JP6647354B2 - バッチ式プラズマ基板処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、バッチ式プラズマ基板処理装置に関し、さらに詳しくは、他の空間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配置した後、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供給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。該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一括して行えるバッチ式（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、処理空間内に供給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、高い温度及び高温下での長時間に亘っての工程に起因する問題が存在する。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できずに、温度勾配が生じてしまう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生じる。このため、温度勾配を改善すると共に、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下げ、且つ、時間を短縮するために、プラズマを形成することになる。
プラズマを形成するために、一般に、ＲＦ電源が印加されるパワー電極及び接地電極が配置され、一つのパワー電極にシングルＲＦ電源を印加してパワー電極と接地電極との間にプラズマを形成する。一つのＲＦ電源を印加する場合には、プラズマを安定的に形成するための電源又は所望の量のラジカルを得るための電源（例えば電圧）が高くなり、これに伴って、パーティクルが生じてしまうという問題が生じる。すなわち、プラズマ放電によって活性化されるラジカルは、印加されるパワーに影響を受けるため、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。これにより、一つのＲＦ電源が印加される場合には、所望の量のラジカルを得るために高いパワーが印加されてイオン化された粒子が高いエネルギーを有することになり、これらの粒子によって電極を保護する管、及びチューブなどの損傷が生じてパーティクルが生じてしまうという問題が存在する。
大韓民国特許公告第１０−０７３４７７８号
本発明は、 別途の空間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チューブと、処理空間において複数枚の基板を第１の方向に積載する基板支持部と、基板が処理される工程に必要な工程ガスをチューブ内に供給するガス供給管と、チューブと連通されて処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部と、チューブから延び、プラズマが形成される放電空間を画成する隔壁によって処理空間と仕切られ、ガス供給管から供給された工程ガスをプラズマ分解し、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、プラズマ反応部は、放電空間に収容されて第１の方向に延びる複数の電源供給電極部と、複数の電源供給電極部の間に配設され、第１の方向に延びる接地電極部とを備えていてもよい。
複数の電源供給電極部及び接地電極部は互いに離間して電気的に分離され、プラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）であってもよい。
基板処理装置は、複数の電源供給電極部のそれぞれにＲＦ電源が印加され、ＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率を制御して供給する可変電源供給部をさらに備えていてもよい。
可変電源供給部は、複数の電源供給電極部にＲＦ電源を供給する電源部と、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。
可変電源供給部は、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プラズマの放電特性値を測定する探針棒をさらに備え、探針棒から測定された放電特性値によってＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率が調節されてもよい。
基板処理装置は、複数の電源供給電極部及び接地電極部の外周面を囲むセラミック管をさらに備えていてもよい。
複数の電源供給電極部及び接地電極部は、チューブの周方向に沿って互いに離間して配置され、ガス供給管は、第１の方向に延びて複数配設され、チューブの周方向に沿って複数の電源供給電極部の外側にそれぞれ配設されてもよい。
ガス供給管は、第１の方向に配列される複数の供給口を備え、ガス供給管の供給口は、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。
ガス供給管は、第１の方向に配列される複数の供給口を備え、第１の方向に延びて電源供給電極部及び接地電極部をつなぐ線から外側に複数配設され、ガス供給管の供給口は、電源供給電極部及び接地電極部の間の空間とそれぞれ対向するように配設されてもよい。
プラズマ反応部は、電源供給電極部及び基板支持部と対応して第１の方向に配列される複数の噴射口を備え、噴射口及び供給口は、チューブの中心軸から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。
ガス供給管は、プラズマ反応部に反応ガスを供給する反応ガス供給管と、処理空間にソースガスを供給するソースガス供給管とを備え、プラズマ反応部は、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、処理空間と仕切られる別途の空間であるプラズマ反応部を形成することにより、ガス供給管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。これにより、処理空間の内壁からパーティクルが離れて出てく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、接地電極部の外側にそれぞれ電源供給電極部が設けられた３電極構造を有することにより、プラズマを安定的に形成したり、所望の量のラジカルを得るのに必要なＲＦ電源を複数の電源供給電極部のそれぞれに分割して供給したりすることができる。これにより、電源供給電極部に供給される電源を大幅に低くすることができ、その結果、高いＲＦ電源に起因するパーティクルの生成を防ぐことができる。
さらに、電気的に分離されて互いに隔設された電源供給電極部及び接地電極部の間に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）を形成することから、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）と比べて低いパワーでも安定的なプラズマを形成することができる。なお、低い電子温度に伴う反応に与かる多数のラジカルの生成により良質の膜を得る上で有効である。
さらにまた、可変電源供給部を用いて電源供給電極部のそれぞれに印加されるＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率を調節することにより、プラズマの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。 （ａ）は図１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１の平面図をＢ−Ｂ’に沿って切り取った断面図。 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。 本発明のさら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管を示す平面図。 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、添付図面に基づいて本発明の実施の形態に係るガス噴射装置、これを備える基板処理設備及びこれを用いた基板処理方法について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施の形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施の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。発明を詳細に説明するために図面は誇張されていてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を示す。
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（ａ）は図１の平面図をＡ−Ａ’に沿って切り取った断面図であり、図２（ｂ）は図１の平面図をＢ−Ｂ’に沿って切り取った断面図である。
図１及び図２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チューブ１１０と、処理空間において複数枚の基板Ｓを第１の方向に積載する基板支持部１４０と、基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスをチューブ１１０内に供給するガス供給管１６０と、チューブ１１０と連通されて処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部と、チューブ１１０から延びてプラズマが形成される放電空間を画成する隔壁１３３によって処理空間と仕切られ、ガス供給管１６０から供給された工程ガスをプラズマ分解し、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、プラズマ反応部１３０は、放電空間に収容されて第１の方向に延びる複数の電源供給電極部１３２と、複数の電源供給電極部１３２の間に配設され、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。
まず、基板処理装置は、処理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と、複数枚の基板Ｓに対して基板処理工程が一括して行えるバッチ方式とに大別できる。ここで、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）に積載された配置方式に限って説明する。
チューブ１１０は、下部が開放された丸筒状のものであって、石英又はセラミックなどの耐熱性材料によって形成されてもよく、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することができる。チューブ１１０の処理空間は、複数枚の基板Ｓが積み重ねられた基板支持部１４０の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って、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がそれぞれ別々に処理される単位処理空間を複数形成してもよい。つまり、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。従って、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に全て積載され終わると、基板支持部１４０は、チューブ１１０の下部（又は出入り口）を介してチューブ１１０の処理空間に移動してもよい。このとき、基板支持部１４０は、複数枚の基板Ｓを載置して支持できる形状である限り、その形状や構造が格別に限定されるわけではなく、種々に変更可能である。
ガス供給管１６０は、基板Ｓが処理される工程に必要な工程ガスをチューブ内に供給してもよく、ガス供給管１６０は、第１の方向に配列されて異なる高さに形成される複数の供給口１６１を備えていてもよい。
プラズマ反応部１３０は、チューブ１１０の内側においてプラズマが形成される放電空間を画成する隔壁１３３によって処理空間と仕切られ、ガス供給管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る。プラズマ反応部１３０は、チューブ１１０の内壁から内側に向かって延び、処理空間と分離された空間において工程ガスをプラズマに活性化させて処理空間に供給する活性化機構として機能してもよい。ここで、プラズマ反応部１３０は、チューブ１１０の内側において複数枚の基板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もよい。このとき、プラズマ反応部１３０は、排気部１５０と対向するように配置されてもよいが、その位置が格別に限定されるわけではない。
また、プラズマ反応部１３０には、該プラズマ反応部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１２０が形成されてもよい。このとき、複数の噴射口１２０は、複数枚の基板Ｓのそれぞれに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の方向に配列されて異なる高さに形成されてもよい。
プラズマ反応部１３０をチューブ１１０の内部に配設し、プラズマが形成される放電空間を画成する隔壁１３３によって処理空間と仕切ることにより、ガス供給管１６０からチューブ１１０の内部に供給された工程ガスが処理空間において分解されることなく、分離された空間であるプラズマ反応部の放電空間において分解された後に処理空間に供給可能である。これにより、処理空間に工程ガスを供給した後、処理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って処理空間の内壁に形成された薄膜がパーティクルとして引き剥がされてしまうという問題を防ぐことができる。
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と連結される排気ライン１５２及び排気ポンプ（図示せず）から構成されてもよい。このとき、排気部材１５１は、プラズマ反応部１３０の噴射口１２０と対向し、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を備えていてもよい。これにより、上述したプラズマ反応部１３０の噴射口１２０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を通って排気口１５３に吸い込み可能となる。
このように、プラズマ反応部１３０の噴射口１２０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Ｓの表面と平行な方向）に同一線上に位置してもよい。これにより、噴射口１２０から噴射される分解ガスが排気口１５３に流れ込みながら、層流（Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗ）を形成可能である。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に流れ込むので、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て、基板Ｓの上部面に満遍なく供給することが可能である。
一方で、工程ガスをプラズマに活性化するために、一般的には、電極に一つのＲＦ電源（ｓｉｎｇｌｅ ＲＦ ｐｏｗｅｒ）を印加してプラズマを形成することになる。このとき、一つのＲＦ電源を印加する場合には、プラズマを安定的に形成するための電源又は所望の量のラジカルを得るための電源が高くなり、これに伴い、パーティクルが生じてしまうという問題が発生する。すなわち、反応に与かるラジカルが印加されるパワーに影響を受けるため、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。これにより、一つのＲＦ電源が印加される場合には、所望の量のラジカルを得るために高いパワーが印加されてイオン化された粒子が、高いエネルギーを有することになり、これらの粒子によって、電極を保護する管１７０、隔壁１３３、及びチューブ１１０にダメージなどの損傷が生じてパーティクルが生じてしまうという問題がある。
本発明においては、 プラズマ反応部１３０にＲＦ電源がそれぞれ印加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、接地電極部１３１が配備された３電極構造を用いて、複数の電源供給電極部１３２にパワーをそれぞれ分割して供給できるようにすることにより、プラズマを発生させるのに必要な電源又は所望の量のラジカルを得るための電源を低くして、高いＲＦ電源によるパーティクルの発生を防ぐようにしている。
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って、可変電源供給部１８０からそれぞれＲＦ電源が印加され得る。電源供給電極部１３２のそれぞれにＲＦ電源を印加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。
上述した電源供給電極部１３２のそれぞれに可変電源供給部１８０から制御されたＲＦ電源が印加されれば、電源供給電極部１３２と接地電極部１３１との間においてプラズマが発生する。このとき、本発明のように、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３電極構造を有する場合に、工程ガスが分解されるプラズマを発生させたり、所望の量のラジカルを得たりするのに必要なＲＦ電源を所要の電源の半分にまで低くしたり、大幅に低くしたりすることができ、高い電源によって、電極を保護する管１７０、隔壁１３３、及びチューブ１１０などに損傷が生じてパーティクルが生じてしまうという問題を防ぐことができる。例えば、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１００Ｗである場合は、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３電極構造を有すると、１００Ｗよりも低い５０Ｗの電源を電源供給電極部１３２のそれぞれに分割して供給することができる。これにより、たとえプラズマの発生に必要な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じ量のラジカルを得ることができ、それぞれの電源供給電極部１３２に５０Ｗの低い電源が分割されて供給されるので、高い電源によるパーティクルの発生なしに工程ガスをさらに効果的に分解させることができる。
複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、互いに離間して電気的に分離され、プラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）であってもよい。
電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、電気的に接続されずに互いに隔設されており、電源供給電極部１３２にそれぞれＲＦ電源を印加することにより、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って容量結合プラズマ（ＣＣＰ）が発生可能である。
電気的に分離された電極の間に形成される電場によって発生する電子の加速によりエネルギーを得てプラズマが形成されるＣＣＰ方式とは異なり、ＩＣＰ方式は、互いに接続された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わるときに、磁場の周りに形成される電場からプラズマが形成される。一般に、ＩＣＰ方式においてはＥ−ｍｏｄｅによってプラズマが発生され、Ｈ−ｍｏｄｅに切り替わりながら高密度のプラズマを形成することになる。ＩＣＰ方式は、プラズマ密度又は印加電力に応じて、Ｅ−ｍｏｄｅとＨ−ｍｏｄｅとに分けられるが、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には、高いパワーを誘起しなければならず、入力電力が大きくなれば、パーティクル及び高い電子の温度に伴う反応に与からない多数のラジカルが生成されて、良質の膜質が得られ難いという問題と、アンテナによって形成される電場に応じて均一なプラズマを発生させ難いという問題とが生じる。
これに対し、本発明においては、互いに接続されずに電気的に分離されて隔設された電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）をそれぞれ形成するため、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）のようにモードの切り替えを行うために高いパワーを誘起する必要がない。これにより、パーティクルの生成の防止及び低い電子の温度に伴い反応に与かる多数のラジカルの生成により、良質の膜質を得るのにさらに効果的である。
基板処理装置は、複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の外周面を囲むセラミック管１７０をさら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によって囲まれた状態で保護されてもよく、複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、柔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）に影響を受けることがある。このとき、ＲＦ電源を印加してプラズマが発生するプラズマ反応部１３０において網目状の網目電極を使用する場合には、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な抵抗に起因して、ＲＦ電源の印加が非効率的であるという問題がある。さらに、基板処理工程を高温及び低温において繰り返し行うが、電極が網目状を呈する場合は、変化する温度に応じて網目電極の形状が不規則的に変化して形状の保持の側面からみて不利となり、変化する形状に応じて抵抗が異なるため、ＲＦ電源の印加に際して不均一なプラズマが発生するという問題がある。
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、柔軟性を有する編組タイプの編組線による形成が可能となる。一実施形態として、空き空間をさらに狭めるために、それぞれの電極部の表面にコーティングする方法をさらに採用してもよい。
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で保持するために、各電極部の両端部を動かないように固定し且つ支持するバネ部（図示せず）をさらに備えていてもよい。バネ部によって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る。
セラミック管１７０は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の外周面を囲むことにより、各電極部を電気的に絶縁すると共に、プラズマ雰囲気に晒される電極部をプラズマから保護することができる。これにより、電極部は、プラズマによって発生する汚れ又はパーティクルから安全に保護可能である。セラミック管１７０は、チューブ１１０と同様に、石英又はセラミックなどの耐熱性材料からなり、チューブ１１０と一体に作製されてもよい。
図４は本発明のさら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。
上述したように、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を有するプラズマ反応部１３０は、チューブ１１０の内部に配設し、プラズマが形成される放電空間を画成する隔壁１３３によって処理空間と仕切ってもよい。図４を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によれば、プラズマ反応部１３０は、チューブ１１０の外側に配設してもよい。
通常の基板処理装置の場合、処理空間内に供給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、高い温度及び高温下での長時間に亘っての工程に起因する問題が存在する。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できないため、温度勾配が生じてしまう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生じる。このため、温度勾配を改善すると共に、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下げ且つ時間を短縮するために、プラズマを形成することになる。このため、温度勾配を改善すると共に、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下げ且つ時間を短縮するために、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、処理空間を囲むホットウォール（Ｈｏｔ ｗａｌｌ）タイプの加熱手段によって、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ることに伴い、望ましくない薄膜が形成されてしまう。このとき、処理空間内においてプラズマといった工程環境を造り出す場合、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場などによって、パーティクルとして引き剥がされながら、基板処理工程中に汚染物質として作用するという問題がある。これにより、基板上の薄膜の品質を低下させるだけではなく、基板に対する処理工程の効率を低下させるという問題が発生する。
これに対し、本発明のさらに他の実施形態によれば、プラズマ反応部１３０をチューブ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供給されるので、処理空間内に供給された工程ガスを分解させて基板Ｓの上に蒸着するための温度、すなわち、加熱手段の加熱温度を下げることができる。このため、処理空間の壁面など全体的な温度が下がるので、処理空間の内壁に望ましくない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、チューブ１１０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って処理空間の内壁に形成された薄膜がパーティクルとして引き剥がされてしまうという問題を防ぐことが可能となる。
さらに、プラズマ反応部１３０をチューブ１１０の外側に配置することにより、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限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噴射口１２０を介して噴射されて、同一線上に位置する排気口１５３に流れ込みながら理想的な層流が形成可能となる。換言すれば、プラズマ反応部１３０を外側に配設することにより、チューブ１１０が処理空間内において、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限定することができる。なお、各層に積載された基板Ｓの単位処理空間は、処理空間の内部の壁面によって限定されて互いに分離されて配設されるため、単位処理空間とそれぞれ対応する噴射口１２０から噴射された分解ガスが無駄使いされるという問題を生じることなく、基板Ｓの上部面に満遍なく効果的に供給されて層流を形成することができる。
一方で、さらに他の実施形態によれば、チューブ１１０との間に離間空間が形成されるように、チューブ１１０から離間してチューブ１１０の外側を囲む外部チューブ（図示せず）をさらに備えていてもよく、プラズマ反応部１３０は、離間空間に配設されてもよい。すなわち、プラズマ反応部１３０の雰囲気の制御がさらに一層容易となるように、チューブ１１０から離間して該チューブ１１０の外側を囲む外部チューブを配置してもよく、内部チューブであるチューブ１１０の外壁と外部チューブの内壁との間に、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、該離間空間にプラズマ反応部１３０が配置されてもよい。
基板Ｓが処理される処理空間は、真空状態であり、一方、離間空間に配設されるプラズマ反応部１３０の外部は、大気圧状態であって、チューブ１１０の処理空間、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の外部空間のそれぞれの空間毎に異なる雰囲気からなる。これにより、プラズマを形成するのに適した雰囲気、つまり、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。このため、本発明においては、さらに他の実施形態によれば、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さら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を制御し易いように、チューブ１１０の外側からチューブ１１０を囲む外部チューブを配置して、チューブ１１０と外部チューブとの間に互いに離間した離間空間（又はバッファ空間）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もよい。
また、加熱手段の場合、処理空間を外側から囲むように配設されてもよい。このとき、プラズマ反応部１３０をチューブ１１０と外部チューブとの間の空間である離間空間に配設すれば、外部チューブの外側を囲む加熱手段をさらに設け易い。すなわち、プラズマ反応部１３０がチューブ１１０の外側から突き出て形成されずに、離間空間の内部に形成されるため、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となる。
図１に戻ると、ガス供給管１６０は、第１の方向に延びて電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１をつなぐ線から外側に複数配設され、ガス供給管１６０の供給口１６１は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間とそれぞれ対向するように配設されてもよい。
ガス供給管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。複数のガス供給管１６０から供給されてプラズマ反応部１３０の内部が工程ガスにより満たされれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに所定のＲＦ電源を印加して相対向する電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間にプラズマを形成することができるので、プラズマ状態に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る。
複数のガス供給管１６０を電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１をつなぐ線から外側に配設し、ガス供給管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、ガス供給管１６０の供給口１６１が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間と対向することができるので、プラズマ分解率が上がる。すなわち、ガス供給管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に供給可能である。これにより、分解される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、その結果、工程ガスの分解速度が向上し、且つ、それに伴ってプラズマ分解率も向上する。
また、複数のガス供給管１６０が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１をつなぐ線から外側に配設され、ガス供給管１６０の供給口１６１が電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間とそれぞれ対向するように配設されることにより、隔壁１３３により囲ま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満遍なく拡散される時間が短縮され、その結果、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をも短縮することができる。このような複数のガス供給管１６０は、図１に示すように、チューブ１１０の外側面から突き出て電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間にそれぞれ配設された場合を想定して示したが、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共に、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可能な位置である限り、その位置は特に限定されない。
噴射口１２０及び供給口１６１は、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ように配設されてもよい。
上述したプラズマ反応部１３０の噴射口１２０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の方向に互いに異なる高さに形成されると共に、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い。ガス供給管１６０の供給口１６１は、電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１の間の空間に対向するように配設されてもよい。これにより、噴射口１２０及び供給口１６１は、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ことができる。噴射口１２０及び供給口１６１の位置が互いに対応することなく、図１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チューブ１１０の噴射口１２０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１２０に抜け出るので、プラズマ分解効率がさらに向上する。
図３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る。
図３を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によれば、複数の電源供給電極部１３２及び接地電極部１３１は、チューブ１１０の周方向に沿って互いに隔設され、ガス供給管１６０は、第１の方向に延びて複数配設され、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のように、第１の方向に延びるガス供給管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内においてチューブ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することができる。
複数のガス供給管１６０から供給されて、プラズマ反応部１３０の内部が工程ガスにより満たされれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに所定のＲＦ電源を印加して工程ガスをプラズマ分解させることができるので、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る。
このとき、ガス供給管１６０の供給口１６１は、電源供給電極部１３２に対して反対の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管１６０の供給口１６１が、隔壁１３３と対向する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と対向する隔壁１３３からプラズマ反応部１３０の中心領域に次第に拡散できるので、プラズマ反応部１３０の内部全体の空間に工程ガスが満遍なく分布可能である。その結果、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ことが可能となる。
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管１６０の供給口１６１が、隔壁１３３と対向する位置に形成されることなく、逆に、電源供給電極部１３２と対向する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持てずに直ちにプラズマ反応部１３０の噴射口１２０を介して処理空間に抜け出ることがある。このため、工程ガスが無駄使いされるだけではなく、それに伴う工程効率が低下する虞がある。
これに対し、本発明においては、ガス供給管１６０の供給口１６１が隔壁１３３と対向する位置に形成されるため、工程ガスが噴射口１２０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（つまり、供給口１６１と対向する隔壁１３３）から中心領域に向かって満遍なく拡散されて満たされ得る。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るので、工程ガスのプラズマ分解効率が向上する。
図５は本発明の実施形態に係るガス供給管を示す平面図である。
図５を参照すると、ガス供給管１６０は、プラズマ反応部１３０に反応ガスを供給する反応ガス供給管１６０と、処理空間にソースガスを供給するソースガス供給管１９０とを備え、プラズマ反応部１３０は、反応ガスをプラズマ分解させることができる。
工程ガスは、１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、ソースガス供給管１９０は、処理空間に直ちにソースガスを供給することができる。ソースガスは、基板Ｓの上に蒸着されるべき薄膜物質を含むガス、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（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、ＤＣＳなどと略称する。）からなることが好ましい。
反応ガス供給管１６０は、処理空間に直ちに供給するソースガス供給管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、プラズマによって活性化されて処理空間の内部に与えられ得る。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窒素を含むガス（含窒素ガス）、例えば、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、又はＮＯなどからなることが好ましい。
本発明によれば、低い温度でも分解されるソースガスよりも相対的にガスの分解温度がさらに高い、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、又は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によって反応ガスが有効に分解されて処理空間に与えられ得る。反応ガスがプラズマ分解される内容については、図１から図４に基づく説明と同様であるため、ここでは、それについて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、本発明の基板処理装置は、複数の電源供給電極部１３２のそれぞれにＲＦ電源が印加され、ＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率を制御して供給する可変電源供給部１８０をさら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のとの間にそれぞれ形成される空間であって、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し得る。ここで、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の幅が、同じ幅に形成されたとしても、種々の外部要因によってプラズマが不均一に形成されるという問題がある。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、互いに一定の間隔を隔てて隔設されて、同じ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の密度分布がちょうど１：１にならず、その結果、密度分布にバラツキが生じてしまうという問題が発生する。
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のそれぞれに印加されるＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率を調節できるようにしている。
可変電源供給部１８０は、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、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って、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に印加されるＲＦ電源を独立してそれぞれ供給してもよい。なお、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、複数配置されてもよいが、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（強度）又は比率を調節することができる。
可変電源供給部１８０は、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、プラズマの放電特性値を測定する探針棒をさらに備え、探針棒から測定された放電特性値によってＲＦ電源の大きさ（強度）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（強度）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い。このとき、探針棒からプラズマ発生空間に形成されるプラズマの放電特性値、つまり、放電電流、放電電圧、及び位相などが測定されて、ＲＦ電源の大きさ（強度）又は比率を調節することが可能となる。
本発明によれば、電源供給電極部１３２のそれぞれに印加されるＲＦ電源の大きさ（強度）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可変とし且つ調整することができるので、プラズマ密度分布にバラツキが生じ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限り、種々に変形可能である。よって、本発明の範囲は、説明された実施形態に限られて定められてはならず、後述する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：チューブ
１２０：噴射口
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：ガス供給管、反応ガス供給管
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：ソースガス供給管

Claims (9)

  1. 複数枚の基板が処理される処理空間を提供するチューブと、
    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前記チューブ内に供給するガス供給管と、
    前記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、
    前記チューブから延び、プラズマが形成される放電空間を画成する隔壁によって前記処理空間と仕切られ、前記ガス供給管から供給された工程ガスをプラズマ分解し、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、
    前記放電空間に収容されて前記第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配設され、前記第１の方向に延びる接地電極部と、
    を備え、
    前記複数の電源供給電極部のそれぞれにＲＦ電源が印加され、前記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さらに備え、
    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、
    を備える基板処理装置。
  2. 前記複数の電源供給電極部及び接地電極部は互いに離間して電気的に分離され、前記プラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）である請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 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さらに備え、
    前記探針棒から測定された放電特性値によって前記ＲＦ電源の大きさ又は比率が調節される請求項１に記載の基板処理装置。
  4. 前記複数の電源供給電極部及び接地電極部の外周面を囲むセラミック管をさらに備える請求項１に記載の基板処理装置。
  5. 前記複数の電源供給電極部及び接地電極部は、前記チューブの周方向に沿って互いに離間して配置され、
    前記ガス供給管は、前記第１の方向に延びて複数配設され、前記チューブの周方向に沿って前記複数の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。
  6. 前記ガス供給管は、前記第１の方向に配列される複数の供給口を備え、
    前記ガス供給管の供給口は、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。
  7. 前記ガス供給管は、前記第１の方向に配列される複数の供給口を備え、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つなぐ線から外側に複数配設され、
    前記ガス供給管の供給口は、前記電源供給電極部及び接地電極部の間の空間とそれぞれ対向するように配設される請求項１に記載の基板処理装置。
  8. 前記プラズマ反応部は、前記電源供給電極部及び基板支持部と対応して前記第１の方向に配列される複数の噴射口を備え、
    前記噴射口及び供給口は、前記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６に記載の基板処理装置。
  9. 前記ガス供給管は、
    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管と、
    前記処理空間にソースガスを供給するソースガス供給管と、
    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。
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