JP7417652B2 - シャワープレート、プラズマ処理装置 - Google Patents

シャワープレート、プラズマ処理装置 Download PDF

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Description

本発明はシャワープレート、プラズマ処理装置に関する。
従来から、プラズマを用いて原料ガスを分解し、例えば、基板の被成膜面に薄膜を形成するプラズマ処理装置が知られている。このプラズマ処理装置においては、例えば、特許文献１，２に示すように、チャンバと、電極フランジと、チャンバおよび電極フランジによって挟まれた絶縁フランジとによって、処理室が構成されている。処理室は、成膜空間（反応室）を有する。
処理室内には、シャワープレートと、基板が配置されるサセプタとが設けられている。シャワープレートは、電極フランジに接続され複数の噴出口を有する。シャワープレートと電極フランジとの間には空間が形成される。この空間は、原料ガスが導入されるガス供給空間である。つまり、シャワープレートは、処理室内を、基板に膜が形成される成膜空間と、ガス供給空間とに区画している。
ここで、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどのＦＰＤ（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ，フラットパネルディスプレイ）の製造では、大面積でのプラズマＣＶＤ等の処理をおこなう。このような大面積でのプラズマ処理では、膜厚分布制御が難しく、面内の電子密度、Ｐｌａｓｍａ密度、ラジカル密度を精度よく制御する必要がある。
このような制御をおこなうために、カソードとなるシャワープレートにＣａｔｈｏｄｅ ｃａｖｉｔｙを設けて、Ｈｏｌｌｏｗ ｃａｔｈｏｄｅ効果を用いることが知られている。具体的には、Ｃａｔｈｏｄｅ ｃａｖｉｔｙとして、シャワープレートの基板対向面に深い穴、あるいは、溝といった凹形状を設け、さらに、その深さを深くする、あるいは基板対向面に沿った径方向外側でその開口を大きくする手法が知られている（特許文献１）。
同様に、シャワープレート表面に溝を形成する手法が知られている（特許文献２）。
米国特許第１０２６２８３７号明細書 特開２００２－０２５９８４号公報
しかし、従来の技術であると、プラズマ発生密度の制御が充分ではなく、膜厚分布の正確性が充分ではなく、これを改善したいという要求があった。さらに、また、大面積のガスシャワープレートでＳｌｉｔ（溝）を用いて、膜厚分布を良好になるよう設計すると、Ｓｌｉｔ内に突起、鋭角、段差が生じ異常放電が起きるという問題があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、以下の目的を達成しようとするものである。
１．膜厚分布をより良好にすること。
２．高い密度でのプラズマ発生を可能とすること。
３．形成されたプラズマ分布密度を処理面に沿って安定させて、処理の均一性を向上すること。
４．異常放電の発生を抑制すること。
（１）本発明の一態様にかかるシャワープレートは、
プラズマ処理装置におけるチャンバ内のプラズマ形成空間へ処理ガスを均一に供給するとともにアノード電極に対向して配置されカソード電極となるシャワープレートであって、
前記アノード電極に対向してプラズマ形成空間に接するプラズマ形成表面と、
前記プラズマ形成表面の裏面がガス供給空間に接するガス供給表面と、
前記ガス供給表面から前記プラズマ形成表面へ厚さ方向に連通する複数のガス流路と、
前記プラズマ形成表面に形成された複数のホローカソードスリットと、
を有し、
複数の前記ホローカソードスリットが、前記プラズマ形成表面を覆うとともに互いに交差しない配置とされ、
前記ホローカソードスリットの内部には、前記ガス流路が開口し前記プラズマ形成表面の全域で処理ガスを均等に供給するガス噴出口が複数配置され、
前記ガス噴出口は、各前記ホローカソードスリットの長さ方向に沿って一列で形成されるとともに、前記ホローカソードスリットの長さ方向で均等なガス供給可能に配置され、
前記プラズマ形成表面の中心領域から縁部領域に向かう径方向に沿って分割される深度設定領域毎に、前記厚さ方向の前記ホローカソードスリットの深さ寸法が大きくなるように設定され、
前記深度設定領域の境界と、前記ホローカソードスリットと、が互いに交差しない配置とされる、
ことにより上記課題を解決した。
（２）本発明のシャワープレートは、
平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が全て均一に設定される、
ことができる。
（３）本発明のシャワープレートは、
全ての前記ホローカソードスリットは、平面視して直線状に形成される、
ことができる。
（４）本発明のシャワープレートは、
隣接する前記ホローカソードスリットは、長辺が互いに平行に配置される、
ことができる。
（５）本発明のシャワープレートは、
前記深度設定領域の境界は、前記ホローカソードスリットの長辺に沿って配置する、
ことができる。
（６）本発明のシャワープレートは、
前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が等しく、かつ、前記プラズマ形成表面が湾曲して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さ寸法が設定される、
ことができる。
（７）本発明のシャワープレートは、
前記プラズマ形成表面が平面に形成されて、かつ、前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が変化して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さ寸法が設定される、
ことができる。
（８）本発明のシャワープレートは、
前記中心領域より前記縁部領域に近接する各前記深度設定領域が周方向に分割された周方向領域を形成し、それぞれの前記周方向領域では全ての前記ホローカソードスリットが平行に同一方向を向いて配置されるとともに、
前記中心領域では前記ホローカソードスリットが隣接するいずれかの前記周方向領域の前記ホローカソードスリットと平行に同一方向を向いて配置される
ことができる。
（９）本発明のシャワープレートは、
前記縁部領域内で隣接する前記周方向領域の境界では、互いの領域の前記ホローカソードスリットの端部が前記径方向に互い違いに配置される、
ことができる。
（１０）本発明のシャワープレートは、
前記ガス流路には、前記ガス噴出口から前記ガス供給表面に向けてオリフィスが形成され、前記オリフィスは、全ての前記ガス流路で前記厚さ方向の長さが等しく形成される、
ことができる。
（１１）本発明のシャワープレートは、
平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が、前記プラズマ形成空間を挟むプラズマ形成電極の間の距離よりも小さく設定される、
ことができる。
（１２）本発明の他の態様にかかる真空処理装置は、
高周波電源に接続された電極フランジと、
側壁および底部を有する前記チャンバと、
前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されてプラズマ形成空間を有する処理室と、
前記処理室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともにアノード電極となる支持部と、
前記電極フランジと対向して離間し前記ガス供給空間を形成するとともに前記支持部と対向して離間しプラズマ形成空間を形成するカソード電極となる上記（１）から（１１）のいずれか記載のシャワープレートと、
を有する、
ことができる。
（１）本発明の一態様にかかるシャワープレートは、
プラズマ処理装置におけるチャンバ内のプラズマ形成空間へ処理ガスを均一に供給するとともにアノード電極に対向して配置されカソード電極となるシャワープレートであって、
前記アノード電極に対向してプラズマ形成空間に接するプラズマ形成表面と、
前記プラズマ形成表面の裏面がガス供給空間に接するガス供給表面と、
前記ガス供給表面から前記プラズマ形成表面へ厚さ方向に連通する複数のガス流路と、
前記プラズマ形成表面に形成された複数のホローカソードスリットと、
を有し、
複数の前記ホローカソードスリットが、前記プラズマ形成表面を覆うとともに互いに交差しない配置とされ、
前記ホローカソードスリットの内部には、前記ガス流路が開口し前記プラズマ形成表面の全域で処理ガスを均等に供給するガス噴出口が複数配置され、
前記ガス噴出口は、各前記ホローカソードスリットの長さ方向に沿って一列で形成されるとともに、前記ホローカソードスリットの長さ方向で均等なガス供給可能に配置され、
前記プラズマ形成表面の中心領域から縁部領域に向かう径方向に沿って分割される深度設定領域毎に、前記厚さ方向の前記ホローカソードスリットの深さ寸法が大きくなるように設定され、
前記深度設定領域の境界と、前記ホローカソードスリットと、が互いに交差しない配置とされる、
ことにより上記課題を解決した。
上記の構成によれば、プラズマ形成空間に露出するシャワープレートのプラズマ形成表面において、その全域を互いに交差しないホローカソードスリットで覆うことができ、平面状のプラズマ形成表面を有するシャープレートに比べてプラズマ密度、ラジカル密度、電子密度を増大した状態で、プラズマ処理をおこなうことができる。
しかも、この状態で、前記ホローカソードスリットには、その幅方向には単一の前記ガス噴出口が形成されるとともに、その長さ方向には前記ホローカソードスリットの長さ方向で均等なガス供給可能に前記ガス噴出口が配置されることで、それぞれのホローカソードスリット内でのガス噴出口の配置が長さ方向で均一供給可能であり、かつ、プラズマ形成面の全体でガス噴出口の配置が均一供給可能な配置であるため、プラズマ密度がプラズマ形成空間全域で均一な状態を実現することができる。
また、径方向外方に向かう深度設定領域毎に、前記厚さ方向の前記ホローカソードスリットの深さ寸法が大きくなるように設定されることで、平面状のプラズマ形成表面を有するシャワープレートのように、中心に比べて周縁部でプラズマ密度が減少してしまうことを防止して、プラズマ形成表面の全域で、均等なプラズマ密度を実現することが可能となる。
さらに、前記深度設定領域の境界と、前記ホローカソードスリットと、が互いに交差しないことで、ホローカソードスリットの内部およびプラズマ形成空間に露出する面で段差および突起などの突出した部分が形成されないために、プラズマ発生中における異常放電の発生を防止することができる。
これらにより、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが可能となる。
ここで、ホローカソードスリットが、プラズマ形成表面を覆うとは、プラズマ形成表面における複数のホローカソードスリットの開口が、互いに所定の距離離間した状態で近接して配置されるとともに、プラズマ形成表面の全域で、ホローカソードスリットの開口どうしの離間距離が変化しない状態で配置されることを意味する。たとえば、長手方向が同じ向きとなるように、複数のホローカソードスリットの開口が、互いに平行に配置されることを例示できる。この場合、平面視して均等に配置される多数のガス噴出口が、ホローカソードスリットの幅方向中央位置で、長手方向複数に開口するようにホローカソードスリットの開口を配置することができる。
また、ホローカソードスリットが、互いに交差しない配置とは、プラズマ形成表面におけるホローカソードスリットの開口が、鋭角鈍角のいずれの状態でも折れ曲がった角部を形成していない状態を意味する。例えば、ホローカソードスリットの開口が、互いにその長さ方向が揃った平行な配置とされることを例示できる。あるいは、異なる方向に延在するホローカソードスリットの開口どうしが近接した際に、一方のホローカソードスリットの開口端部が、他方のホローカソードスリットの開口のいずれの箇所にも接続されていない状態を意味する。言い換えると、ホローカソードスリットの開口縁の長手方向において、互いに平行に対向する辺は、その対向距離が変化することがない。
あるいは、ホローカソードスリットの長手方向が互いに交差した場合に、それぞれのホローカソードスリットの開口どうしが接続されていない配置である。
（２）本発明のシャワープレートは、
平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が全て均一に設定される、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成空間に対して均一な分布でガスを供給することができる。これにより、プラズマ密度分布、ラジカル密度分布、電子密度分布が均一な状態で、プラズマ処理をおこなうことができる。したがって、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが可能となる。
（３）本発明のシャワープレートは、
全ての前記ホローカソードスリットは、平面視して直線状に形成される、
ことができる。
上記の構成によれば、多数のホローカソードスリットを長手方向に平行となるように配置することが容易に可能となり、同時に、深度設定領域の境界とホローカソードスリットとを平行に配置することが容易となる。これにより、異常放電の発生を防止しながら均一なプラズマ密度分布、均一なラジカル密度分布、均一な電子密度分布を実現することが容易となる。したがって、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが可能となる。
（４）本発明のシャワープレートは、
隣接する前記ホローカソードスリットは、長辺が互いに平行に配置される、
ことができる。
上記の構成によれば、ホローカソードスリットを均一な間隔で配置することが容易となり、深度設定領域内で、均一な密度でホローカソードスリットを配置することが容易となる。これにより、異常放電の発生を防止しながら均一なプラズマ密度分布、均一なラジカル密度分布、均一な電子密度分布を実現することが容易となる。したがって、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが可能となる。
（５）本発明のシャワープレートは、
前記深度設定領域の境界は、前記ホローカソードスリットの長辺に沿って配置する、
ことができる。
上記の構成によれば、深度設定領域の境界とホローカソードスリットとを平行に配置することが容易となる。これにより、異常放電の発生を防止しながら均一なプラズマ密度分布、均一なラジカル密度分布、均一な電子密度分布を実現することが容易となる。したがって、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが可能となる。
（６）本発明のシャワープレートは、
前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が等しく、かつ、前記プラズマ形成表面が湾曲して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さ寸法が設定される、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成表面の径方向に沿ってホローカソードスリットの深さ寸法を変化させる際に、同一深さ寸法のホローカソードスリットを全面で形成した後に、それぞれの深度設定領域で設定されるホローカソードスリットの深さ寸法に合わせて、プラズマ形成表面を中心領域で深く、周縁領域に向かうほど浅く除去することで、所定の深さ寸法を有するホローカソードスリットを容易に形成することが可能となる。また、平板の表面を削るだけで多数の深さ寸法の異なるホローカソードスリットを全面に精度よく形成することができ、製造工程における工程数を削減し、製造時間を短縮し、製造コストを体現することが可能となる。同時に、加工精度よくシャワープレートを製造することが可能となるため、プラズマ処理特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、プラズマ処理特性の安定性を向上することが容易に可能となる。
（７）本発明のシャワープレートは、
前記プラズマ形成表面が平面に形成されて、かつ、前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が変化して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さ寸法が設定される、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成表面の径方向に沿ってホローカソードスリットの深さ寸法を深度設定領域で設定される値に変化させて形成するとともに、厚さ方向で変化するホローカソードスリット内の底部位置に対応してガス噴出口およびガス流路を形成することで、所定の深さ寸法を有するホローカソードスリットを容易に形成することが可能となる。同時に、カソード電極であるプラズマ形成表面を平面のまま維持することが可能であるため、プラズマ形成電極間の距離によって変動するプラズマ処理特性に対する影響を低減することが容易となる。
（８）本発明のシャワープレートは、
前記中心領域より前記縁部領域に近接する各前記深度設定領域が周方向に分割された周方向領域を形成し、それぞれの前記周方向領域では全ての前記ホローカソードスリットが平行に同一方向を向いて配置されるとともに、
前記中心領域では前記ホローカソードスリットが隣接するいずれかの前記周方向領域の前記ホローカソードスリットと平行に同一方向を向いて配置される
ことができる。
上記の構成によれば、全てのホローカソードスリットが平行に同一方向を向いて配置されることで、それぞれの前記周方向領域では均一なガス供給を容易におこなうとともに、それぞれの前記周方向領域で均一なプラズマ密度分布、均一なラジカル密度分布、均一な電子密度分布を実現することが容易となる。同時に、中心領域でもホローカソードスリットを均一に配置することが容易となるため、異常放電の発生を防止しながら均一なプラズマ密度分布、均一なラジカル密度分布、均一な電子密度分布を実現することが容易となる。
（９）本発明のシャワープレートは、
前記縁部領域内で隣接する前記周方向領域の境界では、互いの領域の前記ホローカソードスリットの端部が前記径方向に互い違いに配置される、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成空間において、プラズマ形成表面に沿って、その中心から径方向外向きに流れる処理ガスが、その流れの途中でホローカソードスリットを横切らないでプラズマ形成表面の縁部に到達することを防止することができる。つまり、周方向領域の境界で端部が互い違いとなるように配置されたホローカソードスリットに対して、プラズマ形成表面に沿って流れる処理ガスの流れと交差するように配置することが容易に可能となる。これにより、ホローカソード効果を充分に発揮して必要なプラズマ密度分布、ラジカル密度分布、電子密度分布を径方向に沿ったガス流の全長で実現することが容易となる。
（１０）本発明のシャワープレートは、
前記ガス流路には、前記ガス噴出口から前記ガス供給表面に向けてオリフィスが形成され、前記オリフィスは、全ての前記ガス流路で前記厚さ方向の長さが等しく形成される、
ことができる。
上記の構成によれば、ガス噴出口からホローカソードスリット内に噴出される処理ガス流量をオリフィスで制御して、それぞれのガス噴出口で均一にすることができる。さらに、深さ寸法の異なるホローカソードスリットにおいても、全てのオリフィスでその長さが等しくされることで、ガス流量を制御することができる。
（１１）本発明のシャワープレートは、
平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が、前記プラズマ形成空間を挟むプラズマ形成電極の間の距離よりも小さく設定される、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成空間で形成されるブラズマ密度、ラジカル密度、電子密度を、実施するプラズマ処理に対応した値とするために必要な処理ガスを、プラズマ形成表面に沿って満遍なくプラズマ形成空間に対して供給することが可能となる。
（１２）本発明の他の態様にかかる真空処理装置は、
高周波電源に接続された電極フランジと、
側壁および底部を有する前記チャンバと、
前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されてプラズマ形成空間を有する処理室と、
前記処理室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともにアノード電極となる支持部と、
前記電極フランジと対向して離間し前記ガス供給空間を形成するとともに前記支持部と対向して離間しプラズマ形成空間を形成するカソード電極となる上記（１）から（１１）のいずれか記載のシャワープレートと、
を有する、
ことができる。
上記の構成によれば、プラズマ形成空間に露出するシャワープレートのプラズマ形成表面において、その全域を互いに交差しないホローカソードスリットで覆うことができ、平面状のプラズマ形成表面を有するシャープレートに比べてプラズマ密度、ラジカル密度、電子密度を増大した状態で、支持部に支持された基板にプラズマＣＶＤによる成膜等のプラズマ処理をおこなうことができる。
しかも、この状態で、前記ホローカソードスリットには、その幅方向には単一の前記ガス噴出口が形成されるとともに、その長さ方向には前記ホローカソードスリットの長さ方向で均等なガス供給可能に前記ガス噴出口が配置されることで、それぞれのホローカソードスリット内でのガス噴出口の配置が長さ方向で均一供給可能であり、かつ、プラズマ形成面および基板の全面でガス噴出口の配置が均一供給可能な配置であるため、プラズマ密度がプラズマ形成空間全域で均一な状態による均一な成膜等を実現することができる。
また、径方向外方に向かう深度設定領域毎に、前記厚さ方向の前記ホローカソードスリットの深さ寸法が大きくなるように設定されることで、ホローカソードスリットのない平面状のプラズマ形成表面を有するシャープレートのように、中心に比べて周縁部でプラズマ密度が減少してしまうことを防止して、プラズマ形成表面の全域で、均等なプラズマ密度を実現して均一な成膜等をおこなうことが可能となる。
さらに、前記深度設定領域の境界と、前記ホローカソードスリットと、が互いに交差しないことで、ホローカソードスリットの内部およびプラズマ形成空間に露出する面で段差および突起などの突出した部分が形成されないために、プラズマ発生中における異常放電の発生を防止することができる。
これらにより、プラズマ処理による成膜特性の処理面に沿った二次元分布における均一性を担保すること、および、異常放電による成膜特性の悪化を防止してその安定性を向上することが可能となる。
本発明によれば、膜厚分布をより良好にし、高いプラズマ密度で処理の均一性を向上することができるシャワープレート、プラズマ処理装置を提供することができるという効果を奏することが可能となる。
本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態を示す概略縦断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口を示す模式平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのガス流路、ガス噴出口およびホローカソードスリットの部分を透視して示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのガス流路、ガス噴出口およびホローカソードスリットの部分の他の例を透視して示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口およびガス噴出口を示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口およびガス噴出口の他の例を示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口およびガス噴出口の他の例を示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートの周縁領域付近のホローカソードスリットを示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートの中心領域付近のホローカソードスリットを示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域を示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートの隣接する深度設定領域の境界を示す断面図である。 ホローカソードスリットの深度とプラズマ形成表面との関係を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットでのプラズマ形成状態を示す断面図である。 シャワープレートのホローカソードスリットの例を示す斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第１実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域の他の例を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットのプラズマ形成状態を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第２実施形態におけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域の境界を示す断面図である。 ホローカソードスリットの深度設定を示す断面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第３実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第４実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第５実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第６実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第７実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の第８実施形態におけるシャワープレートのガス噴出口とホローカソードスリットの深度設定領域とを示す平面図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。 本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の実施例を示す図である。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第１実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置を示す概略断面図であり、図において、符号１は、プラズマ処理装置である。
また、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、適宜、各構成要素の寸法および比率を実際のものとは異ならせた場合がある。
本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、プラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置である。
プラズマ処理装置１は、図１に示すように、反応室であるプラズマ形成空間（成膜空間）２ａを有する処理室３を含む。
処理室３は、真空チャンバ（チャンバ）２と、カソードフランジ（電極フランジ）４と、真空チャンバ２およびカソードフランジ４に挟持された絶縁フランジ２３とから構成されている。
真空チャンバ２は、底部（内底面）１１と、底部（内底面）１１の周縁から立設された側壁（壁部）２４と、側壁（壁部）２４の上端開口に周設された取付フランジ２１と、を有する。
真空チャンバ２は、アルミニウム、アルミニウム合金で形成される。
真空チャンバ２の底部（内底面）１１には、開口部が形成されている。この開口部には支柱１６が挿通され、支柱１６は真空チャンバ２の下部に配置されている。
支柱１６の先端は、真空チャンバ２内に位置する。支柱１６の先端には、板状のサセプタ（支持部）１５が接続されている。サセプタ１５は、後述するシャワープレート１００の下面であるプラズマ形成表面１００ａと平行に配置される。
底部（内底面）１１と側壁（壁部）２４とは、アルミニウム、アルミニウム合金で形成される。
支柱１６は、真空チャンバ２の外部に設けられた昇降駆動部（昇降機構）１６Ａに接続されている。支柱１６は、昇降駆動部（昇降機構）１６Ａによって、上下方向に移動可能である。つまり、支柱１６の先端に接続されているサセプタ１５は、上下方向に昇降可能に構成されている。
真空チャンバ２の外部においては、支柱１６の外周を覆うようにベローズ（不図示）が設けられている。ベローズにより、支柱１６が上下動した際に、プラズマ形成空間２ａの密閉が維持される。
真空チャンバ２には、サセプタ１５よりも底部１１に近接する位置に、排気管２７が接続されている。排気管２７の先端には、真空ポンプ２８が設けられている。真空ポンプ２８は、真空チャンバ２内が真空状態となるように減圧する。
真空チャンバ２の上部には、絶縁フランジ２３を介してカソードフランジ４が取り付けられている。
真空チャンバ２において、壁部２４の上端には、その開口から径方向外向きに突出する取付フランジ２１が周設されている。壁部２４と取付フランジ２１とは、それぞれ導電材で構成されている。壁部２４と取付フランジ２１とは、一体とされてもよいし、別部材とされてもよい。壁部２４と取付フランジ２１とは、アルミニウム、アルミニウム合金などで形成される。
取付フランジ２１の上面２１ａは、略水平な平面形状を有する。
カソードフランジ４は略平板状とされ、取付フランジ２１で形成される真空チャンバ２の開口前面を覆っている。カソードフランジ４の周縁部４ａは、その下面が取付フランジ２１の上面２１ａに対向している。カソードフランジ４の周縁部４ａの下面は、取付フランジ２１の上面２１ａと略平行に位置する。
カソードフランジ４の上方には、シールドカバーが載置されてもよい。カソードフランジ４の下方には、上下方向に離間してシャワープレート１００が配置される。
シャワープレート１００は、カソードフランジ４の下方で、取付フランジ２１よりも径方向内側に位置する。シャワープレート１００は、カソードフランジ４の下面と平行に配置される。シャワープレート１００の上面であるガス供給表面１００ｂは、カソードフランジ４の下面と平行に配置される。シャワープレート１００は、カソードフランジ４に吊り下げられる。シャワープレート１００は、カソードフランジ４の下面から下方に延在する支持柱部４ｂにより支持される。支持柱部４ｂは導体から構成される。支持柱部４ｂは、複数本設けられることができる。
カソードフランジ４とシャワープレート１００とは、支持柱部４ｂにより電気的に導通される。シャワープレート１００の周縁部外方には、絶縁支持部８が配置される。絶縁支持部８は、シャワープレート１００の径方向外側に配置される。絶縁支持部８は、取付フランジ２１よりも径方向内側に位置する。絶縁支持部８と取付フランジ２１とは、径方向において互いに離間している。絶縁支持部８の上端はカソードフランジ４に吊り下げられる。
絶縁支持部８の径方向内側には、シャワープレート１００が接している。絶縁支持部８下端の径方向内側輪郭は、カソードフランジ４およびシャワープレート１００がプラズマ形成空間２ａに露出する範囲を制限している。絶縁支持部８は、電極絶縁カバーとして機能する。
カソードフランジ４とシャワープレート１００とは上下方向に離間して、互いに略平行に配置される。これにより、カソードフランジ４とシャワープレート１００との間にガス供給空間２ｃが形成される。
カソードフランジ４の下面４ｃは、シャワープレート１００に対向している。カソードフランジ４には、ガス導入口７ａが貫通して設けられている。
また、処理室３の外部に設けられたプロセスガス供給部７ｂとガス導入口４２との間には、ガス導入管７が設けられている。
ガス導入管７の一端は、ガス導入口７ａに接続される。ガス導入管７の他端は、プロセスガス供給部７ｂに接続されている。
ガス導入管７は、シールドカバーを貫通している。ガス導入管７を通じて、プロセスガス供給部７ｂからガス供給空間２ｃにプロセスガスが供給される。
ガス供給空間２ｃは、プロセスガスが導入されるガス流、ガス組成、ガス圧等を安定させる空間として機能する。
シャワープレート１００には、後述するように複数のガス噴出口１０２、ホローカソードスリット１１０が形成されている。
ガス供給空間２ｃ内に導入されたプロセスガスは、ガス噴出口６から真空チャンバ２内のプラズマ形成空間（成膜空間）２ａに噴出される。
カソードフランジ４とシャワープレート１００は、それぞれ導電材で構成されている。
カソードフランジ４の周囲には、カソードフランジ４を覆うようにシールドカバーが設けられてもよい。この場合、シールドカバーは、カソードフランジ４と非接触である。シールドカバーは、真空チャンバ２に電気的に接続するように配置されている。
カソードフランジ４には、真空チャンバ２の外部に設けられた高周波電源９（高周波電源）がマッチングボックス１２を介して接続されている。
マッチングボックス１２は、シールドカバーに取り付けられている。
カソードフランジ４およびシャワープレート１００は、カソード電極として構成されている。
真空チャンバ２は、シールドカバーを介して接地されている。シールドカバーの周縁下端は取付フランジ２１外周と接して取り付けられてもよい。
サセプタ１５は、表面が平坦に形成された板状の部材である。サセプタ１５の上面には、基板１０が載置される。サセプタ１５は、載置された基板１０の法線方向が、支柱１６の軸線と平行となるように形成される。
サセプタ１５は、ヒータ１４を内蔵してもよい。サセプタ１５は、載置した基板１０をヒータ１４によって加熱および温度調節可能としてもよい。
サセプタ１５は、接地電極、つまりアノード電極として機能する。このため、サセプタ１５は、導電性を有する金属等で形成されている。例えば、サセプタ１５は、アルミニウム、アルミニウム合金などで形成されている。
サセプタ１５は、アルミニウム、アルミニウム合金の表面にアルマイト処理したものとされる。
基板１０がサセプタ１５上に配置されると、基板１０とシャワープレート１００とは互いに近接して平行に位置される。
サセプタ１５の上面は、取付フランジ２１の上面２１ａと平行な状態を維持するようになっている。サセプタ１５の上面は、昇降駆動部（昇降機構）１６Ａによって、上下方向に移動して高さ位置が変化した場合でも、取付フランジ２１の上面２１ａと平行な状態を維持する。
サセプタ１５に基板１０が配置された状態で、ガス導入口７ａからプロセスガスを噴出させると、プロセスガスはガス供給空間２ｃおよびシャワープレート１００を介して基板１０の処理面１０ａ上のプラズマ形成空間２ａに供給される。
サセプタ１５は、内部のヒータ１４によって基板１０を含めてその温度が所定の温度に調整される。
ヒータ１４は、サセプタ１５の略中央部および支柱１６に形成された貫通孔の内部に挿通されたヒータ線１４ａにより真空チャンバ２の外部の電源１４ｂに接続されている。ヒータ線は、サセプタ１５の鉛直方向から見たサセプタ１５の略中央部の裏面から下方に向けて突出されている。電源１４ｂは、ヒータ１４に供給する電力に応じて、サセプタ１５および基板１０の温度を調節する。
サセプタ１５の上面には、基板１０の径方向外側に隣接する位置に、基板絶縁カバーが周設されてもよい。基板絶縁カバーは、基板１０の全周に設けられる。基板絶縁カバーの高さは、基板１０の処理面１０ａよりも上向きに突出することができる。基板絶縁カバーの高さは、基板１０の処理面１０ａと同じとすることができる。基板絶縁カバーの高さは、基板１０の処理面１０ａよりも低くすることができる。
真空チャンバ２の側壁２４には、基板１０を搬出又は搬入するために用いられる搬出入部２６（搬出入口）が形成されている。
真空チャンバ２の側壁２４における外側面には、搬出入部２６を開閉するドアバルブ２６ａが設けられている。ドアバルブ２６ａは、例えば上下方向にスライド可能である。
ドアバルブ２６ａが下方（真空チャンバ２の底部１１に向けた方向）にスライド移動したときは、搬出入部２６が開口され、基板１０を搬出又は搬入することができる。
一方、ドアバルブ２６ａが上方（カソードフランジ４に向けた方向）にスライド移動したときは、搬出入部２６が閉口され、基板１０の処理（成膜処理）をおこなうことができる。
図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるガス噴出口の配置を示す平面図である。図３は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるガス流路およびホローカソードスリットを透視して示す斜視図である。
シャワープレート１００には、ガス供給表面１００ｂからプラズマ形成表面１００ａへ厚さ方向に連通する複数のガス流路１０１が多数形成される。
ガス流路１０１は、ガス噴出口１０２としてプラズマ形成表面１００ａに開口する。
ガス噴出口１０２は、図２に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａに、平面視して均等に配置されている。つまり、近接するガス噴出口１０２は、最近接するガス噴出口１０２どうしの間の距離が、平面視したプラズマ形成表面１００ａに、互いに等しい距離を有して離間している。ガス噴出口１０２の配置間隔、つまり、ピッチは、プラズマ形成表面１００ａの全面において等しく設定される。
本実施形態においては、複数のガス噴出口１０２が、プラズマ形成表面１００ａに隙間無く配置された正三角形の頂点となる位置にそれぞれ配置される。すなわち、複数のガス噴出口１０２を結ぶ直線が互いに６０°または１２０°をなすように配置される。
ここで、ガス噴出口１０２の配置される正三角形は、図中で上下方向に延在する辺が、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の縦辺と平行である。
ガス噴出口１０２は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａに形成されたホローカソードスリット１１０内に位置する。つまり、ガス噴出口１０２は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａに直接開口してホローカソードスリット１１０の外に位置するものは形成されない。なお、図２では、ホローカソードスリット１１０を図示しておらず、ガス噴出口１０２の配置を優先して示している。
ガス流路１０１には、ガス噴出口１０２に近接する位置、つまり、プラズマ形成空間２ａに近接する位置に、ガス供給空間２ｃからプラズマ形成空間２ａに向かうガス流を制御するオリフィス１０２ａが形成される。つまり、ガス流路１０１には、ガス噴出口１０２に近接する位置の太さが細くなっている。オリフィス１０２ａは、いずれのガス流路１０１においても、その長さが等しく設定される。これにより、複数のガス噴出口１０２から噴出されるガス流が等しくなるように構成されている。オリフィス１０２ａの太さと、オリフィス１０２ａの長さとは、いずれも、プラズマ処理装置１でおこなわれるプラズマ処理に対応して規定される処理条件に応じて設定される。
オリフィス１０２ａは、シャワープレート１００の厚さ方向に延在する。オリフィス１０２ａは、ホローカソードスリット１１０に接続するように形成される。オリフィス１０２ａの下端部開口は、ガス噴出口１０２を構成する。１本のガス流路１０１には、１本のオリフィス１０２ａが対応して形成される。
ホローカソードスリット１１０は、幅方向１１０Ｗの寸法に対して、長さ方向１１０Lの寸法が長い溝状の凹部としてプラズマ形成表面１００ａに形成される。なお、後述するように、ホローカソードスリット１１０は、プラズマ形成表面１００ａの全面を覆うように多数配置されるため、幅方向１１０Ｗ寸法と長さ方向１１０L寸法とが同程度となる場合も含まれてもよい。ホローカソードスリット１１０の形状は、あくまで、ホローカソード効果をプラズマ形成表面１００ａの全面で均等に発揮しうること、および、プラズマ形成表面１００ａの全面で異常放電を発生させないことを主眼として設定される。
ホローカソードスリット１１０内におけるガス噴出口１０２の開口位置は、図３に示すように、ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１における、幅方向１１０Ｗの中央に位置する。つまり、ガス噴出口１０２の開口位置は、図３に示すように、ホローカソードスリット１１０の長さ方向（長手方向）１１０Lに延在して互いに対向する側壁面１１２の間で、ちょうど中央となる頂部面１１１に開口する。
さらに、ホローカソードスリット１１０内におけるガス噴出口１０２の開口位置は、図３に示すように、ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１において、長さ方向１１０Lにほぼ均等な間隔を有して離間するように配置される。
なお、ガス噴出口１０２の開口位置は、プラズマ形成表面１００ａにおけるホローカソードスリット１１０の配置よりも、プラズマ形成表面１００ａにおけるガス供給の均一性を優先することが好ましい。このため、ガス噴出口１０２の開口位置は、ホローカソードスリット１１０に開口していれば、上記の配置以外の構成となることを妨げない。
ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１は、図３に示すように、幅方向１１０Ｗの中央に向かってその両側が傾斜していてもよい、つまり、頂部面１１１は、幅方向１１０Ｗの中央が、長さ方向１１０Lに沿って最上位置となる。ホローカソードスリット１１０は、幅方向１１０Ｗの断面が五角形となることができる。幅方向１１０Ｗの断面が五角形となるホローカソードスリット１１０では、最上位置となる頂点にガス噴出口１０２がいずれも開口することが好ましい。
図４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるガス流路およびホローカソードスリットの他の例を透視して示す斜視図である。
あるいは、ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１は、図４に示すように、プラズマ形成表面１００ａと平行な平面としてもよい、つまり、頂部面１１１は、幅方向１１０Ｗの中央が、長さ方向１１０Lに沿って最上位置となる。ホローカソードスリット１１０は、幅方向１１０Ｗの断面が四角形となることができる。この場合、基本的にプラズマ形成表面１００ａと平行な四角形の上辺にガス噴出口１０２が開口していればよい。なお、ガス噴出口１０２は、四角形の上辺の幅方向１００Ｗの中央位置に開口することが好ましいが、多少幅方向１００Ｗにずれることもできる。
ただし、図３，図４のいずれの場合でも、ホローカソードスリット１１０の幅方向１１０Ｗには、単数のガス噴出口１０２が形成される。ガス噴出口１０２は、ホローカソードスリットの長さ方向１１０Ｌにおける形成密度が均一となるように配置される。つまり、ガス噴出口１０２は、ホローカソードスリットの幅方向１１０Ｗには複数形成されることは好ましくない。これは、ホローカソードスリット１１０の幅方向１１０Ｗおよび長さ方向１１０Ｌにおいて、ホローカソードスリット１１０内に噴出するガス量を均一とするためである。
図５は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口およびガス噴出口を示す平面図である。
ホローカソードスリット１１０は、所定の形状を有する開口１１３を有する。
開口１１３は、図５に示すように、平面視して矩形形状を有することができる。開口１１３は、長辺が互いに平行に配置される。
開口１１３は、等しい幅方向１００Ｗの寸法を有する。つまり、開口１１３は、長さ方向（長手方向）１１０Lに延在して互いに平行に対向する側壁面１１２の間の距離に対応した形状を有する。
ホローカソードスリット１１０は、図３，図４に示すように、その深さ寸法１１０Ｄが長さ方向（長手方向）１１０Ｌで均一となるように形成される。つまり、ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１から開口１１３までの寸法は、長さ方向（長手方向）１１０Ｌで均一となるように形成される。基本的に、１本のホローカソードスリット１１０では、その深さ寸法１１０Ｄは均一に設定されて、変化しない。
また、図３，図４のいずれの場合でも、ホローカソードスリット１１０の幅方向１１０Ｗの側壁面１１２は、互いに平行でシャワープレート１００の厚さ方向に平行とすることができる。あるいは、ホローカソードスリット１１０の幅方向１１０Ｗの側壁面１１２は、シャワープレート１００の厚さ方向に頂部面１１１から開口１１３に向かって、互いの離間距離が格外するように傾斜していてもよい。
図６は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口の他の例およびガス噴出口を示す平面図である。
図７は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートのホローカソードスリットの開口の他の例およびガス噴出口を示す平面図である。
開口１１３は、図６に示すように、平面視して角を丸めた矩形形状を有することができる。開口１１３は、図７に示すように、平面視して長円形状を有することができる。
図８は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートの周縁領域付近のホローカソードスリットを示す斜視図である。図９は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートの中心領域付近のホローカソードスリットを示す斜視図である。
複数のホローカソードスリット１１０は、図８に示すように、プラズマ形成表面１００ａの全域を覆って形成される。ここで、ホローカソードスリット１１０が、プラズマ形成表面１００ａの全域を覆うとは、平行に隣接して配置されたホローカソードスリット１１０の配置ピッチが、ガス噴出口１０２のピッチと等しく、かつ、プラズマ形成表面１００ａの全域で、ホローカソードスリット１１０の配置ピッチが、変化しないことを意味する。
あるいは、ホローカソードスリット１１０が、プラズマ形成表面１００ａの全域を覆うとは、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおいて、その中心から縁部に向けて流れるガスが、ホローカソードスリット１１０を横断しない場所が存在しないことを意味する。ここで、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおいて、その中心から縁部に向けて流れるガスが、ホローカソードスリット１１０を横断しなければ、その一部で縦断する場所が存在してもよい。
複数のホローカソードスリット１１０が、プラズマ形成表面１００ａを覆って互いに交差しない配置とされる。
互いに交差しないとは、ホローカソードスリット１１０は、図８に示すように、幅方向１１０Ｗに隣接するホローカソードスリット１１０が、基本的には、長手方向が互いに平行となるように配置されることを意味する。
さらに、複数のホローカソードスリット１１０は、プラズマ形成表面１００ａの全域において、互いに交差せず分割される。つまり、プラズマ形成表面１００ａの全面で、いずれも、ホローカソードスリット１１０が、直線状に形成される。直線状のホローカソードスリット１１０は、その長さが異なる場合でも、平行に隣接して配置される。
つまり、ホローカソードスリット１１０は、図９に示すように、延在する長手方向が異なる場合には、交差せずに、全ての部ブナが直線状を維持するように分割される。
ホローカソードスリット１１０の向きは、深度設定領域および深度設定領域が周方向に分割された周方向領域毎に設定される。
以下、深度設定領域および周方向領域について説明する。
図１０は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域を示す平面図である。図１１は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるホローカソードスリットの深度設定領域を示す断面図である。
本実施形態においては、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａに深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０が設定される。深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０は、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａの中心から周縁に向かって、環状にそれぞれ設定される。
深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０は、図１０，図１１に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａの中心を含む中心領域（深度設定領域）Ｒ０１から、プラズマ形成表面１００ａの縁部に接する周縁領域（深度設定領域）Ｒ２０までそれぞれ設定される。本実施形態においては、２０箇所の深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０を設定したが、領域の設定数は２０に限定されることはなく、他の領域数とすることもできる。深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の設定数は、プラズマ形成表面１００ａの全域で均一なプラズマ密度が実現できればよい。
深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０は、シャワープレート１００の厚さ方向でホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが異なるように設定される。それぞれの深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の領域内では、いずれも同一のホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを有するように設定される。
深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０は、中心領域Ｒ０１から、周縁領域Ｒ２０まで番号が上がるにつれて、ホローカソードスリット１１０の深さが深くなるように設定される。つまり、深度設定領域（中心領域）Ｒ０１に比べて径方向外側に隣接する深度設定領域Ｒ０２はホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きくなる。
深度設定領域Ｒ０２に比べて径方向外側に隣接する深度設定領域Ｒ０３はホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きくなる。以下同様に、深度設定領域Ｒ１７まで番号が上がるにつれて、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きくなり、さらに、深度設定領域Ｒ１８に比べて径方向外側に隣接する深度設定領域Ｒ１９はホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きくなる。深度設定領域Ｒ１９に比べて径方向外側に隣接する深度設定領域Ｒ２０はホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きくなる。
なお、図１０に示すように、深度設定領域Ｒ０８～Ｒ２０は環状の一部のみが設定されているが、矩形輪郭であるプラズマ形成表面１００ａによって環状の一部のみが切り取られた状態で構成される。
深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の外側輪郭形状は、ガス噴出口１０２を結ぶ直線に沿って設定される。このため、本実施形態においては、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の外側輪郭形状が六角形に設定される。特に、中心領域Ｒ０１の外側輪郭形状は、正六角形に設定される。つまり、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の外側輪郭形状は、ガス噴出口１０２の配置によって規定されている。
ホローカソードスリット１１０は、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の境界ＲＲに沿って配置される。言い換えると、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の境界ＲＲ、つまり、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の外側輪郭形状は、ホローカソードスリット１１０の長辺に沿って配置される。
中心領域Ｒ０１よりプラズマ形成表面１００ａの外縁に近接する各深度設定領域Ｒ０２～Ｒ２０が、それぞれ周方向に分割された周方向領域を形成する。例えば、深度設定領域Ｒ０３では、周方向に分割された周方向領域Ｒ０３ａ～Ｒ０３ｆを形成する。周方向領域Ｒ０３ａ～Ｒ０３ｆでは、いずれも同一のホローカソードスリット１１０の深さを有するように設定される。同様に、深度設定領域Ｒ０６では、周方向に分割された周方向領域Ｒ０６ａ～Ｒ０６ｆを形成する。周方向領域Ｒ０６ａ～Ｒ０６ｆでは、いずれも同一のホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを有するように設定される。
それぞれの周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ２０ｆでは、その領域内において、全てのホローカソードスリット１１０が平行に同一方向を向いて配置される。同時に、それぞれの周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ２０ｆでは、その領域内において、全てのホローカソードスリット１１０が周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ２０ｆの外周輪郭と平行に同一方向を向いて配置される。
例えば、図１０に示す深度設定領域Ｒ０３では、六角形の各辺に平行となり中心を通る直線の境界Ｒａｂ，Ｒｂｃ，Ｒｃｄ，Ｒｄｅ，Ｒｅｆによって、時計回りに周方向領域Ｒ０３ａ～Ｒ０３ｆに分割される。
図１０の右側で上下方向中央位置に示す周方向領域Ｒ０３ａでは、深度設定領域Ｒ０３の外周の境界ＲＲとなる直線が図中の上下方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ａの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で上下方向を向いて配置される。
図１０の右上側で周方向領域Ｒ０３ａより上側位置に示す周方向領域Ｒ０３ｂでは、深度設定領域Ｒ０３の外周境界となる直線が図中の左右方向中央から右側に向かって水平方向よりも６０°下方に傾斜する方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ｂの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で左右方向中央から右側に向かって水平方向よりも６０°下方に傾斜する方向を向いて配置される。
図１０の左上側で周方向領域Ｒ０３ｂより左側位置に示す周方向領域Ｒ０３ｃでは、深度設定領域Ｒ０３の外周境界ＲＲとなる直線が図中の左右方向中央から左側に向かって水平方向よりも６０°下方に傾斜する方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ｂの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で左右方向中央から左側に向かって水平方向よりも６０°下方に傾斜する方向を向いて配置される。
図１０の左側で上下方向中央位置に示す周方向領域Ｒ０３ｄでは、深度設定領域Ｒ０３の外周境界ＲＲとなる直線が図中の上下方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ｄの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で上下方向を向いて配置される。
図１０の左下側で周方向領域Ｒ０３ｄより下側位置に示す周方向領域Ｒ０３ｄでは、深度設定領域Ｒ０３の外周境界ＲＲとなる直線が図中の左右方向中央から左側に向かって水平方向よりも６０°上方に傾斜する方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ｄの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で左右方向中央から左側に向かって水平方向よりも６０°上方に傾斜する方向を向いて配置される。
図１０の右下側で周方向領域Ｒ０３ｄより右側位置かつ周方向領域Ｒ０３ａより下側位置に示す周方向領域Ｒ０３ｆでは、深度設定領域Ｒ０３の外周境界ＲＲとなる直線が図中の左右方向中央から右側に向かって水平方向よりも６０°上方に傾斜する方向に延在する。したがって、周方向領域Ｒ０３ｆの領域内に配置される全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で左右方向中央から右側に向かって水平方向よりも６０°上方に傾斜する方向を向いて配置される。
図１０の深度設定領域Ｒ０３以外の深度設定領域Ｒ０２，Ｒ０４～Ｒ０７においても、同様に、それぞれ、同じように周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ０７ｆが設定され、それぞれ、深度設定領域Ｒ０２，Ｒ０４～Ｒ０７の外周境界に沿って全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行に配置される。
なお、全周の環状から欠けてしまった深度設定領域Ｒ０８～Ｒ２０においても、同じように周方向領域Ｒ０８ｂ～Ｒ２０ｆが設定され、それぞれ、深度設定領域Ｒ０８～Ｒ２０の外周境界ＲＲに沿って全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行に配置される。
本実施形態における中心領域Ｒ０１では、ホローカソードスリット１１０が、互いに平行、かつ、図中で上下方向を向いて配置される。
中心領域Ｒ０１では、中心領域Ｒ０１の外周境界ＲＲに沿って全てのホローカソードスリット１１０が、互いに平行に配置されるが、正六角形である外周境界ＲＲのいずれか一辺を選択して、中心領域Ｒ０１内の全てのホローカソードスリット１１０が、選択された一辺と互いに平行に配置される。
本実施形態では、図９に示すように、縦方向に並べた配置とすることができる。本実施形態の中心領域Ｒ０１では全てのホローカソードスリット１１０が、周方向領域Ｒ０２ａおよび周方向領域Ｒ０２ｄの領域内でのホローカソードスリット１１０と平行に配置されることができる。なお、中心領域Ｒ０１では隣接する周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ０２ｆのいずれかと平行にホローカソードスリット１１０が配置されていればよい。
これは、中心領域Ｒ０１では、正六角形である外周境界ＲＲごとに周方向領域を設定すると、直線状のホローカソードスリット１１０の長さ方向１００Ｌ寸法が短くなりすぎるためである。また、中心領域Ｒ０１においても、領域内における、全てのホローカソードスリット１１０が互いに平行に配置される必要があるためである。
言い換えると、中心領域Ｒ０１では、領域内における全てのホローカソードスリット１１０が、隣接する周方向領域Ｒ０２ａまたは周方向領域Ｒ０２ｄのホローカソードスリット１１０と平行に同一方向を向いて配置される。
また、それぞれの周方向領域Ｒ０２ａ～Ｒ２０ｆの外周境界ＲＲは、周方向で同じ向きとなる。すなわち、深度設定領域Ｒ０２において、隣接する周方向領域Ｒ０２ａと周方向領域Ｒ０２ｂとの境界Ｒａｂは、径方向で外側に隣接する深度設定領域Ｒ０３で、周方向に対応して配置される周方向領域Ｒ０３ａと周方向領域Ｒ０３ｂとの境界Ｒａｂに一致する。
同様に、周方向領域Ｒ０２ｂと周方向領域Ｒ０２ｃとの境界Ｒｂｃは、周方向領域Ｒ０３ｂと周方向領域Ｒ０３ｃとの境界Ｒｂｃに一致する。周方向領域Ｒ０２ｃと周方向領域Ｒ０２ｄとの境界Ｒｃｄは、周方向領域Ｒ０３ｃと周方向領域Ｒ０３ｄとの境界Ｒｃｄに一致する。周方向領域Ｒ０２ｄと周方向領域Ｒ０２ｅとの境界Ｒｄｅは、周方向領域Ｒ０３ｄと周方向領域Ｒ０３ｅとの境界Ｒｄｅに一致する。
周方向領域Ｒ０２ｅと周方向領域Ｒ０２ｆとの境界Ｒｅｆは、周方向領域Ｒ０３ｅと周方向領域Ｒ０３ｆとの境界Ｒｅｆに一致する。周方向領域Ｒ０２ｆと周方向領域Ｒ０２ａとの境界Ｒｆａは、周方向領域Ｒ０３ｆと周方向領域Ｒ０３ａとの境界Ｒｆａに一致する。このように、すべての深度設定領域Ｒ０２～Ｒ２０において、図９，図１０に示すように、隣接する周方向領域の境界は周方向で対応する位置で一致している。
隣接する深度設定領域Ｒ０２～Ｒ２０において、それぞれ周方向に隣接する領域内におけるホローカソードスリット１１０は、同じ方向を向いて平行に配置される。例えば、深度設定領域Ｒ０２と隣接する深度設定領域Ｒ０２とでは、周方向領域Ｒ０２ａと周方向領域Ｒ０３ａとの境界ＲＲでも、ホローカソードスリット１１０は、同じ方向を向いて平行に配置される。
これに対して、同じ番号である同径方向位置にあって隣接する周方向領域の境界において、それぞれ周方向に隣接する領域内におけるホローカソードスリット１１０は、異なる方向を向いて配置される。
例えば、深度設定領域Ｒ０３において、隣接する周方向領域Ｒ０２ａと周方向領域Ｒ０２ｂとの境界Ｒａｂでは、ホローカソードスリット１１０は、図９に示すように、異なる方向を向いて配置される。同様に、境界Ｒｂｃでは、ホローカソードスリット１１０は、図９に示すように、互いに６０°あるいは１２０°を為す方向を向いて配置される。
ここで、同じ径方向位置にあって周方向領域の境界においては、互いの領域のホローカソードスリット１１０の端部１１５が径方向に互い違いに配置される。
このような周方向領域の境界においては、図９に示すように、互いの領域のホローカソードスリット１１０の端部１１５が、相手の領域にはみ出すように、かつ、互いに接続されないように、配置される。
つまり、周方向領域の境界においては、図９に示すように、ホローカソードスリット１１０の端部１１５は、プラズマ形成表面１００ａに沿ってプラズマ形成空間２ａの中心から径方向外向きに流れる処理ガスが、その流れの途中でホローカソードスリット１１０を横切らないでプラズマ形成表面１００ａの縁部に到達することを防止するように配置される。
例えば、深度設定領域Ｒ０３において、周方向領域Ｒ０３ｂと周方向領域Ｒ０３ｃとの境界Ｒｂｃにおいて、図９に示すように、ある径方向位置におけるホローカソードスリット１１０の端部１１５が、周方向領域Ｒ０３ｂから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｃに向かって左方向に突出した場合、周方向領域Ｒ０３ｂにおいて、径方向外側に隣接するホローカソードスリット１１０の端部１１５は、境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｂに向かって右方向に引っ込んでいる。
同時に、境界Ｒｂｃにおいて、図９に示すように、ある径方向位置におけるホローカソードスリット１１０の端部１１５が、周方向領域Ｒ０３ｃから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｂに向かって右方向に突出した場合、周方向領域Ｒ０３ｃにおいて、径方向外側に隣接するホローカソードスリット１１０の端部１１５は、境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｃに向かって左方向に引っ込んでいる。
ここで、周方向領域Ｒ０３ｃから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｂに向かって右方向に突出した端部１１５と、周方向領域Ｒ０３ｂから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｃに向かって左方向に突出した端部１１５とは、周方向でほぼ等しい位置に配置される。
つまり、周方向領域Ｒ０３ｃから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｂに向かって右方向に突出した端部１１５と、周方向領域Ｒ０３ｂから境界Ｒｂｃよりも周方向領域Ｒ０３ｃに向かって左方向に突出した端部１１５とは、プラズマ形成表面１００ａの中心から径方向に沿って外縁に向かう同一の直線上に配置される。
また、右方向に突出した端部１１５は、いずれも、周方向でほぼ等しい位置に配置される。つまり、径方向で異なる位置に配置されそれぞれ右方向に突出した端部１１５は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａの中心から径方向に沿って外縁に向かう同一の直線上に配置される。
また、左方向に突出した端部１１５は、いずれも、周方向でほぼ等しい位置に配置される。つまり、径方向で異なる位置に配置されそれぞれ左方向に突出した端部１１５は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａの中心から径方向に沿って外縁に向かう同一の直線上に配置される。
また、右方向に引っ込んだ端部１１５は、いずれも、周方向でほぼ等しい位置に配置される。つまり、径方向で異なる位置に配置されそれぞれ右方向に引っ込んだ端部１１５は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａの中心から径方向に沿って外縁に向かう同一の直線上に配置される。
また、左方向に引っ込んだ端部１１５は、いずれも、周方向でほぼ等しい位置に配置される。つまり、径方向で異なる位置に配置されそれぞれ左方向に引っ込んだ端部１１５は、いずれも、プラズマ形成表面１００ａの中心から径方向に沿って外縁に向かう同一の直線上に配置される。
つまり、周方向に突出あるいは引っ込んだ端部１１５は、深度設定領域Ｒ０２～Ｒ２０で、対応するものが、それぞれ径方向でほぼ直線上に位置する。
つまり、同じ径方向位置にあって周方向領域の境界で、ホローカソードスリット１１０の端部１１５が互い違いとなるように配置されることで、プラズマ形成表面１００ａに沿って流れる処理ガスの流れと交差するように配置する。
この際、一方のホローカソードスリット１１０の端部１１５は、他方の側壁面１１２に近接するが、接触しない。つまり、全てのホローカソードスリット１１０はいずれも直線状を維持する。
図１２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおける隣接する深度設定領域の境界を示す断面図である。
本実施形態においては、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の境界ＲＲでは、図１２に示すように、その両側に位置するホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが異なるように構成される。
ここで、本実施形態のホローカソードスリット１１０は、シャワープレート１００の厚さ方向におけるガス噴出口１０２の位置はプラズマ形成表面１００ａの全域で変わらない。そのため、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０ごとに、プラズマ形成表面１００ａの開口１１３がシャワープレート１００の厚さ方向に変位することで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが変化している。
すなわち、図１２に示すように、境界ＲＲよりも図中左側で示した中心領域Ｒ０１に近接する位置における深さ寸法１１０Ｄに対して、境界ＲＲよりも図中右側で示した周縁領域Ｒ２０に近接する位置における深さ寸法１１０Ｄは大きくなるように設定される。また、図１２では、境界ＲＲの両側における深さ寸法１１０Ｄの変化を模式的に示しているが、実際には、ホローカソードスリット１１０の内部において段差・凸部等の異常放電の発生を誘発する形状は回避する。
つまり、境界ＲＲに対応するプラズマ形成表面１００ａには、図１３で示すような段差等の異常放電発生原因箇所ＤＤは形成されておらず、なめらかにその形状は変化する。すなわち、図１１に示すように、プラズマ形成表面１００ａが中心で緩く凹むとともに、シャワープレート１００の外周縁に向けて厚さ方向の断面下端輪郭が円弧状に湾曲した凹部が形成される。この曲面に形成されたプラズマ形成表面１００ａに開口１１３が形成されることで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが変化して設定されることになる。
具体的には、プラズマ形成表面１００ａは、平面視して一辺の長さが１０００ｍｍ以上の矩形輪郭であるのに対し、厚さ方向でのプラズマ形成表面１００ａの凹部深さは数ｍｍ程度である。
したがって、本実施形態のシャワープレート１００を製造する際には、まず、均一厚さの板体に対して、多数のガス流路１０１、オリフィス１０２ａ、ガス噴出口１０２、および、ホローカソードスリットを形成するための多数の溝を形成する。このとき、厚さ方向におけるオリフィス１０２ａの長さ、厚さ方向におけるガス噴出口１０２の位置、および、ホローカソードスリットを形成するための多数の溝の深さは、いずれも均一となるように形成する。その後、あらかじめ設定した深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に対応して、プラズマ形成表面１００ａを中央で深くなるように削るあるいは除去することで、所定の状態を有するホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄの分布を実現することが可能となる。
次に、プラズマ処理装置１を用いて基板１０の処理面１０ａに膜を形成する場合の作用について説明する。
＜プラズマ処理工程＞
処理を開始する際にはまず、真空ポンプ２８を用いて真空チャンバ２内を減圧する。真空チャンバ２内が真空に維持された状態で、ドアバルブ２６ａが開き、真空チャンバ２の搬出入部２６を介して、真空チャンバ２の外部から成膜空間２ａに向けて基板１０が搬入される。基板１０は、サセプタ１５上に載置される。基板１０は、基板絶縁カバーや他の構成によって、サセプタ１５上における載置位置を規定されてアライメントされる。
基板１０を搬入した後、ドアバルブ２６ａが閉じる（閉動作）。
基板１０を載置する前は、サセプタ１５は真空チャンバ２内の下方に位置している。基板１０を載置する前は、サセプタ１５は搬出入部２６よりも下方に位置している。
つまり、サセプタ１５とシャワープレート１００との間隔が広くなっているので、ロボットアーム（不図示）を用いて基板１０をサセプタ１５上に容易に載置することができる。
基板１０がサセプタ１５上に載置された後には、昇降駆動部１６Ａが起動し、支柱１６を上昇する。上方へ押し上げられたサセプタ１５上に載置された基板１０も上方へ移動する。これによって、適切に成膜を行うために必要な間隔になるようにシャワープレート１００と基板１０との間隔が所望の値に決定され、この間隔が維持される。シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａと基板１０の処理面１０ａとの間隔が、プラズマ形成空間２ａにおけるプラズマ形成電極間距離１００Ｔ（図１８参照）として、処理条件に応じて設定される。
さらに、基板１０を載置したサセプタ１５を、電源１４ｂからヒータ線１４ａを介して電力供給したヒータ１４により加熱して、所定の温度状態とする。
その後、プロセスガス供給部７ｂからガス導入管７およびガス導入口７ａを介してガス供給空間２ｃにプロセスガスが導入される。そして、シャワープレート１００のガス噴出口１０２およびホローカソードスリット１１０を介して、成膜空間であるプラズマ形成空間２ａ内にプロセスガスが噴出される。
図１４は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるプラズマ形成状態を示す断面図である。
次に、高周波電源９を起動してカソードフランジ４に高周波電力を印加する。
すると、カソードフランジ４の表面からシャワープレート１００の表面を伝って高周波電流が流れ、シャワープレート１００とサセプタ１５との間に放電が生じる。そして、シャワープレート１００と基板１０の処理面１０ａとの間にプラズマが発生する。
同時に、図１４に示すように、ホローカソードスリット１１０の内部においても、ホローカソード効果により、平板電極に比べて高いプラズマ密度でプラズマが発生する。
こうして発生したプラズマ内でプロセスガスが分解され、プラズマ状態のプロセスガスが得られ、基板１０の処理面１０ａで気相成長反応が生じ、薄膜が処理面１０ａ上に成膜される。
サセプタ１５に伝達された高周波電流は、側壁２４、シールドカバーを伝ってリターンされる（リターン電流）。
本実施形態のプラズマ処理装置１において、隣接するホローカソードスリット１１０の間隔は、ガス噴出口１０２の開口分布によって規定されている。ガス噴出口１０２は、最近接する隣のガス噴出口１０２との間隔が、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａと基板１０の処理面１０ａとの間隔であるプラズマ形成電極間距離よりも小さく設定される。このため、成膜空間であるプラズマ形成空間２ａ内に均一にプロセスガスが供給される。同時に、ホローカソード効果により、高いプラズマ密度、高いラジカル密度、高い電子密度を実現することが可能である。
特に、プラズマ形成表面１００ａへのガス流路の開口が、個別のガス流路毎に拡径された、いわゆるホールタイプのホローカソード効果を有する構成に比べても、高いプラズマ密度、高いラジカル密度、高い電子密度を実現することが可能となり、より好適なプラズマ処理特性、成膜特性を得ることが可能となる。
さらに、本実施形態のプラズマ処理装置１において、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に応じて、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄの分布を中心よりも外周縁で大きくなるように設定したことで、通常、外縁で小さくなるプラズマ密度、ラジカル密度、電子密度をいずれも、プラズマ形成表面１００ａの径方向で均一となるように分布形成させることができる。
ここで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが大きい（深い）と電子密度は高くなる。これはホローカソードスリット１１０の単位長さあたりのホローカソードスリット１１０内部の空間体積が増大するためであり、ホローカソードスリット１１０の幅方向１１０Ｗ寸法が大きいほうが電子密度は高くなる。
これにより、プラズマ処理特性の均一な分布、つまり、成膜時の均一な膜厚分布を実現することが容易に可能となる。しかも、成膜する膜の組成に応じて、特性分布変動を抑制するように容易に制御可能とすることができる。
また、図１５に示すように、平面視して屈曲したホローカソードスリット内に角部を有する構成とは異なり、本実施形態のプラズマ処理装置１においては、全てのホローカソードスリット１１０が直線で形成され、互いに交差しておらず、その状態でシャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａの全域を覆うように配置されていることで、ホローカソード効果を生じるスリット内に凸部、突起、段差等の異常放電発生原因箇所ＤＤが形成されていないので、成膜特性に悪影響を与える異常放電の発生を回避することが可能となる。これにより、成膜特性が低下することがない。
さらに、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に応じて、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄをプラズマ形成表面１００ａの径方向に沿って、中心から外周縁に向かって大きくなるように設定することで、プラズマ密度、ラジカル密度、電子密度を均一に設定した状態で、プラズマ密度、ラジカル密度、電子密度を所望の状態に制御することが容易となる。
つまり、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に対応して、プラズマ形成表面１００ａを中心が外周に比べて凹むように加工するだけで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄをプラズマ形成表面１００ａの径方向に沿って変化するように形成することができる。したがって、加工精度よくホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを設定することが容易となる。
同時に、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０とホローカソードスリット１１０とが交差しない構成を有するため、異常放電発生原因箇所ＤＤを形成することなく、高いプラズマ密度、高いラジカル密度、高い電子密度を均一に実現することが可能である。
同時に、本実施形態のプラズマ処理装置１においては、成膜する膜の組成に応じて、特性分布変動を抑制するように容易に制御可能とすることができる。
ここで、プラズマ形成パワーによる特性変化が大きくなる種類の成膜と、プラズマ形成電極間距離による特性変化の大きい種類の成膜と、の両方に対応して、これらの特性の差異を抑制することが可能となる。
成膜する膜の組成は、供給するプロセスガスによって変化するが、同時に、ガス種類の変化によって、処理特性も変化する。すなわち、異なる組成の成膜をおこなうと、電力、および電極間距離の変化に対する振る舞い（Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ）、特に、感度が変化する。
すなわち、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０によって、密度分布の均一性を維持したままで、密度そのものを変化させることが容易なため、プラズマパワーの変動をおこなっても、プラズマ形成表面１００ａに沿った特性分布を維持することが可能となる。また、プラズマ形成電極間距離を変化した際に、プラズマ形成表面１００ａに沿った特性分布を維持することが可能なため、電極間距離変化による特性を効果的に成膜に利用することが可能となる。
これにより、良好な膜厚分布をプラズマ密度が高いホローカソードスリット１１０を用いて異常放電なく実現することができるシャワープレート１００を備えたプラズマ処理装置１を提供することが可能となる。
図１６は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるシャワープレートのホローカソードスリットの深度設定領域の他の例を示す断面図である。
さらに、図１１に示した例に比べて、図１６に示すように、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に対応して、プラズマ形成表面１００ａを中心が外周に比べてより凹むように加工するだけで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄをプラズマ形成表面１００ａの径方向に沿って大きく変化するように形成することができる。
これにより、プラズマ形成表面１００ａの径方向で膜厚分布の差の大きな成膜をおこなう際にも、均一な膜厚分布での成膜を実現することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第２実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１７は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるホローカソードスリットの深度設定領域を示す断面図である。図１８は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおける隣接する深度設定領域の境界を示す断面図である。本実施形態において、上述した第１実施形態と異なるのは、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄの設定に関する点であり、これ以外の上述した第１実施形態と対応する構成には同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態に係るプラズマ処理装置１は、図１７，図１８に示すように、シャワープレート１００におけるプラズマ形成表面１００ａが平面に形成されて、かつ、シャワープレート１００の厚さ方向におけるガス噴出口１０２の位置が変化して形成される。
これにより、各深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０でのホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが設定される。
本実施形態においては、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０の境界ＲＲでは、図１８に示すように、その両側に位置するホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが異なるように構成される。
ここで、本実施形態のホローカソードスリット１１０は、シャワープレート１００の厚さ方向における開口１１３の位置はプラズマ形成表面１００ａの全域で変わらない。すなわち、プラズマ形成表面１００ａは、その全面で平面として構成されている。
これに対して、シャワープレート１００の厚さ方向におけるガス噴出口１０２の位置が、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０ごとに、シャワープレート１００の厚さ方向に変位することで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが変化している。
ここで、シャワープレート１００の厚さ寸法が均一に設定された場合には、オリフィス１０２ａよりもガス供給表面１００ｂに近接するガス流路１０１は、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄに対応して変化している。
すなわち、図１８に示すように、境界ＲＲよりも図中左側で示した中心領域Ｒ０１に近接する位置における深さ寸法１１０Ｄに対して、境界ＲＲよりも図中右側で示した周縁領域Ｒ２０に近接する位置における深さ寸法１１０Ｄは大きくなるように設定される。また、図１８では、境界ＲＲの両側における深さ寸法１１０Ｄの変化を模式的に示しているが、実際には、ホローカソードスリット１１０の内部において段差・凸部等の異常放電の発生を誘発する形状は回避する。
ここで、複数のホローカソードスリット１１０における頂部面１１１は、図１７に示すように、下凸の球面１００ｄに沿って形成される。
この球面１００ｄは、複数のホローカソードスリット１１０にわたって頂部面１１１のガス噴出口１０２を結んで形成される。この球面１００ｄは、前述した第１実施形態で上凸の曲面として形成されたプラズマ形成表面１００ａに対応する。すなわち、この球面１００ｄのシャワープレート１００の厚さ方向位置によって、当該ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが設定される。
ここで、ホローカソードスリット１１０の頂部面１１１には、図１９で示すような段差等の異常放電発生原因箇所ＤＤは形成されていない。また、個々のホローカソードスリット１１０は、深度設定領域の境界RRを跨がないため、１本のホローカソードスリット１１０における頂部面１１１は、図１９に示す段差は形成されていない。
平面のプラズマ形成表面１００ａに対して、ガス噴出口１０２の厚さ方向位置が中心で緩く近づくとともに、シャワープレート１００の外周縁に向けてガス噴出口１０２の厚さ方向位置が円弧状に湾曲した曲面に沿って、プラズマ形成表面１００ａから離間して形成される。これにより、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが変化して設定されることになる。
具体的には、プラズマ形成表面１００ａは、平面視して一辺の長さが１０００ｍｍ以上の矩形輪郭であるのに対し、平面のプラズマ形成表面１００ａから厚さ方向でのガス噴出口１０２の厚さ方向位置の離間距離の差は数ｍｍ程度である。
本実施形態においては、第１実施形態と同様に、各深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に対応してホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄが設定されるとともに、プラズマ形成表面１００ａが平面であることにより、図１８に示すように、プラズマ形成空間２ａの全域におけるプラズマ形成電極間距離１００Ｔが均一な状態を維持することができる。これにより、電極間距離１００Ｔの変動に対して敏感なプラズマ処理に対しても、プラズマ形成表面１００ａの全域で、均一なプラズマ処理、例えば成膜処理をおこなうことが可能となる。
本実施形態のシャワープレート１００を製造する際には、均一厚さの板体に対して、あらかじめ設定した深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０に対応して、シャワープレート１００の厚さ方向にそれぞれ変化させた、多数のガス流路１０１、オリフィス１０２ａ、ガス噴出口１０２、および、ホローカソードスリット１１０を形成する。このとき、厚さ方向におけるオリフィス１０２ａの長さは、いずれも均一となるように形成する。これにより、平面状のプラズマ形成表面１００ａに対して、所定の状態を有するホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄの分布を実現することが可能となる。
図２０は、本実施形態に係るプラズマ処理装置のシャワープレートにおけるプラズマ形成状態を示す断面図である。
本実施形態においても、高周波電源９を起動してカソードフランジ４に高周波電力を印加すると、シャワープレート１００とサセプタ１５との間に放電が生じる。そして、シャワープレート１００と基板１０の処理面１０ａとの間にプラズマが発生する。
同時に、図２０に示すように、ホローカソードスリット１１０の内部においても、ホローカソード効果により、平板電極に比べて高いプラズマ密度でプラズマが発生する。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第３実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２１は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第１および第２実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２１に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、隣接した正三角形の頂点の位置に対応した構成であることは同じであるが、矩形のプラズマ形成表面１００ａの輪郭辺に対する向きが異なる。
つまり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形は、図中で左右方向に延在する下辺が、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の長手方向の辺と平行である。
本実施形態の深度設定領域は、図２１に示すように、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形の辺に平行となる部分を有する六角形を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の長手方向の辺と平行な辺を有する。
また、本実施形態の深度設定領域は、第１，第２実施形態に比べて、その幅方向寸法が小さく設定される。すなわち、本実施形態の深度設定領域は、第１，第２実施形態に比べて、領域分割数が小さく設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有する。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第４実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２２は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第３実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２２に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、隣接した正三角形の頂点の位置に対応した構成であることは第３実施形態と同じであるが、矩形のプラズマ形成表面１００ａの輪郭辺に対する向きが第１実施形態と同じである。
つまり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形は、図中で上下方向に延在する辺が、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の上下方向に延在する辺と平行である。
本実施形態の深度設定領域は、図２２に示すように、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形の辺に平行となる部分を有する六角形を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の辺と平行な辺を有する。
また、本実施形態の深度設定領域は、第１～第３実施形態に比べて、その幅方向寸法が小さく設定される。すなわち、本実施形態の深度設定領域は、第１～第３実施形態に比べて、領域分割数が小さく設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有することができる。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第５実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２３は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第４実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２３に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、隣接した正三角形の頂点の位置に対応した構成であることは第４実施形態と同じであり、矩形のプラズマ形成表面１００ａの輪郭辺に対する向きも第４実施形態と同じである。
つまり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形は、図中で上下方向に延在する辺が、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の上下方向に延在する辺と平行である。
本実施形態の深度設定領域は、図２３に示すように、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形の辺に平行となる部分を有する六角形を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の辺と平行な辺を有する。
また、本実施形態の深度設定領域は、第４実施形態に比べて、さらに幅方向寸法が小さく設定される。すなわち、本実施形態の深度設定領域は、第４実施形態に比べて、領域分割数が小さく設定される。具体的には、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の隅部付近にのみ、深度設定領域の境界ＲＲが設定される。
また、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の隅部付近の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有することができる。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第６実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２４は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第４および第５実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２４に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、隣接した正三角形の頂点の位置に対応した構成であることは第４および第５実施形態と同じであり、矩形のプラズマ形成表面１００ａの輪郭辺に対する向きも第４および第５実施形態と同じである。
つまり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形は、図中で上下方向に延在する辺が、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の上下方向に延在する辺と平行である。
本実施形態の深度設定領域は、図２４に示すように、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形の辺に平行となる部分を有する六角形を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の短手方向の辺と平行な辺を有する。さらに、本実施形態の深度設定領域は、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正三角形の辺に平行となる部分を境界ＲＲとして有する四角形がその一部に設定される。なお、この四角形は、菱形とされる。
また、本実施形態の深度設定領域は、第４実施形態に比べて、ほぼ同じ幅方向寸法を有するように設定される。すなわち、本実施形態の深度設定領域は、第４実施形態に比べて、領域分割数とほぼ同じように設定される。具体的には、第５実施形態のようにプラズマ形成表面１００ａの輪郭の隅部付近に深度設定領域の境界ＲＲが設定されるとともに、さらに、中心付近に四角形の輪郭を有する深度設定領域の境界ＲＲと、六角形の輪郭を有する深度設定領域の境界ＲＲと、が設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有することができる。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第７実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２５は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第１～第６実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２５に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、第１～第６実施形態とは異なり、隣接した正方形の頂点の位置に対応した構成である。また、第１～第６実施形態とは異なり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正方形は、矩形のプラズマ形成表面１００ａの輪郭辺に対する向きが４５°を為すように設定される。
つまり、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正方形は、図中で上下方向に延在するプラズマ形成表面１００ａの輪郭の辺に対して、いずれも、各辺が４５°を為すように設定される。
本実施形態の深度設定領域は、図２５に示すように、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正方形の辺に平行となる部分を有する四角形を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは、プラズマ形成表面１００ａの輪郭の辺と４５°を為す辺を有する。さらに、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ガス噴出口１０２が頂点に配置される正方形の辺に平行な同心状の複数の正方形として設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、第１～第６実施形態とは異なり、ほぼ同じ離間距離を有するように設定される。本実施形態の深度設定領域は、第６実施形態と同程度の領域分割数を有するように設定される。具体的には、第１～第６実施形態とは異なり、プラズマ形成表面１００ａの全域で、均等な径方向距離を有して深度設定領域の境界ＲＲが設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有することができる。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
以下、本発明に係るシャワープレート、プラズマ処理装置の第８実施形態を、図面に基づいて説明する。
図２６は、本実施形態におけるプラズマ処理装置のシャワープレートのガス噴出口の配置パターンとホローカソードスリットの深度設定領域の境界配置パターンとを示す平面図である。
本実施形態において上述した第１～第７実施形態と異なるのはガス噴出口および深度設定領域の配置パターンに関する点であり、これ以外の対応する構成要素に関しては、同一の符号を付してその説明を省略する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、図２６に示すように、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａにおけるガス噴出口１０２の配置パターンが、第１～第７実施形態とは異なり、同心状の複数の円上に離間して配置される構成である。また、第１～第７実施形態と同様に、プラズマ形成表面１００ａの輪郭中心と、ガス噴出口１０２の配置される円の中心とは、一致するように設定される。
本実施形態の深度設定領域は、図２６に示すように、ガス噴出口１０２が同心状に配置される円形に平行となる同心円を境界ＲＲとして設定される。このとき、深度設定領域の境界ＲＲは円形であるため、プラズマ形成表面１００ａの輪郭とは一致しない。さらに、本実施形態の各深度設定領域の内部のホローカソードスリット１１０も、いずれも深度設定領域の境界ＲＲと同心状に配置された複数の円形に形成される。この配置であれば。ホローカソードスリット１１０が深度設定領域の境界ＲＲと交差することはない。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、第７実施形態と同様に、ほぼ同じ離間距離を有するように設定される。本実施形態の深度設定領域は、第７実施形態よりも少ない領域分割数を有するように設定される。
また、本実施形態の深度設定領域の境界ＲＲは、ほぼ均等な径方向の離間距離を有することができる。なお、プラズマ処理条件に応じて、深度設定領域の境界ＲＲは、径方向位置に応じて異なる径方向の離間距離を有することもできる。
本実施形態においては、上述した実施形態と同等の効果を奏することができる。
なお、上記の各実施形態においては、個々の構成をそれぞれ適宜選択して組み合わせた構成とすることが可能である。
また、本明細書で開示した実施形態のうち、複数の要素で構成されているものは、当該複数の要素を一体化してもよく、逆に一つの要素で構成されているものを複数の要素に分けることができる。一体化されているか否かにかかわらず、発明の目的を達成できるように構成されていればよい。
以下、本発明にかかる実施例を説明する。
ここで、本発明におけるシャワープレート、プラズマ処理装置の具体例としておこなう成膜特性の確認試験について説明する。
＜実験例１＞
実験例１として、本発明のホローカソードスリット１１０が形成されたシャワープレート１００での、電子密度の増大確認試験をおこなった。
まず、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを変化させた際の電子密度変化をシミュレーションにより求めた。
ここでは、図８～図１０に示すように、ホローカソードスリット１１０が形成されたシャワープレート１００での、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを変化させた際の電子密度の変化を確認する試験における諸元を示す。
シャワープレート寸法；１９７８ｍｍ×１６２８ｍｍ
ホローカソードスリット幅方向１１０Ｗ寸法；５．７ｍｍ～６．７ｍｍ
ホローカソードスリット深さ寸法１１０Ｄ；３ｍｍ～８ｍｍ
ガス噴出口１０２配置間隔（ピッチ）；一辺７ｍｍの正三角形
プラズマ形成電極間距離１００Ｔ；１８ｍｍ
供給電力；９ｋＷ
高周波電力周波数；１３．５６ＭＨｚ
真空チャンバ内圧力；１２０Ｐａ
この結果を図２７にＳｌｉｔとして示す。
同様に、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレートを用いて、同様に深さ寸法と電子密度の変化を算出した。
ここで、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレートとしては、ガス噴出口の配置は、上記と同様に、一辺７ｍｍの正三角形とし、各ガス噴出口のオリフィスよりもプラズマ形成表面側が、上記の幅方向１１０Ｗ寸法；５．７ｍｍ～６．７ｍｍと同じ径寸法を有する個別に分離された円形凹部とした。
この結果を図２７にＨｏｌｅとして示す。
この図２７に示す結果から、深さ寸法１１０Ｄを変化させた際の電子密度の変化は、ホールタイプ（Ｈｏｌｅ）に比べて、本発明のようなホローカソードスリット１１０（Ｓｌｉｔ）の方が大きい変化量となることがわかる。
＜実験例２＞
次に、実験例２として、実験例１で求めた電子密度の変化量の差から、２つのタイプのシャワープレートの間で、面内均一性を維持するために、どの程度の形状の差が生じるかを比較した。ここでは、上述した条件を用いてその比較をおこなった。
すなわち、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレートを用いて、均一な電子密度分布を実現するためには、シャワープレートの中心で、上記の深さのうち最も小さい３．０ｍｍとし、同じシャワープレートの外縁部で、上記の深さのうち最も大きい７．５ｍｍとすることが必要である。つまり、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレートにおける、ホールの深さ寸法の差ΔＨｏｌｅを４．５ｍｍに設定することが必要である。
これに対し、本発明のホローカソードスリット１１０を有するシャワープレート１００を用いて、シャワープレート１００の中心で、上記のホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄのうち最も小さい３．０ｍｍとした際に、均一な電子密度分布を実現するために、同じシャワープレート１００の外縁部で、同等の均一な電子密度を得るために必要な、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを算出した。
ここで、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレート、および、本発明のホローカソードスリット１１０を有するシャワープレート１００において、いずれも深さを変化させるために、プラズマ形成表面１００ａの中心を凹ませるものとした。
その結果、図２７に示す結果から、電子密度を同じにするためには、上記のホローカソードスリット１１０では、その深さ寸法１１０Ｄが４．５ｍｍであることが必要なこと、すなわち、深さ寸法１１０Ｄの差ΔＳｌｉｔが３．５ｍｍであることが必要なことがわかった。
つまり、Ｓｌｉｔタイプでは深さに対しての電子密度の変化がＨｏｌｅタイプより大きいことがわかる。また、プラズマ形成表面１００ａが湾曲した構造の場合、ΔＳｌｉｔは３．５ｍｍの湾曲で済むのに対し、ΔＨｏｌｅは４．５ｍｍの湾曲が必要となり、本発明のホローカソードスリット１１０を有するシャワープレート１００は、シャワープレート１００のプラズマ形成表面１００ａの湾曲を小さくできる構造であることがわかる。
すなわち、本発明のホローカソードスリット１１０を有するシャワープレート１００では、ホールタイプのホローカソード効果を奏するシャワープレートに比べて、プラズマ形成表面１００ａに沿ったプラズマ形成電極間距離１００Ｔの差を小さくすることが可能となる。
同様に、平面のプラズマ形成表面１００ａで異なる深さ寸法１１０Ｄのホローカソードスリット１１０を形成したＦｌａｔ構造の場合でも、ホールタイプよりも深さの差、すなわち、ガス噴出口１０２の形成位置変化が小さいことがわかる。
なお、平面として形成されてホローカソード効果を有さないプラズマ形成表面を有するシャワープレートでは、ホールタイプよりも、さらにプラズマ形成表面に沿った電子密度の差が大きくなり、これを解消することができない。
＜実験例３＞
次に、実験例３として、異なる組成を有する膜を成膜した際の、それぞれのタイプのシャワープレートにおけるパラメータ依存性を検証した。
ここでは、例として、ＳｉＮ（窒化シリコン）とＳｉＯ（酸化シリコン）との成膜速度とパラメータの依存性とに対する差を示す。
ここで、ＳｉＮとＳｉＯとの成膜における成膜条件を、それぞれ図２８に示す。
ＳｉＮとＳｉＯとの成膜において、パラメータとして電極間距離１１０Ｔを変化させた際に、成膜速度（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）の変化を、それぞれ規格化した状態で、図２９に示した。
同様に、ＳｉＮとＳｉＯとの成膜において、パラメータとしてＲｆ ｐｏｗｅｒを変化させた際に、成膜速度（Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒａｔｅ）の変化を、それぞれ規格化した状態で、図３０に示した。
ここで、Ｒｆ ｐｏｗｅｒは、電極間に印加するプラズマ形成電力であるが、成膜条件として、すなわちプラズマ密度、電子密度の変化に対応する。
図２９の結果から、ＳｉＮの成膜速度とＳｉＯの成膜速度とを比べると、横軸である電極間距離の変化に対する縦軸の成膜速度の変化は、ＳｉＯの傾きに比べてＳｉＮの傾きが小さい。つまり、ＳｉＮの成膜速度は、電極間距離に対する依存性が、ＳｉＯの成膜速度に比べて小さいことがわかる。逆に言えば、ＳｉＯの成膜速度は、電極間距離に対する依存性が、ＳｉＮの成膜速度に比べて大きい。
図３０の結果から、ＳｉＮの成膜速度とＳｉＯの成膜速度とを比べると、横軸であるＲｆ ｐｏｗｅｒの変化に対する縦軸の成膜速度の変化は、ＳｉＮの傾きに比べてＳｉＯの傾きが小さい。つまり、ＳｉＯの成膜速度は、Ｒｆ ｐｏｗｅｒに対する依存性が、ＳｉＮの成膜速度に比べて小さいことがわかる。逆に言えば、ＳｉＮの成膜速度は、Ｒｆ ｐｏｗｅｒに対する依存性が、ＳｉＯの成膜速度に比べて大きい。
すなわち、ＳｉＮの成膜速度は、ＳｉＯの成膜に比べてプラズマ密度、電子密度に依存することがわかる。
これら図２９の結果と図３０の結果とを踏まえて、ＳｉＮとＳｉＯとの成膜において、実験例１，２と同様に、プラズマ形成表面１００ａを湾曲させた構造で、中心よりも外周側のホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを深くした、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレート１００を用いることで、電子密度を増大させた際における成膜速度への影響を考える。
ここで、ホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄは、図１０に示した深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０を設定し、それぞれの領域毎に設定した。深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０におけるホローカソードスリット１１０の深さ寸法１１０Ｄを図３１に示す。
ここで、深度設定領域Ｒ０１～Ｒ２０を領域１～１９として示している。なお、深度設定領域Ｒ１９と深度設定領域Ｒ２０とは、同じ深さ寸法１１０Ｄとしたため、領域１９として示している。
すると、プラズマ形成表面１００ａを湾曲させたシャワープレートの場合、中心に近い内側の電極間距離１００Ｔよりも、周縁に近い外側の電極間距離１００Ｔが相対的に近くなる。
同じように、図２９の結果と図３０の結果とを踏まえて、ＳｉＮとＳｉＯとの成膜において、プラズマ形成表面を湾曲させた構造で、中心よりも外周側のホールの深さを深くした、Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いることで、電子密度を増大させた際における成膜速度への影響を考える。
同様に、比較対象として、ＳｉＮとＳｉＯとの成膜において、ＨｏｌｅのＳｌｉｔも形成されていないＦｌａｔなプラズマ形成表面を有するＦｌａｔタイプのシャワープレートを用いた際における成膜速度への影響を考える。
この場合、成膜速度の変化は、図３２に示すように、ＳｉＮの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＦｌａｔ－ＳｉＮは、２２．６％となった。同様に、ＳｉＯの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＦｌａｔ－ＳｉＯは、３．３％となった。
ここで、図３２、後述する図３４および図３５の横軸である基板位置（ｍｍ）としては、図３３に示すように、矩形のガラス基板における対角線上の各点での値を示す。
Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合、成膜速度の変化は、図３４に示すように、ＳｉＮの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＨｏｌｅ－ＳｉＮは、２．８％となった。すなわち、Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＮの成膜における成膜速度の変化を、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、大幅に抑制することができた。Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＮの成膜における成膜速度の変化を、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、一桁削減することができた。
また、Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合、成膜速度の変化は、図３４に示すように、ＳｉＯの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＨｏｌｅ－ＳｉＯは、５．７％となった。Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＯの成膜における成膜速度の変化は、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、ＳｉＮよりも抑制できていなかった。
これに対し、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、成膜速度の変化は、図３５に示すように、ＳｉＮの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＳｌｉｔ－ＳｉＮは、２．０％となった。すなわち、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＮの成膜における成膜速度の変化を、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、大幅に抑制することができた。同時に、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＮの成膜における成膜速度の変化を、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べても、削減することができた。
さらに、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、成膜速度の変化は、図３５に示すように、ＳｉＯの成膜における規格化された成膜速度の基板面内位置における変化ΔＳｌｉｔ－ＳｉＯは、２．５％となった。すなわち、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＯの成膜における成膜速度の変化を、Ｆｌａｔタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、抑制することができた。Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、基板面内位置におけるＳｉＯの成膜における成膜速度の変化は、Ｈｏｌｅタイプのシャワープレートを用いた場合に比べて、大幅に削減することができた。
つまり、Ｓｌｉｔタイプのシャワープレートを用いた場合、ＳｉＮの変化ΔＳｌｉｔ－ＳｉＮに加えて、ＳｉＯの変化ΔＳｌｉｔ－ＳｉＯも同時にかつ同程度に３％以下に抑制することが可能であることがわかる。
この結果は、プラズマ形成表面１００ａを湾曲させたことで、中心に近い内側の電極間距離１００Ｔよりも、周縁に近い外側の電極間距離１００Ｔが相対的に近くなったため、ＨｏｌｅタイプではＳｉＯの膜厚分布が悪化してしまうのに対して、Ｓｌｉｔタイプでは、Ｈｏｌｅタイプに比べて対してプラズマ形成表面の湾曲を小さくすることが可能なため、ＳｉＯの膜厚分布が良好であると考えられる。
なお、ガス噴出口１０２の厚さ方向位置を変化させたタイプの構造では、プラズマ形成表面の湾曲がないため、上記の湾曲構造によるＳｉＯの影響はほとんどない。
また、図３２，図３４，図３５に示したグラフにおけるそれぞれの数値を、データとして図３６に再掲する。
＜実験例４＞
次に、実験例４として、異常放電の抑制を確認した。
ここでは、図８～図１０に示すように、直線状のホローカソードスリット１１０のみが形成されたシャワープレート１００と、図１５に示したように、径寸法の異なる六角形のホローカソードスリットが同心状に形成され、かつ、そのホローカソードスリットが折れ曲がってスリット内に角部ＤＤが形成されたシャワープレートとで、異常放電の発生を比較した。
供給電触等の条件を以下に示す。
ガス噴出口１０２配置間隔（ピッチ）；一辺７ｍｍの正三角形
周波数；１３．５６ＭＨｚ
供給電力；９ｋＷ
供給電力；１３ｋＷ
直線状のホローカソードスリット１１０では、いずれの供給電力であっても異常放電が発生しなかったのに対し、角部ＤＤが形成されたシャワープレートでは、一部の条件では、異教放電が観察された。
この結果から、本発明の直線状のホローカソードスリット１１０のみが形成されたシャワープレート１００では、異常放電の発生をほぼ抑制することが可能なことがわかる。
さらに、供給する処理ガスの種類を変えて、異常放電の発生を検証した。
その条件を以下に示す。なお、電力条件は上記と同じである。
・Ａｒのみ
・ＳｉＨ４，Ｎ２Ｏ，Ａｒ
・ＳｉＨ４，ＮＨ３，Ｎ２
これらの結果から、ガス種によっても、本発明の直線状のホローカソードスリット１１０のみが形成されたシャワープレート１００では、異常放電の発生をほぼ抑制することが可能なことがわかった。
１…プラズマ処理装置
２ａ…プラズマ形成空間
２ｃ…ガス供給空間
１００…シャワープレート
１００ａ…プラズマ形成表面
１００ｂ…ガス供給表面
１０１…ガス流路
１０２…ガス噴出口
１０２ａ…オリフィス
１１０…ホローカソードスリット
１１０Ｄ…深さ寸法
Ｒ０１～Ｒ２０…深度設定領域

Claims (12)

  1. プラズマ処理装置におけるチャンバ内のプラズマ形成空間へ処理ガスを均一に供給するとともにアノード電極に対向して配置されカソード電極となるシャワープレートであって、
    前記アノード電極に対向してプラズマ形成空間に接するプラズマ形成表面と、
    前記プラズマ形成表面の裏面がガス供給空間に接するガス供給表面と、
    前記ガス供給表面から前記プラズマ形成表面へ厚さ方向に連通する複数のガス流路と、
    前記プラズマ形成表面に形成された複数のホローカソードスリットと、
    を有し、
    複数の前記ホローカソードスリットが、前記プラズマ形成表面を覆うとともに互いに交差しない配置とされ、
    前記ホローカソードスリットの内部には、前記ガス流路が開口し前記プラズマ形成表面の全域で処理ガスを均等に供給するガス噴出口が複数配置され、
    前記ガス噴出口は、各前記ホローカソードスリットの長さ方向に沿って一列で形成されるとともに、前記ホローカソードスリットの長さ方向で均等なガス供給可能に配置され、
    前記プラズマ形成表面の中心領域から縁部領域に向かう径方向に沿って分割される深度設定領域毎に、前記厚さ方向の前記ホローカソードスリットの深さが大きくなるように設定され、
    前記深度設定領域の境界と、前記ホローカソードスリットと、が互いに交差しない配置とされる、
    ことを特徴とするシャワープレート。
  2. 平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が全て均一に設定される、
    ことを特徴とする請求項１記載のシャワープレート。
  3. 全ての前記ホローカソードスリットは、平面視して直線状に形成される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  4. 隣接する前記ホローカソードスリットは、長辺が互いに平行に配置される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  5. 前記深度設定領域の境界は、前記ホローカソードスリットの長辺に沿って配置する、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  6. 前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が等しく、かつ、前記プラズマ形成表面が湾曲して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さが設定される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  7. 前記プラズマ形成表面が平面に形成されて、かつ、前記厚さ方向における前記ガス噴出口の位置が変化して形成されて、各前記深度設定領域での前記ホローカソードスリットの深さが設定される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  8. 前記中心領域より前記縁部領域に近接する各前記深度設定領域が周方向に分割された周方向領域を形成し、それぞれの前記周方向領域では全ての前記ホローカソードスリットが平行に同一方向を向いて配置されるとともに、
    前記中心領域では前記ホローカソードスリットが隣接するいずれかの前記周方向領域の前記ホローカソードスリットと平行に同一方向を向いて配置される
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  9. 前記縁部領域内で隣接する前記周方向領域の境界では、互いの領域の前記ホローカソードスリットの端部が前記径方向に互い違いに配置される、
    ことを特徴とする請求項８記載のシャワープレート。
  10. 前記ガス流路には、前記ガス噴出口から前記ガス供給表面に向けてオリフィスが形成され、前記オリフィスは、全ての前記ガス流路で前記厚さ方向の長さが等しく形成される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  11. 平面視して互いに最近接する前記ガス噴出口どうしの距離が、前記プラズマ形成空間を挟むプラズマ形成電極の間の距離よりも小さく設定される、
    ことを特徴とする請求項１または２記載のシャワープレート。
  12. 高周波電源に接続された電極フランジと、
    側壁および底部を有する前記チャンバと、
    前記チャンバと前記電極フランジとの間に配置された絶縁フランジと、
    前記チャンバと前記電極フランジと前記絶縁フランジとから構成されてプラズマ形成空間を有する処理室と、
    前記処理室内に収容され処理面を有する基板が載置されるとともにアノード電極となる支持部と、
    前記電極フランジと対向して離間し前記ガス供給空間を形成するとともに前記支持部と対向して離間しプラズマ形成空間を形成するカソード電極となる請求項１または２記載のシャワープレートと、
    を有する、
    ことを特徴とするプラズマ処理装置。
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