プラズマ処理装置およびこれを用いた半導体素子の製造方法
【課題】対向するカソード／アノードの放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電を発生させず、基板面内のプラズマ処理の均一化を図る。
【解決手段】プラズマ処理装置１００は、チャンバ３と、カソード１と、複数のアノード２とを備える。複数のアノード２は、カソード放電面に対してアノード放電面が対向するように配置されている。カソード１は、カソード端面に給電部５を有し、カソード放電面およびアノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。カソード放電面およびアノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は、前記対称軸に垂直な方向の最大幅よりも小さい。給電部５は、前記対称軸を含みカソード放電面に対して垂直な面である基準面とカソード端面との交差線上にある。アノード２は、前記基準面に対し面対称な位置に、接地部４３を有している。
【解決手段】プラズマ処理装置１００は、チャンバ３と、カソード１と、複数のアノード２とを備える。複数のアノード２は、カソード放電面に対してアノード放電面が対向するように配置されている。カソード１は、カソード端面に給電部５を有し、カソード放電面およびアノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。カソード放電面およびアノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は、前記対称軸に垂直な方向の最大幅よりも小さい。給電部５は、前記対称軸を含みカソード放電面に対して垂直な面である基準面とカソード端面との交差線上にある。アノード２は、前記基準面に対し面対称な位置に、接地部４３を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびこれを用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、太陽電池および半導体素子などの製造現場において、薄膜形成やエッチングなどといった処理工程に広く使用されている。
【０００３】
プラズマ処理装置とは一般に、対向配置された一対の放電用電極を設け、一方の放電用電極（カソード）にプラズマ発生用の外部電源を接続し、他方の放電用電極（アノード）を接地して、カソード／アノード間にプラズマ発生用の反応ガスを導入した後、カソードとアノードとの間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、このプラズマによって被処理物を処理する装置のことである。ガラス基板やシリコンウェハなどの被処理物をカソード／アノード間に発生したプラズマ中に保持することで、被処理物への薄膜形成、被処理物のエッチングなどのプラズマ処理を行なうことができる。
【０００４】
カソードが１面のみの放電面を有する場合、放電面と平行な位置にありアノードと対向しない側のカソード表面を「カソード裏面」と定義する。さらに、本明細書においては、平面または曲面からなり、カソード外周を構成する面を「端面」と定義する。
【０００５】
このようなプラズマ処理装置において、一般的には、外部電源からの電力は、カソード裏面の中央部（たとえばカソード裏面の形状が矩形ならば、その対角線の交点近傍領域）に給電することが好ましいといわれている。
【０００６】
しかしながら、生産性を上げるために、表裏２面の放電面を有するカソードを備えたプラズマ処理装置が存在する。そのようなプラズマ処理装置を使用する場合には、アノードに対向しないカソード裏面が存在しないので、カソード裏面中央部への給電は不可能である。
【０００７】
また、カソードおよびアノードを対向配置した一対の放電用電極を複数組その対向方向に配列し、複数のアノード表面において被処理物を同時にプラズマ処理できる構成とした場合において、カソードに給電するための配線部をカソードに近接して平行配置すると、配線部とカソードとの間に異常放電が起きるおそれがあり、カソードと配線部との間に異常放電が発生しない程度の間隔をあける必要がある。このため、一般的にプラズマ処理装置には配線部のスペース確保が必要であり、配線部のスペースを確保するために装置が大型化するといった問題がある。
【０００８】
米国特許第４，２８９，５９８号（特許文献１）には、カソードの周縁部に給電用および接地用の電気配線が接続された装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，２８９，５９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されたプラズマ処理装置では、同文献の代表図に示されるように、カソードに給電するための配線部がカソード端部から距離を置いて配置されており、カソード間の距離を小さくすることができない。もしカソード間の距離を小さくすると、配線部とカソードとの間の距離が小さくなり、その隙間部分に異常放電が起きるおそれがある。
【００１１】
この異常放電発生の問題は、装置を小型化するためにカソード／アノードの複数の対の間の距離を小さくする場合に特に問題となる。
【００１２】
そこで、本発明は、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理ができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、チャンバと、上記チャンバ内に配置され、主面であるカソード放電面と上記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、上記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面をそれぞれ有する複数のアノードとを備える。上記複数のアノードは、上記カソード放電面に対して上記アノード放電面が対向するように配置されている。上記カソードは、上記カソード端面に給電部を有する。上記カソード放電面および上記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。上記カソード放電面および上記アノード放電面の上記対称軸方向の最大幅は上記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さい。上記給電部は、上記対称軸を含み上記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と上記カソード端面との交差線上にある。上記アノードは、上記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの平面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの斜視図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの断面図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるアノードの斜視図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に含まれるカソードとアノードとの組合せの位置関係を示す図である。
【図７】カソードの給電部に配線部を接続する構造の説明図である。
【図８】アノードの接地部に配線部を接続する構造の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第１の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第１の例におけるカソードおよびアノードの集合体の側面図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図１４】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第３の側面図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置の概略図である。
【図２２】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置に備わるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図２３】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置に備わるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図２４】本発明に基づくプラズマ処理装置の効果を確認するための実施例３におけるカソードおよびアノードの集合体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図６を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置１００について説明する。プラズマ処理装置１００の全体の概略を図１に示す。図２、図３はこのプラズマ処理装置１００に備わるカソード１を単独で取り出したものである。図４はカソード１のＩＶ−ＩＶ線に関する矢視断面図である。図５は、このプラズマ処理装置１００に備わるアノード２を単独で取り出したものである。
【００１７】
このプラズマ処理装置１００は、図１に示すようにチャンバ３と、チャンバ３内に配置され、主面であるカソード放電面１ａとこのカソード放電面１ａの外周を構成するカソード端面１ｂとを有するカソード１と、チャンバ３内に配置され、主面であるアノード放電面２ａをそれぞれ有する複数のアノード２とを備える。複数のアノード２は、カソード放電面１ａに対してアノード放電面２ａが対向するように配置されている。カソード１は、カソード端面１ｂに給電部５を有する。図２、図３および図５に示すように、カソード放電面１ａおよびアノード放電面２ａは、共通する一定の対称軸４０に関して線対称な形状である。図２に示すように、カソード放電面１ａおよびアノード放電面２ａの対称軸４０方向の最大幅Ａは、対称軸４０に対して垂直な方向の最大幅Ｂよりも小さい。図６に示すように、給電部５は、対称軸４０を含みカソード放電面１ａに対して垂直な面である基準面４１とカソード端面１ｂとの交差線上にある。アノード２は、基準面４１に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部４３を有している。
【００１８】
図１に示したプラズマ処理装置１００は、１つの板状のカソード１の両面を放電面とした構成であり、１つのカソード１を２つのアノード２が所定間隔を置いて挟み込むように、対向配置されている。すなわち、カソード１とアノード２との組合せの部分だけを示すと図６に示すような位置関係である。図６に示した構成を以下、本実施の形態における「第１の例」と呼ぶものとする。アノード２は、アノード放電面２ａの外周を構成するアノード端面２ｂを有する。図１ではカソード１がチャンバー３内に１つだけ配置されている例を示したが、カソード１が複数配置されていても構わない。カソード１が複数配置されている場合は、各カソード１に対してそれぞれ２つのアノード２が挟み込むように、すなわち図６に示すように、所定間隔を置いて対向配置されていればよい。
【００１９】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置１００が備えるカソード１は、図２〜図４に示すように中空かつ平板状のものであり、表裏両面にカソード放電面１ａが設けられている。すなわち、１つのカソード１はカソード放電面１ａを２面有する。カソード放電面１ａにはガス吹出し口１１が設けられている。このカソード１は、いわゆるシャワープレート型の電極である。ただし、これは本発明の一例に過ぎない。カソード１にガス吹出し口１１を設けずに、チャンバ３の壁面あるいは内部空間のいずれかの場所にガス供給口を設けた構成としてもよい。
【００２０】
（作用・効果）
カソード１が有するカソード放電面１ａが対称軸４０に関して線対称な形状（図２参照）となっていることにより、定在波によるカソード１内の電圧分布を給電部５に対して線対称とすることができる。さらに、カソード放電面１ａの対称軸４０方向の最大幅Ａは対称軸４０に対して垂直な方向の最大幅Ｂよりも小さくなっているので、対称軸４０方向におけるカソード１内の電圧分布も小さくすることができる。その結果、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００２１】
本実施の形態では、カソード放電面１ａの形状を長方形としたが、その他の多角形、円形またはこれらを組み合わせた形状であってもよい。
【００２２】
本発明としては、前記カソード放電面は最長辺と非最長辺とを含む多角形形状であり、前記給電部は、前記カソード放電面の前記最長辺側の前記カソード端面に設けられていることが好ましい。このようになっていれば、カソード内の電圧分布を小さくすることができる。
【００２３】
（給電部および接地部の配置）
本実施の形態における給電部５とは、たとえば図７に示すように、銅、ステンレス、アルミ合金などの金属材料からなるネジ留め部品５１を用いて、配線部５２とカソード１とを電気的に接続するための領域をいう。
【００２４】
本実施の形態における接地部４３とは、たとえば図８に示すように、銅、ステンレス、アルミ合金などの金属材料からなるネジ留め部品５３を用いて、配線部５４とアノード２とを電気的に接続するための領域をいう。
【００２５】
配線部５２の一端はカソード１の給電部５に取り付けられ、配線部５２の他端は図１に示したようにインピーダンス整合回路７を介して外部電源６に接続されている。配線部５２は、カソード１がプラズマのエネルギにより加熱された際の熱歪みによる応力を緩和するために、金属製の網などの可撓性導体からなることが好ましい。
【００２６】
配線部５４の一端はアノード２の接地部４３に取り付けられ、配線部５４の他端はチャンバ３の内壁に取り付けられている。チャンバ３は、ステンレスなどの金属材料により構成されており、電気的に接地されている。したがって、アノード２は、配線部５４およびチャンバ３を通じて接地されているといえる。配線部５４は、アノード２がプラズマのエネルギにより加熱された際の熱や、ヒータによって加熱されることによる熱歪みの応力を緩和するために、金属製の網などの可撓性導体からなることが好ましい。
【００２７】
第１の例におけるカソード１およびアノード２の集合体を、図６における矢印８１の側から見たところを図９に示す。図６における手前側は図９における左側となっている。
【００２８】
第１の例におけるカソード１およびアノード２の集合体を、図６における矢印８２の側から見たところを図１０に示す。カソード１とアノード２との間にはこのように間隙があいている。図６に示すように、接地部４３は、基準面４１に対して面対称になるようにアノード端面２ｂの中央部に設けられている。したがって、図９に示すように、各アノード２には接地部４３が２ヶ所設けられている。カソード１の放電面１ａが長方形である場合には、給電部５は長方形の長辺側のカソード端面１ｂの中央部に設けられていることが好ましい。給電部５を長方形の長辺側の端面に設けることによって、短辺側に設ける場合よりも、カソード１とアノード２との間に発生するプラズマを一層均一にすることができる。
【００２９】
カソード１としては、たとえば、カソード放電面１ａの一辺が４００ｍｍ以上２５００ｍｍ以下である長方形または正方形のものが使用される。
【００３０】
（第２の例）
本実施の形態における第２の例として、図１１〜図１３に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１１は平面図、図１２および図１３は側面図である。図１３は、図１２における右側から見た状態を示している。
【００３１】
ただし、ここでいう「平面図」は、「平面図」という用語の通常の意義どおり上方から見た図を意味するが、ここで想定する「上」は絶対的な上を意味するものではなく、あくまで説明の便宜のために図面の中での相対的な上下関係を示すものである。したがって、実際の装置に取り付ける向きはこのとおりの上下関係とは限らない。以下の各例においても同様である。
【００３２】
第２の例においては、給電部５は図１１および図１２の左側にあるカソード端面１ｂに設けられている。アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面１ｂと反対側、すなわち、図１１および図１２における右側に位置するアノード端面２ｂ１が基準面４１と交わる直線上の１ヶ所に設けられている。
【００３３】
この構成においては、カソード１の給電部５から離れた位置にアノード２の接地部４３を設けることにより、カソード１のカソード放電面１ａ内の電圧分布が改善され、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３４】
アノード２の接地部４３は、第２の例で示したように、給電部５が設けられたカソード端面とは反対側に位置するアノード端面に設けられていることが好ましい。
【００３５】
（第３の例）
本実施の形態における第３の例として、図１４〜図１６に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１４は平面図、図１５および図１６は側面図である。図１６は、図１５における右側から見た状態を示している。
【００３６】
第３の例においては、給電部５は図１４および図１５における左側にあるカソード端面１ｂに設けられている。アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面１ｂとは反対側、すなわち、図１４および図１５における右側に位置するアノード端面２ｂ１において、１つのアノード２ごとに２ヶ所ずつ設けられている（図１６参照）。この構成においては、カソード１の給電部５からより離れた位置にアノード２の接地部４３を設けることにより、カソード１のカソード放電面１ａ内の電圧分布が改善され、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３７】
（第４の例）
本実施の形態における第４の例として、図１７〜図２０に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１７は平面図、図１８および図１９は側面図である。図１９は、図１８における右側から見た状態を示している。図２０は、図１８における左側から見た状態を示している。
【００３８】
第４の例は、図１４〜図１６で示した第３の例の構成に、さらに複数の接地部４３を追加したものである。第４の例では、給電部５が設けられたカソード端面１ｂ側（図１７における左側）と同じ側に位置するアノード端面２ｂ２に接地部４３がさらに設けられている。図１７における左側から見た場合、図２０に示すように、中央の給電部５を取り囲むように４ヶ所の接地部４３が見えることとなる。
【００３９】
この構成においては、任意の１つのアノード２に注目すれば、互いに対向する２つのアノード側面２ｂ１，２ｂ２に接地部４３が２ヶ所ずつ設けられているので、１つのアノード２は合計４ヶ所の接地部４３を有することとなる。
【００４０】
このように、アノード２の接地部４３を、カソード１の給電部５から離れた位置にあるアノード端面２ｂ１にまず設けた上に、さらに、給電部５と同じ側のアノード端面２ｂ２にも設けることで、カソード放電面１ａ内の電圧分布がさらに改善し、より均一なプラズマ処理を行なうことができるので好ましい。
【００４１】
第１、第３、第４の例に示したように、アノード２の接地部４３は、１つのアノード２に対して複数箇所に設けられていることが好ましい。この構成を採用することにより、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００４２】
第４の例に示したように、アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面と同じ側に位置するアノード端面にも設けられていることが好ましい。
【００４３】
（チャンバなど）
これらのカソード１およびアノード２は、図１に示したように、収納容器としてのチャンバ３内に配置されており、このチャンバ３内を減圧するために、ロータリーポンプなどの減圧手段８が設けられるのが一般的である。
【００４４】
このようなチャンバ３、カソード１およびアノード２は、ステンレスやアルミ合金などの金属材料により形成されており、カソード１へは、外部電源６により電力が供給される。外部電源６には、１ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数が使用され、カソード１へ投入される電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．５Ｗ／ｃｍ2以下とされる。さらに、プラズマ処理の放電面内均一性の観点から、外部電源６の周波数は、５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下が好ましく、９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下の周波数がさらに好ましい。また、電力密度は、０．０５Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下、さらに０．１Ｗ／ｃｍ2以上０．２Ｗ／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００４５】
被処理物１０は、アノード２上に配置され、アノード２にヒータ４を設けることにより、被処理物１０を加熱することができる。被処理物１０の温度は、一般に１００℃から３００℃程度に設定される。
【００４６】
アノード２の形状および寸法は被処理物１０の形状や寸法に応じて適当な値に設定することとしてよい。本実施の形態では、アノード２はカソード１とほぼ同じ形状および寸法になるように設定した。
【００４７】
なお、外部電源６とチャンバ３との間には通常、カソード１およびアノード２と外部電源６とのインピーダンスを整合するためのインピーダンス整合回路７が配設されている。
【００４８】
（動作）
以上のように構成されたプラズマ処理装置１００において、チャンバ３内部を減圧手段８によって減圧し、次に反応ガス１２を所定の流量および圧力でカソード放電面１ａに形成されたガス吹出し口１１を通してカソード１とアノード２との間隙に導入し、チャンバ３内部を所定の圧力に設定し、カソード１に高周波電力を印加することで、カソード１とアノード２との間にプラズマを発生させることができる。
【００４９】
ここで、反応ガス１２がシリコンなどの原料ガスであれば、アノード２に配置した被処理物１０の表面にシリコンなどからなる薄膜（非晶質の膜または結晶性の膜）を形成することができる。
【００５０】
（半導体素子の製造方法）
本発明に基づく半導体素子の製造方法は、上述のプラズマ処理装置を用いた半導体素子の製造方法であって、給電部５に給電される交流電力の周波数が９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下である。このような半導体素子の製造方法によれば、得られる膜厚を均一にして効率よく生産を行なうことができる。
【００５１】
（実施の形態２）
（構成）
図２１〜図２３を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置６００について説明する。プラズマ処理装置６００の全体の概略を図２１に示す。プラズマ処理装置６００においては、対向配置されたカソード１とアノード２とからなる放電用電極対がチャンバ３内に対向方向に沿って複数組配置されている。
【００５２】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置６００においては、カソード１の一方の主面にガス吹出し口１１が形成され、他方の主面にはガス吹出し口１１は形成されていない。１つのカソード１当たりに対向配置されたアノード２の数は１つである。これ以外の構成は、基本的に実施の形態１で説明したものと同様である。
【００５３】
図２１では、カソード１とアノード２とからなる放電用電極対がチャンバ３内に２組配置されている例を示したが、２組ではなく３組以上配置されていてもよい。
【００５４】
一例として３組配置されている場合の構成を図２２、図２３に示す。図２２は、これら３組の放電電極対を図２３における上方から見た状態に相当する。ただし、ここでいう「上方」は絶対的な上を意味するものではなく、あくまで説明の便宜のために図面の中での相対的な上下関係を示す表現に過ぎない。したがって、実際の装置に取り付ける向きはこのとおりの上下関係とは限らない。以下の各例においても同様である。
【００５５】
このプラズマ処理装置６００は、チャンバ３と、チャンバ３内に配置された、複数の放電電極対とを備える。前記複数の放電電極対に含まれる各々の放電電極対は、主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソード１と、チャンバ３内に配置され、主面であるアノード放電面を有するアノード２とが前記カソード放電面と前記アノード放電面とを以って互いに対向するように配置されたものである。前記複数の放電電極対は、カソード１とアノード２とが対向する方向に沿って配列されている。カソード１は、前記カソード端面に給電部５を有する。前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さい。給電部５は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にある。前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している。
【００５６】
本実施の形態では、カソード１のカソード端面のうちの１箇所に給電部５が設けられている。カソード放電面１ａが正方形の場合には、そのいずれかの端面に給電部５が設けられていればよいが、長方形の場合はその長辺側の端面に設けられることが好ましい。
【００５７】
また、カソード１およびアノード２からなる放電用電極対が３組以上配置されている場合には、図２３に示すように、互いに隣接する放電用電極対の各カソード１への給電部５は、互いに反対側に位置するカソード端面にそれぞれ設けられている。これについては図２３を参照しつつより詳しく説明する。
【００５８】
本実施の形態では、図２３における上下方向に沿って並ぶようにカソード１００１，１００２，１００３が配置されている。各カソードに対してはそれぞれ対向するアノードが配置されており、それぞれ放電用電極対をなしている。最上部のカソード１００１の給電部５は図中左側のカソード端面１ｂ２に設けられ、上から２段目のカソード１００２の給電部５は図中右側のカソード端面１ｂ１に設けられ、上から３段目のカソード１００３の給電部５は図中左側のカソード端面１ｂ２に設けられている。このように給電部５が互いに逆の側に交互に配置された構成とすることが望ましい。
【００５９】
（作用・効果）
このような構成とすることにより、上下方向に互いに隣接するカソード１に接続される配線部５２同士が干渉しにくくなる。また、上下方向に互いに隣接するアノード２の配線部５４同士も干渉しにくくなる。その結果、プラズマ処理装置全体の電極配列方向に関するサイズのコンパクト化が可能となる。
【００６０】
図２３に示すように、被処理物１０が設置される間隙におけるカソード１とアノード２との電極間距離をｄ１とする。互いに隣接する放電用電極対同士の間の間隙における電極間距離をｄ２とする。ｄ１およびｄ２は、ｄ２＞ｄ１の関係となっていることが好ましい。このような位置関係とすることにより、各放電用電極対のカソード１とアノード２との間に発生するプラズマが相互に干渉しにくくなり、各基板への均一な成膜が可能となる。
【００６１】
図２３では、放電用電極対が上下方向に並んでいる例を示したが、並ぶ方向は上下方向に限らず他の方向に並んでいてもよい。
【００６２】
以下、本発明に基づくプラズマ処理装置のより具体的な実施例として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置およびその使用結果について説明する。
【００６３】
（実施例１：長辺給電の場合）
まず、実施例１としてカソードの長辺から給電した場合について説明する。この実施例におけるプラズマＣＶＤ装置は図１と同様の構成を有する。このプラズマＣＶＤ装置の給電部および接地部の配置は、図１７〜図１９と同様とした。
【００６４】
このようなプラズマＣＶＤ装置１００において、カソード１の放電面形状は、長方形とし、そのサイズは、短辺の長さが６００ｍｍ、長辺の長さが１０００ｍｍであるものとした。給電部５をカソード１の長辺側の端面の中央部の１箇所に設けた。給電部から印加する電極の周波数は１２〜２０ＭＨｚの範囲内とし、その中でも特に１３．５６ＭＨｚを選択した。この周波数で給電部５から１ｋＷの電力を印加した。この状態で、ＳｉＨ4ガス０．２ＳＬＭおよびＨ2ガス１．０ＳＬＭをチャンバ３内に導入し、チャンバ３内の圧力を５００Ｐａとしてアモルファスシリコン膜を成膜した。なお、「ＳＬＭ」とは、１ａｔｍ（＝１０１３２５Ｐａ）、０℃における１分間当たりの流量をリットルで表示した単位である。
【００６５】
上述の条件でシリコン薄膜を成膜した後、得られたシリコン薄膜の膜厚分布を接触型膜厚測定器により測定した。なお、ここでいう膜厚分布は、基板面内９点の最大膜厚と最小膜厚との差Ｃをまず求め、次に、基板面内９点の最大膜厚と最小膜厚との平均値Ｄを求め、Ｄに対するＣの比率を求めたものである。膜厚を測定した９点は、基板中央１点、基板各辺から１５ｍｍ内側に入った４隅の角部４点、これら５点の各中間点の計９点である。これらの９点において測定して得られた膜厚をそれぞれｔ１〜ｔ９と表す。言い換えれば、「膜厚分布」とは、（（ｔ１〜ｔ９のうちの最大値）―（ｔ１〜ｔ９のうちの最小値））／（（ｔ１〜ｔ９の最大値）＋（ｔ１〜ｔ９の最小値））×１００により計算した値である。
【００６６】
実施例１の結果、膜厚分布は８．５％であった。
（実施例２）
実施例１の構成において印加電力をパルス変調したものに置き換え、実施例１と同様にシリコン薄膜を成膜した。パルス変調のＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）の比率（デューティー比）は０．２とし、ＯＮ時間＝０．５ミリ秒、ＯＦＦ時間＝２．０ミリ秒とした。
【００６７】
実施例２の結果、膜厚分布は５．０％であった。
（比較例１：短辺給電の場合）
カソードに給電する側が長辺である場合と短辺である場合とで膜厚分布にどの程度違いが生じるか検証するために、比較例１として、実施例１と同様の構成および条件でカソードの短辺から給電する構成として実験を行なった。
【００６８】
比較例１の結果、膜厚分布２０．０％であり、給電部近傍に位置する部分の膜厚が薄くなる傾向が見られた。
【００６９】
（実施例３：微結晶製膜の場合）
実施例３として、以下の条件で実験を行なった。
【００７０】
装置構成は、実施の形態２の図２１と同様とし、放電用電極対は２組とした。２組の放電用電極対は、図２１に示すようにカソードとアノードとが対向する方向に沿って配列した。給電部および接地部の配置は、図２４に示すものとした。図２４に示す配置は、図２３に示した配置と思想は同じであり、放電用電極対の数を２組に減らしたものである。したがって、給電部の設けられる側が放電用電極対ごとに互いに逆となっている。
【００７１】
カソード１の放電面形状は、その短辺の長さが１０００ｍｍ、長辺の長さが１５００ｍｍの長方形とした。
【００７２】
電源周波数は１２．５ＭＨｚ、印加電力は２ｋＷとした。均一性と微結晶シリコンの結晶化の観点から、電源周波数は９〜１３ＭＨｚが好ましく、１０．５〜１２ＭＨｚがさらに望ましい。
【００７３】
アノード放電面の形状はカソード放電面の形状と同一とした。カソードとアノードとの間隔ｄ１は約２０ｍｍとし、互いに隣接する放電用電極対同士の距離ｄ２は５０ｍｍとした。
【００７４】
導入反応ガスはＳｉＨ4とＨ2との混合ガスであり、流量についてはＳｉＨ4が０．１ＳＬＭ、Ｈ2が７ＳＬＭとなるようにした。
【００７５】
チャンバー内の圧力は６００〜１４００Ｐａとすることができ、本実施例では８００Ｐａとした。
【００７６】
被処理物としてのガラス基板は、短辺の長さが９００ｍｍ、長辺の長さが１４００ｍｍである矩形形状のものとした。
【００７７】
基板加熱温度は２００℃とした。
上記実施例３において、２ヶ所の放電空間に設置された２枚のガラス基板の測定箇所合計１８点について、調べたところ、膜厚分布は８．０％、各箇所の結晶化率は３以上の良好な結晶化率を有するｉ型結晶質シリコン膜が得られた。なお、結晶化率は、ラマン分光法により測定される４８０ｃｍ-1付近におけるピークに対する５２０ｃｍ-1付近におけるピークのピーク強度比Ｉ520／Ｉ480により算出した。
【００７８】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７９】
１，１００１，１００２，１００３ カソード、１ａ カソード放電面、１ｂ，１ｂ１，１ｂ２ カソード端面、２ アノード、２ａ アノード放電面、２ｂ，２ｂ１，２ｂ２ アノード端面、３ チャンバ、４ ヒータ、５ 給電部、６ 外部電源、７ インピーダンス整合回路、８ 減圧手段、１０ 被処理物、１１ ガス吹出し口、１２ 反応ガス、４０ 対称軸、４１ 基準面、４３ 接地部、５１，５３ ネジ留め部品、５２，５４ 配線部、８１，８２ 矢印、１００，６００ プラズマ処理装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置およびこれを用いた半導体素子の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は、太陽電池および半導体素子などの製造現場において、薄膜形成やエッチングなどといった処理工程に広く使用されている。
【０００３】
プラズマ処理装置とは一般に、対向配置された一対の放電用電極を設け、一方の放電用電極（カソード）にプラズマ発生用の外部電源を接続し、他方の放電用電極（アノード）を接地して、カソード／アノード間にプラズマ発生用の反応ガスを導入した後、カソードとアノードとの間に電圧を印加することによってプラズマを発生させ、このプラズマによって被処理物を処理する装置のことである。ガラス基板やシリコンウェハなどの被処理物をカソード／アノード間に発生したプラズマ中に保持することで、被処理物への薄膜形成、被処理物のエッチングなどのプラズマ処理を行なうことができる。
【０００４】
カソードが１面のみの放電面を有する場合、放電面と平行な位置にありアノードと対向しない側のカソード表面を「カソード裏面」と定義する。さらに、本明細書においては、平面または曲面からなり、カソード外周を構成する面を「端面」と定義する。
【０００５】
このようなプラズマ処理装置において、一般的には、外部電源からの電力は、カソード裏面の中央部（たとえばカソード裏面の形状が矩形ならば、その対角線の交点近傍領域）に給電することが好ましいといわれている。
【０００６】
しかしながら、生産性を上げるために、表裏２面の放電面を有するカソードを備えたプラズマ処理装置が存在する。そのようなプラズマ処理装置を使用する場合には、アノードに対向しないカソード裏面が存在しないので、カソード裏面中央部への給電は不可能である。
【０００７】
また、カソードおよびアノードを対向配置した一対の放電用電極を複数組その対向方向に配列し、複数のアノード表面において被処理物を同時にプラズマ処理できる構成とした場合において、カソードに給電するための配線部をカソードに近接して平行配置すると、配線部とカソードとの間に異常放電が起きるおそれがあり、カソードと配線部との間に異常放電が発生しない程度の間隔をあける必要がある。このため、一般的にプラズマ処理装置には配線部のスペース確保が必要であり、配線部のスペースを確保するために装置が大型化するといった問題がある。
【０００８】
米国特許第４，２８９，５９８号（特許文献１）には、カソードの周縁部に給電用および接地用の電気配線が接続された装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，２８９，５９８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に開示されたプラズマ処理装置では、同文献の代表図に示されるように、カソードに給電するための配線部がカソード端部から距離を置いて配置されており、カソード間の距離を小さくすることができない。もしカソード間の距離を小さくすると、配線部とカソードとの間の距離が小さくなり、その隙間部分に異常放電が起きるおそれがある。
【００１１】
この異常放電発生の問題は、装置を小型化するためにカソード／アノードの複数の対の間の距離を小さくする場合に特に問題となる。
【００１２】
そこで、本発明は、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理ができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明に基づくプラズマ処理装置は、チャンバと、上記チャンバ内に配置され、主面であるカソード放電面と上記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、上記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面をそれぞれ有する複数のアノードとを備える。上記複数のアノードは、上記カソード放電面に対して上記アノード放電面が対向するように配置されている。上記カソードは、上記カソード端面に給電部を有する。上記カソード放電面および上記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。上記カソード放電面および上記アノード放電面の上記対称軸方向の最大幅は上記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さい。上記給電部は、上記対称軸を含み上記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と上記カソード端面との交差線上にある。上記アノードは、上記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の概略図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの平面図である。
【図３】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの斜視図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるカソードの断面図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に備わるアノードの斜視図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置に含まれるカソードとアノードとの組合せの位置関係を示す図である。
【図７】カソードの給電部に配線部を接続する構造の説明図である。
【図８】アノードの接地部に配線部を接続する構造の説明図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第１の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第１の例におけるカソードおよびアノードの集合体の側面図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第２の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図１４】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第３の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第２の側面図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置の第４の例におけるカソードおよびアノードの集合体の第３の側面図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置の概略図である。
【図２２】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置に備わるカソードおよびアノードの集合体の平面図である。
【図２３】本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置に備わるカソードおよびアノードの集合体の第１の側面図である。
【図２４】本発明に基づくプラズマ処理装置の効果を確認するための実施例３におけるカソードおよびアノードの集合体の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図６を参照して、本発明に基づく実施の形態１におけるプラズマ処理装置１００について説明する。プラズマ処理装置１００の全体の概略を図１に示す。図２、図３はこのプラズマ処理装置１００に備わるカソード１を単独で取り出したものである。図４はカソード１のＩＶ−ＩＶ線に関する矢視断面図である。図５は、このプラズマ処理装置１００に備わるアノード２を単独で取り出したものである。
【００１７】
このプラズマ処理装置１００は、図１に示すようにチャンバ３と、チャンバ３内に配置され、主面であるカソード放電面１ａとこのカソード放電面１ａの外周を構成するカソード端面１ｂとを有するカソード１と、チャンバ３内に配置され、主面であるアノード放電面２ａをそれぞれ有する複数のアノード２とを備える。複数のアノード２は、カソード放電面１ａに対してアノード放電面２ａが対向するように配置されている。カソード１は、カソード端面１ｂに給電部５を有する。図２、図３および図５に示すように、カソード放電面１ａおよびアノード放電面２ａは、共通する一定の対称軸４０に関して線対称な形状である。図２に示すように、カソード放電面１ａおよびアノード放電面２ａの対称軸４０方向の最大幅Ａは、対称軸４０に対して垂直な方向の最大幅Ｂよりも小さい。図６に示すように、給電部５は、対称軸４０を含みカソード放電面１ａに対して垂直な面である基準面４１とカソード端面１ｂとの交差線上にある。アノード２は、基準面４１に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部４３を有している。
【００１８】
図１に示したプラズマ処理装置１００は、１つの板状のカソード１の両面を放電面とした構成であり、１つのカソード１を２つのアノード２が所定間隔を置いて挟み込むように、対向配置されている。すなわち、カソード１とアノード２との組合せの部分だけを示すと図６に示すような位置関係である。図６に示した構成を以下、本実施の形態における「第１の例」と呼ぶものとする。アノード２は、アノード放電面２ａの外周を構成するアノード端面２ｂを有する。図１ではカソード１がチャンバー３内に１つだけ配置されている例を示したが、カソード１が複数配置されていても構わない。カソード１が複数配置されている場合は、各カソード１に対してそれぞれ２つのアノード２が挟み込むように、すなわち図６に示すように、所定間隔を置いて対向配置されていればよい。
【００１９】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置１００が備えるカソード１は、図２〜図４に示すように中空かつ平板状のものであり、表裏両面にカソード放電面１ａが設けられている。すなわち、１つのカソード１はカソード放電面１ａを２面有する。カソード放電面１ａにはガス吹出し口１１が設けられている。このカソード１は、いわゆるシャワープレート型の電極である。ただし、これは本発明の一例に過ぎない。カソード１にガス吹出し口１１を設けずに、チャンバ３の壁面あるいは内部空間のいずれかの場所にガス供給口を設けた構成としてもよい。
【００２０】
（作用・効果）
カソード１が有するカソード放電面１ａが対称軸４０に関して線対称な形状（図２参照）となっていることにより、定在波によるカソード１内の電圧分布を給電部５に対して線対称とすることができる。さらに、カソード放電面１ａの対称軸４０方向の最大幅Ａは対称軸４０に対して垂直な方向の最大幅Ｂよりも小さくなっているので、対称軸４０方向におけるカソード１内の電圧分布も小さくすることができる。その結果、対向するカソード／アノード放電空間を複数有するプラズマ処理装置において、配線とカソードとの間に異常放電が発生することがなく、基板面内に均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００２１】
本実施の形態では、カソード放電面１ａの形状を長方形としたが、その他の多角形、円形またはこれらを組み合わせた形状であってもよい。
【００２２】
本発明としては、前記カソード放電面は最長辺と非最長辺とを含む多角形形状であり、前記給電部は、前記カソード放電面の前記最長辺側の前記カソード端面に設けられていることが好ましい。このようになっていれば、カソード内の電圧分布を小さくすることができる。
【００２３】
（給電部および接地部の配置）
本実施の形態における給電部５とは、たとえば図７に示すように、銅、ステンレス、アルミ合金などの金属材料からなるネジ留め部品５１を用いて、配線部５２とカソード１とを電気的に接続するための領域をいう。
【００２４】
本実施の形態における接地部４３とは、たとえば図８に示すように、銅、ステンレス、アルミ合金などの金属材料からなるネジ留め部品５３を用いて、配線部５４とアノード２とを電気的に接続するための領域をいう。
【００２５】
配線部５２の一端はカソード１の給電部５に取り付けられ、配線部５２の他端は図１に示したようにインピーダンス整合回路７を介して外部電源６に接続されている。配線部５２は、カソード１がプラズマのエネルギにより加熱された際の熱歪みによる応力を緩和するために、金属製の網などの可撓性導体からなることが好ましい。
【００２６】
配線部５４の一端はアノード２の接地部４３に取り付けられ、配線部５４の他端はチャンバ３の内壁に取り付けられている。チャンバ３は、ステンレスなどの金属材料により構成されており、電気的に接地されている。したがって、アノード２は、配線部５４およびチャンバ３を通じて接地されているといえる。配線部５４は、アノード２がプラズマのエネルギにより加熱された際の熱や、ヒータによって加熱されることによる熱歪みの応力を緩和するために、金属製の網などの可撓性導体からなることが好ましい。
【００２７】
第１の例におけるカソード１およびアノード２の集合体を、図６における矢印８１の側から見たところを図９に示す。図６における手前側は図９における左側となっている。
【００２８】
第１の例におけるカソード１およびアノード２の集合体を、図６における矢印８２の側から見たところを図１０に示す。カソード１とアノード２との間にはこのように間隙があいている。図６に示すように、接地部４３は、基準面４１に対して面対称になるようにアノード端面２ｂの中央部に設けられている。したがって、図９に示すように、各アノード２には接地部４３が２ヶ所設けられている。カソード１の放電面１ａが長方形である場合には、給電部５は長方形の長辺側のカソード端面１ｂの中央部に設けられていることが好ましい。給電部５を長方形の長辺側の端面に設けることによって、短辺側に設ける場合よりも、カソード１とアノード２との間に発生するプラズマを一層均一にすることができる。
【００２９】
カソード１としては、たとえば、カソード放電面１ａの一辺が４００ｍｍ以上２５００ｍｍ以下である長方形または正方形のものが使用される。
【００３０】
（第２の例）
本実施の形態における第２の例として、図１１〜図１３に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１１は平面図、図１２および図１３は側面図である。図１３は、図１２における右側から見た状態を示している。
【００３１】
ただし、ここでいう「平面図」は、「平面図」という用語の通常の意義どおり上方から見た図を意味するが、ここで想定する「上」は絶対的な上を意味するものではなく、あくまで説明の便宜のために図面の中での相対的な上下関係を示すものである。したがって、実際の装置に取り付ける向きはこのとおりの上下関係とは限らない。以下の各例においても同様である。
【００３２】
第２の例においては、給電部５は図１１および図１２の左側にあるカソード端面１ｂに設けられている。アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面１ｂと反対側、すなわち、図１１および図１２における右側に位置するアノード端面２ｂ１が基準面４１と交わる直線上の１ヶ所に設けられている。
【００３３】
この構成においては、カソード１の給電部５から離れた位置にアノード２の接地部４３を設けることにより、カソード１のカソード放電面１ａ内の電圧分布が改善され、均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３４】
アノード２の接地部４３は、第２の例で示したように、給電部５が設けられたカソード端面とは反対側に位置するアノード端面に設けられていることが好ましい。
【００３５】
（第３の例）
本実施の形態における第３の例として、図１４〜図１６に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１４は平面図、図１５および図１６は側面図である。図１６は、図１５における右側から見た状態を示している。
【００３６】
第３の例においては、給電部５は図１４および図１５における左側にあるカソード端面１ｂに設けられている。アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面１ｂとは反対側、すなわち、図１４および図１５における右側に位置するアノード端面２ｂ１において、１つのアノード２ごとに２ヶ所ずつ設けられている（図１６参照）。この構成においては、カソード１の給電部５からより離れた位置にアノード２の接地部４３を設けることにより、カソード１のカソード放電面１ａ内の電圧分布が改善され、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００３７】
（第４の例）
本実施の形態における第４の例として、図１７〜図２０に、接地部４３の位置を変更した構成を示す。図１７は平面図、図１８および図１９は側面図である。図１９は、図１８における右側から見た状態を示している。図２０は、図１８における左側から見た状態を示している。
【００３８】
第４の例は、図１４〜図１６で示した第３の例の構成に、さらに複数の接地部４３を追加したものである。第４の例では、給電部５が設けられたカソード端面１ｂ側（図１７における左側）と同じ側に位置するアノード端面２ｂ２に接地部４３がさらに設けられている。図１７における左側から見た場合、図２０に示すように、中央の給電部５を取り囲むように４ヶ所の接地部４３が見えることとなる。
【００３９】
この構成においては、任意の１つのアノード２に注目すれば、互いに対向する２つのアノード側面２ｂ１，２ｂ２に接地部４３が２ヶ所ずつ設けられているので、１つのアノード２は合計４ヶ所の接地部４３を有することとなる。
【００４０】
このように、アノード２の接地部４３を、カソード１の給電部５から離れた位置にあるアノード端面２ｂ１にまず設けた上に、さらに、給電部５と同じ側のアノード端面２ｂ２にも設けることで、カソード放電面１ａ内の電圧分布がさらに改善し、より均一なプラズマ処理を行なうことができるので好ましい。
【００４１】
第１、第３、第４の例に示したように、アノード２の接地部４３は、１つのアノード２に対して複数箇所に設けられていることが好ましい。この構成を採用することにより、より均一なプラズマ処理を行なうことができる。
【００４２】
第４の例に示したように、アノード２の接地部４３は、給電部５が設けられたカソード端面と同じ側に位置するアノード端面にも設けられていることが好ましい。
【００４３】
（チャンバなど）
これらのカソード１およびアノード２は、図１に示したように、収納容器としてのチャンバ３内に配置されており、このチャンバ３内を減圧するために、ロータリーポンプなどの減圧手段８が設けられるのが一般的である。
【００４４】
このようなチャンバ３、カソード１およびアノード２は、ステンレスやアルミ合金などの金属材料により形成されており、カソード１へは、外部電源６により電力が供給される。外部電源６には、１ＭＨｚ以上６０ＭＨｚ以下の周波数が使用され、カソード１へ投入される電力密度は、０．０１Ｗ／ｃｍ2以上０．５Ｗ／ｃｍ2以下とされる。さらに、プラズマ処理の放電面内均一性の観点から、外部電源６の周波数は、５ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下が好ましく、９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下の周波数がさらに好ましい。また、電力密度は、０．０５Ｗ／ｃｍ2以上０．３Ｗ／ｃｍ2以下、さらに０．１Ｗ／ｃｍ2以上０．２Ｗ／ｃｍ2以下であることが好ましい。
【００４５】
被処理物１０は、アノード２上に配置され、アノード２にヒータ４を設けることにより、被処理物１０を加熱することができる。被処理物１０の温度は、一般に１００℃から３００℃程度に設定される。
【００４６】
アノード２の形状および寸法は被処理物１０の形状や寸法に応じて適当な値に設定することとしてよい。本実施の形態では、アノード２はカソード１とほぼ同じ形状および寸法になるように設定した。
【００４７】
なお、外部電源６とチャンバ３との間には通常、カソード１およびアノード２と外部電源６とのインピーダンスを整合するためのインピーダンス整合回路７が配設されている。
【００４８】
（動作）
以上のように構成されたプラズマ処理装置１００において、チャンバ３内部を減圧手段８によって減圧し、次に反応ガス１２を所定の流量および圧力でカソード放電面１ａに形成されたガス吹出し口１１を通してカソード１とアノード２との間隙に導入し、チャンバ３内部を所定の圧力に設定し、カソード１に高周波電力を印加することで、カソード１とアノード２との間にプラズマを発生させることができる。
【００４９】
ここで、反応ガス１２がシリコンなどの原料ガスであれば、アノード２に配置した被処理物１０の表面にシリコンなどからなる薄膜（非晶質の膜または結晶性の膜）を形成することができる。
【００５０】
（半導体素子の製造方法）
本発明に基づく半導体素子の製造方法は、上述のプラズマ処理装置を用いた半導体素子の製造方法であって、給電部５に給電される交流電力の周波数が９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下である。このような半導体素子の製造方法によれば、得られる膜厚を均一にして効率よく生産を行なうことができる。
【００５１】
（実施の形態２）
（構成）
図２１〜図２３を参照して、本発明に基づく実施の形態２におけるプラズマ処理装置６００について説明する。プラズマ処理装置６００の全体の概略を図２１に示す。プラズマ処理装置６００においては、対向配置されたカソード１とアノード２とからなる放電用電極対がチャンバ３内に対向方向に沿って複数組配置されている。
【００５２】
本実施の形態におけるプラズマ処理装置６００においては、カソード１の一方の主面にガス吹出し口１１が形成され、他方の主面にはガス吹出し口１１は形成されていない。１つのカソード１当たりに対向配置されたアノード２の数は１つである。これ以外の構成は、基本的に実施の形態１で説明したものと同様である。
【００５３】
図２１では、カソード１とアノード２とからなる放電用電極対がチャンバ３内に２組配置されている例を示したが、２組ではなく３組以上配置されていてもよい。
【００５４】
一例として３組配置されている場合の構成を図２２、図２３に示す。図２２は、これら３組の放電電極対を図２３における上方から見た状態に相当する。ただし、ここでいう「上方」は絶対的な上を意味するものではなく、あくまで説明の便宜のために図面の中での相対的な上下関係を示す表現に過ぎない。したがって、実際の装置に取り付ける向きはこのとおりの上下関係とは限らない。以下の各例においても同様である。
【００５５】
このプラズマ処理装置６００は、チャンバ３と、チャンバ３内に配置された、複数の放電電極対とを備える。前記複数の放電電極対に含まれる各々の放電電極対は、主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソード１と、チャンバ３内に配置され、主面であるアノード放電面を有するアノード２とが前記カソード放電面と前記アノード放電面とを以って互いに対向するように配置されたものである。前記複数の放電電極対は、カソード１とアノード２とが対向する方向に沿って配列されている。カソード１は、前記カソード端面に給電部５を有する。前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状である。前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さい。給電部５は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にある。前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している。
【００５６】
本実施の形態では、カソード１のカソード端面のうちの１箇所に給電部５が設けられている。カソード放電面１ａが正方形の場合には、そのいずれかの端面に給電部５が設けられていればよいが、長方形の場合はその長辺側の端面に設けられることが好ましい。
【００５７】
また、カソード１およびアノード２からなる放電用電極対が３組以上配置されている場合には、図２３に示すように、互いに隣接する放電用電極対の各カソード１への給電部５は、互いに反対側に位置するカソード端面にそれぞれ設けられている。これについては図２３を参照しつつより詳しく説明する。
【００５８】
本実施の形態では、図２３における上下方向に沿って並ぶようにカソード１００１，１００２，１００３が配置されている。各カソードに対してはそれぞれ対向するアノードが配置されており、それぞれ放電用電極対をなしている。最上部のカソード１００１の給電部５は図中左側のカソード端面１ｂ２に設けられ、上から２段目のカソード１００２の給電部５は図中右側のカソード端面１ｂ１に設けられ、上から３段目のカソード１００３の給電部５は図中左側のカソード端面１ｂ２に設けられている。このように給電部５が互いに逆の側に交互に配置された構成とすることが望ましい。
【００５９】
（作用・効果）
このような構成とすることにより、上下方向に互いに隣接するカソード１に接続される配線部５２同士が干渉しにくくなる。また、上下方向に互いに隣接するアノード２の配線部５４同士も干渉しにくくなる。その結果、プラズマ処理装置全体の電極配列方向に関するサイズのコンパクト化が可能となる。
【００６０】
図２３に示すように、被処理物１０が設置される間隙におけるカソード１とアノード２との電極間距離をｄ１とする。互いに隣接する放電用電極対同士の間の間隙における電極間距離をｄ２とする。ｄ１およびｄ２は、ｄ２＞ｄ１の関係となっていることが好ましい。このような位置関係とすることにより、各放電用電極対のカソード１とアノード２との間に発生するプラズマが相互に干渉しにくくなり、各基板への均一な成膜が可能となる。
【００６１】
図２３では、放電用電極対が上下方向に並んでいる例を示したが、並ぶ方向は上下方向に限らず他の方向に並んでいてもよい。
【００６２】
以下、本発明に基づくプラズマ処理装置のより具体的な実施例として、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置およびその使用結果について説明する。
【００６３】
（実施例１：長辺給電の場合）
まず、実施例１としてカソードの長辺から給電した場合について説明する。この実施例におけるプラズマＣＶＤ装置は図１と同様の構成を有する。このプラズマＣＶＤ装置の給電部および接地部の配置は、図１７〜図１９と同様とした。
【００６４】
このようなプラズマＣＶＤ装置１００において、カソード１の放電面形状は、長方形とし、そのサイズは、短辺の長さが６００ｍｍ、長辺の長さが１０００ｍｍであるものとした。給電部５をカソード１の長辺側の端面の中央部の１箇所に設けた。給電部から印加する電極の周波数は１２〜２０ＭＨｚの範囲内とし、その中でも特に１３．５６ＭＨｚを選択した。この周波数で給電部５から１ｋＷの電力を印加した。この状態で、ＳｉＨ4ガス０．２ＳＬＭおよびＨ2ガス１．０ＳＬＭをチャンバ３内に導入し、チャンバ３内の圧力を５００Ｐａとしてアモルファスシリコン膜を成膜した。なお、「ＳＬＭ」とは、１ａｔｍ（＝１０１３２５Ｐａ）、０℃における１分間当たりの流量をリットルで表示した単位である。
【００６５】
上述の条件でシリコン薄膜を成膜した後、得られたシリコン薄膜の膜厚分布を接触型膜厚測定器により測定した。なお、ここでいう膜厚分布は、基板面内９点の最大膜厚と最小膜厚との差Ｃをまず求め、次に、基板面内９点の最大膜厚と最小膜厚との平均値Ｄを求め、Ｄに対するＣの比率を求めたものである。膜厚を測定した９点は、基板中央１点、基板各辺から１５ｍｍ内側に入った４隅の角部４点、これら５点の各中間点の計９点である。これらの９点において測定して得られた膜厚をそれぞれｔ１〜ｔ９と表す。言い換えれば、「膜厚分布」とは、（（ｔ１〜ｔ９のうちの最大値）―（ｔ１〜ｔ９のうちの最小値））／（（ｔ１〜ｔ９の最大値）＋（ｔ１〜ｔ９の最小値））×１００により計算した値である。
【００６６】
実施例１の結果、膜厚分布は８．５％であった。
（実施例２）
実施例１の構成において印加電力をパルス変調したものに置き換え、実施例１と同様にシリコン薄膜を成膜した。パルス変調のＯＮ時間／（ＯＮ時間＋ＯＦＦ時間）の比率（デューティー比）は０．２とし、ＯＮ時間＝０．５ミリ秒、ＯＦＦ時間＝２．０ミリ秒とした。
【００６７】
実施例２の結果、膜厚分布は５．０％であった。
（比較例１：短辺給電の場合）
カソードに給電する側が長辺である場合と短辺である場合とで膜厚分布にどの程度違いが生じるか検証するために、比較例１として、実施例１と同様の構成および条件でカソードの短辺から給電する構成として実験を行なった。
【００６８】
比較例１の結果、膜厚分布２０．０％であり、給電部近傍に位置する部分の膜厚が薄くなる傾向が見られた。
【００６９】
（実施例３：微結晶製膜の場合）
実施例３として、以下の条件で実験を行なった。
【００７０】
装置構成は、実施の形態２の図２１と同様とし、放電用電極対は２組とした。２組の放電用電極対は、図２１に示すようにカソードとアノードとが対向する方向に沿って配列した。給電部および接地部の配置は、図２４に示すものとした。図２４に示す配置は、図２３に示した配置と思想は同じであり、放電用電極対の数を２組に減らしたものである。したがって、給電部の設けられる側が放電用電極対ごとに互いに逆となっている。
【００７１】
カソード１の放電面形状は、その短辺の長さが１０００ｍｍ、長辺の長さが１５００ｍｍの長方形とした。
【００７２】
電源周波数は１２．５ＭＨｚ、印加電力は２ｋＷとした。均一性と微結晶シリコンの結晶化の観点から、電源周波数は９〜１３ＭＨｚが好ましく、１０．５〜１２ＭＨｚがさらに望ましい。
【００７３】
アノード放電面の形状はカソード放電面の形状と同一とした。カソードとアノードとの間隔ｄ１は約２０ｍｍとし、互いに隣接する放電用電極対同士の距離ｄ２は５０ｍｍとした。
【００７４】
導入反応ガスはＳｉＨ4とＨ2との混合ガスであり、流量についてはＳｉＨ4が０．１ＳＬＭ、Ｈ2が７ＳＬＭとなるようにした。
【００７５】
チャンバー内の圧力は６００〜１４００Ｐａとすることができ、本実施例では８００Ｐａとした。
【００７６】
被処理物としてのガラス基板は、短辺の長さが９００ｍｍ、長辺の長さが１４００ｍｍである矩形形状のものとした。
【００７７】
基板加熱温度は２００℃とした。
上記実施例３において、２ヶ所の放電空間に設置された２枚のガラス基板の測定箇所合計１８点について、調べたところ、膜厚分布は８．０％、各箇所の結晶化率は３以上の良好な結晶化率を有するｉ型結晶質シリコン膜が得られた。なお、結晶化率は、ラマン分光法により測定される４８０ｃｍ-1付近におけるピークに対する５２０ｃｍ-1付近におけるピークのピーク強度比Ｉ520／Ｉ480により算出した。
【００７８】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００７９】
１，１００１，１００２，１００３ カソード、１ａ カソード放電面、１ｂ，１ｂ１，１ｂ２ カソード端面、２ アノード、２ａ アノード放電面、２ｂ，２ｂ１，２ｂ２ アノード端面、３ チャンバ、４ ヒータ、５ 給電部、６ 外部電源、７ インピーダンス整合回路、８ 減圧手段、１０ 被処理物、１１ ガス吹出し口、１２ 反応ガス、４０ 対称軸、４１ 基準面、４３ 接地部、５１，５３ ネジ留め部品、５２，５４ 配線部、８１，８２ 矢印、１００，６００ プラズマ処理装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面をそれぞれ有する複数のアノードとを備え、
前記複数のアノードは、前記カソード放電面に対して前記アノード放電面が対向するように配置されており、
前記カソードは、前記カソード端面に給電部を有し、
前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状であり、かつ、前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さく、
前記給電部は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にあり、
前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している、プラズマ処理装置。
【請求項２】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された、複数の放電電極対とを備え、
前記複数の放電電極対に含まれる各々の放電電極対は、
主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面を有するアノードとが前記カソード放電面と前記アノード放電面とを以って互いに対向するように配置されたものであり、
前記複数の放電電極対は、前記カソードと前記アノードとが対向する方向に沿って配列されており、
前記カソードは、前記カソード端面に給電部を有し、
前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状であり、かつ、前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さく、
前記給電部は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にあり、
前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している、プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記カソード放電面は最長辺と非最長辺とを含む多角形形状であり、前記給電部は、前記カソード放電面の前記最長辺側の前記カソード端面に設けられている、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アノードの前記接地部は、前記給電部が設けられた前記カソード端面とは反対側に位置する前記アノードの端面に設けられている、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記アノードの前記接地部は、１つの前記アノードに対して複数箇所に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記アノードの前記接地部は、前記給電部が設けられた前記カソード端面と同じ側に位置する前記アノードの端面にも設けられている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いた半導体素子の製造方法であって、前記給電部に給電される交流電力の周波数が９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下である、半導体素子の製造方法。
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面をそれぞれ有する複数のアノードとを備え、
前記複数のアノードは、前記カソード放電面に対して前記アノード放電面が対向するように配置されており、
前記カソードは、前記カソード端面に給電部を有し、
前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状であり、かつ、前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さく、
前記給電部は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にあり、
前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している、プラズマ処理装置。
【請求項２】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された、複数の放電電極対とを備え、
前記複数の放電電極対に含まれる各々の放電電極対は、
主面であるカソード放電面と前記カソード放電面の外周を構成するカソード端面とを有するカソードと、
前記チャンバ内に配置され、主面であるアノード放電面を有するアノードとが前記カソード放電面と前記アノード放電面とを以って互いに対向するように配置されたものであり、
前記複数の放電電極対は、前記カソードと前記アノードとが対向する方向に沿って配列されており、
前記カソードは、前記カソード端面に給電部を有し、
前記カソード放電面および前記アノード放電面は、共通する一定の対称軸に関して線対称な形状であり、かつ、前記カソード放電面および前記アノード放電面の前記対称軸方向の最大幅は前記対称軸に対して垂直な方向の最大幅よりも小さく、
前記給電部は、前記対称軸を含み前記カソード放電面に対して垂直な面である基準面と前記カソード端面との交差線上にあり、
前記アノードは、前記基準面に対し面対称な位置に、接地電位に接続されるための接地部を有している、プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記カソード放電面は最長辺と非最長辺とを含む多角形形状であり、前記給電部は、前記カソード放電面の前記最長辺側の前記カソード端面に設けられている、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記アノードの前記接地部は、前記給電部が設けられた前記カソード端面とは反対側に位置する前記アノードの端面に設けられている、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記アノードの前記接地部は、１つの前記アノードに対して複数箇所に設けられている、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記アノードの前記接地部は、前記給電部が設けられた前記カソード端面と同じ側に位置する前記アノードの端面にも設けられている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いた半導体素子の製造方法であって、前記給電部に給電される交流電力の周波数が９ＭＨｚ以上１３ＭＨｚ以下である、半導体素子の製造方法。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１０−１７１１８７（Ｐ２０１０−１７１１８７Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１０６（Ｐ２００９−１２１０６）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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