(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内でプラズマを生成して活性種を発生させ、この活性種と材料ガスで基板に成膜処理を行うＣＶＤ装置において、
複数の孔が形成された隔壁板を設けて前記真空容器の内部をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分け、
前記真空容器に供給された前記材料ガスは、前記プラズマ生成空間と前記隔壁板を貫通しかつ分散して設けられた複数の導電性の通路を通して前記成膜処理空間に直接に導入され、
前記プラズマ生成空間で生成された前記活性種は、前記隔壁板に形成された前記複数の孔を通して前記成膜処理空間に導入されることを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記隔壁板に形成された前記複数の孔の各々は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たす状態で、前記活性種を前記成膜処理空間に導入することを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記隔壁板に接続された電力導入棒はクリーニング用高周波電力を供給する高周波給電部に接続され、前記隔壁板に適時に高周波電力を供給して前記成膜処理空間でクリーニング用プラズマを生成することを特徴とする請求項１または２記載のＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成空間の中間位置に放電用電極を設け、この電極と前記プラズマ生成空間を形成する前記隔壁板および上壁板との間でプラズマを生成することを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記プラズマ生成空間の上側位置に放電用電極を設け、この電極と前記隔壁板の間でプラズマを生成することを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記真空容器は上容器と下容器とから構成され、前記上壁板と前記上容器との間には、均一板を備えてなるガスリザーバが設けられることを特徴とする請求項４記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＶＤ装置に関し、特に、プラズマを利用するＣＶＤであり、大型のフラットパネル基板への成膜に適したＣＶＤ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大型の液晶ディスプレイの作製方法として、従来、高温ポリシリコン型ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を利用するものと、低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用するものとが知られている。高温ポリシリコン型ＴＦＴを利用する作製方法では、高品質な酸化膜およびポリシリコン（poly Si ）と酸化膜界面を得るために、１０００℃以上の高温に耐える石英基板が使用されていた。これに対して低温ポリシリコン型ＴＦＴの作製においては、通常のＴＦＴ用ガラス基板を使用するため、低温環境（例えば４００℃）で成膜を行う必要がある。低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用して液晶ディスプレイを製作する方法は、特別な基板を使用する必要がなく、成膜条件の設定が簡単であるという利点を有し、近年実用化され、その生産量は拡大しつつある。
【０００３】
低温ポリシリコン型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場合、プラズマを利用したＣＶＤが使用される。このプラズマを利用したＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜する際、代表的な材料ガスとしてはテトラエトキシシラン（以下ＴＥＯＳ）やシランなどが使用される。
【０００４】
ＴＥＯＳ等の材料ガスを使用してプラズマを利用したＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜する場合、従来のプラズマ処理装置によれば、材料ガスをプラズマ処理装置内に生成されたプラズマの中に直接に供給するようにしていた。このため、材料ガスと酸素が激しく反応してパーティクルが発生し、これによって歩留まりが低下するという問題があった。さらにプラズマが基板に接して存在するため、高エネルギのイオンが入射し、このイオンがシリコン酸化膜に入射することにより膜特性が悪化するという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで従来では、上記問題を解決するため、遠隔プラズマ方式を利用したプラズマ処理装置が提案されていた。遠隔プラズマ方式では、プラズマ処理装置内においてプラズマを生成しラジカル等の活性種が生成される領域を基板から離し、かつ材料ガスが基板の配置領域の近くに供給されるように構成している。プラズマ領域で生成されたラジカル等は、基板が配置された領域の方向へ拡散し、基板処理面の前面空間に供給される。かかる遠隔プラズマ方式のプラズマ処理装置によれば、プラズマと材料ガスの激しい反応が抑制され、パーティクルの発生量が低減され、かつイオンの基板への入射も制限するという利点を有している。
【０００６】
しかしながら、上記遠隔プラズマ方式のプラズマ処理装置の場合には、プラズマ生成領域と基板配置領域が接続空間を介し離れて形成され、基板から離れた所で生成されたラジカルを接続空間を通し拡散作用で基板へ供給するようにしたため、成膜速度が低くなり、基板の表面近傍での分布が悪いという問題があった。特に、基板の表面近傍での分布が悪いため、大型液晶ディスプレイに用いられる大面積の基板に対応することができないという問題が提起された。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題を解決することにあり、低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用した大型液晶ディスプレイの作製等で、大面積基板にプラズマを利用したＣＶＤによりＴＥＯＳ等の材料ガスを用いてシリコン酸化膜を成膜する場合に、パーティクルの発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止し、基板近傍でのプラズマ分布を良好にし、大面積基板への成膜に有効に利用できるＣＶＤ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明に係るＣＶＤ装置は上記目的を達成するため次のように構成される。
【０００９】
第１のＣＶＤ装置（請求項１に対応）は、真空容器内でプラズマを生成して活性種（ラジカル）を発生させ、この活性種と材料ガスで基板に成膜処理を行う装置であり、複数の孔が形成された隔壁板を設けて真空容器の内部をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分け、真空容器に供給された材料ガスは、プラズマ生成空間と隔壁板を貫通しかつ分散して設けられた複数の導電性の通路を通して成膜処理空間に直接に導入され、プラズマ生成空間で生成された活性種は、隔壁板に形成された複数の孔を通して成膜処理空間に導入されるように構成される。
上記のＣＶＤ装置では、プラズマを利用したＣＶＤで基板に成膜を行うとき、所定条件を満たす多数の孔を有した隔壁板でプラズマ生成空間と成膜処理空間を区画し、材料ガスを、プラズマが生成される領域を避け、基板前面の成膜処理空間に直接に導入するようにした。これにより材料ガスとプラズマの間で激しい化学反応が起きることを防ぎ、パーティクルの発生を抑制する。また生成されたプラズマ中の活性種は隔壁板の孔を通して成膜処理空間に導入される。
第２のＣＶＤ装置（請求項２に対応）は、上記第１の構成において、隔壁板に形成された複数の孔の各々は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数（すなわち酸素ガスと材料ガスの相互ガス拡散係数）をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たす状態で、活性種を成膜処理空間に導入することを特徴とする。隔壁板の孔が満たす条件としては、孔を通して、酸素ガスが物質移動流れとして、材料ガスが拡散によりそれぞれ反対側に移動することを想定するとき、拡散による移動量が制限されるように設定される
第３のＣＶＤ装置（請求項３に対応）は、上記の各構成において、隔壁板に接続された電力導入棒はクリーニング用高周波電力を供給する高周波給電部に接続され、隔壁板に適時に高周波電力を供給して成膜処理空間でクリーニング用プラズマを生成することを特徴とする。
第４のＣＶＤ装置（請求項４に対応）は、上記第１の構成において、プラズマ生成空間の中間位置に放電用電極を設け、この電極とプラズマ生成空間を形成する隔壁板および上壁板との間でプラズマを生成することを特徴とする。
第５のＣＶＤ装置（請求項５に対応）は、上記第１の構成において、プラズマ生成空間の上側位置に放電用電極を設け、この電極と隔壁板との間でプラズマを生成することを特徴とする。
第６のＣＶＤ装置（請求項６に対応）は、上記第４の構成において、真空容器は上容器と下容器とから構成され、上壁板と上容器との間には、均一板を備えてなるガスリザーバが設けられることを特徴とする。
【００１０】
また上記ＣＶＤ装置で実行される成膜方法は、プラズマにより生成した活性種と材料ガスで基板に成膜処理を行う方法であり、複数の孔が形成された隔壁板で真空容器内をプラズマ生成空間と成膜処理空間に分け、真空容器に供給される材料ガスを成膜処理空間に直接に導入し、プラズマ生成空間で生成された活性種を、隔壁板に形成された複数の孔を通して成膜処理空間に導入する方法である。
上記のプラズマを利用したＣＶＤによる成膜方法は、上記第１の方法において、隔壁板に形成された複数の孔の各々は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たす状態で活性種を成膜処理空間に導入することを特徴とする。
上記のプラズマを利用したＣＶＤによる成膜方法は、上記の各方法において、好ましくは隔壁板に高周波電力を供給して成膜処理空間にプラズマを生成し、成膜処理空間を適時にクリーニングすることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１〜図３を参照して本発明に係るＣＶＤ装置の第１の実施形態を説明する。図１において、このＣＶＤ装置では、例えばＴＥＯＳを材料ガスとして使用し、通常のＴＦＴ用ガラス基板１１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。ＣＶＤ装置の容器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は真空容器１２に形成された排気ポート１４に接続されている。真空容器１２の内部空間は、導電性部材で作られた隔壁板１５によって、上側のプラズマ生成空間１６と下側の成膜処理空間１７に分けられている。上記ガラス基板１１は、成膜処理空間１７に設けられた基板保持機構１８の上に配置されている。ガラス基板１１は隔壁板１５に実質的に平行であって、その成膜面が隔壁板１５の下面に対向するように配置されている。基板保持機構１８は真空容器１２の下容器１２ｂの底壁に固定され、真空容器１２と同じ電位であり、接地電位に保持されている。さらに基板保持機構１８の内部にはヒータ２０が設けられている。このヒータ２０によってガラス基板１１の温度は所定の温度に保持される。
【００１３】
図示されるごとく、真空容器１２の内部は、上記隔壁板１５によって領域的にプラズマ生成空間１６と成膜処理空間１７に分けられる。しかしながら、隔壁板１５には所定条件を満たす複数の孔２２が貫通状態で分散して形成されており、これらの複数の孔２２を介してプラズマ生成空間１６と成膜処理空間１７はつながっている。孔２２の断面状態の一例を拡大して図２に示す。孔２２が満たす条件については後述される。
【００１４】
真空容器１２の構造を詳しく述べる。真空容器１２は、その組立て性を良好にする観点から、プラズマ生成空間１６を形成する上容器１２ａと、成膜処理空間１６を形成する下容器１２ｂとから構成される。上容器１２ａと下容器１２ｂを組み合わせて真空容器１２を作るとき、両者の間に、隔壁板１５およびこれに関連する部分を挟み込む。これによって、プラズマ生成空間１６と成膜処理空間１７が形成される。他方、隔壁板１５およびこれに関連する部分と、上記上容器１２ａとによってプラズマ生成空間１６が形成されるが、図示されるごとくプラズマ２３を生成している領域は、前述の隔壁板１５と、導電性部材で作られた上壁板２４と、これらをつなぐ複数のパイプ部材２５と、中央位置に配置される電極２６とから形成されている。隔壁板１５と上壁板２４は、平行な位置にあり、複数のパイプ部材２５で結合され、一体化されている。隔壁板１５と上壁板２４をつなぐ複数のパイプ部材２５は、材料ガスを通す通路として機能し、上壁板２４の上側空間と隔壁板１５の下側空間すなわち成膜処理空間１７とを連通させている。パイプ部材２５は導電性部材で形成され、その外面はセラミックスカバー２７で被われている。隔壁板１５と電極２６と上壁板２４は、上容器１２ａの側部内面に沿って設けられた２つの環状絶縁部材２８，２９によって支持され、固定される。環状絶縁部材２８には、外側からプラズマ生成空間１７へ酸素ガスを導入する導入パイプ３０が設けられている。導入パイプ３０は、流量制御を行うマスフローコントローラ３１を介して酸素ガス供給源３２に接続されている。
【００１５】
図３に電極部分の要部平面図を示す。電極２６には多数の孔２６ａが形成され、これらの孔２６ａを利用して上記パイプ部材２５が配置されている。
【００１６】
上壁板２４と上容器１２ａの天井部との間には、均一板３３を備えてなるガスリザーバが設けられている。均一板３３は、複数の孔が均一に形成された板材である。上容器１２ａの天井部には、材料ガスが導入される導入パイプ３４が設けられている。導入パイプ３４によって真空容器１２のガスリザーバに材料ガスが導入される。さらに上容器１２ａの天井部には、電極２６に接続された電力導入棒３５と、隔壁板１５に接続された電力導入棒３６とが設けられている。電力導入棒３５によって電極２６に放電用高周波電力が給電される。電力導入棒３６によって隔壁板１５にクリーニング用高周波電力が給電される。電力導入棒３５，３６はいずれも絶縁物３７，３８で被われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【００１７】
上記のように構成されたＣＶＤ装置による成膜方法を説明する。図示しない搬送ロボットによってガラス基板１１が真空容器１２の内部に搬入され、基板保持機構１８の上に配置される。真空容器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。次に、導入パイプ３０を通して酸素ガスが真空容器１２のプラズマ生成空間１６に導入される。このとき酸素ガスの流量は外部のマスフローコントローラ３１で制御される。式（１），（２）を用いて、酸素ガスの流量（ＱO2）と成膜処理空間側の圧力（ＰO2）、および隔壁の温度（Ｔ）から酸素の流速（ｕ）が求められる。
【００１８】
【数１】
0004151862.tif 000002
【００１９】
一方、材料ガスであるＴＥＯＳが導入パイプ３４を通して真空容器１２の内部に導入される。ＴＥＯＳは、最初にガスリザーバに導入され、均一板３３で均一化され、次に複数のパイプ部材２５を通って成膜処理空間１７に直接に導入される。成膜処理空間１７に設けられた基板保持機構１８は、ヒータ２０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。
【００２０】
上記の状態で、電極２６に対して電力導入棒３５を介して高周波電力が供給される。高周波電力によって放電が生じ、プラズマ生成空間１６内において電極２６の周囲に酸素プラズマ２３が生成される。酸素プラズマ２３を生成することで、中性の励起種であるラジカル（励起活性種）が生成される。上記ＴＥＯＳを真空容器１２の下容器１２ｂ内に導入するとき、ＴＥＯＳが直接に酸素プラズマ２３に触れることはなく、ＴＥＯＳと酸素プラズマとが激しく反応することはない。
【００２１】
以上のごとく本実施形態によれば、ＣＶＤ装置において、真空容器１２の内部空間を隔壁板１５でプラズマ生成空間１６と成膜処理空間１７に分け、プラズマ生成空間１６に酸素ガスを導入しかつ電極２６に高周波電力を供給して酸素プラズマ２３を生成し、他方、成膜処理空間１７に直接にＴＥＯＳを導入するようにした。また隔壁板１５に貫通状態で形成された複数の孔２２の形態は、プラズマ生成空間１６における酸素ガスと成膜処理空間１７におけるＴＥＯＳが、それぞれ孔２２を通って反対側の空間に物質移動流れを行うことおよび拡散移動を行うことを想定するとき、その移動量を所望範囲に制限するように決められている。すなわち、隔壁の温度がＴおよび成膜処理空間側の圧力がＰO2のときのガスの相互ガス拡散係数をＤとし、かつ図２に示すように孔２２の最小径部分の長さ（孔２２の特徴的長さ）をＬとするとき、前述の酸素ガスの流速を用いて、ｕＬ／Ｄ＞１の関係が満たされるように決められる。
【００２２】
上記ｕＬ／Ｄ＞１の関係は次のように導き出される。例えば貫通孔２５を移動する酸素とＴＥＯＳの関係に関しＴＥＯＳガス密度（ρTEOS）と拡散流速（ｕTEOS）と相互ガス拡散係数（ＤTEOS-O2 ）を用いて下記の式（３）が成立する。貫通孔の特徴的長さをＬとすると、式（３）が式（４）に近似できる。式（４）の両辺を比較した結果、ＴＥＯＳの拡散流速（ｕTEOS）が−ＤTEOS-O2 ／Ｌで表わされる。従って、上記の式（１）と（２）から得られる酸素流速をｕとし、ＴＥＯＳの拡散流速を−ＤTEOS-O2 ／Ｌとした場合に、これらの２つの流速の絶対値の比、すなわち｜−ｕ／（−ＤTEOS-O2 ／Ｌ）｜＝ｕＬ／ＤTEOS-O2 の値は酸素物質移動速度とＴＥＯＳ拡散速度の比であり、この比ｕＬ／ＤTEOS-O2 を１以上にすることは、拡散の流量に比較して対流による流量が大きいことを意味する。すなわち、ｕＬ／ＤTEOS-O2 の値を１以上にすることは、ＴＥＯＳの拡散影響が少ないことを意味している。
【００２３】
【数２】
ρTEOSｕTEOS＝−ＤTEOS-O2 ｇｒａｄρTEOS      （３）
ρTEOSｕTEOS≒−ＤTEOS-O2 ρTEOS／Ｌ          （４）
【００２４】
上記のように、プラズマ生成空間１６と成膜処理空間１７は上記特性を有する孔２２が多数形成された隔壁板１５で区画されているため、成膜処理空間１７に直接導入されたＴＥＯＳと酸素プラズマが接触することは少なく、従来装置のごとく両者が激しく反応することは防止される。
【００２５】
またプラズマ生成空間１６で生じたラジカルについては、ガラス基板１１のＣＶＤ成膜に必要な適量のラジカルが、隔壁板１５に形成された孔２２を通って成膜処理空間１７内へ拡散で移動する。これによりＴＥＯＳはラジカルで活性化され、ガラス基板１１の表面に酸化膜（ＳｉＯ2 ）の成膜が行われる。
【００２６】
次に具体的な例を説明する。隔壁板１５の温度を２００℃、隔壁板１５の孔２２の直径を０．５ｍｍ、孔２２の総数を１８００個、酸素ガスのガス流量を５００sccm、成膜処理空間１７での圧力１００Ｐａ、直径０．５ｍｍの部分の長さ（Ｌ）を３ｍｍとすると、上記式（４）の値は５．５となる。このような場合には、拡散に比較して流れの影響が十分に大きいため、酸素プラズマ２３が充満しているプラズマ生成空間１６へＴＥＯＳが拡散することは少なく、その結果パーティクルの発生は少なくなる。
【００２７】
次に成膜処理空間１７のクリーニングについて説明する。本実施形態のＣＶＤ装置によれば、成膜処理空間１７内にプラズマが十分に拡散してこないので、成膜処理空間１７に対してクリーニングを行うことが困難であるという問題を生じる。そこで、前述のごとく電力導入棒３６を隔壁板１５に電気的に接続し、高周波電力を供給することにより成膜処理空間１７内に例えばＮＦ3 プラズマを生成するようにした。生成されたプラズマで成膜処理空間１７の内部をクリーニングする。電力導入棒３６に高周波電力を供給してクリーニングを行うタイミングは、予め決められた所定時間ごと、あるいは所定の基板枚数ごと等の基準に基づいて適時に行われる。
【００２８】
次に図４を参照して本発明に係るＣＶＤ装置の第２の実施形態を説明する。図４において、図１で説明した要素と実質的に同一の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。本実施形態の特徴的構成は、前述の上壁板２４をなくし、上部に円板状絶縁部材４１を設け、かつその下側に電極２６を配置するようにした。電極２６と隔壁板１５によって平行平板タイプのプラズマ生成空間１６を形成する。また材料ガスを流す通路を形成する多数のパイプ部材２５は、絶縁部材４１と隔壁板１５の間に設けられる。その他の構成は第１実施形態の構成と実質的に同じである。さらに、第２実施形態によるＣＶＤ装置による作用、効果も前述の第１実施形態と同じである。
【００２９】
前述の実施形態では、材料ガスとしてＴＥＯＳの例を説明したが、これに限定されず、他の材料ガスを用いることができるのはもちろんである。本発明の原理的考えは、プラズマに材料ガスが接することによりパーティクルが発生すること、基板へイオンが入射することが問題となるすべての処理に応用でき、成膜、表面処理、等方エッチング等に応用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、大面積基板にプラズマを利用したＣＶＤによりＴＥＯＳ等の材料ガスを用いてシリコン酸化膜等を成膜する場合に、所定条件を満たす多数の貫通孔が形成された隔壁板でプラズマ生成空間と成膜処理空間を区画し、材料ガスはプラズマに触れることなく直接に成膜処理空間に導入するようにしたため、材料ガスとプラズマとの間の激しい化学反応を防止でき、その結果、パーティクルの発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止することができる。
【００３１】
成膜処理空間に材料ガスを直接に導入するための通路は複数設けられ、かつ当該通路の上流側には均一板を備えたガスリザーバを設けたため、成膜処理空間で材料ガスを均一に導入でき、かつ上記隔壁板に形成された多数の孔によってラジカルも成膜処理空間に均一に供給でき、これによって基板の表面近傍でのプラズマ分布を良好にし、大面積基板への成膜を有効に行うことができる。
【００３２】
また隔壁板にクリーニング用電力導入棒を付設し、適時なタイミングで電力を供給してクリーニングを行えるようにしたため、隔壁板で区画してプラズマ生成空間と成膜処理空間を形成したとしても、成膜処理空間の清浄度を適切に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す要部縦断面図である。
【図２】隔壁板に形成された孔の拡大断面図である。
【図３】図１において放電用電極を上側から見た一部断面状態の部分平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態の構成を示す要部縦断面図である。
【符号の説明】
１１                  ガラス基板
１２                  真空容器
１５                  隔壁板
１６                  プラズマ生成空間
１７                  成膜処理空間
２２                  孔
２３                  プラズマ
２５                  パイプ部材
２６                  電極
３３                  均一板
【図１】
0004151862.tif 000003
【図２】
0004151862.tif 000004
【図３】
0004151862.tif 000005
【図４】
0004151862.tif 000006