JP6609006B2 - バッチ式プラズマ基板処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッチ式プラズマ基板処理装置に係り、更に詳しくは、外部において分解された工程ガスを処理空間の内部に与えるバッチ式プラズマ基板処理装置に関する。

一般に、基板処理装置は、処理空間内に処理しようとする基板を位置させた後、化学気相蒸着法又は原子層蒸着法などを用いて処理空間内に注入された工程ガスに含まれている反応粒子を基板の上に蒸着する装置である。基板処理装置としては、一枚の基板に対して基板処理工程が行える枚葉式（Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｔｙｐｅ）の基板処理装置と、複数枚の基板に対して基板処理工程が同時に行えるバッチ式（Ｂａｔｃｈ Ｔｙｐｅ）の基板処理装置と、が挙げられる。

通常の基板処理装置の場合、処理空間内に注入された工程ガスの反応粒子が基板に蒸着されるように加熱手段を備えているが、高い温度及び高温における長時間に亘っての工程に起因する問題が発生し、特に、バッチ式の基板処理装置の場合、処理空間の内部に複数枚の基板が収容されているため、基板が全体的に満遍なく加熱されない結果、温度勾配が生じるという問題及び反応時間が長引いてしまうという問題が発生する。このため、温度勾配を改善するとともに、工程ガスのイオン化や化学反応などを促して処理空間内の反応温度を降温させるとともに反応時間を短縮させるために処理空間の内部の空間においてプラズマを形成することになる。

一方、一般に、バッチ式の基板処理装置においては、処理空間を囲繞するホットウォール（Ｈｏｔ ｗａｌｌ）タイプの加熱手段により基板だけではなく、処理空間の壁面まで温度が昇温して工程ガスが処理空間の内部の壁面にも蒸着されてしまう結果、不所望の薄膜が成膜されてしまう。ところが、処理空間内においてプラズマなどの工程環境を作る場合、内壁に蒸着された薄膜がプラズマ発生空間に形成された磁場や電気場などによりパーティクルとして剥離されて落下して基板処理工程中に汚染物質として働いてしまうという問題がある。これは、基板上の薄膜の品質を低下させる原因になるだけではなく、基板に対する処理工程の効率を低下させる原因にもなる。

大韓民国登録特許公報第１０−１３９６６０２号

本発明は、外部においてプラズマ分解された工程ガスを処理空間の内部に与えるバッチ式プラズマ基板処理装置を提供する。

本発明の実施形態に係る基板処理装置は、 複数枚の基板が処理される処理空間を提供する第１のチューブと、前記処理空間において前記複数枚の基板を第１の方向に積載する基板支持部と、前記基板が処理される工程に必要な工程ガスを供給するための供給口を有する複数のガス供給部と、前記第１のチューブと連通されて前記処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部と、前記第１のチューブの外側に配設され、前記ガス供給部から供給された工程ガスをプラズマ分解させて前記処理空間に分解された工程ガスを与えるプラズマ反応部と、を備えることを特徴とする。

前記基板処理装置は、前記第１のチューブとの間に離間空間が形成されるように前記第１のチューブから離間して前記第１のチューブの外側を包み込む第２のチューブを更に備え、前記プラズマ反応部は、前記離間空間に設けられてもよい。

前記プラズマ反応部は、前記第１の方向に延びる複数の電源供給電極部と、前記複数の電源供給電極部の間に設けられ、前記第１の方向に延びる接地電極部と、を備えていてもよい。

前記プラズマ反応部は、前記複数の電源供給電極部及び接地電極部を収容し、前記プラズマが形成される内部空間を画定する隔壁を更に備えていてもよい。

前記基板処理装置は、前記複数の電源供給電極部のそれぞれに供給されるべき高周波（ＲＦ）電源の大きさ又は比率を制御して供給する可変電源供給部を更に備えていてもよい。

前記可変電源供給部は、前記複数の電源供給電極部にＲＦ電源を供給する電源部と、前記電源部と複数の電源供給電極部との間にそれぞれ配設される複数の可変キャパシターと、を備えていてもよい。

前記可変電源供給部は、前記複数の電源供給電極部及び接地電極部の間の空間にそれぞれ配設されて前記プラズマの放電特性値を測定する探針棒を更に備え、前記探針棒により測定された放電特性値により前記ＲＦ電源の大きさ又は比率が調節されてもよい。

前記基板処理装置は、前記複数の電源供給電極部及び接地電極部の外周面を包み込むセラミック管を更に備えていてもよい。

前記複数の電源供給電極部及び接地電極部は、前記第１のチューブの周方向に沿って互いに離間して配置され、前記複数のガス供給部は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部の外側にそれぞれ配設されてもよい。

前記ガス供給部の供給口は、前記電源供給電極部に対して反対の方向を向くように形成されてもよい。

前記複数のガス供給部は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部及び接地電極部を接続する線から外側に配設され、前記ガス供給部の供給口は、前記電源供給電極部及び接地電極部の間の空間をそれぞれ向くように配設されてもよい。

前記第１のチューブは、前記電源供給電極部と対応して前記第１の方向に配置される複数の噴射口を有し、前記噴射口及び供給口は、前記第１のチューブの中心軸から前記供給口までの半径方向に対して互いにずれるように配設されてもよい。

前記ガス供給部は、前記プラズマ反応部に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、前記処理空間にソースガスを供給するソースガス供給部と、を備え、前記プラズマ反応部は、前記反応ガスをプラズマ分解させてもよい。

本発明においては、第１のチューブの外側にプラズマ反応部を配設することにより、ガス供給部から供給された工程ガスがプラズマ反応部において分解された後、処理空間の内部に与えられる。すなわち、処理空間の内部に工程ガスを供給した後、プラズマ分解をせず、外部においてプラズマ分解された工程ガスを処理空間の内部に供給するので、処理空間の内壁からパーティクルが剥離されて落下するという問題を防ぐことができるだけではなく、基板に対する処理工程の効率を向上させることができる。

また、複数の電源供給電極部及び接地電極部を備えてプラズマを安定的に形成するのに必要な電源を減らして高いＲＦ電源によるパーティクルの生成を防ぐことができる。

更に、可変電源供給部を用いて電源供給電極部のそれぞれに供給されるＲＦ電源の大きさ又は比率を調節することにより、プラズマ発生空間のそれぞれに均一なプラズマが形成されるようにできる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図。 本発明の他の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図。 （ａ）は、図２の平面図をＡ−Ａ'に沿って切り取った断面図であり、（ｂ）は、図２の平面図をＢ−Ｂ'に沿って切り取った断面図。 本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図。 本発明の実施形態に係るガス供給部を示す平面図。 本発明の実施形態に係る可変電源供給部を示す回路図。

以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について更に詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態として実現され、単にこれらの実施形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。発明について詳細に説明するために図面は誇張されてもよく、図中、同じ符号は同じ構成要素を指し示す。

図１は、本発明の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図であり、図２は、本発明の他の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図であり、図３の（ａ）は、図２の平面図をＡ−Ａ'に沿って切り取った断面図であり、図３の（ｂ）は、図２の平面図をＢ−Ｂ'に沿って切り取った断面図である。

図１から図３を参照すると、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板Ｓが処理される処理空間を提供する第１のチューブ１１０と、前記処理空間において前記複数枚の基板Ｓを第１の方向に積載する基板支持部１４０と、前記基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスを供給するための供給口１６１を有する複数のガス供給部１６０と、前記第１のチューブ１１０と連通されて前記処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部１５０と、前記第１のチューブ１１０の外側に配設され、前記ガス供給部１６０から供給された工程ガスをプラズマ分解させて前記処理空間に分解された工程ガスを与えるプラズマ反応部１３０と、を備えていてもよい。

まず、基板処理装置は、工程を行おうとする基板Ｓの並べ方に応じて、一枚の基板Ｓに対して基板処理工程が行える枚葉方式の基板処理装置と、複数枚の基板Ｓに対して基板処理工程が同時に行えるバッチ方式の基板処理装置と、に大別できるが、本発明においては、複数枚の基板Ｓが上下方向（第１の方向）に積載されたバッチ方式の基板処理装置に限定して説明をする。

本発明の基板処理装置は、第１のチューブ１１０と内部に第１のチューブ１１０を収容する第２のチューブ１２０とが所定の距離を保つように隔設されている構造を有してもよく、第１のチューブ１１０及び第２のチューブ１２０は、石英又はセラミックなどの耐熱性材料から製作されてもよい。

第１のチューブ１１０は、下部が開放された円筒状に形成されてもよく、内部に複数枚の基板Ｓが収容されて処理される処理空間を提供してもよい。第１のチューブ１１０の処理空間は、複数枚の基板Ｓが積層された基板支持部１４０上において実際の工程が行われる領域である。

基板支持部１４０は、基板Ｓを支持するための構成要素であり、複数枚の基板Ｓが第１の方向、すなわち、上下方向に積載されるように形成され、複数枚の基板Ｓがそれぞれ個別的に処理される単位処理空間を複数形成してもよい。すなわち、基板支持部１４０は、基板Ｓが第１の方向に積載されるように複数の層を形成し、一つの層（又は、単位処理空間）に一枚の基板Ｓが積載されてもよい。したがって、基板支持部１４０の各層に基板Ｓの単位処理空間が個別的に形成されて単位処理空間の間に干渉が起こることを防ぐことができる。

複数枚の基板Ｓが基板支持部１４０に全て積載されれば、基板支持部１４０は、第１のチューブ１１０の下部（又は、出入り口）を介して第１のチューブ１１０の処理空間に移動してもよく、基板支持部１４０は、複数枚の基板Ｓを載置して支持できるタイプのものである限り、特にそのタイプや構造が限定されず、種々に変更可能である。

また、上述した第１のチューブ１１０には、後述するプラズマ反応部１３０において分解された工程ガスを処理空間に噴射する複数の噴射口１１１が形成されてもよいが、複数の噴射口１１１は、複数枚の基板Ｓのそれぞれにプラズマ反応部１３０において分解された工程ガスを供給するように基板支持部１４０の単位処理空間にそれぞれ対応して第１の方向に異なる高さに形成されてもよい。

排気部１５０は、処理空間内に配置されて処理空間内の工程残渣を外部に排気する役割を果たしてもよい。排気部１５０は、第１の方向に延びる排気部材１５１と、排気部材１５１に接続される排気ライン１５２及び排気ポンプ（図示せず）により構成されてもよいが、排気部材１５１は、第１のチューブ１１０の噴射口１１１と向かい合い、単位処理空間にそれぞれ対応して第１の方向に異なる高さに形成される複数の排気口１５３を有しているので、上述した第１のチューブ１１０の噴射口１１１を介して複数枚の基板Ｓに供給された分解ガスが基板Ｓを経て排気口１５３に吸い込まれることが可能になる。

このように、第１のチューブ１１０の噴射口１１１及び排気部１５０の排気口１５３が互いに対応して基板Ｓが積載される第１の方向と交差する第２の方向（例えば、基板の表面と平行な方向）に同一線上に位置するので、噴射口１１１から噴射される分解ガスが排気口１５３に流入しながら層流（Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗ）が形成可能になる。すなわち、分解ガスが基板Ｓの表面と接触した後、基板Ｓに沿って移動しながら排気口１５３に流入可能になるので、分解ガスが基板Ｓの表面と平行な方向に流れることができ、その結果、基板Ｓの上部面に均一に供給可能である。

ガス供給部１６０は、基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスを供給してもよいが、ガス供給部１６０は、工程ガスを供給するための供給口１６１を有するガス供給管１６０及びガス供給管１６０に接続されて外部から基板処理工程に必要な工程ガスを供給するガス供給源（図示せず）を備えていてもよい。

通常の基板処理装置の場合、処理空間内に注入された工程ガスの反応粒子が基板に蒸着されるように加熱手段を備えているが、高い温度及び高温における長時間に亘っての工程に起因する問題が発生し、特に、バッチ式の基板処理装置の場合、処理空間の内部に複数枚の基板が収容されているため、基板が全体的に満遍なく加熱されない結果、温度勾配が生じるという問題及び反応時間が長引いてしまうという問題が発生する。このため、温度勾配を改善するとともに、工程ガスのイオン化や化学反応などを促して処理空間内の反応温度を降温させるとともに反応時間を短縮させるために処理空間の内部の空間においてプラズマを形成することになる。しかしながら、処理空間を囲繞するホットウォール（Ｈｏｔ ｗａｌｌ）タイプの加熱手段により基板だけではなく、処理空間の壁面まで加熱されて工程ガスが処理空間の内部の壁面にも蒸着されてしまう結果、不所望の薄膜が成膜されてしまう。ところが、処理空間内においてプラズマなどの工程環境を作る場合、このような薄膜はプラズマ発生空間に形成された磁場や電気場などによりパーティクルとして剥離されて落下して基板処理工程中に汚染物質として働いてしまうという問題がある。これは、基板上の薄膜の品質を低下させる原因になるだけではなく、基板に対する処理工程の効率を低下させる原因にもなる。

本発明においては、処理空間の内壁からパーティクルが剥離されて落下するという問題を防ぎ、基板に対する処理工程の効率を向上させるために、第１のチューブの外側にプラズマ反応部１３０を配設して、第１のチューブ１１０の処理空間の内部に分解された工程ガスを与えるようにしている。プラズマ反応部１３０は、ガス供給部１６０から供給された工程ガスをプラズマ分解させて処理空間の内部に分解された工程ガスを与える構成要素であり、第１のチューブ１１０の外側に複数枚の基板Ｓが上下に積載された方向（第１の方向）に沿って配置されており、工程ガスをプラズマに活性化させる活性化機構として働くことができる。このとき、第１のチューブ１１０の外側に配設されるプラズマ反応部１３０は、排気部１５０と向かい合うように配置されてもよいが、その位置は特に限定されない。

本発明によれば、プラズマ反応部１３０を第１のチューブ１１０の外側に配設することにより、工程ガスが外部において分解されて処理空間の内部に与えられるので、処理空間内に供給された工程ガスを分解させて基板Ｓの上に蒸着させるための温度、すなわち、加熱手段の加熱温度を降温させることができ、これにより、処理空間の壁面など全体的な温度が降温して処理空間の内壁に不所望の薄膜が蒸着されてしまうという問題を改善することができる。のみならず、処理空間の内部ではなく、第１のチューブ１１０の外部（すなわち、処理空間の外部）においてプラズマを形成するので、処理空間に工程ガスを供給した後、処理空間の内部空間においてプラズマを形成することにより発生する磁場や電場により処理空間の内壁に成膜された薄膜がパーティクルとして剥離されて落下するという問題を防ぐことが可能になる。

更に、プラズマ反応部１３０を処理空間内に配置することなく、第１のチューブ１１０の外側に配置することにより、第１のチューブ１１０がそれぞれの基板Ｓが処理される単位処理空間を画定することができるので、プラズマ反応部１３０において分解された全ての分解ガスが単位処理空間にそれぞれ対応する第１のチューブ１１０の噴射口１１１を介して噴射されて同一線上に位置する排気口１５３に流入しながら理想的な層流が形成可能になる。

より具体的に、本発明の実施形態に係るプラズマ反応部１３０を第１のチューブ１１０の外側に配設すれば、第１のチューブ１１０が処理空間内に複数枚の基板Ｓが積載されて形成される単位処理空間を画定することができる。また、各層に積載された基板Ｓの単位処理空間は、処理空間の内部壁面により画定されて互いに分離されて提供されるので、単位処理空間とそれぞれ対応する噴射口１１１から噴射された分解ガスが無駄使いされるという問題なしに効果的に基板Ｓの上部面に均一に供給されて層流が形成可能になる。すなわち、第１のチューブ１１０の外側に配設されるプラズマ反応部１３０により第１のチューブ１１０の処理空間のほとんどが単位処理空間からなるので、プラズマ反応部１３０から分解された全ての工程ガスが噴射口１１１と対応する単位処理空間に流入しながら層流が形成されて基板Ｓに対する処理工程の効率が向上可能になる。

これに対し、プラズマ反応部１３０を第１のチューブ１１０の外側に配設することなく、基板Ｓが処理される処理空間の内部に配設すれば、プラズマ反応部１３０が占めている一部の空間によりそれぞれの単位処理空間が第１のチューブ１１０の内壁により画定できず、他の空き空間と互いに連通されてしまう。したがって、プラズマ反応部１３０から与えられる分解ガスが基板Ｓの表面ではなく、処理空間内の空き空間に流入して理想的な層流を形成し難いという不都合がある。この理由から、本発明においては、プラズマ反応部１３０を第１のチューブ１１０の外側に配設している。

本発明の実施形態に係る基板処理装置は、前記第１のチューブ１１０との間に離間空間が形成されるように前記第１のチューブ１１０から離間して前記第１のチューブ１１０の外側を包み込む第２のチューブ１２０を更に備え、前記プラズマ反応部１３０は前記離間空間に配設されてもよい。

本発明においては、プラズマ反応部１３０の雰囲気の制御がより一層手軽に行われるように、第１のチューブ１１０から離間して第１のチューブ１１０の外側を包み込む第２のチューブ１２０を配置し、内部チューブである第１のチューブ１１０の外壁と外部チューブである第２のチューブ１２０の内壁との間に大気圧状態である外部雰囲気から遮断された離間空間を形成して離間空間にプラズマ反応部１３０が配置されるようにしている。

基板Ｓが処理される処理空間は真空状態であり、プラズマ反応部１３０の外部は大気圧状態であって、第１のチューブ１１０の処理空間、第１のチューブ１１０の外側に配設されるプラズマ反応部１３０及びプラズマ反応部１３０の外部空間の雰囲気は、それぞれの空間ごとに異なるため、プラズマを形成するのに適した雰囲気、すなわち、プラズマ反応部１３０の圧力及び温度などの雰囲気の制御は非常に重要である。この理由から、本発明においては、プラズマ反応部１３０を真空状態である処理空間から分離し、大気圧状態である外部空間から更に効果的に遮断してプラズマを発生させるのに適した雰囲気が手軽に制御できるように第１のチューブ１１０の外側から第１のチューブ１１０を包み込む第２のチューブ１２０を配置して第１のチューブ１１０と第２のチューブ１２０との間に互いに離間した離間空間（又は、バッファー空間）を形成し、真空状態である処理空間及び大気圧状態である外部雰囲気と遮断される独立した空間、すなわち、離間空間にプラズマ反応部を配設している。

更に、加熱手段の場合、処理空間を外側から囲繞するように配設されてもよいが、プラズマ反応部１３０を第１のチューブ１１０と第２のチューブ１２０との間の空間である離間空間に配設すれば、外部チューブである第２のチューブ１２０の外側を包み込む加熱手段を設け易い。すなわち、プラズマ反応部１３０が第２のチューブ１２０の外側から突設されず、離間空間の内部に形成されるので、加熱手段を設けるに当たって、プラズマ反応部１３０に制限されずに設けることが可能になる。このとき、プラズマ反応部１３０に工程ガスを供給する複数のガス供給部１６０が、図１から図３に示すように、第２のチューブ１２０の外側に突出しているが、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１を接続する線から外側に配設できる位置である限り、その位置は特に限定されず、ガス供給部１６０の位置の詳細については、後述する。

一方、工程ガスをプラズマに活性化させるために、一般的に、二つの電極に一つのＲＦ電源を供給してプラズマを形成するが、一つのＲＦ電源を供給する場合には、プラズマを安定的に形成するための電源が高くなるため、パーティクルが発生するという問題が生じてしまう。すなわち、一つのＲＦ電源が供給される場合、プラズマを形成するための高い電源によりイオン化された粒子が高いエネルギーを有するため、前記粒子により電極を保護する管１７０、隔壁１３３、第１のチューブ１１０及び第２のチューブ１２０にダメージなどの損傷が生じてパーティクルが発生してしまう。したがって、本発明においては、工程ガスを処理空間ではない外部において分解させた後に処理空間の内部に与えるためにプラズマ反応部１３０を形成し、プラズマ反応部１３０は、ＲＦ電源がそれぞれ供給される複数の電源供給電極部１３２及び複数の電源供給電極部１３２の間に配設された接地電極部１３１を備えてプラズマを発生させるのに必要な電源を減らして高いＲＦ電源によるパーティクルの発生が防がれるようにしている。

前記プラズマ反応部１３０は、前記第１の方向に延びる複数の電源供給電極部１３２と、前記複数の電源供給電極部１３２の間に配設され、前記第１の方向に延びる接地電極部１３１と、を備えていてもよい。なお、前記プラズマ反応部１３０は、前記複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１を収容し、前記プラズマが形成される内部空間を画定する隔壁１３３を更に備えていてもよい。

電源供給電極部１３２は、基板Ｓが積載された第１の方向に延びた電極であり、後述する可変電源供給部１８０からそれぞれＲＦ電源を供給され、電源供給電極部１３２のそれぞれにＲＦ電源を供給するための可変電源供給部１８０の詳細については、後述する。

接地電極部１３１は、電源供給電極部１３２と同様に、基板Ｓの積載方向に沿って延びた電極であってもよく、電源供給電極部１３２との間に複数のプラズマ発生空間が形成されるように複数の電源供給電極部１３２の間に電源供給電極部１３２から平行に離間距離を隔てて設けられている。

電源供給電極部１３２に可変電源供給部１８０からＲＦ電源が供給されれば、電源供給電極部１３２と接地電極部１３１との間に電場が生成され、プラズマの発生が起こるが、本発明でのように、接地電極部１３１の外側にそれぞれ電源供給電極部１３２が設けられた電極構造を有する場合、工程ガスが分解されるプラズマの発生、すなわち、所望の量のラジカルを得るのに必要なＲＦ電源を所要電源の半分に減らすことができて、高い電源により電極を保護する管１７０、隔壁１３３、第１のチューブ１１０及び第２のチューブ１２０などに損傷が生じてパーティクルが発生するという問題を防ぐことができる。すなわち、十分なエネルギーで工程ガスを分解させるのに必要なＲＦ電源が、例えば、１００Ｗであるとしたとき、複数の電源供給電極部１３２の間に接地電極部１３１が設けられた構造を有すると、１００Ｗよりも低い電源、例えば、５０Ｗの電源を電源供給電極部１３２のそれぞれに供給してプラズマを発生させることができるので、たとえ所要電源よりも低い電源を供給するとしても、最終的に１００Ｗの電源を供給したときと同様に十分なエネルギーでパーティクルの発生なしに工程ガスをより一層効果的に分解させることができる。

このとき、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は電気的に接続されておらず、離間して配置されており、電源供給電極部１３２にそれぞれＲＦ電源を供給することにより、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間に生成される電場によりプラズマが発生する容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式を採用してもよい。

本発明において用いられる容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式について説明するに先立って、まず、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式は、アンテナに流れる電流において形成された磁場が経時的に変化するとき、磁場の周りに形成される電場からプラズマが発生する方式であり、プラズマ密度若しくは印加電力に応じて、Ｅ−ｍｏｄｅ及びＨ−ｍｏｄｅに分けられる。一般に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式においては、Ｅ−ｍｏｄｅによりプラズマが発生され、Ｈ−ｍｏｄｅに切り替わりながら高密度プラズマを発生させるが、全般的にプラズマ密度が低いＥ−ｍｏｄｅからプラズマが保たれる高い密度を有するＨ−ｍｏｄｅへのモードの切り替えを行うためには、高いパワーを誘起しければならない。しかしながら、高いパワー、すなわち、入力電力が大きくなれば、パーティクル及び高い電子温度に伴う反応に与らない多数のラジカルが生成されて良質の膜質を得難いという問題及びアンテナにより形成される電場に従って均一なプラズマを発生させ難いという問題が存在してしまう。

これに対し、本発明においては、互いに接続されずに離間した電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間に形成される電場により電子の加速が起きてプラズマが発生する 容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式を採用するため、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）方式のようにプラズマを保つための高いパワーが不要であり、このため、電子の温度が降温して反応に与る多数のラジカルが生成されて良質の膜質を得る上でより一層効果的である。なお、単一の電極を用いる容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式の場合、誘起するパワーに応じて反応に与るラジカルが影響を受けて、高いパワーを印加しなければ、所望の量のラジカルを得ることができないが、本発明の実施形態に係る多電極（複数の電源供給電極部１３２の間に接地電極部１３１が設けられた構造）を用いる容量結合プラズマ（ＣＣＰ）方式の場合には、上述したように、電極ごとにパワーを分けて供給することができるので、単一の電極に供給されるパワーよりも低いパワーでも同量のラジカルを得ることができる。

本発明の実施形態に係る基板処理装置は、前記複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の外周面を包み込むセラミック管１７０を更に備えていてもよい。

複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１のそれぞれは、上部から下部に亘って各電極部を保護するセラミック管１７０により包み込まれた状態で保護可能であり、複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、軟性を有する編組線からなることが好ましい。

一般に、ＲＦの使用に伴う電気伝導は、電流が流れる深さである金属の浸透深さ（Ｓｋｉｎ Ｄｅｐｔｈ）に影響を受けるが、ＲＦ電源を供給してプラズマが発生するプラズマ反応部においてメッシュ状のメッシュ電極を用いる場合には、空き空間が占める面積が大きいため、小さい表面積による大きい抵抗が原因となってＲＦ電源の供給に効率的ではないという問題が存在する。しかも、基板処理工程は、高温及び低温において繰り返し行われるが、電極がメッシュ状の電極である場合、変化する温度に応じてメッシュ電極の形状が不規則的に変化して形状の維持の側面からみて不利になり、変化する形状に応じて抵抗が異なるため、ＲＦ電源の供給に際して不均一なプラズマが発生してしまうという問題がある。

これに対し、本発明の実施形態に係る複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、セラミック管１７０の内部に挿入されるだけではなく、空き空間を最小化して上述した問題を防ぐために、軟性を有する編組タイプ（編組線）に形成されてもよい。一実施形態によれば、空き空間を更に減らすために、それぞれの電極部の表面にコーティングする方法を更に採用してもよい。

また、フレキシブルな編組タイプの電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１をプラズマ反応部１３０の内部において第１の方向に延びて固定された状態に保つために、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、各電極部の両端を動かないように固定し且つ支持するバネ部（図示せず）を更に備えていてもよく、バネ部によりフレキシブルな電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１はそれぞれ第１の方向に固定されて細長い棒状に保たれてもよい。

セラミック管１７０は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の外周面を囲繞することにより、各電極部を電気的に絶縁するとともに、プラズマ雰囲気に露出される電極部をプラズマから保護することができ、これにより、電極部は、プラズマにより発生する汚染又はパーティクルから安全に保護可能になる。セラミック管１７０は、第１のチューブ１１０及び第２のチューブ１２０と同様に石英又はセラミックなどの耐熱性材料により第１のチューブ１１０及び第２のチューブ１２０と一体に製作されてもよい。

セラミック管１７０により囲繞された複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、プラズマが形成される内部空間を画定する隔壁１３３の内部に収容されてもよいが、離間空間内において内部空間を画定する隔壁１３３を別途に形成することにより、工程ガスがプラズマ反応部１３０の内部に均一に拡散される時間を短縮させることができ、これにより、隔壁１３３内に供給された工程ガスのプラズマ分解速度が向上して基板Ｓに対する処理工程の効率が上がる。

図１及び図２に戻ると、前記複数のガス供給部１６０は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１を接続する線から外側に配設され、前記ガス供給部１６０の供給口１６１は、前記電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間をそれぞれ向くように配設されてもよい。

ガス供給部１６０は、基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスがプラズマ反応部１３０において分解できるようにプラズマ反応部１３０の内部に工程ガスを供給してもよい。複数のガス供給部１６０から供給されてプラズマ反応部１３０の内部が工程ガスで満たされれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに所定のＲＦ電源を供給して向かい合う電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間にプラズマを形成してもよく、プラズマ状態で励起されて分解された工程ガスは、処理空間の内部に与えられて基板処理工程が行われてもよい。

複数のガス供給部１６０を電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１を接続する線から外側に配設し、ガス供給部１６０の供給口１６１は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間をそれぞれ向くように配設すれば、ガス供給部１６０の供給口１６１が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間と向かい合うことができてプラズマ分解率が上がる。すなわち、ガス供給部１６０の供給口１６１を介して供給される工程ガスは、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間のプラズマ発生空間に直接的に供給可能であるため、分解されるための工程ガスがプラズマ発生空間に拡散される時間が短縮されて工程ガスの分解速度の向上及びそれに伴うプラズマ分解率の向上を両立させることができる。

また、複数のガス供給部１６０が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１を接続する線から外側に配設され、ガス供給部１６０の供給口１６１が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間をそれぞれ向くように配設されることにより、隔壁１３３により囲繞されたプラズマ反応部１３０の空間が狭くなる。これにより、プラズマ反応部１３０に供給される工程ガスが均一に拡散される時間が短縮され、これにより、工程ガスがプラズマ分解されて処理空間に与えられる時間も短縮される。これらの複数のガス供給部１６０は、図１及び図２に示すように、第２のチューブ１２０の外側面から突出して電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間にそれぞれ配設されているが、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間に配設されるとともに、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の延長線上から外側に配設できる位置である限り、特にその位置は限定されない。

前記噴射口１１１及び供給口１６１は、前記第１のチューブ１１０の中心軸から前記供給口１６１までの半径方向に対して互いにずれるように配設されてもよい。

上述した第１のチューブ１１０の噴射口１１１は、基板支持部１４０の単位処理空間にそれぞれ対応して第１の方向に異なる高さに形成されるとともに、第１の方向に延びた電源供給電極部１３２と対応する位置に配置されてもよく、ガス供給部１６０の供給口１６１は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間と向かい合うように配設可能であるため、噴射口１１１及び供給口１６１は、第１のチューブ１１０の中心軸から供給口１６１までの半径方向に対して互いにずれる。噴射口１１１及び供給口１６１の位置が互いに対応せず、図１及び図２に示すように、互いにずれていると、供給口１６１を介して供給された工程ガスが直ちに第１のチューブ１１０の噴射口１１１に抜け出ることなく、プラズマ分解されるための時間的な余裕を有した後に分解されて噴射口１１１に抜け出るので、プラズマ分解効率が更に向上可能になる。

図４は、本発明の更に他の実施形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

図４を参照すると、本発明の更に他の実施形態によれば、前記複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、前記第１のチューブ１１０の周方向に沿って互いに隔設され、前記複数のガス供給部１６０は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部１３２の外側にそれぞれ配設されてもよい。

複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１と同様に第１の方向に延びるガス供給部１６０は、基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスがプラズマ反応部１３０において分解できるように隔壁１３３内に第１のチューブ１１０の周方向に隔設される電源供給電極部１３２の外側にそれぞれ配設されてプラズマ反応部１３０の内部に工程ガスを供給してもよい。

複数のガス供給部１６０から供給されてプラズマ反応部１３０の内部が工程ガスで満たされれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに所定のＲＦ電源を供給して工程ガスをプラズマ分解させてもよく、分解された工程ガスは処理空間の内部に与えられて基板処理工程が行われてもよい。

このとき、前記ガス供給部１６０の供給口１６１は、前記電源供給電極部１３２に対して反対方向を向くように形成されてもよい。

電源供給電極部１３２の外側にそれぞれ配設されるガス供給部１６０の供給口１６１が隔壁１３３と向かい合うように配設されれば、供給口１６１から供給される工程ガスが供給口１６１と向かい合う隔壁１３３からプラズマ反応部１３０の中心領域に向かって次第に拡散できて、プラズマ反応部１３０の内部の全体の空間に亘って工程ガスが均一に分布可能であり、これにより、全ての工程ガスがプラズマ分解されて処理空間に与えられる。

本発明の実施形態とは異なり、電源供給電極部１３２の外側にそれぞれ配設されるガス供給部１６０の供給口１６１が隔壁１３３と向かい合う位置に形成されず、逆に、電源供給電極部１３２と向かい合う位置に形成される場合には、工程ガスがプラズマ反応部１３０の内部に拡散されてプラズマ分解できる時間的な余裕を有さずに直ちに第１のチューブ１１０の噴射口１１１を介して処理空間に抜け出るため、工程ガスが無駄使いされる虞があるだけではなく、それに伴う工程効率が低下してしまう虞がある。

これに対し、本発明においては、ガス供給部１６０の供給口１６１が隔壁１３３と向かい合う位置に形成されるので、工程ガスが噴射口１１１を介して処理空間に直ちに抜け出ることなく、プラズマ反応部１３０の周縁領域（すなわち、供給口１６１と向かい合う隔壁１３３）から中心領域に向かって均一に拡散されて満たされ、これにより、工程ガスがプラズマ反応部１３０の内部に留まる時間的な余裕が増えて工程ガスのプラズマ分解効率が向上可能になる。

図５は、本発明の実施形態に係るガス供給部を示す平面図である。

図５を参照すると、前記ガス供給部１６０は、前記プラズマ反応部１３０に反応ガスを供給する反応ガス供給部１６０と、前記処理空間にソースガスを供給するソースガス供給部１９０と、を備え、前記プラズマ反応部１３０は、前記反応ガスをプラズマ分解させてもよい。

工程ガスは、一種以上のガス、すなわち、反応ガス及びソースガスを含んでいてもよく、ソースガス供給部１９０は、処理空間に直ちにソースガスを供給してもよい。ソースガスは、基板Ｓの上に蒸着される薄膜物質、例えば、シリコンなどの薄膜物質を含有してなるガス（ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、略称：ＤＣＳなど））からなることが好ましい。

反応ガス供給部１６０は、処理空間に直ちに供給するソースガス供給部１９０とは異なり、プラズマ反応部１３０内に先に反応ガスを供給してもよく、反応ガスは、プラズマにより活性化されて処理空間の内部に与えられてもよい。このような反応ガスは、ソースガスと反応して薄膜層を形成する含窒素ガス（窒素を含有するガス）、例えば、ＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、ＮＯなどからなることが好ましい。

本発明によれば、低温下でも分解されるソースガスよりも相対的にガス分解温度が高いＮＨ_３、Ｎ_２Ｏ、ＮＯなどの反応ガスをプラズマ反応部１３０に供給することにより、プラズマ反応部１３０により反応ガスが効果的に分解されて処理空間に与えられ、反応ガスがプラズマ分解されることについては、図１から図４に基づいて既に説明したため、ここではその詳細な説明を省略する。

図６は、本発明の実施形態に係る可変電源供給部を示す回路図である。

図６を参照すると、本発明の実施形態に係る基板処理装置は、前記複数の電源供給電極部１３２のそれぞれに供給されるべきＲＦ電源の大きさ又は比率を制御して供給する可変電源供給部１８０を更に備えていてもよい。

プラズマ発生空間は、複数の電源供給電極部１３２と接地電極部１３１との間にそれぞれ形成される空間であり、プラズマ発生空間の形状及び幅などがプラズマの形成及び密度の決定に重要な役割を果たす。しかしながら、たとえ複数の電源供給電極部１３２と接地電極部１３１との間にそれぞれ形成されるプラズマ発生空間が等幅に形成されたとしても、色々な外部要因によりプラズマの形成が不均一になってしまうという問題がある。すなわち、たとえ複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１が互いに所定の間隔を隔てて隔設されて等幅を有する複数のプラズマ発生空間が形成されたとしても、プラズマの形成に際してプラズマ密度分布がちょうど１：１にならず、その結果、密度の分布がばらついてしまうという問題が生じる。

本発明においては、プラズマ発生空間のそれぞれに均一なプラズマが形成されるように、可変電源供給部１８０を用いて電源供給電極部１３２のそれぞれに供給されるＲＦ電源の大きさ又は比率を調節している。

前記可変電源供給部１８０は、前記複数の電源供給電極部１３２にＲＦ電源を供給する電源部１８２と、前記電源部１８２と複数の電源供給電極部１３２との間にそれぞれ配設される複数の可変キャパシター１８１と、を備えていてもよい。

電源部１８２は、電源供給電極部１３２のそれぞれにＲＦ電源を供給するものであり、一実施形態によれば、図６（ｂ）に示すように、電源供給電極部１３２のそれぞれに電気的に接続されて電源供給電極部１３２へのＲＦ電源をそれぞれ別々に供給してもよく、他の実施形態によれば、図６（ａ）に示すように、一つの電源部１８２から出力されたＲＦ電源を分配して複数の可変キャパシター１８１及び電源供給電極部１３２に供給してもよい。

可変キャパシター１８１は複数設けられてもよいが、複数の電源供給電極部１３２に対応してそれぞれ配置されてもよく、複数の可変キャパシター１８１は、電源部１８２の出力部から供給されたＲＦ電源が分配される分配点と複数の電源供給電極部１３２との間にそれぞれ接続されてもよい。なお、可変キャパシター１８１は、電気的に接続された電源部１８２から供給されたＲＦ電源の大きさ又は比率を調節してもよい。

前記可変電源供給部１８０は、前記複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間にそれぞれ配設されて前記プラズマの放電特性値を測定する探針棒を更に備え、前記探針棒により測定された放電特性値により前記ＲＦ電源の大きさ又は比率が調節されてもよい。

可変キャパシター１８１がＲＦ電源の大きさ又は比率を調節できるように複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間にそれぞれ探針棒が配設されてもよく、探針棒によりプラズマ発生空間に形成されるプラズマの放電特性値、すなわち、放電電流、放電電圧、位相などが測定されてＲＦ電源の大きさ又は比率が調節可能になる。

本発明によれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに供給されるＲＦ電源の大きさ又は比率を制御して、基板Ｓの処理工程に必要なラジカルの蒸着を均一に変化・調整することにより、プラズマ密度分布がばらついてしまうという問題を解消することができる。

このように、本発明の詳細な説明の欄においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱しない範囲内において種々に変形可能である。よって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されてはならず、下記の特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

Ｓ：基板
１１０：第１のチューブ
１１１：噴射口
１２０：第２のチューブ
１３０：プラズマ反応部
１３１：接地電極部
１３２：電源供給電極部
１３３：隔壁
１４０：基板支持部
１５０：排気部
１５１：排気部材
１５２：排気ライン
１５３：排気口
１６０：ガス供給部、反応ガス供給部
１６１：供給口
１７０：セラミック管
１８０：可変電源供給部
１８１：可変キャパシター
１８２：電源部
１９０：ソースガス供給部

Claims (11)

1. 複数枚の基板が処理される処理空間を提供する第１のチューブと、
   前記処理空間において前記複数枚の基板を第１の方向に積載する基板支持部と、
   前記基板が処理される工程に必要な工程ガスを供給するための供給口を有する複数のガス供給部と、
   前記第１のチューブと連通されて前記処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部と、
   前記第１のチューブの外側に配設され、前記ガス供給部から供給された工程ガスをプラズマ分解させて前記処理空間に分解された工程ガスを与えるプラズマ反応部と、
   を備え、
   前記プラズマ反応部は、
   前記第１の方向に延びる複数の電源供給電極部と、
   前記複数の電源供給電極部の間に設けられ、前記第１の方向に延びる接地電極部と、前記複数の電源供給電極部及び接地電極部を収容し、前記プラズマが形成される内部空間を画定する隔壁とを備え、
   前記複数の電源供給電極部及び接地電極部は、前記第１のチューブの周方向に沿って互いに離間して配置され、
   前記複数の電源供給電極部にはＲＦがそれぞれ供給され、
   前記接地電極部の両側にはそれぞれ前記電源供給電極部が設けられ、
   前記接地電極部と、その両側に設けられた前記電源供給電極部とは、互いの間において容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を発生させる基板処理装置。
2. 前記第１のチューブとの間に離間空間が形成されるように前記第１のチューブから離間して前記第１のチューブの外側を包み込む第２のチューブを更に備え、
   前記プラズマ反応部は、前記離間空間に設けられる請求項１に記載の基板処理装置。
3. 前記複数の電源供給電極部のそれぞれに供給されるべきＲＦの大きさ又は比率を制御して供給する可変電源供給部を更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
4. 前記可変電源供給部は、
   前記複数の電源供給電極部にＲＦを供給する電源部と、
   前記電源部と複数の電源供給電極部との間にそれぞれ配設される複数の可変キャパシターと、
   を備える請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記可変電源供給部は、前記複数の電源供給電極部及び接地電極部の間の空間にそれぞれ配設されて前記プラズマの放電特性値を測定する探針棒を更に備え、
   前記探針棒により測定された放電特性値により前記ＲＦの大きさ又は比率が調節される請求項３に記載の基板処理装置。
6. 前記複数の電源供給電極部及び接地電極部の外周面を包み込むセラミック管を更に備える請求項１に記載の基板処理装置。
7. 前記複数のガス供給部は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部の外側にそれぞれ配設される請求項１に記載の基板処理装置。
8. 前記ガス供給部の供給口は、前記電源供給電極部に対して反対の方向を向くように形成される請求項１に記載の基板処理装置。
9. 前記複数のガス供給部は、前記第１の方向に延びて前記電源供給電極部及び接地電極部を接続する線から外側に配設され、
   前記ガス供給部の供給口は、前記電源供給電極部及び接地電極部の間の空間をそれぞれ向くように配設される請求項１に記載の基板処理装置。
10. 前記第１のチューブは、前記電源供給電極部と対応して前記第１の方向に配置される複数の噴射口を有し、
    前記噴射口及び供給口は、前記第１のチューブの中心軸から前記供給口までの半径方向に対して互いにずれるように配設される請求項１に記載の基板処理装置。
11. 前記ガス供給部は、
    前記プラズマ反応部に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
    記処理空間にソースガスを供給するソースガス供給部と、
    を備え、
    前記プラズマ反応部は、前記反応ガスをプラズマ分解させる請求項１に記載の基板処理装置。