを生成することができ、上述のようにパーティクルの発生が抑制され、さらには、成膜速度が速いことから、膜質および膜厚均一性が優れたＳｉＯ２膜を従来よりも早く形成することができる。【００４９】
また、本実施形態のＣＶＤ装置においては、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を成膜する装置を例に説明したが、本発明のプラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。本発明のプラズマ処理装置は、半導体素子、液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットディスプレイパネル、および太陽電池などにおける各種の膜の成膜に用いることができる。さらに、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置として用いることもでき、さらにまた、基板ステージのクリーニング処理に用いることもできる。【００５０】
さらに、本実施形態のＣＶＤ装置においては、プラズマ生成部として、モノポールアンテナが複数配置されたアンテナアレイ３０を用いることより、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍に局在化させてプラズマを生成するものである。この構成により、基板ステージ３４に載置された基板３６にプラズマが直接曝されない状態で、基板３６とアンテナアレイ３０との距離を比較的近づけて配置することを可能にしている。これにより、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で励起された酸素ラジカル（反応活性種）の励起寿命に対して、アンテナアレイ３０と基板３６との距離を十分に近づけることを可能としている。すなわち、酸素ラジカル（反応活性種）が十分に励起した状態で基板３６の表面３６ａに到達することを可能としている。【００５１】
さらにまた、本実施形態のＣＶＤ装置においては、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を成膜するために、原料ガスＧとして、酸素ガス（第１原料ガス）とＴＥＯＳガス（第２原料ガス）の２種類のガスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。原料ガスＧは、形成する膜の種類に応じて、用いられるガスの種類および数は、適宜選択されるものである。
また、本実施形態のＣＶＤ装置において、原料ガスＧに用いられる第１原料ガスとしては、反応活性種となるガスが用いられ、酸素ガス以外に、例えば、窒素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスを用いることができる。また、原料ガスＧに用いられる第２原料ガスとしては、第１原料ガス以外の膜を形成するためのガスが用いられ、例えば、金属化合物を含むガスが用いられる。
例えば、本実施形態のＣＶＤ装置において、シリコン膜を形成する場合、原料ガスＧとしては、第１原料ガスに、例えば、水素ガスを用い、第２原料ガスに、例えば、シランガスを用いる。この場合でも本発明の効果を得ることができる。【００５２】
以上、本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および変更をしてもよいのはもちろんである。
【図１】
2008123300.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月9日(2009.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月3日(2010.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
円筒状の誘電体と、この誘電体により周りが覆われた棒状の導体とを有し、モノポールアンテナとして機能するアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いて、前記アンテナ素子の共振によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に、前記複数のアンテナ素子に対して離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成され、かつ、前記アンテナ素子それぞれの表面と、このアンテナ素子それぞれの表面に最も近いガス放出口の縁とは、前記アンテナ素子の外径の２５％以上離れている、ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージを有し、前記基板ステージは、前記プラズマ生成部の下方に設けられるものである請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記原料ガスを前記ガス放射部に供給する原料ガス供給部を有し、前記プラズマ生成部は、前記原料ガスが供給された状態で、前記アンテナアレイを用いてプラズマを生成するものである請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記原料ガスは、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスの混合ガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、円筒状の誘電体と、この誘電体により周りが覆われた棒状の導体とを有し、モノポールアンテナとして機能するアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いて、前記アンテナ素子の共振によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に、前記複数のアンテナ素子に対して離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成され、かつ、前記アンテナ素子それぞれの表面と、このアンテナ素子それぞれの表面に最も近いガス放出口の縁とは、前記アンテナ素子の外径の２５％以上離れている、ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【国際調査報告】
2008123300.tif 000008
2008123300.tif 000009