(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（４０）処理用プラズマ反応器（１）であって、
ａ）前記反応器（１）内に配置された少なくとも２つの電極（２０，３０）であって、前記反応器（１）が、前記電極（２０，３０）間に内部処理空間（１３）を画定し、２つの前記電極（２０，３０）が、互いに対向して位置されかつ前記電極（２０，３０）の第一表面に対して平行である前記電極（２０，３０）と；
ｂ）前記プラズマ反応器（１）内にガスを移動させるガス入口（１１）及び前記プラズマ反応器（１）外にガスを移動させるガス出口（１２）と；
ｃ）少なくとも一つの前記電極（２０，３０）に接続された高周波発生器（２１）と；
を備え、
ｄ）少なくとも一つの前記電極（２０，３０）が、前記内部処理空間（１３）に面した表面（２０ａ）に沿った非平面形状を有する矯正層を有し、
ｅ）少なくとも一つの前記電極（２０）が、前記電極（２０）の半径に沿った第一断面内に、第一セグメント、第二セグメント及び第三セグメントである３つの連続かつ隣接したセグメントを含むプロファイルを有する矯正層を備え、
ｆ）前記第三セグメントが、前記電極（２０）の端部と隣接し、
ｇ）前記第一セグメントにおける中間の傾きが、前記第二セグメントの中間の傾きよりも小さく、前記第二セグメントにおける中間の傾きが、前記第三セグメントの中間の傾きよりも大きく、
ｈ）前記電極（２０）の前記第一セグメントの中間の傾きが、０．００３と０．０１３の間であり、前記電極（２０）の前記第二セグメントの中間の傾きが、０．０１８と０．０４４の間であり、前記電極（２０）の前記第三セグメントの中間の傾きが、０．００２と０．００６の間であることを特徴とするプラズマ反応器（１）。
【請求項２】
前記第一セグメントが、前記矯正層が基本的に平坦である部分を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項３】
前記部分が、前記矯正層の半径の１／６と１／３の間からなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項４】
前記層が、固体誘電体層と気体誘電体層との少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項５】
前記気体誘電体層が、前記内部処理空間と気体連通していることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項６】
前記電極（２０）が、円形、正方形又は長方形であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項７】
２つの前記電極（２０，３０）が、等しく成形されたものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項８】
前記電極（２０）の前記第一セグメントの中間の傾きが、０．００６であり、前記電極（２０）の前記第二セグメントの中間の傾きが、０．０３２であり、前記電極（２０）の前記第三セグメントの中間の傾きが、０．００４であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ反応器（１）。
【請求項９】
前記部分が、前記矯正層の半径の約１／４からなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ反応器（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を処理するためのプラズマ反応器に関するものであり、該プラズマ反応器は、反応器内に配置された少なくとも２つの電極を備え、反応器が、電極間に内部処理空間を画定し、一方、この２つの電極が、互いに対向し、かつ、その電極の第一表面に対し平行に配置される。さらに、この反応器が、プラズマ反応器の中に及びプラズマ反応器の外にガスを移動させるためのガス入口及びガス出口、並びに少なくとも一つの電極に接続された高周波発生器を備え、一方、少なくとも一つの電極が、内部処理空間に面した表面に沿った非平面形状を有する矯正層を備える。
【背景技術】
【０００２】
このような反応器は、“容量性（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）”ＲＦグロー放電反応器、又は、平面プラズマコンデンサ若しくは平行板ＲＦプラズマ反応器、又は上記用語の組み合わせて名付けられたものとして周知である。通常、容量性ＲＦプラズマ反応器は、グロー放電の処理動作に基板を曝すために使用される。様々なプロセスが、基板表面の性質を変更するために使用される。プロセス、及び特にグロー放電内に注入されるガスの性質により、基板の特性が、変更されることが可能であり（接着，ぬれ）、薄膜が、追加され（化学蒸着  ＣＶＤ，プラズマ助長ＣＶＤ  ＰＥＣＶＤ，ダイオードスパッタリング）又は他の薄膜が選択的に除去されうる（ドライエッチング）。
【０００３】
特許文献１（Ｊａｃｑｕｅｓ  Ｓｃｈｍｉｔｔら）が参照により本願明細書に組み込まれる。真空プラズマ蒸着技術において、特に、真空処理装置において使用されるＲＦ周波数が、１３．５６ＭＨｚよりも高く、大きなサイズの（表面）基板が使用される場合に、ＲＦ電磁波の自由空間波長に対して反応器のサイズがもはや無視できないような方法で、重要な課題が指摘されている。この結果、反応器に従うプラズマ強度が、もはや均一ではない。物理的には、このような制限の原因は、反応器内の“定常波”の特別な振動の開始に従ってＲＦ波が分布されるという事実にある。また、例えば、プラズマ処理に提供される反応ガスによって生じる非均一性といった他の非均一性が、反応器内で生じうる。特許文献１では、真空基板処理装置内におけるプラズマ放電内に選択されたＲＦ電圧分布を形成するために、矯正手段としてのいわゆる誘電体レンズが示されている。実質的に上述された“誘電体層”（又はレンズ）に対応する、この“調整されたエクストラ−コンデンサ（ｔａｉｌｏｒｅｄ  ｅｘｔｒａ−ｃａｐａｃｉｔｏｒ）”が、容量性の分圧器の部品として機能する。有利に、非均一な厚さの層を介して、容量性の変更が達成される。従って、エクストラ−コンデンサが、表面に沿った非平面形状を有するプロファイルを有する。
【０００４】
図１が、特許文献１による、電極３及び５、ＲＦ電源９及び基板１５を備えた装置１を示す。プラズマ放電空間１３内に選択されたＲＦ電圧分布を形成するために、矯正誘電体レンズ１１が、下部電極５に組み込まれる。
【０００５】
特許文献１には、前記原理の様々な実施形態が記載されており、関連事項が、以下においてさらに示され、説明される。
【０００６】
前記“矯正層”を調整するための本発明のある解決手段は、この層が、非平面−形状外部表面、好ましくは、プラズマが生成される内部処理空間に面した曲線状凹表面を有するような方法で、層の少なくとも一つの表面を成形することである。層上にこのような“非平面形状”表面を得るために、様々な方法が行われることが可能である。特許文献１によって提案された、ある好ましい実施形態によると、基板に面し、特に、通常は曲線状凹表面を示す非平面形状の表面を、前記電極が有するような方法で、少なくとも一つの電極の形状が設計される。好ましい解決手段によると、前記層が、気体誘電体層及び固体誘電体層の少なくとも一つを備える。層が、このような気体誘電体層を備える場合、これが、プラズマが生成される内部処理空間と気体連通していることが好ましい。このような解決手段が、図２に示されている。
【０００７】
ここで、矯正誘電体レンズが、上部電極２３に組み込まれ、均質層２１によって限定された空間３１によって実現される。３１ａが、表面に沿った非平面−形状を有する前記プロファイルを示す。ここで、このプロファイル（形状）を、上部電極の断面において確認することが出来る。前記実施形態において、空間３１が、プロセスガス（“気体誘電体層”）で満たされ、層２１が、セラミック材料（“固体誘電体層”）である。基板３５が、対電極２５上に配置される。
【０００８】
特許文献１に示された解決手段は、不定形の構造の均質薄膜の堆積に極めて有利であり、均一な堆積速度であるが、付加的な構造的拘束を満たす必要がない。
【０００９】
しかしながら、構造及び／又は組成が、電気−光学装置の適切な機能性に対して重要な役割を果たす層においては、電場の強さ（電場分布）に加えて付加的なプラズマパラメータが、ワークピース（基板）の全体表面上で制御される必要がある。全体表面上において均質的に分布された堆積物を備えた層を堆積するために最適化された堆積チャンバが、均一な速度及び均一な構造パラメータで層を堆積するために適切ではないということが分かる。実施例として、微結晶シリコン層（μｃ−Ｓｉと略す）の堆積物を考えることが可能である。ここで、堆積速度は、その大部分が、特定のタイプのシランラジカルの密度に左右される。しかしながら、適切な結晶構造を得るためには、原子状水素の濃度、基底状態、イオン化及び／又は励起状態のそれぞれも関連性がある。成長ｐｃ−Ｓｉ膜の上部の単−原子層とのその化学プロセス及び／又は水素照射が、層の構造配列に大きな影響を及ぼす。この機能が、分子状水素によって実行されることが出来ない。この理由により、原子状水素のいずれの損失機構、例えば、分子状水素への再結合が、不十分な品質の層を生じる。ある損失機構は、例えば、反応器壁などの表面上における水素再結合である。例えば、μｃ−Ｓｉ層に対し、基板上の堆積されたシリコン層の端部が、十分に結晶質ではないが、要求するよりも大きなアモルファスフラクション（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｆｒａｃｔｉｏｎ）を有する傾向がある。これは、全体の堆積チャンバに対するプロセスウィンドウを変更することによって克服することは出来ない：プラズマ条件が、端部に対して改善する一方、反応器の中央領域が、最適条件と比較して品質の劣るμｃ−Ｓｉ層をもたらすプロセスウィンドウにシフトされる。また、中心領域が、基板上の層の中心領域における結果物を再度悪化させる出力の増加をうけるため、使用されるＲＦ電源の全出力を簡単に増加させるための明らかな解決手段は、可能ではない。
【００１０】
特に大きな−サイズの基板に対する反応器のサイズが、過度に大きくなり、及び付加的な収率を得ることなくエネルギー及び消耗品の消費が増加するため、拡大された中心、最適化領域内に基板を配置するために、プラズマ反応器を大きくすることは、選択肢の一つではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６２２８４３８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、冒頭に言及した技術分野に関連するプラズマ反応器の電極用の矯正誘電体層を形成することであり、基板の、特に、大きなサイズ（表面）の基板の表面に沿って均一なプラズマ強度を提供し、さらに、真空処理装置の小型構造化を可能とする。
【００１３】
本発明の解決手段が、請求項１の特徴によって規定される。本発明によると、上記のような基板を処理するためのプラズマ反応器が、矯正層を有する少なくとも一つの電極を備え、この矯正層が、内部処理空間に面した表面に沿った非平面形状を有し、非平面形状が、電極の半径に沿った第一断面内に、３つの連続かつ隣接したセグメント、即ち、第一（Ｉ）、第二（ＩＩ）及び第三セグメント（ＩＩＩ）を備えたプロファイルを有するものであり、第三セグメント（ＩＩＩ）が、電極の端部と隣接する。第一セグメントにおける中間のｍＩ傾きが、第二セグメントにおける中間の傾きｍＩＩ未満であり、第二セグメントにおける中間の傾きｍＩＩが、第三セグメントにおける中間の傾きｍＩＩＩより大きく、ｍＩ＜ｍＩＩ、及びｍＩＩ＞ｍＩＩＩによって表される。
【００１４】
好ましくは、第一断面が、電極の中央を通じて、ベースとなる面の表面と直角に配向される。通常、２つの点Ｐ（ｘ１，ｙ１）とＱ（ｘ２，ｙ２）間の傾きｍが、ｍ＝ｙ２−ｙ１／ｘ２−ｘ１のように、ｙ値の差を対応するｘ値の差で除することによって計算され、ここで、ｘ及びｙが、デカルト座標系の通常の座標を示し、好ましい実施形態において、ｙ軸が、電極の第一表面と直角に配向される。セグメントの２つの境界点間の中間の傾きが、上記と同じように計算される。本発明の他の実施形態において、この形状が、電極の半径に沿った断面において厳密に一つの変曲点を有する。
【００１５】
本発明によると、基板の堆積（処理）に影響を及ぼす電極の端部領域が、局所的な電場の強さの増加を可能にする。それとともに、電場の非−均一性が、補正される。
【００１６】
上記の方法で成形された電極が、基板の表面に沿った均一なプラズマ強度を提供し、この結果、均質である処理を提供し、均一な厚さを確保する。本発明が、上記の技術的課題を解決し、さらに、安価かつより小型の真空処理装置の構造を可能にする。
【００１７】
必要に応じて、この発明性のある解決手段が、また、非均一な処理が可能であるような方法で、電極を成形することを可能にする。
【００１８】
好ましい実施形態において、第一セグメントが、矯正層が本質的に平坦である部分を備える。
【００１９】
有利に、平坦部が、矯正層の半径の１／６から１／３の間の、好ましくは、約１／４のを有する。
【００２０】
好ましい実施形態において、第二セグメントの中間の傾きが、第一及び第三セグメントの中間の傾きの少なくとも３倍、好ましくは少なくとも５倍大きい。
【００２１】
電極の第一セグメントの中間の傾きが、有利に、０．００３から０．０１３の間であり、好ましくは０．００６であり、電極の第二セグメントの中間の傾きが、０．０１８から０．０４４の間であり、好ましくは０．０３２であり、及び、電極の第三セグメントの中間の傾きが、０．００２から０．００６の間であり、好ましくは０．００４である。
【００２２】
好ましい解決手段によると、前記層が、固体誘電体層及び気体誘電体層の少なくとも一つを備える。
【００２３】
反応ガスの組成と無関係である一定の電場の強さを確保するために、例えばプレートによって、気体誘電体層が、電極間の内部空間から分離されることが可能である。電極とプレートの間の空間が、ガスによって満たされ、又は真空化されることが可能である。さらなる実施形態において、この層が、例えば、アルミニウム、ジルコニウム、石英又はこの処理の熱的及び化学的適合性の仕様を満たすいずれの他の材料のような適当な誘電体材料によって形成されることが可能である。しかしながら、使用される誘電体材料に従って、非平面形状の電極が調整される必要がある。基板に面した非平面を有するプレートを備える電極も、均一な厚さの処理を提供するための解決手段であり、一方、電極の非平面形状が、調節され、又は、それぞれ平坦化される必要がある。
【００２４】
この層が、気体誘電体層を備える場合、プラズマが生成される内部処理空間と気体連通していることが好ましい。
【００２５】
気体誘電体層が、内部処理空間と気体連通している場合、単純な構造の電極を得ることが可能である。
【００２６】
本発明を、他のプロファイルの電極に適用するこが可能である。電極自体が、円形、正方形、又は長方形であることが可能である。
【００２７】
また、他のプロファイルも可能であり、この電極のプロファイルを、基板のプロファイルに適用することが可能であり、これは、電極のプロファイルが基板のプロファイルと等しいことを意味するものではない。好ましくは、電極のプロファイルが、基板のプロファイルと（幾何学的な意味において）同様であるが、スケールアップされている。本発明のさらなる実施形態において、電極が、少なくとも基板を覆う。しかしながら、電極のプロファイルが、基板のプロファイルと異なることを除外することは出来ない。
【００２８】
さらなる実施形態において、２つの電極が、等しく成形されてよい。この場合、中間の傾きが、それに応じてスケーリングされる。
【００２９】
本発明を活用するために、少なくとも一つの基板を処理するための方法が、以下のステップを含む：
１．（電極間の）内部処理空間内に前記基板を導入するステップ
２．内部処理空間を真空化するステップ
３．ガス入口を介して内部処理空間にガスを提供するステップ
４．電極を用いて内部処理空間に電力を供給するステップ
５．任意に、基板を加熱し、コーティングし、エッチングするステップ。
【００３０】
他の有利な実施形態及び特徴の組み合わせが、以下の詳細な記載及び特許請求の範囲の全体から明らかになる。
【００３１】
実施形態を説明するために使用される図面が以下の内容を示す。
【００３２】
図面において、同一の部品には、同一の参照符号が付される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】特許文献１による、固体矯正誘電体レンズ１１を備えた従来技術の装置の鉛直断面図である。
【図２】特許文献１による、矯正誘電体レンズが空間３１として実現される従来技術の装置の鉛直断面図である。
【図３】本発明による、反応器の断面の略図である。
【図４】ｘ軸が、中央からの距離（半径）を示す、電極のプロファイルの半分の鉛直断面図である。
【図５】本発明による、反応器の上面図の略図である。
【図６】断面プロファイルが適用されうる可能な半径である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図３が、２つの導電性電極２０，３０を備えた反応器１を示し、２つの電極２０，３０が、互いに対向し、電極２０，３０の第一表面に対して平行に配置される。電極２０が、内部処理空間１３に面した表面２０ａに沿って非平面形状を有する矯正層を有する。図示のために、図３における表面２０ａに沿った形状が、大きく拡大して示されている。電極２０，３０の効果的な幅が、図３に示されたものの約１００倍だけ大きい。高周波発生器２１が、電極２０の表面２０ａと対向する電極２０の表面２０ｂの中央に接続されており、電極２０，３０間に高周波放電を形成するために、電極３０が、表面３０ａと対向する表面３０ｂと接続された接地３１によって接地されている。
【００３５】
２つの電極２０，３０間の内部空間内に高周波発生器２１によってプラズマ１３が生成される反応ガスを含む反応器１を提供するために、反応器１が、電極２０，３０の間の空間１３に向けられたガス入口１１及びガス出口１２を備えた被覆枠（ｅｎｖｅｌｏｐｉｎｇ  ｃａｓｉｎｇ）１０をさらに含む。基板４０が、基板４０と同様に形成された２つの電極２０，３０間に配置され、内部空間内であって、電極２０に対して中央に位置し、電極３０と接触し、基板４０が、プラズマ放電の処理動作に曝される。
【００３６】
さらに、図３が、座標面を示し、ｙ軸が、電極２０の第一表面２０ｂと垂直に電極２０の中心を通り、ｘ軸が、ｙ軸と垂直である。電極２０が、ｙ軸に対して、回転対称である。電極２０の表面２０ａの形状が、ラテン数字によって番号付けされた４つのセグメントに正のｘ軸に沿って細分される。中央のセグメントＩＶが、基本的に平坦である。隣接するセグメントＩが、セグメントＩＩの中間の傾きよりも小さな中間の傾きを示し、セグメントＩＩが、最も外側のセグメントＩＩＩの中間の傾きよりも大きな中間の傾きを示す。
【００３７】
示された実施形態との関連において、高周波発生器２１及び接地３１が、交換されることも可能であり、又は、接地３１が、他の高周波発生器（図示しない）と交換されてもよい。これらが、好ましくは、電極２０の表面２０ｂ上に均一に位置する場合に、電極２０上の多数の部位において一つの高周波発生器に接続すること、又は多数の高周波発生器を使用することも可能である。
【００３８】
図４の図表が、電極２０又はこれに従う誘電体層のプロファイルの半分の断面を示す。電極２０の中央が、左側にあり、ｘ軸が、ｍｍ単位での中央からの距離を示す。示された実施形態において、電極２０／誘電体層の半径が、約６００ｍｍである。
【００３９】
図４において円でマークされた滑らかな曲線が、特許文献１（従来技術）に従う曲率／形状を描く。“０”とマークされた左部分において、表面２０ａの形状（“曲率”）は、基本的に平坦であり、このため、省略されている。正方形でマークされた他の曲線が、本発明に関する電極２０の表面２０ａの曲率に対応する。この中央部も基本的に平坦であり、省略されている。図４に示されたように、中央領域が、半径の１／６と１／３からなり、好ましくは約１／４である。
【００４０】
さらに、図４が、ｍｍ単位での深さのレベルを表すｙ軸を示し、これは、図３に示された電極２０の側面に面した基板の全くの平坦な設計からの曲率の偏差である。本実施形態において、これが、基本的に図３に図示されたように、電極２０内の凹部の深さと見ることが可能である。他の実施形態において、これが、対応する電極２０の凹部を満たす誘電体層の厚さと見ることが可能である。外側部、Ｉ−ＩＩＩが、プラズマ成長条件を変更する矯正手段（電場の強さ、ｅ−密度を増加させる）を必要とし、前記外側部により、壁部上におけるＨ−再結合及びその後の拡散の妨害の影響にもかかわらず、所望のｍｃ−Ｓｉ材料品質の成長が可能となる。これらの矯正方法が、特に、電場の強さを、例えば、プラズマなしに、約１０４Ｖ／ｍまで増加させることが可能である。これが、図４に示されたような外形とし、誘電体補正層の形状を変更することによって達成される。この曲線が、基本的に、反転したＳの形状に従う。この“Ｓ”が、図４に示されたような３つの部分Ｉ−ＩＩＩに細分されることが可能である。基本的な規則又は教示が、この３つのセグメント内の発明に関連するプロファイルの傾きを考慮する。各セグメントにおける、この中間の傾きｍの絶対値が、以下のとおりである。
ｍＩ＜ｍＩＩ  及び  ｍＩＩ＞ｍＩＩＩ
【００４１】
これが実際に実験により明らかにされ、特定用途での傾きに対する絶対値が、以下のとおりである。
【００４２】
【表１】
0005539884.tif 000002
【００４３】
換言すると、この形状が、プロファイルを仮定し、これによって、このプロファイルの端部と隣接する外側領域内の３つの部分が特定され、ここで、部分ＩＩに対する中間の傾きが、部分Ｉ及びＩＩＩの両方よりも少なくとも５倍大きいことが有効である。
【００４４】
上記において定義されたように、この外側領域が、中央領域と隣接する。図４に示されたような半径に関して測定した場合に、部分ＩＩ及びＩＩＩが、基本的に、外側領域の半分を占めてよい。
【００４５】
この実施形態において、電極の基本的な形状が、円形であり、電極２０の第一表面に垂直な軸に関し、電極２０が、軸方向に対称である。図５が、各々等高線図のような、電極２０の第一表面に対して垂直な、上方からみた、又はｙ軸の方向における、このような電極２０を示す。等高線間の領域Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩが、上記の第一（Ｉ）、第二（ＩＩ）及び第三セグメント（ＩＩＩ）と対応する。領域ＩＶが、基本的に平坦である。領域Ｉの半径Ｒに沿った中間の傾きが、領域ＩＩのそれよりも小さく、領域ＩＩの半径Ｒに沿った中間の傾きが、領域ＩＩＩのそれよりも大きい。
【００４６】
図６が、電極２０の第一表面に対して垂直な、上方からみた電極２０を示す。この実施形態において、電極２０の基本的な形状が、長方形である。図６に示されたようなｘ軸に沿った中央からの距離に依存するこのプロファイルが、例えば、図６に図示されたような長手方向の半径Ｒｌ、横方向の半径Ｒｔ及び斜め方向の半径Ｒｄに、又は、いずれの他の考えられる限りの半径に適応されうる。
【００４７】
非平面形状の基板が、または、均一に処理されることが可能であるこのような方法において、この層の形状が、基板の形状に適合されることも可能である。さらに、必要ならば、明示的な非均一な処理がなされるように、電極２０の形状が適合されることが可能である。この形状が、凸状に形成されることが可能であり、凸状処理にも影響を及ぼす。さらに、これが、任意の方法で成形されることが可能である。また、異なる反応器１の設計が可能であり、実際には、反応器が、いずれかの従来技術であることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
要約すれば、本発明が、特に、大きなサイズ（表面）の基板に対し、基板表面に沿って均一なプラズマ強度を提供するプラズマ反応器の電極を形成し、さらには、真空処理装置の小型構造化を可能にするということに注意すべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１  反応器
１０  被覆枠
１１  ガス入口
１２  ガス出口
１３  内部処理空間
２０、３０  電極
２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ  表面
２１  高周波発生器
３１  接地
４０  基板
Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ  セグメント
【図１】
0005539884.tif 000003
【図２】
0005539884.tif 000004
【図３】
0005539884.tif 000005
【図４】
0005539884.tif 000006
【図５】
0005539884.tif 000007
【図６】
0005539884.tif 000008