WO2010143327A1 - プラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

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shower plate
cvd apparatus
plasma
electrode
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Inventor
村上浩二
岸本克史
一色和彦
横川政弘
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シャープ株式会社
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    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32532—Electrodes
    • H01J37/3255—Material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
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    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma
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    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature

Definitions

  • the present invention relates to a plasma CVD apparatus for processing a substrate by converting a processing gas into plasma.
  • Patent Document 1 discloses a plasma CVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition) apparatus for forming a thin film on a substrate.
  • the plasma CVD apparatus of Patent Document 1 includes a cathode electrode connected to a high-frequency power source and a susceptor (anode electrode) that supports the substrate so as to face the cathode electrode.
  • the cathode electrode is also connected to a gas introduction system and serves as a processing gas supply member.
  • a processing gas is supplied from a gas introduction system to a processing chamber via a cathode electrode and a high frequency voltage is applied to both electrodes, plasma generated between the cathode electrode and the anode electrode is processed.
  • the gas is activated, and the activated processing gas reaches the substrate on the anode electrode to form a thin film.
  • Patent Document 2 discloses a plasma processing apparatus having a multi-electrode structure.
  • a plurality of cathode-anode electrode pairs each composed of a cathode electrode and an anode electrode are arranged in one chamber.
  • the thin film material adheres not only to the target substrate but also to the surface of the cathode electrode when the thin film is formed.
  • the deposited thin film material accumulates, it peels off from the surface of the cathode electrode, and falls on the surface of the substrate to cause a defective product.
  • dry cleaning is generally used. In dry cleaning, a cleaning gas is introduced into a processing chamber and activated by plasma, as in the case of thin film formation, so that the thin film material attached to the cathode electrode is removed by plasma etching.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2008-189964 (published on August 21, 2008)” Japanese Patent Publication “Japanese Patent Laid-Open No. 2006-120926 (published May 11, 2006)”
  • the cathode electrode and the anode electrode expose the surfaces facing each other and the surfaces opposite to the surfaces, that is, the front and back surfaces, in the gas phase in the processing chamber.
  • the cathode electrode is likely to be warped or distorted, which causes variations in the characteristics of the film to be formed. There is a problem of end.
  • an unnecessary deposited film deposited in a processing chamber (for example, an electrode or the like) is removed by dry cleaning using, for example, a fluorine-based gas plasma.
  • a fluorine-based gas plasma When plasma is applied at a high output during film formation, film quality generally deteriorates.
  • a thin film is not deposited at the time of dry cleaning, there is no problem with the film quality, and it is desirable to apply plasma with a high output to increase the processing capability. For this reason, the temperature rise of the electrode due to the heat of plasma becomes larger during dry cleaning than during film formation. Therefore, at the time of dry cleaning, the problem that the entire cathode electrode is warped due to the thermal stress due to the temperature rise, and the problem of local distortion are likely to occur.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma CVD processing apparatus capable of stably performing thin film formation and dry cleaning by suppressing warping or distortion of electrodes. It is in.
  • the shower plate facing the plasma generation region is easily affected by the heat of the plasma, while the backing plate, that is, the support plate, is not in contact with the discharge surface. It is susceptible to controlled temperature at the anode electrode. Therefore, in the cathode electrode, a temperature difference is generated between the shower plate and the backing plate.
  • the present inventors considered that the expansion amount of the shower plate and the backing plate was different due to this temperature difference, which caused warpage of the cathode electrode.
  • the present inventors dry-clean the plasma CVD apparatus
  • the high frequency power is set to a high power setting
  • the temperature on the shower plate side is further increased by the high power plasma, and the temperature between the shower plate and the backing plate is increased. It has been found that a temperature difference occurs particularly. Furthermore, it has been found that the temperature difference is more caused in the vicinity of the inlet of the cleaning gas to the cathode electrode due to the influence of the temperature of the introduced gas, and the cathode electrode is considered to be locally distorted.
  • the present inventors have found that the warpage and distortion can be suppressed by suppressing the temperature difference between the shower plate and the backing plate, and have completed the present invention.
  • the electrodes constituting the electrode pair are such that the surfaces facing each other and the opposite surfaces, that is, the front and back surfaces, are exposed to a gas phase meaning a processing gas atmosphere or a vacuum atmosphere in the processing chamber, and are opposed to each other in the processing chamber. Are arranged. Further, the high-frequency power is applied to the electrodes, and the processing gas released into the processing chamber is converted into plasma between the electrodes.
  • At least one of the electrodes has a buffer chamber for supplying the processing gas to the processing chamber by a support plate, also called a backing plate, and a shower plate having a plurality of through holes for supplying gas into the processing chamber.
  • the electrode is connected to, for example, a gas supply system, and the processing gas supplied from the gas supply system is discharged into the processing chamber through the buffer chamber and a plurality of holes formed in the shower plate.
  • the support plate and the shower plate are connected by at least one intermediate fastening portion.
  • the electrode constituting the buffer chamber may be a cathode electrode, an anode electrode, or both electrodes in the electrode pair.
  • the shower plate faces the plasma generation region, and the support plate is arranged on the opposite side across the buffer chamber. For this reason, during the thin film processing in the plasma CVD apparatus, the heat of the plasma is first transmitted to the shower plate. At this time, since the shower plate and the support plate are connected by the intermediate fastening portion, the heat transmitted to the shower plate is transmitted to the support plate via the intermediate fastening portion. Therefore, it is suppressed that a temperature difference arises between a shower plate and a support plate.
  • intermediate fastening portion there may be only one intermediate fastening portion, it is preferable to form a plurality of intermediate fastening portions from the viewpoint of the amount and uniformity of heat conduction because the number of heat conduction portions increases.
  • the difference in the expansion amount due to the temperature difference between the shower plate and the support plate can be suppressed, and the warpage and distortion of the electrodes constituting the buffer chamber in the electrode pair can be prevented. Therefore, it is possible to provide a plasma CVD apparatus that can stably perform thin film formation and dry cleaning.
  • At least one electrode constituting the buffer chamber is constituted by a support plate and a shower plate, and the shower plate and the support plate are connected by at least one intermediate fastening portion. Therefore, it is possible to provide a plasma CVD apparatus capable of efficiently conducting heat through the intermediate fastening portion and stably performing thin film processing and dry cleaning.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows schematically the plasma CVD apparatus which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows schematically the plasma CVD apparatus which concerns on other embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows schematically the plasma CVD apparatus which concerns on other embodiment of this invention. It is a disassembled perspective view which shows the shower plate of a cathode electrode partially.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an overall configuration of a cathode electrode, where (a) shows a cross-sectional view taken along arrow B-B ′, and (b) shows a cross-sectional view taken along arrow C-C ′. It is sectional drawing which shows a cathode electrode partially, (a) shows an intermediate
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma CVD apparatus 100.
  • a sealable processing container (processing chamber) 103 that accommodates a substrate as an object to be processed, and a cathode that is arranged in the processing container 103 and includes a cathode electrode 101 and an anode electrode 102. And an anode electrode pair.
  • the processing vessel 103 is made of, for example, stainless steel, and has a configuration that can be evacuated.
  • the inner wall surface of the processing container 103 is covered with a protective film such as alumina, and the processing container 103 is electrically grounded.
  • An exhaust pipe (not shown) is provided at the bottom of the processing vessel 103, and an exhaust device such as a vacuum pump is connected to the end of the exhaust pipe.
  • the exhaust device can appropriately depressurize the atmosphere in the processing container 103, and can be set to, for example, 10 Pa or more and 6000 Pa or less.
  • each of the cathode electrode 101 and the anode electrode 102 has a plate shape and is disposed so as to face each other.
  • a substrate is disposed between the cathode electrode 101 and the anode electrode 102.
  • the substrate is not particularly limited as long as the plasma CVD apparatus 100 is an object to be processed, and examples thereof include a glass substrate.
  • the anode electrode 102 serves as a mounting table for mounting the substrate thereon, and is disposed below the paired cathode electrodes 101.
  • the anode electrode 102 is made of a material having conductivity and heat resistance, such as stainless steel, aluminum alloy, and carbon.
  • the dimension of the anode electrode 102 may be designed to an appropriate value in accordance with the dimension of the substrate.
  • the anode electrode 102 incorporates temperature stabilizing means such as a heater and a cooling facility, and the temperature is controlled to room temperature (for example, 25 ° C.) to 300 ° C. by the temperature stabilizing means. For this reason, on the substrate on the anode electrode 102, the temperature rise due to the heat of the generated plasma is controlled, and the film is formed at a uniform temperature.
  • temperature stabilizing means such as a heater and a cooling facility
  • the cathode electrode 101 is disposed on the upper side of the paired anode electrode 102 and is made of a material such as stainless steel or aluminum alloy.
  • the dimensions of the cathode electrode 101 may be designed to an appropriate value in accordance with the dimensions of the substrate, similarly to the anode electrode 102.
  • the cathode electrode 101 is connected to an external plasma excitation power source 106.
  • an RF power source having an output of RF 1 MHz to 60 MHz and a power density of 20 ⁇ 10 ⁇ 6 W / mm 2 to 5000 ⁇ 10 ⁇ 6 W / mm 2 according to the dimensions of the substrate is used.
  • the cathode electrode 101 is connected to a gas supply system (not shown) that supplies a processing gas.
  • a processing gas for example, monosilane (SiH 4 ) gas or the like can be used.
  • the processing gas introduced into the cathode electrode 101 from the gas supply system is supplied into the processing container 103 from the bottom surface of the cathode electrode 101 toward the substrate on the anode electrode 102.
  • each of the cathode electrode 101 and the anode electrode 102 is supported at both ends by support portions (not shown). Therefore, the cathode electrode 101 and the anode electrode 102 have a structure in which the surfaces facing each other and the opposite surface are exposed to the gas phase in the processing vessel 103.
  • the shower plate 2 is formed with a plurality of holes 9 through which the buffer chamber 4 and the processing container 103 penetrate vertically.
  • the processing gas supplied to the buffer chamber 4 is supplied into the processing container 103 through the holes 9.
  • this embodiment can provide the plasma CVD apparatus 100 that can stably perform the film forming process and the dry cleaning.
  • the electrode constituting the buffer chamber is preferably a cathode electrode.
  • the amount of deformation means the amount of deformation in the direction of the opposing anode electrode, that is, the change in the gap between the cathodes.
  • Example 1 the film thickness uniformity in the substrate surface was improved as compared with Example 2, and good results were obtained. Therefore, it was found that according to Example 1 in which the deformation amount of the cathode electrode is smaller than that of Example 2, the film thickness can be deposited more uniformly.
  • the present invention can be used as a plasma CVD apparatus for forming a thin film, for example.

Abstract

　処理ガスをプラズマ化して基板を処理するプラズマＣＶＤ装置（１００）は、基板を収容する処理容器（１０３）と、処理容器（１０３）内に配置された複数組のカソード電極（１０１）およびアノード電極（１０２）とを備えている。カソード電極（１０１）は、バッキングプレート（３）およびシャワープレート（２）から構成される。シャワープレート（２）には、バッキングプレート（３）と接する中間締結部（６）が形成されている。このため、シャワープレート（２）に加えられたプラズマの熱は、中間締結部（６）を介してバッキングプレート（３）に伝達され、カソード電極（１０１）の温度の均一性は向上する。よって、カソード電極（１０１）の反りや歪みは防止される。

Description

プラズマＣＶＤ装置
　本発明は、処理ガスをプラズマ化して基板を処理するプラズマＣＶＤ装置に関する。
　従来、成膜処理やエッチング処理において、例えばマイクロ波や高周波を用いたプラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）が使用されている。
　例えば、特許文献１には、基板に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）装置が開示されている。特許文献１のプラズマＣＶＤ装置は、高周波電源に接続されたカソード電極と、カソード電極に対向するように基板を支持するサセプタ（アノード電極）とをチャンバ内に備えている。上記カソード電極は、ガス導入系とも接続されており、処理ガス供給部材としても働く。特許文献１のプラズマＣＶＤ装置では、ガス導入系からカソード電極を介して処理室内に処理ガスを供給し、両電極に高周波電圧を印加すると、カソード電極とアノード電極との間に発生したプラズマが処理ガスを活性化させ、この活性化された処理ガスがアノード電極上の基板に到達して薄膜を形成する。
　一般に、処理ガス供給部材の役割を有するカソード電極は、その内部にバッファ空間を有するように、バッキングプレート（支持プレート）とシャワープレートとから構成される。カソード電極に供給される処理ガスは、バッファ空間に供給され、その後シャワープレートに設けられた複数の開口部を介して処理室内に供給される。上記バッファ空間は、シャワープレートから基板に対して処理ガスを均一に供給し、均一なプラズマ処理を行うことを可能にしている。
　また、近年、複数の基板を同時に処理することのできるプラズマ処理装置が提案されている。例えば特許文献２には、マルチ電極構造のプラズマ処理装置が開示されている。この装置では、１つのチャンバ内に、カソード電極とアノード電極とから構成されるカソード‐アノード電極対が複数組、配列されている。
　ところで、特許文献１などのプラズマＣＶＤ装置では、薄膜形成時、目的とする基板だけでなくカソード電極の表面などにも薄膜材料が付着する。付着した薄膜材料は、蓄積するほどカソード電極の表面から剥離し、基板の表面に落下して不良品を発生させるという問題を生じる。このため、カソード電極に付着した薄膜材料を定期的に除去する必要がある。この除去のためには、一般にドライクリーニングが用いられる。ドライクリーニングでは、処理室内にクリーニングガスを導入し、薄膜形成と同様、プラズマにより活性化させることによって、カソード電極に付着した薄膜材料をプラズマエッチングして除去する。
日本国公開特許公報「特開２００８‐１８９９６４号公報（２００８年８月２１日公開）」 日本国公開特許公報「特開２００６‐１２０９２６号公報（２００６年５月１１日公開）」
　特許文献２に開示されたプラズマ処理装置では、一度に処理できる基板の数を増やすために、１つのチャンバ内に、多くのカソード‐アノード電極対を配置することが好ましい。ここで、カソード電極およびアノード電極は、互いに対向する面および当該面の反対側の面、即ち表裏面を処理室内の気相に露出している。
　しかしながら、このような電極構造を有するプラズマ処理装置を、薄膜形成用のプラズマＣＶＤ装置として用いると、カソード電極に反りや歪みが生じやく、これによって、成膜される膜の特性にバラつきが生じてしまうという問題がある。
　また、上記のようなプラズマＣＶＤ装置では、処理室（例えば電極等）に堆積した不要な堆積膜を、例えばフッ素系ガスのプラズマによりドライクリーニングを行い除去する。成膜時に高い出力でプラズマを印加すると一般的には膜質の劣化が生ずる。一方、ドライクリーニング時には、薄膜を堆積するわけではないため膜質に関する問題は生じず、高い出力でプラズマを印加して処理能力を高くすることが望ましい。このため、ドライクリーニング時の方が、成膜時よりもプラズマの熱による電極の温度上昇が大きくなる。よって、ドライクリーニング時、温度上昇による熱応力でカソード電極全体の反りが発生するという問題や、局所的に歪んでしまうという問題が生じやすい。
　本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、電極の反りや歪み等を抑制し、薄膜形成やドライクリーニングを安定的に実施可能なプラズマＣＶＤ処理装置を提供することにある。
　本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行った。具体的には、本発明者らは以下のように考えた。
　プラズマＣＶＤ装置において、カソード電極のうち、プラズマ発生領域に面したシャワープレートはプラズマの熱の影響を受けやすく、一方、バッキングプレート即ち支持プレートは放電面に接していない処理室の壁面や他の組のアノード電極における制御された温度の影響を受けやすい。したがって、カソード電極において、シャワープレートとバッキングプレートとの間には温度差が発生してしまう。本発明者らは、この温度差によってシャワープレートとバッキングプレートとの膨張量が異なり、これに起因してカソード電極に反りが生じていると考えた。
　また、本発明者らは、プラズマＣＶＤ装置をドライクリーニングする時、高周波電力をハイパワー設定にすると、ハイパワーのプラズマによりシャワープレート側の温度がより上昇し、シャワープレートとバッキングプレートとの間の温度差が特に生じることを見出した。さらに、クリーニングガスのカソード電極への導入口付近では、導入されたガスの温度の影響によって上記温度差がより生じることを見出し、これによって、カソード電極が局所的に歪んでしまうと考えた。
　そこで、本発明者らは、シャワープレートとバッキングプレートとの間の温度差を抑制することによって、上記反りや歪みを抑制できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
　すなわち、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置であって、表裏面を気相に露出して上記処理室内に互いに対向して配置された電極により構成され、かつ上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、少なくとも一方の上記電極は、当該電極の備える、支持プレートと複数の貫通孔を有するシャワープレートとによって、上記処理室へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成し、上記支持プレートと上記シャワープレートとは、少なくとも１つ以上の中間締結部によって接続されていることを特徴としている。
　上記のように、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空等の外気環境と隔離された処理室内で、処理ガスをプラズマ化して、例えばガラスやシリコン等の基板の表面に薄膜を成膜処理する。
　電極対を構成する電極は、互いに対向する面およびその反対側の面、即ち表裏面を、処理室内の処理ガス雰囲気や真空雰囲気を意味する気相に露出しており、処理室内に互いに対向して配置されている。また、上記電極は、高周波電力が印加されることにより、電極間において、処理室内に放出された処理ガスをプラズマ化する。
　電極の少なくとも一方は、バッキングプレートとも呼ばれる支持プレートと、処理室内へガスを供給するための複数の貫通孔を有したシャワープレートとにより、上記処理室へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成する。この電極は例えばガス供給系と接続され、当該ガス供給系から供給された処理ガスは、バッファ室と、シャワープレートに形成された複数の孔とを介して処理室内に放出される。
　また、支持プレートとシャワープレートとは、少なくとも１つ以上の中間締結部により接続されている。
　なお、バッファ室を構成する電極は、電極対のうち、カソード電極であってもよいし、アノード電極であってもよいし、または、両方の電極であってもよい。
　上記構成において、シャワープレートおよび支持プレートのうち、シャワープレートがプラズマの生成領域に面しており、支持プレートはバッファ室を挟んで反対側に配されている。このため、プラズマＣＶＤ装置における薄膜処理時、プラズマの熱は、まずシャワープレートに伝達される。このとき、シャワープレートと支持プレートは中間締結部により接続されているため、シャワープレートに伝達された熱は、中間締結部を介して支持プレートに伝達される。よって、シャワープレートと支持プレートとの間に温度差が生じることが抑制される。
　中間締結部はシャワープレートおよび支持プレートと別部材でも良いが、シャワープレートと支持プレートの互いに対向する面のうち、シャワープレートおよび支持プレートのいずれかの一方の面に同一部材として形成され、他方の面には接する形で形成される構成が熱伝導の面から好ましい。
　また、中間締結部は１つでもよいが、複数の中間締結部が形成されている方が、熱伝導箇所が多くなるため、熱伝導の量および均一性の観点から好ましい。
　上記構成によれば、シャワープレートと支持プレートとの温度差による膨張量の差が抑えられ、上記電極対のうち、バッファ室を構成する電極の反りや歪みを防止することができる。したがって、薄膜形成やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。
　本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
　本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、バッファ室を構成する少なくとも一方の電極は、支持プレートとシャワープレートとから構成され、上記シャワープレートと上記支持プレートは、少なくとも１つ以上の中間締結部により接続されているため、中間締結部を介して効率的に熱伝導が行われ、薄膜処理やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置のカソード電極を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を概略的に示す断面図である。 カソード電極のシャワープレートを部分的に示す分解斜視図である。 カソード電極の全体的な構成を概略的に示す断面図であり、（ａ）はＢ－Ｂ’矢視断面図を示し、（ｂ）はＣ－Ｃ’矢視断面図を示す。 カソード電極を部分的に示す断面図であり、（ａ）は中間締結部を示し、（ｂ）は外周締結部を示す。 他の実施形態におけるカソード電極を示す断面図である。 電力条件１及び２について中間締結部面積比との関係を示すグラフであり、（ａ）はカソード変形量と中間締結部面積比の関係を示し、（ｂ）カソード温度差と中間締結部面積比の関係を示す。 基板に成膜された膜厚均一性を示すグラフである。 測定箇所を説明するための図である。
　（プラズマＣＶＤ装置１００の構成）
　本発明の実施の形態について図１～９を参照して説明すると以下の通りである。
　まず、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１００の概略的な構成について図２を参照して説明する。
　図２は、プラズマＣＶＤ装置１００の概略的な構成を示す断面図である。図２に示すように、被処理物である基板を収容する密封可能な処理容器（処理室）１０３と、処理容器１０３内に配置され、カソード電極１０１とアノード電極１０２とから構成されるカソード‐アノード電極対とを備えている。
　処理容器１０３は、例えばステンレス鋼からなり、内部を真空状態にできる構成を有している。処理容器１０３の内壁面には、例えばアルミナなどの保護膜が被覆されており、処理容器１０３は電気的に接地されている。
　処理容器１０３の底部には排気管（図示しない）が設けられており、排気管の先には真空ポンプなどの排気装置が連結されている。排気装置は処理容器１０３内の雰囲気を適宜減圧でき、例えば、１０Ｐａ以上、６０００Ｐａ以下に設定することができる。
　カソード‐アノード電極対では、カソード電極１０１およびアノード電極１０２の各電極は板状であって、互いに対向するように配置されている。カソード電極１０１とアノード電極１０２との間には基板が配置される。基板は、プラズマＣＶＤ装置１００が処理を行う対象であれば特に限られず、例えばガラス基板が挙げられる。
　アノード電極１０２は、基板を上に載置するための載置台となり、対をなすカソード電極１０１の下側に配置される。アノード電極１０２は、例えばステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で作成される。アノード電極１０２の寸法は、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。
　また、アノード電極１０２はヒータや冷却設備等の温度安定化手段を内蔵しており、この温度安定化手段によってその温度を室温（例えば、２５℃）～３００℃に温度制御される。このため、アノード電極１０２上の基板では、発生したプラズマの熱による温度の上昇が制御され、均一な温度で膜形成が行われる。
　一方、カソード電極１０１は、対をなすアノード電極１０２の上側に配置され、ステンレス鋼やアルミニウム合金などの材料から作成される。カソード電極１０１の寸法は、アノード電極１０２と同様に、基板の寸法に合わせて適当な値に設計されればよい。
　カソード電極１０１は、外部のプラズマ励起電源１０６に接続されている。プラズマ励起電源１０６は、例えばＲＦ１ＭＨｚ～６０ＭＨｚで基板の寸法に合わせて電力密度が２０×１０－６Ｗ／ｍｍ２～５０００×１０－６Ｗ／ｍｍ２となる出力のものを使用する。
　また、カソード電極１０１は、処理ガスを供給するガス供給系（図示しない）に接続されている。処理ガスとしては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）ガス等を使用することができる。ガス供給系からカソード電極１０１に導入された処理ガスは、カソード電極１０１の底面からアノード電極１０２上の基板に向かって処理容器１０３内に供給される。
　カソード電極１０１およびアノード電極１０２の各々は、その両端を支持部（図示しない）によって支えられている。よって、カソード電極１０１およびアノード電極１０２は、互いに対向する面およびその反対側の面が、処理容器１０３内の気相に露出する構造をとっている。
　以上のように構成されたプラズマＣＶＤ装置１００では、例えば以下のような動作が行われる。
　まず基板が処理容器１０３内に搬入され、アノード電極１０２上に載置される。次いで、排気装置が作動し、排気管から排気が行われて処理容器１０３内が減圧される。また、ヒータが作動し、アノード電極１０２を通して基板を所望の温度に保持する。
　次いで、ガス供給系から供給された成膜用の処理ガスが、カソード電極１０１を介して、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間隙であるプラズマ発生領域１０５に充填される。また、プラズマ励起電源１０６の作動により、カソード電極１０１とアノード電極１０２との間に高周波電力が印加されることによって、プラズマ発生領域１０５に電界が発生し、処理ガスがプラズマ化される。処理ガスがプラズマ化の際に発生した活性種によって、基板上に成膜処理がなされる。
　所定時間の成膜処理が行われた後、処理容器１０３内への処理ガスの供給が停止し、またプラズマ励起電源１０６が停止し、基板が処理容器１０３内から搬出される。
　以上の一連の工程によって、プラズマＣＶＤ装置１００による基板の成膜処理が終了する。
　なお、上記説明では、カソード‐アノード電極対が処理容器１０３内で横置きに配置された構成について説明しているが、本発明はこれに限られず、図３に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。
　また、図２は、処理容器１０３内に１つのカソード‐アノード電極対を備えるプラズマＣＶＤ装置１００を示しているが、本発明はこれに限られず、図４に示すように、複数のカソード‐アノード電極対を備えるマルチ電極構造のプラズマＣＶＤ装置２００として構成されてもよい。
　プラズマＣＶＤ装置２００では、図４に示すように、処理容器１０３内に複数組のカソード‐アノード電極対が互いに略等間隔で配置されている。図４中、一番上のカソード電極１０１のみを代表してプラズマ励起電源１０６との接続を示しているが、実際には、処理容器１０３内の全てのカソード電極１０１がプラズマ励起電源１０６と接続されている。処理容器１０３内に配置されるカソード‐アノード電極対の数は特に限られず、任意の数のカソード‐アノード電極対を配置することができる。
　また、プラズマＣＶＤ装置２００についても、プラズマＣＶＤ装置１００と同様に、カソード‐アノード電極対が横置きにされた構成に限られず、図５に示すように、カソード‐アノード電極対が縦置きに配置された構成であってもよい。
　（カソード電極１０１の構成）
　カソード電極１０１の構成について図１、図６、および図７を参照してより詳細に説明する。
　図１に示すように、カソード電極１０１は、バッファ室４を内部に有するように、シャワープレート２とバッキングプレート（支持プレート）３とから構成される。図１はカソード電極１０１を部分的に示す断面図である。
　バッキングプレート３はガス供給系（図示しない）と接続されている。バッキングプレート３の内部には、図示しないが、ガス供給系との接続部からバッファ室４にまで処理ガスを導入するための通路が設けられている。処理ガスはバッファ室４においてカソード電極１０１の全体に広がるため、このバッファ室４を介することによって処理ガスを基板に対して均一に供給することができる。
　一方、シャワープレート２は、バッキングプレート３の下側に対向して配置されており、バッキングプレート３に対向する面には、複数の中間締結部６および外周締結部７が形成されている。シャワープレート２は、中間締結部６および外周締結部７の上面においてバッキングプレート３と接触している。中間締結部６においてバッキングプレート３と接触する面を接触面８とする。また、シャワープレート２は、ビス５によってバッキングプレート３と締結されている。外周締結部７において、ビス５による締結ピッチは均等であることが好ましい。
　外周締結部７は、図６に示すように、バッファ室４の外周を囲うように形成されたリブであり、シャワープレート２と一体的に形成されている。図６は上面から見たシャワープレート２を部分的に示す分解斜視図である。なお、図１は、図６中のＡ－Ａ’切断線によるカソード電極１０１の断面図である。
　また、図６に示すように、中間締結部６は、バッファ室４内に断続的に形成されたリブであり、シャワープレート２と一体的に形成されている。中間締結部６の形状は、特に限定されず、例えば、角柱および円柱等の柱状を挙げることができ、図６に示すように、角柱の角部が湾曲するように面取りされた形状であってもよい。中間締結部６の数は１つ以上であればよいが、本実施形態のように複数形成されていることが好ましい。
　カソード電極１０１は、全体的には図７の（ａ）（ｂ）に示すような断面を示す。図７の（ａ）は、図６中のＢ－Ｂ’切断線によるカソード電極１０１の断面図であり、図７の（ｂ）は、図６中のＣ－Ｃ’切断線によるカソード電極１０１の断面図である。
　図７の（ｂ）に示すように、バッファ室４は、カソード電極１０１において全体的に処理ガスが流通するように繋がっている。
　また、図７の（ａ）（ｂ）に示すように、シャワープレート２には、バッファ室４と処理容器１０３とが上下に貫通するための複数の孔９が形成されている。バッファ室４に供給された処理ガスは、孔９を介して処理容器１０３内に供給される。
　なお、シャワープレート２における中間締結部６と孔９とは、図７の（ａ）に示すように、互いの位置が重ならないように設けられることが好ましい。すなわち、シャワープレート２において中間締結部６は孔９同士の間の領域に形成されることが好ましい。これにより、バッファ室４と処理容器１０３とを連通する複数の孔９を塞ぐことがなく、孔９を介した処理ガスの通過が妨げられることを回避できる。
　（カソード電極１０１における反りおよび歪みの防止）
　中間締結部６は、バッキングプレート３との締結部として働くだけではなく、シャワープレート２の熱をバッキングプレート３に伝達する役割を果たす。具体的には、プラズマＣＶＤ装置１００におけるプラズマ発生時、プラズマの熱が、図１中の矢印に示すようにシャワープレート２に伝達される。このとき、伝達されたシャワープレート２の熱は、中間締結部６を介して、さらにバッキングプレート３に伝達される。より具体的には、シャワープレート２の熱は、バッキングプレート３と中間締結部６との接触面８を介して、バッキングプレート３に伝達される。
　上記熱伝達のためには、バッファ室４の底面の面積に対する、複数の接触面８の総面積の比率を、カソード電極１０１に対する投入電力密度で割った値が、５以上であることが好ましい。ここで、バッファ室４の底面とは、中間締結部６の形成されたシャワープレート２の面において、中間締結部６の形成された領域を含まず、かつバッファ室４に面する領域を意味する。接触面８の面積が上記範囲にあれば、シャワープレート２は、電力投入により発生するプラズマからの熱量を、中間締結部６を介して効果的にバッキングプレート３に伝達することができる。
　また、上記熱伝達のために、中間締結部６の上面は平らであり、さらに、バッキングプレート３と全面的に密着していることが好ましい。さらに、上記熱伝導をより向上させるために、中間締結部６におけるシャワープレート２とバッキングプレート３が接触する部分に、熱伝導シートやグリース等を入れてもよい。
　本実施形態によれば、カソード電極１０１がヒータ等の温度調節装置を備えていなくとも、上述の中間締結部６を介する熱伝導によって、シャワープレート２とバッキングプレート３との間の温度差を抑制することができる。このため、プラズマ発生時であってもカソード電極１０１は全体的に均一な温度に保たれる。
　また、中間締結部６はシャワープレート２の面内におけるリブとして存在し、シャワープレート２の強度を向上する。さらに外周締結部７はシャワープレート２の外周におけるリブとして存在するため、シャワープレート２における局所的な歪みを抑制する。
　したがって、カソード電極１０１では反りや歪みが防止され、本実施形態は、成膜処理やドライクリーニングを安定して実施可能なプラズマＣＶＤ装置１００を提供することができる。
　（カソード電極１０１の寸法）
　次に、本実施形態におけるカソード電極１０１の寸法について、図８を参照して説明する。図８の（ａ）は中間締結部６を示す断面図であり、図８の（ｂ）は外周締結部７を示す断面図である。
　図８の（ａ）（ｂ）に示すように、シャワープレート２の厚さｔは、３ｍｍ以上であることが好ましい。
　例えば、プラズマＣＶＤ装置１００の薄膜処理時、目的とする基板だけでなくカソード電極１０１（特にシャワープレート２）の表面にも薄膜材料が付着する。成膜回数を重ねるとカソード電極１０１に付着する膜の厚みが増加し、この膜の内部応力がカソード電極１０１に働く。ここで、従来のカソード電極のシャワープレートは、特に加工上の理由によりその厚みが３ｍｍに満たないものである。このため、従来のシャワープレートは付着する膜の内部応力に対応できるだけの剛性を有さず、カソード電極には反りが生じてしまう。
　これに対して、本発明では、シャワープレート２の厚さｔが３ｍｍ以上であることによって、カソード電極１０１について、上記温度差による変形だけでなく、シャワープレート２に付着する膜の内部応力による変形をも防止することができる。
　また、バッファ室４の高さｈ２については、カソード電極１０１の高さｈ１に対して１０～６０％とすることが好ましい。これによって、シャワープレート２の厚みに伴うカソード電極１０１の総重量増加を抑えることができる。
　また、シャワープレート２に開いている孔９は、その直径が１ｍｍ程度である。シャワープレート２の厚さが直径（１ｍｍ）の５倍以上になる場合、孔９のアスペクト比が大きくなり、加工が困難となる。そこで、本実施形態では、シャワープレート２に孔９を加工するために、まず直径の大きなドリルを用いて、シャワープレート２の厚さの残りが孔９の直径（１ｍｍ）の５倍程度になるまで穴を開ける。次に細い直径（１ｍｍ）のドリルを用いて残りの加工を施し、これによって孔９を開通させる。このため、孔９は図７の（ａ）（ｂ）に示すように凸形状となる。
　なお、上述した実施形態では、中間締結部６および外周締結部７はシャワープレート２に形成されるものとして説明しているが、本発明はこれに限られない。例えば、図９に示すように、中間締結部１６および外周締結部１７がバッキングプレート１３に形成されていてもよい。図９に示す構成によれば、中間締結部１６による熱伝導によって、シャワープレート１２とバッキングプレート１３との温度差を抑えることができる。よって、上述の実施形態と同様に、上記温度差に起因するカソード電極１０１の変形を防止することができる。
　以上のように、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置であって、表裏面を気相に露出して上記処理室内に互いに対向して配置された電極により構成され、かつ上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、少なくとも一方の上記電極は、当該電極の備える、支持プレートと複数の貫通孔を有するシャワープレートとによって、上記処理室内へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成し、上記支持プレートと上記シャワープレートとは、少なくとも１つ以上の中間締結部によって接続されていることを特徴とする。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、上記処理室内には、複数の上記電極対が並んで配置されていてもよい。
　上記構成によれば、本発明に係るプラズマＣＤ装置を、マルチ電極構造のプラズマＣＶＤとすることができる。本構成においても、電極対のうちガス供給部に接続された電極の反りや歪みを抑え、薄膜形成やドライクリーニングを安定して実施することができる。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、上記バッファ室を構成する電極は、カソード電極であることが好ましい。
　一般的にプラズマＣＶＤ装置においては、アノード電極には基板が搭載されるため、当該アノード電極に温度制御用の冷却水やヒータ等が配置される。この場合、カソード電極はアノード電極よりも構成が単純となるため、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置をより簡単に構成することができる。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、上記シャワープレートにおける上記支持プレートと対向する面の外周部には、上記支持プレートに接したリブ状の外周締結部が形成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、シャワープレートの外周部に形成されたリブによって、シャワープレートの外周部の強度が向上する。これによって、例えば、バッファ室を構成する電極において、処理ガスの導入口付近で局所的な温度差が生じたとしても、カソード電極が局所的に歪むことを防止することができる。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、上記中間締結部は上記シャワープレートと一体的に形成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、シャワープレートの強度をより向上することができる。これによって、仮にシャワープレートに応力が集中したとしても、シャワープレートの反りを抑え、ひいては、上記電極対のうち、バッファ室を構成する電極の反りや歪みをより抑えることができる。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、上記シャワープレートにおいて、上記中間締結部は、上記孔同士の間の領域に形成されていることが好ましい。
　これにより、中間締結部が上記カソード電極の内部の空間と上記処理室とを連通する複数の孔を塞ぐことがない。よって、上記孔を介した処理ガスの通過が妨げられることを回避できる。
　また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置では、上記バッファ室の底面の面積に対する、上記シャワープレートまたは上記支持プレートが上記複数の中間締結部に接触する接触面の総面積の比率を、上記電極対に対する投入電力密度で割った値が、５以上となることが好ましい。
　上記構成によれば、中間締結部を介して、シャワープレートの熱を支持プレートに対してより効果的に伝達することができる。よって、シャワープレートと支持プレートとの間に温度差が生じることをより抑制することができる。
　以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　実施例１および２として、上述した実施形態と同様のプラズマＣＶＤ装置を用いた。実施例１では、バッファ室４の底面の面積に対する複数の接触面８の総面積の比率を６．０１％とした。また、実施例２では上記比率を１．２０％とした。なお、処理容器１０３内に配置するカソード‐アノード電極対は４段とした。
　比較例１および２として、カソード電極の構成の他は、実施例１および２と同様のプラズマＣＶＤ装置を用いた。カソード電極の構成について、比較例１においては外周締結部７のみによってシャワープレートとバッキングプレートが接続される構成とした。比較例２では上記比率を０．０７％とした。
　（カソード電極における温度差）
　実施例１および２、ならびに比較例１および２において、温度上昇の過渡状態でシャワープレートとバッキングプレートとの温度差がどのような挙動を示すのかをシミュレーションを行った。シミュレーションは、電力条件１：９００×１０－６Ｗ／ｍｍ２投入と、電力条件２：１３００×１０－６Ｗ／ｍｍ２投入とについて各々行った。なお、電力条件１は、通常の薄膜形成時の電力条件とすることができ、電力条件２は、ハイパワーのドライクリーニング時の電力条件とすることができる。
　温度差の比較は、電力投入から２４時間経過した時点に行った。
　その結果、表１に示すような結果となった。なお、温度差とは、シャワープレート内における最高温度と、バッキングプレート内における最低温度との差を意味する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、実施例１および２では、比較例１および２に比して温度差を抑えることができることがわかった。特に、１３００×１０－６Ｗ／ｍｍ２電力投入時には、実施例１の効果が顕著に現れた。
　上記結果によれば、１３００×１０－６Ｗ／ｍｍ２というハイパワーのドライクリーニング時であっても、カソード電極内の温度差を抑制できることが明らかとなった。
　（カソード電極の反り量）
　実施例１および２、ならびに比較例１および２において、温度差によるカソード電極の反り量のシミュレーションを行った。
　具体的には、上記温度差シミュレーションと同一条件にて、各実施例および各比較例におけるカソード電極がどのような変形量となるのかについて、シミュレーションを行った。
　その結果、表１に示すような結果となった。なお、表１において、変形量とは対向するアノード電極方向への変形量を意味し、つまり、カソード間のギャップの変動を意味する。
　表１に示すように、実施例１および２では、比較例１および２に対して変形量を抑えることができることがわかった。特に実施例１ではより効果的に変形量を抑えることができた。
　また、上記結果を、図１０の（ａ）に示すように、縦軸を変形量とし、横軸をバッファ室４の底面の面積に対する複数の接触面８の総面積の比率を投入電力密度により割った値として、シミュレーション結果をプロットした。この結果から、上記値が５以上の場合、特に変形量を抑制できることが分かった。
　同様に、図１０の（ｂ）に、縦軸を温度差とした場合も同様に、上記値が５以上の場合、特に温度差を抑制できることが分かった。
　さらに、実施例１および２において、実際に一定膜厚（例えば１μｍ）を堆積し、基板面内の膜厚均一性に関して比較を行った。その結果を図１１および表１に示す。なお、基板内の膜厚の測定箇所については、図１２に示すように複数の箇所において行った。
　図１１に示すように、実施例１では、実施例２に比べて、基板面内の膜厚均一性が改善されており、良好な結果が得られた。よって、カソード電極の変形量が実施例２よりも小さい実施例１によれば、膜厚をより均一に堆積できることが分かった。
　本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。
　発明の詳細な説明の項においてなされた具体的な実施態様または実施例は、あくまでも、本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と次に記載する特許請求事項との範囲内で、種々変更して実施することができるものである。
　本発明は、例えば薄膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置として利用できる。
２　シャワープレート
３　バッキングプレート
４　バッファ室
６　中間締結部
７　外周締結部
１００、２００　プラズマＣＶＤ装置
１０１　カソード電極
１０２　アノード電極
１０３　処理容器（処理室）
１０６　プラズマ励起電源

Claims (7)

  1. 　処理室内で、処理ガスをプラズマ化して基板上に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置であって、
    　表裏面を気相に露出して上記処理室内に互いに対向して配置された電極により構成され、かつ上記処理ガスをプラズマ化する電極対を備え、
    　少なくとも一方の上記電極は、当該電極の備える、支持プレートと複数の貫通孔を有するシャワープレートとによって、上記処理室内へ上記処理ガスを供給するためのバッファ室を構成し、
    　上記支持プレートと上記シャワープレートとは、少なくとも１つ以上の中間締結部によって接続されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
  2. 　上記処理室内には、複数組の上記電極対が並んで配置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. 　上記バッファ室を構成する電極は、カソード電極であ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. 　上記シャワープレートにおける上記支持プレートと対向する面の外周部には、上記支持プレートに接したリブ状の外周締結部が形成されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
  5. 　上記中間締結部は上記シャワープレートと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
  6. 　上記シャワープレートにおいて、上記中間締結部は、上記孔同士の間の領域に形成されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
  7. 　上記バッファ室の底面の面積に対する、上記シャワープレートまたは上記支持プレートが上記複数の中間締結部に接触する接触面の総面積の比率を、上記電極対に対する投入電力密度で割った値が、５以上となることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
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