(57)【要約】【課題】  プラズマ処理用のガスの種類に応じて、異なるプラズマエネルギーを与えることが可能なプラズマプロセス装置を提供する。【解決手段】  真空容器５０に、プラズマ処理用のガスＧ１・Ｇ２を供給するガス供給部と、真空容器５０内でプラズマを発生させるプラズマ発生部１５とを備え、真空容器５０内で、成膜基板２に、プラズマ処理を施すプラズマＣＶＤ装置６０において、プラズマ発生部１５を、成膜基板２から離れた位置に設け、領域面積が異なる複数のプラズマ領域１０ａ・１０ｂを形成するように設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室と、上記処理室にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、被処理基板から離れた位置に設けられ、上記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備え、上記処理室内で、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、
上記プラズマ発生部は、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有することを特徴とするプラズマプロセス装置。
【請求項２】
上記プラズマ発生部は、互いに絶縁された、第１電極と、第１電極の対極であり、第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを有しており、
上記第１電極は、互いに絶縁され、第２電極からの距離が異なる複数の電極を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項３】
上記第１電極および第２電極のプラズマ放電面は、上記被処理基板の被処理面から視認できる部分からなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項４】
上記第２電極は、上記第１電極相互間に設けられた絶縁体上に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項５】
上記第１電極は、断面が凹形状のプラズマ放電面を有することを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項６】
上記第１電極における、上記第２電極からの距離ｄ１＞ｄ２を満たす、複数の電極に対して、上記距離ｄ２の電極に、距離ｄ１の電極よりも大きな電気エネルギーを供給する第１エネルギー供給部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項７】
上記第１電極に、同一の電気エネルギーを供給する第２エネルギー供給部を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項８】
上記電気エネルギーは、１００ｋＨｚ以上、３００ＭＨｚ以下の周波数領域から選択されることを特徴とする請求項６または７に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項９】
上記プラズマ処理用ガスを、当該プラズマ処理用ガスの種類ごとに独立して、上記プラズマ発生部に導くガス導入経路を備えていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマプロセス装置。
【請求項１０】
上記ガス導入経路は、上記プラズマ処理用ガスを、上記第１電極側に導くことを特徴とする請求項９に記載のプラズマプロセス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関するものであり、より詳細には、電子産業におけるアモルファスシリコン等の半導体膜や絶縁膜の薄膜形成に用いられる化学気相成長法（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法）を用いた薄膜形成装置、ドライエッチング装置、アッシング装置などとして好適な、プラズマプロセス装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のＣＶＤ法には、材料ガスに、高周波または低周波の電力を印加することによってプラズマを発生させ、材料ガスを活性化するプラズマＣＶＤ法や、熱エネルギーによって材料ガスを熱分解反応する熱ＣＶＤ法等がある。
【０００３】
ＣＶＤ法は、簡便性・操作性に優れるため、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・太陽電池などのさまざまな電子デバイスの半導体膜や絶縁膜等の成膜に使用されている。
【０００４】
このような成膜には、一般的に、平行平板型プラズマＣＶＤ装置が用いられる（特許文献１参照）。この平行平板型プラズマＣＶＤ装置は、被処理基板（成膜基板）１０２に対向配置された電極基板に、複数のガス導入口を設け、これらのガス導入口から基板側に原料ガスを吹き付ける方式のプラズマＣＶＤ装置である。
【０００５】
具体的には、図５は、従来の平板平行型プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。このプラズマＣＶＤ装置は、真空ポンプ１５５により真空状態とした閉空間の処理室（真空容器）１５０内に、互いに電気的に絶縁された２つの導体板が設けられている。この導体板の一方は、成膜基板１０２側に設けられ、他方は、成膜基板１０２に対向し、成膜基板１０２側の導体から距離を隔てて設けられており、互いの導体板は、平行に配置されている。すなわち、上記導体板の一方は、高周波電圧が印加されるカソード電極１１７であり、他方は、成膜基板１０２と基板ホルダー１１３との側面に沿って取り付けられ、処理室１５０の下部に接地されたアノード電極１１３である。なお、カソード電極１１７の成膜基板１０２側の面には、絶縁膜１１８が形成されている。
【０００６】
このプラズマＣＶＤ装置では、カソード電極１１７に高周波電圧を印加すると、カソード電極１１７とアノード電極１１３との間に、プラズマ領域１１０に、プラズマが発生する。このプラズマに、ガス供給部１５４から、成膜材料となる材料ガスＧを流すと、プラズマ領域１１０中で、材料ガスＧが分離・解離して、材料ガスＧのラジカルＲが生成する。そして、このラジカルＲが、アノード電極１１３の取り付けられた成膜基板１０２（シリコン基板やガラス基板など）上に堆積することによって、成膜基板１０２上に、半導体膜や絶縁膜などが成膜される。
【０００７】
ここで、材料ガスＧを分解するためのプラズマは、例えば、低圧下で、カソード電極１１７に周波数13.56MHzの高周波電圧を印加して、電界を発生させれば、その絶縁破壊現象によりグロー放電として、プラズマ領域１１０でプラズマを発生させることが可能である。そして、カソード電極１１７とアノード電極１１３間に発生したプラズマによって、電子が材料ガスＧの解離を促進してラジカルＲを生成し、このラジカルＲが、接地電位のアノード電極１１３上の成膜基板１０２まで拡散して、成膜基板１０２表面に堆積する。
【０００８】
しかしながら、平行平板型プラズマＣＶＤ装置では、各電極間に、プラズマが発生するプラズマ領域１１０が形成されるため、成膜基板がこのプラズマ領域１１０にさらされる。このため、この装置では、シース電圧が発生しやすく、被処理基板に形成した薄膜表面の膜質の劣化を引き起こすという問題がある。
【０００９】
この問題を解決すために、プラズマＣＶＤ法を用いた別の装置として、リモートプラズマＣＶＤ装置がある(例えば、特許文献２)。リモートプラズマＣＶＤ装置の基本的な装置構成は、図５に示した平行平板型ＣＶＤ装置と同様であるが、接地されている電極(アノード電極１１３)が、成膜基板１１２と離れた位置に形成されていることが特徴である。このようなリモートプラズマ構造であれば、プラズマ空間を、成膜基板１０２と離れた位置に形成できるため、プラズマ中のイオン衝撃（シースの影響）を回避できる。成膜するための材料ガスを低圧下でカソード電極に高周波電圧を印加し、電界を発生させ、その絶縁破壊現象によりグロー放電としてプラズマを生成する。プラズマ中の電子が材料ガスの解離を促進しラジカルを生成し、成膜基板まで拡散し膜表面に堆積する。
【特許文献１】特開平５−１６６７２８号公報（公開日：平成５年（１９９３）７月２日）
【特許文献２】特開平５−２１３９３号公報（公開日：平成５年（１９９３）１月２９日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、リモートプラズマＣＶＤ装置では、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができないという問題がある。
【００１１】
具体的には、通常、プラズマＣＶＤ装置では、複数の材料ガスを用いて成膜を行う。リモートプラズマプラズマＣＶＤ装置は、複数の材料ガスを同一空間内で分解する構成である。しかし、材料ガスの種類によって、材料ガスからラジカルを生成する解離度や分解効率は、大きく異なる。このため、リモートプラズマＣＶＤ装置では、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができない。その結果、種類の異なる複数の材料ガスを用いて薄膜を形成する場合、薄膜中の各材料ガスの組成を制御することが困難となる。また、分解効率の低い材料ガスの利用効率も低くなる。
【００１２】
従って、材料ガスの種類に応じて、異なるプラズマエネルギーを与える必要が生じる。
【００１３】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、プラズマ処理用のガスの種類に応じて、異なるプラズマエネルギーを与えることが可能なプラズマプロセス装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るプラズマプロセス装置は、上記課題を解決するために、処理室と、上記処理室にプラズマ処理用のガスを供給するガス供給部と、被処理基板から離れた位置に設けられ、上記処理室内でプラズマを発生させるプラズマ発生部とを備え、上記処理室内で、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、上記プラズマ発生部は、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有することを特徴としている。
【００１５】
上記の構成によれば、プラズマ発生部が、被処理基板から離れた位置に設けられている。すなわち、被処理基板から離れた位置に、プラズマ領域が形成される。これにより、被処理基板が、プラズマ領域にさらされることがない。このため、プラズマ領域中で加速されたプラズマ（プラズマイオン）が、被処理基板に衝突するのを回避できる。従って、プラズマによる被処理基板の膜質の劣化を防止できる。
【００１６】
そして、特に、上記の構成では、プラズマ発生部に、領域面積が異なるプラズマ領域を有している。このため、プラズマ領域では、エネルギーの異なるプラズマが発生する。
【００１７】
プラズマ処理では、複数の材料ガス（プラズマ処理用のガス）を組み合わせて用いられる場合が多い。しかし、材料ガスの解離度や分解効率は、材料ガスの種類によって大きく異なる。このため、複数種類の材料ガスに、同じエネルギーを与えると、プラズマによる材料ガスの分離・解離が不均一となり、生成するラジカルも不均一となる。その結果、プラズマ処理に使用されないラジカルが生成してしまい、エネルギーの利用効率が悪くなる。このため、プラズマ処理のスループットも低くなる。
【００１８】
上記の構成では、領域面積が異なる複数のプラズマ領域で、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。すなわち、領域面積の異なる複数のプラズマ領域を有しているため、その領域には、例えば、同一電源で異なった電界を形成することが可能となる。これにより、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができる。その結果、均一に材料ガスを分離・解離し、均一なラジカルを生成できる。従って、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できる。
【００１９】
なお、上記「プラズマ処理」とは、プラズマによって材料ガスを分離・解離してラジカルを生成し、そのラジカルによって、被処理基板に、成膜・加工等の処理を施すことを示している。例えば、被処理基板にラジカルを堆積させる成膜（薄膜形成）処理、被処理基板の金属や膜を微細加工するエッチング処理、被処理基板のレジストを除去するアッシング処理などが挙げられる。
【００２０】
従って、上記プラズマプロセス装置には、少なくとも、成膜装置（薄膜形成装置）、エッチング装置、アッシング装置が含まれる。また、上記プラズマ処理用のガスには、少なくとも、これらの装置に使用されるガスが含まれる。
【００２１】
また、「プラズマ領域」とは、プラズマ発生部において、プラズマ放電する領域（プラズマが発生する領域）である。なお、プラズマ処理用ガスは、このプラズマ領域で分解され、ラジカルを生成する。
【００２２】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記プラズマ発生部が、互いに絶縁された、第１電極と、第１電極の対極であり、第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極とを有しており、上記第１電極は、互いに絶縁され、第２電極からの距離が異なる電極を有することを特徴としている。
【００２３】
上記の構成によれば、プラズマ発生部が、第１電極と第２電極とを有しており、第１電極は、第２電極からの距離が異なる複数の電極から構成されている。また、第１電極と第２電極、および、第１電極の複数の電極は、絶縁されている。これにより、プラズマ領域が、第１電極と第２電極との間に形成される。すなわち、プラズマ領域は、第１電極のプラズマ放電面と、第２電極のプラズマ放電面とに囲まれた部分となる。従って、第２電極からの距離が異なる複数種類の第１電極によって、領域面積の異なるプラズマ領域が形成される。これにより、第２電極に対する第１電極の配置状態に応じて、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。これにより、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができる。
【００２４】
なお、「プラズマ放電面」とは、実質的に放電電極として機能する、第１電極および第２電極の表面を意味している。
【００２５】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第１電極および第２電極のプラズマ放電面は、上記被処理基板の被処理面から視認できる部分からなることを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、プラズマ放電面が、被処理基板から視認できる部分から形成される。言い換えれば、被処理基板の法線方向から見たとき、第１電極および第２電極とが重ならないように配置されている。すなわち、第１電極のプラズマ放電面と、第２電極のプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。これにより、第１電極と第２電極のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、第１電極と第２電極のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを被処理基板上に効率的に導くことができる。
【００２７】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第２電極が、上記第１電極相互間に設けられた絶縁体上に配置されていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、上記第２電極が、上記第１電極相互間に設けられた絶縁体上に配置されているため、プラズマ領域は、第１電極と第２電極のプラズマ放電面、および絶縁体に囲まれた領域となる。すなわち、プラズマ領域が、例えば、凹形状として形成される。これにより、絶縁体を介して、第１電極と第２電極とが一体的に形成される。従って、プラズマ発生部の構成が簡素化できる。
【００２９】
また、第１電極と第２電極とが絶縁体を介して設けられているため、第１電極と第２電極のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、第１電極と第２電極のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを被処理基板上に効率的に導くことができる。
【００３０】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第１電極は、断面が凹形状のプラズマ放電面を有することを特徴としている。これにより、第１電極のプラズマ放電面の面積を大きくできるため、第１電極で発生したプラズマやラジカルが、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果（高密度のプラズマが得られる効果）も得られる。
【００３１】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第１電極における、上記第２電極からの距離ｄ１＞ｄ２を満たす、複数の電極に対して、上記距離ｄ２の電極に、距離ｄ１の電極よりも大きな電気エネルギーを供給する第１エネルギー供給部を備えていることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、第１エネルギー供給部が、第１電極の第２電極に近い方の電極（距離ｄ２の電極）に、大きな電気エネルギーを供給する。これにより、距離ｄ２の電極でより多くのプラズマエネルギーを発生させることができる。従って、距離ｄ２の電極でのガスの解離度（ラジカルの生成率）をより向上できる。
【００３３】
なお、「第１電極における、上記第２電極からの距離ｄ１＞ｄ２を満たす、複数の電極」とは、第１電極が距離ｄ１＞ｄ２を満たす２つの電極からなることを示すものではなく、任意の複数の電極において、距離ｄ１＞ｄ２を満たす電極があることを示す。
【００３４】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記第１電極に、同一の電気エネルギーを供給する第２エネルギー供給部を備えていることを特徴としている。
【００３５】
上記の構成によれば、エネルギー供給部が、第１電極に同一の電気エネルギーを供給するため、異なる電気エネルギーのエネルギー供給部を備える必要がない。このため、エネルギー供給部の構成を簡素化できる。
【００３６】
また、本発明のプラズマプロセス装置は、上記電気エネルギーは、１００ｋＨｚ以上、３００ＭＨｚ以下の周波数領域から選択されることを特徴としている。
【００３７】
これにより、第１電極で、安定した放電が可能となり、膜厚の均一性が良くなる。また、第１電極での、ガスの解離度（ラジカル生成率）の増加にも効果的である。
【００３８】
本発明のプラズマプロセス装置は、上記プラズマ処理用ガスを、当該プラズマ処理用ガスの種類ごとに独立して、上記プラズマ発生部に導くガス導入経路を備えていることを特徴としている。
【００３９】
これにより、異なる種類のガスを、それぞれ確実に、領域面積の異なるプラズマ領域に供給できる。従って、プラズマ処理用ガスの分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。
【００４０】
本発明のプラズマプロセス装置は、上記ガス導入経路は、上記プラズマ処理用ガスを、上記第１電極側に導くことを特徴としている。
【００４１】
上記の構成によれば、ガス供給部から供給されるプラズマ処理用ガスが、上記ガス導入経路を経て、第１電極側に導かれる。第２電極は、第１電極よりも、被処理基板側に近接している。従って、プラズマ処理用ガスを、第１電極側から第２電極側に向けて流すことができる。このため、被処理基板に向かって、プラズマ処理用ガスを、スムーズに流すことができる。また、第１電極と、第２電極との間にプラズマ領域が形成されるため、この領域内にプラズマ処理用ガスを流すことができる。従って、プラズマ処理用ガスがプラズマ領域内を流れる距離を長くできるため、プラズマ処理用ガスの分離・解離を促進できる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明にかかるプラズマプロセス装置は、以上のように、被処理基板から離れた位置に設けられると共に、領域面積が異なる複数のプラズマ領域を有するプラズマ発生部を備えている。これにより、領域面積が異なるプラズマ領域で、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスに、異なるエネルギーを与えることが可能である。従って、材料ガスに応じて、異なるエネルギーを与えることができるという効果を奏する。このため、均一に材料ガスを分離・解離し、均一なラジカルを生成でき、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の一実施形態にかかるプラズマプロセス装置について図１ないし図４に基づいて説明すれば以下の通りである。なお、以下の実施形態では、本発明にかかるプラズマプロセス装置として、プラズマＣＶＤ装置を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４４】
まず、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマプロセス装置の概略構成を示す断面図である。図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置６０は、真空容器５０内に載置された成膜基板２に、プラズマによって発生させた材料ガスＧのラジカルＲを堆積させることによって、成膜基板２表面を成膜するものである。
【００４５】
まず、ＣＶＤ装置６０の構成について説明する。プラズマＣＶＤ装置６０は、真空容器（処理室）５０内に、成膜基板（被処理基板）２と、成膜基板２を載置（保持）する基板ホルダー３と、プラズマ発生部１５と、ガス導入部５６とを備えている。
【００４６】
また、真空容器５０の外部には、真空容器５０内に成膜材料となる材料ガス（プラズマ処理用のガス）を供給するガス供給部５４と、真空容器５０内を真空状態とする真空ポンプ（排気装置）５５と、プラズマ発生部１５（より詳細には、後述のカソード電極１７ａ・１７ｂ）に、電力を供給（電気的エネルギーを印加）する電力供給部５７とを備えている。電力供給部５７は、カソード電極１７ａ・１７ｂに電圧を印加する高周波電源５２ａ・５２ｂと、高周波電源５２ａ・５２ｂを切り換えるスイッチＳとを備えている。高周波電源５２ａ・５２ｂは、真空容器５０上に設けられた導入端子５１を介して、カソード電極１７ａ・１７ｂに接続されている。高周波電源５２ａ・５２ｂは、プラズマ発生部１５に高周波電圧を印加することにより、プラズマ放電を起こすための電気的エネルギーを供給するもので、スイッチＳおよび導入端子５１を介してカソード電極１７ａ・１７ｂに接続されている。スイッチＳは、カソード電極１７ａ・１７ｂに印加する高周波電源５２ａ・５２ｂを、切り換えるために設けられている。
【００４７】
ここで、本発明の特徴部分であるプラズマ発生部１５について、図１〜図３に基づいて説明する。図２は、ＣＶＤ装置６０のカソード電極１７付近の要部構成を示す断面図である。また、図３は、ＣＶＤ装置６０のカソード電極１７付近の要部構成を示す斜視図である。なお、図３では、カソード電極１７付近の構成を、図１および図２の構成を、上下を逆（１８０度回転）にして示している。
【００４８】
プラズマ発生部１５は、成膜基板２から離間し、成膜基板２に対向して真空容器５０内に配置されている。そして、プラズマ発生部１５は、電力供給部５７（高周波電源５２ａ・５２ｂ）からの電力供給により、プラズマを発生する。
【００４９】
プラズマ発生部１５は、アノード電極（陽極；第２電極）１３、カソード電極１７ａ・１７ｂ（陰極；第１電極）、絶縁体１４、および絶縁体１８から構成されている。
【００５０】
より詳細には、プラズマ発生部１５は、カソード電極１７ａ・１７ｂ相互間に絶縁体１４が設けられており、絶縁体１４の先端（成膜基板２側）には、アノード電極１３が設けられている。このため、アノード電極１３は、カソード電極１７ａ・１７ｂよりも、成膜基板２に近接して設けられる。そして、特に、カソード電極１７ａ・１７ｂは、アノード電極１３からの距離が異なるように設計されている。
【００５１】
また、カソード電極１７ａ・１７ｂ、および絶縁体１４は、絶縁体１８の同一面に形成されている。言い換えれば、絶縁体１８の成膜基板２側の底面（成膜基板２に対向する面）には、カソード電極１７ａ、絶縁体１４、カソード電極１７ｂが形成されている。すなわち、カソード電極１７ａ、絶縁体１４、カソード電極１７ｂ、絶縁体１４…という構成が、繰り返し形成されている。また、絶縁体１４は、カソード電極１７ａ・１７ｂよりも成膜基板２側に突出している。そして、絶縁体１４の側面は、カソード電極１７ａ・１７ｂの成膜基板２との対向面に、略垂直である。また、絶縁体１４の成膜基板２に対向する面側の先端にはアノード電極１３が設けられている。すなわち、図３に示すように、成膜基板２の面方向のうちの一方向（被処理面）に沿って、アノード電極１３が、ストライプ状に設けられている。これにより、アノード電極１３のプラズマ放電面、カソード電極１７ａのプラズマ放電面、アノード電極１３のプラズマ放電面、およびカソード電極１７ｂのプラズマ放電面…が、絶縁体１８の同一平面側に、繰り返して形成されている。プラズマ放電面については、後述する。
【００５２】
なお、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂ、および、カソード電極１７ａとカソード電極１７ｂとは、それぞれ絶縁体１４によって、アノード電極１３から電気的に絶縁されている。本実施形態では、絶縁体１４の材料として、アルミナを用いた。なお、ここでは、絶縁体１４および絶縁体１８を、別々の絶縁体としているが、一体構造としてもよい。
【００５３】
カソード電極１７ａ・１７ｂは、絶縁体１８上に形成されている。すなわち、カソード電極１７ａ・１７ｂは、同一平面上に形成されている。そして、所定間隔で、絶縁体１８およびカソード電極１７ａ・１７ｂを、厚み方向に貫通して、ガス導入口１１ａ・１１ｂが形成されている。これにより、ガス供給部５４からガス配管（ガス導入経路）１６を介してガス導入部５６にガスが供給されると、そのガスは、一旦ガス導入部５６に滞留した後、ガス導入口１１ａ・１１ｂを通って、真空容器５０内に導入される。
【００５４】
このように、プラズマＣＶＤ装置は、カソード電極１７ａ・１７ｂは、アノード電極１３からの距離が異なるように設計されているため、領域面積の異なる２つのプラズマ領域１０ａ・１０ｂを有するという特徴がある。このため、プラズマ領域１０ａ・１０ｂで発生するプラズマのエネルギーや大きさ等の特性は異なる。
【００５５】
次に、プラズマ発生部１５でのプラズマ放電について説明する。
【００５６】
プラズマ発生部１５は、アノード電極１３と、カソード電極１７ａ・１７ｂとの間に印加される電圧（電位差）に応じて、放電（プラズマ）を発生させる。つまり、アノード電極１３、およびカソード電極１７ａ・１７ｂの表面が、プラズマを放電するプラズマ放電面として機能する。言い換えると、アノード電極１３と、カソード電極１７ａ・１７ｂとの間の領域が、プラズマ領域（プラズマ放電部）１０ａ・１０ｂとして機能する。
【００５７】
すなわち、プラズマ領域１０ａ・１０ｂは、アノード電極１３、およびカソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面で囲まれた領域である。本実施形態では、絶縁体１４が存在するため、隣り合う１対の対向する絶縁体１４・１４、各絶縁体１４・１４の先端に形成されたアノード電極１３・１３、およびカソード電極１７ａまたは１７ｂで囲まれた領域が、プラズマ領域１０ａ・１０ｂとなる。言い換えれば、絶縁体１８上には、カソード電極１７ａの領域と、カソード電極１７ｂの領域とが、絶縁体１４が設けられており、カソード電極１７ａ・１７ｂは、互いに絶縁体１４および絶縁体１８によって仕切られた構成となっている。このような、アノード電極１３、およびカソード電極１７ａ・１７ｂによって囲まれた領域が、プラズマ領域１０ａ・１０ｂ（プラズマ放電する空間（プラズマ放電空間））である。
【００５８】
より詳細には、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂ、およびカソード電極１３における、成膜基板２の成膜面（被処理面）から視認できる部分が、各電極のプラズマ面として機能する。すなわち、カソード電極１７ａ・１７ｂも、アノード電極１３も、全プラズマ放電面が、成膜基板２の法線方向から視認できる面（部分）から構成されている。なお、プラズマ放電面とは、実質的に放電電極として機能する、カソード電極１７ａ・１７ｂ、アノード電極１３の表面を意味している。すなわち、プラズマ放電面は、プラズマ領域１０ａ・１０ｂにおいて、電荷をやりとりする面である。
【００５９】
従って、本実施形態においては、各電極の絶縁体１４および絶縁体１８に接触していない面が、プラズマ放電面となる。一方、アノード電極１３の絶縁体１４との接触面（カソード電極１７ａ・１７ｂ側の面）、および、カソード電極１７ａ・１７ｂの絶縁体１４および絶縁体１８との接触面は、成膜基板２から視認できない面である。このように、アノード電極１３およびカソード電極１７ａ・１７ｂにおける、絶縁体１４および絶縁体１８との接触面は、プラズマ放電面として機能しない。
【００６０】
なお、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂとを所定間隔をあけて配置し、両電極間に絶縁体１４を設けない構成とした場合には、アノード電極１３のカソード電極１７ａ・１７ｂ側の面（カソード電極１７ａ・１７ｂとの対向面）と、カソード電極１７ａ・１７ｂにおける、成膜基板２の法線方向から見てカソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３とが重なる部分（カソード１７ａ・１７ｂ同士の対向面）とが、プラズマ放電面として機能する。この状態で、カソード電極１７ａ・１７ｂに、高周波電圧を印加した場合、プラズマ放電は、主にカソード電極１７ａ・１７ｂ表面と、アノード電極１３のカソード電極１７側の面（成膜基板２の成膜面と対向する面と反対側の面）との間で起こる。したがって、プラズマによるガスＧ１・Ｇ２の解離によって発生したラジカルＲ１・Ｒ２の多くは、アノード電極１３のカソード電極１７側の面に薄膜として付着するため、成膜基板２の表面に薄膜を形成することができなくなる。
【００６１】
本実施形態では、アノード電極１３は、絶縁体１８上に設けられた絶縁体１４の先端に形成されているため、成膜基板２の法線方向から見たとき、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂとが重ならないように配置されている。すなわち、アノード電極１３のプラズマ放電面と、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。
【００６２】
このように、本実施形態のプラズマ形成装置６０では、絶縁体１８上に、カソード電極１７ａ・１７ｂが、交互に形成されている。そして、カソード電極１７ａ・１７ｂは、絶縁体１８の同一平面上に、形成されている。さらに、カソード電極１７ａとカソード電極１７ｂとの間には、絶縁体１４が設けられている。すなわち、絶縁体１４を介して、対向してカソード電極１７ａとカソード電極１７ｂとが形成されている。
【００６３】
また、絶縁体１４の先端には、アノード電極１３が形成されている。また、絶縁体１８とカソード電極１７ａ・１７ｂの積層体の一部の領域には、その積層体を貫通するように、ガス導入口１１ａ・１１ｂが設けられている。
【００６４】
ここで、ガス配管１６およびガス導入部１１ａ・１１ｂの構成について、図２に基づいて説明する。図２の構成は、ガス供給部５４から、異なる２種類の材料ガスＧ１・Ｇ２を、ガス導入口１１ａ・１１ｂから真空容器５０（図示せず）内に、供給する構成である。具体的には、この構成では、材料ガスＧ１・Ｇ２のそれぞれに専用の、独立した２つのガス配管１６ａ・１６ｂを備えている。そして、ガス配管１６ａ・１６ｂは、それぞれ、ガス導入口１１ａ・１１ｂに通じており、材料ガスＧ１・Ｇ２が、プラズマ領域１０ａ・１０ｂに導かれるようになっている。
【００６５】
このように、ガス供給部５４から供給される２つの材料ガスＧ１・Ｇ２は、ガス配管１６ａ、ガス導入口１１ａを経てカソード電極１７ａのプラズマ領域１０ａに導入される経路（材料ガスＧ１の経路）と、ガス配管１６ｂ、ガス導入口１１ｂを経てカソード電極１７ｂのプラズマ領域１０ｂに導入される経路（材料ガスＧ２の経路）とを独立して有している。これにより、異なる種類のガスＧ１・Ｇ２を、それぞれ確実に、領域面積の異なるプラズマ領域１０ａ・１０ｂに供給できる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２の分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。
【００６６】
次に、カソード電極１７ｂの構成（形状）について説明する。図３に示すように、カソード電極１７ｂは、カソード電極１７ａよりも、アノード電極１３に近く配置されている。つまり、カソード電極１７ａとアノード電極１３の距離をｄ１、カソード電極１７ｂとアノード電極１３の距離をｄ２、とすると、ｄ１＞ｄ２の関係を満たしている。カソード電極１７ｂは、カソード電極１７ａとほぼ同一の電極部１７ｄと、導体部１７ｃとから形成されている。すなわち、絶縁体１８上に、カソード電極１７ａと電極部１７ｄとが設けらており、カソード電極１７ａと電極部１７ｄとの間に、絶縁体１４が設けられている。さらに、電極部１７ｄ上には、絶縁体１４の側面を、アノード電極１３方向（成膜基板２方向）に沿って伸びた導体部１７ｃが設けられている。図３の構成では、底面が直角三角形の三角柱が、絶縁体１４の側面に接して長手方向に沿って形成されている。
【００６７】
このように、カソード電極１７ｂは、電極部１７ｄおよび導体部１７ｃ全体として、カソード電極１７ｂとして機能している。すなわち、カソード電極１７ｂは、高周波電源５２ａ・５２ｂから電気エネルギーが与えられる電極部１７ｄと、実際にプラズマ放電した時に、プラズマと電極間でシース電位を形成する導体部１７ｃとから構成されている。そして、１つのアノード電極１３に着目すると、そのアノード電極１３と、その両側にあるカソード電極１７ａおよびカソード電極１７ｂ（導体部１７ｃ）との距離は異なるように構成されている。
【００６８】
また、プラズマ発生部１５は、成膜基板２から離間し、成膜基板２に対向して真空容器５０内に配置されている。そして、プラズマ発生部１５は、電力供給部５７（高周波電源５２ａ・５２ｂ）からの電力供給により、プラズマを発生する。すなわち、図２に示すように、本実施形態では、スイッチＳ（Ｓ１〜Ｓ４）の切り換えにより、カソード電極１７ａ・１７ｂには、高周波電源５２ａまたは５２から、電気的エネルギー（電力）が供給されるようになっている。
【００６９】
また、本実施形態では、カソード電極１７ｂは、電極部１７ｄと導体１７ｃとから構成されている。そして、導体部１７ｃが、カソード電極１７ａよりも、アノード電極１３に近く設けられている。図４（ａ）は、カソード電極１７ａ・１７ｂおよびアノード電極１３近傍の要部構成を示す断面図である。図１〜図３の構成では、導体１７ｃの形状が、図４（ａ）に示す構造である。
【００７０】
すなわち、図４（ａ）に示すように、プラズマ１０ｂ領域における電極部１７ｄ上に、成膜基板２に略垂直な断面が半三角形状の導体１７ｃが、電極部１７ｄ上に配置されている。
【００７１】
ここで、アノード電極１３とカソード電極１７ａとの距離（プラズマ領域１０ａにおけるアノード電極１３とカソード電極１７ａとの距離）をｄ１、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離をｄ２とする。このとき、ｄ１＞ｄ２の関係が成立する。すなわち、導体１７ｃを配置することによって、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離を減少させることができる。したがって、カソード電極１７に印加される電位が同じであれば、ｄ１＞ｄ２の関係より、プラズマ領域１０ａに比べてプラズマ領域１０ｂの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域１０ａに比べて、プラズマ領域１０ｂのエネルギーを大きくすることができる。
【００７２】
次に、プラズマＣＶＤ装置６０を用い、プラズマＣＶＤ法により成膜基板２に薄膜を形成する方法について、図１を参照して以下に説明する。
【００７３】
まず、電源５２ａ・５２ｂからカソード電極１７ａ・１７ｂに高周波電圧を印加すると、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂとの間に電界が発生する。これにより、プラズマ領域１０ａ・１０ｂには、絶縁破壊現象により、グロー放電として、プラズマが発生する。そして、プラズマ領域１０ａ・１０ｂに、ガス供給部５４からガス導入口１１ａ・１１ｂを通じて、異なるガスＧ１・Ｇ２を供給する。これにより、プラズマ領域１０ａ・１０ｂ中の電子により、ガスＧ１・Ｇ２は分解され、ラジカルＲ１・Ｒ２が生成する。すなわち、プラズマ領域１０ａ・１０ｂは、ガスＧ１・Ｇ２のラジカルＲ１・Ｒ２の生成空間となっている。
【００７４】
生成したラジカルＲ１・Ｒ２は、成膜基板２の方に拡散し、成膜基板２の表面（被処理面）に、付着・堆積する。これにより、成膜基板２表面に、膜が成長して薄膜が形成される。なお、薄膜の厚さは、プラズマ発生部１５への電力供給を制御することによって調節する。
【００７５】
また、プラズマ領域１０ａ・１０ｂで、ラジカルＲ１・Ｒ２が生成すると、プラズマ領域１０ａ・１０ｂと、カソード電極１７との間には、プラズマ中の電子や電荷によってシース電位が生じる。これにより、ラジカルＲが拡散されて成膜基板２表面に堆積し、薄膜が形成される。
【００７６】
このように、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂに高周波電圧を印加すると、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂとの間にプラズマを発生させるプラズマ領域１０ａ・１０ｂが形成される。そして、プラズマ領域１０ａ・１０ｂに供給されたガスＧ１・Ｇ２を分解してラジカルＲ１・Ｒ２を発生させることによって、成膜基板２表面に、ラジカルＲ１・Ｒ２を付着・堆積することによって、成膜基板２表面に薄膜を形成することができる。
【００７７】
このように、本実施形態では、成膜基板が、プラズマ放電空間にさらされることがない。つまり、成膜基板から離れた位置に、プラズマ放電空間が形成される。このため、プラズマ中で加速されたイオンが、成膜基板上に成膜された薄膜表面に衝突することがなくなる。従って、プラズマ中のイオンの衝突による薄膜の膜質劣化を防止することができる。
【００７８】
また、薄膜形成時に、複数の材料ガスを用いる場合、材料ガスの種類に応じて、異なるエネルギーを与えることが可能になるため、エネルギーの利用効率が向上するとともに、成膜基板の全面に均一な膜厚の薄膜を形成することが可能になる。したがって、本発明のプラズマプロセス装置による薄膜形成の応用範囲の拡大が期待できる。
【００７９】
また、分解効率の異なる種類の異なるガスを、異なるプラズマエネルギーを有するプラズマ放電空間中で、分解することができる。したがって、成膜基板上に形成される薄膜中の、水素濃度、ＮＨ結合濃度を容易に調整することが可能になるとともに、絶縁耐圧性や、成膜速度を向上させることができる。したがって、ガスの利用効率の向上や、エネルギー損失を少なくすることが可能になる。
【００８０】
また、アノード電極とカソード電極とを、成膜基板の法線方向から見て重ならないように、同絶縁体上に、絶縁体（誘電体）を介して配置することにより、アノード電極のカソード電極に対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。これにより、材料ガスを分解することにより発生したラジカルを成膜基板上に効率的に導くことができる。
【００８１】
以上のように、本実施形態では、プラズマ発生部１５に、領域面積が異なる複数のプラズマ領域１０ａ・１０ｂを有している。このため、プラズマ領域１０ａ・１０ｂでは、エネルギーの異なるプラズマが発生する。このため、複数種類の材料ガスＧ１・Ｇ２に、異なるエネルギーを与えることが可能である。すなわち、本実施形態では、領域面積の異なる複数のプラズマ領域１０ａ・１０ｂを有しているため、その領域１０ａ・１０ｂには、例えば、同一電源で異なった電界を形成することが可能となる。これにより、材料ガスＧ１・Ｇ２の種類に応じて、異なるエネルギーを与えることができる。その結果、均一に材料ガスＧ１・Ｇ２を分離・解離し、均一なラジカルを生成できる。従って、効率的にエネルギーを利用し、プラズマ処理のスループットも向上できる。
【００８２】
また、本実施形態では、プラズマ発生部１５が、互いに絶縁された、カソード電極１７ａ・１７ｂと、カソード電極１７ａ・１７ｂよりも成膜基板２に近接して設けられたアノード電極１３とを有しており、カソード電極１７ａ・１７ｂは、互いに絶縁され、アノード電極１３からの距離が異なる複数のカソード電極１７ａ・１７ｂ・・・を有している。
【００８３】
これにより、プラズマ領域１０ａ・１０ｂが、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３との間に形成される。すなわち、プラズマ領域１０ａ・１０ｂは、カソード電極１７ａのプラズマ放電面と、アノード電極１３のプラズマ放電面とに囲まれた部分となる。従って、アノード電極１３からの距離が異なる複数種類のカソード電極１７ａ・１７ｂによって、領域面積の異なる複数のプラズマ領域１０ａ・１０ｂが形成される。これにより、アノード電極１３に対するカソード電極１７ａ・１７ｂの配置状態に応じて、エネルギーの異なるプラズマが発生するため、複数種類の材料ガスＧ１・Ｇ２に、異なるエネルギーを与えることが可能である。これにより、材料ガスＧ１・Ｇ２に応じて、異なるエネルギーを与えることができる。
【００８４】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂおよびアノード電極１３のプラズマ放電面は、成膜基板２の被処理面から視認できる部分からなっている。
【００８５】
これにより、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２を分解することにより発生したラジカルを成膜基板２上に効率的に導くことができる。
【００８６】
また、本実施形態では、アノード電極１３が、カソード電極１７ａ・１７ｂ相互間に設けられた絶縁体１４上に配置されている。
【００８７】
これにより、絶縁体１４を介して、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３とが一体的に形成される。従って、プラズマ発生部１５の構成が簡素化できる。
【００８８】
また、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３とが絶縁体１４を介して設けられているため、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３のプラズマ放電面の対向する面に、プラズマが発生するのを防止できる。つまり、カソード電極１７ａ・１７ｂとアノード電極１３のプラズマ放電面の対向する面に、薄膜が形成されることを防止できる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２を分解することにより発生したラジカルを成膜基板２上に効率的に導くことができる。
【００８９】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂは、断面が凹形状のプラズマ放電面を有することを特徴としている。これにより、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面の面積を大きくできるため、カソード電極１７ａ・１７ｂで発生したプラズマやラジカルが、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果（高密度のプラズマが得られる効果）も得られる。
【００９０】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂにおける、アノード電極１３からの距離ｄ１＞ｄ２を満たす、複数のカソード電極１７ａ・１７ｂに対して、上記距離ｄ２のカソード電極１７ｂに、距離ｄ１のカソード電極１７ａよりも大きな電気エネルギーを供給する電気エネルギー供給部５７を備えている。
【００９１】
これにより、距離ｄ２のカソード電極１７ｂでより多くのプラズマエネルギーを発生させることができる。従って、距離ｄ２のカソード電極１７ｂでのガスの解離度（ラジカルの生成率）をより向上できる。
【００９２】
また、本実施形態では、電気エネルギー供給部５７は、カソード電極１７ａ・１７ｂに、同一の電気エネルギーを供給することも可能である。
【００９３】
これにより、異なる電気エネルギーの電気エネルギー供給部を備える必要がないため、電気エネルギー供給部５７の構成を簡素化できる。
【００９４】
また、本実施形態では、電気エネルギーが、１００ｋＨｚ以上、３００ＭＨｚ以下の周波数領域から選択されることが好ましい。
【００９５】
これにより、カソード電極１７ａ・１７ｂで、安定した放電が可能となり、膜厚の均一性が良くなる。また、カソード電極１７ａ・１７ｂでの、ガスの解離度（ラジカル生成率）の増加にも効果的である。
【００９６】
また、本実施形態では、材料ガスＧ１・Ｇ２を、材料ガスＧ１・Ｇ２の種類ごとに独立して、プラズマ発生部１５に導くガス配管１６（１６ａ・１６ｂ）を備えている。
【００９７】
これにより、異なる種類の材料ガスＧ１・Ｇ２を、それぞれ確実に、領域面積の異なる複数のプラズマ領域１０ａ・１０ｂに供給できる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２の分離・解離度に応じた、プラズマエネルギーを与えることができる。
【００９８】
また、本実施形態では、ガス配管１６（１６ａ・１６ｂ）は、材料ガスＧ１・Ｇ２を、カソード電極１７ａ・１７ｂ側に導いている。
【００９９】
これにより、ガス供給部５４から供給される材料ガスＧ１・Ｇ２が、ガス配管１６を経て、カソード電極１７ａ・１７ｂに導かれる。アノード電極１３は、カソード電極１７ａ・１７ｂよりも、成膜基板２側に近接しているため、材料ガスＧ１・Ｇ２を、カソード電極１７ａ・１７ｂからアノード電極１３側に向けて流すことができる。このため、成膜基板２に向かって、材料ガスＧ１・Ｇ２を、スムーズに流すことができる。また、カソード電極１７ａ・１７ｂと、アノード電極１３との間にプラズマ領域１０ａ・１０ｂが形成されるため、この領域内に材料ガスＧ１・Ｇ２を流すことができる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２がプラズマ領域１０ａ・１０ｂ内を流れる距離を長くできるため、材料ガスＧ１・Ｇ２の分離・解離を促進できる。
【０１００】
なお、本実施形態では、１つのカソード電極１７ａと、上記カソード電極１７ａを挟んで互いに対向する、一組の絶縁体１４およびアノード電極１３とによって囲まれた領域（断面が凹形状の空間）が、プラズマ領域１０ａである。プラズマ領域１０ａには、ガス供給部５４から、ガス導入口１０ａを介して、ガスＧ１が供給される。プラズマ領域１０ａに供給されたガスＧ１は、プラズマによって分離・解離し、ラジカルＲ１を生成する。そして、このラジカルＲ１が、成膜基板２に堆積し、薄膜を形成する。このように、プラズマ領域１０ａには、ガス供給部５４からガスＧ１が供給されるため、プラズマ領域１０ａは、ガス導入領域Ａともいえる。同様に、プラズマ領域１０ｂには、ガス供給部５４からガスＧ２が供給されるため、プラズマ領域１０ｂは、ガス導入領域Ｂともいえる。
【０１０１】
図３に示すように、本実施形態では、隣り合う絶縁体１４・１４間に、プラズマ領域１０ａ（ガス導入領域Ａ）とプラズマ領域１０ｂ（ガス導入領域Ｂ）とが、交互に形成されている。
【０１０２】
プラズマ領域１０ｂ（ガス導入領域Ｂ）では、電極部１７ｄ上に導体１７ｃが配置されているため、アノード電極１３とカソード電極１７ａとの距離と、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離は異なる。つまり、プラズマ領域１０ａ（ガス導入領域Ａ）とプラズマ領域１０ｂ（ガス導入領域Ｂ）とでは、領域面積が異なる。したがって、カソード電極１７ａ・１７ｂに同じ周波数、同じ電圧を印加した場合、プラズマ領域１０ａ・１０ｂで発生するプラズマエネルギーが異なる。これにより、プラズマ領域１０ａ・１０ｂに供給されたガスＧ１・Ｇ２に、異なるプラズマエネルギーを与えることができる。
【０１０３】
また、本実施形態では、ガス配管１６ａ、１６ｂはそれぞれ、ガス導入口１１ａ、１１ｂを介してそれぞれガス導入領域Ａ・Ｂ（プラズマ領域１０ａ・１０ｂ）に通じている。すなわち、ガス供給部５４から、ガス導入口１１ａ、１１ｂを通じて、ガス導入領域Ａ・Ｂに、異なる種類のガスＧ１・Ｇ２を供給することができる構成となっている。
【０１０４】
本実施形態では、アノード電極１３は、絶縁体１８上に設けられた絶縁体１４の先端に形成されているため、成膜基板２の法線方向から見たとき、アノード電極１３とカソード電極１７ａ・１７ｂとが重ならないように配置されている。すなわち、アノード電極１３のプラズマ放電面と、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面とは互いに対向しないように配置されている。
【０１０５】
これにより、アノード電極１３のカソード電極１７側の面は絶縁体１４に接触しているため、ガスＧが分解されて発生したラジカルＲを、アノード電極１３のカソード電極１７側の面に薄膜として付着させることなく、効率的に成膜基板２の表面に導くことができる
また、本実施形態では、カソード電極１７ｂが、絶縁体１４の側面に沿って伸びており、その断面は凹面状となっている。すなわち、カソード電極１７ｂのプラズマ放電面は凹面状となっている。これにより、絶縁体１４の側面（カソード電極１７ｂが形成されている面）と、カソード電極１７ｂの傾斜面とのなす角を鈍角（好ましくは１８０度）とするとができる。従って、カソード電極１７ｂの表面で発生したプラズマやラジカルが、絶縁体１４に衝突することによって、消滅するのを低減できる。また、断面が凹面形状であるため、ホローカソード効果も得られる。
【０１０６】
また、本実施形態では、ガス導入口１１ａ・１１ｂが、カソード電極１７ａ・１７ｂ側に形成されている。すなわち、ガス導入口１１ａ・１１ｂは、アノード電極よりも成膜基板２に離れて形成されている。これにより、カソード電極１７ａ・１７ｂ側から材料ガスＧ１・Ｇ２を、真空容器５０内に導入できる。このため、成膜基板２に向かって、材料ガスＧ１・Ｇ２をスムーズに流すことができる。また、カソード電極１７ａ・１７ｂと、アノード電極１３との間にプラズマ領域１０ａ・１０ｂが形成されるため、この領域内に材料ガスＧ１・Ｇ２を流すことができる。従って、材料ガスＧ１・Ｇ２がプラズマ領域１０ａ・１０ｂ内を流れる距離を長くできるため、材料ガスＧ１・Ｇ２の分離・解離を促進できる。
【０１０７】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂはそれぞれスイッチＳ（Ｓ１〜Ｓ４）を介して電源５２ａまたは５２ｂに接続可能になっている。このように、カソード電極１７ａ・１７ｂに印加する電力（電圧）や周波数を制御することができるため、さらにプラズマ領域１０ａ・１０ｂのエネルギーを制御することができる。これにより、より一層、材料ガスに適したプラズマエネルギーを与えることができる。従って、成膜基板２に形成される薄膜の組成をさらに細かく制御することが可能になる。
【０１０８】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面の面積が、アノード電極１３の放電面の面積よりも大きい構成である。これにより、アノードシース部の電界を大きくできる。その結果、カソードシース部に加えて、アノードシース部での材料ガスの解離が促進されるため、ガスの解離度を向上できる。なお、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面の面積を、アノード電極１３と同じ接地電位にある接地電位部の面積よりも大きくすることにより、より一層、ガスの解離度を向上できる。
【０１０９】
また、本実施形態では、材料ガスＧ１・Ｇ２は、形成する薄膜に応じて、設定するものである。例えば、後述の実施例のように、シリコン窒化膜を形成する場合、ガスＧ１として、モノシランガス、ガスＧ２として、アンモニアガスを用いれば、成膜基板２上にシリコン窒化膜を形成できる。
【０１１０】
アンモニアガスは、モノシランガスに比べて、分解効率（同じエネルギーを与えた時のガスの分解効率）が低い。すなわち、アンモニアガスは、モノシランガスに比べて、解離度（ガスを分解するのに必要なエネルギー）が高い。つまり、同じエネルギーを加えた場合、アンモニアガスは、モノシランガスよりも分解しにくい。このため、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置のように、同一のプラズマ領域内で、複数種類のガスを分解する構成では、アンモニアガスを分解しきれず、アンモニアガスの利用効率が低下することがある。
【０１１１】
これに対し、本実施形態では、アノード電極１３からの距離が異なるカソード電極１７ａ・１７ｂを備えている。このため、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離を、アノード電極１３とカソード電極１７ａとの距離よりも短くなっている。これにより、プラズマ領域１０ａに比べてプラズマ領域１０ｂの電界強度を大きくすることができる。したがって、プラズマ領域１０ｂは、プラズマ領域１０ａよりも、エネルギーの高い領域となる。すなわち、プラズマ領域１０ｂでは、多くのプラズマを発生できる。したがって、モノシランガスをプラズマ領域１０ａで分解し、アンモニアガスをプラズマ領域１０ｂで分解することにより、アンモニアガスにモノシランガスよりも高いエネルギーを与えることができる。このため、モノシランガスよりも分解しにくいアンモニアガスを、効率よく分解することが可能になる。
【０１１２】
このように、複数のガスを使用する際には、相対的に分解しにくいガスに、大きな電界を与えること、すなわち、相対的に分解しにくいガスを、プラズマエネルギーの高いプラズマ領域に供給することが好ましい。つまり、相対的に分解しにくいガスに対して、分解しやすいガスよりも大きな電気エネルギー（電圧や周波数）を与えることが好ましい。これにより、ガスの種類に応じた分解に必要なエネルギーを与えることが可能になるため、ガスの利用効率が向上するとともに、エネルギーも効率的に利用できる。
【０１１３】
また、本実施形態では、カソード電極１７ａ・１７ｂは、絶縁体１８上に形成されている。すなわち、カソード電極１７の裏側、つまり成膜基板２に対向する面は、絶縁体１８との接触面となっている。絶縁体１８がない場合、この接触面にも、プラズマが発生する。絶縁体１８を備えていれば、この接触面に、生成したラジカルＲが付着するのを防止できる。
【０１１４】
また、本実施形態では、アノード電極１３からのカソード電極１７ａ・１７ｂの距離ｄ１・ｄ２は、ｄ１＞ｄ２を満たしている。より好ましくは、ｄ１＞ｄ２＞５ｍｍである。なぜなら、プラズマ形成時に、カソード電極１７ａ・１７ｂ付近にはシースと呼ばれる部分が形成され、それらは各電極と同じく導体として機能し、シース部分の厚さがおよそ5mmであるためである。
【０１１５】
また、アノード電極１３間の距離（ｄ５）は、装置内にプラズマ放電空間を確保でき、分布斑による影響を受けない程度の距離であることが好ましい。距離ｄ５は、装置の規模にもよるが、例えば、１０ｍｍ以上とすることができる。ただし、３０ｍｍ以上とすると、分布斑の影響を受ける。
【０１１６】
アノード電極１３と成膜基板２との距離ｄ４は、プラズマ空間で生成したラジカルが、成膜基板の被処理面に均一に拡散できる程度の距離であることが好ましい。距離ｄ４は、距離ｄ５は、少なくとも５mm以上必要であり、分布斑の影響を回避するには、15mm以上であることが好ましい。
【０１１７】
なお、分布斑とは、プラズマ空間で生成されたラジカルが、成膜基板へ到達するまでに面内に均一に拡散しないため形成される。例えば、距離ｄ４が近すぎると、ラジカルが拡散するだけの距離が不足しているため、アノード電極の模様が形成される。
【０１１８】
本実施形態では、導体１７ｃの断面形状は、直角三角形であり、絶縁体１４の側面と電極部１７ｄに沿って（接して）、導体１７ｃがのびている。しかし、導体１７ｃの断面形状は、特に限定されるものではなく、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示す形状であってもよい。図４（ｂ）および図４（ｃ）は、カソード電極１７ａ・１７ｂおよびアノード電極１３近傍の要部構成を示す断面図である。なお、図４（ｂ）および図４（ｃ）の構成は、導体１７ｃの形状が異なる以外は、図４（ａ）の構成と同じであり、導体部１７ｃを設けることにより、カソード電極１７ｂとアノード電極１３との距離を、カソード電極１７ａとアノード電極１３との距離よりも、短くしている。
【０１１９】
図４（ｂ）に示すように、電極部１７ｄ上には、断面が長方形状の導体部１７ｃが配置されている。すなわち、電極部１７ｄ上には、絶縁体１４の側面に沿ってのびた四角柱の導体部１７ｃが形成されている。これにより、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離を、カソード電極１３ａとの距離よりも減少させることができる。
【０１２０】
図４（ｂ）の場合も、図４（ａ）の場合と同様に、ｄ１＞ｄ２の関係が成立しているため、カソード電極１７に印加される電圧が同じであれば、プラズマ領域１０ａに比べてプラズマ領域１０ｂの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域１０ｂには、より大きなプラズマエネルギー発生させることができる。
【０１２１】
また、図４（ｃ）に示すように、電極部１７ｄ上には、断面が扇形（１／４円）の導体１７ｃが配置されている。すなわち、電極部１７ｄ上には、絶縁体１４の側面に沿ってのびた１／４円柱の導体部１７ｃが形成されている。これにより、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離を、カソード電極１３ａとの距離よりも減少させることができる。
【０１２２】
図４（ｃ）の場合も、図４（ａ）の場合と同様に、ｄ１＞ｄ２の関係が成立しているため、カソード電極１７に印加される電圧が同じであれば、プラズマ領域１０ａに比べてプラズマ領域１０ｂの電界強度が大きくなる。したがって、プラズマ領域１０ｂには、より大きなプラズマエネルギー発生させることができる。
【０１２３】
このように、導体１７ｃの断面形状は、三角形状よりも１／４円形状の方が、さらに１／４円形状よりも長方形状の方が、カソード電極１７ｂとアノード電極１３との距離を短くすることができるため、凹空間Ａのプラズマ１０ａに比べて凹空間Ｂのプラズマ１０ｂのエネルギーを大きくすることができる。
【０１２４】
したがって、使用するガスの分解効率に応じて、導体１７ｃの大きさや形状、材質等を設定することにより、プラズマ１０ａ・１０ｂのエネルギーを調整することができる。これにより、ガスの利用効率およびエネルギーの利用効率を向上させることが可能になる。
【０１２５】
また、本実施の形態では、隣接する絶縁体１４間に、プラズマ領域１０ａ・１０ｂが交互に形成されている構成としたが、使用するガスの種類等に応じて、絶縁体１８におけるカソード電極１７ａ・１７ｂおよびアノード電極１３の配置位置、または、カソード電極１７ａ・１７ｂおよびアノード電極１３の形状や幅等を変更することにより、カソード電極１７ａ・１７ｂのプラズマ放電面を変更できる。すなわち、プラズマ領域１０ａ・１０ｂの割合や位置関係を、種々変更することが可能である。これにより、例えば、成膜基板２の位置によって膜厚や組成の異なる薄膜の形成など、所望の膜厚や組成を有する薄膜を形成することが可能になる。
【０１２６】
なお、本実施形態では、カソード電極１７ｂを構成する導体１７ｃは、電極部１７ｄ上の全面を覆う構成としているが、プラズマ領域１０ａの領域が、プラズマ領域１０ａと等しくならなければ、どのような構成であってもよい。例えば、電極部１７ｄ上に、任意に導体１７ｃを設ける構成であっても、同様の効果が得られる。
【０１２７】
また、本実施形態では、領域面積の異なるプラズマ領域１０ａ・１０ｂを有しているため、高周波電源５２ａ・５２ｂの電力および周波数は、同一でも異なっていてもよい。カソード電極１７ａ・１７ｂに、同一電力・同一周波数を、供給する場合、高周波電源５２ａ・５２ｂのいずれか１つを用いればよい。現行のプラズマＣＶＤ装置においては周波数13.56ＭＨｚが主流である。このため、高周波電源５２ａ・５２ｂの周波数として、例えば、13.56ＭＨｚを適用できる。一般的に、周波数を増加させると、成膜の前躯体であるラジカルの生成密度Grは、
Gr=k(Te)×Ne×Ng
で与えられる。ここで、k(Te)はラジカルが発生する反応定数、Neは電子密度、Ngは原料ガス密度である。すなわち、高周波電源５２ａ・５２ｂの周波数の増加は、ラジカル生成率の増加に効果的である。高周波電源５２ａ・５２ｂの周波数領域は、共に100kHz以上、300MHz以下の領域から選択することが好ましく、さらに、相対的に領域面積の大きいプラズマ領域（つまりアノード電極１３に近いカソード電極１７ｂ）に、より大きな周波数を与えることが好ましい。なお、周波数13.56MHzを適用すると、放電が安定しており、膜厚の均一性が良くなる。また、上記領域面積の大きいプラズマ領域（カソード電極１７ｂ）に、より大きな周波数を与えることによって、領域面積の差によるラジカル生成率（ガスの分解効率）の向上に加えて、周波数の違いによってもラジカル生成率が向上する。なお、周波数と同様に、電力（電圧）を変えることによっても、同様の効果が得られる。
【０１２８】
本実施形態では、ガス配管１６を、ガス配管１６ａおよび１６ｂの２つに分割する構成としたが、さらに、ガス配管を２種類以上に分割するとともに、導体１７ｃ以外に、２種類以上の導体１７ｃを用いて、それぞれ電極部１７ｄに配置することにより、さらに多くの種類のプラズマ領域を形成してもよい。すなわち、領域面積の異なるプラズマ領域を、多数形成してもよい。これにより、さらに多くの種類ガス材料Ｇからなる薄膜を形成することが可能になる。また、ガス材料Ｇの種類に応じて、用いるエネルギーや、組成の制御を行なうことができる。
【０１２９】
本実施形態では、絶縁体１４の材料としてアルミナを用いたが、各電極間を絶縁できれば、他の材料を使用してもよい。
【０１３０】
なお、本実施の形態では、薄膜の例として、アンモニアガスとモノシランガスとを用いてシリコン窒化膜を形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他、アモルファスシリコン膜やｎ＋シリコン膜、シリコン酸化膜等の各種の薄膜の形成に適用できる。すなわち、材料ガスＧ１・Ｇ２は、アンモニアガス、モノシランガスの他にも、プラズマ処理によって、目的の薄膜を形成しうる材料ガスを適用できる。
【０１３１】
また、本実施形態では、プラズマＣＶＤ法により成膜を行ったが、ドライエッチング法などによって、薄膜（レジスト）のエッチングを行なう場合にも本発明のプラズマプロセス装置を適用することができる。すなわち、本発明のプラズマプロセス装置には、本実施形態のように、基板上に薄膜を形成（成膜）するプラズマＣＶＤ装置（薄膜形成装置）の他、例えば、材料ガスを、エッチングガスとして、上記プラズマＣＶＤ装置と同様に、プラズマを発生させ、薄膜のエッチングを行うドライエッチング装置や、レジストを除去するアッシャー装置にも適用できる。
【０１３２】
なお、ドライエッチング装置、およびアッシャー装置では、プラズマの発生，ラジカルの生成は、プラズマＣＶＤ装置と同様のメカニズムであり、被処理基板４に到達したラジカルによって、薄膜（レジスト）を除去する点が、プラズマＣＶＤ装置とは異なる。また、材料ガスは、各装置に適したガスを適用すればよい。
【０１３３】
また、本実施形態では、図３のように、カソード電極１７ｂの領域には、対向する絶縁体１４・１４のそれぞれ内側に、導体部１７ｃを設けている。しかし、導体部１７ｃは、少なくとも、カソード電極１７ａのプラズマ領域１０ａと領域面積が異なるように（同じにならないように）設ければよい。例えば、図３では、隣り合う対向する２つの絶縁体１４・１４の内側に、それぞれ、導体１７ｃを設けているが、一方の絶縁体１４にのみ導体部１７ｃを設けてもよい。この場合も、プラズマ領域１０ｂとプラズマ領域１０ｂの領域面積は異なるため、同様の効果が得られる。
【０１３４】
本実施形態では、カソード電極１７ｂは、電極部１７ｄと導体部１７ｃとから構成されている。このため、電極部１７ｄとカソード電極１７ａとを同一部材から構成することも可能である。
【０１３５】
なお、本発明のプラズマプロセス装置を、以下の第１〜第１６プラズマプロセス装置として表現することもできる。
【０１３６】
すなわち、第１プラズマプロセス装置は、処理室と、前記処理室の内部に被処理基板が載置される基板保持部と、前記被処理基板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ガス導入口を備えるプラズマプロセス装置であって、材料ガス供給部からガス導入口へ通じているガス導入領域は、少なくとも２系統以上の空間に分離されている構成である。
【０１３７】
また、第２プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置において、上記複合電極は第１電極、および第１電極よりも被処理基板に近接して設けられた第２電極を有しており、前記第１電極および前記第２電極は、前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空間として機能する構成である。
【０１３８】
また、第３プラズマプロセス装置、第２プラズマプロセス装置において、上記第１電極は互いに導通することのない第１a電極（カソード電極１７ａ）と第1b電極（カソード電極１７ｂ）とに分類されており、それぞれ異なった電気的エネルギー供給源と電気的エネルギー供給源にスイッチを介して接続されている構成である。
【０１３９】
また、第４プラズマプロセス装置は、第２プラズマプロセス装置において、上記第２電極は前記第１a電極と第1b電極間に配置された絶縁体上に配置されている構成である。
【０１４０】
また、第５プラズマプロセス装置は、第２プラズマプロセス装置において、プラズマ放電空間は第１電極および絶縁体および第２電極で囲まれた凹面状である構成である。
【０１４１】
また、第６プラズマプロセス装置は、第２プラズマプロセス装置において、前記プラズマ空間の凹面内には第１電極上に導体（導体部１７ｃ）が上乗せされていないプラズマ空間（プラズマ領域）A、および上乗せされているプラズマ空間（プラズマ領域）Bに分類されている構成である。
【０１４２】
また、第７プラズマプロセス装置は、第６プラズマプロセス装置６において、前記第１電極上の導体の形は、長方体形状、あるいは半三角形状、あるいは1/4円形状である構成である。
【０１４３】
また、第８プラズマプロセス装置は、第２プラズマプロセス装置において、前記ガス導入口は凹面状を形成する第１電極側に形成されており、それぞれ第１a電極側のガス導入口１１ａ、および第１a電極側のガス導入口１１ｂに分類されている構成である。
【０１４４】
また、第９プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置または第２プラズマプロセス装置において、前記ガス配管の1つは第１a電極のガス導入口１１ａ、他方のガス配管は第１b電極のガス導入口１１ｂへ接続されている構成である。
【０１４５】
また、第１０プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第９プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記電気的エネルギー供給源５２ａは周波数が13.56MHz以下であり、上記電気的エネルギー供給源５２ｂは周波数が13.56MHzよりも高周波数である構成である。
【０１４６】
また、第１１プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第１０プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第１a電極を電気的エネルギー供給源５２ａに接続し、上記第１b電極を電気的エネルギー供給源５２ｂに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口１１ａ、およびガス導入口１１ｂより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
【０１４７】
また、第１２プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第１１プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第１a電極を電気的エネルギー供給源５２ｂに接続し、上記第１b電極を電気的エネルギー供給源５２ａに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口１１ａ、およびガス導入口１１ｂより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
【０１４８】
また、第１３プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第１０プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第１a電極、および第１b電極ともに電気的エネルギー供給源５２ａあるいは、電気的エネルギー供給源５２ｂに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口１１ａ、およびガス導入口１１ｂより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
【０１４９】
また、第１４プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第１０プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第１a電極、および第１b電極ともに電気的エネルギー供給源Aあるいは、電気的エネルギー供給源Bに接続し、電圧印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口１１ａ、およびガス導入口１１ｂより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
【０１５０】
また、第１５プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第９プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記電気的エネルギー供給源１１ａ、および電気的エネルギー供給源１１ｂは同周波数である構成である。
【０１５１】
また、第１６プラズマプロセス装置は、第１プラズマプロセス装置から第９プラズマプロセス装置、および、第１５プラズマプロセス装置のいずれかにおいて、上記第１a電極を電気的エネルギー供給源５２ａに接続し、上記第１b電極を電気的エネルギー供給源５２ｂに接続し、異なった電圧を印加させることによりプラズマ空間Aとプラズマ空間Bを形成させ、ガス導入口１１ａ、およびガス導入口１１ｂより材料ガスを導入し、プラズマCVD法により材料ガスを分解させる構成である。
【０１５２】
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれに開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【０１５３】
次に、プラズマＣＶＤ装置６０を用い、プラズマＣＶＤ法により、成膜基板２に、５種類のシリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜の成膜した。また、比較例として、従来の平行平板型プラズマＣＶＤ装置（図５参照）を用い、同様に成膜処理を行った。
【０１５４】
各実施例では、シリコン窒化（ＳｉＮｘ）膜の材料として、モノシランガス（ＳｉＨ４）とアンモニアガス（ＮＨ３）とを用いた。
【０１５５】
プラズマＣＶＤ装置６０において、室内圧力を１×１０−３〜１×１０−４Ｐａに保った真空容器５０に、ゲートバルブによって真空容器５０から遮断されたロードロックチャンバ（いずれも図示せず）を経由して成膜基板２を基板ホルダー３へ搬送した。そして、再び、真空ポンプ５５により真空容器５０内を１×１０−３〜１×１０−４Ｐａにまで排気した。
【０１５６】
次に、ガス供給部５４から、アンモニアガス（Ｇ１）およびモノシランガス（Ｇ２）をそれぞれガス導入口１１ａ・１１ｂから、プラズマ領域１０ａ・１０ｂに供給した。そして、カソード電極１７ａ・１７ｂに接続されている高周波電源５２ａ・５２ｂから高周波の電力を印加し、プラズマ放電により、プラズマ領域１０ａ・１０ｂにプラズマを発生させ、一定時間後、成膜基板２上に成膜を開始した。
【０１５７】
成膜終了後、プラズマ放電を止めて、真空容器５０内のガスを排気し、室内圧力を１×１０−３〜１×１０−４Ｐａの状態に戻し、ロードロックチャンバを経由して成膜基板２を大気中へ搬出した。
【０１５８】
なお、各実施例では、図１〜図４（ａ）に示すような、断面が直角三角形の導体１７ｃを使用した。
【０１５９】
また、アノード電極１３とカソード電極１７ａ電極との距離ｄ１を１０ｍｍ、アノード電極１３とカソード電極１７ｂとの距離ｄ２を５ｍｍ、成膜基板２とカソード電極１７ａ・１７ｃの距離ｄ３を３０ｍｍ、成膜基板２とアノード電極１３との距離ｄ４を２０ｍｍ、アノード電極１３間の距離ｄ５を２０ｍｍとした。
【０１６０】
なお、高周波電源５２ａ・５２ｂの電圧は、２００Ｗまたは４００Ｗ、周波数は、１３．５６ＭＨｚまたは２７．５６ＭＨｚとした。
【０１６１】
各実施例では、モノシランガスを、ガス導入口１１ａから流入させ、プラズマ領域１０ａ内のプラズマで分解した。また、アンモニアガスを、ガス導入口１１ｂから流入させ、プラズマ領域１０ｂ内のプラズマで分解した。すなわち、ガスＧ１がモノシランガス、ガスＧ２がアンモニアガスである。
【０１６２】
前述のように、プラズマ領域１０ｂは、プラズマ領域１０ｂよりも大きい電界を発生する。モノシランガスの分解効率は、アンモニアガスに比べると高いため、モノシランガスのを、ガス導入口１１ａから、プラズマ領域１０ａに導入することによって、プラズマ領域１０ａでのプラズマ励起法により分解した。
【０１６３】
また、アンモニアガスは、シリコンガスに比べると分解効率が低い（解離度が高い）ため、シリコンガスと同条件で分解すると、アンモニアガスが分解しきれないという欠点が生じる。この欠点を補うため、各実施例では、アンモニアガスを、ガス導入口１１ｂから、プラズマ領域１０ｂに導入することによって、プラズマ領域１０ｂでのプラズマ励起法による分解し、プラズマ領域１０ａよりも、プラズマ領域１０ｂの方が、高いエネルギーを与えることができるかを検討した。
【０１６４】
また、成膜基板２に成膜処理を行う成膜工程は、成膜基板２として、５ｉｎｃｈのシリコン基板を、ロードロック室からゲートバルブを介して、真空容器５０の基板ホルダー３へ搬入し、真空ポンプ５５により１×１０−３〜１×１０−４Ｐａに排気した。なお、成膜時の圧力は、２００Ｐａとした。
【０１６５】
続いて、ガス圧力を、１２０Ｐａに維持しながら、流量５０ｓｃｃｍのアンモニアガスをガス供給部５４より、ガス配管１６ｂを介してガス導入口１１ｂへ供給し、続いて、流量１０ｓｃｃｍのモノシランガスをガス供給部５４より、ガス配管１６ａを介してガス導入口１１ｂより供給した。なお、「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。
【０１６６】
次に、カソード電極１７ａ・１７ｂに、高周波電源５２より高周波の電圧を供給し、アノード電極１３との間でのプラズマ放電を利用し、それぞれのガス導入口１１ａ・１１ｂより導入されたガスを解離させ成膜を開始した。
【０１６７】
各実施例で、カソード電極１７ａ・１７ｂに供給した電圧・周波数（電気的エネルギー）、および、高周波電源５２ａ・５２ｂの接続状態は、以下のとおりである。
【０１６８】
〔実施例１〕
カソード電極１７ａを、高周波電源５２ａ（周波数１３．５６ＭＨｚ）に接続し、カソード電極１７ｂを高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、投入電力は両電源ともに４００Ｗで行い、プラズマ領域１０ａ、およびプラズマ領域１０ｂを形成した。
【０１６９】
〔実施例２〕
カソード電極１７ａを、高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、カソード電極１７ｂを高周波電源５２ａ（周波数１３．５６ＭＨｚ）に接続し、投入電力は両電源ともに４００Ｗで行い、プラズマ領域１０ａ、およびプラズマ領域１０ｂを形成した。
【０１７０】
〔実施例３〕
カソード電極１７ａを、高周波電源５２ａ（周波数１３．５６ＭＨｚ）に接続し、カソード電極１７ｂを、高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、投入電力は両電源ともに４００Ｗで行い、プラズマ領域１０ａ、およびプラズマ領域１０ｂを形成した。
【０１７１】
〔実施例４〕
カソード電極１７ａを、高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、カソード電極１７ｂを同じく、高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、投入電力は両電源ともに４００Ｗで行い、プラズマ領域１０ａ、およびプラズマ領域１０ｂを形成した。
【０１７２】
〔実施例５〕
カソード電極１７ａを高周波電源５２ａ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、カソード電極１７ｂを高周波電源５２ｂ（周波数２７．１２ＭＨｚ）に接続し、プラズマ領域１０ａ、およびプラズマ領域１０ｂを形成した。この時、カソード電極１７ａ、および１７ｂへの投入電力はそれぞれ２００Ｗ、および４００Ｗとした。
【０１７３】
〔比較例〕
図５に示す平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用いた以外は、実施例と同様の条件で成膜処理を行った。カソード電極１１７を高周波電源１５２（周波数１３．５６ＭＨｚ）に接続し、プラズマ領域１１０を形成した。この時、カソード電極１７への投入電力はそれぞれ４００Ｗとした。なお、成膜基板１０２とカソード電極１１７との距離、および、カソード電極１１７とアノード電極１１３との距離は、ともに３０ｍｍとした。
【０１７４】
〔実施例と比較例の評価〕
各実施例および比較例によって形成したシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ膜）を比較した結果を表１に示す。
【０１７５】
表１は、以上の実施例１〜５および比較例について、成膜速度、絶縁耐圧、膜中の水素結合濃度（Ｎ−Ｈ結合とＳｉ−Ｈ結合の和）、および膜中のＮＨ結合濃度の評価結果をまとめたものである。
【０１７６】
なお、水素結合濃度およびＮＨ結合濃度は、フーリエ変換赤外スペクトル法（FTIR）により、シリコンと水素の結合量および窒素と水素の結合量から同定した。すなわち、シリコン基板に窒化膜を堆積し、赤外レーザー光を照射し、その干渉波形をフーリエ変換処理することで、膜による赤外光の吸収をスペクトルとして測定した。
【０１７７】
また、絶縁耐圧は、例えばシリコン基板に窒化膜を堆積し、膜の厚み方向に500Ｖまでの電界印加を行う。この時、水銀を膜面に接触させ、水銀を介して電圧を印加している。絶縁耐圧は電圧印加した時に、電流が1μＡ/cm2になった時の電界を絶縁耐圧と定義してした。
【０１７８】
また、成膜速度は、シリコン基板上に形成した窒化膜の膜厚を成膜時間で割ることにより算出した。
【０１７９】
【表１】
2005260186.tif 000003
【０１８０】
以上の評価結果より、成膜速度は、実施例１〜５を比較しても有意差はなかったが、各実施例はいずれも比較例よりも成膜速度が高くなっている。
【０１８１】
また、絶縁耐圧を比較すると、実施例１〜５に比較して比較例は、３．２ＭＶ／ｃｍと著しく低いことがわかる。これは、比較例では、成膜基板が、プラズマ領域にさらされているため、プラズマ中で加速されたイオンの衝突により薄膜がダメージを受けていることが大きく影響していると考えられる。これに対し、成膜基板２がプラズマ領域１０ａ・１０ｂにさらされていない、各実施例では、絶縁耐圧は６．０ＭＶ／ｃｍ以上と高い値を示している。
【０１８２】
また、形成された薄膜の組成を比較すると、実施例１〜５では、比較例よりも、膜中水素濃度、ＮＨ結合濃度ともに高くなっている。実施例１〜５では、膜質改善と関係する膜中水素濃度は、比較例よりも高く、比較的よい特性が得られるとされている７×１０２１ｃｍ−３を越えている。これは、領域面積の異なるプラズマ領域１０ａ・１０ｂを用いた場合、相対的に領域面積の大きいプラズマ領域１０ｂで、高いプラズマエネルギーが発生したからである。すなわち、プラズマ領域１０ｂでは、モノシランガスよりも解離度の低いアンモニアガスに、モノシランガスよりも高いプラズマエネルギーを与えて解離させることが可能となり、アンモニアガスの解離が促進されたことためである。
【０１８３】
このように、各実施例では、比較例よりも、薄膜の組成（膜質）が改善された。
【産業上の利用可能性】
【０１８４】
本発明のプラズマプロセス装置は、電子産業におけるアモルファスシリコン等の半導体膜や絶縁膜のＣＶＤ法による薄膜の製造に用いられるとともに、ドライエッチングによるエッチング装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマプロセス装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマプロセス装置の要部構成を示す断面図である。
【図３】図１のプラズマプロセス装置の要部構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、図１のプラズマプロセス装置における、カソード電極およびアノード電極近傍の要部構成を示す断面図である。
【図５】従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１８６】
２  成膜基板（被処理基板）
１０ａ、１０ｂ  プラズマ領域
１１ａ、１１ｂ  ガス導入口
１３  アノード電極（第２電極）
１４  絶縁体
１５  プラズマ発生部
１６、１６ａ、１６ｂ  ガス配管（ガス導入経路）
１７ａ  カソード電極（第１電極，距離ｄ１の電極）
１７ｂ  カソード電極（第１電極，距離ｄ２の電極）
１８  絶縁体
５０  真空容器（処理室）
５２ａ、５２ｂ  高周波電源
５４  ガス供給部
５７  電気エネルギー供給部（第１エネルギー供給部、第２エネルギー供給部）
Ｇ１、Ｇ２    材料ガス（プラズマ処理用ガス）
【図１】
2005260186.tif 000004
【図２】
2005260186.tif 000005
【図３】
2005260186.tif 000006
【図４】
2005260186.tif 000007
【図５】
2005260186.tif 000008