(57)【要約】【課題】ホロカソード効果を十分に高めることにより、パウダーの発生を抑制して、成膜した膜の質の向上を図る。【解決手段】少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスとが上記処理室６へ導入可能に構成し、上記プラズマ放電面１８は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部２ａと、上記テーパ部２ａの上記プラズマ放電面１８の底部側に連続して上記プラズマ放電面１８の底部を構成する凹溝部２ｂとにより形成し、上記テーパ部２ａの最大の上記間隔ｗ１の大きさをｄ１とし、最小の上記間隔ｗ２の大きさをｄ２としたとき、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、上記プラズマ放電面１８の溝深さは、上記テーパ部２ａの間隔の大きさの上記溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定した。【選択図】図１
2008091407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板が内部に配置される処理室と、
上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、
上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、
上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記プラズマ放電面の底部側に連続して上記プラズマ放電面の底部を構成する凹溝部とにより形成され、
上記テーパ部の最大の上記間隔の大きさをｄ１とし、最小の上記間隔の大きさをｄ２としたとき、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、
上記プラズマ放電面の溝深さは、上記テーパ部の間隔の大きさの上記溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記ｐ１×ｄ１の値及び上記ｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にある
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項３】
被処理基板が内部に配置される処理室と、
上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、
上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる平行部と、上記平行部の上記底部側に連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部とにより形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項４】
請求項３において、
少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、
上記テーパ部の最大の間隔の大きさをｄ１とし、上記平行部の間隔の大きさをｄ２としたとき、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、
上記テーパ部の上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さは、上記テーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、
上記平行部と上記凹溝部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記平行部の間隔の大きさｄ２の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項５】
請求項４において、
上記ｐ１×ｄ１の値及び上記ｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にある
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項６】
被処理基板が内部に配置される処理室と、
上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、
上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、
上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる第１平行部と、上記第１平行部の上記底部側に連続して形成されて上記底部に向かって側壁間の間隔が徐々に狭くなる狭窄部と、上記狭窄部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる第２平行部と、上記第２平行部に連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部とにより形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項７】
請求項６において、
少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスと、上記第２圧力ｐ２よりも圧力の高い第３圧力ｐ３の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、
上記テーパ部の最大の間隔の大きさをｄ１とし、上記第１平行部の間隔の大きさをｄ２とし、上記第２平行部の間隔の大きさをｄ３としたとき、ｐ１×ｄ１の値、ｐ２×ｄ２の値及びｐ３×ｄ３の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、
上記テーパ部の上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さは、上記テーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、
上記第１平行部と上記狭窄部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記第１平行部の間隔の大きさｄ２の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、
上記第２平行部と上記凹溝部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記第２平行部の間隔の大きさｄ３の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項８】
請求項７において、
上記ｐ１×ｄ１の値、上記ｐ２×ｄ２の値及び上記ｐ３×ｄ３の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にある
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項９】
請求項１，３及び６のいずれか１項において、
上記第１電極と上記絶縁部と上記第２電極とは、連続する面を構成している
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１０】
請求項１，３及び６のいずれか１項において、
上記プラズマ放電発生部に電気的エネルギーを印加する電源をさらに有し、上記電源の周波数は、１３．５６ＭＨｚ以上且つ３００ＭＨｚ以下である
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１１】
請求項１，３及び６のいずれか１項に記載のプラズマプロセス装置を用いて、基板にプラズマ処理を施す方法であって、
上記処理室の内部に上記被処理基板を配置する基板配置工程と、
上記被処理基板が配置された上記処理室内に、上記ガス導入口から上記材料ガスを導入するガス導入工程と、
上記プラズマ放電発生部によって、プラズマを発生させて、上記被処理基板の表面にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程とを含む
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
上記プラズマ処理工程は、周波数が３００ＭＨｚの電気的エネルギーを上記プラズマ放電発生部に印加することにより行われる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
請求項１１において、
上記プラズマ処理工程では、パルス放電によりプラズマを発生させる
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマプロセス装置及びプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマを使って半導体膜を成膜し、集積回路、液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス素子、太陽電池などの電子デバイスを製造する方法、いわゆるプラズマ励起化学相成長（Chemical Vapor Deposition 、ＣＶＤ）法は、その簡便性や操作性に優れているので、さまざまな電子デバイスを製造するのに使用されている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法を用いる装置の形態（プラズマ化学蒸着装置、以下、「プラズマＣＶＤ装置」という）としては、図７及び図８に示すものが一般的である。図７及び図８を参照しながら、プラズマＣＶＤ装置について説明する。図７は従来のプラズマＣＶＤ装置の概略図であり、図８は、従来のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。プラズマＣＶＤ装置は、処理室（真空容器）６を用いて構成された閉空間と、その中にお互いに電気的に絶縁され、対向する位置に平行に設置された、２枚の導体板からなる電極２、４とを有する。２枚の電極２，４の間にプラズマ１２を発生させ、そこに材料ガスを流して材料ガスを解離させる。これにより、一方の電極４に取り付けられた、シリコンやガラスなどからなる被処理基板５の上に、半導体膜等を形成する。
【０００４】
成膜用の材料ガスを解離するためのプラズマ１２を発生させる手段としては、例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波等の電気的エネルギーが一般に使用されている。一方の導電板電極４は接地電位とし、対向する他方の電極２に電圧を印加して、両電極２，４間に電界を発生させ、その絶縁破壊現象によりグロー放電現象としてプラズマ１２を生成する。電圧が印加される側の電極２をカソード電極と呼ぶ。また、接地電位の電極４をアノード電極と呼ぶ。カソード電極２近傍には大きな電界が形成される。そして、その電界で加速されるプラズマ１２中の電子が材料ガスの解離を促しラジカルを生成する。図８中の１２はラジカルの流れを示している。
【０００５】
生成されたラジカルは、アノード電極４上の被処理基板５まで拡散し、被処理基板５の表面に堆積して膜が成長する。このように、互いに平行な２つの電極２，４間でプラズマ１２を生成し、アノード電極４上の被処理基板５に成膜する装置を、以下「平行平板型装置」と呼ぶ。
【０００６】
しかし、平行平板型装置では、例えば、窒素ガスのみで窒化シリコン膜を成膜する場合、解離しにくい水素ガスや窒素ガスを十分に分解できず、絶縁膜や保護膜性のよい窒化シリコン膜を得ることは困難であった。このことから、平行平板型装置では、材料ガスの解離を十分に促進させることができていなかったといえる。そこで、材料ガスの解離を促進させる技術が求められている。
【０００７】
材料ガスの解離を促進させる技術は、例えば、特許文献１等に開示されている。特許文献１に開示されたプラズマプロセス装置では、カソード電極が凹状に形成されており、ホロカソード効果によりプラズマ密度が高められる。これにより、材料ガスの解離が促進され、通常の平行平板型装置と比較して、速い成膜速度が得られる。しかし、この装置では、被処理基板の表面がプラズマに曝されるので、成膜面がプラズマダメージを受けやすい。
【０００８】
このようなプラズマダメージは、被処理基板の設定温度を３００℃以上にすることによって、熱エネルギーで修復することができる。しかし、基板の耐熱性等により、被処理膜を２００℃程度あるいはそれ以下の温度に設定したい場合には、高品質な膜質を維持することが難しい。
【０００９】
そこで、例えば、特許文献２等に示すようなプラズマプロセス装置が知られている。特許文献２のプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、処理室内に材料ガスを導入するガス導入口と、処理室内に設けられたプラズマ放電発生部とを備えている。プラズマ放電発生部は、第１電極と、上記第１電極よりも被処理基板に接近して設けられた第２電極とを有し、上記第１電極及び第２電極は、上記被処理基板の法線方向から視認できる面のみをプラズマ放電面として機能させている。この構成により、比較的低い被処理基板の温度においても、成膜面のプラズマダメージを抑制しつつ、プラズマによる材料ガスの解離を促進させることができる。また、同文献では、カソード電極のプラズマ放電面を凹面状に形成することによりホロカソード効果を生じさせてより多くの電子を放出させ、これにより、材料ガスを効率的に解離し、膜質を向上させるようにしている。
【特許文献１】特開平１−２７９７６１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５８８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、従来から、材料ガスがプラズマによって十分に解離されていないと成膜処理中の電極周辺に材料ガス中のシラン等の重合体であると考えられるパウダーが発生し、そのパウダーが成膜される膜に取り込まれてその膜質を劣化させることが知られている。また、特許文献２に示されているプラズマプロセス装置であっても、材料ガスの導入条件によっては、ホロカソード効果が十分に高められない場合がある。その結果、成膜処理中のカソード溝構造部分に上記パウダーが発生して、成膜した膜の質が低下してしまう。
【００１１】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホロカソード効果を十分に高めることにより、パウダーの発生を抑制して、成膜した膜の質を高めようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、プラズマプロセス装置について鋭意研究を重ねた結果、ある圧力Ｐで材料ガスを導入した場合にプラズマ放電面の間隔の大きさＤがある範囲にあるとき、すなわち、Ｐ×Ｄの値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある場合には、ホロカソード効果が十分に高められることを経験的に見出した。
【００１３】
このことから、この発明では、上記の目的を達成するために、第１電極に溝状に形成されたプラズマ放電面の側壁間の間隔の大きさ及び溝深さを、導入する材料ガスの圧力により規定するようにした。
【００１４】
具体的に、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記プラズマ放電面の底部側に連続して上記プラズマ放電面の底部を構成する凹溝部とにより形成され、上記テーパ部の最大の上記間隔の大きさをｄ１とし、最小の上記間隔の大きさをｄ２としたとき、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、上記プラズマ放電面の溝深さは、上記テーパ部の間隔の大きさの上記溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されている。
【００１５】
すなわち、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の側壁間の間隔（以下、単に「間隔」ともいう）の大きさの値との積の値が０．２Ｐａ・ｍよりも小さい場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが小さすぎる場合には、プラズマ放電面に電圧を印加したとしてもプラズマが発生しにくくなる。
【００１６】
一方、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値が１．０Ｐａ・ｍよりも大きい場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが大きすぎる場合には、プラズマ放電面の側壁間の電子密度を効果的に高めることが難しい。
【００１７】
したがって、上記の構成により、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値、つまり、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある場合には、プラズマ放電面におけるプラズマの発生が促進されると共にプラズマ放電面の側壁間の電子密度が効果的に高められるため、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００１８】
また、仮に、プラズマ放電面の溝深さが、テーパ部の間隔の大きさのプラズマ放電面の溝深さ方向（以下、「プラズマ放電面の溝深さ方向」を単に「溝深さ方向」ともいう）における平均値の２倍よりも小さい場合、つまり、プラズマ放電面の溝深さが比較的浅い場合には、プラズマ放電面の面積が小さすぎるため、材料ガスの解離率が低下する。
【００１９】
一方、仮に、プラズマ放電面の溝深さが、テーパ部の間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の３倍よりも大きい場合、つまり、プラズマ放電面の溝深さが比較的深い場合には、プラズマ放電面の溝深さがテーパ部の間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の３倍の大きさである場合に対して材料ガスの解離率が大きくなり難いため、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００２０】
したがって、プラズマ放電面の溝深さがテーパ部の間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されている場合には、プラズマ放電面において、材料ガスを十分に解離させることが可能になるため、プラズマ放電面を必要以上に大きくすることなく、材料ガスの解離率を向上させることが可能となる。
【００２１】
さらに、例えば、第１圧力ｐ１で材料ガスが導入された場合には、ｐ１×ｄ１の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、テーパ部が最大の間隔である領域付近において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００２２】
また、例えば、第２圧力ｐ２で材料ガスが導入された場合には、ｐ２×ｄ２の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、テーパ部が最小の間隔である領域付近において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００２３】
また、例えば、第１圧力ｐ１よりも高く且つ第２圧力ｐ２未満の圧力で材料ガスが導入された場合には、プラズマ放電面は断面テーパ状に形成されているため、テーパ部の少なくとも一部における間隔の大きさの値と導入された圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、テーパ部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。すなわち、材料ガスが第１圧力ｐ１以上且つ第２圧力ｐ２以下の圧力で導入された場合には、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００２４】
さらに、上記ｐ１×ｄ１の値及び上記ｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあることが好ましい。このことによって、ホロカソード効果がより高められる。
【００２５】
また、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる平行部と、上記平行部の上記底部側に連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部とにより形成されていてもよい。
【００２６】
この構成によると、比較的低い圧力で材料ガスが導入された場合には、テーパ部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００２７】
また、比較的高い圧力で材料ガスが導入された場合には、平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。すなわち、圧力の異なる材料ガスが導入された場合にも、テーパ部又は平行部においてホロカソード効果が十分に高められる。
【００２８】
さらに、少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、上記テーパ部の最大の間隔の大きさをｄ１とし、上記平行部の間隔の大きさをｄ２としたとき、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、上記テーパ部の上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さは、上記テーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、上記平行部と上記凹溝部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記平行部の間隔の大きさｄ２の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されていることが好ましい。
【００２９】
すなわち、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値が０．２Ｐａ・ｍよりも小さい場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが小さすぎる場合には、プラズマ放電面に電圧を印加したとしてもプラズマが発生しにくくなる。
【００３０】
一方、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値が１．０Ｐａ・ｍよりも大きい場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが大きすぎる場合には、プラズマ放電面の側壁間の電子密度を効果的に高めることが難しい。
【００３１】
したがって、上記の構成により、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値、つまり、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある場合には、プラズマ放電面におけるプラズマの発生が促進されると共にプラズマ放電面の側壁間の電子密度が効果的に高められるため、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００３２】
また、仮に、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍よりも小さい場合、つまり、テーパ部の溝深さ方向における長さが比較的小さい場合には、テーパ部のプラズマ放電面の面積が小さすぎるため、テーパ部における材料ガスの解離率が低下する。
【００３３】
一方、仮に、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の３倍よりも大きい場合、つまり、テーパ部の溝深さ方向における長さが比較的大きい場合には、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の３倍の大きさである場合に対してテーパ部における材料ガスの解離率が大きくなり難いため、テーパ部が必要以上に大きくなる結果、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００３４】
また、仮に、平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が、平行部の間隔の大きさｄ２の２倍よりも小さい場合、つまり、平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が比較的小さい場合には、平行部のプラズマ放電面の面積が小さすぎるため、平行部における材料ガスの解離率が低下する。
【００３５】
一方、仮に、平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が、平行部の間隔の大きさｄ２の３倍よりも大きい場合、つまり、平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が比較的大きい場合には、平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が平行部の間隔の大きさの３倍である場合に対して平行部及び凹溝部における材料ガスの解離率が大きくなり難いため、平行部及び凹溝部が必要以上に大きくなる結果、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００３６】
したがって、テーパ部の溝深さ方向における長さが、テーパ部の最大の間隔の大きさの２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が、平行部の間隔の大きさの２倍以上且つ３倍以下に規定されている場合には、テーパ部と、平行部及び凹溝部とが、それぞれ材料ガスを十分に解離させることが可能になるため、プラズマ放電面を必要以上大きくすることなく、材料ガスの解離率を向上させることが可能となる。
【００３７】
さらに、例えば、第１圧力で材料ガスが導入された場合には、ｐ１×ｄ１の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、テーパ部が最大の間隔である領域付近において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００３８】
また、例えば、第２圧力で材料ガスが導入された場合には、ｐ２×ｄ２の値が、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００３９】
また、例えば、第１圧力よりも高く且つ第２圧力未満の圧力で材料ガスが導入された場合にも、テーパ部は断面テーパ形状をしているため、テーパ部の少なくとも一部における間隔の大きさの値と導入された圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、この場合にも、テーパ部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。すなわち、材料ガスが第１圧力以上且つ第２圧力以下の圧力で導入された場合には、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００４０】
さらに、上記ｐ１×ｄ１の値及び上記ｐ２×ｄ２の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあることが好ましい。このことによって、ホロカソード効果がより高められる。
【００４１】
また、本発明に係るプラズマプロセス装置は、被処理基板が内部に配置される処理室と、上記処理室内に設けられて複数の溝状に形成されたプラズマ放電面を有する第１電極と、隣り合う上記プラズマ放電面の間に形成された上記第１電極の突条部分に形成された絶縁部と、上記絶縁部に形成されて上記第１電極と電気的に絶縁された第２電極とを有するプラズマ放電発生部と、上記プラズマ放電面の底部に形成されて上記処理室内に材料ガスを導入するガス導入口とを備え、上記被処理基板にプラズマ処理を施すプラズマプロセス装置であって、上記プラズマ放電面は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部と、上記テーパ部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる第１平行部と、上記第１平行部の上記底部側に連続して形成されて上記底部に向かって側壁間の間隔が徐々に狭くなる狭窄部と、上記狭窄部の上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる第２平行部と、上記第２平行部に連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部とにより形成されていてもよい。
【００４２】
この構成によると、比較的低い圧力で材料ガスが導入された場合には、テーパ部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００４３】
また、比較的高い圧力で材料ガスが導入された場合には、第１平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００４４】
また、さらに高い圧力で材料ガスが導入された場合には、第２平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。すなわち、圧力の異なる材料ガスが導入された場合であっても、テーパ部、第１平行部又は第２平行部においてホロカソード効果が十分に高められる。
【００４５】
さらに、少なくとも第１圧力ｐ１の上記材料ガスと、上記第１圧力ｐ１よりも圧力の高い第２圧力ｐ２の上記材料ガスと、上記第２圧力ｐ２よりも圧力の高い第３圧力ｐ３の上記材料ガスとが上記処理室へ導入可能に構成され、上記テーパ部の最大の間隔の大きさをｄ１とし、上記第１平行部の間隔の大きさをｄ２とし、上記第２平行部の間隔の大きさをｄ３としたとき、ｐ１×ｄ１の値、ｐ２×ｄ２の値及びｐ３×ｄ３の値は、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあって、上記テーパ部の上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さは、上記テーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、上記第１平行部と上記狭窄部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記第１平行部の間隔の大きさｄ２の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、上記第２平行部と上記凹溝部との上記プラズマ放電面の溝深さ方向における長さの和は、上記第２平行部の間隔の大きさｄ３の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定されていることが好ましい。
【００４６】
すなわち、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値が０．２Ｐａ・ｍよりも小さい値である場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが小さすぎる場合には、プラズマ放電面に電圧を印加したとしてもプラズマが発生しにくくなる。
【００４７】
一方、仮に、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値が１．０Ｐａ・ｍよりも大きい値である場合、つまり、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面の間隔の大きさが大きすぎる場合には、プラズマ放電面の側壁間の電子密度を効果的に高めることが難しい。
【００４８】
したがって、上記の構成により、導入される材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面の間隔の大きさの値との積の値、つまり、ｐ１×ｄ１の値、ｐ２×ｄ２の値及びｐ３×ｄ３の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある場合には、プラズマ放電面におけるプラズマの発生が促進されると共にプラズマ放電面の側壁間の電子密度が効果的に高められるため、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００４９】
また、仮に、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の２倍よりも小さい場合、つまり、テーパ部の溝深さ方向における長さが比較的小さい場合には、テーパ部のプラズマ放電面の面積が小さすぎるため、テーパ部における材料ガスの解離率が低下する。
【００５０】
一方、仮に、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の３倍よりも大きい場合、つまり、テーパ部の溝深さ方向における長さが比較的大きい場合には、テーパ部の溝深さ方向における長さがテーパ部の最大の間隔の大きさｄ１の３倍である場合に対してテーパ部における材料ガスの解離率が大きくなり難いため、テーパ部が必要以上に大きくなる結果、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００５１】
また、仮に、第１平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が第１平行部の間隔の大きさｄ２の２倍よりも小さい場合、つまり、第１平行部の溝深さ方向における長さが比較的小さい場合には、第１平行部のプラズマ放電面の面積が小さすぎるため、第１平行部における材料ガスの解離率が低下する。
【００５２】
一方、仮に、第１平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が第１平行部の間隔の大きさｄ２の３倍よりも大きい場合、つまり、第１平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が比較的大きい場合には、第１平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が第１平行部の間隔の大きさｄ２の３倍の大きさである場合に対して第１平行部における材料ガスの解離率が大きくなり難いため、第１平行部及び狭窄部が必要以上に大きくなる結果、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００５３】
また、仮に、第２平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が、第２平行部の間隔の大きさｄ２の２倍よりも小さい場合、つまり、第２平行部の溝深さ方向における長さが比較的小さい場合には、第２平行部のプラズマ放電面の面積が小さすぎるため、第２平行部における材料ガスの解離率が低下する。
【００５４】
一方、仮に、第２平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が、第２平行部の間隔の大きさｄ３の３倍よりも大きい場合、つまり、第２平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が比較的大きい場合には、第２平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が第２平行部の間隔の大きさｄ３の３倍の大きさである場合に対して第２平行部における材料ガスの解離率が大きくなり難いため、第２平行部が必要以上に大きくなる結果、プラズマ放電面が必要以上に大きくなってしまう。
【００５５】
したがって、テーパ部の溝深さ方向における長さが、テーパ部の最大の間隔の２倍以上且つ３倍以下の大きさに規定され、第１平行部と狭窄部との溝深さ方向における長さの和が、第１平行部の間隔の大きさの２倍以上且つ３倍以下に規定され、第２平行部と凹溝部との溝深さ方向における長さの和が、第２平行部の間隔の大きさの２倍以上且つ３倍以下に規定されている場合には、テーパ部と、第１平行部及び狭窄部と、第２平行部及び凹溝部とが、それぞれ材料ガスを十分に解離させることが可能になるため、プラズマ放電面を必要以上に大きくすることなく、材料ガスの解離率を向上させることが可能となる。
【００５６】
さらに、例えば、第１圧力ｐ１で材料ガスが導入された場合には、ｐ１×ｄ１の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、テーパ部が最大の間隔である領域付近において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００５７】
また、例えば、第２圧力ｐ２で材料ガスが導入された場合には、ｐ２×ｄ２の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、第１平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００５８】
また、例えば、第３圧力ｐ３で材料ガスが導入された場合には、ｐ３×ｄ３の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、第２平行部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００５９】
また、例えば、第１圧力ｐ１よりも高く且つ第２圧力ｐ２未満の圧力で材料ガスが導入された場合には、テーパ部は断面テーパ状に形成されているため、テーパ部の少なくとも一部における間隔の大きさと導入された圧力との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、テーパ部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００６０】
また、例えば、第２圧力ｐ２よりも高く且つ第３圧力ｐ３未満の圧力で材料ガスが導入された場合には、狭窄部は底部に向かって側壁間が徐々に狭くなるため、狭窄部の少なくとも一部における間隔の大きさと導入された圧力との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、狭窄部において、プラズマの発生が促進されると共に電子密度が効果的に高められ、ホロカソード効果が十分に高められる。
【００６１】
すなわち、材料ガスが第１圧力ｐ１以上且つ第３圧力ｐ３以下の圧力で導入された場合であっても、テーパ部、第１平行部又は第２平行部においてホロカソード効果が十分に高められる。
【００６２】
さらに、上記ｐ１×ｄ１の値、上記ｐ２×ｄ２の値及び上記ｐ３×ｄ３の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあることが好ましい。このことによって、より高いホロカソード効果が得られる。
【００６３】
上記第１電極と上記絶縁部と上記第２電極とは、連続する面を構成していることが望ましい。
【００６４】
この構成によると、プラズマ放電発生部の一部に材料ガスが滞留することが抑制される。
【００６５】
上記プラズマ放電発生部に電気的エネルギーを印加する電源をさらに有し、上記電源の周波数は、３００ＭＨｚであることが好ましい。
【００６６】
この構成によると、第１電極及び第２電極の間に電子が補足されて電子密度が略飽和状態となり、材料ガスの解離が促進される。
【００６７】
また、本発明に係るプラズマ処理方法は、上述のプラズマプロセス装置を用いて、基板にプラズマ処理を施す方法であって、上記処理室の内部に上記被処理基板を配置する基板配置工程と、上記被処理基板が配置された上記処理室内に、上記ガス導入口から上記材料ガスを導入するガス導入工程と、上記プラズマ放電発生部によって、プラズマを発生させて、上記被処理基板の表面にプラズマ処理を施すプラズマ処理工程とを含む。
【００６８】
基板配置工程では、被処理基板が処理室の内部に配置される。ガス導入工程では、材料ガスがガス導入口から導入される。プラズマ処理工程では、プラズマ放電発生部に電圧を印加することにより、プラズマを発生させる。このプラズマによって、導入された材料ガスが解離し、被処理基板の表面にプラズマ処理が施される。
【００６９】
プラズマ処理工程は、周波数が３００ＭＨｚの電気的エネルギーを上記プラズマ放電発生部に印加することにより行われることが好ましい。
【００７０】
このプラズマ処理工程によると、第１電極及び第２電極の間に電子が補足されて電子密度が略飽和状態となり、材料ガスの解離が促進される。
【００７１】
上記プラズマ処理工程では、パルス放電によりプラズマを発生させることが好ましい。
【００７２】
このプラズマ処理工程によると、パルス放電は電圧の立ち上がりが急峻であるため、電子衝突による材料ガスの解離、すなわち、ラジカルの生成効率が向上する。また、パルス幅が短いほど材料ガスに与えられるエネルギーは最小限となり材料ガスの温度の上昇が抑制される。そうすると、材料ガスの密度が低下することが抑制されるため、材料ガスの解離が促進される。
【発明の効果】
【００７３】
本発明によれば、第１圧力ｐ１で材料ガスが導入された場合には、テーパ部が最大の間隔である領域付近において、また、第２圧力ｐ２で材料ガスが導入された場合には、テーパ部が最小の領域付近において、それぞれプラズマの発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【００７４】
さらに、プラズマ放電面の溝深さは、テーパ部の間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されているため、プラズマ放電面を必要以上に大きくすることなく材料ガスの解離を促進することができる。
【００７５】
さらに、第１圧力ｐ１よりも高く且つ第２圧力ｐ２未満の圧力で材料ガスが導入された場合であっても、テーパ部において、プラズマの発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【００７６】
その結果、パウダーの発生を抑制することができ、広い材料ガスの圧力域において成膜した膜の質を向上させることができる。
【００７７】
さらに、材料ガスの解離が十分に促進されることにより、材料ガスの解離量が増加するため、プラズマ処理によって成膜する速度が速くなる。その結果、広い材料ガスの圧力域において処理時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００７９】
《発明の実施形態１》
図１〜３は、本発明の実施形態１を示している。図１は、本実施形態のプラズマプロセス装置であるプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図である。図２は、本実施形態のプラズマプロセス装置であるプラズマＣＶＤ装置を示す断面図である。図３は、本実施形態のプラズマ放電発生部１６を拡大して示す断面図である。
【００８０】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、被処理基板５が内部に配置される処理室（真空容器）６と、この処理室６内に材料ガスを導入するガス導入口７と、処理室６内に設けられたプラズマ放電発生部１６とを備える。典型的には、処理室６内には、被処理基板５を保持する基板ホルダ１０が設けられており、被処理基板５は基板ホルダ１０に配置される。
【００８１】
処理室６の外部には、プラズマ放電発生部１６に電力の供給を行う、すなわち、電気的エネルギーを印加する高周波電源１が設けられている。また、材料ガスを処理室６に供給するガス供給部１４と、処理室６内の材料ガスを排出するガス排出部１１とが設けられ、少なくとも第１圧力ｐ１が、例えば、７０Ｐａである材料ガスと、第２圧力ｐ２が、例えば、２００Ｐａである材料ガスとが別々に処理室６へ導入可能なように構成されている。ガス排出部１１としては、例えば、メカニカル・ブースター・ポンプやロータリーポンプ等が用いられる。高周波電源装置１は、配線９を介してプラズマ放電発生部１６に接続されている。
【００８２】
プラズマ放電発生部１６は、被処理基板５から離間し、被処理基板５に対向して処理室６内に設けられている。また、プラズマ放電発生部１６は、第１電極であるカソード電極（陰極）２と、カソード電極２の電極面の一部に形成された絶縁部である電極間絶縁部３と、電極間絶縁部３に形成された第２電極であるアノード電極（陽極）４とを有する。
【００８３】
カソード電極２は、複数の溝状に形成されたプラズマ放電面１８を有する。電極間絶縁部３は、隣り合うプラズマ放電面１８の間に形成されたカソード電極２の突条部分に形成されている。カソード電極２とアノード電極４とは、電極間絶縁部３を介することにより電気的に絶縁された状態にある。また、アノード電極４は、カソード電極２よりも基板ホルダ１０側に設けられている。
【００８４】
すなわち、プラズマ放電発生部１６は、被処理基板５と平行な一方向にストライプ状に延びる複数の電極間絶縁部３と、隣り合う電極間絶縁部３同士の間に設けられて溝状に形成されたカソード電極２のプラズマ放電面１８と、各電極間絶縁部３における基板ホルダ１０側の端部にカソード電極２と分離した状態で設けられたアノード電極４とを備えている。
【００８５】
カソード電極２のプラズマ放電面１８は、図３に示すように、テーパ部２ａと凹溝部２ｂとにより構成されている。テーパ部２ａは、底部に向かって側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状に形成されている。テーパ部２ａの底部側には、テーパ部２ａに連続して凹溝部２ｂが形成されている。凹溝部２ｂは、プラズマ放電面１８の底部を構成している。すなわち、プラズマ放電面１８は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部２ａと、テーパ部２ａのプラズマ放電面１８の底部側に連続してプラズマ放電面１８の底部を構成する凹溝部２ｂとにより形成されている。
【００８６】
プラズマ放電面１８の側壁間の間隔の大きさ及び溝深さは、導入する材料ガスの圧力により規定している。
【００８７】
仮に、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面１８の間隔の大きさが小さすぎる場合、すなわち、材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面１８の間隔の大きさの値との積の値が０．２Ｐａ・ｍよりも小さい場合には、プラズマ放電発生部１６に電圧を印加した際にプラズマ１２が発生しにくくなる。そうすると、材料ガスの解離率が低下してしまう。
【００８８】
一方、仮に、導入される材料ガスの圧力に対してプラズマ放電面１８の間隔が大きすぎる場合、すなわち、材料ガスの圧力の値とプラズマ放電面１８の間隔の大きさの値との積の値が１．０Ｐａ・ｍよりも大きい場合には、カソード電極２とアノード電極４の間の電子密度を効果的に高めることができないために、ホロカソード効果を十分に高めることができない。
【００８９】
このことから、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１の大きさをｄ１としたとき、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１は、第１圧力ｐ１とその間隔ｗ１の大きさｄ１との積の値、すなわち、ｐ１×ｄ１の値が、表１に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。
【００９０】
【表１】
2008091407.tif 000003
【００９１】
また、テーパ部２ａの最小の間隔ｗ２の大きさをｄ２としたとき、テーパ部２ａの最小の間隔ｗ２は、第２圧力ｐ２とその間隔ｗ２の大きさｄ２との積の値、すなわち、ｐ２×ｄ２の値が、表２に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。
【００９２】
【表２】
2008091407.tif 000004
【００９３】
さらに、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１及び最小の間隔ｗ２は、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値が、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていることが、ホロカソード効果をより高める観点で好ましい。
【００９４】
一方、仮に、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１が浅すぎる場合、すなわち、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１がテーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の２倍よりも小さい場合には、プラズマ放電面１８の面積が小さいため、材料ガスの解離率が低下する。
【００９５】
また、仮に、溝深さｈ１が深すぎる場合、すなわち、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１がテーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の３倍よりも大きい場合には、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１がテーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の３倍の大きさである場合に対して材料ガスの解離率が大きくなり難いため、プラズマ放電面１８が必要以上に大きくなってしまう。
【００９６】
このことから、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、テーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【００９７】
本実施形態では、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１及び最小の間隔ｗ２は、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値が、それぞれ０．４Ｐａ・ｍであるように形成されている。すなわち、ｐ１＝７０Ｐａ、ｐ２＝２００Ｐａであることから、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１は、例えば、０．００５７ｍに形成される一方、テーパ部２ａの最小の間隔ｗ２は、例えば、０．００２ｍに形成されている。
【００９８】
また、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、テーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の、例えば、２倍の大きさに形成されている。すなわち、テーパ部２ａの間隔の大きさのプラズマ放電面１８の溝深さ方向における平均値は、例えば、０．００３８５ｍであることから、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、例えば、０．００７７ｍに形成されている。
【００９９】
各電極間絶縁部３は、例えば、アルミナ等により形成されている。隣り合う電極間絶縁部３の間隔は、それぞれ等しくなっている。各電極間絶縁部３の基板ホルダ１０側の面は、アノード電極４により覆われている。つまり、アノード電極４もストライプ状に形成されている。すなわち、カソード電極２とアノード電極４とは、被処理基板５と平行な一方向に交互に並んでストライプ状に形成されている。
【０１００】
こうして、プラズマ放電発生部１６には、対向する電極間絶縁部３及びアノード電極４の側面と、溝状に形成されたカソード電極２のプラズマ放電面１８とにより連続する面が形成されている。すなわち、カソード電極２と電極間絶縁部３とアノード電極４とは、連続する面を構成している。このようにして、溝状のプラズマ放電面１８を有するプラズマ放電発生部１６が処理室６内に形成されている。
【０１０１】
また、カソード電極２のプラズマ放電面１８の底部、すなわち、凹溝部２ｂに溝深さ方向に貫通する複数のガス導入口７が所定の間隔で形成されている。本実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、カソード電極２がアノード電極４よりも被処理基板５から離れている。したがって、ガス導入口７から処理室６内へ材料ガスを導入すると被処理基板５へ向かってスムーズな材料ガスの流れ１４が実現する。
【０１０２】
ガス導入口７は、材料ガスを一旦滞留させるガス滞留部８に接続されている。また、ガス滞留部８は、材料ガスを供給するガス供給部１４に接続されている。すなわち、ガス供給部１４から供給された材料ガスがガス滞留部８に一旦滞留した後、ガス導入口７を通って処理室６内に導入されるようになっている。このように、プラズマＣＶＤ装置は、プラズマ放電発生部１６に電圧を印加することによりカソード電極２とアノード電極４との間にプラズマ１２を発生させて、材料ガスを解離して処理室６内に配置された被処理基板５にプラズマ処理を施すことができるようになっている。
【０１０３】
−処理方法−
プラズマ処理方法には、基板配置工程と、ガス導入工程と、プラズマ処理工程とが含まれる。
【０１０４】
上記プラズマＣＶＤ装置を用いてプラズマ処理を施す場合には、基板配置工程では、処理室６内に被処理基板５が配置される。被処理基板５の配置位置は、アノード電極４から上方に、例えば、２０ｍｍ離れた位置である。被処理基板５は、例えば、厚みが１．１ｍｍのガラス基板等である。
【０１０５】
次に、ガス導入工程では、被処理基板５が配置された処理室６内に材料ガスが導入される。まず、ガス供給部１４から材料ガスがガス滞留部８に供給され、一旦ガス滞留部８に滞留する。その後、材料ガスは、ガス導入口７を通って処理室６内に導入される。
【０１０６】
材料ガスは、例えば、ＳｉＨ４、Ｈ２、Ｎ２等である。例えば、アモルファスシリコン膜を成膜するときの材料ガスには、ＳｉＨ４（６０ｓｃｃｍ）及びＨ２（１２０ｓｃｃｍ）等が用いられる。このとき、材料ガスは、例えば、７０Ｐａ等の圧力で導入される。また、その他に、例えば、窒化シリコン膜を成膜するときの材料ガスには、ＳｉＨ４（２０ｓｃｃｍ）、ＮＨ３（４０ｓｃｃｍ）及びＮ２（１００ｓｃｃｍ）等が用いられる。このとき、材料ガスは、例えば、２００Ｐａ等の圧力で導入される。ここで「ｓｃｃｍ」とは、０℃において毎分流れる立方センチメートル単位のガス流量である。
【０１０７】
次に、プラズマ処理工程では、プラズマ放電発生部１６によって、プラズマ１２を発生させて被処理基板５の表面にプラズマ処理を施す。まず、アノード電極４とカソード電極２との間に、例えば、パルス電圧を印加することによりパルス放電を生じさせてプラズマ放電発生部１６にプラズマ１２を発生させる。このプラズマ１２は、印加される電圧に応じて発生する。電圧の印加を行う電源としては、例えば、周波数が３００ＭＨｚの高周波電源装置１が用いられる。そうして、処理室６に導入されてプラズマ放電発生部１６に流れてきた材料ガスをプラズマ１２により解離させる。これにより、材料ガスからラジカルが生成される。図２中の１３はラジカルの流れを示している。
【０１０８】
このように、生成されたラジカルは、被処理基板５まで拡散し、基板ホルダ１０に保持された被処理基板５の表面に付着し堆積する。すなわち、被処理基板５の表面に膜が成長して薄膜が形成される。生成されたラジカルは、次々に薄膜表面に到達して薄膜の厚さが増していく。そうして、設定された膜厚になるまでパルス電圧を印加し続けた後、カソード電極２及びアノード電極４の間への電圧の印加、すなわち、プラズマ放電発生部１６への電力の供給を停止する。このようにして、被処理基板５の表面に対してプラズマ処理が施される。
【０１０９】
−実施形態１の効果−
したがって、この実施形態１によると、７０Ｐａ以上且つ２００Ｐａ以下の圧力で材料ガスが導入された場合には、ホロカソード効果を十分に高めることができ、プラズマ放電面１８を必要以上に大きくすることなく材料ガスの解離を十分に促進させることができる。その結果、パウダーの発生を抑制することができ、広い材料ガスの圧力域において、成膜した膜の質を向上させることができる。また、材料ガスの解離が十分に促進されることにより、材料ガスの解離量が増加するため、プラズマ処理によって成膜する速度が速くなる。その結果、広い材料ガスの圧力域において、処理時間を短縮することができる。
【０１１０】
すなわち、ｐ１×ｄ１の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ１＝７０Ｐａであるため、７０Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくともテーパ部２ａが最大の間隔ｗ１である領域付近において、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１１１】
さらに、ｐ２×ｄ２の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ２＝２００Ｐａであるため、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくともテーパ部２ａが最小の間隔ｗ２である領域付近において、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１１２】
さらに、プラズマ放電面１８は、断面テーパ状に形成されているため、７０Ｐａよりも高く且つ２００Ｐａ未満の圧力で材料ガスが導入された場合には、テーパ部２ａの少なくとも一部における間隔の大きさの値と導入された材料ガスの圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、テーパ部２ａにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１１３】
さらに、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、テーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向の２倍に形成されているため、プラズマ放電面１８を必要以上に大きくすることなく材料ガスの解離を促進させることができる。
【０１１４】
また、特に、ｐ１×ｄ１の値及びｐ２×ｄ２の値は、０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、７０Ｐａ以上且つ２００Ｐａ以下の圧力で材料ガスが導入された場合には、ホロカソード効果をより高めることができる。その結果、材料ガスの解離をより促進させることができるため、成膜する速度を速くして処理時間をより短縮することができると共に、パウダーの発生をより抑制して成膜した膜の質をより向上させることができる。
【０１１５】
また、電圧の印加を行う電源として周波数３００ＭＨｚの高周波電源装置１を用いることにより、カソード電極２とアノード電極４の間に電子が補足されて電子密度が略飽和状態になる。その結果、材料ガスの解離を促進させることができるため、成膜する速度を速くして処理時間を短縮することができると共に、パウダーの発生を抑制して成膜した膜の質を向上させることができる。
【０１１６】
また、パルス放電によりプラズマ１２を発生させてプラズマ処理を行うことにより、電子衝突による材料ガスの解離、すなわち、ラジカルの生成の効率を向上させることができる。また、パルス放電のパルス幅が短いほど材料ガスに与えられるエネルギーは最小限となり材料ガスの温度の上昇を抑制することができる。そうすると、材料ガスの密度が低下することが抑制されるため、材料ガスの解離を促進させることができる。その結果、成膜する速度を速くして処理時間を短縮することができると共に、パウダーの発生を抑制して成膜した膜の質を向上させることができる。
【０１１７】
《発明の実施形態２》
図４は、本発明の実施形態２を示している。尚、以降の各実施形態では、図１〜３と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。図４は、本実施形態のプラズマ放電発生部１６を拡大して示す断面図である。
【０１１８】
上記実施形態１では、カソード電極２のプラズマ放電面１８は、テーパ部２ａと凹溝部２ｂとにより構成されているのに対し、本実施形態におけるカソード電極２のプラズマ放電面１８は、図４に示すように、テーパ部２ａと平行部２ｃと凹溝部２ｂとにより形成されている。
【０１１９】
テーパ部２ａは、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状に形成されている。テーパ部２ａの底部側には、テーパ部２ａに連続して平行部２ｃが形成されている。平行部２ｃは、側壁が底部に向かって平行に延びている。平行部２ｃの底部側には、平行部２ｃに連続して凹溝部２ｂが形成されている。凹溝部２ｂは、プラズマ放電面１８の底部を構成している。すなわち、プラズマ放電面１８は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部２ａと、テーパ部２ａの上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる平行部２ｃと、平行部２ｃの上記底部側に連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部２ｂとにより形成されている。
【０１２０】
プラズマ放電面１８の間隔の大きさ４及び溝深さは、導入する材料ガスの圧力により規定している。すなわち、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさをｄ３としたとき、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３は、上記実施形態１と同様に、ｐ１×ｄ３の値が、表１に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【０１２１】
また、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさをｄ４としたとき、平行部２ｃの間隔ｗ４は、第２圧力ｐ２と平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４との積の値、すなわち、ｐ２×ｄ４の値が、表２に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。平行部２ｃと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【０１２２】
さらに、これらの間隔ｗ３，ｗ４は、ｐ１×ｄ３の値及びｐ２×ｄ４の値が、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていることが、ホロカソード効果を高める観点で好ましい。
【０１２３】
本実施形態では、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３は、ｐ１×ｄ３の値が０．４Ｐａ・ｍであるように形成されている。すなわち、ｐ１＝７０Ｐａであることから、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３は、上記実施形態１と同様に、例えば、０．００５７ｍに形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３の、例えば、２倍の大きさに形成されている。すなわち、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３が、０．００５７ｍであることから、テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、例えば、０．０１１４ｍに形成されている。
【０１２４】
また、平行部２ｃの間隔ｗ４は、ｐ２×ｄ４の値が０．４Ｐａ・ｍであるように形成されている。すなわち、ｐ２＝２００Ｐａであることから、平行部２ｃの間隔ｗ４は、例えば、０．００２ｍに形成されている。平行部２ｃ及び凹溝部２ｂの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４の、例えば、２倍の大きさに形成されている。すなわち、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４が、０．００２ｍであることから、平行部２ｃと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、例えば、０．００４ｍに形成されている。
【０１２５】
−実施形態２の効果−
したがって、この実施形態２によると、７０Ｐａ以上且つ２００Ｐａ以下の圧力で材料ガスが導入された場合には、ホロカソード効果を十分に高めることができ、プラズマ放電面１８を必要以上に大きくすることなく材料ガスの解離を十分に促進させることができる結果、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１２６】
すなわち、ｐ１×ｄ３の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ１＝７０Ｐａであるため、７０Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくともテーパ部２ａが最大の間隔ｗ３である領域付近において、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１２７】
さらに、ｐ２×ｄ４の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ２＝２００Ｐａであるため、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも平行部２ｃにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１２８】
さらに、テーパ部２ａは断面テーパ形状に形成されているため、材料ガスが７０Ｐａよりも高く且つ２００Ｐａ未満の圧力で導入された場合には、テーパ部２ａの少なくとも一部における間隔の大きさの値と材料ガスの圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、テーパ部２ａにおいて、プラズマの発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができる。
【０１２９】
さらに、テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３の２倍の大きさに形成されているため、テーパ部２ａを必要以上に大きくすることなく、テーパ部２ａにおける材料ガスの解離を促進させることができる。
【０１３０】
さらに、平行部２ｃと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４の２倍に形成されているため、平行部２ｃ及び凹溝部２ｂを必要以上に大きくすることなく、平行部２ｃ及び凹溝部２ｂにおける材料ガスの解離を促進させることができる。
【０１３１】
特に、ｐ１×ｄ３の値及びｐ２×ｄ４の値は、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、ホロカソード効果をより高めることができる。したがって、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１３２】
また、特に、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも平行部２ｃにおいてホロカソード効果を十分に高めることができるため、比較的大きい領域においてホロカソード効果を十分に高めることができる。したがって、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、ホロカソード効果をより高めることができる。その結果、成膜する速度をより速くして処理時間をより短縮することができると共に、パウダーの発生をより抑制して成膜した膜の質をより向上させることができる。
【０１３３】
《発明の実施形態３》
図５は、本発明の実施形態３を示している。図５は、本実施形態のプラズマ放電発生部１６を拡大して示す断面図である。
【０１３４】
上記実施形態１では、少なくとも第１圧力ｐ１が、例えば、７０Ｐａである材料ガスと、第２圧力ｐ２が、例えば、２００Ｐａである材料ガスとが別々に処理室６へ導入可能なように構成されているとした。これに対し、本実施形態では、少なくとも第１圧力ｐ１が、例えば、７０Ｐａである材料ガスと、第２圧力ｐ２が、例えば、２００Ｐａである材料ガスと、第３圧力ｐ３が、例えば、３００Ｐａである材料ガスとが別々に処理室６へ導入可能なように形成されている。
【０１３５】
また、上記実施形態１では、プラズマ放電面１８は、テーパ部２ａと凹溝部２ｂとにより形成されている。また、上記実施形態２では、プラズマ放電面１８は、テーパ部２ａと平行部２ｃと凹溝部２ｂとにより形成されている。これに対し、本実施形態におけるプラズマ放電面１８は、テーパ部２ａと第１平行部２ｄと狭窄部２ｅと第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとにより構成されている。
【０１３６】
テーパ部２ａは、上記実施形態２と同様に、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状に形成されている。テーパ部２ａの底部側には、テーパ部２ａに連続して第１平行部２ｄが形成されている。第１平行部２ｄは、側壁がプラズマ放電面１８の底部に向かって平行に延びている。第１平行部２ｄの底部側には、第１平行部２ｄに連続して狭窄部２ｅが形成されている。狭窄部２ｅは、プラズマ放電面１８の底部に向かって側壁の間隔が徐々に狭く形成されている。狭窄部２ｅの底部側には、狭窄部２ｅに連続して第２平行部２ｆが形成されている。第２平行部２ｆは、側壁がプラズマ放電面１８の底部に向かって平行に延びている。第２平行部２ｆの底部側には、第２平行部２ｆに連続して凹溝部２ｂが形成されている。凹溝部２ｂは、プラズマ放電面１８の底部を構成している。
【０１３７】
すなわち、プラズマ放電面１８は、底部に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状のテーパ部２ａと、テーパ部２ａの上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向かって平行に延びる第１平行部２ｄと、第１平行部２ｄの上記底部側に連続して形成されて上記底部に向かって側壁間の間隔が徐々に狭くなる狭窄部２ｅと、狭窄部２ｅの上記底部側に連続して形成されて側壁が上記底部に向って平行に延びる第２平行部２ｆと、第２平行部２ｆに連続して形成されて上記底部を構成する凹溝部２ｂとにより形成されている。
【０１３８】
プラズマ放電面１８の間隔の大きさ及び溝深さは、導入する材料ガスの圧力により規定している。すなわち、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５の大きさをｄ５としたとき、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５は、上記実施形態１と同様に、ｐ１×ｄ５の値が、表１に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ４は、上記実施形態２と同様にテーパ部２ａの最大の間隔ｗ５の大きさｄ５の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【０１３９】
また、第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさをｄ６としたとき、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、第２圧力ｐ２とその間隔ｗ６の大きさｄ６との積の値、すなわち、ｐ２×ｄ６の値が、表２に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさｄ６の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【０１４０】
また、第２平行部２ｆの間隔ｗ７の大きさをｄ７としたとき、第２平行部２ｆの間隔ｗ７は、第３圧力ｐ３とその間隔ｗ７の大きさｄ７との積の値、すなわち、ｐ３×ｄ７の値が、表３に示すように、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されている。第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ６は、第２平行部２ｆの間隔ｗ７の大きさｄ７の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されている。
【０１４１】
【表３】
2008091407.tif 000005
【０１４２】
さらに、これらの間隔ｗ５〜ｗ７は、ｐ１×ｄ５の値、ｐ２×ｄ６の値及びｐ３×ｄ７の値が、それぞれ０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていることが、ホロカソード効果を高める観点で好ましい。
【０１４３】
本実施形態では、テーパ部２ａは上記実施形態２と同様に形成されている。すなわち、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５は、例えば、０．００５７ｍに形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ４は、例えば、０．０１１４ｍに形成されている。
【０１４４】
また、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、ｐ２×ｄ６の値が、例えば、０．４Ｐａ・ｍであるように形成されている。すなわち、ｐ２＝２００Ｐａであることから、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、例えば、０．００２ｍに形成されている。第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさｄ６の、例えば、２倍の大きさに形成されている。すなわち、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、０．００２ｍであることから、第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、例えば、０．００４ｍに形成されている。
【０１４５】
また、第２平行部２ｆの間隔ｗ７は、ｐ３×ｄ７の値が、例えば、０．４Ｐａ・ｍであるように形成されている。すなわち、ｐ３＝３００Ｐａであることから、第２平行部２ｆの間隔ｗ７は、例えば、０．００１３ｍに形成されている。第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ６は、第２平行部２ｆの間隔ｗ７の大きさｄ７の、例えば、２倍の大きさに形成されている。すなわち、第２平行部２ｆの間隔の大きさｄ７が０．００１３ｍであることから、第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ６は、例えば、０．００２６ｍに形成されている。
【０１４６】
−実施形態３の効果−
したがって、この実施形態３によると、７０Ｐａ以上且つ３００Ｐａ以下の圧力で材料ガスが導入された場合には、ホロカソード効果を十分に高めることができ、プラズマ放電面１８を必要以上に大きくすることなく材料ガスの解離を十分に促進させることができる。その結果、上記実施形態１よりも広い材料ガスの圧力域において、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１４７】
すなわち、ｐ１×ｄ５の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ１＝７０Ｐａであるため、７０Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくともテーパ部２ａが最大の間隔ｗ５である領域付近において、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１４８】
さらに、ｐ２×ｄ６の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ２＝２００Ｐａであるため、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも第１平行部２ｄにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１４９】
さらに、ｐ３×ｄ７の値が０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあり、ｐ３＝３００Ｐａであるため、３００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも第２平行部２ｆにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１５０】
さらに、テーパ部２ａは、プラズマ放電面１８の底部、すなわち、ガス導入口７に向かって徐々に側壁間の間隔が狭くなる断面テーパ形状に形成されているため、７０Ｐａよりも高く且つ２００Ｐａ未満の圧力で材料ガスが導入された場合には、テーパ部２ａの少なくとも一部における間隔の大きさの値と材料ガスの圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、テーパ部２ａにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１５１】
さらに、狭窄部２ｅは、ガス導入口７に向かって徐々に側壁間の間隔が狭く形成されているため、２００Ｐａよりも高く且つ３００Ｐａ未満の圧力で材料ガスが度入された場合には、狭窄部２ｅの少なくとも一部における間隔の大きさの値と材料ガスの圧力の値との積の値は、０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にある。したがって、この場合には、狭窄部２ｅにおいて、プラズマ１２の発生を促進させると共に電子密度を効果的に高めることができ、ホロカソード効果を十分に高めることができる。
【０１５２】
さらに、テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ４は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５の大きさｄ５の２倍の大きさに形成されているため、テーパ部２ａを必要以上大きくすることなく、テーパ部２ａにおける材料ガスの解離を促進することができる。
【０１５３】
さらに、第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさｄ６の２倍の大きさに形成されているため、第１平行部２ｄ及び狭窄部２ｅを必要以上に大きくすることなく、第１平行部２ｄ及び狭窄部２ｅにおける材料ガスの解離を促進させることができる。
【０１５４】
また、特に、ｐ１×ｄ５の値、ｐ２×ｄ６の値及びｐ３×ｄ７の値は、０．３Ｐａ・ｍ以上且つ０．５Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるため、ホロカソード効果をより高めることができる結果、上記実施形態１よりも広い材料ガスの圧力域において、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【０１５５】
また、特に、２００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも第１平行部２ｄにおいてホロカソード効果を十分に高めることができる。また、３００Ｐａの圧力で材料ガスが導入された場合には、少なくとも第２平行部２ｆにおいてホロカソード効果を十分に高めることができる。したがって、これらの場合には、比較的大きいプラズマ放電面１８の領域においてホロカソード効果を十分に高めることができる。その結果、成膜する速度をより速くして処理時間をより短縮することができると共に、パウダーの発生をより抑制して成膜した膜の質をより向上させることができる。
【０１５６】
《その他の実施形態》
上記実施形態１では、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ１は、例えば、０．００５７ｍに形成され、最小の間隔ｗ２は、例えば、０．００２ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、これらの間隔ｗ１，ｗ２は、第１圧力ｐ１とテーパ部２ａの最大の間隔ｗ１の大きさｄ１との積の値及び第２圧力ｐ２とテーパ部２ａの最小の間隔ｗ２の大きさｄ２との積の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていればよい。
【０１５７】
また、上記実施形態１では、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、例えば、０．００７７ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この溝深さｈ１は、テーパ部２ａの間隔の大きさの溝深さ方向における平均値の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１５８】
上記実施形態２では、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３は、例えば、０．００５７ｍに形成され、平行部２ｃの間隔ｗ４は、例えば、０．００２ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、これらの間隔ｗ３，ｗ４は、第１圧力ｐ１とテーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３との積の値及び第２圧力ｐ２と平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４との積の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていればよい。
【０１５９】
また、上記実施形態２では、テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、例えば、０．０１１４ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この長さｈ２は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ３の大きさｄ３の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１６０】
また、上記実施形態２では、平行部２ｃと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、例えば、０．００４ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この長さの和ｈ３は、平行部２ｃの間隔ｗ４の大きさｄ４の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１６１】
上記実施形態３では、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５は、例えば、０．００５７ｍに形成され、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、例えば、０．００２ｍに形成され、第２平行部２ｆの間隔ｗ７は、例えば、０．００１３ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、これらの間隔ｗ５〜ｗ７は、第１圧力ｐ１とテーパ部２ａの最大の間隔ｗ５の大きさｄ５との積の値、第２圧力ｐ２と第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさｄ６との積の値及び第３圧力ｐ３と第２平行部２ｆの間隔ｗ７の大きさｄ７との積の値が、それぞれ０．２Ｐａ・ｍ以上且つ１．０Ｐａ・ｍ以下の範囲にあるように形成されていればよい。
【０１６２】
また、上記実施形態３では、テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ４は、例えば、０．０１１４ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この長さｈ４は、テーパ部２ａの最大の間隔ｗ５の大きさｄ５の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１６３】
また、上記実施形態３では、第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、例えば、０．００４ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この長さの和ｈ５は、第１平行部２ｄの間隔ｗ６の大きさｄ６の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１６４】
また、上記実施形態３では、第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ６は、例えば、０．００２６ｍに形成されているとしたが、本発明はこれに限られず、この長さの和ｈ６は、第２平行部２ｆの間隔ｗ７の大きさｄ７の２倍以上且つ３倍以下の大きさに形成されていればよい。
【０１６５】
また、上記実施形態１では、例えば、パルス電圧を印加することによりパルス放電を生じさせてプラズマ放電発生部１６にプラズマ１２を発生させるとしたが、本発明はこれに限られず、グロー放電等のその他の放電現象を生じさせることによりプラズマ放電発生部１６にプラズマ１２を発生させてもよい。
【０１６６】
また、上記実施形態１では、電圧の印加を行う電源としては、例えば、周波数が３００ＭＨｚの高周波電源装置１が用いられるとしてたが、本発明はこれに限られず、その他の高周波電源装置１が用いられていてもよい。
【０１６７】
《実施例》
本実施例では、実施例１〜３のプラズマプロセス装置を用いて材料ガスの解離を行い、プラズマ発光分析を行った。試験運転を行った実施例１〜３のプラズマプロセス装置について以下に説明する。
【０１６８】
実施例１のプラズマプロセス装置として、上記実施形態１に示したプラズマＣＶＤ装置において、上記実施形態１とはプラズマ放電面１８の間隔ｗ１，ｗ２の大きさｄ１，ｄ２及び溝深さｈ１が異なるプラズマプロセス装置を用いた。
【０１６９】
実施例１のプラズマ放電面１８におけるテーパ部２ａの最大の間隔ｗ１は、０．０１２ｍに形成されている。テーパ部２ａの最小の間隔ｗ２は、０．００２５ｍに形成されている。また、プラズマ放電面１８の溝深さｈ１は、０．０２ｍに形成されている。
【０１７０】
実施例２のプラズマプロセス装置として、上記実施形態２に示したプラズマＣＶＤ装置において、上記実施形態２とはプラズマ放電面１８の間隔ｗ３，ｗ４の大きさｄ３，ｄ４及び溝深さｈ２，ｈ３が異なるプラズマプロセス装置を用いた。
【０１７１】
実施例２のプラズマ放電面１８におけるテーパ部２ａの最大の間隔ｗ３は、０．０１２ｍに形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ２は、０．０２４ｍに形成されている。また、平行部２ｃの間隔ｗ４は、０．００４ｍに形成されている。平行部２ｃと凹溝部２ｂとの溝深さ方向における長さの和ｈ３は、０．００８ｍに形成されている。
【０１７２】
実施例３のプラズマプロセス装置として、上記実施形態３で示したプラズマＣＶＤ装置において、上記実施形態３とはプラズマ放電面１８の間隔ｗ５，ｗ６，ｗ７の大きさｄ５，ｄ６，ｄ７及び溝深さｈ４，ｈ５，ｈ６が異なるプラズマプロセス装置を用いた。
【０１７３】
実施例３のプラズマ放電面１８のテーパ部２ａの最大の間隔ｗ５は、０．０１２ｍに形成されている。テーパ部２ａの溝深さ方向における長さｈ４は、０．０２４ｍに形成されている。また、第１平行部２ｄの間隔ｗ６は、０．００３６ｍに形成されている。第１平行部２ｄと狭窄部２ｅとの溝深さ方向における長さの和ｈ５は、０．００７２ｍに形成されている。また、第２平行部２ｆの間隔ｗ７は、０．００２ｍに形成されている。第２平行部２ｆと凹溝部２ｂとの溝長さ方向における長さの和ｈ６は、０．００４ｍに形成されている。
【０１７４】
一方、比較例として、図６に示すプラズマ放電発生部１００を有する従来のプラズマプロセス装置についても、同様の試験運転を行った。図６は、比較例のプラズマプロセス装置のプラズマ放電発生部１００を拡大して示す断面図である。尚、このプラズマプロセス装置について、プラズマ放電発生部１００以外の構成は上記実施形態１に示したプラズマプロセス装置と同様である。
【０１７５】
比較例のプラズマ放電発生部１００は、図６に示すように、カソード電極１０１と電極間絶縁部１０２とアノード電極１０３とから構成されている。カソード電極１０１のプラズマ放電面１０４は、凹溝状に形成されている。電極間絶縁部１０２は、隣り合うカソード電極１０１のプラズマ放電面１０４の間の突条部分に形成されている。
【０１７６】
また、アノード電極１０３は、電極間絶縁部１０２に形成され、カソード電極１０１とアノード電極１０３とは、電極間絶縁部１０２を介することにより絶縁した状態となっている。カソード電極１０１のプラズマ放電面１０４の側壁は、プラズマ放電面１０４の底部に向かって側壁間が徐々に狭くなる断面テーパ状に形成されている。
【０１７７】
テーパ状に形成された側壁間の最大の間隔ｗ８は、０．０１５ｍに形成されており、最小の間隔ｗ９は、０．０１２ｍに形成されている。また、プラズマ放電面１０４の溝深さｈ７は、０．０１ｍｍに形成されている。プラズマ放電面１０４の底部には、溝深さ方向に貫通する複数のガス導入口１０５が所定の間隔で形成されている。
【０１７８】
また、材料ガスは、７０Ｐａ及び２００Ｐａの圧力で別々に処理室内に導入した。７０Ｐａで導入する材料ガスには、例えば、アモルファスシリコン等を成膜する際に使用されるＳｉＨ４（６０ｓｃｃｍ）及びＨ２（１２０ｓｃｃｍ）を用いた。また、２００Ｐａで導入される材料ガスには、例えば、窒化シリコン膜等を成膜する際に使用されるＳｉＨ４（２０ｓｃｃｍ）、ＮＨ３（４０ｓｃｃｍ）及びＮ２（１００ｓｃｃｍ）を用いた。
【０１７９】
材料ガスの導入は、図２に示すように、カソード電極１０１のプラズマ放電面１０４の底部に整列したガス導入口１０５から行った。電気的エネルギーの印加を行うために、周波数２７ＭＨｚの高周波電源１を使用した。
【０１８０】
上記実施例１〜３と実施例とについてプラズマ発光分析を行った結果を表４に示す。
【０１８１】
プラズマ発光分析では、材料ガスがプラズマ１２により解離される際に励起して発する発光の強度を一定時間測定する。このようにして測定された発光の強度は、材料ガスの解離の濃度に比例するので、それぞれの装置での発光の強度を比較をすることにより材料ガスの解離率を比較することができる。
【０１８２】
【表４】
2008091407.tif 000006
【０１８３】
表４は、比較例による発光強度を１としたときの上記実施例１〜３についての発光強度を示している。７０Ｐａの圧力で材料ガスを導入したときは、発光源が水素原子である発光スペクトルの発光強度を測定した。また、２００Ｐａの圧力で材料ガスを導入したときは、発光源が窒素原子である発光スペクトルの発光強度を測定した。
【０１８４】
実施例１〜３については、７０Ｐａ及び２００Ｐａのいずれの圧力で材料ガスを導入した場合にも比較例よりも高い発光強度が測定された。このことから、実施例１〜３は、ホロカソード効果を十分に高めることができることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１８５】
以上説明したように、本発明は、プラズマプロセス装置及びプラズマ処理方法について有用であり、特に、パウダーの発生を抑制して被処理基板に成膜する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１８６】
【図１】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す斜視図である。
【図２】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す断面図である。
【図３】実施形態１のプラズマ放電発生部を拡大して示す断面図である。
【図４】実施形態２のプラズマ放電発生部を拡大して示す断面図である。
【図５】実施形態３のプラズマ放電発生部を拡大して示す断面図である。
【図６】比較例のプラズマ放電発生部を拡大して示す断面図である。
【図７】従来のプラズマＣＶＤ装置（平行平板型装置）の概略図である。
【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置（平行平板型装置）を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１８７】
ｄ１    テーパ部の最大の間隔の大きさ
ｄ２    テーパ部の最小の間隔の大きさ
ｗ１    テーパ部の最大の間隔
ｗ２    テーパ部の最小の間隔
１    高周波電源（電源）
２    カソード電極（第１電極）
２ａ    テーパ部
２ｂ    凹溝部
３    電極間絶縁部（絶縁部）
４    アノード電極（第２電極）
５    被処理基板
６    処理室
７    ガス導入口
１６    プラズマ放電発生部
１８    プラズマ放電面
【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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【図８】
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