JPH0922798A

JPH0922798A - 高周波放電用電極及び高周波プラズマ基板処理装置

Info

Publication number: JPH0922798A
Application number: JP7191179A
Authority: JP
Inventors: Naoaki Yokogawa; 直明横川; Daisuke Aonuma; 大介青沼; Yoshi Watabe; 嘉渡部; Minoru Sugawara; 實菅原
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-07-03
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】相当の広い圧力範囲に亘ってｒｆホロー放電
の効果を充分得ることができるようにして、種々の異な
る範囲の雰囲気圧力での任意の基板処理を可能にする。【構成】ｒｆホロー放電用電極３４の表面には周状の
溝よりなる凹部３５が同心状に複数形成され、凹部３５
の側面はテーパー又は階段状に形成されて深くなるに従
って断面積が小さくなっている。放電空間の雰囲気圧力
が変化した場合、ホロー放電は凹部３５の異なる深さの
位置で持続される。必要に応じて、凹部３５には補助電
極部材３６が配置されて凹部３５に引き込まれるプラズ
マの量を調整し、放電空間の対向面方向のプラズマ密度
を均一化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、例えば半導体
ウエハや液晶ディスプレイ用ガラス基板等の各種基板に
対して表面処理を行うための高周波放電に使用される高
周波放電用電極及びこの電極を利用した高周波プラズマ
基板処理装置に関するものである。

【従来の技術】従来より、高周波回路を放電空間の容量
で結合させた容量結合型高周波放電（以下、単にｒｆ放
電と略す）により生成したプラズマを利用して、半導体
ウエハや液晶基板等の基板に対して各種処理を施すこと
が行われている。例えば、ｒｆ放電により生成したプラ
ズマを利用したＣＶＤ（気相化学成長）法によって半導
体膜や絶縁膜等の各種の薄膜が製作されているし、ま
た、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でも、ｒｆ放電
により生成したプラズマの利用が盛んに行われている。

【０００２】尚、ｒｆ即ち「高周波」の定義については
分野によって若干異なるが、本願発明では広く数百Ｈｚ
以上の周波数を「高周波」と呼ぶことにする。従って、
厳密には無線周波数（ｒｆ）とは呼ばない周波数の電力
で放電させる場合もある。ｒｆ放電による方式は、電子
サイクロトロン共鳴を利用してプラズマ密度を上昇させ
たり、ヘリコン波を利用して電気エネルギー投入効率を
上昇させる方式と比べて、放電のための構造が簡便であ
るという長所を有するものの、形成されるプラズマのプ
ラズマ密度が比較的低く、高密度プラズマを必要とする
プロセスには一般的に不向きであるという欠点がある。

【０００３】このような欠点を解消する方法として、Ｄ
Ｃ放電でよく知られているホロー陰極構造を応用し、ｒ
ｆ放電においてもホロー陰極放電に類似した機構により
プラズマ密度を上昇させる試みがなされており、特公平
３−３８３４５号公報において提案されている。以下の
説明において、このようなｒｆ放電においてホロー陰極
放電に類似した機構を採用するものを、「ｒｆホロー放
電」と記す。

【０００４】図１１から図１３は、上記公報に開示され
た従来の高周波放電用電極を説明する概略図であり、図
１１は従来の高周波放電用電極が採用された高周波放電
装置全体の図、図１２及び図１３は、ｒｆホロー放電を
達成する従来の電極の例を示す図である。

【０００５】まず、図１１に示す高周波放電装置は、放
電室の内部を排気する排気系１１及び放電室に所定のガ
スを導入するガス導入系１２と、放電室の内部に配置さ
れた一対の電極２，３と、この一対の電極２，３の一方
に高周波を印加する高周波電源４等を備えている。尚、
この図１１に示す放電装置は、具体的には高周波放電を
エッチングなどの基板処理に用いる装置であり、処理さ
れる基板１０が一対の電極２，３のうちの他方の電極２
の対向面に載置され、この他方の電極２に高周波電力が
印加される。尚、以下の説明において、基板が載置され
る側の電極を「基板電極」と呼び、基板電極に対向した
もう一方の電極を「対向電極」と呼ぶ。また、一対の電
極の各々の向かい合う前面を、本願では「対向面」と呼
んでいる。

【０００６】ホロー陰極放電は、ホロー即ち中空状の陰
極を使用し、その中空の部分にプラズマが引き込まれる
現象を利用している。この場合、電子は周囲の電位障壁
（陰極のマイナス電位）によって中空の部分で静電的に
捕捉されて累積的に電離増殖し、この結果この部分で高
密度のプラズマが得られることになる。ｒｆ放電におい
ては、ＤＣ放電におけるような意味での「陰極」という
ものは存在しない。しかしながら、ｒｆ放電において
も、電極の表面に溝や凹部を形成してホロー陰極放電に
類似した電子捕捉現象を生じさせ、これを利用して高密
度プラズマを形成するのが図１１に示す装置である。

【０００７】このようなホロー陰極放電構造は、対向電
極３に取り入れらてれおり、図１２及び図１３はこの対
向電極３の対向面の状態を概略的に示している。即ち、
図１２に示すように、対向電極３の対向面に小さな円形
の凹部３１を多数設けたり、また図１３に示すように、
円周形の溝３２を同心状に複数設けたりすることによっ
て、その凹部３１や溝３２の部分でｒｆホロー放電を達
成しようとしている。即ち、その凹部３１や溝３２の部
分にプラズマが引き込まれて進入し、当該凹部３１や溝
３２に電子が静電的に捕捉されて累積的に増加する結
果、高密度のプラズマが形成されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さて、ホロー放電が達
成される条件を平行平板陰極の場合を例に採って定性的
に説明すれば、ホローの内側に形成された負グローを、
ホローの開口の大きさを小さくするかガス圧力を低下さ
せるかして合体させることが必要である。このことは、
雰囲気圧力Ｐとホローの開口の大きさＤの積ＰＤが一定
の範囲に入っていなければならないことを意味する。

【０００９】具体的に説明すると、ホロー放電の条件に
ついては例えば「放電ハンドブック」（電気学会昭和５
２年再版発行）の１３２頁から１３４頁に説明されてい
る。図１４は、この文献中の１．１３６図（１３３頁）
を抜粋してそのまま示したものである。この図１４、特
に曲線ｑで示された電流の比から分かる通り、圧力が
２．５Ｔｏｒｒ程度以上では殆どホロー陰極放電の効果
は表れていない。即ち、ホロー陰極は２．５Ｔｏｒｒ以
上では単一平面陰極に比べて大した電流密度の増加を示
していない。これは、圧力の増大に伴って、負グロー領
域の厚さが減少し負グロー領域が平行平板電極の双方に
分離してしまったためである。

【００１０】一方、圧力が低い場合の限界については、
この図１４から直ちには明かではない。そもそも、圧力
０ということはあり得ないから、この図１４中の圧力の
低い方（例えば１Ｔｏｒｒ以下）の曲線部分は当てにな
らない。圧力ｐと放電ギャップ長ｄとの相似則（圧力ｐ
や放電ギャップ長ｄが変化してもその積ｄｐが変化しな
ければ電圧降下の状態が変わらないこと）から考える
と、圧力が低くなった場合、ホローの開口の大きさをよ
り大きくしなければならないことを意味する。逆に言え
ば、ホローの開口の大きさが一定の場合に圧力を低くし
ていくと、そのホロー空間中で放電を持続することがで
きなくなり、ホロー内部が放電空間として機能しなくな
ってしまう限度の圧力が存在する。つまり、圧力を低く
していくと、ある限度以下の圧力では、プラズマにとっ
てはそのホロー空間は放電空間としては狭すぎることに
なり、プラズマはそのような空間を満たそうとはしなく
なるのである。

【００１１】従って結局、ホロー放電には、ホローの開
口の大きさが一定の場合、圧力の上限と下限とが存在す
ることになる。そして、そのことは、圧力Ｐと放電空間
の大きさＤとの相似則から、積ＤＰが一定の範囲になっ
ていなければならないことを意味する。つまり、圧力が
高くなった場合、前述の如く負グロー領域の分離が生ず
るから、ホロー開口の大きさを小さく（前述の例では、
平行平板の距離を小さく）していかなければならない。
逆に、圧力が低くなった場合、そのホロー空間自体がプ
ラズマにとって”満たすべき放電空間”と認識されなく
なってしまわないよう、ホロー自体の開口の大きさを大
きくしていかなければならない。

【００１２】このような課題は、前述した溝タイプのホ
ローを採用したｒｆホロー放電でも同様であり、雰囲気
圧力の大きさに応じて溝の幅を調整するようにしなけれ
ばならない。この課題は本願で提起される新規なもので
あるが、いずれにせよ、前述した従来のｒｆホロー放電
装置では、このような圧力に応じて溝の幅を調整する機
構は設けられていない。従って、当初予定されたごく狭
い圧力範囲でしかｒｆホロー放電の効果を得ることがで
きず、圧力が相当範囲に亘って変化する場合、従来の装
置ではホロー放電の効果を充分得ることは出来なかっ
た。

【００１３】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、ｒｆホロー放電を生じさせ
ながら高密度プラズマを形成させるｒｆ放電において、
相当の広い圧力範囲に亘ってｒｆホロー放電の効果を充
分得ることができるようにすることを第一の目的として
いる。そして、このような相当の広い圧力範囲に亘って
ｒｆホロー放電の効果を充分得ることができる高周波放
電用電極を採用することにより、種々の異なる範囲の雰
囲気圧力で任意の基板処理を行うことができる基板処理
装置を提供することを第二の目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るため、本願の請求項１記載の発明は、放電用ガスが存
在する放電空間を挟むようにして他の電極と向かい合わ
せて配置される高周波放電用電極であって、当該高周波
放電用電極又は当該他の電極の一方又は双方に高周波電
力を印加して高周波放電を生じさせてプラズマを形成す
る高周波放電用電極において、当該高周波放電用電極の
当該他の電極に対向する対向面には、ホロー放電を生じ
させるための凹部が形成され、この凹部の側面は、深さ
が深くなるに従って断面積が小さくなるようテーパー状
又は階段状に形成されており、この結果、放電空間の雰
囲気圧力の大きさに従って当該凹部内のある深さの位置
でホロー放電が生じるよう構成されている。同様に上記
第一の目的を達成するため、本願の請求項２に記載の発
明は、前記請求項１の構成において、前記凹部は、対向
面の中央を中心として同心状に複数配置された周状の溝
であるという構成を有する。同様に上記第一の目的を達
成するため、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求
項２の構成において、前記他の電極の対向面側には処理
される方形の基板が配置されて、前記プラズマにより当
該基板を処理する際に使用される高周波放電用電極であ
って、前記溝はこの基板の方形の形状に応じた所定の角
周状の形状であるという構成を有する。同様に上記第一
の目的を達成するため、本願の請求項４に記載の発明
は、前記請求項１の構成において、前記凹部は、前記対
向面に複数形成されており、この複数の凹部は、一対の
電極の間の放電空間の対向面方向においてプラズマ密度
が高くなり易い部分に相当する位置の凹部は浅く当該方
向においてプラズマ密度が低くなり易い部分に相当する
位置の凹部は深くなっており、この結果、当該方向にお
ける放電空間のプラズマ密度の分布を均一化させること
が可能な深さ分布の凹部になっているという構成を有す
る。同様に上記第一の目的を達成するため、本願の請求
項５に記載の発明は、前記請求項４の構成において、前
記凹部の深さは、当該凹部に開口の大きさに適合する形
状の補助電極部材が当該凹部に嵌入配置されることによ
って調整されているという構成を有する。また、上記第
二の目的を達成するため、本願の請求項６に記載の発明
は、排気系及びガス導入系を備えた処理室と、この処理
室の内部に対向配置された一対の電極とを有し、この一
対の電極のうちの一方又は双方に高周波電力を印加して
基板を処理する高周波プラズマ基板処理装置であって、
前記一対の電極のうちの一方の電極電極は、請求項１，
２，３，４又は５に記載された高周波放電用電極であ
り、当該他の電極は、その対向面側に基板が配置される
基板電極であるという構成を有する。

【００１５】

【作用】上記構成に係る請求項１の発明では、溝の部分
でｒｆホロー放電が形成され、これによって高密度プラ
ズマが得られる。この際、その凹部の側面は、深さが深
くなるに従って断面積が小さくなるようテーパー状又は
階段状に形成されているので、雰囲気圧力が変化した場
合でも、その凹部の異なる深さの位置でｒｆホロー放電
が維持される。また、請求項２の発明では、上記請求項
１の作用に加え、周状の溝の特定の地点から進入したプ
ラズマは、その溝中を周方向に拡散し溝を満たす。この
結果、当該周方向における溝中のプラズマ密度は均一に
なる。また、請求項３の発明では、上記請求項２の作用
に加え、溝に引き込まれるプラズマは、当該溝の角周状
の形状に沿って方形に拡散する。また、請求項４の発明
では、上記請求項１の作用に加え、プラズマ密度が高く
なり易い部分に位置する凹部は深さが浅いのでその溝で
の電子捕捉によるプラズマ密度増大機能は弱くなり、プ
ラズマ密度が低くなり易い部分に位置する凹部は深さが
深いのでその凹部でのプラズマ密度増大機能が強くな
る。この結果、一対の電極の間の放電空間の対向面方向
のプラズマ密度は均一化される。また、請求項５の発明
では、上記請求項４の作用に加え、嵌入配置される補助
電極部材の厚さや個数に従って当該凹部の深さが決定さ
れ、プラズマ密度の均一化のため、最適な厚さや個数が
適宜選択される。さらに、請求項６の発明では、上記請
求項１，２，３，４又は５の作用を利用して基板処理が
行われる。

【００１６】

【発明の実施の態様】以下、本願発明の実施の態様につ
いて説明する。図１は、本願発明の実施の態様に係る高
周波放電用電極及びこの高周波放電用電極が採用された
高周波プラズマ基板処理装置を説明する概略図である。
図１に示す装置は、排気系１１及びガス導入系１２を備
えた処理室１と、この処理室１の内部に対向配置された
基板電極２及び本態様の高周波放電用電極である対向電
極３と、対向電極３に高周波電力を印加する高周波電源
４等から主に構成されている。

【００１７】まず、処理室１は、排気系１１やガス導入
系１２の接続箇所や基板１０の搬出入等のための出入口
等を除き気密に構成された真空容器である。そして、付
設された排気系１１は処理に必要な圧力まで処理室１の
内部を排気し、ガス導入系１２は処理に必要なガスを処
理室１の内部に導入するよう各々構成されている。

【００１８】基板電極２は、処理室１内の所定位置で基
板１０を保持する基板ホルダーの役目も兼ねている。ま
た、基板電極２の表面には、プラズマによる損傷を防止
するための保護膜やプラズマと高周波の相互作用によっ
て基板１０を静電吸着するための誘電体膜等の部材が配
設されている場合がある。尚、電極の対向面に基板が直
接接触している場合もあるし、対向面と基板との間に何
か特定の部材が介在されている場合もある。尚、基板電
極２は、本態様では接地されて接地電位となっている。

【００１９】対向電極３は、基板電極２に対向するよう
にして配置されている。そして、この対向電極３は、ベ
ース３３とこのベース３３の対向面側に取り付けたｒｆ
ホロー放電用電極３４とから構成されている。ｒｆホロ
ー放電用電極３４は、ｒｆホロー放電を達成する部材で
あり、その表面には後述のような凹部が形成されてい
る。尚、ベース３３はステンレス等の導電体で形成され
たものである。ベース３３に対するｒｆホロー放電用電
極３４の取り付けは、ネジ止めや接着剤による固定等の
方法が採用される。

【００２０】高周波電源４としては、１３．５６ＭＨｚ
等の高周波を発振するものが使用されている。即ち、本
態様では、数ＭＨｚから数百ＭＨｚの帯域の高周波を採
用し得る。尚、本態様では対向電極３にのみ電力が印加
されているが、基板電極２の側に印加する場合もある
し、その双方に印加する場合もある。

【００２１】次に、上記ｒｆホロー放電用電極３４に形
成された凹部の構成について図２及び図３を参照しなが
ら詳細に説明する。図２は、図１中のｒｆホロー放電用
電極３４に形成された凹部の構成を説明する断面概略図
であり、図３は、図２のｒｆホロー放電用電極３４の平
面概略図である。図３に示すように、ｒｆホロー放電用
電極３４は、全体としては略円盤状の部材であり、その
直径Ｒは２００ｍｍ程度である。そして、凹部３５は、
具体的には図２に示すようなｒｆホロー放電用電極３４
の中央を中心にして配置された円周状の溝であり、同心
状に等間隔で複数配置されている。

【００２２】また、図２に示すように、各々の凹部３５
はその側面がテーパー状に形成され、深さが深くなるに
従って凹部３５の断面積が小さくなるよう構成されてい
る。具体的な寸法例について説明すると、例えば溝の開
口幅ｄ１が１０ｍｍ、溝の底面の幅ｄ２が２ｍｍ、溝の
高さｈが１０ｍｍである。このようなテーパー形状は、
同心状に配置された各々の凹部３５について同様であ
る。溝と溝との配置間隔（図２のｄ３）は例えば３ｍｍ
程度である。このような構成のｒｆホロー放電用電極３
４は、材質としてはアルミ合金、ステンレス、ニッケル
合金等で形成されている。形成の方法としては、削り出
し加工等の方法が採用される。

【００２３】次に、上記構成に係るプラズマ基板処理装
置の動作について説明しながら、本態様の高周波放電用
電極の作用について説明する。まず、基板搬送機構等に
より搬送された基板１０は、不図示の出入口から搬入さ
れて基板電極２の対向面上に配置される。そして、静電
吸着又は機械的な保持の手段により基板電極２上に固定
される。次に、排気系１１が動作して処理室１の内部を
所定の圧力まで排気し、ガス導入系１２が処理に必要な
ガスを処理室１内に導入する。処理室１には不図示の真
空計が設けられており、処理室１内の圧力をモニタしな
がら排気系１１やガス導入系１２を制御することで、処
理室１内の圧力が所定の値に維持される。

【００２４】この状態で、高周波電源４が動作して例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が対向電極３に印加さ
れる。この結果、対向電極３と基板電極２との間の放電
空間に高周波電界が生じ、導入されたガスがこの電界に
より電離して当該空間にプラズマが形成される。そし
て、導入されたガスの種類等に応じ、基板処理表面に所
望の処理が施される。放電空間に形成されるプラズマ
は、対向電極３に具備されたｒｆホロー放電用電極３４
の作用によって高密度のものになり、高密度プラズマを
利用した所望の処理が行われる。

【００２５】具体的なプロセスを採り上げて説明する
と、例えば本態様の高周波放電用電極が採用された装置
をＣＶＤ装置としてアモルファスシリコン膜を基板１０
上に堆積させる処理を行う場合、ガス導入系１２から原
料ガスとしてモノシラン及びキャリアガスとして水素を
導入し、上述の如くプラズマを動作させて原料ガスを反
応させ、基板１０上にアモルファスシリコン膜を堆積さ
せる。上述のように、ホロー放電の効果によって高密度
のプラズマが形成されるので、反応が促進されて高速の
薄膜堆積処理が可能となる。

【００２６】さて、周知のように、高周波放電を基板処
理等に使用する場合、雰囲気圧力は処理の種類に応じて
最適なものに維持される。従って、例えば一つの基板に
連続して異なる処理を施す場合、最初の処理の際の雰囲
気圧力とは異なる圧力で処理を行う場合が生じる。ここ
で、従来の高周波放電用電極では、凹部の側面は対向面
に垂直であり凹部の断面積は深さ方向で一定になってい
る。従って、ある特定の圧力下でｒｆホロー放電が形成
されるよう凹部の断面積を設定したとしても、他の圧力
下では、前述の如くｒｆホロー放電が形成されなくなっ
てしまう場合が有り得る。即ち、圧力が高くて凹部中の
負グロー領域が分離してしまったり、逆に圧力が低くて
凹部中にプラズマ自体が進入しなくなってしまう場合が
ある。

【００２７】しかしながら、本態様の高周波放電用電極
によれば、前述のように凹部３５の側面がテーパー状に
形成されているので、圧力が変化した場合でも凹部３５
の異なる深さの位置でｒｆホロー放電を生じさせること
ができる。つまり、凹部３５の側面をテーパー状にして
凹部３５の断面積が深さ方向で変化させると、凹部３５
が複数の異なる大きさの開口を持っているのと技術的に
等価になり、圧力が変化した場合でもいずれかの大きさ
の断面積部分でｒｆホロー放電が達成されるのである。
変化すると想定される圧力範囲に応じてテーパーの寸法
形状を所定なものにしておけば、そのような圧力範囲に
亘って充分ｒｆホロー放電を生じさせることができる。

【００２８】勿論、対向面に垂直に凹部を形成する従来
と比較すると、ｒｆホロー放電が形成される領域の高さ
が小さくなるので、その点では効率が劣る。しかし、ｒ
ｆホロー陰極として作用する領域の高さは小さくなった
としても、既出の図１４から明かな通り、一旦ｒｆホロ
ー陰極効果が発現すれば、効果が現れない場合の数十倍
のプラズマ密度が得られるので、かなり効率は改善さ
れ、ｒｆホロー放電の効果を充分得ることができる。例
えば、図２の態様で、溝の深さの全域（深さ方向１０ｍ
ｍ）のうち、１／５の２ｍｍだけしかｒｆホロー陰極放
電を発揮できなかったとしても、その限られた領域にお
けるプラズマ密度の上昇は数十倍になるので、結局、通
常の平板電極に比べて十倍程度以上のプラズマ密度の上
昇が期待できる。

【００２９】尚、本態様では、図３に示す通り凹部３５
がｒｆホロー放電用電極３４の中央を中心にして周状に
形成された溝になっているので、溝の特定の地点から進
入したプラズマは、その溝中を周方向に拡散し溝を満た
す。この結果、当該周方向における溝中のプラズマ密度
は均一になる。そして、このような周状の溝が同心状に
複数形成されているので、ｒｆホロー放電の効果を広い
放電空間にわたって得ることができ、これによって広い
放電空間に高密度のプラズマを得ることができる。

【００３０】次に、上記態様において、プラズマ密度を
さらに均一化させる機能を付加した態様について説明す
る。図４は、図１から図３に示す態様においてプラズマ
密度の均一化機能を付加した態様の説明図である。図４
に示す例が、図２等に示す態様と異なるのは、ｒｆホロ
ー放電用電極３４の溝３５に、補助電極部材３６が適宜
嵌入されていることである。この補助電極部材３６は、
各々の凹部３５の深さを調整して各凹部３５に引き込ま
れるプラズマの量をコントロールし、それによって空間
のプラズマ密度を均一化しようとするものである。

【００３１】具体的に説明すると、補助電極部材３６
は、ｒｆホロー放電用電極３４の円周状の溝である凹部
３５に嵌入可能な円環状の部材であり、その厚さは例え
ば１〜２ｍｍ程度である。そして、図４に示すように、
補助電極部材３６の外側面及び内側面は、凹部３５のテ
ーパー状の側面に適合するよう所定のテーパー状に形成
されている。また、複数の補助電極部材３６が凹部３５
に嵌入配置される場合、当然のことながら二段目の補助
電極部材３６は一段目の補助電極部材３６より所定の大
きさだけ径の大きなものが採用され、テーパー状の凹部
３５がそれら複数段の補助電極部材３６により埋め込ま
れるよう構成される。

【００３２】このような補助電極部材３６は、図１に示
す対向電極３と基板電極２との間の放電空間におけるプ
ラズマ密度の分布に応じて特定の凹部３５に適宜嵌入配
置されて当該凹部３５の深さを調整するようになってい
る。即ち、補助電極部材３６の厚さや重ね合わせて嵌入
される補助電極部材３６の個数が適宜選択される。この
結果、放電空間中のプラズマ密度が高くなり易い部分に
位置する凹部３５は浅くプラズマ密度が低くなり易い部
分に位置する凹部３５は深く構成される。尚、補助電極
部材３６の材質としては、通常は対向電極３の材質と同
じものが使用される。また、配置構造としては、単に嵌
入させるだけでも良いが、対向電極３が図１の上側に配
置されて溝３５が開口を下向きになる場合等には、溶接
や接着またはネジ止め等の方法で固定する場合もある。

【００３３】次に、凹部の深さの調整によって放電空間
のプラズマ密度の分布が調整できる理由を、補足的に説
明する。ｒｆホロー放電は、前述の通り両側の負グロー
領域を合体させることにより達成されるものであるが、
このことは言い換えれば、そのような合体した負グロー
領域での電子の静電的な捕捉によりプラズマ密度を高く
することを意味する。

【００３４】図５は、凹部の一例としてのある溝の内部
及びその溝の出口近傍の空間電位分布を示した図であ
り、ｘが溝の幅方向、ｙが溝の深さ方向、ｚが空間電位
の大きさを示している。プラズマが図４中ｙ方向に拡散
して溝の内部へ進入すると、プラズマの”いたる所等電
位にさせようとする性質”によってプラズマ電位が溝の
中央部に進入する。即ち、溝内部へのプラズマの進入に
よって溝の中央部の空間電位はプラズマ電位となる。プ
ラズマ電位は、溝壁の電位よりも常に高い状態に保たれ
ているので、結局、図のような溝の中央部が高く両側の
溝壁に近づくに従って急激に低くなる空間電位分布とな
る。

【００３５】この分布は、ｘ方向で見ると上に凸の電位
分布になっている。電子にとって上に凸な電位分布は凹
形のポテンシャル分布に相当する。つまり、図４中ｅ-
で示した位置に置かれた電子は、図中の矢印の方向に沿
って（上の方へ）落ちていくことになる。ポテンシャル
の谷（図中の電位の山）に達した電子は勢い余って反対
側のポテンシャルの坂を登り、再び落ちてくる。このよ
うなブランコのような往復運動が電子捕捉の本質であ
る。

【００３６】溝の深さを深くするということは、この往
復運動に必要な場所（ｙ方向のふところの深さ）を広く
提供するということを意味し、即ち溝を深くすればそれ
だけ多くの電子が往復運動をするようになる。多くの電
子が往復運動をすると、それらの電子が中性粒子と衝突
する機会が増し、従って電離が促進されてプラズマ密度
が上昇する。つまり、溝の深さを調整することによって
捕捉される電子の量が調整され、この結果、溝の内部に
おける電離作用が調整され、溝の出口近傍に形成される
プラズマのプラズマ密度が調整されるのである。従っ
て、プラズマ密度が高くなり易い部分に位置する凹部の
深さを浅くし、プラズマ密度が低くなり易い部分に位置
する位置の凹部の深さを深くすることで、結果的に放電
空間のプラズマ密度は均一化される。

【００３７】放電空間のどの部分が高密度になり易く、
どの部分が低密度になり易いかは、各電極の形状や印加
する高周波電力のモード等により変わるので一概には決
められない。ただ、図１のような構成の装置では、対向
電極３の端部付近において電界が強くなる場合があり、
この場合には、放電空間中の電極端部近傍部分において
高密度となり易い。従って、図４に示す態様のように、
対向電極３の端部付近の凹部３５の深さを浅くし中央部
の凹部３５の深さを深くするよう調整する場合が多い。
また尚、補助電極部材３６を使用しないで、ｒｆホロー
放電用電極自体の整形加工等によって直接深さの異なる
溝３５を形成するようにしても良いことは勿論である。

【００３８】次に、本願発明の高周波放電用電極の他の
態様について説明する。図６は、本願発明の他の態様の
高周波放電用電極の構成を説明する断面概略図、図７は
図６に示す電極の細部の寸法の説明図である。この態様
が前述した態様と異なるのは、対向面に設けられた凹部
３５の側面がテーパー状ではなく、図６に示すように階
段状になっていることである。このような階段状の側面
を有する凹部３５も、テーパー状の側面を有する凹部３
５と同様、雰囲気圧力の変化に対応する作用効果を有す
る。

【００３９】即ち、例えばある雰囲気圧力では凹部３５
中の中段部分の側面３５２の高さの位置でｒｆホロー放
電が達成されている場合、処理条件等の関係で雰囲気圧
力を所定の値まで低くすると、凹部３５中の上段部分の
側面３５１の高さの位置でｒｆホロー放電が維持される
ことになる。また、雰囲気圧力が所定の値まで高くなっ
た場合、ｒｆホロー放電は凹部３５中の下段部分の側面
３５３の高さの位置で維持されることになる。

【００４０】この階段状の側面の態様においても、段の
数を多して凹部３５の断面積の変化幅を大きくすれば、
相当の大きな圧力範囲に亘って対応することが可能であ
る。また、ｒｆホロー放電用電極３４の厚さを厚くして
凹部３５の全体の深さを深くし、各段部分の高さを高く
すれば、ｒｆホロー放電の効率の問題もかなり改善され
る。具体的な寸法例について述べると、図７において、
一つの段の高さはいずれも３ｍｍ（ｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝
３ｍｍ）程度である。また、隣り合う凹部３５の底の幅
方向の中心間の距離ｄ４は１３ｍｍ程度、凹部の底の幅
ｄ５は４ｍｍ程度、各段の段差部分の幅は２ｍｍ（ｄ６
＝ｄ７＝２ｍｍ）程度である。

【００４１】この「階段状」の態様の高周波放電用電極
についても、前述した「テーパー状」の態様と同様、補
助電極部材３６を使用してプラズマ密度の均一化機能を
達成することができる。図８は、図６の態様の高周波放
電用電極に補助電極部材３６を使用した態様を説明する
断面概略図である。この図８に示すように、階段状の側
面を有する円周状の溝である凹部３５に嵌入配置される
補助電極部材３６は、嵌入される段部分の幅及びその段
部分の径に応じた寸法の円環状である。異なる段部分に
嵌入するため、径及び幅の異なる複数の補助電極部材３
６が用意されるのは言うまでもない。尚、一つの段部分
に複数の同一寸法の補助電極部材３６が配置できるよう
にして凹部３５の深さをこまめに調節できるようにする
と好適である。

【００４２】次に、本願発明の高周波放電用電極のさら
に別の態様について説明する。図９は、本願発明の高周
波放電用電極のさらに別の態様を説明する平面概略図で
ある。前述した態様では、対向面に形成される凹部３５
は円周状の溝であったが、この態様では図９に示すよう
に角周状の溝になっている。

【００４３】このような角周状の溝である凹部３５を形
成した高周波放電用電極は、液晶ディスプレイを作る際
の液晶基板等の方形の基板を処理する装置に好適に採用
されるものである。即ち、そのような方形の基板が配置
される基板電極の対向面は、当該基板の形状に適合した
所定の角周状の形状に構成されるが、基板電極に向かい
合う高周波放電用電極の態様としての対向電極３の対向
面も、やはり基板の形状に適合した角周状の形状に構成
される。つまり、基板電極と対向電極３との間の放電空
間が断面方形になるようにして断面方形のプラズマ領域
が形成されるようにする。

【００４４】このような角周状の形状に合わせて凹部３
５の形状も角周状の溝にしておくことによって、凹部３
５に進入したプラズマは角周状の溝に沿って広がる。こ
れによって、角周状の基板の形状に合わせてプラズマを
角周状に高密度化させることができる。そして、この態
様においても、凹部３５の側面は前述のようなテーパー
状又は階段状に形成されており、この結果、相当の圧力
範囲に亘ってｒｆホロー放電の効果を充分得ることがで
きるようになっている。

【００４５】また、前述と同様に凹部３５を対向面に複
数形成して、放電空間においてプラズマが弱くなり易い
部分に相当する凹部３５の深さを深くしプラズマが強く
なり易い部分に相当する凹部３５の深さを浅くするよう
構成すれば、角周状の領域に均一なプラズマを形成する
ことができる。特に、本態様のような方形の電極を使用
した場合、角の隅の部分でプラズマ密度が極端に低くな
ったり、逆に放電が集中して極端に高くなったりし易
い。従って、凹部の深さの調整によるプラズマ密度の均
一化は、このような方形の電極を採用する場合、特に顕
著な効果をもたらす。尚、「方形」とは、正方形と長方
形との双方を含む概念であることは勿論である。また、
三次元的なものについての「方形」は、立方体と直方体
との双方を含む概念として使用されている。

【００４６】図１０は、本願発明の高周波放電用電極の
凹部のさらに別の態様について説明する平面概略図であ
る。この図１０に示すように、凹部３５の構成について
は多数のバリエーションがあり得る。即ち、例えば図１
０（ａ）及び（ｂ）に示すような同心状ではあっても３
６０度完全な周ではない円周状（ａ）や角周状（ｂ）の
溝である凹部３５や、図１０（ｃ）に示すような非同心
状に配置された溝である凹部３５が、本願発明に採用さ
れ得る。勿論、一つの溝のみからなる凹部でも良いし、
溝即ちある方向に長い凹部ではなく、円形や方形等の穴
からなる単数又は複数の凹部でも良い。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１記
載の発明によれば、相当の広い圧力範囲に亘ってホロー
放電の効果を充分得ることができ、種々の異なる雰囲気
圧力下において高密度プラズマの形成に貢献することが
できる。また、本願の請求項２に記載の発明によれば、
上記請求項１の効果に加え、ホロー放電の効果を広い放
電空間に亘って得ることができ、これによって広い放電
空間に高密度のプラズマを得ることができる。また、本
願の本願の請求項３に記載の発明は、上記請求項２の効
果において、方形の放電空間に亘ってホロー放電の効果
を得て高密度のプラズマを形成することができる。ま
た、本願の本願の請求項４に記載の発明は、上記請求項
１の効果に加え、プラズマ密度の均一化を図ることがで
きる。また、本願の本願の請求項５に記載の発明は、上
記請求項４の効果に加え、溝の深さの調整が容易に行え
るという効果を有する。また、本願の本願の請求項６に
記載の発明は、上記請求項１，２，３，４又は５の効果
を利用することで、種々の異なる雰囲気圧力で任意の基
板処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施の態様に係る高周波放電用電極
及びこの高周波放電用電極が採用された高周波プラズマ
基板処理装置を説明する概略図である。

【図２】図１中のｒｆホロー放電用電極３４に形成され
た凹部の構成を説明する断面概略図である。

【図３】図３は、図２のｒｆホロー放電用電極３４の平
面概略図である。

【図４】図１から図３に示す態様においてプラズマ密度
の均一化機能を付加した態様の説明図である。

【図５】凹部の一例としてのある溝の内部及びその溝の
出口近傍の空間電位分布を示した図であり、ｘが溝の幅
方向、ｙが溝の深さ方向、ｚが空間電位の大きさを示し
ている。

【図６】本願発明の他の態様の高周波放電用電極の構成
を説明する断面概略図である。

【図７】図６に示す電極の細部の寸法の説明図である。

【図８】図６の態様の高周波放電用電極に補助電極部材
を使用した態様を説明する断面概略図である。

【図９】本願発明の高周波放電用電極のさらに別の態様
を説明する平面概略図である。

【図１０】本願発明の高周波放電用電極の凹部のさらに
別の態様について説明する平面概略図である。

【図１１】従来の高周波放電用電極を説明する概略図で
あり、従来の高周波放電用電極が採用された高周波放電
装置全体の図である。

【図１２】図１０においてｒｆホロー放電用電極放電を
達成する電極構造の例を示す図である。

【図１３】図１０においてｒｆホロー放電用電極放電を
達成する他の電極構造の例を示す図である。

【図１４】ホロー放電の条件について説明した文献を抜
粋した図である。

【符号の説明】

１処理室１１排気系１２ガス導入系２基板電極３対向電極３４ｒｆホロー放電用電極３５凹部４高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡部嘉東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内 (72)発明者菅原實東京都狛江市西野川２丁目15番１号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電用ガスが存在する放電空間を挟むよ
うにして他の電極と向かい合わせて配置される高周波放
電用電極であって、当該高周波放電用電極又は当該他の
電極の一方又は双方に高周波電力を印加して高周波放電
を生じさせてプラズマを形成する高周波放電用電極にお
いて、当該高周波放電用電極の当該他の電極に対向する対向面
には、ホロー放電を生じさせるための凹部が形成され、
この凹部の側面は、深さが深くなるに従って断面積が小
さくなるようテーパー状又は階段状に形成されており、
この結果、放電空間の雰囲気圧力の大きさに従って当該
凹部のある深さの位置でホロー放電が生じるよう構成さ
れていることを特徴とする高周波放電用電極。
【請求項２】前記凹部は、対向面の中央を中心として
同心状に複数配置された周状の溝であることを特徴とす
る請求項１記載の高周波放電用電極。
【請求項３】前記他の電極の対向面側には処理される
方形の基板が配置されて、前記プラズマにより当該基板
を処理する際に使用される請求項２記載の高周波放電用
電極において、前記溝はこの基板の方形の形状に応じた
所定の角周状の形状であることを特徴とする高周波放電
用電極。
【請求項４】前記凹部は、前記対向面に複数形成され
ており、この複数の凹部は、一対の電極の間の放電空間
の対向面方向においてプラズマ密度が高くなり易い部分
に相当する位置の凹部は浅く当該方向においてプラズマ
密度が低くなり易い部分に相当する位置の凹部は深くな
っており、この結果、当該方向における放電空間のプラ
ズマ密度の分布を均一化させることが可能な深さ分布の
凹部になっていることを特徴とする請求項１に記載の高
周波放電用電極。
【請求項５】前記凹部の深さは、当該凹部に開口の大
きさに適合する形状の補助電極部材が当該凹部に嵌入配
置されることによって調整されていることを特徴とする
請求項４記載の高周波放電用電極。
【請求項６】排気系及びガス導入系を備えた処理室
と、この処理室の内部に対向配置された一対の電極とを
有し、この一対の電極のうちの一方又は双方に高周波電
力を印加して基板を処理する高周波プラズマ基板処理装
置であって、前記一対の電極のうちの一方の電極は、請求項１，２，
３，４又は５に記載された高周波放電用電極であり、当
該他の電極は、その対向面側に基板が配置される基板電
極であることを特徴とする高周波プラズマ基板処理装
置。