(57)【要約】  プラズマ処理装置（５０）のチャンバー（１）内には、カソード電極（２）とアノード電極（３）とが間隔を隔てて配設されている。カソード電極（２）に電力供給部（４）から電力が供給される。アノード電極（３）は電気的に接地されて、基板（７）が設置される。アノード電極（３）には、ヒータ（２１）が内蔵されている。チャンバー（１）の上壁部には排気口（１９ａ）が設けられて、排気管（２０ａ）を介して真空ポンプ（２０ｂ）に接続されている。チャンバー（１）の壁面の下壁部にはガス導入口（１０）が設けられている。チャンバー（１）の外には、ガス供給部（８）が設けられている。
2009031520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理が施される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が搬入され、搬入された被処理物（７，７ａ〜７ｅ）に所定のプラズマ処理を施すためのチャンバー（１）と、
前記チャンバー（１）における、前記チャンバー（１）内の上部の空間のガスの流れを滞留させない所定の位置に取り付けられて、前記チャンバー（１）内のガスを排気する排気口（１９ａ）と
を備えた、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記チャンバー（１）内に配設され、被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を所定の姿勢で保持する保持部（３）を備え、
前記排気口（１９ａ）は、前記保持部（３）により保持される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）における最も高い部分よりも上方の位置に配設された、請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記排気口（１９ａ）は前記チャンバー（１）の上壁部に取り付けられた、請求の範囲第２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記排気口（１９ａ）は、前記保持部（３）に前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が保持された状態で、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）の直上に位置する前記上壁部の所定の部分に取り付けられた、請求の範囲第３項記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記保持部（３）は、被処理物（７，７ａ〜７ｅ）として基板を鉛直方向に立てた状態で保持する鉛直保持部を含む、請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記保持部（３）は、被処理物（７，７ａ〜７ｅ）として基板を水平方向に保持する水平保持部を含む、請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記保持部（３）は、水平方向に保持した基板を鉛直方向に複数保持する積層保持部を含む、請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記チャンバー（１）内のガスを排気する他の排気口（１９，１９ｂ）を備え、
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は、前記保持部（３）により保持される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）における最も低い部分よりも下方の位置に配設された、請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は前記チャンバー（１）の下壁部に取り付けられた、請求の範囲第８項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は、前記保持部（３）に前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が保持された状態で、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）の直下に位置する前記下壁部の所定の部分に取り付けられた、請求の範囲第９項記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
所定のチャンバー（１）内に搬入される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）に、プラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
チャンバー（１）内にプラズマ処理を施すための所定のガスを導入する工程と、
前記チャンバー（１）内にプラズマを生成する工程と、
前記チャンバー（１）内に搬入された被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を前記プラズマに晒すことにより、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）にプラズマ処理を施す工程と、
前記チャンバー（１）内における上部の空間のガスの流れを滞留させないように、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）における最も高い部分よりも上方の所定の位置から前記チャンバー（１）内を排気する工程とを備えた、プラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求の範囲第１項〜第１０項のいずれかに記載のプラズマ処理装置または請求の範囲第１１項記載のプラズマ処理方法によって製造された、半導体素子。
【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プラズマ処理方法ならびに半導体素子に関し、特に、密封可能なチャンバー内にガスを導入して被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、そのプラズマ処理方法と、そのようなプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造された半導体素子とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造において、薄膜を形成したりエッチング処理を施す装置の一つにプラズマ処理装置がある。そのプラズマ処理装置としては、チャンバー内に配設されたカソード電極とアノード電極との間に、基板を水平方向に配置させる態様のプラズマ処理装置がある。また、米国特許第４２８９５９８号明細書（特許文献１）では、基板を垂直方向に配置させる態様のプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、チャンバー内を排気する真空ポンプの排気口がチャンバーの側面に設けられている。【０００３】
さらに、特開２００１−８１５５９号公報（特許文献２）では、基板を傾斜させて配置する態様のプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、真空ポンプの排気口はチャンバーの下部に設けられている。そして、米国特許第４２６４３９３号明細書（特許文献３）では、チャンバー内に複数のカソード電極とアノード電極とを上下方向に並べて配置したプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、真空ポンプの排気口はチャンバーの下部に設けられ、その排気口を介してチャンバー内が真空排気される。
【特許文献１】米国特許第４２８９５９８号明細書
【特許文献２】特開２００１−８１５５９号公報
【特許文献３】米国特許第４２６４３９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置では次のような問題点があった。まず、特許文献１および特許文献２に記載されたプラズマ処理装置では、短時間のプラズマ処理では、特に、問題は生じないが、プラズマ処理を続けているとプラズマのエネルギーによって、チャンバーの上部に位置する基板の温度が、チャンバーの下部に位置する基板の温度に比べて上昇する。そのため、基板の面内において温度にばらつきが生じるといった問題がある。【０００５】
すなわち、チャンバー内に導入されたガスはプラズマにより分解され、プラズマ処理によってそのプラズマのエネルギーにより昇温されて、チャンバーの上部に上昇する。チャンバーの上部に上昇した分解されたガスはチャンバー上部に滞留する。一方、温度が低下したガスはチャンバーの上部から下部に向って下降し、プラズマのエネルギーにより温度が上昇したガスと入れ替わる。このサイクルにより、チャンバーの下部に位置する温度の低いガスが排気口から排気されることになる。そのため、温度の高いガスがチャンバーの上部に滞留し、チャンバーの上部に位置する基板の温度が、下部に位置する基板の温度より高くなるという問題が生じる。【０００６】
プラズマ処理が施される基板の温度が異なると、プラズマ処理により形成される膜の膜質やエッチング速度に差が生じ、基板の面内において膜質のばらつきやエッチング量のばらつきが生じることになる。従来、このような真空プロセスにおいては、ガスを導入する前の基板の温度を測定し、基板の温度にばらつきがないことが確認されていたが、ガスを導入してプラズマ処理が行われている間における基板の温度の変化についてはほとんど考慮されていなかった。【０００７】
本願の発明者は、プラズマ処理中にも基板の温度が変化し、温度のばらつきが生じていることを発見し、本発明を完成するに至った。この基板における温度のばらつきは、大型の基板を処理するチャンバー容量の大きなプラズマ処理装置や、チャンバーの内部にガスの流れを妨げる部材が多く存在するプラズマ処理装置の場合に、特に顕著になる。【０００８】
同様の理由により、特許文献３に記載されたプラズマ処理装置においても基板の温度にばらつきが生じるという問題があった。すなわち、このプラズマ処理装置では、チャンバー内の上下方向に複数のカソード電極とアノード電極とが配設されていることで、チャンバーの上部に位置するカソード電極とアノード電極との間に配置される基板の温度が、チャンバーの下部に配置される基板の温度に比べて高くなった。【０００９】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ処理中のチャンバー内の温度のばらつきを低減して、基板面内の温度の不均一性や基板間の温度の不均一性が改善されるプラズマ処理装置を提供することであり、他の目的は、そのようなプラズマ処理方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造される半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバーと排気口とを備えている。チャンバーでは、プラズマ処理が施される被処理物が搬入され、搬入された被処理物に所定のプラズマ処理が施される。排気口は、チャンバーにおける、チャンバー内の上部の空間のガスの流れを滞留させない所定の位置に取り付けられて、チャンバー内のガスを排気する。【００１１】
この構成によれば、排気口は、チャンバー内の上部の空間のガスの流れを滞留させない所定の位置に取り付けられていることにより、チャンバー内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、チャンバー内の鉛直方向におけるガスの温度のばらつきが低減される。その結果、被処理物の温度の均一性が向上し、被処理物に均一なプラズマ処理を施すことができる。【００１２】
具体的には、チャンバー内に配設され、被処理物を所定の姿勢で保持する保持部を備え、排気口は、保持部により保持される被処理物における最も高い部分よりも上方の位置に配設されていることが好ましい。【００１３】
より具体的には、排気口はチャンバーの上壁部に取り付けられていることが好ましく、さらに具体的には、排気口は、保持部に被処理物が保持された状態で、被処理物の直上に位置する上壁部の所定の部分に取り付けられていることが好ましい。【００１４】
また、保持部は、被処理物として基板を鉛直方向に立てた状態で保持する鉛直保持部を含むことが好ましい。【００１５】
この場合には、基板を鉛直に立てた状態でも基板の面内に均一にプラズマ処理を施すことができる。【００１６】
さらに、保持部は、被処理物として基板を水平方向に保持する水平保持部を含んでいてもよく、そして、保持部は、水平方向に保持した基板を鉛直方向に複数保持する積層保持部を含んでいてもよい。【００１７】
この場合には、基板を水平にした状態でも基板の面内に均一にプラズマ処理を施すことができる。【００１８】
さらに、チャンバー内のガスを排気する他の排気口を備え、他の排気口は、保持部により保持される被処理物における最も低い部分よりも下方の位置に配設されていることが好ましい。【００１９】
この場合には、排気口に加えてチャンバーに他の排気口を設けて、チャンバー内の下部に存在する温度が低いガスを排気することで、プラズマのエネルギーによって温度が上がってチャンバー内の上部へ上昇するガスの量を低減することができる。これにより、チャンバー内の上部に位置する基板周辺のガスの温度上昇がさらに抑えられて、基板に施されるプラズマ処理の均一性をさらに向上させることができる。【００２０】
より具体的には、他の排気口はチャンバーの下壁部に取り付けられていることが好ましく、さらに具体的には、他の排気口は、保持部に被処理物が保持された状態で、被処理物の直下に位置する下壁部の所定の部分に取り付けられていることが好ましい。【００２１】
本発明に係るプラズマ処理方法は、所定のチャンバー内に搬入される被処理物に、プラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、以下の工程を備えている。チャンバー内にプラズマ処理を施すための所定のガスを導入する。チャンバー内にプラズマを生成する。チャンバー内に搬入された被処理物をプラズマに晒すことにより、被処理物にプラズマ処理を施す。チャンバー内における上部の空間のガスの流れを滞留させないように、被処理物における最も高い部分よりも上方の所定の位置からチャンバー内を排気する。【００２２】
この方法によれば、被処理物における最も高い部分よりも上方の所定の位置からチャンバー内を排気することにより、チャンバー内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、チャンバー内の鉛直方向におけるガスの温度のばらつきが低減される。これにより、被処理物の温度の均一性が向上し、被処理物に均一なプラズマ処理を施すことができる。【００２３】
本発明に係る半導体素子は、上述したプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造された半導体素子である。【００２４】
この半導体素子によれば、基板の表面に均一にプラズマ処理が施されることによって、基板面内の半導体膜の膜質が均一になり、基板面内における素子特性のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図２】同実施の形態において、変形例に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図５】本発明の実施例１において、基板の被処理面における温度の測定箇所を示す平面図である。
【図６】同実施例において、比較例１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図７】本発明の実施例２において、比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  チャンバー、２  カソード電極、２ａ  放電面、３  アノード電極（保持部）、３ａ  放電面、４  電力供給部、７，７ａ〜７ｅ  基板（被処理物）、８  ガス供給部、１０  ガス導入口、１９ａ  排気口、１９ｂ  他の排気口、２０  排気部、２１  ヒータ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内において基板をほぼ鉛直（垂直）に配置した状態で基板に所定の膜を形成するプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）装置について説明する。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板型の電極構造を備えたプラズマＣＶＤ装置である。図１に示すように、プラズマ処理装置５０のチャンバー１内には、互いに対向するカソード電極２とアノード電極３とが間隔を隔てて配設されている。このカソード電極２とアノード電極３とは、互いに間隔を隔てて対向した放電面２ａ，３ａを有する電極構造であれば、平行平板型に限られない。【００２８】
また、このプラズマ処理装置５０では、カソード電極２とアノード電極３との電極対（ペア）を１対とした電極構造を例に挙げているが、このような対を複数設けた電極構造でもよい。そのカソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）は、所望のプラズマ処理条件にしたがって決定され、一般的には数ｍｍから数十ｍｍ程度とされる。【００２９】
チャンバー１の外には、カソード電極２に電力を供給する電力供給部４が設けられている。その電力供給部４とカソード電極２との間には、インピーダンス整合回路５が設けられている。インピーダンス整合回路５では、電力供給部４とカソード電極２およびアノード電極３の対との間のインピーダンス整合が行われる。電力供給部４は電力導入線６ａの一端に接続されている。その電力導入線６ａの他端はインピーダンス整合回路５に接続されている。【００３０】
インピーダンス整合回路５には電力導入線６ｂの一端が接続され、その電力導入線６ｂの他端はカソード電極２に接続されている。電力供給部４としては、交流電力を出力することができればよく、通常、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が用いられる。なお、交流電力の周波数としては、この周波数に限られるものではなく、数ｋＨｚからＶＨＦ帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用してもよい。【００３１】
一方、アノード電極３は電気的に接地されている。そのアノード電極３には、アノード電極３とカソード電極２との間に位置してカソード電極２と対向するように、被処理物である基板７が設置される。基板７は基板固定部１１によってアノード電極３に固定される。すなわち、アノード電極３が、被処理物である基板７を保持する保持部（鉛直保持部）に対応する。【００３２】
なお、基板７は、基板トレイ等（図示せず）を介してアノード電極３に支持されていてもよい。また、基板７をカソード電極２に設置するようにしてもよいが、プラズマ処理によって被処理物に膜を成膜する場合には、プラズマ中のイオンによるダメージによって膜質が低下するのを低減するために、基板７をアノード電極３上に設置することが好ましい。アノード電極３には、基板７を加熱するヒータ２１が内蔵されている。ヒータ２１としては基板７を加熱することが可能であれば、アノード電極３に内蔵されている必要はなく、アノード電極３の近傍に設けられていてもよい。【００３３】
また、ヒータ２１の近傍には冷却部２２が設けられている。一般的に、冷却部２２としては、液体または気体を循環させる態様のものが用いられる。このプラズマ処理装置５０では、アノード電極３内に冷却水を循環させる冷却部２２が設けられている。ヒータ２１と冷却部２２とを基板７の近傍に配設することによって、基板７の温度の制御をより精度よく行うことができる。【００３４】
チャンバー１の壁面の上部（上壁部）には排気口１９ａが設けられている。排気口１９ａには排気管２０ａが接続されている。排気管２０ａは真空ポンプ２０ｂと接続されて、真空ポンプ２０ｂによりチャンバー１内が排気される。このプラズマ処理装置５０では、排気部２０として排気管２０ａと真空ポンプ２０ｂを備えていればよい。また、排気口１９ａと真空ポンプ２０ｂの間には、圧力調整用バルブ１７が設けられている。圧力調整用バルブ１７によって、ガスが導入されたチャンバー１内の圧力がほぼ一定となるように調整される。【００３５】
排気口１９ａの設置位置としては、基板７の最上部を含む水平面よりも上方に設けられていればよい。すなわち、排気口（開口端）１９ａが、基板７の最も高い部分よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。【００３６】
一方、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）にはガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０の設置位置としては、これに限られず、カソード電極２とアノード電極３との電極間にガスをスムースに供給するため、カソード電極２とアノード電極３との電極対を挟んで排気口１９ａと反対側の位置にガス導入口１０が設けれていることが好ましい。このプラズマ処理装置５０では、ガス導入口１０は、基板７の最下部を含む水平面よりも下方に設けられている。すなわち、ガス導入口（開口端）１０が、基板７の最も低い部分よりも下方に位置するように配置されている。【００３７】
また、チャンバー１の外には、ガス供給部８が設けられている。ガス供給部８は、たとえばガスボンベ８ａ、流量コントローラ８ｂ、バルブ８ｃ等から構成される。ガス供給部８から供給されるガス１８は、ガス供給管９を流れ、ガス導入口１０からチャンバー１内に導入される。ガス１８としては、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のいずれかのガス、または、これらの混合ガスが使用される。たとえば、シリコン系の薄膜を基板７に成膜する場合には、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）、材料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ4）、ドーピングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ3）またはジボランガス（Ｂ2Ｈ6）が用いられる。プラズマに材料ガス等が晒されることで、材料ガス等が分解されて基板７上にシリコン系の薄膜が形成されることになる。本プラズマＣＶＤ装置５０は上記のように構成される。【００３８】
次に、基板の上部と下部における温度のばらつきとその低減について説明する。チャンバー内において、より上部に位置する基板、あるいは、より上部に位置する基板の部分の表面温度が上昇するという問題は、特に、基板の熱伝導性が低い場合や基板の熱容量が大きい場合に発生しやすい。これは次の理由による。プラズマ処理中における基板の加熱および冷却は、アノード電極３に設けたヒータ２１および冷却部２２のように、一般的には、基板の被処理面の裏側に配設したヒータや冷却部によって行われる。このような構成において、基板の熱伝導率が低い場合や基板の熱容量が大きい場合には、基板の被処理面の側に熱が伝わりにくく、また、基板の被処理面の表面温度は、その周囲のガス雰囲気の温度の影響を受けやすいからである。熱伝導率が低い基板としては、ガラス基板、セラミック基板およびポリイミド等の樹脂基板が挙げられる。【００３９】
また、プラズマＣＶＤ装置では、カソード電極とアノード電極との間にプラズマが生成されて、プラズマ中の電子またはイオンが、カソード電極、アノード電極および基板に衝突する。そのため、カソード電極、アノード電極および基板の温度が上昇して、ヒータ２１の設定温度よりも高くなると、カソード電極に冷却部が設けられていない場合には、カソード電極からの放熱は主として周囲の雰囲気を介して行われるため、カソード電極の温度は周囲にあるガスの温度の影響を大きく受ける。【００４０】
カソード電極においてチャンバーの上部に位置する部分の温度が、下部に位置する部分の温度よりも高くなると、カソード電極における上部と下部とで歪の大きさ（歪み量）に差異が生じる。そうすると、カソード電極とアノード電極との電極間の距離が、カソード電極の上部と下部とで差が生じ、基板の被処理面にプラズマ処理を均一に施すことが難しくなる。このような問題は、カソード電極とアノード電極との電極間距離が数十ｍｍ以下、特に、３０ｍｍ以下、さらには２０ｍｍ以下と電極間距離が短くなるにしたがって顕著になる。電極間距離が短くなると、電極の歪みによる電極間距離の変化が誤差範囲を超えてしまい、プロセスに対する影響を無視することができなくなるからである。【００４１】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａは基板７の最上部よりも上方の位置に配設されている。これにより、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、カソード電極２に冷却部を設けない場合でも、カソード電極２の温度上昇を抑えることができる。これにより、カソード電極２等が歪むことによる電極間距離の変動がなくなって、基板７に均一なプラズマ処理を施すことができる。【００４２】
なお、ここでは、カソード電極２を例に挙げて説明したが、ヒータ２１の近傍に設けられて、ヒータ２１が発生する熱により温度が上昇する他の部材についても、その部材の温度が上昇することによってプラズマ処理に影響を与える場合がある。本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、冷却部を設けなくても、そのようなプラズマ処理に影響を与える部材の温度上昇を抑えることができる。【００４３】
また、上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、基板の被処理面が鉛直方向（水平面に対して垂直方向）となるように基板を配置する場合を例に挙げて説明したが、水平面に対して基板の被処理面が傾斜するように基板を斜めに傾けて設置するような場合でも、チャンバー内の上下方向のガス温度分布によって基板の被処理面内の温度にばらつきが生じることがある。本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、基板を斜めに傾けて配置しても、基板の被処理面内の温度のばらつきを抑えることができる。【００４４】
ところで、プラズマＣＶＤ装置では、基板にプラズマ処理を施すチャンバーの他に、ロードロック室とアンロードロック室が一般的に設けられる。ロードロック室は、室内を真空排気して基板を予備加熱するチャンバーであり、アンロードロック室は、室内を大気開放して基板を取り出すためのチャンバーである。【００４５】
この種のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ処理を施すチャンバーのヒータは常時オン状態とされて、プラズマ処理が終了した基板はアンロードロック室に搬送される一方、ロードロック室で予備加熱された基板がチャンバーに搬送されることになる。こうして、チャンバーに順次搬送される基板に対してプラズマ処理が施されて、チャンバー内では、ある一定の時間内において、材料ガス等が導入されてプラズマが生成される時間の割合が長くなる。【００４６】
このとき、プラズマのエネルギーによって加熱されたガスがチャンバー内の上部に滞留して、カソード電極およびヒータの周辺の部材等の温度が一端上昇すると、カソード電極等は周囲の雰囲気が真空雰囲気であるために冷却されにくく、カソード電極等が高い温度で維持されることがある。一方、ロードロック室とアンロードロック室とを備えず、プラズマ処理が行われるチャンバーにて、基板の搬入と搬出を行なう態様のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ処理の前後で、電極および基板が降温された状態とされるために、カソード電極等が高い温度で維持されるようなことはなくなる。【００４７】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、このようなロードロック室とアンロードロック室とを備えていても、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、カソード電極等が高い温度で維持されるようなことがなくなる。【００４８】
以上のように、本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａを基板７の最上部よりも上方の位置に配設することで、チャンバー１内に導入されてプラズマのエネルギーによって温度の上昇したガスが、基板７の上部の領域に滞留することが抑制される。これにより、チャンバー１の上部に位置する基板７の表面の温度上昇が抑えられて、基板７表面の面内温度分布を改善することができる。こうして、基板７表面の面内温度分布がより均一になることで、プラズマＣＶＤ装置の場合には、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を向上することができる。【００４９】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。【００５０】
変形例
図１に示されるプラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）にガス導入口１０を設けた場合を例に挙げた。ガス導入口としては、この他に、図２に示すように、基板７と対向するカソード電極２の放電面２ａに複数のガス導入口１０を設けた構造としてもよい。カソード電極２の内部は空洞となっており、その空洞に導入されたガスが複数のガス導入口１０を介して、カソード電極２とアノード電極３との間の領域へ供給されることになる。【００５１】
このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３の間のプラズマ発生空間により均一にガスを供給することができ、プラズマ処理の基板７の面内均一性を向上することができる。また、基板７を鉛直に配置した状態で基板７に膜を形成する場合では、カソード電極２からの膜のフレークが基板７の表面に付着するのを低減することができる。【００５２】
実施の形態２
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内においてほぼ水平方向に配置される基板を垂直（縦方向に）に複数配置した状態で、同時にプラズマ処理を施すプラズマＣＶＤ装置の一例について説明する。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板型の電極構造を備えたプラズマＣＶＤ装置である。【００５３】
図３に示すように、プラズマＣＶＤ装置５０のチャンバー１内には、互いに間隔を隔てて対向するカソード電極２とアノード電極３との電極対が複数配設されている。複数の電極対は、鉛直方向（縦方向）に配設されて、それぞれの電極対では、カソード電極２とアノード電極３とはほぼ水平に配設されている。基板７ａ〜７ｅは、基板固定部１１によってそれぞれアノード電極３の放電面３ａに固定される。すなわち、それぞれのアノード電極３が被処理物である基板７を水平に保持する水平保持部に対応し、複数のアノード電極３が被処理物である基板７ａ〜７ｅを鉛直方向に複数保持する積層保持部に対応する。【００５４】
なお、カソード電極２とアノード電極３とは、互いに間隔を隔てて対向した放電面２ａ，３ａを有する電極構造であれば、平行平板型に限られない。前述したように、そのカソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）は、所望のプラズマ処理条件にしたがって決定され、一般的には数ｍｍから数十ｍｍ程度とされる。【００５５】
ガス導入口１０は、カソード電極２の放電面２ａに複数設けられている。カソード電極２の内部は空洞となっており、その空洞に導入されたガスが複数のガス導入口１０を介して、カソード電極２とアノード電極３との間の領域に供給される。このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３との間のプラズマが生成される領域（空間）により均一にガスを供給することができて、プラズマ処理の基板７の面内における均一性を向上することができる。【００５６】
また、排気口１９ａはチャンバー１の壁面の上部（上壁部）に設けられ、特に、最上位に位置する電極対のアノード電極３に対して、放電面３ａの略中央の直上に位置するチャンバーの壁面の部分に設けられている。このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３との間のプラズマが生成される領域に供給されたガスをカソード電極２の周囲から略均一に排気することができ、基板７の被処理面内の温度のばらつきを抑えることができる。【００５７】
排気口１９ａの設置位置としては、基板７の最上部を含む水平面よりも上方に設けられていればよい。すなわち、排気口（開口端）１９ａが、最も上に配置される基板７よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。なお、これ以外の構成については、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。【００５８】
チャンバー内に複数の基板が縦方向に配置されて同時にプラズマ処理が施される場合には、基板の枚数が増えるほど、基板間の温度のばらつきが顕在化する。【００５９】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０によれば、排気口１９ａを基板７の最上部よりも上方の位置に配設することで、チャンバー１内に導入されてプラズマのエネルギーによって温度の上昇したガスが、チャンバー１内の上部の領域に滞留することが抑制される。これにより、チャンバー１の上部に位置する基板７の表面の温度上昇が抑えられて、チャンバーの下部に位置する基板の表面温度との温度差を低く抑えることができる。【００６０】
その結果、チャンバー１内において、縦方向に配置される複数の基板７間の温度のばらつきが抑えられて、各基板７に施されるプラズマ処理の均一性を向上させることができる。こうして、基板７の被処理面内の温度の分布および基板７間の温度の分布がより均一になることで、プラズマＣＶＤ装置の場合には、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を向上することができる。【００６１】
また、上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、カソード電極２とアノード電極３の電極対は、アノード電極３が上に位置するように配設されて、そのアノード電極３に基板が保持される。これにより、基板７の表面が下方に向けられた状態（デポアップ）でその表面に膜が形成されることになり、カソード電極からの膜のフレークが基板７の表面に付着するのを阻止することができる。一方、アノード電極３が下に位置するように電極対を配設した場合（デポダウン）には、基板をより確実に接地させることができる。【００６２】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。【００６３】
実施の形態３
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内においてほぼ水平方向に配置される基板を鉛直（垂直、縦方向）に複数配置した状態で、同時にプラズマ処理を施すプラズマＣＶＤ装置の他の例について説明する。【００６４】
図４に示すように、このプラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の壁面の上部（上壁部）に第１の排気口１９ａが設けられ、さらに、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）に第２の排気口１９ｂが設けられている。第１の排気口１９ａの設置位置としては、第１の排気口（開口端）１９ａが、最も上に配置される基板７よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。【００６５】
また、第２の排気口１９ｂの設置位置としては、第２の排気口（開口端）１９ｂが、最も下に配置される基板７よりも下方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ｂがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。なお、これ以外の構成については、図３に示すプラズマＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。【００６６】
上述したプラズマＣＶＤ装置によれば、第１の排気口１９ａに加えてチャンバー１の壁面の下部に第２の排気口１９ｂを設けて、チャンバー１内の下部に存在するガスを排気することで、プラズマのエネルギーによって温度が上がりチャンバー１内に滞留するガスの量を低減することができる。これにより、チャンバー１内の上部に位置する基板７周辺のガスの温度上昇がさらに抑えられて、各基板７に施されるプラズマ処理の均一性をさらに向上させることができる。こうして、基板７の被処理面内の温度の分布および基板７間の温度の分布がさらに均一になることで、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を大幅に向上することができる。【００６７】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。
【実施例１】
【００６８】
ここでは、実施例１として、図２に示されるプラズマＣＶＤ装置を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７として、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。ガス１８として、流量２０００ｓｃｃｍの水素ガス（希釈ガス）、流量２０ｓｃｃｍのシランガス（材料ガス）をチャンバー１に導入した。成膜時のチャンバー１内の圧力を６００Ｐａとした。【００６９】
チャンバー１内の圧力が安定した後、カソード電極２に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、カソード電極２の放電面２ａに与えられる電力密度が０．２Ｗ／ｃｍ2となるように設定した。カソード電極２とアノード電極３との間の領域にプラズマを生成して、導入されたガスを分解することにより、ガラス基板の表面にｉ型結晶質シリコン膜を形成した。【００７０】
その基板７の温度として、ヒータ２１および冷却部２２によって、基板７の被処理面の最下部７７ｃの温度が２００℃となるように制御した（図５参照）。温度の測定箇所として、被処理面の最下部７７ｃの温度の他に、図５に示すように、被処理面の中央部７７ｂおよび被処理面の最上部７７ａの合計３箇所の温度を測定した。各点の温度は、それぞれの箇所に熱電対を接触させることにより測定した。また、温度測定のタイミングとして、まず、チャンバー１にガスを導入する前の時点で測定し、そして、ガスを導入しプラズマを発生させた後６０分を経過した時点で測定した。【００７１】
一方、比較例１として、図６に示されるプラズマＣＶＤ装置１５０を用いて、同様の条件のもとで基板にｉ型結晶質シリコン膜を成膜し、基板７の被処理面の温度を測定した。なお、比較例１では、排気口１９がチャンバー１の下部に設けられている点が、本プラズマＣＶＤ装置５０と異なる。【００７２】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、比較例１の場合の結果と併せて表１に示す。表１に示すように、まず、比較例１では、基板７の被処理面の温度は、上部に位置するほど温度が高くなっていることがわかり、最下部７７ｃにおける温度と最上部７７ａにおける温度とでは、１０℃程度の温度差があることがわかった。基板の温度が１０℃程度ばらつくと、基板に形成される膜の膜質が大きく変化し、デバイス特性に影響を与えることになる。【００７３】
【表１】
2009031520.tif 000003
【００７４】
一方、本プラズマＣＶＤ装置５０では、基板被処理面の最上部７７ａ近傍のガスが排気口１９ａから効率よく排気され、チャンバー１の上部に温度の高いガスが滞留しないため、基板の被処理面の最上部７７ａの温度が最下部７７ｃの温度より５℃程度低くなり、基板７の被処理面内における温度のばらつきが低減されていることが確認された。このように、基板７の被処理面内における温度のばらつきが抑えられることで、基板７の被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の面内均一性を改善できることがわかった。
【実施例２】
【００７５】
ここでは、実施例２として、図３に示されるプラズマＣＶＤ装置５０を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７ａ〜７ｅとして、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。成膜条件は実施例１の成膜条件と同じ条件とした。【００７６】
そして、温度の測定箇所として、チャンバー内の下部に位置する基板の被処理面の中央部、上部に位置する基板の被処理面の中央部、上部と下部との中間に位置する基板の被処理面の中央部の３箇所の温度を測定した。なお、このそれぞれの温度は、基板面内の平均温度とされる。【００７７】
一方、比較例２として、図７に示されるプラズマＣＶＤ装置１５０を用いて、同様の条件のもとで基板にｉ型結晶質シリコン膜を成膜し、基板７の被処理面の温度を測定した。なお、比較例２では、排気口１９がチャンバー１の下部に設けられている点が、本プラズマＣＶＤ装置と異なる。【００７８】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、比較例２の場合の結果と併せて表２に示す。表２に示すように、まず、比較例２では、チャンバー１の上部に位置する基板７ａの被処理面の温度が、下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度よりも１０℃程度高くなっていることがわかった。【００７９】
【表２】
2009031520.tif 000004
【００８０】
一方、本プラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の上部に位置する基板７ａの被処理面の温度と下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度との温度差は６℃程度であり、下部の基板から上部の基板にわたり、基板間の温度のばらつきが低減されていることがわかった。基板間の温度のばらつきが抑えられることで、基板７ａ〜７ｅのそれぞれの被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の均一性を改善できることがわかった。
【実施例３】
【００８１】
ここでは、実施例３として、図４に示されるプラズマＣＶＤ装置５０を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７ａ〜７ｅとして、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。成膜条件は実施例２の成膜条件と同じ条件とした。【００８２】
そして、温度の測定箇所として、チャンバー内の下部に位置する基板７ｅの被処理面の中央部、上部に位置する基板７ａの被処理面の中央部、上部と下部との中間に位置する基板７ｃの被処理面の中央部の３箇所の温度を測定した。本プラズマＣＶＤ装置５０は、実施例２のプラズマＣＶＤ装置に、第２の排気口を設けたものである。【００８３】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、実施例２の場合と比較例２の場合と併せて表３に示す。表３に示すように、本プラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の中段部に位置する基板７ｃの被処理面の温度が、下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度に対して３℃程度高くなっているのみで、実施例２の場合よりも基板７ａ〜７ｅの基板間の温度のばらつきが、さらに低減されていることがわかった。【００８４】
これは、チャンバー１の上部に位置する基板７ａ近傍のガスが、上部の排気口１９ａから排気され滞留しないこと、および、チャンバー１の下部においてプラズマエネルギーにより加熱されたガスが排気口１９ｂから排気され、チャンバー１の上部に上昇するガスの量を低減することができること、によるものである。基板間の温度のばらつきがさらに抑えられることで、基板７ａ〜７ｅのそれぞれの被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の均一性をさらに改善できることがわかった。【００８５】
【表３】
2009031520.tif 000005
【００８６】
今回開示された実施の形態および実施例は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、基板にプラズマ処理を施すことによって半導体素子を形成する技術として有効に利用される。
【図１】
2009031520.tif 000006
【図２】
2009031520.tif 000007
【図３】
2009031520.tif 000008
【図４】
2009031520.tif 000009
【図５】
2009031520.tif 000010
【図６】
2009031520.tif 000011
【図７】
2009031520.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年3月3日(2010.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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プラズマ処理方法ならびに半導体素子に関し、特に、密封可能なチャンバー内にガスを導入して被処理物にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置と、そのプラズマ処理方法と、そのようなプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造された半導体素子とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置の製造において、薄膜を形成したりエッチング処理を施す装置の一つにプラズマ処理装置がある。そのプラズマ処理装置としては、チャンバー内に配設されたカソード電極とアノード電極との間に、基板を水平方向に配置させる態様のプラズマ処理装置がある。また、米国特許第４２８９５９８号明細書（特許文献１）では、基板を垂直方向に配置させる態様のプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、チャンバー内を排気する真空ポンプの排気口がチャンバーの側面に設けられている。
【０００３】
さらに、特開２００１−８１５５９号公報（特許文献２）では、基板を傾斜させて配置する態様のプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、真空ポンプの排気口はチャンバーの下部に設けられている。そして、米国特許第４２６４３９３号明細書（特許文献３）では、チャンバー内に複数のカソード電極とアノード電極とを上下方向に並べて配置したプラズマ処理装置が開示されている。このプラズマ処理装置では、真空ポンプの排気口はチャンバーの下部に設けられ、その排気口を介してチャンバー内が真空排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４２８９５９８号明細書
【特許文献２】特開２００１−８１５５９号公報
【特許文献３】米国特許第４２６４３９３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置では次のような問題点があった。まず、特許文献１および特許文献２に記載されたプラズマ処理装置では、短時間のプラズマ処理では、特に、問題は生じないが、プラズマ処理を続けているとプラズマのエネルギーによって、チャンバーの上部に位置する基板の温度が、チャンバーの下部に位置する基板の温度に比べて上昇する。そのため、基板の面内において温度にばらつきが生じるといった問題がある。
【０００６】
すなわち、チャンバー内に導入されたガスはプラズマにより分解され、プラズマ処理によってそのプラズマのエネルギーにより昇温されて、チャンバーの上部に上昇する。チャンバーの上部に上昇した分解されたガスはチャンバー上部に滞留する。一方、温度が低下したガスはチャンバーの上部から下部に向って下降し、プラズマのエネルギーにより温度が上昇したガスと入れ替わる。このサイクルにより、チャンバーの下部に位置する温度の低いガスが排気口から排気されることになる。そのため、温度の高いガスがチャンバーの上部に滞留し、チャンバーの上部に位置する基板の温度が、下部に位置する基板の温度より高くなるという問題が生じる。
【０００７】
プラズマ処理が施される基板の温度が異なると、プラズマ処理により形成される膜の膜質やエッチング速度に差が生じ、基板の面内において膜質のばらつきやエッチング量のばらつきが生じることになる。従来、このような真空プロセスにおいては、ガスを導入する前の基板の温度を測定し、基板の温度にばらつきがないことが確認されていたが、ガスを導入してプラズマ処理が行われている間における基板の温度の変化についてはほとんど考慮されていなかった。
【０００８】
本願の発明者は、プラズマ処理中にも基板の温度が変化し、温度のばらつきが生じていることを発見し、本発明を完成するに至った。この基板における温度のばらつきは、大型の基板を処理するチャンバー容量の大きなプラズマ処理装置や、チャンバーの内部にガスの流れを妨げる部材が多く存在するプラズマ処理装置の場合に、特に顕著になる。
【０００９】
同様の理由により、特許文献３に記載されたプラズマ処理装置においても基板の温度にばらつきが生じるという問題があった。すなわち、このプラズマ処理装置では、チャンバー内の上下方向に複数のカソード電極とアノード電極とが配設されていることで、チャンバーの上部に位置するカソード電極とアノード電極との間に配置される基板の温度が、チャンバーの下部に配置される基板の温度に比べて高くなった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、プラズマ処理中のチャンバー内の温度のばらつきを低減して、基板面内の温度の不均一性や基板間の温度の不均一性が改善されるプラズマ処理装置を提供することであり、他の目的は、そのようなプラズマ処理方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造される半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るプラズマ処理装置は、チャンバーと平行平板型のカソード電極およびアノード電極と保持部と導入口と排気口とを備えている。チャンバーでは、プラズマ処理が施される被処理物が搬入され、搬入された被処理物にプラズマ処理が施される。平行平板型のカソード電極およびアノード電極は、チャンバー内において、互いに放電面を対向させて配設されている。保持部は、カソード電極とアノード電極との間に被処理物を保持する。導入口は、カソード電極とアノード電極との間のプラズマが生成されるプラズマ生成空間に処理用ガスを供給する。排気口は、チャンバー内のガスを排気する。排気口は、導入口より供給されてカソード電極とアノード電極との間よりチャンバー内の側方に流出する処理用ガスを上方に排気可能なように、保持部により保持される被処理物における最も高い位置よりも上方の位置に配設されている。
【００１２】
この構成によれば、排気口は、保持部により保持される被処理物のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置に配設されていることにより、チャンバー内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、チャンバー内の鉛直方向におけるガスの温度のばらつきが低減される。その結果、被処理物の温度の均一性が向上し、被処理物に均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００１３】
より具体的には、排気口はチャンバーの上壁部に取り付けられていることが好ましく、さらに具体的には、排気口は、保持部に被処理物が保持された状態で、被処理物の直上に位置する上壁部の部分に取り付けられていることが好ましい。
【００１４】
また、保持部は、被処理物として基板を鉛直方向に立てた状態で保持する鉛直保持部を含むことが好ましい。
【００１５】
この場合には、基板を鉛直に立てた状態でも基板の面内に均一にプラズマ処理を施すことができる。
【００１６】
さらに、保持部は、被処理物として基板を水平方向に保持する水平保持部を含んでいてもよく、そして、保持部は、水平方向に保持した基板を鉛直方向に複数保持する積層保持部を含んでいてもよい。
【００１７】
この場合には、基板を水平にした状態でも基板の面内に均一にプラズマ処理を施すことができる。
【００１８】
さらに、チャンバー内のガスを排気する他の排気口を備え、他の排気口は、保持部により保持される被処理物における最も低い部分よりも下方の位置に配設されていることが好ましい。
【００１９】
この場合には、排気口に加えてチャンバーに他の排気口を設けて、チャンバー内の下部に存在する温度が低いガスを排気することで、プラズマのエネルギーによって温度が上がってチャンバー内の上部へ上昇するガスの量を低減することができる。これにより、チャンバー内の上部に位置する基板周辺のガスの温度上昇がさらに抑えられて、基板に施されるプラズマ処理の均一性をさらに向上させることができる。
【００２０】
より具体的には、他の排気口はチャンバーの下壁部に取り付けられていることが好ましく、さらに具体的には、他の排気口は、保持部に被処理物が保持された状態で、被処理物の直下に位置する下壁部の部分に取り付けられていることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る他のプラズマ処理装置は、チャンバーと平行平板型のカソード電極およびアノード電極と保持部と導入口と排気口とを備えている。チャンバーでは、プラズマ処理が施される被処理物が搬入され、搬入された被処理物にプラズマ処理が施される。平行平板型のカソード電極およびアノード電極は、チャンバー内において、互いに放電面を対向させて水平に配設されている。保持部はカソード電極とアノード電極との間に被処理物を保持する。導入口は、カソード電極とアノード電極との間のプラズマが生成されるプラズマ生成空間に処理用ガスを供給する。排気口は、チャンバー内のガスを排気する。カソード電極とアノード電極は、チャンバー内において鉛直方向に複数配設されている。排気口は、導入口より供給されてカソード電極とアノード電極との間よりチャンバー内の側方に流出する処理用ガスを上方に排気可能なように、複数の保持部により保持される被処理物のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置に配設されている。
【００２２】
この構成によれば、排気口は、水平に配設された平行平板型のカソード電極とアノード電極との間に配設された保持部により保持される被処理物のうち、最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置に配設されていることにより、チャンバー内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、チャンバー内の鉛直方向におけるガスの温度のばらつきが低減される。その結果、被処理物の温度の均一性が向上し、被処理物に均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００２３】
本発明に係るプラズマ処理方法は、チャンバー内に搬入された被処理物に、プラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、以下の工程を備えている。チャンバー内において、互いに放電面を対向させて配設された平行平板型のカソード電極とアノード電極との間に被処理物を保持する。カソード電極とアノード電極との間に処理用ガスを供給する。カソード電極とアノード電極との間のプラズマ生成空間にプラズマを生成する。被処理物をプラズマに晒すことにより、被処理物にプラズマ処理を施す。チャンバー内に供給されてカソード電極とアノード電極との間よりチャンバー内の側方へ流出した処理用ガスを上方に排気可能なように、カソード電極とアノード電極との間に保持された被処理物のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置から排気する。
【００２４】
この方法によれば、被処理物のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置からチャンバー内を排気することにより、チャンバー内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、チャンバー内の鉛直方向におけるガスの温度のばらつきが低減される。これにより、被処理物の温度の均一性が向上し、被処理物に均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００２５】
本発明に係る半導体素子は、上述したプラズマ処理装置またはプラズマ処理方法によって製造された半導体素子である。
【００２６】
この半導体素子によれば、基板の表面に均一にプラズマ処理が施されることによって、基板面内の半導体膜の膜質が均一になり、基板面内における素子特性のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図２】同実施の形態において、変形例に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図５】本発明の実施例１において、基板の被処理面における温度の測定箇所を示す平面図である。
【図６】同実施例において、比較例１に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図７】本発明の実施例２において、比較例２に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
実施の形態１
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内において基板をほぼ鉛直（垂直）に配置した状態で基板に所定の膜を形成するプラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）装置について説明する。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板型の電極構造を備えたプラズマＣＶＤ装置である。図１に示すように、プラズマ処理装置５０のチャンバー１内には、互いに対向するカソード電極２とアノード電極３とが間隔を隔てて配設されている。このカソード電極２とアノード電極３とは、互いに間隔を隔てて対向した放電面２ａ，３ａを有する電極構造であれば、平行平板型に限られない。
【００２９】
また、このプラズマ処理装置５０では、カソード電極２とアノード電極３との電極対（ペア）を１対とした電極構造を例に挙げているが、このような対を複数設けた電極構造でもよい。そのカソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）は、所望のプラズマ処理条件にしたがって決定され、一般的には数ｍｍから数十ｍｍ程度とされる。
【００３０】
チャンバー１の外には、カソード電極２に電力を供給する電力供給部４が設けられている。その電力供給部４とカソード電極２との間には、インピーダンス整合回路５が設けられている。インピーダンス整合回路５では、電力供給部４とカソード電極２およびアノード電極３の対との間のインピーダンス整合が行われる。電力供給部４は電力導入線６ａの一端に接続されている。その電力導入線６ａの他端はインピーダンス整合回路５に接続されている。
【００３１】
インピーダンス整合回路５には電力導入線６ｂの一端が接続され、その電力導入線６ｂの他端はカソード電極２に接続されている。電力供給部４としては、交流電力を出力することができればよく、通常、１３．５６ＭＨｚの高周波電力が用いられる。なお、交流電力の周波数としては、この周波数に限られるものではなく、数ｋＨｚからＶＨＦ帯、さらにマイクロ波帯の周波数を使用してもよい。
【００３２】
一方、アノード電極３は電気的に接地されている。そのアノード電極３には、アノード電極３とカソード電極２との間に位置してカソード電極２と対向するように、被処理物である基板７が設置される。基板７は基板固定部１１によってアノード電極３に固定される。すなわち、アノード電極３が、被処理物である基板７を保持する保持部（鉛直保持部）に対応する。
【００３３】
なお、基板７は、基板トレイ等（図示せず）を介してアノード電極３に支持されていてもよい。また、基板７をカソード電極２に設置するようにしてもよいが、プラズマ処理によって被処理物に膜を成膜する場合には、プラズマ中のイオンによるダメージによって膜質が低下するのを低減するために、基板７をアノード電極３上に設置することが好ましい。アノード電極３には、基板７を加熱するヒータ２１が内蔵されている。ヒータ２１としては基板７を加熱することが可能であれば、アノード電極３に内蔵されている必要はなく、アノード電極３の近傍に設けられていてもよい。
【００３４】
また、ヒータ２１の近傍には冷却部２２が設けられている。一般的に、冷却部２２としては、液体または気体を循環させる態様のものが用いられる。このプラズマ処理装置５０では、アノード電極３内に冷却水を循環させる冷却部２２が設けられている。ヒータ２１と冷却部２２とを基板７の近傍に配設することによって、基板７の温度の制御をより精度よく行うことができる。
【００３５】
チャンバー１の壁面の上部（上壁部）には排気口１９ａが設けられている。排気口１９ａには排気管２０ａが接続されている。排気管２０ａは真空ポンプ２０ｂと接続されて、真空ポンプ２０ｂによりチャンバー１内が排気される。このプラズマ処理装置５０では、排気部２０として排気管２０ａと真空ポンプ２０ｂを備えていればよい。また、排気口１９ａと真空ポンプ２０ｂの間には、圧力調整用バルブ１７が設けられている。圧力調整用バルブ１７によって、ガスが導入されたチャンバー１内の圧力がほぼ一定となるように調整される。
【００３６】
排気口１９ａの設置位置としては、基板７の最上部を含む水平面よりも上方に設けられていればよい。すなわち、排気口（開口端）１９ａが、基板７の最も高い部分よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。
【００３７】
一方、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）にはガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０の設置位置としては、これに限られず、カソード電極２とアノード電極３との電極間にガスをスムースに供給するため、カソード電極２とアノード電極３との電極対を挟んで排気口１９ａと反対側の位置にガス導入口１０が設けれていることが好ましい。このプラズマ処理装置５０では、ガス導入口１０は、基板７の最下部を含む水平面よりも下方に設けられている。すなわち、ガス導入口（開口端）１０が、基板７の最も低い部分よりも下方に位置するように配置されている。
【００３８】
また、チャンバー１の外には、ガス供給部８が設けられている。ガス供給部８は、たとえばガスボンベ８ａ、流量コントローラ８ｂ、バルブ８ｃ等から構成される。ガス供給部８から供給されるガス１８は、ガス供給管９を流れ、ガス導入口１０からチャンバー１内に導入される。ガス１８としては、希釈ガス、材料ガス、ドーピングガス等のいずれかのガス、または、これらの混合ガスが使用される。たとえば、シリコン系の薄膜を基板７に成膜する場合には、希釈ガスとして水素ガス（Ｈ2）、材料ガスとしてシランガス（ＳｉＨ4）、ドーピングガスとしてホスフィンガス（ＰＨ3）またはジボランガス（Ｂ2Ｈ6）が用いられる。プラズマに材料ガス等が晒されることで、材料ガス等が分解されて基板７上にシリコン系の薄膜が形成されることになる。本プラズマＣＶＤ装置５０は上記のように構成される。
【００３９】
次に、基板の上部と下部における温度のばらつきとその低減について説明する。チャンバー内において、より上部に位置する基板、あるいは、より上部に位置する基板の部分の表面温度が上昇するという問題は、特に、基板の熱伝導性が低い場合や基板の熱容量が大きい場合に発生しやすい。これは次の理由による。プラズマ処理中における基板の加熱および冷却は、アノード電極３に設けたヒータ２１および冷却部２２のように、一般的には、基板の被処理面の裏側に配設したヒータや冷却部によって行われる。このような構成において、基板の熱伝導率が低い場合や基板の熱容量が大きい場合には、基板の被処理面の側に熱が伝わりにくく、また、基板の被処理面の表面温度は、その周囲のガス雰囲気の温度の影響を受けやすいからである。熱伝導率が低い基板としては、ガラス基板、セラミック基板およびポリイミド等の樹脂基板が挙げられる。
【００４０】
また、プラズマＣＶＤ装置では、カソード電極とアノード電極との間にプラズマが生成されて、プラズマ中の電子またはイオンが、カソード電極、アノード電極および基板に衝突する。そのため、カソード電極、アノード電極および基板の温度が上昇して、ヒータ２１の設定温度よりも高くなると、カソード電極に冷却部が設けられていない場合には、カソード電極からの放熱は主として周囲の雰囲気を介して行われるため、カソード電極の温度は周囲にあるガスの温度の影響を大きく受ける。
【００４１】
カソード電極においてチャンバーの上部に位置する部分の温度が、下部に位置する部分の温度よりも高くなると、カソード電極における上部と下部とで歪の大きさ（歪み量）に差異が生じる。そうすると、カソード電極とアノード電極との電極間の距離が、カソード電極の上部と下部とで差が生じ、基板の被処理面にプラズマ処理を均一に施すことが難しくなる。このような問題は、カソード電極とアノード電極との電極間距離が数十ｍｍ以下、特に、３０ｍｍ以下、さらには２０ｍｍ以下と電極間距離が短くなるにしたがって顕著になる。電極間距離が短くなると、電極の歪みによる電極間距離の変化が誤差範囲を超えてしまい、プロセスに対する影響を無視することができなくなるからである。
【００４２】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａは基板７の最上部よりも上方の位置に配設されている。これにより、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、カソード電極２に冷却部を設けない場合でも、カソード電極２の温度上昇を抑えることができる。これにより、カソード電極２等が歪むことによる電極間距離の変動がなくなって、基板７に均一なプラズマ処理を施すことができる。
【００４３】
なお、ここでは、カソード電極２を例に挙げて説明したが、ヒータ２１の近傍に設けられて、ヒータ２１が発生する熱により温度が上昇する他の部材についても、その部材の温度が上昇することによってプラズマ処理に影響を与える場合がある。本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、冷却部を設けなくても、そのようなプラズマ処理に影響を与える部材の温度上昇を抑えることができる。
【００４４】
また、上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、基板の被処理面が鉛直方向（水平面に対して垂直方向）となるように基板を配置する場合を例に挙げて説明したが、水平面に対して基板の被処理面が傾斜するように基板を斜めに傾けて設置するような場合でも、チャンバー内の上下方向のガス温度分布によって基板の被処理面内の温度にばらつきが生じることがある。本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、基板を斜めに傾けて配置しても、基板の被処理面内の温度のばらつきを抑えることができる。
【００４５】
ところで、プラズマＣＶＤ装置では、基板にプラズマ処理を施すチャンバーの他に、ロードロック室とアンロードロック室が一般的に設けられる。ロードロック室は、室内を真空排気して基板を予備加熱するチャンバーであり、アンロードロック室は、室内を大気開放して基板を取り出すためのチャンバーである。
【００４６】
この種のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ処理を施すチャンバーのヒータは常時オン状態とされて、プラズマ処理が終了した基板はアンロードロック室に搬送される一方、ロードロック室で予備加熱された基板がチャンバーに搬送されることになる。こうして、チャンバーに順次搬送される基板に対してプラズマ処理が施されて、チャンバー内では、ある一定の時間内において、材料ガス等が導入されてプラズマが生成される時間の割合が長くなる。
【００４７】
このとき、プラズマのエネルギーによって加熱されたガスがチャンバー内の上部に滞留して、カソード電極およびヒータの周辺の部材等の温度が一端上昇すると、カソード電極等は周囲の雰囲気が真空雰囲気であるために冷却されにくく、カソード電極等が高い温度で維持されることがある。一方、ロードロック室とアンロードロック室とを備えず、プラズマ処理が行われるチャンバーにて、基板の搬入と搬出を行なう態様のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ処理の前後で、電極および基板が降温された状態とされるために、カソード電極等が高い温度で維持されるようなことはなくなる。
【００４８】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、このようなロードロック室とアンロードロック室とを備えていても、排気口１９ａが基板７の最上部よりも上方の位置に配設されていることで、チャンバー１内の上部に温度の高いガスが滞留することが抑制されて、カソード電極等が高い温度で維持されるようなことがなくなる。
【００４９】
以上のように、本プラズマＣＶＤ装置５０では、排気口１９ａを基板７の最上部よりも上方の位置に配設することで、チャンバー１内に導入されてプラズマのエネルギーによって温度の上昇したガスが、基板７の上部の領域に滞留することが抑制される。これにより、チャンバー１の上部に位置する基板７の表面の温度上昇が抑えられて、基板７表面の面内温度分布を改善することができる。こうして、基板７表面の面内温度分布がより均一になることで、プラズマＣＶＤ装置の場合には、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を向上することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。
【００５１】
変形例
図１に示されるプラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）にガス導入口１０を設けた場合を例に挙げた。ガス導入口としては、この他に、図２に示すように、基板７と対向するカソード電極２の放電面２ａに複数のガス導入口１０を設けた構造としてもよい。カソード電極２の内部は空洞となっており、その空洞に導入されたガスが複数のガス導入口１０を介して、カソード電極２とアノード電極３との間の領域へ供給されることになる。
【００５２】
このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３の間のプラズマ発生空間により均一にガスを供給することができ、プラズマ処理の基板７の面内均一性を向上することができる。また、基板７を鉛直に配置した状態で基板７に膜を形成する場合では、カソード電極２からの膜のフレークが基板７の表面に付着するのを低減することができる。
【００５３】
実施の形態２
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内においてほぼ水平方向に配置される基板を垂直（縦方向に）に複数配置した状態で、同時にプラズマ処理を施すプラズマＣＶＤ装置の一例について説明する。このプラズマＣＶＤ装置は、平行平板型の電極構造を備えたプラズマＣＶＤ装置である。
【００５４】
図３に示すように、プラズマＣＶＤ装置５０のチャンバー１内には、互いに間隔を隔てて対向するカソード電極２とアノード電極３との電極対が複数配設されている。複数の電極対は、鉛直方向（縦方向）に配設されて、それぞれの電極対では、カソード電極２とアノード電極３とはほぼ水平に配設されている。基板７ａ〜７ｅは、基板固定部１１によってそれぞれアノード電極３の放電面３ａに固定される。すなわち、それぞれのアノード電極３が被処理物である基板７を水平に保持する水平保持部に対応し、複数のアノード電極３が被処理物である基板７ａ〜７ｅを鉛直方向に複数保持する積層保持部に対応する。
【００５５】
なお、カソード電極２とアノード電極３とは、互いに間隔を隔てて対向した放電面２ａ，３ａを有する電極構造であれば、平行平板型に限られない。前述したように、そのカソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）は、所望のプラズマ処理条件にしたがって決定され、一般的には数ｍｍから数十ｍｍ程度とされる。
【００５６】
ガス導入口１０は、カソード電極２の放電面２ａに複数設けられている。カソード電極２の内部は空洞となっており、その空洞に導入されたガスが複数のガス導入口１０を介して、カソード電極２とアノード電極３との間の領域に供給される。このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３との間のプラズマが生成される領域（空間）により均一にガスを供給することができて、プラズマ処理の基板７の面内における均一性を向上することができる。
【００５７】
また、排気口１９ａはチャンバー１の壁面の上部（上壁部）に設けられ、特に、最上位に位置する電極対のアノード電極３に対して、放電面３ａの略中央の直上に位置するチャンバーの壁面の部分に設けられている。このような構成とすることにより、カソード電極２とアノード電極３との間のプラズマが生成される領域に供給されたガスをカソード電極２の周囲から略均一に排気することができ、基板７の被処理面内の温度のばらつきを抑えることができる。
【００５８】
排気口１９ａの設置位置としては、基板７の最上部を含む水平面よりも上方に設けられていればよい。すなわち、排気口（開口端）１９ａが、最も上に配置される基板７よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。なお、これ以外の構成については、図１に示すプラズマＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００５９】
チャンバー内に複数の基板が縦方向に配置されて同時にプラズマ処理が施される場合には、基板の枚数が増えるほど、基板間の温度のばらつきが顕在化する。
【００６０】
上述したプラズマＣＶＤ装置５０によれば、排気口１９ａを基板７の最上部よりも上方の位置に配設することで、チャンバー１内に導入されてプラズマのエネルギーによって温度の上昇したガスが、チャンバー１内の上部の領域に滞留することが抑制される。これにより、チャンバー１の上部に位置する基板７の表面の温度上昇が抑えられて、チャンバーの下部に位置する基板の表面温度との温度差を低く抑えることができる。
【００６１】
その結果、チャンバー１内において、縦方向に配置される複数の基板７間の温度のばらつきが抑えられて、各基板７に施されるプラズマ処理の均一性を向上させることができる。こうして、基板７の被処理面内の温度の分布および基板７間の温度の分布がより均一になることで、プラズマＣＶＤ装置の場合には、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を向上することができる。
【００６２】
また、上述したプラズマＣＶＤ装置５０では、カソード電極２とアノード電極３の電極対は、アノード電極３が上に位置するように配設されて、そのアノード電極３に基板が保持される。これにより、基板７の表面が下方に向けられた状態（デポアップ）でその表面に膜が形成されることになり、カソード電極からの膜のフレークが基板７の表面に付着するのを阻止することができる。一方、アノード電極３が下に位置するように電極対を配設した場合（デポダウン）には、基板をより確実に接地させることができる。
【００６３】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。
【００６４】
実施の形態３
ここでは、プラズマ処理装置として、チャンバー内においてほぼ水平方向に配置される基板を鉛直（垂直、縦方向）に複数配置した状態で、同時にプラズマ処理を施すプラズマＣＶＤ装置の他の例について説明する。
【００６５】
図４に示すように、このプラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の壁面の上部（上壁部）に第１の排気口１９ａが設けられ、さらに、チャンバー１の壁面の下部（下壁部）に第２の排気口１９ｂが設けられている。第１の排気口１９ａの設置位置としては、第１の排気口（開口端）１９ａが、最も上に配置される基板７よりも上方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ａがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。
【００６６】
また、第２の排気口１９ｂの設置位置としては、第２の排気口（開口端）１９ｂが、最も下に配置される基板７よりも下方に位置するように配置されていれば、チャンバー１の壁面に限られず、たとえば排気口１９ｂがチャンバー１内に位置するように配置されていてもよい。なお、これ以外の構成については、図３に示すプラズマＣＶＤ装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００６７】
上述したプラズマＣＶＤ装置によれば、第１の排気口１９ａに加えてチャンバー１の壁面の下部に第２の排気口１９ｂを設けて、チャンバー１内の下部に存在するガスを排気することで、プラズマのエネルギーによって温度が上がりチャンバー１内に滞留するガスの量を低減することができる。これにより、チャンバー１内の上部に位置する基板７周辺のガスの温度上昇がさらに抑えられて、各基板７に施されるプラズマ処理の均一性をさらに向上させることができる。こうして、基板７の被処理面内の温度の分布および基板７間の温度の分布がさらに均一になることで、基板７上に形成される膜の膜質の面内均一性を大幅に向上することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、プラズマ処理装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明した。プラズマ処理装置としては、プラズマＣＶＤ装置に限られず、チャンバーに導入するガスを変更することにより、基板に形成された膜にエッチング処理を施すプラズマエッチング装置をはじめ、プラズマに基板を晒すことによって基板に所定のプラズマ処理を施す装置に広く適用することができる。
【実施例１】
【００６９】
ここでは、実施例１として、図２に示されるプラズマＣＶＤ装置を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７として、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。ガス１８として、流量２０００ｓｃｃｍの水素ガス（希釈ガス）、流量２０ｓｃｃｍのシランガス（材料ガス）をチャンバー１に導入した。成膜時のチャンバー１内の圧力を６００Ｐａとした。
【００７０】
チャンバー１内の圧力が安定した後、カソード電極２に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を供給し、カソード電極２の放電面２ａに与えられる電力密度が０．２Ｗ／ｃｍ2となるように設定した。カソード電極２とアノード電極３との間の領域にプラズマを生成して、導入されたガスを分解することにより、ガラス基板の表面にｉ型結晶質シリコン膜を形成した。
【００７１】
その基板７の温度として、ヒータ２１および冷却部２２によって、基板７の被処理面の最下部７７ｃの温度が２００℃となるように制御した（図５参照）。温度の測定箇所として、被処理面の最下部７７ｃの温度の他に、図５に示すように、被処理面の中央部７７ｂおよび被処理面の最上部７７ａの合計３箇所の温度を測定した。各点の温度は、それぞれの箇所に熱電対を接触させることにより測定した。また、温度測定のタイミングとして、まず、チャンバー１にガスを導入する前の時点で測定し、そして、ガスを導入しプラズマを発生させた後６０分を経過した時点で測定した。
【００７２】
一方、比較例１として、図６に示されるプラズマＣＶＤ装置１５０を用いて、同様の条件のもとで基板にｉ型結晶質シリコン膜を成膜し、基板７の被処理面の温度を測定した。なお、比較例１では、排気口１９がチャンバー１の下部に設けられている点が、本プラズマＣＶＤ装置５０と異なる。
【００７３】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、比較例１の場合の結果と併せて表１に示す。表１に示すように、まず、比較例１では、基板７の被処理面の温度は、上部に位置するほど温度が高くなっていることがわかり、最下部７７ｃにおける温度と最上部７７ａにおける温度とでは、１０℃程度の温度差があることがわかった。基板の温度が１０℃程度ばらつくと、基板に形成される膜の膜質が大きく変化し、デバイス特性に影響を与えることになる。
【００７４】
【表１】
2009031520.tif 000013
【００７５】
一方、本プラズマＣＶＤ装置５０では、基板被処理面の最上部７７ａ近傍のガスが排気口１９ａから効率よく排気され、チャンバー１の上部に温度の高いガスが滞留しないため、基板の被処理面の最上部７７ａの温度が最下部７７ｃの温度より５℃程度低くなり、基板７の被処理面内における温度のばらつきが低減されていることが確認された。このように、基板７の被処理面内における温度のばらつきが抑えられることで、基板７の被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の面内均一性を改善できることがわかった。
【実施例２】
【００７６】
ここでは、実施例２として、図３に示されるプラズマＣＶＤ装置５０を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７ａ〜７ｅとして、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。成膜条件は実施例１の成膜条件と同じ条件とした。
【００７７】
そして、温度の測定箇所として、チャンバー内の下部に位置する基板の被処理面の中央部、上部に位置する基板の被処理面の中央部、上部と下部との中間に位置する基板の被処理面の中央部の３箇所の温度を測定した。なお、このそれぞれの温度は、基板面内の平均温度とされる。
【００７８】
一方、比較例２として、図７に示されるプラズマＣＶＤ装置１５０を用いて、同様の条件のもとで基板にｉ型結晶質シリコン膜を成膜し、基板７の被処理面の温度を測定した。なお、比較例２では、排気口１９がチャンバー１の下部に設けられている点が、本プラズマＣＶＤ装置と異なる。
【００７９】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、比較例２の場合の結果と併せて表２に示す。表２に示すように、まず、比較例２では、チャンバー１の上部に位置する基板７ａの被処理面の温度が、下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度よりも１０℃程度高くなっていることがわかった。
【００８０】
【表２】
2009031520.tif 000014
【００８１】
一方、本プラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の上部に位置する基板７ａの被処理面の温度と下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度との温度差は６℃程度であり、下部の基板から上部の基板にわたり、基板間の温度のばらつきが低減されていることがわかった。基板間の温度のばらつきが抑えられることで、基板７ａ〜７ｅのそれぞれの被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の均一性を改善できることがわかった。
【実施例３】
【００８２】
ここでは、実施例３として、図４に示されるプラズマＣＶＤ装置５０を用いて行ったｉ型結晶質シリコン膜の成膜とその評価について説明する。まず、基板７ａ〜７ｅとして、サイズ１ｍ×１ｍのガラス基板を用いた。また、そのガラス基板を基板固定部１１によってアノード電極３に固定した。カソード電極２とアノード電極３との間隔（電極間距離）を２０ｍｍとした。成膜条件は実施例２の成膜条件と同じ条件とした。
【００８３】
そして、温度の測定箇所として、チャンバー内の下部に位置する基板７ｅの被処理面の中央部、上部に位置する基板７ａの被処理面の中央部、上部と下部との中間に位置する基板７ｃの被処理面の中央部の３箇所の温度を測定した。本プラズマＣＶＤ装置５０は、実施例２のプラズマＣＶＤ装置に、第２の排気口を設けたものである。
【００８４】
本プラズマＣＶＤ装置５０による基板７の被処理面における温度の測定結果を、実施例２の場合と比較例２の場合と併せて表３に示す。表３に示すように、本プラズマＣＶＤ装置５０では、チャンバー１の中段部に位置する基板７ｃの被処理面の温度が、下部に位置する基板７ｅの被処理面の温度に対して３℃程度高くなっているのみで、実施例２の場合よりも基板７ａ〜７ｅの基板間の温度のばらつきが、さらに低減されていることがわかった。
【００８５】
これは、チャンバー１の上部に位置する基板７ａ近傍のガスが、上部の排気口１９ａから排気され滞留しないこと、および、チャンバー１の下部においてプラズマエネルギーにより加熱されたガスが排気口１９ｂから排気され、チャンバー１の上部に上昇するガスの量を低減することができること、によるものである。基板間の温度のばらつきがさらに抑えられることで、基板７ａ〜７ｅのそれぞれの被処理面に形成されるｉ型結晶質シリコン膜の結晶化率や導電率等の膜質の均一性をさらに改善できることがわかった。
【００８６】
【表３】
2009031520.tif 000015
【００８７】
今回開示された実施の形態および実施例は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、基板にプラズマ処理を施すことによって半導体素子を形成する技術として有効に利用される。
【符号の説明】
【００８９】
１  チャンバー、２  カソード電極、２ａ  放電面、３  アノード電極（保持部）、３ａ  放電面、４  電力供給部、７，７ａ〜７ｅ  基板（被処理物）、８  ガス供給部、１０  ガス導入口、１９ａ  排気口、１９ｂ  他の排気口、２０  排気部、２１  ヒータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理が施される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が搬入され、搬入された被処理物（７，７ａ〜７ｅ）にプラズマ処理を施すためのチャンバー（１）と、
前記チャンバー（１）内において、互いに放電面を対向させて配設された平行平板型のカソード電極（２）およびアノード電極（３）と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間に被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を保持する保持部（３）と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間のプラズマが生成されるプラズマ生成空間に、処理用ガスを供給する導入口（１０）と、
前記チャンバー（１）内のガスを排気する排気口（１９ａ）と
を備え、
前記排気口（１９ａ）は、前記導入口（１０）より供給されて前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間より前記チャンバー（１）内の側方に流出する前記処理用ガスを上方に排気可能なように、前記保持部（３）により保持される前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置に配設された、プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記排気口（１９ａ）は前記チャンバー（１）の上壁部に取り付けられた、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記排気口（１９ａ）は、前記保持部（３）に前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が保持された状態で、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）の直上に位置する前記上壁部の部分に取り付けられた、請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記保持部（３）は、被処理物（７，７ａ〜７ｅ）として基板を鉛直方向に立てた状態で保持する鉛直保持部を含む、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記保持部（３）は、被処理物（７，７ａ〜７ｅ）として基板を水平方向に保持する水平保持部を含む、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記保持部（３）は、水平方向に保持した基板を鉛直方向に複数保持する積層保持部を含む、請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記チャンバー（１）内のガスを排気する他の排気口（１９，１９ｂ）を備え、
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は、前記保持部（３）により保持される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）のうち最も低い位置に位置する被処理物よりも下方の位置に配設された、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は前記チャンバー（１）の下壁部に取り付けられた、請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記他の排気口（１９，１９ｂ）は、前記保持部（３）に前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が保持された状態で、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）の直下に位置する前記下壁部の部分に取り付けられた、請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマ処理が施される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）が搬入され、搬入された被処理物（７，７ａ〜７ｅ）にプラズマ処理を施すためのチャンバー（１）と、
前記チャンバー（１）内において、互いに放電面を対向させて水平に配設された平行平板型のカソード電極（２）およびアノード電極（３）と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間に被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を保持する保持部（３）と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間のプラズマが生成されるプラズマ生成空間に、処理用ガスを供給する導入口（１０）と、
前記チャンバー（１）内のガスを排気する排気口（１９ａ）と
を備え、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）は、前記チャンバー（１）内において鉛直方向に複数配設され、
前記排気口（１９ａ）は、前記導入口（１０）より供給されて前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間より前記チャンバー（１）内の側方に流出する前記処理用ガスを上方に排気可能なように、前記複数の保持部（３）により保持される被処理物（７，７ａ〜７ｅ）のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置に配設された、プラズマ処理装置。
【請求項１１】
チャンバー（１）内に搬入された被処理物（７，７ａ〜７ｅ）にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記チャンバー（１）内において、互いに放電面を対向させて配設された平行平板型のカソード電極（２）とアノード電極（３）との間に前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を保持する工程と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間に処理用ガスを供給する工程と、
前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間のプラズマ生成空間にプラズマを生成する工程と、
前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）を前記プラズマに晒すことにより、前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）にプラズマ処理を施す工程と、
前記チャンバー（１）内に供給されて前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間より前記チャンバー（１）内の側方へ流出した前記処理用ガスを上方に排気可能なように、前記カソード電極（２）と前記アノード電極（３）との間に保持された前記被処理物（７，７ａ〜７ｅ）のうち最も高い位置に位置する被処理物よりも上方の位置から排気する工程と
を備えた、プラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ処理装置または請求項１１記載のプラズマ処理方法によって製造された、半導体素子。
【国際調査報告】
2009031520.tif 000016
2009031520.tif 000017
2009031520.tif 000018
2009031520.tif 000019
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