JP4319755B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤによる薄膜形成、プラズマを利用する表面処理、プラズマを利用する元素ドーピングなどのプラズマ処理を行うための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン等の薄膜を比較的高い圧力で形成する薄膜形成方法としては、プラズマＣＶＤ法が知られている。プラズマＣＶＤ方法では、反応容器内に一対の電極を設置し、一方の電極に高周波または直流電力を印加し、他方の電極を接地し、これらの電極間でプラズマを発生させて、発生したプラズマ中に反応ガスを供給し、反応ガスを分解することにより基板上に所望の薄膜を形成する。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法における前記一対の電極としては、通常、平行平板型電極が利用される。プラズマＣＶＤ法において均質な薄膜を形成するためには、プラズマ空間に均一にかつ効率よく反応ガスを供給することが必要となる。しかし、平行平板型電極を用いる場合には、広い領域にわたって反応ガスを均一に効率よく供給することは困難であり、そのため、基板上に大面積の薄膜を均一に形成することが難しい。特に、反応ガス濃度を高くして高速成膜を行う場合には、高い圧力下でプラズマＣＶＤを行うことになるため、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不均一となりやすく、その結果、均質な薄膜を形成することが困難となる。
【０００４】
そのため、特開平９−１０４９８５号公報およびこれに対応する米国特許第５，７１１，８１４号明細書では、大面積の薄膜を高速で形成することができる方法として、回転電極を用いる薄膜形成方法を提案している。同公報に記載された装置は、回転電極を回転させることにより、基板表面の近傍を電極表面が移動しながら通過する構成を有する。この装置では、回転電極の回転により反応ガスが基板表面と回転電極との間に供給される。回転電極には高周波電力が印加され、基板表面と回転電極との間にプラズマが発生する。このプラズマ中には、回転電極の回転に伴って反応ガスが供給されるので、基板上に薄膜を形成することができる。長尺の基板を回転電極に対し高速で移動させながら成膜を行えば、長尺の基板上に薄膜を連続的かつ高速に形成できる。
【０００５】
回転電極を用いる利点は、以下のとおりである。（１）プラズマ空間に対し反応ガスを速い速度でかつ均一に供給することができるので、成膜速度および膜の均質性を大幅に向上することができる。（２）回転電極の周面と基板との間のギャップを狭くしても、狭いギャップに反応ガスを選択的に供給できるので、反応ガスの利用効率を大幅に向上させることができる。（３）回転電極周面の温度が上昇しにくいので、従来よりも大きな電力を投入することができ、成膜速度を大幅に向上することができる。これらの利点の詳細については、上記特開平９−１０４９８５号公報に記載されている。
【０００６】
特開平１１−１７２４４４号公報では、このような回転電極を用いて、複数種のプラズマ処理プロセスを実施するための方法が提案されている。この方法では、回転電極表面の円周方向に分割して設定される複数の領域において、各領域に応じて定められた異なるプロセスが実施される。すなわち、回転電極周面のそれぞれの領域において、それぞれ特定のプロセスが実施され、他のプロセスは実施されない。薄膜形成時には、回転電極周面にも堆積が生じ、それが剥離することがあるので、１つの回転電極で複数種の薄膜を形成した場合、基板上の薄膜にコンタミネーションが生じ、膜質が低下することがある。これに対し同公報記載の方法では、回転電極周面に設けたそれぞれの領域において１種だけのプロセスが実施されるので、このようなコンタミネーションを防ぐことができる。
【０００７】
さらに、同公報の図８には、回転電極の周面と基板との間に、プラズマ発生領域（放電領域）とその他の領域（非放電領域）とを空間的に分離するための一対の仕切り壁を設けた装置が記載されている。この一対の仕切り壁によって区画された空間に反応ガスを供給することにより、プラズマ発生領域に集中的に反応ガスを供給することができ、反応ガスの利用効率を向上することができる。また、薄膜の堆積に関与しない分離した微粒子の析出を、低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−１７２４４４号公報の図８に記載された装置では、回転電極１の表面１ａと一対の仕切り壁２０、２１との間にギャップが存在する。このギャップを設けないと、仕切り壁２０、２１が回転電極１と接触して回転が妨げられるため、このギャップを設けることは必須である。
【０００９】
しかし、このギャップが存在するため、プラズマ発生領域への反応ガスの閉じ込めは不十分となる。反応ガスは、流体力学的にいって粘性を有する物質であるため、回転電極近傍の反応ガスは回転電極周面に引きずられて移動する。すなわち、静止系に対する反応ガスの流速は、回転電極近傍が最も大きくなる。したがって、回転電極周面と上記仕切り壁との間にギャップが存在すると、反応ガスの閉じ込めが不十分になるのである。
【００１０】
本発明の目的は、回転電極を用いるプラズマ処理装置において、プラズマ生成領域付近に反応ガスを効率的に閉じ込めることを可能とすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１） ロール状であってその軸方向を回転軸として回転する回転電極を反応容器内に有し、回転電極に高周波または直流電力を印加することにより回転電極近傍にプラズマを発生させ、このプラズマを利用して、回転電極周面に対向して配置した基板上への薄膜の堆積、前記基板の処理および回転電極周面のクリーニングから選択される少なくとも１種のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
回転電極の周面と、反応容器の壁面と、これらの間に設けられた２つの遮断部材とにより、基板近傍の空間が区画されて処理空間を形成しており、
前記遮断部材が、回転電極周面と接するローラを含むプラズマ処理装置。
（２） 前記遮断部材の少なくとも一方が複数のローラを含み、これら複数のローラのうち回転電極周面と接していないローラが、このローラに接する他のローラによって駆動されて回転する上記（１）のプラズマ処理装置。
（３） 一方の遮断部材が偶数個のローラを含み、他方の遮断部材が奇数個のローラを含み、前記一方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と同方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制され、
前記他方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と逆方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制される上記（２）のプラズマ処理装置。
（４） 回転電極の周方向に複数の処理空間が配列している上記（３）のプラズマ処理装置。
（５） 前記複数の処理空間のそれぞれに存在する基板のうち少なくとも２つについて、互いに異なるプラズマ処理が行われる上記（４）のプラズマ処理装置。
（６） プラズマ処理が行われない緩衝空間を挟んで２つの処理空間を有し、これら２つの処理空間において互いに異なるプラズマ処理が行われる上記（５）のプラズマ処理装置。
（７） 前記緩衝空間からガスを排出する手段を有する上記（６）のプラズマ処理装置。
（８） 前記２つの処理空間における互いに異なるプラズマ処理のいずれに対してもコンタミネーションガスとはならないガスを、前記緩衝空間内に流入させる手段を有する上記（６）のプラズマ処理装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置の構成例を、図１に示す。図１に示す装置は、反応容器１０内に回転電極１を有し、この回転電極１に高周波または直流電力を印加することにより、回転電極１の周面に対向して配置した基板２との間にプラズマ４を発生させる。基板２は、基板ホルダ３上に配置されており、通常、基板ホルダ３は接地されている。本発明で用いる回転電極１は、前記した特開平９−１０４９８５号公報および特開平１１−１７２４４４号公報にそれぞれ記載されている回転電極と同様な構造をもつ。この回転電極は、ロール状であってその軸方向を回転軸として回転する。この装置では、回転電極１の周面と基板２との間に生成したプラズマを利用して、プラズマ処理が行われる。本明細書におけるプラズマ処理とは、基板上への薄膜の堆積、基板の処理および回転電極周面のクリーニングから選択される少なくとも１種である。基板上への薄膜の堆積には、プラズマＣＶＤ法を用いてもスパッタ法を用いてもよいが、本発明はプラズマＣＶＤ法を用いる場合に、より有効である。また、基板の処理とは、薄膜形成前における基板表面の活性化処理が挙げられ、このほか、薄膜表面の活性化処理や薄膜へのドーピング（これらの場合は、薄膜自体を基板として扱う）なども含まれる。図示する装置では、回転電極１を挟んで基板２が２つ設けられており、２つの基板に対して同時にプラズマ処理を行うことが可能である。
【００１３】
本明細書では、回転電極１の回転に伴って、その周面が基板２に近づいてくる側を、基板２を基準位置として前側と呼び、回転電極１の周面が基板２から遠ざかる側を、基板２を基準位置として後側と呼ぶ。すなわち、図１において下側に配置した基板２に対しては、図中左側が前側であり、図中右側が後側である。一方、図１において上側に配置した基板２に対しては、図中左側が後側であり、図中右側が前側である。
【００１４】
本発明の装置では、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、これらの間に設けられた２つの遮断部材５、６とにより、基板２近傍の空間が区画されて、処理空間が形成される。図１では、図中下側に処理空間２０Ａが、図中上側に処理空間２０Ｂが存在する。処理空間２０Ａ、２０Ｂは、いずれも、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、基板２を基準として前側に存在する遮断部材５と、基板２を基準として後側に存在する遮断部材６とによって区画されている。処理空間２０Ａと２０Ｂとは接しておらず、両者の間には、回転電極１を挟んで２つの緩衝空間２１Ａ、２１Ｂが設けられている。これらの緩衝空間は処理空間と同様に、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、これらの間にそれぞれに設けられた遮断部材５、６とにより区画された空間である。処理空間２０Ａには、反応ガス供給管１３Ａおよびガス排出管１２Ａが開口し、処理空間２０Ｂには、反応ガス供給管１３Ｂおよびガス排出管１２Ｂが開口している。
【００１５】
この装置において、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから回転電極１と基板２との間に供給された反応ガスは、プラズマ４により活性種を生じ、この活性種が基板２表面に付着して膜が形成される。ガス排出管１２Ａ、１２Ｂは、反応容器１内からガスを排出するために設けられ、反応容器内の圧力を一定に保つと共に、プラズマ中に生じたパーティクルを反応容器外に排出する機能ももつ。図１では基板２を板状体として示してあるが、実際には可撓性フィルムを巻回した長尺の基板を用いることが一般的である。長尺の基板を一定の速度で走行させながらプラズマＣＶＤを行うことにより、膜を連続的に形成できる。
【００１６】
なお、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから噴き出す反応ガス流の方向は、回転電極１周面の移動方向と一致し、かつ、基板の走行方向とも一致することが好ましい。その場合、処理空間２０Ａでは基板２を右側に走行させ、処理空間２０Ｂでは基板２を左側に走行させることになる。プラズマ中では、活性種同士の反応により生成したパーティクル同士が衝突して成長し、これが基板上に堆積中の膜に付着して欠陥を生じさせやすい。これに対し、反応ガス流の方向、回転電極の移動方向および基板の走行方向を上記関係とすれば、基板が遠ざかる方向に反応ガスによってパーティクルが飛ばされるので、成長したパーティクルが付着したとしても、そこは既に成膜が完了している領域であり、欠陥となることは少ない。
【００１７】
本発明では、処理空間を形成するための遮断部材として、回転電極の周面と接するローラを含むものを用いる。図１において、一方の遮断部材５は、回転電極１周面と接するローラ５１Ａと、このローラ５１Ａに接するローラ５１Ｂと、ギャップを介してローラ５１Ｂに対向する仕切り壁５２とからなる。他方の遮断部材６は、回転電極１周面と接するローラ６１と、ギャップを介してローラ６１に対向する仕切り壁６２とからなる。
【００１８】
本発明では、このように遮断部材が回転電極と接するローラを含むので、処理空間内に反応ガスを効率的に閉じ込めることができる。このことを図２を用いて説明する。前述したように、回転電極近傍の反応ガスは回転電極周面に引きずられて移動するため、回転電極近傍において反応ガスの流れを阻止することが最も重要である。図２に示すように、本発明ではローラ５１Ａおよびローラ６１が回転電極１の周面に接しているため、反応ガスはこれらのローラに遮られ、処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に閉じ込められる。
【００１９】
遮断部材を構成するローラは、回転電極の周面の移動によって駆動されて回転する。そのため、回転電極に接してローラを設けても、回転電極の回転は実質的に阻害されない。ただし、回転電極の回転を阻害しないためには、ローラの回転を阻害しない必要がある。そのため、ローラと仕切り壁との間には、長さｄのギャップを設けてある。このギャップは、回転電極周面から離れた位置、すなわち反応ガスの流速が遅い位置に存在するため、前記特開平１１−１７２４４４号公報の図８において回転電極周面と仕切り壁との間に存在するギャップと異なり、ガスを多量に通過させることはない。
【００２０】
本発明では、図１および図２に示すように、基板２を基準として前側に存在する遮断部材５が偶数個のローラを含み、基板２を基準として後側に存在する遮断部材６が奇数個のローラを含むことが好ましい。図１および図２では、前記前側の遮断部材５は２個のローラ５１Ａ、５１Ｂを有し、前記後側の遮断部材６は１個のローラ６１を有する。前記前側において、ローラ５１Ａは回転電極１の回転によって駆動されて回転し、ローラ５１Ａに接するローラ５１Ｂは、ローラ５１Ａの回転によって駆動されて回転する。したがって、前記前側において回転電極１から遠い側のローラ５１Ｂは、回転電極１と同方向に回転する。なお、ローラの数が２個である場合に限らずローラが偶数個存在する場合のすべてにおいて、回転電極から最も遠いローラは回転電極と同方向に回転することになる。一方、前記後側のローラ６１は、回転電極１と逆方向に回転する。なお、ローラの数が１個である場合に限らずローラが奇数個存在する場合のすべてにおいて、回転電極から最も遠いローラは回転電極と逆方向に回転することになる。
【００２１】
このように、前記前側の遮断部材５においてギャップに隣接するローラ５１Ｂが回転電極１と同方向に回転し、前記後側の遮断部材６においてギャップに隣接するローラ６１が回転電極１と逆方向に回転する構成とすれば、反応ガスを処理空間内に閉じ込める効果がさらに増強される。すなわち図２に示すように、前記前側の遮断部材５におけるギャップ内のガスの流れは、緩衝空間２１Ｂから処理空間２０Ｂに向かうものとなる。一方、前記後側の遮断部材６におけるギャップ内のガスの流れは、緩衝空間２１Ｂから処理空間２０Ａに向かうものとなる。このようなガスの流れは、緩衝空間２１Ｂ側だけでなく緩衝空間２１Ａ側においても同様となる。したがって、ローラをこのように配置することにより、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に供給された反応ガスの緩衝空間２１Ａ、２１Ｂへの流出は、効率よく抑えられる。
【００２２】
また、緩衝空間内の圧力は、処理空間内のガス圧力よりもわずかに、好ましくは５×１０2〜４×１０4Pa程度、高くしておくことが好ましい。これにより、緩衝空間への反応ガスの流出をさらに抑制できる。
【００２３】
回転電極１の周面から遮断部材のギャップまでの距離は、５〜５０mmとすることが好ましい。高速のガス流は回転電極周面のごく近くだけに存在するため、回転電極周面付近のガス流を阻止するだけであればギャップまでの距離は５mm未満であっても問題はない。しかし、ギャップまでの距離を小さくするには直径の小さなローラを使う必要があり、ローラの直径が小さすぎると、ローラの機械的強度が不十分となる。したがって、ローラの機械的強度を確保するために、ギャップまでの距離は５mm以上とすることが好ましい。また、ギャップまでの距離を大きくしすぎると、装置全体の大型化を招くので、上記したようにギャップまでの距離は５０mm以下とすることが好ましい。
【００２４】
遮断部材のギャップの長さｄは、好ましくは０．１〜３mm、より好ましくは０．４〜１mmである。ギャップ長ｄが短すぎると、ローラの回転軸の偏心などによってローラがぶれたときに、ローラが仕切り壁に接触して回転が阻害されることがある。一方、ギャップ長ｄが長すぎると、ギャップを通して処理空間の反応ガスが流出してしまい、本発明の効果が損なわれる。
【００２５】
図１に示す構造のプラズマ処理装置では、反応ガスが処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に閉じ込められるため、反応ガスの利用効率を向上させることができる。ただし、図１に示す装置は、処理空間２０Ａと２０Ｂとで異なる処理を行う場合に特に有効である。異なる処理とは、用いる反応ガスの種類が相異なる処理を意味する。例えば、処理のカテゴリーが同じであっても用いる反応ガスの種類が異なる場合や、処理のカテゴリー自体が異なる場合のいずれであってもよい。それぞれの処理空間において用いる反応ガスの種類が相異なる場合、一方の処理空間で用いる反応ガスは、他方の処理空間においてはコンタミネーションガスとなる。図１の装置を用いることにより、処理空間内へのコンタミネーションガスの流入を抑制できる、すなわち雰囲気分離が可能となるので、プラズマＣＶＤにおいては膜質の良好な薄膜を形成することができる。また、基板の処理においては、例えば不要な元素のドーピングを防ぐことができる。
【００２６】
図１に示す装置において、処理空間内２０Ａ、２０Ｂ内へのコンタミネーションガスの流入をさらに抑制するためには、図２に示すように、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂにおいて反応容器外からガスの供給を行うことが好ましい。緩衝空間２１Ａ、２１Ｂに供給するガスは、処理空間２０Ａ、２０Ｂのどちらに対してもコンタミネーションガスとはならないガスとする。このようなガスとしては、一般に希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅのいずれか）または２種以上の希ガスを含む混合ガスが挙げられるが、例えばアモルファスシリコン膜を形成する処理に対しては、水素ガスおよびこれと希ガスとの混合ガスも使用できる。
【００２７】
また、図２に示すように、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂにおいて反応容器外にガスを排出することによっても、すなわち局所排気を行って減圧することによっても、処理空間２０Ａ、２０Ｂ内へのコンタミネーションガスの流入をさらに抑制することができる。なお、図２には緩衝空間におけるガス供給と局所排気とを共に示してあるが、これらを同時に行うことはない。
【００２８】
図１に示す装置では処理空間を２つ設けてあるが、処理空間を３以上設ける場合でも、本発明の作用効果は同様である。
【００２９】
なお、前記前側に偶数個、前記後側に奇数個のローラを設けない場合でも、回転電極周面に接するローラが存在すれば、反応ガス閉じ込めに関し、特開平１１−１７２４４４号公報記載の発明よりも高い効果が得られる。
【００３０】
図１では、遮断部材５、６に仕切り壁５２、６２が含まれるが、仕切り壁を設けることは必須ではない。例えば、遮断部材を多数のローラから構成すれば、回転電極から最も遠いローラの周面を反応容器１０壁面に近づけることができる。この場合には、壁面に最も近いローラの周面と壁面との間に、ローラの回転を阻害しないための微小なギャップを設けることになる。また、このほか、比較的大径のローラを用いたり、反応容器１０の形状を適宜選択したりすることによっても、仕切り壁を設けずに本発明の作用効果を実現することが可能である。
【００３１】
また、本発明は、図３に示すように、処理空間を１つだけ設ける場合にも有効である。図３では、遮断部材５、６により処理空間２０Ａが区画されており、この空間内に反応ガスが閉じ込められるので、反応ガスの効率的な利用が可能となる。
【００３２】
また、図示例では円形断面を有する回転電極を例に挙げたが、例えば、周方向に周期的な凹凸を有する回転電極を有するプラズマ処理装置にも本発明は適用可能である。このような回転電極は、前記特開平９−１０４９８５号公報に記載されている。この場合、ローラを揺動可能に支持しおけば、回転電極表面の凹凸に追従してローラが揺動するため、回転電極周面近傍における反応ガスの流れを阻止することが可能である。
【００３３】
次に、本発明のプラズマ処理装置のより詳細な構成について説明する。
【００３４】
ローラの構成材料は、コンタミネーションガスの放出が少ない材料の中から、回転電極周面に対する密着性が比較的良好で、また、摩耗しにくいものを適宜選択すればよく、特に限定されないが、通常、Ａｌ合金を用いることが好ましい。また、耐摩耗性向上のために、ローラ表面をＮｉ等の耐摩耗性に優れた材料で被覆することが好ましい。仕切り壁の構成材料も、コンタミネーションガスの放出が少ない材料の中から適宜選択すればよく、例えばＡｌ合金が好ましい。
【００３５】
ローラの寸法は特に限定されないが、上述したようにローラが細すぎると機械的強度が不十分となるため、直径５mm以上であることが好ましい。一方、ローラが太すぎると装置全体が大型化し、特に複数のローラを組み合わせて使う場合に装置が著しく大型化してしまうので、ローラの直径は５０mm以下であることが好ましい。ローラの幅は回転電極の幅と同等とすればよい。
【００３６】
回転電極は、前記した特開平９−１０４９８５号公報および特開平１１−１７２４４４号公報に記載されている回転電極と同様なものを用いればよく、本発明で利用するに際しての特別な限定はない。例えば、回転電極には、金属製ドラムまたはその周面を絶縁膜や金属膜で被覆したものを用いればよい。
【００３７】
回転電極の寸法は特に限定されないが、通常、直径は１００〜２０００mm程度とされる。また、回転電極の幅は、処理対象の基板の幅に応じて決定されるが、通常、１００〜２０００mm程度とされる。また、回転電極の周面の移動速度は、好ましくは１０m/s以上音速以下、より好ましくは５０m/s以上音速以下、さらに好ましくは５０〜２００m/sである。周面の移動速度が遅すぎると、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不十分となりやすい。一方、周面の移動速度が音速を超えると衝撃波が発生するため、好ましくない。また、周面の移動速度が速い場合は回転数が高くなり、回転数が高すぎると回転電極の軸に撓みが発生し、機械的な安定性および安全性に問題が生じる。
【００３８】
回転電極と基板との間の距離は、反応ガスの平均自由行程程度が好ましく、後述するような反応ガスを用いる場合には、好ましくは０．０１〜５mm、より好ましくは０．０５〜１mm、さらに好ましくは０．１〜０．７mmである。
【００３９】
また、本発明において、前記特開平１１−１７２４４４号公報に記載されているように、回転電極の周面を複数の領域に分割し、かつ、各領域ごとに特定のプロセスを実施し、他のプロセスは実施しない構成としてもよい。
【００４０】
本発明で用いる基板の形状は特に限定されないが、本発明では長尺の基板に均質な薄膜を形成でき、また、長尺基板に形成された膜に対し均一な処理を施すことができるので、本発明は長尺基板を用いる場合に特に有効である。
【００４１】
本発明において用いる反応ガスは特に限定されず、プラズマ処理において形成する膜の組成や、ドーピングする元素の種類などに応じて適宜選択すればよい。例えば、Ｓｉ薄膜を形成する場合には、シラン、高次シランなどを用いる。また、Ｓｉ薄膜にドーピングする場合には、ドーピング元素であるＢやＰを含むガスを用いる。また、Ｓｉ薄膜のほか、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭化ケイ素膜、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜等の形成にも本発明を利用できる。また、プラズマ中には、上記反応ガスのほか、希釈ガスとして希ガス、水素ガス等が供給される。
【００４２】
反応容器内の反応ガスの分圧は、好ましくは１Pa以上、より好ましくは１０〜７×１０3Paであり、さらに好ましくは７×１０2〜７×１０3Paである。反応容器内の全圧は、好ましくは１０2Pa以上、より好ましくは１０3〜１０5Paであり、特に１０5Pa付近が好ましい。水素ガスを含有させる場合、水素ガス分圧は好ましくは１０2Pa以上、より好ましくは１０2〜７×１０3Paである。
【００４３】
【実施例】
実施例１
図１に示す構成のプラズマ処理装置を準備した。回転電極１は、直径１００mm、幅１００mmとし、各ローラは、直径１０mm、幅１００mmとした。なお、回転電極には、Ａｌ製のドラムの表面をＮｉ膜で被覆したものを用いた。また、各ローラは、Ａｌ合金から構成した。各遮断部材におけるギャップ長ｄは、１００μmとした。
【００４４】
この装置において、処理空間２０Ａにシランガスと水素ガスとを混合したガスを導入し、処理空間２０ＢにＮＦ3ガスを導入し、各処理空間の圧力を５×１０4Paとした。また、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂでは局所排気を行った。この状態で回転電極１を１０００rpmで回転させながら、各処理空間内に存在するガスを質量分析により調べた。その結果、処理空間２０ＡにおけるＮＦ3濃度および処理空間２０Ｂにおけるシラン＋水素の濃度のいずれも、数百ppb程度と極めて低かった。この結果から、本発明の効果が明らかである。
【００４５】
実施例２
処理空間２１Ａ、２１Ｂに実施例１と同様にしてガスを導入し、一方、緩衝空間２１Ａ、２１ＢにはＨｅガスを導入した。緩衝空間の圧力は８×１０4Paであり、処理空間の圧力との差は３×１０4Paである。
【００４６】
この状態で、実施例１と同様に回転電極を１０００回転で回転させながら、実施例１と同様な測定を行った。その結果、処理空間２０ＡにおけるＮＦ3濃度および処理空間２０Ｂにおけるシラン＋水素の濃度のいずれも数十ppb程度であり、実施例１よりも低かった。
【００４７】
この条件で、処理空間２０ＡにおいてＳｉ薄膜を形成する処理と、このＳｉ薄膜形成の際に回転電極の周面に付着したＳｉ薄膜を、処理空間２０Ｂにおいてドライエッチングする処理とを、同時に行った。その結果、処理空間２０Ａにおいて形成されたＳｉ薄膜中の窒素およびフッ素の含有量は、平行平板型電極を利用するプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉ薄膜の場合とほとんど変わらなかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、回転電極を用いるプラズマ処理において、反応ガスの利用効率を著しく向上させることができる。また、本発明において、複数のプラズマ処理を同時に行う場合、それぞれの処理を行う処理空間からの反応ガスの流出を抑制でき、その結果、各処理空間に他の処理空間からコンタミネーションガスが侵入しにくいため、高品質の処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 回転電極
２ 基板
３ 基板ホルダ
４ プラズマ
５ 遮断部材
５１Ａ、５１Ｂ ローラ
５２ 仕切り壁
６ 遮断部材
６１ ローラ
６２ 仕切り壁
１０ 反応容器
１２Ａ、１２Ｂ ガス排出管
１３Ａ、１３Ｂ 反応ガス供給管
２０Ａ、２０Ｂ 処理空間
２１Ａ、２１Ｂ 緩衝空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤによる薄膜形成、プラズマを利用する表面処理、プラズマを利用する元素ドーピングなどのプラズマ処理を行うための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン等の薄膜を比較的高い圧力で形成する薄膜形成方法としては、プラズマＣＶＤ法が知られている。プラズマＣＶＤ方法では、反応容器内に一対の電極を設置し、一方の電極に高周波または直流電力を印加し、他方の電極を接地し、これらの電極間でプラズマを発生させて、発生したプラズマ中に反応ガスを供給し、反応ガスを分解することにより基板上に所望の薄膜を形成する。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法における前記一対の電極としては、通常、平行平板型電極が利用される。プラズマＣＶＤ法において均質な薄膜を形成するためには、プラズマ空間に均一にかつ効率よく反応ガスを供給することが必要となる。しかし、平行平板型電極を用いる場合には、広い領域にわたって反応ガスを均一に効率よく供給することは困難であり、そのため、基板上に大面積の薄膜を均一に形成することが難しい。特に、反応ガス濃度を高くして高速成膜を行う場合には、高い圧力下でプラズマＣＶＤを行うことになるため、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不均一となりやすく、その結果、均質な薄膜を形成することが困難となる。
【０００４】
そのため、特開平９−１０４９８５号公報およびこれに対応する米国特許第５，７１１，８１４号明細書では、大面積の薄膜を高速で形成することができる方法として、回転電極を用いる薄膜形成方法を提案している。同公報に記載された装置は、回転電極を回転させることにより、基板表面の近傍を電極表面が移動しながら通過する構成を有する。この装置では、回転電極の回転により反応ガスが基板表面と回転電極との間に供給される。回転電極には高周波電力が印加され、基板表面と回転電極との間にプラズマが発生する。このプラズマ中には、回転電極の回転に伴って反応ガスが供給されるので、基板上に薄膜を形成することができる。長尺の基板を回転電極に対し高速で移動させながら成膜を行えば、長尺の基板上に薄膜を連続的かつ高速に形成できる。
【０００５】
回転電極を用いる利点は、以下のとおりである。（１）プラズマ空間に対し反応ガスを速い速度でかつ均一に供給することができるので、成膜速度および膜の均質性を大幅に向上することができる。（２）回転電極の周面と基板との間のギャップを狭くしても、狭いギャップに反応ガスを選択的に供給できるので、反応ガスの利用効率を大幅に向上させることができる。（３）回転電極周面の温度が上昇しにくいので、従来よりも大きな電力を投入することができ、成膜速度を大幅に向上することができる。これらの利点の詳細については、上記特開平９−１０４９８５号公報に記載されている。
【０００６】
特開平１１−１７２４４４号公報では、このような回転電極を用いて、複数種のプラズマ処理プロセスを実施するための方法が提案されている。この方法では、回転電極表面の円周方向に分割して設定される複数の領域において、各領域に応じて定められた異なるプロセスが実施される。すなわち、回転電極周面のそれぞれの領域において、それぞれ特定のプロセスが実施され、他のプロセスは実施されない。薄膜形成時には、回転電極周面にも堆積が生じ、それが剥離することがあるので、１つの回転電極で複数種の薄膜を形成した場合、基板上の薄膜にコンタミネーションが生じ、膜質が低下することがある。これに対し同公報記載の方法では、回転電極周面に設けたそれぞれの領域において１種だけのプロセスが実施されるので、このようなコンタミネーションを防ぐことができる。
【０００７】
さらに、同公報の図８には、回転電極の周面と基板との間に、プラズマ発生領域（放電領域）とその他の領域（非放電領域）とを空間的に分離するための一対の仕切り壁を設けた装置が記載されている。この一対の仕切り壁によって区画された空間に反応ガスを供給することにより、プラズマ発生領域に集中的に反応ガスを供給することができ、反応ガスの利用効率を向上することができる。また、薄膜の堆積に関与しない分離した微粒子の析出を、低減することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−１７２４４４号公報の図８に記載された装置では、回転電極１の表面１ａと一対の仕切り壁２０、２１との間にギャップが存在する。このギャップを設けないと、仕切り壁２０、２１が回転電極１と接触して回転が妨げられるため、このギャップを設けることは必須である。
【０００９】
しかし、このギャップが存在するため、プラズマ発生領域への反応ガスの閉じ込めは不十分となる。反応ガスは、流体力学的にいって粘性を有する物質であるため、回転電極近傍の反応ガスは回転電極周面に引きずられて移動する。すなわち、静止系に対する反応ガスの流速は、回転電極近傍が最も大きくなる。したがって、回転電極周面と上記仕切り壁との間にギャップが存在すると、反応ガスの閉じ込めが不十分になるのである。
【００１０】
本発明の目的は、回転電極を用いるプラズマ処理装置において、プラズマ生成領域付近に反応ガスを効率的に閉じ込めることを可能とすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（８）の本発明により達成される。
（１） ロール状であってその軸方向を回転軸として回転する回転電極を反応容器内に有し、回転電極に高周波または直流電力を印加することにより回転電極近傍にプラズマを発生させ、このプラズマを利用して、回転電極周面に対向して配置した基板上への薄膜の堆積、前記基板の処理および回転電極周面のクリーニングから選択される少なくとも１種のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
回転電極の周面と、反応容器の壁面と、これらの間に設けられた２つの遮断部材とにより、基板近傍の空間が区画されて処理空間を形成しており、
前記遮断部材が、回転電極周面と接するローラを含むプラズマ処理装置。
（２） 前記遮断部材の少なくとも一方が複数のローラを含み、これら複数のローラのうち回転電極周面と接していないローラが、このローラに接する他のローラによって駆動されて回転する上記（１）のプラズマ処理装置。
（３） 一方の遮断部材が偶数個のローラを含み、他方の遮断部材が奇数個のローラを含み、前記一方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と同方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制され、
前記他方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と逆方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制される上記（２）のプラズマ処理装置。
（４） 回転電極の周方向に複数の処理空間が配列している上記（３）のプラズマ処理装置。
（５） 前記複数の処理空間のそれぞれに存在する基板のうち少なくとも２つについて、互いに異なるプラズマ処理が行われる上記（４）のプラズマ処理装置。
（６） プラズマ処理が行われない緩衝空間を挟んで２つの処理空間を有し、これら２つの処理空間において互いに異なるプラズマ処理が行われる上記（５）のプラズマ処理装置。
（７） 前記緩衝空間からガスを排出する手段を有する上記（６）のプラズマ処理装置。
（８） 前記２つの処理空間における互いに異なるプラズマ処理のいずれに対してもコンタミネーションガスとはならないガスを、前記緩衝空間内に流入させる手段を有する上記（６）のプラズマ処理装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明のプラズマ処理装置の構成例を、図１に示す。図１に示す装置は、反応容器１０内に回転電極１を有し、この回転電極１に高周波または直流電力を印加することにより、回転電極１の周面に対向して配置した基板２との間にプラズマ４を発生させる。基板２は、基板ホルダ３上に配置されており、通常、基板ホルダ３は接地されている。本発明で用いる回転電極１は、前記した特開平９−１０４９８５号公報および特開平１１−１７２４４４号公報にそれぞれ記載されている回転電極と同様な構造をもつ。この回転電極は、ロール状であってその軸方向を回転軸として回転する。この装置では、回転電極１の周面と基板２との間に生成したプラズマを利用して、プラズマ処理が行われる。本明細書におけるプラズマ処理とは、基板上への薄膜の堆積、基板の処理および回転電極周面のクリーニングから選択される少なくとも１種である。基板上への薄膜の堆積には、プラズマＣＶＤ法を用いてもスパッタ法を用いてもよいが、本発明はプラズマＣＶＤ法を用いる場合に、より有効である。また、基板の処理とは、薄膜形成前における基板表面の活性化処理が挙げられ、このほか、薄膜表面の活性化処理や薄膜へのドーピング（これらの場合は、薄膜自体を基板として扱う）なども含まれる。図示する装置では、回転電極１を挟んで基板２が２つ設けられており、２つの基板に対して同時にプラズマ処理を行うことが可能である。
【００１３】
本明細書では、回転電極１の回転に伴って、その周面が基板２に近づいてくる側を、基板２を基準位置として前側と呼び、回転電極１の周面が基板２から遠ざかる側を、基板２を基準位置として後側と呼ぶ。すなわち、図１において下側に配置した基板２に対しては、図中左側が前側であり、図中右側が後側である。一方、図１において上側に配置した基板２に対しては、図中左側が後側であり、図中右側が前側である。
【００１４】
本発明の装置では、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、これらの間に設けられた２つの遮断部材５、６とにより、基板２近傍の空間が区画されて、処理空間が形成される。図１では、図中下側に処理空間２０Ａが、図中上側に処理空間２０Ｂが存在する。処理空間２０Ａ、２０Ｂは、いずれも、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、基板２を基準として前側に存在する遮断部材５と、基板２を基準として後側に存在する遮断部材６とによって区画されている。処理空間２０Ａと２０Ｂとは接しておらず、両者の間には、回転電極１を挟んで２つの緩衝空間２１Ａ、２１Ｂが設けられている。これらの緩衝空間は処理空間と同様に、回転電極１の周面と、反応容器１０の壁面と、これらの間にそれぞれに設けられた遮断部材５、６とにより区画された空間である。処理空間２０Ａには、反応ガス供給管１３Ａおよびガス排出管１２Ａが開口し、処理空間２０Ｂには、反応ガス供給管１３Ｂおよびガス排出管１２Ｂが開口している。
【００１５】
この装置において、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから回転電極１と基板２との間に供給された反応ガスは、プラズマ４により活性種を生じ、この活性種が基板２表面に付着して膜が形成される。ガス排出管１２Ａ、１２Ｂは、反応容器１内からガスを排出するために設けられ、反応容器内の圧力を一定に保つと共に、プラズマ中に生じたパーティクルを反応容器外に排出する機能ももつ。図１では基板２を板状体として示してあるが、実際には可撓性フィルムを巻回した長尺の基板を用いることが一般的である。長尺の基板を一定の速度で走行させながらプラズマＣＶＤを行うことにより、膜を連続的に形成できる。
【００１６】
なお、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから噴き出す反応ガス流の方向は、回転電極１周面の移動方向と一致し、かつ、基板の走行方向とも一致することが好ましい。その場合、処理空間２０Ａでは基板２を右側に走行させ、処理空間２０Ｂでは基板２を左側に走行させることになる。プラズマ中では、活性種同士の反応により生成したパーティクル同士が衝突して成長し、これが基板上に堆積中の膜に付着して欠陥を生じさせやすい。これに対し、反応ガス流の方向、回転電極の移動方向および基板の走行方向を上記関係とすれば、基板が遠ざかる方向に反応ガスによってパーティクルが飛ばされるので、成長したパーティクルが付着したとしても、そこは既に成膜が完了している領域であり、欠陥となることは少ない。
【００１７】
本発明では、処理空間を形成するための遮断部材として、回転電極の周面と接するローラを含むものを用いる。図１において、一方の遮断部材５は、回転電極１周面と接するローラ５１Ａと、このローラ５１Ａに接するローラ５１Ｂと、ギャップを介してローラ５１Ｂに対向する仕切り壁５２とからなる。他方の遮断部材６は、回転電極１周面と接するローラ６１と、ギャップを介してローラ６１に対向する仕切り壁６２とからなる。
【００１８】
本発明では、このように遮断部材が回転電極と接するローラを含むので、処理空間内に反応ガスを効率的に閉じ込めることができる。このことを図２を用いて説明する。前述したように、回転電極近傍の反応ガスは回転電極周面に引きずられて移動するため、回転電極近傍において反応ガスの流れを阻止することが最も重要である。図２に示すように、本発明ではローラ５１Ａおよびローラ６１が回転電極１の周面に接しているため、反応ガスはこれらのローラに遮られ、処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に閉じ込められる。
【００１９】
遮断部材を構成するローラは、回転電極の周面の移動によって駆動されて回転する。そのため、回転電極に接してローラを設けても、回転電極の回転は実質的に阻害されない。ただし、回転電極の回転を阻害しないためには、ローラの回転を阻害しない必要がある。そのため、ローラと仕切り壁との間には、長さｄのギャップを設けてある。このギャップは、回転電極周面から離れた位置、すなわち反応ガスの流速が遅い位置に存在するため、前記特開平１１−１７２４４４号公報の図８において回転電極周面と仕切り壁との間に存在するギャップと異なり、ガスを多量に通過させることはない。
【００２０】
本発明では、図１および図２に示すように、基板２を基準として前側に存在する遮断部材５が偶数個のローラを含み、基板２を基準として後側に存在する遮断部材６が奇数個のローラを含むことが好ましい。図１および図２では、前記前側の遮断部材５は２個のローラ５１Ａ、５１Ｂを有し、前記後側の遮断部材６は１個のローラ６１を有する。前記前側において、ローラ５１Ａは回転電極１の回転によって駆動されて回転し、ローラ５１Ａに接するローラ５１Ｂは、ローラ５１Ａの回転によって駆動されて回転する。したがって、前記前側において回転電極１から遠い側のローラ５１Ｂは、回転電極１と同方向に回転する。なお、ローラの数が２個である場合に限らずローラが偶数個存在する場合のすべてにおいて、回転電極から最も遠いローラは回転電極と同方向に回転することになる。一方、前記後側のローラ６１は、回転電極１と逆方向に回転する。なお、ローラの数が１個である場合に限らずローラが奇数個存在する場合のすべてにおいて、回転電極から最も遠いローラは回転電極と逆方向に回転することになる。
【００２１】
このように、前記前側の遮断部材５においてギャップに隣接するローラ５１Ｂが回転電極１と同方向に回転し、前記後側の遮断部材６においてギャップに隣接するローラ６１が回転電極１と逆方向に回転する構成とすれば、反応ガスを処理空間内に閉じ込める効果がさらに増強される。すなわち図２に示すように、前記前側の遮断部材５におけるギャップ内のガスの流れは、緩衝空間２１Ｂから処理空間２０Ｂに向かうものとなる。一方、前記後側の遮断部材６におけるギャップ内のガスの流れは、緩衝空間２１Ｂから処理空間２０Ａに向かうものとなる。このようなガスの流れは、緩衝空間２１Ｂ側だけでなく緩衝空間２１Ａ側においても同様となる。したがって、ローラをこのように配置することにより、反応ガス供給管１３Ａ、１３Ｂから処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に供給された反応ガスの緩衝空間２１Ａ、２１Ｂへの流出は、効率よく抑えられる。
【００２２】
また、緩衝空間内の圧力は、処理空間内のガス圧力よりもわずかに、好ましくは５×１０2〜４×１０4Pa程度、高くしておくことが好ましい。これにより、緩衝空間への反応ガスの流出をさらに抑制できる。
【００２３】
回転電極１の周面から遮断部材のギャップまでの距離は、５〜５０mmとすることが好ましい。高速のガス流は回転電極周面のごく近くだけに存在するため、回転電極周面付近のガス流を阻止するだけであればギャップまでの距離は５mm未満であっても問題はない。しかし、ギャップまでの距離を小さくするには直径の小さなローラを使う必要があり、ローラの直径が小さすぎると、ローラの機械的強度が不十分となる。したがって、ローラの機械的強度を確保するために、ギャップまでの距離は５mm以上とすることが好ましい。また、ギャップまでの距離を大きくしすぎると、装置全体の大型化を招くので、上記したようにギャップまでの距離は５０mm以下とすることが好ましい。
【００２４】
遮断部材のギャップの長さｄは、好ましくは０．１〜３mm、より好ましくは０．４〜１mmである。ギャップ長ｄが短すぎると、ローラの回転軸の偏心などによってローラがぶれたときに、ローラが仕切り壁に接触して回転が阻害されることがある。一方、ギャップ長ｄが長すぎると、ギャップを通して処理空間の反応ガスが流出してしまい、本発明の効果が損なわれる。
【００２５】
図１に示す構造のプラズマ処理装置では、反応ガスが処理空間２０Ａ、２０Ｂ内に閉じ込められるため、反応ガスの利用効率を向上させることができる。ただし、図１に示す装置は、処理空間２０Ａと２０Ｂとで異なる処理を行う場合に特に有効である。異なる処理とは、用いる反応ガスの種類が相異なる処理を意味する。例えば、処理のカテゴリーが同じであっても用いる反応ガスの種類が異なる場合や、処理のカテゴリー自体が異なる場合のいずれであってもよい。それぞれの処理空間において用いる反応ガスの種類が相異なる場合、一方の処理空間で用いる反応ガスは、他方の処理空間においてはコンタミネーションガスとなる。図１の装置を用いることにより、処理空間内へのコンタミネーションガスの流入を抑制できる、すなわち雰囲気分離が可能となるので、プラズマＣＶＤにおいては膜質の良好な薄膜を形成することができる。また、基板の処理においては、例えば不要な元素のドーピングを防ぐことができる。
【００２６】
図１に示す装置において、処理空間内２０Ａ、２０Ｂ内へのコンタミネーションガスの流入をさらに抑制するためには、図２に示すように、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂにおいて反応容器外からガスの供給を行うことが好ましい。緩衝空間２１Ａ、２１Ｂに供給するガスは、処理空間２０Ａ、２０Ｂのどちらに対してもコンタミネーションガスとはならないガスとする。このようなガスとしては、一般に希ガス（Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅのいずれか）または２種以上の希ガスを含む混合ガスが挙げられるが、例えばアモルファスシリコン膜を形成する処理に対しては、水素ガスおよびこれと希ガスとの混合ガスも使用できる。
【００２７】
また、図２に示すように、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂにおいて反応容器外にガスを排出することによっても、すなわち局所排気を行って減圧することによっても、処理空間２０Ａ、２０Ｂ内へのコンタミネーションガスの流入をさらに抑制することができる。なお、図２には緩衝空間におけるガス供給と局所排気とを共に示してあるが、これらを同時に行うことはない。
【００２８】
図１に示す装置では処理空間を２つ設けてあるが、処理空間を３以上設ける場合でも、本発明の作用効果は同様である。
【００２９】
なお、前記前側に偶数個、前記後側に奇数個のローラを設けない場合でも、回転電極周面に接するローラが存在すれば、反応ガス閉じ込めに関し、特開平１１−１７２４４４号公報記載の発明よりも高い効果が得られる。
【００３０】
図１では、遮断部材５、６に仕切り壁５２、６２が含まれるが、仕切り壁を設けることは必須ではない。例えば、遮断部材を多数のローラから構成すれば、回転電極から最も遠いローラの周面を反応容器１０壁面に近づけることができる。この場合には、壁面に最も近いローラの周面と壁面との間に、ローラの回転を阻害しないための微小なギャップを設けることになる。また、このほか、比較的大径のローラを用いたり、反応容器１０の形状を適宜選択したりすることによっても、仕切り壁を設けずに本発明の作用効果を実現することが可能である。
【００３１】
また、本発明は、図３に示すように、処理空間を１つだけ設ける場合にも有効である。図３では、遮断部材５、６により処理空間２０Ａが区画されており、この空間内に反応ガスが閉じ込められるので、反応ガスの効率的な利用が可能となる。
【００３２】
また、図示例では円形断面を有する回転電極を例に挙げたが、例えば、周方向に周期的な凹凸を有する回転電極を有するプラズマ処理装置にも本発明は適用可能である。このような回転電極は、前記特開平９−１０４９８５号公報に記載されている。この場合、ローラを揺動可能に支持しおけば、回転電極表面の凹凸に追従してローラが揺動するため、回転電極周面近傍における反応ガスの流れを阻止することが可能である。
【００３３】
次に、本発明のプラズマ処理装置のより詳細な構成について説明する。
【００３４】
ローラの構成材料は、コンタミネーションガスの放出が少ない材料の中から、回転電極周面に対する密着性が比較的良好で、また、摩耗しにくいものを適宜選択すればよく、特に限定されないが、通常、Ａｌ合金を用いることが好ましい。また、耐摩耗性向上のために、ローラ表面をＮｉ等の耐摩耗性に優れた材料で被覆することが好ましい。仕切り壁の構成材料も、コンタミネーションガスの放出が少ない材料の中から適宜選択すればよく、例えばＡｌ合金が好ましい。
【００３５】
ローラの寸法は特に限定されないが、上述したようにローラが細すぎると機械的強度が不十分となるため、直径５mm以上であることが好ましい。一方、ローラが太すぎると装置全体が大型化し、特に複数のローラを組み合わせて使う場合に装置が著しく大型化してしまうので、ローラの直径は５０mm以下であることが好ましい。ローラの幅は回転電極の幅と同等とすればよい。
【００３６】
回転電極は、前記した特開平９−１０４９８５号公報および特開平１１−１７２４４４号公報に記載されている回転電極と同様なものを用いればよく、本発明で利用するに際しての特別な限定はない。例えば、回転電極には、金属製ドラムまたはその周面を絶縁膜や金属膜で被覆したものを用いればよい。
【００３７】
回転電極の寸法は特に限定されないが、通常、直径は１００〜２０００mm程度とされる。また、回転電極の幅は、処理対象の基板の幅に応じて決定されるが、通常、１００〜２０００mm程度とされる。また、回転電極の周面の移動速度は、好ましくは１０m/s以上音速以下、より好ましくは５０m/s以上音速以下、さらに好ましくは５０〜２００m/sである。周面の移動速度が遅すぎると、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不十分となりやすい。一方、周面の移動速度が音速を超えると衝撃波が発生するため、好ましくない。また、周面の移動速度が速い場合は回転数が高くなり、回転数が高すぎると回転電極の軸に撓みが発生し、機械的な安定性および安全性に問題が生じる。
【００３８】
回転電極と基板との間の距離は、反応ガスの平均自由行程程度が好ましく、後述するような反応ガスを用いる場合には、好ましくは０．０１〜５mm、より好ましくは０．０５〜１mm、さらに好ましくは０．１〜０．７mmである。
【００３９】
また、本発明において、前記特開平１１−１７２４４４号公報に記載されているように、回転電極の周面を複数の領域に分割し、かつ、各領域ごとに特定のプロセスを実施し、他のプロセスは実施しない構成としてもよい。
【００４０】
本発明で用いる基板の形状は特に限定されないが、本発明では長尺の基板に均質な薄膜を形成でき、また、長尺基板に形成された膜に対し均一な処理を施すことができるので、本発明は長尺基板を用いる場合に特に有効である。
【００４１】
本発明において用いる反応ガスは特に限定されず、プラズマ処理において形成する膜の組成や、ドーピングする元素の種類などに応じて適宜選択すればよい。例えば、Ｓｉ薄膜を形成する場合には、シラン、高次シランなどを用いる。また、Ｓｉ薄膜にドーピングする場合には、ドーピング元素であるＢやＰを含むガスを用いる。また、Ｓｉ薄膜のほか、ダイヤモンド薄膜、ダイヤモンド状炭素膜、炭化ケイ素膜、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜等の形成にも本発明を利用できる。また、プラズマ中には、上記反応ガスのほか、希釈ガスとして希ガス、水素ガス等が供給される。
【００４２】
反応容器内の反応ガスの分圧は、好ましくは１Pa以上、より好ましくは１０〜７×１０3Paであり、さらに好ましくは７×１０2〜７×１０3Paである。反応容器内の全圧は、好ましくは１０2Pa以上、より好ましくは１０3〜１０5Paであり、特に１０5Pa付近が好ましい。水素ガスを含有させる場合、水素ガス分圧は好ましくは１０2Pa以上、より好ましくは１０2〜７×１０3Paである。
【００４３】
【実施例】
実施例１
図１に示す構成のプラズマ処理装置を準備した。回転電極１は、直径１００mm、幅１００mmとし、各ローラは、直径１０mm、幅１００mmとした。なお、回転電極には、Ａｌ製のドラムの表面をＮｉ膜で被覆したものを用いた。また、各ローラは、Ａｌ合金から構成した。各遮断部材におけるギャップ長ｄは、１００μmとした。
【００４４】
この装置において、処理空間２０Ａにシランガスと水素ガスとを混合したガスを導入し、処理空間２０ＢにＮＦ3ガスを導入し、各処理空間の圧力を５×１０4Paとした。また、緩衝空間２１Ａ、２１Ｂでは局所排気を行った。この状態で回転電極１を１０００rpmで回転させながら、各処理空間内に存在するガスを質量分析により調べた。その結果、処理空間２０ＡにおけるＮＦ3濃度および処理空間２０Ｂにおけるシラン＋水素の濃度のいずれも、数百ppb程度と極めて低かった。この結果から、本発明の効果が明らかである。
【００４５】
実施例２
処理空間２１Ａ、２１Ｂに実施例１と同様にしてガスを導入し、一方、緩衝空間２１Ａ、２１ＢにはＨｅガスを導入した。緩衝空間の圧力は８×１０4Paであり、処理空間の圧力との差は３×１０4Paである。
【００４６】
この状態で、実施例１と同様に回転電極を１０００回転で回転させながら、実施例１と同様な測定を行った。その結果、処理空間２０ＡにおけるＮＦ3濃度および処理空間２０Ｂにおけるシラン＋水素の濃度のいずれも数十ppb程度であり、実施例１よりも低かった。
【００４７】
この条件で、処理空間２０ＡにおいてＳｉ薄膜を形成する処理と、このＳｉ薄膜形成の際に回転電極の周面に付着したＳｉ薄膜を、処理空間２０Ｂにおいてドライエッチングする処理とを、同時に行った。その結果、処理空間２０Ａにおいて形成されたＳｉ薄膜中の窒素およびフッ素の含有量は、平行平板型電極を利用するプラズマＣＶＤ装置により形成したＳｉ薄膜の場合とほとんど変わらなかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、回転電極を用いるプラズマ処理において、反応ガスの利用効率を著しく向上させることができる。また、本発明において、複数のプラズマ処理を同時に行う場合、それぞれの処理を行う処理空間からの反応ガスの流出を抑制でき、その結果、各処理空間に他の処理空間からコンタミネーションガスが侵入しにくいため、高品質の処理が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面図である。
【図２】図１に示すプラズマ処理装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 回転電極
２ 基板
３ 基板ホルダ
４ プラズマ
５ 遮断部材
５１Ａ、５１Ｂ ローラ
５２ 仕切り壁
６ 遮断部材
６１ ローラ
６２ 仕切り壁
１０ 反応容器
１２Ａ、１２Ｂ ガス排出管
１３Ａ、１３Ｂ 反応ガス供給管
２０Ａ、２０Ｂ 処理空間
２１Ａ、２１Ｂ 緩衝空間
Claims (8)
- ロール状であってその軸方向を回転軸として回転する回転電極を反応容器内に有し、回転電極に高周波または直流電力を印加することにより回転電極近傍にプラズマを発生させ、このプラズマを利用して、回転電極周面に対向して配置した基板上への薄膜の堆積、前記基板の処理および回転電極周面のクリーニングから選択される少なくとも１種のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
回転電極の周面と、反応容器の壁面と、これらの間に設けられた２つの遮断部材とにより、基板近傍の空間が区画されて処理空間を形成しており、
前記遮断部材が、回転電極周面と接するローラを含むプラズマ処理装置。 - 前記遮断部材の少なくとも一方が複数のローラを含み、これら複数のローラのうち回転電極周面と接していないローラが、このローラに接する他のローラによって駆動されて回転する請求項１のプラズマ処理装置。
- 一方の遮断部材が偶数個のローラを含み、他方の遮断部材が奇数個のローラを含み、前記一方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と同方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制され、
前記他方の遮断部材において、回転電極から最も遠いローラの周面に隣接してギャップが存在し、前記最も遠いローラが回転電極と逆方向に回転することによって、前記ギャップを通した前記処理空間からのガス流出が抑制される請求項２のプラズマ処理装置。 - 回転電極の周方向に複数の処理空間が配列している請求項３のプラズマ処理装置。
- 前記複数の処理空間のそれぞれに存在する基板のうち少なくとも２つについて、互いに異なるプラズマ処理が行われる請求項４のプラズマ処理装置。
- プラズマ処理が行われない緩衝空間を挟んで２つの処理空間を有し、これら２つの処理空間において互いに異なるプラズマ処理が行われる請求項５のプラズマ処理装置。
- 前記緩衝空間からガスを排出する手段を有する請求項６のプラズマ処理装置。
- 前記２つの処理空間における互いに異なるプラズマ処理のいずれに対してもコンタミネーションガスとはならないガスを、前記緩衝空間内に流入させる手段を有する請求項６のプラズマ処理装置。
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