(57)【要約】【課題】処理中にシャワープレート裏面側へのプラズマの回り込みを確実に防止することが可能な低ランニングコストのプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置Ｍ１は、処理室１０と、処理室内にガスを導入するガス導入手段３と、処理室内に導入されるガスを励起して処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備え、ガス導入手段は、処理室内で基材Ｓ１の処理面に対向配置されるプレートユニット３０を備える。プレートユニットは、上下方向に１ｍｍ以下の等間隔で積層される少なくとも２枚のシャワープレート３３１，３３２，３３３で構成される。各シャワープレートに複数個の噴出口Ｈが開設され、上側に位置するシャワープレートの各噴出口が、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口のない部分に対向させて形成され、各シャワープレートの電位を一致させる導通手段４を更に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材に対して所定処理を施す処理室と、処理室内にガスを導入するガス導入手段と、処理室内に導入されるガスを励起して処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置において、
ガス導入手段は、処理室内で基材の処理面に対向配置されるプレートユニットを備え、基材からプレートユニットに向かう方向を上、プレートユニットから基材に向かう方向を下とし、プレートユニットは、上下方向に等間隔で積層される少なくとも２枚のシャワープレートで構成され、各シャワープレートに、前記ガスの噴出を可能とする複数個の噴出口が開設されると共に、上側に位置するシャワープレートの各噴出口が、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口のない部分に対向させて形成され、各シャワープレートの電位を一致させる導通手段を更に備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
所定処理の圧力が１０〜２００Ｐａの範囲内である場合、シャワープレートの間隔が１ｍｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
導通手段は、シャワープレートの間に設けられる導電性のスペーサであることを特徴とする請求項１または２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、基材に対して所定処理を施す処理室と、処理室内にガスを導入するガス導入手段と、処理室内に導入されるガスを励起して処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備えるプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造工程では、真空雰囲気の形成が可能な処理室内で、半導体ウエハ、ガラス基板や樹脂フィルム等の基材に対してプラズマを用いて成膜処理したり、エッチング処理したりする場合があり、プラズマを用いた成膜処理としては、例えばプラズマＣＶＤ法が知られている。このプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ装置は、通常、基材の成膜面に成膜しようとする薄膜に応じて選択される各種のガスを導入するガス導入手段と、処理室内に導入されるガスを励起して処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備える。そして、このプラズマ中のイオンや活性種が基材表面に堆積することにより絶縁膜や半導体膜等が成膜される。
【０００３】
ところで、処理室内にガスが不均一に導入されると、基材表面に成膜される薄膜の膜厚や膜質が不均一となり、半導体デバイスの特性を低下させる等の問題が生じる。このため、従来のプラズマＣＶＤ装置では、通常、処理室内に基材の処理面に対向配置させて、同一の孔径を持つ複数個のガス噴出口が所定のパターンで開設された一枚のシャワープレート（ガス導入手段）を備えている（例えば、特許文献１参照。）。然し、上記従来例のものでは、成膜時に、処理室内の圧力等の成膜条件によっては、シャワープレートのいずれかの噴出口を介してシャワープレート裏面側（基材に対向する面と反対側）までプラズマが回り込む場合がある。
【０００４】
このようにシャワープレート裏面側までプラズマが回り込むと、その噴出口の内面にまで成膜されることになり、この噴出口の孔径は、成膜処理を行う前と比較して小さくなってしまう。結果として、各噴出口から噴射されるガスの流量が不均一になるという問題が生じ、これでは、良好な成膜が不可能となる。また、一旦、シャワープレートの噴出口の内面にまで成膜されると、処理室で一定の周期で行われる公知のドライクリーニングでは簡単に除去できず、シャワープレートを比較的短い周期で交換する必要が生じ、これでは、ランニングコストの増加を招来する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５２４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑み、処理中にシャワープレート裏面側へのプラズマの回り込みを確実に防止することが可能な低ランニングコストのプラズマ処理装置を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、基材に対して所定処理を施す処理室と、処理室内にガスを導入するガス導入手段と、処理室内に導入されるガスを励起して処理室内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とを備える本発明のプラズマ処理装置において、ガス導入手段は、処理室内で基材の処理面に対向配置されるプレートユニットを備え、基材からプレートユニットに向かう方向を上、プレートユニットから基材に向かう方向を下とし、プレートユニットは、上下方向に等間隔で積層される少なくとも２枚のシャワープレートで構成され、各シャワープレートに、前記ガスの噴出を可能とする複数個の噴出口が開設されると共に、上側に位置するシャワープレートの各噴出口が、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口のない部分に対向させて形成され、各シャワープレートの電位を一致させる導通手段を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、処理室内で基材の処理面に対向配置されるプレートユニットを、上下方向に等間隔で積層される少なくとも２枚のシャワープレートで構成した。そして、各シャワープレートに開設された複数の噴出口を通して処理室内にガスを導入し、この導入したガスを励起して処理室内にプラズマを発生させ、このプラズマ中のイオンや活性種により基材に成膜処理やエッチング処理が施される。
【０００９】
ここで、上側に位置するシャワープレートに形成された各噴出口を、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口のない部分に対向させると共に、各シャワープレートの電位を一致させる構成としたため、処理中に、シャワープレートのいずれかの噴出口を介してシャワープレート裏面側までプラズマが周り込むことを確実に防止できる。従って、本発明のプラズマ処理装置を用いてプラズマＣＶＤ法により基材に成膜処理を行えば、シャワープレートの噴出口の内面に成膜されることがなく、成膜処理を行う前と比較して噴出口の孔径が小さくならない。このため、一枚のシャワープレートを備える従来例と比較してシャワープレートの交換周期を長くできるので、ランニングコストを低減できる。
【００１０】
本発明において、所定処理の圧力が１０〜２００Ｐａの範囲内である場合、シャワープレートの間隔を１ｍｍ以下に設定すればよい。この場合、間隔を１ｍｍよりも大きく設定すると、シャワープレート裏面側までプラズマが回り込むおそれがある。
【００１１】
本発明において、導通手段は、シャワープレートの間に設けられる導電性のスペーサであることが好ましい。これによれば、スペーサを設けるという簡単な構成により各シャワープレートの電位を容易に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す図。
【図２】図２（ａ）は、図１に示したシャワープレートの要部を拡大して示す平面図。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂ線に沿った断面図。
【図３】本発明の第２実施形態のプラズマ処理装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態のプラズマ処理装置について、処理すべき基材をφ３００ｍｍのシリコン基板Ｓとし、このシリコン基板Ｓの表面にシリコン窒化膜を成膜する平行平板型のプラズマＣＶＤ装置Ｍ１を例に説明する。プラズマＣＶＤ装置Ｍ１は、処理室１０を画成する真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１は真空ポンプＰに接続される排気口１ａを有し、処理室１０を真空引きできるようになっている。真空ポンプＰとしては、ターボ分子ポンプやロータリーポンプ等を単体で又は組み合わせて用いることができる。
【００１４】
真空チャンバ１の底部には、電極を兼ねる円柱状のステージ２が絶縁体Ｉを介して設けられ、このステージ２の表面には図示省略の静電チャックが設けられている。これにより、シリコン基板Ｓの被成膜面を上側にして、図示省略の搬送手段（例えばアーム先端にハンドを有する公知の搬送ロボット）により搬送されたシリコン基板Ｓを位置決め保持できるようになっている。ステージ２は、図示省略のブロッキングコンデンサ及びマッチングボックスを介して高周波電源Ｅ１に接続され、処理中にシリコン基板Ｓに負あるいは交流のバイアス電位を印加できるようになっている。
【００１５】
真空チャンバ１の上部には、ガス導入手段３が設けられ、処理室１０内に成膜ガスを導入できるようになっている。ガス導入手段３は、処理室１０内でシリコン基板Ｓの処理面（成膜面）に対向配置されるプレートユニット３０を備えている。以下、シリコン基板Ｓからプレートユニット３０に向かう方向を「上」、プレートユニット３０からシリコン基板Ｓに向かう方向を「下」として説明する。
【００１６】
プレートユニット３０は、シリコン基板Ｓの径よりも大きい径を有する、電極を兼ねる円板状の基部３１と、この基部３１から下方のステージ２に向かって突出させた環状の突出部３２と、この突出部３２の先端近傍に装着される、上下方向に等間隔で積層された少なくとも２枚（本実施形態では３枚）の円板状のシャワープレート３３１，３３２，３３３とで構成される。シャワープレート３３の間隔ｄ１は、１ｍｍ以下に設定される。間隔ｄ１が１ｍｍよりも大きいと、処理圧力を１０〜２００Ｐａの範囲内で設定したときに、シャワープレート裏面側にプラズマが回り込む虞がある。
【００１７】
各シャワープレート３３１，３３２，３３３には、同一の孔径ｄ２を有する複数個の噴出口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が千鳥状に開設されている。各噴出口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の、孔径ｄ２は、供給する成膜ガスの流量を考慮して、例えば０．１〜２ｍｍの範囲内で適宜設定される。そして、上側に位置するシャワープレートの各噴出口Ｈが、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口Ｈがない部分に対向させて形成されている。図２（ａ）に示すように、最も上側に位置するシャワープレート３３３の各噴出口Ｈ３が、その直下に位置するシャワープレート３３２の各噴出口Ｈ２がない部分に対向させて形成されている。シャワープレート３３３の噴出口Ｈ３とシャワープレート３３２の噴出口Ｈ２との間の平面視での中心間距離をｄ３とすると、任意の噴出口Ｈ３とそれに隣接する４つの噴出口Ｈ２との間の中心間距離ｄ３が夫々等しくなる。このため、シャワープレート３３３の噴出口Ｈ３を通過したガスが、直下のシャワープレート３３２の噴出口Ｈ２に均等に流れ込む。シャワープレート３３１の各噴出口Ｈ１の開設位置をシャワープレート３３３の各噴出口Ｈ３の開設位置と同じにすれば、シャワープレート３３２の噴出口Ｈ２が、その直下に位置するシャワープレート３３１の各噴出口Ｈ１がない部分に対向させて形成されることとなり、しかも、シャワープレート３３２の噴出口Ｈ２とそれに隣接するシャワープレート３３１の４つの噴出口Ｈ１との間の平面視での中心間距離ｄ３が夫々等しくなる。このため、シャワープレート３３２の噴出口Ｈ２を通過したガスが、直下のシャワープレート３３１の噴出口Ｈ１に均等に流れ込む。このようにシャワープレート３３１，３３２，３３３の噴出口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３を開設することで、処理室１０内により均等にガスを導入することが可能となる。
【００１８】
最も上側に位置するシャワープレート３３３と基部３１と突出部３２とで区画された空間がガス拡散室３４としての役割を果たす。基部３１には、真空チャンバ１上壁を貫通するガス管３５が接続され、このガス管３５の他端は、図示省略のマスフローコントローラを介して成膜ガスのガス源に連通している。本実施形態では、成膜ガスとして、例えば、シランガス（ＳｉＨ４）とアンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスを用いることができる。
【００１９】
上記シャワープレート３３１，３３２，３３３の間には導電性（例えば、金属製）のスペーサ４が設けられ、各シャワープレート３３１，３３２，３３３の電位を一致させることができる。また、上記基部３１には、高周波電源Ｅ２が接続されており、この高周波電源Ｅ２から高周波電力を投入することで、処理室１０内に導入された成膜ガスを励起してプラズマを発生できるようになっている。高周波電源Ｅ２は、請求項記載のプラズマ発生手段を構成する。以下、上記プラズマＣＶＤ装置Ｍ１を用いた成膜方法について、シリコン基板Ｓ表面にシリコン窒化膜を成膜する場合を例に説明する。尚、シリコン窒化膜の成膜条件としては、公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２０】
先ず、図示省略の搬送手段によりシリコン基板Ｓを処理室１０内に搬送し、搬送したシリコン基板Ｓをステージ２上に位置決め保持する。そして、真空ポンプＰにより処理室１０内を所定圧力まで真空引きした後、ガス管３５から成膜ガスとしてシランガスとアンモニアガスと窒素ガスとの混合ガスをプレートユニット３０に供給する。この混合ガスは、ガス拡散室３４で拡散した後、シャワープレート３３３，３３２，３３１の夫々に開設された複数の噴出口Ｈを通って処理室１０内に導入される。これと同時に、高周波電源Ｅ２からプレートユニット３０の基部３１に高周波電力を投入することで、処理室１０内に導入された成膜ガスが励起されてプラズマが発生する。そして、高周波電源Ｅ１からステージ２に高周波電力を投入して、シリコン基板Ｓに負あるいは交流のバイアス電位が印加されると、プラズマ中のイオンや活性種（ラジカル）がシリコン基板Ｓ表面に堆積してシリコン窒化膜が成膜される。
【００２１】
ここで、処理室１０内でシリコン基板Ｓの処理面に対向配置されるプレートユニット３０を、上下方向に等間隔で積層したシャワープレート３３１，３３２，３３３で構成し、さらに、上側に位置するシャワープレートに形成された各噴出口を、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口のない部分に対向させると共に、各シャワープレート３３１，３３２，３３３の電位をスペーサ４により一致させる構成とした。このような構成を採用することにより、成膜処理中に、シャワープレート３３１，３３２，３３３のいずれかの噴出口Ｈを介してシャワープレート裏面側までプラズマが回り込むことを確実に防止できる。従って、シャワープレート３３１，３３２，３３３の噴出口Ｈの内面にはシリコン窒化膜が成膜されることがなく、成膜処理を行う前と比較して噴出口Ｈの孔径ｄ２が小さくならない。このため、一枚のシャワープレートを備える従来例と比較してシャワープレートの交換周期を長くできるので、ランニングコストを低減できる。
【００２２】
次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態のプラズマ処理装置について、処理すべき基材を長尺のシート状基材Ｓ１とし、このシート状基材Ｓ１にシリカ膜を成膜する巻取式のプラズマＣＶＤ装置Ｍ２を例に説明する。尚、シート状基材Ｓ１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ガラス等からなり、その厚さが１〜１０μｍであるものを用いることができる。また、上記第１実施形態と同一の部材または要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２３】
プラズマＣＶＤ装置Ｍ２は、真空チャンバ１を備える。真空チャンバ１の内部には仕切り板１１が設けられ、この仕切り板１１により処理室１０ａと準備室１０ｂとに仕切られている。仕切り板１１には、シート状基材Ｓ１を搬送するための開口１２が開設されている。また、真空チャンバ１には、真空ポンプＰに接続される排気口１ａが設けられ、処理室１０ａ及び準備室１０ｂを真空引きできるようになっている。
【００２４】
準備室１０ｂには、繰出ローラ４と、この繰出ローラ４と同一構造を有する巻取ローラ５と、これら繰出ローラ４と巻取ローラ５との間に配置され、後述する回転ドラムにシート状基材Ｓ１を案内する中間ローラ６とが収納されている。処理室１０ａには、アース接地された電極を兼ねる回転ドラム７が収容されている。そして、シート状基材Ｓ１を回転ドラム７の周面に所定の抱き角で巻回させた状態で、繰出ローラ４から巻取ローラ５に搬送するようにしている。尚、回転ドラム７は、その内部に流す冷却媒体により周面が冷却されるようになっている。
【００２５】
真空チャンバ１にはガス導入手段３ａが設けられ、処理室１０ａ内に成膜ガスを導入できるようになっている。ガス導入手段３ａは、回転ドラム７の周面に巻回されたシート状基材Ｓ１の処理面（成膜面）に対向配置されるプレートユニット３０ａを備えている。以下、回転ドラム７に巻回されたシート状基材Ｓ１からプレートユニット３０ａに向かう方向を「上」、プレートユニット３０ａからシート基材Ｓ１に向かう方向を「下」として説明する。
【００２６】
プレートユニット３０ａは、高周波電源Ｅ２に接続された電極を兼ねる板状の基部３１と、この基部３１から回転ドラム７に向かって突出させた環状の突出部３２と、この突出部３２の先端近傍に装着される、上下方向に等間隔で積層された少なくとも２枚（本実施形態では３枚）のシャワープレート３６１，３６２，３６３とで構成される。各シャワープレート３６１，３６２，３６３は、回転ドラム７の周面に対応して凹状に湾曲した形状を有しており、電極３１とシート状基板Ｓ１との間の距離が均等になるようにしている。成膜処理の圧力が１０〜２００Ｐａの範囲内である場合、シャワープレート３６の間隔は１ｍｍ以下に設定すればよい。
【００２７】
各シャワープレート３６１，３６２，３６３には、同一の孔径を有する複数個の噴出口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３が千鳥状に開設されており、各噴出口Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３の孔径は、供給する成膜ガスの流量を考慮して、例えば０．１〜２ｍｍの範囲内で適宜設定される。そして、上記第１実施形態と同様に、上側に位置するシャワープレート３６３の各噴出口Ｈ３が、その直下に位置するシャワープレート３６２の各噴出口Ｈ２がない部分に対向させて形成されている。同様に、シャワープレート３６２の各噴出口Ｈ２が、その直下に位置するシャワープレート３６１の各噴出口Ｈ１がない部分に対向させて形成されている。最も上側に位置するシャワープレート３６３と基部３１と突出部３２とで区画された空間がガス拡散室３４としての役割を果たす。基部３１には、真空チャンバ１の壁面を貫通するガス管３５が接続され、このガス管３５の他端は、図示省略のマスフローコントローラを介して成膜ガスのガス源に連通している。本実施形態では、成膜ガスとして、シランガス（ＳｉＨ４）とＮ２Ｏガスとアルゴンガスとの混合ガス等を用いることができる。
【００２８】
上記シャワープレート３６１，３６２，３６３の間にはスペーサ４が設けられ、各シャワープレート３６１，３６２，３６３の電位を一致させることができる。また、上記基部３１には高周波電源Ｅ２が接続されており、処理室１０ａ内に導入された成膜ガスを励起してプラズマを発生できるようになっている。以下、上記プラズマＣＶＤ装置Ｍ２を用いた成膜方法について、シート状基材Ｓ１表面にシリカ膜を成膜する場合を例に説明する。尚、シリカ膜の成膜条件としては、公知のものを利用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００２９】
繰出ローラ４から巻取ローラ５に回転ドラム７を介してシート状基材Ｓ１を搬送する。そして、真空ポンプＰにより処理室１０ａ内を所定圧力まで真空引きした後、ガス管３５から成膜ガスとしてシランガスとＮ２Ｏガスとアルゴンガスとの混合ガスをプレートユニット３０ａに供給する。供給されたシランガスは、ガス拡散室３４で拡散した後、シャワープレート３６３，３６２，３６１の夫々に開設された複数の噴出口Ｈ３，Ｈ２，Ｈ１を通って処理室１０ａ内に導入される。これと同時に、高周波電源Ｅ２からガス導入手段３０に高周波電力を投入することで、処理室１０ａ内に導入された混合ガスが励起されてプラズマが発生する。このときの処理室１０ａ内の圧力は１０〜２００Ｐａの範囲内に設定されることが好ましい。そして、回転ドラム７は接地されているため、プラズマ中のイオンや活性種（ラジカル）がシート状基材Ｓ１表面に堆積してシリカ膜が成膜される。
【００３０】
ここで、処理室１０ａ内でシート状基材Ｓ１の処理面に対向配置されるプレートユニット３０ａを、上下方向に１ｍｍ以下の等間隔で積層したシャワープレート３６１，３６２，３６３で構成し、さらに、上側に位置するシャワープレートに形成された各噴出口Ｈを、その直下に位置するシャワープレートの各噴出口Ｈのない部分に対向させると共に、各シャワープレート３６１，３６２，３６３の電位をスペーサ４により一致させる構成とした。このような構成を採用したことにより、成膜処理中に、シャワープレート３６１，３６２，３６３のいずれかの噴出口Ｈを介してシャワープレート裏面側までプラズマが回り込むことを確実に防止できる。従って、シャワープレート３６１，３６２，３６３の噴出口Ｈの内面にはシリカ膜が成膜されることがなく、成膜処理を行う前と比較して噴出口Ｈの孔径が小さくならない。このため、一枚のシャワープレートを備える従来例と比較してシャワープレートの交換周期を長くできるので、ランニングコストを低減できる。
【００３１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではプラズマＣＶＤ装置を例に説明したが、例えばエッチング装置の如くシャワープレートを備えるプラズマ処理装置に対して本発明を適用することができる。例えばエッチング装置に適用する場合、シャワープレート裏面側へのプラズマの回り込みを防止できるので、シャワープレートの噴出口がエッチングされることで孔径が変化することを防止でき、シャワープレートの交換周期を長くできる。
【００３２】
また、上記実施形態では、３枚のシャワープレートを積層する場合を例に説明したが、２枚あるいは４枚以上のシャワープレートを積層してもよい。４枚以上のシャワープレートを積層する場合には、上記実施形態の如く噴出口の開設位置が異なる２種のシャワープレート（３３１，３３２）を交互に積層すればよい。
【００３３】
また、上記実施形態では、真空チャンバ壁面をプレートユニットの基部と兼用することもできる。この場合、真空チャンバ壁面から突出させた突出部にシャワープレートを装着すればよく、部品点数を少なくできる。
【００３４】
また、プラズマを発生させる方法は任意であり、上記実施形態のような容量結合方式だけでなく、公知の誘導結合式やＩＣＰ方式等を用いることができる。
【符号の説明】
【００３５】
Ｅ２…高周波電源（プラズマ発生手段）、Ｍ１，Ｍ２…プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）、Ｈ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）…噴出口、Ｓ…シリコン基板（基材），Ｓ１…シート状基材、３…ガス導入手段、４…スペーサ（導通手段）、１０,１０ａ…処理室、３０…プレートユニット、３３１，３３２，３３３，３６１，３６２，３６３…シャワープレート。
【図１】
2013149513.tif 000003
【図２】
2013149513.tif 000004
【図３】
2013149513.tif 000005