プラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置
【課題】
一様で安定したプラズマを形成でき、大面積基板に均一な膜厚及び膜質分布で成膜できるプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置を提供する。
【解決手段】
本発明によるプラズマ処理装置又はプラズマＣＶＤ装置では、電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置している。
また、本発明によるプラズマ処理方法又はプラズマＣＶＤ法は、高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるように構成される。
一様で安定したプラズマを形成でき、大面積基板に均一な膜厚及び膜質分布で成膜できるプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置を提供する。
【解決手段】
本発明によるプラズマ処理装置又はプラズマＣＶＤ装置では、電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置している。
また、本発明によるプラズマ処理方法又はプラズマＣＶＤ法は、高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液晶分野で用いられる大面積基板に薄膜を均一に形成するのに用いられ得るプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面で高品質で低価格の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大するのに伴い、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズの大型化が加速している。
【０００３】
今日、大画面で高品質で低価格の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大し、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズの大型化が加速している。それに伴い、基板上にデバイスを製作する工程において、プラズマを周いた成膜、エッチング、表面改質等の処理工程では、処理面積の大型化と処理性能の面内均一性が重要な課題とされている。
【０００４】
従来から薄膜トランジスタを形成するためには、高周波のプラズマＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、ｎドープアモルファスシリコン（ｎ＋ａ−Ｓｉ）を基板上に堆積する方法が採られてきた。
【０００５】
これらの薄膜を基板上に形成する際には、プラズマＣＶＤ装置において高周波電力を用いて成膜ガスをプラズマ化する。しかし、基板の大型化に伴い高周波電力を供給する電極の大きさが大きくなればなるほど電極上で発生する定在波がプラズマ密度の面内均一性に影響し、堆積膜の膜厚の不均一性の悪化を招くことが知られている。
【０００６】
従来から薄膜トランジスタを形成するためには、高周波のプラズマＣＶＤ法によるアモルファスシリコンや窒化シリコン膜、ｎドープアモルファスシリコンを基板上に堆積するが、基板の大型化に伴う電極の大型化により定在波の問題がある。一方で薄膜トランジスタを形成する薄膜においては低ダメージの成膜が望ましいとされており、そのためには工業周波数である１３．５６ＭＨｚより高い周波数で成膜することが望ましい。しかし、定在波の影響は周波数が上がるほどより短い距離でも影響を受けやすくなるため高い周波数を利用するためにはカソード分割などの方法が提案されてきたが、これにも問題がある。
【０００７】
定在波の影響より具体的には電極面内にて電圧分布が生じるためにプラズマ強度に分布が生じることなる。そのため堆積された薄膜の膜質、膜厚に分布が生じる。
【０００８】
同時に、使用する基板の大きさが大きくなるほど、電極の大きさも大きくなり、電極及び基板ホルダーの配置される真空槽も大きくなり、プラズマに供給される高周波電力も大きくなるが、電極の真空槽に対する相対的な大きさは小さくされるため、基板を載置する基板ホルダーから真空槽壁を介して接地電位へ流れる電流分布のプラズマへの影響が無視できなくなることも知られている。
【０００９】
添付図面の図１７には従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す。図１７において、Ａは真空槽で、この真空槽Ａの内部には基板ホルダーＢと電極Ｃとが対向して配置されている。基板ホルダーＢは真空槽Ａの底壁に取り付けられ、内部にヒーターＤを備え、上面に基板Ｅが載置される。
【００１０】
電極Ｃは絶縁部材Ｆを介して真空槽Ａの頂部に取り付けられ、そして成膜ガス供給口Ｇを介して図示していない成膜ガス導入系に接続される。
また、図示していないが、電極Ｃは図示していないが高周波電源に接続されて、また真空槽Ａには真空排気系が設けられている。
【００１１】
このように構成した従来の装置では、高周波電源として、通常１３．５６ＭＨｚ又は２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電源が用いられ得る。そして基板Ｅのサイズが１ｍ×１ｍ以下では、堆積すべき膜の種類に応じて成膜条件を最適化することにより、得られる膜厚分布は±１０％以下にすることができる。
【００１２】
しかし、基板サイズが１ｍ×１ｍ以上になると、上述の理由で膜厚分布の所望の均一性を確保することができなくなる。
【００１３】
このような問題点を解決するため、従来、高周波電力を供給する電極を中心部と周辺部との分割し、電極の中心部と周辺部における電極と基板ホルダーとの距離を調節可能にしてプラズマ分布を調節し、膜厚分布を均一化するようにしたプラズマＣＶＤ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００１４】
また、電極を複数の小電極に分割して、分割した電極の境界部分において電極と基板ホルダーとの距離が連続となるようにし、また各小電極に供給する高周波電力を調整し、それにより膜厚分布を均一化するようにしたプラズマ処理装置も従来提案されている（特許文献２参照）。
【００１５】
さらに、プラズマ形成装置において、間に放電空間を画定する一対の電極の一方の放電空間に対向した境界面に導電性領域と絶縁性領域とを交互に形成して、絶縁性領域の表面における電荷の蓄積により表面近傍における電界を局所的に増強し、それにより表面全体にわたって一様に電子を放出させ、プラズマの一様性及び安定性を向上させるようにすることも従来提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２８９８８１号公報
【特許文献２】特開２００３−６８６５１号公報
【特許文献３】特開２００５−６３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１に記載された装置では、電極の中心部と周辺部との境界が不連続であるために、プラズマが不安定となり、薄膜を均一に形成することができないという問題がある。
【００１７】
また、特許文献２に記載された発明では、実際上、分割された小電極間の境界部分でプラズマの安定化が困難であり、異常放電も発生し易く、薄膜を均一化する条件を見出すことが困難であるという問題がある。また、電極間の境界面には反応生成物が付着、剥離し易く、そのため装置内のパーティクルの発生源となり、異常放電の発生源ともなり、その結果製品の歩留まりを低下させるという問題もある。
【００１８】
さらに、特許文献３に記載された発明では、電極表面が導電性領域と絶縁性領域とで段差があり、平坦ではないため、導電性領域と絶縁性領域との段差部で異常放電が発生しやすく、安定したプラズマ形成は維持できなくなるという問題がある。また特許文献３の図４ａ、図４ｃに示すように誘電体の形状が矩形のような角部を持つ構造である場合には、特に高周波を使用した放電においてはその角部に局所的に電界が集中するために異常放電の原因となり、これにより表面の金属−誘電体境界に放電が集中することで金属部分の溶融現象等によりダストの原因となる。また、段差境界に反応生成物が付着し、剥離し易いという問題もある。
【００１９】
そこで、本発明は、従来技術に伴うこのような問題点を解決して、一様で安定したプラズマを形成でき、大面積基板に均一な膜厚及び膜質分布で成膜できるプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置を提供することを目的としている。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴としている。
【００２１】
本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、基板ホルダーに対向する電極の表面が平坦であり、電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定された第１の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合が７：３〜５：５であり、第１の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定された第２の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合が８：２〜７：３であり、また第２の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定された第３の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合がほぼ８：２であるように構成され得る。
【００２２】
また、各誘電体は、横断面形状が楕円形又は円形の柱状構造であり得る。
【００２３】
各誘電体が円柱上である場合に、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体は、直径５〜２０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍの範囲に寸法決めされ得る。
【００２４】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に等間隔に配列され、電極の表面の中央部に埋め込まれる各誘電体の直径が電極の周辺部に埋め込まれる各誘電体の直径より大きくされ得る
【００２５】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数は、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置され得る。
【００２６】
代わりに、基板ホルダーに対向する電極の表面の中央部には高さの高い柱状誘電体が埋め込まれ、また電極の表面の周縁部には高さの低い柱状誘電体が埋め込まれ得る。
【００２７】
基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に同心円状に配列され得る。
【００２８】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に等間隔に配列され得る。
【００２９】
各誘電体は、アルミナ、Ａ１Ｎ、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせたものを含むグループから選択された材料から成り得る。
【００３０】
電極は、アルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理が施され得る。
【００３１】
電極は、一体に構成したシャワーヘッドとシャワープレートから構成され得る。
【００３２】
本発明の第２の発明によれば、真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、真空槽内に成膜ガスを導入すると共に電極に高周波電力を供給することにより導入した成膜ガスをプラズマ化して、基板ホルダーに載置した基板上に成膜するようにした容量結合型グロー放電を用いるプラズマＣＶＤ装置において、
電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、基板ホルダーに対向する電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴としている。
【００３３】
本発明の第３の発明によれば、真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、真空槽内にガスを導入すると共に電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理方法において、
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴としている。
【００３４】
本発明の第３の発明による方法では、金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極が使用され得る。
【００３５】
本発明の第４の発明によれば、成膜ガスとしてモノシラン、ジシランのいずれか及び希釈ガスとしてアンモニア、窒素、アルゴン、一酸化二窒素、水素、ヘリウムガスのいずれか一種類または複数のガスを混合ガスとして真空槽内に供給しグロー放電プラズマを形成し、基板上に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ方法であって
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴としている。
【００３６】
本発明の第４の発明による方法では、金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極が使用され得る。
【００３７】
本発明の第２の発明による方法は、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成するのに用いられ得る。
【００３８】
本明細書において、用語“大面積基板”は、縦横の長さ１ｍ×１ｍ以上、長辺又は長径の長さが１ｍ以上のサイズをもつ任意の形状の基板を意味するものとする。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明してきたように、本発明の第１、第２の発明による装置においては、電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成したことにより、プラズマを制御するファクターの一つであるプラズマ電流をコントロールすることによって２７．１２ＭＨｚといった高周波数においても大面積基板上に均一なプラズマを形成し、基板面内でその膜質および膜厚分布が均一な膜を得ることができるようになる。
【００４０】
また、前記基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置するように構成したことにより、誘電体と金属と接合部に局所的に電界が集中しないため異常放電の発生が抑えられ、これにより表面の金属と誘電体との境界に放電が集中することがなく、金属部分の溶融現象等によるダストの発生は防止できる。
【００４１】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、各誘電体を、横断面形状が楕円形又は円形の柱状構造とすることにより、特に高周波を使用した放電においては局所的に電界が集中する角部がないため異常放電が防止でき、これにより表面の金属と誘電体との境界に放電が集中するのが避けられ、ダストの原因となる金属部分の溶融現象等を防ぐことができる。
【００４２】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、各誘電体が円柱上である場合に、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体を、直径５〜３０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍの範囲に寸法決めすることにより、誘電体を金属電極に埋め込む際のハンドリングが容易でありしかも特にガラス上に薄膜トランジスタを形成するプラズマＣＶＤ法での標準的な成膜条件により基板上に成摸する際に、誘電体露出部での堆積エリアと金属露出部での堆積エリアにおいて顕著な差が生じないようにでき、さらに電圧分布の均等効果が改善される。
【００４３】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数を、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置することにより、電極の電極の中央部における単位面積当りのインピーダンス（直流で考えた場合の抵抗に相当する）を大きくし、電極中央部でのプラズマ電流を少なくしプラズマ強度を小さくし、電極端部でのプラズマ強度を大きくしプラズマ強度を大きくする効果がある。
【００４４】
本発明の第３、第４の発明による方法においては、高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたことにより、電極と基板ホルダーとの間の良好な電界強度分布を得ることができ、基板上において成膜ガスを均一にプラズマ化させることができ、反応生成物の均一な膜厚の薄膜を大面積基板上に形成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面の図１〜図６を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００４６】
図１には、本発明の一実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す。図１において、１は真空槽であり、この真空槽１の内部にはアノードとして機能する基板ホルダー２及びカソードとして機能する電極３が互いに対向して配置されている。基板ホルダー２は真空槽１の底壁に取り付けられ、内部にヒーター４を備え、そして基板ホルダー２の上面に大面積基板５が載置される。電極３はアルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理がなされる。使用する金属基材及び表面処理はすべてセルフクリーニングの際に使用するＮＦ３やＦ２あるいはＣＦ系ガスに対して腐食耐性がある必要がある。なお、プラズマＣＶＤ装置に限らず、エッチング処理や表面改質のためのプラズマ処理にも同様に適用できる。
【００４７】
基板ホルダー２は、図示していない昇降機構によって昇降可能であり、これにより電極３との距離を調節可能にして、成膜時及びクリーニング時に基板ホルダー２と電極３との間の距離を変えるようにされる。この場合、昇降機構はまた、真空槽１の外部から内部へ処理すべき大面積基板５を搬入したり、真空槽１の内部から外部へ処理済みの大面積基板５を搬出する際の搬送動作における基板の昇降動作にも用いることができる。
【００４８】
電極３は絶縁部材６を介して真空槽１の頂部に取り付けられている。そして電極３の基板ホルダー２に対向した面は平面状に形成されている。また、電極３の外寸は、基板ホルダー２に載置される大面積基板５の外寸より大きく構成されている。
【００４９】
電極３は、電極基体７と、一体に構成したシャワーヘッド８と、金属製電極本体を成すシャワープレート９とを備え、シャワーヘッド８とシャワープレート９は一体に構成されている。シャワープレート９には、同一太さ及び同一高さの円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、各円柱状の誘電体１０の露出端面はシャワープレート９の基板ホルダー２に対向した面と同じ平面内に位置している。円柱状の誘電体１０は図示したように、シャワープレート９の中央部には高い密度で、シャワープレート９の周辺部には低い密度で埋め込まれている。
【００５０】
誘電体１０の材質としては、セルフクリーニングの際に使用するＮＦ３やＦ２あるいはＣＦ系ガスヘの腐食耐性があるアルミナ、ＡｌＮ（窒素化アルミ）、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせとからなるグループから選択される。
【００５１】
図１には示されてないが、シャワープレート９には図２に示すように、円柱状の誘電体１０を除いた部位に多数のガス放出孔１１が設けられている。これにより、図示していない成膜ガス供給源から成膜ガス供給口１２を介してシャワーヘッド８の内側に供給された成膜ガスは、シャワーヘッド８の内側で拡散、混合され、そしてシャワープレート９における多数のガス放出孔１１から基板ホルダー２上の大面積基板５に向って供給される。
【００５２】
図３には、シャワープレート９の表面におけるゾーン分けを示している。第１ゾーンＡは、電極３に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極３の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定される第１の円形領域であり、第２ゾーンＢは、第１ゾーンＡ外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定される第２の円形領域であり、また第３ゾーンＣは、第２ゾーンＢ外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定される第３の円形領域である。
【００５３】
なお、ゾーン分けは三つに限定されるものではなく電極の大きさに応じて二つまたは四つ以上にすることもできる。また電極の形状も矩形である必要はなく、他の形状、例えば円形でも同様に適用できる。
【００５４】
電極３は、図示していないが、高周波電源から整合器を介して高周波電力が供給される。また、真空槽１及び基板ホルダー２は接地電位に接続されている。
【００５５】
また、図示していないが、真空槽１には、外部の成膜ガス供給源から真空槽１内へ成膜ガスを導入する成膜ガス導入系並びに真空槽１内の真空排気及び成膜ガスの排気を行なう真空排気系が設けられる。
【００５６】
図４には、本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す。図４において、図１の装置における対応した部分は同じ符号で示す。図１の装置の場合と同様に、真空槽１の内部にはアノードとして機能する基板ホルダー２及びカソードとして機能する電極３が互いに対向して配置されている。基板ホルダー２は真空槽１の底壁に取り付けられ、内部にヒーター４を備え、そして基板ホルダー２の上面に大面積基板５が載置される。
【００５７】
また、基板ホルダー２は、図示していない昇降機構によって昇降可能であり、これにより電極３との距離を調節可能にして、成膜時及びクリーニング時に基板ホルダー２と電極３との間の距離を変えるようにされる。この場合、昇降機構はまた、真空槽１の外部から内部へ処理すべき大面積基板５を搬入したり、真空槽１の内部から外部へ処理済みの大面積基板５を搬出する際の搬送動作における基板の昇降動作にも用いることができる。
【００５８】
電極３は、電極基体７と、一体に構成したシャワーヘッド８と、金属製電極本体を成すシャワープレート９とを備え、シャワーヘッド８とシャワープレート９は一体に構成されている。シャワープレート９には、同一太さの円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、各円柱状の誘電体１０の露出端面はシャワープレート９の基板ホルダー２に対向した面と同じ平面内に位置している。図５に示したように、シャワープレート９の中央部には高さの高い円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、シャワープレート９の周辺部には高さの低い円柱状の誘電体１０が埋め込まれている。
【００５９】
また図１に示す実施形態の場合と同様に、図示されてないが、シャワープレート９には図２に示すように、円柱状の誘電体１０を除いた部位に多数のガス放出孔１１が設けられている。これにより、図示していない成膜ガス供給源から成膜ガス供給口１２を介してシャワーヘッド８の内側に供給された成膜ガスは、シャワーヘッド８の内側で拡散、混合され、そしてシャワープレート９における多数のガス放出孔１１から基板ホルダー２上の大面積基板５に向って供給される。
【００６０】
シャワープレート９の表面における円柱状の誘電体１０の配列パターンは図３に示す例と同様にされ、この場合には、誘電体１０の直径及び誘電体１０の間の間隔は固定し、第１ゾーンＡには１０ｍｍ間隔で直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱状の誘電体１０が同心円状に埋め込まれ、第２ゾーンＢには間隔１０ｍｍで長さ７ｍｍの誘電体１０が同心円状に埋め込まれ、また第３ゾーンＣには間隔１０ｍｍで長さ４ｍｍの誘電体１０が同心円状に埋め込まれる。
【００６１】
また、図示していないが、真空槽１には、真空槽１内の真空排気及び成膜ガスの排気を行なう真空排気系が設けられる。また、電極３の外寸は、基板ホルダー２に載置される大面積基板５の外寸より大きく構成されている。
【００６２】
このように構成した図１及び図４の装置の動作において、図示していない高周波電源からそれぞれ整合器を介して高周波電力が電極３に供給されると、図示していない外部の成膜ガス供給源から真空槽１内へ導入された成膜ガスは、基板ホルダー２をアノード、電極３をカソードとした容量結合型グロー放電により、真空槽１内でプラズマ化される。この場合、電極３に誘電体１０を埋め込んでいるため、異常放電を発生させることなしに、面内におけるインピーダンスを変化させて面内での電流分布を均一にし、それにより均一なプラズマを形成することができる。
【００６３】
一方、大面積基板５は、基板ホルダー２に内蔵されたヒーター４によって予め所定の温度に加熱されている。それでプラズマ化した成膜ガスによる反応生成物は基板５の表面に到達し、良好な膜厚分布をもつ所望の薄膜を基板上に形成する。
【００６４】
ところで、図４の実施形態では、円筒状の誘電体の長さは、電極表面の中央部と周辺部とで階段状に変えているが、代わりに図６に示すように電極表面の中央部から周辺部へ向かって連続して長さを短くすることもできる。
【００６５】
また、図示実施形態では、誘電体として円柱状のものを用いているが、放電空間内においては角の無い形状であればよく、断面楕円形の楕円柱上の誘電体を用いることもできる。
【００６６】
次に図７〜図１６を参照してシミュレーションに基いて本発明をさらに説明する。
実際の電極は平面であるが、シミュレーションの都合上、二次元直角座標を用いる。また形状の対称性を考慮して縦の中心線を対称面とし、全体の１／２（１８００ｍｍ）を解析領域とした。座標軸は図７〜図９に示すように取る。
【００６７】
図７に示す従来構造の駆動電極（シャワープレート）は厚さ８０ｍｍであり、アース電極すなわち基板ホルダーまでの距離を１５ｍｍとする。
【００６８】
また図８にはケース１として、駆動電極（シャワープレート）に直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を中心線Ｘ＝０から１２５０ｍｍまでの中央領域は間隔ｗ＝５ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１２５０〜１６５０ｍｍまでの領域は間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１６５０〜１８００ｍｍまでの領域は間隔ｗ＝１５ｍｍで同心円状に配置した例を示す。
【００６９】
さらに図９にはケース２として、駆動電極（シャワープレート）の中心線Ｘ＝０から１２５０ｍｍまでの中央領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝１０ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１２５０〜１６５０ｍｍまでの領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝７ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１６５０〜１８００ｍｍまでの領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝４ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置した例を示す。
【００７０】
シミュレーションにおける計算条件は次のとおりである。
ガ ス 種 ： 窒素ガス（Ｎ２）
荷電粒子種 ： 電子（ｅ）、窒素イオン（Ｎ２（＋））
考慮した反応 ： ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋Ｎ２ 弾性衝突
ｅ＋Ｎ２ → ２ｅ＋Ｎ２（＋） 電離
ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋２Ｎ 解離
ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋Ｎ２（＊） 励起
Ｎ２（＋）＋Ｎ２ → Ｎ２（＋）＋Ｎ２ 電荷交換
ガス圧力 ： １５０Ｐａ
供給電圧 ： Ｖ（ｔ）＝Ｖ０＊ｓｉｎ（２πｆｔ）＋Ｖｄｃ （ｔは時間（ｓｅｃ））
Ｖ０＝２００（Ｖ）、ｆ＝２７．１２（ＭＨｚ）、Ｖｄｃ＝０（Ｖ）
境界条件 ： 駆動電極にＶ（ｔ）を供給
アース電極（ｙ＝０ｍｍ） Ｖ＝０（Ｖ）
仮想境界（ｘ＝１８００ｍｍ）、遠方（ｘ＝３０００ｍｍ）においてＶ＝０（Ｖ）
対称軸（ｘ＝０）
二次電子放出係数：０．０
なお、１／２モデルであるため電極サイズ２．４ｍ×２．６ｍの対角線の長さを半分にした長さで考察する。
【００７１】
また、計算方法としては、プラズマハイブリッドモジュール法（ＰＨＭ）を使用し、電子及びイオンフラックスの計算にはドリフト・拡散モデルを用い、電子及びイオン密度の計算には連続の式を用い、電子温度（エネルギー）、輸送パラメータ（移動度・拡散係数）、ソースレートの計算にはモンテカルロ法を用いた。
【００７２】
シミュレーション結果として図１０には、アース電極近傍における水平方向電子密度分布を示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１１にはプラズマ中心部における水平方向電子密度分布を示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１０及び図１１から認められるように平面電極の場合に比較して本発明に従って構成したケース１及びケース２の場合の方が面内均一なプラズマ処理、プラズマＣＶＤでは面内均一な成膜速度を実現し得る。
【００７３】
また、シミュレーション結果として図１２には、アース電極に入射するＮ２＋イオンフラックスを示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１２において平面電極の場合に比較して本発明に従って構成したケース１及びケース２の場合の方がＮ２＋イオンフラックスは均一となり、従って膜質は均一となることがわかる。
【００７４】
図３に示すゾーン分けに関して上述のシミュレーションでは、周波数に２７．１２ＭＨｚを使用した場合の例であり、プラズマ密度及びイオンフラックス密度について計算している。各領域はゾーンＡ、Ｂ、Ｃに分かれており、上述のように第１ゾーンＡは、電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定され、第２ゾーンＢは、第１ゾーンＡ外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定され、また第３ゾーンＣは、第２ゾーンＢ外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定される。このゾーンＡについては１波長中の腹と節が１つづつ含まれるλの１／４の長さである直径２．７７ｍ以下でかつλの１／８の長さである直径１．３８ｍ以上であることが重要であり、より望ましくは直径２．５ｍ程度の円であることが望ましい。ゾーンＢについては波長λの１／３の長さである直径３．６９ｍ以下でかつλの１／４の長さである直径２．７７ｍ以上であることが重要であり、より望ましくは直径３．３ｍ程度の円であることが望ましい。なお、このシミュレーションで扱う電極より大きい、例えば３．６ｍｍ×３．８ｍの電極の場合には、第３ゾーンＣの外周直径を設定して第４ゾーンを画定する必要があり、１／２λ＝５．５４ｍ、一層望ましくは５．０ｍに設定され得る。
【００７５】
以下図８に示す解析モデルケース１を用いて計算したシミュレーション結果について説明する。
図１３には、一つの誘電体の直径とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示し、縦軸の“フラックス”は金属部、誘電体部それぞれへのイオン入射のフラックスを表し、またシミュレーションは電極間距離２０ｍｍで行った。グラフ１は金属、グラフ２は誘電体を示している。図１３のシミュレーション結果に示すように誘電体の直径が３０ｍｍを越すような大きなサイズの場合、特にガラス上に薄膜トランジスタを形成するプラズマＣＶＤ法での標準的な成膜条件により載置した基板上に成摸した場合には、誘電体露出部に対向する堆積エリアと金属露出部に対向する堆積エリアにおいて顕著な差が出てきてしまう。なお本発明において誘電体の直径を５ｍｍ以上としているのは誘電体の加工上の問題及び５ｍｍ以下とした場合は金属電極に埋め込む個数が非常に多くなりかつハンドリングが現実的に困難であるためである。
【００７６】
図１４には、誘電体の埋め込み深さすなわち誘電体の高さと面内でのプラズマ密度分布との関係のシミュレーション結果を示し、誘電体の埋め込み深さは５ｍｍ〜２０ｍｍであるのが好ましいことがシミュレーション結果から確認できた。これは金属と誘電体の面積比７：３にて埋め込み深さを変化させた条件において確認した。２０ｍｍ以下としているのは誘電体の加工上の問題及び２０ｍｍ以上とした場合は電圧分布の均等効果が改善しないこと及び金属電極に埋め込む際の折れなどの問題によりハンドリングが現実的に困難であるためである。
【００７７】
図１５には、誘電体の埋め込み深さによる誘電体の占める面積割合と面内でのプラズマ
密度分布との関係のシミュレーション結果を示し、グラフ１は誘電体の埋め込み深さが５ｍ
ｍの場合であり、またグラフ２は誘電体の埋め込み深さが１０ｍｍの場合であり、誘電体の占める面積比と電極面内全体でのプラズマ密度分布との相関を示す。シミュレーション結果に示すように、深さ５ｍｍの場合は５０％程度の表面積のとき±８％程度になりそれ以上面積比を増やすと逆効果になることがわかる。一方１０ｍｍの場合は３０％程度の表面積のとき±１０％程度になり、改善していることがわかる。
【００７８】
図１６には、図３に示す第１ゾーンＡ、第２ゾーンＢ及び第３ゾーンＣにおける誘電体の占める面積割合とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示し、誘電体を３ゾーンに分けて配置するパターンを採用した際の、各ゾーンでの“フラックス”がゾーン内の誘電体占有面積とどういう相関を持っているかを示す。これらのグラフから、ゾーンＡ：３０〜５０％、ゾーンＢ：２０〜：３０％、ゾーンＣ：０〜２０％、とすればゾーンＡからＣに渡って全体的にフラックスが均一であるようにすることができる。言い換えれば、プラズマ密度がそれぞれのゾーンにおいて均一になるのは、ゾーンＡでは金属と誘電体との面積割合が７：３〜５：５、ゾーンＢでは金属と誘電体との面積割合が８：２〜７：３、またゾーンＣでは金属と誘電体との面積割合がほぼ８：２であることがみてとれる。
【００７９】
なお、上記のシミュレーションにおいては、誘電体の材料としてアルミナを用いているが、アルミナに代えてＡｌＮを用いても同等の結果が得られる。
【実施例】
【００８０】
上記のシミュレーションにおけるケース１（図８）に基き、電極を作製し、誘電体を図３に示すように同心円状に配置した。誘電体の材料としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を使用し、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のものとし、ゾーン別に誘電体の埋め込み間隔を変化させた。成膜条件は真空槽内のガス圧を２００Ｐａ、電力密度を０．５Ｗ／ｃｍ２とし、ガスにはＳｉＨ４／Ｎ２／ＮＨ３を使用した。
【００８１】
成膜結果を従来の平面電極の場合と比較して表１に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１において、誘電体埋め込み電極は従来の平面電極に比べて、成膜速度の値が同等で、膜厚分布、膜質（エッチングレート）分布が大幅に改善されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、特に、薄膜トランジスタの成膜に有利に用いられるが、他の大型基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置に同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一つの実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図２】図１の装置の電極に埋め込まれた誘電体とガス放出穴との配置例を示す部分拡大図。
【図３】図１の装置の電極に埋め込まれる誘電体の配列又は大きさ（高さ）を区分けするゾーンの設定を示す図。
【図４】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図５】図４の装置において電極に埋め込まれる誘電体の配置例を拡大して示す概略断面図。
【図６】図４の装置において電極に埋め込まれる誘電体の別の配置例を拡大して示す概略断面図。
【図７】通常の平面電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図８】図１に示す装置において用いられ電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図９】図４に示す装置において用いられ電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図１０】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるアース電極近傍における水平方向電子密度分布を示すグラフ。
【図１１】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるプラズマ中心における水平方向電子密度分布を示すグラフ。
【図１２】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるアース電極に入射するＮ２＋イオンフラックスを示すグラフ。
【図１３】一つの誘電体の直径とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１４】誘電体の埋め込み深さすなわち誘電体の高さと面内でのプラズマ密度分布との関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１５】誘電体の埋め込み深さによる誘電体の占める面積割合と面内でのプラズマ密度分布と の関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１６】図３に示す第１ゾーンＡ、第２ゾーンＢ及び第３ゾーンＣにおける誘電体の占める面積割合とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１７】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００８６】
１：真空槽
２：基板ホルダー
３：電極
４：ヒーター
５：大面積基板
６：絶縁部材
７：電極基体
８：シャワーヘッド
９：シャワープレート
１０：誘電体
１１：ガス放出孔
１２：成膜ガス供給口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液晶分野で用いられる大面積基板に薄膜を均一に形成するのに用いられ得るプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、大画面で高品質で低価格の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大するのに伴い、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズの大型化が加速している。
【０００３】
今日、大画面で高品質で低価格の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大し、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズの大型化が加速している。それに伴い、基板上にデバイスを製作する工程において、プラズマを周いた成膜、エッチング、表面改質等の処理工程では、処理面積の大型化と処理性能の面内均一性が重要な課題とされている。
【０００４】
従来から薄膜トランジスタを形成するためには、高周波のプラズマＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、ｎドープアモルファスシリコン（ｎ＋ａ−Ｓｉ）を基板上に堆積する方法が採られてきた。
【０００５】
これらの薄膜を基板上に形成する際には、プラズマＣＶＤ装置において高周波電力を用いて成膜ガスをプラズマ化する。しかし、基板の大型化に伴い高周波電力を供給する電極の大きさが大きくなればなるほど電極上で発生する定在波がプラズマ密度の面内均一性に影響し、堆積膜の膜厚の不均一性の悪化を招くことが知られている。
【０００６】
従来から薄膜トランジスタを形成するためには、高周波のプラズマＣＶＤ法によるアモルファスシリコンや窒化シリコン膜、ｎドープアモルファスシリコンを基板上に堆積するが、基板の大型化に伴う電極の大型化により定在波の問題がある。一方で薄膜トランジスタを形成する薄膜においては低ダメージの成膜が望ましいとされており、そのためには工業周波数である１３．５６ＭＨｚより高い周波数で成膜することが望ましい。しかし、定在波の影響は周波数が上がるほどより短い距離でも影響を受けやすくなるため高い周波数を利用するためにはカソード分割などの方法が提案されてきたが、これにも問題がある。
【０００７】
定在波の影響より具体的には電極面内にて電圧分布が生じるためにプラズマ強度に分布が生じることなる。そのため堆積された薄膜の膜質、膜厚に分布が生じる。
【０００８】
同時に、使用する基板の大きさが大きくなるほど、電極の大きさも大きくなり、電極及び基板ホルダーの配置される真空槽も大きくなり、プラズマに供給される高周波電力も大きくなるが、電極の真空槽に対する相対的な大きさは小さくされるため、基板を載置する基板ホルダーから真空槽壁を介して接地電位へ流れる電流分布のプラズマへの影響が無視できなくなることも知られている。
【０００９】
添付図面の図１７には従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す。図１７において、Ａは真空槽で、この真空槽Ａの内部には基板ホルダーＢと電極Ｃとが対向して配置されている。基板ホルダーＢは真空槽Ａの底壁に取り付けられ、内部にヒーターＤを備え、上面に基板Ｅが載置される。
【００１０】
電極Ｃは絶縁部材Ｆを介して真空槽Ａの頂部に取り付けられ、そして成膜ガス供給口Ｇを介して図示していない成膜ガス導入系に接続される。
また、図示していないが、電極Ｃは図示していないが高周波電源に接続されて、また真空槽Ａには真空排気系が設けられている。
【００１１】
このように構成した従来の装置では、高周波電源として、通常１３．５６ＭＨｚ又は２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電源が用いられ得る。そして基板Ｅのサイズが１ｍ×１ｍ以下では、堆積すべき膜の種類に応じて成膜条件を最適化することにより、得られる膜厚分布は±１０％以下にすることができる。
【００１２】
しかし、基板サイズが１ｍ×１ｍ以上になると、上述の理由で膜厚分布の所望の均一性を確保することができなくなる。
【００１３】
このような問題点を解決するため、従来、高周波電力を供給する電極を中心部と周辺部との分割し、電極の中心部と周辺部における電極と基板ホルダーとの距離を調節可能にしてプラズマ分布を調節し、膜厚分布を均一化するようにしたプラズマＣＶＤ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【００１４】
また、電極を複数の小電極に分割して、分割した電極の境界部分において電極と基板ホルダーとの距離が連続となるようにし、また各小電極に供給する高周波電力を調整し、それにより膜厚分布を均一化するようにしたプラズマ処理装置も従来提案されている（特許文献２参照）。
【００１５】
さらに、プラズマ形成装置において、間に放電空間を画定する一対の電極の一方の放電空間に対向した境界面に導電性領域と絶縁性領域とを交互に形成して、絶縁性領域の表面における電荷の蓄積により表面近傍における電界を局所的に増強し、それにより表面全体にわたって一様に電子を放出させ、プラズマの一様性及び安定性を向上させるようにすることも従来提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平１０−２８９８８１号公報
【特許文献２】特開２００３−６８６５１号公報
【特許文献３】特開２００５−６３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１に記載された装置では、電極の中心部と周辺部との境界が不連続であるために、プラズマが不安定となり、薄膜を均一に形成することができないという問題がある。
【００１７】
また、特許文献２に記載された発明では、実際上、分割された小電極間の境界部分でプラズマの安定化が困難であり、異常放電も発生し易く、薄膜を均一化する条件を見出すことが困難であるという問題がある。また、電極間の境界面には反応生成物が付着、剥離し易く、そのため装置内のパーティクルの発生源となり、異常放電の発生源ともなり、その結果製品の歩留まりを低下させるという問題もある。
【００１８】
さらに、特許文献３に記載された発明では、電極表面が導電性領域と絶縁性領域とで段差があり、平坦ではないため、導電性領域と絶縁性領域との段差部で異常放電が発生しやすく、安定したプラズマ形成は維持できなくなるという問題がある。また特許文献３の図４ａ、図４ｃに示すように誘電体の形状が矩形のような角部を持つ構造である場合には、特に高周波を使用した放電においてはその角部に局所的に電界が集中するために異常放電の原因となり、これにより表面の金属−誘電体境界に放電が集中することで金属部分の溶融現象等によりダストの原因となる。また、段差境界に反応生成物が付着し、剥離し易いという問題もある。
【００１９】
そこで、本発明は、従来技術に伴うこのような問題点を解決して、一様で安定したプラズマを形成でき、大面積基板に均一な膜厚及び膜質分布で成膜できるプラズマ処理方法及び装置並びにプラズマＣＶＤ方法及び装置を提供することを目的としている。
【００２０】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の発明によれば、
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴としている。
【００２１】
本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、基板ホルダーに対向する電極の表面が平坦であり、電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定された第１の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合が７：３〜５：５であり、第１の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定された第２の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合が８：２〜７：３であり、また第２の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定された第３の円形領域では、電極の表面における金属の表面積と誘電体の表面積の割合がほぼ８：２であるように構成され得る。
【００２２】
また、各誘電体は、横断面形状が楕円形又は円形の柱状構造であり得る。
【００２３】
各誘電体が円柱上である場合に、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体は、直径５〜２０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍの範囲に寸法決めされ得る。
【００２４】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に等間隔に配列され、電極の表面の中央部に埋め込まれる各誘電体の直径が電極の周辺部に埋め込まれる各誘電体の直径より大きくされ得る
【００２５】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数は、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置され得る。
【００２６】
代わりに、基板ホルダーに対向する電極の表面の中央部には高さの高い柱状誘電体が埋め込まれ、また電極の表面の周縁部には高さの低い柱状誘電体が埋め込まれ得る。
【００２７】
基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に同心円状に配列され得る。
【００２８】
基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体は電極の表面に等間隔に配列され得る。
【００２９】
各誘電体は、アルミナ、Ａ１Ｎ、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせたものを含むグループから選択された材料から成り得る。
【００３０】
電極は、アルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理が施され得る。
【００３１】
電極は、一体に構成したシャワーヘッドとシャワープレートから構成され得る。
【００３２】
本発明の第２の発明によれば、真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、真空槽内に成膜ガスを導入すると共に電極に高周波電力を供給することにより導入した成膜ガスをプラズマ化して、基板ホルダーに載置した基板上に成膜するようにした容量結合型グロー放電を用いるプラズマＣＶＤ装置において、
電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、基板ホルダーに対向する電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴としている。
【００３３】
本発明の第３の発明によれば、真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、真空槽内にガスを導入すると共に電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理方法において、
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴としている。
【００３４】
本発明の第３の発明による方法では、金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極が使用され得る。
【００３５】
本発明の第４の発明によれば、成膜ガスとしてモノシラン、ジシランのいずれか及び希釈ガスとしてアンモニア、窒素、アルゴン、一酸化二窒素、水素、ヘリウムガスのいずれか一種類または複数のガスを混合ガスとして真空槽内に供給しグロー放電プラズマを形成し、基板上に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ方法であって
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴としている。
【００３６】
本発明の第４の発明による方法では、金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極が使用され得る。
【００３７】
本発明の第２の発明による方法は、ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成するのに用いられ得る。
【００３８】
本明細書において、用語“大面積基板”は、縦横の長さ１ｍ×１ｍ以上、長辺又は長径の長さが１ｍ以上のサイズをもつ任意の形状の基板を意味するものとする。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明してきたように、本発明の第１、第２の発明による装置においては、電極が、金属製電極本体と、基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成したことにより、プラズマを制御するファクターの一つであるプラズマ電流をコントロールすることによって２７．１２ＭＨｚといった高周波数においても大面積基板上に均一なプラズマを形成し、基板面内でその膜質および膜厚分布が均一な膜を得ることができるようになる。
【００４０】
また、前記基板ホルダーに対向する金属製電極本体の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置するように構成したことにより、誘電体と金属と接合部に局所的に電界が集中しないため異常放電の発生が抑えられ、これにより表面の金属と誘電体との境界に放電が集中することがなく、金属部分の溶融現象等によるダストの発生は防止できる。
【００４１】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、各誘電体を、横断面形状が楕円形又は円形の柱状構造とすることにより、特に高周波を使用した放電においては局所的に電界が集中する角部がないため異常放電が防止でき、これにより表面の金属と誘電体との境界に放電が集中するのが避けられ、ダストの原因となる金属部分の溶融現象等を防ぐことができる。
【００４２】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、各誘電体が円柱上である場合に、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体を、直径５〜３０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍの範囲に寸法決めすることにより、誘電体を金属電極に埋め込む際のハンドリングが容易でありしかも特にガラス上に薄膜トランジスタを形成するプラズマＣＶＤ法での標準的な成膜条件により基板上に成摸する際に、誘電体露出部での堆積エリアと金属露出部での堆積エリアにおいて顕著な差が生じないようにでき、さらに電圧分布の均等効果が改善される。
【００４３】
また、本発明の第１の発明によるプラズマ処理装置において、基板ホルダーに対向する電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数を、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置することにより、電極の電極の中央部における単位面積当りのインピーダンス（直流で考えた場合の抵抗に相当する）を大きくし、電極中央部でのプラズマ電流を少なくしプラズマ強度を小さくし、電極端部でのプラズマ強度を大きくしプラズマ強度を大きくする効果がある。
【００４４】
本発明の第３、第４の発明による方法においては、高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたことにより、電極と基板ホルダーとの間の良好な電界強度分布を得ることができ、基板上において成膜ガスを均一にプラズマ化させることができ、反応生成物の均一な膜厚の薄膜を大面積基板上に形成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、添付図面の図１〜図６を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００４６】
図１には、本発明の一実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す。図１において、１は真空槽であり、この真空槽１の内部にはアノードとして機能する基板ホルダー２及びカソードとして機能する電極３が互いに対向して配置されている。基板ホルダー２は真空槽１の底壁に取り付けられ、内部にヒーター４を備え、そして基板ホルダー２の上面に大面積基板５が載置される。電極３はアルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理がなされる。使用する金属基材及び表面処理はすべてセルフクリーニングの際に使用するＮＦ３やＦ２あるいはＣＦ系ガスに対して腐食耐性がある必要がある。なお、プラズマＣＶＤ装置に限らず、エッチング処理や表面改質のためのプラズマ処理にも同様に適用できる。
【００４７】
基板ホルダー２は、図示していない昇降機構によって昇降可能であり、これにより電極３との距離を調節可能にして、成膜時及びクリーニング時に基板ホルダー２と電極３との間の距離を変えるようにされる。この場合、昇降機構はまた、真空槽１の外部から内部へ処理すべき大面積基板５を搬入したり、真空槽１の内部から外部へ処理済みの大面積基板５を搬出する際の搬送動作における基板の昇降動作にも用いることができる。
【００４８】
電極３は絶縁部材６を介して真空槽１の頂部に取り付けられている。そして電極３の基板ホルダー２に対向した面は平面状に形成されている。また、電極３の外寸は、基板ホルダー２に載置される大面積基板５の外寸より大きく構成されている。
【００４９】
電極３は、電極基体７と、一体に構成したシャワーヘッド８と、金属製電極本体を成すシャワープレート９とを備え、シャワーヘッド８とシャワープレート９は一体に構成されている。シャワープレート９には、同一太さ及び同一高さの円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、各円柱状の誘電体１０の露出端面はシャワープレート９の基板ホルダー２に対向した面と同じ平面内に位置している。円柱状の誘電体１０は図示したように、シャワープレート９の中央部には高い密度で、シャワープレート９の周辺部には低い密度で埋め込まれている。
【００５０】
誘電体１０の材質としては、セルフクリーニングの際に使用するＮＦ３やＦ２あるいはＣＦ系ガスヘの腐食耐性があるアルミナ、ＡｌＮ（窒素化アルミ）、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせとからなるグループから選択される。
【００５１】
図１には示されてないが、シャワープレート９には図２に示すように、円柱状の誘電体１０を除いた部位に多数のガス放出孔１１が設けられている。これにより、図示していない成膜ガス供給源から成膜ガス供給口１２を介してシャワーヘッド８の内側に供給された成膜ガスは、シャワーヘッド８の内側で拡散、混合され、そしてシャワープレート９における多数のガス放出孔１１から基板ホルダー２上の大面積基板５に向って供給される。
【００５２】
図３には、シャワープレート９の表面におけるゾーン分けを示している。第１ゾーンＡは、電極３に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極３の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定される第１の円形領域であり、第２ゾーンＢは、第１ゾーンＡ外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定される第２の円形領域であり、また第３ゾーンＣは、第２ゾーンＢ外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定される第３の円形領域である。
【００５３】
なお、ゾーン分けは三つに限定されるものではなく電極の大きさに応じて二つまたは四つ以上にすることもできる。また電極の形状も矩形である必要はなく、他の形状、例えば円形でも同様に適用できる。
【００５４】
電極３は、図示していないが、高周波電源から整合器を介して高周波電力が供給される。また、真空槽１及び基板ホルダー２は接地電位に接続されている。
【００５５】
また、図示していないが、真空槽１には、外部の成膜ガス供給源から真空槽１内へ成膜ガスを導入する成膜ガス導入系並びに真空槽１内の真空排気及び成膜ガスの排気を行なう真空排気系が設けられる。
【００５６】
図４には、本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す。図４において、図１の装置における対応した部分は同じ符号で示す。図１の装置の場合と同様に、真空槽１の内部にはアノードとして機能する基板ホルダー２及びカソードとして機能する電極３が互いに対向して配置されている。基板ホルダー２は真空槽１の底壁に取り付けられ、内部にヒーター４を備え、そして基板ホルダー２の上面に大面積基板５が載置される。
【００５７】
また、基板ホルダー２は、図示していない昇降機構によって昇降可能であり、これにより電極３との距離を調節可能にして、成膜時及びクリーニング時に基板ホルダー２と電極３との間の距離を変えるようにされる。この場合、昇降機構はまた、真空槽１の外部から内部へ処理すべき大面積基板５を搬入したり、真空槽１の内部から外部へ処理済みの大面積基板５を搬出する際の搬送動作における基板の昇降動作にも用いることができる。
【００５８】
電極３は、電極基体７と、一体に構成したシャワーヘッド８と、金属製電極本体を成すシャワープレート９とを備え、シャワーヘッド８とシャワープレート９は一体に構成されている。シャワープレート９には、同一太さの円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、各円柱状の誘電体１０の露出端面はシャワープレート９の基板ホルダー２に対向した面と同じ平面内に位置している。図５に示したように、シャワープレート９の中央部には高さの高い円柱状の誘電体１０が埋め込まれ、シャワープレート９の周辺部には高さの低い円柱状の誘電体１０が埋め込まれている。
【００５９】
また図１に示す実施形態の場合と同様に、図示されてないが、シャワープレート９には図２に示すように、円柱状の誘電体１０を除いた部位に多数のガス放出孔１１が設けられている。これにより、図示していない成膜ガス供給源から成膜ガス供給口１２を介してシャワーヘッド８の内側に供給された成膜ガスは、シャワーヘッド８の内側で拡散、混合され、そしてシャワープレート９における多数のガス放出孔１１から基板ホルダー２上の大面積基板５に向って供給される。
【００６０】
シャワープレート９の表面における円柱状の誘電体１０の配列パターンは図３に示す例と同様にされ、この場合には、誘電体１０の直径及び誘電体１０の間の間隔は固定し、第１ゾーンＡには１０ｍｍ間隔で直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱状の誘電体１０が同心円状に埋め込まれ、第２ゾーンＢには間隔１０ｍｍで長さ７ｍｍの誘電体１０が同心円状に埋め込まれ、また第３ゾーンＣには間隔１０ｍｍで長さ４ｍｍの誘電体１０が同心円状に埋め込まれる。
【００６１】
また、図示していないが、真空槽１には、真空槽１内の真空排気及び成膜ガスの排気を行なう真空排気系が設けられる。また、電極３の外寸は、基板ホルダー２に載置される大面積基板５の外寸より大きく構成されている。
【００６２】
このように構成した図１及び図４の装置の動作において、図示していない高周波電源からそれぞれ整合器を介して高周波電力が電極３に供給されると、図示していない外部の成膜ガス供給源から真空槽１内へ導入された成膜ガスは、基板ホルダー２をアノード、電極３をカソードとした容量結合型グロー放電により、真空槽１内でプラズマ化される。この場合、電極３に誘電体１０を埋め込んでいるため、異常放電を発生させることなしに、面内におけるインピーダンスを変化させて面内での電流分布を均一にし、それにより均一なプラズマを形成することができる。
【００６３】
一方、大面積基板５は、基板ホルダー２に内蔵されたヒーター４によって予め所定の温度に加熱されている。それでプラズマ化した成膜ガスによる反応生成物は基板５の表面に到達し、良好な膜厚分布をもつ所望の薄膜を基板上に形成する。
【００６４】
ところで、図４の実施形態では、円筒状の誘電体の長さは、電極表面の中央部と周辺部とで階段状に変えているが、代わりに図６に示すように電極表面の中央部から周辺部へ向かって連続して長さを短くすることもできる。
【００６５】
また、図示実施形態では、誘電体として円柱状のものを用いているが、放電空間内においては角の無い形状であればよく、断面楕円形の楕円柱上の誘電体を用いることもできる。
【００６６】
次に図７〜図１６を参照してシミュレーションに基いて本発明をさらに説明する。
実際の電極は平面であるが、シミュレーションの都合上、二次元直角座標を用いる。また形状の対称性を考慮して縦の中心線を対称面とし、全体の１／２（１８００ｍｍ）を解析領域とした。座標軸は図７〜図９に示すように取る。
【００６７】
図７に示す従来構造の駆動電極（シャワープレート）は厚さ８０ｍｍであり、アース電極すなわち基板ホルダーまでの距離を１５ｍｍとする。
【００６８】
また図８にはケース１として、駆動電極（シャワープレート）に直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を中心線Ｘ＝０から１２５０ｍｍまでの中央領域は間隔ｗ＝５ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１２５０〜１６５０ｍｍまでの領域は間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１６５０〜１８００ｍｍまでの領域は間隔ｗ＝１５ｍｍで同心円状に配置した例を示す。
【００６９】
さらに図９にはケース２として、駆動電極（シャワープレート）の中心線Ｘ＝０から１２５０ｍｍまでの中央領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝１０ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１２５０〜１６５０ｍｍまでの領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝７ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置し、Ｘ＝１６５０〜１８００ｍｍまでの領域には直径１０ｍｍ、長さｈ＝４ｍｍのアルミナ（ε＝９．０）から成る円柱状の誘電体を間隔ｗ＝１０ｍｍで同心円状に配置した例を示す。
【００７０】
シミュレーションにおける計算条件は次のとおりである。
ガ ス 種 ： 窒素ガス（Ｎ２）
荷電粒子種 ： 電子（ｅ）、窒素イオン（Ｎ２（＋））
考慮した反応 ： ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋Ｎ２ 弾性衝突
ｅ＋Ｎ２ → ２ｅ＋Ｎ２（＋） 電離
ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋２Ｎ 解離
ｅ＋Ｎ２ → ｅ＋Ｎ２（＊） 励起
Ｎ２（＋）＋Ｎ２ → Ｎ２（＋）＋Ｎ２ 電荷交換
ガス圧力 ： １５０Ｐａ
供給電圧 ： Ｖ（ｔ）＝Ｖ０＊ｓｉｎ（２πｆｔ）＋Ｖｄｃ （ｔは時間（ｓｅｃ））
Ｖ０＝２００（Ｖ）、ｆ＝２７．１２（ＭＨｚ）、Ｖｄｃ＝０（Ｖ）
境界条件 ： 駆動電極にＶ（ｔ）を供給
アース電極（ｙ＝０ｍｍ） Ｖ＝０（Ｖ）
仮想境界（ｘ＝１８００ｍｍ）、遠方（ｘ＝３０００ｍｍ）においてＶ＝０（Ｖ）
対称軸（ｘ＝０）
二次電子放出係数：０．０
なお、１／２モデルであるため電極サイズ２．４ｍ×２．６ｍの対角線の長さを半分にした長さで考察する。
【００７１】
また、計算方法としては、プラズマハイブリッドモジュール法（ＰＨＭ）を使用し、電子及びイオンフラックスの計算にはドリフト・拡散モデルを用い、電子及びイオン密度の計算には連続の式を用い、電子温度（エネルギー）、輸送パラメータ（移動度・拡散係数）、ソースレートの計算にはモンテカルロ法を用いた。
【００７２】
シミュレーション結果として図１０には、アース電極近傍における水平方向電子密度分布を示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１１にはプラズマ中心部における水平方向電子密度分布を示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１０及び図１１から認められるように平面電極の場合に比較して本発明に従って構成したケース１及びケース２の場合の方が面内均一なプラズマ処理、プラズマＣＶＤでは面内均一な成膜速度を実現し得る。
【００７３】
また、シミュレーション結果として図１２には、アース電極に入射するＮ２＋イオンフラックスを示し、グラフ（イ）は図７に示す平面電極の場合であり、グラフ（ロ）は図８に示すケース１の場合であり、グラフ（ハ）は図９に示すケース２の場合である。図１２において平面電極の場合に比較して本発明に従って構成したケース１及びケース２の場合の方がＮ２＋イオンフラックスは均一となり、従って膜質は均一となることがわかる。
【００７４】
図３に示すゾーン分けに関して上述のシミュレーションでは、周波数に２７．１２ＭＨｚを使用した場合の例であり、プラズマ密度及びイオンフラックス密度について計算している。各領域はゾーンＡ、Ｂ、Ｃに分かれており、上述のように第１ゾーンＡは、電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定され、第２ゾーンＢは、第１ゾーンＡ外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定され、また第３ゾーンＣは、第２ゾーンＢ外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定される。このゾーンＡについては１波長中の腹と節が１つづつ含まれるλの１／４の長さである直径２．７７ｍ以下でかつλの１／８の長さである直径１．３８ｍ以上であることが重要であり、より望ましくは直径２．５ｍ程度の円であることが望ましい。ゾーンＢについては波長λの１／３の長さである直径３．６９ｍ以下でかつλの１／４の長さである直径２．７７ｍ以上であることが重要であり、より望ましくは直径３．３ｍ程度の円であることが望ましい。なお、このシミュレーションで扱う電極より大きい、例えば３．６ｍｍ×３．８ｍの電極の場合には、第３ゾーンＣの外周直径を設定して第４ゾーンを画定する必要があり、１／２λ＝５．５４ｍ、一層望ましくは５．０ｍに設定され得る。
【００７５】
以下図８に示す解析モデルケース１を用いて計算したシミュレーション結果について説明する。
図１３には、一つの誘電体の直径とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示し、縦軸の“フラックス”は金属部、誘電体部それぞれへのイオン入射のフラックスを表し、またシミュレーションは電極間距離２０ｍｍで行った。グラフ１は金属、グラフ２は誘電体を示している。図１３のシミュレーション結果に示すように誘電体の直径が３０ｍｍを越すような大きなサイズの場合、特にガラス上に薄膜トランジスタを形成するプラズマＣＶＤ法での標準的な成膜条件により載置した基板上に成摸した場合には、誘電体露出部に対向する堆積エリアと金属露出部に対向する堆積エリアにおいて顕著な差が出てきてしまう。なお本発明において誘電体の直径を５ｍｍ以上としているのは誘電体の加工上の問題及び５ｍｍ以下とした場合は金属電極に埋め込む個数が非常に多くなりかつハンドリングが現実的に困難であるためである。
【００７６】
図１４には、誘電体の埋め込み深さすなわち誘電体の高さと面内でのプラズマ密度分布との関係のシミュレーション結果を示し、誘電体の埋め込み深さは５ｍｍ〜２０ｍｍであるのが好ましいことがシミュレーション結果から確認できた。これは金属と誘電体の面積比７：３にて埋め込み深さを変化させた条件において確認した。２０ｍｍ以下としているのは誘電体の加工上の問題及び２０ｍｍ以上とした場合は電圧分布の均等効果が改善しないこと及び金属電極に埋め込む際の折れなどの問題によりハンドリングが現実的に困難であるためである。
【００７７】
図１５には、誘電体の埋め込み深さによる誘電体の占める面積割合と面内でのプラズマ
密度分布との関係のシミュレーション結果を示し、グラフ１は誘電体の埋め込み深さが５ｍ
ｍの場合であり、またグラフ２は誘電体の埋め込み深さが１０ｍｍの場合であり、誘電体の占める面積比と電極面内全体でのプラズマ密度分布との相関を示す。シミュレーション結果に示すように、深さ５ｍｍの場合は５０％程度の表面積のとき±８％程度になりそれ以上面積比を増やすと逆効果になることがわかる。一方１０ｍｍの場合は３０％程度の表面積のとき±１０％程度になり、改善していることがわかる。
【００７８】
図１６には、図３に示す第１ゾーンＡ、第２ゾーンＢ及び第３ゾーンＣにおける誘電体の占める面積割合とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示し、誘電体を３ゾーンに分けて配置するパターンを採用した際の、各ゾーンでの“フラックス”がゾーン内の誘電体占有面積とどういう相関を持っているかを示す。これらのグラフから、ゾーンＡ：３０〜５０％、ゾーンＢ：２０〜：３０％、ゾーンＣ：０〜２０％、とすればゾーンＡからＣに渡って全体的にフラックスが均一であるようにすることができる。言い換えれば、プラズマ密度がそれぞれのゾーンにおいて均一になるのは、ゾーンＡでは金属と誘電体との面積割合が７：３〜５：５、ゾーンＢでは金属と誘電体との面積割合が８：２〜７：３、またゾーンＣでは金属と誘電体との面積割合がほぼ８：２であることがみてとれる。
【００７９】
なお、上記のシミュレーションにおいては、誘電体の材料としてアルミナを用いているが、アルミナに代えてＡｌＮを用いても同等の結果が得られる。
【実施例】
【００８０】
上記のシミュレーションにおけるケース１（図８）に基き、電極を作製し、誘電体を図３に示すように同心円状に配置した。誘電体の材料としてはアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を使用し、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱状のものとし、ゾーン別に誘電体の埋め込み間隔を変化させた。成膜条件は真空槽内のガス圧を２００Ｐａ、電力密度を０．５Ｗ／ｃｍ２とし、ガスにはＳｉＨ４／Ｎ２／ＮＨ３を使用した。
【００８１】
成膜結果を従来の平面電極の場合と比較して表１に示す。
【００８２】
【表１】
【００８３】
表１において、誘電体埋め込み電極は従来の平面電極に比べて、成膜速度の値が同等で、膜厚分布、膜質（エッチングレート）分布が大幅に改善されていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、特に、薄膜トランジスタの成膜に有利に用いられるが、他の大型基板をプラズマ処理するプラズマ処理装置に同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の一つの実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図２】図１の装置の電極に埋め込まれた誘電体とガス放出穴との配置例を示す部分拡大図。
【図３】図１の装置の電極に埋め込まれる誘電体の配列又は大きさ（高さ）を区分けするゾーンの設定を示す図。
【図４】本発明の別の実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図５】図４の装置において電極に埋め込まれる誘電体の配置例を拡大して示す概略断面図。
【図６】図４の装置において電極に埋め込まれる誘電体の別の配置例を拡大して示す概略断面図。
【図７】通常の平面電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図８】図１に示す装置において用いられ電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図９】図４に示す装置において用いられ電極の解析モデルを示す概略断面図。
【図１０】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるアース電極近傍における水平方向電子密度分布を示すグラフ。
【図１１】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるプラズマ中心における水平方向電子密度分布を示すグラフ。
【図１２】図７〜図９に示す解析モデルを用いたシミュレーションによるアース電極に入射するＮ２＋イオンフラックスを示すグラフ。
【図１３】一つの誘電体の直径とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１４】誘電体の埋め込み深さすなわち誘電体の高さと面内でのプラズマ密度分布との関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１５】誘電体の埋め込み深さによる誘電体の占める面積割合と面内でのプラズマ密度分布と の関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１６】図３に示す第１ゾーンＡ、第２ゾーンＢ及び第３ゾーンＣにおける誘電体の占める面積割合とフラックスとの関係のシミュレーション結果を示すグラフ。
【図１７】従来のプラズマＣＶＤ装置の一例を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００８６】
１：真空槽
２：基板ホルダー
３：電極
４：ヒーター
５：大面積基板
６：絶縁部材
７：電極基体
８：シャワーヘッド
９：シャワープレート
１０：誘電体
１１：ガス放出孔
１２：成膜ガス供給口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定された第１の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が７：３〜５：５であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、前記第１の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定された第２の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が８：２〜７：３であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、前記第２の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定された第３の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合がほぼ８：２であ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。
【請求項５】
前記各誘電体は、横断面形状が楕円形の楕円柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記各誘電体は、横断面形状が円形の円柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体が、直径５〜２０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列され、前記電極の表面の中央部に埋め込まれる各誘電体の直径が前記電極の周辺部に埋め込まれる各誘電体の直径より大きいことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数が、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面の中央部には高さの高い柱状誘電体が埋め込まれ、また電極の表面の周縁部には高さの低い柱状誘電体が埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に同心円状に配列されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記各誘電体が、アルミナ、Ａ１Ｎ、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせたものを含むグループから選択された材料から成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記電極が、アルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記電極が、一体に構成したシャワーヘッドと金属製電極本体を成すシャワープレートを備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内に成膜ガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することにより導入した成膜ガスをプラズマ化して、前記基板ホルダーに載置した基板上に成膜するようにした容量結合型グロー放電を用いるプラズマＣＶＤ装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１８】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理方法において、
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極を使用することを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
成膜ガスとしてモノシラン、ジシランのいずれか及び希釈ガスとしてアンモニア、窒素、アルゴン、一酸化二窒素、水素、ヘリウムガスのいずれか一種類または複数のガスを混合ガスとして真空槽内に供給しグロー放電プラズマを形成し、基板上に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ方法であって
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項２１】
金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極を使用することを特徴とする請求項２０に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項２２】
ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径が１／８〜１／４λの範囲に設定された第１の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が７：３〜５：５であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、前記第１の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／４〜１／３λの範囲に設定された第２の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が８：２〜７：３であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、前記第２の円形領域外で電極の中心を中心とする直径が１／３〜１／２λの範囲に設定された第３の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合がほぼ８：２であ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。
【請求項５】
前記各誘電体は、横断面形状が楕円形の楕円柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記各誘電体は、横断面形状が円形の円柱状構造であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれた複数個の各円柱状誘電体が、直径５〜２０ｍｍ、高さ５〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列され、前記電極の表面の中央部に埋め込まれる各誘電体の直径が前記電極の周辺部に埋め込まれる各誘電体の直径より大きいことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体の数が、電極の中央部で多く、周縁部で少なく配置されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面の中央部には高さの高い柱状誘電体が埋め込まれ、また電極の表面の周縁部には高さの低い柱状誘電体が埋め込まれることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に同心円状に配列されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面に埋め込まれる複数個の誘電体が電極の表面に等間隔に配列されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記各誘電体が、アルミナ、Ａ１Ｎ、マセライト等のセラミクスとこれらの組み合わせたものを含むグループから選択された材料から成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記電極が、アルミニウム及びその合金を基材とし、アルマイト、アルミナ溶射、Ｙ２Ｏ３溶射のいずれかの表面処理が施されていることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記電極が、一体に構成したシャワーヘッドと金属製電極本体を成すシャワープレートを備えていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内に成膜ガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することにより導入した成膜ガスをプラズマ化して、前記基板ホルダーに載置した基板上に成膜するようにした容量結合型グロー放電を用いるプラズマＣＶＤ装置において、
前記電極が、金属製電極本体と、前記基板ホルダーに対向する前記金属製電極本体の表面に埋め込まれた複数個の誘電体とで構成され、前記基板ホルダーに対向する前記電極の表面が平坦であり、該表面に埋め込まれる複数個の誘電体の端表面が前記電極の表面と同じ平面内に位置していること
を特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項１８】
真空槽内に、基板ホルダーと電極とを対向させて配置し、前記真空槽内にガスを導入すると共に前記電極に高周波電力を供給することによりプラズマを発生し、前記基板ホルダーに載置した基板に対してプラズマ処理を行う容量結合型グロー放電を用いるプラズマ処理方法において、
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１９】
金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極を使用することを特徴とする請求項１８に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
成膜ガスとしてモノシラン、ジシランのいずれか及び希釈ガスとしてアンモニア、窒素、アルゴン、一酸化二窒素、水素、ヘリウムガスのいずれか一種類または複数のガスを混合ガスとして真空槽内に供給しグロー放電プラズマを形成し、基板上に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ方法であって
高周波電力を供給する電極として、放電に対向する金属製電極本体の表面に複数個の誘電体を埋め込みそれぞれの誘電体の端表面が金属製電極本体の表面と同じ平面内に位置する構造の金属電極を使用し、大面積基板に均一に成膜できるようにしたこと
を特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項２１】
金属電極に供給する高周波電力の周波数に応じて、金属電極表面と誘電体の端表面との面積比の異なる構造の金属電極を使用することを特徴とする請求項２０に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項２２】
ガラス基板上に薄膜トランジスタを形成することを特徴とする請求項２０又は２１に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００６−３２４６０３（Ｐ２００６−３２４６０３Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４８５７４（Ｐ２００５−１４８５７４）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００２３１４６４）株式会社アルバック (1,740)
【Ｆターム（参考）】
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