(57)【要約】【課題】基板に対してプラズマの分布を略均一にすることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】チャンバ２と、電極フランジ４と、絶縁フランジ８１と、を有する処理室３と、処理室内を原料ガスが導入されるガス導入室３２と、基板が配置される反応室３１と、に区画するシャワープレート５と、を備えたプラズマ処理装置１において、電極フランジに形成されたガス導入口４２から原料ガスをガス導入室内に供給可能に構成されているとともに、ガス導入室を、ガス導入口が配される第１空間５１と、シャワープレートが位置する第２空間５２と、に区画するように圧力調整プレート５５が設けられ、平面視で圧力調整プレートの外周縁より外方へ突出する突出部６５が形成された原料ガス供給配管６０が第１空間に設けられ、突出部に形成されたガス噴出孔６３から原料ガスをシャワープレートに向かって供給可能に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収容可能なチャンバと、交流電圧を印加可能に構成された電極フランジと、前記チャンバと前記電極フランジとの間に介装された絶縁フランジと、を有する処理室と、
該処理室内を原料ガスが導入されるガス導入室と、前記基板が配置される反応室と、に区画するシャワープレートと、を備えたプラズマ処理装置において、
前記電極フランジに形成されたガス導入口から前記原料ガスを前記ガス導入室内に供給可能に構成されているとともに、
前記ガス導入室を、前記ガス導入口が配される第１空間と、前記シャワープレートが位置する第２空間と、に区画するように圧力調整プレートが設けられ、
平面視で前記圧力調整プレートの外周縁より外方へ突出する突出部が形成された原料ガス供給配管が前記第１空間に設けられ、
前記突出部に形成されたガス噴出孔から前記原料ガスを前記シャワープレートに向かって供給可能に構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２】
前記シャワープレートが平面視で前記基板と略同一の矩形状に形成されており、
前記圧力調整プレートが、平面視で前記シャワープレートよりも面積が小さく、
前記原料ガス供給配管の突出部が前記シャワープレートの四隅に対向する位置に配されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記原料ガス供給配管に前記原料ガスを供給する第１ガス供給系統と、
前記ガス導入口に前記原料ガスを供給する第２ガス供給系統と、がそれぞれ個別の系統として構成されていることを特徴とする請求項１または２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、プラズマ処理装置に関するものである。
【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、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。この種のプラズマ処理装置は、例えば、処理室内の空間が複数の噴出口を有するシャワープレートによって、基板が配置される反応室と、原料ガスが導入されるガス導入室と、に区画されている。また、処理室の一部を構成する電極フランジには高周波電源が接続され、電極フランジと電気的に接続されているシャワープレートがカソード電極として機能している。
【０００３】
そして、ガス導入室に導入された原料ガスは、シャワープレートの各噴出口から反応室に噴出される。このとき、反応室内にプラズマを発生させ、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することにより所望の膜が形成される。
【０００４】
ここで、ガス導入室において、シャワープレートとガス導入口との間にガス分散板を設け、ガス分散板とシャワープレートとの間に、ガス分散空間を形成した技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このように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均一に原料ガスを噴出しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
ところで、近年では基板の大型化が進んでおり、特に太陽電池用基板にμｃ−Ｓｉ（マイクロクリスタルシリコン）層を形成する場合にあっては、生産性の観点から高速成膜速度が必要とされる。このため、高周波数（例えば、２７．１２ＭＨｚ）により基板を高速成膜する手法が用いられている。
しかしながら、高周波数で高速成膜をする場合には、基板の被成膜面においてプラズマに分布が生じやすく、一般的に基板の中央部のプラズマが強くなり、コーナー部のプラズマが弱くなる。特に基板が矩形状の場合には、基板の四隅付近のプラズマが弱くなり、膜質が均一にならないという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、基板に対してプラズマの分布を略均一にすることができるプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した発明は、基板を収容可能なチャンバと、交流電圧を印加可能に構成された電極フランジと、前記チャンバと前記電極フランジとの間に介装された絶縁フランジと、を有する処理室と、該処理室内を原料ガスが導入されるガス導入室と、前記基板が配置される反応室と、に区画するシャワープレートと、を備えたプラズマ処理装置において、前記電極フランジに形成されたガス導入口から前記原料ガスを前記ガス導入室内に供給可能に構成されているとともに、前記ガス導入室を、前記ガス導入口が配される第１空間と、前記シャワープレートが位置する第２空間と、に区画するように圧力調整プレートが設けられ、平面視で前記圧力調整プレートの外周縁より外方へ突出する突出部が形成された原料ガス供給配管が前記第１空間に設けられ、前記突出部に形成されたガス噴出孔から前記原料ガスを前記シャワープレートに向かって供給可能に構成されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項１に記載した発明によれば、ガス導入室に供給された原料ガスは、圧力調整プレートにより圧力が調整されてシャワープレートを通過して反応室内に供給される。また、原料ガス供給配管のガス噴出孔からガス導入室に供給された原料ガスは、直接シャワープレートに噴き付けられ、シャワープレートの周縁部から反応室内に供給される。このようにシャワープレートの周縁部に対して直接原料ガスを噴き付けることにより、シャワープレートから噴出される原料ガスの圧力を略均一化することができる。したがって、基板の被成膜面上においてプラズマの分布を略均一にすることができ、基板の被成膜面の全面に亘って略均一化された膜を成膜することができる。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、前記シャワープレートが平面視で前記基板と略同一の矩形状に形成されており、前記圧力調整プレートが、平面視で前記シャワープレートよりも面積が小さく、前記原料ガス供給配管の突出部が前記シャワープレートの四隅に対向する位置に配されていることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載した発明によれば、矩形状の基板の場合にプラズマが弱くなりやすい基板の四隅に対向して原料ガス供給配管の突出部を形成し、原料ガスをシャワープレートを介して基板に噴出することができるように構成したため、基板の四隅のプラズマを他の領域と略同一の分布にすることができる。したがって、矩形状基板の被成膜面の全面に亘って略均一化された膜を成膜することができる。
【００１２】
請求項３に記載した発明は、前記原料ガス供給配管に前記原料ガスを供給する第１ガス供給系統と、前記ガス導入口に前記原料ガスを供給する第２ガス供給系統と、がそれぞれ個別の系統として構成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３に記載した発明によれば、第１ガス供給系統および第２ガス供給系統をそれぞれ最適に制御することにより、基板の被成膜面上においてプラズマの分布を略均一にすることができる。したがって、基板の被成膜面の全面に亘って略均一化された膜を成膜することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガス導入室に供給された原料ガスは、圧力調整プレートにより圧力が調整されてシャワープレートを通過して反応室内に供給される。また、原料ガス供給配管のガス噴出孔からガス導入室に供給された原料ガスは、直接シャワープレートに噴き付けられ、シャワープレートの周縁部から反応室内に供給される。このようにシャワープレートの周縁部に対して直接原料ガスを噴き付けることにより、シャワープレートから噴出される原料ガスの圧力を略均一化することができる。したがって、基板の被成膜面上においてプラズマの分布を略均一にすることができ、基板の被成膜面の全面に亘って略均一化された膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態におけるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態における原料ガス供給配管の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態における原料ガス供給配管と圧力調整プレートとの位置関係を説明する平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置について、図１〜図３に基づいて説明する。なお、以下の説明に用いる図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置１の概略構成図である。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ法を実施するプラズマ処理装置１は、絶縁フランジ８１を挟んで真空チャンバ２と電極フランジ４から構成される処理室３を有している。処理室３の内部は、シャワープレート５により基板１０が配置される反応室３１と、原料ガスが導入されるガス導入室３２と、に区画されている。
【００１７】
真空チャンバ２の下部には、真空チャンバ２の底部１１を挿通するように支柱２５が配置されており、支柱２５における真空チャンバ２の内部側の先端には、板状のヒータ１５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。この排気管２７には、真空ポンプ２８が設けられおり、真空チャンバ２内を真空状態にすることができるように構成されている。
【００１８】
また、支柱２５は、真空チャンバ２の外部に設けられた図示しない昇降機構に接続されており、上下方向に移動可能に構成されている。つまり、支柱２５の先端に接続されているヒータ１５を上下方向に昇降可能に構成されており、基板１０の出し入れが容易になるように構成されている。なお、真空チャンバ２の外部において、支柱２５の周縁には、これを被覆するベローズ（不図示）などが設けられている。
【００１９】
電極フランジ４は有頂容器状に形成されており、開口部には、これを閉塞するようにシャワープレート５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、ガス導入室３２が形成されている。また、電極フランジ４には、シャワープレート５と対向する上壁４１にガス導入口４２が設けられており、ここにガス導入管７の一端が接続されている。ガス導入管７の他端には、真空チャンバ２の外部に設けられた原料ガス供給部２１が接続されており、この原料ガス供給部２１からガス導入室３２に原料ガスを供給することができるようになっている。
【００２０】
ここで、ガス導入室３２内には、ガス導入口４２が配される第１空間５１と、シャワープレート５が位置する第２空間５２と、に区画するように圧力調整プレート５５が設けられている。
【００２１】
圧力調整プレート５５は、図示しない支持部材により電極フランジ４に支持された矩形状の板状部材である。また、圧力調整プレート５５は、平面視においてシャワープレート５よりも小さく形成されている。つまり、第１空間５１側から見ると、圧力調整プレート５５の外側にシャワープレート５の周縁部が見えるように構成されている。
【００２２】
また、第１空間５１内には、原料ガスを噴出可能な原料ガス供給配管６０が設けられている。原料ガス供給配管６０は、上壁４１に形成された貫通孔６１を貫通して処理室３の外部へ導かれ、処理室３の外部に設けられた原料ガス供給部６２に接続されている。なお、原料ガス供給部２１と原料ガス供給部６２とは、別の系統で構成されており、原料ガスの供給流量や濃度割合などを個別に設定することができる。原料ガスとしては、モノシランおよび水素が用いられている。原料ガス供給配管６０からガス導入室３２内に原料ガスを供給する系統を第１ガス供給系統６６とし、ガス導入口４２からガス導入室３２内に原料ガスを供給する系統を第２ガス供給系統５６とする。
【００２３】
図２は第１空間５１側から電極フランジ４側を見たときの平面図であり、図３は第２空間５２側から電極フランジ４側を見たときの平面図である。
【００２４】
図２に示すように、原料ガス供給配管６０は、電極フランジ４の貫通孔６１を貫通してガス導入室３２（第１空間５１）内に敷設されている。第１空間５１内に敷設された原料ガス供給配管６０は、電極フランジ４の上壁４１の表面４１ａに沿うように敷設されており、支持金物６４により上壁４１に支持固定されている。また、原料ガス供給配管６０は、矩形状の電極フランジ４の平面視略中央部から四隅に向かって枝管６２が延設されている。各枝管６２の先端部近傍には、ガス噴出孔６３が形成されている。ガス噴出孔６３はシャワープレート５に向かって形成されており、各枝管６２にそれぞれ複数形成されている。
【００２５】
図３に示すように、原料ガス供給配管６０とシャワープレート５との間には圧力調整プレート５５が配されている。第２空間５２側から電極フランジ４側を見ると、矩形状の圧力調整プレート５５の四隅から原料ガス供給配管６０の枝管６２の先端部が突出するように配されている。この突出した部分を原料ガス供給配管６０の突出部６５とする。この突出部６５に、ガス噴出孔６３が形成されており、原料ガス供給配管６０に供給された原料ガスが、ガス噴出孔６３から矩形状のシャワープレート５の四隅に向かって噴出されるように構成されている。つまり、ガス噴出孔６３から噴出された原料ガスは、圧力調整プレート５５の影響を受けず、直接シャワープレート５の四隅に供給されるようになっている。
【００２６】
図１に戻り、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は真空チャンバ２の外部に設けられたＲＦ電源（高周波電源）９に接続されている。すなわち、電極フランジ４、およ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。なお、ＲＦ電源９よりシャワープレート５には、例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電圧が印加可能に構成されている。
【００２７】
そして、シャワープレート５には、複数のガス噴出口６が形成されている。ガス導入室３２内に導入された原料ガスはガス噴出口６から真空チャンバ２内の反応室３１に噴出されるように構成されている。
【００２８】
また、真空チャンバ２の反応室３１には、別のガス導入管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とが設けられており、フッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスをラジカル源２３で分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ２内の反応室３１に供給するように構成されている。
【００２９】
ヒータ１５は上面が平坦に形成された板状の部材であって、この上面に基板１０が載置可能に構成されている。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、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。
【００３０】
基板１０をヒータ１５上に配置すると、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するように構成されている。また、基板１０の被成膜面１０ａとシャワープレート５との間の離間距離は可変可能に構成されている。そして、ヒータ１５上に基板１０を配置した状態で、ガス噴出口６から原料ガスを噴出させると、その原料ガスは基板１０の被成膜面１０ａに吹き付けられるように構成されている。
【００３１】
また、ヒータ１５は、その内部にヒータ線１６が内包されており、温度制御機能を有している。ヒータ線１６は、ヒータ１５の平面視略中央部から突出されており、支柱２５の内部を挿通して、真空チャンバ２の外部へと導かれている。また、ヒータ線１６は真空チャンバ２の外部にて図示しない電源と接続され、温度調節がなされるように構成されている。このヒータ１５により基板１０の温度を調節できるようになっている。
【００３２】
さらに、ヒータ１５の外周縁には、このヒータ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、ニッケル系合金やアルミ合金などで構成されている。
【００３３】
次に、プラズマ処理装置１を用いて基板１０の被成膜面１０ａに膜を形成する場合について説明する。
まず、真空ポンプ２８で真空チャンバ２内を真空排気する。真空チャンバ２内を真空状態に維持した状態で、基板１０を真空チャンバ２内の反応室３１に搬入し、ヒータ１５上に載置する。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、ヒータ１５とシャワープレート５との間隔が広くなっており、基板１０をヒータ１５上に載置しやすい状態に保持されている。
【００３４】
続いて、基板１０をヒータ１５上に載置した後に、図示しない昇降機構を起動させてヒータ１５上に載置された基板１０をシャワープレート５が配された方向に向かって移動させる。基板１０を上昇させて、基板１０とシャワープレート５との間隔を、成膜を行うのに適正な距離に保持する。また、ヒータ１５を駆動して基板１０を所望の温度に調節しておく。
【００３５】
続いて、第２ガス供給系統５６である原料ガス供給部２１からガス導入管７およびガス導入口４２を介してガス導入室３２の第１空間５１に原料ガスを導入する。第１空間５１に供給された原料ガスは、圧力調整プレート５５に沿って移動し、第２空間５２へ案内される。そして、第２空間５２へ案内された原料ガスは、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内の反応室３１に噴出される。
【００３６】
ここで、本実施形態では、さらに第１ガス供給系統６６である原料ガス供給部６２から原料ガス供給配管６０のガス噴出孔６３を介してガス導入室３２の第２空間５２に原料ガスを噴出する。第２空間５２へ噴出された原料ガスは、シャワープレート５の四隅に形成されたガス噴出口６を通って真空チャンバ２内の反応室３１に噴出される。
【００３７】
続いて、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と絶縁されており、真空チャンバ２は接地電位に接続した状態になっている。
【００３８】
すると、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の被成膜面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原料ガスが分解（プラズマ化）され、基板１０の被成膜面１０ａで気相成長反応が起こることにより、薄膜が成膜される。
【００３９】
また、本実施形態では、シャワープレート５の四隅のガス噴出口６から噴出される原料ガスの圧力がシャワープレート５の平面視略中央部の原料ガスの圧力と略同一になるように調整されている。したがって、基板１０の被成膜面１０ａの全面に亘って略均一な膜質の薄膜を形成することができる。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。
【００４０】
さらに、基板１０への成膜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内を定期的にクリーニングする。クリーニングは、真空チャンバ２に接続されたガス導入管８に設けられたフッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスをラジカル源２３で分解し、これによるフッ素ラジカルを、真空チャンバ２内の成膜空間に供給し、化学反応させることにより付着物を除去する。
【００４１】
本実施形態によれば、第２ガス供給系統５６によりガス導入室３２に供給された原料ガスは、圧力調整プレート５５により圧力が調整されてシャワープレート５を通過して反応室３１内に供給される。また、第１ガス供給系統６６である原料ガス供給配管６０のガス噴出孔６３からガス導入室３２に供給された原料ガスは、直接シャワープレート５に噴き付けられ、シャワープレート５の四隅から反応室３１内に供給される。このようにシャワープレート５の四隅に対して直接原料ガスを噴き付けることにより、シャワープレート５から噴出される原料ガスの圧力を略均一化することができる。したがって、基板１０の被成膜面１０ａ上においてプラズマの分布を略均一にすることができ、基板１０の被成膜面１０ａの全面に亘って略均一化された結晶膜を成膜することができる。
【００４２】
また、上述したように、矩形状の基板１０の場合にプラズマが弱くなりやすい基板１０の四隅に対向して原料ガス供給配管６０の突出部６５が配置するように構成し、原料ガスを圧力調整プレート５５を介さず直接シャワープレート５を介して基板１０の四隅に噴出することができるように構成したため、基板１０の四隅のプラズマを他の領域と略同一の分布にすることができる。したがって、矩形状基板１０の被成膜面１０ａの全面に亘って略均一化された結晶膜を成膜することができる。
【００４３】
さらに、原料ガス供給配管６０に原料ガスを供給する第１ガス供給系統６６と、ガス導入口４２に原料ガスを供給する第２ガス供給系統５６と、をそれぞれ個別の系統として構成したため、第１ガス供給系統６６および第２ガス供給系統５６をそれぞれ最適に制御することにより、基板１０の被成膜面１０ａ上においてプラズマの分布をより確実に略均一にすることができる。したがって、基板１０の被成膜面１０ａの全面に亘って結晶化された膜を成膜することができる。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な形状や構成等は一例にすぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…プラズマ処理装置  ２…真空チャンバ（チャンバ）  ３…処理室  ４…電極フランジ  ５…シャワープレート  １０…基板  ３１…反応室  ３２…ガス導入室  ４２…ガス導入口  ５１…第１空間  ５２…第２空間  ５５…圧力調整プレート  ５６…第２ガス供給系統  ６０…原料ガス供給配管  ６３…ガス噴出孔  ６５…突出部  ６６…第１ガス供給系統  ８１…絶縁フランジ
【図１】
2011071188.tif 000003
【図２】
2011071188.tif 000004
【図３】
2011071188.tif 000005