(57)【要約】  このプラズマ処理装置は、反応室（２ａ）を有する処理室（１０１）と、前記反応室（２ａ）内に収容され、処理室（１０ａ）を有する基板（１０）が載置され、前記基板（１０）の温度を制御する支持部（１５）と、前記反応室（２ａ）内に収容され、前記処理室（１０ａ）に対向するように配置され、前記基板（１０）に向けてプロセスガスを供給するシャワープレート（５）と、前記電極フランジ（４）と前記シャワープレート（５）との間に設けられた空間（２４）を、ガス導入口（４２）側に形成される第一空間（２４ａ）と、前記シャワープレート（５）側に形成される第二空間（２４ｂ）とに分ける圧力調整プレート（５１）とを含み、前記基板（１０）と前記シャワープレート（５）との距離が３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。
2010079738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、反応室を有する処理室と、
前記反応室内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する支持部と、
前記反応室内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給するシャワープレートと、
前記電極フランジと前記シャワープレートとの間に設けられた空間を、前記ガス導入口側に形成される第一空間と、前記シャワープレート側に形成される第二空間とに分ける圧力調整プレートと、
前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部と、
を含み、
前記基板と前記シャワープレートとの距離が３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記シャワープレートのコンダクタンスをＡで表し、前記圧力調整プレートのコンダクタンスをＢで表したとき、
前記シャワープレート及び前記圧力調整プレートは、
０．０５≦（Ｂ／Ａ）≦０．２
を満たすように形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
プラズマＣＶＤ成膜方法であって、
圧力調整プレートとシャワープレートとを準備し、
基板と前記シャワープレートとの距離を３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下に設定し、
プロセスガスを前記圧力調整プレートに通過させた後に、前記シャワープレートを通過させ、前記基板と前記シャワープレートの間の空間に前記プロセスガスを供給し、
前記基板と前記シャワープレートとの間にプラズマを発生させ、前記基板上に膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項４】
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ成膜方法であって、
前記圧力調整プレートの上流と下流との圧力差は、前記シャワープレートの上流と下流との圧力差よりも大きいことを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項５】
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ成膜方法であって、
前記プロセスガスは、シリコン化合物と水素とを含み、
前記基板上に供給される前記水素の量を前記基板上に供給される前記シリコン化合物の量より多くして前記プロセスガスを供給することにより、前記基板上にマイクロクリスタルシリコンを含む膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項６】
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ成膜方法であって、
前記シャワープレートに２７．１２ＭＨｚの高周波電圧を印加することによって前記プラズマを発生させることを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマＣＶＤ成膜方法に関する。
本願は、２００９年１月９日に出願された特願２００９−００４０２４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマを用いて原料ガスを分解し、例えば、基板の被成膜面に薄膜を形成するプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置においては、例えば、複数の噴出口を有するシャワープレートによって、チャンバ内の空間が、基板が配置される成膜空間（反応室）と、原料ガスが導入されるガス導入空間とに分けられている。また、チャンバには、高周波電源が接続されており、シャワープレートがカソード電極として機能している。ガス導入空間に導入されたガスは、シャワープレートの各噴出口から均一に成膜空間に噴出される。このとき、成膜空間内に原料ガスのプラズマが発生し、プラズマによって分解された原料ガスが基板の被成膜面に到達し、所望の膜が基板上に形成される。【０００３】
このようなガス導入空間に関し、シャワープレートとガス導入口との間にガス分散板が設けられ、ガス分散板とシャワープレートとの間にガス分散空間が形成された技術が開示されている。この技術においては、ガス分散空間を形成することにより、シャワープレート全体からより均一に原料ガスを噴出させる試みがなされている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のプラズマ処理装置により処理される基板がＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示ディスプレイ）用基板である場合、ガス導入空間と成膜空間との圧力差を大きく設定することができる。このため、シャワープレート全体から均一に原料ガスを噴出することができる。
これに対し、上述のプラズマ処理装置により処理される基板が例えば、太陽電池用基板である場合には、ＬＣＤ用基板を処理する場合と比較してガス導入空間と成膜空間との圧力差が小さい。このため、シャワープレート全体から均一に原料ガスを噴出することが難しい。【０００６】
即ち、太陽電池用基板にμｃ−Ｓｉ（マイクロクリスタルシリコン）層を形成する場合、生産性の観点から成膜速度を高速化する必要がある。このように成膜速度を高速にするには、互いに対向する電極間の距離を狭めて（ナローギャップ）高圧枯渇法を行うことが有効である。
高圧枯渇法を用いて太陽電池用基板に成膜を行う場合、ＬＣＤ用基板に膜を形成する場合よりも成膜空間内の圧力が高くなってしまう。【０００７】
しかしながら、上述の従来技術においては、ガス分散板は、原料ガスをシャワープレート全体に均一に噴出するだけであり、このガス分散板を用いてガス導入空間の圧力と成膜空間の圧力との圧力差を大きくすることは難しい。
このため、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合、基板上に膜を均一に形成することが難しいという問題がある。
また、シャワープレートに形成されている噴出口の孔径を小さく設定し、ガス導入空間の圧力と成膜空間の圧力との圧力差を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合においては、小さい孔径を有する噴出口を加工することが困難であり、製造コストが増加するという問題がある。【０００８】
更に、シャワープレートの噴出口の数を減少させ、ガス導入空間の圧力と成膜空間の圧力との圧力差を大きくすることも考えられる。しかしながら、この場合においては、互いに隣接する噴出口の間の間隔が大きくなり、基板全体に均一に原料ガスを供給することが困難になるという問題がある。
また、ガス導入口の数を増加し、シャワープレート全体に原料ガスを均一に供給することも考えられる。しかしながら、この場合においては、カソード電極を加工するための工程数が増加し、生産性が低下する。また、ガス導入口の数の増加に伴って、カソード電極の機械強度が低下するという問題がある。  これに加え、各ガス導入口に均一に原料ガスを供給するガス供給系の数が増加し、生産コストが増大するという問題がある。【０００９】
本発明は、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合において、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができ、電極強度を十分に確保できるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の第１態様のプラズマ処理装置は、チャンバと、ガス導入口を有する電極フランジと、前記チャンバ及び前記電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとから構成され、反応室を有する処理室と、前記反応室内に収容され、処理面を有する基板が載置され、前記基板の温度を制御する支持部と、前記反応室内に収容され、前記処理面に対向するように配置され、前記基板に向けてプロセスガスを供給するシャワープレートと、前記電極フランジと前記シャワープレートとの間に設けられた空間を、前記ガス導入口側に形成される第一空間と、前記シャワープレート側に形成される第二空間とに分ける圧力調整プレートと、前記シャワープレートと前記支持部との間に電圧を印加し、前記プロセスガスのプラズマを生成する電圧印加部とを含み、前記基板と前記シャワープレートとの距離が３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。【００１１】
この構成によれば、ガス導入口側に形成される第一空間の圧力と、シャワープレート側に形成される第二空間の圧力との圧力差を大きく設定することができる。
このため、シャワープレートの両側の空間の圧力差、即ち、第二空間の圧力と反応室の圧力との圧力差が比較的小さくても、結果的に第一空間と反応室との圧力差を大きく設定することができる。
従って、プロセスガスを反応室内に均一に供給することが可能になり、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができる。
また、ガス導入口を複数設置する必要もないので、電極フランジの強度を十分確保できると共に生産性を向上させることができ、製造コストを抑えることが可能になる。【００１２】
本発明の第１態様のプラズマ処理装置においては、前記シャワープレートのコンダクタンスをＡで表し、前記圧力調整プレートのコンダクタンスをＢで表したとき、前記シャワープレート及び前記圧力調整プレートは、
０．０５≦（Ｂ／Ａ）≦０．２
を満たすように形成されていることが好ましい。【００１３】
ここで、コンダクタンスとは、各プレートに形成されているガス噴出口をプロセスガスが通過する際に生じる流路抵抗である。
即ち、コンダクタンスの大きさによって、圧力調整プレートの両側の空間の圧力差、及びシャワープレートの両側の空間の圧力差が決定される。
従って、第二空間の圧力と反応室の圧力との圧力差が比較的小さくても、第一空間の圧力と第二空間の圧力との圧力差を確実に大きく設定することができる。このため、シャワープレートから反応室内にプロセスガスを更に確実に均一に供給することが可能になる。このため、より確実に基板の処理面に安定した品質の膜を形成することが可能になる。【００１４】
上記の課題を解決するために、本発明の第２態様のプラズマＣＶＤ成膜方法は、圧力調整プレートとシャワープレートとを準備し、基板と前記シャワープレートとの距離を３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下に設定し、プロセスガスを前記圧力調整プレートに通過させた後に、前記シャワープレートを通過させ、前記基板と前記シャワープレートの間の空間に前記プロセスガスを供給し、前記基板と前記シャワープレートとの間にプラズマを発生させ、前記基板上に膜を形成する。
このような方法においては、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができる。【００１５】
本発明の第２態様のプラズマＣＶＤ成膜方法においては、前記圧力調整プレートの上流と下流との圧力差は、前記シャワープレートの上流と下流との圧力差よりも大きいことが好ましい。
このような方法においては、シャワープレートの上流と下流の圧力差が比較的小さくても圧力調整プレートの上流と下流の圧力差が比較的大きいので、確実にシャワープレートから反応室内にプロセスガスを均一に供給することが可能になる。【００１６】
本発明の第２態様のプラズマＣＶＤ成膜方法においては、前記プロセスガスは、シリコン化合物と水素とを含み、前記基板上に供給される前記水素の量を前記基板上に供給される前記シリコン化合物の量より多くして前記プロセスガスを供給することにより、前記基板上にマイクロクリスタルシリコンを含む膜を形成することが好ましい。
このような方法においては、マイクロクリスタルシリコンを含む膜を好適に形成することができる。【００１７】
本発明の第２態様のプラズマＣＶＤ成膜方法においては、前記シャワープレートに２７．１２ＭＨｚの高周波電圧を印加することによって前記プラズマを発生させることが好ましい。
このような方法においては、基板に安定した品質の膜を形成することが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合において、ガス導入口側に形成される第一空間の圧力と、シャワープレート側に形成される第二空間の圧力との圧力差を大きく設定することができる。
このため、シャワープレートの両側において第二空間の圧力と反応室の圧力との圧力差が比較的小さくても、第一空間と反応室との圧力差を大きく設定することができる。
従って、プロセスガスを反応室に均一に供給することが可能になり、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができる。
また、ガス導入口を複数設置する必要もないので、電極フランジの強度を十分確保できると共に生産性を向上させることができ、製造コストを抑えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置における作用を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態におけるシャワープレート及び圧力プレートのガス噴出口の孔寸法を示す表である。
【図４】本発明の実施例におけるプラズマ処理装置の稼働条件を示す表である。
【図５】本発明の実施例における第一空間，第二空間，及び成膜空間の圧力を示す表である。
【図６】本発明の実施例のプラズマ処理装置を用いて得られた膜厚分布と、従来のプラズマ処理装置を用いて得られた膜厚分布との比較表である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態を図面に基づき説明する。
また、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
また、本実施形態においては、プラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置を説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置１の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、反応室である成膜空間２ａを有する処理室１０１を含む。処理室１０１は、真空チャンバ２と、電極フランジ４と、絶縁フランジ８１とを含む。絶縁フランジ８１は、真空チャンバ２及び電極フランジ４に挟まれている。
【００２２】
真空チャンバ２の底部１１には、開口部が形成されている。この開口部には支柱２５が挿通され、支柱２５は真空チャンバ２の下部に配置されている。支柱２５の先端（真空チャンバ２内）には、板状のヒータ１５（支持部，第二電極部）が接続されている。また、真空チャンバ２には、排気管２７が接続されている。排気管２７の先端には、真空ポンプ２８が設けられている。真空ポンプ２８は、真空チャンバ２内が真空状態となるように減圧する。
【００２３】
また、支柱２５は、真空チャンバ２の外部に設けられた昇降機構（不図示）に接続されており、基板１０の鉛直方向において上下に移動可能である。つまり、支柱２５の先端に接続されているヒータ１５は、上下方向に昇降可能に構成されている。また、真空チャンバ２の外部においては、支柱２５の外周を覆うようにベローズ（不図示）が設けられている。
【００２４】
電極フランジ４は、上壁４１と周壁４３とを有する。電極フランジ４は、開口部が基板１０の鉛直方向において下方に位置するように配置されている。また、電極フランジ４の開口部には、シャワープレート５（第一電極部）が取り付けられている。これにより、電極フランジ４とシャワープレート５との間に空間２４が形成されている。
また、電極フランジ４は、シャワープレート５と対向する上壁４１を有する。上壁４１には、ガス導入口４２が設けられている。
また、処理室１０１の外部に設けられたプロセスガス供給部２１とガス導入口４２との間には、ガス導入管７が設けられている。ガス導入管７の一端は、ガス導入口４２に接続され、他端は、プロセスガス供給部２１に接続されている。ガス導入管７を通じて、プロセスガス供給部２１から空間２４にプロセスガスが供給される。即ち、空間２４は、プロセスガスが導入されるガス導入空間として機能する。
【００２５】
電極フランジ４とシャワープレート５は、それぞれ導電材で構成されており、電極フランジ４は処理室１０１の外部に設けられたＲＦ電源９（高周波電源，電圧印加部）に電気的に接続されている。即ち、電極フランジ４、及びシャワープレート５はカソード電極７１として構成されている。シャワープレート５には、複数のガス噴出口６（第二ガス噴出口）が形成されている。空間２４内に導入されたプロセスガスは、ガス噴出口６から真空チャンバ２内の成膜空間２ａに噴出される。
【００２６】
ここで、電極フランジ４の周壁４３においては、上壁４１とシャワープレート５との間に、圧力調整プレート５１が設けられている。この圧力調整プレート５１によって、ガス導入口４２側に形成される第一空間２４ａとシャワープレート５側に形成される第二空間２４ｂとに、空間２４が分けられている。
圧力調整プレート５１は、電極フランジ４と同様に導電材で板状に形成されている。圧力調整プレート５１には、複数のガス噴出口６１（第一ガス噴出口）が形成されている。
即ち、プロセスガス供給部２１からガス導入管７及びガス導入口４２を通じて第一空間２４ａに導入されたプロセスガスは、圧力調整プレート５１のガス噴出口６１を通じて第二空間２４ｂに噴出される。その後、第二空間２４ｂ内のプロセスガスは、シャワープレート５のガス噴出口６を通じて、真空チャンバ２内に噴出される。
このことから、第一空間２４ａは圧力調整プレート５１の上流側の空間であり、第二空間２４ｂは圧力調整プレート５１の下流側の空間である。
また、第二空間２４ｂはシャワープレート５の上流側の空間であり、真空チャンバ２内はシャワープレート５の下流側の空間である。
【００２７】
また、第一空間２４ａと第二空間２４ｂとの間に圧力調整プレート５１が設けられ、第二空間２４ｂと真空チャンバ２内の成膜空間２ａとの間にシャワープレート５が設けられているので、第一空間２４ａの圧力よりも第二空間２４ｂの圧力が低く、第二空間２４ｂの圧力よりも成膜空間２ａの圧力Ｐｅが低い。即ち、上流側から下流側に向けて徐々に圧力が低くなっている。
ここで、第二空間２４ｂと成膜空間２ａとの間に圧力差を生じさせるシャワープレート５のコンダクタンスをＡと表し、第一空間２４ａと第二空間２４ｂとの間に圧力差を生じさせる圧力調整プレート５１のコンダクタンスをＢと表したとき、本実施形態のシャワープレート５及び圧力調整プレート５１は、
０．０５≦（Ｂ／Ａ）≦０．２・・・（１）
を満たすように形成されている。
【００２８】
より具体的に、圧力調整プレート５１及びシャワープレート５の各々のコンダクタンスは、ガス噴出口６，６１が形成されている個数、ガス噴出口６，６１の孔径、ガス噴出口６，６１の孔深さ、つまり、各プレート５，５１の厚さにより決めることができる。
また、一般的に、流量Ｑを圧力差ΔＰで割ることによってコンダクタンスＣが求められることが知られている。ここで、圧力差ΔＰとは、２つの空間の圧力差を意味する。
そのため、第一空間２４ａの圧力をＰ１で表し、第二空間２４ｂの圧力をＰ２で表し、成膜空間２ａの圧力をＰｅで表すと、次の等式が成り立つ。
Ｑ＝Ｂ（Ｐ１−Ｐ２）＝Ａ（Ｐ２−Ｐｅ）
なお、流量Ｑは一定であるため、第一空間２４ａ，第二空間２４ｂ，及び成膜空間２ａの圧力に基づいて、上記のコンダクタンスＡ，Ｂが求められる。
更に、式（１）を満たすようにシャワープレート５及び圧力調整プレート５１が形成されているので、圧力調整プレート５１のコンダクタンスＢは、シャワープレート５のコンダクタンスＡの５％以上かつ２０％以下である。
【００２９】
このことから、例えば、圧力調整プレート５１に形成されているガス噴出口６１の個数は、シャワープレート５に形成されているガス噴出口６の個数よりも少くなるように設定されている（詳細は後述する）。
このようにシャワープレート５及び圧力調整プレート５１を形成することにより、第一空間２４ａの圧力Ｐ１と第二空間２４ｂの圧力Ｐ２との圧力差を大きくすることができる。例えば、第一空間２４ａの圧力を１６８０（ｐａ）に設定したとき、第二空間２４ｂの圧力を８１２（Ｐａ）程度に設定できる。
このため、第二空間２４ｂと成膜空間２ａの圧力Ｐｅとの圧力差が比較的小さくても、結果的に第一空間２４ａの圧力Ｐ１と成膜空間２ａの圧力Ｐｅとの圧力差を大きく設定することができる。このため、成膜空間２ａにプロセスガスを均一に供給することが可能になる。
【００３０】
次に、コンダクタンスＢがコンダクタンスＡの５％未満である場合（０．０５＞（Ｂ／Ａ））について説明する。例えば、圧力調整プレート５１のガス噴出口６１の直径が０．５ｍｍに設定されていると、０．０５＞（Ｂ／Ａ）の条件を有するコンダクタンスを得るにはガス噴出口６１の個数が著しく少なくする必要がある。このため、ガス噴出口６１の各々を流動するプロセスガスの流速が著しく大きくなり、結果としてこのように形成されたガス噴出口６１に依存して、プロセスガスを均一に供給することが困難になる。
次に、コンダクタンスＢがコンダクタンスＡの２０％を超える場合（（Ｂ／Ａ）＞０．２）について説明する。このような条件を有するコンダクタンスを得るにはガス噴出口６１の個数を増加させる必要がある。この場合、圧力調整プレート５１による圧力調整の効果が減少し、結果として第一空間２４ａと第二空間２４ｂとの圧力差が小さくなり、プロセスガスを均一に供給することを行うことが困難になる。
上述した理由に基づき、本実施形態においては、圧力調整プレート５１のコンダクタンスＢは、シャワープレート５のコンダクタンスＡの５％以上かつ２０％以下に設定されている。
【００３１】
また、真空チャンバ２の成膜空間２ａには、ガス導入管７とは異なるガス導入管８が接続されている。
ガス導入管８にはフッ素ガス供給部２２とラジカル源２３とが設けられている。
ラジカル源２３は、フッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスを分解する。ガス導入管８は、フッ素ガスが分解されて得られたフッ素ラジカルを、真空チャンバ２内の成膜空間２ａに供給する。
【００３２】
ヒータ１５は、表面が平坦に形成された板状の部材である。ヒータ１５の上面には、基板１０が載置される。ヒータ１５は、接地電極、つまりアノード電極７２として機能する。このため、ヒータ１５は、導電性を有する、例えば、アルミニウム合金で形成されている。基板１０がヒータ１５上に配置されると、基板１０とシャワープレート５とは互いに近接して平行に位置される。より具体的には、基板１０の処理面１０ａとシャワープレート５との間の距離（ギャップ）Ｇ１は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下のナローギャップに設定されている。
【００３３】
なお、距離Ｇ１が３ｍｍよりも小さい場合、シャワープレート５に形成されているガス噴出口６の最小（限界）孔径が０．３ｍｍに設定されているとき、基板１０の処理面１０ａに形成される膜の品質がシャワープレート５のガス噴出口６の孔径の影響を受けるおそれがある。また、距離Ｇ１が１０ｍｍよりも大きい場合、成膜時にパウダーが生じるおそれがある。
【００３４】
ヒータ１５上に基板１０が配置された状態で、ガス噴出口６からプロセスガスを噴出させると、プロセスガスは基板１０の処理面１０ａ上の空間に供給される。
また、ヒータ１５の内部にはヒータ線１６が設けられている。ヒータ線１６によってヒータ１５の温度が所定の温度に調整される。ヒータ線１６は、ヒータ１５の鉛直方向から見たヒータ１５の略中央部の裏面１７から突出されている。ヒータ線１６は、ヒータ１５の略中央部に形成された貫通孔１８及び支柱２５の内部に挿通され、真空チャンバ２の外部へと導かれている。
【００３５】
そして、ヒータ線１６は真空チャンバ２の外部にて電源（不図示）と接続され、ヒータ１５の温度を調節する。
更に、ヒータ１５の外周縁には、ヒータ１５と真空チャンバ２との間を接続するように複数のアース３０が略等間隔で配設されている。アース３０は、例えば、ニッケル系合金又はアルミ合金などで構成されている。
【００３６】
次に、図２に基づいて、プラズマ処理装置１を用いて基板１０の処理面１０ａに膜を形成する場合の作用について説明する。
まず、真空ポンプ２８を用いて真空チャンバ２内を減圧する。
真空チャンバ２内が真空に維持された状態で、基板１０は真空チャンバ２内の成膜空間２ａに搬入され、ヒータ１５上に載置される。
ここで、基板１０を載置する前は、ヒータ１５は真空チャンバ２内の下方に位置している。つまり、基板１０が搬入される前においては、ヒータ１５とシャワープレート５との間隔が広くなっているので、ロボットアーム（不図示）を用いて基板１０をヒータ１５上に容易に載置することができる。
【００３７】
基板１０がヒータ１５上に載置された後には、昇降機構（不図示）が起動し、支柱２５が上方へ押し上げられ、ヒータ１５上に載置された基板１０も上方へ移動する。これによって、適切に成膜を行うために必要な間隔になるようにシャワープレート５と基板１０との間隔が所望に決定され、この間隔が維持される。ここで、シャワープレート５と基板１０と間隔は、基板１０上に膜を形成するために適した距離に保持される。具体的に、基板１０の処理面１０ａとシャワープレート５との間の距離Ｇ１は、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるナローギャップに設定される。
【００３８】
その後、プロセスガス供給部２１からガス導入管７及びガス導入口４２を介して第一空間２４ａにプロセスガスが導入される。第一空間２４ａにプロセスガスが充満され、圧力調整プレート５１のガス噴出口６１を通って第二空間２４ｂにプロセスガスが供給される。
このとき、第二空間２４ｂの圧力Ｐ２は、第一空間２４ａの圧力Ｐ１と比較して圧力調整プレート５１のコンダクタンスＢによって減少される。
続いて、第二空間２４ｂにプロセスガスが充満され、シャワープレート５のガス噴出口６を通って真空チャンバ２内の成膜空間２ａにプロセスガスが供給される。
このとき、成膜空間２ａの圧力Ｐｅは、シャワープレート５のコンダクタンスＡによって減少される。
【００３９】
上述したように、圧力調整プレート５１のコンダクタンスＢ及びシャワープレート５のコンダクタンスＡは、式（１）を満たすように設定されている。このため、第一空間２４ａの圧力Ｐ１と第二空間２４ｂの圧力Ｐ２との差は比較的大きくなり、真空チャンバ２内の成膜空間２ａの圧力Ｐｅと第二空間２４ｂの圧力Ｐ２との差は比較的小さくなる。従って、このように圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との圧力差が大きいため、圧力調整プレート５１を通じて第二空間２４ｂに供給されるプロセスガスは、全体的に均一に噴出される。一方、成膜空間２ａと第二空間２４ｂとにおいては、圧力Ｐ２と圧力Ｐｅとの圧力差が小さいが、圧力調整プレート５１からプロセスガスが均一に供給されているので、シャワープレート５から成膜空間２ａに向けてプロセスガスを均一に供給することができる。
【００４０】
次に、ＲＦ電源９を起動して電極フランジ４に高周波電圧を印加する。
このとき、電極フランジ４は絶縁フランジ８１を介して真空チャンバ２とは電気的に絶縁されている。また、真空チャンバ２は、接地されている。
このような構造において、シャワープレート５とヒータ１５との間に高周波電圧が印加されて放電が生じ、電極フランジ４に設けられているシャワープレート５と基板１０の処理面１０ａとの間にプラズマが発生する。
こうして発生したプラズマ内でプロセスガスが分解され、プラズマ状態のプロセスガスが得られ、基板１０の処理面１０ａで気相成長反応が生じ、薄膜が処理面１０ａ上に成膜される。
なお、高周波電圧は、電極フランジ４の外表面を通ってシャワープレート５に伝達されるので、圧力調整プレート５１に高周波電圧が印加されるおそれはない。
【００４１】
また、上記のような成膜工程が何度か繰り返されると、真空チャンバ２の内壁面３３などに成膜材料が付着するため、真空チャンバ２内は定期的にクリーニングされる。クリーニング工程においては、フッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスがラジカル源２３によって分解され、フッ素ラジカルが生じ、フッ素ラジカルが真空チャンバ２に接続されたガス導入管８を通り、真空チャンバ２内に供給される。このように真空チャンバ２内の成膜空間２ａにフッ素ラジカルを供給することによって、化学反応が生じ、成膜空間２ａの周囲に配置された部材又は真空チャンバ２の内壁面に付着された付着物が除去される。
【実施例】
【００４２】
次に、図１、図３〜図６に基づいて、本発明の実施例を具体的に示して説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されない。
図３は、シャワープレート５のガス噴出口６及び圧力調整プレート５１のガス噴出口６１の孔径（ｍｍ），孔深さ（ｍｍ），及び孔ピッチ（ｍｍ）を示す表である。図４は、プラズマ処理装置１を構成する部品のサイズ及び稼働条件を示す表である。図５は、高圧枯渇法によって基板１０の処理面１０ａにμｃ−Ｓｉ（マイクロクリスタルシリコン）膜を形成する場合の第一空間２４ａ，第二空間２４ｂ，及び成膜空間２ａの圧力（Ｐａ）を示す表である。
図６は、実施例の条件に基づいて基板１０の処理面１０ａに形成された膜厚分布（実施例）と、従来のプラズマ処理装置を用いて得られた膜厚分布（比較例）、つまり、圧力調整プレート５１が設けられていないプラズマ処理装置を用いて基板１０の処理面１０ａに形成された膜厚分布とを比較した表である。
ここで、膜厚分布とは、基板１０上に形成された膜厚の均一性（ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）を意味する。【００４３】
図３に示すように、本実施例のシャワープレート５においては、ガス噴出口６の孔径が０．７±０．０１ｍｍに設定され、孔深さが１０ｍｍに設定され、孔ピッチが１０ｍｍ×１０ｍｍに設定されている。本実施例の圧力調整プレート５１においては、ガス噴出口６１の孔径が０．５±０．０５ｍｍに設定され、孔深さが１０ｍｍに設定され、孔ピッチが２０ｍｍ×２０ｍｍに設定されている。
これにより、シャワープレート５のコンダクタンスＡと、圧力調整プレート５１のコンダクタンスＢとの関係は、上記の式（１）を満たす。【００４４】
また、図１、図４に示すように、電極サイズの面積、つまり、基板１０に対向するシャワープレート５の領域の長手方向の長さＬ１が１，６００ｍｍに設定され、かつ短手方向の長さが１，３００ｍｍに設定されている。更に、サセプターサイズ（面積）、つまり、アノード電極７２であるヒータ１５に基板１０が載置される領域の長手方向の長さＬ２が１，７００ｍｍに設定され、かつ短手方向の長さが１，４００ｍｍに設定されている。また、ＲＦ電源９をＲＦ周波数が２７．１２ＭＨｚに設定され、ＲＦパワー密度が１．２Ｗ／ｃｍ２に設定されている。また、基板１０の処理面１０ａとシャワープレート５との間の距離Ｇ１が１０ｍｍに設定されている。
また、成膜空間２ａの圧力が７００Ｐａになるように基板１０の処理面１０ａにμｃ−Ｓｉ膜を形成した。
なお、プロセスガス供給部２１から第一空間２４ａへ導入されるプロセスガスの種類及び流量としては、１．５（ｓｌｍ）のＳｉＨ４（モノシラン）及び４５（ｓｌｍ）のＨ２（水素）が用いられている。【００４５】
このような条件のもと、図５に示すように、第一空間２４ａの圧力Ｐ１は１６８０（Ｐａ）となる。また、第二空間２４ｂの圧力Ｐ２は８１２（Ｐａ）となる。更に、成膜空間２ａの圧力Ｐｅは７００（Ｐａ）となる。
ここで、第一空間２４ａの圧力Ｐ１と第二空間２４ｂの圧力Ｐ２との圧力差は、圧力調整プレート５１によって大きくなることが確認できる。また、この圧力差と比較して第二空間２４ｂの圧力Ｐ２と成膜空間２ａの圧力Ｐｅとの圧力差が小さくなることが確認できる。【００４６】
そして、基板１０の処理面１０ａにμｃ−Ｓｉ膜を形成すると、図６に示すように、本実施例の膜厚分布が９．５％であるという結果を得た。
一方、図６に示すように、従来のプラズマ処理装置を用いて得られた、つまり、圧力調整プレート５１を設けずに高圧枯渇法により基板１０の処理面１０ａにμｃ−Ｓｉ膜を形成した場合、膜厚分布は４５％程度であるという結果を得た。
即ち、本実施形態のように、圧力調整プレート５１を設けることによって、膜厚分布を向上できることが確認できる。なお、膜厚分布は１５％以下であることが望ましい。【００４７】
従って、上述の実施形態によれば、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板１０の処理を行う場合に、電極フランジ４とシャワープレート５との間に形成される空間２４を圧力調整プレート５１を用いて第一空間２４ａと第二空間２４ｂとに分けることによって、両空間２４ａ，２４ｂの圧力差を大きく設定することができる。
このため、シャワープレート５の両側に形成されている第二空間２４ｂの圧力Ｐ２と成膜空間２ａの圧力Ｐｅとの圧力差が比較的小さくても、成膜空間２ａにプロセスガスを均一に供給することが可能である。このため、製造コストの増大を抑制し、容易かつ効率的に基板１０に膜を均一に形成することができる。
また、ガス導入口４２を複数設置する必要がないので、シャワープレート５を含むカソード電極７１（電極フランジ４）の強度を十分確保できる。また、生産性を向上させることができ、製造コストを抑えることが可能になる。【００４８】
また、シャワープレート５のコンダクタンスをＡで表し、圧力調整プレート５１のコンダクタンスをＢで表したとき、シャワープレート５及び圧力調整プレート５１は、それぞれ
０．０５≦（Ｂ／Ａ）≦０．２・・・（２）
を満たすように形成されている。
このため、第二空間２４ｂの圧力Ｐ２と成膜空間２ａの圧力Ｐｅとの圧力差が比較的小さくても、第一空間２４ａと第二空間２４ｂとの圧力差を確実に大きく設定することができる。
従って、より確実にシャワープレート５からガスを均一に噴出させることができ、基板１０の処理面１０ａに安定した品質の膜を形成することが可能になる。【００４９】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。即ち、本実施形態で述べた具体的な材料又は構成等は本発明の一例であり、適宜変更が可能である。
上述の実施形態では、プロセスガス供給部２１から第一空間２４ａにプロセスガスが導入され、このプロセスガスが圧力調整プレート５１を介して第二空間２４ｂに供給される構造について説明した。
しかしながら、この構造に限らず、第一空間２４ａ内のガス導入口４２の近傍に、遮蔽板を設けてもよい。この遮蔽板は、ガス導入口４２から供給されるプロセスガスを第一空間２４ａ内に均一に分散させる。この遮蔽板を設けることによって、シャワープレート５から成膜空間２ａにプロセスガスをより均一に供給することが可能になる。【００５０】
更に、上述の実施例では、プラズマ処理装置１においてプロセスガスとしてＳｉＨ４とＨ２との混合ガスを用い、基板１０の処理面１０ａにμｃ−Ｓｉ膜を形成した場合について説明した。しかしながら、このような膜種に限らず、プラズマ処理装置１を利用してａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン），ＳｉＯ２（酸化膜），ＳｉＮ（チッカ膜），及びＳｉＣ（炭化膜）を形成することが可能である。また、基板１０に所望の膜を形成する成膜処理に代えて、エッチング処理を行うプラズマ処理装置に上述したプラズマ処理装置１を適用してもよい。この場合、それぞれの処理条件に応じてプロセスガスの種類又は流量が適切に変更される。【００５１】
上述した実施例においては、プロセスガスとしてＳｉＨ４（モノシラン）とＨ２（水素）との混合ガスを用いた例について詳細に説明したが、ＳｉＨ４のみに限定されず、シリコン化合物を用いた場合であっても本発明の作用・効果は得られる。
シリコン化合物としては、ＳｉＨ４の他にＳｉ２Ｈ６（ジシラン）などが挙げられる。【００５２】
上述した実施形態及び実施例においては、成膜空間２ａの圧力Ｐｅが７００（Ｐａ）である場合について説明したが、成膜空間２ａの圧力Ｐｅは、プロセス条件に応じて適切に設定される。例えば、成膜空間２ａの圧力Ｐｅが７００（Ｐａ）以上又は７００（Ｐａ）以下の圧力に設定されてもよい。この場合、例えば、プロセスガス供給部２１から供給されるプロセスガスの流量を制御することにより、又は真空ポンプ２８と真空チャンバ２との間に設けられた圧力制御部（不図示）によって排気速度を適切に制御することにより、成膜空間２ａの圧力Ｐｅが設定される。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上詳述したように、本発明は、ナローギャップによる高圧枯渇法を用いて基板の処理を行う場合において、製造コストの増大を抑制し、容易、かつ効率的に基板に膜を均一に形成することができ、電極強度を十分に確保できるプラズマ処理装置に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１…プラズマ処理装置  ２…真空チャンバ（チャンバ）  ２ａ…成膜空間（反応室）  ４…電極フランジ  ５…シャワープレート  ６…ガス噴出口（第二ガス噴出口）  ９…ＲＦ電源（電圧印加部）  １０…基板  １０ａ…処理面  １５…ヒータ（支持部）  ２４…空間  ２４ａ…第一空間  ２４ｂ…第二空間  ４２…ガス導入口  ５１…圧力調整プレート  ６１…ガス噴出口（第一ガス噴出口）  ７１…カソード電極（第一電極部）  ７２…アノード電極（第二電極部）  ８１…絶縁フランジ  １０１…処理室  Ｇ１…距離。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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