(57)【要約】【課題】  大型の処理基板であってもその上に対する処理が均一となるプラズマ発生装置を提供する。【解決手段】  プラズマ発生装置１０は、プラズマ発生用電極１１と、その下方に設けられ基板上面がプラズマ発生用電極１１側を向くように処理基板２０がセットされる基板セット台１２と、プラズマ発生用電極１１と基板セット台１２との間に、それらのいずれからも間隔をおいて設けられた平板状のメッシュ電極１３と、を備える。メッシュ電極１３の中央部分の撓みを規制してその下面と基板セット台１２にセットされた処理基板２０の上面との位置関係を全体的に平行に保持する平行保持手段１６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生用電極と
上記プラズマ発生用電極の下方に設けられ、基板上面が該プラズマ発生用電極側を向くように処理基板がセットされる基板セット台と、
上記プラズマ発生用電極と上記基板セット台との間に、それらのいずれからも間隔をおいて設けられた平板状のメッシュ電極と、
を備え、
上記メッシュ電極の中央部分の撓みを規制して該メッシュ電極の下面と上記基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係を全体的に平行に保持する平行保持手段が設けられている、プラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたプラズマ発生装置において、
上記平行保持手段は、上記プラズマ発生用電極と上記メッシュ電極とを連結するように設けられた絶縁材料製の連結部材である、プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載されたプラズマ発生装置において、
上記平行保持手段である連結部材は、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられている、プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項２に記載されたプラズマ発生装置において、
上記連結部材は、上記プラズマ発生用電極に固設されており、
上記メッシュ電極は、上記連結部材に着脱可能に取り付けられている、プラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項１に記載されたプラズマ発生装置において、
上記プラズマ発生用電極には、反応ガス導入口が設けられている、プラズマ発生装置。
【請求項６】
請求項１に記載されたプラズマ発生装置において、
上記メッシュ電極は、大きさが１５０ｍｍ角以上である、プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマＣＶＤ（chemical vapour deposition）法は、ＣＶＤプロセスの低温化を実現させるものであり、半導体プロセス等に広く適用されている。
【０００３】
特許文献１には、反応室内で、高周波が印加されるＲＦ電極と、電気的に絶縁された基板との間に、多数の反応ガス通過穴が形成されてアース電位にされたメッシュ電極をＲＦ電極から発生プラズマのシース領域より外側に配置し、前記ＲＦ電極に反応ガスを供給する反応ガス流入管を設けたプラズマＣＶＤ装置が開示されている。そして、これによれば、メッシュ電極によりアース電極側のシース領域を通過させて電位を降下させた反応ガスを基板に反応させるので、イオン衝突が生じることがない、と記載されている。
【０００４】
特許文献２には、平行平板型のカソード及びアノードを備えた容量結合型プラズマＣＶＤ装置において、アノード上に被成膜物たるガラス基板を設置するとともに、ガラス基板の直上に金属製メッシュなどの第３電極を配置し、第３電極とガラス基板の距離は１０ｍｍ以下とすることが開示されている。そして、これによれば、微結晶シリコン太陽電池等の製造に適用でき、高い結晶性を有する微結晶膜を高速で堆積でき、かつパウダーの発生が少なく生産性に優れることとなる、と記載されている。
【特許文献１】特開平６−４９６４８号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２にそれぞれ開示されているような平板状のメッシュ電極を備えた構造のプラズマＣＶＤ装置を、液晶表示装置のＴＦＴ基板の作製工程において、処理基板上へのシリコン薄膜の形成に用いた場合、高特性を示すＴＦＴが得られることが期待される。
【０００６】
しかしながら、近年、液晶表示装置のサイズの大型化に伴って処理基板のサイズも大きくなってきており、それを処理するプラズマＣＶＤ装置も大型となってきているため、それに伴って当然にメッシュ電極のサイズも大きくなり、そのため、メッシュ電極の中央部分が撓んで、その部分において基板セット台上の処理基板までの距離が短くなる。その結果、メッシュ電極の中央部分に対応して処理基板上に形成される被膜の厚さが周縁部分に対応して形成されるものよりも厚くなり、全体として形成される被膜の厚さや物性の不均一が生じるという問題がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大型の処理基板であってもその上に対する処理が均一となるプラズマ発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明のプラズマ発生装置は、
プラズマ発生用電極と
上記プラズマ発生用電極の下方に設けられ、基板上面が該プラズマ発生用電極側を向くように処理基板がセットされる基板セット台と、
上記プラズマ発生用電極と上記基板セット台との間に、それらのいずれからも間隔をおいて設けられた平板状のメッシュ電極と、
を備え、
上記メッシュ電極の中央部分の撓みを規制して該メッシュ電極の下面と上記基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係を全体的に平行に保持する平行保持手段が設けられている。
【０００９】
上記の構成によれば、平行保持手段によって、メッシュ電極の中央部分の撓みが規制され、それと基板セット台にセットされた処理基板の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるので、それらの間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、例えば、プラズマＣＶＤ用途では、処理基板上に厚さの均一な被膜を形成させることができる。
【００１０】
また、メッシュ電極の撓みが規制されるので、メッシュ基板と処理基板との距離を近く設定することができ、それによって成膜速度の大幅な増加を図ることができる。
【００１１】
具体的な構成として、本発明のプラズマ発生装置は、上記平行保持手段が、上記プラズマ発生用電極と上記メッシュ電極とを連結するように設けられた絶縁材料製の連結部材であるものを挙げることができる。
【００１２】
この場合、上記平行保持手段である連結部材は、上記の作用効果が効果的に奏されるためには、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられているものであることが好ましい。また、プラズマはプラズマ発生用電極、連結部材及びメッシュ電極が境界を作る空間内で発生するため、連結部材の間隔が一定であるなら、メッシュ電極の面積が拡大しても電極サイズに依存しないプラズマを発生することが可能である。
【００１３】
また、本発明のプラズマ発生装置は、上記連結部材が、上記プラズマ発生用電極に固設されており、上記メッシュ電極が、上記連結部材に着脱可能に取り付けられているものであってもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、メッシュ電極がプラズマ発生用電極に固設された連結部材に着脱可能に取り付けられているので、プラズマ発生用電極とメッシュ電極との間のプラズマ形成空間のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００１５】
本発明のプラズマ発生装置は、上記プラズマ発生用電極に反応ガス導入口が設けられているものであってもよい。
【００１６】
上記の構成によれば、反応ガス導入口がプラズマ発生用電極に設けられているので、プラズマ発生用電極の直近で効率よくプラズマを発生させることができる。
【００１７】
メッシュ電極の大きさが大きければ大きい程、その自重による撓みが生じ易くなるので、本発明のプラズマ発生装置は、上記メッシュ電極の大きさが１５０ｍｍ角以上である場合に特に有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、平行保持手段によって、メッシュ基板の下面と基板セット台にセットされた処理基板の上面との間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、処理基板上に対する処理を均一なものにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（プラズマ発生装置）１０の概略構成を示す。
【００２１】
このプラズマＣＶＤ装置１０は、平行平板型のものであって、大型の液晶表示装置のＴＦＴ基板を作製する際に、処理基板２０にアモルファスシリコン被膜や絶縁膜（窒化シリコン被膜、酸化シリコン被膜）を形成させるのに用いられるものである。
【００２２】
このプラズマＣＶＤ装置１０は、図示しないチャンバと、そのチャンバ内の上下にそれぞれ設けられたプラズマ発生用電極１１及び基板セット台１２と、それらの間にそのいずれからも間隔をおいて設けられたメッシュ電極１３とを備えている。また、チャンバには、図示しない反応ガス供給系、真空排気系及び排ガス処理系が接続されている。
【００２３】
プラズマ発生用電極１１は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム合金で平板状に形成され、且つ、処理基板２０よりも面積が広く形成さたものであり、その厚さ方向に穿孔された反応ガス導入孔１４が間隔をおいて複数設けられている。反応ガス導入孔１４は反応ガス供給制御系に連通している。また、プラズマ発生用電極１１は、高周波電源１５に接続されている。
【００２４】
基板セット台１２は、例えばアルマイト処理されたアルミニウム合金で平板状に形成されたものであり、内部に図示しない基板加熱用ヒーターが内蔵されている。また、基板セット台１２は接地されている。この基板セット台１２には、基板上面がプラズマ発生用電極１１側を向くように、ガラスやプラスティックやシリコンなどの処理基板２０がセットされる。
【００２５】
メッシュ電極１３は、例えばアルミニウム合金で平板状に形成されたものであり、多数の細孔が形成されたメッシュ構造を有している。具体的な構成としては、針金で編んだ網のような構造のもののほか、鉄板に孔を開けた構造のものであってもよい。また、細孔の大きさは、使用圧力、所望する膜質によって好適な範囲が異なると共に、ホロー効果、イオントラップ効果などの影響が圧力と相関性を持つために絶対的なものを一義的に限定することは困難であるが、一般的には加工性の観点から百μｍ以上、電界の生じる部分のシース領域の幅の観点から１０ｍｍ以下とするのがよい。さらに、細孔の形状は、特に限定されない。メッシュ電極１３は、大きさが１５０ｍｍ角以上である。メッシュ電極１３は、基板セット台１２との間で放電が起こらないように、基板セット台１２同様に接地されている。
【００２６】
プラズマ発生用電極１１とメッシュ電極１３とは複数の連結部材（平行保持手段）１６を介して連結固定されている。各連結部材１６は、例えばアルミナやアルミナ混合物質の絶縁材料で平板棒状に形成されたものであり（例えば、幅１０〜２０ｍｍ、厚さ５〜１０ｍｍ、図１の奥行き方向の長さは少なくとも基板サイズ以上）、プラズマ発生用電極１１に隔壁を形成するように固設されて下方に垂下した形態となっている。複数の連結部材１６は、横方向に一定間隔をおいて相互に並行に延びるように設けられている。各連結部材１６の下面（頂面）は同一平面上にあり、メッシュ電極１３は、それらの連結部材１６のそれぞれの下面に止めネジ１７で着脱可能に取り付け固定されており、それによって、メッシュ電極１３の中央部分の撓みが規制され、メッシュ電極１３の下面と基板セット台１２の上面、つまり、そこにセットされた処理基板２０の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるようになっている。
【００２７】
処理基板２０に被膜を形成する際には、まず、基板上面がプラズマ発生用電極１１側を向くように処理基板２０が基板セット台１２にセットされた後に、チャンバが密閉されて真空排気系によりチャンバ内が減圧される。次いで、高周波電源１５からプラズマ発生用電極１１に高周波が印加されると共に、反応ガス供給系から反応ガス導入孔１４を介して反応ガス（ＳｉＨ4、Ｈ2、ＮＨ3等）がチャンバ内に導入される。これにより、プラズマ発生用電極１１とメッシュ電極１３との間の空間で放電が起こり、そこに反応ガスが励起乃至イオン化されたプラズマが形成される。そして、形成される高反応性の中性ラジカルはメッシュ電極１３の細孔を通って処理基板２０に達するものの、プラズマを形成するイオンの多くはメッシュ電極１３でトラップされるため、処理基板２０上にはダメージの少ない被膜が形成される。
【００２８】
以上のような構成のプラズマＣＶＤ装置１０によれば、横方向に相互に間隔をおいて複数設けられた連結部材１６によって、メッシュ電極１３の中央部分の撓みが規制され、それと基板セット台１２にセットされた処理基板２０の上面との位置関係が全体的に平行に保持されるので、それらの間の間隔がどの部位においても同一となり、その結果、処理基板２０上に厚さの均一な被膜を形成させることができる。
【００２９】
また、プラズマはプラズマ発生用電極１１、連結部材１６及びメッシュ電極１３が境界を作る空間内で発生するため、連結部材１６の間隔が一定であれば、メッシュ電極１３の面積が拡大しても電極サイズに依存しないプラズマを発生することが可能である。
【００３０】
また、メッシュ電極１３がプラズマ発生用電極１１に固設された連結部材１６に着脱可能に取り付けられているので、プラズマ発生用電極１１とメッシュ電極１３との間のプラズマ形成空間のメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３１】
また、反応ガス導入口がプラズマ発生用電極１１に設けられているので、プラズマ発生用電極１１の直近で効率よくプラズマを発生させることができる。
【００３２】
また、メッシュ電極１３の撓みが規制されるので、メッシュ基板と処理基板２０との距離を近く設定することができ、それによって成膜速度の大幅な増加を図ることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、プラズマＣＶＤ装置１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、プラズマエッチング装置であってもよい。この場合、反応ガスには、エッチングガスが用いられ、処理基板２０上のエッチング処理が均一に行われるという作用効果が奏される。
【００３４】
上記実施形態では、連結部材１６を平板棒状に形成されたものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、プラズマ発生用電極１１の下面に立設された柱状のものであってもよい。
【実施例】
【００３５】
上記実施形態と同一構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてシリコン薄膜を処理基板上に気相成長させて形成した（発明例）。高周波周波数は１３ＭＨｚ、供給電力は１００Ｗ、基板温度は３００℃とした。反応ガスとして水素で２０％に希釈したシランを５０ｓｃｃｍ流した。処理基板として１８０×１５０ｃｍのガラス基板を用いた。メッシュ電極の下面と処理基板の上面との間隔を３ｃｍに設定した。
【００３６】
図２に示すように連結部材が設けられずメッシュ電極が同一の位置に配置されたＣＶＤ装置を用いたことを除いて上記と同様にシリコン薄膜を処理基板上に気相成長させて形成した（比較例）。
【００３７】
図３は、発明例及び比較例のそれぞれについて基板エッジから基板中央に向かう方向に沿っての被膜の厚さの分布を所定値を基準にした規格値として示す。
【００３８】
図３によれば、発明例では、±３％以内に収まる程度に膜厚の均一性が優れることが分かる。
【００３９】
一方、比較例では、端部分に比べて中央部分の方が膜厚が２０％以上厚くなっているのが分かる。これは、メッシュ電極が自重によって中央部分が撓み、その部分において基板セット台の処理基板までの距離が短くなるためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置などのプラズマ発生装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明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】連結部材が設けられていないプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。
【図３】基板エッジからの距離と規格化した膜厚との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１０  プラズマＣＶＤ装置（プラズマ発生装置）
１１  プラズマ発生用電極
１２  基板セット台
１３  メッシュ電極
１４  反応ガス導入孔
１５  高周波電源
１６  連結部材（平行保持手段）
１７  止めネジ
２０  処理基板
【図１】
2006086470.tif 000003
【図２】
2006086470.tif 000004
【図３】
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