JP2013018997A - プラズマｃｖｄ装置およびプラズマｃｖｄ装置を用いた成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成膜対象の被成膜面に施される薄膜の均一性を向上して成膜精度を向上する。
【解決手段】真空状態に減圧可能な成膜室１０にガス供給源から材料ガスが供給される真空チャンバ１と、高周波電源の給電側に接続可能な給電側電極棒および高周波電源の接地側に接続可能な接地側電極棒が対向配置されるとともに、両電極棒の基端が真空チャンバに固定され、両電極棒の先端が電気的に接続されてなり、高周波電源からの電力供給により成膜室内でプラズマを発生させるアレイアンテナユニット３０と、基板Ｗの被成膜面を両電極棒に対向させて保持可能な基板保持部材６３と、を備える。基板保持部材に保持された基板Ｗの被成膜面と電極棒との対向間隔は、両電極棒の先端よりも基端の方が大きくなる関係を維持している。
【選択図】図１３

Description

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて成膜対象の被成膜面に薄膜を生成するプラズマＣＶＤ装置、および、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法に関する。

従来、特許文献１〜３に示されるプラズマＣＶＤ装置が知られている。これらのプラズマＣＶＤ装置は、真空状態に減圧可能な成膜室を有する真空チャンバを備えており、この真空チャンバの天井部に、高周波電源に電気的に接続された複数のコネクタが配設されている。また、成膜室内には、複数本の電極棒を有するアレイアンテナユニットが設けられており、このアレイアンテナユニットの電極棒が、複数のコネクタそれぞれに接続されている。

そして、真空状態に減圧された成膜室内に、基板を保持する基板搬送用の台車を搬送するとともに、当該基板をアレイアンテナユニットに対向させた状態で、真空チャンバ内に材料ガスを供給しつつ、電極棒に高周波電力を供給する。これにより、真空雰囲気中にプラズマが発生するとともに、プラズマによって分解された材料ガスの成分が基板の表面に付着し、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が基板表面に生成されることとなる。

特開２００７−２６２５４１号公報 特開２００３−８６５８１号公報 特開２００３−１０９７９８号公報

しかしながら、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、成膜処理を行う環境によっては、電極棒の給電側のプラズマ密度が、電極棒の接地側のプラズマ密度に比べて高くなってしまう場合がある。特に、高周波電源の給電側に接続される電極棒のうち、もっとも給電側となる部位、すなわち、真空チャンバの天井部近傍は、他の部位に比べてプラズマ密度が極めて高くなるおそれがある。このように、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、電極棒の周囲でプラズマ密度が不均一となった結果、基板表面に生成される薄膜の厚さが不均一になってしまうことがあった。

本発明は、成膜対象の被成膜面に施される薄膜の均一性を向上して成膜精度を向上することができるプラズマＣＶＤ装置、および、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、真空状態に減圧可能な成膜室にガス供給源から材料ガスが供給される真空チャンバと、高周波電源の給電側に接続可能な給電側電極棒および高周波電源の接地側に接続可能な接地側電極棒が対向配置されるとともに、両電極棒の基端が真空チャンバに固定され、両電極棒の先端が電気的に接続されてなり、高周波電源からの電力供給により成膜室内でプラズマを発生させるアンテナ体と、成膜対象の被成膜面をアンテナ体に対向させて保持可能な成膜対象保持手段と、を備え、アンテナ体および成膜対象保持手段は、当該成膜対象保持手段に保持された成膜対象の被成膜面とアンテナ体との対向間隔が、給電側電極棒および接地側電極棒の先端側よりも基端側の方が大きくなる部分を有していることを特徴とする。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、成膜対象保持手段が、アンテナ体にして成膜対象を傾斜させて保持可能としてもよい。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置は、真空状態に減圧可能な成膜室にガス供給源から材料ガスが供給される真空チャンバと、高周波電源の給電側に接続可能な給電側電極棒および高周波電源の接地側に接続可能な接地側電極棒が対向配置されるとともに、両電極棒の基端が真空チャンバに固定され、両電極棒の先端が電気的に接続されてなり、高周波電源からの電力供給により成膜室内でプラズマを発生させるアンテナ体と、成膜対象の被成膜面をアンテナ体に対向させて保持可能な成膜対象保持手段と、を備え、アンテナ体は、給電側電極棒の外周を被覆する誘電体からなる被覆部材を有し、被覆部材は、給電側電極棒の先端側よりも基端側が肉厚となる部分を有していることを特徴とする。

また、本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法は、高周波電源の給電側に接続された給電側電極棒および高周波電源の接地側に接続された接地側電極棒が対向配置され、両電極棒の基端が真空チャンバに固定され、両電極棒の先端が電気的に接続されたアンテナ体に成膜対象を対向配置させ、電極棒に高周波電源から電力供給することによって、成膜対象の被成膜面に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法であって、成膜対象の被成膜面とアンテナ体との対向間隔が、給電側電極棒および接地側電極棒の先端側よりも基端側の方が大きくなるように成膜対象を成膜室内で保持する工程と、成膜室を真空状態に減圧する工程と、アンテナ体に高周波電源から電力供給する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、成膜対象の被成膜面に対する薄膜の均一性が向上し、成膜精度を向上することができる。

真空チャンバの正面側を示す斜視図である。 真空チャンバの背面側を示す斜視図である。 真空チャンバの正面側の断面を模式的に示す図である。 真空チャンバ１の右側面図である。 アレイアンテナユニットの斜視図である。 図５の部分拡大図である。 （ａ）は図６のＶＩＩ（ａ）−ＶＩＩ（ａ）線断面図、（ｂ）は図６のＶＩＩ（ｂ）−ＶＩＩ（ｂ）線断面図である。 （ａ）は図６の上面図、（ｂ）は第１アンテナ側コネクタの斜視図である。 アレイアンテナユニットが掛け止められた状態の真空チャンバの正面側断面図である。 アレイアンテナユニットが掛け止められた状態の真空チャンバの右側面図である。 基板搬送体の斜視図である。 基板搬送体の右側面図である。 基板搬送体が搬入された状態の真空チャンバの右側面図である。 基板とアレイアンテナユニットとの距離関係を説明する図である。 被成膜面に施される薄膜の厚さ分布を示す図である。 変形例のアレイアンテナユニットを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（真空チャンバの構成）
まず、図１〜図４を用いて、本実施形態のアレイアンテナ式（誘導結合型）プラズマＣＶＤ装置の真空チャンバの構造について説明する。図１は、真空チャンバの正面側を示す斜視図、図２は、真空チャンバの背面側を示す斜視図である。

図１および図２に示すように、真空チャンバ１は、筐体２を備えて構成されている。この筐体２は、図中ｙ方向に対面配置された天井部２ａおよび底面部２ｂと、図中ｘ方向に対面配置された右側面部２ｃおよび左側面部２ｄと、図中ｚ方向に対面配置された正面部２ｅおよび背面部２ｆと、を備えている。以下では、天井部２ａ側を真空チャンバ１の上方または上面とし、右側面部２ｃ側を真空チャンバ１の右方または右側面とし、左側面部２ｄ側を真空チャンバ１の左方または左側面として説明する。

正面部２ｅおよび背面部２ｆには、それぞれフロント開口部３およびリヤ開口部４が形成されており、これらフロント開口部３およびリヤ開口部４を開閉するフロント開閉扉５およびリヤ開閉扉６がそれぞれ設けられている。また、右側面部２ｃにも右開口部７が形成されており、この右開口部７を開閉する開閉扉８が設けられている。さらに、左側面部２ｄにも左開口部９が形成されているが、この左開口部９は、不図示の基板搬送チャンバに接続可能となっている。この左開口部９には、真空チャンバ１と基板搬送チャンバとを真空状態を維持したまま接続したり、あるいはその接続状態を遮断したりする不図示のゲートバルブが設けられている。そして、このゲートバルブを閉じるとともに、フロント開閉扉５、リヤ開閉扉６および開閉扉８を閉じることにより、筐体２の内部に、外部から完全に密閉された成膜室１０が形成されることとなる。

また、天井部２ａには、３列のコネクタ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃが設けられている。これらコネクタ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、複数のコネクタが図中ｘ方向に沿って直列配置されたものであり、図中ｚ方向に所定の間隔を維持している。

図３は、真空チャンバ１の正面側の断面を模式的に示す図である。この図に示すように、コネクタ群１１ａは、高周波電力（本実施形態では８５ＭＨｚの交流電力）を供給する高周波電源１２の供給側（非接地側）に電気的に接続された第１天井側コネクタ１３と、高周波電源１２の接地側に電気的に接続された第２天井側コネクタ１４と、が所定の間隔を維持して交互に設けられている。これら第１天井側コネクタ１３および第２天井側コネクタ１４は、その接続部が鉛直方向下方（底面部２ｂ）に向けられており、後述するアレイアンテナユニットの電極棒が、鉛直方向下方から上方に向かって接続可能なように配置されている。

また、詳しくは後述するが、第２天井側コネクタ１４にはガス供給源１５が接続されており、このガス供給源１５から供給される材料ガスが、第２天井側コネクタ１４に接続されたアレイアンテナユニットの電極棒から成膜室１０内に噴出可能となっている。なお、ここではコネクタ群１１ａについて説明したが、コネクタ群１１ｂ、１１ｃも上記と同様の構成となっている。さらに、筐体２の天井部２ａには真空ポンプ１６が接続されており、成膜室１０を密閉した状態で真空ポンプ１６を駆動することにより、成膜室１０内が真空状態に減圧可能となっている。

また、筐体２の底面部２ｂには、右側面部２ｃから左側面部２ｄまで図中ｘ方向に沿って延在するガイドレール１７が設けられている。図４は、真空チャンバ１の右側面図であるが、この図に示すように、ガイドレール１７は、正面部２ｅ近傍と背面部２ｆ近傍とにそれぞれ設けられており、したがって、図中ｚ方向に間隔を維持して一対配置されることとなる。これら一対のガイドレール１７は、後述する基板を成膜室１０内に搬入したり、あるいは成膜室１０内から搬出したりする際の案内として機能するものである。

（アレイアンテナユニットの構成）
次に、図５〜図８を用いてアレイアンテナユニットの構成について説明する。図５は、アレイアンテナユニット３０の斜視図であり、図６は、図５の部分拡大図である。これらの図に示すように、アレイアンテナユニット３０は、アンテナ支持部材３１を備えており、このアンテナ支持部材３１に複数本の誘導結合型電極５０が支持されている。

この誘導結合型電極５０（アンテナ体）は、第１電極棒５１（給電側電極棒）と第２電極棒５２（接地側電極棒）とが、接続金具５３によって電気的に接続されたアンテナ素子であり、アンテナ支持部材３１の長手方向に沿って複数本支持されている。具体的には、両電極棒５１、５２は、その長手方向に直交する方向に所定の間隔を維持して交互に直列配置された状態で、その上端部がアンテナ支持部材３１に支持されている。これにより、両電極棒５１、５２は、それらの長手方向を鉛直方向に沿わせた状態で、アンテナ支持部材３１に垂下支持されることとなる。

図７（ａ）は、図６のＶＩＩ（ａ）−ＶＩＩ（ａ）線断面図であり、図７（ｂ）は、図６のＶＩＩ（ｂ）−ＶＩＩ（ｂ）線断面図である。これらの図に示すように、アンテナ支持部材３１は、断面Ｕ字形の部材によって構成されており、その開口を鉛直方向下方に臨ませている。このアンテナ支持部材３１は、図７（ｂ）からも明らかなように、その幅方向中央にアンテナ支持孔３２が形成されている。このアンテナ支持孔３２は、図７（ａ）および図８（ａ）に示すとおり、アンテナ支持部材３１の長手方向に沿って形成される長孔形状をなしており、このアンテナ支持孔３２に、第１電極棒５１および第２電極棒５２が交互に垂下支持されている。

より詳細に説明すると、第１電極棒５１の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第１天井側コネクタ１３に接続可能な第１アンテナ側コネクタ５４が固定されている。また、第２電極棒５２の上端部には、真空チャンバ１の天井部２ａに設けられた第２天井側コネクタ１４に接続可能な第２アンテナ側コネクタ５５が固定されている。

図８（ａ）は、図６の上面図であり、図８（ｂ）は、第１アンテナ側コネクタ５４の斜視図である。ただし、図８（ａ）においては、後述するカバー部材３３を取り外した状態を示している。この図に示すとおり、第１アンテナ側コネクタ５４は、円筒状の本体５４ａを備えており、この本体５４ａの底面部５４ｂに、第１電極棒５１が貫通した状態で固定されている。また、本体５４ａの開口側には、当該本体５４ａよりも大径のフランジ部５４ｃが設けられている。このフランジ部５４ｃは、アンテナ支持部材３１に形成されたアンテナ支持孔３２の幅よりも大径となる寸法関係を維持している。また、本体５４ａには、円筒状の外周面の対向する一部を面取りした一対の平面部５４ｄ、５４ｄが形成されている。これら平面部５４ｄ、５４ｄは、その対向間隔がアンテナ支持孔３２の幅よりも僅かに小さくなる寸法関係を維持している。

したがって、アンテナ支持孔３２の上方から第１アンテナ側コネクタ５４を挿入すると、本体５４ａがアンテナ支持孔３２を挿通するとともに、フランジ部５４ｃがアンテナ支持部材３１の上面に接触して掛け止められ、これによって第１電極棒５１がアンテナ支持部材３１に垂下支持されることとなる。

また、このとき、平面部５４ｄ、５４ｄ間の幅は、アンテナ支持部材３１の幅方向に対する第１アンテナ側コネクタ５４の移動を、第１天井側コネクタ１３に接続可能な範囲内に制限する寸法関係を維持している。しかも、アンテナ支持部材３１に支持された第１アンテナ側コネクタ５４に回転応力が作用したとしても、平面部５４ｄ、５４ｄがアンテナ支持孔３２の内周縁に接触し、第１アンテナ側コネクタ５４の回転が制限される。このようにして、第１電極棒５１は、アンテナ支持部材３１の幅方向の位置決めがなされて直列配置されるとともに、全ての第１電極棒５１が同一方向を向いて垂下支持されることとなる。

なお、ここでは第１アンテナ側コネクタ５４について説明したが、第２アンテナ側コネクタ５５の構成も上記第１アンテナ側コネクタ５４と同様である。つまり、第２アンテナ側コネクタ５５は、本体５５ａと、底面部５５ｂと、フランジ部５５ｃと、一対の平面部５５ｄ、５５ｄと、を備えており、底面部５５ｂに第２電極棒５２が貫通した状態で固定されている。

そして、本体５５ａの開口側には、当該本体５５ａよりも大径のフランジ部５５ｃが設けられている。このように、この第２アンテナ側コネクタ５５も、上記第１アンテナ側コネクタ５４と同様に、回転およびアンテナ支持部材３１の幅方向に対する移動が制限され、第２電極棒５２も直列配置されるとともに、全ての第２電極棒５２が同一方向を向いて垂下支持されることとなる。

また、図７（ａ）に示すように、各第１電極棒５１は、その外周にセラミックスまたは樹脂などの誘電体からなる被覆部材５６を備えている。一方、各第２電極棒５２は円筒形状をなしており、その長手方向に延在するガス供給路５２ａが内部に形成されている。また、各第２電極棒５２は、ガス供給路５２ａに垂直に連通する噴出孔５２ｂを備えている。この第２電極棒５２は、上述したように、アレイアンテナユニット３０が成膜室１０内に掛け止められたときに、第２天井側コネクタ１４に接続されて、上記したガス供給源１５とガス供給路５２ａとが連通する関係をなしている。

したがって、アレイアンテナユニット３０が成膜室１０内に掛け止められた状態で、ガス供給源１５から材料ガスが供給されることにより、噴出孔５２ｂから成膜室１０に向けて材料ガスが噴出することとなる。

なお、図５〜図８に示すように、アンテナ支持部材３１には、両アンテナ側コネクタ５４、５５を被覆する断面Ｕ字形のカバー部材３３が固定されている。このカバー部材３３には、両アンテナ側コネクタ５４、５５の本体５４ａ、５５ａに一致する円形の貫通孔３３ａが複数設けられている。これにより、各アンテナ側コネクタ５４、５５の本体５４ａ、５５ａの開口、すなわち、両電極棒５１、５２の上端は、カバー部材３３の貫通孔３３ａを介して上方に臨むこととなる。

また、アンテナ支持部材３１の幅方向両側面には防着パネル３４が設けられており、また、アンテナ支持部材３１の上面には、上方に垂直に起立し、先端にテーパが形成された位置決めピン３５が設けられている。この位置決めピン３５は、複数本の第１電極棒５１および第２電極棒５２のうち、もっとも外側に位置する電極棒よりもさらにアンテナ支持部材３１の長手方向外方に設けられている。さらに、アンテナ支持部材３１の長手方向両端部近傍には、掛止孔３６が貫通形成されている。この掛止孔３６は、アレイアンテナユニット３０を成膜室１０に掛け止めるためのものである。

図９は、アレイアンテナユニット３０が掛け止められた状態の真空チャンバ１の正面側断面図である。この図に示すように、真空チャンバ１の天井部２ａには、右側面部２ｃおよび左側面部２ｄ近傍それぞれに、鉛直方向に貫通するとともに鉛直方向下方にテーパが形成された位置決め孔１８が設けられている。また、この位置決め孔１８よりも図中ｘ方向外方には、下方に垂下する掛止ピン１９が固定されている。上記の位置決め孔１８は、アレイアンテナユニットの位置決めピン３５に対応しており、上記の掛止ピン１９は、アレイアンテナユニット３０の掛止孔３６に対応している。

アレイアンテナユニット３０の取り付け方法の詳細については後述するが、アレイアンテナユニット３０を成膜室１０内に掛け止める際には、位置決め孔１８に位置決めピン３５を挿通させるように、アレイアンテナユニット３０を天井部２ａの下方から上方に持ち上げる。すると、掛止ピン１９にアレイアンテナユニット３０の掛止孔３６が挿通するとともに、このとき、天井部２ａに設けられた第１天井側コネクタ１３および第２天井側コネクタ１４のそれぞれが、アレイアンテナユニット３０の第１アンテナ側コネクタ５４および第２アンテナ側コネクタ５５のそれぞれに嵌合する。この状態で、掛止ピン１９の下方からボルト等の固定手段を固定することにより、図示のように、アレイアンテナユニット３０が真空チャンバ１の天井部２ａに掛け止められることとなる。

図１０は、アレイアンテナユニット３０が掛け止められた状態の真空チャンバ１の右側面図である。上記したとおり、天井部２ａには、コネクタ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃが３列設けられており、これらコネクタ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃに、アレイアンテナユニット３０が接続可能となっている。したがって、全てのコネクタ群１１ａ、１１ｂ、１１ｃにアレイアンテナユニット３０が接続されると、図示のように、３体のアレイアンテナユニット３０が、図中ｚ方向に所定の間隔を維持して位置することとなる。

そして、上記のようにアレイアンテナユニット３０が掛け止められた成膜室１０内には、基板を保持する基板搬送体が搬入される。この基板搬送体について、図１１〜図１４を用いて説明する。

（基板搬送体の構成）
図１１は基板搬送体６０の斜視図、図１２は基板搬送体６０の右側面図である。これらの図に示すように、基板搬送体６０は、基台６１を備えており、この基台６１の幅方向（図中ｚ方向）両端に車輪６２（本発明の移動案内部に相当する）が複数設けられている。この車輪６２は、基板搬送体６０が図中ｘ方向に一直線上に移動可能となるように設けられており、成膜室１０内において、上記したガイドレール１７上を転動することにより、基板搬送体６０の成膜室１０内での移動を可能としている。

また、基台６１には、当該基台６１から上方に起立する薄板状の基板保持部材６３（成膜対象保持手段）が設けられている。この基板保持部材６３は、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜を付着させる成膜対象となる基板Ｗを着脱自在に保持することが可能となっており、基板搬送体６０の搬送方向に直交する方向（図中ｚ方向）に所定の間隔を維持して６つ設けられている。

そして、基台６１の下面には、当該基台６１の幅方向中央位置に固定されたラック６４が設けられている。このラック６４は、基板搬送体６０の搬送方向に沿って設けられており、図２に示すように、成膜室１０の底部に設けられ、駆動モータ２０によって回転駆動する駆動ピニオン２１に噛み合うようになっている。また、こうした駆動モータ２０および駆動ピニオン２１は、真空チャンバ１に接続される基板搬送チャンバにも同様に設けられている。したがって、駆動モータ２０を駆動して駆動ピニオン２１を回転駆動すると、駆動ピニオン２１の回転動力がラック６４の直線運動に変換され、これによって基板搬送体６０が、基板搬送チャンバや成膜室１０内を移動することとなる。

図１３は、基板搬送体６０が搬入された状態の真空チャンバ１の右側面図である。この図に示すように、基板搬送体６０が成膜室１０内に搬入された状態では、１体のアレイアンテナユニット３０に対して、その幅方向（図中ｚ方向）両側に基板Ｗが所定の間隔を維持して対面する。

ここで、基板保持部材６３は、図１２および図１３からも明らかなように、鉛直方向（図中ｙ方向）下方から上方に向かって所定の角度で傾斜するように設けられている。この基板保持部材６３の構成について、図１４を用いてより詳細に説明する。

図１４は、基板Ｗとアレイアンテナユニット３０との距離関係を説明する図である。この図に示すように、基板保持部材６３は、基板Ｗの被成膜面とアレイアンテナユニット３０との対向間隔が、鉛直方向（図中ｙ方向）下方から上方に向かって徐々に大きくなるように、基板Ｗをアレイアンテナユニット３０（誘導結合型電極５０）に対して傾斜させて保持している。具体的に説明すると、誘導結合型電極５０と、この誘導結合型電極５０に対向する被成膜面のもっとも上部との対向間隔をＬ１とする。また、誘導結合型電極５０と、この誘導結合型電極５０に対向する被成膜面のもっとも下部との対向間隔をＬ２とする。このとき、Ｌ１＞Ｌ２となる関係を維持しており、例えば、対向間隔Ｌ１が対向間隔Ｌ２よりも３〜１０ｍｍ程度、大きくなるようにしている。このような関係を有する本実施形態においては、基板Ｗの被成膜面に薄膜を生成する成膜処理が、以下の手順で行われる。

（成膜処理）
まず、真空チャンバ１の成膜室１０を密閉するとともに、真空ポンプ１６を駆動して成膜室１０を真空状態に減圧する。この状態で、ゲートバルブを介して真空チャンバ１に接続され、内部が真空状態に維持された基板搬送チャンバから成膜室１０内に基板搬送体６０を搬入する。そして、ガス供給源１５から第２電極棒５２に材料ガスを供給して、噴出孔５２ｂから真空チャンバ１内に材料ガスを噴出させる。この状態で、高周波電源１２によって誘導結合型電極５０に高周波電力を供給すると、アレイアンテナユニット３０の周辺にプラズマが発生し、このプラズマによって分解された材料ガスの成分が基板Ｗの表面に付着する。このようにして、基板Ｗの表面に、非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの薄膜が成膜されることとなる。

そして、上記のようにして成膜処理が終了したら、真空チャンバ１から基板搬送チャンバに基板搬送体６０を搬出するとともに、新たな基板Ｗが保持された基板搬送体６０を真空チャンバ１内に搬入し、以後、上記の各工程が繰り返し行われることとなる。

図１５は、上記の成膜処理によって基板Ｗの被成膜面に施された薄膜の厚さ分布を示す図である。ここでは、図１５（ａ）に示す１〜１２の番号が付された基板Ｗの計測対象部位の膜厚を、図１５（ｂ）に示している。ただし、図中実線は、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜処理行った場合の膜厚分布を示しており、図中破線は、誘導結合型電極５０（アレイアンテナユニット３０）と基板Ｗの被成膜面とを平行に配置して成膜処理を行った場合の膜厚分布を示している。

ここでは、成膜処理中、１、４、７、１０の番号が付された計測対象部位が基板Ｗの上部に位置し、２、５、８、１１の番号が付された計測対象部位が基板Ｗの高さ方向中央に位置し、３、６、９、１２の番号が付された計測対象部位が基板Ｗの下部に位置している。この図からも明らかなように、誘導結合型電極５０に対して基板Ｗの被成膜面を平行に配置した場合には、被成膜面の全範囲にわたって、基板Ｗの上部ほど膜厚が大きくなり、基板Ｗの下部ほど膜厚が小さくなる傾向が見受けられる。

これに対して、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いた場合には、誘導結合型電極５０に対して基板Ｗの被成膜面を平行に配置した場合の膜厚分布特性、すなわち、基板Ｗの上部ほど膜厚が大きくなるといった特性がなくなり、被成膜面の全範囲にわたって膜厚の均一性が向上している。このように、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置によって、膜厚の均一性が向上するのは以下の理由からである。

すなわち、高周波電源１２からの電力供給により、誘導結合型電極５０の周囲にはプラズマが発生する。本実施形態のように、高周波電源１２の給電側に接続される第１電極棒５１と、高周波電源１２の接地側に接続される第２電極棒５２とが対向配置され、これら両電極棒５１、５２の基端が天井部２ａに固定され、先端が鉛直下方に垂下して接続される誘導結合型電極５０においては、両電極棒５１、５２の先端側から基端側に向かうにしたがって、両電極棒５１、５２の周囲に発生するプラズマの密度が高くなることが実験の結果判明している。このとき、高周波電源１２のもっとも給電側に位置する第１電極棒５１の周囲、すなわち、天井部２ａの近傍は、特段にプラズマ密度が高くなることが判明している。このように、プラズマ密度が高くなると、材料ガスの成分分解が促進されるため、アレイアンテナユニット３０の根元側は先端側に比べて、分解された成分が基板Ｗの被成膜面に付着しやすくなる。

そこで、本実施形態においては、プラズマ密度が高くなる部分は、プラズマ密度が低い部分よりも、アレイアンテナユニット３０と被成膜面との対向間隔を大きくすることで、被成膜面への成分付着を抑制するようにしている。これにより、基板Ｗの被成膜面に施される非結晶シリコン膜または微結晶シリコン膜などの膜厚の均一性が向上し、成膜精度を向上することが可能となる。

なお、上記実施形態においては、対向間隔Ｌ１＞対向間隔Ｌ２の関係を維持することにより、プラズマ密度の不均一さを吸収して、成膜精度を向上することとしたが、例えば、図１６に示す変形例のようにして、プラズマ密度の不均一さを吸収することも可能である。

図１６は、変形例のアレイアンテナユニットを説明する図である。この変形例は、上記実施形態のアレイアンテナユニット３０において、被覆部材５６の代わりに、後述する被覆部材５７を用いた点、および、基板Ｗをアレイアンテナユニットに対して平行に保持される点が異なり、その他の構成は上記実施形態と同じである。したがって、以下では、変形例の説明にあたり、上記実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１６に示すように、この変形例においては、第１電極棒５１の外周を被覆するセラミックスまたは樹脂などの誘電体からなる円筒状の被覆部材５７を備えている。この被覆部材５７は、図示のように、第１電極棒５１の先端（下端）から基端（上端）に向かうにつれて、外周長（直径）が多段階に長くなるように構成されている。被覆部材５７は、第１電極棒５１からのプラズマ放電を抑制する機能を有しており、その外周長、換言すれば、肉厚が増すにつれて、プラズマ放電の抑制力が高くなる。

したがって、図示のように、アレイアンテナユニット３０の先端側から基端側に向かって被覆部材５７の外周長を長く（肉厚を大きく）することにより、プラズマ密度が相対的に高くなり得る部位に向かうにつれて、プラズマ放電の抑制機能を強めることが可能となる。このように、第１電極棒５１の外周を被覆する被覆部材５７の外周長を、アレイアンテナユニット３０の基端側に近づくにつれて長くするようにしても、上記実施形態と同様に、プラズマ密度を均一化することが可能となる。

なお、この変形例のように、被覆部材５７の外周長（肉厚）を変化させつつ、成膜対象である基板Ｗと誘導結合型電極５０との対向間隔を適宜変化させれば、より膜厚を均一化することが可能である。

また、この変形例においては、被覆部材５７を円筒状に形成するとともに、その直径が、アレイアンテナユニットの基端側に近づくにつれて多段的に大きくなる構成としたが、被覆部材の形状はこれに限らない。例えば、被覆部材は、電極棒の給電側に近づくにつれて連続的に直径が大きくなるようにしてもよいし、また、必ずしも円筒状である必要もない。いずれにしても、被覆部材は、被成膜面に対向する一部または全部の範囲において、アレイアンテナユニットの先端側よりも基端側の肉厚が大きくなる構成であればよい。

なお、上記実施形態においては、基板Ｗが常に傾斜した状態で基板搬送体６０に保持されている。しかしながら、例えば、基板Ｗを成膜室１０に搬入または搬出する際には、基板Ｗが鉛直方向に沿って保持され、成膜処理を行う際には、誘導結合型電極５０に対して基板Ｗが傾斜するように、可動装置を設けるようにしてもよい。このようにすれば、基板Ｗを搬入または搬出する際に、第１電極棒５１と基板Ｗとが干渉するおそれがなくなり、第１電極棒５１や基板Ｗの損傷を防ぐことができる。

また、上記実施形態においては、両電極棒５１、５２を真空チャンバ１の天井部２ａから垂下させるとともに、成膜対象となる基板Ｗの被成膜面を、両電極棒５１、５２に対して水平方向に対向させている（アレイアンテナ式）が、両電極棒５１、５２と成膜対象との配置構造はこれに限らない。例えば、両電極棒５１、５２の基端を、真空チャンバ１のいずれかの側面に固定するとともに、これら両電極棒５１、５２を、それらの軸心が水平方向に沿うようにして成膜室１０内に支持する。そして、基板Ｗの被成膜面を鉛直方向上方に臨ませて、両電極棒５１、５２に対向配置するようにしても構わない。この場合に、基板Ｗの被成膜面と両電極棒５１、５２との対向間隔が、これら両電極棒５１、５２の先端側から基端側に近づくほど大きくなるように、基板Ｗを傾けて載置すれば、上記実施形態と同様の作用効果を実現することができる。また、これとは逆に、基板Ｗを水平方向に沿って載置するとともに、両電極棒５１、５２を成膜室１０内で傾けて支持するようにしても構わない。

また、上記実施形態においては、両電極棒電極棒５１、５２と、成膜対象である基板Ｗとの対向間隔の全範囲にわたって、当該対向間隔が両電極棒５１、５２の先端側から基端側に近づくにつれて徐々に大きくなるようにした。しかしながら、両電極棒５１、５２と成膜対象の被成膜面との対向間隔は、必ずしもその全範囲にわたって大きさが変わらなければならないわけではない。例えば、両電極棒５１、５２と被成膜面との対向間隔の一部の範囲においてのみ、これら両電極棒５１、５２の先端側よりも基端側の対向間隔が大きくなる関係を維持し、その他の範囲においては、両電極棒５１、５２と被成膜面との対向間隔が等しくなるようにしても構わない。いずれにしても、成膜対象の被成膜面と両電極棒５１、５２（アレイアンテナユニット３０）との対向間隔の一部または全部の範囲において、両電極棒５１、５２の先端側よりも基端側の対向間隔が大きくなる関係を維持していればよい。

また、上記実施形態においては、誘導結合型電極５０を複数備えたアレイアンテナユニット３０を用いた場合について説明したが、誘導結合型電極の数は特に限定されるものではない。いずれにしても、高周波電源からの電力供給によってプラズマを発生させるアンテナ体が少なくとも１つ設けられていればよい。

また、上記実施形態においては、薄板状の基板Ｗを成膜対象とし、この基板Ｗを、基板搬送体６０が成膜室１０内で保持することとした。しかしながら、成膜対象や、当該成膜対象を保持する構成はこれに限らない。例えば、ロール状に巻き取り可能なフィルムを誘導結合型電極に対向配置するとともに、当該フィルムに成膜処理を施しながら、徐々にフィルムを巻き取っていくようにしてもよい。このとき、両電極棒の先端側よりも基端側の対向間隔が大きくなるように、フィルムを誘導結合型電極に対して傾斜させて保持するようにすれば、上記実施形態と同様の作用効果を実現可能である。なお、この場合には、フィルムが成膜対象となり、このフィルムを巻き取り可能に保持する機構が成膜対象保持手段となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、真空チャンバ内でプラズマを発生させて成膜対象の被成膜面に薄膜を生成するプラズマＣＶＤ装置、および、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法に利用することができる。

１ 真空チャンバ
１０ 成膜室
１２ 高周波電源
１５ ガス供給源
３０ アレイアンテナユニット
５０ 誘導結合型電極
５１ 第１電極棒
５２ 第２電極棒
５６、５７ 被覆部材
６０ 基板搬送体
６３ 基板保持部材
Ｗ 基板

Claims (4)

1. 真空状態に減圧可能な成膜室にガス供給源から材料ガスが供給される真空チャンバと、
   高周波電源の給電側に接続可能な給電側電極棒および前記高周波電源の接地側に接続可能な接地側電極棒が対向配置されるとともに、前記両電極棒の基端が前記真空チャンバに固定され、前記両電極棒の先端が電気的に接続されてなり、前記高周波電源からの電力供給により前記成膜室内でプラズマを発生させるアンテナ体と、
   成膜対象の被成膜面を前記アンテナ体に対向させて保持可能な成膜対象保持手段と、を備え、
   前記アンテナ体および前記成膜対象保持手段は、
   当該成膜対象保持手段に保持された前記成膜対象の被成膜面と前記アンテナ体との対向間隔が、前記給電側電極棒および前記接地側電極棒の先端側よりも基端側の方が大きくなる部分を有していることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 前記成膜対象保持手段は、
   前記アンテナ体にして前記成膜対象を傾斜させて保持可能であることを特徴とする請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 真空状態に減圧可能な成膜室にガス供給源から材料ガスが供給される真空チャンバと、
   高周波電源の給電側に接続可能な給電側電極棒および前記高周波電源の接地側に接続可能な接地側電極棒が対向配置されるとともに、前記両電極棒の基端が前記真空チャンバに固定され、前記両電極棒の先端が電気的に接続されてなり、前記高周波電源からの電力供給により前記成膜室内でプラズマを発生させるアンテナ体と、
   成膜対象の被成膜面を前記アンテナ体に対向させて保持可能な成膜対象保持手段と、を備え、
   前記アンテナ体は、前記給電側電極棒の外周を被覆する誘電体からなる被覆部材を有し、
   前記被覆部材は、前記給電側電極棒の先端側よりも基端側が肉厚である部分を有していることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
4. 高周波電源の給電側に接続された給電側電極棒および前記高周波電源の接地側に接続された接地側電極棒が対向配置され、前記両電極棒の基端が前記真空チャンバに固定され、前記両電極棒の先端が電気的に接続されたアンテナ体に成膜対象を対向配置させ、前記電極棒に高周波電源から電力供給することによって、前記成膜対象の被成膜面に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法であって、
   前記成膜対象の被成膜面と前記アンテナ体との対向間隔が、前記給電側電極棒および前記接地側電極棒の先端側よりも基端側の方が大きくなる部分を有するように前記成膜対象を成膜室内で保持する工程と、
   前記成膜室を真空状態に減圧する工程と、
   前記アンテナ体に高周波電源から電力供給する工程と、
   を含むことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を用いた成膜方法。

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