JP2005310834A - プラズマプロセス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマによるガスの分解及び解離を促進させてプラズマ処理の精度を向上させる。
【解決手段】プラズマプロセス装置は、被処理基板４が内部に配置される処理室５と、処理室５の内部にガスを導入するガス導入口６と、処理室５の内部に設けられ、被処理基板４にプラズマ処理を施すプラズマ放電発生部とを備えている。そして、プラズマ放電発生部は、被処理基板４と平行に配置された平板電極部３１を有するカソード電極２ａと、カソード電極２ａの平板電極部３１と被処理基板４との間に配置され、被処理基板４と平行な方向にストライプ状に延びる複数の絶縁部３と、カソード電極２ａと分離した状態で各絶縁部３と被処理基板４との間に設けられた複数のアノード電極２ｂとを備えている。さらに、絶縁部３は、平板電極部３１の表面の法線方向の長さＨが、平板電極部３１とアノード電極２ｂとの間隔Ｌを超えないように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、第１電極及び第２電極の間でプラズマ放電を発生させるプラズマ放電発生部を備えるプラズマプロセス装置に関する。

プラズマを使って半導体膜等を成膜し、集積回路、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス素子、太陽電池などの電子デバイスを製造する方法、いわゆるプラズマ励起化学気相成長（Chemical Vapor Deposition 、ＣＶＤ）法は、その簡便性や操作性に優れるので、さまざまな電子デバイスを製造するのに使用されている。

プラズマＣＶＤ法を用いる装置の形態（プラズマ化学蒸着装置、以下プラズマＣＶＤ装置という。）としては、図２１及び図２２に示すものが一般的である。図２１及び図２２を参照しながら、プラズマＣＶＤ装置を説明する。図２１は、従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図であり、図２２は、従来のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。プラズマＣＶＤ装置は、処理室（真空容器）５を用いて構成された閉空間と、その中にお互いに電気的に絶縁され、対向する位置に平行に設置された、２枚の導体板からなる電極２ａ，２ｂとを有する。２枚の電極２ａ，２ｂの間にプラズマ１１を発生させ、そこに材料ガスを流してガスを分解・解離させる。一方の電極２ｂに取り付けられた、シリコンやガラスなどからなる被処理基板４の上に、半導体膜などを成膜する。

成膜用の材料ガスを分解するためのプラズマ１１を発生させる手段としては、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波などの電気的エネルギーが一般に使用される。一方の導体板電極２ｂは接地電位とし、対向する他方の電極２ａに電圧を印加して、両電極２ａ，２ｂ間に電界を発生させ、その絶縁破壊現象によりグロー放電現象としてプラズマ１１を生成する。電圧が印加される側の電極２ａ、すなわち電気的エネルギーが印加される電極２ａをカソード電極あるいは放電電極と呼ぶ。カソード電極２ａ近傍に大きな電界が形成されるので、その電界で加速されるプラズマ１１中の電子が材料ガスの解離を促しラジカルを生成する。図２２中の１２はラジカルの流れを示している。

カソード電極２ａ近傍の大きな電界が形成される放電１１の部分を、カソードシース部と呼ぶ。カソードシース部あるいはその近傍で生成されたラジカルは、接地電位の電極２ｂ上の被処理基板４まで拡散し、基板４の表面に堆積して膜が成長する。接地電位にある電極２ｂをアノード電極２ｂと呼ぶ。アノード電極２ｂ近傍にも、ある程度の大きさの電界が形成され、その部分をアノードシース部と呼ぶ。このように、互いに平行な２つの電極２ａ，２ｂ間でプラズマを生成し、アノード電極２ｂ上の被処理基板４に成膜する装置を、以下「平行平板型装置」と呼ぶ。

このようなプラズマＣＶＤ法は、様々な産業で作製される電子デバイスに対して広く利用されている。例えば、アクティブ駆動型の液晶ディスプレイの製造工程では、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）と呼ばれるスイッチング素子が作製される。ＴＦＴ内では、その構成部としてアモルファスシリコン膜や窒化シリコン膜等のゲート絶縁膜が重要な役割を果たしている。各々の膜がその役割を果たすためには、高品質な透明絶縁膜を効率よく成膜する技術が不可欠である。また、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するためには、有機薄膜を成膜した後、大気に曝される表面を保護する保護膜として、高品質な透明絶縁膜を効率よく成膜する技術が不可欠である。さらに、例えば太陽電池を作製するためには、太陽電池層を成膜した後、大気に曝される表面を保護する保護膜として、高品質膜を効率よく成膜する技術が不可欠である。このように作製された電子デバイスは広く使用されている。

材料ガスをエッチングガスに変更して、プラズマＣＶＤ装置と同様にプラズマ１１を発生させ、薄膜のエッチングを行うドライエッチング装置やレジストの除去を行うアッシャー装置も、総称してプラズマプロセス装置として知られている。プラズマ１１の発生の仕方やラジカルの生成などは、プラズマＣＶＤ装置の場合と同様のメカニズムであり、被処理基板４へ到達したラジカルが薄膜等の除去を行う。ドライエッチング装置やアッシャー装置がプラズマＣＶＤ装置と異なるのは、ラジカルの存在だけでなく、プラズマからのイオン衝撃による物理スパッタリングや被処理基板４へのエネルギー入射をそのエッチング動作に利用している点だけである。

従来から確立されてきたプラズマＣＶＤ装置には限界があり、液晶ディスプレイやアモルファス太陽電池などの大面積電子デバイスを作製する場合、被処理基板４へ成膜するときに、材料ガスの解離を十分行い、高品質の薄膜を得るのが困難な場合があった。例えば、従来から知られる平行平板型装置では、材料ガスの解離が不十分な場合がある。窒化シリコン膜を成膜する場合、材料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ₄）、アンモニア（ＮＨ₃）、窒素（Ｎ₂）、水素（Ｈ₂）等が使用され、膜への窒素の供給はアンモニアが分解して行われる。ところが、例えば銅配線上に窒化シリコン膜を成膜しようとすると、アンモニアガスは銅を腐食させるおそれがある。

また、アンモニアは化学的活性の強いガスであり、アンモニアを使用せずに、窒素ガスのみで窒化シリコン膜を成膜したい場合がある。このような場合、平行平板型装置では、解離しにくい水素ガスや窒素ガスを十分分解させることができず、絶縁膜性や保護膜性のよい窒化シリコン膜を得ることは困難であった。あるいは、アモルファスシリコン膜を成膜する場合、材料ガスとしてはシラン、水素等が使用されるが、ガスの利用効率は１０％程度に留まっていた。この場合も、平行平板型装置では、材料ガスの解離を十分促進することができていなかったといえる。

被処理基板４へ高品質膜を成膜する技術は、特許文献１〜特許文献５等に開示されている。
特開平１１−１４４８９２号公報（段落［００１８］及び［００１９］、図１） 特開平１−２７９７６１号公報（第３〜４頁の「作用」の欄、図１） 特開２００１−３３８８８５号公報 特開２００２−２１７１１１号公報 特開２００２−２７０５２２号公報

例えば、特許文献１に開示されたプラズマ装置では、ガラス基板に対向する放電電極が複数の電極から構成されており、それぞれの電極は、互いに極性の異なる高周波電圧を印加され横方向の放電を生じるように配置されている。反応ガスは、電極と電極のあいだから放出される。横電界の放電プラズマ中に放出されたガスは、プラズマ反応を生じた後、ガラス基板側の方向に拡散し、ガラス基板に堆積する。これにより、放電ダメージをガラス基板に与えることがなく、高品質の成膜が可能になる。しかし、このプラズマ装置でも、平行平板型装置と同様に、材料ガスの解離を促進することはできない。

材料ガスの解離を促進する技術は、例えば特許文献２に開示されている。特許文献２に開示されたプラズマ装置では、カソード電極に凹状空間が設けられており、ホローカソード効果によりプラズマ密度が高められる。これにより、材料ガスの解離が促進され、通常の平行平板型装置と比較して、速い成膜速度が得られる。しかし、この装置では、被処理基板の表面がプラズマに晒されるので、成膜面がプラズマダメージを被る。

被処理基板４の設定温度を３００℃以上にすることによって、このようなプラズマダメージを熱エネルギーで修復することができる。しかし、被処理基板４を２００℃程度あるいはそれ以下の温度に設定したい場合には、良好な膜質が維持できない。すなわち、プラズマＣＶＤ装置により、特に低い被処理基板温度において、高品質膜を実現し、高いガス解離効率にて成膜する方法がいまだ確立されていない。

特許文献１に記載されたプラズマ装置の構成をドライエッチング装置やアッシャー装置に応用した場合を想定する。この場合にも、プラズマ発生部とイオン衝撃制御部とを別々にコントロールできる。すなわち、第３の電極を基板４の後ろへ取り付けて、イオン衝撃の制御をプラズマ発生とは独立して行うことが可能であり、パラメータの制御性を上げることができる。

しかし、この場合も、処理ガスの解離を促進することができず、ある一定以上に処理速度を上げることはできない。すなわち、総じて、高性能で高いガス解離効率にて動作するプラズマプロセス装置がいまだ確立されていない。

以上のような技術で成膜された薄膜では、これまでデバイス用として十分な保護膜特性が得られていなかった。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子においては、大気中の水蒸気や酸素の侵入を防止するために、透明な絶縁性の保護膜を素子の外層に設ける必要がある。素子内の有機膜が１００℃以上のプロセス温度において特性が大幅に劣化するので、それ以下の温度で保護膜を形成する必要がある。

しかし、従来のプラズマＣＶＤ装置では、そのような温度条件では良質な保護膜は形成できなかった。例えば、Applied Physics Letters, volume 65, pages 2229-2231 には、保護膜として窒化シリコン膜を１００℃にて形成した場合、膜質が悪いので、大気中の水蒸気が膜内に侵入し、シリコンと酸素の結合を生じてしまうことが報告されている。この報告から、水蒸気や酸素が遂には膜を透過してしまうことが予想される。現状では品質の悪い保護膜しか実現できていないので、大気との隔離のために、キャップ用のガラス基板を窒素雰囲気で封着しているのが実情である。窒化シリコン膜を保護膜として使用しているデバイスとしては、多結晶シリコン太陽電池やガリウム・砒素系電子デバイスがあり、これらデバイスについても、上記に挙げた、品質上の課題がある。

本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラズマによるガスの分解及び解離を促進させてプラズマ処理の精度を向上させることにある。

上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、前記処理室の内部に設けられ、前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ放電発生部とを備えるプラズマプロセス装置であって、前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行に配置された平板電極部を有する第１電極と、前記第１基板の平板電極部と前記被処理基板との間に配置され、該被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びる複数の絶縁部と、前記第１電極と分離した状態で前記各絶縁部と前記被処理基板との間に設けられた複数の第２電極とを備え、前記絶縁部は、前記平板電極部の表面の法線方向の長さＨが、前記平板電極部と第２電極との間隔Ｌを超えないように形成されている。

前記第１電極は、平板電極部の表面と絶縁部の側面とを繋ぐプラズマ放電面を有する隅肉部を備え、前記隅肉部における被処理基板側の先端と平板電極部との距離Ｈ１は、平板電極部と第２電極との間隔Ｌよりも小さいことが好ましい。

前記隅肉部のプラズマ放電面は、凹状の曲面により構成されていてもよい。

前記隅肉部のプラズマ放電面は、平面により構成され、前記隅肉部のプラズマ放電面と平板電極部の表面とが成す角度θは、４５°以上且つ９０°以下であるようにしてもよい。

前記第２電極の断面形状は、５つ以上の角を有する多角形であることが好ましい。また、前記第２電極の断面は、曲線を含む形状に形成されていてもよい。

前記絶縁部の側面は、平面により構成されていることが好ましい。また、前記絶縁部の側面は、曲面により構成されていてもよい。

本発明によれば、第１電極と第２電極との間で生じるプラズマ放電の経路に沿ってガスを導入できるため、被処理基板から離れた領域でガスを効率よく分解及び解離させることができる。その結果、低い被処理基板温度においても、成膜面のプラズマダメージを抑制してプラズマ処理の精度を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１及び図２を参照しながら、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態であるプラズマＣＶＤ装置について説明する。図１は、プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図であり、図２は、プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。

プラズマＣＶＤ装置は、被処理基板４が内部に配置される処理室（真空容器）５と、この処理室５の内部に材料ガス（以下、単にガスともいう。）を導入するガス導入口６と、処理室５内に設けられたプラズマ放電発生部１５とを有する。典型的には、処理室５内に、被処理基板４を保持する基板ホルダ９が設けられており、被処理基板４は基板ホルダ９に装着されるようになっている。

尚、基板ホルダ９の後ろ（被処理基板４の被処理面とは反対側）には、被処理基板４を加熱するためのヒータ（不図示）が設けられている。被処理基板４は、例えば温度が２００℃となるように加熱される。

処理室５の外部には、プラズマ放電発生部１５に電力（言い換えれば、電気的エネルギー）を供給するための高周波電源１と、ガスを処理室５内に供給するガス供給部１３と、処理室５内のガスを排出するガス排出部１０とが設けられている。ガス排出部１０としては、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプ、ドライポンプやロータリーポンプ等が好適に用いられる。高周波電源１は、配線８を介してプラズマ放電発生部１５に接続されている。

プラズマ放電発生部１５は、被処理基板４から離間した状態で、基板４に対向して配置され、被処理基板４にプラズマ処理を施すように構成されている。すなわち、プラズマ放電発生部１５は、第１電極であるカソード電極（陰極）２ａと、第２電極であるアノード電極（陽極）２ｂと、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間を絶縁する電極間絶縁部３（以下、絶縁部ともいう）とにより構成されている。

上記カソード電極２ａは、図２に示すように、被処理基板４と平行に配置された平板電極部３１を有している。平板電極部３１は、例えばアルミニウム等の導電材料により構成されている。

上記絶縁部３は、カソード電極２ａである平板電極部３１の被処理基板４側の表面に、複数設けられている。すなわち、絶縁部３は、図１に示すように、絶縁材料の角材により構成されると共に、平板電極部３１と被処理基板４との間に配置され、被処理基板４の基板面と平行な方向にストライプ状に延びるように形成されている。各絶縁部３は、平板電極部３１の上で等間隔に配置され、これら絶縁部３の間で露出している平板電極部３１の表面が、カソード電極２ａのプラズマ放電面になっている。また、絶縁部３の側面は、平面により構成されている
尚、絶縁部３は、必ずしも平板電極部３１の表面に直接に設ける必要はなく、カソード電極２ａを構成する他の電極部材等を介して平板電極部３１に設けるようにしてもよい。

上記アノード電極２ｂは、プラズマ放電発生部１５に複数設けられ、各絶縁部３における被処理基板４側の端部にそれぞれ配置されている。アノード電極２ｂは、絶縁部３によりカソード電極２ａと分離された状態で、各絶縁部３と被処理基板４との間に設けられている。つまり、アノード電極２ｂもまた、ストライプ状に形成されている。アノード電極２ｂは、例えばアルミニウム等の導電材料の角材により構成されている。図２に示すように、アノード電極２ｂの側部は、絶縁部３の側面に連続する形状を有している。言い換えれば、アノード電極２ｂ及び絶縁部３は、被処理基板４の基板面に垂直な断面において互いに同じ幅を有している。そして、アノード電極２ｂは、カソード電極２ａよりも被処理基板４に近接して設けられ、それぞれ接地されている。

こうして、カソード電極２ａのプラズマ放電面と、アノード電極２ｂのプラズマ放電面とが、被処理基板４側からみて交互に繰り返して形成されることとなる。また、プラズマ放電発生部１５には、カソード電極２ａの被処理基板４側の表面と、その表面の両側で向かい合う絶縁部３及びアノード電極２ｂの側面とにより、溝１８が形成されることとなる。つまり、溝１８の底面は、平板電極部３１の表面により構成される一方、溝１８の側面は、絶縁部３及びアノード電極２ｂの側面により構成されている。

また、カソード電極２ａには、平板電極部３１を厚み方向に貫通するガス導入口６が設けられている。ガス導入口６は、溝１８の底部における溝幅方向の中央位置に設けられている。又、各ガス導入口６は、溝長さ方向に所定の間隔で並んで形成されている。

平板電極部３１の背面側（つまり、被処理基板４と反対側）には、ガス貯留部７が設けられている。ガス貯留部７は、ガス供給部１３及びガス導入口の双方に連通している。こうして、ガス供給部１３から供給されたガスが、ガス滞留部７に一旦滞留した後に、ガス導入口６を通って処理室５内に導入されるようになっている。

上記カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂには、配線８を介して高周波電源１が接続されている。高周波電源１の周波数は、例えば１３．５６ＭＨｚであることが好ましい。そして、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの間に電圧を印加することにより、これらの各電極２ａ，２ｂ間にプラズマ放電を発生させるようにしている。

このようにして、プラズマ放電発生部１５は、アノード電極２ｂとカソード電極２ａとの間に印加される電圧（電位差）に応じて放電（プラズマ）１１を発生させる。プラズマは、図２に示すように、プラズマ放電発生部１５の近傍の領域に被処理基板４から離れた状態で形成される。そして、ガス導入口６からプラズマ発生領域にガスを流入させることによって、ガスが分解・解離してラジカルが生成される。ここで、図２中の１２はラジカルの流れを示している。生成されたラジカルは、被処理基板４まで拡散し、基板ホルダ９に保持された基板４の表面に付着して堆積する。

生成されたラジカルは、次々に薄膜表面に到達して薄膜の厚さが増していく。設定された膜厚になるまで電圧を印加し続けた後、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの間への電圧の印加（プラズマ放電発生部１５への電力の供給）を停止する。このようにして、被処理基板４の表面にプラズマ処理が施され、基板４の表面に膜が成長して薄膜が形成される。その後、基板ホルダ９から被処理基板４を取り外し、処理室５外に取り出すと、薄膜が形成された薄膜形成基板が得られる。

さらに、プラズマ放電発生部１５について詳述する。

本実施形態では、図６に拡大して示すように、絶縁部３は、平板電極部３１の表面の法線方向の長さＨが、平板電極部３１とアノード電極２ｂとの間隔Ｌを超えないように形成されている。具体的には、図６に示すように、アノード電極２ｂが絶縁部３の端部に接触して設けられているので、上記絶縁部３の長さＨと、上記電極間の距離Ｌとは等しくなっている。尚、図６において、符号Ｓは、被処理基板４のホルダ９への設置面と、アノード電極２ｂの下端との距離である。また、符号Ｃは、隣接する２つのアノード電極２ｂの隙間であり、符号Ｄは、隣接する２つのアノード電極２ｂ同士の間隔（中心間距離）である。

一方、上絶縁部３の記長さＨと、上記電極間の距離Ｌとは、Ｈ≦Ｌなる関係を満たしていればよいため、例えば図７に示すように、アノード電極２ｂが、絶縁部３の端部から離れて配置されていてもよい。この場合、アノード電極２ｂは、図示省略の電極保持機構によって静止保持されており、アノード電極２ｂと絶縁部３との間には、所定の隙間が設けられることとなる。また、上記電極保持機構は、アノード電極２ｂと絶縁部３との間隔（隙間）を調節できるように、アノード電極２ｂを可動保持するように構成されていてもよい。

ここで、アノード電極２ｂ同士の間隔Ｄに対し、被処理基板４とアノード電極２ｂとの距離Ｓを小さく規定し過ぎると、アノード電極２ｂの間隔パターンに依存した波状の膜厚分布が発生してしまう。一方、上記間隔Ｄに対し、上記距離Ｓを大きく規定し過ぎると、解離されたラジカルが被処理基板４に到達しにくくなるため、意図していた程度に成膜速度を上げることができなくなってしまう。したがって、上記のような不具合を抑制するためには、被処理基板４又はアノード電極２ｂ（若しくはプラズマ放電発生部１５自体）を保持した状態で移動させ、上記間隔Ｄに対する距離Ｓの大きさを適正な所定の範囲に調節できようにすることが望ましい。また、上記距離Ｓを小さく規定し過ぎる必要がある場合であっても、被処理基板４及びホルダ９を、同一平面内において（すなわち上記距離Ｓを変化させない状態で）連続的に移動させたり、左右に揺動させたり、回転させる等の可動手法により、上記波状の膜厚分布を抑制することもできる。

ところで、上記プラズマ放電発生部１５は、図６に示すように、カソード電極２ａ及びアノード電極２ｂの各電極面のうち被処理基板４の法線方向から視認できる面（部分）のみがプラズマ放電面として機能することが好ましい。言い換えれば、カソード電極２ａもアノード電極２ｂもその全プラズマ放電面が被処理基板４側から視認できる構造である。ここで、プラズマ放電面とは、電極２ａ，２ｂに使用している部材の表面という意味ではなく、プラズマ部と荷電粒子（電荷）をやり取りしている、実質的に放電電極として働いている表面のことである。

すなわち、アノード電極２ｂのカソード電極２ａ側の面及びアノード電極２ｂの形成領域と重畳する領域におけるカソード電極２ａの面は、被処理基板４の法線方向から視認できない面である。アノード電極２ｂのカソード電極２ａ側の面とアノード電極２ｂの形成領域と重畳する領域におけるカソード電極２ａの面との間には、電極間絶縁部３が存在するので、アノード電極２ｂのカソード電極２ａ側の面及びアノード電極２ｂの形成領域と重畳する領域におけるカソード電極２ａの面は、いずれもプラズマ放電面として機能しない。

これに対し、仮りに、上記両電極２ａ，２ｂ間に電極間絶縁部３が存在しない場合には、アノード電極２ｂのカソード電極２ａ側の面及びアノード電極２ｂの形成領域と重畳する領域におけるカソード電極２ａの面もプラズマ放電面として機能する。その状態でカソード電極２ａに高周波電力を印加した場合、主な放電は、カソード電極２ａ表面とアノード電極２ｂのカソード電極２ａ側面との間で発生する。しかしながら、その空間内で発生するプラズマで材料ガスが解離されても、解離されたラジカルの多くは、アノード電極２ｂのカソード電極２ａ側面に膜として付着してしまう。したがって、意図していた程に成膜速度を上げることができなくなるので、装置としてのスループットに限界が生じる。図６に示す本実施形態のプラズマＣＶＤ装置によれば、プラズマ放電面として機能する全電極表面が被処理基板４側から視認できる構造であるので（言い換えれば、カソード電極２ａのプラズマ放電面及びアノード電極２ｂのプラズマ放電面が対向していないので）、解離されたラジカルの大半を有効に被処理基板４へと導くことが可能である。

図６に示すように、プラズマ放電面として機能する全電極表面が被処理基板４側から視認できる構造をとることのもう一つの利点は、ガスの圧力値の範囲を広く設定できることである。図２１及び図２２に示す平行平板型装置の場合は、電極間の距離が構造上決定されているので、電極間の距離が放電経路の長さそのものとなり、プラズマの発生しやすい材料ガス圧力がある一定範囲に定まってしまう。これは、放電工学でよく知られたパッシェンの法則に支配されているからである。パッシェンの法則とは、放電を開始できる空間電界強度が材料ガス圧力と放電経路の長さとの積で決定され、その積の値がある値のところでは放電を開始できる空間電界強度の極小値をとり、その前後では放電を開始できる空間電界強度が上昇するという法則である。

一方、図１及び図２に示す構造をとると、両電極２ａ，２ｂの電極面が向かい合っていないので、その間で発生する放電の経路は、図３及び図４に示すように、材料ガス圧力の高低により短くなったり、あるいは長くなったり変化する。図３及び図４中の１１ｂは、放電の典型的経路を示している。図３の場合は、材料ガス圧力が比較的高い場合であり、放電経路は短くなる。図４の場合は、材料ガス圧力が比較的低い場合であり、放電経路は長くなる。

また、両電極２ａ，２ｂが同一平面上にないことによる利点もある。具体的には、両電極２ａ，２ｂが略同一平面上にある場合（例えば、特許文献３〜５参照）に比して、概ね電極間絶縁部３の高さ分だけ放電経路が長くなるので、ガスの解離効率が増す。さらに、電極間絶縁部３の高さを調整することによって、放電経路の距離を調整することができるので、材料ガス圧力の調整の自由度が高くなる利点もある。このように放電経路の長さが変化することで、プラズマが発生しやすい材料ガスの圧力範囲が広くなる。

ガス導入口６が設けられる位置としては、図１及び図２に示すように、カソード電極２ａ側が好ましい。本実施形態の装置では、カソード電極２ａがアノード電極２ｂよりも被処理基板４から離れている。したがって、カソード電極２ａ側からガスを導入することにより、被処理基板４へ向かってスムーズなガス流れ１４が実現する。また、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間にプラズマ領域があり、材料ガスをプラズマ放電の放電経路に沿って流すことができる。このことにより、材料ガスがプラズマ中を流れる距離を長くすることができるため、ガスの分解及び解離を促進することができる。その結果、プラズマ処理である成膜の精度及び速度を向上させることができる。

また、カソード電極２ａのプラズマ放電面の面積は、アノード電極２ｂのプラズマ放電面の面積よりも大きいことが望ましい。それは以下の理由による。カソードシース部に比べてアノードシース部は、平行平板型装置では電界が小さい。これは、両電極２ａ，２ｂの面積がほぼ等しくても、周辺の壁などもアノード電極２ｂと同じ接地電位にあるので、実質的には接地電位部の合計面積がカソード電極２ａの面積よりも大きいことによる。そこで、カソード電極２ａのプラズマ放電面の面積をアノード電極２ｂのプラズマ放電面の面積よりも大きくすることにより、アノードシース部の電界をより大きくすることができる。このような状態では、カソードシース部のみならずアノードシース部でもガスの解離が促進されるので、全体としてのガスの解離量がさらに増加する。

尚、本実施形態の装置では、図５（ａ）に示すように、複数の棒状アノード電極２ｂのそれぞれが、端部において配線８を介して高周波電源１に接続されているが、本発明の装置は、これに限定されるものではない。例えば、図５（ｂ）に示すように、複数の棒状アノード電極２ｂの一方端部を同じ材質の棒で接続し、その接続した棒に電源１からの配線８を接続してもよい。あるいは、図５（ｃ）に示すように、複数の棒状アノード電極２ｂの両端部を同じ材質の棒で接続し、その接続した棒に電源１からの配線８を接続してもよい。

被処理基板４を保持する処理基板ホルダ９は、図２では被処理基板４の端部を保持しているだけであり、したがって被処理基板４は浮遊電位にある。一方で、例えば基板温度を面内で均一とするために、被処理基板４の背後に導体板を接して設置することがある。この場合、導体板は浮遊電位でもよいし、又は接地電位でもよい。被処理基板４の電位を特に考慮しなくてよい理由は、プラズマ１１が被処理基板４から離れて存在するので、電荷的に中性なラジカルのみが被処理基板４に飛散するからである。基板表面に対してある程度のイオン衝撃を必要とするような成膜プロセスの場合は、被処理基板４の背後に、導体板を設置して積極的にその電位を制御することも可能である。その場合は、被処理基板４背後の導体板の電位によって、離れた位置にあるプラズマ１１からイオン束を引き出し、被処理基板４の表面にイオンを照射することとなる。

また、本実施形態では、被処理基板４としてガラス基板を用いたが、扱える被処理基板４の種類としては、ガラス基板に限定されるものではない。既に述べたように、基板温度１００℃でも良質の成膜が行われるので、有機材料から形成された基板を用いることができる。例えば、ガラス転移点が２００℃前後であるプラスチック基板等の樹脂系の基板等を用いることができる。本発明の装置によれば、樹脂系の基板等に窒化シリコン膜やアモルファスシリコン膜を成膜し、ＴＦＴデバイスの作製を行うことも可能となる。

本実施形態では、使用する高周波電源１の周波数として、１３．５６ＭＨｚを用いたが、高周波電源１の周波数はこれに限定されるものではない。本実施形態の装置では、基板４表面にはプラズマ１１がほとんど存在しないので、１３．５６ＭＨｚ以下の低周波で通常は問題とされる、プラズマダメージの増加という悪影響がない。したがって、１３．５６ＭＨｚ以下の低周波数も使用可能である。但し、下限周波数としては３００KHzが適当である。これは、両電極２ａ，２ｂ間にイオンが捕捉されて、イオン密度が高まる効果の限界が３００ｋＨｚであることによる。

また、１３．５６ＭＨｚ以上のＶＨＦ(Very High Frequency)帯と通常呼ばれる高周波にも適用可能である。平行平板型装置の場合、周波数が高くなり、自由空間波長が短くなるにつれて、大型装置にて定在波が発生することが問題となる。より詳細に説明する。高周波はプラズマ中（詳しくはプラズマ最表面部）に分布をもって存在する。したがって、プラズマの大きさが定在波の存在しうる大きさ程度、例えば１／２波長、周波数１００ＭＨｚの場合では約１.５ｍになると、定在波が発生して高周波強度が不均一になる。これにより、高周波強度が強いところの成膜膜厚が厚くなり、高周波強度が弱いところの成膜膜厚が薄くなるという不具合が生じる。

本発明によれば、プラズマ部は個々に小さく独立した形態であり、原理的に定在波は発生しない。より詳細に説明する。本発明の場合、電極パターンに応じた小さなプラズマ、例えばカソード電極２ａの法線方向数ｃｍ以下のプラズマが多数発生する。図２、図３及び図４では、隣り合っているプラズマ部が互いに接しているように見えるが、実際はアノード電極２ｂ上で分断されている。これにより、隣接するプラズマの隙間の部分で高周波の伝播が分断され、結果として定在波が発生しない。したがって、大型のプラズマＣＶＤ装置にも、ＶＨＦ帯高周波が導入可能となる。但し、上限周波数としては、３００ＭＨｚが適当である。３００ＭＨｚは、両電極２ａ，２ｂ間に電子が捕捉され電子密度が高まる効果が飽和する周波数であるので、それ以上に周波数を上げても電子捕捉の効果は変わらず、逆に高周波電力投入が困難となるからである。

《発明の実施形態２》
図８は、本発明による実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図であり、図９は、実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。また、図１０は、図９の部分拡大図である。図８〜図１０を参照しながら、実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を説明する。尚、以下の各実施形態では、実施形態１のプラズマＣＶＤ装置と実質的に同じ機能を有する構成要素を同じ参照符号で示し、その説明を省略する。

本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、カソード電極２ａのプラズマ放電面が凹面状である点が、カソード電極２ａのプラズマ放電面が平板状である実施形態１のプラズマＣＶＤ装置と異なる。ここで、凹面状とは、連続する平面及び曲面の少なくとも一方により構成され、全体として凹状に形成された表面のことである。

すなわち、図８に示すように、カソード電極２ａは、平板電極部３１と、平板電極部３１の表面と絶縁部３の側面とを繋ぐプラズマ放電面を有する隅肉部３２とを備えている。

隅肉部３２は、図１０に拡大して示すように、絶縁部３の両側面にそれぞれ設けられている。隅肉部３２のプラズマ放電面は、平面により構成され、平板電極部３１の表面に対して傾斜する傾斜面になっている。つまり、カソード電極２ａは、ガス導入口６の近傍位置から外側に斜め上方へ延びる一対の傾斜面を有している。

こうして、隣り合う２つの絶縁部３の間には、平板電極部３１の表面と、その表面の両側に設けられた隅肉部３２の各傾斜面とにより、凹面状のプラズマ放電面が形成されることとなる。言い換えれば、カソード電極２ａは、隣り合う絶縁部３の間においてプラズマ放電面により構成された溝１８を有している。溝１８は、ガス導入口６から被処理基板４へ向かって大きくなる断面テーパ状に構成されている。

特に、図１０に示すように、隅肉部３２における被処理基板４側の先端と平板電極部３１との距離Ｈ１は、平板電極部３１とアノード電極２ｂとの間隔Ｌよりも小さい。
また、隅肉部３２のプラズマ放電面と平板電極部３１の表面とが成す角度θは、４５°以上且つ９０°以下であることが好ましい。

仮に、上記角度θを４５°よりも小さくすると、溝１８内に形成されるプラズマ領域が小さくなってしまうという問題が生じる。すなわち、プラズマ領域が小さいと、プラズマにより分解及び解離されたガスから生じるラジカルやイオンの数が減少するため、成膜速度が低下すると共にエッチングレートが大きくなり膜質が低下してしまう。また、距離Ｈ１が一定の状態で角度θを４５°よりも小さくすると、隣り合う隅肉部３２同士が接触してしまうという問題もある。一方、仮に、角度θを９０°よりも大きくすると、絶縁部３の内側に窪んだ状態でプラズマ放電面が形成されてしまうため好ましくない。したがって、上述のように、４５°≦θ≦９０°であることが好ましい。

そして、被処理基板４をプラズマ処理して成膜する場合には、上記実施形態１と同様に、高周波電圧を、平板電極部３１とアノード電極２ｂとの間に印加する。このことにより、平板電極部３１及び隅肉部３２は、カソード電極２ａとして働き、接地されたアノード電極２ｂとの間にプラズマが発生する。その結果、基板４上にプラズマにより分解及び解離したラジカルが堆積し、所望の成膜が行われる。

本実施形態によると、実施形態１の場合と比較して、成膜速度を上昇させることができる。その理由は、以下のように説明できる。

実施形態１の場合は、両電極２ａ，２ｂ間を絶縁するための絶縁部３の表面がカソード電極２ａの表面（つまり、平板電極部３１の表面）に対して垂直になっているので、カソード電極２ａ表面で発生したプラズマ粒子やラジカル粒子が絶縁部３に衝突して消滅し易くなっている。一方、本実施形態の場合は、断面三角形の隅肉部３２が存在することによって、絶縁部３の表面と隅肉部３２の傾斜面とが成す角度を鈍角に、好ましくは略１８０°にすることができる。したがって、カソード電極２ａ表面で発生したプラズマ粒子やラジカル粒子が絶縁部３に衝突して消滅する確率を低くすることができる。さらに、カソード電極２ａのプラズマ放電面の断面形状が凹状であるので、ホローカソード効果も生じる。したがって、カソード電極２ａのプラズマ放電面を凹面状とすることで、膜質など他の性能を保ったまま、装置としてのスループットを改善することができる。

（実施例）
次に、本発明のプラズマＣＶＤ装置を具体的に実施した実施例について説明する。

図１０は実施例１を示し、図１１は実施例２を示し、図１２は実施例３を示している。実施例２及び実施例３は、実施例１に対して隅肉部３２の傾斜角θの大きさをそれぞれ変更したものである。

まず、実施例１では、図１０に示すように、隅肉部３２の傾斜部の角度θが４５°であって、アノード電極及び電極間絶縁部の幅（つまり、被処理基板４と平行な方向の長さをいう。以下同じ。）を５ｍｍ、アノード電極の高さ（つまり、被処理基板４に垂直な方向の長さをいう。以下同じ。）を２．５ｍｍ、絶縁部３の高さＨ（平板電極部３１とアノード電極２ｂとの間隔Ｌ）を１１．５ｍｍ、絶縁部３の露出部分の高さＨ２を５ｍｍ、隅肉部３２の傾斜部の高さＨ１を６．５ｍｍ、隅肉部３２の傾斜部の幅を６．５ｍｍとしている。

そして、被処理基板４として、アノード電極２ｂの底部から上方に距離Ｓ＝３５ｍｍ離れた位置に、厚み０．７ｍｍのガラス基板を設置した。ガラス基板は、温度が３００℃となるように加熱した。

その後、次の流量の材料ガスを処理室５の内部に導入した。すなわち、モノシラン（ＳｉＨ₄）を６０ｓｃｃｍ、アンモニア（ＮＨ₃）を１２０ｓｃｃｍ、窒素（Ｎ₂)を６００ｓｃｃｍ、水素(Ｈ₂)を２００ｓｃｃｍの流量でそれぞれ導入した。そして、ガス圧力を２００Ｐａ、高周波電力を６５０Ｗとし、ガラス基板上に窒化シリコン膜を成膜した。

成膜した窒化シリコン膜の膜特性を表１に示す。窒化シリコンの成膜速度は２６．５Ａ（２．６５ｎｍ）／秒、絶縁耐圧は７．３ＭＶ／ｃｍ、エッチングレートは５８９Ａ／分であった。エッチングレートについては、１：１０に希釈したＢＨＦ（バッファード弗酸）を用いて、Ｓｉウエハー上のＳｉＮ膜のエッチングレート（常温時）を公知の段差測定装置による測定を行った。成膜速度、膜質ともにデバイスグレードの良好な結果が得られた。

次に、実施例２では、図１１に示すように、隅肉部３２の傾斜部の角度θを大きくして７７°とし、隅肉部３２の傾斜部の幅を１．５ｍｍ、溝１８の底部に露出している平板電極部３１の幅を１２ｍｍとした。それ以外の寸法は、上記実施例１と同じである。

成膜条件についても実施例１と同じ条件とし、窒化シリコン膜を成膜した。成膜した窒化シリコン膜の特性を表１に示す。窒化シリコンの成膜速度は、２９．６Ａ（２．９６ｎｍ）／秒、絶縁耐圧は７．０ＭＶ／ｃｍ、エッチングレートは３３６Ａ／分であった。このことから、実施例１と比べて、成膜速度はおよそ１１％向上し、エッチングレートは４３％低下し、改善されたことがわかる。また、絶縁耐圧は７ＭＶ／ｃｍであり、実施例１と同等に好ましい数値であった。

この結果は、溝１８の幅が２ｍｍから１２ｍｍに拡大されたため、プラズマ領域が拡がり、プラズマ中のラジカル数とイオン数が増加したことによると考えられる。すなわち、薄膜形成に必要なラジカル数が増えることにより成膜速度が上がり、薄膜成長表面へのイオンアシストにより膜が緻密化しエッチングレートが下がったものと考えられる。

次に、実施例３では、図１２に示すように、隅肉部３２の傾斜部の角度θをさらに大きくして９０°とし（つまり、隅肉部３２のプラズマ放電面は、絶縁部３の側面と同じ平面を構成している）、溝１８の底部に露出している平板電極部３１の幅を１５ｍｍとした。それ以外の寸法は、上記実施例１と同じである。

成膜条件についても実施例１と同じ条件とし、窒化シリコン膜を成膜した。成膜した窒化シリコン膜の特性を表１に示す。窒化シリコンの成膜速度は３０．８Ａ（３．０８ｎｍ）／秒、絶縁耐圧は７．１ＭＶ／ｃｍ、エッチングレートは３２０Ａ／分であった。実施例１と比べて、成膜速度はおよそ１６％向上し、エッチングレートは４６％低下し、改善されたことがわかる。また、絶縁耐圧は７．１ＭＶ／ｃｍであり、実施例１と同等に好ましい数値であった。

この結果は、溝１８の幅が２ｍｍから１５ｍｍに拡大されたため、プラズマが領域がさらに拡がり、プラズマ中のラジカル数とイオン数が増えたことによると考えられる。すなわち、実施例２と同様に、薄膜形成に必要なラジカル数が増えることにより成膜速度が上がり、薄膜成長表面へのイオンアシストにより膜が緻密化しエッチングレートが下がったものと考えられる。

図１３は実施例４を示し、図１４は実施例５を示している。実施例４及び実施例５は、上記実施例２に対し、平板電極部３１と被処理基板４との距離を一定に維持した状態で、隅肉部３２の高さＨ１や、絶縁部の露出部分の高さＨ２を変更したものである。

まず、実施例４では、図１３に示すように、絶縁部３の高さＨを１４．５ｍｍとし、絶縁部３の露出部分の高さＨ２を８ｍｍとした。このとき、被処理基板４とアノード電極２ｂの底部との距離Ｓは、３２ｍｍになっている。これ以外の寸法は実施例２と同じである。

成膜条件についても実施例２と同じとし、窒化シリコン膜を成膜した。成膜した窒化シリコン膜の特性を表２に示す。

窒化シリコンの成膜速度は３１．１Ａ（３．１１ｎｍ）／秒、絶縁耐圧は７．１ＭＶ／ｃｍ、エッチングレートは２７５Ａ／分であった。実施例２と比べて、成膜速度はおよそ５％向上し、エッチングレートは１９％低下し、改善されたことがわかる。また、絶縁耐圧は７．１ＭＶ／ｃｍであり、同等であった。また、成膜後にプラズマＣＶＤ装置の成膜チャンバーを開けると、電極に付着するパウダー（反応副生成物）が、実施例２よりも減少していることが目視により確認された。

この結果は、絶縁部３の露出部分の高さＨ２が５ｍｍから８ｍｍになったことに伴う次の２つの効果によるものと考えられる。すなわち、一つ目の効果は、プラズマ領域が基板４に近づいて形成されることにより、ラジカルとイオンが基板へ到達しやすくなることである。すなわち、薄膜形成に必要なラジカルが薄膜成長表面へ到達しやすくなり成膜速度が上がり、またイオンも到達しやすくなり膜が緻密化しエッチングレートが下がったものと考えられる。

二つ目の効果は、アノード電極２ｂとカソード電極２ａとの距離が３ｍｍ長くなったことにより、両電極に印加される電界が若干弱めになることである。すなわち、強すぎない（程良い）電界により、材料ガスであるモノシランの過剰解離を抑制し、プラズマ中のＳｉＨ₂ラジカルが減少した結果、電極に付着するパウダーが減少したものと考えられる。

次に、実施例５では、図１４に示すように、絶縁部３の高さＨを１７．５ｍｍとして高くし、絶縁部３の露出部の高さＨ２を８ｍｍとし、隅肉部３２の傾斜部の高さＨ１を９．５ｍｍとして高くした。このとき、被処理基板４とアノード電極２ｂの底部との距離Ｓは、２９ｍｍになっている。これ以外の寸法は実施例２と同じである。

成膜条件についても実施例２と同じとし、窒化シリコン膜を成膜した。成膜した窒化シリコン膜の特性を表２に示す。窒化シリコンの成膜速度は３５．５Ａ（３．５５ｎｍ）／秒、絶縁耐圧は７．２ＭＶ／ｃｍ、エッチングレートは２２６Ａ／分であった。実施例２と比べて、成膜速度はおよそ２０％向上し、エッチングレートは３３％低下し改善された。また、絶縁耐圧は７．２ＭＶ／ｃｍであり、同等であった。

この結果は、絶縁部３の露出部の高さが５ｍｍから８ｍｍになったことに加え、傾斜部の高さが６．５ｍｍから９．５ｍｍになったことに伴う次の２つの効果によるものと考えられる。一つ目の効果は、プラズマ領域が基板４に近づくことにより、ラジカルとイオンが基板へ到達しやすくなることである。二つ目の効果は、溝１８が深くなってプラズマ領域が拡がることにより、ラジカル数とイオン数が増えたことによると考えられる。

これら二つの効果により、薄膜形成に必要なラジカルの数が増え、かつ薄膜成長表面へ到達しやすくなり成膜速度が上がったものと考えられる。また、イオンの数が増え、かつ薄膜成長表面へ到達しやすくなり、膜が緻密化してエッチングレートが下がったものと考えられる。

《発明の実施形態３》
図１５は、本発明の実施形態３を示す拡大断面図である。本実施形態は、隅肉部３２のプラズマ放電面が、凹状の曲面により構成されている点で、上記実施形態２と異なっている。

すなわち、本実施形態では、実施形態２における隅肉部３２の傾斜面が、下方に湾曲する曲面部により形成されている。つまり、カソード電極２ａのプラズマ放電面は、凹形状の曲面部を有している。そして、曲面部が、隣り合う絶縁部３の側面同士を繋ぐ円弧面に構成されることにより、溝１８は、Ｕ字溝に構成されている。

したがって、この実施形態によると、実施形態２の断面テーパ状の隅肉部３２を有するものに比べて、溝１８の断面積を大きくすることができる。つまり、カソード電極２ａ近傍におけるプラズマ領域を増大させることができる。その結果、単位ガス流量当たりのガス分解量及びガス分解効率を増大できるため、成膜レート及び膜質の向上を図ることができる。

ところで、ガス導入口６から導入されたガスの流れが淀むと、その淀み領域でパウダーが生じ易くなる。これに対し、本実施形態ではガス導入口６周りのカソード電極２ａの表面を凹形状の曲面に形成したので、ガスの流れをスムーズにしてパウダーの発生を抑制できる。その結果、パウダーの膜への混入を抑制できるため、膜質を向上させることができる。

《発明の実施形態４》
図１６及び図１７は、本発明の実施形態４を示す拡大断面図である。本実施形態は、アノード電極２ｂの断面形状が多角形又は曲線を含む形状になっている点で、上記実施形態２と異なっている。

すなわち、本実施形態では、例えば図１６に示すように、アノード電極２ｂにおける被処理基板４の法線方向の断面形状は、５つ以上の角を有する多角形に形成されている。また、図１７に示すように、アノード電極２ｂにおける被処理基板４の法線方向の断面は、曲線を含む形状に形成されていてもよい。

アノード電極２ｂには、成膜処理中に不要な薄膜が付着しやすい。この不要な薄膜は、アノード電極２ｂの断面が実施形態２のような矩形状であると、その角部から比較的剥離しやすいという問題がある。アノード電極２ｂから剥離した薄膜は、真空チャンバ（処理室５）の内部でパーティクルの原因となってしまう。これに対して、本実施形態のように、アノード電極２ｂの断面形状を多角形又は曲線を含む形状とすることによって、電極２ｂの表面の角度を緩やかできるため、薄膜の剥離を抑制することができる。

《発明の実施形態５》
図１８〜図２０は、本発明の実施形態５を示す拡大断面図である。本実施形態は、上記実施形態１に対し、絶縁部３の側面形状が異なっている。

すなわち、本実施形態では、絶縁部３の側面は、傾斜した平面又は曲面により構成されている。例えば、図１８に示すものでは、絶縁部３の両側面が傾斜面により構成され、平板電極部３１から被処理基板４側へ向かって断面幅が短くなる断面テーパ状に形成されている。そして、平板電極部３１側の下端部よりも断面幅が小さくなった上端部には、アノード電極２ｂが設けられている。アノード電極２ｂの側面は、絶縁部３の側面に連続した傾斜面になっている。

また、図１９に示すものでは、絶縁部３の側面は、外側に膨らんだ凸曲面により構成されている。この絶縁部３も下端部から上端部へ向かって徐々に断面幅が小さくなるように形成されている。さらに、アノード電極２ｂの側面は、上記絶縁部３の側面に連続する凸曲面に形成されている。

さらに、図２０に示すものでは、絶縁部３の側面は、内側に窪んだ凹曲面により構成されている。この絶縁部３も下端部から上端部へ向かって徐々に断面幅が小さくなるように形成されている。さらに、アノード電極２ｂの側面は、上記絶縁部３の側面に連続する凸曲面に形成されている。

この実施形態によると、カソード電極２ａで発生したプラズマ粒子やラジカル粒子が垂直に衝突することを抑制できる。その結果、上記プラズマ粒子及びラジカル粒子の絶縁部３への衝突による消滅を抑制できるため、効率よく且つ高精度に成膜を行うことが可能となる。

《その他の実施形態》
上記各実施形態では、本発明のプラズマプロセス装置をプラズマＣＶＤ装置に適用した場合について説明したが、本発明のプラズマプロセス装置は、プラズマＣＶＤ装置に限定されるものではない。本発明は、プラズマを用いて薄膜の形成・加工等のプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置全般に用いることができ、例えば、ドライエッチング装置やアッシャー装置にも好適に用いることができる。

例えば、ドライエッチング装置に適用する場合は、処理室５内に導入するガスとして、ＣＦ₄、ＳＦ₆、Ｃｌ₂、ＨＣｌ、ＢＣｌ₃、Ｏ₂等のエッチングガスを用いる。一般に、ドライエッチング装置では、プラズマ放電により生成されるラジカルだけでなく、被処理基板の被処理面へのイオン衝撃をエッチング動作に利用することもある。例えば、被処理基板４の背面にイオン衝撃制御用の電極を別途取り付け、この電極を電源に接続して所定の電位を与えることによって、イオン衝撃の制御が可能となる。

特に、実施形態２のように、プラズマ放電面を凹面状に構成することにより、ガスを効率よく解離してエッチング速度を上昇させ、解離用のプラズマ部とは別にイオン衝撃を調整できるので、その制御性が向上する。

また、上記各実施形態では、アノード電極２ｂがカソード電極２ａよりも被処理基板４に近接している場合について説明したが、カソード電極２ａがアノード電極２ｂよりも被処理基板４に近接していてもよい。また、アノード電極２ｂとカソード電極２ａとの間における電位の高低関係が経時的に逆転してもよい。

また、上記各実施形態では、ガス導入口６がカソード電極２ａ側に設けられる場合について説明したが、ガス導入口６の形成位置はこれに限定されない。例えば、プラズマ放電発生部１５と被処理基板４との間に位置するように、ガス導入口６を設けてもよい。この場合、ガスは被処理基板４の面方向に沿って、ガス導入口６から処理室５内に導入される。

以上説明したように、本発明は、第１電極及び第２電極の間でプラズマ放電を発生させるプラズマ放電発生部を備えるプラズマプロセス装置について有用であり、特に、プラズマによるガスの分解及び解離を促進させてプラズマ処理の精度を向上させる場合に適している。

実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。 材料ガス圧力が比較的高い場合における放電経路を示す図である。 材料ガス圧力が比較的低い場合における放電経路を示す図である。 高周波電源とアノード電極との接続を模式的に示す平面図である。 実施形態１のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態１のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図である。 実施形態２のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。 実施形態２（実施例１）のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施例２のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施例３のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施例４のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施例５のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態３のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態４のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態４のプラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態５プラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態５プラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 実施形態５プラズマＣＶＤ装置の要部を拡大して示す断面図である。 従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図である。 従来のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。

符号の説明

２ａ カソード電極（第１電極）
２ｂ アノード電極（第２電極）
３ 絶縁部
４ 被処理基板
５ 処理室
６ ガス導入口
１５ プラズマ放電発生部
３１ 平板電極部
３２ 隅肉部

Claims (8)

1. 被処理基板が内部に配置される処理室と、
   前記処理室の内部にガスを導入するガス導入口と、
   前記処理室の内部に設けられ、前記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマ放電発生部とを備えるプラズマプロセス装置であって、
   前記プラズマ放電発生部は、前記被処理基板と平行に配置された平板電極部を有する第１電極と、前記第１基板の平板電極部と前記被処理基板との間に配置され、該被処理基板と平行な方向にストライプ状に延びる複数の絶縁部と、前記第１電極と分離した状態で前記各絶縁部と前記被処理基板との間に設けられた複数の第２電極とを備え、
   前記絶縁部は、前記平板電極部の表面の法線方向の長さＨが、前記平板電極部と第２電極との間隔Ｌを超えないように形成されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
2. 請求項１において、
   前記第１電極は、平板電極部の表面と絶縁部の側面とを繋ぐプラズマ放電面を有する隅肉部を備え、
   前記隅肉部における被処理基板側の先端と平板電極部との距離Ｈ１は、平板電極部と第２電極との間隔Ｌよりも小さい
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
3. 請求項２において、
   前記隅肉部のプラズマ放電面は、凹状の曲面により構成されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
4. 請求項２において、
   前記隅肉部のプラズマ放電面は、平面により構成され、
   前記隅肉部のプラズマ放電面と平板電極部の表面とが成す角度θは、４５°以上且つ９０°以下である
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
5. 請求項１において、
   前記第２電極の断面形状は、５つ以上の角を有する多角形である
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
6. 請求項１において、
   前記第２電極の断面は、曲線を含む形状に形成されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
7. 請求項１において、
   前記絶縁部の側面は、平面により構成されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
8. 請求項１において、
   前記絶縁部の側面は、曲面により構成されている
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。

Images