特許 6896912 バッチ式基板処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6896912

(24)【登録日】2021年6月11日

(45)【発行日】2021年6月30日

(54)【発明の名称】バッチ式基板処理装置

(51)【国際特許分類】

   H05H 1/46 20060101AFI20210621BHJP

   C23C 16/505 20060101ALI20210621BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20210621BHJP

【ＦＩ】

   H05H1/46 M

   C23C16/505

   C23C16/44 B

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2020-75191(P2020-75191)

(22)【出願日】2020年4月21日

(65)【公開番号】特開2020-184526(P2020-184526A)

(43)【公開日】2020年11月12日

【審査請求日】2020年4月21日

(31)【優先権主張番号】10-2019-0051754

(32)【優先日】2019年5月2日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】509123895

【氏名又は名称】ユ−ジーン テクノロジー カンパニー．リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チョ ジョンヒ

【審査官】 中尾 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２８０３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２４２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２００２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２２６０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００９６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１４２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１４３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１３０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／０１６１３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１９／０３５２２３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／４４

Ｃ２３Ｃ １６／５０５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数枚の基板が収容される処理空間を与えるチューブと、
前記チューブの長手方向に延び、前記チューブの内部に配置されて前記処理空間と画成され、プラズマが形成される放電空間を与える隔壁と、
前記複数枚の基板が処理される工程に必要とされる工程ガスを前記放電空間に供給するガス供給管と、
前記チューブの長手方向に沿って延び、前記放電空間にプラズマを形成するために前記チューブの外部に配置される複数の電極と、
を備え、
前記チューブは、前記チューブの長手方向に延び、前記チューブの最外周面から前記チューブの内部に向かって凹んだ複数の凹部を有し、前記複数の電極は、前記複数の凹部にそれぞれ収容され、
前記複数の凹部同士の間隔は、互いに等しいバッチ式基板処理装置。

【請求項2】

前記複数の凹部は、前記チューブの周方向に沿って互いに離間して配置される請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項3】

前記チューブの周方向における前記複数の凹部の開かれた入口の幅は、前記複数の凹部の内部空間の最大の幅よりも小さい請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項4】

前記チューブの最外周面を基準としたとき、前記複数の凹部のうちの少なくともいずれか一つの深さが残りの深さとは異なる請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項5】

前記複数の電極は、ＲＦ電力が印加される複数のパワー電極及び接地される接地電極を備え、
前記複数の凹部のうち、前記接地電極が収容される真ん中に位置する凹部の深さが残りの凹部の深さよりもさらに深い請求項４に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項6】

前記複数の電極は、前記複数の凹部の内側面に接触し、
前記複数の電極及び前記チューブの一部の外壁を覆う保護カバーをさらに備える請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項7】

前記ガス供給管は、前記チューブの周方向に沿って前記隔壁の外側に配置される請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項8】

前記隔壁は、前記複数の凹部のうち外側に位置する凹部から延びる請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項9】

前記ガス供給管は、前記チューブの外部から前記複数の電極の間の空間へと前記工程ガスを供給する請求項８に記載のバッチ式基板処理装置。

【請求項10】

前記複数の電極の一部に１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルス周波数のパルス状にＲＦ電力を印加して、前記プラズマを周期的にオン／オフにするＲＦ電源をさらに備える請求項１に記載のバッチ式基板処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッチ式基板処理装置に係り、さらに詳しくは、別途の空間において分解された工程ガスを処理空間の内部に与えるバッチ式基板処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、基板処理装置とは、処理空間内に処理しようとする基板を位置付けた後、化学気相蒸着法または原子層蒸着法などを用いて、処理空間内に注入された工程ガスに含まれている反応粒子を基板の上に蒸着させる装置のことをいう。この種の基板処理装置としては、一枚の基板に対して基板処理工程が行える枚葉式（Ｓｉｎｇｌｅ Ｗａｆｅｒ Ｔｙｐｅ）基板処理装置と、複数枚の基板に対して基板処理工程が同時に行えるバッチ式（Ｂａｔｃｈ Ｔｙｐｅ）基板処理装置とが挙げられる。

【0003】

一般に、バッチ式基板処理装置においては、処理空間を取り囲むホットウォール（Ｈｏｔ ｗａｌｌ）タイプの加熱手段により、基板だけではなく、処理空間の壁面もまた温度が高くなって工程ガスが処理空間の内部の壁面にも蒸着され、これに伴い、不所望の薄膜が形成されてしまう。このとき、処理空間内においてプラズマなどの工程環境を造成する場合、内壁に蒸着された薄膜がプラズマ発生空間に形成された磁場や電場などによりパーティクルとして剥がれ落ちることにより、基板処理工程の最中に汚染物質として働いてしまうという問題がある。これにより、基板上の薄膜の品質を低下させるだけではなく、基板に対する処理工程の効率を低下させるという問題が生じてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】大韓民国登録特許第１０−１３９６６０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、別途の空間において分解された工程ガスを処理空間の内部に与えるバッチ式プラズマ基板処理装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施の形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板が収容される処理空間を与えるチューブと、前記チューブの長手方向に延び、前記チューブの内部に配置されて前記処理空間と画成され、プラズマが形成される放電空間を与える隔壁と、前記複数枚の基板が処理される工程に必要とされる工程ガスを前記放電空間に供給するガス供給管と、前記チューブの長手方向に沿って延び、前記放電空間にプラズマを形成するために前記チューブの外部に配置される複数の電極と、を備える。前記チューブは、前記チューブの長手方向に延び、前記チューブの最外周面から前記チューブの内部に向かって凹んだ複数の凹部を有し、前記複数の電極は、前記複数の凹部にそれぞれ収容されてもよい。

【0007】

前記複数の凹部は、前記チューブの周方向に沿って互いに離間して配置されてもよい。

【0008】

前記複数の凹部同士の間隔は、互いに等しくてもよい。

【0009】

前記チューブの周方向における前記複数の凹部の開かれた入口の幅は、前記複数の凹部の内部空間の最大の幅よりも小さくてもよい。

【0010】

前記チューブの最外周面を基準としたとき、前記複数の凹部のうちの少なくともいずれか一つの深さが残りの深さとは異なっていてもよい。

【0011】

前記複数の電極は、ＲＦ電力が印加される複数のパワー電極及び接地される接地電極を備え、前記複数の凹部のうち、前記接地電極が収容される真ん中に位置する凹部の深さが残りの凹部の深さよりもさらに深くてもよい。

【0012】

前記複数の電極は、前記複数の凹部の内側面に接触し、前記複数の電極及び前記チューブの一部の外壁を覆う保護カバーをさらに備えていてもよい。

【0013】

前記ガス供給管は、前記チューブの周方向に沿って前記隔壁の外側に配置されてもよい。

【0014】

前記隔壁は、前記複数の凹部のうち外側に位置する凹部から延びてもよい。

【0015】

前記ガス供給管は、前記チューブの外部から前記複数の電極の間の空間へと前記工程ガスを供給する複数本のガス供給管を備えていてもよい。

【0016】

前記基板処理装置は、前記複数の電極の一部に１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルス周波数のパルス状にＲＦ電力を印加して、前記プラズマを周期的にオン／オフにするＲＦ電源をさらに備えていてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一実施の形態においては、ガス供給管から供給された工程ガスが処理空間と画成される別途の放電空間において分解された後に処理空間の内部に与えられることから、チューブの内壁からパーティクルが剥がれ落ちるという問題を防ぐことができる。

【0018】

また、本発明の一実施の形態においては、放電空間にプラズマを形成するために、電極をチューブの凹部に配置することにより、プラズマにより電極及び保護管がダメージを受けることを防ぐことができる。

【0019】

さらに、本発明の一実施の形態においては、ガス供給管を隔壁の外側に配置して、隔壁内の放電空間に工程ガスを直ちに供給することから、隔壁内に渦流が形成されず、短い時間内に放電空間に均一な圧力を形成することができる。

【0020】

その一方で、本発明の一実施の形態においては、ガス供給管を隔壁の外側に配置するとともに、電極を凹部に配置することにより、放電空間をコンパクトにできることから、短い時間内に放電空間に均一な圧力を形成することができる。

【0021】

なお、本発明の一実施の形態においては、電極にパルス状のＲＦ電力を印加することにより、処理工程の最中にイオンの密度は下げることができるのに対し、ラジカルの密度は一定に保つことができる。したがって、処理工程の効率を保ちながらも、プラズマにより隔壁がダメージを受けることを低減もしくは防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【図2】（ａ）は、図１の平面図をＡ−Ａ’に沿って切り取った断面図、（ｂ）は、図１の平面図をＢ−Ｂ’に沿って切り取った断面図、（ｃ）は、図１の平面図をＣ−Ｃ’に沿って切り取った断面図である。

【図3】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【図4】本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【図6】本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【図7】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係るＲＦ電力の印加方式を示す回路図である。

【図8】本発明の実施の形態に係るパルス状のＲＦ電力の印加によるイオン密度及びラジカル密度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態をより詳しく説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施の形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具体化され、単にこれらの実施の形態は本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。発明を詳しく説明するために図面は誇張されてもよく、図中、同じ符号は、同じ構成要素を指し示す。

【0024】

図１は、本発明の実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図であり、図２の（ａ）は、図１の平面図をＡ−Ａ’に沿って切り取った断面図であり、図２の（ｂ）は、図１の平面図をＢ−Ｂ’に沿って切り取った断面図であり、図２の（ｃ）は、図１の平面図をＣ−Ｃ’に沿って切り取った断面図である。

【0025】

図１及び図２を参照すると、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板Ｓが処理される処理空間を与えるチューブ１１０と、前記処理空間において複数枚の基板Ｓを第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に積載する基板支持部１４０と、チューブ１１０と連通して前記処理空間内の工程残渣（工程残留物）を外部に排気する排気部１５０と、チューブ１１０の長手方向に延び、チューブ１１０の内部に配置されて前記処理空間と画成され、プラズマが形成される放電空間を与える隔壁１３５と、複数枚の基板Ｓが処理される工程に必要とされる工程ガスを前記放電空間に供給するガス供給管１６０と、チューブ１１０の長手方向に沿って延び、前記放電空間にプラズマを形成するためにチューブ１１０の外部に配置される複数の電極１３１、１３２とを備え、チューブ１１０は、チューブ１１０の長手方向に延び、チューブ１１０の最外周面からチューブ１１０の内部方向に凹んだ複数の凹部１１５、例えば、二つの凹部１１５を有していてもよい。複数の電極１３１、１３２は、複数の凹部１１５にそれぞれ収容されてもよい。ここで、チューブ１１０の最外周面とは、凹部１１５を除く最外郭の外周面のことをいう。

【0026】

チューブ１１０は、上部は閉鎖され、下部が開放された円筒状であって、石英またはセラミックなどの耐熱性材料から形成されてもよく、内部に複数枚の基板Ｓが収容されて処理される処理空間を与えてもよい。チューブ１１０の処理空間は、複数枚の基板Ｓが第１の方向、すなわち、上下方向に積層された基板支持部１４０を収容し、実際に処理工程（例えば、蒸着工程）が行われる空間である。チューブ１１０のある領域に、例えば、排気部１５０と対向する領域に、チューブ１１０の最外周面からチューブ１１０の内部に向かって凹んだ複数の凹部１１５を有していてもよい。複数の凹部１１５は、チューブ１１０の長手方向に延びてもよく、チューブ１１０の周方向に沿って互いに離間して配置されてもよい。チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の開かれた入口の幅は、複数の凹部１１５の内部空間の最大の幅よりもさらに小さくてもよい。

【0027】

基板支持部１４０は、基板Ｓを支持するための構成要素であり、複数枚の基板Ｓが第１の方向、すなわち、上下方向に積載されるように形成され、複数枚の基板Ｓがそれぞれ別々に処理される複数の単位処理空間を与えてもよい。すなわち、基板支持部１４０は、基板Ｓが第１の方向に積載されるように複数の層を形成し、一つの層（または、単位処理空間）に一枚の基板Ｓが積載されてもよい。したがって、基板支持部１４０の各層に基板Ｓの単位処理空間が個別的に形成されて単位処理空間の間に干渉が起こることを防ぐことができる。複数枚の基板Ｓが基板支持部１４０にいずれも積載されれば、基板支持部１４０は、チューブ１１０の下部（または、出入口）を介してチューブ１１０内の処理空間に移動することができる。ここで、基板支持部１４０は、複数枚の基板Ｓを載置して支持可能な形態であれば、特にその形状や構造は限定されない。

【0028】

ガス供給管１６０は、複数枚の基板Ｓを処理する工程に必要とされる工程ガスをプラズマ反応部１３０を介してチューブ１１０内に供給してもよい。

【0029】

プラズマ反応部１３０は、隔壁１３５及び複数の電極１３１、１３２を備え、ガス供給管１６０から供給された工程ガスをプラズマを用いて分解または活性化させ、工程ガスのラジカルのみを処理空間の内部に与える構成要素である。

【0030】

隔壁１３５は、チューブ１１０の内部に配置され、チューブ１１０の内壁に接続される副側壁部１３５ａ、１３５ｂと、副側壁部１３５ａ、１３５ｂの間の主側壁部１３５ｃとを備えていてもよい。隔壁１３５は、チューブ１１０の内壁からチューブ１１０の内部に向かって延び、互いに離間した副側壁部１３５ａ、１３５ｂと、副側壁部１３５ａ、１３５ｂの間に配置され、チューブ１１０の複数の凹部１１５と離間した主側壁部１３５ｃとを備えていてもよい。副側壁部１３５ａ、１３５ｂ及び主側壁部１３５ｃは、チューブ１１０の内壁に沿って、且つ、チューブ１１０の長手方向に沿って延びてもよい。ただし、隔壁１３５は、処理空間と画成される放電空間を与えることができる形態であれば、図１に示すところに何ら限定されるものではなく、種々に変形可能である。

【0031】

複数の電極１３１、１３２は、チューブ１１０の外部に配置され、それぞれ複数の凹部１１５に収容された第１の電極１３１及び第２の電極１３２を備える。第１の電極１３１及び第２の電極１３２のそれぞれは、上部から下部にわたって保護管１７０により包み込まれた状態で複数の凹部１１５に収容されてもよい。

【0032】

チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の入口の幅は、内部空間の最大の幅よりもさらに小さいため、保護管１７０により包み込まれた状態で、収容された第１の電極１３１及び第２の電極１３２が安定的に複数の凹部１１５内に取り付けられることが可能になる。第１の電極１３１及び第２の電極１３２が安定的に複数の凹部１１５内に取り付けられるために、チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の入口の幅は、保護管１７の最大の幅よりもさらに小さくてもよく、複数の凹部１１５の内側面と保護管１７０の外側面とが触れ合ってもよい。第１の電極１３１及び第２の電極１３２が複数の凹部１１５に収容された状態で、第１の電極１３１及び第２の電極１３２の中心軸は、チューブ１１０の外壁より奥側に位置してもよい。

【0033】

第１の電極１３１はＲＦ電源に接続され、第２の電極１３２は接地されてもよい。第１の電極１３１はパワー電極と呼ばれ、第２の電極１３２は接地電極と呼ばれてもよい。

【0034】

第１の電極１３１及び第２の電極１３２は、複数枚の基板Ｓが積載された第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に延びてもよい。このとき、第１の電極１３１及び第２の電極１３２は互いに離間して配置され、第１の電極１３１にＲＦ電力を印加することにより、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間に生成される電場により、放電空間に容量性結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；ＣＣＰ）が発生することが可能である。

【0035】

通常、ＲＦ周波数の使用に伴う電気伝導では、電流が表面に沿って流れる表皮効果（Ｓｋｉｎ Ｅｆｆｅｃｔ）が生じる。ここで、メッシュ状のメッシュ電極を用いる場合には、空きスペースが占める面積が広いため、小さな表面積による大きな抵抗を起因として、ＲＦ電力の印加に非効率的であるという問題が存在する。さらに、基板処理工程を高温と低温とにおいて繰り返し行うが、電極がメッシュ状を呈する場合、変化する温度に応じてメッシュ電極の形状が不規則的に変化してしまう結果、形状の保持の側見からみて不利になり、変化する形状に応じて抵抗が異なってくるため、ＲＦ電力の印加に際して不均一なプラズマが生じてしまうという問題がある。

【0036】

前述した問題を防ぐために、本発明の一実施の形態に係る第１の電極１３１及び第２の電極１３２は、保護管１７０の内部に挿入されるだけではなく、空きスペースを極力抑え、しかも、柔軟性を有する編組タイプ（編組線）に形成されてもよい。一実施の形態によれば、空きスペースをさらに減少させるために、それぞれの電極の表面に金属を被覆する方法をさらに利用することもある。

【0037】

保護管１７０は、第１の電極１３１及び第２の電極１３２の外部を取り囲むことにより、各電極を電気的に絶縁させるとともに、プラズマ雰囲気に被爆される電極をプラズマから保護することができる。これにより、第１の電極１３１及び第２の電極１３２は、プラズマにより生じ得る汚染またはパーティクルから安全に保護されることが可能になる。保護管１７０は、石英またはセラミックなどの耐熱性材料から形成されてもよい。

【0038】

その一方で、プラズマを安定的に形成するために、または、所望の量のラジカルを得るために印加されるＲＦ電力が高くなることに伴い、高いエネルギーを有するイオンにより第１及び第２の電極１３１、１３２を保護する保護管１７０及び隔壁１３５にダメージが与えられ、パーティクルが生じるという問題が起きてしまう。保護管１７０がダメージを受けると、内部の電極１３２もまたダメージを受けたり汚れたりする。

【0039】

本発明の一実施の形態においては、放電空間にプラズマを形成するために、ＲＦ電力が印加される第１の電極１３１及び第２の電極１３２をチューブ１１０の外部の凹部１１５に配置することにより、プラズマにより第１の電極１３１及び保護管１７０がダメージを受けることを防ぐことができる。

【0040】

なお、前記ＲＦ電源は、第１の電極１３１にパルス状のＲＦ電力を印加してもよい。パルス状のＲＦ電力は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルス周波数領域においてパルスの幅とデューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）を調節することができる。パルス状のＲＦ電力を第１の電極１３１に印加すれば、プラズマが周期的にオン／オフになり、すなわち、プラズマがパルス状に生じることが可能になる。これにより、処理工程の最中に隔壁にダメージを与え、パーティクルを生じさせるイオンの密度は下げることができるのに対し、ラジカルの密度は一定に保つことができる（図８参照）。したがって、処理工程の効率を保ちながらも、プラズマにより隔壁１３５がダメージを受けることを低減もしくは防止することができる。一般に、ＲＦ電力は、０．１ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数を有することができる。

【0041】

第１の電極１３１、第２の電極１３２及びガス供給管１６０は、チューブ１１０の周方向に沿って互いに離間して配置されてもよい。少なくとも一本のガス供給管１６０は、隔壁１３５の外側に配置されてもよい。例えば、図１に示すように、二本のガス供給管１６０がチューブ１１０の周方向における隔壁１３５の一方の側及び他方の側にそれぞれ配置されてもよい。すなわち、隔壁１３５の第１及び第２の副側壁部１３５ａ、１３５ｂの外側に配置されて、放電空間に工程ガスを供給してもよい。これとは異なり、一本のガス供給管１６０がチューブ１１０の周方向における隔壁１３５の一方の側または他方の側にのみ配置されてもよい。ガス供給管１６０は、第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に並べられた複数の供給口１６１を有していてもよい。

【0042】

ガス供給管１６０を隔壁１３５内に配置する場合、ガス供給管１６０の周りの空間にプラズマが形成されないデッドゾーン（ｄｅａｄ ｚｏｎｅ）が形成されるおそれがある。また、隔壁１３５内に配置されたガス供給管１６０の複数の供給口が隔壁１３５を向くように配置する場合、隔壁１３５内に渦流が形成されて、隔壁１３５内の放電空間に均一な圧力を形成するのに時間がかかる。

【0043】

本発明の一実施の形態においては、ガス供給管１６０をチューブ１１０の周方向に沿って隔壁１３５の外側に配置して、すなわち、第１の副側壁部１３５ａの外側及び第２の副側壁部１３５ｂの外側に配置して、隔壁１３５内の放電空間に工程ガスを直ちに供給して行き渡らせるので、隔壁１３５内に渦流が形成されず、短い時間内に放電空間に均一な圧力を形成することができる。なお、本発明の一実施の形態においては、第１の電極１３１、第２の電極１３２及びガス供給管１６０を放電空間の外部に配置することにより、放電空間をコンパクトにでき、これにより、短い時間内に放電空間に均一な圧力を形成することができる。

【0044】

プラズマ反応部１３０には、プラズマ反応部１３０において分解された工程ガス中のラジカルを処理空間に噴射する複数の噴射口１２０が形成されてもよい。複数の噴射口１２０は、隔壁１３５の主側壁部１３５ｃに形成されてもよい。複数の噴射口１２０は、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間に対応する位置に配置されてもよい。複数の噴射口１２０は、複数枚の基板Ｓのそれぞれにラジカルを供給するように、基板支持部１４０の単位処理空間にそれぞれ対応して、第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に並べられてもよい。

【0045】

その一方で、チューブ１１０内の処理空間に工程ガスを直接的に供給した後に処理空間においてプラズマを形成する場合には、プラズマを形成するための磁場や電場により処理工程が行われる間に、チューブ１１０の内壁に形成された薄膜がパーティクルとして剥がれ落ちてしまうという問題が生じる。本発明においては、チューブ１１０内に別途のプラズマ反応部１３０を備えることにより、すなわち、隔壁１３５によりプラズマが形成される放電空間と、基板Ｓが処理される処理空間とを画成することにより、処理工程が行われる間にチューブ１１０の内壁に形成された薄膜がパーティクルとして剥がれ落ちてしまうという問題を防ぐことができる。

【0046】

排気部１５０は、プラズマ反応部１３０と対向するように配置されてもよい。排気部１５０は、処理空間内に配置されて処理空間内の工程残渣を外部に排気する役割を果たしてもよい。排気部１５０は、第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に延びる排気部材１５１と、排気部材１５１に接続される排気ライン１５２及び排気ポンプ（図示せず）を備えていてもよい。排気部材１５１は、プラズマ反応部１３０の噴射口１２０と対向し、基板支持部１４０の単位処理空間にそれぞれ対応して、第１の方向、すなわち、上下方向に並べられた複数の排気口１５３を備えていてもよい。

【0047】

このように、プラズマ反応部１３０の噴射口１２０と排気部１５０の排気口１５３とが互いに対応して、基板Ｓが積載される第１の方向と交差する第２の方向（例えば、基板Ｓの表面と平行な方向）に同一線上に配設されるので、噴射口１２０から噴射されるラジカルが排気口１５３に流れ込みながら層流（Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗ）を形成することが可能になる。したがって、噴射口１２０から噴射されるラジカルが基板Ｓの上部面にまんべんなく供給されることが可能になる。

【0048】

本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、チューブ１１０内の前記処理空間にソースガスを供給するソースガス供給管１９０をさらに備えていてもよい。ソースガス供給管１９０は、チューブ１１０内に配置され、プラズマ反応部１３０の一方の側に配置されてもよい。

【0049】

工程ガスは、一種以上のガス、すなわち、ソースガス及びソースガスと反応して薄膜物質を形成する反応ガスを含んでいてもよい。ソースガス供給管１９０は、処理空間に直ちにソースガスを供給してもよい。ガス供給管１６０は、処理空間に直ちに供給するソースガス供給管１９０とは異なり、プラズマ反応部１３０内に先に反応ガスを供給してもよく、反応ガスは、プラズマにより活性化されてラジカルの状態で処理空間に与えられてもよい。例えば、基板Ｓの上に蒸着されるべき薄膜物質がシリコン窒化物である場合、ソースガスは、シリコンを含有するガス、すなわち、ジクロロシラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、略称：ＤＣＳ）などを含んでいてもよく、反応ガスは、窒素を含有するガス、すなわち、ＮＨ₃、Ｎ₂Ｏ、ＮＯなどを含んでいてもよい。

【0050】

本発明の一実施の形態によれば、ソースガスよりも相対的にガスの分解温度がさらに高い反応ガスをプラズマ反応部１３０に供給することにより、プラズマ反応部１３０により反応ガスが効果的に分解されて処理空間に与えられることが可能になる。

【0051】

本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板Ｓを加熱するためにチューブ１１０を取り囲む加熱手段及び処理工程の均一性のために基板支持部１４０の下部に接続されて基板支持部１４０を回転させる回転手段をさらに備えていてもよい。

【0052】

図３は、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【0053】

図３を参照すると、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、プラズマ反応部１３０を除く残りの構成及び効果は、図１の基板処理装置と同一または類似であるため、以下では、相違点に重点をおいて説明する。

【0054】

本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、複数枚の基板Ｓが処理される処理空間を与えるチューブ１１０、前記処理空間において複数枚の基板Ｓを第１の方向、すなわち、上下方向に積載する基板支持部１４０、チューブ１１０と連通して、前記処理空間内の工程残渣を外部に排気する排気部１５０、チューブ１１０から延びて前記処理空間と画成され、プラズマが形成される放電空間を画定する隔壁１３５、複数枚の基板Ｓが処理される工程に必要とされるガスを隔壁１３５内に供給するガス供給管１６０、及びチューブ１１０の長手方向に沿って延び、前記放電空間にプラズマを形成するためにチューブ１１０の外部に配置される複数の電極１３１、１３２、１３３を備え、チューブ１１０は、チューブ１１０の長手方向に延び、チューブ１１０の最外周面からチューブ１１０の内部に向かって凹んだ複数の凹部１１５、例えば、三つの凹部１１５を有していてもよい。複数の電極１３１、１３２、１３３は、複数の凹部１１５にそれぞれ収容されてもよい。

【0055】

チューブ１１０のある領域に、例えば、排気部１５０と対向する領域に、チューブ１１０の最外周面からチューブ１１０の内部に向かって凹んだ複数の凹部１１５を有していてもよい。複数の凹部１１５は、チューブ１１０の長手方向に延びてもよく、チューブ１１０の周方向に沿って互いに離間して配置されてもよい。

【0056】

複数の凹部１１５の間の空間に均一にプラズマを形成するために、複数の凹部１１５同士の間隔は互いに等しくてもよい。チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の入口の幅は、複数の凹部１１５の内部空間の最大の幅よりもさらに小さくてもよい。

【0057】

複数の電極１３１、１３２、１３３は、チューブ１１０の外部に配置され、それぞれ複数の凹部１１５に収容された第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３を備える。第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３のそれぞれは、上部から下部にわたって保護管１７０により包み込まれた状態で、複数の凹部１１５に収容されてもよい。第２の電極１３２は、複数の凹部１１５のうち真ん中に位置する凹部１１５に収容され、第１及び第３の電極１３１、１３３は、複数の凹部１１５のうち外側に位置する残りの凹部１１５に収容されてもよい。

【0058】

チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の入口の幅は、内部空間の最大の幅よりもさらに小さいため、保護管１７０により包み込まれた状態で、収容された第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３が安定的に複数の凹部１１５内に取り付けられることが可能である。第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３が安定的に複数の凹部１１５内に取り付けられるために、チューブ１１０の周方向における複数の凹部１１５の入口の幅は、保護管１７の最大の幅よりもさらに小さくてもよく、複数の凹部１１５の内側面と保護管１７０の外側面とが触れ合ってもよい。第１乃至第３の電極１３１、１３２、１３３が複数の凹部１１５に収容された状態で、第１乃至第３の電極１３１、１３２、１３３の中心軸は、チューブ１１０の外壁よりも奥側に位置してもよい。

【0059】

第１の電極１３１及び第３の電極１３３はＲＦ電源に接続され、第２の電極１３２は接地されてもよい。第１の電極１３１及び第３の電極１３３は、パワー電極と呼ばれ、第２の電極１３２は、接地電極と呼ばれてもよい。

【0060】

第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３は、複数枚の基板Ｓが積載された第１の方向、すなわち、チューブ１１０の長手方向に延びてもよい。このとき、第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３は、互いに離間して配置され、第１の電極１３１及び第３の電極１３３にＲＦ電力を印加することにより、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間に生成される電場により、放電空間に容量性結合プラズマ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ；ＣＣＰ）が発生することが可能である。

【0061】

第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間に均一にプラズマを形成するために、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間隔は、第２の電極１３２と第３の電極１３３との間隔に等しくしなければならない。複数の凹部１１５同士の間隔を互いに等しくすることにより、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間隔は、第２の電極１３２と第３の電極１３３との間隔に等しくすることができる。チューブ１１０の外壁を基準としたとき、複数の凹部１１５の深さもまた互いに等しくてもよい。

【0062】

その一方で、プラズマを安定的に形成するために、または所望の量のラジカルを得るために印加されるＲＦ電力が高くなるにつれて、高いエネルギーを有するイオンにより第１及び第２の電極１３１、１３２を保護する保護管１７０及び隔壁１３５にダメージが与えられ、パーティクルが生じてしまうという問題が起こる。保護管１７０がダメージを受けると、内部の電極１３２もまたダメージを受けたり汚れたりするおそれがある。

【0063】

本発明の一実施の形態においては、放電空間にプラズマを形成するための第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３をチューブ１１０の外部の凹部１１５に配置することにより、プラズマにより第１乃至第３の電極１３１、１３２、１３３及び保護管１７０がダメージを受けることを防ぐことができる。

【0064】

なお、本発明の一実施の形態においては、ＲＦ電力がそれぞれ印加される第１の電極１３１及び第３の電極１３３の間に接地される第２の電極１３２が配備された３電極構造を用いて、二つの電極にＲＦ電力をそれぞれ分けて供給できるようにすることで、所望の量のラジカルを得るための電力を減少させて、一つの電極に高いＲＦ電力を印加する場合に比べて、チューブ１１０及び隔壁１３５のダメージによるパーティクルの発生が低減もしくは防止されることが可能になる。

【0065】

そして、本発明の一実施の形態において、ＲＦ電源は、第１の電極１３１及び第３の電極１３３にパルス状のＲＦ電力を印加してもよい。パルス状のＲＦ電力は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルス周波数領域においてパルスの幅とデューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）が調節されてもよい。パルス状のＲＦ電力を第１の電極１３１及び第３の電極１３３に印加すれば、プラズマが周期的にオン／オフになり、すなわち、プラズマがパルス状に発生することが可能になる。これにより、処理工程の最中に隔壁にダメージを与え、パーティクルを生じさせるイオンの密度は下げることができるのに対し、ラジカルの密度は一定に保つことができる（図８参照）。したがって、処理工程の効率を保ちながらも、プラズマにより隔壁１３５がダメージを受けることを低減もしくは防止することができる。普通、ＲＦ電力は、０．１ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの周波数を有することができる。

【0066】

その一方で、色々な要因により、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２及び第３の電極１３３との間にそれぞれ形成されるプラズマ密度が互いにばらついてしまうことがある。しかしながら、本発明の一実施の形態においては、可変電源供給部１８０において第１の電極１３１及び第３の電極１３３に互いに異なる大きさのＲＦ電力をそれぞれ印加することにより、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間の空間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間にプラズマを均一に形成することができる。第１の電極１３１及び第３の電極１３３のそれぞれに互いに異なる大きさのＲＦ電力を印加するための可変電源供給部１８０の詳細については後述する。

【0067】

第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３及びガス供給管１６０は、チューブ１１０の周方向に沿って互いに離間して配置されてもよい。少なくとも一本のガス供給管１６０は、隔壁１３５の外側に配置されてもよい。例えば、図３に示すように、二本のガス供給管１６０が、チューブ１１０の周方向において、隔壁１３５の一方の側及び他方の側にそれぞれ配置されてもよい。

【0068】

プラズマ反応部１３０には、プラズマ反応部１３０において分解された工程ガス中のラジカルを処理空間に噴射する複数の噴射口１２０が形成されてもよい。複数の噴射口１２０は、隔壁１３５の主側壁部１３５ｃに形成されてもよい。主側壁部１３５ｃは、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間に対応する位置に配設された複数の噴射口１２０を備えていてもよい。これにより、ガス供給管１６０から供給された工程ガスが第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間に形成されたプラズマにより十分に分解されることが可能になり、所望の量のラジカルが処理空間に供給されることが可能になる。

【0069】

図４は、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【0070】

図４を参照すると、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、凹部を除く残りの構成及び効果は、図３の基板処理装置と同一または類似であるため、以下では、相違点に重点をおいて説明する。

【0071】

本発明の一実施の形態においては、図３とは異なり、チューブ１１０の最外周面を基準としたとき、複数の凹部１１５のうち少なくともいずれか一つの凹部１１５の深さが残りの凹部１１５の深さとは異なることがある。例えば、チューブ１１０の最外周面を基準としたとき、複数の凹部１１５のうち真ん中に位置する凹部１１５の深さｄ２が、外側に位置する凹部１１５の深さｄ１よりも深いことがある。ここで、チューブ１１０の最外周面とは、凹部１１５を除く最外郭の外周面のことをいう。このように、複数の凹部１１５のうち真ん中に位置する凹部１１５の深さｄ２を、外側に位置する凹部１１５の深さｄ１よりもさらに深くすることにより、真ん中の凹部１１５に収容された第２の電極１３２（接地電極）を放電空間内にさらに深く配置することができ、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の高密度プラズマ発生領域を広げることができる。チューブ１１０の周方向において、隔壁１３５の外側に配置されたガス供給管１６０から供給された工程ガスが広げられた高密度プラズマ発生領域を通って排出されることが可能になるので、工程ガスのプラズマ分解効率を高めることができる。したがって、高い密度のラジカルが処理空間に供給されることが可能になる。

【0072】

図５は、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【0073】

図５を参照すると、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、電極の周辺構造を除く残りの構成及び効果は、図３の基板処理装置と同一または類似であるため、以下では、相違点に重点をおいて説明する。

【0074】

本発明の一実施の形態においては、図３とは異なり、複数の凹部１１５に収容された複数の電極１３１、１３２、１３３は、保護管１７０に取り囲まれなくてもよい。複数の電極１３１、１３２、１３３は、複数の凹部１１５の内側面に接触してもよい。この場合、複数の凹部１１５に収容された複数の電極１３１、１３２、１３３を放電空間内にさらに深く配置することができる。したがって、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の高密度プラズマ発生領域を広げることができる。チューブ１１０の周方向において、隔壁１３５の外側に配置されたガス供給管１６０から供給された工程ガスが広げられた高密度プラズマ発生領域を通って排出されることが可能になるので、工程ガスのプラズマ分解効率を高めることができる。したがって、高い密度のラジカルが処理空間に供給されることが可能になる。

【0075】

この場合、必要に応じて、複数の電極１３１、１３２、１３３及びチューブ１１０の一部の外壁を覆う保護カバー１７２をさらに備えていてもよい。複数の電極１３１、１３２、１３３を外部の環境から保護したり支持したりする役割を果たすことができる。

【0076】

図６は、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置を示す平面図である。

【0077】

図６を参照すると、本発明の一実施の形態に係る基板処理装置は、プラズマ反応部１３０及びガス供給管１６０を除く残りの構成及び効果は、図３の基板処理装置と同一または類似であるため、以下では、相違点に重点をおいて説明する。

【0078】

複数の電極１３１、１３２、１３３は、チューブ１１０の外部に配置され、それぞれ複数の凹部１１５に収容された第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３を備える。第１の電極１３１、第２の電極１３２及び第３の電極１３３のそれぞれは、上部から下部にわたって保護管１７０により包み込まれた状態で、複数の凹部１１５に収容されてもよい。第２の電極１３２は、複数の凹部１１５のうち真ん中に位置する凹部１１５に収容され、第１及び第３の電極１３１、１３３は、複数の凹部１１５のうち外側に位置する残りの凹部１１５に収容されてもよい。

【0079】

隔壁１３５は、複数の凹部１１５のうち外側に位置する凹部１１５から延びてもよい。すなわち、隔壁１３５は、第１の電極１３１及び第３の電極１３３が収容された凹部１１５から延びて放電空間を与えてもよい。

【0080】

複数本のガス供給管１６０は、チューブ１１０の外部から複数の電極１３１、１３２、１３３の間の空間へと前記工程ガスを供給してもよい。複数本の供給管１６０は、チューブ１１０の外部に配置され、すなわち、第１乃至第３の電極１３１、１３２、１３３の中心軸を結ぶ線から外側に配置される。なお、複数本のガス供給管１６０の供給口１６１は、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間をそれぞれ向くように配置されてもよい。

【0081】

複数本のガス供給管１６０の供給口１６１が第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間をそれぞれ向くように配置されれば、複数本のガス供給管１６０の供給口１６１を介して供給される工程ガスは、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の放電空間に直接的に供給されることが可能になるので、隔壁１３５内に渦流が形成されず、工程ガスが放電空間に行き渡る時間が短縮可能であるので、工程ガスの分解速度の向上及びそれに伴うプラズマの分解率の向上を図ることが可能になる。

【0082】

また、隔壁１３５及びチューブ１１０の一部により取り囲まれた放電空間がコンパクトになるので、放電空間に供給される工程ガスがまんべんなく行き渡る時間が短縮されることが可能である。これにより、工程ガスがプラズマ分解されて処理空間に与えられる時間もまた短縮することができる。

【0083】

噴射口１２０と供給口１６１は、チューブ１１０の半径方向に対して互いにずれるように配設されてもよい。噴射口１２０と供給口１６１の位置が、互いに対応することなく、図６に示すように、互いにずれていると、供給口１６１を介して供給された工程ガスが直ちにチューブ１１０の噴射口１２０に抜け出ることなく、プラズマにより分解されるための時間的な余裕を有することができるので、プラズマ分解効率が向上する。供給口１６１を介して供給された工程ガスがプラズマにより十分に分解されることが可能であり、高い密度のラジカルが処理空間に供給されることが可能になる。

【0084】

図７は、本発明の一実施の形態に係るＲＦ電力の印加方式を示す回路図である。

【0085】

図７の（ａ）を参照すると、可変電源供給部１８０は、第１及び第３の電極１３１、１３３にＲＦ電力を印加するＲＦ電源１８２、ＲＦ電源１８２と第１の電極１３１との間及びＲＦ電源１８２と第３の電極１３３との間にそれぞれ与えられるＲＦ電力の大きさまたは比率を調節するＲＦスプリッタ１８１を備えていてもよい。

【0086】

色々な要因により、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間の空間に形成されるプラズマ密度と、第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間に形成されるプラズマ密度とが互いに異なる、不均一なプラズマが形成されるという問題が生じてしまうおそれがある。本発明の一実施の形態においては、均一なプラズマが形成されるように、可変電源供給部１８０を用いて、第１の電極１３１及び第３の電極１３３のそれぞれに印加されるＲＦ電力の大きさまたは比率を調節できるようにしている。ＲＦスプリッタ１８１は、電気的に接続されたＲＦ電源１８２から印加されるＲＦ電力の大きさまたは比率を調節して、第１の電極１３１及び第３の電極１３３のそれぞれに互いに異なる大きさのＲＦ電力が印加されるようにできる。

【0087】

可変電源供給部１８０は、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間の空間にそれぞれ配設されてプラズマの放電特性（放電電流、放電電圧、位相など）を測定する探針棒をさらに備え、前記探針棒から測定された放電特性の違いに応じて、前記ＲＦ電力の大きさまたは比率が調節されることが可能になる。

【0088】

図７の（ｃ）を参照すると、均一なプラズマが形成されるように、第１の電極１３１及び第３の電極１３３は、二つのＲＦ電源１８２にそれぞれ電気的に接続されて、ＲＦ電力をそれぞれ独立して供給されてもよい。

【0089】

図７の（ｂ）を参照すると、第１の電極１３１と第２の電極１３２との間、及び第２の電極１３２と第３の電極１３３との間にそれぞれ形成されるプラズマ密度が互いにばらついていない場合には、一つのＲＦ電源１８２から出力されたＲＦ電力を均等に分配して、第１の電極１３１及び第３の電極１３３に供給してもよい。

【0090】

なお、ＲＦ電源１８２は、第１の電極１３１及び第３の電極１３３にパルス状のＲＦ電力を印加してもよい。パルス状のＲＦ電力は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚのパルス周波数領域においてパルスの幅とデューティ比（ｄｕｔｙ ｒａｔｉｏ）が調節されてもよい。

【0091】

このように、本発明の詳細な説明においては、具体的な実施の形態について説明したが、本発明から逸脱しない範囲内において種々の変形が可能である。よって、本発明の範囲は、説明された実施の形態に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められるべきである。

【符号の説明】

【0092】

Ｓ：基板
１１０：チューブ
１１５：凹部
１２０：噴射口
１３０：プラズマ反応部
１３１：第１の電極
１３２：第２の電極
１３３：第３の電極
１３５：隔壁
１４０：基板支持部
１５０：排気部
１５１：排気部材
１５２：排気ライン
１５３：排気口
１６０：ガス供給管
１６１：供給口
１７０：保護管
１７２：保護カバー
１８０：可変電源供給部
１８１：可変キャパシタ（ＲＦスプリッタ）
１８２：ＲＦ電源
１９０：ソースガス供給管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】