(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板表面にプラズマプロセスを行なうプラズマプロセス装置であって、
前記基板を内部に支持可能な処理室と、
マイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送手段と、
前記基板表面に対面する主表面を有し、かつ前記マイクロ波伝送手段により伝送されたマイクロ波を前記主表面から前記処理室内に放射する複数の誘電体板と、
前記処理室に反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給路と、
複数の前記誘電体板を前記処理室に支持するために複数の前記誘電体板の周縁部を保持する誘電体板支持部材とを備え、
複数の前記反応ガス供給路の各々は、前記基板表面の対面側に開口された反応ガスの吹出口を有し、かつ複数の前記吹出口は前記誘電体板の前記主表面端縁より外周領域において前記主表面の周囲を取囲む位置に配置されており、かつ前記誘電体板支持部材に設けられており、
前記反応ガス供給路の壁面の一部は、前記誘電体板支持部材と前記処理室との接続領域内において、隙間を介して互いに対向する前記誘電体板支持部材と前記処理室との表面により構成されている、プラズマプロセス装置。
【請求項２】
前記誘電体板支持部材は導電体である、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項３】
前記反応ガス供給路は、前記吹出口に達するまで次第に開口径が大きくなるテーパー形状を有している、請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項４】
マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板表面にプラズマプロセスを行なうプラズマプロセス装置であって、
前記基板を内部に支持可能な処理室と、
マイクロ波を伝送するためのマイクロ波伝送手段と、
前記基板表面に対面する主表面を有し、かつ前記マイクロ波伝送手段により伝送されたマイクロ波を前記主表面から前記処理室内に放射する複数の誘電体板と、
前記処理室に反応ガスを供給するための複数の反応ガス供給路と、
複数の前記誘電体板を前記処理室に支持するために複数の前記誘電体板の周縁部を保持する誘電体板支持部材とを備え、
複数の前記反応ガス供給路の各々は、前記基板表面の対面側に開口された反応ガスの吹出口を有し、かつ複数の前記吹出口は前記誘電体板の前記主表面端縁より外周領域において前記主表面の周囲を取囲む位置に配置されており、かつ前記誘電体板支持部材に設けられており、
前記反応ガス供給路の壁面の一部は、隙間を介して互いに対向する前記誘電体板支持部材の表面と前記誘電体板の側面とにより構成されている、プラズマプロセス装置。
【請求項５】
前記誘電体板は、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックである、請求項１〜４のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項６】
前記マイクロ波伝送手段は、単一モードマイクロ波導波路を含む、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項７】
前記複数の誘電体板のうち、一方の誘電体板と他方の誘電体板とに挟まれる領域には、前記一方の誘電体板から前記他方の誘電体板に向かう方向に沿って複数の前記吹出口が配列されている、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
【請求項８】
前記処理室の一部を構成するマイクロ波導入窓を有し、導入するマイクロ波が前記マイクロ波導入窓から前記誘電体板へ伝播する、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマプロセス装置に関し、より具体的には、半導体や液晶表示素子の製造などに使用されるプラズマプロセス装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、従来のプラズマプロセス装置をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置として構成した場合の概略断面図である。図１６を参照して、このプラズマプロセス装置は、上蓋１０１と、チャンバ本体１０２と、基板ホルダ１０７と、誘電体被覆線路１１３と、シールド板１１４とを有している。
【０００３】
上蓋１０１は、アルミナなどの誘電体からなり、チャンバ本体１０２上に配置されている。上蓋１０１とチャンバ本体１０２との間はＯリングなど（図示せず）で封止されており、それによりプロセス室１０２は大気から隔離されている。プロセス室１０２は予め真空ポンプなどを用いて真空状態に保持されている。
【０００４】
プロセス室１１２内には基板１０８を保持するための基板ホルダ１０７が設置されており、基板ホルダ１０７に載置された基板１０８の表面は上蓋１０１に対向する。チャンバ本体１０２の壁面にはガス導入管１１１が接続されており、このガス導入管１１１から所要の原料ガスがプロセス室１１２内に供給される。
【０００５】
上蓋１０１上方には誘電体被覆線路１１３が配設されており、その誘電体被覆線路１１３の上方および外周がシールド板１１４により覆われている。誘電体被覆線路１１３にはマイクロ波導波管（図示せず）が接続されている。
【０００６】
この従来のプラズマプロセス装置を用いた成膜では、まずプロセス室１１２内にガス導入管１１１から所要の原料ガスが供給される。そして誘電体被覆線路１１３にマイクロ波が導入されて、プロセス室１１２内にプラズマが励起され、基板１０８表面に所望の薄膜が堆積される。
【０００７】
しかしながら、上述した従来のプラズマプロセス装置では、１箇所のガス導入管１１１から原料ガスが導入されるだけであるため、プロセス室１１２内に供給された原料ガスに分布が生じ、均一な成膜が困難である。
【０００８】
この問題を解決する技術は、たとえば特許公報２６６９１６８号、特開平７−３３５６３３号公報に開示されている。
【０００９】
図１７は、特許公報２６６９１６８号に開示されたプラズマプロセス装置の構成を示す概略断面図である。図１７を参照して、このプラズマプロセス装置は、図１６に示す構成と比較して、シャワーヘッド１１５が追加されている点およびガス導入管１１１が対称に複数接続されている点において異なる。
【００１０】
シャワーヘッド１１５は、基板ホルダ１０７の上方であって上蓋１０１の下面近傍において基板１０８の全面をカバーするように配設されており、複数個の孔１１５ａを有している。シャワーヘッド１１５の外周部は断面略Ｌ字形状となっており、この部分においてバッファ室１１５ｂを形成する。シャワーヘッド１１５の外周端はチャンバ本体１０２の内壁面に固設されている。
【００１１】
なお、これ以外の構成については、上述した図１６の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１２】
この装置の動作においては、まず基板ホルダ１０７上に基板１０８が載置された後、プロセス室１１２内が所要の真空度に設定される。次いで複数のガス導入管１１１より所要のガスがバッファ室１１５ｂ内に導入される。ガスは、バッファ室１１５ｂ内からシャワーヘッド１１５の孔１１５ａを介してプロセス室１１２内に導入される。続いてマイクロ波導波管から誘電体被覆線路１１３を通じてマイクロ波がプロセス室１１２内に導入される。これにより、プロセス室１１２内にマイクロ波励起によるプラズマが発生して、基板ホルダ１０７上の基板１０８表面に対してプラズマ処理がなされる。
【００１３】
図１８は、特開平７−３３５６３３号公報に開示されたプラズマプロセス装置の構成を示す概略断面図である。図１８を参照して、このプラズマプロセス装置は、図１６に示す構成と比較して、金属板１１６が追加されている点において異なる。
【００１４】
金属板１１６は、上蓋１０１の下面に接して配置されている。この金属板１１６は、図１９に示すようにスリット状のマイクロ波透過孔１１６ｃと、基板ホルダ１０７側の面に設けられた複数個の孔１１６ａと、側面に設けられたガス供給孔１１６ｄとを有している。ガス供給孔１１６ｄにはガス導入管１１１が接続されている。金属板１１６は中空となっており、ガス供給孔１１６ｄと複数の孔１１６ａとは内部で繋がっている。このため、ガス供給孔１１６ｄから反応ガスが供給されると、複数個の孔１１６ａから反応ガスがプロセス室１１２内に吹出すこととなる。
【００１５】
なお、これ以外の構成については、図１６に示すプラズマプロセス装置の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
この装置の動作においては、まず基板ホルダ１０７に基板１０８が載置された後、プロセス室１１２内が所要の真空度に設定される。次いでガス導入管１１１より所要のガスがガス供給孔１１６ｄから金属板１１６内に導入される。そしてガスは、金属板１１６の複数個の孔１１６ａから吹出し、プロセス室１１２内に導入される。続いて誘電体被覆線路１１３を通じて金属板１１６のマイクロ波透過孔１１６ｃからマイクロ波がプロセス室１１２内に導入される。これにより、プロセス室１１２内にプラズマが発生し、基板１０８表面に対してプラズマ処理がなされる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、基板の大型化が進んでいる。特にＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶表示装置の場合、基板は５００ｍｍ角から１ｍ角というようなサイズとなる。そのような大型の基板に対して、特許公報２６６９１６８号や特開平７−３３５６３３号公報に開示された装置でプラズマ処理をする場合、以下のような問題がある。
【００１８】
基板が大型化した場合、大型の基板全面を覆うことが可能なように基板よりも大きな寸法の誘電体被覆線路１１３、上蓋１０１、シャワーヘッド１１５または金属板１１６を用いる必要がある。しかし、上蓋１０１はセラミックなどの誘電体から形成されているため、そのような大きなサイズに形成することは困難である。このことは、誘電体被覆線路１１３についても同様である。また、上蓋１０１は大気との隔壁ともなっているため、プロセス室１１２内を真空に保ちつつ大気圧に耐え得るようにしなければならない。この意味においても上蓋１０１を大きなサイズで形成することは困難である。
【００１９】
また特許公報２６６９１６８号のシャワーヘッド１１５が金属製の場合、反応副生成物がシャワーヘッド１１５に付着すると放電特性が変化する。さらに、シャワーヘッド１１５はプラズマに晒され、プラズマの発する熱により高温となり熱膨張の問題もある。これらの問題からシャワーヘッド１１５をセラミックにより形成すると、加工可能なサイズに制限があり、シャワーヘッド１１５は高価なものとなる。
【００２０】
また特許公報２６６９１６８号の場合、上蓋１０１とシャワーヘッド１１５との間の空間は、マイクロ波の伝送経路であり、プロセス室１１２への反応ガスの供給路でもある。このため、この空間内部にプラズマが発生した場合には、シャワーヘッド１１５および上蓋１０１がプラズマによって損傷を受けるという問題が生ずる。
【００２１】
この空間におけるプラズマの発生（異常プラズマの発生）を防止するために、この空間における反応ガスの圧力をプロセス室１１２内部における反応ガスの圧力より非常に高くする必要がある。よって、この空間での反応ガスの圧力を高く保つ一方で、プロセス室１１２内への反応ガスの供給量を十分に少なくする必要がある。このため、シャワーヘッド１１５に形成された反応ガス導入孔１１５ａにおける反応ガスの流れやすさ（コンダクタンス）を小さくする必要がある。このように小さなコンダクタンスを実現するためには、シャワーヘッド１１５において微細なガス導入孔１１５ａを極めて高い加工精度（１０μｍオーダの加工精度）で形成する必要がある。
【００２２】
また基板が大型になると、バッファ室１１５ｂを設けても、シャワーヘッド１１５の外周側と内周側とのガス導入孔１１５ａにおける反応ガスの流れやすさ（コンダクタンス）が異なり、均一なプラズマの生成が困難となる。
【００２３】
また、特開平７−３３５６３３号公報の金属板１１６においても、基板が大型になった場合、外周側と内周側のガス導入孔１１６ａにおける反応ガスの流れやすさ（コンダクタンス）が異なり、均一なプラズマの生成が困難となる。
【００２４】
また、金属板１１６は、形状が複雑であるため製作が困難で高価なものとなる。
【００２５】
さらに、金属板１１６では、スリット状のマイクロ波導入口１１６ｃからマイクロ波が導入される。このマイクロ波導入口１１６ｃのスリットの幅、間隔、金属板１１６の厚みによって、生成されたプラズマが均一な状態となっている位置が変わり、金属板１１６が厚いほど上蓋１０１から離れた領域でプラズマが均一になってしまう。
【００２６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、大面積の基板を均一なプラズマで処理可能で、かつ異常プラズマによる損傷を防止できる、低コストなプラズマプロセス装置を提供することである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマプロセス装置は、マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板表面にプラズマプロセスを行なうものであって、処理室と、マイクロ波伝送手段と、複数の誘電体板と、複数の反応ガス供給路と、誘電体板支持部材とを備えている。処理室は、基板を内部に支持可能である。マイクロ波伝送手段は、マイクロ波を伝送するためのものである。複数の誘電体板は、基板表面に対面する主表面を有し、かつマイクロ波伝送手段により伝送されたマイクロ波を主表面から処理室内に放射する。複数の反応ガス供給路は、処理室に反応ガスを供給するためのものである。誘電体板支持部材は、複数の誘電体板を処理室に支持するために複数の誘電体板の周縁部を保持している。複数の反応ガス供給路の各々は、基板表面の対面側に開口された反応ガスの吹出口を有し、かつ複数の吹出口は誘電体板の主表面端縁より外周領域において主表面の周囲を取囲む位置に配置されており、かつ誘電体板支持部材に設けられている。反応ガス供給路の壁面の一部は、誘電体板支持部材と処理室との接続領域内において、隙間を介して互いに対向する誘電体板支持部材と処理室との表面により構成されている。
【００２８】
本発明のプラズマプロセス装置では、誘電体板が複数個に分割されている。このため、大面積の基板を処理する場合でも、１枚ものの大きな誘電体板を用いる必要がなく、誘電体板の作製が困難となることはない。
【００２９】
誘電体板を複数に分割しているため、大型の１枚ものの誘電体板を形成する場合よりも、既存の製造設備を用いて均一な材質のものを容易に得ることができる。
【００３０】
また、複数の誘電体板を用いているため、誘電体板の一部に損傷が発生した場合、その損傷が発生した誘電体板のみを交換することにより容易かつ迅速に設備の修理を行なうことができる。このため、プラズマプロセス装置のメンテナンスに要する労力や時間を低減することができる。
【００３１】
また、分割された複数個の誘電体板の各周囲から反応ガスが供給できるよう構成されている。このため、大面積の基板を処理する場合でも、誘電体板の周囲からまんべんなく反応ガスを供給でき、均一なプラズマを実現することができる。
【００３２】
上記のように均一なプラズマを実現できるため、従来例のようにシャワーヘッドや金属板は不要となる。
【００３３】
またマイクロ波を放出する誘電体板の主表面の側部から反応ガスが供給される。このため、マイクロ波の伝送経路以外の領域に反応ガス供給路が設けられることになるため、反応ガス供給路にマイクロ波の電界振幅の大きな成分が照射されることを確実に防止することができる。よって、反応ガスにマイクロ波が照射されることに起因する異常プラズマの発生を確実に防止することができ、プラズマによる損傷などを防止することができる。
【００３４】
上記のように異常プラズマによる損傷などを防止することができるため、反応ガス供給路における反応ガスの圧力を従来例より低く設定することができる。このため、反応ガス供給路における反応ガスの圧力と処理室内部における反応ガスの圧力との差を小さくすることができるため、反応ガスの吹出口付近における反応ガスのコンダクタンスを従来例より大きくすることができる。その結果、反応ガスの吹出口付近の加工において従来のような高精度の加工が不要となる。
【００３５】
また反応ガス供給路における反応ガスの圧力と処理室内部における反応ガスの圧力との差を小さくすることができるため、反応ガスの成分などプロセス条件の調整を従来例より容易に行なうことができる。
【００３７】
また、誘電体板支持部材が、誘電体板を支持するとともに、吹出口を有しているため、誘電体板を支持する部材と吹出口を有する部材とを別体で設ける必要はなく、部材の簡素化を図ることができる。
また、反応ガス供給路の壁面の一部が、誘電体板支持部材と処理室との接続領域内において、隙間を介して互いに対向する誘電体板支持部材と処理室との表面により構成される。この場合、反応ガス供給路の壁面の一部に、マイクロ波を透過させない導電体からなる誘電体板支持部材の表面を含ませることができる。このため、マイクロ波の電界振幅の大きな成分が反応ガス供給路へ照射されることを確実に防止できる。この結果、反応ガス供給側において異常プラズマが発生することをより確実に防止することができる。
【００３８】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、誘電体板支持部材は導電体である。
【００３９】
マイクロ波は導電体を透過しない。このため、誘電体板支持部材を金属などの導電体とすることにより、処理室へ伝送されるマイクロ波の電界振幅の大きな成分が反応ガス供給路へ導入されることを防止できる。この結果、反応ガス供給路において異常プラズマが発生することを防止でき、この異常プラズマによる損傷を防止することができる。
【００４２】
本発明のプラズマプロセス装置は、マイクロ波によりプラズマ状態にされた反応ガスを用いて基板表面にプラズマプロセスを行なうものであって、処理室と、マイクロ波伝送手段と、複数の誘電体板と、複数の反応ガス供給路と、誘電体板支持部材とを備えている。処理室は、基板を内部に支持可能である。マイクロ波伝送手段は、マイクロ波を伝送するためのものである。複数の誘電体板は、基板表面に対面する主表面を有し、かつマイクロ波伝送手段により伝送されたマイクロ波を主表面から処理室内に放射する。複数の反応ガス供給路は、処理室に反応ガスを供給するためのものである。誘電体板支持部材は、複数の誘電体板を処理室に支持するために複数の誘電体板の周縁部を保持している。複数の反応ガス供給路の各々は、基板表面の対面側に開口された反応ガスの吹出口を有し、かつ複数の吹出口は誘電体板の主表面端縁より外周領域において主表面の周囲を取囲む位置に配置されており、かつ誘電体板支持部材に設けられている。反応ガス供給路の壁面の一部は、隙間を介して互いに対向する誘電体板支持部材の表面と誘電体板の側面とにより構成されている。
【００４３】
この場合、反応ガス供給路の壁面の一部に、マイクロ波を透過させない導電体からなる誘電体板支持部材の表面を含ませることができる。このため、マイクロ波の電界振幅の大きな成分が反応ガス供給路へ照射されることを確実に防止できる。この結果、反応ガス供給側において異常プラズマが発生することをより確実に防止することができる。
【００４４】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、反応ガス供給路は、吹出口に達するまで次第に開口径が大きくなるテーパー形状を有している。
【００４５】
これにより、吹出口から処理室内部へと放出される反応ガスを、誘電体板支持部材の下面に対して垂直方向のみではなく、斜め方向にも放出させることができる。この結果、処理室内部において反応ガスの分布をより均一にすることができ、より均一な条件でプラズマプロセスを行なうことが可能となる。
【００４６】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、誘電体板は、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスである。
【００４７】
窒化アルミニウムは優れた熱伝導特性を有している。このため、処理室内部で形成されるプラズマによって誘電体板が局所的に加熱されるような場合でも、その局所的に加えられた熱を速やかに誘電体板全体に伝えることができる。この結果、誘電体板が、局所的な加熱によって損傷を受けることを防止することができる。
【００４８】
また、熱伝導特性に優れた材質を誘電体板に用いることにより、処理室内部で部分的に高温部分が発生した場合でも、誘電体板を介してこの高温部分の熱を他の領域へ速やかに伝えることができ、処理室内部の雰囲気温度を容易に均一化することができる。
【００４９】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、マイクロ波伝送手段は、単一モードマイクロ波導波路を含む。
【００５０】
この場合、マイクロ波の制御を容易に行なうことができると同時に、安定でかつ均一なマイクロ波を処理室へ伝送することが可能となる。
【００５１】
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、複数の誘電体板のうち一方の誘電体板と他方の誘電体板とに挟まれる領域には、一方の誘電体板から他方の誘電体板に向かう方向に沿って複数の吹出口が配列されている。
【００５２】
これにより、吹出口を多く配置することが可能となるため、より均一なガスの供給が可能となる。
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、処理室の一部を構成するマイクロ波導入窓を有し、導入するマイクロ波が前記マイクロ波導入窓から誘電体板へ伝播する。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００５４】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図であり、図２は図１の５１−５１線に沿う概略断面図である。また図３は図１の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図であり、図４は誘電体板支持部材の下方斜視図（ａ）および上方斜視図（ｂ）である。
【００５５】
なお図１は図３の５２−５２線に沿う断面に対応し、図２は図３の５３−５３線に沿う断面に対応する。
【００５６】
主に図１を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置は、チャンバ蓋１と、プロセスチャンバ本体２と、導波管３と、導波管端部３ａと、マイクロ波導入窓４と、誘電体板５と、誘電体板支持部材６と、基板ホルダ７とを主に有している。
【００５７】
チャンバ蓋１はプロセスチャンバ本体２の上端に配置されており、チャンバ蓋１とプロセスチャンバ本体２との間はＯリング９によりシールされている。このチャンバ蓋１にはスリット状の開口部１ａが形成されている。その開口部１ａには、アルミナなどの誘電体からなり、かつ逆凸形状の断面を有するマイクロ波導入窓４が挿入されている。チャンバ蓋１とマイクロ波導入窓４との間はＯリング１０によりシールされており、Ｏリング１０はＯリング９とともにチャンバ内部１２の気密を保持している。チャンバ内部１２は、真空ポンプ（図示せず）により排気され、真空状態に保持されている。
【００５８】
マイクロ波導入窓４の大気側には導波管端部３ａが配設されている。導波管端部３ａは、その上面中央部で導波管３と接続され、導波管３から導かれたマイクロ波を開口部３ｂからマイクロ波導入窓４側へ放射する。導波管端部３ａには保温流路３ｃが設けられており、導波管端部３ａおよびその周辺部が所定の温度を保つように保温流路３ｃには保温媒質が流されている。
【００５９】
チャンバ蓋１の真空側には、窒化アルミニウムなどの誘電体からなるたとえば６枚の誘電体板５が設置されている。誘電体板５の外周部には、誘電体板５をチャンバ蓋１に支持するための誘電体板支持部材６がチャンバ蓋１に固定されている。
【００６０】
チャンバ内部１２には、誘電体板５と対向するように基板８を保持可能な基板ホルダ７が設置されている。
【００６１】
チャンバ蓋１には外部からチャンバ内部１２へ反応ガスを供給するためのガス供給管１１が接続されている。このガス供給管１１から供給された反応ガスをチャンバ内部１２へ導くために、誘電体板支持部材６はガス流路用の溝６ｂとガス導入孔６ａとを有している。
【００６２】
主に図４を参照して、誘電体板支持部材６には、複数のガス導入孔６ａと固定孔６ｃとが直線上に配置されている。ガス導入孔６ａは、吹出口に至るまで徐々に開口径が大きくなるテーパー形状の断面を有している。固定孔６ｃはねじを通すための孔である。また誘電体板支持部材６のチャンバ蓋１との接合面側には、ガス流路用の溝６ｂが、各ガス導入孔６ａと接続されるように設けられている。また誘電体板支持部材６の両側部には、誘電体板５を支持するための爪部６ｆが長手方向に沿って設けられている。
【００６３】
主に図２を参照して、誘電体板支持部材６は、ねじ３０によりチャンバ蓋１に固定されている。このねじ３０は、誘電体板支持部材６の固定孔６ｃに挿通され、かつチャンバ蓋１のねじ穴１ｃに螺合されている。誘電体板支持部材６がチャンバ蓋１に固定されると、ガス流路用の溝６ｂがチャンバ蓋１で蓋をされ、ガス流路の一部となる。これにより、１つのガス供給管１１から供給された反応ガスはガス流路用の溝６ｂで分岐され、複数のガス導入孔６ａからチャンバ内部１２に導入される。なお、複数のガス導入孔６ａの各吹出口は、基板８の表面の対面側に開口されている。
【００６４】
主に図３を参照して、たとえば６つの誘電体板５が行列状に配置されている。そして各誘電体板５の周縁部が誘電体板支持部材６により支持されている。これにより、誘電体板５の外周領域においてガス導入孔６ａの吹出口が誘電体板５の周囲を取囲む位置に配置されることとなる。
【００６５】
誘電体板支持部材６は金属製などの導電体よりなっている。この場合のガス導入孔６ａの孔径、断面形状、配置は容易に変更することができる。また真空ポンプの配置、チャンバ内部１２の構造物の配置によってチャンバ内部１２の反応ガスの流れが変わるため、基板８の中央部と外周部とでプラズマの状態が異なるような場合もある。よって、それに合わせてプラズマが均一になるようにガス導入孔６ａの孔径、孔配置を適宜設定する必要がある。
【００６６】
次に、本実施の形態のプラズマプロセス装置をＣＶＤ装置として用いた場合の動作について説明する。
【００６７】
チャンバ内部１２が予め真空ポンプなどを用いて真空状態に保持される。マグネトロン（図示せず）から発せられたマイクロ波は、導波管３に導かれて導波管端部３ａの開口部３ｃとマイクロ波導入窓４とを経て誘電体板５の表面からチャンバ内部１２へ放射される。
【００６８】
一方、所要の原料ガスは、ガス供給管１１から導入された後、ガス流路用の溝６ｂで分岐され、複数のガス導入孔６ａの吹出口からチャンバ内部１２へ供給される。
【００６９】
反応ガスがチャンバ内部１２に導入されると、マイクロ波により均一なプラズマが生成され、これにより基板ホルダ７上の基板８表面に対して均一な成膜などが行なわれる。
【００７０】
本実施の形態においては、誘電体板５が複数個に分割されている。このため、大面積の基板８を処理する場合でも、１枚ものの大きな誘電体板を用いる必要はなく、誘電体板５の作製が困難となることはない。
【００７１】
また、このような小型の誘電体板５は、１枚ものの大きな誘電体板を形成する場合よりも、既存の製造設備を用いて均一な材質のものを容易に得ることができる。この結果、大型の誘電体板を一体ものとして形成する場合よりも、均一で優れた材質の誘電体板５を得ることができる。
【００７２】
また、このような複数の誘電体板５を用いたプラズマプロセス装置においては、誘電体板５の一部に損傷が発生した場合でも、その損傷が発生した誘電体板５のみを交換することにより容易かつ迅速に設備の修理を行なうことができる。その結果、プラズマプロセス装置のメンテナンスに要する労力や時間を低減することができる。
【００７３】
また、分割された複数個の誘電体板５の各周囲から反応ガスが供給できるよう構成されている。このため、大面積の基板８を処理する場合でも、誘電体板５の周囲からまんべんなく反応ガスを供給でき、均一なプラズマを実現することができる。
【００７４】
また、反応ガスは誘電体板５の外周部から供給される。このため、マイクロ波をチャンバ内部１２へ放射するための誘電体板５表面の前方には反応ガス供給路は設けられていない。これにより、マイクロ波の伝送経路以外の領域に反応ガス供給路が設けられることとなるため、反応ガス供給路にマイクロ波の電界振幅の大きな成分が照射されることを確実に防止することができる。このため、反応ガスにマイクロ波が照射されることに起因する異常プラズマの発生を確実に防止することができ、プラズマによる損傷などを防止することができる。
【００７５】
また、反応ガス供給路において異常プラズマが発生することを防止できるため、反応ガス供給路における反応ガスの圧力を従来例より低く設定することができる。このため、反応ガス供給路における反応ガスの圧力とチャンバ内部１２における反応ガスの圧力との差を小さくすることができる。よって、誘電体板支持部材６のガス導入孔６ａにおける反応ガスのコンダクタンスを従来例より大きくすることができる。その結果、誘電体板支持部材６におけるガス導入孔６ａのサイズを従来例より大きくすることができるため、ガス導入孔６ａの加工において従来のような高精度の加工が不要となる。
【００７６】
また、反応ガス供給路における反応ガスの圧力とチャンバ内部１２における反応ガスの圧力との差を小さくすることができるため、反応ガスの成分などプロセス条件の調整を従来例より容易に行なうことができる。
【００７７】
また、誘電体板支持部材６を用いてチャンバ内部１２に均一に反応ガスを供給することができるため、均一なプラズマを得ることができる。
【００７８】
また、誘電体板支持部材６を金属などの導電体により構成した場合、マイクロ波の電界振幅の大きな成分が反応ガス供給路へ導入されることを防止することができる。この結果、この部分の反応ガス供給路においてこのマイクロ波に起因する異常プラズマの発生を防止することができ、プラズマによる損傷を防止することができる。
【００７９】
また、図２に示すように反応ガス供給路の壁面の一部は、誘電体板支持部材６とチャンバ蓋１との接続領域内において、チャンバ蓋１の表面とガス流路用の溝６ｂとにより構成されている。この場合、チャンバ蓋１および誘電体板支持部材６の双方を導電体とすることにより、チャンバ蓋１と溝６ｂとにより構成される反応ガス供給路へのマイクロ波の電界振幅の大きな成分が照射されることを確実に防止できる。その結果、この部分の反応ガス供給路においても異常プラズマの発生を防止することができる。
【００８０】
また、ガス導入孔６ａは、吹出口に向かうに従って開口径が大きくなるテーパー形状の断面を有している。このため、このガス導入孔６ａからチャンバ内部１２へと放出される反応ガスを、誘電体板支持部材６の下面に対して垂直方向のみではなく斜め方向にも放出することができる。この結果、チャンバ内部１２において反応ガスの分布をより均一にすることができ、より均一な条件でプラズマプロセスを行なうことが可能となる。
【００８１】
また、誘電体板５は窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなっており、窒化アルミニウムは優れた熱伝導性を有している。このため、チャンバ内部１２で形成されるプラズマによって誘電体板５が局所的に加熱されるような場合、その局所的に加えられた熱を速やかに誘電体板５全体へと伝えることができる。その結果、誘電体板５がこの局所的な加熱によって損傷を受けることを防止することができる。
【００８２】
また、このように誘電体板５として熱伝導特性の優れた材質を用いることにより、チャンバ内部１２に部分的に高温部分が発生した場合、この誘電体板５を介してこの高温部分の熱を他の領域に速やかに伝えることができる。このため、チャンバ内部１２の雰囲気温度を容易に均一化することができる。
【００８３】
また、導波管３、導波管端部３ａおよびマイクロ波導入窓４を有するマイクロ波伝送手段は、単一モードマイクロ波導波路を含んでいる。これにより、マイクロ波の制御を容易に行なうことができると同時に、安定でかつ均一なマイクロ波をチャンバ内部１２へ伝送することが可能となる。
【００８４】
（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図であり、図６は図５の５４−５４線に沿う概略断面図である。また図７は図５の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図であり、図８はチャンバ蓋に設けられたガス流路用の溝を示す図である。
【００８５】
なお図５は図７の５５−５５線に沿う断面に対応し、図６は図７の５６−５６線に沿う断面図に対応する。
【００８６】
主に図５を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、反応ガス供給路の構成において異なる。
【００８７】
反応ガス供給路の一部であるガス導入孔６ａは、誘電体板５の側面と誘電体板支持部材６の側面とから構成され、誘電体板支持部材６に設けられた切欠部６ｄを吹出口としている。
【００８８】
主に図６を参照して、ガス流路用の溝１ｂはチャンバ蓋１側に設けられている。ガス流路用の溝１ｂは、誘電体板支持部材６がチャンバ蓋１に固定されると、誘電体板支持部材６で蓋をされガス流路の一部となる。この溝１ｂによるガス流路は、図示されていないが複数の反応ガス導入孔６ａに分岐されている。
【００８９】
主に図７を参照して、切欠部６ｄは誘電体板支持部材６の左右の爪部６ｅに交互に配置されている。これにより、誘電体板５の外周に配置される吹出口（切欠部６ｄ）を各誘電体板５に対して均等に配置することができる。
【００９０】
主に図８を参照して、ガス流路用の溝１ｂは、誘電体板支持部材６の取付部であって開口部１ａの形成領域以外に配置されている。
【００９１】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９２】
なお誘電体板支持部材６は金属製などの導電体よりなっている。その場合の切欠部６ｄの開口面積、配置は容易に変更することができる。また、真空ポンプの配置、チャンバ内部１２の構造物の配置によってチャンバ内部１２の反応ガスの流れが変わるため、基板８の中央部と外周部とでプラズマの状態が異なるような場合もある。よって、それに合わせてプラズマが均一となるように切欠部６ｄの開口面積、配置を適宜設定する必要がある。
【００９３】
本実施の形態では、反応ガス導入孔６ａの壁面が、誘電体板５の側面と誘電体板支持部材６の側面とで構成されている。このため、誘電体板支持部材６を、マイクロ波を透過させない導電体より形成した場合、誘電体板支持部材６側においてマイクロ波の電界振幅の大きな成分が反応ガス供給路へ照射されることを確実に防止でき、その部分で異常プラズマが発生することをより確実に防止することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
図９は本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図であり、図１０は図９の５７−５７線に沿う概略断面図である。
【００９５】
図９と図１０とを参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、ガス流路用の溝６ｅが誘電体板支持部材６側に設けられているのではなく、チャンバ蓋１側に設けられている点において異なる。このガス流路用の溝６ｅは、誘電体板支持部材６がチャンバ蓋１に固定されることにより誘電体板支持部材６で蓋をされ、ガス流路の一部となる。この溝６ｅにより形成されるガス流路は、図１０に示すように複数のガス導入孔６ａに分岐する。
【００９６】
これにより、ガス供給管１１より供給された反応ガスは、溝１ｂによるガス流路を経た後にガス導入孔６ａに入り、その吹出口からチャンバ内部１２へ導入される。
【００９７】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。図１１を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、プラズマ源のサイズ（または個数）とＯリング１０の配設位置において異なる。
【００９９】
本実施の形態では、たとえば３つのプラズマ源が並列に設けられており、実施の形態１よりも多く設けられている。誘電体板５のサイズを実施の形態１と同程度にした場合には、実施の形態１で扱える基板８よりもさらに大きなサイズの基板８まで扱うことが可能となる。特に大型のＴＦＴ液晶表示素子用の基板は１ｍ角という大面積であるが、このような大面積の基板に対しても均一なプラズマプロセスを施すことができる。
【０１００】
逆に誘電体板５のサイズを実施の形態１よりも小さくした場合には、小さな誘電体板５によりプラズマ源を形成することも可能である。プラズマによる熱で誘電体板５表面の温度は上昇する。誘電体板５は通常、熱伝導率が低く、プラズマに晒される面側とその裏面側では温度差が発生し変形する。このため、誘電体板５のサイズが小さい方が変形量は小さい。また誘電体板５のサイズを小さくすることで、誘電体板５を安価に製造することができる。
【０１０１】
プロセスチャンバの封止は、Ｏリング９、１０ａ、１０ｂで行なわれている。Ｏリング１０ａ、１０ｂは、チャンバ蓋１とマイクロ波導入窓４との間をシールする。導波管端部３ａにはチャンバ蓋１の開口部１ａとマイクロ波導入窓４との間を挟むように二重にＯリング溝が設けられており、各Ｏリング溝内にＯリング１０ａ，１０ｂが配置されている。Ｏリング１０ｂによりチャンバ蓋１と導波管端部３ａ間が、Ｏリング１０ａにより導波管端部３とマイクロ波導入窓４間がシールされている。
【０１０２】
このように導波管端部３ａの開口部３ｂの側部にＯリング１０ａ、１０ｂが配設されているため、Ｏリング１０ａ、１０ｂは導波管端部３ａから照射されるマイクロ波に直接当たることはない。したがって、Ｏリング１０ａ、１０ｂのマイクロ波曝露による劣化を防止することができる。
【０１０３】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
（実施の形態５）
図１２は、本発明の実施の形態５におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。図１２を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、反応ガス供給路の構成手法が異なる。
【０１０５】
本実施の形態では、反応ガス供給路の一部であるガス導入孔６ａはチャンバ蓋１には設けられているが、誘電体板支持部材１ｅには設けられていない。このため、ガス導入孔６ａの吹出口はチャンバ蓋１に設けられている。これにより、ガス供給管１１から供給された反応ガスは、ガス導入孔６ａを通りその吹出口からチャンバ内部１２へ供給されることになる。なお、誘電体板５は、チャンバ蓋１の凸部１ｄの側壁に設けられた誘電体板支持部材１ｅにより支持されている。
【０１０６】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０７】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。図１３を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、誘電体板支持部材６とチャンバ蓋１との間がＯリング１３によりシールされている点、および誘電体板支持部材６およびチャンバ蓋１のいずれにもガス流路用の溝を設けていない点において異なる。Ｏリング１３は、チャンバ蓋１に設けられたＯリング用溝１ｆ内に配置されている。ガス供給管１１から供給された反応ガスはチャンバ蓋１に設けられたガス流路を通じてガス導入孔６ａに入り、その吹出口からチャンバ内部１２へ供給される。
【０１０８】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０９】
本実施の形態では、Ｏリング１３が誘電体板支持部材６とチャンバ蓋１との間に設けられているため、ガス供給管１１から供給された反応ガスは反応ガス供給路の途中で漏れることなくチャンバ内部１２へ供給され得る。
【０１１０】
なお、チャンバ蓋１または誘電体板支持部材６に流路を設け、その外側にＯリングが設けられてもよい。
【０１１１】
（実施の形態７）
図１４は本発明の実施の形態７におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。図１５は図１４の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図である。
【０１１２】
なお、図１４は図１５の５８−５８線に沿う概略断面図である。
図１４および図１５を参照して、本実施の形態のプラズマプロセス装置の構成は、実施の形態１の構成と比較して、隣合う誘電体板５に挟まれる領域に、一方の誘電体板５から他方の誘電体板５へ延びる方向に沿って複数のガス導入孔６ａの吹出口が配置されている点において異なる。この複数のガス導入孔６ａは誘電体板支持部材６に設けられており、かつ誘電体板支持部材６に設けられたガス流路用の溝６ｂから分岐している。
【０１１３】
また誘電体板５とチャンバ壁とに挟まれる領域においても、誘電体板５からチャンバ壁に向かう方向に沿って誘電体支持部材６には複数のガス供給孔６ａの吹出口が配置されている。このガス供給孔６ａも誘電体支持部材６に設けられたガス流路用の溝６ｂから分岐している。
【０１１４】
なお、図１５の図中縦方向に隣合う誘電体板５に挟まれる領域にはガス供給孔の吹出口を設けていない構成について図示しているが、もちろんこの領域にも縦方向に沿って複数の吹出口が配置されていてもよい。また誘電体板５とその図中縦方向に位置するチャンバ壁とに挟まれる領域には１つの吹出口を設けた構成について図示しているが、もちろんこの領域にも図中縦方向に沿って複数の吹出口が配列されていてもよい。
【０１１５】
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１６】
次に、本実施の形態のプラズマプロセス装置をドライエッチング装置として用いた場合の動作について説明する。
【０１１７】
チャンバ内部１２が予め真空排気手段を用いて真空状態に保持される。マグネトロン（図示せず）から発せられたマイクロ波（周波数はたとえば２．４５ＧＨｚ）は、導波管３に導かれて、導波管端部３ａの開口部３ｃとマイクロ波導入窓４とを経て誘電体板５の表面からチャンバ内部１２へ放射される。
【０１１８】
一方、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｏ２などのプロセスガスは、ガス供給管１１から導入された後、ガス流路用の溝６ｂで分岐され、複数のガス導入孔６ａの吹出口からチャンバ内部１２へ供給される。プロセスガスがチャンバ内部１２に導入されると、マイクロ波により均一なプラズマが生成され、これにより基板ホルダ７上の基板８表面上に成膜されたＳｉＯ２膜などに対して均一なエッチングが行なわれる。
【０１１９】
なお、プロセスガスの種類を変更し、ガス圧を所定の圧力に設定することにより、ＳｉＯ２膜以外の他の絶縁膜やＡｌなどの金属膜をエッチングすることもできる。
【０１２０】
本実施の形態では、隣合う誘電体板５に挟まれる領域に複数のガス供給孔６ａの吹出口を配置したことにより、チャンバ内部１２へより均一に反応ガスを供給することができる。
【０１２１】
また、本実施の形態において、誘電体板５を何らかの手法（たとえば図１２に示す実施の形態５の手法）によりチャンバ蓋１に支持することができる場合には、誘電体板支持部材６はなくてもよい。この場合、プロセスガスの吹出口は図１２に示すようにチャンバ蓋１に設けられてもよい。
【０１２２】
この実施の形態では、ガス流路用の溝の外側にＯリングを設けていないが、Ｏリングを設けて、ガス供給路の途中で漏れをなくすこともできる。
【０１２３】
なお、本発明によるプラズマプロセス装置は、上記の実施の形態１〜６に示すように基板８を水平に設置する構成に限らず、基板８を垂直または傾斜させて配置する構成であってもよい。
【０１２４】
また以上の実施の形態１〜６では、本発明のプラズマプロセス装置をＣＶＤ装置に適用した構成について説明したが、これに限定されるものではなく、たとえばエッチング装置やアッシング装置として適用し得ることは言うまでもない。
【０１２５】
また実施の形態７では、本発明のプラズマプロセス装置をドライエッチング装置に適用した構成について説明したが、これに限定されるものではなく、たとえばＣＶＤ装置やアッシング装置として適用し得ることは言うまでもない。
【０１２６】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマプロセス装置は、大面積の基板を均一なプラズマで処理することができ、かつ異常プラズマによる損傷を防止でき、かつ低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の５１−５１線に沿う概略断面図である。
【図３】図１の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図である。
【図４】誘電体板支持部材の下方斜視図（ａ）と上方斜視図（ｂ）である。
【図５】本発明の実施の形態２におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図５の５４−５４線に沿う概略断面図である。
【図７】図５の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図である。
【図８】チャンバ蓋に設けられたガス流路用の溝の形状を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１０】図９の５７−５７線に沿う概略断面図である。
【図１１】実施の形態４におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１２】実施の形態５におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１３】実施の形態６におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１４】実施の形態７におけるプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１５】図１４の矢印Ａ方向から見た誘電体板と誘電体板支持部材との配置状態を示す図である。
【図１６】従来のプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１７】シャワーヘッドを用いた従来のプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１８】金属板を用いた従来のプラズマプロセス装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図１９】金属板の構成を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
１  チャンバ蓋、２  プロセスチャンバ本体、３  導波管、３ａ  導波管端部、３ｂ  開口部、４  マイクロ波導入窓、５  誘電体板、６  誘電体板支持部材、６ａ  ガス導入孔、６ｂ  溝、７  基板ホルダ、８  基板、１１  ガス供給管、１２  チャンバ内部。
【図１】
0003599619.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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