JP6543406B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ処理装置及びプラズマ処理用反応容器の構造に関する。

近年、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や太陽電池セル等の電子デバイスの製造において、プロセスガスをプラズマで励起・分解した気相状態を利用して基盤上に薄膜を堆積するＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｓｉｏｎ）技術が広く用いられている。

ＰＥＣＶＤ装置は、低温で緻密な膜形成できる点、熱ダメージや層間相互拡散を抑制できる点、熱分解しにくい原料でも実用的な堆積速度が得られやすい点、熱分解温度の異なる複数種類の原料を用いて様々な組成比で薄膜を形成できる点等で、熱ＣＶＤ装置に比べて有利である。

一方、ＰＥＣＶＤ装置を用いた膜形成における対象基盤の面内均一性は、様々な要因を調整する必要が有り、特に、膜形成においては、対象基盤が大面積化するほど面内均一性の低下が顕著になる。

ＰＥＣＶＤ装置による膜形成における対象基盤の面内均一性が低下する要因は、３つに大別して考えることができ、１つ目は、閉じられた減圧下の空間にプラズマ生成用周波電力を印加することにより発生する定在波、２つ目は、プラズマ処理空間におけるプロセスガスの分布の不均一、３つ目は対象基盤の表面温度の面内均一性である。

１つ目の定在波が発生すると、プロセスガスが均一に分布していても、プラズマ処理空間に発生するグロー放電に斑が生じ、定在波が発生した場所には成膜されない。（λを周波数の波長とすると、１/４λ毎）すなわち、プラズマ処理空間には、プラズマ生成に用いる周波数の波長に応じた定在波が発生するため、使用周波数が高くなるほど定在波の間隔が短くなって影響が大きくなる。

２つ目のプロセスガスの分布の不均一が発生すると、電極間が一様にグロー放電していても、プラズマ処理空間に発生する活性種に偏りが生じる。処理面積が大面積化するほど、プロセスガスの分布の不均一は発生しやすくなる。従来、プラズマ処理空間に導入するプロセスガスを複数の通気孔が設けられたシャワー板を通過させて分散させて供給することにより、基盤上に発生するプラズマの原料となるプロセスガス密度の面内均一性を向上させていたが、プロセスガスが面方向に十分に分散せず、ガス導入口直下の膜圧が厚くなりやすく、基盤上に形成する薄膜の厚さが不均一になるという問題があった。

３つ目の基盤の表面温度の面内均一性は、対象基盤に成膜する膜厚分布や膜質に影響を及ぼす。加熱方法は、抵抗加熱のヒータープレート方式や、ＩＲ（ＩｎｆｒａＲｅｄ）ランプ等により、ゾーン分割した様々な制御を行っている。

近年、ＦＰＤ（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、太陽電池や半導体基盤の低温プロセスや大面積化の要請により、高周波を用いたＰＥＣＶＤ、アッシング及び、エッチング装置等での面内均一性の向上を図るべく、様々なアプローチにより解決が試みられている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００８−９１８０５号公報 特開２００２−３１３７４３号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載のアプローチでは、ＰＥＣＶＤ装置を用いた大面積での膜形成の面内均一性の向上が十分ではなかった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、プラズマ処理による膜形成の面内均一性を向上させることを目的とする。

本発明の態様の１つは、反応容器内に配設した主電極板と１以上の拡散板から構成された電極板と、前記反応容器内に前記電極板に対向させて平行に配設した対向電極と、前記電極板の前記対向電極に対向しない非対向側から接続され、前記反応容器外から前記電極板に周波電力を供給する伝送路と、前記反応容器内に配設されて前記電極板を内部に密着して収容する蓋状絶縁体と、前記伝送路に設けてガス供給機能を果たすと共に、吊下げ状で前記電極板に貫通接続して当該貫通部分において前記電極板に通電接続した金属管と、よりなるプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置においては、前記伝送路に設けてガス供給機能を果たすと共に、吊下げ状で前記電極板に貫通接続してなる金属管は、第１空間に露出した第１空間露出部を有しており、第１空間露出部には、複数のガス噴出口が周方向に沿って放射状に等間隔で６〜８個の穴を開けている。ガス噴出口は、金属管内に長さ（縦）方向に沿って形成されているガス供給路に連通している。これにより、ガス噴出口から噴出するプロセスガスは、第１空間において、主電極板及び第１拡散板の略面方向に沿って噴出する。
さらに、金属管には第１拡散板の下方に第２拡散板及びシャワー板を配設して第２空間及び第３空間を設け、各板には、後述する複数の小孔をいずれも板全体に万遍なく重複しないように分布形成している。
このような吊下げ状の構成にすることより、第１空間から複数の小孔を通って第２空間へ流入するプロセスガスは第２拡散板に沿って面方向に拡散され、第２空間から複数の小孔を通って第３空間へ流入するプロセスガスはシャワー板に沿って面方向に拡散される。
このため、ガス噴出口から電極板の面方向に沿って略全方位に噴出されたプロセスガスは、第１空間から第２空間、第３空間そしてプラズマ処理空間に到るまでに、各板の小孔を通過する度に面方向の分散性が向上してガス分布の一様性を徐々に向上させることができるため、プラズマ処理による膜形成の面内均一性を向上させることができる。

本発明の選択的な態様の１つは、前記蓋状絶縁体の内底面には前記電極板の前記非対向側が密着し、前記蓋状絶縁体の内側面には前記電極板の側面が密着し、下方開口の前記蓋状絶縁体の周側壁を下方に伸延し、伸延した周側壁の開口縁部の突出長ｄ１よりも突出長ｄ１の突出端面と対向電極との隙間ｄ２が狭くなるように電極板と対向電極の間隔を調整した状態でプラズマ処理を行うように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理空間におけるプロセスガスは、周波電力を印加することによりグロー放電が起き、グロー放電により分解、励起しプラズマ（電離気体）が生成される。このプラズマを前記蓋状絶縁体と前記対向電極とで形成されるプラズマ処理空間に閉じ込めが可能であり、プラズマ閉じ込めにより成膜効率、照射損傷（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ Ｄａｍａｇｅ）及びパーティクル（Ｐａｒｔｉｃｌｅ）の低減等が顕著に向上する。

本発明の選択的な態様の１つは、前記主電極板の周縁部は前記対向電極に向けて階段状の主電極板周壁部で構成し、前記主電極板周壁部の階段状の内壁に前記拡散板を電気的に連結し、前記電極板と主電極板周壁部とにより閉塞された密閉空間を構成したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、電極板は、対向電極のステージに近い側から、シャワー板、第２拡散板、第１拡散板、主電極板の順に並設され、下方に開放の主電極板周壁部の階段状の内壁にそれぞれ連結されて電気的に接続されている。各板の間の空間は、第１拡散板、第２拡散板及びシャワー板に形成される複数の小孔を除いて、隣接する板面と主電極板周壁部とにより閉塞された密閉空間を構成することができるため、前記複数の小孔を通してプロセスガスが表裏に流通可能としている。

本発明の選択的な態様の１つは、前記金属管の下方先端部を階段状に加工し、この階段状加工寸法と前記主電極板周壁部内壁の階段状加工寸法とを一致したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、電極板の各板にそれぞれ金属管を連結することにより、電極板の各板が金属管に吊り下げ状に支持され、又、金属管の下方先端部は階段状に加工されていて、この階段状加工寸法と主電極板の主電極板周壁部内壁の階段状加工寸法を一致させることにより、これらの段差により電極板の各板の空間（間隔）を、その連結部位において維持することができる。

本発明の選択的な態様の１つは、前記蓋状絶縁体は、下方に伸延した周側壁の下端内側角部をテーパー状に切削形成し、前記蓋状絶縁体の下方開口縁部の開口径を開口に近づくに連れて徐々に拡幅したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、プラズマ閉じ込めの実効を上げつつ、プラズマを閉じ込めたプラズマ処理空間に配置する成膜の対象物のサイズを有効的に大きくすることが可能になる。すなわち、蓋状絶縁体の開口縁部付近は、プロセスガスや活性種がプラズマ処理空間から流出する流出口に相当するところ、この流出口付近であれば、開口縁部を徐々に拡幅してプラズマ閉じ込め空間を実質的に拡張してもプロセスガスや活性種の密度に斑を生じにくい。

本発明の選択的な態様の１つは、前記蓋状絶縁体の上面及び側面の一部が金属製シールドプレートで覆われており、前記金属製シールドプレートは前記蓋状絶縁体に連結した絶縁性連通路の側面を覆うシールドパイプを介してグランドに接続したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、前記蓋状絶縁体の上面及び上面から連続する側面の少なくとも一部をシールドプレートで覆うとともに、前記シールドプレートは絶縁性連通路の側面を覆うシールドパイプと連続接続してグランドに接続されているために、誘電絶縁体の表面にチャージアップする静電気を防止し、電極板の上面及び側面で発生するグロー放電を防止することにより、周辺外部（反応容器及び反応容器蓋の内面壁）への成膜を防ぐことができる。

本発明の選択的な態様の１つは、前記吊下げ状で前記電極板に貫通接続した 金属管は、前記主電極板と１以上の拡散板及びシャワー板の全てを貫通して当該貫通部分において通電接続したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、金属管３１の頭頂部にナット３８により接続され、金属管３１の連結部１１ａ〜１１ｄを通して１枚の電気的に一体になるよう連結された電極板１１（主電極板１２、第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５が連結されて電気的に一体の電極板とした。）に周波電力が供給される。
これにより、電極板１１を構成する複数個所の各板１２〜１５へ入力する周波電力の周波数は一定になり、しかも電極板１１の連結部１１ａ〜１１ｄへ入力する周波電力の位相も一致し、プラズマ処理空間ＰＳに発生する定在波の抑制が可能であり、グロー放電の一様性を容易に向上することができる。

本発明の選択的な態様の１つは、前記吊下げ状で前記電極板に貫通接続した金属管を、複数配設したことを特徴とするプラズマ処理装置である。

このように構成したプラズマ処理装置によれば、前記吊下げ状で前記電極板１１に貫通接続した金属管３１を、複数配設し、当該金属管３１と前記電極板１１の連結部１１ａ〜１１ｄの接続距離のａ〜jを全て１/４λ未満の距離になるようにすることにより、前記のようなプラズマ処理空間ＰＳに発生する定在波の抑制が可能であり、グロー放電の一様性を容易に向上することができるため、周波電力が高周波化した場合及び／又は成膜面積の増大に対応するべく電極板１１の面積を更に大面積化した場合等においても、電極板１１において均一なグロー放電を実現可能となる。すなわち、パネルサイズの大型化に対応が可能である。

なお、以上説明したプラズマ処理装置やプラズマ処理用反応容器の構造は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり、他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。

本発明によれば、プラズマ処理によるプラズマ密度の面内均一性を向上させることができる。

プラズマ処理装置の全体的な構成を示す斜視図である。 プラズマ処理装置の断面構成を説明する図である。 図２の要部を拡大して示した図である。 図３の要部を更に拡大して示した図である。 電極板を構成する各板の複数の小孔のサイズ及び位置関係を説明する図である。 整合器と電極板との間の伝送路を分離して模式的に示した図である。 図６の分岐後の長さを、等長符号を使いつつ回路図的に示した図である。 多段的に複数回の分岐部を設けた伝送路の分岐構造の例を説明する図である。 図８の分岐後の長さを、等長符号を使いつつ回路図的に示した図である。 多段的に複数回の分岐部を設けた伝送路の分岐構造の例を説明する図である。 図１０の分岐後の長さを、等長符号を使いつつ回路図的に示した図である。 多段的に複数回の分岐部を設けた伝送路の分岐構造の例を説明する図である。 図１２の分岐後の長さを、等長符号を使いつつ回路図的に示した図である。 量産用のプラズマ処理システムの例を示す図である。 量産用のプラズマ処理システムの例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
図１は、プラズマ処理装置の全体的な構成を示す斜視図、図２は、プラズマ処理装置の断面構成を説明する図、図３は、図２の要部を拡大して示した図、図４は、図３の要部を更に拡大して示した図、図５は、電極板を構成する各板の複数の小孔のサイズ及び位置関係を説明する図である。

プラズマ処理装置１は、減圧下でプロセスガスＧを高周波グロー放電にて分解し発生したプラズマを用いて半導体ウェーハ等の対象物に対する薄膜形成を行うための反応容器１０、反応容器１０にプラズマ発生用の周波電力（例えば、２００ＫＨｚ〜３００ＭＨｚの範囲から選択された所定周波数の電力）を供給するための周波電力電源２０及び、反応容器１０にプロセスガスＧを供給するためのガス供給部（不図示）から接続されてきたガス供給口３０等を備えている。

周波電力電源２０は、周波電力電源２０と反応容器１０内の後述する電極板１１とを電気的に接続して周波電力を電極板１１へ伝送する伝送路としての同軸ケーブル２１、整合器２２、伝送板２３、分配伝送板２４及び、金属管３１を有する。従って、周波電力は、周波電力電源２０から同軸ケーブル２１、整合器２２、伝送板２３、分配伝送板２４、金属管３１及び、反応容器１０内の電極板１１へと順次流れて供給される。このように形成された伝送路に於いて、整合器２２は、周波電力電源２０と反応容器１０内のプラズマ処理空間ＰＳとのインピーダンスのマッチング（整合）を行う。

整合器２２から出た伝送板２３、分配伝送板２４及び、金属管３１の電極昇降プレート８の上側部位は、金属製のシールドボックス２５（周波漏洩を防ぐ）内に収容され、また、金属管３１の電極昇降プレート８の下側部位は、絶縁性の誘電体で囲われた絶縁性連通路２６内に収容されている。絶縁性の誘電体としては、石英、アルミナセラミックス、ステアタイト及び四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）等が例示される。シールドボックス２５は、グランドに接続されている。

絶縁性連通路２６は、反応容器１０の内外を貫通して設けられており、その一部は反応容器１０内に突出し、その一部は反応容器１０外に突出し、更に反応容器１０外に突出した絶縁性連通路２６の先端部はシールドボックス２５内に突出して設けられている。シールドボックス２５内に配置した伝送板２３は、シールドボックス２５内外の分配伝送板２４及び、整合器２２に接続されている。また、分配伝送板２４は、絶縁性連通路２６内に収容されている金属管３１に接続されている。シールドボックス２５と反応容器１０の間を接続する金属管３１は、絶縁性連通路２６、絶縁フランジ３９及び、金属フランジ４０等により覆われ真空シールされており、直接外部に露出しないように構成されている。また、絶縁性連通路２６の外側は、金属製のシールドパイプ２７によって覆われており、このシールドパイプ２７もグランドに接続されている。

すなわち、１つの周波電力電源２０によって発生された周波電力が同軸ケーブル２１を通り、１つの整合器２２と伝送板２３、分配伝送板２４を介して金属管３１により電極板１１に供給される。

電極板１１は、本実施形態においては、主電極板１２、第１拡散板１３、第２拡散板１４及び、シャワー板１５の４枚の板状の部材を面平行に順次に並設して端部を互いに連結し電気的に接続した構成である。なお、電極板１１の対向電極のステージ１７は、（後述する基盤トレイ１６が搭載される。）グランドに接続されている。

電極板１１は、対向電極のステージ１７に近い側から、シャワー板１５、第２拡散板１４、第１拡散板１３、主電極板１２の順に並設してある。主電極板１２は、その周縁部に対向電極のステージ１７に向けて階段状に突設された主電極板周壁部１２ａを有しており、対向電極のステージ１７側を開口した蓋状に形成されている。

第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５は、主電極板１２の主電極板周壁部１２ａの階段状の内壁にそれぞれ連結されて電気的に接続されており、各板の間の空間は、第１拡散板１３、第２拡散板１４及び、シャワー板１５に形成される後述する複数の小孔を除いて、隣接する板面と主電極板周壁部１２aとにより閉塞された密閉空間を構成している。以下では、主電極板１２と第１拡散板１３の間の空間を第１空間ＳＰ１、第１拡散板１３と第２拡散板１４の間の空間を第２空間ＳＰ２、第２拡散板１４とシャワー板１５の間の空間を第３空間ＳＰ３と呼ぶことにする。

電極板１１において、第１拡散板１３及び第２拡散板１４並びにシャワー板１５には表裏に貫通する複数の小孔１３ａ，１４ａ，１５ａがそれぞれ形成されており、これら各板の複数の小孔１３ａ，１４ａ，１５ａを通して気体（プロセスガス）が表裏に流通可能になっている。

ガス供給部（不図示）から供給されるプロセスガスＧは、ガス供給口３０、ガスパイプ３２、ガス分配パイプ３３、連結金具３４、絶縁パイプ３５、連結金具３６及び、金属管３１を経由して反応容器１０内の電極板１１に供給される。反応容器１０内の電極板１１に供給されたプロセスガスＧは、主電極板１２と第１拡散板１３の間の第１空間ＳＰ１に供給される。第１空間ＳＰ１に供給されたプロセスガスＧは、第１拡散板１３の小孔１３ａを通って第２空間ＳＰ２へ流出し、第２空間ＳＰ２のプロセスガスＧは、第２拡散板１４の小孔１４ａを通って第３空間ＳＰ３へ流出し、第３空間ＳＰ３のプロセスガスＧは、シャワー板１５の小孔１５aから、電極板１１と対向電極のステージ１７（基盤トレイ１６が搭載される。）の間のプラズマ処理空間ＰＳに供給される。プロセスガスＧは、電極板１１と対向電極のステージ１７（基盤トレイ１６が搭載される。）との間でグロー放電により、分解、励起され活性種（プラズマ）に変化する。

反応容器１０内には、電極板１１のシャワー板１５側に対向する台面を有する対向電極のステージ１７が設けられる。ステージ１７の上には、基盤トレイ１６が搭載される。ステージ１７は、基盤加熱ヒーターを内蔵し、グランドに接続されている。このように構成されたステージ１７は、その台面（及び、台面に搭載される基盤トレイ１６や、基盤トレイ１６に載置される半導体基盤、等）を所望の温度領域に加熱することが可能である。ステージ１７の台面及びこれに搭載される基盤トレイ１６は、電極板１１よりも幅広に形成されている。

プラズマ処理装置１は、電極板１１とステージ１７の台面との間の距離を調節する駆動機構（不図示）を有しており、電極板１１とステージ１７の台面との間に形成されるプラズマ処理空間ＰＳの高さを所望の高さに調整することができる。

図２に示す例では、整合器２２及びシールドボックス２５を電極昇降プレート８の上に設置し、電極昇降プレート８は、反応容器蓋９に設置されている上下駆動機構（不図示）に載置されている。この機構により上部電極部（反応容器蓋９及び、溶接ベロー管３７を除く上部全て）を上下に移動可能にする一方、反応容器１０内におけるステージ１７は、設置位置を固定（固定機構は不図示）しグランドに接続されている。

このとき、絶縁性連通路２６及びこれを外囲するシールドパイプ２７の外側には、溶接ベローズ管３７があり、シールドボックス２５を載置した電極昇降プレート８と反応容器蓋９の間を溶接ベローズ管３７（蛇腹状の金属伸縮管）により伸縮自在に密閉接続されている。これにより、電極昇降プレート８を上下に移動させた際、シールドボックス２５と反応容器１０の間の真空度を維持しつつ、反応容器１０内で電極板１１とステージ１７の台面との間に形成されるプラズマ処理空間ＰＳを所望の高さに調整することができる。

なお、反応容器１０の底部の何れかの位置には真空排気口（不図示）が設けられており、真空排気口には真空ポンプ（不図示）が連結されている。真空排気口と真空ポンプの間には、メイン排気バルブ、バイパス排気バルブ及び、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等（不図示）が取り付けられている。そして、プラズマ処理中におけるプラズマ処理空間ＰＳ内の未反応プロセスガス及び活性種は、幅ｄ２の周辺隙間(プラズマ閉じ込めギャップ)から流出して真空排気口を通り反応容器１０外へ排出される。

図３に示す例では、反応容器１０へのプロセスガスＧの供給は、ガス供給部（不図示）内部でガス圧力（減圧弁）、ＭＦＣ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）及びエアーオペレイトバルブ等（不図示）により、流量制御され、ガス供給口３０、ガスパイプ３２、ガス分配パイプ３３、連結金具３４、絶縁パイプ３５及び、連結金具３６を通して管状のガス供給路ＧＰを有する金属管３１に接続されている。金属管３１は、絶縁性連通路２６の内部に設けてある。この金属製のガス供給路ＧＰのうち、絶縁性連通路２６の端部からシールドボックス２５内に露出した部位には金属板で構成された後述する分配伝送板２４がナット３８により接続されている。また、伝送板２３は整合器２２と金属管３１を分配伝送板２４により連結されており、整合器２２から電極板１１へ周波電力を供給する伝送路の一部を構成している。

シールドボックス２５内に突出した金属管３１は、連結金具３６により絶縁パイプ３５が接続され、絶縁パイプ３５の先端は、連結金具３４によりガス分配パイプ３３に接続され、ガス分配パイプ３３は、ガスパイプ３２により外部のガス供給口３０と連結されている。これにより、ガス供給口３０から供給されるプロセスガスＧが、金属管３１内のガス供給路ＧＰを通って、反応容器１０内のプラズマ処理空間ＰＳへ供給される。

周波電力伝送路の一部を構成する金属管３１は、電極板１１を構成する主電極板１２、第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５のそれぞれに電気的に接続されている。これにより周波電力は、主電極板１２、第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５に供給される。なお、電極板１１の各板にそれぞれ金属管３１を連結することにより、電極板１１の各板が金属管３１に吊り下げ状に支持され、又、金属管３１の下方先端部は階段状に加工されていて、この階段状加工寸法と主電極板１２の主電極板周壁部１２a内壁の階段状加工寸法を一致させ、これらの段差により電極板１１の各板の空間（間隔）が、その連結部位において維持される。

ガス供給路ＧＰを有する金属管３１は、少なくとも電極板１１を貫通しており、第１空間ＳＰ１に露出した第１空間露出部３１ａを有している。第１空間露出部３１ａには、複数のガス噴出口３１ｂが周方向に沿って放射状に等間隔で６〜８個の穴を開けている。ガス噴出口３１ｂは、金属管３１内に長さ（縦）方向に沿って形成されているガス供給路ＧＰに連通している。これにより、ガス噴出口３１ｂから噴出するプロセスガスＧは、第１空間ＳＰ１において、主電極板１２及び第１拡散板１３の略面方向に沿って噴出する。なお、金属管３１内部にその長さ（縦）方向に沿って形成されているガス供給路ＧＰは、金属管３１においてガス供給口３０とガス噴出口３１ｂ以外は閉塞されている。

図３，図４は、電極板１１を構成する各板の複数の孔を説明する図である。図５は、各板の複数の小孔の平面的な位置関係を示す図である。各板において、複数の小孔はいずれも板全体に万遍なく分布している。

第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５の複数の小孔は、平面視、隣接配置される板と異なる位置関係で形成されている。すなわち、第１拡散板１３の複数の小孔１３ａは、第２拡散板１４の複数の小孔１４ａと重複しない位置に形成され、第２拡散板１４の複数の小孔１４ａは、シャワー板１５の複数の小孔１５ａと重複しない位置に形成されている。なお、図３〜図５には、第１拡散板１３、第２拡散板１４、シャワー板１５の何れに形成される小孔も、平面視、互いに重複しない位置関係で形成した例を示している。

これにより、第１空間ＳＰ１から複数の小孔１３ａを通って第２空間ＳＰ２へ流入するプロセスガスＧは第２拡散板１４に沿って面方向に拡散され、第２空間ＳＰ２から複数の小孔１４ａを通って第３空間ＳＰ３へ流入するプロセスガスＧはシャワー板１５に沿って面方向に拡散される。このため、ガス噴出口３１ｂから電極板１１の面方向に沿って略全方位に噴出されたプロセスガスＧは、第１空間ＳＰ１から第２空間ＳＰ２、第３空間ＳＰ３そしてプラズマ処理空間ＰＳに到るまでに、各板の小孔を通過する度に面方向の分散性が向上してガス分布の一様性が徐々に向上する。

ここで、第１拡散板１３の複数の小孔１３ａの径Ｒ１、第２拡散板１４の複数の小孔１４ａの径Ｒ２、シャワー板１５の複数の小孔１５ａの径Ｒ３の間には「Ｒ１＞Ｒ２＞Ｒ３」の関係が成立するように設計することが望ましく、複数の小孔１３ａによる第１拡散板１３の開口率Ｈ１、複数の小孔１４ａによる第２拡散板１４の開口率Ｈ２、複数の小孔１５ａによるシャワー板１５の開口率Ｈ３の間には「Ｈ１＜Ｈ２＜Ｈ３」の関係が成立することが望ましい。このように各板の複数の孔の径や開口率を調整することにより、プロセスガスＧの面方向における分散性を無理なく向上できる。具体的には、Ｒ１を１．５〜３．０ｍｍとすると、Ｒ２は０．８〜２．５ｍｍ、Ｒ３は０．５〜１．５ｍｍ程度とする。

また、主電極板１２と第１拡散板１３の間隔Ｄ１、第１拡散板１３と第２拡散板１４の間隔Ｄ２、第２拡散板１４とシャワー板１５の間隔Ｄ３の間には「Ｄ１＞Ｄ２≒Ｄ３」の関係が成立するように設計することが望ましい。すなわち、主電極板１２と第１拡散板１３の間隔は、第１拡散板１３と第２拡散板１４の間隔や第２拡散板１４とシャワー板１５の間隔に比べて広くすることが望ましい。これにより、主電極板１２と第１拡散板１３の間に導入されたプロセスガスＧは、面方向流れの自由度を向上させプロセスガスＧの広域拡散能を重視している。一方、シャワー板１５と第２拡散板１４との間及び第１拡散板１３と第２拡散板１４との間では上流側板の複数の小孔から流出するプロセスガスＧを当該小孔近くの下流側板の複数の小孔に分配する局所的拡散能を重視した構造とし、プロセスガスＧの流入と流出による第１〜第３空間におけるガス分散を適切に調整できるようにしている。

電極板１１の上面及び側面は、誘電体により形成された蓋状絶縁体としての絶縁プレート１８に密着状態で覆われている。また、電極板１１の側面を覆う絶縁プレート周壁部１８aは、電極板１１の下端よりも一定量だけ下方に延出する長さに形成されている。このため、電極板１１は、電極板１１の上面及び側面を覆う絶縁プレート１８及び、絶縁プレート周壁部１８aにより形成され下方開口の蓋状構造の内底に嵌め込み状に配設されている。また、絶縁プレート１８は、上述した絶縁性連通路２６と連続的に接続されている。

また、絶縁プレート１８の上面、及び、上面から連続する側面の少なくとも一部は、金属製のシールドプレート１９により覆われている。このシールドプレート１９は上述した絶縁性連通路２６の側面を覆うシールドパイプ２７と接続されており、グランドに接続されている。このように、電極板１１を絶縁プレート１８,絶縁プレート周壁部１８a及び、シールドプレート１９で覆うことにより、電極板１１の上面及び側面で発生するグロー放電を防止し、周辺外部（反応容器１０及び反応容器蓋９の内面壁）への成膜を防ぐことができる。むろん、これに連続接続されている絶縁性連通路２６の側面においても同様である。また、シールドの目的は、誘電絶縁体の表面にチャージアップする静電気を防止する為でもあり、グランドに接続されている。

ここで、電極板１１と基盤トレイ１６（対象基盤ｎが載置された）を搭載した対向電極のステージ１７に対してプラズマ処理を行う状態としたとき、絶縁プレート周壁部１８aの下方先端部の突出長ｄ１（シールドプレート１９の周壁部下方先端から突出した開口縁部の長さ）よりも、絶縁プレート周壁部１８aの下方先端部の突出端と基盤トレイ１６との周辺隙間ｄ２の方が狭くなるように、電極板１１と基盤トレイ１６の間隔を調整する。周辺隙間ｄ２は、例えば３〜１５ｍｍ程度とする。また、絶縁プレート周壁部１８aの下方先端部と基盤トレイ１６の周辺隙間ｄ２は一様に平行とし略均一とする。これにより、電極板１１の下方面（シャワー板１５側）を除き、外周辺部全てを絶縁プレート１８及び、絶縁プレート周壁部１８aにて囲われ、幅ｄ２の周辺隙間を残してプラズマ処理空間ＰＳを閉塞する。このプラズマ処理空間ＰＳにおけるプロセスガスＧは、周波電力を印加することによりグロー放電が起き、グロー放電により分解、励起しプラズマ（電離気体）が生成される。このプラズマをプラズマ処理空間ＰＳに閉じ込めることができる。

周波電力電源２０から同軸ケーブル２１により整合器２２に接続され、整合器２２から伝送板２３、分配伝送板２４及び、金属管３１を経由して電極板１１へ接続される。分配伝送板２４は、四方に分岐した各枝部が金属管３１に接続する。整合器２２と分配伝送板２４の間は、１本の伝送板２３により接続されている。これにより、１台の周波電力電源２０から出力される周波電力を、電気的に一体に構成された電極板１１の複数個所に、並列入力することができる。

なお、本実施形態では、分配伝送板２４と金属管３１との接続は、４本に分岐する場合を例にとり説明する。また、後述するように電極板１１と金属管３１の連結部を増やしてもよい。このとき整合器２２と分配伝送板２４とを接続する伝送板２３は１本であるが、伝送板２３と分配伝送板２４の間に新たな分配伝送板（２３a、２３b、２３c）を追加し分岐を段階的に複数設けて連結し（図８、図１０、図１２を参照）増やす構成としてもよい。

電極板１１と金属管３１の連結部１１ａ〜１１ｄは、電極板１１の平面視において、伝送板２３からの分岐数に応じた複数（図８〜図１３）の略等分割された各分割領域の略中央に設けられている。図６には、整合器２２と電極板１１との間の伝送板２３、分配伝送板２４及び、金属管３１の接続を立体的な模式図で示し、図７は、図６の伝送板２３、分配伝送板２４が金属管３１を通して電極板１１に接続した概略平面図で、分配伝送板２４分岐長さを等長符号で示してある。

図６、図７に示す例では、連結部１１ａ〜１１ｄは、電極板１１の平面視において、略正方形に分割された各分割領域のそれぞれに設けられている。分配伝送板２４の複数の枝板２４ａ〜２４ｄは、幅、長さ、厚み、抵抗値、等を略同等に揃えてあり、整合器２２と金属管３１の連結部１１ａ〜１１ｄの間をそれぞれ接続する伝送路の線路長及びインピーダンス等の電気的特性が略等価となるように調整してある。

図６に示す例では、整合器２２に接続される伝送板２３、分配伝送板２４は金属板である。分配伝送板２４は、４枚の直交する羽根状の枝板（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）を分岐点Ｐから四方に延びて金属管３１の頭頂部にナット３８により連結されている。すなわち、１台の周波電力電源２０から出力する周波電力は、同軸ケーブル２１を通り、整合器２２に接続され、伝送板２３を経由して分配伝送板２４にて四方に分岐され、各々金属管３１の頭頂部にナット３８により接続され、各々金属管３１の連結部１１ａ〜１１ｄを通して１枚の電気的に一体になるよう連結された電極板１１（主電極板１２、第１拡散板１３、第２拡散板１４及びシャワー板１５が連結されて電気的に一体の電極板とした。）に供給される。

これにより、電極板１１の複数個所へ入力する周波電力の周波数は一定になり、しかも電極板１１の連結部１１ａ〜１１ｄへ入力する周波電力の位相も一致する。このため、周波電力電源２０の周波数に合わせて、分配伝送板２４の枝板（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ）長さ及び、電極板１１の連結部１１ａ〜１１ｄの位置(設置距離)を決定することにより、プラズマ処理空間ＰＳに発生する定在波の抑制が可能であり、グロー放電の一様性を容易に向上することができる。図６、図８、図１０、図１２において、電極板１１の連結部１１ａ〜１１ｄの接続距離をａ〜jで示す。ａ〜ｊは全て、１/４λ未満の距離になるようにする。

以上説明した分岐構造は、上述したように、多段的に複数の分岐部を設けることにより、電極板１１への連結部の数を増加させること、すなわち、電極板１１へ周波電力を供給する個所を増やすことができる。図８〜図１３は、多段的に複数の分岐部を設けた伝送路の分岐構造の例を説明する図である。図８、図９は、分岐部を段階的に２つ設けて、１段目では二股分岐とし、２段目では上述した例と同様の４股分岐としてある。これにより、全体としては、８つに分岐する分岐構造を実現できる。同様に、図１０、図１１には、分岐部を段階的に３つ設けて、１段目及び２段目は二股分岐とし、３段目は上述した例と同様の４股分岐として、全体として１６に分岐する分岐構造を実現してある。また、図１２、図１３には、分岐部を段階的に４つ設けて、１段目〜３段目は二股分岐とし、４段目は上述した例と同様の４股分岐として、全体として３２に分岐する分岐構造を実現してある。このように、分岐数を増やすことにより、電極板１１と伝送路２３との連結部の数を適宜に増減変更可能であり、周波電力が高周波化した場合及び／又は成膜面積の増大に対応するべく電極板１１の面積を更に大面積化した場合等においても、電極板１１において均一なグロー放電を実現可能となる。

プラズマ処理装置１単体を用いた成膜処理は上述した通りであるが、実際にプラズマ処理装置１を使用する際には、図１４及び図１５に示すように、複数のプラズマ処理装置１Ａ〜ＸＡ（Ｘは自然数）を直列又は並列に配設したプラズマ処理システムとして使用する。図１４は、インライン方式のプラズマ処理システム、図１５は、クラスター方式のプラズマ処理システムである。以下では、図１４のインライン方式のプラズマ処理システムについて説明する。

前工程より搬送されてきた基盤ｎは、ワークローダーＷＬＤの基盤トレイ１６に載置される。基盤ｎが載置された基盤トレイ１６は、ゲートバルブＧ１を開き（ＯＰＥＮ）、ロードロック室ＬＤに搬送され、ゲートバルブＧ１が閉じ（ＣＬＯＳＥ）、ロードロック室ＬＤを真空引きし、プラズマ処理装置１Ａと同じ真空度になると、ゲートバルブＧ２が開き（ＯＰＥＮ）、基盤トレイ１６がプラズマ処理装置１Ａに搬送され、ゲートバルブＧ２が閉じ（ＣＬＯＳＥ）、プラズマ処理装置１Ａは、流量制御されたプロセスガスＧが供給（ＯＮ）されプロセス圧力に調整されてから、周波電力が印加（ＯＮ）されプラズマ処理（成膜）がスタートする。この時、ステージ１７は、予め設定されたプロセス温度（最適基盤温度）に調整されている。また、ゲートバルブＧ２が閉（ＣＬＯＳＥ）された後、ロードロック室ＬＤは大気圧に戻され、ゲートバルブＧ１が開き（ＯＰＥＮ）、つぎの基盤ｎがセットされた基盤トレイがロードロック室ＬＤに搬送される。プラズマ処理装置１Ａでプラズマ処理（成膜）が終了すると、プロセスガスＧ及び、周波電力の供給を停止（ＯＦＦ）し、プラズマ処理装置１Ａ内の残留ガスを排気後、つぎのプラズマ処理装置２Ａに搬送され次々と処理（成膜）を繰り返し、アンロードロック室ＵＬＤに搬送される。アンロードロック室ＵＬＤに搬送された基盤トレイ１６は、アンロードロック室ＵＬＤを大気圧に戻し後、最終ゲートバルブＧＸ（Ｘは自然数）を開き（ＯＰＥＮ）、ワークアンローダーＷＵＬＤに搬出される。そして最終ゲートバルブＧＸを閉じ（ＣＬＯＳＥ）、アンロードロック室ＵＬＤを真空引きして待機すると同時にワークアンローダーＷＵＬＤで基盤ｎを取り出し、取りだされた基盤nは次工程に移される。基盤ｎを取りだした基盤トレイ１６は、リターン機構により、ワークローダーＷＬＤに戻される。以上、このようにして順次処理（成膜）を行う。

なお、本発明は上述した実施形態に限られず、上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成等も含まれる。また，本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

１…プラズマ処理装置、８…電極昇降プレート、９…反応容器蓋、１０…反応容器、１１…電極板、１１ａ〜１１ｄ…連結部、１２…主電極板、１２ａ…主電極板周壁部、１３…第１拡散板、１３ａ…小孔、１４…第２拡散板、１４ａ…小孔、１５…シャワー板、１５ａ…小孔、１６…基盤トレイ、１７…ステージ、１８…絶縁プレート、１８ａ…絶縁プレート周壁部、１９…シールドプレート、２０…周波電力電源、２１…同軸ケーブル、２２…整合器、２３…伝送板、２３ａ〜２３ｃ…分配伝送板、２４…分配伝送板、２４ａ〜２４ｄ…枝板、２５…シールドボックス、２６…絶縁性連通路、２７…シールドパイプ、３０…ガス供給口、３１…金属管、３１a…第１空間露出部、３１ｂ…ガス噴出口、３２…ガスパイプ、３３…ガス分配パイプ、３４,３６…連結金具、３５…絶縁パイプ、３７…溶接ベローズ管、３８…ナット、３９…絶縁フランジ、４０…金属フランジ、Ｇ…プロセスガス、ＧＰ…ガス供給路、ＰＳ…プラズマ処理空間、ＳＰ１…第１空間、ＳＰ２…第２空間、ＳＰ３…第３空間、Ｐ…分岐点、Ｒ１…小孔１３ａの径、Ｒ２…小孔１４ａの径、Ｒ３…小孔１５ａの径、Ｈ１…第１拡散板開口率、Ｈ２…第２拡散板開口率、Ｈ３…シャワー板開口率、ｎ…基盤、λ…波長、１Ａ〜ＸＡ…プラズマ処理装置、Ｇ１〜ＧＸ…ゲートバルブ、ＷＬＤ…ワークローダー、ＷＵＬＤ…ワークアンローダー、ＬＤ…ロードロック室、ＵＬＤ…アンロードロック室

Claims (8)

1. 反応容器内に配設した主電極板と１以上の拡散板から構成された電極板と、
   前記反応容器内に前記電極板に対向させて平行に配設した対向電極と、
   前記電極板の前記対向電極に対向しない非対向側から接続され、前記反応容器外から前記電極板に周波電力を供給する伝送路と、
   前記反応容器内に配設されて前記電極板を内部に密着して収容する蓋状絶縁体と、
   前記伝送路に設けてガス供給機能を果たすと共に、吊下げ状で前記電極板に貫通接続して当該貫通部分において前記電極板に通電接続した金属管と、
   よりなるプラズマ処理装置。
2. 前記蓋状絶縁体の内底面には前記電極板の前記非対向側が密着し、
   前記蓋状絶縁体の内側面には前記電極板の側面が密着し、
   下方開口の前記蓋状絶縁体の周側壁を下方に伸延し、
   伸延した周側壁の開口縁部の突出長ｄ１よりも突出長ｄ１の突出端面と対向電極との隙間ｄ２が狭くなるように電極板と対向電極の間隔を調整した状態でプラズマ処理を行うように構成した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. 前記主電極板の周縁部は前記対向電極に向けて階段状の主電極板周壁部で構成し、
   前記主電極板周壁部の階段状の内壁に前記拡散板を電気的に連結し、
   前記電極板と主電極板周壁部とにより閉塞された密閉空間を構成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記金属管の下方先端部を階段状に加工し、この階段状加工寸法と前記主電極板周壁部内壁の階段状加工寸法とを一致したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記蓋状絶縁体は、下方に伸延した周側壁の下端内側角部をテーパー状に切削形成し、前記蓋状絶縁体の下方開口縁部の開口径を開口に近づくに連れて徐々に拡幅したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記蓋状絶縁体の上面及び側面の一部が金属製シールドプレートで覆われており、
   前記金属製シールドプレートは前記蓋状絶縁体に連結した絶縁性連通路の側面を覆うシールドパイプを介してグランドに接続したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記吊下げ状で前記電極板に貫通接続した金属管は、前記主電極板と１以上の拡散板及びシャワー板の全てを貫通して当該貫通部分において通電接続したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記吊下げ状で前記電極板に貫通接続した金属管を、複数配設したことを特徴とする請求項１又は請求項７に記載のプラズマ処理装置。

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