JP2000345349A - Ｃｖｄ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積基板にＣＶＤによりシラン等を用いて
シリコン酸化膜等を成膜する場合、パーティクルの発生
を抑制し、基板へのイオン入射を防止する。 【解決手段】 真空容器１２内でプラズマを生成してラ
ジカルを発生させ、このラジカルとシラン等で基板に成
膜処理を行うＣＶＤ装置である。真空容器内にその内部
をプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６の二室に隔
離する隔壁部１４が設けられる。隔壁部には複数の貫通
孔２５と拡散孔２６が形成されている。内部空間２４に
はシラン等が供給され、シラン等は拡散孔を通して成膜
処理空間に導入される。プラズマ生成空間で生成された
ラジカルは、貫通孔を通して成膜処理空間に導入され
る。貫通孔は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な孔の長
さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞
１の条件を満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＶＤ装置に関し、
特に、大型のフラットパネル基板への成膜に適したＣＶ
Ｄ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】大型の液晶ディスプレイの作製方法とし
て、従来、高温ポリシリコン型ＴＦＴ（薄膜トランジス
タ）を利用するものと、低温ポリシリコン型ＴＦＴを利
用するものとが知られている。高温ポリシリコン型ＴＦ
Ｔを利用する作製方法では、高品質な酸化膜を得るため
に、１０００℃以上の高温に耐える石英基板が使用され
ていた。これに対して低温ポリシリコン型ＴＦＴの作製
においては、通常のＴＦＴ用ガラス基板を使用するた
め、低温環境（例えば４００℃）で成膜を行う必要があ
る。低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用して液晶ディスプ
レイを製作する方法は、特別な基板を使用する必要がな
く、成膜条件の設定が簡単であるという利点を有し、近
年実用化され、その生産量は拡大しつつある。

【０００３】低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用する液晶
ディスプレイの作製で、低温でゲート絶縁膜として適当
なシリコン酸化膜を成膜する場合、プラズマＣＶＤが使
用される。このプラズマＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜
する際、代表的な材料ガスとしてはシラン、テトラエト
キシシラン（ＴＥＯＳ）などが使用される。

【０００４】材料ガスとしてシラン等を使用しプラズマ
によるＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜する場合、従来の
プラズマＣＶＤ装置によれば、基板の前面空間に材料ガ
スと酸素などを導入し、材料ガスと酸素の混合ガスでプ
ラズマを生成し、当該プラズマに対して基板を晒すこと
により、当該基板の表面上にシリコン酸化膜を形成する
ようにしていた。このように従来のプラズマＣＶＤ装置
では、材料ガスは、プラズマＣＶＤ装置内に生成された
プラズマ中に直接的に供給するように構成されていた。
このため、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成によれば、
基板の前面空間に存在するプラズマから基板の成膜面に
対して高エネルギのイオンが入射し、シリコン酸化膜に
ダメージを与え、膜特性が悪化するという問題が存在し
た。さらにプラズマ中に材料ガスが直接的に導入される
ため、材料ガスとプラズマが激しく反応してパーティク
ルが発生し、これによって歩留まりが低下するという問
題もあった。

【０００５】そこで従来では、上記問題を解決するた
め、一例として、遠隔プラズマ方式を利用したプラズマ
処理装置が提案されていた。遠隔プラズマ方式では、プ
ラズマ装置内のプラズマ生成領域から離れた、寿命の短
い荷電粒子が消滅し、比較的寿命の長いラジカルが卓越
して存在する領域に基板を配置し、かつ材料ガスが基板
の配置領域の近くに供給されるように構成している。プ
ラズマ領域で生成されたラジカルは、基板が配置された
領域の方向へ拡散し、基板の表面の前面空間に供給され
る。かかる遠隔プラズマ方式のプラズマ処理装置によれ
ば、材料ガスとプラズマの激しい反応が抑制され、パー
ティクルの発生量が低減され、さらにイオンの基板への
入射も制限されるという利点を有している。

【０００６】また従来では、特開平６−２６０４３４号
公報（特許第２６０１１２７号）によってプラズマＣＶ
Ｄ装置が提案されていた。このプラズマＣＶＤ装置は、
平行平板電極構造を有し、高周波電極と基板ホルダ電極
の間に中間電極を配置して高周波電極と基板ホルダ電極
の間の空間を仕切りかつ高周波電極と中間電極の間のみ
に高周波電力を供給することによって高周波電極・中間
電極間のみにプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電で
発生した励起活性種とイオンを中間電極に形成された貫
通孔を通して基板の前面空間に導入するように構成され
ている。高周波電極は従来のシャワーヘッド形式の電極
であり、多数の孔を有する拡散板の各孔を通してプラズ
マ生成用ガスをプラズマ生成空間に導入している。また
原料ガスは、ガス導入管、中間電極に形成されたガス導
入空間およびガス噴出口を通して基板の前面空間に導入
されている。このプラズマＣＶＤ装置では、高周波電極
と基板ホルダ電極の間の空間が中間電極によって仕切ら
れ、高周波電極と中間電極の間の空間のみがプラズマ生
成空間として形成され、プラズマ生成領域が基板が置か
れた場所から離された構成を有している。このプラズマ
ＣＶＤ装置は、平行平板電極構造を有した遠隔プラズマ
方式の装置の変形例ということができる。

【０００７】また従来、特開平５−２１３９３号公報に
開示されるプラズマＣＶＤ装置が存在する。このＣＶＤ
装置では、平行平板型のＣＶＤ装置を形成する真空容器
の内部にプラズマ発生室と基板処理室を作り、その境界
部にメッシュプレートを配置した構成を示している。

【０００８】さらに従来では、特開平８−１６７５９６
号公報に開示されるプラズマ処理装置が存在する。この
プラズマ処理装置では、金属製メッシュプレートとその
支持部材によって、真空容器において、プラズマ生成室
とプラズマ処理室とを空間的に分離して形成している。
このプラズマ処理装置によれば、メッシュプレートに形
成された複数の開口部の直径を、プラズマ生成室で生成
したプラズマのデバイ長の２倍以下にすることにより、
プラズマ中の荷電粒子を遮蔽し、被処理物に対して電気
的に中性の励起原子種等を照射させるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述の遠隔プラズマ方
式のプラズマ処理装置の場合には、プラズマ生成領域と
基板配置領域が接続空間を介し離れて形成され、基板か
ら離れた所で生成されたラジカルを接続空間を通してそ
の拡散作用で基板の表面へ供給するようにしたため、成
膜速度が低くなり、基板の表面近傍でのラジカルの分布
が悪くなるという問題があった。特に、基板の表面近傍
でのラジカルの分布が悪いため、大型液晶ディスプレイ
に用いられる大面積の基板に対応することができないと
いう問題が提起された。

【００１０】特開平６−２６０４３４号公報（特許第２
６０１１２７号）に開示されたプラズマＣＶＤ装置によ
れば、高周波電極と中間電極の間のプラズマ生成空間に
材料ガスが供給されないことから、高周波電極の周辺で
化学反応が起こらず、高周波電極での膜の堆積がなく、
さらにパーティクルの発生が生じないという利点が主張
されている。しかしながら、厳密に検討すると、中間電
極に形成された貫通孔のサイズに関して特別な考慮はな
く、材料ガスがプラズマ生成空間へ逆拡散する可能性が
ある。従って、材料ガスが、中間電極の上側に入り込む
可能性があり、高周波電極の周辺で化学反応が起こるお
それがある。

【００１１】特開平５−２１３９３号公報に開示される
プラズマＣＶＤ装置による場合にも、メッシュプレート
に形成された貫通孔のサイズは本発明の条件を満たさな
いように決められ、材料ガスがプラズマ生成空間へ逆拡
散する可能性があり、前述と同様な問題が起きる。

【００１２】特開平８−１６７５９６号公報に開示され
るプラズマ処理装置の場合、プラズマ生成室からプラズ
マ処理室への荷電粒子の移動を妨げる構造を有してい
る。しかしながら、プラズマに触れないようにプラズマ
処理室へ導入された材料ガスが、メッシュプレートの複
数の開口部を通してプラズマ生成室へ逆拡散することを
防ぐ構造は開示されていない。従って、材料ガスがメッ
シュプレートを通してプラズマ生成室へ入り込む可能性
があり、プラズマと材料ガスが反応するおそれがある。

【００１３】本発明の目的は、上記の問題を解決するこ
とにあり、低温ポリシリコン型ＴＦＴを利用した大型液
晶ディスプレイの作製等で、プラズマを利用するＣＶＤ
に基づきシラン等の材料ガスを用いてシリコン酸化膜等
を大面積基板に成膜する場合に、成膜を行う前の段階で
のプラズマと材料ガスとの接触を装置構造の上で可能な
限りなくし、パーティクルの発生を十分に抑制し、また
基板表面へのイオン入射を防止し、さらに基板の成膜面
近傍でのラジカルの分布を良好にし、大面積基板への成
膜に有効に利用できるＣＶＤ装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
ＣＶＤ装置は上記目的を達成するため次のように構成さ
れる。

【００１５】このＣＶＤ装置は、真空容器内でプラズマ
を生成して活性種（ラジカル）を発生させ、この活性種
と材料ガスで基板に成膜処理を行う装置である。真空容
器には、真空容器の内部を二室に隔離する導電性の隔壁
部が設けられる。これらの２室のうち、一方の室の内部
は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として形成
され、他方の室の内部は基板を搭載する基板保持機構が
配置された成膜処理空間として形成される。さらにこの
隔壁部にはプラズマ生成空間と成膜処理空間を通じさせ
る複数の貫通孔が形成される。隔壁部は、さらに、プラ
ズマ生成空間と隔離されかつ成膜処理空間と複数の拡散
孔を介して通じている内部空間を有する。この内部空間
には外部から材料ガスが供給され、内部空間に供給され
た材料ガスは複数の拡散孔を通して上記成膜処理空間に
導入される。プラズマ生成空間で生成された活性種は、
隔壁部に形成された複数の貫通孔を通して成膜処理空間
に導入される。上記の貫通孔あるいは拡散孔の大きさ
（長さおよび径等）は下記のごとく特定の条件を満たす
ように設計される。

【００１６】上記ＣＶＤ装置において、隔壁部に形成さ
れた複数の貫通孔は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な
孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数（孔の両側の２種のガ
スの相互ガス拡散係数）をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞１
の条件を満たす。また隔壁部の下壁に形成された複数の
拡散孔についても上記と同じ条件を満たすように形成さ
れることが好ましい。

【００１７】隔壁部に形成された貫通孔等が満たす上記
条件としては、これらの孔を通して、プラズマ生成空間
のガスが物質移動流れとして、材料ガスが拡散により、
それぞれ反対側に移動することを想定するとき、拡散に
よる移動量が制限されるように設定される。

【００１８】上記のＣＶＤ装置において、好ましくは、
隔壁部には、その内部空間に、材料ガスを均一に拡散す
る少なくとも二層の拡散構造が設けられる。

【００１９】上記のＣＶＤ装置では、酸素ガスを利用し
てプラズマを生成しシラン等の材料ガスを用いて基板の
表面に膜を堆積する構成において、処理室である真空容
器の内部空間を、隔壁部で隔離することによって、プラ
ズマを生成する空間と成膜処理空間とに分離し、成膜処
理空間に配置された基板の処理表面がプラズマに晒され
ない構成が採用される。また隔壁部によって隔離されて
いることから、成膜処理空間に導入された材料ガスがプ
ラズマ生成空間側に移動することが十分に制限される。
実際、隔壁部には複数の貫通孔が形成されているので、
隔壁部の両側のプラズマ生成空間と成膜処理空間は貫通
孔を通してつながっているが、貫通孔の大きさは前述の
ごとき条件を満たすように形成されているので、成膜処
理空間に導入された材料ガスがプラズマ生成空間側に逆
拡散するのが防止される。

【００２０】基板の成膜では、プラズマ生成空間で酸素
ガスでプラズマを生成し、プラズマで発生したラジカル
（酸素ガスの活性種）と、材料ガスであるシラン等を、
基板が配置された成膜処理空間に導いて、ＣＶＤの作用
によって基板の表面に膜をつける。膜の例としては、低
温ポリシリコン型ＴＦＴを利用する液晶ディスプレイの
作製では低温でゲート絶縁膜として作られるシリコン酸
化膜である。複数の貫通孔と拡散孔を有する隔壁部を設
けることによって、真空容器の内部空間はプラズマ生成
空間と成膜処理空間に隔離され、隔壁部内に形成された
内部空間と上記拡散孔を利用してシラン等を、プラズマ
が生成される領域を避けて、基板前面の成膜処理空間に
直接に導入すると共に、プラズマ生成空間で生成された
ラジカルを隔壁部に形成された上記貫通孔を通して成膜
処理空間に導入するようにした。さらに上記の貫通孔の
サイズを上記の特定条件を満たすように設定することに
よって、シラン等の材料ガスがプラズマ生成空間側に拡
散するのを可能な限り防止し、シラン等がプラズマに触
れるのを防いでいる。これにより、シラン等とプラズマ
が直接的に混合されるのを防止でき、従来の不具合を解
消する。

【００２１】上記のＣＶＤ装置において、隔壁部はクリ
ーニング用高周波電力を供給する高周波給電部に接続さ
れ、隔壁部に適時に高周波電力を供給して成膜処理空間
でクリーニング用プラズマを生成することを特徴とす
る。上記のＣＶＤ装置において、高周波電極はプラズマ
生成空間を形成する室のほぼ中央に配置され、高周波電
極と真空容器上面部の間、および高周波電極と隔壁部の
間で、プラズマが生成されるように構成されている。こ
の構成によって、真空容器の一部と導電性の隔壁部を電
極として利用することにより、隔壁部の貫通孔を除い
て、生成されたプラズマを密閉することができるプラズ
マ生成室を作ることができる。上記のＣＶＤ装置におい
て、高周波電極をプラズマ生成空間の上側位置に設け、
高周波電極と隔壁部との間でプラズマ放電を発生させる
ように構成することもできる。これは電極構造の変形例
であり、隔壁部を利用して、隔壁部の貫通孔を除いて密
閉されたプラズマ生成室を作ることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を添付図面に基づいて説明する。

【００２３】図１と図２を参照して本発明に係るＣＶＤ
装置の第１の実施形態を説明する。図１において、この
ＣＶＤ装置では、好ましくはシランを材料ガスとして使
用し、通常のＴＦＴ用ガラス基板１１の上面にシリコン
酸化膜をゲート絶縁膜として成膜する。ＣＶＤ装置の容
器１２は、成膜処理を行う際、排気機構１３によってそ
の内部が所望の真空状態に保持される真空容器である。
排気機構１３は真空容器１２に形成された排気ポート１
２ｂ−１に接続されている。

【００２４】真空容器１２の内部には、水平な状態で導
電性部材で作られた隔壁部１４が設けられており、平面
形状が例えば円形の隔壁部１４は、その周縁部が環状の
絶縁部材２２の下面に押さえ付けられて密閉状態を形成
するように配置されている。真空容器１２の内部は隔壁
部１４によって上下の２つの室に隔離される。上側の室
はプラズマ生成空間１５を形成し、下側の室は成膜処理
空間１６を形成する。隔壁部１４は、所望の特定の厚み
を有し、かつ全体的に平板状の形態を有し、さらに真空
容器１２の水平断面形状に類似した平面形状を有する。
隔壁部１４には内部空間２４が形成されている。

【００２５】上記ガラス基板１１は、成膜処理空間１６
に設けられた基板保持機構１７の上に配置されている。
ガラス基板１１は隔壁部１４に実質的に平行であって、
その成膜面（上面）が隔壁部１４の下面に対向するよう
に配置されている。基板保持機構１７の電位は真空容器
１２と同じ電位である接地電位に保持される。さらに基
板保持機構１７の内部にはヒータ１８が設けられてい
る。このヒータ１８によってガラス基板１１の温度は所
定の温度に保持される。

【００２６】真空容器１２の構造を説明する。真空容器
１２は、その組立て性を良好にする観点から、プラズマ
生成空間１５を形成する上容器１２ａと、成膜処理空間
１６を形成する下容器１２ｂとから構成される。上容器
１２ａと下容器１２ｂを組み合わせて真空容器１２を作
るとき、両者の間の位置に隔壁部１４が設けられる。隔
離部１４は、その周縁部が、後述するごとく電極２０を
設けるときに上容器１２ａとの間に介設される環状絶縁
部材２１，２２のうちの下側の絶縁部材２２に接触する
ようにして取り付けられる。これによって、隔壁部１４
の上側と下側に、隔離されたプラズマ生成空間１５と成
膜処理空間１６が形成される。隔壁部１４と上容器１２
ａとによってプラズマ生成空間１５が形成される。プラ
ズマ生成空間１５においてプラズマ１９が生成されてい
る領域は、前述の隔壁部１４と上容器１２ａとほぼ中央
位置に配置される板状の電極（高周波電極）２０とから
形成されている。電極２０には複数の孔２０ａが形成さ
れている。隔壁部１４と電極２０は、上容器１２ａの側
部内面に沿って設けられた２つの環状絶縁部材２１，２
２によって支持され、固定される。環状絶縁部材２１に
は、外側からプラズマ生成空間１５へ酸素ガスを導入す
る導入パイプ２３が設けられている。導入パイプ２３は
流量制御を行うマスフローコントローラ（図示せず）を
介して酸素ガス供給源（図示せず）に接続されている。

【００２７】真空容器１２の内部は、隔壁部１４によっ
てプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６に隔離され
るが、隔壁部１４には所定条件を満たす複数の貫通孔２
５が内部空間２４を貫通する状態で分散して形成されて
おり、これらの貫通孔２５を介してのみプラズマ生成空
間１５と成膜処理空間１６はつながっている。また隔壁
部１４内に形成された内部空間２４は、材料ガスを分散
させて均一に成膜処理空間１６に供給するための空間で
ある。さらに隔壁部１４の下壁には材料ガスを成膜処理
空間１６に供給する複数の拡散孔２６が形成されてい
る。上記の貫通孔２５または拡散孔２６はそれぞれ後述
する所定の条件を満たすように作られている。また上記
内部空間２４には、材料ガスを導入するための導入パイ
プ２８が接続されている。導入パイプ２８は側方から接
続されるように配置されている。また内部空間２４の中
には、材料ガスが拡散孔２６から均一に供給されるよう
に、複数の孔２７ａを有するように穿孔された均一板２
７がほぼ水平に設けられている。図２に示すごとく、均
一板２７によって隔壁部１４の内部空間２４は上下の２
つの空間部分２４ａ，２４ｂに分けられている。導入パ
イプ２８で内部空間２４に導入される材料ガスは、上側
の空間２４ａに導入され、均一板２７の孔２７ａを通っ
て下側の空間２４ｂに至り、さらに拡散孔２６を通って
成膜処理空間１６に拡散されることになる。以上の構造
に基づいて、成膜処理空間１６の全体にわたって材料ガ
スを均一に供給することが可能となる。

【００２８】図２では隔壁部１４の一部が拡大して示さ
れ、貫通孔２５と拡散孔２６と均一板２７の要部が拡大
して示される。貫通孔２５は、一例として、プラズマ生
成空間１５側が大きな径を有し、成膜処理空間１６の側
が絞られ、小さい径で作られている。

【００２９】上容器１２ａの天井部には、電極２０に接
続された電力導入棒２９と、隔壁部１４に接続された電
力導入棒３０とが設けられている。電力導入棒２９によ
って電極２０に放電用高周波電力が給電される。電極２
０は高周波電極として機能する。電力導入棒３０の外端
部は切替えスイッチ４１を介してクリーニング用高周波
電源４２または接地端子４３に接続される。プラズマに
より成膜を行うときには切替えスイッチ４１は接地端子
４３に接続されて隔壁部１４は接地電位に保持される。
また後述するごとく適時のタイミングで切替えスイッチ
４１をクリーニング用高周波電源４２に接続し、隔壁部
１４に対してクリーニング用高周波電力を給電し、クリ
ーニングを行う。なお接地端子４３は真空容器１２の上
容器１２ａにも接続され、上容器１２ａも接地電位に保
持されている。電力導入棒２９，３０は、いずれも絶縁
物３１，３２で被われており、他の金属部分との絶縁が
図られている。

【００３０】上記のように構成されたＣＶＤ装置による
成膜方法を説明する。図示しない搬送ロボットによって
ガラス基板１１が真空容器１２の内部に搬入され、基板
保持機構１７の上に配置される。真空容器１２の内部
は、排気機構１３によって排気され、減圧されて所定の
真空状態に保持される。次に、導入パイプ２３を通して
酸素ガスが真空容器１２のプラズマ生成空間１５に導入
される。このとき酸素ガスの流量は外部のマスフローコ
ントローラで制御される。式（１），（２）を用いて、
酸素ガスの流量（Ｑ_O2）と圧力（Ｐ_O2）、および温度
（Ｔ）から酸素の流速（ｕ）が求められる。

【００３１】

【数１】

【００３２】一方、材料ガスである例えばシランが導入
パイプ２８を通して隔壁部１４の内部空間２４に導入さ
れる。シランは、最初に内部空間２４の上側部分２４ａ
に導入され、均一板２７で均一化されて下側部分２４ｂ
に移動し、次に拡散孔２６を通って成膜処理空間１６に
直接に、すなわちプラズマに接触することなく導入され
る。成膜処理空間１６に設けられた基板保持機構１７
は、ヒータ１８に通電が行われているため、予め所定温
度に保持されている。

【００３３】上記の状態で、電極２０に対して電力導入
棒２９を介して高周波電力が供給される。この高周波電
力によって放電が生じ、プラズマ生成空間１５内におい
て電極２０の周囲に酸素プラズマ１９が生成される。酸
素プラズマ１９を生成することで、中性の励起種である
ラジカル（励起活性種）が生成される。

【００３４】基板１１の表面に成膜を行うとき、真空容
器１２の内部空間は、導電材料で形成された隔壁部１４
でプラズマ生成空間１５と成膜処理空間１６に隔離され
た構成において、プラズマ生成空間１５では酸素ガスを
導入しかつ電極２０に高周波電力を供給して酸素プラズ
マ１９を生成し、他方、成膜処理空間１６では材料ガス
であるシランが隔壁部１４の内部空間２４および拡散孔
２６を通って直接に導入される。プラズマ生成空間１５
で生成された酸素プラズマ１９のうち長寿命を持つ中性
ラジカルが隔壁部１４の複数の貫通孔２５を通って成膜
処理空間１６に導入されるが、荷電粒子の多くは死滅す
る。シランは隔壁部１４の内部空間２４および拡散孔２
６を通って成膜処理空間１６に直接に導入される。また
成膜処理空間１６に直接に導入されたシランは、貫通孔
２５の有する形態に基づきプラズマ生成空間の側に逆拡
散することが抑制される。このように、材料ガスである
シランを成膜処理空間１６に導入するとき、シランが直
接に酸素プラズマ１９に触れることはなく、シランと酸
素プラズマとが激しく反応することが防止される。かく
して、成膜処理空間１６において、隔壁部１４の下面に
対向して配置された基板１１の表面にシリコン酸化膜が
成膜される。

【００３５】上記の構造において、隔壁部１４の複数の
貫通孔２５の大きさ等の形態は、プラズマ生成空間１５
における酸素ガスを貫通孔中の物質移動流れとし、成膜
処理空間１６におけるシランが、貫通孔２５を通って反
対側の空間に拡散移動を行うことを想定するとき、その
拡散による移動量を所望範囲に制限するように決められ
ている。すなわち、例えば、隔壁部１４の温度がＴであ
るときの貫通孔２５を流れる酸素ガスとシランに関して
その相互ガス拡散係数をＤとし、かつ貫通孔２５の最小
径部分の長さ（貫通孔の特徴的長さ）をＬとするとき、
ガス流速（ガスの流速ｕとする）を用いて、ｕＬ／Ｄ＞
１の関係が満たされるように決められる。以上の貫通孔
の形態に関する条件は、好ましくは、隔壁部１４に形成
された拡散孔２６に関しても同様に適用される。

【００３６】上記ｕＬ／Ｄ＞１の関係は次のように導き
出される。例えば貫通孔２５を移動する酸素とシランの
関係に関しシランガス密度（ρ_SiH4）と拡散流速（ｕ
_SiH4）と相互ガス拡散係数（Ｄ_SiH4-O2 ）を用いて下記
の式（３）が成立する。貫通孔の特徴的長さをＬとする
と、式（３）が式（４）に近似できる。式（４）の両辺
を比較した結果、シランの拡散流速（ｕ_SiH4）が−Ｄ
_SiH4-O2 ／Ｌで表わされる。従って、上記の式（１）と
（２）から得られる酸素流速をｕとし、シランの拡散流
速を−Ｄ_SiH4-O2 ／Ｌとした場合に、これらの２つの流
速の絶対値の比、すなわち｜−ｕ／（−Ｄ_SiH4-O2 ／
Ｌ）｜＝ｕＬ／Ｄ_SiH4-O2 の値は酸素物質移動速度とシ
ラン拡散速度の比であり、この比ｕＬ／Ｄ_SiH4-O2 を１
以上にすることは、拡散の流量に比較して対流による流
量が大きいことを意味する。すなわち、ｕＬ／Ｄ
_SiH4-O2 の値を１以上にすることは、シランの拡散影響
が少ないことを意味している。

【００３７】 ρ_SiH4ｕ_SiH4＝−Ｄ_SiH4-O2 ｇｒａｄρ_SiH4 （３） ρ_SiH4ｕ_SiH4≒−Ｄ_SiH4-O2 ρ_SiH4／Ｌ （４）

【００３８】次に具体的な例を説明する。隔壁部１４の
温度を３００℃、隔壁部１４に形成された貫通孔２５の
直径を０．５ｍｍ、直径０．５ｍｍの部分の長さ（Ｌ）
を３ｍｍ、貫通孔２５の総数を５００個、酸素ガスのガ
ス流量を５００sccm、成膜処理空間１６の圧力を１００
Ｐａとすると、上記式の値は１１となる。このような場
合には、シランガスの拡散に比較して流れの影響が十分
に大きいため、プラズマ生成空間１５へのシランガスが
拡散することは少なくなる。

【００３９】上記のようにプラズマ生成空間１５と成膜
処理空間１６は、上記特性を有する貫通孔２５と拡散孔
２６が多数形成された隔壁部１４でそれぞれ閉じられた
室となるように仕切られて隔離されているため、成膜処
理空間１６に直接導入されたシランと酸素プラズマが接
触することはほとんどない。従って、従来装置のごと
く、シランと酸素プラズマが激しく反応することが防止
される。

【００４０】次に成膜処理空間１６のクリーニングにつ
いて説明する。本実施形態のＣＶＤ装置によれば、成膜
処理空間１６内にプラズマが十分に拡散してこないの
で、成膜処理空間１６に対してクリーニングを行うこと
が困難であるという問題を生じる。そこで、前述のごと
く電力導入棒３０を隔壁部１４に電気的に接続し、切替
えスイッチ４１をクリーニング用高周波電力源４２側に
接続し、クリーニング用高周波電力源４２から高周波電
力を供給することにより成膜処理空間１６内に例えばＮ
Ｆ₃ プラズマを生成するようにした。生成されたプラズ
マで成膜処理空間１６の内部をクリーニングする。また
クリーニング速度を問題にしない場合は、成膜処理空間
１６での放電を行わず、プラズマ生成空間１５にＮＦ₃
プラズマを生成し、隔壁部１４の貫通孔２５を通って成
膜処理空間１６に拡散したフッ素ラジカルを利用してク
リーニングを行うこともできる。その際、切替えスイッ
チ４１を接地端子４３に接続し、隔壁部１４を接地電位
とする。かかるクリーニングを行うタイミングは、予め
決められた所定時間ごと、あるいは所定の基板枚数ごと
等の基準に基づいて適時に行われる。

【００４１】次に図３を参照して本発明に係るＣＶＤ装
置の第２の実施形態を説明する。図３において、図１で
説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付
し、ここで詳細な説明を反復することは省略する。本実
施形態の特徴的構成は、上容器１２ａの天井部の内側に
円板状絶縁部材３３を設け、かつその下側に電極２０を
配置するようにした。電極２０には上記孔２０ａは形成
されず、一枚状の板の形態を有する。電極２０と隔壁部
１４によって平行平板型電極構造によるプラズマ生成空
間１５を形成する。その他の構成は第１実施形態の構成
と実質的に同じである。さらに、第２実施形態によるＣ
ＶＤ装置による作用、効果も前述の第１実施形態と同じ
である。

【００４２】前述の実施形態では、材料ガスとしてシラ
ンの例を説明したが、これに限定されず、ＴＥＯＳ等の
他の材料ガスを用いることができるのは勿論である。ま
たシリコン酸化膜のみならず、シリコン窒化膜等その他
の成膜にも応用することができる。本発明の原理的考え
は、材料ガスがプラズマに接することによりパーティク
ルが発生すること、基板へイオンが入射することが問題
となるすべての処理に応用でき、成膜、表面処理、等方
エッチング等に応用できる。さらに前述の実施形態で
は、隔壁部は二重構造になっているが、必要に応じて多
層構造にできるのは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、大面積基板にプラズマＣＶＤによりシラン等の材
料ガスを用いてシリコン酸化膜等を成膜する場合に、所
定条件を満たす複数の貫通孔あるいは拡散孔が形成され
た隔壁部を設けることによって真空容器の内部をプラズ
マ生成空間と成膜処理空間に隔離し、プラズマ生成空間
で生成された活性種は隔壁部の貫通孔を通して成膜処理
空間に導入され、材料ガスは隔壁部の内部空間および拡
散孔を通してプラズマに触れることなく直接に成膜処理
空間に導入するようにしたため、材料ガスとプラズマと
の間の激しい化学反応を防止でき、その結果、パーティ
クルの発生を抑制し、基板へのイオン入射を防止するこ
とができる。

【００４４】また材料ガスを均一に導入でき、かつ隔壁
部に形成された複数の貫通孔によって酸素ガスのラジカ
ルも成膜処理空間に均一に供給でき、これによって基板
の表面近傍でのラジカルとシラン等の分布を良好にし、
大面積基板への成膜を有効に行うことができる。

【００４５】また隔壁部にクリーニング用電力導入棒を
付設し、電力を供給してクリーニングを行えるようにし
たため、真空容器内に隔壁部で隔離されたプラズマ生成
空間と成膜処理空間を形成したとしても、成膜処理空間
の清浄度を適切に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の構成を示す縦断面図
である。

【図２】 隔壁部に形成された各種の孔の拡大断面図で
ある。

【図３】 本発明の第２実施形態の構成を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１１ ガラス基板 １２ 真空容器 １４ 隔壁部 １５ プラズマ生成空間 １６ 成膜処理空間 １７ 基板保持機構 ２０ 電極 ２４ 内部空間 ２５ 貫通孔 ２６ 拡散孔 ２７ 均一板

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H090 HB03X HC03 HC18 4K030 AA06 AA14 BA44 CA06 CA17 DA06 EA05 EA06 FA03 JA01 JA12 KA08 KA17 KA30 LA18 5F045 AA08 AA16 AB32 AB33 AC01 AC02 AC07 AC11 AE19 AF07 BB15 BB16 CA15 DP03 EB02 EB05 EE20 EF14 EH18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器内でプラズマを生成して活性種
   を発生させ、この活性種と材料ガスで基板に成膜を行う
   ＣＶＤ装置において、 前記真空容器の内部を二室に隔離する導電性隔壁部を前
   記真空容器内に設け、前記二室のうち、一方の室の内部
   は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として形成
   され、他方の室の内部は前記基板を搭載する基板保持機
   構が配置された成膜処理空間として形成され、さらに前
   記隔壁部には前記プラズマ生成空間と前記成膜処理空間
   を通じさせる複数の貫通孔が形成され、 前記貫通孔は、孔内でのガス流速をｕ、実質的な孔の長
   さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとするとき、ｕＬ／Ｄ＞
   １の条件を満たし、 前記隔壁部は、さらに、前記プラズマ生成空間から隔離
   されかつ前記成膜処理空間と複数の拡散孔を介して通じ
   ている内部空間を有し、この内部空間には外部から前記
   材料ガスが供給され、前記内部空間に供給された前記材
   料ガスは複数の前記拡散孔を通して前記成膜処理空間に
   導入され、 前記高周波電極に高周波電力を与えて前記プラズマ生成
   空間でプラズマ放電を発生させることにより前記プラズ
   マ生成空間で生成された前記活性種は、前記隔壁部に形
   成された複数の前記貫通孔を通して前記成膜処理空間に
   導入されることを特徴とするＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】 前記拡散孔は、孔内でのガス流速をｕ、
   実質的な孔の長さをＬ、相互ガス拡散係数をＤとすると
   き、ｕＬ／Ｄ＞１の条件を満たす状態で、前記活性種を
   前記成膜処理空間に導入することを特徴とする請求項１
   記載のＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】 前記隔壁部には、その内部空間で前記材
   料ガスを均一に拡散する少なくとも二層の拡散構造が設
   けられることを特徴とする請求項１または２記載のＣＶ
   Ｄ装置。
4. 【請求項４】 前記隔壁部はクリーニング用高周波電力
   を供給する高周波給電部に接続され、前記隔壁部に適時
   に高周波電力を供給して前記成膜処理空間でクリーニン
   グ用プラズマを生成す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ＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】 前記高周波電極は前記プラズマ生成空間
   を形成する前記室の中央に配置され、前記高周波電極
   と、前記高周波電極の周囲を囲む電極としての前記真空
   容器の一部および前記隔壁部との間でプラズマ放電を発
   生させ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ＣＶＤ装置。
6. 【請求項６】 前記高周波電極を前記プラズマ生成空間
   の上側位置に設け、前記高周波電極と前記隔壁部との間
   でプラズマ放電を発生させ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ＣＶＤ装置。