(57)【要約】【課題】互いに異なるガスをガス種に応じて適切にプラズマ化でき、高品質の薄膜を成膜できるプラズマ処理装置及び被処理体のプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】真空槽１と、真空槽１の内部空間８において被処理体４を保持するステージ３と、真空槽１内に配置され、内部空間８を被処理体４が配置される第１の空間８ａと第２の空間８ｂとに仕切る仕切部７と、仕切部７に設けられ、第１の空間８ａに向けてガスを放出するガス放出孔７ｃと、ガス放出孔７ｃに真空槽１外から第１のガスを導入する第１のガス導入部と、第２の空間８ｂに真空槽１外から第２のガスを導入する第２のガス導入部と、第１の空間８ａに容量結合プラズマを発生させる容量結合電極と、第２の空間８ｂ内部に配置され、第２の空間８ｂに誘導結合プラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生源とを備える。【選択図】図１
2012227307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体が収納される内部空間を有する反応室と、
前記反応室内に配置され、前記内部空間を前記被処理体が配置される第１の空間と前記第１の空間以外の第２の空間とに仕切る仕切部と、
前記仕切部に設けられ、前記第１の空間に向けてガスを放出するガス放出部と、
前記ガス放出部に前記反応室外から第１のガスを導入する第１のガス導入部と、
前記第２の空間に前記反応室外から前記第１のガスと異なる第２のガスを導入する第２のガス導入部と、
前記第２の空間に位置し、前記第１の空間に容量結合プラズマを発生させる容量結合電極と、
前記第２の空間内部又は前記第２の空間側外部に配置され、前記第２の空間に誘導結合プラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生源と、を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記仕切部が、前記容量結合電極の一方として用いられることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１のガス導入部は、前記仕切部内部に設けられたガス流路を有しており、該ガス流路と前記ガス放出部とが連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記仕切部に前記第１の空間と前記第２の空間とが連通する連通部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記ガス放出部は、前記仕切部の仕切面方向に亘って複数が分散配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
仕切部によって内部空間が第１の空間と第２の空間とに仕切られた反応室を用いて、前記第１の空間に被処理体を配置し、前記仕切部を通して前記第１の空間に第１のガスを導入するとともに、前記第２の空間に、前記第１のガスと異なる第２のガスを導入しつつ、前記第１の空間に容量結合プラズマを発生させて前記第１のガスをプラズマ化するとともに、前記第２の空間に誘導結合プラズマを発生させて前記第２のガスをプラズマ化し、プラズマ化によって生成された前記第１のガスのラジカルと前記第２のガスのラジカルとによって前記第１の空間内で前記被処理体の処理を行うことを特徴とする被処理体のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記第１のガスは、前記仕切部の仕切面方向に亘って前記第１の空間にシャワー状に放出されることを特徴とする請求項６記載の被処理体のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波放電によりプラズマ化された互いに異なるガスを用いて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置及び被処理体のプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高周波放電によりガスをプラズマ化させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置等のプラズマ処理装置には、高周波を放電させるアンテナをチャンバの外部に備えるものとチャンバの内部に備えるものとが知られている（例えば特許文献１〜３参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された外部アンテナ方式の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置（ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）−ＣＶＤ装置）を模式的に示す図である。
該ＣＶＤ装置８０は、半球状の石英容器を備えた反応室８１の外周に沿って上部から下部に向かって巻線状のヘリカルアンテナコイル８２が配置されており、該アンテナコイル８２に高周波電源８３が接続されている。すなわち、高周波電源８３の一端は、マッチングボックス８４を介してヘリカルアンテナコイル上部８２ａに接続され、他端はヘリカルアンテナコイル下部８２ｂと接続され接地されている。反応室８１は真空排気口８５を介して排気系８６に接続されている。反応室８１上部には、シャワーヘッド８９が配置されており、該シャワーヘッド８９にはガス導入管８８が接続され、ガス導入管８８にはガス導入系８７が接続されている。反応室８１内の下部には、処理対象物９０を載置するためのステージ９１が設置されていて、このステージ９１は接地されている。
【０００４】
上記図３に示すＣＶＤ装置８０では、次のようにして処理対象物９０表面に薄膜が形成される。反応室８１は、真空排気口８５を介して排気系８６により真空排気される。ガスは、ガス導入系８７からガス導入管８８を介して反応室８１上部のシャワーヘッド８９に導入される。アンテナコイル８２に高周波電源８３から高周波が印加されると、プラズマを生成する。高周波電源８３によるアンテナ電流が作る磁界の時間変化により電界を誘導し、この電界で電子が加速してプラズマ放電が起き、原料ガスによって処理対象物９０表面に薄膜が形成される。
【０００５】
また、図４は、特許文献２に記載された内部アンテナ方式の誘導結合型プラズマ装置を模式的に示す図である。
該装置では、矩形の真空槽１００の側壁１１２の各々より、導入フランジ１３０を介して、アンテナ１２５が内部に導入されている。アンテナ１２５は一端をマッチングボックス１２６を介して、高周波電源１２７に接続されており、他端は接地電位に接続されている。真空槽１００の下部には、真空槽１００内の排気を行うための排気用ポート１２３とヒーターが埋め込まれた基板ホルダー１２４が設けられている。ガスは側壁１１２に取り付けられたガス導入ポート１２２を介して導入される。
【０００６】
上記図４に示すプラズマ装置では、次のようにして処理対象物１４０表面に薄膜が形成される。真空槽１００を所定圧力まで真空排気し、基板ホルダー１２４上に処理対象物１４０を配置した状態で、ヒーターにより加熱し、ガス導入ポート１２２よりガスを導入し、アンテナ１２５に高周波電圧を印加すると、アンテナ１２５の周囲にプラズマが形成され、活性化された原料ガスによって処理対象物１４０表面に薄膜が形成される。
【０００７】
また、図５は、特許文献３に記載された誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
該ＣＶＤ装置２１０は、例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼等から構成され、真空状態に維持される円筒形の反応チャンバー２１２を備えている。反応チャンバー２１２内は、反応チャンバー２１２の底壁２１６に形成された排気口２１３を介して、真空ポンプ等の真空源に接続することによって、一定の真空状態に維持されるようになっている。反応チャンバー２１２内には、表面にシリコン薄膜等の薄膜を蒸着する基材Ａを設置する基材設置部を構成するステージ２１４が配置されている。反応チャンバー２１２の上方には、リング形状の高周波印加コイル２１８が設けられている。高周波印加コイル２１８の基端部分２２０及び２２２は、反応チャンバー２１２の頂壁２１７を貫通して、反応チャンバー２１２外部に設けられた高周波電源２２４に接続されている。高周波印加コイル２１８と高周波電源２２４の間には図示しないマッチング回路が配設されており、高周波電源２２４により発生した高周波を損失なく高周波印加コイル２１８へ伝播できるようになっている。また、反応チャンバー２１２の上方より反応ガスを導入するために、反応チャンバー２１２の頂壁２１７を貫通して、シャワー状あるいはリング状のガス導入ノズル２２５が設けられている。ガス導入ノズル２２５は、リング形状の高周波印加コイル２１８の中心を通過するように配置されている。
【０００８】
上記図５に示すＣＶＤ装置２１０では、次のようにして基材Ａ表面に薄膜が形成される。真空ポンプ等の真空源を作動して、排気口２１３を介して排気することにより、反応チャンバー２１２内を真空状態に維持する。次いで、反応チャンバー２１２の側部に接続された圧力調整室内に、処理すべき基材Ａを搬入した後、この圧力調整室内の圧力を反応チャンバー２１２内の圧力と同じ真空度になるように調整する。次いで、ゲートバルブを開放して、基材Ａを反応チャンバー２１２内のステージ２１４の上に載置する。次いで、反応チャンバー２１２の外部に設けられた高周波電源２２４から高周波印加コイル２１８に高周波を印加するとともに、ガス導入ノズル２２５を介して反応ガスを反応チャンバー２１２内に供給する。こうして反応ガスを供給しつつ高周波印加コイル２１８に印加された高周波により誘導結合型プラズマを発生させて、ステージ２１４に載置された基材Ａの表面にシリコン薄膜を析出形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−３０２６９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３９７１９号公報
【特許文献３】特開２００２−１６４２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、欠陥密度の低い高品質な微結晶シリコン薄膜を成膜するためには、水素ラジカルとシリル（ＳｉＨ３）ラジカルとが必要であるといわれている。しかしながら、一般的に、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）とが同時に存在するような空間では、プラズマエネルギーを上げると、水素の解離が進行し、水素ラジカルの生成量が増加するが、同時にシランの解離も進行する。このため、成膜種であるＳｉＨ３ラジカルの生成量が相対的に減少する。逆に、シランの解離を抑制するためにプラズマエネルギーを下げると、水素の解離する割合も減少し、その結果として水素ラジカルの生成量が減少する。
このように、水素ラジカルの生成量とＳｉＨ３ラジカルの生成量とを同時に増加することは、相反する両立困難なことであると知られている。
【００１１】
また、上記のような従来のプラズマ処理装置では、処理対象物が大面積の基板であっても、シリコン薄膜等の薄膜を均一な膜厚で形成することが望まれている。その一方で、従来のＩＣＰ−ＣＶＤ装置では、該装置に特有のアンテナ近傍における高密度プラズマによってシランの解離が過度に進行する。シランの過度の解離により、従来のＩＣＰ−ＣＶＤ装置では、ＳｉＨ３ラジカルの生成がうまくできず、ＳｉＨ３ラジカルの生成量よりもＳｉラジカル、ＳｉＨラジカル、ＳｉＨ２ラジカルの生成量が増加する。これらＳｉＨ３ラジカル以外のラジカルはシランと２次反応又は３次反応をすることにより、ダイマー、トリマー等が生成され、結果として膜の欠陥密度が増加し、膜質が低下するという問題が生じる。
上記のような理由により、従来のプラズマ処理装置では、膜質を向上するためにＳｉＨ３ラジカルの生成量と水素ラジカルの生成量の両方を増加させることは困難である。
【００１２】
また、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置では、生成されるプラズマの密度が高いため、膜質を考慮しなければ、微結晶シリコン膜を容易に成膜することができる。しかしながら、ＩＣＰ−ＣＶＤ装置では、高密度のアモルファスシリコン膜を成膜することは困難である。
【００１３】
本発明は、上記のような従来の課題を解決するためになされたもので、互いに異なるガスをガス種に応じて適切にプラズマ化でき、高品質の薄膜を成膜できるプラズマ処理装置及び被処理体のプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体が収納される内部空間を有する反応室と、前記反応室内に配置され、前記内部空間を前記被処理体が配置される第１の空間と前記第１の空間以外の第２の空間とに仕切る仕切部と、前記仕切部に設けられ、前記第１の空間に向けてガスを放出するガス放出部と、前記ガス放出部に前記反応室外から第１のガスを導入する第１のガス導入部と、前記第２の空間に前記反応室外から前記第１のガスと異なる第２のガスを導入する第２のガス導入部と、前記第２の空間に位置し、前記第１の空間に容量結合プラズマを発生させる容量結合電極と、前記第２の空間内部又は前記第２の空間側外部に配置され、前記第２の空間に誘導結合プラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生源と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の被処理体のプラズマ処理方法は、仕切部によって内部空間が第１の空間と第２の空間とに仕切られた反応室を用いて、前記第１の空間に被処理体を配置し、前記仕切部を通して前記第１の空間に第１のガスを導入するとともに、前記第２の空間に、前記第１のガスと異なる第２のガスを導入しつつ、前記第１の空間に容量結合プラズマを発生させて前記第１のガスをプラズマ化するとともに、前記第２の空間に誘導結合プラズマを発生させて前記第２のガスをプラズマ化し、プラズマ化によって生成された前記第１のガスのラジカルと前記第２のガスのラジカルとによって前記第１の空間内で前記被処理体の処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
上記本発明によれば、第１のガスは、反応室の内部空間を第１の空間と第２の空間とに仕切る仕切部のガス放出部を通して第１の空間に導入される。一方、第２のガスは、第２の空間に導入される。このようなガス導入において、第１のガスは、第２の空間に位置する容量結合プラズマ発生源である容量結合電極によりプラズマ化され、第２のガスは、第２の空間内部又は第２の空間側外部に配置された誘導結合プラズマ発生源によりプラズマ化される。このように、第１のガスと第２のガスとは互いに別個独立のプラズマ発生源によりプラズマ化されるため、第１のガスと第２のガスとを互いに異なるエネルギーでプラズマ化することができる。これにより、第１のガスと第２のガスとをガス種に応じて適切にプラズマ化することができる。したがって、上記本発明によれば、第１のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種と、第２のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種とをそれぞれ薄膜の成膜に好適な生成量で生成することができ、高品質の薄膜を成膜することができる。
【００１６】
なお、第２の空間においてプラズマ化された第２のガスは、第１の空間に導入される必要がある。このためには、第１の空間と第２の空間とが連通する連通部を反応室内に設ければよい。例えば、連通部は、連通孔等として仕切部に設けることができる。第２の空間においてプラズマ化された第２のガスは、連通部を介して第１の空間に導入される。こうして、第１の空間において容量結合電極によりプラズマ化された第１のガスと、第２の空間において誘導結合プラズマ発生源によりプラズマ化された第２のガスとにより、第１の空間において被処理体上に薄膜が形成される。
【００１７】
容量結合プラズマ発生源である容量結合電極は、第２の空間に位置し、第１の空間に容量結合プラズマを発生させることができるものであれば、特に限定されるものではない。例えば、容量結合電極の一方としては、仕切部を用いることができ、また、仕切部とは別個独立に設けられた電極を用いることもできる。容量結合電極の他方としては、反応室の内部空間において被処理体を保持する保持部や、反応室の第１の空間側壁部を用いることができ、また、これらとは別個独立に設けられた電極を用いることもできる。なかでも、容量結合電極として、仕切部と、保持部又は反応室の第１の空間側壁部とを用いれば、部品点数が少なくメンテナンス性に優れた装置構成を実現することができる。なお、容量結合電極は、プラズマの発生効率の観点からは、互いに対向して配置された一対の平行平板電極状に構成されていることが好ましい。
また、誘導結合プラズマ発生源は、第２の空間内部又は第２の空間側外部に配置され、第２の空間に誘導結合プラズマを発生させることができるものであれば、特に限定されるものではない。誘導結合プラズマ発生源としては、例えば、第２の空間内部又は第２の空間側外部に配置されたアンテナを有するものを用いることができる。
【００１８】
例えば、微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等のシリコン膜を成膜する際には、第１のガスとしてシラン系ガスを選択し、第２のガスとして水素含有ガスを選択することができる。シラン系ガスとしては、シランガス、ジシランガス等が挙げられる。水素含有ガスとしては、水素の単一ガス、又は、水素ガスと希ガス、ホスフィンガス及びジボランガスのうちの１種以上とを含む混合ガスが挙げられる。例えば、水素＋希ガス、水素＋ホスフィン、水素＋ホスフィン＋希ガス、水素＋ジボラン、水素＋ジボラン＋希ガス等が示される。
【００１９】
シラン系ガスは、第１の空間において、容量結合電極によりプラズマ化されて、成膜種となるＳｉＨ３ラジカルが生成される。例えば、仕切部等の容量結合電極の一方に印加する高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、仕切部と保持部との間の距離を適宜設定したりする等、容量結合電極によるシラン系ガスのプラズマ化の条件を適宜設定することにより、Ｓｉラジカル、ＳｉＨラジカル、ＳｉＨ２ラジカルへの分解を抑制しつつ、ＳｉＨ３ラジカルをシリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができる。
他方、水素含有ガスは、第２の空間において、誘導結合プラズマ発生源によりプラズマ化されて、水素ラジカルが生成される。例えば、誘導結合プラズマ発生源のアンテナに印加する高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、該アンテナのインダクタンスを適宜設定したりする等、誘導結合プラズマ発生源による水素含有ガスのプラズマ化の条件を適宜設定することにより、水素ラジカルをシリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができる。
なお、第２の空間において生成された水素ラジカルは、第２の空間から第１の空間に連通部を介して導入される。
【００２０】
以上のように、本発明によれば、微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等のシリコン膜を成膜する場合には、シラン系ガスと水素含有ガスとを互いに別個独立のプラズマ発生源によりプラズマ化するため、ＳｉＨ３ラジカルと水素ラジカルとをそれぞれシリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができる。これにより、被処理体上に欠陥密度の低い微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等の高品質のシリコン膜を成膜することができる。
但し、本発明としては、上記処理内容に限定されるものではない。
【００２１】
なお、第１のガス導入部は、仕切部内部に設けられたガス流路を有するように構成してもよく、該ガス流路と前記ガス放出部が連通しているようにすることができる。
また、ガス放出部は、前記仕切部の仕切面方向に亘って複数が分散配置されていてもよい。分散配置された複数のガス放出部は、仕切面の仕切方向に亘って第１のガスを第１の空間にシャワー状に放出することができる。このように第１のガスをシャワー状に放出することにより、被処理体の中心部から周縁部に亘って、より均一な膜厚及び膜質を有する薄膜を成膜することができる。
【００２２】
また、仕切部及び保持部は、それぞれ金属部材等の導電性部材で構成することができる。仕切部及び保持部は、導電性部材で構成されていることにより、容量結合電極として機能することができる。
また、保持部にバイアス電圧を印加して、ラジカルの移動を調整するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
すなわち、本発明によれば、仕切部によって内部空間が第１の空間と第２の空間とに仕切られた反応室を用いて、前記第１の空間に被処理体を配置し、前記仕切部を通して前記第１の空間に第１のガスを導入するとともに、前記第２の空間に、前記第１のガスと異なる第２のガスを導入しつつ、前記第１の空間に容量結合プラズマを発生させて前記第１のガスをプラズマ化するとともに、前記第２の空間に誘導結合プラズマを発生させて前記第２のガスをプラズマ化し、プラズマ化によって生成された前記第１のガスのラジカルと前記第２のガスのラジカルとによって前記第１の空間内で前記被処理体の処理を行うので、互いに異なるガスをガス種に応じて適切にプラズマ化することができ、高品質の薄膜を成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態のプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図２】同じく、他の実施形態のプラズマ処理装置を示す概略図である。
【図３】従来の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図４】従来の誘導結合型プラズマ装置を模式的に示す図である。
【図５】従来の他の誘導結合型プラズマＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本実施形態のプラズマ処理装置を示す概略図である。
本実施形態のプラズマ処理装置は、本発明の反応室に相当する真空槽１を有している。真空槽１は、周側壁１ａ１及び底板１ａ２により構成される真空槽下部本体１ａと、周側壁１ｂ１及び天板１ｂ２により構成される真空槽上部本体１ｂとを有している。
真空槽下部本体１ａと真空槽上部本体１ｂとは、後述する板状の仕切部７を介して上下に重ねられて密閉されている。なお、真空槽下部本体１ａと仕切部７との間には絶縁板７１ａが介在されており、真空槽下部本体１ａと仕切部７との間が絶縁されている。また、真空槽上部本体１ｂと仕切部７との間には絶縁板７１ｂが介在されており、真空槽上部本体１ｂと仕切部７との間が絶縁されている。
【００２６】
真空槽下部本体１ａの周側壁１ａ１及び底板１ａ２は一体に構成され、真空槽上部本体１ｂの周側壁１ｂ１及び天板１ｂ２とは別体で構成されている。周側壁１ｂ１及び天板１ｂ２とは、密着固定されているものの、互いに分離できるようにしてもよい。例えば、周側壁１ｂ１を高さの異なるものに変更することで、真空槽１の高さを容易に変更できる。
また、周側壁１ｂ１の内径は周側壁１ａ１の内径よりも大きく、周側壁１ｂ１の外径と周側壁１ａ１の外径とは一致しており、周側壁１ｂ１の壁厚は周側壁１ａ１の壁厚よりも小さくなっている。
【００２７】
真空槽下部本体１ａの内部中央には、ステージ３が設置されている。ステージ３は、真空槽下部本体１ａの底板１ａ２上に設けられた支持部３ａにより支持されている。ステージ３は、金属部材等の導電性部材で構成されており、仕切部７とともに本発明の容量結合電極として機能する。ステージ３は、支持部３ａ及び底板１ａ２を介して接地電位に接続されている。
ステージ３上には、プラズマ処理を行うべき被処理体４が載置されて保持されるようになっている。被処理体４は、例えば、半導体基板、ガラス基板等の基板である。ステージ３には、図示しない加熱用ヒーターが埋設されている。
【００２８】
真空槽上部本体１ｂの天板１ｂ２中央には、高周波放電により真空槽１内に誘導結合プラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生部５が下向きに設けられている。誘導結合プラズマ発生部５は、マッチング回路等を備えた誘導結合プラズマ発生部本体５ａと、真空槽１内に高周波放電を発生させて誘導結合プラズマを発生させる誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂとを有している。誘導結合プラズマ発生部本体５ａは、真空槽上部本体１ｂの天板１ｂ２中央に嵌装されている。誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂは、誘導結合プラズマ発生部本体５ａの真空槽１内側に接続され、真空槽１内の上部に配置されている。誘導結合プラズマ発生部５は、本発明の誘導結合プラズマ発生源に相当する。
また、誘導結合プラズマ発生部本体５ａの真空槽１外側には、高周波電源６が接続されている。
【００２９】
上記真空槽下部本体１ａと真空槽上部本体１ｂとの間の仕切部７は、ステージ３に載置された被処理体４に対向するように配置されている。真空槽１の内部空間８は、仕切部７により、被処理体４が配置されるステージ３側の第１の空間８ａと、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂ側の第２の空間８ｂとに仕切られている。
【００３０】
仕切部７は、金属部材等の導電性部材で構成されており、ステージ３とともに本発明の容量結合電極として機能する。仕切部７には、真空槽１外側に配置された高周波電源９が接続されている。
【００３１】
上記高周波電源９、６の出力周波数は、それぞれプラズマ化すべき後述の第１のガス及び第２のガスの種類に応じて設定されている。例えば、第１のガスとしてシランガスを用い、第２のガスとして水素ガスを用いて被処理体４上にシリコン膜を形成する場合、高周波電源９の出力周波数は例えば１３．５６ＭＨｚに設定されている。これに対し、高周波電源６の出力周波数は高周波電源９の出力周波数と同じく例えば１３．５６ＭＨｚ又は高周波電源９の出力周波数よりも高い周波数に設定されている。このように、第１のガス及び第２のガスの種類に応じて高周波電源９、６の出力周波数を適宜設定することにより、第１のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種の生成量及び第２のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種の生成量を互いに独立して制御することができる。
【００３２】
仕切部７の内部には、第１のガスが流通するガス流路７ｂが形成されている。ガス流路７ｂは、仕切部７の板面に沿って均等に複数本に分岐している。
ガス流路７ｂの下面には、ガス流路７ｂに連通する複数のガス放出孔７ｃが仕切部７の板面方向に亘って分散配置されている。ガス放出孔７ｃは、仕切部７の板面に沿った断面において、好適には直径１ｍｍの円形の断面形状を有している。ガス放出孔７ｃは、本発明のガス放出部に相当する。
【００３３】
さらに、仕切部７には、前記ガス放出孔７ｃと区別されて上下面に貫通する複数の連通孔７ｄが仕切部７の板面方向に亘って分散配置されている。第１の空間８ａと第２の空間８ｂとは、連通孔７ｄを介して連通している。連通孔７ｄは、仕切部７の板面に沿った断面において、好適にはガス放出孔７ｃと同じく直径１ｍｍの円形の断面形状を有している。連通孔７ｄは、本発明の連通部に相当する。
【００３４】
真空槽下部本体１ａの周側壁１ａ１には、第１のガスが流通するガス流路１０が設けられている。ガス流路１０は、真空槽下部本体１ａの周側壁１ａ１外周面上部及び周側壁１ａ１上端面に開口している。真空槽下部本体１ａの周側壁１ａ１上端面に開口するガス流路１０の開口部は、絶縁板７１ａに形成された開口部を介して、仕切部７の端部下面に開口するガス流路７ｂの開口部に連通している。真空槽下部本体１ａの周側壁１ａ１外周面上部に開口するガス流路１０の開口部には、第１のガスが導入される第１のガス導入口１１が設けられている。
第１のガス導入口１１に導入される第１のガスは、ガス流路１０及びガス流路７ｂを通して、ガス流路７ｂに導入され、複数のガス放出孔７ｃから第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に放出される。第１のガス導入口１１、ガス流路１０、及びガス流路７ｂは、本発明の第１のガス導入部を構成する。第１のガス導入口１１には、第１のガス供給管１２を介して、第１のガスを供給する第１のガス供給源１３が接続されている。
【００３５】
また、第１のガス導入口１１に対向する側の真空槽上部本体１ｂの周側壁１ｂ１には、第２のガスが流通するガス流路１４が設けられている。ガス流路１４は、真空槽上部本体１ｂの周側壁１ｂ１の外周面上部及び周側壁１ｂ１の内周面上部に開口している。真空槽上部本体１ｂの周側壁１ｂ１の外周面上部に開口するガス流路１４の開口部には、第２のガスが導入される第２のガス導入口１５が設けられている。第２のガス導入口１５に導入される第２のガスは、ガス流路１４を通して真空槽１内の第２の空間８ｂに導入される。
【００３６】
第２のガス導入口１５及びガス流路１４は、本発明の第２のガス導入部を構成する。第２のガス導入口１５には、第２のガス供給管１６を介して、第２のガスを供給する第２のガス供給源１７が接続されている。
【００３７】
真空槽下部本体１ａの底板１ａ２には、真空槽１内の第１の空間８ａに接続されたガス排気路２ａが設けられている。ガス排気路２ａには、真空排気系２が接続されている。真空排気系２により、真空槽１内の第１の空間８ａと、連通孔７ｄを介して第１の空間８ａに連通する第２の空間８ｂとを互いに同等の真空度に真空排気することが可能になっている。
【００３８】
次に、上記図１に示すプラズマ処理装置の動作について説明する。
まず、ステージ３上に被処理体４を載置して保持する。次いで、真空排気系２により真空槽１内を真空排気し、真空槽１内を所定の真空度の真空状態とする。第１の空間８ａと第２の空間８ｂとは、これらを連通する複数の連通孔７ｄにより、互いに同じ真空度の真空状態となる。真空槽１内が所定の真空度となった後、ステージ３に埋設された加熱用ヒーターにより、ステージ３上の被処理体４を所定の温度に加熱する。なお、真空排気系２では、以後、真空槽１内が所定の真空度に維持されるように真空排気を継続する。
【００３９】
次いで、第１のガス供給源１３から、第１のガス供給管１２を通して第１のガスを第１のガス導入口１１に導入する。第１のガス導入口１１に導入された第１のガスは、ガス流路１０を通して、仕切部７に形成されたガス流路７ｂに導入される。ガス流路７ｂに導入された第１のガスは、複数のガス放出孔７ｃから第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に均一に放出される。
【００４０】
また、上記第１のガスの導入と並行して、第２のガス供給源１７から、第２のガス供給管１６を通して第２のガスを第２のガス導入口１５に導入する。第２のガス導入口１５に導入された第２のガスは、ガス流路１４を通して真空槽１内の第２の空間８ｂに導入される。第２の空間８ｂに導入された第２のガスは、仕切部７の複数の連通孔７ｄを通して第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に均一に放出される。
【００４１】
上記のように第１のガスと第２のガスとを真空槽１内に導入しつつ、高周波電源９により仕切部７に高周波電圧を印加するとともに、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂに、プラズマ発生部本体５ａのマッチング回路等を介して、高周波電源６により高周波電圧を印加する。
仕切部７とステージ３との間の第１の空間８ａでは、高周波電圧が印加された仕切部７及びステージ３により、高周波放電が発生して容量結合プラズマが発生する。これより、第１のガスがプラズマ化されて第１のガスのラジカル等の反応種が生成される。第１のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種の生成量は、高周波電源９により仕切部７に印加される高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、仕切部７とステージ３との間の距離を適宜設定したりすることにより制御することができる。
また、第２の空間８ｂでは、高周波電圧が印加された誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂにより、高周波放電が発生して誘導結合プラズマが発生する。これにより、第２のガスがプラズマ化されて第２のガスのラジカル等の反応種が生成される。第２のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種の生成量は、高周波電源６により誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂに印加される高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂのインダクタンスを適宜設定したりすることにより制御することができる。
【００４２】
第２の空間８ｂ内においてプラズマ化された第２のガスは、仕切部７の複数の連通孔７ｄから第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に均一に放出される。第１の空間８ａ内には、プラズマ化された第１のガスが存在している。これにより、プラズマ化された第１のガスとプラズマ化された第２のガスとが、第１の空間８ａ内の被処理体４の近傍で接触して反応する。この結果、被処理体４上に薄膜が成膜される。
上述のように、本実施形態においては、第１のガスと第２のガスとは互いに別個独立のプラズマ発生源によりプラズマ化されるため、第１のガスと第２のガスとを互いに異なるエネルギーでプラズマ化することができる。これにより、第１のガスと第２のガスとをガス種に応じて適切にプラズマ化することができる。したがって、第１のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種と、第２のガスのプラズマ化により生成されるラジカル等の反応種とをそれぞれ薄膜の成膜に好適な生成量で生成することができ、高品質の薄膜を成膜することができる。
【００４３】
具体的には、上記図１に示すプラズマ処理装置を用いて被処理体４上に微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等のシリコン膜を成膜する場合、例えば、第１のガスとしてＳｉＨ４ガスを用い、第２のガスとして水素ガスを用いる。
仕切部７とステージ３との間の第１の空間８ａでは、高周波電圧が印加された仕切部７及びステージ３により容量結合プラズマが発生する。これにより、ＳｉＨ４ガスがプラズマ化されて成膜種となるＳｉＨ３ラジカルが生成される。ＳｉＨ３ラジカルは、高周波電源９により仕切部７に印加される高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、仕切部７とステージ３との間の距離を適宜設定したりすることにより、Ｓｉラジカル、ＳｉＨラジカル、ＳｉＨ２ラジカルへの分解を抑制しつつ、シリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができる。
他方、第２の空間８ｂでは、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂにより誘導結合プラズマが発生する。これにより、水素ガスがプラズマ化されて水素ラジカルが生成される。水素ラジカルは、高周波電源６により誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂに印加される高周波電圧の振幅、周波数を適宜設定したり、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂのインダクタンスを適宜設定したりすることにより、シリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができる。
【００４４】
第２の空間８ｂ内において生成された水素ラジカルは、仕切部７の複数の連通孔７ｄから第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に放出される。また、第１の空間８ａ内には、ＳｉＨ３ラジカルが生成されている。これにより、水素ラジカルとＳｉＨ３ラジカルとが、第１の空間８ａ内の被処理体４の近傍で接触して反応する。この結果、被処理体４上に薄膜が成膜される。上述のようにＳｉＨ３ラジカルと水素ラジカルとをシリコン膜の成膜に好適な生成量で生成することができるため、欠陥密度の低い微結晶シリコン膜やアモルファスシリコン膜等の高品質のシリコン膜を成膜することができる。
【００４５】
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態を図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態のプラズマ処理装置を示す概略図である。なお、上記実施形態１と同様の構成については同一の符号を付してその説明を省略又は簡略化する。
本実施形態のプラズマ処理装置は、上記図１に示す実施形態１のプラズマ処理装置において、ステージ３にバイアス電圧を印加するための直流電源１８を更に有するものである。
【００４６】
図２に示すように、ステージ３には、ステージ３にバイアス電圧を印加するための直流電源１８が接続されている。ステージ３を支持する支持部３ａは絶縁体で構成されており、直流電源１８によりバイアス電圧が印加されるステージ３と、接地電位に接続された真空槽下部本体１ａとの間が絶縁されている。
【００４７】
上記図２に示すプラズマ処理装置では、直流電源１８によりステージ３に所定のバイアス電圧を印加しつつ、上記実施形態１の場合と同様にプラズマ処理を行う。直流電圧１８によりステージ３に印加するバイアス電圧は、プラズマ化による第１のガス及び第２のガスの電離状態等を考慮して適宜設定することができる。こうしてステージ３に所定のバイアス電圧を印加することにより、プラズマ化された第１のガス及び第２のガスがステージ３側に引き寄せられて、ステージ３上の被処理体４に対して効率よくプラズマ処理を行うことが可能になる。
【００４８】
なお、上記各実施形態では、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂが真空槽１内に配置されているものについて説明したが、第２の空間８ｂ側の真空槽１外に誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂを配置し、真空槽１内に第２の空間８ｂ側から第１の空間８ａ側に向かって高周波放電が発生するようにしてもよい。この場合には、誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂにより真空槽１内に高周波放電が発生することができるように、真空槽１の誘導結合プラズマ発生アンテナ５ｂが配置された側の部分に、誘電体よりなる窓部等を設ければよい。
【００４９】
また、上記各実施形態では、単一の誘導結合プラズマ発生部５を設けたものについて説明したが、複数の誘導結合プラズマ発生部５を設けてもよい。この場合、例えば、真空槽上部本体１ｂの天板１ｂ２に、複数の誘導結合プラズマ発生部５を並列して設ければよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、仕切部７の構成として、ガス流路７ｂ、ガス放出孔７ｃ、及び連通孔７ｃが形成されている構成について図１に基づいて説明したが、仕切部７の構成は、図１に示す構成に限定されるものではない。
例えば、仕切部７の構成としては、板状導電性部材の内部に、ガス導入路１０を通して第１のガスが導入される空洞部が形成され、該空洞部内に板状導電性部材の板面に沿った単段又は複数段の仕切板が設置され、各仕切板に上下に貫通する複数の通気孔が分散配置され、板状導電性部材の底部に上下に貫通する複数のガス放出孔が分散配置されている構成を用いてもよい。なお、この場合、第１の空間８ａと第２の空間８ｂとが連通する本発明の連通部として、前記第１の空間８ａ、第２の空間８ｂと区画され、仕切部７の上下に貫通する連通孔を設けることができる。この構成において、第１のガスは、ガス流路１０を通して、板状導電性部材内部に形成された空洞部内に導入される。空洞部内に導入された第１のガスは、単段又は複数段の仕切板のそれぞれに分散配置された複数の通気孔を通過した後、導電性板状部材の底部に分散配置された複数のガス放出孔から第１の空間８ａ内の被処理体４に向けてシャワー状に放出される。空洞部内に設置される仕切板の枚数をより多くすることにより、より均一に第１のガスを被処理体４に向けてシャワー状に放出することができる。
【００５１】
また、上記各実施形態では、仕切部７とステージ３とを容量結合電極として用いるものについて説明したが、容量結合電極の構成はこれに限定されるものではない。例えば、真空槽１内に仕切部７及びステージ３とは別個独立の一対の電極を設けて該一対の電極を容量結合電極として用いてもよい。また、真空槽１内に仕切部７又はステージ３とは別個独立の電極を設けて該電極と仕切部７又はステージ３とを容量結合電極として用いてもよい。
【００５２】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１      真空槽
４      被処理体
５      誘導結合プラズマ発生部
５ａ    誘導結合プラズマ発生部本体
５ｂ    誘導結合プラズマ発生アンテナ
７      仕切部
７ｂ    ガス流路
７ｃ    ガス放出孔
７ｄ    連通孔
８      内部空間
８ａ    第１の空間
８ｂ    第２の空間
１０      ガス流路
１１      第１のガス導入口
１４      ガス流路
１５      第２のガス導入口
【図１】
2012227307.tif 000003
【図２】
2012227307.tif 000004
【図３】
2012227307.tif 000005
【図４】
2012227307.tif 000006
【図５】
2012227307.tif 000007