JP5496791B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理ガスをプラズマ化して基板を処理するプラズマ処理装置に関する。

従来、成膜処理やエッチング処理において、例えばマイクロ波や高周波を用いたプラズマＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）装置が使用されている。

例えば、基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置は、高周波電源およびガス導入系に接続されたカソード電極と、当該カソード電極に対向するように基板を支持するアノード電極とを備えている。当該カソード電極は、ガス導入系から処理室内に処理ガスを供給するための処理ガス供給部材としても機能する。両電極に高周波電圧を印加すると、一対の電極間に発生したプラズマが処理ガスを活性化させ、この活性化された処理ガスがアノード電極上の基板に到達して薄膜を形成する。このときプラズマ発生領域の温度は高温まで上昇する。

一般に、処理ガス供給部材として機能する電極は、処理ガスを供給する貫通孔を有するシャワープレートとその背面に配置された支持プレートとから構成される。プラズマ発生時、シャワープレートがプラズマの熱を受けて変形すると、均一な薄膜形成を行うことができなくなってしまう。

そこで、特許文献１には、プラズマＣＶＤ装置における一対の電極のうち、処理ガスを供給する上部電極の温度上昇を抑える技術が開示されている。具体的には、上記一対の電極のうち、処理ガスを供給する上部電極は、冷却水路を有する温度調節プレートと、処理ガスを噴出する噴出穴を有するガス噴出プレートと、両プレート間に配置された熱伝達部材とから構成されている。当該構成において、プラズマからの熱は、ガス噴出プレートから熱伝達部材を介して温度調節プレートに伝達されるため、ガス噴出プレートの温度上昇が抑えられる。

ところで、近年提案されているマルチ電極構造のプラズマＣＶＤ装置では、複数の基板を同時に処理するために、１つのチャンバ内に一対の電極を複数組配置している。このような構成において、一対の電極対の各電極は、互いに対向する面および当該面の反対側の面、即ち表裏面を処理室内の気相に露出している。なお気相とは、処理ガス雰囲気や真空雰囲気を意味する。

特開平１０‐３０１８５号公報（１９９８年２月３日公開）

本発明者らは、処理ガスを供給するカソード電極がチャンバ内の気相に露出しているプラズマＣＶＤ装置に関して、カソード電極を構成するシャワープレートと支持プレートとの間の過渡的な温度差によって、安定的に薄膜形成処理ができない場合があることを見出した。

すなわち、カソード電極がチャンバ内の気相に露出しているプラズマＣＶＤ装置において、プラズマ発生領域に面したシャワープレートはプラズマの熱の影響を受けやすく、一方、支持プレートは放電面に接していない処理室の壁面や他の組のアノード電極における制御された温度の影響を受けやすい。このため、プラズマ発生開始後、シャワープレートの温度は直ぐに上昇し、一方、支持プレートの温度はシャワープレートから熱を受けることによって徐々に上昇する。よって、シャワープレートと支持プレートとの温度差は、一旦急増した後に徐々に減少するため、その過渡的な温度差が大きくなり、また安定するまでに時間がかかる。

このようなシャワープレートと支持プレートとの温度差の変化は、カソード電極の過渡的な反りや歪みを発生させ、安定的な薄膜形成処理を困難にしてしまう。

しかしながら、特許文献１に開示の技術は、カソード電極がチャンバ内の気相に露出しているプラズマＣＶＤ装置について検討されていない。すなわち、特許文献１に開示の技術は、上部電極が２枚のプレートを含んで構成されるものでありながら、両プレートの温度差については全く考慮されていない。

さらに言えば、特許文献１において、一方のプレートは冷却水路等の温度調節手段を有しているため、その厚みが厚くなってしまい、気相に露出したカソード電極を構成するプレートとしては不適当である。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、シャワープレートとバッキングプレートとの温度差を早期に安定化することによって、電極の過渡的な反りや歪み等を抑制し、薄膜形成を安定的に実施できるプラズマ処理装置を提供することにある。

処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマ処理装置であって、上記処理室内において、表裏面を気相に露出して互いに対向するように配置され、かつ互いの間において上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、上記電極対の少なくとも一方の電極は、対をなす相手方の電極に対向する側に配置された第１の板と、当該第１の板を挟んで当該電極の反対側に配置された第２の板と、当該第１および第２の板を互いに接続する少なくとも１つの締結部とから構成され、上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は１／２以上であることを特徴としている。

上記構成において、電極対は、互いに対向する電極の間において、処理室内に放出された処理ガスをプラズマ化する。各電極は互いに対向する面およびその反対側の面を、処理室内の気相に露出している。よって、各電極の互いに対向する面は、上記処理ガスがプラズマ化されるプラズマ生成領域に面している。

また、上記構成において、上記電極対の少なくとも一方は、締結部により互いに接続された２枚の板から構成されている。上記２枚の板は、締結部を介して部分的に接触している。また、上記２枚の板のうち、第１の板は、処理ガスによるプラズマの生成領域に面しているが、第２の板はプラズマの生成領域には面さない。

上記構成によれば、薄膜処理時におけるプラズマの熱は、まず、プラズマの生成領域に面した第１の板に伝達される。次いで、第１の板に伝達された熱は、締結部を介して第２の板に伝達される。

ここで、第１の板の熱容量は、第２の板の熱容量に対する比率が１／２以上である。このため、プラズマ発生時、第１の板の温度上昇が第１の板から第２の板への温度伝達よりも急激に進み過ぎることなく、第１の板と第２の板との温度差が低い値において早期に安定化する。

したがって、電極を構成する２枚の板の間における温度差が抑制されるため、当該電極の反りや歪み等が抑制される。このため、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、薄膜形成を安定的に実施することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は１以上であることが好ましい。

上記構成によれば、プラズマ発生開始後、電極を構成する２枚の板の温度差について、大きなピークが発生することが抑制されるため、当該電極の反りや歪み等をより効果的に抑制することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は３以下であることが好ましい。

上記構成によれば、プラズマ発生時、第１の板と第２の板との温度差が徐々に大きくなる変化を抑制し、長時間に及ぶ処理であっても安定した処理が行えるようになる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、上記第１の板は、上記電極対の間に上記処理ガスを供給する複数の貫通孔を有するシャワープレートであり、上記第２の板は、上記シャワープレートを支持する支持プレートであることが好ましい。

上記構成において、２枚の板から構成された電極は例えばガス供給系と接続され、当該ガス供給系から供給された処理ガスは、上記貫通孔とを介して処理室内に放出される。上記構成によれば、本発明に係るプラズマ処理装置を好適に構成することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、第１の板および第２の板は、同一の材料から構成されていることが好ましい。

上記構成によれば、２枚の板から構成された電極について、線膨張係数差に起因する変形を防止することができる。また、例えば各板の厚みを設定することによって、２枚の熱容量を望ましい関係に設定することが可能になる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置において、上記処理室内には、複数組の上記電極対が並んで配置されていることが好ましい。

上記構成によれば、本発明に係るプラズマ処理装置を、マルチ電極構造のプラズマ処理とすることができる。本構成においては、電極対のうちガス供給部に接続された電極の反りや歪みを抑え、薄膜形成を安定して実施することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置では、一対の電極のうち、少なくとも一方の電極を構成する２枚の板について、プラズマに接触する第１の板は、プラズマに接触しない第２の板に対する熱容量の比が１／２以上である。このため、プラズマ発生時において、少なくとも一方の電極の２枚の板の間の過渡的な温度差の変化が抑制され、当該電極の反りや歪み等が抑制される。したがって、薄膜形成を安定的に実施可能なプラズマ処理処理装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置のカソード電極を部分的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。 図２に示すプラズマＣＶＤ装置のガス供給系およびガス排出系を示す断面図である。 図１に示すプラズマＣＶＤ装置の変形例を示す断面図である。 図１に示すプラズマＣＶＤ装置の変形例を示す断面図である。 図１に示すプラズマＣＶＤ装置の変形例を示す断面図である。 実施例に係るカソード電極の構成を部分的に切り出して示す斜視図である。 比較例に係るカソード電極を部分的に示す断面図である。 比較例に係るカソード電極の構成を部分的に切り出して示す斜視図である。 シャワープレートおよびバッキングプレートの厚みの比と、両者の温度差との関係を示すグラフである。 実施例１について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 実施例２について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 実施例３について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 実施例４について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 実施例５について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 比較例１について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 比較例２について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 比較例６について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。 比較例３について、シャワープレートおよびバッキングプレートの各温度ならびに両者の温度差を時間の経過に沿って示すグラフである。

（プラズマＣＶＤ装置１００の構成）
本発明の実施の形態について図１〜６を参照して説明すると以下の通りである。

まず、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）１００の概略的な構成について図２を参照して説明する。

図２は、プラズマＣＶＤ装置１００の概略的な構成を示す断面図である。図２に示すように、被処理物である基板を収容する密封可能な処理容器（処理室）１０３と、処理容器１０３内に配置され、カソード電極１０１とアノード電極１０２とから構成されるカソード‐アノード電極対とを備えている。

処理容器１０３は、例えばステンレス鋼からなり、内部を真空状態にできる構成を有している。処理容器１０３の内壁面には、例えばアルミナなどの保護膜が被覆されており、処理容器１０３は電気的に接地されている。

カソード電極１０１およびアノード電極１０２の各電極は板状であって、互いに対向するように配置されている。カソード電極１０１とアノード電極１０２との間には基板が配置される。基板は、プラズマＣＶＤ装置１００が処理を行う対象であれば特に限られず、例えばガラス基板が挙げられる。

また、カソード電極１０１およびアノード電極１０２の各々は、その両端を支持部（図示しない）によって支えられている。よって、カソード電極１０１およびアノード電極１０２は、互いに対向する面およびその反対側の面が、処理容器１０３内の気相に露出する構造をとっている。

カソード‐アノード電極対のうち、アノード電極１０２は、基板を上に載置するための載置台となり、対をなすカソード電極１０１の下側に配置される。アノード電極１０２は、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で作成される。アノード電極１０２の寸法は、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。

また、アノード電極１０２はヒータや冷却設備等の温度安定化手段を内蔵しており、この温度安定化手段によってその温度を室温（例えば、２５℃）〜３００℃に温度制御される。このため、アノード電極１０２上の基板では、発生したプラズマの熱による温度の上昇が制御され、均一な温度で膜形成が行われる。

一方、カソード電極１０１は、対をなすアノード電極１０２の上側に配置され、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの材料から作成される。カソード電極１０１の寸法は、アノード電極１０２と同様に、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。

カソード電極１０１は、外部のプラズマ励起電源１０６に接続されている。プラズマ励起電源１０６は、例えばＲＦ１ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで基板の寸法に合わせて電力密度が２０×１０^−６Ｗ／ｍｍ^２〜５０００×１０^−６Ｗ／ｍｍ^２となる出力のものを使用する。

また、カソード電極１０１は、処理ガスを供給するガス供給系（図示しない）に接続されている。処理ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガス等を使用することができる。ガス供給系からカソード電極１０１に導入された処理ガスは、カソード電極１０１の底面からアノード電極１０２上の基板に向かって処理容器１０３内に供給される。

ここで、本実施形態における処理ガスの導入経路（ガス供給系）および排気経路ついて図３に示す。

図３に示すように、処理ガスの導入経路として、カソード電極１０１にはガス配管１０８が接続されており、ガス配管１０８には流量コントローラ（マスフロー）１０７が設けられている。

ガス配管１０８は、ており、絶縁チューブ１０８ｂおよび金属製チューブ１０８ｂを用いて構成されていることが好ましい。具体的には、高周波の絶縁を保つために、処理容器１０３内のガス配管１０８として、フッ素樹脂等の絶縁材料からなる絶縁チューブ１０８ｂを利用することが好ましい。ただし、カソード電極１０１の近傍（少なくとも５ｃｍ程度）については、クリーニングの際に発生する熱による溶解やクリーニングによるエッチングを抑制するために、金属製チューブ１０８ｂを用いることが好ましい。金属製チューブ１０８ｂとしては、例えば、カソード電極１０１と同一の材料であるアルミニウムやステンレス鋼、またはより耐熱性の高い絶縁材料であるセラミック等を用いることができる。

また、処理容器１０３の底部には、排気経路として排気管が接続されており、排気管の先には真空ポンプなどの排気ポンプ１０９が連結されている。排気ポンプ１０９（排気装置）は処理容器１０３内の雰囲気を適宜減圧でき、例えば、１０Ｐａ以上、６０００Ｐａ以下に設定することができる。

以上のように構成されたプラズマＣＶＤ装置１００では、例えば、以下のような動作が行われる。

まず基板が処理容器１０３内に搬入され、アノード電極１０２上に載置される。次いで、排気ポンプ１０９が作動し、排気管から排気が行われて処理容器１０３内が減圧される。また、ヒータが作動し、アノード電極１０２を通して基板を所望の温度に保持する。

次いで、ガス供給系から供給された成膜用の処理ガスが、カソード電極１０１を介して、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間隙であるプラズマ発生領域１０５に充填される。また、プラズマ励起電源１０６の作動により、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間に高周波電力が印加されることによって、プラズマ発生領域１０５に電界が発生し、処理ガスがプラズマ化される。処理ガスがプラズマ化の際に発生した活性種によって、基板上に成膜処理がなされる。

所定時間の成膜処理が行われた後、処理容器１０３内への処理ガスの供給が停止し、またプラズマ励起電源１０６が停止し、基板が処理容器１０３内から搬出される。

以上の一連の工程によって、プラズマＣＶＤ装置１００による基板の成膜処理が終了する。

（変形例）
上記説明では、カソード‐アノード電極対が処理容器１０３内で横置きに配置された構成について説明しているが、本発明はこれに限られず、図４に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。

また、図２は、処理容器１０３内に１つのカソード‐アノード電極対を備えるプラズマＣＶＤ装置１００を示しているが、本発明はこれに限られず、図５に示すように、複数のカソード‐アノード電極対を備えるマルチ電極構造のプラズマＣＶＤ装置２００として構成されてもよい。

プラズマＣＶＤ装置２００では、図５に示すように、処理容器１０３内に複数組のカソード‐アノード電極対が互いに略等間隔で配置されている。図５中、一番上のカソード電極１０１のみを代表してプラズマ励起電源１０６との接続を示しているが、実際には、処理容器１０３内の全てのカソード電極１０１がプラズマ励起電源１０６と接続されている。処理容器１０３内に配置されるカソード‐アノード電極対の数は特に限られず、任意の数のカソード‐アノード電極対を配置することができる。

また、プラズマＣＶＤ装置２００についても、プラズマＣＶＤ装置１００と同様に、カソード‐アノード電極対が横置きにされた構成に限られず、図６に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。

（カソード電極１０１の構成）
カソード電極１０１の構成について図１を参照してより詳細に説明する。

図１に示すように、カソード電極１０１は、バッファ室４を内部に有するように、シャワープレート（第１の板）２とバッキングプレート（第２の板：支持プレート）３とから構成される。シャワープレート２は、プラズマ発生領域１０５（図２参照）に面した板であり、バッキングプレート３は、プラズマ発生領域１０５に対してシャワープレート２を挟んだ反対側に配置された板である。

バッキングプレート３は、ガス供給系（図示しない）と接続されている。バッキングプレート３の内部には、図示しないが、ガス供給系との接続部からバッファ室４にまで処理ガスを導入するための通路が設けられている。バッファ室４は、カソード電極１０１において全体的に処理ガスが流通するように繋がっている。

一方、シャワープレート２には、バッファ室４が処理容器１０３内部と上下に貫通するために、複数の貫通孔９が形成されている。バッファ室４に供給された処理ガスは、貫通孔９を介して処理容器１０３内に供給される。なお、処理ガスは、バッファ室４および貫通孔９を介することによって、アノード電極１０２上の基板に対して均一に供給される。

また、シャワープレート２は、バッキングプレート３に対向する面において、複数の中間締結部６および外周締結部７が形成されている。シャワープレート２は、中間締結部６および外周締結部７を介してバッキングプレート３に接触しており、ビス５によって締結されている。

中間締結部６は、バッファ室４内に断続的に形成されたリブである。中間締結部６の形状は、特に限定されず、例えば、角柱および円柱等の柱状を挙げることができる。中間締結部６の数は１つ以上であればよいが、複数形成されていることが好ましい。また、外周締結部７は、バッファ室４の外周を囲うように形成されたリブである。中間締結部６および外周締結部７がシャワープレート２のリブとして存在することにより、シャワープレート２強度が向上するため、局所的な歪みが抑制される。

また、中間締結部６および外周締結部７は、シャワープレート２の熱をバッキングプレート３に伝達する役割を果たす。

具体的には、プラズマＣＶＤ装置１００におけるプラズマ発生時、プラズマ発生領域１０５に面したシャワープレート２に対してプラズマの熱が伝達される。シャワープレート２の熱は、中間締結部６および外周締結部７を介して、さらにバッキングプレート３に伝達される。

上記熱伝達のために、中間締結部６の上面は平らであり、さらに、バッキングプレート３と全面的に密着していることが好ましい。さらに、上記熱伝導をより向上させるために、中間締結部６におけるシャワープレート２とバッキングプレート３が接触する部分に、熱伝導シートやグリース等を入れてもよい。

なお、本実施形態において、中間締結部６および外周締結部７は、シャワープレート２と一体的に形成されているが、本発明はこれに限られず、バッキングプレート３と一体的に形成されていてもよい。また、熱伝導の面からは、上記のようにシャワープレート２およびバッキングプレート３のいずれか一方と一体的であることが好ましいが、シャワープレート２およびバッキングプレート３のいずれとも別体として形成されてもよい。

（カソード電極１０１の熱容量について）
次に、カソード電極１０１を構成するシャワープレート２およびバッキングプレート３の間における熱容量の比率について、図１を参照して説明する。

なお、シャワープレート２およびバッキングプレート３の各々の熱容量は、各プレートを構成する物体の質量または材料の種類に応じて変化する。

そこで、本実施形態では、シャワープレート２とバッキングプレート３を構成する材料を同一材料とした上で、各プレートの厚みを設定することによってその質量を変え、これによって各プレート間における熱容量の比率を設定している。すなわち、本実施形態では、シャワープレート２とバッキングプレート３との間において、熱容量の比率とプレートの厚みの比率が同じになるようにしている。

図１に示すように、シャワープレート２の板の厚みをｔ_１とし、バッキングプレート３の板の厚みをｔ_２とする。このとき、各プレートの板の厚みは、バッキングプレート３に対するシャワープレート２の厚みの比であるｔ_１／ｔ_２が１／２以上になるように設定されている。

仮に、図８に示すように、上記厚みの比ｔ_１／ｔ_２が１／２よりも小さい場合、プラズマ発生の開始直後、シャワープレート２の温度はバッキングプレート３の温度よりも急激に上昇し、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差がより大きくなってしまう。このような温度差の変化によって、シャワープレート２に過渡的な反りや歪みが生じてしまい、薄膜処理を安定に行うことができない。また、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差が安定するまでに時間がかかるため、不安定な状態での処理時間が長くなってしまう。

一方、本実施形態では、ｔ_１／ｔ_２が１／２以上に設定されているため、プラズマ発生の開始後、シャワープレート２およびバッキングプレート３の間において中間締結部６を介する熱伝導が効果的に実現される。よって、カソード電極１０１がヒータ等の温度調節装置を備えていなくとも、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差が大きくなり過ぎないように、その変化を抑制することができる。すなわち、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差をより低い値に早期に安定化させることができる。

したがって、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１００では、プラズマ発生の開始後におけるカソード電極１０１の反りや歪み等が抑制されるため、薄膜形成を安定的に行うことができる。

また、バッキングプレート３およびシャワープレート２の各板の厚みは、ｔ_１／ｔ_２が１以上になるように設定されることが好ましい。上記設定によれば、プラズマＣＶＤ装置１００におけるプラズマ発生開始後において、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差に山型のピークが発生することが抑制される。これによって、カソード電極１０１の反りや歪み等がより効果的に抑制される。

さらに、バッキングプレート３およびシャワープレート２の各板の厚みは、ｔ_１／ｔ_２が３以下になるように設定されることが好ましい。例えば、プラズマＣＶＤ装置１００におけるプラズマ発生時、ｔ_１／ｔ_２が３より大きい場合、シャワープレート２とバッキングプレート３との温度差が徐々に大きくなってしまう。そこで、上記設定によれば、このような温度差の変化を抑制し、長時間に及ぶ処理であっても安定した処理が行えるようになる。

また、本実施形態では、シャワープレート２およびバッキングプレート３を構成する材料を同一の材料から構成しているため、シャワープレート２およびバッキングプレート３の熱膨張差による変形を抑制することもできる。この材料としては、例えばアルミニウム合金、またはステンレス鋼等を用いることができる。

なお、本実施形態では、シャワープレート２およびバッキングプレート３の各プレートの厚みを調節しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、バッキングプレート３に対するシャワープレート２の熱容量の比率を設定するために、各プレートの材料を適宜選択することによって、これらの比熱を調節してもよい。例えば、シャワープレート２の材料としてステンレス鋼を用い、一方バッキングプレート３の材料としてカーボンまたはシリコンなどを用いることができる。これらの材料の組み合わせによれば、シャワープレート２の材料は、バッキングプレート３の材料に対して同じ厚みで熱容量が約３倍となる。

（シャワープレート２およびバッキングプレート３の厚み）
本実施形態において、シャワープレート２およびバッキングプレート３の各々の具体的な厚みについては、以下のように設定することが好ましい。ただし、本発明はこれに限られない。すなわち、シャワープレート２およびバッキングプレート３の各々の厚みは、上述した比率を満たすのであれば、処理室１０３内に表裏面を気相に露出して設置できるように設定されていればよい。

シャワープレート２の厚さｔ_１は、３ｍｍ以上であることが好ましい。例えば、プラズマＣＶＤ装置１００の薄膜処理時、目的とする基板だけでなくカソード電極１０１（特にシャワープレート２）の表面にも薄膜材料が付着する。成膜回数を重ねるとカソード電極１０１に付着する膜の厚みが増加し、この膜の内部応力がカソード電極１０１に働く。そこで、シャワープレート２の厚さｔ_１を３ｍｍ以上にすると、シャワープレート２は付着する膜の内部応力に対応できるだけの剛性を有する。このため、シャワープレート２に付着する膜の内部応力による変形を防止することができる。

バッキングプレートの厚さｔ_２は、その構造上、５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、バッファ室４の高さｈ_２については、カソード電極１０１の高さｈ_１に対して１０〜６０％とすることが好ましい。これによって、シャワープレート２の厚みに伴うカソード電極１０１の総重量増加を抑えることができる。

なお、本実施形態では、シャワープレート２およびバッキングプレート３から構成された電極はカソード電極１０１であるが、本発明はこれに限定されず、アノード電極１０２であってもあってもよいし、カソード電極１０１およびアノード電極１０２の両方であってもよい。

また、本実施形態では、シャワープレート２およびバッキングプレート３という２枚の板の間における熱容量の比について説明しているが、本発明はこれに限られない。すなわち、少なくとも一方の電極を構成する２枚の板について、プラズマ発生領域に面する板の熱容量が、プラズマ発生領域に面しない板の熱容量に対して１／２以上であればよい。

また、上記２枚の板の間には、バッファ室が構成されていなくともよい。例えば、上記２枚の板を合わせて電極を構成している場合には、その合わさった部分に熱抵抗が発生する。この場合、上記２枚の板の熱容量を上述のように設定すれば、本発明の効果を奏することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。

次に実施例を示して本発明の効果を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜各プレートの厚みを調節した場合＞
まず、実施例１〜５では、上述の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いた場合における、プラズマ発生開始後のシャワープレートとバッキングプレートとの温度差の推移についてシミュレーションを行った。実施例１〜５では、シャワープレートの厚み（ｔ_１）とバッキングプレートの厚み（ｔ_２）を調節することによって、バッキングプレートに対するシャワープレートの熱容量の比率を１／２以上に設定した。

一方、比較例１、２では、バッキングプレートに対するシャワープレートの熱容量の比率が１／２よりも小さくなるように各プレートの厚みを調節した以外は、実施例１〜５と同様にシミュレーションを行なった。

具体的には、シャワープレートとバッキングプレートの寸法および比ｔ１／ｔ２について、以下の表１に示すように設定し、それ以外の条件は共通にした。

図７は、実施例１〜５に係るカソード電極を部分的に切り出して示す断面斜視図である。図７に示すように、実施例１〜５では、カソード電極の切り出した部分において、シャワープレートの温度測定部位（最高温度部Ｈ１）とバッキングプレートの温度測定部位（最低温度部Ｌ１）を設定した。

また、図９は、比較例１および２に係るカソード電極を部分的に切り出して示す断面斜視図である。図９に示すように、比較例１および２では、実施例１〜５と同様に、カソード電極の切り出して示す部分において、シャワープレートの温度測定部位（最高温度部Ｈ２）とバッキングプレートの温度測定部位（最低温度部Ｌ２）を設定した。

シミュレーションでは、最高温度部Ｈ１と最低温度部Ｌ１との温度差、または最高温度部Ｈ２と最低温度部Ｌ２との温度差を、シャワープレートとバッキングプレートとの温度差（以下、単に温度差と称する）として、プラズマ発生開始から時間軸に沿って求めた。また、同時に、各例の温度差について最大温度差を記録した。

なお、図７および図９に示す部分について、上下以外の４方向は対象条件であるとした。また、カソード電極の上下には１６０℃均一の壁面があるものとして、輻射により熱が伝わる計算を行った。

シミュレーションによる結果を図１０〜図１７に示す。図１０は、実施例１〜５および比較例１、２から得られた最大温度差を示すグラフである。また、図１１〜図１５は、実施例１〜５の各々から得られた温度差の推移について示すグラフであり、図１６および図１７は、それぞれ、比較例１、２の各々から得られた温度差の推移について示すグラフである。

（最大温度）
まず、図１０を参照すると、比ｔ１／ｔ２が０．５以上の範囲（実施例１〜５）では、比ｔ１／ｔ２が０．５より小さい範囲（比較例１、２）と比較して、最大温度差が効果的に抑制されている。最大温度差とサチレーション後の温度差との差が抑制されている場合に、過渡的な温度差の変化が抑制される。

よって、実施例１〜５のように比ｔ１／ｔ２が０．５以上であれば、カソード電極の反りや歪みが抑制されことが明らかになった。

（温度差のピーク）
また、図１１〜図１７を参照すると、比較例１、２（図１６及び図１７参照）では、プラズマ発生開始後から約１０分経過時に頂点がある大きな山型のピークが生じており、実施例１（図１１参照）では、比較例１、２に比すれば小さな山型のピークが生じている。一方、実施例２〜５（図１２〜図１５参照）では、このような山型のピークは生じていない。

なお、表１を参照すれば、比較例１、２および実施例１では、プラズマ発生から約１０分経過時に最大温度差を記録しているのに対して、実施例２〜５ではそれよりも大分後の時間において最大温度差を記録していることが分かる。

よって、実施例２〜５のように比ｔ１／ｔ２が１以上であれば、プラズマ発生開始後に温度差が急増することが抑制され、過渡的な温度差の変化がより効果的に抑制されていることが明らかになった。

（温度差が安定するまでの時間）
温度差が安定するまでの時間について、比較例１、２（図１６及び図１７参照）では２００〜２５０分程度であり、実施例１（図１１参照）では１５０〜２００程度である。また、実施例５（図１５参照）では温度差が徐々に大きくなっており、その温度差が安定するまでの時間は、２００〜２５０分程度である。これに対して、実施例２〜４（図１２〜図１４参照）では１０分程度である。よって、比ｔ１／ｔ２は１以上３以下であれば、温度差をより早期に安定にすることができることが明らかになった。

＜各プレートの材料を調節した場合＞
次に、実施例６では、上述の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いた場合における、プラズマ発生開始後のシャワープレートとバッキングプレートとの温度差の推移についてシミュレーションを行った。

実施例６では、バッキングプレートに対するシャワープレートの厚みの比率が１／２より小さい構成において、シャワープレートおよびバッキングプレートの材料として互いに異なる材料を用いることによって、バッキングプレートに対するシャワープレートの熱容量の比率を１／２以上に設定した。

一方、比較例３では、シャワープレートおよびバッキングプレートの材料として同じ材料を用いた以外は、実施例６と同様にシミュレーションを行なった。

具体的には、実施例６と比較例３の各々において、シャワープレートの厚みを３ｍｍとし、支柱（締結部）の厚みを１０ｍｍとし、バッキングプレートの厚みを１７ｍｍとした。このとき、バッキングプレートに対するシャワープレートの厚みの比率は０．１８である。

また、実施例６では、シャワープレートおよびバッキングプレートの各々の材料について、シャワープレートの材料が、バッキングプレートの材料に対して同じ厚みで熱容量が３．３倍になるもの（例えば上述の実施形態で挙げたような材料）を用いるとした。一方、比較例３では、シャワープレートおよびバッキングプレートの両プレートに同じ材料（実施例６のバッキングプレートと同じ材料）を用いるとした。

以上の構成によって、バッキングプレートに対するシャワープレートの熱容量の比率は、実施例５では０．５８になり、比較例３では０．１８になった。

本シミュレーションによる結果を図１８および図１９に示す。図１８は、実施例６から得られた温度差の推移について示すグラフであり、図１９は、比較例３から得られた温度差の推移について示すグラフである。

実施例６では、比較例３に比べて、プラズマ発生開始後における温度差のピークが抑制され、温度差が早期に安定化されている。よって、材料を選択することで熱容量の比率を設定した場合にも、カソード電極の反りや歪みが抑制されことが明らかになった。

本発明は、例えば薄膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置として利用できる。

２ シャワープレート（第１の板）
３ バッキングプレート（第２の板）
４ バッファ室
６ 中間締結部
７ 外周締結部
１００、２００ プラズマＣＶＤ装置
１０１ カソード電極
１０２ アノード電極
１０３ 処理容器（処理室）
１０６ プラズマ励起電源

Claims (6)

1. 処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマ処理装置であって、
   上記処理室内において、表裏面を気相に露出して互いに対向するように配置され、かつ互いの間において上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、
   上記電極対の少なくとも一方の電極は、対をなす相手方の電極に対向する側に配置された第１の板と、当該第１の板を挟んで当該電極の反対側に配置された第２の板と、当該第１および第２の板を互いに接続する少なくとも１つの締結部とから構成され、
   上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は１／２以上であること
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は１以上であること
   を特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 上記第２の板の熱容量に対する上記第１の板の熱容量の比は３以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 上記第１の板は、上記電極対の間に上記処理ガスを供給する複数の貫通孔を有するシャワープレートであり、
   上記第２の板は、上記シャワープレートを支持する支持プレートであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
5. 上記第１の板および上記第２の板は、同一の材料から構成されていること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
6. 上記処理室内には、複数組の上記電極対が並んで配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
   

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