(57)【要約】【課題】大面積基板にＣＶＤによりシラン等を用いてシリコン酸化膜等を成膜する場合、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。【解決手段】真空容器１２内でプラズマを生成してラジカルを発生させ、このラジカルとシラン等で基板に成膜処理を行うＣＶＤ装置である。真空容器内にその内部をプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６の二室に隔離する隔壁部１４が設けられる。隔壁部には複数の貫通孔２５と拡散孔２６が形成されている。内部空間２４にはシラン等が供給され、シラン等は拡散孔を通して成膜処理空間に導入される。プラズマ生成空間で生成されたラジカルは、貫通孔を通して成膜処理空間に導入される。貫通孔は、プラズマ生成空間例の孔径よりも小さな径となる部分を有する。【選択図】図１
2009091666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器の内部を二室に隔離する導電性隔壁部が真空容器内に設けられており、隔離された前記二室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として、他方の室の内部は基板を搭載する基板保持機構が配置された成膜処理空間としてそれぞれ形成されており、
前記導電性隔壁部は、前記プラズマ生成空間と前記成膜処理空間を通じさせる複数の貫通孔を有していると共に、前記プラズマ生成空間から隔離されかつ前記成膜処理空間と複数の拡散孔を介して通じている内部空間を有し、
前記導電性隔壁部の内部空間に外部から供給された材料ガスが前記複数の拡散孔を通して前記成膜処理空間に導入されると共に、
前記高周波電極に高周波電力を与えて前記プラズマ生成空間でプラズマ放電を発生させることにより前記プラズマ生成空間で生成された活性種が、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して前記成膜処理空間に導入されるＣＶＤ装置であり、
前記貫通孔は、プラズマ生成空間側の孔径よりも小さな径となる部分を有することを特徴とするＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記貫通孔の形状は、プラズマ生成空間側に開口する円筒状部分と該円筒状部分に連続し、プラズマ生成空間側から成膜処理空間側に向かって縮径する円錐状部分とを有する形状であることを特徴とする請求項１記載のＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＣＶＤ装置に関し、特に、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。
【背景技術】
【０００２】
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ＣＶＤが使用される。このプラズマ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シラン、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）などが使用される。
【０００４】
材料ガスとしてシラン等を使用しプラズマによるＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜する場合、従来のプラズマＣＶＤ装置によれば、基板の前面空間に材料ガスと酸素などを導入し、材料ガスと酸素の混合ガスでプラズマを生成し、当該プラズマに対して基板を晒すことにより、当該基板の表面上にシリコン酸化膜を形成するようにしていた。このように従来のプラズマＣＶＤ装置では、材料ガスは、プラズマＣＶＤ装置内に生成されたプラズマ中に直接的に供給するように構成されていた。このため、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成によれば、基板の前面空間に存在するプラズマから基板の成膜面に対して高エネルギのイオンが入射し、シリコン酸化膜にダメージを与え、膜特性が悪化するという問題が存在した。さらにプラズマ中に材料ガスが直接的に導入されるため、材料ガスとプラズマ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もあった。
【０００５】
そこで従来では、上記問題を解決するため、一例として、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、プラズマ装置内のプラズマ生成領域から離れた、寿命の短い荷電粒子が消滅し、比較的寿命の長いラジカルが卓越して存在する領域に基板を配置し、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は、基板が配置された領域の方向へ拡散し、基板の表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、材料ガスとプラズマ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、さらにイオンの基板への入射も制限されるという利点を有している。
【０００６】
また従来では、特開平６−２６０４３４号公報（特許第２６０１１２７号）によってプラズマＣＶＤ装置が提案されていた。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板電極構造を有し、高周波電極と基板ホルダ電極の間に中間電極を配置して高周波電極と基板ホルダ電極の間の空間を仕切りかつ高周波電極と中間電極の間のみに高周波電力を供給することによって高周波電極・中間電極間のみにプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電で発生した励起活性種とイオンを中間電極に形成された貫通孔を通して基板の前面空間に導入するように構成されている。高周波電極は従来のシャワーヘッド形式の電極であり、多数の孔を有する拡散板の各孔を通してプラズマ生成用ガスをプラズマ生成空間に導入している。また原料ガスは、ガス導入管、中間電極に形成されたガス導入空間およびガス噴出口を通して基板の前面空間に導入されている。このプラズマＣＶＤ装置では、高周波電極と基板ホルダ電極の間の空間が中間電極によって仕切られ、高周波電極と中間電極の間の空間のみがプラズマ生成空間として形成され、プラズマ生成領域が基板が置かれた場所から離された構成を有している。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板電極構造を有した遠隔プラズマ方式の装置の変形例ということができる。
【０００７】
また従来、特開平５−２１３９３号公報に開示されるプラズマＣＶＤ装置が存在する。このＣＶＤ装置では、平行平板型のＣＶＤ装置を形成する真空容器の内部にプラズマ発生室と基板処理室を作り、その境界部にメッシュプレートを配置した構成を示している。
【０００８】
さらに従来では、特開平８−１６７５９６号公報に開示されるプラズマ処理装置が存在する。このプラズマ処理装置では、金属製メッシュプレートとその支持部材によって、真空容器において、プラズマ生成室とプラズマ処理室とを空間的に分離して形成している。このプラズマ処理装置によれば、メッシュプレートに形成された複数の開口部の直径を、プラズマ生成室で生成したプラズマのデバイ長の２倍以下にすることにより、プラズマ中の荷電粒子を遮蔽し、被処理物に対して電気的に中性の励起原子種等を照射させるようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述の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てその拡散作用で基板の表面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ラジカルの分布が悪くなるという問題があった。特に、基板の表面近傍でのラジカルの分布が悪いため、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。
【００１０】
特開平６−２６０４３４号公報（特許第２６０１１２７号）に開示されたプラズマＣＶＤ装置によれば、高周波電極と中間電極の間のプラズマ生成空間に材料ガスが供給されないことから、高周波電極の周辺で化学反応が起こらず、高周波電極での膜の堆積がなく、さらにパーティクルの発生が生じないという利点が主張されている。しかしながら、厳密に検討すると、中間電極に形成された貫通孔のサイズに関して特別な考慮はなく、材料ガスがプラズマ生成空間へ逆拡散する可能性がある。従って、材料ガスが、中間電極の上側に入り込む可能性があり、高周波電極の周辺で化学反応が起こるおそれがある。
【００１１】
特開平５−２１３９３号公報に開示されるプラズマＣＶＤ装置による場合にも、メッシュプレートに形成された貫通孔のサイズは本発明の条件を満たさないように決められ、材料ガスがプラズマ生成空間へ逆拡散する可能性があり、前述と同様な問題が起きる。
【００１２】
特開平８−１６７５９６号公報に開示されるプラズマ処理装置の場合、プラズマ生成室からプラズマ処理室への荷電粒子の移動を妨げる構造を有している。しかしながら、プラズマに触れないようにプラズマ処理室へ導入された材料ガスが、メッシュプレートの複数の開口部を通してプラズマ生成室へ逆拡散することを防ぐ構造は開示されていない。従って、材料ガスがメッシュプレートを通してプラズマ生成室へ入り込む可能性があり、プラズマと材料ガスが反応するおそれがある。
【００１３】
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、プラズマを利用するＣＶＤに基づきシラン等の材料ガスを用いてシリコン酸化膜等を大面積基板に成膜する場合に、成膜を行う前の段階でのプラズマと材料ガスとの接触を装置構造の上で可能な限りなくし、パーティクルの発生を十分に抑制し、また基板表面へのイオン入射を防止し、さらに基板の成膜面近傍でのラジカルの分布を良好にし、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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。
【００１５】
このＣＶＤ装置は、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る。真空容器には、真空容器の内部を二室に隔離する導電性の隔壁部が設けられる。これらの２室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として形成され、他方の室の内部は基板を搭載する基板保持機構が配置された成膜処理空間として形成される。さらにこの隔壁部にはプラズマ生成空間と成膜処理空間を通じさせる複数の貫通孔が形成される。隔壁部は、さらに、プラズマ生成空間と隔離されかつ成膜処理空間と複数の拡散孔を介して通じている内部空間を有する。この内部空間には外部から材料ガスが供給され、内部空間に供給された材料ガスは複数の拡散孔を通して上記成膜処理空間に導入される。プラズマ生成空間で生成された活性種は、隔壁部に形成された複数の貫通孔を通して成膜処理空間に導入される。上記の貫通孔あるいは拡散孔の大きさ（長さおよび径等）は下記のごとく特定の条件を満たすように設計される。
【００１６】
上記ＣＶＤ装置において、隔壁部に形成された複数の貫通孔は、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（孔の両側の２種の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。また隔壁部の下壁に形成された複数の拡散孔についても上記と同じ条件を満たすように形成されることが好ましい。
【００１７】
隔壁部に形成された貫通孔等が満たす上記条件としては、これらの孔を通して、プラズマ生成空間の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。
【００１８】
上記のＣＶＤ装置において、好ましくは、隔壁部には、その内部空間に、材料ガスを均一に拡散する少なくとも二層の拡散構造が設けられる。
【００１９】
上記のＣＶＤ装置では、酸素ガスを利用してプラズマを生成しシラン等の材料ガスを用いて基板の表面に膜を堆積する構成において、処理室である真空容器の内部空間を、隔壁部で隔離することによって、プラズマを生成する空間と成膜処理空間とに分離し、成膜処理空間に配置された基板の処理表面がプラズマに晒されない構成が採用される。また隔壁部によって隔離されていることから、成膜処理空間に導入された材料ガスがプラズマ生成空間側に移動することが十分に制限される。実際、隔壁部には複数の貫通孔が形成されているので、隔壁部の両側のプラズマ生成空間と成膜処理空間は貫通孔を通してつながっているが、貫通孔の大きさは前述のごとき条件を満たすように形成されているので、成膜処理空間に導入された材料ガスがプラズマ生成空間側に逆拡散するのが防止される。
【００２０】
基板の成膜では、プラズマ生成空間で酸素ガスでプラズマを生成し、プラズマで発生したラジカル（酸素ガスの活性種）と、材料ガスであるシラン等を、基板が配置された成膜処理空間に導いて、ＣＶＤの作用によって基板の表面に膜をつける。膜の例としては、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は低温でゲート絶縁膜として作られるシリコン酸化膜である。複数の貫通孔と拡散孔を有する隔壁部を設けることによって、真空容器の内部空間はプラズマ生成空間と成膜処理空間に隔離され、隔壁部内に形成された内部空間と上記拡散孔を利用してシラン等を、プラズマが生成される領域を避けて、基板前面の成膜処理空間に直接に導入すると共に、プラズマ生成空間で生成されたラジカルを隔壁部に形成された上記貫通孔を通して成膜処理空間に導入するようにした。
【００２１】
さらに上記の貫通孔のサイズを上記の特定条件を満たすように設定することによって、シラン等の材料ガスがプラズマ生成空間側に拡散するのを可能な限り防止し、シラン等がプラズマに触れるのを防いでいる。これにより、シラン等とプラズマが直接的に混合されるのを防止でき、従来の不具合を解消する。
【００２２】
上記のＣＶＤ装置において、隔壁部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、隔壁部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。
【００２３】
上記のＣＶＤ装置において、高周波電極はプラズマ生成空間を形成する室のほぼ中央に配置され、高周波電極と真空容器上面部の間、および高周波電極と隔壁部の間で、プラズマが生成されるように構成されている。この構成によって、真空容器の一部と導電性の隔壁部を電極として利用することにより、隔壁部の貫通孔を除いて、生成されたプラズマを密閉することができるプラズマ生成室を作ることができる。
【００２４】
上記のＣＶＤ装置において、高周波電極をプラズマ生成空間の上側位置に設け、高周波電極と隔壁部との間でプラズマ放電を発生させるように構成することもできる。これは電極構造の変形例であり、隔壁部を利用して、隔壁部の貫通孔を除いて密閉されたプラズマ生成室を作ることができる。
【発明の効果】
【００２５】
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ＣＶＤによりシラン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、所定条件を満たす複数の貫通孔あるいは拡散孔が形成された隔壁部を設けることによっ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隔離し、プラズマ生成空間で生成された活性種は隔壁部の貫通孔を通して成膜処理空間に導入され、材料ガスは隔壁部の内部空間および拡散孔を通して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。
【００２６】
また材料ガスを均一に導入でき、かつ隔壁部に形成された複数の貫通孔によって酸素ガスの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ラジカルとシラン等の分布を良好にし、大面積基板への成膜を有効に行うことができる。
【００２７】
また隔壁部にクリーニング用電力導入棒を付設し、電力を供給してクリーニングを行えるようにしたため、真空容器内に隔壁部で隔離された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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
図１と図２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。
【００３０】
図１において、このＣＶＤ装置では、好ましくはシラン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１２ｂ−１に接続されている。
【００３１】
真空容器１２の内部には、水平な状態で導電性部材で作られた隔壁部１４が設けられており、平面形状が例えば円形の隔壁部１４は、その周縁部が環状の絶縁部材２２の下面に押さえ付けられて密閉状態を形成するように配置されている。
【００３２】
真空容器１２の内部は隔壁部１４によって上下の２つの室に隔離される。上側の室はプラズマ生成空間１５を形成し、下側の室は成膜処理空間１６を形成する。
【００３３】
隔壁部１４は、所望の特定の厚みを有し、かつ全体的に平板状の形態を有し、さらに真空容器１２の水平断面形状に類似した平面形状を有する。隔壁部１４には内部空間２４が形成されている。
【００３４】
上記ガラス基板１１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。ガラス基板１１は隔壁部１４に実質的に平行であって、その成膜面（上面）が隔壁部１４の下面に対向するように配置されている。基板保持機構１７の電位は真空容器１２と同じ電位である接地電位に保持される。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によってガラス基板１１の温度は所定の温度に保持される。
【００３５】
真空容器１２の構造を説明する。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１５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、両者の間の位置に隔壁部１４が設けられる。
【００３６】
隔離部１４は、その周縁部が、後述するごとく電極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２１，２２のうちの下側の絶縁部材２２に接触するようにして取り付けられる。これによって、隔壁部１４の上側と下側に、隔離されたプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６が形成される。隔壁部１４と上容器１２ａとによってプラズマ生成空間１５が形成される。プラズマ生成空間１５においてプラズマ１９が生成されている領域は、前述の隔壁部１４と上容器１２ａとほぼ中央位置に配置される板状の電極（高周波電極）２０とから形成されている。電極２０には複数の孔２０ａが形成されている。隔壁部１４と電極２０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２１，２２によって支持され、固定される。環状絶縁部材２１には、外側からプラズマ生成空間１５へ酸素ガスを導入する導入パイプ２３が設けられている。導入パイプ２３は流量制御を行うマスフローコントローラ（図示せず）を介して酸素ガス供給源（図示せず）に接続されている。
【００３７】
真空容器１２の内部は、隔壁部１４によってプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６に隔離されるが、隔壁部１４には所定条件を満たす複数の貫通孔２５が内部空間２４を貫通する状態で分散して形成されており、これらの貫通孔２５を介してのみプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６はつながっている。また隔壁部１４内に形成された内部空間２４は、材料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。さらに隔壁部１４の下壁には材料ガスを成膜処理空間１６に供給する複数の拡散孔２６が形成されている。上記の貫通孔２５または拡散孔２６はそれぞれ後述する所定の条件を満たすように作られている。また上記内部空間２４には、材料ガスを導入するための導入パイプ２８が接続されている。導入パイプ２８は側方から接続されるように配置されている。また内部空間２４の中には、材料ガスが拡散孔２６から均一に供給されるように、複数の孔２７ａを有するように穿孔された均一板２７がほぼ水平に設けられている。図２に示すごとく、均一板２７によって隔壁部１４の内部空間２４は上下の２つの空間部分２４ａ，２４ｂに分けられている。導入パイプ２８で内部空間２４に導入される材料ガスは、上側の空間２４ａに導入され、均一板２７の孔２７ａを通って下側の空間２４ｂに至り、さらに拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に拡散されることになる。以上の構造に基づいて、成膜処理空間１６の全体にわたって材料ガスを均一に供給することが可能となる。
【００３８】
図２では隔壁部１４の一部が拡大して示され、貫通孔２５と拡散孔２６と均一板２７の要部が拡大して示される。貫通孔２５は、一例として、プラズマ生成空間１５側が大きな径を有し、成膜処理空間１６の側が絞られ、小さい径で作られている。
【００３９】
上容器１２ａの天井部には、電極２０に接続された電力導入棒２９と、隔壁部１４に接続された電力導入棒３０とが設けられている。電力導入棒２９によって電極２０に放電用高周波電力が給電される。電極２０は高周波電極として機能する。電力導入棒３０の外端部は切替えスイッチ４１を介してクリーニング用高周波電源４２または接地端子４３に接続される。プラズマにより成膜を行うときには切替えスイッチ４１は接地端子４３に接続されて隔壁部１４は接地電位に保持される。また後述するごとく適時のタイミングで切替えスイッチ４１をクリーニング用高周波電源４２に接続し、隔壁部１４に対してクリーニング用高周波電力を給電し、クリーニングを行う。なお接地端子４３は真空容器１２の上容器１２ａにも接続され、上容器１２ａも接地電位に保持されている。電力導入棒２９，３０は、いずれも絶縁物３１，３２で被われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【００４０】
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１７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２３を通して酸素ガスが真空容器１２のプラズマ生成空間１５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で制御される。式（１），（２）を用いて、酸素ガスの流量（ＱO2）と圧力（ＰO2）、および温度（Ｔ）から酸素の流速（ｕ）が求められる。
【００４１】
【数１】
2009091666.tif 000003
【００４２】
一方、材料ガスである例えばシランが導入パイプ２８を通して隔壁部１４の内部空間２４に導入される。シランは、最初に内部空間２４の上側部分２４ａに導入され、均一板２７で均一化されて下側部分２４ｂに移動し、次に拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に直接に、すなわちプラズマに接触することなく導入される。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。
【００４３】
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、プラズマ生成空間１５内において電極２０の周囲に酸素プラズマ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ラジカル（励起活性種）が生成される。
【００４４】
基板１１の表面に成膜を行うとき、真空容器１２の内部空間は、導電材料で形成された隔壁部１４でプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６に隔離された構成において、プラズマ生成空間１５では酸素ガスを導入しかつ電極２０に高周波電力を供給して酸素プラズマ１９を生成し、他方、成膜処理空間１６では材料ガスであるシランが隔壁部１４の内部空間２４および拡散孔２６を通って直接に導入される。プラズマ生成空間１５で生成された酸素プラズマ１９のうち長寿命を持つ中性ラジカルが隔壁部１４の複数の貫通孔２５を通って成膜処理空間１６に導入されるが、荷電粒子の多くは死滅する。シランは隔壁部１４の内部空間２４および拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に直接に導入される。また成膜処理空間１６に直接に導入されたシランは、貫通孔２５の有する形態に基づきプラズマ生成空間の側に逆拡散することが抑制される。このように、材料ガスであるシランを成膜処理空間１６に導入するとき、シランが直接に酸素プラズマ１９に触れることはなく、シランと酸素プラズマとが激しく反応することが防止される。
【００４５】
かくして、成膜処理空間１６において、隔壁部１４の下面に対向して配置された基板１１の表面にシリコン酸化膜が成膜される。
【００４６】
上記の構造において、隔壁部１４の複数の貫通孔２５の大きさ等の形態は、プラズマ生成空間１５における酸素ガスを貫通孔中の物質移動流れとし、成膜処理空間１６におけるシランが、貫通孔２５を通って反対側の空間に拡散移動を行うことを想定するとき、その拡散による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、例えば、隔壁部１４の温度がＴであるときの貫通孔２５を流れる酸素ガスとシランに関してその相互ガス拡散係数をＤとし、かつ貫通孔２５の最小径部分の長さ（貫通孔の特徴的長さ）をＬとするとき、ガス流速（ガスの流速ｕとする）を用いて、ｕＬ／Ｄ＞１の関係が満たされるように決められる。以上の貫通孔の形態に関する条件は、好ましくは、隔壁部１４に形成された拡散孔２６に関しても同様に適用される。
【００４７】
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を移動する酸素とシランの関係に関しシランガス密度（ρSiH4）と拡散流速（ｕSiH4）と相互ガス拡散係数（ＤSiH4-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、シランの拡散流速（ｕSiH4）が−ＤSiH4-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、シランの拡散流速を−ＤSiH4-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／（−ＤSiH4-O2／Ｌ）｜＝ｕＬ／ＤSiH4-O2の値は酸素物質移動速度とシラン拡散速度の比であり、この比ｕＬ／ＤSiH4-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／ＤSiH4-O2の値を１以上にすることは、シランの拡散影響が少ないことを意味している。
【００４８】
ρSiH4ｕSiH4＝−ＤSiH4-O2ｇｒａｄρSiH4      （３）
ρSiH4ｕSiH4≒−ＤSiH4-O2ρSiH4／Ｌ          （４）
【００４９】
次に具体的な例を説明する。隔壁部１４の温度を３００℃、隔壁部１４に形成された貫通孔２５の直径を０．５ｍｍ、直径０．５ｍｍの部分の長さ（Ｌ）を３ｍｍ、貫通孔２５の総数を５００個、酸素ガスのガス流量を５００ｓｃｃｍ、成膜処理空間１６の圧力を１００Ｐａとすると、上記式の値は１１となる。このような場合には、シランガスの拡散に比較して流れの影響が十分に大きいため、プラズマ生成空間１５へのシランガスが拡散することは少なくなる。
【００５０】
上記のようにプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６は、上記特性を有する貫通孔２５と拡散孔２６が多数形成された隔壁部１４でそれぞれ閉じられた室となるように仕切られて隔離されているため、成膜処理空間１６に直接導入されたシランと酸素プラズマが接触することはほとんどない。従って、従来装置のごとく、シランと酸素プラズマが激しく反応することが防止される。
【００５１】
次に成膜処理空間１６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１６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１６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３０を隔壁部１４に電気的に接続し、切替えスイッチ４１をクリーニング用高周波電力源４２側に接続し、クリーニング用高周波電力源４２から高周波電力を供給することにより成膜処理空間１６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１６の内部をクリーニングする。またクリーニング速度を問題にしない場合は、成膜処理空間１６での放電を行わず、プラズマ生成空間１５にＮＦ3プラズマを生成し、隔壁部１４の貫通孔２５を通って成膜処理空間１６に拡散したフッ素ラジカルを利用してクリーニングを行うこともできる。その際、切替えスイッチ４１を接地端子４３に接続し、隔壁部１４を接地電位とする。かかる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。
【００５２】
次に図３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３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、上容器１２ａの天井部の内側に円板状絶縁部材３３を設け、かつその下側に電極２０を配置するようにした。電極２０には上記孔２０ａは形成されず、一枚状の板の形態を有する。電極２０と隔壁部１４によって平行平板型電極構造によるプラズマ生成空間１５を形成する。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。
【００５３】
前述の実施形態では、材料ガスとしてシランの例を説明したが、これに限定されず、ＴＥＯＳ等の他の材料ガスを用いることができるのは勿論である。またシリコン酸化膜のみならず、シリコン窒化膜等その他の成膜にも応用することができる。本発明の原理的考えは、材料ガスがプラズマに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。さらに前述の実施形態では、隔壁部は二重構造になっているが、必要に応じて多層構造にできるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す縦断面図である。
【図２】隔壁部に形成された各種の孔の拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態の構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  ガラス基板
１２  真空容器
１４  隔壁部
１５  プラズマ生成空間
１６  成膜処理空間
１７  基板保持機構
２０  電極
２４  内部空間
２５  貫通孔
２６  拡散孔
２７  均一板
【図１】
2009091666.tif 000004
【図２】
2009091666.tif 000005
【図３】
2009091666.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月16日(2009.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
このＣＶＤ装置は、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る。真空容器には、真空容器の内部を二室に隔離する導電性の隔壁部が設けられる。これらの２室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として形成され、他方の室の内部は基板を搭載する基板保持機構が配置された成膜処理空間として形成される。さらにこの隔壁部にはプラズマ生成空間と成膜処理空間を通じさせる複数の貫通孔が形成される。隔壁部は、さらに、プラズマ生成空間と隔離されかつ成膜処理空間と複数の拡散孔を介して通じている内部空間を有する。この内部空間には外部から材料ガスが供給され、内部空間に供給された材料ガスは複数の拡散孔を通して上記成膜処理空間に導入される。プラズマ生成空間で生成された活性種は、隔壁部に形成された複数の貫通孔を通して成膜処理空間に導入される。上記の貫通孔の大きさ（長さおよび径等）は特定の条件を満たすように設計される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記のＣＶＤ装置では、酸素ガスを利用してプラズマを生成しシラン等の材料ガスを用いて基板の表面に膜を堆積する構成において、処理室である真空容器の内部空間を、隔壁部で隔離することによって、プラズマを生成する空間と成膜処理空間とに分離し、成膜処理空間に配置された基板の処理表面がプラズマに晒されない構成が採用される。また隔壁部によって隔離されていることから、成膜処理空間に導入された材料ガスがプラズマ生成空間側に移動することが十分に制限される。実際、隔壁部には複数の貫通孔が形成されているので、隔壁部の両側のプラズマ生成空間と成膜処理空間は貫通孔を通してつながっているが、貫通孔の大きさは前述のごとく形成されているので、成膜処理空間に導入された材料ガスがプラズマ生成空間側に逆拡散するのが防止される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
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１７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２３を通して酸素ガスが真空容器１２のプラズマ生成空間１５に導入される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
次に具体的な例を説明する。隔壁部１４の温度を３００℃、隔壁部１４に形成された貫通孔２５の直径を０．５ｍｍ、直径０．５ｍｍの部分の長さ（Ｌ：貫通孔の最小径部分の長さ）を３ｍｍ、貫通孔２５の総数を５００個、酸素ガスのガス流量を５００ｓｃｃｍ、成膜処理空間１６の圧力を１００Ｐａとする。このような場合には、シランガスの拡散に比較して流れの影響が十分に大きいため、プラズマ生成空間１５へのシランガスが拡散することは少なくなる。