(57)【要約】【課題】プラズマ処理装置における電極間の電界をより強くする。【解決手段】基板１０２を保持することが可能な上部電極１２と、上部電極１２と対向するように配置され、上部電極１２と対向する部分に上部電極１２に向かって複数の柱状凸部１４ａが形成された下部電極１４とを設ける。そして、柱状凸部１４ａの配置のピッチＰと先端部の幅Ｗとの比Ｐ／Ｗを１．３以上とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持することが可能な第１電極と、
前記第１電極と対向するように配置され、前記第１電極と対向する部分に前記第１電極に向かって複数の柱状凸部が形成された第２電極と、を備え、
前記柱状凸部の配置のピッチＰと、前記柱状凸部の先端部の幅Ｗと、の比Ｐ／Ｗが１．３以上であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置であって、
前記柱状凸部は、四角柱であることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記柱状凸部には、先端部からガスを供給するためのガス供給口が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板に対してプラズマによる成膜、エッチング等の処理を施すために、基板を保持することが可能な第１電極と、その第１電極と対向するように配置された第２電極とを備えた平行平板型のプラズマ処理装置が知られている（特許文献１〜３参照）。
【０００３】
また、第２電極の第１電極に対向する面に複数の凹部と複数の凸部とを形成し、凹部又は凸部の一方にガス供給口を形成し、他方にガス排気口を形成したプラズマ処理装置の構成も開示されている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３０５２０号公報
【特許文献２】特開平７−２２８９６５号公報
【特許文献３】特開平１１−１４５４９９号公報
【特許文献４】特開２００６−２３７４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなプラズマ処理装置では、プラズマによる処理能力を高めるためにプラズマの密度をより高くすることが重要である。プラズマの密度を高めるためには、第１電極と第２電極との間の電界を大きくする必要がある。
【０００６】
本発明は、電極間の電界をより強めた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】
【０００７】
本発明の１つの態様は、基板を保持することが可能な第１電極と、第１電極と対向するように配置され、第１電極と対向する部分に第１電極に向かって複数の柱状凸部が形成された第２電極と、を備え、柱状凸部の配置のピッチＰと、柱状凸部の先端部の幅Ｗと、の比Ｐ／Ｗが１．３以上である、プラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電極間の電界を強めたプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の上部電極及び下部電極の周辺の構成を示す拡大正面図である。
【図３】本発明の実施の形態における下部電極の構造を示す平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における下部電極の構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における下部電極の柱状凸部のピッチ／幅の比に対する放電開始電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置１００を示した概略図である。図２は、プラズマ処理装置１００の上部電極及び下部電極の周辺の拡大図である。図３及び図４は、プラズマ処理装置１００の下部電極の構造を詳細に説明するための平面図及び断面図である。
【００１１】
プラズマ処理装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ１０内に、上部電極１２と下部電極１４とが互いに対向するように設置された平行型構造を有する。また、上部電極１２及び下部電極１４は、それぞれ本発明における「第１電極」及び「第２電極」に相当する。上部電極１２及び下部電極１４の対向する面の面積は、例えば、約６００ｍｍ×約６００ｍｍとされる。また、上部電極１２には、下部電極１４と対向する側に成膜又はエッチングを施す基板１０２を保持するための基板保持部１２ａが形成されている。基板１０２は、例えば、約４００ｍｍ×約３００ｍｍの矩形形状を有している。また、上部電極１２は、Ｘ方向に揺動可能な機能が設けられている。また、上部電極１２は、基板１０２を所定の温度に保持するための加熱冷却機構部（図示せず）を備えてもよい。
【００１２】
下部電極１４は、図２に示すように、上部電極１２と対向する面に柱状凸部１４ａが形成されている。これにより、成膜時に柱状凸部１４ａを中心として高密度なプラズマを発生させることが可能となる。また、図４に示す柱状凸部１４ａの先端部から柱状凸部１４ａの間の底面１４ｂまでの高さｈは、５ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好適である。
【００１３】
また、図３及び図４に示すように、柱状凸部１４ａは根元部から先端部に向かって幅が一定の四角柱とすることが好適である。ただし、これに限定されるものではなく、円柱としてもよいし、根元部から先端部に向かって細くなるように形成された柱形状としてもよい。これにより、柱状凸部１４ａの幅の小さい先端部に電界をより集中させることが可能となるので、より高密度なプラズマを発生させることが可能となる。
【００１４】
また、柱状凸部１４ａは、下部電極１４の全面に均一な密度で形成することが好適である。このとき、柱状凸部１４ａの配置のピッチＰは、図４に示すように、隣接する柱状凸部１４ａ間で、プラズマ発生領域２００がオーバラップするように配置することが好適である。例えば、柱状凸部１４ａは、図３に示すＸ方向及びＹ方向にそれぞれ５ｍｍ以上２０ｍｍ以下のピッチＰで配置することが好適である。これにより、上部電極１２と下部電極１４との間に発生するプラズマの密度を略均一にすることができる。
【００１５】
また、下部電極１４の柱状凸部１４ａには、プラズマにガスを供給するためのガス供給口１４ｃが設けられている。また、柱状凸部１４ａのガス供給口１４ｃの先端部１４ｄは、半径が約０．５ｍｍ以下の曲面形状を有するように形成されている。これにより、ガス供給口１４ｃから供給されるガスを柱状凸部１４ａの先端付近で滞留させることが可能となるので、プラズマ発生領域２００における原料ガスの滞留時間を長くすることが可能となる。
【００１６】
このような構成とすることにより、例えば、プラズマ処理装置１００を成膜に用いた場合にはより多くの成膜種を生成することが可能となり、成膜速度をより大きくすることが可能となる。
【００１７】
また、図１に示すように、真空チャンバ１０は、側方に排気口１０ａを有するとともに、その排気口１０ａは、排気流量調整バルブ１６を介して真空排気設備１８に接続されている。この真空排気設備１８は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）１８ａ及び油回転ポンプ（ＲＰ）１８ｂによって構成されている。また、下部電極１４のガス供給口１４ｃは、原料ガス供給源２０に接続されている。
【００１８】
下部電極１４において上部電極１２と対向する面に複数の柱状凸部１４ａを設けることによって、下部電極１４の柱状凸部１４ａの先端部に電界を集中させることができる。これによって、下部電極１４の柱状凸部１４ａに高密度なプラズマを発生させることができる。その結果、プラズマ化されるガスの分解効率を向上させることができる。プラズマ処理装置１００を成膜に用いる場合には成膜速度を向上させることができ、エッチングに用いる場合にはエッチング速度を向上させることができる。
【００１９】
また、柱状凸部１４ａを四角柱とすることによって、柱状凸部１４ａが円錐又は四角錐形状におけるテーパ部を設ける分の面積が必要になる場合に比べて柱状凸部１４ａの間の空間が広く保たれ真空チャンバ１０の排気口１０ａからのガスの排気をスムーズに行うことが可能となる。さらに、柱状凸部１４ａを四角柱とすることによって、下部電極１４の表面に縦及び横に矩形断面形状の溝を形成するだけで柱状凸部１４ａを形成することができ、加工が容易になる利点もある。
【００２０】
また、柱状凸部１４ａの先端部を中心とするプラズマ発生領域２００が隣接する柱状凸部１４ａを中心とするプラズマ発生領域２００とオーバラップするように、柱状凸部１４ａのピッチＰを設定することによって、隣接する柱状凸部１４ａ間の領域にもプラズマ発生領域２００が広がる。これにより、プラズマ発生領域２００を下部電極１４の全面により均一に近い密度で広げることができる。その結果、下部電極１４の全面での膜の膜厚や膜質の不均一性を低減したり、エッチングの速度の不均一性を低減したりすることができる。
【００２１】
また、上部電極１２及び基板１０２をＸ方向に揺動可能に設け、上部電極１２及び基板１０２を揺動させることによって、プラズマ密度の高い下部電極１４の柱状凸部１４ａの先端領域のプラズマを基板１０２の表面に均一に触れさせることができる。これによって、不連続な柱状凸部１４ａを設けた構成であっても成膜の膜厚及び膜質やエッチングの速度が不均一になることを抑制することができる。
【００２２】
また、柱状凸部１４ａの配置のピッチＰと柱状凸部１４ａの先端部の幅Ｗとの比Ｐ／Ｗが１．３以上となるように設定することが好適である。このような比Ｐ／Ｗの関係とすることによって、プラズマ処理装置１００で発生されるプラズマの密度をより高くすることができる。
【００２３】
図５は、下部電極１４に形成する柱状凸部１４ａの配置のピッチＰと先端部の幅Ｗとの比Ｐ／Ｗに対する放電開始電圧の関係を示す。図５は、プラズマ処理装置１００においてシリコン薄膜を形成する際のプラズマの放電開始電圧（パッシェンミニマム値）をシミュレーション及び実験で得た結果を示す。図５において、クロスマーク（×）がシミュレーション結果を示し、白抜き菱形マーク（◇）が実験結果を示す。
【００２４】
以下、図５に示す実験結果を得るために行った実験の手順を示す。図１に示すように、プラズマ処理装置１００の上部電極１２の基板保持部１２ａに基板１０２を固定した後、真空チャンバ１０の排気口１０ａに接続された真空排気設備１８により真空チャンバ１０内を真空排気した。上部電極１２と下部電極１４との距離は１５ｍｍとした。また、基板１０２は２３０℃に加熱した状態で保持した。
【００２５】
次に、上部電極１２と下部電極１４との間に、原料ガス供給源２０に接続された下部電極１４のガス供給口１４ｃから原料ガスである水素（Ｈ２）とシラン（ＳｉＨ４）を供給した。ここでは、水素（Ｈ２）を１００ｓｃｃｍ及びシラン（ＳｉＨ４）を８ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ１０内の圧力が１Ｔｏｒｒとなるように供給した。そして、下部電極１４に高周波電力を供給することにより、下部電極１４の柱状凸部１４ａを中心としてプラズマを発生させた。ここで、高周波電力としては総ての条件において同一の電力を供給し、周波数は７０ＭＨｚとした。原料ガスがプラズマにより分解されて成膜種が生成され、成膜種が基板１０２上に堆積することによって、基板１０２上にシリコン薄膜が形成された。利用されなかった原料ガスは、真空チャンバ１０の排気口１０ａから排気した。
【００２６】
ここで、下部電極１４の柱状凸部１４ａの先端幅ＷとピッチＰとの組み合わせは表１に示すものとした。表１に示した先端幅ＷとピッチＰとの組み合わせについて、それぞれ上記の成膜条件下において放電開始電圧（パッシェンミニマム値）を計算及び測定した。放電開始電圧が低いほどより低電圧で安定放電が可能であり、ガスの分解反応がより効率良く行われていることを示している。
【表１】
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【００２７】
図５に示すように、先端幅ＷとピッチＰとの比Ｐ／Ｗが１．３未満では放電開始電圧の低下はみられず、１．３以上となると急激に放電開始電圧が低下する。すなわち、先端幅ＷとピッチＰとの比Ｐ／Ｗを１．３以下とすることによって、より低電圧で安定放電が可能となり、ガスの分解反応をより効率良く行うことができる。これにより、プラズマ処理装置１００による成膜速度やエッチング速度の向上を図ることができる。
【００２８】
なお、本実施形態は、制限的なものではなく、例えば、柱状凸部１４ａにガス供給口を設けるとともに、柱状凸部１４ａに挟まれた底部１４ｂにガス吸引口を設けてもよい。また、下部電極１４の柱状凸部１４ａにガス吸引口を設けるとともに、柱状凸部１４ａに挟まれた底部１４ｂにガス供給口を設けてもよい。このようにすることにより、大面積において均一な成膜又はエッチングが可能となる。
【００２９】
また、上記実施形態では、上部電極１２をＸ方向に揺動させることによって基板１０２との相対的な位置を変化させる例を示したが、本発明はこれに限らず、上部電極１２又は基板１０２をＸ方向以外のたとえばＹ方向に沿って揺動してもよい。このようにすることにより、局所的な領域において、均一な成膜又はエッチングが可能となる。なお、上部電極１２及び基板１０２の揺動幅は、凸部のピッチ（約７ｍｍ）以上に設定するのが望ましい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  真空チャンバ、１０ａ  排気口、１２  上部電極、１２ａ  基板保持部、１４  下部電極、１４ａ  柱状凸部、１４ｂ  底部、１４ｃ  ガス供給口、１４ｄ  先端部、１６  排気流量調整バルブ、１８  真空排気設備、２０  原料ガス供給源、１００  プラズマ処理装置、１０２  基板、２００  プラズマ発生領域。
【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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