プラズマＣＶＤ装置
【課題】液晶や太陽電池などの製造において、プラズマＣＶＤ装置の大面積化の要求のため、大面積の領域に均一なプラズマを発生させて、高周波電極の隅部での膜厚増加を抑え、プラズマの成膜領域の全面積で均一な成膜厚を実現する。
【解決手段】大面積基板に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置であって、真空容器１内に被成膜処理を行う基板６を戴置する基板電極４と、これに対向する高周波電極５と、高周波電極５に高周波電力を供給する高周波電力部２と、真空容器１内に成膜ガスを供給するガス供給部３と、高周波電極５を囲むように設けられたシールド電極１０と、高周波電極５の隅部を覆うように、基板電極４に対向して設けられたコーナープレート１１とを備える。
【解決手段】大面積基板に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置であって、真空容器１内に被成膜処理を行う基板６を戴置する基板電極４と、これに対向する高周波電極５と、高周波電極５に高周波電力を供給する高周波電力部２と、真空容器１内に成膜ガスを供給するガス供給部３と、高周波電極５を囲むように設けられたシールド電極１０と、高周波電極５の隅部を覆うように、基板電極４に対向して設けられたコーナープレート１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶や太陽電池などの製造において、プラズマＣＶＤ装置の大面積化の要求が高まっている。装置の大面積化に合わせて、この大面積の領域に均一にプラズマを発生することが、大型基板で均一な成膜を行い製品の収率を改善するために必須の条件となっている。
【０００３】
容量結合型のプラズマＣＶＤ装置においては、高周波電極の周辺部では、電界が対向する基板電極方向に向かわず、高周波電極周辺部の接地された真空チャンバ壁に向かって曲がるので、このため周辺部でプラズマ密度が低下する。
【０００４】
この高周波電極周辺部での電界の曲がりとこれに伴うプラズマ密度の低下を防ぎ、大面積に渡ってほぼ均一なプラズマ密度を実現するために、高周波電極の回りにシールド電極を配することが有効であることが知られている（例えば特許文献１）。
また高周波電極の周囲にシールド電極を配する構造自体は、これによる高周波電力の効率的使用の効果と共に以前から知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９３５６６号公報
【特許文献２】実開平５−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波電極ならびにこれに対向する基板電極は通常矩形となっている。この高周波電極を囲むようにシールド電極を配置すると、基板の周辺を含む、成膜領域のほぼ全領域で均一の膜厚が生成できる。しかしながら、矩形の電極の隅部に相対する基板部分では膜厚が増加するという問題が生じた。この結果プラズマを生成する高周波電極ならびに基板電極の全面積を有効に使用できないことになり、成膜工程での実質的な収率低下の原因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明によるプラズマＣＶＤ装置は、真空容器内に被成膜処理を行う基板を戴置する基板電極と、これに対向する高周波電極と、前記高周波電極に高周波電力を供給する高周波電力部と、前記真空容器内に成膜ガスを供給するガス供給部と、前記高周波電極を囲むように設けられたシールド電極と、前記高周波電極の隅部を覆うように、前記基板電極に対向して設けられたコーナープレートとを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは、前記シールド電極の熱膨張率より小さな熱膨張率を持つ導電体であることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは高周波電極と対向する領域に複数の開放孔を備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記基板電極と前記高周波電極は矩形の形状であり、前記シールド電極は前記矩形の高周波電極を枠状に囲む４つの直線状の電極から構成されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは２枚のサブプレートから成り、各々のサブプレートはそれぞれ前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極に固定されていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記２枚のサブコーナープレートの内１枚は、前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極の内の１つの電極の固定端に固定されており、もう１枚のサブコーナープレートは、前記固定端である直線状電極に隣接するもう１つの直線状電極の自由端に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、基板電極ならびにこれに対向する高周波電極の間に発生するプラズマ密度が、これらの電極の隅部で高くなることを解消し、プラズマ成膜領域の全領域に渡って均一なプラズマ密度を実現できる。これにより、基板電極ならびにこれに対向する高周波電極の全領域で均一な膜圧の成膜が可能となり、基板の成膜加工の収率を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明におけるプラズマＣＶＤ装置全体の概略の垂直断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態における、コーナープレートを含む高周波電極の全体を示す概略の平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印ＩＩの方向から見たコーナープレートを含む高周波電極の一部の断面の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における、コーナープレートを含む高周波電極の１つの隅部の拡大図である。
【図４】本発明における、図４、５に示すコーナープレートのプラズマ密度に対する効果の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態における、プラズマ発生密度を制御するプラズマＣＶＤ装置の部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
−第１の実施形態−
本発明におけるプラズマＣＶＤの第１の実施形態を図１を用いて説明する。
本発明のプラズマＣＶＤ装置は容量結合型プラズマＣＶＤであり、下部容器１Ｂに対して開閉する上部容器１Ａを有する真空容器１と、高周波電力部２と、成膜ガス供給部３とから構成されている。高周波電力部２と成膜ガス供給部３は公知のプラズマＣＶＤ装置に共通な一般的な構成であり、ここでの説明は省略し、真空容器１の内部の構成を以下に説明する。
【００１１】
真空容器１の内部には、基板電極４と、これに対向するように高周波電極５が設けられている。成膜処理が施される基板６は接地されている基板電極４に戴置される。高周波電極５は、絶縁体７と支持部１２を介して上部真空容器１Ａに取り付けられている。基板電極４と基板６以外は上部容器１Ａに設けられている。
成膜ガス供給部から供給された成膜ガスは金属管８を経由して高周波電極５のガス放出孔５ａから放出される。ガス放出孔５ａから放出された成膜ガスは、更に、高周波電極の細孔５ｂから真空容器１内に放出される。高周波電力部２からは高周波出力が配線９により真空容器１に導入され、高周波電極５に供給される。
【００１２】
高周波電極５には外部の高周波電力部２から高周波が印加され、高周波電極５と基板電極４の間に、放出された成膜ガスから反応性のあるプラズマが生成される。このプラズマには各種のイオンおよびラジカルなどの反応性のある中性粒子が含まれており、これらが基板に付着し反応することにより基板上に成膜が行われる。
【００１３】
高周波電極５の外側には、この高周波電極５を囲むようにシールド電極１０が設けられている。更に後述するように、コーナープレート１１がシールド電極１０に固定されて、高周波電極５の隅部を覆うように、設けられている。
【００１４】
図２は第１の実施形態における、コーナープレート１１（１１a、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、以降１１で代表する）を含む高周波電極５の全体を示す平面図である。高周波電極５は矩形の形状であり、これに対向する基板電極４（平面図は省略）もまた矩形の形状となっている。高周波電極５と基板電極４の大きさは、それぞれ約２ｍ×１ｍであり、対向する間隔は数ｃｍである。
【００１５】
高周波電極５を枠状に取り囲むシールド電極１０は、４本の細長い直線状電極１０ａ〜１０ｄから構成され、接地されている。直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々は、熱膨張時に一端側の伸び量が少なく、他端側に向かうほど伸びが大きくなるように、高周波電極５の支持部１２にボルトで固着されている。すなわち、直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々の一端側は、ボルト孔１３ａにボルトＢＬが挿入されて支持部１２に固着され、他端側は、長孔１３ｂにボルトＢＬが挿入されて支持部１２に固着されている。本明細書では、直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々の一端側を固定端側、他端側を自由端側と呼ぶ。
【００１６】
図３は、シールド電極１０のコーナー部に設けたコーナープレート１１ａの取り付け構造を説明する拡大図である。図３に示すように、コーナープレート１１ａは、直線状電極１０ａの自由端側にネジＳＣで固着されたサブコーナープレート１１ａ−１と、直線状電極１０ｄの固定端側にネジＳＣで固着されたサブコーナープレート１１ａ−２とを含んで構成されている。図３に示されているように、実施の形態のＣＶＤ装置では、コーナープレート１１は一対のサブコーナープレート１１ａ−１と１１ａ−２により略Ｌ字形状に構成されている。
【００１７】
サブコーナープレート１１ａ―１は、熱膨張によりシールド電極１０ａの自由端側がより伸びたとき、シールド電極１０ａの伸びにしたがって図３の下方に移動する。サブコーナープレート１１ａ−２は、シールド電極１０ｄの固定端側の伸び量が小さいため、熱膨張による移動は僅かである。サブコーナープレート１１ａ−１の内側面ＩＳ１とサブコーナープレート１１ａ―２の内側面ＩＳ２は、サブコーナープレート１１ａ−１が熱膨張で図３の下方に移動したとき、所定の曲率のコーナー部ＣＮとなるように、すなわち一対の内周面ＩＳ１とＩＳ２とが連続するような形状とされている。なお、熱膨張前のサブコーナープレート１１ａ−１の内側面ＩＳ１の位置を破線で示す。また、各サブコーナープレートのコーナー部のエッジもＲ加工が施されている。コーナー部ＣＮに曲率を持たせ、また、各サブコーナープレートのエッジにＲ加工を施しているのは、エッジによる異常放電を抑制するためである。
【００１８】
図２、３には、高周波電極５に対向する基板電極４に成膜される基板６を戴置した場合、これに対応した高周波電極での基板を戴置する領域ＡＲを２点鎖線で示してある。これから分かるように、コーナープレート１１は成膜される基板に発生したプラズマが十分作用するように、基板の戴置領域には重ならないような形状となっている。
【００１９】
各コーナープレート１１の高周波電極５と対向する領域には複数の開放孔１１Ｈが設けられており、これらの穴径は２−５ｍｍφである。プラズマ発生により、コーナープレート１１の高周波電極側の面にプラズマによる生成物が堆積するが、このコーナープレート１１に設けられた開放孔１１Ｈにより、この生成物の大部分は真空容器１内（図１参照）で下方に落下するようになっている。
【００２０】
これにより、コーナープレート１１の高周波電極側での生成物の堆積は大幅に減少し、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンス期間が長くなるという大きな利点がある。また、この開放孔１１Ｈにより、コーナープレート１１を取り外すことなく、コーナープレート１１の高周波電極側の面のクリーニングができ、メンテナンス性が大幅に向上する。
尚、このコーナープレート１１に開放孔１１Ｈを設けても、コーナープレート１１の高周波電極５の隅部でのプラズマ密度の上昇を抑える効果への影響はなく、開放孔の有り／無しの場合のコーナープレート１１の性能は同等である。
【００２１】
コーナープレート１１と高周波電極５の間隔を調整することにより、高周波電極５の隅部でのプラズマ発生密度を調整することができる。本発明では、このコーナープレート１１と高周波電極５との間隔は、コーナープレートをシールド電極に取り付ける際にシム等で、２−１０ｍｍの範囲で調整できるようになっているが、この調整範囲は設計により拡大可能である。
【００２２】
プラズマ発生の安定化のため、コーナープレート１１と高周波電極５の間隔は、一定であることが望ましい。このため、プラズマ発生に伴う熱によるコーナープレート１１の変形が少ないことが必要である。また、コーナープレート１１はシールド電極１０に固定されているので、コーナープレート１１の熱による伸長はシールド電極１０の熱による伸長と同じかまたはこれより小さいことが必要である。
また、コーナープレート１１が絶縁物質で作製されているか、もしくは表面が絶縁物質で覆われていると、コーナープレートの表面が帯電し易くなり、これによって高周波電極５との間で異常放電がおこり易くなるため、コーナープレート１１は導電体であることが必要である。
従ってこれらの条件より、コーナープレート１１は、これを取り付けるシールド電極１０の材質より熱膨張率の小さい導体であることが望ましい。本実施形態では、シールド電極１０はＳＵＳ３０４（熱膨張係数１７．３×１０−６／℃）で作製されており、コーナープレートはＩｎｖａｒ合金（熱膨張係数１．２×１０−６／℃）を用いて作製されている。
【００２３】
なお、コーナープレート１１の各々を２つのサブコーナープレートで構成するようにしたが、１つのプレートで構成してもよい。この場合は、熱による直線状電極（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）の伸長の影響を避けるため、高周波電極５の隅部で隣り合う直線状電極の片方にのみ固定される。
【００２４】
ここで、本発明におけるコーナープレート１１（コーナープレート１１ａ〜１１ｄ）の実際の効果の例を示す。
【００２５】
図４は本発明における、コーナープレートのプラズマ密度に対する効果の例を示すグラフである。縦軸は基板に成膜される膜厚のばらつきを示す。横軸は左からそれぞれ、高周波電極５および基板電極４の隅部、これら電極の中央部、これら電極の中央部と隅部のほぼ中間点、であり、図中の折れ線グラフはこれらの場所での成膜厚の相対値を示す。折れ線４ａはコーナープレートなしの場合、４ｂは開放孔のないコーナープレートを取り付けた場合、４ｃは複数の開放孔のあるコーナープレートを取り付けた場合、の前記の部位での成膜厚に対応する。各々の折れ線では、各々３か所（電極隅部、電極中心部、中間点）での膜厚の平均値を１．０とし、この値からのずれを縦軸に表示している。
【００２６】
図４から明らかなように、コーナープレートを取り付けると、基板の全面に渡り、コーナープレートを用いない場合に比べ、成膜厚が均一になっていることが分かる。発生したプラズマ密度の分布もこの成膜厚の分布に対応していると推測され、高周波電極および基板電極の隅部においても、これら電極の中央部分とほぼ同密度のプラズマが生成されていると推測される。
【００２７】
開放孔１１Ｈを備えたコーナープレート１１の場合の方が、開放孔１１Ｈの無い場合より、更に成膜厚の分布が均一になっているが、この分布はコーナープレートと高周波電極の間隔およびコーナープレートの若干の位置の違いにも依存するので、ここに示す場合から双方の場合とも同等の性能となるように調整が可能である。図４に示すデータの場合はコーナープレートと高周波電極の間隔は、約１０ｍｍである。
尚、成膜した結果に対し、電極全面に渡り成膜厚のばらつきが３％程度以下であれば実用上は問題が無く、従って図４に示す場合でも、コーナープレートで開放孔の有り／無しの両方とも成膜したものは良品と判定されるが、コーナープレートを用いないで成膜したものは不良品となる。
【００２８】
−第２の実施形態−
上記の実施形態では、シールド電極１０およびコーナープレート１１はそれぞれ接地されていると説明した。しかし、シールド電極やコーナープレートにそれぞれ電位を与えて、プラズマ密度の調整を行うことが可能である。シールド電極１０の電位も変化させることで、高周波電極および基板電極の隅部だけでなく、周辺部全体でプラズマ密度のきめ細かい調整が可能となる。
【００２９】
図５はシールド電極１０およびコーナープレート１１へ電圧を供給する電圧供給部１４と、この電圧供給部１４、高周波電力部２、成膜ガス供給部３を制御する制御部１５を更に備えるプラズマＣＶＤ装置を示す。下部真空容器１Ｂ、基板電極４、基板６は省略してある。またシールド電極１０やコーナープレート１１に電位を与える場合は、適宜追加の絶縁体を用いてこれらの周囲から絶縁する必要があるが、図５ではこの追加の絶縁体は省略してある。
【００３０】
電圧供給部１４は、シールド電極１０およびコーナープレート１１にそれぞれ与える電圧を制御する。シールド電極１０を構成する４つの直線状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄには、各々に共通の電圧を与えるか、または個別に制御された電圧を与えても良い。４つのコーナープレート１１構成するサブプレートのそれぞれにおいても同様に共通の電圧を与える。
【００３１】
図５のＣＶＤ装置では、成膜材の材質、厚さに対応した、成膜ガスの条件（ガス種、ガス圧）、高周波電力、周波数、処理時間などのデータを事前に取得して制御装置に記憶しておく。またこれに対応して、シールド電極１０およびコーナープレート１１の電圧のデータを事前に取得して記憶しておく。制御部１５はこれらのデータに基づき、成膜処理の開始と共に、成膜ガスの条件とシールド電極およびコーナープレートに供給する電圧の制御を行う。
【００３２】
真空容器１内に更に、基板に成膜された膜の厚さを測定する膜厚センサー（図示せず）を備えることにより、基板を真空容器から取り出すことなく、真空容器中で膜厚を測定することが可能である。膜厚測定により、例えば高周波電極の隅部で膜厚が厚くなる、あるいは全体で膜厚が不足しているというような状況が判明した場合、上記の各種条件を制御部経由で制御することにより、より精度の良いプラズマ密度の制御および成膜厚の制御が可能となる。膜厚センサーに関しては種々のものが入手可能であり、ここでは特に限定せず、またこの説明は省略する。
【００３３】
なお、上記の第１の実施形態では、基板電極４および高周波電極５が矩形であると説明したが、基板電極４および高周波電極５は矩形以外の形状でも実施可能である。この場合は、基板電極４および高周波電極５の形状に対応して、シールド電極１０およびコーナープレートの１１の形状も変更される。
【００３４】
また、上記の第１の実施形態では、高周波電極５に成膜ガス放出孔５ａと細孔５ｂを設けるように説明したが、高周波電極と基板電極の間でプラズマが生成されるように成膜ガスが放出されるのであれば、成膜ガス放出孔と細孔の位置は高周波電極に限定しない。
【符号の説明】
【００３５】
１‥ 真空容器 １Ａ‥ 上部容器 １Ｂ‥ 下部容器
２‥ 高周波電力部 ３‥ 成膜ガス供給部 ４‥ 基板電極
５‥ 高周波電極 ５ａ‥ ガス放出孔 ５ｂ‥ 細孔
６‥ 基板 ７‥ 絶縁体 ８‥ 金属管
９‥ 配線
１０‥ シールド電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ‥ 直線状電極
１１‥ コーナープレート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ‥ コーナープレート
１１ａ−１、１１ａ−２、‥ １１ａを構成する２つのサブコーナープレート
ＣＮ‥ コーナープレートのコーナー部
ＩＳ１、ＩＳ２‥ サブコーナープレート（１１ａ−１、１１ａ−２）の内周面
１１Ｈ‥ コーナープレートの開放孔
１２‥ 高周波電極支持部
１３ａ‥ ボルト孔 １３ｂ‥ 長孔
１４‥ 電圧供給部 １５‥ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶や太陽電池などの製造において、プラズマＣＶＤ装置の大面積化の要求が高まっている。装置の大面積化に合わせて、この大面積の領域に均一にプラズマを発生することが、大型基板で均一な成膜を行い製品の収率を改善するために必須の条件となっている。
【０００３】
容量結合型のプラズマＣＶＤ装置においては、高周波電極の周辺部では、電界が対向する基板電極方向に向かわず、高周波電極周辺部の接地された真空チャンバ壁に向かって曲がるので、このため周辺部でプラズマ密度が低下する。
【０００４】
この高周波電極周辺部での電界の曲がりとこれに伴うプラズマ密度の低下を防ぎ、大面積に渡ってほぼ均一なプラズマ密度を実現するために、高周波電極の回りにシールド電極を配することが有効であることが知られている（例えば特許文献１）。
また高周波電極の周囲にシールド電極を配する構造自体は、これによる高周波電力の効率的使用の効果と共に以前から知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９３５６６号公報
【特許文献２】実開平５−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波電極ならびにこれに対向する基板電極は通常矩形となっている。この高周波電極を囲むようにシールド電極を配置すると、基板の周辺を含む、成膜領域のほぼ全領域で均一の膜厚が生成できる。しかしながら、矩形の電極の隅部に相対する基板部分では膜厚が増加するという問題が生じた。この結果プラズマを生成する高周波電極ならびに基板電極の全面積を有効に使用できないことになり、成膜工程での実質的な収率低下の原因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）請求項１の発明によるプラズマＣＶＤ装置は、真空容器内に被成膜処理を行う基板を戴置する基板電極と、これに対向する高周波電極と、前記高周波電極に高周波電力を供給する高周波電力部と、前記真空容器内に成膜ガスを供給するガス供給部と、前記高周波電極を囲むように設けられたシールド電極と、前記高周波電極の隅部を覆うように、前記基板電極に対向して設けられたコーナープレートとを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは、前記シールド電極の熱膨張率より小さな熱膨張率を持つ導電体であることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは高周波電極と対向する領域に複数の開放孔を備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記基板電極と前記高周波電極は矩形の形状であり、前記シールド電極は前記矩形の高周波電極を枠状に囲む４つの直線状の電極から構成されていることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記コーナープレートは２枚のサブプレートから成り、各々のサブプレートはそれぞれ前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極に固定されていることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記２枚のサブコーナープレートの内１枚は、前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極の内の１つの電極の固定端に固定されており、もう１枚のサブコーナープレートは、前記固定端である直線状電極に隣接するもう１つの直線状電極の自由端に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、基板電極ならびにこれに対向する高周波電極の間に発生するプラズマ密度が、これらの電極の隅部で高くなることを解消し、プラズマ成膜領域の全領域に渡って均一なプラズマ密度を実現できる。これにより、基板電極ならびにこれに対向する高周波電極の全領域で均一な膜圧の成膜が可能となり、基板の成膜加工の収率を大幅に改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明におけるプラズマＣＶＤ装置全体の概略の垂直断面図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１の実施形態における、コーナープレートを含む高周波電極の全体を示す概略の平面図、（ｂ）は（ａ）を矢印ＩＩの方向から見たコーナープレートを含む高周波電極の一部の断面の概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における、コーナープレートを含む高周波電極の１つの隅部の拡大図である。
【図４】本発明における、図４、５に示すコーナープレートのプラズマ密度に対する効果の例を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態における、プラズマ発生密度を制御するプラズマＣＶＤ装置の部分を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
−第１の実施形態−
本発明におけるプラズマＣＶＤの第１の実施形態を図１を用いて説明する。
本発明のプラズマＣＶＤ装置は容量結合型プラズマＣＶＤであり、下部容器１Ｂに対して開閉する上部容器１Ａを有する真空容器１と、高周波電力部２と、成膜ガス供給部３とから構成されている。高周波電力部２と成膜ガス供給部３は公知のプラズマＣＶＤ装置に共通な一般的な構成であり、ここでの説明は省略し、真空容器１の内部の構成を以下に説明する。
【００１１】
真空容器１の内部には、基板電極４と、これに対向するように高周波電極５が設けられている。成膜処理が施される基板６は接地されている基板電極４に戴置される。高周波電極５は、絶縁体７と支持部１２を介して上部真空容器１Ａに取り付けられている。基板電極４と基板６以外は上部容器１Ａに設けられている。
成膜ガス供給部から供給された成膜ガスは金属管８を経由して高周波電極５のガス放出孔５ａから放出される。ガス放出孔５ａから放出された成膜ガスは、更に、高周波電極の細孔５ｂから真空容器１内に放出される。高周波電力部２からは高周波出力が配線９により真空容器１に導入され、高周波電極５に供給される。
【００１２】
高周波電極５には外部の高周波電力部２から高周波が印加され、高周波電極５と基板電極４の間に、放出された成膜ガスから反応性のあるプラズマが生成される。このプラズマには各種のイオンおよびラジカルなどの反応性のある中性粒子が含まれており、これらが基板に付着し反応することにより基板上に成膜が行われる。
【００１３】
高周波電極５の外側には、この高周波電極５を囲むようにシールド電極１０が設けられている。更に後述するように、コーナープレート１１がシールド電極１０に固定されて、高周波電極５の隅部を覆うように、設けられている。
【００１４】
図２は第１の実施形態における、コーナープレート１１（１１a、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、以降１１で代表する）を含む高周波電極５の全体を示す平面図である。高周波電極５は矩形の形状であり、これに対向する基板電極４（平面図は省略）もまた矩形の形状となっている。高周波電極５と基板電極４の大きさは、それぞれ約２ｍ×１ｍであり、対向する間隔は数ｃｍである。
【００１５】
高周波電極５を枠状に取り囲むシールド電極１０は、４本の細長い直線状電極１０ａ〜１０ｄから構成され、接地されている。直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々は、熱膨張時に一端側の伸び量が少なく、他端側に向かうほど伸びが大きくなるように、高周波電極５の支持部１２にボルトで固着されている。すなわち、直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々の一端側は、ボルト孔１３ａにボルトＢＬが挿入されて支持部１２に固着され、他端側は、長孔１３ｂにボルトＢＬが挿入されて支持部１２に固着されている。本明細書では、直線状電極１０ａ〜１０ｄの各々の一端側を固定端側、他端側を自由端側と呼ぶ。
【００１６】
図３は、シールド電極１０のコーナー部に設けたコーナープレート１１ａの取り付け構造を説明する拡大図である。図３に示すように、コーナープレート１１ａは、直線状電極１０ａの自由端側にネジＳＣで固着されたサブコーナープレート１１ａ−１と、直線状電極１０ｄの固定端側にネジＳＣで固着されたサブコーナープレート１１ａ−２とを含んで構成されている。図３に示されているように、実施の形態のＣＶＤ装置では、コーナープレート１１は一対のサブコーナープレート１１ａ−１と１１ａ−２により略Ｌ字形状に構成されている。
【００１７】
サブコーナープレート１１ａ―１は、熱膨張によりシールド電極１０ａの自由端側がより伸びたとき、シールド電極１０ａの伸びにしたがって図３の下方に移動する。サブコーナープレート１１ａ−２は、シールド電極１０ｄの固定端側の伸び量が小さいため、熱膨張による移動は僅かである。サブコーナープレート１１ａ−１の内側面ＩＳ１とサブコーナープレート１１ａ―２の内側面ＩＳ２は、サブコーナープレート１１ａ−１が熱膨張で図３の下方に移動したとき、所定の曲率のコーナー部ＣＮとなるように、すなわち一対の内周面ＩＳ１とＩＳ２とが連続するような形状とされている。なお、熱膨張前のサブコーナープレート１１ａ−１の内側面ＩＳ１の位置を破線で示す。また、各サブコーナープレートのコーナー部のエッジもＲ加工が施されている。コーナー部ＣＮに曲率を持たせ、また、各サブコーナープレートのエッジにＲ加工を施しているのは、エッジによる異常放電を抑制するためである。
【００１８】
図２、３には、高周波電極５に対向する基板電極４に成膜される基板６を戴置した場合、これに対応した高周波電極での基板を戴置する領域ＡＲを２点鎖線で示してある。これから分かるように、コーナープレート１１は成膜される基板に発生したプラズマが十分作用するように、基板の戴置領域には重ならないような形状となっている。
【００１９】
各コーナープレート１１の高周波電極５と対向する領域には複数の開放孔１１Ｈが設けられており、これらの穴径は２−５ｍｍφである。プラズマ発生により、コーナープレート１１の高周波電極側の面にプラズマによる生成物が堆積するが、このコーナープレート１１に設けられた開放孔１１Ｈにより、この生成物の大部分は真空容器１内（図１参照）で下方に落下するようになっている。
【００２０】
これにより、コーナープレート１１の高周波電極側での生成物の堆積は大幅に減少し、プラズマＣＶＤ装置のメンテナンス期間が長くなるという大きな利点がある。また、この開放孔１１Ｈにより、コーナープレート１１を取り外すことなく、コーナープレート１１の高周波電極側の面のクリーニングができ、メンテナンス性が大幅に向上する。
尚、このコーナープレート１１に開放孔１１Ｈを設けても、コーナープレート１１の高周波電極５の隅部でのプラズマ密度の上昇を抑える効果への影響はなく、開放孔の有り／無しの場合のコーナープレート１１の性能は同等である。
【００２１】
コーナープレート１１と高周波電極５の間隔を調整することにより、高周波電極５の隅部でのプラズマ発生密度を調整することができる。本発明では、このコーナープレート１１と高周波電極５との間隔は、コーナープレートをシールド電極に取り付ける際にシム等で、２−１０ｍｍの範囲で調整できるようになっているが、この調整範囲は設計により拡大可能である。
【００２２】
プラズマ発生の安定化のため、コーナープレート１１と高周波電極５の間隔は、一定であることが望ましい。このため、プラズマ発生に伴う熱によるコーナープレート１１の変形が少ないことが必要である。また、コーナープレート１１はシールド電極１０に固定されているので、コーナープレート１１の熱による伸長はシールド電極１０の熱による伸長と同じかまたはこれより小さいことが必要である。
また、コーナープレート１１が絶縁物質で作製されているか、もしくは表面が絶縁物質で覆われていると、コーナープレートの表面が帯電し易くなり、これによって高周波電極５との間で異常放電がおこり易くなるため、コーナープレート１１は導電体であることが必要である。
従ってこれらの条件より、コーナープレート１１は、これを取り付けるシールド電極１０の材質より熱膨張率の小さい導体であることが望ましい。本実施形態では、シールド電極１０はＳＵＳ３０４（熱膨張係数１７．３×１０−６／℃）で作製されており、コーナープレートはＩｎｖａｒ合金（熱膨張係数１．２×１０−６／℃）を用いて作製されている。
【００２３】
なお、コーナープレート１１の各々を２つのサブコーナープレートで構成するようにしたが、１つのプレートで構成してもよい。この場合は、熱による直線状電極（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）の伸長の影響を避けるため、高周波電極５の隅部で隣り合う直線状電極の片方にのみ固定される。
【００２４】
ここで、本発明におけるコーナープレート１１（コーナープレート１１ａ〜１１ｄ）の実際の効果の例を示す。
【００２５】
図４は本発明における、コーナープレートのプラズマ密度に対する効果の例を示すグラフである。縦軸は基板に成膜される膜厚のばらつきを示す。横軸は左からそれぞれ、高周波電極５および基板電極４の隅部、これら電極の中央部、これら電極の中央部と隅部のほぼ中間点、であり、図中の折れ線グラフはこれらの場所での成膜厚の相対値を示す。折れ線４ａはコーナープレートなしの場合、４ｂは開放孔のないコーナープレートを取り付けた場合、４ｃは複数の開放孔のあるコーナープレートを取り付けた場合、の前記の部位での成膜厚に対応する。各々の折れ線では、各々３か所（電極隅部、電極中心部、中間点）での膜厚の平均値を１．０とし、この値からのずれを縦軸に表示している。
【００２６】
図４から明らかなように、コーナープレートを取り付けると、基板の全面に渡り、コーナープレートを用いない場合に比べ、成膜厚が均一になっていることが分かる。発生したプラズマ密度の分布もこの成膜厚の分布に対応していると推測され、高周波電極および基板電極の隅部においても、これら電極の中央部分とほぼ同密度のプラズマが生成されていると推測される。
【００２７】
開放孔１１Ｈを備えたコーナープレート１１の場合の方が、開放孔１１Ｈの無い場合より、更に成膜厚の分布が均一になっているが、この分布はコーナープレートと高周波電極の間隔およびコーナープレートの若干の位置の違いにも依存するので、ここに示す場合から双方の場合とも同等の性能となるように調整が可能である。図４に示すデータの場合はコーナープレートと高周波電極の間隔は、約１０ｍｍである。
尚、成膜した結果に対し、電極全面に渡り成膜厚のばらつきが３％程度以下であれば実用上は問題が無く、従って図４に示す場合でも、コーナープレートで開放孔の有り／無しの両方とも成膜したものは良品と判定されるが、コーナープレートを用いないで成膜したものは不良品となる。
【００２８】
−第２の実施形態−
上記の実施形態では、シールド電極１０およびコーナープレート１１はそれぞれ接地されていると説明した。しかし、シールド電極やコーナープレートにそれぞれ電位を与えて、プラズマ密度の調整を行うことが可能である。シールド電極１０の電位も変化させることで、高周波電極および基板電極の隅部だけでなく、周辺部全体でプラズマ密度のきめ細かい調整が可能となる。
【００２９】
図５はシールド電極１０およびコーナープレート１１へ電圧を供給する電圧供給部１４と、この電圧供給部１４、高周波電力部２、成膜ガス供給部３を制御する制御部１５を更に備えるプラズマＣＶＤ装置を示す。下部真空容器１Ｂ、基板電極４、基板６は省略してある。またシールド電極１０やコーナープレート１１に電位を与える場合は、適宜追加の絶縁体を用いてこれらの周囲から絶縁する必要があるが、図５ではこの追加の絶縁体は省略してある。
【００３０】
電圧供給部１４は、シールド電極１０およびコーナープレート１１にそれぞれ与える電圧を制御する。シールド電極１０を構成する４つの直線状電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄには、各々に共通の電圧を与えるか、または個別に制御された電圧を与えても良い。４つのコーナープレート１１構成するサブプレートのそれぞれにおいても同様に共通の電圧を与える。
【００３１】
図５のＣＶＤ装置では、成膜材の材質、厚さに対応した、成膜ガスの条件（ガス種、ガス圧）、高周波電力、周波数、処理時間などのデータを事前に取得して制御装置に記憶しておく。またこれに対応して、シールド電極１０およびコーナープレート１１の電圧のデータを事前に取得して記憶しておく。制御部１５はこれらのデータに基づき、成膜処理の開始と共に、成膜ガスの条件とシールド電極およびコーナープレートに供給する電圧の制御を行う。
【００３２】
真空容器１内に更に、基板に成膜された膜の厚さを測定する膜厚センサー（図示せず）を備えることにより、基板を真空容器から取り出すことなく、真空容器中で膜厚を測定することが可能である。膜厚測定により、例えば高周波電極の隅部で膜厚が厚くなる、あるいは全体で膜厚が不足しているというような状況が判明した場合、上記の各種条件を制御部経由で制御することにより、より精度の良いプラズマ密度の制御および成膜厚の制御が可能となる。膜厚センサーに関しては種々のものが入手可能であり、ここでは特に限定せず、またこの説明は省略する。
【００３３】
なお、上記の第１の実施形態では、基板電極４および高周波電極５が矩形であると説明したが、基板電極４および高周波電極５は矩形以外の形状でも実施可能である。この場合は、基板電極４および高周波電極５の形状に対応して、シールド電極１０およびコーナープレートの１１の形状も変更される。
【００３４】
また、上記の第１の実施形態では、高周波電極５に成膜ガス放出孔５ａと細孔５ｂを設けるように説明したが、高周波電極と基板電極の間でプラズマが生成されるように成膜ガスが放出されるのであれば、成膜ガス放出孔と細孔の位置は高周波電極に限定しない。
【符号の説明】
【００３５】
１‥ 真空容器 １Ａ‥ 上部容器 １Ｂ‥ 下部容器
２‥ 高周波電力部 ３‥ 成膜ガス供給部 ４‥ 基板電極
５‥ 高周波電極 ５ａ‥ ガス放出孔 ５ｂ‥ 細孔
６‥ 基板 ７‥ 絶縁体 ８‥ 金属管
９‥ 配線
１０‥ シールド電極
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ‥ 直線状電極
１１‥ コーナープレート
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ‥ コーナープレート
１１ａ−１、１１ａ−２、‥ １１ａを構成する２つのサブコーナープレート
ＣＮ‥ コーナープレートのコーナー部
ＩＳ１、ＩＳ２‥ サブコーナープレート（１１ａ−１、１１ａ−２）の内周面
１１Ｈ‥ コーナープレートの開放孔
１２‥ 高周波電極支持部
１３ａ‥ ボルト孔 １３ｂ‥ 長孔
１４‥ 電圧供給部 １５‥ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に被成膜処理を行う基板を戴置する基板電極と、
これに対向する高周波電極と、
前記高周波電極に高周波電力を供給する高周波電力部と、
前記真空容器内に成膜ガスを供給するガス供給部と、
前記高周波電極を囲むように設けられたシールド電極と、
前記高周波電極の隅部を覆うように、前記基板電極に対向して設けられたコーナープレートとを備えるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは、前記シールド電極の熱膨張率よりも小さな熱膨張率を持つ導電体であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは高周波電極と対向する領域に複数の開放孔を備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板電極と前記高周波電極は矩形の形状であり、
前記シールド電極は、前記矩形の高周波電極を枠状に囲む４つの直線状の電極から構成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは２枚のサブコーナープレートから成り、各々のサブコーナープレートはそれぞれ前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極にそれぞれ固定されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記２枚のサブコーナープレートの内１枚は、前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極の内の１つの電極の固定端に固定されており、もう１枚のサブコーナープレートは、前記固定端である直線状電極に隣接するもう１つの直線状電極の自由端に固定されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１】
真空容器内に被成膜処理を行う基板を戴置する基板電極と、
これに対向する高周波電極と、
前記高周波電極に高周波電力を供給する高周波電力部と、
前記真空容器内に成膜ガスを供給するガス供給部と、
前記高周波電極を囲むように設けられたシールド電極と、
前記高周波電極の隅部を覆うように、前記基板電極に対向して設けられたコーナープレートとを備えるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは、前記シールド電極の熱膨張率よりも小さな熱膨張率を持つ導電体であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは高周波電極と対向する領域に複数の開放孔を備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板電極と前記高周波電極は矩形の形状であり、
前記シールド電極は、前記矩形の高周波電極を枠状に囲む４つの直線状の電極から構成されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記コーナープレートは２枚のサブコーナープレートから成り、各々のサブコーナープレートはそれぞれ前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極にそれぞれ固定されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記２枚のサブコーナープレートの内１枚は、前記４つの直線状電極の隣接する２つの直線状電極の内の１つの電極の固定端に固定されており、もう１枚のサブコーナープレートは、前記固定端である直線状電極に隣接するもう１つの直線状電極の自由端に固定されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−７１２０８（Ｐ２０１１−７１２０８Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１９２７１（Ｐ２００９−２１９２７１）
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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