(57)【要約】【課題】  メートル級の大面積基板を処理するプラズマ処理装置において、真空槽内外の圧力差で押されることによって真空容器の開口部に設置されたプラズマ電極が変形することを防ぎ、プラズマ処理の均一性を向上する。【解決手段】第一の真空槽５の外部でプラズマ電極４を取り囲むように第二の真空槽１１を設置し、内部を真空排気する。プラズマ電極４のシャワープレート１９側と背面板１８側での圧力差を減らすことができ、圧力差で押されることによるプラズマ電極４の変形を防ぐことができる。これにより、プラズマ処理の均一性が向上する。【選択図】        図１
2010287833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する第一の容器部および、前記開口部に設けられた絶縁体を介して前記開口部に設置されたプラズマ電極を備えた第一の真空槽と、
前記第一の真空槽に接続された第一の真空排気部と、
前記第一の真空槽の内部に設置された基板を保持するための基板保持部と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ電極は、前記基板側に面するシャワープレート、このシャワープレートとの間に前記基板にプロセスガスを供給するガス室を成すとともに前記第一の真空槽の外部に面する背面板を有し、
前記プラズマ処理装置は、開口部を有する第二の容器部を備え、前記第一の真空槽の外部で、前記背面板を取り囲んで形成された第二の真空槽と、
前記第二の真空槽に接続された第二の真空排気部と、
をさらに備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
空気よりも放電しにくい不活性ガスを第二の真空槽内に供給するための不活性ガス供給部を備えたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
第一の真空槽内の圧力ｐ１と、プラズマ電極と基板との最短距離ｄ１の積ｐ１ｄ１と、
第二の真空槽内の圧力ｐ２と、前記プラズマ電極と前記第二の容器部との最短距離ｄ２の積ｐ２ｄ２とは、
ｐ１ｄ１≧１０ｐ２ｄ２を満たすことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
第一の真空槽内の圧力ｐ１と、プラズマ電極と基板との最短距離ｄ１の積ｐ１ｄ１と、
第二の真空槽内の圧力ｐ２と、前記プラズマ電極と前記第二の容器部との最短距離ｄ２の積ｐ２ｄ２とは、
１０ｐ１ｄ１≦ｐ２ｄ２を満たすことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
第一の容器部は開口部に、基板の処理対象面と略平行な端面を備え、
プラズマ電極は、前記端面に設けられた絶縁体を介して載置されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
第二の容器部とプラズマ電極はそれぞれ側壁を持ち、
第二の真空槽は、その内部に前記プラズマ電極の側壁を含むように形成され、
前記第二の容器部の側壁と前記プラズマ電極の側壁との間に絶縁体を充填したことを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
第一の容器部と第二の容器部はそれぞれ側壁を持ち、
プラズマ電極のサイズは、前記第一の容器部の開口部のサイズよりも小さく、
前記プラズマ電極は、前記第一の容器部又は前記第二の容器部の側壁に絶縁体を介して挟持されたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
プラズマ電極に高周波電圧を印加するための高周波電源と、
プロセスガスを供給するためのプロセスガス供給部と、
を備え、
前記高周波電源と前記プロセスガス供給部は、前記プラズマ電極に第二の容器部の側壁を介して接続されたことを特徴とする請求項６又は請求項７のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
第二の容器部の内壁の少なくとも一部を絶縁体で覆ったことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマ電極の第二の容器部の内壁と対向する面の少なくとも一部を絶縁体で覆ったことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
第二の真空槽内の圧力は、プラズマ電極と基板との距離の面内精度が０．１ｍｍ以内となるような圧力に設定されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
第一の真空槽と、
前記第一の真空槽に接続された第一の真空排気部と、
前記第一の真空槽の内部に設置された基板を保持するための基板保持部と、
前記基板側に面するシャワープレート、このシャワープレートとの間に前記基板にプロセスガスを供給するガス室を成すとともに前記第一の真空槽の外部に面する背面板を有するプラズマ電極と、
前記第一の真空槽の外部で、前記背面板を取り囲んで形成された第二の真空槽と、
前記第二の真空槽に接続された第二の真空排気部と、
を備えたプラズマ処理装置。
【請求項１３】
開口部を有する第一の容器部および、前記開口部に設けられた絶縁体を介して前記開口部に設置されたプラズマ電極を備えた第一の真空槽と、
前記第一の真空槽に接続された第一の真空排気部と、
前記第一の真空槽の内部に設置された基板を保持するための基板保持部と、
前記第一の真空槽の開口部に設けられた絶縁体と、
を備えたプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ電極は、前記基板側に面するシャワープレート、このシャワープレートとの間に前記基板にプロセスガスを供給するガス室を成すとともに前記第一の真空槽の外部に面する背面板を有し、
前記プラズマ処理装置は、開口部を有する第二の容器部を備え、前記第一の真空槽の外部で、前記背面板を取り囲んで形成された第二の真空槽と、
前記第二の真空槽に接続された第二の真空排気部と、
をさらに備えたプラズマ処理装置、
を用いた半導体の製造方法であって、
前記第一の真空槽を前記第一の真空排気部を用いて真空排気するステップと、
前記第二の真空槽を前記第二の真空排気部を用いて真空排気するステップと、
前記プラズマ電極に、プロセスガス供給部からプロセスガスを供給し、高周波電源から高周波を印加するステップと、
を備えたことを特徴とする半導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマを用いた薄膜形成プロセス、エッチングプロセスなどに係るプラズマ処理装置およびこのプラズマ処理装置を用いた半導体製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ処理装置では、開口部を有する容器にプラズマ電極が設置され、真空槽が形成されている。真空槽内には、プラズマ電極と略平行に基板ステージが設置され、プラズマ電極には、高周波電源から高周波電圧が印加される。プロセスガスは、プラズマ電極に設けられたシャワープレートから真空槽内に導入され、導入されたガスは、高周波電圧でプラズマ化されて、化学的に活性なラジカルが生成される。プロセスガスとして、例えばＳｉＨ４といった材料ガスを用いるとＳｉ薄膜が形成され、例えばＣＦ４といったエッチングガスを用いると基板表面をエッチング処理することができる。（例えば特許文献１）
【０００３】
近年、このようなプラズマ処理装置を用いて、プラズマエッチング処理や、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法による液晶ディスプレイや薄膜シリコン太陽電池の製造が盛んに行われている。例えば薄膜シリコン太陽電池に用いられる微結晶シリコン薄膜の堆積では、高品質膜の形成にはプラズマ電極と基板との間の距離を、アモルファスシリコンの成膜時と比較して非常に狭くする必要があり、具体的には１０ｍｍ以下とされることが多い。（例えば特許文献２）
【０００４】
さらに、薄膜シリコン太陽電池の量産においては、生産コスト低減の観点から、基板サイズが１ｍ×１ｍ以上の大面積基板が用いられるようになってきている。そして、大面積基板上に堆積するシリコン薄膜が面内において±１０％以内の膜質・膜厚分布となるような技術が開発されている。また、大面積基板を処理するプラズマエッチングプロセスについても同様に面内均一性が求められている。（例えば特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３１３０号公報（第３−６頁、図１）
【特許文献２】特開２００６−２１６９２１号公報（第５−８頁、図５）
【特許文献３】特開２００２−１６００６号公報（第６−１０頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このようなメートル級の大面積基板を処理する大面積プラズマ処理装置にあっては、開口部を有する容器の開口部に設置されたプラズマ電極が、大気圧によって真空槽内部の方向に力を受けて変形してプラズマ電極と基板との距離が一様でなくなり、基板上に堆積する薄膜の膜質や膜厚の面内均一性が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
例えば、サイズ１．３ｍ×１．６ｍで厚さ６０ｍｍのＡｌ製プラズマ電極を考えると、真空槽内の圧力を１０Ｔｏｒｒ以下とした時、プラズマ電極周縁部では影響はほとんど無いが、プラズマ電極中央部では真空槽内部の方向へ約１ｍｍ撓むこととなる。
【０００８】
例えば、薄膜シリコン太陽電池に用いる微結晶シリコンの成膜時には、プラズマ電極と基板との距離を１０ｍｍ以内にすることが多いため、１ｍｍの変化は堆積する膜に大きな影響を与える。
【０００９】
例として、プラズマ電極と基板との距離を６ｍｍに設定して、そこからプラズマ電極と基板との距離を変化させた時の成膜速度の変化を調べた結果を図７に示す。プラズマ電極と基板との距離が１ｍｍ変わっただけで成膜速度が最大で約３５％変化した。
【００１０】
薄膜シリコン太陽電池では、膜質・膜厚の面内分布±１０％が望ましいが、これを達成するためには、プラズマ電極と基板との距離は面内で０．１ｍｍ程度の精度が求められる。プラズマ電極の厚さをより厚くしてプラズマ電極自体の強度を上げることは、プラズマ電極の変形を防ぐために有効な手段ではあるが、プラズマ電極の厚さを厚くすることだけによってプラズマ電極の変形を０．１ｍｍ程度に抑えることは現実的ではない。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、真空槽内外の圧力差によるプラズマ電極の変形を防ぐことによって成膜やエッチングなどのプラズマ処理の均一性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るプラズマ処理装置は、第一の真空槽の外部でプラズマ電極を取り囲み、第二の真空槽を形成したものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、第一の真空槽の外部でプラズマ電極を取り囲み、第二の真空槽を形成し、内部を真空排気したことによって、プラズマ電極のシャワープレート側と背面板側での圧力差を減らすことができ、圧力差で押されることによるプラズマ電極の変形を防ぐことができる。これにより、プラズマ処理の均一性が向上するという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】火花電圧とｐｄ積の関係を示すグラフ（パッシェン曲線）である。
【図３】本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態５によるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図７】成膜速度とプラズマ電極−基板間距離との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるプラズマ処理装置を示す断面図である。まず、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成の概略について説明する。
【００１６】
図１に示すように、第一の容器部１ａの開口部２ａに、例えばアルミナやポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁体３ａを介して、プラズマ電極４が気密に設置される。これら第一の容器部１ａとプラズマ電極４によって第一の真空槽５が形成されている。第一の真空槽５の内部には上下動可能な基板保持部である基板ステージ６がプラズマ電極４と対向する面が互いに略平行となるように設置されている。第一の真空槽５の内部は、第一の容器部１ａの側壁７ａに接続された第一の真空排気部８によって排気され、所定の真空度に設定される。また、第一の真空槽５の外部でプラズマ電極４を取り囲む、開口部９を有する第二の容器部１０が、第一の容器部１ａの開口部２ａに気密に載置され、第二の真空槽１１が形成される。その内部は第二の容器部１０の側壁１２に接続された第二の真空排気部１３によって排気され、所定の真空度に設定される。
【００１７】
次に、本実施の形態に係るプラズマ処理装置の各構成について説明する。基板ステージ６は、電気的に接地されており、その上面に基板１５が載置される構造となっている。基板ステージ６のサイズは、メートル級の大面積基板を載置できる大きさに設定される。また、基板ステージ６には、図示しない加熱ヒーターが内蔵されており、基板１５を所定の温度に保つことができる。
【００１８】
プラズマ電極４は、第一の容器部１ａの開口部２ａの端面１６ａに載置された絶縁体３ａを介して第一の容器部１ａに気密に設置される。端面１６ａは基板１５の処理対象面１７と略平行であり、第一の容器部１ａの外側方向に拡大されている。このプラズマ電極４は、高周波電圧が印加される背面板１８と、多数の貫通孔が形成されたシャワープレート１９と側壁２０を備え、背面板１８、シャワープレート１９及び側壁２０との間にガス室２１が形成されている。
【００１９】
第二の真空槽１１の外部に設置されたプロセスガス供給部２５ａが、第二の容器部１０の底壁２６に設けられた例えばアルミナやポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁体２７ａを介して背面板１８と接続されている。
【００２０】
背面板１８には、第二の真空槽１１の外部に設置されたインピーダンス整合器３０ａを介して、同じく第二の真空槽１１の外部に設置された高周波電源３１ａが接続されている。インピーダンス整合器３０ａと背面板１８とは第二の容器部１０の底壁２６に設けられた例えばアルミナやポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁体３２ａを介して接続されている。高周波電源３１ａの発振周波数は、１３．５６ＭＨｚや２７．１２ＭＨｚなどのＲＦ帯が一般的であるが、３０〜１５０ＭＨｚといったＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯が用いられることもある。
【００２１】
第二の容器部１０は、第一の真空槽５の外部で背面板１８を取り囲むように、第一の容器部１ａの外側に拡大された開口部２ａの端面１６ａに気密に載置される。これらによって第二の真空槽１１が形成されている。第二の容器部１０の材質としては、例えばステンレスやＡｌなどが用いられる。
【００２２】
また、第二の容器部１０は、プロセスガス供給部２５ａや高周波電源３１ａの存する第二の真空槽１１の外部から大気圧で押されて少々内側に変形しても、第二の容器部１０の内壁３５がプラズマ電極４に接触しなければプロセスの均一性には影響を与えない。よって、真空封止でき、かつ、内部の真空と大気圧との差圧によって受ける力で変形してプラズマ電極４に接触しないだけの強度を持っていれば、特に強い強度を必要とはしない。
【００２３】
プロセスガス供給部２５ａとプラズマ電極４、インピーダンス整合器３０ａとプラズマ電極４とは、それぞれ第二の容器部１０の底壁２６に設けられた絶縁体２７ａ、絶縁体３２ａを介して接続されている。そのため、第二の容器部１０は第一の容器部１ａと同電位で接地されている。これらの絶縁体２７ａ、絶縁体３２ａは真空封止機能も持ち合せているため、第二の真空槽１１内は真空保持が可能である。
【００２４】
次に、第二の真空槽１１内の圧力設定等について説明する。第二の真空槽１１内を第一の真空槽５内の圧力に近づけると、圧力差によるプラズマ電極４の変形を防ぐことができる。第二の真空槽１１内を適切な圧力に設定することで、プラズマ電極４と基板１５との距離の面内精度を０．１ｍｍ以内にすることもできる。第二の真空槽１１内は所定の圧力であれば常時排気し続ける必要は無く、所定の圧力で真空封止してもよい。第二の真空槽１１内の圧力としては、大気圧以下であれば効果があるが、例えば１００Ｔｏｒｒ以下、より好ましくは第一の真空槽５内の圧力と同程度の圧力であるのが望ましい。
【００２５】
また、第二の真空槽１１内の圧力設定においては、プロセス中に第二の真空槽１１内に放電が生じないように設定することが好ましい。ここで、第二の真空槽１１内での放電防止について図２を用いて説明する。図２は、放電が生じる電圧（火花電圧）と、ガスの圧力ｐと電極間距離ｄの積ｐｄの関係を示したものでパッシェン曲線と呼ばれる。火花電圧は、あるｐｄ積の値で最小値をとり、そこからｐｄ積を小さくすれば単調増加し、ｐｄ積を大きくしても同様に単調増加する。つまり、火花電圧の最小値を取るｐｄ積の値から、ｐｄ積を小さくすればするほど、また、大きくすればするほど放電は生じにくくなる。ただし、火花電圧の最小値や曲線の形状はガスの種類によって変わる。よって第二の真空槽１１内での放電を防ぐためには、第二の真空槽１１内の圧力ｐ２と、第二の容器部１０の内壁３５とプラズマ電極４との間の最短距離ｄ２の積ｐ２ｄ２を以下に説明するような適切な値に設定すればよい。
【００２６】
即ち、第一の真空槽５内の圧力ｐ１と、プラズマ電極４と基板１５との間の最短距離ｄ１の積ｐ１ｄ１は、通常、パッシェン曲線の最小値近傍の値に設定されるので、ｐ１ｄ１と比べてｐ２ｄ２を充分小さく、または充分大きくなるように設定すれば第二の真空槽１１内での放電を防止できる。具体的には、ｐ２ｄ２を充分小さくする場合であれば、ｐ１ｄ１≧１０ｐ２ｄ２、より好ましくはｐ１ｄ１≧１００ｐ２ｄ２、ｐ２ｄ２を充分大きくする場合であれば、１０ｐ１ｄ１≦ｐ２ｄ２、より好ましくは１００ｐ１ｄ１≦ｐ２ｄ２、となるように設定すればよい。
【００２７】
次に、このような構成のプラズマ処理装置を用いた半導体製造方法について、微結晶シリコン薄膜の形成方法を例にとって説明する。まず、第一の真空槽５内の基板ステージ６上に基板１５を設置する。次に、第一の真空槽５内を第一の真空排気部８によって真空排気し、所定の真空度にする。基板ステージ６に内蔵された図示しない加熱ヒーターによって、基板１５は所定の温度に保たれる。この状態で、プロセスガス供給部２５ａの図示しないガスバルブを開き、ＳｉＨ４ガスとＨ２ガスを供給する。供給されたガスはガス室２１内で混合され、シャワープレート１９を通して第一の真空槽５内へと均一に噴出される。第一の真空槽５内は所定の圧力、例えば１〜２０Ｔｏｒｒで一定に保たれる。
【００２８】
一方、第二の真空槽１１内は、第二の真空排気部１３によって真空排気され、所定の圧力で保たれる。
【００２９】
この時、第一の真空槽５内と第二の真空槽１１内の真空排気を同時に始め、圧力差があまり生じないようにしながら排気を行うことが好ましい。
【００３０】
この状態で、背面板１８に高周波電圧を印加すると、第一の真空槽５内にＳｉＨ４／Ｈ２混合プラズマが生じ、基板１５上に均一に微結晶シリコン薄膜が形成される。
【００３１】
所定の厚さの微結晶シリコン薄膜が形成された後、高周波電源３１ａからの電力供給を止め、図示しないガスバルブを閉じ、第一の真空槽５内を充分に排気して、基板ステージ６から基板１５を第一の真空槽５外に搬送して、薄膜形成処理が終了する。
【００３２】
提案される具体的な装置としては以下のようなものが想定される。第一の真空槽５内に設けられた１．１ｍ×１．４ｍのガラス基板１５を載置できる基板ステージ６と、サイズ１．３ｍ×１．６ｍで厚さ２０ｍｍのＡｌ製のプラズマ電極４が対向して設置される。そして、プラズマ電極４の背面板１８を取り囲む厚さ５０ｍｍのステンレス製の第二の容器部１０を設ける。第二の容器部１０の内壁３５とプラズマ電極４との最短距離は１０ｍｍとする。
【００３３】
また、具体的な成膜条件としては以下の条件が挙げられる。第一の真空槽５内に供給するＳｉＨ４ガス流量：２００ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス流量：９８００ｓｃｃｍ（ＳｉＨ４流量比＝２％）、第一の真空槽５内の圧力：１０Ｔｏｒｒ、印加高周波周波数：２７．１２ＭＨｚ、印加高周波電力密度：１．５Ｗ／ｃｍ２、プラズマ電極４と基板１５との距離：１０ｍｍ、基板ステージ６の温度：２００℃、第二の真空槽１１内の圧力：１０−２Ｔｏｒｒ、成膜時間：１２分。
【００３４】
この時、ｐ１ｄ１＝１０−１Ｔｏｒｒ・ｍ、ｐ２ｄ２＝１０−４Ｔｏｒｒ・ｍであり、ｐ１ｄ１≧１００ｐ２ｄ２を満たしている。
【００３５】
本実施の形態では、以上のような構成としたことで、プラズマ電極４のシャワープレート１９側と背面板１８側での圧力差を減らすことができ、圧力差で押されることによるプラズマ電極４の変形を防ぐことができる。これにより、膜質・膜厚の均一性が向上するという効果がある。
【００３６】
また、プラズマ電極４を、第一の容器部１ａの開口部２ａの端面１６ａに載置された絶縁体３ａを介して載置することで、プラズマ電極を安定させることができる。
【００３７】
さらに、第二の真空槽１１内の圧力を適切に設定することで、プラズマ電極４と基板１５との距離の面内精度が０．１ｍｍ以内とすることもできる。
【００３８】
また、第二の真空槽１１を設けることによって、プラズマ電極４にかかる力は小さくなるため、プラズマ電極４の厚さをより薄くすることができる。そのため、第二の真空槽１１を設けることによるコスト増はあるものの、あまり大きなものではない。
【００３９】
ここでは、１０ｐ１ｄ１≦ｐ２ｄ２又はｐ１ｄ１≧１０ｐ２ｄ２としたので、プロセス中に第二の真空槽１１内で放電が生じることを防止する効果が得られる。
【００４０】
また、本実施の形態では、微結晶シリコン薄膜の形成を例にとって説明したが、プロセスガスに例えばＣＦ４、ＮＦ３といったエッチングガスを用いれば、基板１５の表面に所定のエッチングを上記同様、面内均一に行うことができ、大面積基板を処理するプラズマ処理プロセス一般に適用しても同様の効果が得られる。
【００４１】
本実施の形態では、ガス流量、圧力、電力、等の成膜パラメータ、プラズマ電極４のサイズ、厚さ、第二の容器部１０の厚さ等を固定しているが、これらの値に限ることはない。
【００４２】
尚、本実施の形態では、第一の容器部１ａの開口部２ａの端面１６ａは、第一の容器部１ａの外側方向に拡大されている。しかし、第二の容器部１０の内壁３５とプラズマ電極４との距離を充分広くとれるならば、他の構成でもよい。
【００４３】
また、本実施の形態では、第一の真空排気部８と第二の真空排気部１３は、それぞれ第一の容器部１ａの側壁７ａ、第二の容器部１０の側壁１２に接続した。しかし、第一の真空排気部８は、第一の容器部１ａの底壁３６ａに接続してもよい。同様に、第二の真空排気部１３に関しても、第二の容器部１０の底壁２６に接続してもよい。また、第二の真空排気部１３は、第一の真空排気部８と共通としてもよい。共通とすることで真空排気部を新たに設ける必要が無くなりコストを抑えることができる。
【００４４】
加えて、プロセスガス供給部２５ａは背面板１８と接続し、インピーダンス整合器３０ａも背面板１８に接続した。しかし、これらは、プラズマ電極４の側壁２０に接続してもよい。そして、プロセスガス供給部２５ａとプラズマ電極４、インピーダンス整合器３０ａと背面板１８とは、それぞれ第二の容器部１０の底壁２６に絶縁体２７ａ、絶縁体３２ａを設けて接続した。しかし、これらはそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２に絶縁体２７ａ、絶縁体３２ａを設けて接続してもよい。プロセスガス供給部２５ａとインピーダンス整合器３０ａを第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０に接続することで、装置の高さを低くすることができる。また、第二の容器部１０の壁に絶縁体２７ａ、絶縁体３２ａを設ける代わりに、それぞれ、ガス配管の材質に絶縁体を用いたり、インピーダンス整合器３０ａと背面板１８との接続の導線に絶縁被覆を施したりしてもよい。
【００４５】
さらに、本実施の形態では、第一の真空槽５内と第二の真空槽１１内を大気から真空排気を始める時、真空排気を同時に始め、圧力差があまり生じないようにしながら排気を行った。しかし、第一の真空槽５内を先に真空排気したり、第二の真空槽１１内を先に真空排気したりしてもよい。これにより、各真空槽内の圧力を制御しながら排気をする必要が無くなり、排気が容易となる。
【００４６】
尚、本実施の形態では、第一の容器部１ａの開口部２ａに絶縁体３ａを設け、この絶縁体３ａを介して開口部２ａにプラズマ電極４を設置する構成とした。しかし、プラズマ電極４と第一の容器部１ａとが電気的に絶縁される構成であれば、必ずしも絶縁体３ａを用いる必要はなく、別の構成でもよい。
【００４７】
また、本実施の形態では、開口部２ａを有する第一の容器部１ａとプラズマ電極４によって第一の真空槽５を形成した。しかし、第一の真空槽５は、開口部を有さない容器で形成されてもよい。
【００４８】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２によるプラズマ処理装置を示す断面図である。図３において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１からの変更点は、第二の真空槽１１内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部４０を設け、第二の容器部１０の底壁２６に接続した点である。
【００４９】
第二の真空槽１１内に、空気よりも放電しにくい例えばＳＦ６のような不活性ガスを充填し、所定の圧力とする。こうすると、第二の真空槽１１内が空気の場合よりも、第二の真空槽１１内での放電を防止するためのｐｄ積の条件が緩和される。より放電しにくいガスを用いることで、ｐｄ積の条件がより緩和される。
【００５０】
例えば、第二の真空槽１１内が空気の時で、ｄ１とｄ２を同等とした時は、第二の真空槽１１内での放電を防止するためには、ｐ２をｐ１の１０倍以上、または、１０分の１以下にする必要があった。しかし、第二の真空槽１１内に不活性ガスを充填することで、この条件が緩和され、ｐ２をｐ１により近づけることができる。
【００５１】
さらに、第二の真空槽１１内の圧力を適切に設定することで、プラズマ電極４と基板１５との距離の面内精度が０．１ｍｍ以内とすることもできる。
【００５２】
また、第二の真空槽１１内が空気の時は、ｐ１とｐ２を同等とする場合、ｄ２をｄ１の１０倍以上、または、１０分の１以下にする必要があった。しかし、１０倍以上とする場合は、装置が大きくなってしまうという問題があり、１０分の１以下とする場合はプラズマ電極４との距離が近すぎて作製が困難であった。第二の真空槽１１内に不活性ガスを充填することで、この条件が緩和され、装置作製がより容易になる。
【００５３】
このような構成のプラズマ処理装置を用いた半導体製造方法の一例として、第二の真空槽１１内に充填する不活性ガスとしてＳＦ６を用いて微結晶シリコン薄膜の成膜を行う場合について説明する。
【００５４】
第二の真空槽１１内にＳＦ６を充填して第二の真空槽１１内の圧力を１０Ｔｏｒｒとし、装置サイズや他の成膜条件は実施の形態１の場合と同じとする。この時、ｐ１ｄ１＝ｐ２ｄ２であるが、第二の真空槽１１内にＳＦ６を充填したため、第二の真空槽１１内に放電は生じない。
【００５５】
この条件で微結晶シリコン薄膜の成膜を行うと、プロセス中に第二の真空槽１１内で放電が生じることを防止でき、実施の形態１の場合よりもプラズマ電極４の変形を低減することができ、膜質・膜厚の均一性もさらに向上する。
【００５６】
また、本実施の形態では、微結晶シリコン薄膜の形成を例にとって説明したが、大面積基板を処理するプラズマ処理プロセス一般に適用しても同様の効果が得られる。
【００５７】
本実施の形態では、ガス流量、圧力、電力、等の成膜パラメータ、プラズマ電極４のサイズ、厚さ、第二の容器部１０の厚さ等を固定しているが、これらの値に限ることはない。また、第二の真空槽１１内に充填する不活性ガスについても、空気よりも放電しにくいガスであればＳＦ６に限らず同様の効果が得られる。
【００５８】
尚、本実施の形態では、不活性ガス供給部４０は、第二の容器部１０の底壁２６に接続された。しかし、これは第二の容器部１０の側壁１２に接続してもよい。
【００５９】
実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３によるプラズマ処理装置を示す断面図である。図４において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１からの変更点は、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に絶縁体４１を充填し、プロセスガス供給部２５ｂとインピーダンス整合器３０ｂをそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０に接続した点である。またその際に、絶縁体２７ｂと絶縁体３２ｂはそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２に取り付けられている。
【００６０】
第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に絶縁体４１を充填することで、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間で放電が生じにくくなるため、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との距離を狭くすることができる。つまり、第二の容器部１０をより小さくすることができる。
【００６１】
また、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に絶縁体４１を充填したことで、第二の容器部１０の側壁１２は、第二の容器部１０の底壁２６よりも変形しにくくなる。このため、プロセスガス供給部２５ｂとインピーダンス整合器３０ｂをそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０に接続すると、接続が容易となる。
【００６２】
さらに、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との距離を狭くすることができるため、第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０にインピーダンス整合器３０ｂと高周波電源３１ｂを接続することで、導線を短くすることができる。このため、供給する高周波の損失を減らすことができる。
【００６３】
尚、本実施の形態では、絶縁体４１を新たに設けた。しかし、絶縁体４１は、絶縁体３ａと一体成形としてもよい。
【００６４】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４によるプラズマ処理装置を示す断面図である。図５において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１からの変更点は、プラズマ電極４のサイズを第一の容器部１ｂの開口部２ｂのサイズより小さくし、絶縁体３ｂを第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に設置し、これを介してプラズマ電極４を第二の容器部１０の側壁１２で挟持している点である。また、プロセスガス供給部２５ｂとインピーダンス整合器３０ｂをそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０に接続した。
【００６５】
プラズマ電極４のサイズを第一の容器部１ｂの開口部２ｂのサイズより小さくし、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に絶縁体３ｂを設置することで、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との距離を狭くすることができる。つまり、第二の容器部１０をより小さくすることができる。
【００６６】
また、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に絶縁体３ｂを設置したことで、第二の容器部１０の側壁１２は、第二の容器部１０の底壁２６よりも変形しにくくなる。このため、プロセスガス供給部２５ｂとインピーダンス整合器３０ｂをそれぞれ第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０に接続すると、接続が容易となる。
【００６７】
さらに、第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との距離を狭くすることができるため、第二の容器部１０の側壁１２を介してプラズマ電極４の側壁２０にインピーダンス整合器３０ｂと高周波電源３１ｂを接続することで、導線を短くすることができる。このため、供給する高周波の損失を減らすことができる。
【００６８】
尚、本実施の形態では、絶縁体３ｂを第二の容器部１０の側壁１２とプラズマ電極４の側壁２０との間に設置し、これを介してプラズマ電極４を第二の容器部１０の側壁１２で挟持した。しかし、絶縁体３ｂを第一の容器部１ｂの側壁７ｂとプラズマ電極４の側壁２０との間に設置し、これを介してプラズマ電極４を第一の容器部１ｂの側壁７ｂで挟持し、これに伴い、プロセスガス供給部２５ｂとインピーダンス整合器３０ｂをそれぞれ第一の容器部１ｂの側壁７ｂを介してプラズマ電極４の側壁２０に接続してもよい。
【００６９】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５によるプラズマ処理装置を示す断面図である。図６において、図１と同じ符号を付けたものは、同一または相当のものを示しており、その説明を省略する。図１からの変更点は、絶縁体４２を第二の容器部１０の内壁３５と、プラズマ電極４の第二の容器部１０の内壁３５と対向する面４３とに設置した点である。
【００７０】
このような構成とすることで、実施の形態１の場合よりも、第二の真空槽１１内での放電を防止するためのｐｄ積の条件が緩和される。絶縁体４２を厚くすることで、ｐｄ積の条件がより緩和される。
【００７１】
例えば、実施の形態１では、ｄ１とｄ２を同等とした時は、第二の真空槽１１内での放電を防止するためには、ｐ２をｐ１の１０倍以上、または、１０分の１以下にする必要があった。しかし、本実施の形態では、この条件が緩和され、ｐ２をｐ１により近づけることができる。
【００７２】
さらに、第二の真空槽１１内の圧力を適切に設定することで、プラズマ電極４と基板１５との距離の面内精度が０．１ｍｍ以内とすることもできる。
【００７３】
また、実施の形態１では、ｐ１とｐ２を同等とする場合、ｄ２をｄ１の１０倍以上、または、１０分の１以下にする必要があった。しかし、１０倍以上とする場合は、装置が大きくなってしまうという問題があり、１０分の１以下とする場合はプラズマ電極４との距離が近すぎて作製が困難であった。本実施の形態では、絶縁体４２を設置することで、この条件が緩和され、装置作製がより容易になる。
【００７４】
尚、本実施の形態では、絶縁体４２を第二の容器部１０の内壁３５と、プラズマ電極４の第二の容器部１０の内壁３５と対向する面４３とに設置した。しかし、絶縁体４２は、第二の容器部１０の内壁３５のみ、または、プラズマ電極４の第二の容器部１０の内壁３５と対向する面４３のみに設置してもよい。また、第二の容器部１０の内壁３５や、プラズマ電極４の第二の容器部１０の内壁３５と対向する面４３の全面に設置せずとも、放電が生じやすい一部分だけに設置してもよい。
【００７５】
以上、５つの実施の形態について説明した。これら実施の形態で説明した構成は、互いに組合せることができる。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ、１ｂ  第一の容器部
２ａ、２ｂ  第一の容器部の開口部
３ａ、３ｂ  絶縁体
４  プラズマ電極
５  第一の真空槽
６  基板ステージ
７ａ、７ｂ  第一の容器部の側壁
８  第一の真空排気部
９  第二の容器部の開口部
１０  第二の容器部
１１  第二の真空槽
１２  第二の容器部の側壁
１３  第二の真空排気部
１５  基板
１６ａ、１６ｂ  第一の容器部の開口部の端面
１７  基板の処理対象面
１８  背面板
１９  シャワープレート
２０  プラズマ電極の側壁
２１  ガス室
２５ａ、２５ｂ  プロセスガス供給部
３１ａ、３１ｂ  高周波電源
３５  第二の容器部の内壁
４０  不活性ガス供給部
４１  絶縁体
４２  絶縁体
４３  プラズマ電極の第二の容器部の内壁と対向する面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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