(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノポールアンテナを用いて電磁波を放射することによりプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、
反応ガスが供給される容器と、
前記容器内に配設されると共にそれぞれ導電体のモノポールアンテナ本体が誘電体で被覆され、かつ互いに平行に配列された棒状の複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子に高周波電力を供給して各アンテナ素子から電磁波を放射させることにより前記容器内にプラズマを生成させる高周波電力供給部と、
を備え、
隣接する２本のアンテナ素子が、互いに接触しない間隔であり、かつ互いの中心間の間隔ｒ≦２０ｍｍ、前記モノポールアンテナ本体の半径ａと前記中心間の間隔ｒとの比率ｒ／ａ≦６．７にすると共に、隣接するアンテナ素子間における前記高周波電力供給部からの高周波電力の給電方向が互いに逆向きとなるように前記複数のアンテナ素子を配列することにより前記隣接する２本のアンテナ素子間で放電を発生させることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数のアンテナ素子は、前記容器内の上壁側に水平に配設されてアンテナアレイを構成し、
前記容器内の下壁側に水平に配設されると共に基板が載置される基板ステージと、
前記容器内の上壁と前記アンテナアレイとの間に水平に配設されると共に形成された複数の孔から前記容器内に前記反応ガスを供給するシャワーヘッドと
をさらに備え、前記容器内に生成されたプラズマを用いて前記基板上に膜を形成する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池などの製造時に、プラズマを用いて処理対象基板（基板）上に膜を形成するプラズマ成膜装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置として、例えば、ＥＣＲプラズマ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）ＣＶＤ装置や、ＩＣＰプラズマ（誘導性結合型プラズマ）装置などが知られている。また、本出願人は、特許文献１により、プラズマＣＶＤ装置において、例えば、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板上への成膜に対応するプラズマを発生させるアンテナアレイ方式のプラズマ源を提案している。
【０００３】
特許文献１には、表面が誘電体で覆われた棒状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、交互に給電方向を逆にして平行に、かつ、平面状に配置したアレイアンテナからなるプラズマ生成用アンテナが開示されている。このプラズマ生成用アンテナを用いることにより、電磁波の空間分布が一様で高密度なプラズマを発生させることができ、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板上であっても成膜することができる。
【０００４】
以下、プラズマ処理装置として、従来のアンテナアレイ方式を採用するプラズマＣＶＤ装置について説明する。
【０００５】
図１４は、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を表す一例の概略図である。同図に示すプラズマＣＶＤ装置７０は、成膜容器（成膜チャンバ）１２と、ガス供給部１５と、排気部１７とによって構成されている。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、棒状の複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。
【０００６】
シャワーヘッド２９は、矩形の金属製のものであり、成膜容器１２の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と平行に、成膜容器１２の内壁面に取り付けられている。複数の孔は、各々のアンテナ素子２６の長手方向に沿って、各々のアンテナ素子２６の両側（図中左右）の位置に形成されている。ガス供給部１５からガス拡散室４７内に供給された成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜室４８内に導入（供給）される。
【０００７】
アンテナ素子２６は、図１５に上方からの平面図を示すように、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）の長さの導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、誘電体からなる円筒部材４０に収納されたものである。高周波電力供給部３４で発生された高周波電力が分配器３６で分配され、各々のインピーダンス整合器３８を介して各々のアンテナ素子２６に供給されると、アンテナ素子２６とグランドとの間で放電して、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【０００８】
各々のアンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものであり、図１４中、紙面に垂直な方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２の側壁に取り付けられている。各々のアンテナ素子２６は、例えば、約５０ｍｍの間隔で平行に、かつ、基板ステージ３２の上面（基板４２の載置面）に対して平行に配設され、その配列方向も基板ステージ３２の上面に対して平行である。また、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設されている。
【０００９】
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の矩形の金属板である。基板ステージ３２は、図示していない支持部材によって、成膜容器１２内に水平に配設されている。
【００１０】
次に、プラズマＣＶＤ装置７０の成膜時の動作を説明する。
【００１１】
基板ステージ３２上に載置された基板４２の表面に、例えば、ＳｉＯ2膜（絶縁膜）を形成する場合、排気部１７により、成膜容器１２内が排気孔２５および排気管２３を介して真空引きされ、所定の圧力とされる。また、高周波電力供給部３４から高周波電力が各々のアンテナ素子２６に供給され、各々のアンテナ素子２６の周囲に電磁波が放射される。さらに、ヒータ３０により、基板ステージ３２が所定の温度に加熱される。
【００１２】
この状態で、成膜ガスとして、ガス供給部１５から酸素ガスおよびＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスが成膜容器１２のガス拡散室内に供給される。成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散され、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して成膜室４８内に導入される。成膜ガスは、各々のアンテナ素子２６により電離され、空間密度が略均一なプラズマが発生される。これにより、基板４２の表面にＳｉＯ2膜が形成される。
【００１３】
このように、アンテナアレイ方式のプラズマＣＶＤ装置７０であれば、１ｍ×１ｍ程度の大面積基板であっても、空間密度が略均一なプラズマを発生させることができるため、基板４２上に良質で膜厚が略均一なＳｉＯ2膜を形成することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
プラズマＣＶＤ法を用いたＳｉＯ2膜の成膜において、生成されたプラズマの空間密度やその分布（均一性）が、基板上に堆積されたＳｉＯ2膜の膜質や膜厚の均一性に深く関与することが知られている。アンテナアレイ方式のプラズマ源を用いることにより、大面積、高密度で均一なプラズマを生成できる。しかし、今後さらに、高密度で、かつ、均一なプラズマを生成し、良質で均一な膜を形成するプラズマ処理装置が求められている。
【００１６】
本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解消し、従来よりもさらに、高密度で均一なプラズマを生成し、このプラズマを用いて基板上に良質で均一な膜を形成することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、モノポールアンテナを用いて電磁波を放射することによりプラズマを生成するプラズマ処理装置であって、反応ガスが供給される容器と、前記容器内に配設されると共にそれぞれ導電体のモノポールアンテナ本体が誘電体で被覆され、かつ互いに平行に配列された棒状の複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子に高周波電力を供給して各アンテナ素子から電磁波を放射させることにより前記容器内にプラズマを生成させる高周波電力供給部と、を備え、隣接する２本のアンテナ素子が、互いに接触しない間隔であり、かつ互いの中心間の間隔ｒ≦２０ｍｍ、前記モノポールアンテナ本体の半径ａと前記中心間の間隔ｒとの比率ｒ／ａ≦６．７にすると共に、隣接するアンテナ素子間における前記高周波電力供給部からの高周波電力の給電方向が互いに逆向きとなるように前記複数のアンテナ素子を配列することにより前記隣接する２本のアンテナ素子間で放電を発生させることを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。
【００２０】
また、前記複数のアンテナ素子は、前記容器内の上壁側に水平に配設されてアンテナアレイを構成し、前記容器内の下壁側に水平に配設されると共に基板が載置される基板ステージと、前記容器内の上壁と前記アンテナアレイとの間に水平に配設されると共に形成された複数の孔から前記容器内に前記反応ガスを供給するシャワーヘッドとをさらに備え、前記容器内に生成されたプラズマを用いて前記基板上に膜を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明では、アンテナ素子間が接触せず、かつ、ｒ／ａ≦１１．６またはｒ≦３５ｍｍとなるようにアンテナ素子を配列することにより、隣接する２本のアンテナ素子間で放電させてプラズマを生成する。このプラズマは従来にない特徴を有し、非常に高密度で均一性も良好なプラズマである。そのため、本発明によれば、アンテナ間の放電で生成されたプラズマにより、従来よりもさらに膜質も膜厚均一性も良好な膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のプラズマ処理装置を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明のプラズマ処理装置の構成を表す一実施形態の概略図である。同図に示すプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ法を適用し、成膜ガス（反応ガス）を用いてプラズマを生成して、処理対象基板（基板）上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置１０である。プラズマＣＶＤ装置１０は、成膜容器１２と、ガス供給部１５と、真空ポンプなどの排気部１７とによって構成されている。
【００２４】
ガス供給部１５は、供給管１９を介して、成膜容器１２の上壁に形成された供給孔２１に接続されている。ガス供給部１５は、供給管１９および供給孔２１を介して、例えば、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスなどの成膜ガスをガス拡散室４７内に垂直方向に供給する。
【００２５】
一方、排気部１７は、排気管２３を介して、成膜容器１２の下壁に形成された排気孔２５に接続されている。排気部１７は、排気孔２５および排気管２３を介して、成膜室４８内に供給された成膜ガスを垂直方向に排気する。
【００２６】
図示を省略しているが、供給管１９の途中には、ガス供給部１５とガス拡散室４７との導通を制御する開閉弁（例えば、電磁弁）が設けられ、排気管２３の途中には、排気部１７と成膜室４８との導通を制御する開閉弁が設けられている。ガス供給部１５から成膜容器１２の成膜室４８内にガスを供給する場合には供給管１９の開閉弁が開放され、成膜室４８内に供給されたガスを排気する。
【００２７】
成膜容器１２は、金属製の中空箱形のものである。成膜容器１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔されたシャワーヘッド２９、棒状の複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１２とシャワーヘッド２９は接地されている。成膜容器１２の内部空間は、シャワーヘッド２９よりも上側のガス拡散室４７と、下側の成膜室４８とに分離されている。
【００２８】
シャワーヘッド２９は、例えば、所定径の複数の孔が開孔された矩形の金属板である。図１に示すように、シャワーヘッド２９は、成膜容器１２の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と平行に、成膜容器１２の内壁面に取り付けられている。シャワーヘッド２９に形成された複数の孔は、複数のアンテナ素子２６の各々の両側（図中左右）の位置に間歇的（所定の間隔毎）に、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向（図１中、紙面に垂直な方向）に沿って設けられている。
【００２９】
ガス供給部１５からガス拡散室４７内に供給された成膜ガスは、ガス拡散室４７内で拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜室４８内に導入（供給）される。
【００３０】
アンテナアレイ２８は、成膜ガスを用いてプラズマを発生するものであり、図１中、成膜容器１２の左右の側壁の間で、かつ、シャワーヘッド２９と基板ステージ３２との間に、複数のアンテナ素子２６の配列方向が、基板ステージ３２の上面（基板４２の載置面）に対して平行となるように配設されている。各々のアンテナ素子２６は、基板ステージ３２の上面と平行な方向に配置され、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔の直下にこないように、図１中、成膜容器１２の左右方向にずらして設けられている。
【００３１】
図２に上方からの平面図を示すように、高周波電力供給部３４で発生されたＶＨＦ帯（例えば、８０ＭＨｚ）の高周波電力（高周波電流）が分配器３６で分配され、インピーダンス整合器３８を介して、各々のアンテナ素子２６に供給される。インピーダンス整合器３８は、高周波電源供給部３４が発生する高周波電力の周波数の調整とともに用いられ、プラズマの生成中にアンテナ素子２６の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。
【００３２】
アンテナ素子２６は、例えば、銅、アルミニウム、白金等の導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）３９が、例えば、石英やセラミックスなどの誘電体からなる円筒部材４０に収納されて構成されている。アンテナ本体３９を誘電体で覆うことにより、アンテナとしての容量とインダクタンスが調整され、その長手方向に沿って高周波電力を効率よく伝播させることができ、アンテナ素子２６から周囲に電磁波を効率よく放射させることができる。
【００３３】
各々のアンテナ素子２６は、図１中、紙面に垂直な方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１２側壁に取り付けられている。また、各々のアンテナ素子２６は、その中心間の距離が所定の間隔、例えば、約２０ｍｍ間隔で平行に配設されており、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように（給電方向が互いに逆向きになるように）配設されている。これにより、電磁波は複数のアンテナ素子２６の配列方向にわたって均一に形成される。
【００３４】
アンテナ素子２６の長手方向の電界強度は、高周波電力の供給端でゼロ、先端部（供給端の逆端）で最大となる。従って、隣接するアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設し、それぞれのアンテナ素子２６に、互いに反対方向から高周波電力を供給することにより、それぞれのアンテナ素子２６から放射される電磁波が合成されて均一なプラズマが形成され、膜厚が均一な膜を形成することができる。
【００３５】
アンテナ素子２６は、本出願人が特許文献１で提案したものである。例えば、アンテナ本体３９の直径は約６ｍｍ、円筒部材４０の直径は約１２ｍｍである。成膜容器１２内の圧力が２０Ｐａ程度の場合、高周波電力供給部３４から約１５００Ｗの高周波電力を供給すると、アンテナ素子２６のアンテナ長が、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）に等しい場合に定在波が生じて共振し、アンテナ素子２６の周囲にプラズマが発生される。
【００３６】
基板ステージ３２は、成膜容器１２の内壁面よりも小さい寸法の、例えば、矩形の金属板である。基板ステージ３２は、図示していない支持部材によって、成膜容器１２内に水平に配設されている。
【００３７】
プラズマＣＶＤ装置１０の成膜時の動作は、図１４に示す従来のプラズマＣＶＤ装置７０の場合と同様であるから、繰り返しの説明を省略する。
【００３８】
ここで、プラズマＣＶＤ装置１０の特徴部分は、隣接する２本のアンテナ素子２６の中心間の間隔（アンテナ間隔）にある。アンテナ間隔は、図１４および図１５に示す従来のプラズマＣＶＤ装置７０では約５０ｍｍであったが、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、前述の通り、約２０ｍｍである。そのため、アンテナ素子２６の本数は、同一面積であれば、プラズマＣＶＤ装置７０よりも、プラズマＣＶＤ装置１０の方が多くなる。
【００３９】
従来のプラズマＣＶＤ装置７０では、成膜時に、各々のアンテナ素子２６に高周波電力が供給された時に、アンテナ間隔が、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間で放電してプラズマが生成される間隔、例えば、約５０ｍｍに設定されている。この場合、放電は、隣接する２本のアンテナ素子２６間では発生せず、各々のアンテナ素子２６とグランド（接地された成膜容器１２ないしシャワーヘッド２９）との間で発生する。
【００４０】
一方、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０では、成膜時に、各々のアンテナ素子２６に高周波電力が供給された時に、アンテナ間隔が、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電してプラズマが生成される間隔、例えば、約２０ｍｍに設定されている。この場合、放電は、主として、隣接する２本のアンテナ素子２６間で発生する。もちろん、放電は、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間でも多少は発生する。
【００４１】
アンテナ素子２６間で放電してプラズマが生成される間隔は、アンテナ素子２６の構成や成膜条件（処理条件）等の処理パラメータによって変化する。処理パラメータは、例えば、アンテナ本体３９のアンテナ半径（例えば、１〜６ｍｍ）およびアンテナ長（例えば、３８４〜９３１ｍｍ）、円筒部材４０の厚さ（例えば、１〜３ｍｍ）、アンテナ素子２６に供給される高周波電力のパワー（例えば、１本あたり４〜３７５Ｗ）、周波数（例えば、５０〜３９０ＭＨｚ）および位相（同相ないし逆相）、成膜ガス種（反応ガス種）（酸化ないし窒化ガス、不活性ガス等）および圧力（例えば、５〜２００Ｐａ）である。
【００４２】
ここで、上記処理パラメータの範囲において、詳細は後述するが、アンテナ間隔の上限は約３５ｍｍとする。アンテナ本体３９の半径をａ、隣接する２本のアンテナ素子２６の中心間の間隔をｒとして、アンテナ間隔の上限を両者の比率ｒ／ａで表現すると、ｒ／ａ＝約１１．６となる。一方、アンテナ間隔の下限は、隣接する２本のアンテナ素子２６同士が接触しない間隔とする。処理パラメータは、アンテナ間隔が、その上限と下限の範囲内となるのであれば、適宜自由に決定することができる。
【００４３】
以下、図１１に示すように、アンテナ本体３９の半径ａ＝３ｍｍのアンテナ素子２６を用いて、アンテナ間隔ｒを、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定して実験を行った場合の結果を例に挙げて説明を続ける。
【００４４】
本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１０において、上記処理パラメータとして、アンテナ本体３９のアンテナ半径＝３ｍｍ、アンテナ長＝３８４ｍｍ、円筒部材４０の厚さ＝２．５ｍｍ、アンテナ素子２６に供給される高周波電力のパワー＝１６０Ｗ、周波数＝１３０ＭＨｚ、位相＝同相、成膜ガス種＝アルゴンガス、窒化ガス、ＴＥＯＳ／Ｏ2ガスおよび圧力＝２０Ｐａとし、アンテナ間隔を、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定してプラズマを生成させてみたところ、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合だけに、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電することが分かった。つまり、アンテナ間隔が４０ｍｍ、６０ｍｍ（４０ｍｍ以上）の場合には、アンテナ素子２６とグランドとの間でのみ放電することが分かった。
【００４５】
図３〜図５は、それぞれ、アンテナ間隔を、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光（プラズマによる発光）の様子を表す図面代用写真である。これらの図面代用写真から、アンテナ間隔が、６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係でプラズマによる発光強度が強くなっていることが分かる。２０ｍｍの時に際立って発光強度が強く、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電していることが視覚的に確認できる。
【００４６】
以下、図６〜図１０を参照して、アンテナ間隔と、プラズマ発光強度（隣接する２本のアンテナ素子２６間の中央の平均）、プラズマ密度、イオン電流分布の不均一さ、絶縁膜の実効電荷密度および絶縁耐圧との関係を説明する。これらのグラフにおいて、横軸はアンテナ間隔（ｍｍ）であり、縦軸は、それぞれ、プラズマ発光強度（任意単位）、プラズマ密度（ｃｍ-3）、イオン電流分布の不均一さ（±％）、実効電荷密度（ｃｍ-2）、絶縁膜の絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）である。
【００４７】
ここで、プラズマ発光強度は、Ａｒ原子の発光（波長７５０．４ｎｍ）を干渉フィルタにて波長選択して、冷却ＣＣＤ（Charge Coupled Device：固体撮像素子）カメラにて検出した。また、プラズマ密度は、プラズマ吸収プローブで計測し、イオン電流分布の不均一さは、ラングミュアプローブで計測し、絶縁膜の実効電荷密度および絶縁耐圧は、水銀プローブで計測した。
【００４８】
図６は、アンテナ間隔とプラズマ発光強度（中央平均）の関係を表すグラフである。このグラフは、高周波電力＝１６０Ｗ、成膜容器１２内の圧力＝２０Ｐａとしてアルゴンプラズマを生成し、ＡｒＩ（アルゴン原子、波長＝７５０．４ｎｍ）の輝線を観測した結果である。プラズマ発光強度は、図３〜図５の写真で視覚的に確認された通り６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従ってプラズマ発光強度が高くなっていることが分かる。図中点線で示すように、アンテナ間隔が４０ｍｍの場合のプラズマ発光強度と６０ｍｍの場合のプラズマ発光強度をつなぐ直線の延長線上のプラズマ発光強度と比べて、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合のプラズマ発光強度は際立って高くなっている。
【００４９】
図７は、アンテナ間隔とプラズマ密度の関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で生成されたアルゴンプラズマの結果である。プラズマ密度は、６０ｍｍ＜４０ｍｍ＜２０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従ってプラズマ密度が高くなっていることが分かる。アンテナ間隔が４０ｍｍおよび６０ｍｍの場合のプラズマ密度と比べて、アンテナ間隔が２０ｍｍの場合（アンテナ間で放電する場合）のプラズマ密度は際立って高くなっている。
【００５０】
図８は、アンテナ間隔とイオン電流分布の不均一さの関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で生成された窒素プラズマの結果である。イオン電流分布の不均一さは、２０ｍｍ＜４０ｍｍ＜６０ｍｍの関係となっている。イオン電流分布は、プラズマ分布（均一性）を確認するための１つの指標となるものであるが、これもアンテナ間隔が狭くなるに従って不均一さが少なくなっている。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合が最も均一になっていることが分かる。
【００５１】
図９は、アンテナ間隔と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。このグラフは図６と同一条件で、アンテナアレイ２８と基板４２間の距離＝２５ｍｍとし、成膜ガスとしてＴＥＯＳ／Ｏ2ガス＝１０／２００ｓｃｃｍを用いて、ＳｉＯ2絶縁膜を成膜した結果である。成膜されたＳｉＯ2絶縁膜の実効電荷密度は、２０ｍｍ＜４０ｍｍ＜６０ｍｍの関係であり、アンテナ間隔が狭くなるに従って絶縁膜の実効電荷密度が少なくなっている。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合が最も少なくなっており、良質な絶縁膜が得られていることが分かる。
【００５２】
ここで、図１２は、プラズマ密度と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。このグラフの横軸はプラズマ密度（ｃｍ-3）であり、縦軸は実効電荷密度（ｃｍ-2）である。絶縁膜の実効電荷密度は、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲で十分少なくなっていることが分かる。このことから、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲では隣接するアンテナ間で放電が発生しており、そのために絶縁膜の実効電荷密度が少なくなっていると考えられる。
【００５３】
図１０は、アンテナ間隔と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。このグラフは図９と同一条件でＳｉＯ2絶縁膜を成膜した結果である。成膜されたＳｉＯ2絶縁膜の絶縁耐圧は、６０ｍｍ＜２０ｍｍ＜４０ｍｍの関係となっている。２０ｍｍ＜４０ｍｍであるが、この差は測定誤差であり、両者は同等な値であると考えられる。アンテナ間隔が２０ｍｍの場合には、絶縁耐圧が十分高くなっており、絶縁膜として良質な膜が形成されていることが分かる。
【００５４】
ここで、図１３は、プラズマ密度と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。このグラフの横軸はプラズマ密度（ｃｍ-3）であり、縦軸は絶縁膜の絶縁耐圧（ＭＶ／ｃｍ）である。絶縁膜の絶縁耐圧は、同様にプラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲で十分高くなっていることが分かる。このことから、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲では隣接するアンテナ間で放電が発生しており、そのために絶縁膜の絶縁耐圧が高くなっていると考えられる。
【００５５】
図１１は、アンテナ本体３９の半径ａ＝３ｍｍ、アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍに設定した時の、アンテナ本体３９の半径ａとアンテナ間隔ｒとの比率ｒ／ａを表す。比率ｒ／ａの値は、アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍの時が約６．７、ｒ＝４０ｍｍの時が約１３．３、ｒ＝６０ｍｍの時が２０である。アンテナ間隔ｒ＝２０ｍｍの時だけが、比率ｒ／ａ≦約１１．６である。本実施例の場合、前述の通り、プラズマ密度が約７．０×１０9ｃｍ-3を超える範囲であれば隣接するアンテナ間で放電が発生していると考えられるが、図７のグラフから、隣接するアンテナ間で放電が発生するアンテナ間隔ｒの上限は約３５ｍｍであることが分かる。
【００５６】
以上の結果から、隣接する２本のアンテナ素子２６間で放電して生成されたプラズマは、各々のアンテナ素子２６とグランドとの間で放電して生成されたプラズマと比べても非常に高密度で、かつ、均一性も良好であることが分かる。このようなプラズマ状態は、アンテナ間隔ｒ≦３５ｍｍであり、言い換えると、アンテナ本体３９の半径ａとアンテナ間隔ｒとの比率がｒ／ａ≦１１．６であり、かつ、隣接する２本のアンテナ素子２６同士が接触しない間隔の範囲で効率よく発生させることができる。図６および図７に示すように、アンテナ間隔＝２０ｍｍ（ｒ／ａ＝約６．７）の場合には、アンテナ間隔＝４０ｍｍ、６０ｍｍから予想されるプラズマ発光強度、プラズマ密度よりも極めて高い発光強度および密度を持つ。この顕著な効果が現れるのはｒ≦３５ｍｍ（ｒ／ａ≦約１１．６）の範囲である。
【００５７】
また、形成された膜の実効電荷密度や絶縁耐圧を考慮すると、アンテナ間の放電で生成されたプラズマにより堆積された膜の膜質は良好である。また、プラズマの均一性が良好なため、膜厚均一性が良好な膜を得ることができる。
【００５８】
なお、本発明のプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置に限らず、アンテナアレイをプラズマ源として用いてプラズマを生成し、生成されたプラズマを用いて基板を処理するものであれば、どのような装置にも適用可能である。例えば、アンテナアレイを成膜容器とは別のプラズマ発生容器内に配設し、プラズマ発生容器から成膜容器内にプラズマ（ラジカル）を輸送するリモートプラズマ方式を採用してもよい。
【００５９】
本発明のプラズマ処理装置において、上記処理パラメータの下で、プラズマで基板を処理する場合、成膜容器内の圧力、温度、処理時間、ガス流量などは、処理対象物、成膜容器および基板の寸法等に応じて適宜決定すべきものであり、上記実施形態に限定されない。また、本発明において処理対象物は何ら限定されない。また、成膜ガスは、処理対象物に応じて適宜決定すべきものである。
【００６０】
アンテナ素子の本数に制限はないが、発生されるプラズマの均一性を考慮して、隣接するアンテナ素子間で給電位置が互いに対向する側壁になるように配設することが望ましい。また、アンテナ素子の配置、寸法等も特に制限はない。
【００６１】
本発明は、基本的に以上のようなものである。
以上、本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の構成を表す一実施形態の概略図である。
【図２】図１に示すアンテナアレイの構成を表す平面概略図である。
【図３】隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を２０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。
【図４】隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を４０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。
【図５】隣接する２本のアンテナ素子間の間隔を６０ｍｍに設定した場合のアンテナ素子周辺の発光の様子を表す図面代用写真である。
【図６】アンテナ間隔とプラズマ発光強度（中央平均）の関係を表すグラフである。
【図７】アンテナ間隔とプラズマ密度の関係を表すグラフである。
【図８】アンテナ間隔とイオン電流分布の不均一さの関係を表すグラフである。
【図９】アンテナ間隔と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。
【図１０】アンテナ間隔と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。
【図１１】アンテナ本体の半径とアンテナ間隔の関係を表す概念図である。
【図１２】プラズマ密度と絶縁膜の実効電荷密度の関係を表すグラフである。
【図１３】プラズマ密度と絶縁膜の絶縁耐圧の関係を表すグラフである。
【図１４】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を表す一例の概略図である。
【図１５】図１４に示すアンテナアレイの構成を表す平面概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０，７０  プラズマＣＶＤ装置（プラズマ処理装置）
１２  成膜容器
１５  ガス供給部
１７  排気部
１９  供給管
２１  供給孔
２３  排気管
２５  排気孔
２６  アンテナ素子
２８  アンテナアレイ
３０  ヒータ
３２  基板ステージ
３４  高周波電力供給部
３６  分配器
３８  インピーダンス整合器
３９  アンテナ本体
４０  円筒部材
４２  処理対象基板（基板）
４７  ガス拡散室
４８  成膜室
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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【図５】
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