(57)【要約】      （修正有）【課題】成膜処理空間に配置されている基板がプラズマによるダメージを受けることなしに多品種の薄膜形成などの基板処理に柔軟に対応することが可能で、かつ、薄膜形成等の基板処理を、高速・低温で実現できる基板処理装置と基板処理方法を提案する。【解決手段】真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板１４によって上下に分離され、当該隔壁板より上側がプラズマ放電空間１５、当該隔壁板より下側が基板処理空間１６となる。隔壁板はこれを上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔２５ｂと、前記プラズマ放電空間と隔離され、かつ、前記基板処理空間と連通する内部空間を備えている。プラズマ放電空間と基板処理空間とは前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ連通され、基板処理空間への材料ガスの導入は隔壁板の内部空間を介してのみ行われる。前記隔壁板が備えている複数個の隔壁板貫通孔は、いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下の条件を満たしている。【選択図】  図１
2006049544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板によって上下に分離され、当該隔壁板より上側の真空反応室内が高周波電極が配備されているプラズマ放電空間、当該隔壁板より下側の真空反応室内が基板保持機構が配備されている基板処理空間とされている基板処理装置であって、前記隔壁板は前記隔壁板を上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔と、前記プラズマ放電空間と隔離され、かつ、前記基板処理空間と連通する内部空間を備えており、前記プラズマ放電空間と基板処理空間とは前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ連通されると共に、前記基板処理空間への材料ガスの導入は前記隔壁板の内部空間を介してのみ行われる基板処理装置において、
前記隔壁板が備えている複数個の隔壁板貫通孔は、いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板によって上下に分離され、当該隔壁板より上側の真空反応室内が高周波電極が配備されているプラズマ放電空間、当該隔壁板より下側の真空反応室内が基板保持機構が配備されている基板処理空間とされている基板処理装置であって、前記隔壁板は前記隔壁板を上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔と、前記プラズマ放電空間と隔離され、かつ、前記基板処理空間と連通する内部空間を備えており、前記プラズマ放電空間と基板処理空間とは前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ連通されると共に、前記基板処理空間への材料ガスの導入は前記隔壁板の内部空間を介してのみ行われる基板処理装置において、
前記隔壁板の上側に絶縁板が近接して配置されており、当該絶縁板は当該絶縁板を上下方向に貫通する複数個の絶縁板貫通孔を有し、前記隔壁板に配備されている複数個の隔壁板貫通孔と、当該絶縁板に配備されている複数個の絶縁板通孔とが上下方向で対向する位置に存在し、
前記上下方向で対向する位置にある隔壁板貫通孔と絶縁板貫通孔とからなる上下方向貫通孔が、いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下の条件を満たすものである
ことを特徴とする基板処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の基板処理装置を用い、プラズマ放電空間でプラズマを生成してラジカルを発生させ、前記隔壁板貫通孔を介して前記基板処理空間に導入されたラジカルを利用して前記基板保持機構に保持されている基板に対する処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の基板処理装置を用い、プラズマ放電空間でプラズマを生成してラジカルを発生させ、前記上下方向貫通孔を介して前記基板処理空間に導入されたラジカルを利用して前記基板保持機構に保持されている基板に対する処理を行うことを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板処理装置の真空反応室内でプラズマを生成して電気的に中性な励起活性種（本明細書において「ラジカル」と表す）を発生させ、当該真空反応室内に配置されている基板に対する処理、例えば、基板上に薄膜を形成する処理や、成膜後、基板上に形成されている薄膜の表面処理などを行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板処理装置の真空反応室内でプラズマを形成することによりラジカルを生成して当該真空反応室内に配置されている基板に対する処理、例えば、基板上に薄膜を形成する処理や、基板上に形成されている薄膜の膜質を改善するための表面処理などを行う基板処理装置及び基板処理方法は種々の用途に用いられている。
【０００３】
例えば、低温でポリシリコン型ＴＦＴを利用する液晶ディスプレイの作製で、低温でゲート絶縁膜として適当なシリコン酸化膜を成膜する基板処理装置、基板処理方法として、現在のところ、プラズマＣＶＤが使用されている。
【０００４】
この中で、例えば、先の特許出願である特開２０００−３４５３４９号において、基板処理装置の真空反応室内でプラズマを生成してラジカルを発生させ、当該真空反応室内に配置されている基板に処理を行うＣＶＤ装置（本明細書において、この先の特許出願に係るＣＶＤ装置を通常のプラズマＣＶＤ装置と区別するため、ラジカルシャワーＣＶＤ装置として「ＲＳ−ＣＶＤ装置」と呼ぶ）を提案している。
【０００５】
特開２０００−３４５３４９号においては、このＲＳ−ＣＶＤ装置は、真空反応室内でプラズマを生成してラジカルを発生させ、このラジカルと成膜ガスとで被処理基板に成膜処理を行うものとして提案されている。
【０００６】
すなわち、特開２０００−３４５３４９号において提案されているＲＳ−ＣＶＤ装置の使用方法は以下のようなものであった。
【０００７】
まず、真空反応室内を、接地している導電性の隔壁板を用いて、プラズマ放電空間と成膜処理空間（この成膜処理空間が基板処理空間に相当する）とに分離する。この導電性の隔壁板は複数の貫通孔を供えており、プラズマ放電空間と成膜処理空間とはこの貫通孔を介してのみ連通されている。プラズマ放電空間にガスを導入してプラズマによりラジカルを発生させ、このラジカルを前記の隔壁板にある複数の貫通孔を通して成膜処理空間に導入する。そして、成膜処理空間において、ここに直接導入された成膜ガスと、前記のように隔壁板の複数の貫通孔を介して導入されてきたラジカルとを反応させ、成膜処理空間に配置されている被処理基板上（例えば、３７０ｍｍ×４７０ｍｍのガラス基板の上）に成膜処理を行うものである。
【０００８】
なお、本明細書において、基板処理空間、例えば、成膜処理空間に「直接導入された成膜ガス」とは、プラズマやラジカルに接触することなく、真空反応室の外部から、直接、基板処理空間、例えば、成膜処理空間に導入された成膜ガスのことをいう。
【０００９】
ＲＳ−ＣＶＤ装置が、特開２０００−３４５３４９号で提案されているように、基板上への薄膜形成を行うものとして使用される場合に従来採用されていた隔壁板の一般的な構造を図８に示す。
【００１０】
接地されている導電性の隔壁板１４は、成膜ガスを拡散するための成膜ガス拡散空間２４を内部に複数個備えている。互いに連通されている各成膜ガス拡散空間２４は、図８中、上側に存在するプラズマ放電空間１５から隔離されかつ、図８中、下側に存在する成膜処理空間１６と成膜ガス拡散孔２６を介して通じている。成膜ガス導入パイプにつながる成膜ガス導入口２８ｂを介して複数の成膜ガス拡散空間２４内に導入された成膜ガスは、この中で拡散され、成膜ガス拡散孔２６を介して成膜処理空間１６に配置された基板の表面上に均一に供給される。
【００１１】
隔壁板１４は、更に、成膜ガス拡散空間２４が配備されていない箇所を一側面側から他側面側に向けて貫通する（図８では上下方向に貫通する）貫通孔２５を複数個備えている。
【００１２】
このような構造の隔壁板１４によって、真空反応室内がプラズマ放電空間１５と成膜処理空間１６とに分離されていることにより、プラズマ放電空間１５で発生したラジカルは貫通孔２５を介してのみ成膜処理空間１６に導入され、一方、真空反応室の外部から成膜ガス拡散空間２４内に導入された成膜ガスは、プラズマやラジカルに接触することなく、成膜ガス拡散孔２６を介して成膜処理空間１６に直接導入されるのである。
【００１３】
特開２０００−３４５３４９号のＲＳ−ＣＶＤ装置では、接地されている導電性の隔壁板１４に形成されている貫通孔２５の構造に特定の条件を与えることにより、成膜処理空間１６からプラズマ放電空間１５に成膜ガスが逆拡散することを防止し、同時に、プラズマ放電空間１５で形成されたプラズマが成膜処理空間１６に漏れでないようにしていた。
【００１４】
特開２０００−３４５３４９号のＲＳ−ＣＶＤ装置では、このように、プラズマ生成空間１５で形成されたプラズマが成膜ガスや基板に直接接触することがないようにされていた。そして、これによって、成膜処理空間１６に配置されている基板がプラズマによるダメージを受けることなしに基板処理を行うことが可能になっている。
【特許文献１】特開２０００−３４５３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特開２０００−３４５３４９号で提案されているＲＳ−ＣＶＤ装置は、前述したように、成膜処理空間１６に配置されている被処理基板がプラズマによるダメージを受けることなしに基板処理を行うことを可能にするものであり、プラズマダメージが製造工程において深刻な問題になるデバイス分野において高い評価を得るものであった。
【００１６】
しかし、この特開２０００−３４５３４９号で提案されているＲＳ−ＣＶＤ装置には、多品種の薄膜形成などに柔軟に対応する、また、薄膜形成等の基板処理の高速化を実現する等、要求されるプロセスに柔軟に対応する上で改善の余地があった。
【００１７】
例えば、当該ＲＳ−ＣＶＤ装置で成膜ガスとしてシランガス（ＳｉＨ４）を使用し、プラズマ放電空間に窒素ガス又は水素ガスを導入して窒素プラズマや水素プラズマを生成してラジカルを発生させ、当該ラジカルを隔壁板の貫通孔を介して基板処理空間に導入し、基板処理空間側で窒化シリコン膜またはシリコン膜を作製する場合、基板処理空間において十分な量のラジカルと成膜ガスとを反応させて良好な成膜を行うことは簡単ではなかった。原子状窒素、原子状水素は、原子状酸素に比べて放電そのものにおける生成効率が低い上、原子状酸素以上に貫通孔の内壁等での衝突により失活するので、生成量と寿命の面でラジカルの量が不足することになるからである。また、成膜後、成膜ガスを使用せずに、基板上に形成されている薄膜の表面処理を行う場合においても、基板処理空間への十分な量のラジカルの供給は、処理時間の短縮化に欠かせない条件であった。
【００１８】
そこで、本発明の目的は、成膜処理空間に配置されている被処理基板がプラズマによるダメージを受けることなしに基板処理を行うことが可能であって、多品種の薄膜形成などの基板処理に柔軟に対応することができ、かつ、薄膜形成等の基板処理の高速化を実現できる基板処理装置と基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するため、本発明が提案する基板処理装置は、真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板によって上下に分離され、当該隔壁板より上側の真空反応室内が高周波電極が配備されているプラズマ放電空間、当該隔壁板より下側の真空反応室内が基板保持機構が配備されている基板処理空間とされている基板処理装置であって、前記隔壁板は前記隔壁板を上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔と、前記プラズマ放電空間と隔離され、かつ、前記基板処理空間と連通する内部空間を備えており、前記プラズマ放電空間と基板処理空間とは前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ連通されると共に、前記基板処理空間への材料ガスの導入は前記隔壁板の内部空間を介してのみ行われる基板処理装置において、前記隔壁板が備えている複数個の隔壁板貫通孔は、いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下の条件を満たすものであることを特徴としている。
【００２０】
また、前記課題を解決するため、本発明が提案する基板処理方法は、前記本発明の基板処理装置を用い、プラズマ放電空間でプラズマを生成してラジカルを発生させ、前記隔壁板貫通孔を介して前記基板処理空間に導入されたラジカルを利用して前記基板保持機構に保持されている基板に対する処理を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
更に、前記課題を解決するため、本発明が提案する他の基板処理装置は、真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板によって上下に分離され、当該隔壁板より上側の真空反応室内が高周波電極が配備されているプラズマ放電空間、当該隔壁板より下側の真空反応室内が基板保持機構が配備されている基板処理空間とされている基板処理装置であって、前記隔壁板は前記隔壁板を上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔と、前記プラズマ放電空間と隔離され、かつ、前記基板処理空間と連通する内部空間を備えており、前記プラズマ放電空間と基板処理空間とは前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ連通されると共に、前記基板処理空間への材料ガスの導入は前記隔壁板の内部空間を介してのみ行われる基板処理装置において、前記隔壁板の上側に絶縁板が近接して配置されており、当該絶縁板は当該絶縁板を上下方向に貫通する複数個の絶縁板貫通孔を有し、前記隔壁板に配備されている複数個の隔壁板貫通孔と、当該絶縁板に配備されている複数個の絶縁板通孔とが上下方向で対向する位置に存在し、前記上下方向で対向する位置にある隔壁板貫通孔と絶縁板貫通孔とからなる上下方向貫通孔が、いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下の条件を満たすものであることを特徴としている。
【００２２】
この本発明が提案する他の基板処理装置を用いて行われる本発明の基板処理方法は、プラズマ放電空間でプラズマを生成してラジカルを発生させ、前記上下方向貫通孔を介して前記基板処理空間に導入されたラジカルを利用して前記基板保持機構に保持されている基板に対する処理を行うことを特徴とするものである。
【００２３】
なお、前述した本発明のいずれの基板処理方法においても、基板に対する処理には、基板処理空間においてラジカルと成膜ガスとを反応させて前記基板保持機構に保持されている基板上に成膜を行う処理の他、このような成膜後に、成膜ガスを使用することなく、基板上に形成されている薄膜に対して行う表面処理などが含まれる。
【００２４】
前述した本発明の真空処理装置において採用されている隔壁板貫通孔に要求される条件及び、隔壁板の上側に絶縁板が近接して配置されている形態の本発明の真空処理装置における上下方向で対向する位置にある隔壁板貫通孔と絶縁板貫通孔とからなる上下方向貫通孔に要求される条件（いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下という条件）は以下の理由から採用されている。
【００２５】
本発明の基板処理装置においては、真空反応室内が、接地されている導電性の隔壁板、あるいは接地されている導電性の隔壁板とこの上側に近接して配置されている前記隔壁板とによって上下に分離され、上側の真空反応室内が高周波電極が配備されているプラズマ放電空間、下側の真空反応室内が基板保持機構が配備されている基板処理空間にされている。そして、隔壁板は隔壁板を上下方向に貫通する複数個の隔壁板貫通孔と、プラズマ放電空間と隔離され、かつ、基板処理空間と連通する内部空間を備えている。更に、プラズマ放電空間と基板処理空間とは、前記複数個の隔壁板貫通孔によってのみ、あるいは、隔壁板に配備されている複数個の隔壁板貫通孔と、絶縁板に配備されている複数個の絶縁板通孔とが上下方向で対向して形成されている上下方向貫通孔によってのみ連通されている。そして、基板処理空間への材料ガスの導入は前記隔壁板の内部空間を介してのみ行われる。
【００２６】
このように、本発明の基板処理装置においては、プラズマ放電空間で生成されたラジカルが、隔壁板貫通孔あるいは上下方向貫通孔を介して基板処理空間に導入される構成を採用している。
【００２７】
そこで、隔壁板貫通孔、上下方向貫通孔の上下方向の長さ、口径、アスペクト比は、プラズマ放電空間で生成したラジカルの寿命を考慮し、できるだけラジカルの失活をおさえ、ラジカルを有効に利用するという観点から定められる。
【００２８】
すなわち、隔壁板貫通孔、上下方向貫通孔の上下方向の長さが大きくなれば、通過距離が長くなり、ラジカルが隔壁板貫通孔、上下方向貫通孔の内壁に衝突して失活する割合が増加する。
【００２９】
口径に関しては、隔壁板貫通孔、上下方向貫通孔の口径が１ｍｍ程度より小さいと隔壁板貫通孔内及び上下方向貫通孔内にプラズマが侵入してくることがなくなり、隔壁板貫通孔及び上下方向貫通孔の口径が２〜３ｍｍ程度であると異常放電が発生するので好ましくない。そこで、隔壁板貫通孔内及び上下方向貫通孔内において異常放電を発生させずに安定な放電を生起させる上で、隔壁板貫通孔及び上下方向貫通孔の口径を５ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００３０】
ところで、前述した構成からなる本発明の基板処理装置においては、隔壁板の内部空間を介してのみ基板処理空間へ導入される材料ガスが均一に基板に放出されるようにするため、基板と、基板に対向する隔壁板の下側面との間は、３０ｍｍ程度離れていることが望ましい。
【００３１】
ここで、前述した構成からなる本発明の基板処理装置において、隔壁板の下側面は、プラズマ放電空間の下端となる隔壁板貫通孔あるいは上下方向貫通孔の下端面の位置でもあるので、ラジカル等の失活を少なくするため、基板に近接していることが望ましい。
【００３２】
一方、隔壁板貫通孔の口径、上下方向貫通孔の口径が、基板と、基板に対向する隔壁板の下側面との間の距離よりも大きくなると、プラズマが基板の接地面（基板保持機構）へ引き込まれることによる異常放電のおそれがある。
【００３３】
そこで、前記のように、基板と、基板に対向する隔壁板の下側面との間は３０ｍｍ程度離れていることが望ましいことから、隔壁板貫通孔の口径、上下方向貫通孔の口径はこれより大きくならないように、３０ｍｍを越えないことが望ましい。
【００３４】
更に、プラズマ放電空間で生成されたラジカルが基板処理空間に到達する量は、ラジカルがプラズマ放電空間内で等方的に飛行していると仮定した場合、口径で決まる貫通孔に入射するラジカル量と内壁に衝突する確率が増す貫通孔の通過距離に依存する。そこで、貫通孔の長さの口径に対する比で表すアスペクト比の好ましい範囲も、プラズマ放電空間で生成したラジカルの寿命を考慮し、できるだけラジカルの失活をおさえ、ラジカルをを有効に利用するという観点で重要な意味を持つ。
【００３５】
前述した隔壁板貫通孔及び、上下方向貫通孔に要求される条件（いずれも、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍでかつアスペクト比が１以上２以下という条件）は、以上の観点についての検討を踏まえ、プラズマ放電空間で生成したラジカルの寿命を考慮し、できるだけラジカルの失活をおさえ、ラジカルをを有効に利用できる範囲として定められたものである。
【００３６】
前述した本発明の真空処理装置において、基板処理空間に配置されている基板に行われる処理としては、例えば、材料ガスとしてシランガス等の成膜に寄与する成膜ガスを用いて基板上に薄膜を形成する処理や、成膜ガスを遮断してプラズマ放電空間からのラジカル等を直接利用して基板上に形成されている薄膜の膜質を改善するための表面処理などがある。
【００３７】
また、前記本発明の基板処理装置において、接地されている導電性の隔壁板と、当該隔壁板の上部に近接配置される絶縁板とは、例えば、隔壁板、絶縁板の周縁において、ネジなどの固定手段を用いて両者を結合することにより固定することができる。
【００３８】
プラズマ放電空間における放電の安定性や基板処理空間に漏れ出て行くプラズマの量を調整することが可能になる。
【００３９】
前述の本発明の基板処理方法において、プラズマを発生させるためにプラズマ放電空間に導入するガス（プラズマ放電ガス）としては、Ｏ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｆ２ガスや、ＮＦ３、ＳＦ６ガスを用いることができる。ここで、ＮＦ３、ＳＦ６ガスは、基板処理空間の内壁等に対するクリーニング工程（例えば、シリコン酸化膜の除去）のために用いられるものである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、成膜処理空間に配置されている基板がプラズマによるダメージを受けることなしに基板処理を行うことが可能であって、多品種の薄膜形成などの基板処理に柔軟に対応することが可能で、かつ、薄膜形成等の基板処理を高速・低温で実現できる基板処理装置と基板処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に、本発明の基板処理装置が基板処理空間に配置されている基板に行う処理として、当該基板上に薄膜を形成する場合の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４２】
図１を参照して本発明の基板処理装置の好ましい実施形態を説明する。
【００４３】
基板処理装置の真空反応室１２は、成膜処理を行う際、排気機構１３によってその内部が所望の真空状態に保持される真空容器である。排気機構１３は真空反応室１２に形成された排気ポート１２ｂ−１に接続されている。
【００４４】
真空反応室１２の内部には、水平な状態で導電性部材（例えば、ＳＵＳやアルミニウム）で作られた隔壁板１４が設けられており、平面形状が例えば円形の隔壁板１４は、その周縁部が環状の導電材固定部材２２の下面に押さえ付けられた密閉状態を形成するように配置されている。
【００４５】
真空反応室１２は、高周波電極２０が配備されるプラズマ放電空間１５を形成する上容器１２ａと、基板保持機構１７が配備される成膜処理空間１６を形成する下容器１２ｂとから構成され、両者の間の位置に隔壁板１４が設けられている。
【００４６】
隔壁板１４は、その周縁部を下面で押さえつけている導電材固定部材２２の周縁部上面が、後述するごとく高周波電極２０を設けるときに上容器１２ａとの間に介設される環状絶縁部材２１ａ、２１ｂのうちの下側の環状絶縁部材２１ｂに接触するようにして取り付けられる。
【００４７】
隔壁板１４は導電材固定部材２２を介して接地電位４１となっている。
【００４８】
こうして、真空反応室１２の内部は導電性の隔壁板１４によって上下の２つの室に隔離されて、上側の室はプラズマ放電空間１５を形成し、下側の室は基板処理空間に相当する成膜処理空間１６を形成する。
【００４９】
隔壁板１４の内部には内部空間に相当する成膜ガス拡散空間２４が形成されている。成膜ガス拡散空間２４は、図１図示のように、プラズマ放電空間１５とは隔離され、成膜処理空間１６とは、複数の成膜ガス拡散孔２６を介して連通している。
【００５０】
隔壁板１４内に形成されている成膜ガス拡散空間２４は、隔壁板１４に外部から導入された成膜ガスを分散させて均一に成膜処理空間１６に供給するための空間である。
【００５１】
成膜ガス拡散空間２４には成膜ガスを外部から導入するための成膜ガス導入パイプ２８ａが側方から接続されている。
【００５２】
成膜ガス導入パイプ２８ａから隔壁板１４の成膜ガス拡散空間２４に導入される成膜ガスは、成膜ガス拡散空間２４内で拡散され、さらに成膜ガス拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に直接、すなわち、ラジカルやプラズマに接触することなく、供給される。
【００５３】
また、隔壁板１４には隔壁板１４を上下方向に貫通する複数の隔壁板貫通孔２５ｂが、成膜ガス拡散空間２４が存在していない位置の隔壁板１４を貫通する状態で分布して形成されている。真空反応室１２の内部は隔壁板１４によってプラズマ放電空間１５と成膜処理空間１６に隔離されているが、この複数の隔壁板貫通孔２５ｂを介してのみプラズマ放電空間１５と成膜処理空間１６とはつながっている。
【００５４】
隔壁板１４に配備されている複数個の隔壁板貫通孔２５ｂは、それぞれ、図９中、Ｌで表されている上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、Ｒで表されている口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍで、アスペクト比が１以上２以下になっている。
【００５５】
基板処理装置で処理を受ける被処理基板１１（例えば、ガラス基板）は、成膜処理空間１６に設けられた基板保持機構１７の上に配置されている。被処理基板１１は隔壁板１４に実質的に平行であって、その成膜面（上面）が隔壁板１４の下面に対向するように配置されている。
【００５６】
基板保持機構１７の電位は真空反応室１２と同じ電位である接地電位４１に保持される。さらに基板保持機構１７の内部にはヒータ１８が設けられている。このヒータ１８によって被処理基板基板１１の温度は所定の温度に保持される。
【００５７】
図１は本発明の基板処理装置の第１の実施形態を示すものである。
【００５８】
この基板処理装置では、好ましくはシランガスを成膜ガスとして使用し、通常のＴＦＴ用ガラス基板の上面にシリコン酸化膜をゲート絶縁膜として成膜することができる。
【００５９】
図１図示の基板処理装置においてプラズマ１９が生成される領域は、プラズマ放電空間１５における、絶縁板３２と上容器１２ａ及びこれらのほぼ中央位置に配置される板状の高周波電極２０とから形成されている空間である。
【００６０】
生成されたプラズマは、基板処理空間１６に向けて隔壁板貫通孔２５に進入し、そこに内在することができる。
【００６１】
図１図示の基板処理装置では、高周波電極２０には高周波電極２０を上下方向に貫通する複数の電極貫通孔２０ａが形成されている。
【００６２】
また、上容器１２ａの天井部には、高周波電極２０に接続された電力導入棒２９が設けられている。電力導入棒２９によって高周波電極２０に放電用高周波電力が給電される。電力導入棒２９は、絶縁物２９ａで被われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【００６３】
環状絶縁部材２１ａには、外部からプラズマ放電空間１５内へＯ２、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｈ２、Ｆ２ガスなどのプラズマ発生ガスを導入するプラズマ発生ガス導入パイプ２３ａが設けられている。
【００６４】
これらの導入パイプには、流量制御を行うマスフローコントローラー（図示せず）を介して、プラズマ発生ガス供給源（図示せず）、クリーニングガス供給源（図示せず）がそれぞれ接続される。
【００６５】
図２は本発明の真空処理装置の第２の実施形態を示すものである。図２図示の実施形態の特徴的構成は、上容器１２ａの天井部の内側に絶縁部材２１ａを設け、かつその下側に高周波電極２０を配置するようにした点にある。高周波電極２０には図１図示の実施形態の場合のような電極貫通孔２０ａは形成されず、一枚の板状の形態を有する。
【００６６】
高周波電極２０と絶縁板３２によって平行平板型電極構造によるプラズマ放電空間１５が形成される。
【００６７】
そして、図１の実施形態と同様に、生成されたプラズマは、基板処理空間１６に向けて隔壁板貫通孔２５に進入し、そこに内在することができる。
【００６８】
その他の構成は図１図示の実施形態の構成と実質的に同じである。そこで、図２において、図１で説明した要素と実質的に同一な各要素には同一の符号を付し、ここで詳細な説明を反復することは省略する。
【００６９】
図３は、図１図示の実施形態に類似する構造を有する本発明の基板処理装置の断面図であり、隔壁板１４の上側に絶縁板３２が近接して配置されているものである。
【００７０】
隔壁板１４の上側（高周波電極側）に絶縁板３２が配置されている。この絶縁板３２は、絶縁板３２を上下方向に貫通する複数個の絶縁板貫通孔２５ａを備えている。隔壁板１４に配備されている複数個の隔壁板貫通孔２５ｂと、絶縁板３２に配備されている複数個の絶縁板貫通孔２５ａとは上下方向で対向する位置に配備されており、上下方向で対向する位置にある隔壁板貫通孔２５ｂと絶縁板貫通孔２５ａとからで上下方向貫通孔２５が形成されている。
【００７１】
隔壁板１４の上側に絶縁板３２を配置する形態としては、例えば、隔壁板１４と絶縁板３２とを、それぞれの周縁部において、図示していないが、ネジ止めする等して、両者を密着配置する形態を採用できる。
【００７２】
絶縁板３２は、アルミナや石英製とすることができる。
【００７３】
前記の複数個の上下方向貫通孔２５は、それぞれ、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍで、アスペクト比が１以上２以下になっている。
【００７４】
図３の実施形態は、隔壁板１４の上側に絶縁板３２が配置されている点のみが図１図示の実施形態と相違しているのみであるので、図３において、図１で説明した要素と実質的に同一な各要素には同一の符号を付し、ここで詳細な説明を反復することは省略する。
【００７５】
図４は、図２図示の実施形態に類似する構造を有する本発明の基板処理装置の断面図であり、図３図示の実施形態と同様に、図２図示の実施形態において、隔壁板１４の上側に絶縁板３２が近接して配置されているものである。
【００７６】
図４の実施形態は、隔壁板１４の上側に絶縁板３２が配置されている点のみが図２図示の実施形態と相違しているのみで、その他の点は、図２図示の実施形態及び図３の実施形態で説明した絶縁板３２と同一であるので、図４において、図２、図３で説明した要素と実質的に同一な各要素には同一の符号を付し、ここで詳細な説明を反復することは省略する。
【００７７】
絶縁板３２は、所定の厚みを得るために複数枚重ねて用いることができる。ただし、絶縁板３２を複数枚重ねて使用する場合であっても、上下方向貫通孔２５が、それぞれ、上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍで、アスペクト比が１以上２以下の範囲になるようにしておく。
【００７８】
図６は、導電材製の隔壁板１４の上部に絶縁板３２が近接配置される形態の一例として、絶縁板３２における絶縁板貫通孔２５ｂの径と、隔壁板１４における隔壁板貫通孔２５ａの径とが同一である場合の実施例を示すものである。接地され、かつ、導電性の部材からなる同形状の隔壁板１４の上（プラズマ放電空間側）に、全体の厚みが同一の絶縁板３２が近接配置されている。そして上下方向貫通孔２５は、上下重なり合う位置に存在している絶縁板３２における絶縁板貫通孔２５ｂと、隔壁板１４における隔壁板貫通孔２５ａとを上下に連結させて形成されている。
【００７９】
絶縁板３２を異なる厚さのものに変更することによって、上下方向貫通孔２５のアスペクト比を変更することができるので、基板処理空間１６に導入されるプラズマの量を調整することが可能になる。
【００８０】
なお、前記いずれの実施形態においても、基板処理として薄膜形成を行う場合には、シランガス等の成膜ガスと、プラズマ放電空間で生成されたラジカルとが、それぞれ、成膜ガス拡散孔２６や隔壁板貫通孔２５ｂ、上下方向貫通孔２５を介して基板処理空間１６に導入される際に、成膜ガスもラジカルも、基板処理空間１６に配置されている被処理基板１１の全表面に向けて均一に噴出されるようにすることが望ましい。
【００８１】
このようにすることが、被処理基板表面に形成される薄膜の厚みや厚み方向の膜質を基板表面の全領域において揃える上で効果的だからである。
【００８２】
例えば、図１１図示のように、複数の成膜ガス拡散孔２６が被処理基板１１の全表面に対して均等な位置で配置され、隔壁板貫通孔２５ｂも被処理基板１１の全表面に対して均等な位置で配置されるようにし、成膜ガス、プラズマが均一に基板処理空間１６に噴出されるようにすることが望ましい。また、この観点から、隔壁板１４の大きさは、被処理基板１１の大きさと同等若しくはそれ以上とすることが望ましい。
【実施例１】
【００８３】
上記のように構成された本発明の基板処理装置を用いて基板処理として薄膜形成を行う方法（シリコン酸化膜の形成）の一例を以下に説明する。
【００８４】
図５に符号Ｌで表されている上下方向の大きさが２０ｍｍ、図５に符号Ｒで表されている隔壁板貫通孔２５ｂの口径が１５ｍｍ、アスペクト比が１．３３の隔壁板貫通孔２５ｂが設けられている隔壁板１４を備えている図１図示の実施形態の基板処理装置を用いた。
【００８５】
図示しない搬送ロボットによって被処理基板基板１１（ガラス基板）が真空反応室１２の内部に搬入され、基板保持機構１７の上に配置される。真空反応室１２の内部は、排気機構１３によって排気され、減圧されて所定の真空状態に保持される。
【００８６】
次に、プラズマ発生ガス導入パイプ２３ａを通して酸素ガスが真空反応室１２のプラズマ放電空間１５に導入される。
【００８７】
一方、成膜ガスである、例えば、シランガスが成膜ガス導入パイプ２８ａを通して隔壁板１４の成膜ガス拡散空間２４に導入される。シランガスは成膜ガス拡散空間２４内で拡散され、成膜ガス拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に直接に、すなわちラジカルやプラズマに接触することなく導入される。
【００８８】
成膜処理空間１６に設けられた基板保持機構１７は、ヒータ１８に通電が行われているため、予め所定温度に保持されている。
【００８９】
上記の状態で、電極２０に対して電力導入棒２９を介して高周波電力が供給される。この高周波電力によって放電が生じ、酸素プラズマ１９が生成される。酸素プラズマ１９を生成することで、中性の励起種である酸素ラジカル（励起活性種）が生成される。生成された酸素ラジカル（励起活性種）は、矢印３０のように、隔壁板貫通孔２５ｂを介して成膜処理空間１６に導入される。
【００９０】
こうして、成膜ガス拡散孔２６を通ってラジカルやプラズマに接触することなく成膜処理空間１６内に直接導入されたシランガスと、隔壁板貫通孔２５ｂを介して成膜処理空間１６内に導入された酸素ラジカル等とが化学反応を起こし、被処理基板１１（ガラス基板）の表面上にシリコン酸化膜が堆積し、薄膜が形成される。
【００９１】
この際、プラズマ生成空間１５において生成された酸素プラズマ１９は、成膜処理空間１６に向けて隔壁板貫通孔２５ｂ内に進入するが、隔壁板貫通孔２５ｂが前記の大きさに成っているので、酸素プラズマ１９は隔壁板貫通孔２５ｂ内に内在し、この状態で、薄膜の形成が進行する。
【００９２】
そこで、直接、被処理基板１１（ガラス基板）が酸素プラズマ１９に晒されることがないため、プラズマダメージを伴わずに成膜を行うことができる。
【００９３】
以上説明した方法で本発明の基板処理装置を用いてシリコン酸化膜の形成を行う場合、以下の条件で成膜することができた。
【００９４】
基板                          シリコン基板
高周波電力                    150(W)
プラズマ放電ガス  Ｏ２         500(sccm)(5.0×10−１(l/min))
プラズマ放電ガス  Ｎ２         20(sccm)(2.0×10−２(l/min))
材料ガス（成膜ガス）ＳｉＨ４    4(sccm)(4.0×10−３(l/min))
キャリアガス      Ａｒ        70(sccm)(7.0×10−２(l/min))
プラズマ放電空間の圧力        40(Pa)
成膜処理空間の圧力            40(Pa)
基板の温度                    300(℃)
ＳｉＯ２膜の成膜速度            25(nm/min)
また、以上説明した方法で本発明の基板処理装置を用いてシリコン窒化膜の形成を行う場合、以下の条件で成膜することができた。
【００９５】
基板                          シリコン基板
高周波電力                    150(W)
プラズマ放電ガス  Ｈｅ       500(sccm)(5.0×10−１(l/min))
プラズマ放電ガス  Ｎ２         50(sccm)(5.0×10−２(l/min))
材料ガス（成膜ガス）ＳｉＨ４    5(sccm)(5.0×10−３(l/min))
キャリアガス      Ｈｅ        70(sccm)(7.0×10−２(l/min))
プラズマ放電空間の圧力        40(Pa)
成膜処理空間の圧力            40(Pa)
基板の温度                    300(℃)
ＳｉＮ膜の成膜速度              5(nm/min)
また、以上説明した方法で本発明の基板処理装置を用いてアモーファスシリコン薄膜（ａ−Ｓｉ膜）の形成を行う場合、以下の条件で成膜することができた。
【００９６】
基板                          シリコン基板
高周波電力                    150(W)
プラズマ放電ガス  Ａｒ       500(sccm)(5.0×10−１(l/min))
材料ガス（成膜ガス）ＳｉＨ４    5(sccm)(5.0×10−３(l/min))
キャリアガス      Ａｒ        70(sccm)(7.0×10−２(l/min))
プラズマ放電空間の圧力        40(Pa)
成膜処理空間の圧力            40(Pa)
基板の温度                    300(℃)
ａ−Ｓｉ膜の成膜速度           10(nm/min)
【実施例２】
【００９７】
図５に符号Ｌで表されている上下方向の大きさが２０ｍｍ、図５に符号Ｒで表されている隔壁板貫通孔２５ｂの口径が１５ｍｍ、アスペクト比が１．３３の隔壁板貫通孔２５ｂが設けられている隔壁板１４を備えている図１図示の実施形態の基板処理装置を用い、材料ガスとしてルテニウム、ハフニウム、チタン、タンタル、ジルコニウム、アルミニウムなどのいずれかを金属元素として含む有機原料ガスを成膜ガスとして用いて金属酸化膜を成膜する実施例について説明する。
【００９８】
図示しない搬送ロボットによって被処理基板１１（シリコン基板）が真空反応室１２の内部に搬入され、基板保持機構１７の上に配置される。真空反応室１２の内部は、排気機構１３によって排気され、減圧されて所定の真空状態に保持される。
【００９９】
次に、プラズマ発生ガス導入パイプ２３ａを通して酸素ガスが真空反応室１２のプラズマ放電空間１５に導入される。
【０１００】
一方、金属元素を含む有機原料ガスである、たとえば、ハフニウム−ｔ−ブトキシド（分子式  Ｈｆ［ＯＣ（ＣＨ３）３］４）が成膜ガス導入パイプ２８ａを通して隔壁板１４の成膜ガス拡散空間２４に導入される。ハフニウム−ｔ−ブトキシドは、常温では液体であるため、不図示の気化器で気化させた後（以下、この気化器で気化された後の有機原料を「有機原料ガス」という）、凝縮を防ぐため、凝縮点以上に保温された有機原料ガス用配管（不図示）を成膜ガス導入パイプ２８ａに接続することにより隔壁板１４の成膜ガス拡散空間２４に導入される。隔壁板１４や不図示の有機原料ガス用配管もハフニウム−ｔ−ブトキシドの凝縮点以上に保温しておく。こうして有機原料ガス（ハフニウム−ｔ−ブトキシド）はキャリアガス（例えばアルゴンガス）と共に、最初に成膜ガス拡散空間２４内に導入され、成膜ガス拡散空間２４内で拡散され、成膜ガス拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に直接に、すなわちラジカルやプラズマに接触することなく導入される。
【０１０１】
成膜処理空間１６に設けられた基板保持機構１７は、ヒータ１８に通電が行われているため、予め所定温度に保持されている。
【０１０２】
上記の状態で、電極２０に対して電力導入棒２９を介して高周波電力が供給される。この高周波電力によって放電が生じ、プラズマ放電空間１５内で酸素プラズマ１９が生成される。酸素プラズマ１９を生成することで、中性の励起種である酸素ラジカル（励起活性種）が生成される。生成された酸素ラジカル（励起活性種）は、矢印３０のように、隔壁板貫通孔２５ｂを介して成膜処理空間１６に導入される。
【０１０３】
こうして、成膜ガス拡散孔２６を通ってラジカルやプラズマに接触することなく成膜処理空間１６内に直接導入された有機原料ガス（ハフニウム−ｔ−ブトキシド）と、隔壁板貫通孔２５ｂを介して成膜処理空間１６内に導入された酸素ラジカル等とが化学反応を起こし、被処理基板１１（ガラス基板）の表面上に酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）が堆積し、薄膜が形成される。
【０１０４】
この際、プラズマ生成空間１５において生成された酸素プラズマ１９は、成膜処理空間１６に向けて隔壁板貫通孔２５ｂ内に進入するが、隔壁板貫通孔２５ｂが前記の大きさになっているので、酸素プラズマ１９は隔壁板貫通孔２５ｂ内に内在し、この状態で、薄膜の形成が進行する。
【０１０５】
従って、直接、被処理基板１１（ガラス基板）が酸素プラズマ１９に晒されることがないため、プラズマダメージを伴わずに成膜を行うことができる。
【０１０６】
こうして、成膜ガス拡散孔２６を通ってラジカルやプラズマに接触することなく成膜処理空間１６内に直接導入された有機原料ガス（ハフニウム−ｔ−ブトキシド）はキャリアガス（例えばアルゴンガス）と、隔壁板貫通孔２５ｂを介して成膜処理空間１６内に導入された酸素ラジカル等とが化学反応を起こし、被処理基板１１（シリコン基板）の表面上に酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）が堆積し、薄膜が形成される。
【０１０７】
以上説明した酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の成膜条件は以下の通りである。
【０１０８】
基板                          シリコン基板
高周波電力                    150(W)
プラズマ放電ガス  Ｏ２       500(sccm)(5.0×10−１(l/min))
キャリアガス      Ａｒ        50(sccm)(5.0×10−２(l/min))
プラズマ放電空間の圧力        50(Pa)
成膜処理空間の圧力            50(Pa)
基板の温度                    370(℃)
隔壁板の温度                   90(℃)
有機原料ガスの温度             45〜60(℃)
以上、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲に於いて種々の形態に変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の真空処理装置の好ましい実施形態の一例を示す断面図。
【図２】本発明の真空処理装置の他の好ましい実施形態の一例を示す断面図。
【図３】図１図示の実施形態における他の好ましい実施例を示す断面図。
【図４】図２図示の実施形態における他の好ましい実施例を示す断面図。
【図５】隔壁板に設けられる隔壁板貫通孔の構造を説明する一部を省略した断面図
【図６】隔壁板の上部に絶縁板が近接配置される形態の一例を表す図であって、絶縁板に形成されている貫通孔の径と隔壁板に形成されている貫通孔の径とが同一である場合を表す一部を省略した断面図。
【図７】基板処理空間に配置される被処理基板と、隔壁板に形成されている貫通孔及び成膜ガス拡散孔の配置関係の一例を説明する隔壁板の底面図。
【図８】従来のＲＳ−ＣＶＤ装置に採用されている隔壁板の一例を示す断面図。
【符号の説明】
【０１１０】
１１  被処理基板
１２  真空反応室
１２ａ  上容器
１２ｂ  下容器
１２ｂ−１  排気ポート
１３  排気機構
１４  隔壁板
１５  プラズマ放電空間
１６  基板処理空間
１７  基板保持機構
１８  ヒータ
１９  プラズマ
２０  高周波電極
２１ａ、２１ｂ  絶縁部材
２２  導電材固定部
２３ａ  プラズマ発生ガス導入パイプ
２３ｂ  クリーニングガス導入パイプ
２４  成膜ガス拡散空間
２５ｂ  隔壁板貫通孔
２６  成膜ガス拡散孔
２８ａ  成膜ガス導入パイプ
２９  電力導入棒
２９ａ  絶縁物
３２    絶縁板
４１    接地電位
【図１】
2006049544.tif 000003
【図２】
2006049544.tif 000004
【図３】
2006049544.tif 000005
【図４】
2006049544.tif 000006
【図５】
2006049544.tif 000007
【図６】
2006049544.tif 000008
【図７】
2006049544.tif 000009
【図８】
2006049544.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成17年6月23日(2005.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
隔壁板１４に配備されている複数個の隔壁板貫通孔２５ｂは、それぞれ、図５中、Ｌで表されている上下方向の大きさが５ｍｍ乃至３０ｍｍ、Ｒで表されている口径が５ｍｍ乃至３０ｍｍで、アスペクト比が１以上２以下になっている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８２】
例えば、図７図示のように、複数の成膜ガス拡散孔２６が被処理基板１１の全表面に対して均等な位置で配置され、隔壁板貫通孔２５ｂも被処理基板１１の全表面に対して均等な位置で配置されるようにし、成膜ガス、プラズマが均一に基板処理空間１６に噴出されるようにすることが望ましい。また、この観点から、隔壁板１４の大きさは、被処理基板１１の大きさと同等若しくはそれ以上とすることが望ましい。