(57)【要約】【課題】プラズマプロセス装置及びそのプラズマクリーニング方法について、被処理基板へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させると共に、簡単な構成により処理室内のパーティクルを効率よく除去できるようにして、装置コストの低減を図る。【解決手段】プラズマプロセス装置Ａは、処理室と、処理室の内部に設けられ、被処理基板４を保持する基板保持部２３と、処理室の内部に基板保持部２３に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の第１電極２ａ及び第２電極２ｂを有する複合電極２８と、処理室の内部に材料ガスを供給するガス供給部とを備えている。そして、処理室の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段２１と、プラズマ領域増減手段２１により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、処理室の内部をプラズマクリーニングするクリーニング手段２３，２８とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、
上記処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、
上記処理室の内部に上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極と、
上記処理室の内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段とを備えるプラズマプロセス装置であって、
上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段と、
上記プラズマ領域増減手段により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記処理室の内部をプラズマクリーニングするクリーニング手段とを備えている
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、
上記クリーニング手段は、処理室の内部をプラズマクリーニングするための反応ガスを、該処理室へ供給する反応ガス供給手段を備え、
上記プラズマ領域増減手段は、上記反応ガス供給手段により反応ガスが供給される処理室内の圧力を制御する圧力制御機構により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記圧力制御機構は、処理室内の圧力を増減して変化させるように構成されている
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２において、
上記圧力制御機構は、処理室内の圧力を、所定の第１の圧力に保持する期間が、該第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する期間よりも長くなるように制御する
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１において、
上記基板保持部は、電極として構成され、
上記プラズマ領域増減手段は、上記基板保持部及び各放電電極への電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替える切替機構により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項６】
請求項５において、
上記切替機構は、電圧の印加状態を、第１の印加状態と第２の印加状態とに交互に切り替えるように構成されている
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５において、
上記切換機構は、電圧の印加状態を、第１の印加状態に保持する期間が、第２の印加状態に保持する期間よりも長くなるように切り替える
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１において、
上記プラズマ領域増減手段は、基板保持部と複合電極との間隔を調整する調整機構により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項９】
請求項１において、
上記複合電極は、処理室に対して脱着可能に構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１０】
請求項１において、
上記複合電極は、複数の各放電電極の間を絶縁する電極間絶縁部を備え、
上記放電電極は、交互に並んで配置された第１電極及び第２電極により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１１】
請求項１において、
上記複合電極は、第１電極と、該第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを備え、
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がプラズマ放電面として機能する
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
上記第１電極及び第２電極は、互いに平行に延びるストライプ状に形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１３】
請求項１において、
上記複合電極に印加する電圧の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり且つ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１４】
処理室と、
上記処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、
上記処理室の内部に上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極と、
上記処理室の内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段とを備えるプラズマプロセス装置であって、
上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段を備え、
上記プラズマ領域増減手段により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記被処理基板を成膜するように構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１５】
請求項１４において、
上記基板保持部は、電極として構成され、
上記プラズマ領域増減手段は、上記基板保持部及び各放電電極への電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替える切替機構により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１６】
請求項１４において、
上記プラズマ領域増減手段は、基板保持部と複合電極との間隔を調整する調整機構により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１７】
請求項１４において、
上記複合電極は、複数の各放電電極の間を絶縁する電極間絶縁部を備え、
上記放電電極は、交互に並んで配置された第１電極及び第２電極により構成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１８】
請求項１４において、
上記複合電極は、第１電極と、該第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを備え、
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がプラズマ放電面として機能する
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８において、
上記第１電極及び第２電極は、互いに平行に延びるストライプ状に形成されている
ことを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２０】
請求項１４において、
上記複合電極に印加する電圧の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり且つ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２１】
処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、
上記処理室の内部で上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極と、上記処理室の内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段とを備えるプラズマプロセス装置に対し、上記処理室の内部をプラズマクリーニングするクリーニング方法であって、
上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を、増大又は減少させた状態で、該処理室内にクリーニングのための反応ガスを供給することにより生成物を除去する
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２２】
請求項２１において、
上記処理室の内部をプラズマクリーニングするための反応ガスを、該処理室へ供給すると共に、上記処理室内の圧力を制御することによりプラズマ領域を増減させる
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２３】
請求項２２において、
上記処理室内の圧力を増減して変化させる
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２４】
請求項２２において、
上記処理室内の圧力を、所定の第１の圧力に保持する期間が、該第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する期間よりも長くなるように制御する
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２５】
請求項２１において、
電極に構成された上記基板保持部と各放電電極とに対する電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替えることによりプラズマ領域を増減させる
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２６】
請求項２５において、
上記電圧の印加状態を、第１の印加状態と第２の印加状態とに交互に切り替える
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【請求項２７】
請求項２５において、
上記電圧の印加状態を、第１の印加状態に保持する期間が、第２の印加状態に保持する期間よりも長くなるように切り替える
ことを特徴とするプラズマプロセス装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、処理室内において、プラズマ励起化学気相成長法によるプラズマ処理や、ドライエッチング、又はアッシング等を行うと共に、処理室内をプラズマクリーニングするプラズマプロセス装置及びそのプラズマクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラズマを利用して半導体膜等を成膜するプラズマ励起化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition、以下、プラズマＣＶＤ法と略称する）は、知られている。ここで、プラズマＣＶＤ法により被処理基板に成膜を行う、従来の平行平板型のプラズマプロセス装置について、図２８及び図２９を参照して説明する。
【０００３】
平行平板型のプラズマプロセス装置は、真空容器である処理室５と、該処理室５の内部において、平行に配置された２枚の導体板である電極２ａ，２ｂとを備えている。
【０００４】
上記電極２ａ，２ｂは、図２９に示すように、処理室内に設けられた電極支持部２２の上に固定支持されたカソード電極２ａ（放電電極）と、該カソード電極２ａに対し、上方で対向して設けられたアノード電極２ｂとにより構成されている。カソード電極２ａには、プラズマ１１を発生させるための電圧を印加する電源回路１が接続されている。電源回路１としては、通常周波数が例えば１３．５６ＭＨｚの高周波の電気的エネルギー等が、一般に使用される。一方、アノード電極２ｂは、電気的に接地されている。
【０００５】
アノード電極２ｂの下面には、処理対象であるシリコンやガラス等の被処理基板４が装着されている。カソード電極２ａには、複数のガス導入孔６が形成されている。そして、ガス供給部１３から供給される材料ガスを、上記ガス導入孔６を介して、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間へ供給するようになっている。また、処理室５には、真空ポンプ１０が接続されている。
【０００６】
そして、電源回路１を駆動し、カソード電極２ａに対して所定の電圧を印加する。さらに、カソード電極２ａとアノード電極２ｂとの間の空間に対し、材料ガスをガス供給部１３からガス導入孔６を介して流入させる。
【０００７】
このことにより、両電極２ａ，２ｂの間に電界が発生し、該電界の絶縁破壊現象によりグロー放電現象であるプラズマ１１が生じる。カソード電極２ａの近傍において、比較的大きい電界が形成される部分を、カソードシース部と呼ぶ。カソードシース部や、その近傍では、プラズマ１１中の電子が加速され、材料ガスの解離を促してラジカルが生成される。ラジカルは、図２９で矢印Ｒで示すように、接地電位のアノード電極２ｂに装着された被処理基板４へ向かって拡散し、該被処理基板４の表面に堆積することにより成膜が行われる。このとき、処理室５の内部は、真空ポンプ１０により排気して減圧されている。また、アノード電極２ｂの近傍にも、ある程度の大きさの電界が形成された部分があり、その部分をアノードシース部と呼ぶ。
【０００８】
例えば、被処理基板４の表面にアモルファスシリコンを成膜する場合には、材料ガス１４としてＳｉＨ4ガスを適用する。そして、グロー放電プラズマにより、ＳｉＨ3等のＳｉを含むラジカルを生成し、該ラジカルにより被処理基板４の上にアモルファスシリコン膜を形成する。
【０００９】
このように、平行平板型のプラズマプロセス装置は、簡便性や操作性に優れているため、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、及び太陽電池等の種々の電子デバイスを製造するために好適に用いられている。例えば、アクティブ駆動型の液晶ディスプレイの製造工程では、スイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）が、上記プラズマプロセス装置により形成される。ＴＦＴでは、アモルファスシリコン膜や窒化シリコン等により構成される半導体膜やゲート酸化膜が、重要な役割を果たしている。このゲート酸化膜等の機能を充分に発揮させるためには、薄膜を高精度に形成することが不可欠である。また、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子を作製するためには、有機薄膜を成膜した後、大気に曝される表面を保護する保護膜として、透明絶縁膜を高精度に形成することが必要である。また、同様に、太陽電池を作製するためには、太陽電池層を成膜した後に、大気に曝される表面を保護する保護膜を、高品質に成膜することが重要である。
【００１０】
ところが、上記従来の平行平板型のプラズマプロセス装置では、その構造上、成膜を行う上で精度に限界があるため、液晶ディスプレイやアモルファス太陽電池等の高精度な電子デバイスを形成することは難しい。
【００１１】
すなわち、平行平板型のプラズマプロセス装置により成膜を行う場合には、被処理基板が接地電極（アノード電極）上に設けられているため、該被処理基板表面には、常に電界のアノードシース部が形成されることとなる。このアノードシース部は、プラズマ中のイオンを加速させるため、被処理基板の成膜表面にイオン衝撃を与え、膜質を劣化させてしまう。
【００１２】
そこで、被処理基板へのイオン衝撃を抑制して高品質の薄膜を成膜する目的で、放電プラズマを生成するための複数のアノード電極及びカソード電極が、被処理基板に対向する位置で交互に並べて配設された複合電極型のプラズマプロセス装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この複合電極型のプラズマプロセス装置では、被処理基板がアノード電極と分離して設けられているため、プラズマ中のイオンは、被処理基板の表面へ向かって加速されない。その結果、成膜表面に対するアノード電極へのイオン衝撃の影響が抑制されるため、平行平板型プラズマプロセス装置に比べて、高品質な薄膜形成が可能となる。
【００１３】
ところが、上記平行平板型及び複合電極型のプラズマプロセス装置には、成膜に膜欠陥が生じる虞れがあるという問題がある。すなわち、プラズマは、成膜処理中に処理室の内部である程度広がることが避けられないため、処理室の内壁面等の被処理基板以外の部分にも不要な膜が成膜されてしまう。この不要な膜は、比較的密着力が弱いため、成膜が繰り返されて膜厚が増加すると、剥がれてフレークとなり、パーティクルの発生源となる。また、処理室５内の温度が比較的低い領域や、材料ガスが滞留しやすい領域には、気相中でラジカルが重合してパウダーが発生する。このパウダーは、成膜の繰り返しと共に増加するため、パーティクルの発生源となる。これらのパーティクルは、被処理基板上の膜に取り込まれることにより、膜欠陥の原因となる。
【００１４】
そこで、膜欠陥を防止して生産性を向上させる目的で、処理室内に形成された不要な膜やパウダー等の生成物を除去するプラズマクリーニングを行うことが知られている。プラズマクリーニングは、例えば、処理室内でアモルファスシリコン膜を成膜した場合には、反応ガスとしてＮＦ3ガスを処理室内に供給すると共に、グロー放電プラズマを生じさせることによりフッ素ラジカルを生成し、該フッ素ラジカルにより処理室の内部をクリーニングする。
【００１５】
ところが、特に、上記従来の複合電極型のプラズマプロセス装置には、処理室内を充分にプラズマクリーニングすることが難しいという問題がある。すなわち、処理室の内部でカソード電極とアノード電極との間に形成されるプラズマ領域は、成膜時とクリーニング時とで略同じであり、複合電極の近傍の比較的狭い領域に限られている。さらに、プラズマクリーニングに用いられるフッ素ラジカルは寿命が短いため、該フッ素ラジカルは、処理室内の電極以外の領域へ広がり難い。その結果、処理室内の全ての不要な膜に対し、充分にクリーニングを行うことは非常に難しい。
【００１６】
一方、従来より、平行平板型のプラズマプロセス装置に対し、処理室の内壁面にクリーニング用の電極を付加することが知られている（例えば、特許文献２参照）。この装置では、クリーニング用電極と、処理室の内壁面との間にクリーニング用のプラズマを生じさせることにより、処理室の内壁面をプラズマクリ−ニングするようにしている。
【特許文献１】特開２００１−３３８８８５号公報
【特許文献２】特開２００２−５７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
そこで、複合電極型のプラズマに対し、上記クリーニング用電極を設けることが考えられる。しかし、クリーニング用電極により処理室内のクリーニング効果が向上するものの、クリーニング用電極自体を処理室の内部壁面に別途追加して設ける必要があるため、装置コストが上昇するという問題がある。
【００１８】
また、処理室の内部のうち、クリーニング用電極が設けられた壁面しかクリーニングできないという問題もある。（言い換えれば、クリーニング用電極が設けられていない壁面をクリーニングすることはできない。）そのため、処理室内の壁面の全体に亘ってプラズマクリーニングしようとすると、クリーニング用電極を壁面全体に設けなければならないため、上記問題は、さらに顕著なものとなる。
【００１９】
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、プラズマプロセス装置及びそのプラズマクリーニング方法について、被処理基板へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させると共に、簡単な構成により処理室内のパーティクルを効率よく除去できるようにして、装置コストの低減を図ることにある。
【００２０】
また、本発明の他の目的とするところは、プラズマプロセス装置について、被処理基板へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させると共に、イオン衝撃が必要な成膜には被処理基板へのイオン衝撃を加えるようにし、そのイオン衝撃を制御することにより異なる種類の良質な膜を同一の装置で形成可能にすると共に、装置性能の向上と装置コストの低減とを図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成するために、この発明では、処理室内に形成するプラズマ領域を増大又は減少させて、プラズマクリーニングを行うようにした。
【００２２】
具体的に、本発明に係るプラズマプロセス装置は、処理室と、上記処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、上記処理室の内部に上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極とを備えるプラズマプロセス装置であって、上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段と、上記プラズマ領域増減手段により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記処理室の内部をプラズマクリーニングするクリーニング手段とを備えている。
【００２３】
上記クリーニング手段は、処理室の内部をプラズマクリーニングするための反応ガスを、該処理室へ供給する反応ガス供給手段を備え、上記プラズマ領域増減手段は、上記反応ガス供給手段により反応ガスが供給される処理室内の圧力を制御する圧力制御機構により構成してもよい。
【００２４】
上記圧力制御機構は、処理室内の圧力を増減して変化させるように構成されていることが好ましい。
【００２５】
上記圧力制御機構は、処理室内の圧力を、所定の第１の圧力に保持する期間が、該第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する期間よりも長くなるように制御することが望ましい。
【００２６】
上記基板保持部は、電極として構成され、上記プラズマ領域増減手段は、上記基板保持部及び各放電電極への電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替える切替機構により構成されているようにしてもよい。
【００２７】
上記切替機構は、電圧の印加状態を、第１の印加状態と第２の印加状態とに交互に切り替えるように構成されていることが好ましい。
【００２８】
上記切換機構は、電圧の印加状態を、第１の印加状態に保持する期間が、第２の印加状態に保持する期間よりも長くなるように切り替えることが望ましい。
【００２９】
上記プラズマ領域増減手段は、基板保持部と複合電極との間隔を調整する調整機構により構成してもよい。
【００３０】
上記複合電極は、処理室に対して脱着可能に構成されていることが好ましい。
【００３１】
上記複合電極は、複数の各放電電極の間を絶縁する電極間絶縁部を備え、上記放電電極は、交互に並んで配置された第１電極及び第２電極により構成されていることが望ましい。
【００３２】
上記複合電極は、第１電極と、該第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを備え、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がプラズマ放電面として機能するように構成してもよい。
【００３３】
上記第１電極及び第２電極は、互いに平行に延びるストライプ状に形成されていてもよい。
【００３４】
上記複合電極に印加する電圧の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり且つ３００ＭＨｚ以下であることが好ましい。
【００３５】
また、本発明に係るプラズマプロセス装置は、処理室と、上記処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、上記処理室の内部に上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極と、上記処理室の内部に材料ガスを供給する材料ガス供給手段とを備えるプラズマプロセス装置であって、上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段を備え、上記プラズマ領域増減手段により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記被処理基板を成膜するように構成されている。
【００３６】
上記基板保持部は、電極として構成され、上記プラズマ領域増減手段は、上記基板保持部及び各放電電極への電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替える切替機構により構成されているようにしてもよい。
【００３７】
上記プラズマ領域増減手段は、基板保持部と複合電極との間隔を調整する調整機構により構成してもよい。
【００３８】
上記複合電極は、複数の各放電電極の間を絶縁する電極間絶縁部を備え、上記放電電極は、交互に並んで配置された第１電極及び第２電極により構成されていることが望ましい。
【００３９】
上記複合電極は、第１電極と、該第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを備え、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がプラズマ放電面として機能するように構成してもよい。
【００４０】
上記第１電極及び第２電極は、互いに平行に延びるストライプ状に形成されていてもよい。
【００４１】
上記複合電極に印加する電圧の周波数は、１００ｋＨｚ以上であり且つ３００ＭＨｚ以下であることが好ましい。
【００４２】
また、本発明に係るプラズマプロセス装置のクリーニング方法は、処理室の内部に設けられ、被処理基板を保持する基板保持部と、上記処理室内で上記基板保持部に対向して設けられ、プラズマを発生させる複数の放電電極を有する複合電極とを備えるプラズマプロセス装置に対し、上記処理室の内部をプラズマクリーニングするクリーニング方法であって、上記処理室の内部に形成されるプラズマ領域を、被処理基板を処理するときよりも増大させた状態で、該処理室内に反応ガスを供給することにより生成物を除去する。
【００４３】
上記処理室の内部をプラズマクリーニングするための反応ガスを、該処理室へ供給すると共に、上記処理室内の圧力を制御することによりプラズマ領域を増減させてもよい。
【００４４】
上記処理室内の圧力を増減して変化させることが好ましい。
【００４５】
上記処理室内の圧力を、所定の第１の圧力に保持する期間が、該第１の圧力よりも低い第２の圧力に保持する期間よりも長くなるように制御するようにしてもよい。
【００４６】
電極に構成された上記基板保持部と各放電電極とに対する電圧の印加状態を、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、上記複合電極及び基板保持部の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替えることによりプラズマ領域を増減させることが好ましい。
【００４７】
上記電圧の印加状態を、第１の印加状態と第２の印加状態とに交互に切り替えるようにしてもよい。
【００４８】
上記電圧の印加状態を、第１の印加状態に保持する期間が、第２の印加状態に保持する期間よりも長くなるように切り替えることが好ましい。
【００４９】
次に、本発明の作用について説明する。
【００５０】
被処理基板にプラズマ処理を行う場合には、複合電極の放電電極に所定の電圧を印加してプラズマを発生させると共に、材料ガス供給手段により、処理室内に材料ガスを供給する。このとき、プラズマ領域は、プラズマ領域増減手段により、複合電極近傍の比較的狭い領域に制限されて減少している。そして、プラズマにより材料ガスが解離して、ラジカルが生成される。ラジカルは、基板保持部に保持されている被処理基板に堆積して膜を形成する。このことにより、被処理基板に与えられるイオン衝撃が抑制されるので、表面あらさが小さく平坦性の良い高品質な成膜が可能となる。
【００５１】
また、プラズマ処理を行うときに、プラズマ領域増減手段によりプラズマ領域を増大させると、被処理基板に対してイオン衝撃を加えた状態で成膜することが可能となる。すなわち、例えば窒化シリコン膜のように、緻密な膜生成を行うために適度なイオン衝撃が必要となる場合がある。これに対し、本発明では、適度なイオン衝撃が必要であっても、プラズマ領域増減手段によってプラズマ領域の大きさを制御することにより、被処理基板へのイオン衝撃の度合いを調節して高品質に成膜を行うことが可能となる。その結果、同一の装置を用いて、複数種類の膜を高品質に形成することができる。
【００５２】
一方、処理室内をプラズマクリーニングする場合には、プラズマ領域増減手段によりプラズマ領域を増大又は減少させた状態で、クリーニング手段により処理室の内部をプラズマクリーニングする。
【００５３】
プラズマ領域が増大した状態でプラズマクリーニングすることにより、処理室の内部の全体に亘ってクリーニングを行うことが可能となる。一方、プラズマ領域が制限されて減少した状態でプラズマクリーニングすることにより、複合電極の周り等、処理室内の特定の領域を集中してクリーニングすることが可能となる。
【００５４】
また、上記クリーニング手段が反応ガス供給手段を備えると共に、プラズマ領域増減手段が圧力制御機構により構成されている場合には、処理室内の反応ガスの圧力を変化させることにより、プラズマ領域は、パッシェンの法則に従って増大又は減少する。
【００５５】
ここで、パッシェンの法則とは、放電を開始できる空間電界強度がガス圧力と放電経路の長さとの積で決定され、その積が所定値であるときには、放電を開始時できる空間電界強度の最小値をとる一方、その前後では、放電を開始できる空間電界強度が上昇する法則をいう。
【００５６】
すなわち、放電電極への印加電圧が一定であるときに、処理室内の反応ガスの圧力が大きくなると、放電経路が短い領域で放電するため、プラズマ領域は減少する。一方、処理室内の反応ガスの圧力が小さくなると、放電経路が長い領域で放電するため、プラズマ領域は増大する。
【００５７】
上記処理室内の圧力を比較的高い第１の圧力に保持する期間を、比較的低い第２の圧力に保持する期間よりも長くすることにより、プラズマ領域が減少している期間が長くなるため、複合電極の周り等をより長い期間、集中してクリーニングすることが可能となる。
【００５８】
また、プラズマ領域増減手段を切換機構により構成し、放電電極の間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、複合電極と基板保持部との間でプラズマを生成させる第２の印加状態とに切り替えることによって、プラズマ領域は、増大又は減少する。すなわち、第１の印加状態では、プラズマ領域が比較的減少する一方、第２の印加状態では、プラズマ領域が比較的増大する。第１の印加状態の期間を、第２の印加状態の期間よりも長くする場合には、プラズマ領域が減少している期間が比較的長くなる。
【００５９】
プラズマ領域増減手段が調整機構により構成されている場合には、該調整機構により基板保持部と複合電極との間隔を大きくすることによって、プラズマ領域を増大させることが可能となる。一方、調整機構により基板保持部と複合電極との間隔を小さくすることによって、プラズマ領域を減少させることが可能となる。
【００６０】
複合電極が処理室に対して脱着可能である場合には、複合電極を処理室内から取り外して、別途クリーニングを行うことが可能となる。また、所定期間使用された複合電極を、清浄な新しい複合電極に交換することにより、クリーニングに要する時間を省略しつつ、プラズマ処理を高精度に行うことが可能となる。
【００６１】
また、複合電極を、ストライプ状の第１電極及び第２電極と、電極間絶縁部とにより構成することにより、電極間距離が均一で安定した放電が得られる。
【発明の効果】
【００６２】
本発明によれば、プラズマ領域増減手段によりプラズマ領域を増大又は減少させた状態で、クリーニング手段により処理室の内部をプラズマクリーニングするようにしたので、プラズマ領域が増大した状態で、クリーニング手段によりプラズマクリーニングすることによって、処理室の内部の全体に亘ってクリーニングを行うことができる。一方、プラズマ領域を減少させた状態で、クリーニング手段によりプラズマクリーニングすることによって、複合電極の周り等、処理室内の特定の領域を集中してクリーニングすることができる。
【００６３】
その結果、成膜するためのプラズマを複合電極により生成するようにしたので、被処理基板へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させることができると共に、クリーニング用の電極を別途設ける必要がないため、簡単な構成により処理室内のパーティクル等の生成物を効率よく除去して、生産性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。
【００６４】
また、本発明によれば、プラズマ領域増減手段によりプラズマ領域を増大又は減少させた状態で成膜できるようにしたので、上述のようにプラズマ領域が減少した状態で成膜することにより高精度な成膜が可能になることに加え、適度なイオン衝撃が必要な膜については、プラズマ領域が増大した状態で成膜することによって、高品質の成膜を行うことができる。
【００６５】
その結果、簡単な構成で且つ同一の装置により、複数種類の膜を高品質に形成することができるため、生産性の向上及び装置コストの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
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。
【００６７】
《発明の実施形態１》
図１〜図７は、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態１を示している。図１は、プラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図であり、図２は、プラズマプロセス装置の断面を示している。
【００６８】
プラズマプロセス装置Ａは、図２に示すように、処理室５と、処理対象である被処理基板４を保持する基板保持部２３と、プラズマを発生させるための複合電極２８と、電源回路部１と、材料ガス供給手段であるガス供給部１３とを備えている。すなわち、プラズマプロセス装置Ａは、複合電極型のプラズマプロセス装置に構成されている。そして、処理室５の内部で、被処理基板４に対し、プラズマＣＶＤ法による成膜等のプラズマプロセスが行われると共に、処理室５の内部がプラズマクリーニングされるように構成されている。
【００６９】
上記処理室５は、被処理基板４を出し入れするための開閉部（図示省略）を有する真空容器に構成されている。処理室５には、内部を排気して減圧する真空ポンプ１０が接続されている。
【００７０】
上記基板保持部２３は、処理室５の内部に設けられ、略水平に延びる板状の電極に構成されている。基板保持部２３の下面には、被処理基板４が装着される一方、その下面以外の部分は、絶縁部材２９により覆われている。そして、基板保持部２３は、絶縁部材２９を介して処理室５の上部内壁面に固定されている。
【００７１】
上記複合電極２８は、図２に示すように、処理室５の内部において、上記基板保持部２３に対向して設けられている。つまり、複合電極２８は、被処理基板４に対向している。複合電極２８と基板保持部２３との間隔は、例えば３５ｍｍとしている。そして、複合電極２８は、下方に開口する凹状のベース部８と、該ベース部８の上面に設けられた電極間絶縁部３と、該電極間絶縁部３の上に所定の間隔で設けられた複数の放電電極２ａ，２ｂとにより構成されている。
【００７２】
放電電極２ａ，２ｂは、図１及び図２に示すように、第１電極２ａと第２電極２ｂとにより構成されている。第１電極２ａ及び第２電極２ｂは、上方から見て、互いに平行に延びるストライプ状に形成され、電極間絶縁部３の上で交互に並んで配置されている。電極間絶縁部３は、上記第１電極２ａと第２電極２ｂとの間を電気的に絶縁している。そして、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに対し、所定の電圧を印加することによりプラズマを発生させるようになっている。
【００７３】
第１電極２ａ及び第２電極２ｂは、例えば、幅が６ｍｍ、高さが３ｍｍ、長さ８０ｃｍのアルミニウム棒によりそれぞれ形成されており、例えば１５ｍｍの間隔をあけて交互に配置されている。ベース部８の上部は、９０ｃｍ×１００ｃｍのアルミニウム板により構成されている。そして、電極間絶縁部３は、例えばセラミックス等により構成されている。
【００７４】
また、複合電極２８には、隣り合う第１電極２ａと第２電極２ｂとの間で、電極間絶縁部３及びベース部８を上下に貫通する複数のガス導入孔６が形成されている。
【００７５】
上記電極支持部２２は、図２及び図４に示すように、処理室５の内部に設けられ、上記複合電極２８を脱着可能に支持している。言い換えれば、複合電極２８は、処理室５に対して脱着可能に構成されている。
【００７６】
電極支持部２２は、上方に開口する凹部２２ａを備えている。凹部２２ａは、該凹部２２ａの開口部分に複合電極２８が装着されることにより、凹部２２ａの内部が閉塞されるようになっている。つまり、この複合電極２８により閉塞された凹部２２ａの内部空間は、チャンバを構成するようになっている。
【００７７】
一方、凹部２２ａの底には、ガス供給部１３が接続されている。こうして、ガス供給部１３から凹部２２ａ内に供給されたガスが、各ガス導入孔６を介して処理室５内に導入されるようになっている。
【００７８】
ここで、複合電極２８及び電極支持部２２の脱着構造について、複合電極２８及び電極支持部２２の側面図である図３及び図４を参照して説明する。複合電極２８の外周側面と、電極支持部２２における凹部２２ａの外周側面とには、複数のクランプ３１が所定の間隔で設けられている。そして、複合電極２８のベース部８は、電極支持部２２の凹部２２ａに嵌合した状態で、上記クランプ３１により容易に固定することができる。さらに、上記ベース部８は、凹部２２ａに対してネジ３２によって側方から締結することにより、より強固に固定されている。一方、複合電極２８は、ネジ３２及びクランプ３１を取り外すことにより、電極支持部２２から離脱可能になっている。
【００７９】
上記電源回路部１は、図１に示すように、周波数が例えば１３．５６ＭＨｚである高周波電源Ｈと、接地部Ｇと、３つのスイッチＡ，Ｂ，Ｃとを備えている。スイッチＡには、第１電極２ａが接続されている。スイッチＢには、第２電極２ｂが接続されている。また、スイッチＣには、基板保持部２３が接続されている。
【００８０】
そして、スイッチＡは、第１電極２ａを、高周波電源Ｈ又は接地部Ｇに切り替えて接続するようになっている。スイッチＢは、第２電極２ｂを、高周波電源Ｈ又は接地部Ｇに切り替えて接続するようになっている。また、スイッチＣは、基板保持部２３を、高周波電源Ｈ又は接地部Ｇに切り替えて接続するようになっている。こうして、基板保持部２３、第１電極２ａ、及び第２電極２ｂの各電極の極性が変更可能になっている。
【００８１】
上記ガス供給部１３は、処理室５の内部に対し、成膜時に膜の材料となる材料ガスを供給する材料ガス供給手段を構成する一方、クリーニング時にプラズマクリーニングのための反応ガスを供給する反応ガス供給手段を構成している。つまり、ガス供給部１３は、処理室５に対し、反応ガス及び材料ガスの双方を供給するように構成されている。
【００８２】
そして、本実施形態のプラズマプロセス装置Ａは、処理室５の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段２１と、プラズマ領域増減手段２１により増大されたプラズマ領域のプラズマにより、上記処理室５の内部をプラズマクリーニングするクリーニング手段１０，１３，２３，２８とを備えている。
【００８３】
上記プラズマ領域増減手段２１は、処理室内のプラズマの生成状態（放電状態）を、所定の２つの状態のいずれかに切り替える切替機構２１により構成されている。
【００８４】
切替機構２１は、電源回路部１の３つのスイッチＡ，Ｂ，Ｃにより構成されている。そして、切替機構２１は、基板保持部２３、第１電極２ａ、及び第２電極２ｂへの電圧の印加状態を、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの間でプラズマを生成させる第１の印加状態と、複合電極２８及び基板保持部２３の間でプラズマを生成させる第２の印加状態とのいずれかに切り替えるようになっている。
【００８５】
第１の印加状態では、図１に示すように、第１電極２ａがスイッチＡを介して高周波電源Ｈに接続され、且つ、第２電極２ｂがスイッチＢを介して接地部Ｇに接続され、且つ、基板保持部２３がスイッチＣを介して接地部Ｇに接続されている。一方、第２の印加状態では、図５に示すように、上記第１の印加状態に対してスイッチＢの接続状態が変更されている。つまり、第２電極２ｂがスイッチＢを介して高周波電源Ｈに接続されている。
【００８６】
言い換えれば、処理室５内の放電状態は、第１の印加状態のときに、図２に示す第１の放電状態（以下、Ｎ状態と呼ぶ）となる一方、第２の印加状態のときに、図６に示す第２の放電状態（以下、Ｗ状態と呼ぶ）となる。Ｎ状態では、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間で生じるプラズマが複合電極２８の近傍の比較的狭い領域に偏って形成されるため、プラズマ領域は比較的狭く減少する。一方、Ｗ状態では、複合電極２８と基板保持部２３との間で生じるプラズマが処理室５内で比較的広い領域に拡がって形成されるため、プラズマ領域は比較的広く増大する。
【００８７】
上記クリーニング手段１０，１３，２３，２８は、上記複合電極２８と、基板保持部２３と、ガス供給部１３と、真空ポンプ１０とを備えている。そして、放電状態がＷ状態のときに、処理室５の内部に対し、ガス供給部１３から反応ガスを導入すると共に真空ポンプ１０により排気することによって、処理室５内をプラズマクリーニングするようにしている。
【００８８】
−成膜方法及びクリーニング方法−
次に、プラズマプロセス装置Ａによる成膜方法とクリーニング方法について説明する。本実施形態では、放電状態がＮ状態のときに成膜を行う一方、Ｗ状態のときにクリーニングを行う。
【００８９】
まず、成膜を行う場合には、図２に示すように、基板保持部２３に被処理基板４を装着する。続いて、図１及び図７に示すように、プラズマ領域増減手段である切替機構２１により、上記各電極２ａ，２ｂ，２３への電圧の印加状態を第１の印加状態に切り替えて、プラズマ領域を減少させる。このとき、第１電極２ａはカソード電極として作用する一方、第２電極２ｂはアノード電極として作用している。その結果、放電状態はＮ状態となり、図２で矢印に示すように、互いに隣接する第１電極２ａ及び第２電極２ｂの間でアーチ形状の放電経路を形成したグロー放電プラズマが発生する。
【００９０】
このＮ状態で、減少したプラズマ領域に対し、材料ガスをガス供給部１３からガス導入孔６を介して供給する。材料ガスには、例えば９００ｓｃｃｍのＳｉＨ4ガスと、２２００ｓｃｃｍのＨ２ガスとを適用する。そして、基板保持部２３の温度を３００℃、処理室５内のガス圧力を２３０Ｐａとした状態で、高周波電源Ｈから０．８ｋＷの電力を供給して、プラズマを発生させる。
【００９１】
ＳｉＨ4ガスは、プラズマにより解離してＳｉＨ3等のＳｉを含むラジカルを発生させる。このラジカルが被処理基板４の表面に堆積することにより、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）が形成される。この成膜時には、プラズマ領域の広がりが、平行平板型のプラズマプロセス装置に比べて小さいので、処理室５の内壁面への反応生成物の付着は少なくて済む。そのため、処理室５の内部のプラズマクリーニングを、平行平板型のものに比べて容易化することができる。
【００９２】
クリーニングを行う場合には、被処理基板４を基板保持部２３から予め取り外しておく。そして、図５及び図７に示すように、切替機構２１により、上記各電極２ａ，２ｂ，２３への電圧の印加状態を第２の印加状態に切り替えて、プラズマ領域を増大させる。このとき、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの双方は、カソード電極として作用する一方、基板保持部２３はアノード電極として作用している。その結果、放電状態はＷ状態となり、図６で矢印に示すように、第１電極２ａ及び第２電極２ｂと、基板保持部２３との間でグロー放電プラズマが発生する。
【００９３】
このＷ状態で、増大したプラズマ領域に対し、反応ガスをガス供給部１３からガス導入孔６を介して供給する。反応ガスには、例えば８００ｓｃｃｍのＣＦ4ガス（四フッ化メタン）と、１００ｓｃｃｍのＯ2ガス（酸素）との混合ガスを適用する。ＣＦ4ガスは、プラズマによりフッ素ラジカルを発生させる。このフッ素ラジカルが処理室５の内壁面に作用することにより、該処理室５の内部がクリーニングされる。このとき、処理室５の内部のガス圧力を、１７０Ｐａに設定すると共に、高周波電源Ｈにより２．５ｋＷの電力を印加してプラズマを発生させ、プラズマクリーニングを行う。
【００９４】
尚、プラズマクリーニング時の基板保持部２３の温度は、成膜時と同じであることが望ましい。クリーニング時と成膜時とで温度が異なると、処理室５の内壁面や複合電極２８に形成された生成物が剥離し易くなり、剥離した生成物は処理室５内に広がりプラズマクリーニングで除去し難いので、成膜の品質低下を招くためである。
【００９５】
さらに、必要に応じて、複合電極２８を別途洗浄することが好ましい。すなわち、処理室５の開閉部（図示省略）を開放し、図３及び図４に示すように、複合電極２８と電極支持部２２とを締結固定しているネジ３２を取り外して、複合電極２８を電極支持部２２から離脱させる。その後、複合電極２８を処理室５の外部へ取り出して洗浄を行う。洗浄後には、上記取り外す場合と逆の手順で、複合電極２８を電極支持部２２に装着する。
【００９６】
−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態によると、複合電極２８の第１電極２ａと第２電極２ｂとの間で生成したプラズマにより、成膜を行うようにしたので、被処理基板４へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させることができる。そのことに加えて、プラズマ領域増減手段である切替機構２１により、プラズマ領域を増大させた状態で、処理室５内のプラズマクリーニングを行うようにしたので、処理室５の内部の全体に亘ってパーティクル等の生成物を除去することができる。その結果、パーティクルの発生が抑制されるため、膜欠陥を防止して、成膜の品質を向上させることができる。
【００９７】
また、プラズマ領域増減手段を、切替機構２１である３つのスイッチＡ，Ｂ，Ｃにより構成したので、簡単な構成によって、プラズマ領域を増減させることができるため、装置コストの低減を図ることができる。
【００９８】
さらに、複合電極２８を電極支持部２２に対して脱着可能に構成したので、特に生成物が付着し易い複合電極２８を、処理室４内から取り出して個別に洗浄することができる。その結果、清浄な新しい複合電極に迅速に交換することができるため、プラズマクリーニングに要する時間を省略しつつ、プラズマ成膜処理を高精度に行うことができる。言い換えれば、装置の稼働時間を高めて生産性を向上させることができる。
【００９９】
さらに、複合電極２８の第１電極２ａ及び第２電極２ｂを、ストライプ状に設けるようにしたので、電極間の距離が均一となり、安定した放電を得ることができる。また、単純な電極構成となるため、複合電極の製造を容易化することができる。
【０１００】
《発明の実施形態２》
図８及び図９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〜図７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は省略する。
【０１０１】
上記実施形態１では、クリーニング時に、放電状態をＷ状態に維持したのに対し、この実施形態は、クリーニング時に、放電状態をＷ状態とＮ状態とに交互に変化させる点で異なっている。言い換えれば、切替機構２１は、クリーニング時に、上記電圧の印加状態を、第１の印加状態と第２の印加状態とに交互に切り替えるように構成されている。
【０１０２】
そして、本実施形態では、クリーニング手段は、プラズマ領域増減手段２１により増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記処理室５の内部をプラズマクリーニングするように構成されている。
【０１０３】
成膜方法については、上記実施形態１と同様であるため、以下の各実施形態において、その説明を省略する。プラズマプロセス装置Ａをクリーニングする場合には、図８に示すように、スイッチＢを断続的に切り替える。すなわち、第２電極２ｂを、所定時間の間、高周波電源Ｈに接続することにより、図６に示すように、放電状態をＷ状態に維持する。その後に、上記第２電極２ｂを、所定時間の間、接地部Ｇに接続することにより、図９に示すように、放電状態をＮ状態に維持する。この切替動作を複数回繰り返しながら、反応ガスをガス供給部１３から処理室５内へ導入し、プラズマクリーニングを行う。
【０１０４】
−実施形態２の効果−
したがって、この実施形態によると、プラズマ領域を増大した状態でプラズマクリーニングすることにより、処理室５の内部の全体に亘ってクリーニングを行うことができる一方、プラズマ領域が減少した状態でプラズマクリーニングすることにより、複合電極２８の周り等を集中してクリーニングすることができる。
【０１０５】
すなわち、図９に示すように、放電状態がＮ状態であるときには、複合電極２８に付着した生成物を効率よく略１００％除去することができるが、処理室５の内壁面に付着した生成物に対する除去効率は、約７０％〜８０％程度である。これに対して、図６に示すように、Ｗ状態では、放電プラズマが電極間の全体に拡がるため、処理室５の内壁面に付着した生成物を略１００％除去することができる。
【０１０６】
ただし、Ｗ状態とＮ状態とでは、プラズマ密度が異なっている。すなわち、Ｗ状態では、放電プラズマが拡がっているものの、そのプラズマ密度が、Ｎ状態の放電プラズマに比べて低い。その結果、生成物の除去速度（エッチング速度）に差が生じる。実際に、付着物を略１００％除去する除去速度を比較すると、Ｎ状態では、Ｗ状態に比べて約２倍から３倍の除去速度が得られている。このため、生成物が多く付着している複合電極２８の周辺をＮ状態でクリーニングすると共に、処理室５の内部をＷ状態でクリーニングすることにより、生成物を効率よく略１００％除去することができる。
【０１０７】
そして、同一のクリーニング中に、放電状態をＷ状態とＮ状態とを複数回繰り返すことにより、処理室５内の付着物の除去を、全体としてバランスよく行うことができるため、パーティクル等の反応生成物やダストの発生を抑制しながら効率よくクリーニングを行うことができる。
【０１０８】
《発明の実施形態３》
図１０は、本発明の実施形態３を示している。上記実施形態１では、クリーニング時に、放電状態をＷ状態に維持したのに対し、この実施形態は、クリーニング時に、Ｗ状態又はＮ状態に維持すると共に、Ｎ状態に維持する期間を、Ｗ状態に維持する期間よりも長くしたものである。言い換えれば、切換機構２１は、クリーニング時に、上記電圧の印加状態を、第１の印加状態に保持する期間が、第２の印加状態に保持する期間よりも長くなるように切り替える構成となっている。
【０１０９】
そして、クリーニング手段は、上記切替機構２１であるプラズマ領域増減手段２１によって増大又は減少されたプラズマ領域のプラズマにより、上記処理室５の内部をプラズマクリーニングするように構成されている。
【０１１０】
プラズマプロセス装置Ａをクリーニングする場合には、図１０に示すように、スイッチＢを切り替える。すなわち、第２電極２ｂを、所定時間ｔ１の間、高周波電源Ｈに接続することにより、図６に示すように、放電状態をＷ状態に維持する。その後に、上記第２電極２ｂを、上記所定時間ｔ１よりも長い所定時間ｔ２の間、接地部Ｇに接続することによって、図９に示すように、放電状態をＮ状態に維持する。この時間ｔ１及びｔ２の間、反応ガスをガス供給部１３から処理室５内へ導入し、プラズマクリーニングを行う。
【０１１１】
−実施形態３の効果−
したがって、この実施形態によると、不要な膜の付着が比較的少ない処理室５の内壁面に対し、比較的短い時間ｔ１でクリーニングすると共に、不要な膜が比較的付着しやすい複合電極２８に対し、比較的長い時間ｔ２をかけてクリーニングすることができるため、プラズマプロセス装置Ａを、全体として効率よく清浄にすることができる。
【０１１２】
《発明の実施形態４》
図１１及び図１２は、本発明の実施形態４を示している。上記実施形態１では、切替機構２１によりプラズマ領域を増減して、処理室５内の放電状態を切り替えるのに対し、この実施形態では、基板保持部２３にバイアス電圧を印加することによりプラズマ領域を増減して、処理室５内の放電状態を切り換えるようにしたものである。
【０１１３】
電源回路部１は、図１１に示すように、上記実施形態１に対し、スイッチＣの代わりにスイッチＤを備えると共に、バイアス電源ＢＨを備えている。スイッチＤには、基板保持部２３が接続されており、基板保持部２３を、バイアス電源ＢＨ又は接地部Ｇに切り替えて接続するようになっている。言い換えれば、プラズマ領域増減手段は、バイアス電源ＢＨ及びスイッチＤを有する電源回路部１により構成されている。
【０１１４】
成膜時には、第１電極２ａがスイッチＡを介して高周波電源Ｈに接続され、第２電極２ｂがスイッチＢを介して接地部Ｇに接続され、基板保持部２３がスイッチＤを介して接地部Ｇに接続される。これに対し、クリーニング時には、図１２に示すように、スイッチＤのみを切り替える。つまり、基板保持部２３を、スイッチＤを介してバイアス電源ＢＨに接続する。このことにより、処理室５内の放電状態が、図９に示されるＮ状態から、図６に示されるＷ状態へ変化する。
【０１１５】
この放電状態の変化は、パッシェンの法則に従って起こるものである。すなわち、パッシェンの法則によると、放電が開始される電圧Ｖは、周囲のガス圧力Ｐと、放電経路ｄとの積の関数になる（つまり、Ｖ＝ｆ（Ｐ×ｄ））。したがって、ガス圧力Ｐが一定である状態で、電圧Ｖが大きくなると、放電経路ｄが長くなる。ここで、本実施形態では、基板保持部２３に対してバイアス電圧を印加したために、複合電極２８の隣接する電極２ａ，２ｂの間よりも長い放電経路である基板保持部２３と複合電極２８との間でプラズマが生じる。その結果、放電状態がＷ状態となる。
【０１１６】
こうして、スイッチＤの切替により放電状態をＷ状態に変化させると共に、反応ガスを処理室５内に導入することによりプラズマクリーニングを行う。
【０１１７】
−実施形態４の効果−
したがって、この実施形態によると、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、成膜時に、複合電極２８と基板保持部２３との間にバイアス電圧を印加させることができるため、成膜する膜の品質を制御することができる。また、クリーニングの効率を向上させることができる。
【０１１８】
《発明の実施形態５》
図１３及び図１４は、本発明の実施形態５を示している。本実施形態は、処理室５内のガス圧力を変化させることにより、プラズマ領域を増加又は減少させるようにしたものである。すなわち、上記実施形態１では、切替機構２１により、各電極２ａ，２ｂ，２３への電圧の印加状態を切り替えて、処理室５内の放電状態を切り替えるようにしたのに対し、本実施形態は、処理室５内の圧力を変化させることにより、該処理室５内の放電状態を切り替えるようにしている。
【０１１９】
本実施形態のプラズマ領域増減手段は、図１３に示すように、ガス供給部１３により反応ガスが供給される処理室５内の圧力を制御する圧力制御機構４０を備えている。上記圧力制御機構４０は、処理室５の内部の圧力を検出する検出部４１と、ガス供給部１３及び真空ポンプ１０を制御する制御部４２とにより構成されている。
【０１２０】
上記検出部４１は、圧力センサ等により構成されている。上記制御部４２は、検出部４１により検出された圧力値に基づいて、ガス供給部１３による反応ガスの供給量と、真空ポンプ１０による処理室５内のガスの排気量とを制御するように構成されている。こうして、処理室５内の圧力を所定の圧力に維持するようにしている。
【０１２１】
そして、上記圧力制御機構４０は、図１４に示すように、クリーニング時に、放電状態が図９に示すＮ状態となるように、処理室５内のガス圧力を比較的高い圧力ＨＰに制御する一方、放電状態が図６に示すＷ状態となるように、処理室５内のガス圧力を比較的低い圧力ＬＰに制御するように構成されている。
【０１２２】
すなわち、パッシェンの法則（Ｖ＝ｆ（Ｐ×ｄ））により、電圧Ｖが一定であるときに、ガス圧力Ｐを大きくすると、放電距離が短くなるため、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間でプラズマ放電が生じる。一方、電圧が一定であるときに、ガス圧力Ｐを小さくすると、放電距離が長くなるため、第１電極２ａと基板保持部２３との間でプラズマ放電が生じる。そのため、処理室５内の放電状態は、ガス圧力を変化させることにより、Ｎ状態又はＷ状態に切り替わる。
【０１２３】
−成膜方法及びクリーニング方法−
本実施形態では、成膜時及びクリーニング時の双方において、電源回路部１の切替機構２１を切替作動させない。つまり、図１に示すように、第１電極２ａは高周波電源Ｈに接続され、且つ、第２電極２ｂは接地部Ｇに接続され、且つ、基板保持部２３は接地部Ｇに接続された状態で維持されている。そして、成膜は、上記実施形態１と同様に行われる。このとき、処理室５内のガス圧力は、例えば２００Ｐａとすることが好ましい。
【０１２４】
クリーニング時には、図１４に示すように、上記圧力制御機構４０により、処理室５内の圧力を増減して変化させる。すなわち、圧力制御機構４０は、処理室５内の圧力を、所定の第１の圧力ＨＰに保持する期間が、該第１の圧力ＨＰよりも低い第２の圧力ＬＰに保持する期間よりも長くなるように制御する。
【０１２５】
すなわち、まず、圧力制御機構４０は、図１４に示すように、反応ガスが供給される処理室５に対し、所定時間ｔ１の間、ガス圧力を比較的高い圧力ＨＰに制御することにより、放電状態をＮ状態に維持する。圧力ＨＰとしては、例えば、３００Ｐａとすることが好ましい。その後に、処理室５内のガス圧力を比較的低い圧力ＬＰに制御することにより、放電状態をＷ状態に維持する。この時間ｔ１及びｔ２の間に、処理室５の内部をプラズマクリーニングする。圧力ＬＰとしては、例えば、１２０Ｐａとすることが好ましい。
【０１２６】
−実施形態５の効果−
したがって、この実施形態によると、上記実施形態３と同様に、不要な膜が比較的付着しやすい複合電極２８に対し、比較的長い時間ｔ１をかけてクリーニングすることができると共に、不要な膜の付着が比較的少ない処理室５の内壁面に対し、比較的短い時間ｔ２でクリーニングすることができるため、プラズマプロセス装置Ａのクリーニングを、全体として効率よく行うことができる。
【０１２７】
《発明の実施形態６》
図１５は、本発明の実施形態６を示している。上記実施形態５では、クリーニング時にプラズマ領域を変化させて、放電状態を１回切り替えるようにしたのに対し、この実施形態は、クリーニング時にプラズマ領域を増減させて、放電状態をＷ状態とＮ状態とに交互に変化させる点で異なっている。言い換えれば、圧力制御機構４０は、クリーニング時に、処理室５内のガス圧力を、比較的高い圧力ＨＰと比較的低い圧力ＬＰとに交互に切り替えるように構成されている。
【０１２８】
−実施形態６の効果−
したがって、この実施形態によると、上記実施形態２と同様の効果を得ることができる。すなわち、処理室５内のガス圧力が高圧ＨＰであるときには、放電状態がＮ状態となるため、複合電極２８の周りを集中してクリーニングすることができる。一方、処理室５内のガス圧力が低圧ＬＰであるときには、放電状態がＷ状態となるため、処理室５の内部を全体に亘ってクリーニングすることができる。
【０１２９】
《発明の実施形態７》
図１６〜図１８は、本発明の実施形態７を示している。上記実施形態５では、基板保持部２３が電極を構成していたのに対し、この実施形態は、基板保持部２３が電極でない点で異なっている。
【０１３０】
すなわち、基板保持部２３は、絶縁部材により構成されており、電源回路部１は、図１６に示すように、スイッチＣを備えていない。そして、第１電極２ａは、高周波電源Ｈに接続された状態で維持されると共に、第２電極２ｂは、接地部Ｇに接続された状態で維持されている。そして、上記実施形態５と同様に、圧力制御機構４０により、処理室５内のガス圧力を増減させることにより、放電状態を変化させて、処理室５内のクリーニングを行うようになっている。
【０１３１】
クリーニングを行う場合には、図１４に示すように、所定時間ｔ１の間、処理室５内のガス圧力を比較的高い高圧ＨＰに維持する。このとき、処理室５内の放電状態は、図１７に示すように、Ｎ状態となり、複合電極２８の周りが集中してクリーニングされる。次に、所定時間ｔ２の間、処理室５内のガス圧力を比較的低い圧力ＬＰに維持する。このとき、処理室５内の放電状態は、図１８に示すように、第３の状態（以下、Ｍ状態と呼ぶ）となる。
【０１３２】
ここで、パッシェンの法則により、ガス圧力Ｐの低下に伴って放電距離ｄが長くなるが、基板保持部２３が電極でないために、ガス圧が低下しても、第１電極２ａと基板保持部２３との間でプラズマ放電は生じない。すなわち、このＭ状態では、図２０に示すように、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間でプラズマ放電が生じた状態で、そのプラズマ放電が上方に延びる。その結果、プラズマ領域は、Ｎ状態から増大してＭ状態になるため、処理室５の内部が全体に亘ってクリーニングされる。
【０１３３】
−実施形態７の効果−
したがって、この実施形態によると、上記実施形態５と同様の効果を得ることができる。そのことに加え、基板保持部２３を電極に構成しないようにしたので、基板保持部２３の極性を制御する必要がないため、電源回路部１の構成を簡単にすることができる。
【０１３４】
《発明の実施形態８》
図１９は、本発明の実施形態８を示している。上記実施形態２では、クリーニング時に、切替機構２１のみによりプラズマ領域を増減させて、放電状態をＷ状態とＮ状態とに交互に変化させたのに対し、この実施形態は、切替機構２１及び圧力制御機構４０によりプラズマ領域を増減させて、放電状態を切り替えるようにしたものである。
【０１３５】
すなわち、プラズマ領域増減手段は、切替機構２１と、圧力制御機構４０とを備えている。そして、クリーニング時のタイムチャートである図１９に示すように、切替機構２１による放電状態の切り替えの後に、圧力制御機構４０による放電状態の切り替えを行うようにしている。
【０１３６】
まず、処理室５内のガス圧力が所定の圧力で維持された状態で、第１電極２ａ、第２電極２ｂ、及び基板保持部２３に対する電圧の印加状態が切り替えられることにより、プラズマ領域が増加又は減少する。その結果、放電状態がＮ状態とＷ状態とに交互に切り替えられる。
【０１３７】
その後、第１電極２ａを高周波電源Ｈに接続し、且つ、第２電源２ｂを接地部Ｇに接続した状態で、処理室５内のガス圧力を、圧力制御機構４０により、比較的高い圧力ＨＰと比較的低い圧力ＬＰとに交互に変化させる。その結果、ガス圧力が高圧ＨＰであるときにプラズマ領域が減少する一方、ガス圧力が低圧ＬＰであるときにプラズマ領域が増加するため、放電状態がＮ状態とＷ状態とに交互に切り替えられる。
【０１３８】
このことにより、上記実施形態２及び実施形態６と同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
《発明の実施形態９》
図２０及び図２１は、本発明の実施形態９を示している。上記実施形態１では、切替機構２１によりプラズマ領域を増減させたのに対し、この実施形態では、基板保持部２３と複合電極２８との間隔を調整する調整機構２４によってプラズマ領域を増加又は減少させるようにしている。
【０１４０】
すなわち、プラズマ領域増減手段は、調整機構２４である昇降機構２４と、切替機構２１とを備えている。昇降機構２４は、処理室５の上部に設けられ、本体部２４ａと、該本体部２４ａの下部に設けられ、処理室５の内部で上下方向に伸縮する伸縮部２４ｂとにより構成されている。伸縮部２４ｂの下端には、上記基板保持部２３が、絶縁部材２９を介して接続されている。そして、基板保持部２３は、図２１に示す上昇位置と、図２０に示す下降位置との間で平行移動できるようになっている。
【０１４１】
こうして、複合電極２８と基板保持部２３との間でプラズマが生成されている状態で、基板保持部２３が昇降機構２４によって昇降することにより、プラズマ領域が増減するようになっている。すなわち、基板保持部２３が図２１に示す上昇位置にあるときには、プラズマ領域が増大して、放電状態がＷ状態になる。一方、基板保持部２３が図２０に示す下降位置にあるときには、プラズマ領域が減少して、放電状態が第４の状態（以下、Ｌ状態と呼ぶ）になる。
【０１４２】
−成膜方法及びクリーニング方法−
成膜する場合には、基板保持部２３を昇降機構２４により上昇位置に配置させた状態で、上記実施形態１と同様に成膜を行う。すなわち、第１電極２ａ、第２電極２ｂ、及び基板保持部２３への電圧の印加状態を、切替機構２１により第１の印加状態に切り替えて、図２に示すように、放電状態をＮ状態とする。このＮ状態で、材料ガスをガス供給部１３から処理室５内に導入することにより成膜を行う。
【０１４３】
クリーニングする場合には、上記電圧の印加状態を、切替機構２１により第２の印加状態に切り替える。そして、図２１に示すように、基板保持部２３を上昇位置に上昇させて、プラズマ領域を増大させた状態で、プラズマクリーニングすることにより、処理室５内の全体をクリーニングする。このとき、複合電極２８と基板保持部２３との間隔は、例えば６０ｍｍとしている。
【０１４４】
次に、図２０に示すように、上記電圧の印加状態を維持して、基板保持部２３を下降位置に下降させる。そして、プラズマ領域を複合電極２８の近傍領域に減少させた状態で、プラズマクリーニングすることにより、複合電極２８を集中してクリーニングする。このとき、複合電極２８と基板保持部２３との間隔は、例えば３０ｍｍとしている。
【０１４５】
−実施形態９の効果−
したがって、この実施形態によると、昇降機構２４により、クリーニング時におけるプラズマ領域を増加又は減少させるようにしたので、処理室５内の全体と複合電極２８との双方に対し、プラズマクリーニングを好適に行うことができる。特に、基板保持部２３を下降位置へ移動させてプラズマ領域を減少させることにより、複合電極２８を集中してクリーニングすることができる。
【０１４６】
《発明の実施形態１０》
図２２〜図２４は、本発明の実施形態１０を示している。本実施形態は、上記実施形態８に対して、複合電極２８の構造が異なっている。
【０１４７】
本実施形態の複合電極２８は、概略斜視図である図２２に示すように、被処理基板４に平行に配置された板状のカソード電極である第１電極２ａと、該第１電極２ａの上に所定の間隔で互いに平行に配設された複数の凸条部９とにより構成されている。凸条部９は、第１電極２ａの上面に形成された電極間絶縁部３と、該電極間絶縁部３の上に積層されたアノード電極である第２電極２ｂとにより構成されている。凸条部９は、全体として、例えば直方体に構成されている。第１電極２ａには、隣接する各凸条部９の間に、複数のガス導入孔６が上下方向に貫通して設けられている。
【０１４８】
上記被処理基板４は、絶縁部材である基板保持部２３に装着されている。上記複合電極２８は、上記実施形態８と同様に、電極支持部（図示省略）に装着されると共に電源回路部１に接続されている。スイッチＡには、第１電極２ａが接続されている。また、スイッチＢには、第２電極２ｂが接続されている。
【０１４９】
そして、図２３及び図２４に示すように、隣接する各凸条部９の間で上方に露出している第１電極２ａの上面と、凸条部９の上面を構成している第２電極２ｂとの間で、プラズマ放電を生成するようになっている。
【０１５０】
言い換えれば、複合電極２８は、第１電極２ａと、該第１電極２ａよりも被処理基板４に近接して設けられた第２電極２ｂとを有しており、上記第１電極２ａ及び第２電極２ｂは、上記被処理基板４の法線方向から視認できる面のみがプラズマ放電面として機能するように構成されている。すなわち、第１電極２ａと第２電極２ｂとは、上方から見て、交互に並んでストライプ状に設けられている。
【０１５１】
ここで、プラズマ放電面とは、第１電極２ａ及び第２電極２ｂに使用している部材の表面という意味ではなく、プラズマ部と荷電粒子（電荷）をやり取りしている、実質的に放電電極として作用している表面のことである。
【０１５２】
−成膜方法及びクリーニング方法−
成膜を行う場合には、図２２に示すように、第１電極２ａを、スイッチＡを介して高周波電源Ｈに接続する。さらに、第２電極２ｂを、スイッチＢを介して接地部Ｇに接続する。このことにより、プラズマ放電は、例えば図２３に示すように、凸条部９の上面の第２電極２ｂと、該凸条部９の左右両隣で露出している各第１電極２ａとの間で生じる。
【０１５３】
このとき、材料ガスを、ガス供給部（図示省略）からガス導入孔６を介して処理室５内へ導入する。図２３で矢印１４に示すように、材料ガスは、ガス導入孔６から凸条部９の間へ供給される。材料ガスは、この凸条部９の間において、プラズマ放電により解離されてラジカルを生成する。このラジカルが上方に設けられている被処理基板４の表面に堆積して成膜が行われる。
【０１５４】
クリーニングを行う場合には、上記実施形態８と同様に、圧力制御機構（図示省略）により、処理室５内の圧力を制御することによって、プラズマ領域を増加又は減少させる。すなわち、パッシェンの法則により、電圧Ｖが一定である状態でガス圧力を高くすると、放電経路ｄは短くなる。その結果、図２３に示すようにプラズマ領域が減少し、放電状態がＮ状態となる。一方、ガス圧力を低くすると、放電経路ｄが長くなるため、図２４に示すようにプラズマ領域が増大し、放電状態がＭ状態となる。
【０１５５】
そこで、まず、所定時間の間、処理室５内のガス圧力を比較的高い高圧ＨＰに維持する。このとき、処理室５内の放電状態は、図２３に示すＮ状態となるため、複合電極２８の周りが集中してクリーニングされる。次に、所定時間の間、処理室５内のガス圧力を比較的低い圧力ＬＰに維持する。このとき、処理室５内の放電状態は、図２４に示すＭ状態となるため、処理室５内が全体に亘ってクリーニングされる。
【０１５６】
−実施形態１０の効果−
したがって、この実施形態１０によると、上記実施形態８と同様の効果を得ることができる。そのことに加え、材料ガスは、ガス導入孔６から、隣接する各凸条部９の間に形成されているプラズマ領域へ導入されるため、該プラズマ領域の放電経路に沿って流れる。その結果、材料ガスがプラズマ中を流れる距離を長くすることができるため、材料ガスの解離を促進させて、成膜速度を大きくすることができる。言い換えれば、高品質な膜を、素早く形成することができる。
【０１５７】
《発明の実施形態１１》
図２５〜図２７は、本発明の実施形態１１を示している。この実施形態は、上記実施形態１に対し、複合電極２８の脱着構造が異なっている。すなわち、上記実施形態１では、複合電極２８と電極支持部２２とを嵌合させた状態で、クランプ３１及びネジ３２により固定したのに対し、この実施形態では、板状の複合電極２８を電極支持部の上に載置した状態で、ネジ３２により締結固定させるようにしている。
【０１５８】
複合電極２８は、図２７に示すように、板状のベース部８と、該ベース部８の上面に設けられた電極間絶縁部３と、該電極間絶縁部３の上に所定の間隔で交互に設けられた第１電極２ａ及び第２電極２ｂとにより構成されている。
【０１５９】
一方、電極支持部２２は、上方に開口する凹部２２ａと、該凹部２２ａの底部に設けられたスペーサ３３とを備えている。スペーサ３３は、凹部２２ａの側壁部分と同じ高さに構成され、例えば、所定の間隔をあけて２つ設けられている。
【０１６０】
そして、複合電極２８を電極支持部２２に装着する場合には、図２５に示すように、複合電極２８のベース部８を、凹部２２ａの側壁部分とスペーサ３３との上に配置する。その後に、平面図である図２６に示すように、複合電極２８の外周部において、該複合電極２８と凹部２２ａの側壁部分とを締結固定する。このことにより、凹部２２ａの内部が閉塞されて、チャンバを構成するようになっている。また、ネジ３２を取り外すことにより、複合電極２８を電極支持部２２から容易に離脱させることができる。
【０１６１】
《発明の実施形態１２》
次に、図１〜図７を参照して、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態１２を説明する。
【０１６２】
本実施形態のプラズマプロセス装置は、上記実施形態１と同じ装置構成を有しているが、成膜動作が異なっている。
【０１６３】
すなわち、本実施形態のプラズマプロセス装置Ａは、処理室５の内部に形成されるプラズマ領域を増大又は減少させるプラズマ領域増減手段２１と、プラズマ領域増減手段２１により増大されたプラズマ領域のプラズマ、及び減少されたプラズマ領域のプラズマの双方により、上記被処理基板４を成膜する機構を備えている。
【０１６４】
そして、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間で生じさせたプラズマにより第１の成膜工程を行う一方、基板保持部２３と、第１電極２ａ及び第２電極２ｂとの間で生じさせたプラズマにより第２の成膜工程を行うように構成されている。
【０１６５】
−成膜方法−
プラズマプロセス装置Ａによる成膜方法について説明する。本実施形態では、放電状態がＮ状態のときに第１の成膜工程を行うと共に、Ｗ状態のときに第２の成膜工程を行う。
【０１６６】
まず、第１の成膜工程では、図２に示すように、基板保持部２３に被処理基板４を装着する。続いて、図１及び図７に示すように、プラズマ領域増減手段である切替機構２１により、上記各電極２ａ，２ｂ，２３への電圧の印加状態を第１の印加状態に切り替えて、放電状態をＮ状態にしてプラズマ領域を減少させる。このとき、第１電極２ａはカソード電極として作用する一方、第２電極２ｂはアノード電極として作用している。その結果、放電状態はＮ状態となり、図２で矢印に示すように、互いに隣接する第１電極２ａ及び第２電極２ｂの間でアーチ形状の放電経路を形成したグロー放電プラズマが発生する。
【０１６７】
このＮ状態で、減少したプラズマ領域に対し、材料ガスをガス供給部１３からガス導入孔６を介して供給する。材料ガスには、例えば９００ｓｃｃｍのＳｉＨ4ガスと、２２００ｓｃｃｍのＨ2ガスとを適用する。そして、基板保持部２３の温度を３００℃、処理室５内のガス圧力を２３０Ｐａとした状態で、高周波電源Ｈから０．８ｋＷの電力を供給して、プラズマを発生させる。
【０１６８】
ＳｉＨ4ガスは、プラズマにより解離してＳｉＨ3等のＳｉを含むラジカルを発生させる。このラジカルが被処理基板４の表面に堆積することにより、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ）が形成される。この成膜時には、プラズマ領域の広がりが、平行平板型のプラズマプロセス装置に比べて小さく、被処理基板４とプラズマ領域が離れているため、被処理基板４へのイオン衝撃が少なくて済む。このように、平行平板型のものに比べてイオン衝撃が少ないので、良質なアモルファスシリコン膜を形成することができる。
【０１６９】
一方、第２の成膜工程では、図５及び図７に示すように、切替機構２１により、上記各電極２ａ，２ｂ，２３への電圧の印加状態を第２の印加状態に切り替えて、放電状態をＷ状態にしてプラズマ領域を増大させる。このとき、第１電極２ａ及び第２電極２ｂの双方は、カソード電極として作用する一方、基板保持部２３はアノード電極として作用している。その結果、図６で矢印に示すように、第１電極２ａ及び第２電極２ｂと、基板保持部２３との間でグロー放電プラズマが発生する。
【０１７０】
このＷ状態で、増大したプラズマ領域に対し、材料ガスをガス供給部１３からガス導入孔６を介して供給する。材料ガスには、例えば５００ｓｃｃｍのＳｉＨ4ガスと、１２００ｓｃｃｍのＮＨ3（アンモニア）ガスと４０００ｓｃｃｍのＮ2ガス（窒素）との混合ガスを適用する。そして、基板保持部２３の温度を３００℃、処理室５の内部のガス圧力を、１５０Ｐａに設定すると共に、高周波電源Ｈにより２ｋＷの電力を印加してプラズマを発生させ、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）が形成される。この成膜時には、プラズマ領域が広がるので、被処理基板４とプラズマ領域が近接しているため被処理基板４へのイオン衝撃が適度に加わる。その結果、緻密な膜生成を行うためにイオン衝撃が必要となる例えば窒化シリコン膜等においては膜質を向上させることができ、良質な窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１７１】
上記第１の成膜工程と、第２の成膜工程とは、膜の種類に応じて所定の周期で交互に行うようにしてもよい。このことにより、膜質を制御することが可能となる。また、第１の成膜工程を行う時間に対し、第２の成膜工程を行う時間の割合を増減させることにより、イオン衝撃の度合いを制御することが可能である。すなわち、第１の成膜工程を行う時間に対する第２の成膜工程を行う時間の割合を大きくすることにより、被処理基板４に加えられるイオン衝撃を増大させることができる。一方、上記第２の成膜工程を行う時間の割合を小さくすることにより、被処理基板４に加えられるイオン衝撃を減少させることができる。
【０１７２】
−実施形態１２の効果−
以上説明したように、この実施形態によると、複合電極２８の第１電極２ａと第２電極２ｂとの間で生成したプラズマにより成膜を行うようにすることで、被処理基板４へのイオン衝撃を無くすことができるので、アモルファスシリコン膜などのイオン衝撃で膜質が劣化する種類の膜に対し、成膜の質を向上させることができる。そのことに加えて、プラズマ領域増減手段である切替機構２１により、プラズマ領域を増大させた状態で、成膜を行うようにすることで、被処理基板４へイオン衝撃を適度に付加することができるので、窒化シリコン膜等のイオン衝撃が加わることで膜質が改善する種類の膜に対し、成膜の質を向上させることができる。その結果、膜種に応じてイオン衝撃を制御することができるので、複数の異なる膜を連続して成膜し、品質を向上させることができる。
【０１７３】
また、プラズマ領域増減手段を、切替機構２１である３つのスイッチＡ，Ｂ，Ｃにより構成したので、簡単な構成によって、プラズマ領域を増減させることができるため、装置コストの低減を図ることができる。
【０１７４】
さらに、複合電極２８の第１電極２ａ及び第２電極２ｂを、ストライプ状に設けるようにしたので、電極間の距離が均一となり、安定した放電を得ることができる。また、単純な電極構成となるため、複合電極の製造を容易化することができる。
【０１７５】
《発明の実施形態１３》
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態１３を説明する。
【０１７６】
上記実施形態１２では、切替機構２１によりプラズマ領域を増減して、処理室５内の放電状態を切り替えたのに対し、この実施形態では、基板保持部２３にバイアス電圧を印加することによりプラズマ領域を増減して、処理室５内の放電状態を切り換えるようにしている。
【０１７７】
すなわち、本実施形態のプラズマプロセス装置は、上記実施形態４と同様の装置構成を有しており、電源回路部１は、図１１に示すように、上記実施形態１におけるスイッチＣの代わりにスイッチＤを備えると共に、バイアス電源ＢＨを備えている。スイッチＤには、基板保持部２３が接続されており、基板保持部２３を、バイアス電源ＢＨ又は接地部Ｇに切り替えて接続するようになっている。言い換えれば、プラズマ領域増減手段は、バイアス電源ＢＨ及びスイッチＤを有する電源回路部１により構成されている。
【０１７８】
−成膜方法−
プラズマプロセス装置Ａによる成膜方法について説明する。本実施形態においても、第１の成膜工程と、第２の成膜工程とを行う。
【０１７９】
第１の成膜工程では、第１電極２ａがスイッチＡを介して高周波電源Ｈに接続され、第２電極２ｂがスイッチＢを介して接地部Ｇに接続され、基板保持部２３がスイッチＤを介して接地部Ｇに接続される。このことにより、放電状態をＮ状態として、イオン衝撃をなくした状態で被処理基板４に成膜を行うことができる。
【０１８０】
一方、第２の成膜工程では、スイッチＤのみを切り替える。つまり、基板保持部２３を、スイッチＤを介してバイアス電源ＢＨに接続する。このことにより、処理室５内の放電状態が、パッシェンの法則に従って、図９に示されるＮ状態から、図６に示されるＷ状態へ変化する。
【０１８１】
この成膜時には、プラズマ領域が広がるので、被処理基板４とプラズマ領域が近接しているため被処理基板４へのイオン衝撃が適度に加わる。その結果、緻密な膜生成を行うためにイオン衝撃が必要となる例えば窒化シリコン膜等においては膜質を向上させることができ、良質な窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１８２】
−実施形態１３の効果−
したがって、この実施形態によると、上記実施形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち、スイッチＤの切替によって複合電極２８と基板保持部２３との間にバイアス電圧を印加することにより、プラズマ領域の大きさを増減して、イオン衝撃量を制御することができる。その結果、膜種に応じてイオン衝撃の有無を制御できるため、複数の異なる膜を同一の装置で連続して成膜し、品質を向上させることができる。
【０１８３】
《発明の実施形態１４》
次に、図２２〜図２４を参照して、本発明に係るプラズマプロセス装置の実施形態１４を説明する。
【０１８４】
本実施形態は、上記実施形態１０と同じ複合電極２８を有している。すなわち、複合電極２８は、板状のカソード電極である第１電極２ａと、第１電極２ａの上に等間隔に配置された複数の電極間絶縁部３と、各電極間絶縁部３の上に積層されたアノード電極である第２電極２ｂとにより構成されている。
【０１８５】
−成膜方法−
そして、本実施形態では、図２３に示すように、放電状態がＮ状態のときに第１の成膜工程を行うと共に、Ｗ状態のときに第２の成膜工程を行う。
【０１８６】
第１の成膜工程では、図２２に示すように、第１電極２ａを、スイッチＡを介して高周波電源Ｈに接続する。さらに、第２電極２ｂを、スイッチＢを介して接地部Ｇに接続する。基板保持部２３は接地部Ｇに接続されている。このとき、プラズマ放電は、例えば図２３に示すように、凸条部９の上面の第２電極２ｂと、該凸条部９の左右両隣で露出している各第１電極２ａとの間で生じる。
【０１８７】
さらに、材料ガスを、ガス供給部（図示省略）からガス導入孔６を介して処理室５内へ導入する。図２３で矢印１４に示すように、材料ガスは、ガス導入孔６から凸条部９の間へ供給される。材料ガスは、この凸条部９の間において、プラズマ放電により解離されてラジカルを生成する。このラジカルが上方に設けられている被処理基板４の表面に堆積して成膜が行われる。このことにより、被処理基板４に対し、イオン衝撃のない成膜を行うことができる。
【０１８８】
一方、第２の成膜工程では、第２電極２ｂを、スイッチＢを介して高周波電源Ｈに接続する。プラズマ放電は複合電極２８と基板保持部２３との間で生じることによって、放電状態をＷ状態とし、プラズマ領域を増加させる。このことにより、被処理基板４に適度なイオン衝撃を付加して、窒化シリコン膜等を高精度に形成することができる。
【０１８９】
−実施形態１４の効果−
したがって、この実施形態１４によると、材料ガスの解離を促進させて成膜速度を大きくできるので、高品質な膜を素早く形成できることに加え、膜種に応じてイオン衝撃を制御できるので、複数の異なる膜を連続して成膜し、品質を向上させることができる。
【０１９０】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態１について、高周波電源Ｈの電圧の周波数を１３．５６ＭＨｚ以上の高周波数（ＶＨＦ帯）としてもよい。例えば２７．１２ＭＨｚとすることが好ましい。このことにより、被処理基板４に対する成膜の速度を大きくし、高速成膜を行うことができる。ただし、周波数の上限値としては、３００ＭＨｚが適当である。これは、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間に電子が捕捉されて電子密度が高まる効果の限界が３００ＭＨｚであることに基づいている。また、３００ＭＨｚ以上の高周波電力を実際に投入することは困難となるためである。
【０１９１】
一方、その他に、電源Ｈの電圧の周波数を、１３．５６ＭＨｚ以下の低周波数としてもよい。本発明では、成膜時に、被処理基板４の表面近傍にプラズマ領域がほとんど形成されないため、１３．５６ＭＨｚ以下の低周波数としても、平行平板型の装置で問題となるプラズマダメージの影響が少ないためである。ただし、周波数の下限値としては、１００ｋＨｚが適当である。これは、第１電極２ａと第２電極２ｂとの間にイオンが捕捉されて、イオン密度の高まる効果の限界が１００ｋＨｚであることに基づく。
【０１９２】
また、反応ガスとして、ＣＦ4ガス及びＯ2ガスを適用したが、その他に、ＳＦ6ガス（六フッ化硫黄）と、Ｏ2ガスとを適用してもよい。また、ＮＦ3ガス（三フッ化窒素）とＡｒガス（アルゴン）とを組み合わせてもよく、さらに、ＮＦ3ガスと、ＣＨＦ3ガス（三フッ化メタン）とを組み合わせてもよい。
【０１９３】
また、例えば、上記実施形態２、実施形態３、実施形態５や実施形態７に対し、昇降機構２４を設けるようにしてもよい。すなわち、上記切替機構２１又は圧力制御機構４０により、クリーニング時におけるプラズマ領域を増大させるときに、昇降機構２４により基板保持部２３を上昇位置に上昇移動させる。このことにより、プラズマ領域をさらに拡大することができる。
【０１９４】
また、上記実施形態１０では、凸条部９を有する複合電極２８を備えるプラズマプロセス装置に対し、圧力制御機構４０によりプラズマ領域を増減させるようにしたが、圧力制御機構４０の代わりに切替機構２１を適用してもよい。すなわち、上記実施形態１のように、基板保持部２３を電極に構成し、スイッチＣを介して電源回路部１に接続する。そして、クリーニング時に、第２電極２ｂが接続されているスイッチＢを切り替えることにより、複合電極２８と基板保持部２３との間でプラズマを生成させる。このようにしても、プラズマ領域を、成膜時に減少させる一方、クリーニング時に増大させることができるため、上記実施形態１０と同様の効果を得ることができる。
【０１９５】
また、上記各実施形態では複合電極２８を下部に配置する一方、基板保持部２３を上部に配置した装置構成を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、複合電極２８を上部に配置する一方、基板保持部２３を下部に配置するようにしてもよいし、複合電極２８及び基板保持部２３を水平方向に対向させて配置した装置構成にしてもよい。
【０１９６】
また、上記実施形態１２〜１４では、イオン衝撃の有無を制御することにより、異なる膜種の成膜を行うようにしたが、同一種類の成膜時においてもイオン衝撃の有無を制御することも可能である。例えば、異種膜の接合界面を利用したデバイス（ＴＦＴ、太陽電池等）において、接合界面のダメージを防ぐために、初めの所定時間はイオン衝撃のない状態で成膜し、その後の所定時間はイオン衝撃のある状態で成膜するようにしてもよい。例えば、アモルファスシリコン膜上に窒化シリコン膜を成膜する場合等に適用することができる。
【０１９７】
さらに、上記実施形態１２〜１４では、成膜方法についてのみ説明したが、上述の成膜方法による成膜を行った後に、上記実施形態１〜１１に示したようなクリーニングを行うようにしてもよい。すなわち、成膜時に、プラズマ領域増減手段２１により処理室５内でプラズマ領域を増大又は減少させた状態で、被処理基板４を成膜する一方、クリーニング時に、プラズマ領域増減手段２１によりプラズマ領域を増大させた状態で、処理室５の内部をプラズマクリーニングするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
以上説明したように、本発明は、プラズマＣＶＤ法により処理室内でプラズマ処理を行うプラズマプロセス装置及びそのプラズマクリーニング方法について有用であり、特に、被処理基板へのイオン衝撃を無くして成膜の質を向上させると共に、簡単な構成により処理室内のパーティクルを効率よく除去して装置コストを低減させる場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１９９】
【図１】実施形態１のプラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図である。
【図２】放電状態がＮ状態である成膜時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図３】複合電極及び電極支持部の外観を示す正面図である。
【図４】電極支持部から離脱した複合電極を示す断面図である。
【図５】クリーニング時のプラズマプロセス装置を示す概略斜視図である。
【図６】放電状態がＷ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図７】切替スイッチと処理室内のガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図８】実施形態２における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図９】放電状態がＮ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図１０】実施形態３における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図１１】実施形態４のプラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図である。
【図１２】実施形態４における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図１３】実施形態５におけるプラズマプロセス装置を示す図２相当図である。
【図１４】実施形態５における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図１５】実施形態６における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図１６】実施形態７のプラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図である。
【図１７】放電状態がＮ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図１８】放電状態がＭ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図１９】実施形態８における切替スイッチとガス圧力との変化を示すタイムチャート図である。
【図２０】放電状態がＬ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図２１】放電状態がＷ状態であるクリーニング時のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【図２２】実施形態１０のプラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図である。
【図２３】実施形態１０におけるＮ状態の放電状態を拡大して示す断面図である。
【図２４】実施形態１０におけるＭ状態の放電状態を拡大して示す断面図である。
【図２５】実施形態１１における複合電極及び電極支持部の構造を示す断面図である。
【図２６】実施形態１１における複合電極を示す平面図である。
【図２７】実施形態１１における電極支持部から離脱した複合電極を示す断面図である。
【図２８】従来の平行平板型のプラズマプロセス装置の要部を示す概略斜視図である。
【図２９】成膜時における平行平板型のプラズマプロセス装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【０２００】
Ａ    プラズマプロセス装置
ＨＰ    高圧（第１の圧力）
ＬＰ    低圧（第２の圧力）
２ａ    第１電極（放電電極）
２ｂ    第２電極（放電電極）
３    電極間絶縁部
４    被処理基板
５    処理室
１０    真空ポンプ
１３    ガス供給部（材料ガス供給手段、反応ガス供給手段）
２１    切替機構（プラズマ領域増減手段）
２３    基板保持部
２４    昇降機構（調整機構、プラズマ領域増減手段）
２８    複合電極
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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