(57)【要約】【課題】本発明は、ホローカソード放電によって基板の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プロセスガスが導入されるチャンバーと、チャンバーの内部に配置されたアノード電極と、アノード電極に搭載された基板と対向する主面に複数の凹部が形成され、アノード電極との間に電力が供給されてホローカソード放電を発生させるカソード電極とを備え、ホローカソード放電によって複数の凹部の開口部にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って基板の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、開口部の口径及び開口部の間隔が設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスガスが導入されるチャンバーと、
前記チャンバーの内部に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極に搭載された基板と対向する主面に複数の凹部が形成され、前記アノード電極との間に電力が供給されてホローカソード放電を発生させるカソード電極と
を備え、前記ホローカソード放電によって前記複数の凹部の開口部にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って前記基板の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、前記開口部の口径及び前記開口部の間隔が設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記開口部の間隔が、前記アノード電極と前記カソード電極との間隔及び前記アノード電極と前記カソード電極の間に供給される前記電力の大きさに応じて設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記開口部の間隔が１ｍｍ乃至１．５ｍｍであ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】
前記開口部の口径が、前記チャンバーの内部の圧力に応じて設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記開口部の口径が、ホローカソード放電が発生した前記チャンバーの内部における電子の平均自由工程の３倍乃至４倍であることを特徴とする請求項４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、プラズマを発生して基板処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜処理、エッチング処理、アッシング処理などにおいてプラズマ処理装置が用いられている。例えば、薄膜形成工程に使用される装置としてプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置が知られている。プラズマＣＶＤ装置では、成膜処理工程において高周波電力などにより原料ガスがプラズマ化され、化学反応によって基板上に薄膜が形成される。プラズマ処理装置では、ホローカソード放電を利用して高密度のプラズマを発生させる方法などを採用可能である（例えば、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２００４−２９６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホローカソード放電を利用したプラズマ処理装置においては、カソード電極の表面に凹部を形成する。この凹部においてプラズマ中の電子の衝突が繰り返され、処理対象の基板の表面に高密度プラズマが発生される。
【０００５】
しかしながら、基板の表面で均一に高密度プラズマを発生させるための凹部の形成については十分な検討がされてこなかった。本発明は、ホローカソード放電によって基板の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、（ア）プロセスガスが導入されるチャンバーと、（イ）チャンバーの内部に配置されたアノード電極と、（ウ）アノード電極に搭載された基板と対向する主面に複数の凹部が形成され、アノード電極との間に電力が供給されてホローカソード放電を発生させるカソード電極とを備え、ホローカソード放電によって複数の凹部の開口部にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って基板の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、開口部の口径及び開口部の間隔が設定されているプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ホローカソード放電によって基板の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができるプラズマ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極の凹部の形状を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極を示す模式図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は断面図である。
【図４】比較例のカソード電極の凹部の構造を示す模式的な断面図である。
【図５】図４に示したカソード電極によって形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。
【図６】カソード電極の開口部の口径が広い場合に形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極の凹部の構造の一例を示す模式的な断面図である。
【図８】図７に示したカソード電極によって形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。
【図９】カソード電極の開口部の配置を示す模式図である。
【図１０】調査に用いたカソード電極の仕様を示す表である。
【図１１】カソードマークの発生の有無の第１の調査結果を示す表である。
【図１２】カソードマークの発生の有無の第２の調査結果を示す表である。
【図１３】キャリアライフタイムの測定結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置のカソード電極の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１０】
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１は、図１に示すように、プロセスガス４００が導入されるチャンバー１０と、チャンバー１０の内部に配置されたアノード電極２０と、アノード電極２０に搭載された基板１００と対向する主面を有するカソード電極３０とを備える。
【００１１】
図１に示した例では、４枚の基板プレート２１を有するボートタイプのサンプルホルダがアノード電極２０として使用され、基板１００が基板プレート２１それぞれに垂直に装着されている。サンプルホルダの基板プレート２１とカソード電極３０とが交互に配置され、カソード電極３０の互いに対向する第１の主面３０１及び第２の主面３０２は、基板１００にそれぞれ対向している。以下において、第１の主面３０１と第２の主面３０２を総称して「主面３００」という。図１ではカソード電極３０が３枚である例を示したが、カソード電極３０の枚数が３枚に限られないことはもちろんである。
【００１２】
プラズマ処理装置１は、チャンバー１０の内部にプロセスガス４００を導入するガス供給装置４０と、アノード電極２０とカソード電極３０間に交流電力を供給する交流電源５０と、チャンバー１０の内部を排気するガス排気装置６０とを更に備える。
【００１３】
交流電源５０が供給する交流電力によって、カソード電極３０の主面３００上においてプロセスガス４００を交流プラズマ状態にする。カソード電極３０の主面３００には複数の凹部が形成されており、アノード電極２０とカソード電極３０との間に電力が供給されて、凹部の開口部でホローカソード放電が発生する。
【００１４】
図１に示した例では、主面３００に凹部を設けるために第１の主面３０１と第２の主面３０２間を貫通する貫通孔３１がカソード電極３０に形成されている。即ち、第１の主面３０１と第２の主面３０２のそれぞれに貫通孔３１の開口部が設けられている。
【００１５】
図２に示すように、アノード電極２０とカソード電極３０は、一定の電極間距離ｄを隔てて対向している。図２は、カソード電極３０の貫通孔３１の中心軸に沿った断面図である。ホローカソード放電では、カソード電極３０の主面３００に形成された凹部で高密度プラズマが生成される。一方、主面３００の開口部３１０の形成されていない平坦部３２のプラズマ密度は、開口部３１０のプラズマ密度よりも低い。開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐは、基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一であるように設定されている。具体的には、ホローカソード放電によって複数の凹部の開口部３１０にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って、基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一になる。基板１００の表面でプラズマの高密度領域が互いに重なり合うのは、開口部３１０で発生した高密度プラズマが、カソード電極３０から基板１００の表面に到達するまでに開口部３１０の径方向に広がるためである。
【００１６】
ここで、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐの詳細について説明する前に、図１に示したプラズマ処理装置１について説明する。
【００１７】
図１に示したプラズマ処理装置１は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などに適用可能である。プラズマ処理装置１をプラズマＣＶＤ装置として使用する場合は、プロセスガス４００として成膜用の原料ガスを含むガスが使用され、ガス供給装置４０からチャンバー１０内にプロセスガス４００が導入される。ガス排気装置６０によってチャンバー１０内のプロセスガス４００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源５０により所定の交流電力がカソード電極３０とアノード電極２０間に供給される。これにより、チャンバー１０内のプロセスガス４００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。なお、図示を省略するヒータによって成膜処理中の基板１００の温度を設定することによって、成膜レートを速めたり、膜質を向上させたりすることができる。
【００１８】
図１に示すように、アノード電極２０とカソード電極３０間に、下方から上方に向かってプロセスガス４００を導入することが好ましい。下方からプロセスガス４００を導入することにより、比重の軽いプラズマ化したガス分子、ラジカル粒子は上方流としてカソード電極３０の表面を自然に流れ上がる。したがって、シャワー電極のような複雑な構造を用いなくても、カソード電極３０の表面にプロセスガス４００が均一に供給される。ガス供給装置４０から供給されたプロセスガス４００がカソード電極３０の表面に沿って流れるように、アノード電極２０の底板２２には、厚さ方向に貫通するガス導入孔（図示略）が形成されている。
【００１９】
既に述べたように、主面３００に開口部３１０が設けられたカソード電極３０は、ホローカソード放電を生じさせるホローカソード電極として機能する。つまり、貫通孔３１内部でのプラズマ生成がホローカソード放電であり、このホローカソード放電においては、電子が貫通孔３１内部に閉じ込められ且つ運動エネルギーを持つことで、高密度電子の空間である高密度プラズマが貫通孔３１に形成される。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、ホローカソード放電が生じる多数の貫通孔３１をカソード電極３０の主面３００に一定の密度で形成することにより、カソード電極３０の第１の主面３０１と第２の主面３０２に均一の高電子密度電界を容易に形成することができる。これは、図３（ｂ）に示すように高密度プラズマが生成される空間が貫通孔３１であるため、カソード電極３０の第１の主面３０１と第２の主面３０２間でプラズマの連続性が確保されているためである。つまり、貫通孔３１を介するプラズマの両極性拡散の性質により、第１の主面３０１と第２の主面３０２間におけるプラズマ密度の濃淡の差が自動的に補正される。このため、プラズマ処理装置１では、カソード電極３０の両面で均一な高密度プラズマの生成が可能である。例えば六方最密配置などのように、カソード電極３０の主面３００に貫通孔３１の開口部３１０を配置する。
【００２１】
以下に、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて説明する。
【００２２】
既に説明したように、ホローカソード放電では高密度プラズマが貫通孔３１に形成される。このため、基板１００の表面のうち、カソード電極３０の開口部３１０に対向する領域ではプラズマ密度が高い。一方、平坦部３２では高密度プラズマが形成されないため、開口部３１０に対向する領域から離れた領域では、基板１００の表面のプラズマ密度が低い。なお、図４に示すように開口部３１０の周囲にテーパー部３３を形成した場合、テーパー部３３のプラズマ密度は平坦部３２と同程度である。以下において、基板１００の表面のプラズマ密度が高い領域を「プラズマ高密度領域」、プラズマ密度が低い領域を「プラズマ低密度領域」という。
【００２３】
プラズマ高密度領域とプラズマ低密度領域では、成膜レートに差が生じる。つまり、プラズマ高密度領域では、プラズマ低密度領域よりも形成される薄膜の膜厚が厚くなる。また、形成された薄膜のプラズマ低密度領域の膜質とプラズマ高密度領域の膜質とに差が生じる。
【００２４】
例えば、太陽電池基板などのパッシベーション膜を形成する場合には屈折率の面内分布を均一にする必要があるが、プラズマ高密度領域とプラズマ低密度領域とでは形成された薄膜に屈折率の差が生じる。つまり、成膜レートの高いプラズマ高密度領域では屈折率が高い薄膜が形成され、成膜レートの低いプラズマ低密度領域では屈折率が低い薄膜が形成される。
【００２５】
基板１００に形成された薄膜の屈折率などの膜質の分布が、薄膜の模様として観察される場合がある。即ち、カソード電極３０における平坦部３２及びテーパー部３３と貫通孔３１との配置関係が、基板１００に模様（以下において、「カソードマーク」という。）となって転写される。このように、基板１００の表面のプラズマ密度が均一でない場合に、プラズマ高密度領域の範囲がカソードマークとして観察されることになる。仮に膜厚や屈折率のばらつきが特性上は問題ない範囲であっても、カソードマークが発生することによって、製品の外観検査などによって不良品となる恐れがある。
【００２６】
したがって、膜質の分布によるカソードマークが基板１００に発生しないことが必要であり、このためには開口部３１０の口径ｒや開口部３１０の間隔ｐを設定することが有効であることを本発明者らは見出した。実施形態に係るプラズマ処理装置１では、プラズマ高密度領域が重なり合って基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐが設定されている。基板１００の表面全体でプラズマ密度を均一にすることにより、カソードマークは発生しない。本発明者らは、基板１００の表面全体をプラズマ高密度領域とするための開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて以下のように検討を行った。
【００２７】
本発明者らの検討によれば、アノード電極２０とカソード電極３０間に均一にプラズマを発生するためには、アノード電極２０とカソード電極３０間の電極間距離ｄは、１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度が好ましく、例えば電極間距離は１６．５ｍｍ程度に設定される。このとき、基板１００の表面における高密度プラズマの広がり幅は、開口部３１０の外縁から１ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００２８】
ここで、比較例として、図４に示したようなテーパー部３３を有するカソード電極３０を使用してホローカソード放電を発生させて薄膜を形成する場合を説明する。基板１００の表面における高密度プラズマの広がり幅ａは、１ｍｍ〜１．５ｍｍであるとする。例えば、口径ｒが５ｍｍの円形状の開口部３１０を有する貫通孔３１の場合には、基板１００の表面におけるプラズマ高密度領域は直径が６ｍｍ〜６．５ｍｍの円形状である。このとき、主面３００と平行なテーパー部分の幅ｍが１ｍｍのテーパー部３３を設けると、平坦部３２の幅ｎを０．５ｍｍとして、開口部３１０の中心間距離ｔは７．５ｍｍである。このため、図５に示すように、直径ｗが６ｍｍ〜６．５ｍｍの円形状のプラズマ高密度領域１１０が基板１００の表面に形成されるが、プラズマ高密度領域１１０の中心間距離ｔは７．５ｍｍである。つまり、基板１００の表面全体を覆うようにはプラズマ高密度領域１１０が重ならない。したがって、円形状のカソードマークが発生する。なお、図５では、説明をわかりやすくするために、隣接した４つの開口部３１０によって形成されるプラズマ高密度領域１１０のみを図示した（以下において同様。）。
【００２９】
開口部３１０の間隔ｐを０．５ｍｍよりも狭めることによってプラズマ高密度領域１１０間の距離を短くすることは可能である。しかし、カソード電極３０の機械的強度が低下する。特に、カソード電極３０の材料にカーボンを使用した場合には、開口部３１０の間隔ｐが０．５ｍｍよりも短いと、ホローカソード放電によってカソード電極３０の表面が剥離する問題が生じるという知見を本発明者らは得ている。このため、開口部３１０の間隔ｐは０．５ｍｍ以上が必要である。なお、カーボンはステンレス鋼（ＳＵＳ）よりも加工が容易で且つ熱歪みが少ないため、カソード電極３０の材料に好適に使用される。
【００３０】
ところで、開口部３１０の口径ｒは、チャンバー１０の内部の圧力が低い場合ほど大きく設定することができる。しかし、開口部３１０の口径ｒが広すぎると、開口部３１０の中心でのプラズマ密度が周辺部に比べて低くなる。このため、図６に示すようにドーナツ状のプラズマ高密度領域１１０が重なることになり、カソードマークが発生する。開口部３１０の口径ｒは、１０ｍｍよりも小さいことが好ましい。
【００３１】
一方、開口部３１０の口径ｒが小さすぎると、貫通孔３１の内部に堆積した膜による貫通孔３１の目詰まりが発生しやすい。このため、開口部３１０の口径ｒは、５ｍｍ以上であることが好ましい。貫通孔３１が目詰まりすると、成膜レートの低下、膜厚分布の悪化、膜質の劣化などの問題が生じる。更に、カソード電極３０のメンテナンス周期が短くなり、装置ダウンタイムの増加、ランニングコストの上昇といった問題が生じる。
【００３２】
これに対し、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを適切に設定することによって、貫通孔３１の目詰まりの発生を抑制しつつ、基板１００の表面全体を覆うようにプラズマ高密度領域１１０を重ね合わせることができる。例えば、図７に示すように、テーパー部を設けない口径ｒが６．５ｍｍの円形状の開口部３１０を有する貫通孔３１の場合に、開口部３１０の間隔ｐを０．５ｍｍとすると、中心間距離ｔは７．５ｍｍである。高密度プラズマの広がり幅ａが１ｍｍ〜１．５ｍｍである場合に、プラズマ高密度領域１１０は直径７．５ｍｍ〜８ｍｍの円形状である。これにより、図８に示すように、プラズマ高密度領域１１０が重なり合って基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一になる。このため、カソードマークの発生を防止できる。
【００３３】
以下に、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて具体的に検討する。開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐとカソードマークの発生の有無を調査するために、基板１００にシリコン基板を使用し、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜した。ここでは、屈折率が２．０〜２．３で膜厚が８０〜９０μｍのＳｉＮ膜を基板１００上に形成するプロセス条件を設定した。この場合、プロセスガス４００にはモノシラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス及び窒素（Ｎ2）ガスの混合ガスを用いる。流量は、ＳｉＨ4ガスが１８００〜２３００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスが４５００〜８０００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスが０〜２０００ｓｃｃｍである。チャンバー１０内の圧力は７０〜１００Ｐａであり、プロセスガス４００の温度が４００℃程度である。プラズマを発生させるためにアノード電極２０とカソード電極３０との間に供給される電力（以下において「供給電力」という。）の大きさは、４０００〜７０００Ｗである。
【００３４】
本発明者らは、図９に示した開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて条件を変えて、屈折率が２．０５で膜厚が８５ｎｍのＳｉＮ膜を基板１００に形成し、カソードマークの発生の有無を調査した。このとき、図１０に示すように、カソード電極３０の開口部３１０の口径ｒを５ｍｍ〜１０ｍｍの間で変化させ、開口部３１０の間隔ｐを１ｍｍ〜２ｍｍの間で変化させたカソード電極３０のサンプルを用意した。カソード電極３０は、厚みが４ｍｍのカーボン製である。プロセス条件は、ＳｉＨ4ガスの流量を１８５０ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスの流量を７６８０ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスの流量を２０００ｓｃｃｍとした。また、チャンバー１０内の圧力を８５Ｐａとした。そして、カソード電極３０とアノード電極２０間の電極間距離ｄ、及び供給電力の大きさを変化させた。なお、図１０に示したサンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５を同一工程で使用し、サンプルＳ２−１〜サンプルＳ２−４を同一工程で使用した。図１０に、開口部３１０の中心間距離ｔ、貫通孔３１の個数、主面３００における貫通孔３１の開口部３１０の総面積、及びカソード電極３０の主面３００の面積に対する開口部３１０の総面積の面積比率を併せて示す。
【００３５】
図１１に、供給電力の大きさを変化させた場合の、カソードマークの発生の有無を調査した結果を示す。図１１に示すように、５．５ｋＷ〜７．５ｋＷの範囲で供給電力の大きさを変化させて、プラズマ処理装置１によってＳｉＮ膜を基板１００に形成した。各サンプルで、電極間距離ｄは１６．５ｍｍで一定とした。図１１では、同一条件でＳｉＮ膜を形成した基板１００の総数に対するカソードマークの発生した基板１００の枚数を示している。なお、サンプルＳ０は、図４に示したテーパー部３３を有するカソード電極３０であり、貫通孔３１の口径ｒが５ｍｍ、テーパー部３３の幅ｍが１ｍｍ、平坦部３２の幅ｎが０．５ｍｍである。
【００３６】
図１１に示したように、サンプルＳ１−３、サンプルＳ１−４、サンプルＳ１−５ではカソードマークの発生していない場合がある。特に、供給電力が小さい場合には、カソードマークの発生が少ない。一方、他のサンプルではカソードマークが発生しており、特にサンプルＳ２−２〜サンプルＳ２−４ではすべての基板１００でカソードマークが発生している。
【００３７】
このため、サンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５について、供給電力の大きさが５．５ｋＷと小さい場合に電極間距離ｄを変化させて、カソードマークの発生の有無を調査した。調査結果を図１２に示す。図１２に示すように、サンプルＳ１−３〜サンプルＳ１−５の場合に、カソードマークの発生が少ない。特に、電極間距離ｄが広い場合ほど、カソードマークが発生していない。
【００３８】
以上の結果から、カソードマークの発生を抑制するためには、サンプルＳ１−３〜サンプルＳ１−５での開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐの条件が好ましい。このとき、供給電力は小さいほど好ましく、プラズマが安定して形成される範囲で電極間距離ｄは広いほど好ましい。例えば供給電力を５．５ｋＷとし、電極間距離ｄを１６．５ｍｍとする。
【００３９】
なお、図１１及び図１２には、ＳｉＮ膜が所定の膜厚になるまでの「成膜時間」、及び形成された薄膜の「膜厚の均一性」についても記載した。供給電力は５．５ｋＷ、電極間距離ｄは１６．５ｍｍである。処理時間の観点からは成膜時間の短いサンプルＳ１−３が好ましい。一方、膜厚の均一性が良好なのはサンプルＳ１−５である。要求される製品のスペックやタスクタイムに応じて、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを適宜選択すればよい。
【００４０】
また、本発明者らは検討を重ねた結果、開口部３１０の口径ｒには、ホローカソード放電によって形成されるプラズマを状態よく安定に維持する適正値が存在することを見出した。即ち、開口部３１０の口径ｒが、ホローカソード放電が発生したチャンバー１０内の電子の平均自由工程（ＭＦＰ）の３倍〜４倍である場合に、プラズマが安定して維持されるという新たな知見が得られた。チャンバー１０内での電子の平均自由工程は、チャンバー１０の内部の圧力に依存する。したがって、開口部３１０の口径ｒは、チャンバー１０の内部の圧力に応じて設定される。例えば、成膜工程時のプロセスガス４００の温度が４００℃程度である場合、チャンバー１０の圧力が８０Ｐａ〜１００Ｐａでは、チャンバー１０内での電子の平均自由工程は１．２ｍｍ〜１．６ｍｍである。この場合、開口部３１０の口径ｒは３．６ｍｍ〜６．４ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００４１】
図１３に、プラズマ処理装置１にサンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５及びサンプルＳ０のカソード電極３０を使用してＳｉＮ膜を基板１００に形成した場合の、少数キャリアのキャリアライフタイムを測定した結果を示す。成膜工程では、供給電力を５．５ｋＷ、電極間距離ｄを１６．５ｍｍとした。ＳｉＮ膜は、基板１００の両面に形成した。なお、太陽電池基板に電極を形成するために行う電極ペーストの焼成処理を想定し、ＳｉＮ膜の形成後に８００℃のアニール処理を行った。キャリアライフタイムは、レーザが照射されたサンプルに発生するキャリアの量を測定するμ−ＰＣＤ法により測定した。
【００４２】
図１３に示すように、テーパー部３３を設けたサンプルＳ０も含め、いずれのサンプルにおいても同等のキャリアライフタイムが得られている。即ち、例えば太陽電池基板などのパッシベーション膜を形成する場合にも、各サンプルで同等の膜質が得られる。したがって、サンプルＳ１−３やサンプルＳ１−５のカソード電極３０を使用して、テーパー部３３を有するカソード電極を使用した場合と同等の膜質の薄膜を形成でき、且つ、カソードマークの発生を抑制することができる。
【００４３】
以上に説明したように、プラズマ高密度領域１１０が重なり合うように開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することによって、ホローカソード放電によって基板１００の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができる。その結果、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、基板１００の表面で成膜レートに差が発生せず、また、薄膜の膜質に差が生じない。このため、カソードマークの発生を抑制できる。
【００４４】
なお、既に述べたように、テーパー部３３のプラズマ密度は平坦部３２と同程度である。したがって、テーパー部３３と平坦部３２とを合わせた領域の幅を開口部３１０の間隔ｐとして、基板１００の表面全体がプラズマ高密度領域になるように開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定してもよい。つまり、開口部３１０にテーパー部３３が設けられた場合にも、基板１００の表面でプラズマ高密度領域１１０が重なり合うようにすることによって、カソードマークの発生を抑制できる。しかし、テーパー部３３を設けることによって平坦部３２の幅ｎが狭くなり、カソード電極３０の機械的強度が低下する。このため、プラズマ低密度領域を形成するテーパー部３３を開口部３１０に形成しないことが好ましい。
【００４５】
＜変形例＞
上記では、カソード電極３０に貫通孔３１を形成することによって、カソード電極３０の表面に凹部を形成した。一方、図１４に示すように、カソード電極３０の表面にのみ凹部を形成してもホローカソード放電が発生する。この場合にも、貫通孔３１を形成する場合と同様に、基板１００の表面でプラズマ高密度領域１１０が重なり合うように凹部の開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することによって、カソードマークの発生を抑制できる。
【００４６】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４７】
既に述べた実施形態においては貫通孔３１の開口部３１０が円形状である例を示したが、開口部３１０が多角形状であってもよい。
【００４８】
また、上記ではプラズマ処理装置１をプラズマＣＶＤ装置に適用した例を説明したが、プラズマ処理装置１をプラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置などに適用可能である。
【００４９】
例えば、プラズマエッチング用ガスをプロセスガス４００としてチャンバー１０内に導入することによって、基板１００上に形成された膜をエッチング除去するプラズマエッチング装置を実現できる。プラズマエッチング用ガスはエッチング対象の材料によって適宜選択されるが、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ3）ガスや四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスなどのフッ素系ガスを採用可能である。また、プラズマアッシング用ガスをプロセスガス４００としてチャンバー１０内に導入することによって、カソード電極３０を用いたプラズマアッシング装置を実現できる。例えば、プロセスガス４００として酸素及びアルゴンガスを使用することにより、エッチング用マスクとして基板１００に形成されたカーボン膜やフォトレジスト膜などをアッシングできる。
【００５０】
上記のようなプラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置においても、基板１００の表面全体を覆ってプラズマ高密度領域１１０が重なり合うように、カソード電極３０の開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することは有効である。即ち、基板１００の表面のプラズマ密度を均一にすることによって、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などの処理速度や精度を向上できる。例えば、基板１００の表面に膜が不均一に残ることを抑制できる。
【００５１】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５２】
１…プラズマ処理装置
１０…チャンバー
２０…アノード電極
３０…カソード電極
３１…貫通孔
３２…平坦部
３３…テーパー部
４０…ガス供給装置
５０…交流電源
６０…ガス排気装置
１００…基板
１１０…プラズマ高密度領域
３１０…開口部
４００…プロセスガス  
【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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