JP2009238898A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高密度で、かつ、均一なプラズマを生成してプラズマ処理することができるアンテナアレイ、および、プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置は、反応ガスが供給される成膜容器１２と、成膜容器１２内に配設された、基板４２が載置される基板ステージ３２と、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子２６を平行に配列して構成されたアンテナアレイ２８とを備えている。隣接する２本のアンテナ素子２６同士が接触しない間隔であり、かつ、アンテナ本体の半径ａと隣接する２本のアンテナ素子２６の中心間の間隔ｒとの比率ｒ／ａ≦１１．６である。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体素子、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池などの製造時に、プラズマを用いて処理対象基板（基板）上に膜を形成するプラズマ成膜装置に関するものである。
プラズマ処理装置として、例えば、ＥＣＲプラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）ＣＶＤ装置や、ＩＣＰプラズマ（誘導性結合型プラズマ）装置などが知られている。また、本出願人は、特許文献１により、プラズマＣＶＤ装置において、例えば、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板上への成膜に対応するプラズマを発生させるアンテナアレイ方式のプラズマ源を提案している。
特許文献１には、表面が誘電体で覆われた棒状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、交互に給電方向を逆にして平行に、かつ、平面状に配置したアレイアンテナからなるプラズマ生成用アンテナが開示されている。このプラズマ生成用アンテナを用いることにより、電磁波の空間分布が一様で高密度なプラズマを発生させることができ、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板上であっても成膜することができる。
以下、プラズマ処理装置として、従来のアンテナアレイ方式を採用するプラズマＣＶＤ装置について説明する。
図１４は、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を表す一例の概略図である。同図に示すプラズマＣＶＤ装置７０は、成膜容器（成膜チャンバ）１２と、ガス供給部１５と、排気部１７とによって構成されている。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、棒状の複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。
シャワーヘッド２９は、矩形の金属製のものであり、成膜容器１２の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と平行に、成膜容器１２の内壁面に取り付けられている。複数の孔は、各々のアンテナ素子２６の長手方向に沿って、各々のアンテナ素子２６の両側（図中左右）の位置に形成されている。ガス供給部１５からガス拡散室４７内に供給された成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜室４８内に導入（供給）される。
アンテナ素子２６は、図１５に上方からの平面図を示すように、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）の長さの導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、誘電体からなる円筒部材４０に収納されたものである。高周波電力供給部３４で発生された高周波電力が分配器３６で分配され、各々のインピーダンス整合器３８を介して各々のアンテナ素子２６に供給されると、アンテナ素子２６とグランドとの間で放電して、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
各々のアンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものであり、図１４中、紙面に垂直な方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２の側壁に取り付けられている。各々のアンテナ素子２６は、例えば、約５０ｍｍの間隔で平行に、かつ、基板ステージ３２の上面（基板４２の載置面）に対して平行に配設され、その配列方向も基板ステージ３２の上面に対して平行である。また、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設されている。
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の矩形の金属板である。基板ステージ３２は、図示していない支持部材によって、成膜容器１２内に水平に配設されている。
次に、プラズマＣＶＤ装置７０の成膜時の動作を説明する。
基板ステージ３２上に載置された基板４２の表面に、例えば、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）を形成する場合、排気部１７により、成膜容器１２内が排気孔２５および排気管２３を介して真空引きされ、所定の圧力とされる。また、高周波電力供給部３４から高周波電力が各々のアンテナ素子２６に供給され、各々のアンテナ素子２６の周囲に電磁波が放射される。さらに、ヒータ３０により、基板ステージ３２が所定の温度に加熱される。
この状態で、成膜ガスとして、ガス供給部１５から酸素ガスおよびＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスが成膜容器１２のガス拡散室内に供給される。成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散され、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して成膜室４８内に導入される。成膜ガスは、各々のアンテナ素子２６により電離され、空間密度が略均一なプラズマが発生される。これにより、基板４２の表面にＳｉＯ2膜が形成される。
このように、アンテナアレイ方式のプラズマＣＶＤ装置７０であれば、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板であっても、空間密度が略均一なプラズマを発生させることができるため、基板４２上に良質で膜厚が略均一なＳｉＯ2膜を形成することができる。
特開２００３−８６５８１号公報
プラズマＣＶＤ法を用いたＳｉＯ2膜の成膜において、生成されたプラズマの空間密度やその分布（均一性）が、基板上に堆積されたＳｉＯ2膜の膜質や膜厚の均一性に深く関与することが知られている。アンテナアレイ方式のプラズマ源を用いることにより、大面積、高密度で均一なプラズマを生成できる。しかし、今後さらに、高密度で、かつ、均一なプラズマを生成し、良質で均一な膜を形成するプラズマ処理装置が求められている。
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、従来よりもさらに、高密度で均一なプラズマを生成し、このプラズマを用いて基板上に良質で均一な膜を形成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
隣接する２本のアンテナ素子同士が接触しない間隔であり、かつ、前記アンテナ本体の半径ａと前記隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔ｒとの比率ｒ／ａ≦１１．６であることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
また、本発明は、反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
隣接する２本のアンテナ素子同士が接触しない間隔であり、かつ、前記隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔ｒ≦３５ｍｍであることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
さらに、本発明は、反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔が、前記隣接する２本のアンテナ素子間で放電してプラズマが生成される間隔に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置を提供する。
ここで、当該プラズマ処理装置は、前記基板ステージが前記成膜容器内の下壁側に水平に配設され、前記アンテナアレイが、前記成膜容器内の上壁側に水平に配設されたプラズマＣＶＤ装置であって、
前記成膜容器の、反応ガスが供給される上壁と、前記アンテナアレイと、の間に水平に配設された、複数の孔が開孔されたシャワーヘッドを備えていることが好ましい。
本発明では、アンテナ素子間が接触せず、かつ、ｒ／ａ≦１１．６またはｒ≦３５ｍｍとなるようにアンテナ素子を配列することにより、隣接する２本のアンテナ素子間で放電させてプラズマを生成する。このプラズマは従来にない特徴を有し、非常に高密度で均一性も良好なプラズマである。そのため、本発明によれば、アンテナ間の放電で生成されたプラズマにより、従来よりもさらに膜質も膜厚均一性も良好な膜を得ることができる。
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のプラズマ処理装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示すプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ法を適用し、成膜ガス（反応ガス）を用いてプラズマを生成して、処理対象基板（基板）上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置１０である。プラズマＣＶＤ装置１０は、成膜容器１２と、ガス供給部１５と、真空ポンプなどの排気部１７とによって構成されている。
ガス供給部１５は、供給管１９を介して、成膜容器１２の上壁に形成された供給孔２１に接続されている。ガス供給部１５は、供給管１９および供給孔２１を介して、例えば、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスなどの成膜ガスをガス拡散室４７内に垂直方向に供給する。
一方、排気部１７は、排気管２３を介して、成膜容器１２の下壁に形成された排気孔２５に接続されている。排気部１７は、排気孔２５および排気管２３を介して、成膜室４８内に供給された成膜ガスを垂直方向に排気する。
図示を省略しているが、供給管１９の途中には、ガス供給部１５とガス拡散室４７との導通を制御する開閉弁（例えば、電磁弁）が設けられ、排気管２３の途中には、排気部１７と成膜室４８との導通を制御する開閉弁が設けられている。ガス供給部１５から成膜容器１２の成膜室４８内にガスを供給する場合には供給管１９の開閉弁が開放され、成膜室４８内に供給されたガスを排気する。
成膜容器１２は、金属製の中空箱形のものである。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、棒状の複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。成膜容器１２の内部空間は、シャワーヘッド２９よりも上側のガス拡散室４７と、下側の成膜室４８とに分離されている。
シャワーヘッド２９は、例えば、所定径の複数の孔が開孔された矩形の金属板である。図１に示すように、シャワーヘッド２９は、成膜容器１２の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と平行に、成膜容器１２の内壁面に取り付けられている。シャワーヘッド２９に形成された複数の孔は、複数のアンテナ素子２６の各々の両側（図中左右）の位置に間歇的（所定の間隔毎）に、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向（図１中、紙面に垂直な方向）に沿って設けられている。
ガス供給部１５からガス拡散室４７内に供給された成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜室４８内に導入（供給）される。
アンテナアレイ２８は、成膜ガスを用いてプラズマを発生するものであり、図１中、成膜容器１２の左右の側壁の間で、かつ、シャワーヘッド２９と基板ステージ３２との間に、複数のアンテナ素子２６の配列方向が、基板ステージ３２の上面（基板４２の載置面）に対して平行となるように配設されている。各々のアンテナ素子２６は、基板ステージ３２の上面と平行な方向に配置され、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔の直下にこないように、図１中、成膜容器１２の左右方向にずらして設けられている。
図２に上方からの平面図を示すように、高周波電力供給部３４で発生されたＶＨＦ帯（例えば、８０ＭＨｚ）の高周波電力（高周波電流）が分配器３６で分配され、インピーダンス整合器３８を介して、各々のアンテナ素子２６に供給される。インピーダンス整合器３８は、高周波電源供給部３４が発生する高周波電力の周波数の調整とともに用いられ、プラズマの生成中にアンテナ素子２６の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。
アンテナ素子２６は、例えば、銅、アルミニウム、白金等の導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、例えば、石英やセラミックスなどの誘電体からなる円筒部材４０に収納されて構成されている。アンテナ本体３９を誘電体で覆うことにより、アンテナとしての容量とインダクタンスが調整され、その長手方向に沿って高周波電力を効率よく伝播させることができ、アンテナ素子２６から周囲に電磁波を効率よく放射させることができる。
各々のアンテナ素子２６は、図１中、紙面に垂直な方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２側壁に取り付けられている。また、各々のアンテナ素子２６は、その中心間の距離が所定の間隔、例えば、約２０ｍｍ間隔で平行に配設されており、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように（給電方向が互いに逆向きになるように）配設されている。これにより、電磁波は複数のアンテナ素子２６の配列方向にわたって均一に形成される。
アンテナ素子２６の長手方向の電界強度は、高周波電力の供給端でゼロ、先端部（供給端の逆端）で最大となる。従って、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設し、それぞれのアンテナ素子２６に、互いに反対方向から高周波電力を供給することにより、それぞれのアンテナ素子２６から放射される電磁波が合成されて均一なプラズマが形成され、膜厚が均一な膜を形成することができる。
アンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものである。例えば、アンテナ本体３９の直径は約６ｍｍ、円筒部材４０の直径は約１２ｍｍである。成膜容器１２内の圧力が２０Ｐａ程度の場合、高周波電力供給部３４から約１５００Ｗの高周波電力を供給すると、アンテナ素子２６のアンテナ長が、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）に等しい場合に定在波が生じて共振し、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の、例えば、矩形の金属板である。基板ステージ３２は、図示していない支持部材によって、成膜容器１２内に水平に配設されている。
プラズマＣＶＤ装置１０の成膜時の動作は、図１４に示す従来のプラズマＣＶＤ装置７０の場合と同様であるから、繰り返しの説明を省略する。
ここで、プラズマＣＶＤ装置１０の特徴部分は、隣接する２本のアンテナ素子２６の中心間の間隔（アンテナ間隔）にある。アンテナ間隔は、図１４および図１５に示す従来のプラズマＣＶＤ装置７０では約５０ｍｍであったが、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、前述の通り、約２０ｍｍである。そのため、アンテナ素子２６の本数は、同一面積であれば、プラズマＣＶＤ装置７０よりも、プラズマＣＶＤ装置１０の方が多くなる。
従来のプラズマＣＶＤ装置７０では、成膜時に、各々のアンテナ素子２６に高周波電力が供給された時に、アンテナ間隔が、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間で放電してプラズマが生成される間隔、例えば、約５０ｍｍに設定されている。この場合、放電は、隣接する２本のアンテナ素子２６間では発生せず、各々のアンテナ素子２６とグランド（接地された成膜容器１２ないしシャワーヘッド２９）との間で発生する。
一方、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、成膜時に、各々のアンテナ素子２６に高周波電力が供給された時に、アンテナ間隔が、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電してプラズマが生成される間隔、例えば、約２０ｍｍに設定されている。この場合、放電は、主として、隣接する２本のアンテナ素子２６間で発生する。もちろん、放電は、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間でも多少は発生する。
アンテナ素子２６間で放電してプラズマが生成される間隔は、アンテナ素子２６の構成や成膜条件（処理条件）等の処理パラメータによって変化する。処理パラメータは、例えば、アンテナ本体３９のアンテナ半径（例えば、１〜６ｍｍ）およびアンテナ長（例えば、３８４〜９３１ｍｍ）、円筒部材４０の厚さ（例えば、１〜３ｍｍ）、アンテナ素子２６に供給される高周波電力のパワー（例えば、１本あたり４〜３７５Ｗ）、周波数（例えば、５０〜３９０ＭＨｚ）および位相（同相ないし逆相）、成膜ガス種（反応ガス種）（酸化ないし窒化ガス、不活性ガス等）および圧力（例えば、５〜２００Ｐａ）である。
ここで、上記処理パラメータの範囲において、詳細は後述するが、アンテナ間隔の上限は約３５ｍｍとする。アンテナ本体３９の半径をａ、隣接する２本のアンテナ素子２６の中心間の間隔をｒとして、アンテナ間隔の上限を両者の比率ｒ／ａで表現すると、ｒ／ａ＝約１１．６となる。一方、アンテナ間隔の下限は、隣接する２本のアンテナ素子２６同士が接触しない間隔とする。処理パラメータは、アンテナ間隔が、その上限と下限の範囲内となるのであれば、適宜自由に決定することができる。
以下、図１１に示すように、アンテナ本体３９の半径ａ＝３ｍｍのアンテナ素子２６を用いて、アンテナ間隔ｒを、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定して実験を行った場合の結果を例に挙げて説明を続ける。
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０において、上記処理パラメータとして、アンテナ本体３９のアンテナ半径＝３ｍｍ、アンテナ長＝３８４ｍｍ、円筒部材４０の厚さ＝２．５ｍｍ、アンテナ素子２６に供給される高周波電力のパワー＝１６０Ｗ、周波数＝１３０ＭＨｚ、位相＝同相、成膜ガス種＝アルゴンガス、窒化ガス、ＴＥＯＳ／Ｏ2ガスおよび圧力＝２０Ｐａとし、アンテナ間隔を、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定してプラズマを生成させてみたところ、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合だけに、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電することが分かった。つまり、アンテナ間隔が４０ｍｍ、６０ｍｍ（４０ｍｍ以上）の場合には、アンテナ素子２６とグランドとの間でのみ放電することが分かった。
図３〜図５は、それぞれ、アンテナ間隔を、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光（プラズマによる発光）の様子を表す図面代用写真である。これらの図面代用写真から、アンテナ間隔が、６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係でプラズマによる発光強度が強くなっていることが分かる。２０ｍｍの時に際立って発光強度が強く、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電していることが視覚的に確認できる。
以下、図６〜図１０を参照して、アンテナ間隔と、プラズマ発光強度（隣接する２本のアンテナ素子２６間の中央の平均）、プラズマ密度、イオン電流分布の不均一さ、絶縁膜の実効電荷密度および絶縁耐圧との関係を説明する。これらのグラフにおいて、横軸はアンテナ間隔（ｍｍ）であり、縦軸は、それぞれ、プラズマ発光強度（任意単位）、プラズマ密度（ｃｍ-3）、イオン電流分布の不均一さ（±％）、実効電荷密度（ｃｍ-2）、絶縁膜の絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）である。
ここで、プラズマ発光強度は、Ａｒ原子の発光（波長７５０．４ｎｍ）を干渉フィルタにて波長選択して、冷却ＣＣＤ（Charge Coupled Device：固体撮像素子）カメラにて検出した。また、プラズマ密度は、プラズマ吸収プローブで計測し、イオン電流分布の不均一さは、ラングミュアプローブで計測し、絶縁膜の実効電荷密度および絶縁耐圧は、水銀プローブで計測した。
図６は、アンテナ間隔とプラズマ発光強度（中央平均）の関係を表すグラフである。このグラフは、高周波電力＝１６０Ｗ、成膜容器１２内の圧力＝２０Ｐａとしてアルゴンプラズマを生成し、ＡｒＩ（アルゴン原子、波長＝７５０．４ｎｍ）の輝線を観測した結果である。プラズマ発光強度は、図３〜図５の写真で視覚的に確認された通り６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従ってプラズマ発光強度が高くなっていることが分かる。図中点線で示すように、アンテナ間隔が４０ｍｍの場合のプラズマ発光強度と６０ｍｍの場合のプラズマ発光強度をつなぐ直線の延長線上のプラズマ発光強度と比べて、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合のプラズマ発光強度は際立って高くなっている。
図７は、アンテナ間隔とプラズマ密度の関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で生成されたアルゴンプラズマの結果である。プラズマ密度は、６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従ってプラズマ密度が高くなっていることが分かる。アンテナ間隔が４０ｍｍおよび６０ｍｍの場合のプラズマ密度と比べて、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合（アンテナ間で放電する場合）のプラズマ密度は際立って高くなっている。
図８は、アンテナ間隔とイオン電流分布の不均一さの関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で生成された窒素プラズマの結果である。イオン電流分布の不均一さは、２０ｍｍ＜４０ｍｍ＜６０ｍｍの関係となっている。イオン電流分布は、プラズマ分布（均一性）を確認するための１つの指標となるものであるが、これもアンテナ間隔が狭くなるに従って不均一さが少なくなっている。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合が最も均一になっていることが分かる。
図９は、アンテナ間隔と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で、アンテナアレイ２８と基板４２間の距離＝２５ｍｍとし、成膜ガスとしてＴＥＯＳ／Ｏ2ガス＝１０／２００ｓｃｃｍを用いて、ＳｉＯ2絶縁膜を成膜した結果である。成膜されたＳｉＯ2絶縁膜の実効電荷密度は、２０ｍｍ＜４０ｍｍ＜６０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従って絶縁膜の実効電荷密度が少なくなっている。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合が最も少なくなっており、良質な絶縁膜が得られていることが分かる。
ここで、図１２は、プラズマ密度と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。このグラフの横軸はプラズマ密度（ｃｍ-3）であり、縦軸は実効電荷密度（ｃｍ-2）である。絶縁膜の実効電荷密度は、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲で十分少なくなっていることが分かる。このことから、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲では隣接するアンテナ間で放電が発生しており、そのために絶縁膜の実効電荷密度が少なくなっていると考えられる。
図１０は、アンテナ間隔と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。このグラフは図９と同一条件でＳｉＯ2絶縁膜を成膜した結果である。成膜されたＳｉＯ2絶縁膜の絶縁耐圧は、６０ｍｍ＜２０ｍｍ＜４０ｍｍの関係となっている。２０ｍｍ＜４０ｍｍであるが、この差は測定誤差であり、両者は同等な値であると考えられる。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合には、絶縁耐圧が十分高くなっており、絶縁膜として良質な膜が形成されていることが分かる。
ここで、図１３は、プラズマ密度と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。このグラフの横軸はプラズマ密度（ｃｍ-3）であり、縦軸は絶縁膜の絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）である。絶縁膜の絶縁耐圧は、同様にプラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲で十分高くなっていることが分かる。このことから、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲では隣接するアンテナ間で放電が発生しており、そのために絶縁膜の絶縁耐圧が高くなっていると考えられる。
図１１は、アンテナ本体３９の半径ａ＝３ｍｍ、アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定した時の、アンテナ本体３９の半径ａとアンテナ間隔ｒとの比率ｒ／ａを表す。比率ｒ／ａの値は、アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍの時が約６．７、ｒ＝４０ｍｍの時が約１３．３、ｒ＝６０ｍｍの時が２０である。アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍの時だけが、比率ｒ／ａ≦約１１．６である。本実施例の場合、前述の通り、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲であれば隣接するアンテナ間で放電が発生していると考えられるが、図７のグラフから、隣接するアンテナ間で放電が発生するアンテナ間隔ｒの上限は約３５ｍｍであることが分かる。
以上の結果から、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電して生成されたプラズマは、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間で放電して生成されたプラズマと比べても非常に高密度で、かつ、均一性も良好であることが分かる。このようなプラズマ状態は、アンテナ間隔ｒ≦３５ｍｍであり、言い換えると、アンテナ本体３９の半径ａとアンテナ間隔ｒとの比率がｒ／ａ≦１１．６であり、かつ、隣接する２本のアンテナ素子２６同士が接触しない間隔の範囲で効率よく発生させることができる。図６および図７に示すように、アンテナ間隔＝２０ｍｍ（ｒ／ａ＝約６．７）の場合には、アンテナ間隔＝４０ｍｍ、６０ｍｍから予想されるプラズマ発光強度、プラズマ密度よりも極めて高い発光強度および密度を持つ。この顕著な効果が現れるのはｒ≦３５ｍｍ（ｒ／ａ≦約１１．６）の範囲である。
また、形成された膜の実効電荷密度や絶縁耐圧を考慮すると、アンテナ間の放電で生成されたプラズマにより堆積された膜の膜質は良好である。また、プラズマの均一性が良好なため、膜厚均一性が良好な膜を得ることができる。
なお、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置に限らず、アンテナアレイをプラズマ源として用いてプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて基板を処理するものであれば、どのような装置にも適用可能である。例えば、アンテナアレイを成膜容器とは別のプラズマ発生容器内に配設し、プラズマ発生容器から成膜容器内にプラズマ（ラジカル）を輸送するリモートプラズマ方式を採用してもよい。
本発明のプラズマ処理装置において、上記処理パラメータの下で、プラズマで基板を処理する場合、成膜容器内の圧力、温度、処理時間、ガス流量などは、処理対象物、成膜容器および基板の寸法等に応じて適宜決定すべきものであり、上記実施形態に限定されない。また、本発明において処理対象物は何ら限定されない。また、成膜ガスは、処理対象物に応じて適宜決定すべきものである。
アンテナ素子の本数に制限はないが、発生されるプラズマの均一性を考慮して、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設することが望ましい。また、アンテナ素子の配置、寸法等も特に制限はない。
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
本発明のプラズマ処理装置の構成を表す一実施形態の概略図である。 図１に示すアンテナアレイの構成を表す平面概略図である。 隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を２０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。 隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を４０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。 隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を６０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。 アンテナ間隔とプラズマ発光強度（中央平均）の関係を表すグラフである。 アンテナ間隔とプラズマ密度の関係を表すグラフである。 アンテナ間隔とイオン電流分布の不均一さの関係を表すグラフである。 アンテナ間隔と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。 アンテナ間隔と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。 アンテナ本体の半径とアンテナ間隔の関係を表す概念図である。 プラズマ密度と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。 プラズマ密度と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。 従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を表す一例の概略図である。 図１４に示すアンテナアレイの構成を表す平面概略図である。
符号の説明
１０，７０ プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
１２ 成膜容器
１５ ガス供給部
１７ 排気部
１９ 供給管
２１ 供給孔
２３ 排気管
２５ 排気孔
２６ アンテナ素子
２８ アンテナアレイ
３０ ヒータ
３２ 基板ステージ
３４ 高周波電力供給部
３６ 分配器
３８ インピーダンス整合器
３９ アンテナ本体
４０ 円筒部材
４２ 処理対象基板（基板）
４７ ガス拡散室
４８ 成膜室

Claims (4)

  1. 反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
    反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
    隣接する２本のアンテナ素子同士が接触しない間隔であり、かつ、前記アンテナ本体の半径ａと前記隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔ｒとの比率ｒ／ａ≦１１．６であることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2. 反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
    反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
    隣接する２本のアンテナ素子同士が接触しない間隔であり、かつ、前記隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔ｒ≦３５ｍｍであることを特徴とするプラズマ処理装置。
  3. 反応ガスを用いてプラズマを生成し、この生成されたプラズマを用いて基板上に膜を形成するプラズマ処理装置であって、
    反応ガスが供給される成膜容器と、前記成膜容器内に配設された、前記基板が載置される基板ステージと、導電体のアンテナ本体が誘電体で被覆された棒状の複数のアンテナ素子を平行に配列して構成されたアンテナアレイと、を備え、
    隣接する２本のアンテナ素子の中心間の間隔が、前記隣接する２本のアンテナ素子間で放電してプラズマが生成される間隔に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
  4. 当該プラズマ処理装置は、前記基板ステージが前記成膜容器内の下壁側に水平に配設され、前記アンテナアレイが、前記成膜容器内の上壁側に水平に配設されたプラズマＣＶＤ装置であって、
    前記成膜容器の、反応ガスが供給される上壁と、前記アンテナアレイと、の間に水平に配設された、複数の孔が開孔されたシャワーヘッドを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012176242A1 (ja) * 2011-06-24 2012-12-27 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
JP2016039173A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 株式会社東芝 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
JP2016527663A (ja) * 2013-06-05 2016-09-08 東京エレクトロン株式会社 シース電位による基板の非両極性電子プラズマ（ｎｅｐ）処理用の処理システム
WO2020017531A1 (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 日新電機株式会社 プラズマ処理装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274101A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 棒状電極を有するプラズマ化学蒸着装置
JP2005149887A (ja) * 2003-11-14 2005-06-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd プラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置
JP2007273773A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置のクリーニング方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001274101A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 棒状電極を有するプラズマ化学蒸着装置
JP2005149887A (ja) * 2003-11-14 2005-06-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd プラズマ発生装置用アンテナの整合方法及びプラズマ発生装置
JP2007273773A (ja) * 2006-03-31 2007-10-18 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd プラズマ処理装置およびプラズマ処理装置のクリーニング方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012176242A1 (ja) * 2011-06-24 2012-12-27 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
JP2016527663A (ja) * 2013-06-05 2016-09-08 東京エレクトロン株式会社 シース電位による基板の非両極性電子プラズマ（ｎｅｐ）処理用の処理システム
JP2016039173A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 株式会社東芝 半導体製造装置および半導体装置の製造方法
WO2020017531A1 (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
JP2020013736A (ja) * 2018-07-19 2020-01-23 日新電機株式会社 プラズマ処理装置
KR20210014733A (ko) * 2018-07-19 2021-02-09 닛신덴키 가부시키 가이샤 플라스마 처리 장치
CN112425269A (zh) * 2018-07-19 2021-02-26 日新电机株式会社 等离子体处理装置
KR102441258B1 (ko) * 2018-07-19 2022-09-07 닛신덴키 가부시키 가이샤 플라스마 처리 장치
JP7135529B2 (ja) 2018-07-19 2022-09-13 日新電機株式会社 プラズマ処理装置

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