(57)【要約】【課題】電極表面の電界分布の平均化を図ること。【解決手段】平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する少なくとも１つの放電部を反応室内に備え、高周波発生器をスイッチング回路を介して前記放電部に接続し、前記放電部では第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し第２電極が接地され、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２給電点に周期的に交互に接続することを特徴とするプラズマ処理装置。【選択図】図１
2013143287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する少なくとも１つの放電部を反応室内に備え、高周波発生器をスイッチング回路を介して前記放電部に接続し、前記放電部では第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し第２電極が接地され、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２給電点に周期的に交互に接続することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記放電部は各電極対が互いに平行になるように一列に配列された複数の放電部からなり、前記高周波発生器を前記複数の放電部に接続するための第１および第２電気系統を備え、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２電気系統の一方の電気系統を介して奇数番目の放電部第１電極に接続し、他方の電気系統を介して偶数番目の放電部の第１電極に接続す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】
第１および第２電気系統は、それぞれ高周波増幅器の出力を増幅する第１および第２増幅器と、インピーダンス整合器とを備える請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
第１および第２増幅器は所定のデューティ比でオン・オフしたパルス状の電圧を出力する請求項３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
第１および第２増幅器はパルス状の出力電圧のオン・オフのタイミングが同期している請求項４記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
第１電極が方形で第１および第２給電点が対向する対辺に設けられてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
第２電極は、プラズマ放電によって処理される基板を搭載してなる請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
反応室内に備えられ平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する放電部にプラズマを発生させて処理を行なうプラズマ処理方法であって、
前記放電部では第２電極が接地され、第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し、前記第１および第２給電点に交互に高周波電力を印加することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】
前記放電部は各電極対が互いに平行になるように一列に配列された複数の放電部からなり、奇数番目の放電部第１電極に接続される電気系統と偶数番目の放電部の第１電極に接続される電気系統が異なることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【請求項１０】
前記奇数番目の放電部第１電極と前記偶数番目の放電部の第１電極にオン・オフのタイミングを同期させてパルス状の電圧を印加することを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明の背景技術としては、複数の放電部において隣接する２つの放電部の第１電極を、互いに異なる電気系統を介して電源部に接続し、隣接する２つの放電部のプラズマ放電の相互干渉を防止するようにしたプラズマ処理装置が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８３２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のプラズマ処理装置では、第１電極に設けられた唯一の給電点から給電を行うため、電極表面の電界分布に偏りを生じ、形成される膜の厚さの均一化が妨げられるという問題があった。
【０００５】
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、第１電極の異なる２点から給電を行うことにより、電極表面の電界分布の均一化をはかり、均一な成膜を行うことが可能なプラズマ処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する少なくとも１つの放電部を反応室内に備え、高周波発生器をスイッチング回路を介して前記放電部に接続し、前記放電部では第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し第２電極が接地され、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２給電点に周期的に交互に接続す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。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、放電部が第１電極の異なる位置に第１および第２給電点を有し、スイッチング回路はスイッチング回路が高周波発生部の出力を第１および第２給電部に対して周期的に交互に接続するので、第１および第２電極表面の電界分布の均一化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１はこの発明のプラズマ処理装置の実施形態を示す構成説明図である。
【図２】図２は、図１の各部の波形を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
この発明のプラズマ処理装置は、平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する少なくとも１つの放電部を反応室内に備え、高周波発生器をスイッチング回路を介して前記放電部に接続し、前記放電部では第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し第２電極が接地され、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２給電点に周期的に交互に接続することを特徴とする。
【００１０】
前記放電部は各電極対が互いに平行になるように一列に配列された複数の放電部からなり、前記高周波発生器を前記複数の放電部に接続するための第１および第２電気系統を備え、前記スイッチング回路は前記高周波発生器の出力を、第１および第２電気系統の一方の電気系統を介して奇数番目の放電部の第１電極に接続し、他方の電気系統を介して偶数番目の放電部の第１電極に接続してもよい。
【００１１】
第１および第２電気系統は、それぞれ高周波増幅器の出力を増幅する第１および第２増幅器と、インピーダンス整合器とを備えてもよい。
第１および第２増幅器は所定のデューティ比でオン・オフしたパルス状の電圧を出力してもよい。
【００１２】
第１および第２増幅器はパルス状の出力電圧のオン・オフのタイミングが同期することが好ましい。
第１電極が方形で第１および第２給電点が対向する対辺に設けられてもよい。
第２電極は、プラズマ放電によって処理される基板を搭載してもよい。
【００１３】
また、この発明は別の観点から、反応室内に備えられ平行に対向する第１および第２電極からなる電極対を有する放電部にプラズマを発生させて処理を行なうプラズマ処理方法であって、前記放電部では第２電極が接地され、第１電極が異なる位置に第１および第２給電点を有し、前記第１および第２給電点に交互に高周波電力を印加することを特徴とするプラズマ処理方法を提供するものである。
前記放電部は各電極対が互いに平行になるように一列に配列された複数の放電部からなり、奇数番目の放電部第１電極に接続される電気系統と偶数番目の放電部の第１電極に接続される電気系統が異なってもよい。
前記奇数番目の放電部第１電極と前記偶数番目の放電部の第１電極にオン・オフのタイミングを同期させてパルス状の電圧を印加してもよい。
【００１４】
以下、図面に示す実施形態を用いてこの発明を詳述する。
図１はこの発明のプラズマ処理装置の実施形態を示す構成説明図であり、図２は図１の各部の波形を示すタイムチャートである。
【００１５】
図１に示すプラズマ処理装置は、被処理物である基板Ｓ１の表面に所望の膜を成膜する上下並列タイプの成膜用プラズマ処理装置であって、反応室Ｒと、反応室Ｒに反応ガスを供給するガス供給部１４と、反応室Ｒから反応ガスを排気する排気部６と、反応室Ｒ内に対向状に配置されかつ反応ガスを介してプラズマ放電させる第１電極１と第２電極２の電極対を各々が有する４つの放電部３ａ〜３ｄと、各対の第１電極１および第２電極２を水平状または垂直状に支持しかつ並列させる支持手段５と、放電部３ａ〜３ｄに電力を供給する高周波発生器Ｅとを備える。なお、第１電極１と第２電極２はいずれも長方形の平板状の形状を有する。
【００１６】
以下、この実施形態において、第１電極１をカソード電極１と称し、第２電極２をアノード電極２と称する。
反応室Ｒは、放電部３ａ〜３ｄを収容する密封可能なチャンバーＣにて構成されている。
排気部６としては、真空ポンプと、真空ポンプと反応室Ｒとの間に配置された圧力制御器を備える。
【００１７】
支持手段５は、チャンバーＣの内壁面から水平方向へ所定寸法だけ突出した絶縁性の支持片であって、内壁面に所定間隔で上下複数箇所に設けられており、平板形状のカソード電極１およびアノード電極２を互いに平行かつ水平状に支持する。この実施形態では、４対のカソード・アノード電極１、２の下面の四隅をそれぞれ支持する合計３２個の支持手段５が設けられている。支持手段５は、チャンバー内壁とは、別に設けた支持体により支えられていても良い。
【００１８】
この際、放電部３ａ〜３ｄの各々におけるカソード電極１とアノード電極２との間の電極間距離に対して、放電部３ａ〜３ｄの放電部間距離が１．５倍以上となるよう、各支持手段５は配置されている。例えば、電極間距離は２〜３０ｍｍに設定され、放電部間距離は３〜４５ｍｍ以上に設定される。なお、面内における電極間距離の精度は、数％以内であることが好ましく、１％以下であること特に好ましい。ここで言う放電部間距離は、隣り合う放電部の、一方の放電部のカソード電極１と他方の放電部のアノード電極２の間隔である。
【００１９】
各アノード電極２は、内部にヒータ７を有すると共に、上面に基板Ｓ１が設置され、ヒータ７は、プラズマ放電下の成膜時に基板Ｓ１を加熱する。なお、基板Ｓ１は、シリコン基板やガラス基板などが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２０】
また、各アノード電極２は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボンなどの、導電性および耐熱性を備えた材料で製作される。各アノード電極２の寸法は、薄膜を形成するための基板Ｓ１の寸法に合わせて適当な値に決定されている。例えば、基板Ｓ１の寸法９００〜１２００ｍｍ×４００〜９００ｍｍに対して、アノード電極２の寸法を１０００〜１５００ｍｍ×６００〜１０００ｍｍに設計される。
【００２１】
各アノード電極２に内蔵されたヒータ７は、アノード電極２を２０〜３００℃に加熱制御するものであり、例えば、アルミニウム合金中にシースヒータなどの密閉型加熱装置と熱電対などの密閉型温度センサとを内蔵したものを用いることができる。
【００２２】
各カソード電極１は、ステンレス鋼やアルミニウム合金などから作製される。各カソード電極１の寸法は、成膜を行う基板Ｓ１の寸法に合わせて適当な値に設定され、アノード電極２と同じ寸法（平面サイズおよび厚み）で設計されることができる。
【００２３】
各カソード電極１は、内部が空洞であると共に、対となるアノード電極２に対面するプラズマ放電面には多数の貫通孔が形成されている。この貫通孔の加工は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの直径で数ｍｍ〜数ｃｍピッチで行うのが望ましい。
【００２４】
また、各カソード電極１の一端面には、ガス導入部１ａが設けられ、各ガス導入部１ａは、ガス供給部１４と接続パイプにて接続されている。そして、反応ガスが、ガス供給部１４からガス導入部１ａを介してカソード電極２の内部に供給され、多数の貫通孔から基板Ｓ１の表面に向かって噴出するように構成されている。なお、反応ガスとしては、例えば、Ｈ2で希釈したＳｉＨ4（モノシラン）ガスが使用される。
【００２５】
また、高周波発生器Ｅはプラズマ励起電源であり、例えば、１．００ＭＨｚ〜６０ＭＨｚの周波数で１０Ｗ〜１００ｋＷの電力、具体的には、１３．５６ＭＨｚ〜６０ＭＨｚで１０Ｗ〜１０ｋＷの電力を各カソード電極１とアノード電極２に供給する。
【００２６】
この実施形態においては、図１に示すように放電部３ａ〜３ｄの各々におけるカソード電極１の左端面の奥行方向と上下方向の中央位置に左給電点Ｐ１が設けられ、右端面の奥行方向と上下方向の中央位置に右給電点Ｐ２が設けられている。
また、各アノード電極２において接地ケーブルを接続する接地位置は、アノード電極２の左右の端面のいずれでもよい（図１では説明の便宜上、左端面に統一している）。
【００２７】
そして、高周波発生器Ｅの出力は、増幅器８．９に接続され、増幅器８．９の出力はそれぞれスイッチング回路１２，１３に接続されている。スイッチング回路１２の出力は、インピーダンス整合器１０ａ，１１ａに接続され、スイッチング回路１３の出力は、インピーダンス整合器１０ｂ、１１ｂに接続されている。
【００２８】
インピーダンス整合器１０ａの出力は、奇数番目の放電部３ａ，３ｃのカソード電極１の左給電点Ｐ１に接続され、インピーダンス整合器１１ａの出力は、偶数番目の放電部３ｂ、３ｄのカソード電極１の左給電点Ｐ１に接続されている。
【００２９】
インピーダンス整合器１０ｂの出力は、偶数番目の放電部３ｂ、３ｄのカソード電極１の右給電点Ｐ２に接続され、インピーダンス整合器１１ｂの出力は、奇数番目の放電部３ａ、３ｃのカソード電極１の右給電点Ｐ２に接続されている。また、パルス発生器１６の出力は、増幅器８．９と、スイッチング回路１２，１３に接続されている。
【００３０】
このように構成されたプラズマ処理装置において、膜原料である反応ガスを所定の流量および圧力でカソード電極１とアノード電極２との間に充填し、カソード電極１とアノード電極２とに高周波電力を供給する。
【００３１】
それによって、カソード電極１とアノード電極２との間にグロー放電領域（プラズマ放電領域）を形成し、基板Ｓ１上に非晶質性の膜または結晶性の膜を形成する。例えば、反応ガスとしてＨ2で希釈したＳｉＨ4ガスを使用して、膜厚３００ｎｍのシリコン薄膜を堆積させる。
【００３２】
この成膜工程において、高周波発生器Ｅの出力を放電部３ａ〜３ｄに供給する手順と電気系統について図１と図２を用いて具体的に説明する。
まず、高周波発生器Ｅで生成された高周波電圧は増幅器８．９でそれぞれ増幅される。
【００３３】
増幅器８．９は、増幅した電圧をパルス発生器１６からの出力を受けて図２に示すように同じ周期で同じデューティ比で同期してオン・オフするパルス状の電圧Ｖ１とＶ２に変換して出力する。なお、電圧Ｖ１，Ｖ２のオン期間は１００μsec〜１０msec，オフ期間は全期間の５〜２０％である。オフ期間が短いと、プラズマが不安定になるため、5％程度以上が望ましく、オフ期間が長いと、製膜速度が低下するので、２０％程度以下が望ましい。
【００３４】
スイッチング回路１２と１３は、パルス発生器１６から、図２の電圧Ｖ１，Ｖ２の出力のオフ時に若干遅れて立上るパルス信号Ｓｐを受けて、出力Ｖ１，Ｖ２のオフ期間中に切換え動作を行うようになっている。それによってインピーダンス変換器１０ａ，１０ｂが図２に示す電圧Ｖ３を出力し、インピーダンス変換器１１ａ，１１ｂが図２に示す電圧Ｖ４を出力する。
【００３５】
このようにして、奇数番目の放電部３ｂ、３ｃの各カソード電極１の左給電点Ｐ１と右給電点Ｐ２に電圧Ｖ３，Ｖ４が印加され、偶数番目の放電部３ｂ、３ｄの各カソード電極１の左給電点Ｐ１と右給電点Ｐ２にも電圧Ｖ３，Ｖ４が印加されることになる。つまり、左給電点Ｐ１と右給電点Ｐ２に交互に電圧が印加される。
【００３６】
また、奇数番目の放電部３ａ，３ｃのカソード電極１に、増幅器８とインピーダンス変換器１０ａとからなる電気系統を介して高周波発生器Ｅから電圧Ｖ３が印加されるときには、偶数番目の放電部３ｂ、３ｄのカソード電極１には増幅器９とインピーダンス変換器１０ｂとからなる別の電気系統を介して、高周波発生器Ｅから電圧Ｖ３が印加される。
【００３７】
また、奇数番目の放電部３ａ，３ｃのカソード電極１に、増幅器９とインピーダンス変換器１１ｂとからなる電気系統を介して高周波発生器Ｅから電圧Ｖ４が印加されるときには、偶数番目の放電部３ｂ、３ｄのカソード電極１には、増幅器８とインピーダンス変換器１１ａとからなる別の電気系統を介して高周波発生器Ｅから電圧Ｖ４が印加される。
【００３８】
このように、スイッチング回路１２，１３は、高周波発生器Ｅの出力を異なる電気系統を介して放電部３ａ，３ｃと放電部３ｂ、３ｄに接続すると共に、その接続を放電部３ａ〜３ｄの左給電部Ｐ１と右給電部Ｐ２に対して周期的に交互に行う。
従って、放電部３ａ〜３ｄの相互間のプラズマ放電の干渉が防止され、かつ、電極表面の電界分布が平均化され、形成される膜の膜厚の均一化が図られる。
【符号の説明】
【００３９】
１    第１電極
２    第２電極
３ａ〜３ｄ    放電部
５    支持手段
６    排気部
７    ヒータ
８．９    増幅器
１０ａ，１０ｂ    インピーダンス整合器
１１ａ，１１ｂ    インピーダンス整合器
１２，１３    スイッチング回路
１４    ガス供給部
１６    パルス発生器
Ｃ    チャンバー
Ｒ    反応室
Ｅ    高周波発生器
Ｐ１    左給電点
Ｐ２    右給電点
【図１】
2013143287.tif 000003
【図２】
2013143287.tif 000004