(57)【要約】【課題】成膜面積が大きい場合であっても、膜厚均一性が優れた膜を形成することができるプラズマ処理装置、および高温耐食性が優れたプラズマ生成装置を提供する。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置は、第１原料ガスを放出するガス放射板と、ガス放射板に対向して配置された基板ステージと、ガス放射板と基板ステージとの間に設けられ、第１原料ガスのプラズマを生成するとともに第１原料ガスを励起して反応活性種を得るものであり、隙間をあけて管部材に収納されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、管部材の隙間に不活性ガスを供給し、管部材内部を不活性ガスで満たす流体供給部と、第１原料ガスに第２原料ガスを混合させる第２原料ガス放出配管とを有する。【選択図】図１
2007273752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、
前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、
前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、
前記管部材の隙間に不活性ガスを供給し、前記管部材内を前記不活性ガスで満たす流体供給部と、
前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記不活性ガスを循環させて再利用する循環部を有する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、
前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、
前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、
前記管部材の隙間に冷媒を供給し、前記管部材内を前記冷媒で満たす流体供給部と、
前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記冷媒を循環させて再利用する循環部を有する請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、
前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、
前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、棒状の導体で構成されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有し、
前記棒状の導体は、その表面が、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により被覆されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料は、セラミックスまたはＡｇである請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、
前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、
前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納され、前記管部材の隙間に不活性ガスが封入された構成を備える棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項８】
隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、
前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、
前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、
前記アンテナ素子は、隙間をあけて管部材に収納されており、
前記管部材の隙間に不活性ガスを供給し、前記管部材内を前記不活性ガスで満たす流体供給部を有することを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項９】
さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記不活性ガスを循環させて再使用する循環部を有する請求項８に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１０】
隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、
前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、
前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、
前記アンテナ素子は、隙間をあけて管部材に収納されており、
前記管部材の隙間に冷媒を供給し、前記管部材内を前記冷媒で満たす流体供給部を有することを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項１１】
さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記冷媒を循環させて再使用する循環部を有する請求項１０に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１２】
棒状の導体で構成されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、
前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、
前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、
前記棒状の導体は、その表面が、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により被覆されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項１３】
前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料は、セラミックスまたはＡｇである請求項１２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項１４】
隙間をあけて管部材に収納され、前記管部材の隙間に不活性ガスが封入された構成を備える棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、
前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、
前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有することを特徴とするプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子、フラットパネルディスプレイ、および太陽電池などの製造に用いられるプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置に関し、特に、成膜面積が大きい場合であっても、膜厚均一性が優れたプラズマ処理装置、および高温耐食性が優れたプラズマ生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、半導体素子、太陽電池、または液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットパネルディスプレイの製造には、エッチング、スパッタリングまたはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等が利用されて、精度の高い加工処理が行なわれている。
半導体素子の製造において、プラズマを用いた処理（プラズマ処理）が施されるシリコンウエハ、およびフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板は、大型化の一途をたどっている。これに対応してプラズマ処理を施す処理装置の減圧処理室（チャンバ）も大型化し、この減圧処理室内において、半導体素子またはフラットパネルディスプレイなどの各種基板に形成される膜の成形精度に大きな影響を与える反応性プラズマ中の反応活性種（ラジカル）またはイオンを均一に生成させて、均一なプラズマ処理を行なう必要性が増大している。
【０００３】
大型の薄膜太陽電池を製造する装置として、例えば、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマＣＶＤ装置またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ装置を用いることができる。
しかしながら、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるには、例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、サイクロトロンに使用する磁場発生用のコイルと放射電波用のアンテナの配置が互いに干渉するようになり、実現は困難である。
また、大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるには、使用周波数も、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置またはＩＣＰプラズマ装置に使用されていた約１３ＭＨｚから、１ｍ×１ｍ程度の面積のものに対しては、約１００ＭＨｚと高くする必要がある。かかる高周波は、波長がチャンバの大きさと同等か、またはそれ以下となるので、均一な電波強度を得ることが困難である。
【０００４】
また、薄膜太陽電池など、大型の半導体基板の作製工程では、特に、パッシベーション用ＳｉＯ２成膜工程などでのパーティクル発生の問題が顕著となっていた。このようなパーティクルは、第１原料ガスと第２原料ガスを混合して反応させて成膜層を形成する過程で発生するものであり、例えば、活性種（第１原料ガス）である酸素ガス（酸化ガス）と、第２原料ガスであるＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate（テトラエトキシシラン））ガス（以下、ＴＥＯＳガスという）とを混合させてプラズマを生成し、パッシベーション用ＳｉＯ２膜を成膜する工程で顕著となっていた。このようなパーティクルは、第２原料ガスであるＴＥＯＳガスが、プラズマ生成手段によって必要以上に励起されて、必要以外の気相反応を生じてしてしまうことで発生する。このようなパーティクルの発生を防ぐために、活性種である酸素ガスのみをプラズマ化し、酸素ガスのみを励起状態（活性状態）にして酸素ラジカル（反応活性種）とし、この反応活性種を、プラズマ化していないＴＥＯＳガスと混合させることで２つのガスを反応させて、主に基板表面での表面反応によってＳｉＯ２膜を形成する成膜方法が提案されている（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
ここで、図１１は、特許文献１に開示されたプラズマ反応装置を示す模式図である。
図１１に示すように、特許文献１に開示されたプラズマ反応装置１００は、絶縁体で形成されたチャンバ１１０、チャンバの周囲を巻くように設置された高周波コイル１２０を備えたプラズマ発生部が複数個配列されている。
また、このプラズマ部に励起しようとする第１原料ガス（活性種ガス）を導入するガス導入部１３０が、チャンバの片方に設置され、チャンバの片方は励起したガス（反応活性種のガス）を拡散させる拡散部１４０に接続されている。拡散部で均一化された励起ガスは拡散部１４０に設けられたスリット状のノズル１５０を通して反応チャンバ１６０に導入される。反応チャンバでは、励起ガスと反応させる第２原料ガスがガス導入部（図示せず）から噴出され、スリットから導入された励起ガスと反応して、基板１８０上に薄膜を堆積させる。なお、特許文献１に開示されたプラズマ反応装置１００においては、基板１８０がプラズマ発生部の配列方向と略垂直方向に移動することより、基板１８０全面に薄膜が形成される。
【０００６】
また、特許文献２においては、平行平板型のプラズマ生成装置を用い、２枚の電極で挟まれたプラズマ領域に局在化させてプラズマを生成し、このプラズマ領域で活性種ガス分子を励起して反応活性種を得て、このプラズマ領域で得られた反応活性種を２枚の電極の下側の電極に設けたメッシュ孔から取り出し、取り出した反応活性種に、活性種ガス分子とは異なる原料ガスを混合させる成膜装置が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２７３０３３号公報
【特許文献２】特開平１０−３２１６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の如く、特許文献１に開示されたプラズマ反応装置１００においては、チャンバ１１０と高周波コイル１２０からなる、１つ１つが比較的大きなプラズマ発生部（特許文献１では、誘導結合型のプラズマ発生装置）が複数必要であり、装置構成が煩雑となりコストも非常に高い。
【０００９】
また、このようなプラズマ発生装置１００では、プラズマが図１１の上下方向に分布をもつ形態となるため、チャンバ１１０と基板１８０との距離をある程度保つ必要がある。加えて、１つ１つが比較的大きいプラズマ発生部を並べて配置するには、配置密度には限界があるため、励起したガスを基板表面に一様に供給するために、励起したガスを拡散させる拡散部を設ける必要がある。これらの理由から、プラズマ発生部と基板表面とは、ある程度の距離を保つ必要があり、ガスを励起してから、励起したガスを基板表面に供給するまでの間に、ある程度の時間を要していた。このため、励起ガスを十分に拡散させるためには時間を要し、励起ガスの寿命に対して十分短い時間で、励起ガスを基板表面に到達させることができなかった。このようなことから、特許文献１のプラズマ反応装置１００では、励起ガスを十分短い時間で基板表面に到達させるには、図１１中の上下方向に広がったプラズマと基板１８０を近づける必要があり、基板表面へのダメージは避けられず、また励起ガスを十分に拡散させることもできなかった。このように、特許文献１に開示されたプラズマ処理装置１００は、基板表面での成膜条件の自由度は少ないものであり、成膜面積が大きい場合に、十分な膜厚均一性を得ることができないという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献２に開示された成膜装置においては、プラズマ領域から反応活性種を取り出しつつ、このプラズマ領域に局在化してプラズマを生成することを可能とするため、電極に設けるメッシュ孔の孔径を生成するプラズマのデバイ長（例えば、０．２ｍｍ）よりも小さく（例えば、０．１５ｍｍ）している。このような小さなメッシュ孔では、プラズマの閉じ込め効率は高くなるものの、同時に、生成した反応活性種もプラズマ領域内に閉じ込めてしまう。このため、特許文献２の成膜装置では、プラズマ領域から反応活性種を効率良く取り出すことはできない。例えば、一方の電極により高い密度でメッシュ孔を配置することにより、より多くのメッシュ孔からより効率的に反応活性種を取り出すことはできる。しかし、メッシュ孔の配置密度を高くした場合も、電極面積が小さくなり、内部の電場の均一性が悪くなり均一なプラズマが得られない。このようなことから、特許文献２の成膜装置では、比較的狭いプラズマ領域でプラズマを局在化させて生成しつつ、このプラズマ領域から十分効率良く反応活性種を取り出すことができず、処理対象基板に、大きな面積で均一に混合ガスを供給することはできないという問題点がある。
【００１１】
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、成膜面積が大きい場合であっても、膜厚均一性が優れた膜を形成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、高温耐食性が優れたプラズマ生成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記管部材の隙間に不活性ガスを供給し、前記管部材内を前記不活性ガスで満たす流体供給部と、前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１３】
また、本発明の第２の態様は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを混合した混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記混合ガスを放出する混合ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記管部材の隙間に不活性ガスを供給し、前記管部材内を前記不活性ガスで満たす流体供給部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１４】
上記第１の態様の発明および第２の態様の発明においては、さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記不活性ガスを循環させて再利用する循環部を有することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第３の態様は、第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記管部材の隙間に冷媒を供給し、前記管部材内を前記冷媒で満たす流体供給部と、前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１６】
また、本発明の第４の態様は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを混合した混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記混合ガスを放出する混合ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記管部材の隙間に冷媒を供給し、前記管部材内を前記冷媒で満たす流体供給部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１７】
さらに、上記第３の態様の発明および第４の態様の発明においては、さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記冷媒を循環させて再利用する循環部を有することが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明の第５の態様は、第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、棒状の導体で構成されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有し、前記棒状の導体は、その表面が、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により被覆されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００１９】
また、本発明の第６の態様は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを混合した混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記混合ガスを放出する混合ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、棒状の導体で構成されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部とを有し、前記棒状の導体は、その表面が、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により被覆されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００２０】
上記第５の態様の発明および第６の態様の発明においては、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料は、セラミックスまたはＡｇであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の第７の態様は、第１原料ガスに第２原料ガスが混合された混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記第１原料ガスを放出する第１原料ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納され、前記管部材の隙間に不活性ガスが封入された構成を備える棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部と前記基板ステージとの間に配置され、前記第１原料ガスの流れの途中で前記第２原料ガスを放出する第２原料ガス放出口が形成された第２原料ガス放出管を有し、前記第２原料ガス放出管が前記反応容器内を横切って設けられた第２原料ガス放出配管とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００２２】
また、本発明の第８の態様は、第１原料ガスおよび第２原料ガスを混合した混合ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、前記混合ガスを放出する混合ガス放出口が複数形成されたガス放射板と、前記ガス放射板に対向して配置され、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージと、前記ガス放射板と前記基板ステージとの間に設けられ、前記混合ガスのプラズマを生成するとともに前記混合ガスを励起するものであり、隙間をあけて管部材に収納され、前記管部材の隙間に不活性ガスが封入された構成を備える棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを備えるプラズマ生成部とを有することを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００２３】
また、本発明の第９の態様は、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、前記アンテナ素子は、隙間をあけて管部材に収納されており、前記管部材の隙間に不活性ガスを供給し、前記管部材内を前記不活性ガスで満たす流体供給部を有することを特徴とするプラズマ生成装置を提供するものである。
【００２４】
上記第９の態様の発明においては、さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記不活性ガスを循環させて再使用する循環部を有することが好ましい。
【００２５】
本発明の第１０の態様は、隙間をあけて管部材に収納された棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、前記アンテナ素子は、隙間をあけて管部材に収納されており、前記管部材の隙間に冷媒を供給し、前記管部材内を前記冷媒で満たす流体供給部を有することを特徴とするプラズマ生成装置を提供するものである。
【００２６】
上記第１０の態様の発明においては、さらに、前記流体供給部により前記管部材に供給された前記冷媒を循環させて再使用する循環部を有することが好ましい。
【００２７】
本発明の第１１の態様は、棒状の導体で構成されたアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有し、前記棒状の導体は、その表面が、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により被覆されていることを特徴とするプラズマ生成装置を提供するものである。
【００２８】
上記第１１の態様の発明においては、前記導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料は、セラミックスまたはＡｇであることが好ましい。
【００２９】
本発明の第１２の態様は、隙間をあけて管部材に収納され、前記管部材の隙間に不活性ガスが封入された構成を備える棒状のアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、前記複数のアンテナ素子に、それぞれ給電線を介して給電する高周波信号の周波数を自在に変えて生成する高周波電源と、前記各アンテナ素子と各アンテナ素子へ給電する前記給電線との接続部分に設けられた前記インピーダンス整合器とを有することを特徴とするプラズマ生成装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成部に設けられたアンテナ素子に対して、アンテナ素子近傍の酸素を遮断するか、または冷媒によりアンテナ素子の温度を下げることにより、成膜時に輻射熱を受けて、アンテナ素子が加熱された場合でも、アンテナ素子の酸化を抑制することができる。これにより、アンテナ素子の酸化によるアンテナ素子の抵抗値の上昇が抑制されてアンテナ素子の温度上昇が抑えられる。このため、アンテナ素子の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、プラズマ生成の際に、アンテナ素子に高周波電流（高周波信号）を印加する場合に支障がない。このことから、プラズマを安定して生成することができ、成膜面積が大きい場合であっても、基板表面全面に膜厚均一性が優れた膜を形成することができる。
また、アンテナ素子の酸化を抑制することができるため、アンテナ素子の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成部の耐久性も高くすることができる。
【００３１】
本発明のプラズマ生成装置によれば、アンテナ素子に対して、アンテナ素子近傍の酸素を遮断するか、またはアンテナ素子の温度を下げることにより、成膜時に輻射熱を受けてアンテナ素子が加熱された場合でも、アンテナ素子の酸化を抑制することができる。このように、成膜時に輻射熱を受け、アンテナ素子が加熱されて、アンテナ素子が高温になった場合でも、アンテナ素子の酸化が抑制され、高い高温腐食性を有するものである。
また、高い高温腐食性を有するため、アンテナ素子の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成装置の耐久性も高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す模式的断面図である。
【００３３】
本実施形態の図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０（以下、ＣＶＤ装置１０という）は、第１原料ガス（活性種ガス）として、酸素ガスを用い、第２原料ガスとして、ＴＥＯＳガスを用いて、ガラス基板またはシリコンウエハ等の基板（処理対象基板）３６の表面３６ａに対してＳｉＯ２膜を形成することを例にして説明する。なお、本発明のプラズマ処理装置においては、基板に形成する膜はＳｉＯ２膜に限定されるものではない。
【００３４】
図１に示すＣＶＤ装置１０は、制御部１２、高周波電源１３、分配器１４、インピーダンス整合器１６、直方体状の反応容器１８、およびガス供給部（流体供給部）１９を有するものである。
制御部１２と、複数のインピーダンス整合器１６とは、それぞれ分配器１４から延びた給電線１５を介して接続されている。インピーダンス整合器１６は、各アンテナ素子３２と、各アンテナ素子３２へ給電する給電線１５との接続部分にそれぞれ設けられている。
【００３５】
制御部１２は、後述するようにＣＶＤ装置１０の各機器（制御部１２、高周波電源１３、分配器１４、インピーダンス整合器１６、直方体状の反応容器１８、およびガス供給部１９など）を制御するものである。
この制御部１２は、電流・電圧センサ（図示せず）を有し、電流・電圧センサの検知信号に応じて、この高周波電源の発振周波数の変更及びインピーダンス整合器１６の調整を行うものである。また、制御部１２は、アンテナ素子３２に高周波信号の給電も制御するものである。
制御部１２は、アンテナ素子３２に共通の高周波信号の周波数を制御して、すべてのアンテナ素子３２をインピーダンスが整合した状態に近づけ、この後、このインピーダンス整合器１６によって、アンテナ素子３２のインピーダンスを個別に調整することもできる。
【００３６】
高周波電源１３は、高周波発振回路および増幅器からなるものであり、分配器１４および給電線１５を介して、全てのインピーダンス整合部１６に接続されており、各アンテナ素子３２に高周波電流（高周波信号）を供給するものである。
【００３７】
インピーダンス整合器１６は、制御部１２の高周波電源が発生する高周波信号の周波数の調整とともに用いて、プラズマの生成中にアンテナ素子３２の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正するために用いられるものである。
ここで、本発明のプラズマ生成部（プラズマ生成装置）は、高周波電源１３、インピーダンス整合器１６、ガス供給部１９およびアンテナアレイ３０により構成されるものである。
【００３８】
また、反応容器１８は、金属製または合金製であり、接地されている。
反応容器１８の上壁１８ａには、活性種ガスを導入する導入口２２が形成されている。この導入口２２にガス供給管２３が接続されている。さらに、ガス供給管２３には、ガス供給手段２６が接続されている。このガス供給手段２６は、例えば、ガスボンベを備えるものであり、このガスボンベには酸素ガス（第１原料ガス）が充填されている。
【００３９】
また、反応容器１８の下壁１８ｂには、排気口２４が形成されている。この排気口２４に排気管２５が接続されている。さらに、排気管２５には、真空排気部２７が接続されている。この真空排気部２７は、ロータリーポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有するものである。また、反応容器１８には内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。
なお、制御部１２によって、ガス供給手段２６および真空排気部２７は制御されるものである。この制御部１２により、反応容器１８内の原料ガス等を排気することができ、さらには反応容器１８内の圧力を所望の圧力に調整することができる。
【００４０】
本実施形態においては、例えば、ＳｉＯ２膜の成膜時、ガス供給手段２６から導入された酸素ガスが、反応容器１８内を上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側（以下、上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側に向かう方向を「垂直方向」という）に流れ、排気口２４から排出される。なお、後述するように、この酸素ガスは、排出までの過程に、反応容器１８内において、励起されて反応活性種とされ、ＴＥＯＳガスと混合され、混合ガスとなる。
【００４１】
また、反応容器１８の内部には、上壁１８ａ側から順に、ガス放射板２８、複数のアンテナ素子３２を有するアンテナアレイ３０、および基板３６が表面３６ａに載置される基板ステージ３４が設けられている。さらに、アンテナアレイ３０と基板ステージ３４との間に、第２原料ガス放出配管４０が設けられている。
また、基板ステージ３４、および第２原料ガス放出配管４０の第２原料ガス供給手段（図示せず）は、制御部１２により、制御されるものである。
【００４２】
ガス放射板２８は、ガス供給手段２６から導入された酸素ガス（第１原料ガス）を広い面積に渡って拡散させるものである。このガス放射板２８は、例えば、ＳｉＣからなる板材に、直径が０．５ｍｍ程度の貫通穴が複数形成されたものである。これらの貫通穴が第１原料ガス放出口２９となる。また、ガス放射板２８には、その表面に金属膜が形成されており、接地されている。
なお、ガス放射板２８は、ＳｉＣに限定されるものではなく、各種のセラミック製の板材で構成してもよく、また、金属製の板材で構成してもよく、さらにはＣＶＤにより成膜された板状部材であってもよい。
【００４３】
また、本実施形態において、ガス放射板２８は、反応容器１８の内部の全域に亘る大きさを有するものである。このガス放射板２８により、反応容器１８内が２つの空間に仕切られており、ガス放射板２８の上壁１８ａ側の空間が第１原料ガス分散室３８であり、ガス放射板２８の下壁１８ｂ側の空間が、プラズマが生成される反応室３９である。
なお、ガス供給手段２６から導入口２２を介して第１原料ガス分散室３８に導入された活性種ガスが第１原料ガス放出口２９から反応室３９に一定の流速で流入する。
【００４４】
ここで、図２は、本実施形態のプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。
図２に示すように、アンテナアレイ３０は、複数のアンテナ素子３２が、互いに平行にかつ平面状に配置されて構成されるものである。このアンテナアレイ３０は、ガス放射板２８の下側に設けられている。
【００４５】
また、アンテナアレイ３０においては、各アンテナ素子３２が、反応容器１８の対向する２つの側壁１８ｃおよび側壁１８ｄに亘り配置されている。このアンテナアレイ３０（各アンテナ素子３２）が、ガス放射板２８及び基板ステージ３４に載置される基板３６に対して平行に設けられている。
【００４６】
アンテナ素子３２はモノポールアンテナであり、反応容器１８の側壁１８ｃ、１８ｄに形成した開口部（図示せず）に電気的に絶縁して取り付けられている。
アンテナアレイ３０においては、図２に示すように隣接するアンテナ素子３２と互いに逆方向に反応容器１８内の側壁１８ｃ、１８ｄから突出しており、給電方向が逆向きとなっている。これらのアンテナ素子３２は、高周波電流（高周波信号）供給端の側がインピーダンス整合器１６に接続されている。このインピーダンス整合器１６はマッチングボックスである。
【００４７】
各アンテナ素子３２は、電気伝導率の高い導体からなる棒状（パイプであってもよい）を成し、使用する高周波の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数である）の長さをモノポールアンテナであるアンテナ素子の放射長さとする。
各アンテナ素子３２は、石英等の誘電体からなる管部材３７に、隙間をあけて収納されており、各アンテナ素子３２の表面は石英等の誘電体で覆われている。このように、棒状の導体を誘電体で覆うことにより、アンテナ素子３２としての容量とインダクタンスが調整される。これにより、アンテナ素子３２の長手方向に沿って高周波電流（高周波信号）を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。
【００４８】
また、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間にはガス供給部１９が接続されている。
図３に示すように、アンテナ素子３２は、管部材３７に隙間を開けて収納されており、管部材３７はインピーダンス整合器１６側の一方の端部がシール部３７ａにより閉塞されており、このシール部３７ａに供給管１９ａが接続されている。この供給管１９ａは、ガス供給部１９に接続されている。また、管部材３７の他方の端部は開放されている。
ガス供給部１９は、Ｎ２ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスＧｉを管部材３７の内部３７ｂに供給するものである。このガス供給部１９は、Ｎ２ガス、Ａｒガスなどの不活性ガスＧｉが充填されたガスボンベ（図示せず）および管部材３７の内部３７ｂに供給する不活性ガスの流量を調整するバルブ（図示せず）を有する。このガス供給部１９も制御部１２に接続されており、制御部１２により、管部材３７の内部３７ｂへの不活性ガスＧｉの供給タイミングおよび流量などが調整される。
本実施形態においては、ガス供給部１９により、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間（管部材３７の内部３７ｂ）に不活性ガスＧｉが供給されて、この隙間が不活性ガスＧｉで満たされて、隙間は酸素遮断状態となる。
【００４９】
アンテナ素子３２は、ガス放射板２８の下側近傍に設けられるので、アンテナ素子３２から放射される電磁波は、隣接するアンテナ素子３２間で電磁波が相互に影響を及ぼし合うことなく、ガス放射板２８に形成された金属膜が接地されていることにより、鏡像関係に形成される電磁波と作用して、アンテナ素子毎に所定の電磁波を形成する。さらに、アンテナアレイ３０を構成するアンテナ素子３２は、隣接するアンテナ素子３２と給電方向が逆向きとなっているので、反応室３９において電磁波は均一に形成される。
【００５０】
なお、このようなアンテナアレイを用いたプラズマ生成の原理についての詳細な説明が、本願出願人による先の出願である、特開２００３−８６５８１号公報に記載されている。また、アンテナアレイを用いたプラズマ生成装置における、各アンテナ毎の詳細なインピーダンス整合方法が、同じく本願出願人による先の出願である、特願２００５−０１４２５６号明細書に記載されている。本発明におけるアンテナアレイおよび各アンテナ素子毎の詳細なインピーダンス整合方法として、例えば、上記各明細書に記載の方法を利用すればよい。
【００５１】
また、図１に示すように、基板ステージ３４は、その表面３４ａに基板３６を載置するものである。この基板ステージ３４においては、基板ステージ３４の中心Ｃと基板３６の中心とを一致させて載置されるものである。また、基板ステージ３４は、その表面３４ａをアンテナアレイ３０に対向して配置されている。
また、基板ステージ３４の内部には基板３６を加熱する発熱体３５が設けられており、さらに接地された電極板（図示せず）が設けられている。なお、電極板がバイアス電源（図示せず）に接続され、このバイアス電源により電極板に所定のバイアス電圧が印加される構成でもよい。
【００５２】
本実施形態においては、制御部１２により、反応容器１８内の圧力を真空排気部２７により１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の状態とし、さらに、アンテナ素子３２に高周波信号を給電することにより、アンテナ素子３２の周囲に電磁波が放射される。これにより、反応容器１８内のアンテナ素子３２の近傍でプラズマ（図示せず）が生成されるとともに、ガス放射板２８から放射された酸素ガス（活性種ガス）が励起されて酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。その際、発生したプラズマは導電性を有するので、アンテナ素子３２から放射された電磁波はプラズマで反射され易い。このため、電磁波はアンテナ素子３２周辺の局部領域に局在化する。このように、モノポールアンテナからなるアンテナ素子３２を複数有するアンテナアレイ３０では、プラズマがアンテナ素子３２の近傍に局在化して形成される。
【００５３】
また、本実施形態において、少なくともプラズマ生成時に、ガス供給部１９により、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に不活性ガスを供給し、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間、すなわち、管部材３７の内部３７ｂを不活性ガスで満たすことにより、アンテナ素子３２表面近傍の酸素濃度を低くし、酸素遮断状態にできる。このため、成膜時に、反応容器１８内で生じた輻射熱ＲＨでアンテナ素子３２が加熱されて、アンテナ素子３２が高温になった場合でも、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができる。このように、アンテナ素子３２は輻射熱ＲＨにより加熱されても酸化が抑制され、高い高温耐食性を有するものである。これより、アンテナ素子３２の酸化によるアンテナ素子３２の抵抗値の上昇が抑制されてアンテナ素子３２の温度上昇が抑えられる。このため、アンテナ素子３２の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、成膜時のプラズマ生成の際に、アンテナ素子３２に高周波電源１３に高周波電流（高周波信号）を印加する場合に支障がない。
また、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができ、高い高温耐食性を有するものであるため、アンテナ素子３２の耐久性を高くすることができ、ひいては、プラズマ生成部（プラズマ生成装置）の耐久性も高くすることができる。
【００５４】
ここで、図４は、本実施形態のプラズマ処理装置の第２原料ガス放出配管の一例を示す模式的平面図である。図５は、本実施形態のプラズマ処理装置の第２原料ガス放出配管の一例を示す模式的斜視図である。なお、図５においては、第２原料ガス放出配管の一部の図示を省略している。
【００５５】
第２原料ガス放出配管４０は、第１原料ガスＧｆの流れの途中で第２原料ガスＧｓを放出する機能を有するものである。
この第２原料ガス放出配管４０は、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向から見た場合、基板ステージ３４の中心Ｃ（図１、図４参照）に対して、点対称を有するとともに、基板ステージ３４の表面３４ａの中心Ｃを通る線に対して線対称を有し、第１原料ガスＧｆの流れを均一にする対称パターン形状をなすものである。以下、基板ステージ３４の表面３４ａの中心Ｃに対して点対称を有するとともに、基板ステージ３４の表面３４ａの中心Ｃを通る線に対して線対称を有することを、単に「基板ステージ３４に対して対称性を有する」という。
【００５６】
本実施形態においては、図４に示すように、第２原料ガス放出配管４０は、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向から見た場合、梯子状の形態を呈するものであり、５本の第２原料ガス放出管５０と、２本の管５４と、第２原料ガスを供給する第２原料ガス供給手段（図示せず）に接続するための連結管５６とを有する。この第２原料ガス放出配管４０の大きさが、基板３６の表面３６ａよりも大きい。
【００５７】
第２原料ガス放出配管４０においては、２本の管５４の間に、５本の第２原料ガス放出管５０が等間隔で配置されて、各第２原料ガス放出管５０の各端部が管５４に接続されている。第２原料ガス放出配管４０においては、全ての第２原料ガス放出管５０と管５４とが連通している。
【００５８】
また、第２原料ガス放出管５０には、その下側に、第２原料ガス放出口５２が長手方向に沿って複数形成されている。第２原料ガス放出配管４０においては、基板３６の表面３６ａに対して、第２原料ガスＧｓが均一に放出されるように、第２原料ガス放出口５２が形成されている。
【００５９】
また、２本の管５４のうち、一方の管５４には連結管５６が接続されている。この連結管５６は、第２原料ガス供給手段（図示せず）に接続されている。この第２原料ガス供給手段も制御部１２に接続されており、第２原料ガスの供給タイミング、および流量などが制御される。
また、第２原料ガス放出配管４０においては、第２原料ガス供給手段によりＴＥＯＳガスが連結管５６を介して、管５４、および各第２原料ガス放出管５０の内部を通り、第２原料ガス放出管５０の第２原料ガス放出口５２から反応室３９内に、基板３６に向けてＴＥＯＳガスが放出される。
【００６０】
また、第２原料ガス放出配管４０は、その中心が、基板ステージ３４の中心Ｃと略一致して配置されている。このため、第２原料ガス放出管５０の長さの略半分の位置が基板ステージ３４の中心Ｃを通る位置となる。これより、第２原料ガス放出配管４０は、基板ステージ３４に対して対称性を有する構成が保たれている。
また、第２原料ガス放出配管４０は、アンテナアレイ３０と基板ステージ３４との間に、第２原料ガス放出管５０の長さ方向と、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の長さ方向とが直交し、かつ反応容器１８内を横切るように第２原料ガス放出管５０を配置している。しかしながら、第２原料ガス放出配管４０の配置方向は、特に限定されるものではない。第２原料ガス放出管５０の長さ方向と、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の長さ方向とを一致させてもよい。
【００６１】
第２原料ガス放出配管４０においては、基板ステージ３４の表面３４ａ全面を覆うように設けられており、第２原料ガス放出管５０に複数の原料ガス放出口５２が設けられている。このため、原料ガス放出口５２から基板ステージ３４の表面３４ａ全面に向けて均一にＴＥＯＳガスを放出することができる。
【００６２】
第２原料ガス放出配管４０は、アンテナ素子３２と比較的近接して（例えば、第２原料ガス放出配管４０の第２原料ガス放出管５０の中心と、アンテナ素子３２の中心と垂直方向における距離を２５ｍｍとして）配置されている。
アンテナアレイ３０はアンテナ素子３２の近傍に局在化してプラズマを生成することができるので、第２原料ガス放出配管４０をプラズマ（特に、電子温度が比較的高く、プラズマ密度も比較的高い高プラズマ領域）に曝さない状態で、第２原料ガス放出配管４０とアンテナアレイ３０とを近接して配置することができる。このため、アンテナアレイ３０近傍で得られた酸素ガス（第１原料ガス）の酸素ラジカル（反応活性種）は、十分な励起状態を保ったまま、第２原料ガス（ＴＥＯＳガス）と混合されて基板３６に到達することができる。逆にいえば、酸素ラジカル（反応活性種）が十分な励起状態を保ったまま、第２原料ガス（ＴＥＯＳガス）と混合されて基板３６に到達できるよう、アンテナアレイ３０と第２原料ガス放出配管４０とをある程度近接させて配置しても、第２原料ガス放出管５０の原料ガス放出口５２から放射された第２原料ガス（ＴＥＯＳガス）は、プラズマ、特に高プラズマ領域に直接曝されることがなく、ＳｉＯ２成膜時のパーティクルの発生を抑制することができる。
【００６３】
また、本発明においては、第２原料ガス放出配管４０の形態は、特に限定されるものではない。このため、例えば、図６に示す第２原料ガス放出配管４２のように、第２原料ガス放出管の構成を格子状としてもよい。この場合、図６に示す第２原料ガス放出配管４２は、図４および図５に示す第２原料ガス放出配管４０に比して、第２原料ガス放出管の構成が異なるだけであり、それ以外の構成は、第２原料ガス放出配管４０と同様であり、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
第２原料ガス放出配管４２においては、枠状に形成された枠管６０に囲まれた領域内に、複数の第１の管６２と複数の第２の管６４とが開口部６６を設けて格子状に配置されたものである。この場合においても、枠管６０の中心と基板ステージ３４の中心Ｃとを一致させて、第２原料ガス放出配管４２が配置されている。なお、第１の管６２および第２の管６４には、それぞれ、原料ガス放出口（図示せず）が形成されている。この場合においても、第２原料ガス放出配管４２の中心が、基板ステージ３４の中心Ｃと略一致して配置されるものである。
【００６５】
次に、本実施形態のＣＶＤ装置１０を用いたＳｉＯ２膜の成膜工程について説明する。
先ず、ガス供給手段２６から反応容器１８内に、酸素ガスを一定流量（例えば、１０ｓｌｍ）で流入させて、ガス放射板２８に設けられた第１原料ガス放出口２９から酸素ガス（活性種ガス）を反応室３９に一定の流速で流入させる。さらに、第２原料ガス放出配管４０の第２原料ガス放出管５０の原料ガス放出口５２からＴＥＯＳガスを一定流量（例えば、１００ｓｃｃｍ）で反応容器１８内に放出させる。このとき、反応容器１８（反応室３９）は真空排気部２７により排気されており、制御部１２により、反応容器１８（反応室３９）内を、例えば、１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の圧力に保持されている。これにより、反応容器１８（反応室３９）の垂直方向に酸素ガスおよびＴＥＯＳガスが流れる。
【００６６】
次に、ガス供給部１９により、管部材３７の内部３７ｂ、すなわち、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に不活性ガスＧｉを供給し、アンテナ素子３２表面近傍を酸素遮断状態とする。そして、アンテナ素子３２に高周波信号を給電して、アンテナ素子３２の周囲に電磁波を放射させる。これにより、アンテナ素子３２は酸素が遮断された状態で、反応室３９内で、アンテナ素子３２の近傍に局在化したプラズマが生成され、第１原料ガス放出口２９から放射された酸素ガス（活性種ガス）が励起された酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。酸素ラジカル（反応活性種）は、アンテナ素子３２の間（間隙３３）を通過して、基板３６に向けて流れる。酸素ラジカル（反応活性種）は、第２原料ガス放出配管４０により基板ステージ３４に載置される基板３６の表面３６ａ上方に供給される。基板３６の表面３６ａ近傍において、酸素ラジカル（反応活性種）と、第２原料ガス放出配管４０から放出されたＴＥＯＳガスとが混合されて混合ガスとなり基板３６に到達する。
【００６７】
活性状態である酸素ラジカル（反応活性種）とＴＥＯＳガスとが混合されると、酸素ラジカルの活性エネルギによって反応が進行し、基板３６の表面３６ａにおいてＳｉＯ２膜が形成される。
一方、第２原料ガス放出配管４０は、基板３６の表面３６ａに対して、ＴＥＯＳガスを均一に供給するものである。このことから、基板３６の表面３６ａに対して均一な混合ガスが得られる。これにより、励起状態の酸素ラジカル（反応活性種）とＴＥＯＳガスとの反応が、基板全面で均一に進行し、基板３６の表面３６ａ全面において膜質および膜厚均一性が優れたＳｉＯ２膜を形成することができる。なお、基板が、例えば、１ｍ×１ｍ程度の大きなものである場合であっても、第２原料ガス放出配管４０の大きさが基板３６よりも大きい構成であるため、上述の如く、膜質および膜厚均一性が優れたＳｉＯ２膜を形成することができる。
【００６８】
なお、本実施形態のＣＶＤ処理装置１０においては、プラズマ生成部として、モノポールアンテナが複数配置されたアンテナアレイ３０を用いることより、アンテナアレイ３０近傍に局在化させてプラズマを生成するものである。この構成により、基板ステージ３４に載置された基板３６にプラズマが直接曝されない状態で、基板３６とアンテナアレイ３０との距離を比較的近づけて配置することを可能にしている。これにより、アンテナアレイ３０近傍で励起された酸素ラジカル（反応活性種）の励起寿命に対して、アンテナアレイ３０と基板３６との距離を十分に近づけることを可能としている。すなわち、酸素ラジカル（反応活性種）が十分に励起した状態で基板の表面に到達することを可能としている。
また、本実施形態のＣＶＤ処理装置１０においては、少なくともプラズマを生成するために、高周波電源１３からアンテナ素子３２に高周波電流（高周波信号）が印加される時点において、アンテナ素子３２表面近傍が、酸素遮断状態であればよい。これにより、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができる。
【００６９】
次に、本発明の第１の実施形態の変形例について説明する。
図７は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。また、図７は、本発明の第１の実施形態の図３に示すプラズマ生成装置に対応するものである。
本発明においては、図７に示すように、一方の端部が閉塞され底部８０ａをなし、他方の端部が開放された管部材８０にアンテナ素子３２が隙間をあけて収納されている。管部材８０の他方の端部には供給管７２および排気管７４が設けられており、シール部８２により管部材８０の他方の端部が封止されている。
【００７０】
供給管７２および排気管７４は、ともにガス循環供給部（流体）７０に接続されている。このガス循環供給部７０は、ガス供給部１９に、ガス循環部（図示せず）が付加されたものであり、それ以外の構成はガス供給部１９と同様であるため、その詳細な説明は省略する。なお、ガス循環供給部７０も制御部１２に接続されており、不活性ガスの供給タイミング、不活性ガスの流量が調整されるとともに、ガス循環部の動作も制御される。
【００７１】
本変形例においては、ガスボンベから不活性ガスが供給管７２を介して管部材８０の内部８０ｂに供給されて、管部材８０の内部８０ｂが不活性ガスＧｉで満たされる。余剰に供給された不活性ガスＧｉは、排気管７４を経てガス循環供給部７０に回収され、再度、管部材８０の内部８０ｂに供給される。このように、管部材８０の内部８０ｂに供給された不活性ガスＧｉが循環部により繰返し利用される。
【００７２】
本変形例においても、アンテナ素子３２と管部材８０との隙間には、不活性ガスＧｉが充填されており、アンテナ素子３２表面近傍は、酸素が遮断された状態である。このため、成膜時に、反応容器１８内で生じた輻射熱ＲＨでアンテナ素子３２が加熱されて、アンテナ素子３２が高温になった場合でも、アンテナ素子３２の表面の酸化が抑制される。これにより、アンテナ素子３２の酸化による抵抗値の上昇が抑制されて温度上昇が抑えられる。このため、アンテナ素子３２の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態においては、ガス供給部１９により、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に不活性ガスＧｉを供給するものとし、本変形例においては、アンテナ素子３２と管部材８０との隙間に、不活性ガスＧｉを供給し、さらに循環するものとしたが、本発明においては、不活性ガスＧｉに限定されるものではない。
【００７３】
本発明においては、不活性ガス以外にも、水、空気またはＡｒガスなどの冷媒を、ガス供給部１９を用いてアンテナ素子３２と管部材３７との隙間に供給してもよい。
このように、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に冷媒を供給することにより、輻射熱ＲＨで加熱されたアンテナ素子３２の温度上昇が抑制され、アンテナ素子３２の酸化が防止される。これにより、本発明の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
また、本発明においては、ガス循環供給部７０を用いて、水、空気またはＡｒガスなどの冷媒を、ガス供給部１９を用いてアンテナ素子３２と管部材３７との隙間に供給し、循環してもよい。
このように、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に冷媒を供給することにより、輻射熱ＲＨで加熱されたアンテナ素子３２の温度上昇が抑制され、アンテナ素子３２の酸化が防止される。これにより、本発明の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、冷媒を再利用するため、冷却コストを削減することができる。
【００７５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。また、図８は、本発明の第１の実施形態の図３に示すプラズマ生成装置に対応するものである。
なお、本実施形態においては、図１〜図７に示す第１の実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）と同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７６】
本実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０（図１参照）に比して、プラズマ生成装置の構成が異なり、それ以外の構成は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）においては、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間、すなわち、管部材３７の内部３７ｂに、Ｎ２ガスまたはＡｒガスなどの不活性ガスＧｉが封入されている。アンテナ素子３２が管部材３７の内部３７ｂに挿通された状態で、Ｎ２ガスまたはＡｒガスなどの不活性ガスＧｉが充填され、アンテナ素子３２の先端部側における管部材３７の一方の端部がシール部８４により封止されており、他方の端部がシール部８６により封止されている。なお、シール部８４、８６としては、例えば、セラミックス接着剤を用いることができる。
【００７７】
また、本実施形態においては、アンテナ素子３２と管部材３７との隙間に不活性ガスＧｉを充填して封止して、この隙間に不活性ガスＧｉを封入することにより、アンテナ素子３２の表面近傍の酸素を遮断する。これにより、第１の実施形態と同様に、反応容器１８内で発生した輻射熱ＲＨでアンテナ素子３２が加熱され、アンテナ素子３２が高温になった場合でも、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができる。このため、アンテナ素子３２の酸化による抵抗値の上昇が抑制されて温度上昇が抑えられる。このため、アンテナ素子３２の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、成膜時のプラズマ生成の際に、アンテナ素子３２に高周波電源１３に高周波電流（高周波信号）を印加する場合に支障がない。
また、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができるため、アンテナ素子３２の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成装置の耐久性も高くすることができる。
【００７８】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。また、図９は、本発明の第１の実施形態の図３に相当するものである。
なお、本実施形態においては、図１〜図７に示す第１の実施形態のプラズマ処理装置と同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００７９】
本実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０（図１参照）に比して、プラズマ生成装置の構成が異なり、それ以外の構成は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面に被覆層８８が形成されている。この被覆層８８は、アンテナ素子３２を構成する材料、すなわち、棒状の導体を構成する材料よりも耐酸化性が高い材料により構成されている。
被覆層８８は、例えば、ＳｉＣまたはＡｌ２Ｏ３などのセラミックスにより形成されるものである。また、アンテナ素子３２がＣｕによる形成される場合には、被覆層８８は、Ｃｕよりも耐酸化性が高いＡｇにより形成される。
このように、アンテナ素子３２の表面に被覆層８８を設けた構成においても、アンテナ素子３２の表面近傍の酸素を遮断することができる。このような被覆によるアンテナ素子３２の酸素遮断により、第１の実施形態と同様に、成膜時に反応容器１８内で発生した輻射熱ＲＨでアンテナ素子３２が加熱され、アンテナ素子３２が高温になった場合でも、被覆層８８によりアンテナ素子３２が酸素に曝されず、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができる。これにより、アンテナ素子３２の酸化による抵抗値の上昇が抑制されて温度上昇が抑えられる。このため、アンテナ素子３２の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、成膜時のプラズマ生成の際に、アンテナ素子３２に高周波電源１３に高周波電流（高周波信号）を印加する場合に支障がない。
また、アンテナ素子３２の酸化を抑制することができるため、アンテナ素子３２の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成装置の耐久性も高くすることができる。
【００８０】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図１０は、本発明の第４の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。また、図１０は、本発明の第１の実施形態の図３に相当するものである。
なお、本実施形態においては、図１〜図７に示す第１の実施形態のプラズマ処理装置およびその変形例と同一構成物には、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００８１】
本実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０（図１参照）に比して、プラズマ生成装置の構成が異なり、それ以外の構成は、第１の実施形態のプラズマ処理装置１０と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置（プラズマ生成装置）は、アンテナ素子９０の温度を下げることにより、アンテナ素子９０の酸化を抑制するものであり、第１の実施形態のアンテナ素子３２（図３参照）と同様に、アンテナ素子９０がインピーダンス整合器１６に接続されている。
【００８２】
本実施形態のアンテナ素子９０は、一方の端部に底部９２ａを有する中空の円筒部材９２と、この円筒部材９２の内部９４に設けられ、底部９２ａに達しない長さを有する略長方形状の仕切部材９６とを有するものである。この仕切部材９６により、円筒部材９２の内部９４が供給室９４ａと、排気室９４ｂとに区分される。
また、アンテナ素子９０は、他端部９２ｂにインピーダンス整合器１６が接続されている。アンテナ素子９０においては、供給管７２が外周面９２ｃから供給室９４ａに接続されており、排気管７４が外周面９２ｃから排気室９４ｂに接続されている。また、供給管７２および排気管７４は、ガス循環供給部７０に接続されている。
【００８３】
本実施形態においては、ガス循環供給部７０から、水、空気、Ａｒガスなどの冷媒が、供給管７２を経て供給室９４ａに供給され、供給室９４ａを通り排気室９４ｂから排気管７４を経て、冷媒が回収され、再度循環部により冷媒が供給管７２から供給室９４ａに供給される。このようにして、冷媒が円筒部材９２の内部９４を循環することにより、成膜時に、輻射熱ＲＨでアンテナ素子９０が加熱され、アンテナ素子９０が高温になった場合でも、円筒部材９２の外周面９２ｃの温度上昇が抑制されるため、アンテナ素子９０の酸化が抑制される。このため、第１の実施形態と同様に、アンテナ素子９０の酸化による抵抗値の上昇が抑制されて温度上昇が抑えられる。これにより、アンテナ素子９０の温度上昇に伴うプラズマ生成効率の低下が抑えられ、成膜時のプラズマ生成の際には、アンテナ素子９０に高周波電源１３に高周波電流（高周波信号）を印加する場合に支障がない。
また、アンテナ素子９０の酸化を抑制することができるため、アンテナ素子９０の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成装置の耐久性も高くすることができる。
【００８４】
上述のように本実施形態のＣＶＤ装置においては、基板表面にＳｉＯ２膜を成膜する装置を例に説明したが、本発明のプラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。本発明のプラズマ処理装置は、半導体素子、液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットディスプレイパネル、および太陽電池などにおける各種の膜の成膜に用いることができる。さらに、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置として用いることもでき、さらにまた、基板ステージのクリーニング処理に用いることもできる。
【００８５】
上述の第１の実施形態〜第４の実施形態のいずれの実施形態においても、第２原料ガス供給配管４０を設け、第１原料ガスと第２原料ガスとを反応容器１８内で混合する構成のＣＶＤ装置１０を例に説明したが、本発明は、上述の実施形態のＣＶＤ装置１０に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態のＣＶＤ装置１０において、第２原料ガス供給配管４０を設けない構成であってもよい。
この場合、例えば、ＣＶＤ装置において、ガス供給手段２６から、酸素ガス（第１原料ガス）およびＴＥＯＳガス（第２原料ガス）を混合した混合ガスを反応容器１８内に導入する構成とし、それ以外の構成は、図１に示すＣＶＤ装置１０と同様の構成とする。
このような構成のＣＶＤ装置であっても、プラズマ生成部の構成は、本実施形態のＣＶＤ装置１０と同じであるため、第１の実施形態〜第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
さらには、このような構成のＣＶＤ装置であっても、第１の実施形態〜第４の実施形態と同様に、基板３６に、均一な混合ガスを供給することができ、例えば、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を、膜厚均一性を高く形成することができる。
また、第１の実施形態〜第４の実施形態と同様に、アンテナ素子の酸化を抑制することができるため、アンテナ素子の耐久性を高くすること、ひいては、プラズマ生成装置の耐久性も高くすることもできる。
【００８６】
以上、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明のプラズマ生成装置を備えるプラズマ処理装置の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す模式的断面図である。
【図２】本実施形態のプラズマ処理装置およびプラズマ生成装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図４】本実施形態のプラズマ処理装置の第２原料ガス放出配管の一例を示す模式的平面である。
【図５】本実施形態のプラズマ処理装置の第２原料ガス放出配管の一例を示す模式的斜視図である。
【図６】本実施形態のプラズマ処理装置の第２原料ガス放出配管の一例を示す模式的平面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の変形例に係るプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態のプラズマ処理装置のプラズマ生成装置の要部を示す模式的断面図である。
【図１１】特許文献１に開示されたプラズマ反応装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  プラズマＣＶＤ装置（ＣＶＤ装置）
１２  制御部
１３  高周波電源
１４  分配器
１６  インピーダンス整合器
１８  反応容器
１９  ガス供給部
２２  導入口
２３  第１原料ガス供給管
２４  排気口
２６  ガス供給手段
２７  真空排気部
２８  ガス放射板
３０  アンテナアレイ
３２、９０  アンテナ素子
３４  基板ステージ
３５  ヒータ
３６  基板
３７、８０  管部材
３８  第１原料ガス分散室
３９  反応室
４０、４２  第２原料ガス供給配管
５０  第２原料ガス放出管
５２  第２原料ガス放出口（ガス放出口）
７０  ガス循環供給部
７２  供給管
７４  排気管
８２、８４、８６  シール部
８８  被覆層
９２  円筒部材
９４  内部
９４ａ  供給室
９４ｂ  排気室
９６  仕切部材
１００  プラズマ反応装置
１１０  チャンバ
１２０  高周波コイル
１３０  ガス導入部
１４０  拡散部
１５０  ノズル
１６０  反応チャンバ
１８０  基板
【図１】
2007273752.tif 000003
【図２】
2007273752.tif 000004
【図３】
2007273752.tif 000005
【図４】
2007273752.tif 000006
【図５】
2007273752.tif 000007
【図６】
2007273752.tif 000008
【図７】
2007273752.tif 000009
【図８】
2007273752.tif 000010
【図９】
2007273752.tif 000011
【図１０】
2007273752.tif 000012
【図１１】
2007273752.tif 000013