JPWO2011018912A1 - プラズマｃｖｄ装置、プラズマ電極および半導体膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

プラズマＣＶＤ装置４０のプラズマ電極３０を構成するにあたり、プロセスガス導入孔（第２プロセスガス導入孔２１ａ）が設けられた主電極部２１と、主電極部の端部に取り付けられて該主電極部との間にガス拡散空間ＤＳを形成するガスシャワープレート部２３とを設け、ガスシャワープレート部にはプロセスガスを吐出するための複数のガス吐出孔２３ａを形成し、ガス拡散空間内には、プロセスガスが流通するための複数のガス流通孔２５ａを有するガス拡散板２５と、ガス拡散板のガス流通孔を通ってガスシャワープレート部と主電極部とを熱的に接続する複数の伝熱ピラー部２７とを配置し、ガス流通孔の内壁と該ガス流通孔を通る伝熱ピラー部の周面との間には空隙を形成する。

Description

この発明は、薄膜等の成膜に用いられるプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、プラズマ電極およびその装置を用いた半導体膜の製造方法に関する。

プラズマＣＶＤ装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置として広く用いられている。今日では、例えば薄膜シリコン太陽電池の発電層に用いられるシリコン薄膜のような大面積の薄膜を高速で一時に成膜することができるプラズマＣＶＤ装置も開発されている。

例えば特許文献１には、反応ガスを吹出すための複数のガス吹出孔とプラズマの発生を促進するための複数のプラズマ促進孔とが形成されたガス吹出面板をプラズマ電極（対向電極）に設けることで、大面積の薄膜を高速で成膜することを可能にしたプラズマＣＶＤ装置が記載されている。このプラズマＣＶＤ装置では、ガス吹出面板での基板と対向する面に、当該ガス吹出面板を貫通させることなく上記複数のプラズマ促進孔が形成される。

また、特許文献１に記載のプラズマＣＶＤ装置による成膜よりも更に高速で大面積の薄膜を一時に成膜することが可能な方法として、いわゆる「高圧枯渇法」が知られている。この高圧枯渇法はプラズマＣＶＤ法の１つであり、被成膜基板が載置されるステージ部とプラズマ電極との間隔を十ｍｍ前後と狭くしたプラズマＣＶＤ装置により、成膜室（真空容器）内を高圧に保ちながら、かつ原料ガスを枯渇（不足）させながら高周波電界中でプラズマを生成して成膜を行う。

大面積の薄膜をプラズマＣＶＤ法により一時に成膜する際には、使用するプラズマＣＶＤ装置の構造や成膜原理に拘わらず、大形のプラズマ電極が用いられる。プラズマ電極は、成膜時にプラズマからの入熱を受けて昇温するため、当該プラズマ電極が大型化すればするほど成膜時の熱変形量が大きくなる。例えば、被成膜基板側から平面視したときの大きさが１ｍ角のプラズマ電極の温度がプラズマからの入熱により２０℃上昇すると、該プラズマ電極は、一般に、縦方向および横方向にそれぞれ０．４ｍｍ程度熱膨張する。このとき、プラズマ電極の周囲が固定されていたとすると当該プラズマ電極はステージ部側に最大１０ｍｍ程度膨らむこととなり、プラズマ電極とステージ部との間隔が設定値から大きくずれて成膜時のプロセス特性に悪影響を与える。

プラズマ電極の熱変形を抑えるうえからは、プラズマからの入熱をできるだけ外部に放散させることが望まれる。例えば特許文献２のプラズマ電極（シャワーヘッド）におけるように、プロセスガス導入孔が形成された上部プレートと複数のガス通過孔が形成された下部プレートとでガス拡散空間を形成し、複数のガス通過孔が形成された中間プレートをガス拡散空間内に設けると共に、中間プレートと上部プレートとの間および下部プレートと中間プレートとの間にそれぞれ複数の伝熱部材を設ければ、プラズマから下部プレートに伝導した熱が伝熱部材、中間プレート、伝熱部材、上部プレートへと順次伝導して上部プレートから外部に放散されるので、プラズマ電極の熱変形を抑え易くなる。

特開２００２−２３７４６０号公報 特開２００９−１０１０１号公報

しかしながら、特許文献２に具体的に記載されているプラズマ電極（シャワーヘッド）では、中間プレートのガス通過孔と重ならないようにして各伝熱部材が配置されるため、生成されるプラズマの均一性を保ちつつ伝熱部材の径を大きくしたり、伝熱部材の数を増やしたりすることが困難である。結果として、下部プレートから上部プレートへの熱伝導性を高めてプラズマ電極の冷却性能を高めることも困難である。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、大面積の薄膜を高速で安定に成膜することを容易にするプラズマＣＶＤ装置、プラズマ電極および半導体膜の製造方法を得ることを目的とする。

この発明のプラズマＣＶＤ装置は、成膜室と、成膜室に配設された被成膜基板載置用のステージ部と、ステージ部と対向するように成膜室に配設されたプラズマ電極とを備えたプラズマＣＶＤ装置であって、プラズマ電極は、プロセスガス導入孔が設けられた主電極部と、プロセスガスをステージ部側に吐出するための複数のガス吐出孔を有し、主電極部でのステージ部側に取り付けられて主電極部との間にガス拡散空間を形成するガスシャワープレート部と、プロセスガスが流通するための複数のガス流通孔を有し、ガスシャワープレート部と互いに対向するようにガス拡散空間内に配置されたガス拡散板と、ガス拡散空間内に配置され、ガス流通孔を通ってガスシャワープレート部と主電極部とを熱的に接続する複数の伝熱ピラー部とを有し、ガス流通孔の内壁と該ガス流通孔を通る伝熱ピラー部の周面との間には空隙が形成されていることを特徴とする。

この発明のプラズマＣＶＤ装置では、ガス拡散板に形成したガス流通孔に伝熱ピラー部を通しているので、生成されるプラズマの均一性を保ちつつ伝熱ピラー部の径を大きくしたり伝熱ピラー部の数を増やしたりすることが容易である。その結果として、プラズマ電極の冷却性能を高めてその熱変形を抑えることも容易になり、大面積の薄膜を高速で安定に成膜し易くなる。

図１は、この発明のプラズマＣＶＤ装置の実施の形態１を概略的に示す断面図である。 図２は、図１中のプラズマ電極の一部を拡大した拡大図である。 図３は、特許文献２のプラズマ電極（シャワーヘッド）を概略的に示す断面図である。 図４は、本発明に係るプラズマ電極の実施の形態３の概略構成の一部を示す断面図である。 図５は、図４のプラズマ電極の一部を拡大して示す断面図である。 図６は、図５のプラズマ電極を分解して示す断面図である。 図７は、本発明に係るプラズマ電極の実施の形態４の概略構成の一部を示す断面図である。

以下、この発明のプラズマＣＶＤ装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この発明は下記の形態に限定されるものではない。
実施の形態１．

図１は、この発明のプラズマＣＶＤ装置の実施の形態１を概略的に示す断面図であり、図２は、図１中のプラズマ電極の一部を拡大した拡大図である。図１に示すプラズマＣＶＤ装置４０は、成膜室１０と、該成膜室１０内に配置されたステージ部２０およびプラズマ電極３０とを備えた横型の装置であり、プラズマ電極３０からステージ部２０側に吐出したプロセスガスをプラズマ電極３０とステージ部２０との間に形成した高周波電界によりプラズマ化して、ステージ部２０上に載置されたガラス基板等の被成膜基板５０上に薄膜を形成する。

図１に示すように、上記の成膜室１０は、プロセスガスを当該成膜室１０内に導入するための第１プロセスガス導入孔１ａが形成された天板部１と、該天板部１の下面側に高周波絶縁部材３を介して配置された中空の胴部５と、該胴部５での下端側を閉塞する底板部７と、胴部５の外周に取り付けられて該胴部５の排気口５ａに連通する排気口９ａが設けられた管状の排気管接続部９とを有する箱状体である。図示を省略しているが、天板部１の周囲には、該天板部１に印加される高周波が外部に漏洩しないようにシールド部材が配置されている。また、ステージ部２０は底板部７上に設けられており、成膜時には、当該ステージ部２０上に被成膜基板５０が載置されると共に当該ステージ部２０が接地される。

プラズマ電極３０は、第２プロセスガス導入孔２１ａが設けられた主電極部２１と、該主電極部２１との間にガス拡散空間ＤＳを形成するガスシャワープレート部２３と、ガス拡散空間ＤＳ内に配置されたガス拡散板２５および複数の伝熱ピラー部２７とを有し、ステージ部２０の上面から所定の間隔をあけて成膜室１０での天板部１側に配置されている。プラズマ電極３０とステージ部２０との間隔は、成膜条件に応じて例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ程度とされる。

上記の主電極部２１は、ステージ部２０側が開口した箱状体であり、該主電極部２１での天側には第２プロセスガス導入孔２１ａが設けられている。この主電極部２１は、第２プロセスガス導入孔２１ａが第１プロセスガス導入孔１ａと互いに連通するようにして天板部１の下面に取り付けられ、天板部１を介してプロセスガスおよび高周波電力の供給を受ける。また、主電極部２１での天部内には、水等の冷媒を流して当該主電極部２１を冷却するための流路２１ｂが形成されている。

図１および図２に示すように、ガスシャワープレート部２３は、プロセスガスをステージ部２０側に吐出するための複数のガス吐出孔２３ａを有する平板状の部材であり、各ガス吐出孔２３ａの配置は、プラズマ電極３０からステージ部２０側にプロセスガスを均一に吐出することができるように選定されている。このガスシャワープレート部２３は、主電極部２１でのステージ部２０側の端部、具体的には主電極部２１の側壁部の下端および各伝熱ピラー部２７の下端に、例えばネジ等の固定具Ｓ₁（図２参照）により取り付けられる。主電極部２１の内側の天面とガスシャワープレート部２３の上面との間の空間がガス拡散空間ＤＳとなる。

ガス拡散板２５は、プロセスガスが流通するための複数のガス流通孔２５ａと、複数の固定用ピラー部２５ｂとを有する板状部材であり、ガスシャワープレート部２３から間隔をあけて、かつ該ガスシャワープレート部２３と互いに対向するようにしてガス拡散空間ＤＳ内に配置されている。各ガス流通孔２５ａは、ガスシャワープレート部２３のガス吐出孔２３ａと平面視上重ならないように、その配設位置が選定されている。このガス拡散板２５は、例えば、ガスシャワープレート部２３側から固定用ピラー部２５ｂに挿入されたネジ等の固定具Ｓ₂（図２参照）により主電極部２１に固定される。

ガス拡散空間ＤＳ内にガス拡散板２５を設けることにより、第１プロセスガス導入孔１ａおよび第２プロセスガス導入孔２１ａを通ってガス拡散空間ＤＳ内に導入されたプロセスガスを当該ガス拡散空間ＤＳ内で均一に拡散させ易くなる。また、各ガス流通孔２５ａをガス吐出孔２３ａと平面視上重ならないように配置することにより、プロセスガスをプラズマ電極３０から成膜室１０内に均一に吐出させ易くなる。結果として、成膜時にプラズマ電極３０と被成膜基板５０との間の空間に生成されるプラズマの均一性を高め易くなる。プラズマ電極３０内でのプロセスガスの流れ方向を、一部、図２中に破線の矢印Ａで示してある。

各伝熱ピラー部２７は、主電極部２１での天部からガスシャワープレート部２３側に向けて突設されており、個々の伝熱ピラー部２７はガス流通孔２５ａを通ってガスシャワープレート部２３に達し、ガスシャワープレート部２３と主電極部２１とを熱的に接続する。プロセスガスが流通できるように、ガス流通孔２５ａの内壁と該ガス流通孔２５ａを通る伝熱ピラー部２７の周面との間には空隙が形成されている。図示の例では、主電極部２１と各伝熱ピラー部２７とが１つの材料から一体成形されている。

プラズマ電極部３０を構成する主電極部２１、ガスシャワープレート部２３、ガス拡散板２５、および伝熱ピラー部２７の各々は、一般にはアルミニウムにより作製されるが、熱伝導性、電気伝導性、機械的強度等を考慮して他の金属材料、合金材料、複合金属材料等により作製することも可能である。

上述した構成を有するプラズマＣＶＤ装置４０の使用時には、天板部１が電源配線５５（図１参照）および高周波整合器（インピーダンス整合器；図示せず）を介して高周波電源６０（図１参照）に接続されて、該高周波電源６０から高周波電力の供給を受ける。天板部１に供給された高周波電力は、該天板部１からプラズマ電極３０へ伝導し、該プラズマ電極３０からステージ部２０および該ステージ部２０上に載置された被成膜基板５０へと伝導する。プラズマ電極３０とステージ部２０および被成膜基板５０との間の空間には、高周波電界が形成される。また、プラズマＣＶＤ装置４０の使用時には、主電極部２１中の流路２１ｂに水等の冷媒が流される。

そして、プラズマＣＶＤ装置４０の使用時には、プロセスガス供給源（図示せず）と第１プロセスガス導入孔１ａとがプロセスガス供給管（図示せず）を介して互いに接続されてプラズマ電極３０にプロセスガスが供給される一方で、排気管接続部９に排気管を介して排気ポンプ（図示せず）が接続されて成膜室１０内が所望の圧力に調整される。

被成膜基板５０上にシリコン薄膜を成膜するときには、例えば、シリコン源としてのモノシラン（ＳｉＨ₄）ガスとキャリアガスとしての水素（Ｈ₂）ガスとの混合ガスがプロセスガスとして用いられる。プロセスガスは、第１プロセスガス導入孔１ａから第２プロセスガス導入孔２１ａを通ってプラズマ電極３０内に導入された後、ガスシャワープレート部２３の各ガス吐出孔２３ａからステージ部２０側に吐出されて、上記の高周波電界中でプラズマ化される。このプラズマ化によりＳｉＨ₃，ＳｉＨ₂，ＳｉＨ，Ｓｉ，Ｈ等の活性種が生成され、これらの活性種が被成膜基板５０に入射して該被成膜基板５０上に非晶質あるいは微結晶のシリコンが堆積する。結果として、被成膜基板５０上に非晶質あるいは微結晶のシリコン薄膜が成膜される。

成膜を行っている間、プラズマ電極３０の主電極部２１はプラズマからの入熱を受けるが、流路２１ｂを流れる冷媒により当該主電極部２１が冷却されることから、主電極部２１では熱変形が抑えられる。また、ガスシャワープレート部２３もプラズマからの入熱を受けるが、プラズマから当該ガスシャワープレート部２３に伝導した熱は各伝熱ピラー部２７から主電極部２１へと伝導するので、ガスシャワープレート部２３でも熱変形が抑えられる。成膜時におけるプラズマ電極３０での熱の伝導方向を、一部、図２中に一点鎖線の矢印Ｂで示してある。

成膜時におけるプラズマ電極３０の熱変形が上述のようにして抑えられるプラズマＣＶＤ装置４０では、ガス拡散板２５に形成したガス流通孔２５ａに伝熱ピラー部２７を通しているので、ガス流通孔２５ａを通らないようにして伝熱ピラー部を設ける場合に比べて、生成されるプラズマの均一性を保ちつつ伝熱ピラー部２７の径を大きくしたり、伝熱ピラー部２７の数を増やしたりすることが容易である。この点について、図３を参照して具体的に説明する。

図３は、特許文献２のプラズマ電極（シャワーヘッド）を概略的に示す断面図である。同図に示すプラズマ電極１３０は、プロセスガス導入孔１２１ａが設けられた上部プレート１２１と、上部プレート１２１の端部に取り付けられて該上部プレート１２１との間にガス拡散空間ＤＳを形成する下部プレート１２３と、ガス拡散空間ＤＳ内に配置された中間プレート１２５と、下部プレート１２３の下面に取り付けられたカバー部材１２７とを有している。また、中間プレート１２５と上部プレート１２１との間に配置された複数の伝熱部材１２９ａ、および中間プレート１２５と下部プレート１２３との間に配置された複数の伝熱部材１２９ｂも有している。下部プレート１２３には、プロセスガスが流通するための複数のガス通過孔１２３ａが設けられており、中間プレート１２５にはプロセスガスが流通するための複数のガス通過孔１２５ａが設けられている。また、カバー部材１２７には、プロセスガスを吐出するための複数のガス吐出孔１２７ａが設けられている。

上述のように構成されたプラズマ電極１３０では、中間プレート１２５のガス通過孔１２５ａと伝熱部材１２９ａ，１２９ｂとが重なるとプロセスガスを均一に吐出することが困難になり、生成されるプラズマの均一性が低下する。このため各伝熱部材１２９ａ，１２９ｂは、ガス通過孔１２５ａと重ならないようにして配置される。このため、プラズマ電極１３０では設計の自由度が比較的低く、伝熱部材１２９ａ，１２９ｂの径を大きくしたり、伝熱部材１２９ａ，１２９ｂの数を増やしたりし難い。

これに対し、図１に示したプラズマＣＶＤ装置４０のプラズマ電極３０では、前述のようにガス流通孔２５ａに伝熱ピラー部２７を通しているので、生成されるプラズマの均一性を保ちつつ伝熱ピラー部２７の径を大きくしたり、伝熱ピラー部２７の数を増やしたりすることが容易である。

その結果として、プラズマＣＶＤ装置４０では、大面積の薄膜を一時に成膜するためにプラズマ電極３０を大形化したときでも、伝熱ピラー部２７の径を大きくしたり、伝熱ピラー部２７の数を増やしたりすることで当該プラズマ電極３０の冷却性能を高めて、成膜時の熱変形を抑えることが容易である。したがって、大面積の薄膜を高速で安定に成膜することが容易になる。例えば、プラズマ電極３０をその平面視上の大きさが１．１ｍ×１．４ｍ程度となるように大形化しても、１．１ｍ×１．４ｍ程度の被成膜面を有する被成膜基板にシリコン薄膜等の薄膜を高速で安定に成膜することが容易になる。また、歩留りの向上を図ることも容易になる。
実施の形態２．

本実施の形態では、図１に示す装置を用いてシランガス（ＳｉＨ_４）と水素ガス（Ｈ_２）を用いて、ガラス基板上に微結晶シリコン膜を堆積させた例について説明する。ここで用いたプラズマＣＶＤ装置のプラズマ電極３０は、平面視上１．２ｍ×１．５ｍの大きさである。また、伝熱ピラー部２７は直径が１５ｍｍのものを、ガス拡散空間ＤＳにピッチ４０ｍｍで配置した。

真空排気した成膜室１０内のステージ部２０に１４００ｍｍ×１１００ｍｍのガラス基板７（厚み：４ｍｍ）を設置し、図示しないヒーターにより基板温度を２００℃にまで昇温した。次に、ガスシャワープレート部２３とガラス基板との間隔が５ｍｍになるようにステージ部２０を設定した。

この状態で、第１プロセスガス導入孔１ａにＳｉＨ_４ガスとＨ_２ガスをそれぞれ１ｓｌｍと５０ｓｌｍの流量で供給した。供給されたプロセスガスはガス拡散空間ＤＳに導入され、ガス流通孔２５ａを経由してガスシャワープレート部２３のガス吐出孔２３ａから成膜室１０内に供給される。

次に、成膜室１０内のガス圧力が１０００Ｐａとなるよう、排気口５ａから図示しない排気ポンプで排気した。ガス圧力が安定した後、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を給電してプラズマ電極３０とガラス基板間にＳｉＨ_４／Ｈ_２混合プラズマを発生した。高周波電力は、１２ｋＷ（電力密度＝約０．６７Ｗ／ｃｍ^２）給電して５０分間成膜を行った。

この条件で成膜を行うと、膜厚２μｍ、膜厚の面内均一性±８％でシリコン薄膜が堆積され、実用的な大面積の基板サイズで均一な成膜が可能になった。また、ラマン分光法によって測定される４８０ｃｍ^−１における非晶質シリコンのピークＩ_ａに対する５２０ｃｍ^−１における結晶シリコンのピークＩ_ｃの強度比Ｉ_ｃ／Ｉ_ａの平均値は７．４、面内均一性は±１０％であり、良好な微結晶シリコン薄膜を均一に得ることができた。

ここで成膜を行っている状態でのガスシャワープレート２３の温度上昇を、ガスシャワープレート２３の裏面側すなわち、ガス拡散空間ＤＳ側から光ファイバ温度計を用いて計測した。その結果、冷媒の流路２１ｂに流す冷媒の温度を２０度に設定した場合、シャワープレート裏面温度は３３度まで上昇し平衡に達した。成膜中の上昇温度は１３度であり、本実施形態の方法によりガスシャワープレート２３の冷却に必要な伝熱ピラー部２７の直径および本数を最適化することで十分冷却できていることがわかる。

また、上述の微結晶シリコン薄膜の膜厚および膜質の均一性が得られるのは、本実施形態の方法により均一性を確保するに必要なガス吐出孔２３ａの最適配置と、ガスシャワープレート２３の冷却に必要な伝熱ピラー部２７の構成の最適化が同時に容易に行えるからである。

上記のようなプラズマＣＶＤ装置をシリコンなどの半導体膜の製造に用いるので、ガスシャワープレート部２３とガラス基板との間隔が１０ｍｍ以下の狭い条件で成膜した際の膜の面内均一性が良好となる。また、ガスシャワープレート部２３表面で高周波電力の平均密度が０．５Ｗ／平方ｃｍ以上となるように大電力を投入して成膜する条件でもガスシャワープレート部２３の変形が小さく膜の面内均一性が良好となる。これにより、面積が１平方ｍ以上、たとえば１辺が１ｍ以上の大型基板の上に均一性に優れた半導体膜を高速に成膜することができるようになり生産性が優れる。
実施の形態３．

図４は、本発明に係るプラズマ電極の実施の形態３の概略構成の一部を示す断面図、図５は、図４のプラズマ電極の一部を拡大して示す断面図、図６は、図５のプラズマ電極を分解して示す断面図である。図４〜図６において、この実施の形態３は、伝熱ピラー部２７とガスシャワープレート部２３とを固定する固定具Ｓ₁´をシャワープレート面（プラズマ発生させる側の面）よりも沈み込むよう取り付けて、その上にふた（カバー）Ｆ₁を取り付けてシャワープレート面をほぼ平坦とした構造である。

ガスシャワープレート部２３は交換容易とするために、ステージ部２０側（プラズマ面側）から締緩可能な固定具Ｓ₁´（ネジやボルト）によって伝熱ピラー部２７に取り付ける。

固定具Ｓ₁´がガスシャワープレート部２３の表面から突出しないように、ガスシャワープレート部２３にザグリ７０付きの貫通穴７１を設けて、プラズマ面側から頭付きのネジである固定具Ｓ₁´を差し込み、裏面側の伝熱ピラー部２７のネジ穴７２に差し込んでネジを締め付ける。良好な熱伝導を得るために、伝熱ピラー部２７ごとにネジで十分に締結して各伝熱ピラー部２７とガスシャワープレート部２３とを密着させる。

実施の形態１では、ガスシャワープレート部２３をネジにより伝熱ピラー部２７に取り付けた。この実施の形態１では、図２に示すように、頭の先端が平坦な皿ネジ（ｆｌａｔ ｃｏｕｎｔｅｒｓｕｎｋ ｓｃｒｅｗ）である固定具Ｓ₁と、皿ザグリ穴（ｃｏｕｎｔｅｒｓｕｎｋ ｈｏｌｅ）との組み合わせで、ネジの頭がガスシャワープレート部２３のプラズマ面側と概ね一致させてガスシャワープレート部２３を略平坦とした。

しかしながら、ネジにはドライバで回転させて取り付けるための＋や−の窪みが施してある。メーターサイズの基板を成膜するＣＶＤ装置のガスシャワープレート部２３を伝熱ピラー部２７に固定するネジはＭ５程度の大きさが用いられるので、一般的には上記窪み部の深さは通常〜２ｍｍとなり以下の不具合が生じる。

十分に力をかけて締結するにはネジの頭に締結工具の先端と噛み合わせるのに、ある程度大きなプラスや六角の穴やマイナスの溝が必要であり、この窪み部の深さを浅くすることは難しい。

前述したように高圧枯渇法プロセスでは、被成膜基板が載置されるステージ部２０とプラズマ電極３０との間隔を十ｍｍ前後と狭く設定される。その結果、設定したガスシャワープレート部２３とステージ部２０の間隔に対する前記ネジの窪み量は数十％になることから、プラズマと接するプラズマ電極面が平坦にならず凹凸を生じることになる。そのためステージ部２０から見たプラズマ電極３０までの実質的な距離はガスシャワープレート部２３面内でばらつきが生じる。この凹凸はプラズマ生成に影響を与え、ネジのある所と無い所で例えばプラズマ密度が増減しバラツクことになる。

この問題を解消するには、図４〜図６に示すように伝熱ピラー部２７にガスシャワープレート部２３を固定する固定具Ｓ₁´を、シャワープレート面より沈めて取り付ける。ネジである固定具Ｓ₁´を沈めて取り付けるにはガスシャワープレート部２３にザグリ７０を設ける。このネジである固定具Ｓ₁´を取り付けた後は、ふたＦ₁をザグリ７０に取り付ける。この場合、ザグリ７０の深さはふたＦ₁の厚みと同じにしてシャワープレート面とで凹凸が生じないようにする。ふたＦ₁はガスシャワープレート部２３に設けたネジで取り付ける。フタＦ₁の取り付け固定は特に強度が必要でないが、ふたＦ₁に１ｍｍ以下の僅かな窪み７３を設けると、ふたＦ₁をガスシャワープレート部２３に確実にねじ込んで装着することができる。

このふたＦ₁はガスシャワープレート部２３と伝熱ピラー部２７とを締結する固定具Ｓ₁´とは異なり、強い力で締結する必要がないので、ふたＦ₁を脱着する際に用いるネジ穴や溝は僅かな窪み７３のようにごく小さくできる。表面の摩擦力で回転させて脱着が可能ならば、窪み７３は無くても構わない。ふたＦ₁の材質は特に規定しないが、ガスシャワープレート部２３と同材料が望ましい。

以上の構成により、ガスシャワープレート部２３と伝熱ピラー部２７とを十分な力で締結できるとともに、ガスシャワープレート部２３のプラズマと接する表面は凹凸の無い平坦な面が得られるのでプラズマの均一性が向上する。

また、図２のように、固定具Ｓ₁の頭がプラズマ面に露出する場合は、固定具Ｓ₁の材質をガスシャワープレート部２３と同じにすることが望ましいが、本実施の形態３では固定具Ｓ₁´の頭が完全に隠れてしまうので、ガスシャワープレート部２３と異なる材質を使用しても問題ない。

例えば、ガスシャワープレート部２３がアルミニウムやその合金などからなる場合に、それらよりも硬質のステンレスや銅合金のネジを使用することが可能である。その場合、伝熱ピラー部２７側のネジ穴７２には、例えばステンレスや銅合金などからなるインサートネジ（ｓｃｒｅｗ ｔｈｒｅａｄ ｉｎｓｅｒｔ）、たとえばヘリカルインサート（Ｈｅｌｉｃａｌ ｉｎｓｅｒｔ）を挿入しておくとさらによい。硬質なネジやネジ穴によって強固な締結を繰り返しても、ネジの破損が少なくなる。

また、ネジの締緩を容易とするために、ネジ溝に固体潤滑剤等（たとえば二硫化モリブデンなど）の被膜が形成されていてもよい。ガスシャワープレート部２３の交換作業が容易となり、ふたＦ₁があるので、これらの固体潤滑剤がネジ溝から成膜室１０内に入って汚染することも防止できる。
実施の形態４．

上述した実施の形態では、ガスシャワープレート部２３をネジにより伝熱ピラー部２７に取り付ける方法について説明したが、ナットで取り付けてもよい。図７は、本発明に係るプラズマ電極の実施の形態４の概略構成の一部を示す断面図である。図７において、伝熱ピラー部２７には、ガスシャワープレート部２３が取り付けられる側の端部にネジ８１を施している。ガスシャワープレート部２３の取り付け固定は、ネジ８１にナット８２を締め付けて行う。ナット８２を取り付けたら、前述と同様にふたＦ_２を取り付ける。この場合、ガスシャワープレート部２３のステージ側の表面には、ナット８２とふたＦ_２が入るザグリ８３を設け、ザグリ８３の深さはふたＦ_２の表面がガスシャワープレート部２３表面と同一面になり凹凸が生じないようにする。

以上、この発明のプラズマＣＶＤ装置について実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば、伝熱ピラー部を１つの材料から主電極部と一体成形するか否かは適宜選定可能である。伝熱ピラー部のない主電極部または該主電極部の天部と伝熱ピラー部とを別体に作製した後、例えば、ネジ等の固定具により個々の伝熱ピラー部を主電極部の天部に取り付けてもよい。

ただし、冷却性能の高いプラズマ電極を得るという観点からは、１つの材料から各伝熱ピラー部と主電極部とを一体に成形した方が好ましい。各伝熱ピラー部を１つの材料から主電極部と一体に成形すると、伝熱ピラー部と主電極部との間に接触界面がなくなるので、接触界面での熱伝導の低下がなくなり、冷却性能の高いプラズマ電極を得易くなる。伝熱ピラー部の数とガス拡散板でのガス流通孔の数は、同数としてもよいし、ガス流通孔の数を伝熱ピラー部の数より多くしてもよい。

プラズマ電極を構成する主電極部およびガスシャワープレート部それぞれの形状は、これら主電極部とガスシャワープレート部との間にガス拡散空間を形成することができる形状であればよく、いずれか一方を箱状体とし、他方を平板状とする他に、両方を箱状体とすることもできる。また、主電極部の天部に成膜室の天板部としての機能を兼ねさせることもできる。すなわち、主電極部の天部を成膜室の天板部としてプラズマＣＶＤ装置を構成することも可能である。

この発明のプラズマＣＶＤ装置は、横型および縦型のいずれであってもよく、どちらの型にするかは当該プラズマＣＶＤ装置の用途等に応じて適宜選択可能である。この発明については、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。

この発明のプラズマＣＶＤ装置は、シリコン薄膜等の薄膜を成膜するための装置として、特に大面積の薄膜を高速で一時に成膜するための装置として好適である。

１ 天板部
１ａ 第１プロセスガス導入孔
３ 高周波絶縁部材
５ 胴部
５ａ 排気口
７ 底板部
９ 排気管接続部
ＤＳ ガス拡散空間
１０ 成膜室
２０ ステージ部
２１ 主電極部
２１ａ 第２プロセスガス導入孔
２１ｂ 冷媒の流路
２３ ガスシャワープレート部
２３ａ ガス吐出孔
２５ ガス拡散板
２５ａ ガス流通孔
２７ 伝熱ピラー部
３０ プラズマ電極
４０ プラズマＣＶＤ装置
５０ 被成膜基板
６０ 高周波電源
Ｓ₁、Ｓ₁´、Ｓ_２ 固定具
Ｆ₁、Ｆ_２ ふた
７０、８３ ザグリ
７１、８４ 貫通穴
７２ ネジ穴
７３ 窪み
８１ ネジ
８２ ナット

Claims (7)

1. 成膜室と、該成膜室に配設された被成膜基板載置用のステージ部と、該ステージ部と対向するように前記成膜室に配設されたプラズマ電極とを備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
   前記プラズマ電極は、
   プロセスガス導入孔が設けられた主電極部と、
   プロセスガスを前記ステージ部側に吐出するための複数のガス吐出孔を有し、前記主電極部での前記ステージ部側に取り付けられて該主電極部との間にガス拡散空間を形成するガスシャワープレート部と、
   前記プロセスガスが流通するための複数のガス流通孔を有し、前記ガスシャワープレート部と互いに対向するように前記ガス拡散空間内に配置されたガス拡散板と、
   前記ガス拡散空間内に配置され、ガス流通孔を通って前記ガスシャワープレート部と前記主電極部とを熱的に接続する複数の伝熱ピラー部と、
   を有し、前記ガス流通孔の内壁と該ガス流通孔を通る前記伝熱ピラー部の周面との間には空隙が形成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 前記主電極部と前記伝熱ピラー部とは、１つの材料から一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
3. 前記主電極部の内部には、冷媒を流して該主電極部を冷却するための流路が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
4. 前記伝熱ピラーとシャワープレートはネジで固定され、前記ネジはシャワープレートのステージ側表面に設けたザグリに沈めて取り付け且つ、前記ザグリにふたを設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
5. プロセスガス導入孔が設けられた主電極部と、
   前記主電極部との間にガス拡散空間が形成されるように前記主電極部に対向配置され、前記プロセスガス導入孔を介して前記ガス拡散空間に流入したプロセスガスを吐出する複数のガス吐出孔が設けられたガスシャワープレート部と、
   前記ガスシャワープレート部と対向するように前記ガス拡散空間内に配置され、前記プロセスガスを流通させる複数のガス流通孔が設けられたガス拡散板と、
   前記ガス流通孔を通して前記ガスシャワープレート部と前記主電極部とを熱的に接続し、前記ガス流通孔との間に隙間が空けられた複数の伝熱ピラー部とを備えることを特徴とするプラズマ電極。
6. 前記ガス流通孔と前記隙間とは平面視上互いに重ならないように配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ電極。
7. 請求項１から４のいずれか1項に記載のプラズマＣＶＤ装置を用いた半導体膜の製造方法であって、
   前記ガスシャワープレート部と基板との間隔を１０ｍｍ以下となるように前記ステージ部に基板を載置してシリコン薄膜を前記基板上に堆積することを特徴とする半導体膜の製造方法。

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