JP2003068651A - プラズマ処理装置、プラズマｃｖｄ装置及びプラズマ処理方法、それらを用いて作製した薄膜、基板、半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積処理での面内均一性を向上させるため
に、高周波電極を中心部と周辺部に分割し、高周波電極
の中心部と周辺部における被処理部材に対する距離を異
ならしめると、高周波電極の段差により、高周波電極の
中心部と周辺部との境目において放電が不安定となり、
それによってプラズマ処理が局所的に不均一となってし
まう。 【解決手段】 分割した高周波電極を用いた場合に、電
極中心部と周辺部とでプラズマ処理が不均一となること
を解消するために、該分割電極の任意の１小電極におい
て、被処理部材に対向する主面と被処理部材処理面との
距離が連続的に異なっていることで、プラズマ処理の均
一性を向上させることが可能となり、また、前記小電極
主面と被処理部材処理面との距離が連続的に異なるよう
に調節可能とすることで、プラズマ生成条件に合わせ
て、被処理部材と分割電極との距離を適切な状態に調節
でき、プラズマ処理の均一化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマ処理装置、
プラズマＣＶＤ装置に係り、被処理部材に対し膜堆積、
エッチングあるいは表面改質を行うのに好適な処理装置
及びこの装置を用いた処理方法、ならびにこれらの処理
装置または処理方法を用いて作製した薄膜、基板、半導
体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、半導体装置の製造プロセスにおい
て、プラズマエネルギーを利用した薄膜堆積、エッチン
グ、表面改質等の処理が必要不可欠になっており、これ
らのプラズマ処理工程では、液晶ディスプレイや太陽電
池等の半導体装置の大型化、及び処理能力向上の要求に
対応した被処理面積の大型化や処理速度の向上、そして
処理品質の向上が重要な課題である。

【０００３】このようなプラズマ処理の現状について説
明する。代表的な膜堆積処理方法であるプラズマＣＶＤ
法を例に取ると、堆積される膜として、代表的にはシリ
コンの多結晶薄膜、微結晶薄膜、非晶質薄膜があり、シ
リコンの化合物としては酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜、珪化金属膜などがある。プラズマＣＶＤ法における
量産性を向上させるためには、製膜速度の増大と処理面
積の大型化が必要となる。製膜速度を増大させるために
は、高周波電力を上げる、または原料ガスの供給量を増
加させるなどが考えられる。一方、処理面積の大型化に
は、高周波電極の表面最大寸法が大きくなるほど、電極
上で発生する定在波の影響が大きくなる問題が知られて
いる。その結果、プラズマの面内均一性が悪くなるた
め、膜堆積の場合は膜厚や膜特性の面内均一性の悪化、
エッチングの場合はエッチングレートの面内均一性の悪
化を引き起こしてしまう。

【０００４】このような課題を鑑み、大面積処理での面
内均一性を向上させるために、高周波電極を中心部と周
辺部に分割し、高周波電極の中心部と周辺部における被
処理部材に対する距離を調節可能とする手法が特開平１
０−２８９８８１号公報に開示されている。図１８によ
り、特開平１０−２８９８８１号公報に開示されている
プラズマＣＶＤ装置の概要を説明する。ガス導入手段５
１と真空排気手段５２を備えた反応容器４において、高
周波電源１から発振された高周波は、分配器８により分
配された後に、高周波電極の中心部２と周辺部２０に印
加される。高周波電極中心部２と周辺部２０における被
処理部材に対する距離を調節可能とすることにより、均
一なプラズマ処理が可能であるとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特開平１０
−２８９８８１号公報に開示されているような、中心部
と周辺部における被処理部材に対する距離を調節可能と
する高周波電極を用いた場合には、高周波電極の中心部
と周辺部との境目において、高周波電極の段差により、
放電が不安定となり、プラズマ処理が局所的に不均一と
なってしまう。

【０００６】本発明は、上記課題を鑑みなされたもので
あり、半導体装置の大型化や処理能力向上に対応した被
処理面積の大型化や処理速度の向上、及び処理品質の向
上を可能とするプラズマ処理装置、プラズマＣＶＤ装置
及びプラズマ処理方法、そして、それを用いて作製した
薄膜、基板、半導体装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
反応容器内に、複数の小電極に分割されてなる電極と、
被処理部材配設部を備え、被処理部材の処理面と該複数
の小電極が対向して配置され、該複数の小電極に分割さ
れてなる電極に、高周波電源から高周波電力を印加する
ことでプラズマを発生させて、該被処理部材に対し処理
を行う装置において、任意の１小電極において、被処理
部材に対向する主面と被処理部材処理面との距離が連続
的に異なっていることを特徴とするプラズマ処理装置で
ある。

【０００８】本発明の第２の態様は、反応容器内に、複
数の小電極に分割されてなる電極と、被処理部材配設部
を備え、被処理部材の処理面と該複数の小電極が対向し
て配置され、該複数の小電極に分割されてなる電極に、
高周波電源から高周波電力を印加することでプラズマを
発生させて、該被処理部材に対し処理を行う装置におい
て、任意の１小電極において、被処理部材に対向する主
面と被処理部材処理面との距離が連続的に異なるように
調節可能であることを特徴とするプラズマ処理装置であ
る。

【０００９】本発明の第３の態様は、第１の態様もしく
は第２の態様の装置において、互いに隣接する小電極に
印加される高周波電圧の位相のずれが１２０〜２４０度
の範囲にあるように調節することを特徴とするプラズマ
処理方法である。

【００１０】本発明の第４の態様は、周波数が２０〜５
００ＭＨｚの範囲にある高周波を用いたプラズマＣＶＤ
法により、最大寸法が１ｍ以上である基板上に堆積され
た、膜厚分布が１０％以内である薄膜である。

【００１１】本発明の第５の態様は、第４の態様の薄膜
が少なくとも１主面上に形成されてなる基板である。

【００１２】本発明の第６の態様は、第４の態様の薄
膜、あるいは第５の態様の基板を用いて作製された半導
体装置である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明者らは、分割した高周波電
極のうち、任意の１小電極において、被処理部材に対向
する主面と被処理部材処理面との距離が連続的に異なっ
ている構造とすることで、特開平１０−２８９８８１号
公報に開示されている方法において生じる、高周波電極
の境目における段差に起因するプラズマの不均一を解消
した。このような構造の例として、図１に示すような実
質的に平面である被処理部材処理面に対して、被処理部
材に対向する分割された高周波電極主面が傾いている構
造がある。

【００１４】また、前記分割電極の、任意の１小電極に
おいて、被処理部材に対向する主面と被処理部材処理面
との距離が連続的に異なるように調節可能であること
で、プラズマ生成条件に合わせて、被処理部材と分割電
極との距離を適切な状態に調節でき、プラズマ処理を均
一化することが可能となる。このような構造の例とし
て、図１に示すような実質的に平面である被処理部材処
理面に対する、被処理部材に対向する分割された高周波
電極主面の傾きを調節する機構が、該分割電極に配設さ
れている構造がある。

【００１５】さらに、前記複数の小電極に、位相がずれ
ている高周波電圧を印加する装置とすることで、高周波
による定在波の影響を軽減し、さらにプラズマ処理を均
一化することができる。

【００１６】本発明者らは、図２に示すような、５０ｃ
ｍ角のステンレス鋼平板からなり、互いに２０ｍｍ離間
されている４つの小電極２１〜２４からなる高周波電極
による電界強度分布を電磁界計算により求めた。図１に
示すように、小電極から被処理部材へと向かう方向をｘ
方向とし、ｘ方向と直交する小電極面と平行の２方向を
ｙ方向、ｚ方向とする。すべての小電極を被処理部材に
対して平行となるように配設し、各々の小電極に１００
ＭＨｚの高周波の電力を同出力かつ電圧を同位相となる
ように印加した時の電磁界計算の結果、得られたｘ方向
の電界Ｅｘの強度分布を図４に示す。図４の横軸は高周
波電極面上の対角方向における位置を示し、矢印イが高
周波電極の大きさを示し、矢印ロ、ハが小電極の大きさ
を示している。縦軸は電界強度を示す。図の曲線からわ
かるように、複数の小電極から構成される高周波電極全
体に対する中心付近（図４のＡ部）で電界が過大となる
分布が生じる。これは、各々の小電極に印加される高周
波の畳重により生ずるものと考えられる。

【００１７】次に、図３の装置断面図に示すように、小
電極２１〜２４を中心部から端部へと傾けて、中心部で
の小電極と被処理部材との距離を３０ｍｍ、端部での小
電極と被処理部材との距離を２３ｍｍとした場合の、ｘ
方向の電界Ｅｘの強度分布を図５に示す。図５の横軸と
縦軸は図４と同じである。図５に示されるように、小電
極の被処理部材に対向する主面内において、該小電極主
面と被処理部材処理面との距離が連続的に異なっている
ことで、複数の小電極から構成される高周波電極全体に
対する中心付近（図４のＡ部）での過大な電界を抑制
し、より均一となる。

【００１８】さらに、前記各小電極に印加する高周波電
圧の位相を調整することで、高周波電極全体でほぼ一様
な電界強度を得られることを見出した。図６に本発明者
らが電磁界計算から求めた、各小電極に印加する高周波
電圧の位相をずらした時の、ｘ方向の電界Ｅｘの強度分
布を示す。図６の横軸、縦軸も図４のそれと同じであ
る。この計算を行う条件として、図２に示す高周波電極
を仮定し、４つの小電極から任意に第1の小電極、例え
ば２１を選択すると、この第1の小電極２１と隣接する
第２の小電極２２および２３に印加される高周波電圧の
位相は、第１の小電極２１に印加される高周波電圧の位
相に対して１３５度ずらされており、第１の小電極２１
とは隣接せず、第２の小電極２２および２３とは隣接す
る第３の小電極２４に印加される高周波電圧の位相は、
第１の小電極２１に印加される高周波電圧の位相と同じ
にされている。図６より明らかなように図４のＡ部に示
すような過大な電界が抑制されており、各小電極に印加
する高周波電圧の位相をずらすことで、大面積の被処理
部材に、より均一なプラズマ処理を施すことが可能とな
ることが分かった。

【００１９】さらに、位相のずれを種々変化させて同様
の検討を行った結果、図４のＡ部に示すような過大な電
界を抑制するには、隣接する小電極に印加する高周波電
圧の位相を１２０度〜２４０度の範囲内でずらす場合で
は、図６に示すような、各小電極面上において均一とな
る電界強度分布を得られることが分かった。

【００２０】隣接する小電極間に印加される高周波電圧
に位相差がある場合には、隣接する小電極間に電位差が
生じる。この電位差により、位相の異なる隣接した小電
極に向かう強い電界が各小電極の間隙部に生じる。この
各小電極の間隙部の強い電界で形成される不均一なプラ
ズマ生成を解消する手法として、該複数の小電極間に誘
電体を挿入することが有効である。これにより、各小電
極の間隙部での電界による不均一なプラズマ生成を防ぐ
ことが可能となる。さらに好ましくは、小電極間の誘電
体を小電極面よりも被処理部材側に突出させることで、
各小電極の間隙部の表面付近における強い電界がかかる
領域を誘電体で占めることにより、不均一なプラズマ生
成を防ぐことができる。とりわけ、各小電極の間隙に挿
入する誘電体の被処理部材に対向する面と、小電極の被
処理部材に対向する一主面との相対距離が調節可能とさ
れていることで、種々のプロセス条件に合わせて均一な
膜厚を得るに適した誘電体面と小電極面との相対距離に
容易に調節できるため、より好ましい。

【００２１】また、本発明のプラズマ処理装置におい
て、各小電極の最大寸法を、印加する高周波の波長の１
／４以下とすることにより、各小電極面上で定在波が発
生することを防止できるので、大きな面積の被処理部材
に対して、より均一なプラズマ処理を施すことが可能と
なる。

【００２２】さらに、位相のずれを種々変化させた結果
より、図４のＡ部に示すような過大な電界を抑制するに
は、隣接する小電極に印加する高周波電圧の位相を１２
０〜２４０度の範囲内でずらすことが、膜厚の均一性を
向上させるために好適である。

【００２３】各小電極に印加される高周波電圧の周波数
を２０〜５００ＭＨｚの範囲とすることで、プラズマ中
の電子密度を増大させ、且つ、プラズマポテンシャルを
低く抑えることができるので、処理の高速化と処理品質
の向上が同時に可能となる。

【００２４】本発明のプラズマ処理装置ならびにプラズ
マ処理方法は、半導体装置の製造工程における膜堆積、
エッチング、及び表面改質等のプラズマ処理において、
処理能力向上に対応した被処理面積の大型化、処理速度
の向上及び処理品質の向上をなし得るものであり、該装
置または方法を用いて作製された半導体装置は、高性能
かつ安価に製造できるという利点を有する。

【００２５】以下、本発明の一実施例を、複数の角型も
しくは梯子型小電極に分割されてなる平板状の高周波電
極が平面状に配設されてなる高周波電極を有するプラズ
マＣＶＤ装置により説明するが、本発明はこれにより何
ら限定されるものではない。例えば、小電極は平板でな
く、曲面であっても、折れ曲がっていてもよく、小電極
の形状も角型あるいは梯子型に限定されるものではな
く、棒型、円板型、球状等でもよく、各小電極の配置も
平面状に限定されるものではなく、格子状、同心円状な
どでもよい。また、プラズマ処理としてＣＶＤに限定さ
れるものではなく、エッチングなどでも同様に処理品質
を向上せしめる。 （実施例１〜５）本実施例に使用したプラズマＣＶＤ装
置の略断面図を図1に示す。ガス導入手段５１と真空排
気手段５２を備えたステンレス鋼製の反応容器４内部
に、複数の小電極２１〜２４に分割されてなる平板状の
高周波電極が、被処理部材３を載置するステンレス鋼製
の被処理部材配設部３１に対して対向して配置されてい
る。反応容器４と被処理部材３を載置するステンレス鋼
製の被処理部材配設部３１は電気的に接地されている。
一方、複数の小電極２１〜２４に分割されてなる高周波
電極は反応容器４と電気的に絶縁されている。図２に高
周波電極２１〜２４の斜視図を示す。各々の小電極は５
０ｃｍ角のステンレス鋼平板であり、これらを全体で正
方形状となるように配設する。図１に示すように高周波
電極２１〜２４のそれぞれに、傾き調節機構６１〜６４
を設けることで、高周波電極２１〜２４と被処理部材３
との距離を調節する。傾き調節機構６１〜６４は、図７
に示すように、小電極２１〜２４のそれぞれに、高周波
電極全体の中心部とその対角の端部２箇所に直線導入端
子からなる昇降機構を設けることにより構成している。
隣接する小電極を２０ｍｍ離間することで、各々の小電
極２１〜２４は互いに電気的に分離されている。

【００２６】図１の高周波電源１から発振された高周波
は、分配器８によって４本の高周波伝送線路に分配さ
れ、各々の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ
９１〜９４、整合器１０１〜１０４を経て、各々の小電
極２１〜２４に印加される。各小電極２１〜２４ごとに
設けられた電力モニタ９１〜９４の値を読み取り、整合
器１０１〜１０４によって調整することで、各小電極２
１〜２４に印加される高周波電力が調整される。

【００２７】本例では、原料ガスにモノシランと水素を
用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。主な製膜条件は
次の通りである。

【００２８】被処理部材：ガラス基板（１ｍ角） 総ガス流量：ＳｉＨ₄ １３００ｓｃｃｍ Ｈ₂ １８００ｓｃｃｍ 基板温度：２００℃ 高周波電力：０．２Ｗｃｍ^-2 周波数：１００ＭＨｚ 製膜圧力：５０Ｐａ 高周波電極中心部と被処理部材との距離：３０ｍｍ 高周波電極端部と被処理部材との距離：１８，２０，２
３，２５，２７ｍｍ傾き調節機構６１〜６４によって、
高周波電極端部と被処理部材との距離を１８，２０，２
３，２５，２７ｍｍと調節し、高周波電極中心部と被処
理部材との距離は３０ｍｍで一定とした。高周波電極端
部と被処理部材との距離が１８ｍｍを実施例１、２０ｍ
ｍを実施例２、２３ｍｍを実施例３、２５ｍｍを実施例
４、２７ｍｍを実施例５とする。

【００２９】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の縦および横方向に対して９等分となるように
切断して膜厚測定用サンプルを８１個作製した。奇数に
等分し、小電極面上の膜厚と各小電極の間隙部直上の膜
厚との比較評価を行った。各々の条件における膜厚測定
用サンプル８１個すべての膜厚を、段差計を用いて測定
し、膜厚分布を評価した結果を図８に示す。図８の横軸
は高周波電極周辺部と被処理部材との距離を示し、縦軸
は膜厚分布を示す。また、比較のため図1に示す装置
で、高周波電極２１〜２４を被処理部材３に対して平行
とし、高周波電極と被処理部材との距離が全ての電極面
において３０ｍｍとなるようにした他は、実施例１〜５
と全く同じ条件で製膜した比較例１の膜厚分布を図８に
併せて示す。なお、８１個のサンプルの（最大値−最小
値）／（最大値＋最小値）を膜厚分布として求めた。図
より高周波電極端部と被処理部材との距離が２３ｍｍで
ある実施例３のとき、膜厚分布は１６％で最小となり、
そのときの平均膜厚は１０００ｎｍであった。比較例１
の膜厚分布は図８に示すように２７％となった。 （比較例２〜７）図１８に示す装置を使用する以外は実
施例１と全く同様の条件で製膜したサンプルを比較例
２、以下、高周波電極端部と被処理部材との距離が実施
例２〜５と同様のものを順に比較例３〜６、比較例１と
全く同様の条件にて製膜したサンプルを比較例７とし
て、これら比較例２〜７の膜厚分布を評価した結果を図
８に併記する。膜厚分布の最小値は２５％であった。 （実施例６）本例に使用したプラズマＣＶＤ装置の略断
面図を図３に示す。ガス導入手段５１と真空排気手段５
２を備えたステンレス鋼製の反応容器４、複数の小電極
２１〜２４に分割されてなる平板状の高周波電極構造、
および被処理部材３を載置するステンレス鋼製の被処理
部材配設部３１の構造は図１と同様である。

【００３０】高周波電源１から発振された高周波は、分
配器８によって４本の高周波伝送線路に分配され、各々
の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ９１〜９
４、整合器１０１〜１０４及び位相調整器１１１〜１１
４を経て、各々の小電極２１〜２４に印加される。各小
電極２１〜２４に印加する高周波電圧の位相を可変とす
る位相調整器１１１〜１１４はインダクタンスおよびキ
ャパシタンスから構成される電気回路である。また、各
小電極２１〜２４ごとに設けられた電力モニタ９１〜９
４の値を読み取り、整合器１０１〜１０４によって調整
することで、各小電極２１〜２４に印加される高周波電
力が調整される。

【００３１】本実施例では、原料ガスにモノシランと水
素を用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。主な製膜条
件は次の通りである。

【００３２】被処理部材：ガラス基板（１ｍ角） 総ガス流量：ＳｉＨ₄ １３００ｓｃｃｍ Ｈ₂ １８００ｓｃｃｍ 基板温度：２００℃ 高周波電力：０．２Ｗｃｍ^-2 周波数：１００ＭＨｚ 製膜圧力：５０Ｐａ 高周波電極中心部と被処理部材との距離：３０ｍｍ 高周波電極端部と被処理部材との距離：２３ｍｍ 図９に各小電極２１〜２４に印加する高周波電圧の波形
図を示す。小電極２１と小電極２４に印加する高周波電
圧は同位相である。また、小電極２２と小電極２３に印
加する高周波電圧は同位相である。そして、小電極２１
と小電極２４に印加する高周波電圧と、小電極２２と小
電極２３に印加する電圧とは互いに位相を１３５度ずら
している。このとき、各小電極２１〜２４へ印加される
高周波電力が同じとなるように調整した。

【００３３】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の縦および横方向に対して９等分となるように
切断して膜厚測定用サンプルを８１個作製した。８１個
すべてのサンプルに対する平均膜厚と膜厚分布を評価し
た結果、平均膜厚９００ｎｍ、膜厚分布は９％となっ
た。 （実施例７〜１２）主な製膜条件は実施例６と同様にし
て、印加する高周波電圧の位相のずれを９０、１２０、
１８０、２２５、２４０、２７０度に変化させた時の膜
厚分布を図１０に示す。図１０の横軸は位相差、縦軸は
膜厚分布を示す。位相差９０度を実施例７、１２０度を
実施例８、１８０度を実施例９、２２５度を実施例１
０、２４０度を実施例１１、２７０度を実施例１２とす
る。いずれも小電極の間隙部直上で膜厚が大きかったも
のの、特に位相のずれが１２０〜２４０度の範囲では、
膜厚分布は１０％程度と良好であった。

【００３４】これらのように、各小電極ごとに印加する
高周波電圧の位相をずらす、特に望ましくは、位相のず
れを１２０〜２４０度の範囲とすることで、大面積にわ
たり均一な製膜を行うことが可能である。 （実施例１３）本例に使用したプラズマＣＶＤ装置の略
断面図を図１１に示す。ガス導入手段５１と真空排気手
段５２を備えたステンレス鋼製の反応容器４、複数の小
電極２１〜２４に分割されてなる平板状の高周波電極構
造、および被処理部材３を載置するステンレス鋼製の被
処理部材配設部３１の構造は図１と同様である。

【００３５】図１１に示すように、隣接する小電極を２
０ｍｍ離間し、その間隙部に比誘電率９．７のアルミナ
磁器からなる誘電体７を配置することで、各々の小電極
２１〜２４を互いに電気的に分離する。誘電体７は昇降
機構７１により、上下に昇降可能である。昇降機構７１
は高真空直線導入端子により真空を破らずに手動で昇降
可能な機構とした。高真空直線導入端子とは、大気側か
ら高真空中の真空容器内に直線運動を導入する端子であ
り、大気側のハンドルを回転させて、その回転をギアに
より直線運動に変換することで、真空側の軸をスクロー
ルさせる機構を持つものである。図１１に示すように、
本例においては、誘電体７の被処理部材に対向する面は
被処理部材に対して平行とし、誘電体７と小電極２１〜
２４は、高周波電極の中心部にあたる小電極の表面側の
角において接する構造となっている。本例における高周
波電極と誘電体の構造を示す斜視図を図１２に示す。誘
電体の表面から誘電体と接する小電極の表面側の角まで
の距離をｘｍｍで表わし、本例においては０ｍｍとし
た。本例において誘電体７は、小電極と接しており、ま
たアース電位である反応容器４の壁とも昇降機構７１を
通じて接した構造となっている。しかし、小電極および
装置壁と接していることは、本発明の本質ではなく、小
電極あるいは装置壁に接していない場合においても、本
発明の効果は得られる。

【００３６】高周波電源１から発振された高周波は、分
配器８によって４本の高周波伝送線路に分配され、各々
の高周波伝送線路ごとに設けられた電力モニタ９１〜９
４、整合器１０１〜１０４及び位相調整器１１１〜１１
４を経て、各々の小電極２１〜２４に印加される。

【００３７】本例では、原料ガスにモノシランと水素を
用いて非晶質シリコン薄膜を製膜した。製膜条件は、実
施例６と同じとした。そして、各小電極２１〜２４に印
加する高周波電圧も実施例６と同じとした。すなわち、
小電極２１と小電極２４に印加する高周波電圧は同位
相、小電極２２と小電極２３に印加する高周波電圧は同
位相である。そして、小電極２１と小電極２４に印加す
る高周波電圧と、小電極２２と小電極２３に印加する電
圧とは互いに位相を１３５度ずらしている。このとき、
各小電極２１〜２４へ印加される高周波電力が同じとな
るように調整した。

【００３８】１時間の製膜処理の後、非晶質シリコン薄
膜が堆積されたガラス基板を反応容器４から取出し、ガ
ラス基板の縦および横方向に対して９等分となるように
切断して膜厚測定用サンプルを８１個作製した。段差計
を用いて、それらのサンプル中心部の膜厚測定を行い、
平均膜厚と膜厚分布を評価した結果、平均膜厚９００ｎ
ｍ、膜厚分布は８％となった。 （実施例１４〜１９）主な製膜条件は実施例１３と同様
にして、誘電体７を昇降させ、誘電体７の表面から誘電
体７と接する小電極２１〜２４の表面側の角までの距離
を変化させたときの膜厚分布を図１３に示す。誘電体７
の表面から誘電体７と接する小電極２１〜２４の表面側
の角までの距離は、誘電体７の表面が、前記小電極の角
よりも被処理部材３側に突出する向きを正の方向として
表わし、−０．５、０．５、１、２、３、４ｍｍの６点
でサンプルを作製した。図１３には、誘電体表面と前記
小電極の角までの距離０ｍｍの実施例１３、および誘電
体の挿入されていない実施例６も含めて表示しており、
実施例６は便宜上−１ｍｍにプロットした。図１３の横
軸は誘電体の高周波伝曲面からの突出長、縦軸は膜厚分
布を示し、突出長−０．５ｍｍを実施例１４、０．５ｍ
ｍを実施例１５、１ｍｍを実施例１６、２ｍｍを実施例
１７、３ｍｍを実施例１８、４ｍｍを実施例１９とす
る。図１３より、誘電体が被処理部材方向に突出してい
ることがより望ましく、突出長２ｍｍのとき膜厚分布は
最小で４％となった。 （実施例２０）実施例２０として、実施例１において用
いた５０ｃｍ角のステンレス鋼平板小電極２１〜２４の
代わりに、図１４に示すようにステンレス鋼製の角型棒
状材を溶接し、梯子型に加工した小電極２５〜２８を用
いた。梯子型小電極の外形は５０ｃｍ角であり、角型の
棒状材の太さは１９ｍｍ、隣接する棒状材間のギャップ
は１８ｍｍであった。実施例１と同様の条件で、梯子型
小電極２５〜２８の傾きを膜厚分布が最小になるよう調
節し製膜した結果、膜厚分布は１７％となった。梯子型
電極に用いる棒状材としては、角型に限ったものではな
く、丸型でも薄板型でも可能である。

【００３９】また、上述の各実施例においては高周波電
極の中心部で被処理部材との距離が大きく、端部で被処
理部材との距離が小さい場合に、膜の均一性が向上した
が、プロセス条件や給電方式、装置構造などによって
は、高周波電極の中心部で被処理部材との距離が小さ
く、端部で被処理部材との距離が大きい場合など、適宜
の距離関係において処理の均一性を向上し得る。 （実施例２１）本実施例では、図１に示すプラズマＣＶ
Ｄ装置を用いて、非晶質シリコン薄膜からなる光電変換
層を形成することで、薄膜太陽電池を作製した。本実施
例において作製した薄膜太陽電池の略断面図を図１５に
示す。基板１２１として８０ｃｍ角で厚さ１．１ｍｍの
ガラス基板を用い、この上に透明電極１２２として、ス
パッタリング法によりＺｎＯを約1μｍの膜厚となるよ
うに形成した。その後、透明電極１２２が形成された側
が複数の小電極からなる高周波電極に対向するように、
基板１２１を図１に示すプラズマＣＶＤ装置の反応容器
内部に装入する。透明電極１２２の上に、膜厚３０ｎｍ
のｐ型非晶質シリコン薄膜１２３、膜厚３００ｎｍのｉ
型非晶質シリコン薄膜１２４、膜厚３０ｎｍのｎ型非晶
質シリコン薄膜１２５の順に製膜することで光電変換層
を形成した。ｐ、ｉ、ｎ型各々の非晶質シリコン薄膜の
製膜条件を以下に示す。なお、印加した高周波の周波数
は、いずれの場合も１００ＭＨｚである。 ｐ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：０．０５Ｗ／ｃｍ² 原料ガス：ＳｉＨ₄ １５０ｓｃｃｍ Ｈ₂ １５００ｓｃｃｍ Ｂ₂Ｈ₆（２．０％／Ｈ₂） ３００ｓｃｃｍ 製膜圧力：５０Ｐａ 基板温度：２００℃ 高周波電極中心部と被処理部材との距離：３０ｍｍ 高周波電極端部と被処理部材との距離：２３ｍｍ ｉ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：０．２Ｗ／ｃｍ² 原料ガス：ＳｉＨ₄ ６００ＳＣＣＭ Ｈ₂ ９００ＳＣＣＭ 製膜圧力：５０Ｐａ 基板温度：２００℃ 高周波電極中心部と被処理部材との距離：３０ｍｍ 高周波電極端部と被処理部材との距離：２３ｍｍ ｎ型非晶質シリコン薄膜の製膜条件 高周波電力：０．０４Ｗ／ｃｍ² 原料ガス：ＳｉＨ₄ １００ｓｃｃｍ Ｈ₂ １２００ｓｃｃｍ ＰＨ₃（２．０％／Ｈ₂） １００ｓｃｃｍ 製膜圧力：５０Ｐａ 基板温度：２００℃ 高周波電極中心部と被処理部材との距離：３０ｍｍ 高周波電極端部と被処理部材との距離：２３ｍｍ 反応容器から基板１２１を取出した後、裏面電極１２６
として、スパッタリング法によりＡｇを３００ｎｍの厚
さとなるように形成した。裏面電極１２６は、光電変換
層を一旦透過した光を反射させることで、発電効率を改
善する役割をも有している。

【００４０】１枚のガラス基板当たり、９個×９個の単
位セル（４ｃｍ角）を作成し、その光電変換効率の分布
を測定した。図１６は、８１個の単位セルにおける光電
変換効率の平均値を１とした時の、そのバラツキを示し
たものである。 （比較例８）図１８に示したプラズマＣＶＤ装置を用
い、実施例２１と同様の製膜条件で作製した場合の、８
１個の単位セルにおける光電変換効率のバラツキを、図
１７に示す。

【００４１】本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いて作製
した薄膜太陽電池の光電変換効率のバラツキは小さく、
本発明のプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法に
より、歩留の向上をなし得ることが確認できた。

【００４２】本実施例では、本発明のプラズマＣＶＤ装
置及びプラズマＣＶＤ方法を、非晶質シリコン薄膜を光
電変換層とする薄膜太陽電池の製造プロセスに適用した
が、本発明の効果はこれに限らない。例えば、多結晶シ
リコン薄膜の製膜、あるいは非晶質シリコン薄膜や多結
晶シリコン薄膜のエッチング等においても、半導体装置
の大型化や処理能力向上に対応した被処理面積の大型化
や処理速度の向上、及び処理品質の向上が可能であり、
本発明により、膜堆積やエッチング等のプラズマ処理工
程において、歩留まり、信頼性、量産性が向上されるこ
とは言うまでもない。しかるに、薄膜太陽電池の製造プ
ロセスのみならず、薄膜トランジスタ等の製造プロセス
に適用できることは言うまでもない。

【００４３】

【発明の効果】分割電極の任意の１小電極において、被
処理部材に対向する主面と被処理部材処理面との距離が
連続的に異なっていることで、プラズマ処理の均一性を
向上させることが可能となり、また、前記小電極主面と
被処理部材処理面との距離が連続的に異なるように調節
可能とすることで、プラズマ生成条件に合わせて、被処
理部材と分割電極との距離を適切な状態に調節でき、プ
ラズマ処理の均一化することが可能となる。

【００４４】したがって、本発明により、半導体装置製
造プロセスにおける製膜及びエッチング工程等のプラズ
マ処理工程において、半導体装置の大型化や処理能力向
上に対応した被処理面積の大型化や処理速度の向上、及
び処理品質の向上が可能であり、その結果、歩留まり、
信頼性、量産性を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの態様であるプラズマＣＶＤ装置
の略断面図である。

【図２】プラズマＣＶＤ装置における高周波電圧を印加
する分割した小電極の略斜視図である。

【図３】本発明のさらに別の態様であるプラズマＣＶＤ
装置の略断面図である。

【図４】被処理部材に対して平行である分割された高周
波電極に同位相の高周波電圧を印加した場合の、小電極
から被処理部材へと向かう電界の強度分布を示す図であ
る。

【図５】被処理部材に対して傾いている分割された高周
波電極に同位相の高周波電圧を印加した場合の、小電極
から被処理部材へと向かう電界の強度分布を示す図であ
る。

【図６】被処理部材に対して傾いている分割された高周
波電極に位相をずらして高周波電圧を印加した場合の、
小電極から被処理部材へと向かう電界の強度分布を示す
図である。

【図７】傾き調節機構が設置された分割した小電極の略
斜視図である。

【図８】本発明のプラズマＣＶＤ装置における膜厚分布
を示す図である。

【図９】各々の小電極に印加する高周波電圧の波形図で
ある。

【図１０】各々の小電極に印加する高周波電圧の位相の
ずれと膜厚分布の相関図である。

【図１１】本発明のさらに別の態様であるプラズマＣＶ
Ｄ装置の略断面図である。

【図１２】本発明のさらに別の態様である高周波電極部
分の略斜視図である。

【図１３】実施例１３〜１９にかかる誘電体の小電極面
よりの突出長と膜厚分布の相関図である。

【図１４】プラズマＣＶＤ装置における高周波電圧を印
加する分割した梯子型小電極の略斜視図である。

【図１５】本発明の半導体装置である薄膜太陽電池の略
断面図である。

【図１６】本発明のプラズマＣＶＤ方法により作製した
薄膜太陽電池における光電変換効率のバラツキを示す。

【図１７】従来のプラズマＣＶＤ方法により作製した薄
膜太陽電池における光電変換効率のバラツキを示す。

【図１８】従来のプラズマＣＶＤ装置の略断面図であ
る。

【符号の説明】

１…高周波電源 ２１〜２４…小電極 ２５〜２８…梯子型の小電極 ３…被処理部材 ３１…被処理部材配設部 ４…反応容器 ５１…ガス導入手段 ５２…ガス排気手段 ６１〜６４…傾き調節機構 ７…誘電体 ７１…昇降機構 ８…分配器 ９１〜９４…電力モニタ １０１〜１０４…整合器 １１１〜１１４…位相調整器 １２１…ガラス基板 １２２…透明電極 １２３…ｐ型非晶質シリコン １２４…ｉ型非晶質シリコン １２５…ｎ型非晶質シリコン １２６…裏面電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森田 春雪 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA61 BC04 BC06 CA25 DA02 EB41 EC21 ED13 FB02 FC15 4K030 BA30 CA06 CA12 FA03 JA03 JA18 JA19 KA15 KA30 5F045 AA08 AB04 AC01 AC19 AF07 BB02 CA13 CA15 DP02 EH04 EH13 EH19 5F051 AA05 BA12 CA16 DA04

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応容器内に、複数の小電極に分割され
   てなる電極と、被処理部材配設部を備え、 被処理部材の処理面と該複数の小電極が対向して配置さ
   れ、 該複数の小電極に分割されてなる電極に、高周波電源か
   ら高周波電力を印加することでプラズマを発生させて、
   該被処理部材に対し処理を行う装置において、 任意の１小電極において、被処理部材に対向する主面と
   被処理部材処理面との距離が連続的に異なっていること
   を特徴とするプラズマ処理装置。
2. 【請求項２】 反応容器内に、複数の小電極に分割され
   てなる電極と、被処理部材配設部を備え、 被処理部材の処理面と該複数の小電極が対向して配置さ
   れ、 該複数の小電極に分割されてなる電極に、高周波電源か
   ら高周波電力を印加することでプラズマを発生させて、
   該被処理部材に対し処理を行う装置において、 任意の１小電極において、被処理部材に対向する主面と
   被処理部材処理面との距離が連続的に異なるように調節
   可能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
3. 【請求項３】 前記複数の小電極に、位相がずれている
   高周波電圧を印加することを特徴とする請求項１または
   ２に記載のプラズマ処理装置。
4. 【請求項４】 前記高周波電圧の位相が、１２０〜２４
   ０度の範囲でずれていることを特徴とする請求項３に記
   載のプラズマ処理装置。
5. 【請求項５】 前記複数の小電極間に誘電体が挿入され
   ていることを特徴とする請求項３または４に記載のプラ
   ズマ処理装置。
6. 【請求項６】 前記挿入された誘電体が小電極面よりも
   被処理部材側に突出していることを特徴とする請求項５
   に記載のプラズマ処理装置。
7. 【請求項７】 前記挿入された誘電体の被処理部材に対
   向する面と、小電極の被処理部材に対向する主面との相
   対距離が調節可能であることを特徴とする請求項５また
   は６に記載のプラズマ処理装置。
8. 【請求項８】 前記各々の小電極の最大寸法が、前記高
   周波の波長の１／４以下であることを特徴とする請求項
   １〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
9. 【請求項９】 周波数が２０〜５００ＭＨｚの範囲にあ
   る高周波を用い、最大寸法が１ｍ以上である基板上に、
   膜厚分布が１０％以内である薄膜を堆積する請求項１〜
   ８のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置における前記複数の小電極において、互い
    に隣接する小電極に印加される高周波電圧の位相のずれ
    を１２０〜２４０度の範囲とすることを特徴とするプラ
    ズマ処理方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜９のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置における前記高周波の周波数を２０ＭＨｚ
    から５００ＭＨｚとすることを特徴とするプラズマ処理
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１〜９のいずれかに記載のプラ
    ズマ処理装置において、周波数が２０〜５００ＭＨｚの
    範囲にある高周波を用いたプラズマＣＶＤ法により、最
    大寸法が１ｍ以上である基板上に堆積された、膜厚分布
    が１０％以内である薄膜。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の薄膜が少なくとも
    １主面上に形成されてなる基板。
14. 【請求項１４】 請求項１２に記載の薄膜、あるいは請
    求項１３に記載の基板を用いて作製された半導体装置。