JP2015074792A

JP2015074792A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2015074792A
Application number: JP2013210047A
Authority: JP
Inventors: 典孝米山; Noritaka Yoneyama; 篤史大澤; Atsushi Osawa; 拓海坂本; Takumi Sakamoto; 直人中島; Naoto Nakajima
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-10-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2015-04-20
Also published as: TWI576946B; CN105018899A; TW201523778A; KR20150040757A

Abstract

【課題】誘導結合方式のプラズマＣＶＤ装置のスループットを向上させる。【解決手段】プラズマＣＶＤ装置は、チャンバーと、チャンバー内において、処理対象となる基板を保持し搬送経路に沿って相対的に搬送する保持搬送部と、搬送経路に対向してチャンバー内に設けられた、巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナと、少なくとも１つの誘導結合型アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給部と、チャンバー内に定められたガスを導入するガス導入部と、を備える。そして、プラズマＣＶＤ装置は、ガス導入部からチャンバー内に定められたガスが導入された状態で、少なくとも１つの誘導結合型アンテナに高周波電力供給部から高周波電力を供給してプラズマを発生させて、保持搬送部によって基板を搬送経路に沿って搬送する。【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって、膜付けの対象物に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置に関する。

このようなプラズマ処理装置として、特許文献１には、周回せず終端し、高周波の１/４波長の長さよりも短い線状又は板状の導体からなるアンテナに、高周波電力を供給して高周波電界を発生させ、その電界によりプラズマを発生して、基板面に薄膜形成等の表面処理を行う誘導結合方式の装置が開示されている。この装置は、平面形状が矩形の真空容器の４辺の各々に、複数本のアンテナを設け、４辺に設けられた複数本のアンテナに高周波電力を並列に供給することにより、大面積の基板に対する処理を行う。

特許第３７５１９０９号公報

しかしながら、特許文献１のプラズマ処理装置には、処理対象の基板を真空容器内に搬入する工程、と真空容器から処理された基板を搬出する工程とにおいて、基板が処理されないため、スループットが低下するといった問題がある。

本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、プラズマＣＶＤ装置のスループットを向上できる技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、第１の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、チャンバーと、前記チャンバー内において、処理対象となる基板を保持し搬送経路に沿って相対的に搬送する保持搬送部と、前記搬送経路に対向して前記チャンバー内に設けられた、巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナと、前記少なくとも１つの誘導結合型アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給部と、前記チャンバー内に定められたガスを導入するガス導入部と、を備え、前記ガス導入部から前記チャンバー内に前記定められたガスが導入されるとともに、前記少なくとも１つの誘導結合型アンテナに前記高周波電力供給部から高周波電力を供給してプラズマを発生させた状態で、前記保持搬送部によって前記基板を前記搬送経路に沿って搬送する。

第２の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第１の態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向に沿って前記チャンバー内に配設された巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナに対して搬送経路の上流側と下流側とに、前記チャンバー内の処理空間を前記搬送経路の上流側の空間と下流側の空間とに仕切る仕切部材をそれぞれ備える。

第３の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第１または第２の態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の複数の誘導結合型アンテナを備え、当該複数の誘導結合型アンテナの各々の両端部を結ぶ線分の中心点が前記仮想軸上に配置されることによって、当該複数の誘導結合型アンテナが前記仮想軸に沿って一列に配列されている。

第４の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第３の態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記仮想軸に沿って配設された複数の誘導結合型アンテナの各々の両端部が、前記仮想軸上に配置されている。

第５の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第１から第４の何れか１つの態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記チャンバー内の処理空間に磁場を発生させる少なくとも１つの磁場発生部をさらに備える。

第６の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第５の態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、前記チャンバー内の処理空間のうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、当該少なくとも一部の空間は、当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナの両端部のうち他の誘導結合型アンテナと隣り合わない一方の端部に対して他方の端部と反対側の空間を含む空間である。

第７の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第５または第６の態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記搬送経路に対向して前記チャンバー内に設けられた、巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、前記チャンバー内の処理空間のうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、当該少なくとも一部の空間は、当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナの両端部の間の空間を含む空間である。

第８の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第５から第７の何れか１つの態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の複数の誘導結合型アンテナを備えるとともに、前記チャンバー内の処理空間のうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、当該少なくも一部の空間は、当該複数の誘導結合型アンテナのうち隣り合う誘導結合型アンテナの間の空間を含む空間である。

第９の態様に係るプラズマＣＶＤ装置は、第５から第８の何れか１つの態様に係るプラズマＣＶＤ装置であって、前記少なくとも１つの磁場発生部は電磁石であり、前記少なくとも１つの磁場発生部のコイルに電流を変更可能に供給する電流供給部と、当該電流供給部が供給する電流を制御する制御部と、をさらに備える。

本発明によれば、チャンバー内に設けられた巻き数が一周未満の誘導結合型アンテナに高周波電力を供給して高密度でプラズマ電位の低いプラズマを発生させることができるので、基板を高速で搬送しつつ、プラズマを用いた処理を行える。従って、例えば、チャンバーの搬送経路に沿った両端部に、真空排気可能なロードロック室とアンロードロック室とをゲートを介して接続することなどによって、チャンバー内を大気解放することなく、基板の搬入、搬出を可能とすれば、基板の搬入、プラズマを用いた処理、および搬出からなる一連の処理を、複数の基板に対して、連続的に高速で行うことができる。これにより、プラズマＣＶＤ装置のスループットを向上できる。

実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略構成を模式的に示す図である。仮想軸に沿って配列された誘導結合型アンテナと磁場発生部との配置の一例を説明するための図である。図２の磁場発生部の概略構成を模式的に示す図である。図２の磁場発生部に供給される電流の制御系を説明するための図である。磁場とプラズマの強度分布との関係を説明するための図である。仮想軸に沿って配列された誘導結合型アンテナと磁場発生部との配置の他の例を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。また、各図面は模式的に示されたものであり、理解容易のため、各部の寸法や数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。また、一部の図面には、方向を説明するためにＸＹＺ直交座標軸が適宜付されている。この座標軸におけるＺ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、ＸＹ平面は水平面である。また、Ｘ軸およびＹ軸の各々は、処理チャンバー１の側壁と平行な軸である。

＜１．プラズマＣＶＤ装置１００の全体構成＞
図１は、実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成を模式的に示す図である。プラズマＣＶＤ装置１００は、プラズマＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）によって、膜付けの対象物（ここでは、例えば基板９）に薄膜を形成する装置である。

プラズマＣＶＤ装置１００は、内部に処理空間Ｖを形成する処理チャンバー１と、基板９（具体的には、キャリア９０に配設された基板９）を保持して搬送する保持搬送部２と、基板９を加熱する加熱部３と、処理空間Ｖにプラズマを発生させるプラズマ発生部４と、仕切部材５とを備える。また、プラズマＣＶＤ装置１００は、プラズマ発生部４に高周波電力を供給する高周波電力供給部４５と、処理空間Ｖ内に磁場を発生させる磁場発生部３１とを備える。なお、プラズマＣＶＤ装置１００が磁場発生部３１を備えていないとしても本発明の有用性を損なうものではない。

また、プラズマＣＶＤ装置１００は、定められたガスをチャンバー１内の処理空間Ｖに導入するガス導入部６１と、ガス導入部６１にガスを供給するガス供給部６と、処理空間Ｖのガスを処理空間Ｖから排気する排気部７とを備える。また、プラズマＣＶＤ装置１００は、上記の各構成要素を制御する制御部８を備える。

＜処理チャンバー１＞
処理チャンバー１は、直方体形状の外形を呈する中空部材であり、内部に処理空間Ｖを形成する。処理チャンバー１の天板１１は、その下面１１１が水平姿勢となるように配置されており、当該下面１１１から処理空間Ｖに向けて、誘導結合型アンテナ４１および仕切部材５が突設されている。また、処理チャンバー１の底板付近には、加熱部３が配置されている。また、加熱部３の上側には、保持搬送部２による基板９の搬送経路Ｙ１が規定されている。搬送経路Ｙ１の延在方向は、Ｙ軸方向であり、搬送経路Ｙ１における基板９の搬送方向は、＋Ｙ方向である。搬送経路Ｙ１に沿ったチャンバー１の両端部のうち搬送方向上流側の端部には、基板９をチャンバー１内に搬入するための搬入口１２１が設けられ、搬送方向下流側の端部には、基板９をチャンバー１外に搬出するための搬出口１２２が設けられている。上流側の搬入口１２１にはゲート（「搬入ゲート」）１２３が設けられ、下流側の搬出口１２２には、ゲート（「搬出ゲート」）１２４が設けられている。ゲート１２３、１２４は、開状態と閉状態との間で切り替え可能となっている。また、搬入口１２１、搬出口１２２は、ロードロックチャンバーや、アンロードロックチャンバーなどの他のチャンバーの開口部が気密を保った形態で接続可能に構成されている。

＜保持搬送部２＞
ここでは、膜付けの対象物である基板９は、板状のキャリア９０の上面に配設された状態となっている。保持搬送部２は、処理チャンバー１の搬入口１２１を介して処理空間Ｖに導入されたキャリア９０（すなわち、基板９が配設されたキャリア９０）を水平姿勢で保持して、これを、処理空間Ｖ内に規定されている水平な（すなわち、天板１１の下面１１１と平行な）搬送経路Ｙ１に沿って相対的に搬送する。

保持搬送部２は、具体的には、例えば、搬送経路Ｙ１を挟んで対向配置された一対の搬送ローラ２１と、これらを同期させて回転駆動する駆動部（図示省略）とを含んで構成される。一対の搬送ローラ２１は、搬送経路Ｙ１の延在方向（図示の例ではＹ方向）に沿って例えば複数組設けられる。この構成において、各搬送ローラ２１がキャリア９０の下面に当接しつつ回転することによって、キャリア９０が処理空間Ｖ内の搬送経路Ｙ１に沿って搬送される。すなわち、キャリア９０に保持されている基板９が、誘導結合型アンテナ４１に対して相対移動される。

＜加熱部３＞
加熱部３は、保持搬送部２によって保持搬送される基板９を加熱する部材であり、保持搬送部２の下方（すなわち、基板９の搬送経路の下方）に配置される。加熱部３は、例えば、セラミックヒータにより構成することができる。なお、プラズマＣＶＤ装置１００には、保持搬送部２にて保持されている基板９等を冷却する機構がさらに設けられてもよい。

＜プラズマ発生部４＞
プラズマ発生部４は、処理空間Ｖにプラズマを発生させる。プラズマ発生部４は、誘導結合タイプの高周波アンテナである誘導結合型アンテナ（「高周波アンテナ」とも称される）４１を複数備える。各誘導結合型アンテナ４１は、例えば、金属製のパイプ状導体をＵ字形に曲げたものであり、「Ｕ」の字の状態で処理空間Ｖの内部に突設されている。誘導結合型アンテナ４１の該突出部分は、石英などからなる誘電体の保護パイプ４２により覆われている。誘導結合型アンテナ４１の上端部、すなわち誘導結合型アンテナ４１の両端部は、チャンバー１の天板１１を貫通して上方に突出している。また、誘導結合型アンテナ４１は、内部に冷却水を循環させるなどして、適宜、冷却されている。

複数の誘導結合型アンテナ４１は、定められた方向に沿って、間隔をあけて（好ましくは等間隔で）配列されて、天板１１に対して固定される。具体的には、複数の誘導結合型アンテナ４１は、搬送経路Ｙ１の方向と、後述する仮想軸Ｋに沿って、搬送経路Ｙ１に対向するようにチャンバー１内に４×３のマトリックス状（仮想軸Ｋに沿って４個の誘導結合型アンテナ４１が１列に配列された列が、搬送経路Ｙ１の方向に沿って３列）に配設されている。

なお、チャンバー１内には、仮想軸Ｋに沿って複数の誘導結合型アンテナ４１が１列に配列された列が、搬送経路Ｙ１の方向に沿って１列のみ設けられてもよく、また、搬送経路Ｙ１の方向に沿って複数の誘導結合型アンテナ４１が１列に配列された列が、仮想軸Ｋに沿って１列のみ設けられてもよい。また、チャンバー１内に誘導結合型アンテナ４１が１つだけ設けられてもよい。すなわち、チャンバー１内には、搬送経路Ｙ１に対向して、少なくとも１つの誘導結合型アンテナ４１が設けられる。

図２は、プラズマＣＶＤ装置１００において、仮想軸Ｋに沿って配列された誘導結合型アンテナ４１と磁場発生部との配置の一例を説明するための図である。図２においては、天板１１の表示は、省略されている。上述したように、チャンバー１内には、仮想軸Ｋに沿って複数（図２の例では４個）の誘導結合型アンテナ４１が１列に配列された列が搬送経路Ｙ１の方向に沿って複数（図１の例では３列であり、仮想軸Ｋが３本設定される）設けられてもよく、図２には、その複数列のうちの１つの列が示されている。

具体的には、図２に示されるように、複数の誘導結合型アンテナ４１の各々の両端部を結ぶ線分Ｌの中心点Ｃが定められた仮想軸Ｋ上に配置されることによって、複数の誘導結合型アンテナ４１が当該仮想軸Ｋに沿って１列に配列されている。ただし、この仮想軸Ｋは、基板９の搬送方向（Ｙ方向）と交差する方向（好ましくは、基板９の主面と平行な面内で基板９の搬送方向と交差する方向、特に好ましくは、図示されるように、基板９の主面と平行な面内で基板９の搬送方向と直交する方向（Ｘ方向））に延在する軸であることが好ましく、処理チャンバー１の±Ｙ側の側壁と平行に延在する軸であることが好ましい。

また、図２の例では、仮想軸Ｋに沿って誘導結合型アンテナ４１が４個設けられているが、仮想軸Ｋに沿って配列される誘導結合型アンテナ４１の個数は必ずしも４個である必要はなく、処理チャンバー１の寸法等に応じて、適宜その個数を選択することができる。同様に、図１の例では、仮想軸Ｋに沿って配列された４個の誘導結合型アンテナ４１の列が搬送経路Ｙ１方向に沿って３列設けられているが、必ずしも３列設けられる必要はない。また、誘導結合型アンテナ４１は、例えば、千鳥状に配列されてもよい。

＜高周波電力供給部４５＞
高周波電力供給部４５は、例えば、各誘導結合型アンテナ４１に対して設けられた各高周波電源４４を備えて構成され、各誘導結合型アンテナ４１に高周波電力を供給する。

各誘導結合型アンテナ４１の一端は、マッチングボックス４３を介して、高周波電源４４に接続されている。また、各誘導結合型アンテナ４１の他端は接地されている。この構成において、高周波電源４４から各誘導結合型アンテナ４１に高周波電流（具体的には、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電流）が流されると、誘導結合型アンテナ４１の周囲の電界（高周波誘導電界）により電子が加速されて、プラズマ（誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ））が発生する。

上述したとおり、誘導結合型アンテナ４１は、Ｕ字形状を呈している。このようなＵ字形状の誘導結合型アンテナ４１は、巻数が１回未満の誘導結合型アンテナに相当し、巻数が１回以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、誘導結合型アンテナ４１の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。なお、このような誘導結合タイプの高周波アンテナは、特許第３８３６６３６号公報、特許第３８３６８６６号公報、特許第４４５１３９２号公報、特許第４８５２１４０号公報に開示されている。

＜磁場発生部３１＞
上述したように、図２には、仮想軸Ｋに沿って配列された複数（図示４個）の誘導結合型アンテナ４１が示されている。そして、誘導結合型アンテナ４１の端部は、仮想軸Ｋに沿って８個並んでいる。この８個の端部に対して、９個の磁場発生部３１が誘導結合型アンテナ４１の各端部と交互に仮想軸Ｋに沿って設けられている。

図３は、磁場発生部３１の概略構成を模式的に示す図である。図３では、誘導結合型アンテナ４１の両端部の間に設けられた磁場発生部３１が、誘導結合型アンテナ４１とともに仮想軸Ｋを含む鉛直面（ＸＺ平面）で切断された断面が示されている。

図３に示されるように、磁場発生部３１は、天板１１の上方に設けられている。磁場発生部３１は、透磁鋼などにより構成されたヨーク３５と、コイル３６とを備える電磁石である。ヨーク３５は、円盤状の基部３２と、基部３２の下面の中央部分から天板１１へ向けて下側に突設された円柱部３３と、基部３２の下面の周縁部から天板１１へ向けて突設された円筒部３４とを備えている。コイル３６は、円柱部３３の周囲に巻き回されている。

天板１１は、例えば、アルミニウムにより構成されており、ヨーク３５のうち天板１１側の部分には、基部３２と円柱部３３とに囲まれた開口が形成されている。電流供給部８３（図４）からコイル３６に電流を供給することにより、例えば、円柱部３３をＮ極、円筒部３４をＳ極とする放射状の磁場３７が処理空間Ｖに形成される。この磁場は、図３に示されるように、チャンバー１内の処理空間Ｖに及ぶ。

処理空間Ｖに磁場が形成されると、処理空間Ｖに発生しているプラズマは、当該磁場によって引き寄せられる。従って、例えば、磁場発生部３１を、天板１１のうち処理空間Ｖのプラズマ密度が低い部分に対向する部分の上面側に設けて、磁場を発生させることによって、処理空間Ｖのプラズマを均一化できる。チャンバー１の天板１１を窪ませて、その部分に磁場発生部３１を配置しても良い。この場合には、磁場発生部３１が発生させる磁場が、チャンバー１内により入り込み易くなるので、プラズマをより引き寄せやすくなる。磁場発生部３１の配置等については、後述する。

＜仕切部材５＞
仕切部材５は、搬送経路Ｙ１の方向に沿ってチャンバー１内に配設された少なくとも１つの誘導結合型アンテナ４１に対して搬送経路Ｙ１の上流側と下流側とにそれぞれ設けられている。仕切部材５は、チャンバー１内の処理空間Ｖ（より詳細には、処理空間Ｖのうチャンバー１の天板１１側の一部の空間）を、仕切部材５に対して搬送経路Ｙ１の上流側の空間と下流側の空間とに仕切る部材である。

仕切部材５は、チャンバー１の天板１１から下方向（−Ｚ方向）に突設され、搬送経路Ｙ１と交差する面、より好ましくは、搬送経路Ｙ１と直交する面に沿って扁平な形状の部材である。仕切部材５、誘電体により構成されている。キャリア９０の上面と仕切部材５の下端との間には、基板９が通過できる隙間が設けられている。

処理空間Ｖに発生したプラズマは、処理空間Ｖのうち誘導結合型アンテナ４１の上流側と下流側とに互いに対向して設けられた一対の仕切部材５によって規定される空間に滞留し、当該空間のプラズマ密度が高くなる。なお、誘導結合型アンテナ４１が仮想軸Ｋに沿って複数設けられている場合には、各誘導結合型アンテナ４１に対応する各仕切部材５を設けてもよいが、各誘導結合型アンテナ４１のそれぞれに対して仮想軸Ｋの方向に延在する１つの仕切部材５が設けられてもよい。この場合には、処理空間Ｖがより確実に仕切られるので、プラズマ密度がより高くなる。

＜ガス供給部６およびガス導入部６１＞
ガス供給部６は、プラズマＣＶＤ装置１００の目的に応じて定められたガス、例えば処理ガスとしての原料ガス（具体的には、例えばシラン（ＳｉＨ_４）、アンモニア（ＮＨ_３））と、例えば添加ガス（具体的には、例えばアルゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ_２）、水素（Ｈ_２）あるいはこれらの混合ガス）を、ガス導入部６１を介して処理空間Ｖに供給する。ガス供給部６は、具体的には、例えば、ガス供給源６１１と、一端がガス供給源６１１と接続された導入配管６１２を備える。

処理空間Ｖには、搬送経路Ｙ１方向に沿って誘導結合型アンテナ４１を挟んで互いに対向する仕切部材５によって規定される空間が形成されており、各空間には、パイプ状のガス導入部材６２が、導入配管６１２と処理空間Ｖとを連通して設けられている。各ガス導入部材６２は、ガス導入部６１をなしている。

ガス供給部６の導入配管６１２の他端は、経路途中で分岐して、ガス導入部６１の各ガス導入部材６２と接続されている。また、導入配管６１２の経路途中には、供給バルブ６１３が介挿されている。供給バルブ６１３は、導入配管６１２を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。この構成において、供給バルブ６１３が開放されると、ガス供給源６１１から供給されるガスが、ガス導入部６１に供給され、ガス導入部６１の各ガス導入部材６２から処理空間Ｖに導入される。

ガス導入部６１から、どのような種類のガスを、どれくらいの流量で導入させるかは、例えば、基板９に形成するべき薄膜の種類、処理条件、処理内容等に応じて適宜選択される。すなわち、供給バルブ６１３は、制御部８と電気的に接続されており、制御部８が、オペレータから指定された値等に基づいてこれらを制御して、オペレータが所望する種類のガスを、オペレータが所望する流量で、ガス導入部６１から処理空間Ｖに導入させる。

＜排気部７＞
再び図１を参照する。排気部７は、高真空排気系であり、具体的には、例えば、それぞれ図示省略の真空ポンプと、排気配管と、排気バルブと備える。排気配管は、一端が真空ポンプに接続され、他端が処理空間Ｖに連通接続される。また、排気バルブは、排気配管の経路途中に設けられる。排気バルブは、具体的には、排気配管を流れるガスの流量を自動調整できるバルブである。この構成において、真空ポンプが作動された状態で、排気バルブが開放されると、処理空間Ｖが排気され、マスフローコントローラーと協働して処理空間Ｖを所定のプロセス圧に保つように制御される。

＜制御部８＞
制御部８は、プラズマＣＶＤ装置１００が備える各構成要素と電気的に接続され、これら各要素を制御する。制御部８は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うＣＰＵ、プログラム等を記憶するＲＯＭ、演算処理の作業領域となるＲＡＭ、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、ＬＡＮ等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスなどにより互いに接続された、一般的なＦＡコンピュータにより構成される。また、制御部８は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。プラズマＣＶＤ装置１００においては、制御部８の制御下で、基板９に対して定められた処理が実行される。

＜２．磁場発生部３１に供給される電流の制御について＞
図４は、図２の磁場発生部３１に供給される電流の制御系を説明するための図である。図４に示されるように、プラズマＣＶＤ装置１００は、各磁場発生部３１のコイル３６に電流を供給する電流供給部８３を備えている。電流供給部８３は、各磁場発生部３１に対して独立して設けられている各ＤＣアンプ８２と、各ＤＣアンプ８２と電気的に接続された各Ｄ／Ａ変換回路８１とを備えている。また、制御部８は、電流供給部８３のうち各Ｄ／Ａ変換回路８１とそれぞれ電気的に接続されている。なお、各ＤＣアンプ８２と、対応する各磁場発生部３１とを電気的に接続する信号線のうち、３本の線のみが示されている。

制御部８は、各磁場発生部３１のコイル３６に供給される電流を制御するための制御値信号を、各Ｄ／Ａ変換回路８１に供給する。各Ｄ／Ａ変換回路８１は、制御部８から供給された制御値信号をアナログ制御信号に変換して、対応する各ＤＣアンプ８２に供給する。各ＤＣアンプ８２は、供給されたアナログ制御信号を制御電流に変換して、対応する各磁場発生部３１の各コイル３６に供給する。この構成によって、制御部８は、各磁場発生部３１が発生する磁場を、各磁場発生部３１ごとに独立して制御することができる。

また、図４に示されるように、各誘導結合型アンテナ４１の一端は、各マッチングボックス４３を介して、各高周波電源４４に接続されている。高周波電源４４およびマッチングボックス４３のそれぞれの個数は、誘導結合型アンテナ４１の個数と同数である。すなわち、各誘導結合型アンテナ４１ごとに各高周波電源４４と各マッチングボックス４３とが設けられている。図４では、視認性を高めるために、各マッチングボックス４３、各高周波電源４４のうち１つのマッチングボックス４３、高周波電源４４のみを表示している。

＜３．磁場とプラズマの強度分布との関係について＞
図５は、磁場とプラズマの強度分布との関係を、図２の各磁場発生部３１を、例として、説明するための図である。図５には、図２に示された複数（４個）の誘導結合型アンテナ４１と複数（９個）の磁場発生部３１とのアレイを、当該アレイの配列方向、すなわち、仮想軸Ｋを通る鉛直面（ＸＺ平面）で切断した断面図が示されている。また、図５には、処理空間Ｖのうち仮想軸Ｋ（図２）の下方部分におけるプラズマの強度分布が、仮想軸Ｋ上の各位置と、処理空間Ｖのうち当該各位置の下方部分のプラズマの強度との関係を示すグラフＧ１、Ｇ２により示されている。グラフＧ１は、磁場発生部３１が処理空間Ｖに磁場を形成していないときのグラフであり、グラフＧ２は、磁場発生部３１のコイル３６に電流が供給され、図３に示されるように、処理空間Ｖ内に及ぶ磁場が発生しているときのグラフである。各グラフの横軸は、仮想軸Ｋ方向の位置であり、縦軸は、プラズマの強度である。断面図の仮想軸Ｋ方向のスケールと、各グラフの横軸のスケールとは同じである。

一例として、誘導結合型アンテナ４１の間隔が１０ＰａのＡｒに対して最適化されている場合、別の条件、例えば、５ＰａのＮ_２が処理空間Ｖに導入されている場合には、一列に配列された複数の誘導結合型アンテナ４１により処理空間Ｖに生成されたプラズマは、グラフＧ１に示されるように、互いに隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間の空間において、強度が低下する。これは、隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間隔がこのプロセス条件では広いことが原因となっている。また、処理空間Ｖのうち、複数の誘導結合型アンテナ４１の両端（＋Ｘ側の端と、−Ｘ側の端）の誘導結合型アンテナ４１のさらに外側（＋Ｘ側と、−Ｘ側）の空間においても、プラズマ強度が低下している。より詳細には、当該空間のプラズマ強度は、隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間の空間のプラズマ強度よりも大きく低下している。

なお、検討の結果、特に、高ガス圧条件で、隣り合う誘導結合型アンテナ４１間のプラズマ強度がグラフＧ１の場合とは、逆に、跳ね上がる現象も確認されている。この現象は、高精度成膜の隘路となっているが、互いに隣り合う誘導結合型アンテナ４１間で高周波電力の位相を変えても解消されない。なお、実験の結果、位相差０°、１８０°である場合よりも、位相差が９０°、２７０°である場合の方が、プラズマ強度分布が変動する現象が顕著に現れる。この現象は、電磁波、磁界起因によるものではなく、プラズマ自体の挙動に起因する現象と推測される。

グラフＧ１に示されるように、プラズマ強度分布が不均一な状態で、各磁場発生部３１のコイル３６に通電すれば、磁場発生部３１が磁場を発生させ、この磁場は、処理空間Ｖに及ぶ（入り込む）。発生した磁場によって、処理空間Ｖのプラズマが引き寄せられる結果、磁場の発生前にプラズマ強度が小さかった空間のプラズマ強度が大きくなる。これにより、グラフＧ２に示されるように、処理空間Ｖのプラズマの強度分布は、磁場が形成されない場合と比べて均一化される。なお、チャンバー１の天板１１は冷却系(図省略)により、８０℃以下に保たれているので、各磁場発生部３１は、著しく高温となるとこはなく、磁性が失われることがない。なお、磁場発生部３１として、永久磁石が採用されたとしても、例えば、最も処理頻度が高いプロセス条件に応じた磁場を形成する磁石を用いることにより、プラズマ密度を均一化できるので、本発明の機能を損なうものではない。磁場発生部３１として電磁石が用いられれば、プロセス条件が変更される場合に、永久磁石が採用される場合に比べて、プロセス条件に対応して予め最適化され制御部８に記憶された電磁石の制御電流値を呼び出して用いることにより、速やかにプラズマ強度分布をより均一に調整することができ、これより磁場発生部３１として、より好ましくは、電磁石が採用される。

＜４．磁場発生部３１の配置について＞
図２に示されるように、仮想軸Ｋに沿ってチャンバー１内に一列に配列された４個の誘導結合型アンテナ４１のうち、仮想軸Ｋに沿って両端部分にある２つの誘導結合型アンテナ４１に対して、仮想軸Ｋに沿って外側の２つの部分に磁場発生部３１がそれぞれ設けられている。換言すれば、各誘導結合型アンテナ４１の各々の両端部のうち他の誘導結合型アンテナと隣り合わない一方の端部に対して他方の端部と反対側に磁場発生部３１がそれぞれ設けられている。そして、磁場発生部３１は、処理空間Ｖのうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる。当該少なくとも一部の空間は、仮想軸Ｋに沿って配設された少なくとも１つの誘導結合型アンテナ４１の両端部のうち他の誘導結合型アンテナ４１と隣り合わない一方の端部に対して他方の端部と反対側の空間を含む空間である。当該空間、すなわち処理空間Ｖのうち仮想軸Ｋに沿って配列された複数の誘導結合型アンテナ４１の両端の誘導結合型アンテナ４１の外側の部分は、上述したように、プラズマ強度が低下するが、天板１１のうち当該部分に対向する部分の上面側に磁場発生部３１を配設して磁場を生成すれば、当該部分のプラズマ強度を高めて、チャンバー１内のプラズマを均一化できる。なお、搬送経路Ｌに沿って、配列された誘導結合型アンテナ４１が１つである場合は、仮想軸Ｋに沿って誘導結合型アンテナ４１の両端部の外側に、磁場発生部３１をそれぞれ設ければよい。

また、図２に示されるように、仮想軸Ｋに沿って配列された各誘導結合型アンテナ４１の両端部の間、より正確には、天板１１のうち当該両端部の間の部分に対向する部分の上面にも磁場発生部３１が設けられている。誘導結合型アンテナ４１が１つである場合も磁場発生部３１が同様に設けられる。磁場発生部３１は、処理空間Ｖの少なくとも一部の空間に磁場を発生させる。当該少なくとも一部の空間は、仮想軸Ｋに沿って配設された少なくとも１つの誘導結合型アンテナの両端部分の間の空間を含む空間である。例えば、誘導結合型アンテナ４１の両端部の外側に磁場発生部３１が設けられている場合において、両端部の間に磁場発生部３１を設ければ、処理空間Ｖのうち当該両端部の外側だけでなく、当該間の空間にもプラズマを引き寄せることが出来るので、プラズマ強度をより均一化できる。

また、図２に示されるように、仮想軸Ｋに沿って配列された複数の誘導結合型アンテナ４１のうち互いに隣り合う誘導結合型アンテナ４１同士の間に、磁場発生部３１が設けられてもよい。磁場発生部３１は、処理空間Ｖのうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる。当該少なくも一部の空間は、仮想軸Ｋに沿って配設された複数の誘導結合型アンテナ４１のうち隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間の空間を含む空間である。当該空間、すなわち、処理空間Ｖのうち当該隣り合う誘導結合型アンテナ４１同士の間の部分に対応した部分は、プラズマ強度が大きく低下するが、当該間の部分に磁場発生部３１が設けられれば、プラズマ強度を強くできる。

なお、図２の例では、誘導結合型アンテナ４１の両端部を結ぶ線分Ｌと仮想軸Ｋとが平行になっている（すなわち、複数の誘導結合型アンテナ４１の各々が、その配列方向と平行な姿勢で配置されている）場合が例示されているが、線分Ｌと仮想軸Ｋとは必ずしも平行でなくともよい。

図６は、仮想軸に沿って配列された誘導結合型アンテナと磁場発生部との配置の他の例を説明するための図である。図６の例では、線分Ｌが仮想軸Ｋに対して斜めになるように、各誘導結合型アンテナ４１が配設されている。これにより、隣り合う誘導結合型アンテナ４１同士の間隔が広くなるので、より大径の磁場発生部３１を設けることができる。従って、チャンバー１内のプラズマをより均一化できる。

また、線分Ｌと仮想軸Ｋとがなす角度は、０°以上であってもよい。例えば、線分Ｌと仮想軸Ｋとは、直交していてもよい。この場合、各誘導結合アンテナ４１が、その配列方向と直交する姿勢で配置されることになる。

以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、チャンバー１内に設けられた巻き数が一周未満の誘導結合型アンテナ４１に高周波電力を供給して高密度でプラズマ電位の低いプラズマを発生させることができるので、基板９を高速で搬送しつつ、プラズマを用いた処理を行える。従って、例えば、チャンバー１の搬送経路Ｙ１に沿った両端部に、真空排気可能なロードロック室とアンロードロック室とをゲートを介して接続することなどによって、チャンバー１内を大気解放することなく、基板９の搬入、搬出を可能とすれば、基板９の搬入、プラズマを用いた処理、および搬出からなる一連の処理を、複数の基板９に対して、連続的に高速で行うことができる。これにより、プラズマＣＶＤ装置のスループットを向上できる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、搬送経路Ｙ１に沿ってチャンバー１内に配設された誘導結合型アンテナ４１に対して搬送経路Ｙ１の上流側と下流側とに、チャンバー１内の処理空間Ｖを搬送経路Ｙ１の上流側の空間と下流側の空間とに仕切る仕切部材５をそれぞれ備える。発生したプラズマは、誘導結合型アンテナ４１の上流側と下流側とに互いに対向して設けられた一対の仕切部材５によって規定される処理空間に滞留し、当該空間のプラズマ密度が高くなる。従って、プラズマを用いた基板の処理効率を向上できる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、複数の誘導結合型アンテナ４１の各々の両端部を結ぶ線分Ｌの中心点Ｃが搬送経路Ｙ１の方向と交差する定められた仮想軸Ｋ上に配置されることによって、複数の誘導結合型アンテナ４１が仮想軸Ｋに沿って一列に配列されている。各誘導結合型アンテナ４１が発生させたプラズマが重なることによって、仮想軸Ｋ方向に長い、高密度のプラズマを生成できるので、仮想軸Ｋ方向に長い基板であっても処理効率を向上できる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、仮想軸Ｋに沿って配設された複数の誘導結合型アンテナ４１の各々の両端部が、仮想軸Ｋ上に配置されている。これにより、両端部が仮想軸Ｋ上に配置されない場合に比べて、隣り合う誘導結合型アンテナ４１同士の間隔が狭くなるので、重なり合いによってプラズマがより高密度化される。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、チャンバー１内の処理空間Ｖに磁場を発生させる少なくとも１つの磁場発生部３１をさらに備える。プラズマは、磁場によって引き寄せられるので、処理空間Ｖのうちプラズマ密度が低い部分に磁場が発生するように磁場発生部３１を設けることによって、チャンバー１内のプラズマを均一化することができる。これにより、例えば、成膜される膜厚の制御等を高精度化できるなど、処理精度を高めることができる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、チャンバー１内の処理空間Ｖのうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備えている。当該少なくとも一部の空間は、仮想軸Ｋに沿ってチャンバー１内に一列に配列された少なくとも１つの誘導結合型アンテナ４１の両端部のうち他の誘導結合型アンテナ４１と隣り合わない一方の端部に対して他方の端部と反対側の空間を含む空間である。この空間はプラズマ強度が弱い空間であるが、この空間に磁場が発生しプラズマが引き寄せられるので、この空間のプラズマ強度を高めて、チャンバー１内のプラズマを均一化できる。また、誘導結合型アンテナの基本設計と大きく異なるプロセス条件では、磁場制御を伴わない場合、この空間は、プラズマ強度分布の変動が大きくなり、成膜均一性が高い処理に利用することが困難な場合もあるが、磁場制御を伴うとプラズマ強度分布を均一に補正して種々のプロセス条件に於いても均一な成膜処理を実現することが可能となる。従って、より少ない数の誘導結合型アンテナで大きな基板を成膜することができ、プラズマＣＶＤ装置の小型化や、少ない電力で大型の基板を成膜する省エネルギー化を進めることもできる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、チャンバー１内の処理空間Ｖのうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備えている。当該少なくとも一部の空間は、誘導結合型アンテナの両端部の間の空間を含む空間である。従って、処理空間Ｖのうち誘導結合型アンテナ４１の両端部の外側の空間に磁場が形成されている場合であっても、誘導結合型アンテナの両端部の間の空間にさらに磁場を発生させることによりチャンバー１内のプラズマを均一化できる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、チャンバー１内の処理空間Ｖのうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備えている。当該少なくとも一部の空間は、仮想軸Ｋに沿ってチャンバー１内に一列に配列された複数の誘導結合型アンテナ４１のうち隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間の空間を含む空間である。この空間はプラズマ強度が弱い空間であるが、この空間に磁場が発生しプラズマが引き寄せられるので、この空間のプラズマ強度を高めて、チャンバー１内のプラズマを均一化できる。さらに、この空間に磁場を形成すれば、磁場が形成されない場合に比べて、隣り合う誘導結合型アンテナ４１の間隔をより広く設定することができるので、より少ない個数の誘導結合型アンテナ４１を採用することができ、装置の省エネルギー化に有用となる。

また、以上のような本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、磁場発生部３１は電磁石であり、磁場発生部３１のコイルに電流を変更可能に供給する電流供給部８３と、電流供給部８３が供給する電流を制御する制御部８とをさらに備える。これにより、磁場発生部３１が設けられる場所のプラズマ強度に応じて、磁場を調整できるので、チャンバー１内のプラズマをより均一化できる。さらに、ガス種類、分圧などのプロセス条件が変更されて、プラズマ強度分布が変動した場合でも、磁場を調整することでプラズマ強度分布が低い部分に適度な強度にプラズマを引き寄せることができる。これにより、多様なプロセスに対し、柔軟、かつ、速やかに均一なプラズマ強度分布を実現することが可能となる。

本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００プラズマＣＶＤ装置
１チャンバー
２保持搬送部
４１誘導結合型アンテナ
４４高周波電源
４５高周波電力供給部
６１ガス導入部
６２ガス導入部材
Ｋ仮想軸

Claims

チャンバーと、
前記チャンバー内において、処理対象となる基板を保持し搬送経路に沿って相対的に搬送する保持搬送部と、
前記搬送経路に対向して前記チャンバー内に設けられた、巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナと、
前記少なくとも１つの誘導結合型アンテナに高周波電力を供給する高周波電力供給部と、
前記チャンバー内に定められたガスを導入するガス導入部と、
を備え、
前記ガス導入部から前記チャンバー内に前記定められたガスが導入されるとともに、前記少なくとも１つの誘導結合型アンテナに前記高周波電力供給部から高周波電力を供給してプラズマを発生させた状態で、前記保持搬送部によって前記基板を前記搬送経路に沿って搬送する、プラズマＣＶＤ装置。
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向に沿って前記チャンバー内に配設された巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、
当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナに対して搬送経路の上流側と下流側とに、前記チャンバー内の処理空間を前記搬送経路の上流側の空間と下流側の空間とに仕切る仕切部材をそれぞれ備える、プラズマＣＶＤ装置。
請求項１または請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の複数の誘導結合型アンテナを備え、
当該複数の誘導結合型アンテナの各々の両端部を結ぶ線分の中心点が前記仮想軸上に配置されることによって、当該複数の誘導結合型アンテナが前記仮想軸に沿って一列に配列されている、プラズマＣＶＤ装置。
請求項３に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記仮想軸に沿って配設された複数の誘導結合型アンテナの各々の両端部が、前記仮想軸上に配置されている、プラズマＣＶＤ装置。
請求項１から請求項４の何れか１つの請求項に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記チャンバー内の処理空間に磁場を発生させる少なくとも１つの磁場発生部をさらに備える、プラズマＣＶＤ装置。
請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、
前記チャンバー内の処理空間のうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、
当該少なくとも一部の空間は、当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナの両端部のうち他の誘導結合型アンテナと隣り合わない一方の端部に対して他方の端部と反対側の空間を含む空間である、プラズマＣＶＤ装置。
請求項５または請求項６に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記搬送経路に対向して前記チャンバー内に設けられた、巻き数が一周未満の少なくとも１つの誘導結合型アンテナを備えるとともに、
前記チャンバー内の処理空間の少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、
当該少なくとも一部の空間は、当該少なくとも１つの誘導結合型アンテナの両端部分の間の空間を含む空間である、プラズマＣＶＤ装置。
請求項５から請求項７の何れか１つの請求項に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記搬送経路に対向するとともに、前記搬送経路の方向と交差する定められた仮想軸に沿って前記チャンバー内に一列に配列された巻き数が一周未満の複数の誘導結合型アンテナを備えるとともに、
前記チャンバー内の処理空間のうち少なくとも一部の空間に磁場を発生させる磁場発生部を備え、
当該少なくも一部の空間は、当該複数の誘導結合型アンテナのうち隣り合う誘導結合型アンテナの間の空間を含む空間である、プラズマＣＶＤ装置。
請求項５から請求項８の何れか１つの請求項に記載のプラズマＣＶＤ装置であって、
前記少なくとも１つの磁場発生部は電磁石であり、
前記少なくとも１つの磁場発生部のコイルに電流を変更可能に供給する電流供給部と、
当該電流供給部が供給する電流を制御する制御部と、
をさらに備える、プラズマＣＶＤ装置。