(57)【要約】【課題】載置面上において均一にプラズマを生成できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本実施形態に係る上部電極２０は、載置面１０Ａに対向する対向面２２Ａを有する対向部２２と、対向面２２Ａの外周に繋がる平坦面２４Ａを有する外周部２４と、対向面２２Ａ上に形成された複数の凸部２６とを含む。載置面１０Ａに略平行な投影面上において、対向部２２の外周は、下部電極１０の外周と重なり、外周部２４の外周は、対向部２２の外周を取り囲む。【選択図】図１
2009228032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記基板が載置される載置面を有する第１電極と、
前記載置面に対向する対向面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上に形成された複数の凸部とを含む第２電極と
を備え、
前記載置面に略平行な投影面上において、
前記対向部の外周は、前記第１電極の外周と重なり、
前記外周部の外周は、前記対向部の外周を取り囲む
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記複数の凸部は、前記対向面の略全域に渡って形成される
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】
前記外周面は、前記載置面に略平行な平面である
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理を基板に施すプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、半導体装置の製造工程では、プラズマＣＶＤ処理やプラズマエッチング処理などのプラズマ処理を基板に施すプラズマ処理装置が広く用いられている。プラズマ処理装置は、基板が載置される載置面を有する下部電極と、載置面に対向する対向面を有する上部電極とを備える。下部電極と上部電極との平面形状は略同じである。このような下部電極と上部電極との間に電圧を印加することにより、下部電極と上部電極との間に形成される処理空間にプラズマが生成される。
【０００３】
従来、上部電極の対向面の全域にわたって複数の凸部を形成する手法が提案されている（特許文献１参照）。この手法によれば、凸部の内部で形成される電界勾配に従って凸部周囲に位置する電子を加速させることにより、処理空間に高密度のプラズマを生成することができる。
【特許文献１】特開２００２−２４１９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、基板に対して均一にプラズマ処理を施すには、載置面上において均一にプラズマを生成することが望ましい。例えば、プラズマＣＶＤ処理を基板に施す場合には、載置面上で均一にプラズマを生成することにより、基板に対して均一な膜厚及び膜質で成膜できる。
【０００５】
しかしながら、上部電極の対向面の全域にわたって複数の凸部が形成されている場合、載置面の端部上では、載置面の中央部上よりも電界強度が弱くなる傾向がある。その結果、載置面上において均一にプラズマを生成することができないため、基板に対して均一にプラズマ処理を施すことが困難であった。
【０００６】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、載置面上において均一にプラズマを生成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】
【０００７】
本発明の一の特徴に係るプラズマ処理装置は、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、基板が載置される載置面を有する第１電極と、載置面に対向する対向面を有する対向部と、対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、対向面上に形成された複数の凸部とを含む第２電極とを備え、載置面に略平行な投影面上において、対向部の外周は、第１電極の外周と重なり、外周部の外周は、対向部の外周を取り囲むことを要旨とする。
【０００８】
このようなプラズマ処理装置によれば、複数の凸部と下部電極とによって、載置面の中央部上に電界を形成するとともに、外周部と下部電極とによって、載置面の端部上に電界を形成することができる。これにより、載置面上において均一にプラズマを生成することができるため、基板に対して均一にプラズマ処理を施すことができる。
【０００９】
本発明の一の特徴において、複数の凸部は、対向面の略全域に渡って形成されていてもよい。
【００１０】
本発明の一の特徴において、外周面は、載置面に略平行な平面であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、均一なプラズマを生成できるプラズマ処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。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り、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１３】
（プラズマ処理装置の構成）
本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、プラズマ処理装置１００の概略図である。
【００１４】
本実施形態では、プラズマ処理装置の一例として、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法を用いて基板Ｓに成膜処理を施すプラズマ処理装置１００について説明する。
【００１５】
プラズマ処理装置１００は、真空チャンバー１、下部電極１０、上部電極２０、給気通路３０及び排気通路４０を備える。
【００１６】
真空チャンバー１は、例えばアルミニウムなどによって筒状に成形された処理容器である。
【００１７】
下部電極１０は、基板Ｓが載置される載置面１０Ａを有する載置台として機能する。下部電極１０は、支持部１１によって上下動可能に支持される。
【００１８】
また、下部電極１０は、支持部１１を介して接地されており、アノード電極として機能する。下部電極１０の内部には、例えばモリブデン線などによって構成される加熱機構（不図示）が設けられる。基板Ｓにプラズマ処理を施す場合、下部電極１０は、加熱機構によって昇温される。下部電極１０は、カーボン、グラファイト、或いはアルミニウムなどの一般的な導電材料によって構成される。
【００１９】
上部電極２０は、対向部２２、外周部２４及び複数の凸部２６を備える。上部電極２０は、支持部２１によって真空チャンバー１の天井に支持される。下部電極１０と上部電極２０との間には、プラズマが生成される処理空間Ｉが形成される。
【００２０】
対向部２２は、下部電極１０に対向して配置されており、下部電極１０の載置面１０Ａと対向する対向面２２Ａを有する。対向面２２Ａの略全域には、後述する複数の凸部２６が形成される。対向部２２の内部には、成膜用ガスやプラズマ生成用ガスを供給する給気通路３０が設けられる。
【００２１】
外周部２４は、対向部２２の側方を取り囲むように設けられる。外周部２４は、対向部２２の対向面２２Ａの外周に繋がる平坦面２４Ａを有する。平坦面２４Ａは、平坦に形成されており、下部電極１０が有する載置面１０Ａと略平行である。
【００２２】
なお、外周部２４は、対向部２２と一体であってもよいし、別体であってもよい。外周部２４を対向部２２とは別体とする場合には、導電性の取付け具（例えば、ボルトなど）を用いて、外周部２４を対向部２２に固定する。
【００２３】
複数の凸部２６は、対向面２２Ａ上に形成される。凸部２６は、下部電極１０側に向かってテーパー状に形成される。凸部２６には、凸部２６の先端から対向部２２の内部に向かって給気孔２６Ｈが形成される。給気孔２６Ｈは、給気通路３０に繋がれており、成膜用ガスやプラズマ生成用ガスは、凸部２６の先端から処理空間Ｉに供給される。なお、複数の凸部２６は、対向部２２と一体的に形成されていてもよいし、別体であってもよい。
【００２４】
このような上部電極２０には、図示しない電源装置によって、バイアス電圧としての直流電圧または高周波電圧が印加される。すなわち、上部電極２０は、下部電極１０より電位の高いカソード電極として機能する。これにより、処理空間Ｉにはプラズマが生成される。特に、複数の凸部２６の内部で形成される電界勾配に従って、凸部の周囲に位置する電子が加速されるため、処理空間Ｉに高密度のプラズマが生成される。
【００２５】
上部電極２０は、カーボン、グラファイト、或いはアルミニウムなどの一般的な導電材料によって構成される。また、対向面２２Ａ、平坦面２４Ａ及び凸部２６の表面には、アルミナなどのアルミニウム系絶縁膜やシリコン系絶縁膜が形成されていてもよい。
【００２６】
ここで、図２は、下部電極１０の載置面１０Ａに略平行な投影面上に、下部電極１０及び上部電極２０（対向部２２、外周部２４及び複数の凸部２６）を投影した投影図である。
【００２７】
図２に示すように、対向部２２は下部電極１０と略同寸法であるため、対向部２２の外周は、下部電極１０の外周と重なる。また、外周部２４の外周は、対向部２２及び下部電極１０の外周を取り囲む。なお、下部電極１０、上部電極２０の平面形状は、矩形に限らず円形などであってもよい。
【００２８】
給気通路３０は、成膜ガスやプラズマ生成用ガスを真空チャンバー１内に給気するための給気管である。図１では、１本の給気通路３０を示しているが、成膜ガスを給気する給気通路とプラズマ生成用ガスを給気する給気通路とが分離されていてもよい。
【００２９】
排気通路４０は、真空チャンバー１内の気体を排気するための排気管であり、真空チャンバー１内を真空状態にすることができる。
【００３０】
（処理空間に形成される電界）
次に、処理空間Ｉに形成される電界について、図３を参照しながら説明する。図３は、下部電極１０、上部電極２０（対向部２２、外周部２４、複数の凸部２６）及び処理空間Ｉの模式図である。
【００３１】
複数の凸部２６と下部電極１０とによって、図３に示す処理空間Ｉ１に電界強度の大きな電界が形成される。複数の凸部２６と下部電極１０とによって形成される電界強度は、載置面１０Ａの中央部上よりも載置面１０Ａの端部上の方が弱い。
【００３２】
また、外周部２４と下部電極１０とによって、図３に示す処理空間Ｉ２及び処理空間Ｉ３に電界が形成される。すなわち、外周部２４と下部電極１０とによって、載置面１０Ａの端部上に電界が形成される。
【００３３】
このように、複数の凸部２６と下部電極１０とによって載置面１０Ａの中央部上に電界が形成されるとともに、外周部２４と下部電極１０とによって載置面１０Ａの端部上に電界が形成される。
【００３４】
（作用及び効果）
本実施形態に係る上部電極２０は、載置面１０Ａに対向する対向面２２Ａを有する対向部２２と、対向面２２Ａの外周に繋がる平坦面２４Ａを有する外周部２４と、対向面２２Ａ上に形成された複数の凸部２６とを含む。載置面１０Ａに略平行な投影面上において、対向部２２の外周は、下部電極１０の外周と重なり、外周部２４の外周は、対向部２２の外周を取り囲む。
【００３５】
従って、複数の凸部２６と下部電極１０とによって、載置面１０Ａの中央部上（図３に示す処理空間Ｉ１）に電界を形成するとともに、外周部２４と下部電極１０とによって、載置面１０Ａの端部上（図３に示す処理空間Ｉ２及び処理空間Ｉ３）に電界を形成することができる。これにより、載置面１０Ａ上の全域で均一にプラズマを生成することができるため、基板Ｓに対して均一にプラズマ処理を施すことができる。特に、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、基板Ｓに対して均一な膜厚及び膜質で成膜を行うことができる。
【００３６】
ここで、外周部２４を備えない従来のプラズマ処理装置では、載置面の端部上で十分にプラズマが生成できないため、基板Ｓの寸法を載置面の寸法より相当程度小さくする必要があった。一方、本実施形態に係るプラズマ処理装置１００によれば、基板Ｓを載置面１０Ａと略同寸法にした場合であっても、基板Ｓ上に均一な膜厚及び膜質で成膜することができる。
【００３７】
（その他の実施形態）
本発明は上記の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。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、プラズマ処理装置１００を用いて基板Ｓに成膜処理を施す場合について説明したが、プラズマ処理装置１００は、プラズマエッチング処理などの他のプラズマ処理にも適用することができる。
【００３９】
また、上記実施形態では、下部電極１０を接地することにより、下部電極１０の電位を接地電位としたが、下部電極１０の電位は上部電極２０の電位に対して負であればよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、本発明の第１電極及び第２電極の一例として下部電極１０及び上部電極２０について説明したが、第１電極及び第２電極の配置はこれに限られない。すなわち、第１電極及び第２電極は、水平面に対して略垂直に立てられてもよいし、第１電極は第２電極の上方に配置されてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、平坦面２４Ａを載置面１０Ａと略平行としたが、平坦面２４Ａは、載置面１０Ａに対して傾いていてもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施例について説明する。具体的には、載置面上における電界強度を計算し、それが成膜に与える影響について検討した。
【００４３】
（実施例）
図４に示す電極構成に基づいて、下部電極１０の載置面１０Ａ上（領域Ｘ）における電界強度を計算した。
【００４４】
実施例に係る上部電極２０は、載置面１０Ａに対向する対向部２２と、対向部２２の側方を取り囲む外周部２６と、対向部２２上に形成された複数の凸部２６とを備える。
【００４５】
（比較例）
図５に示す電極構成に基づいて、下部電極１０の載置面１０Ａ上（領域Ｙ）における電界強度を計算した。
【００４６】
比較例に係る上部電極２０は、外周部２６を備えない点以外は上記実施例と同様である。
【００４７】
（計算結果）
領域Ｘ及び領域Ｙにおける電界強度を図６に示す。図６では、載置面１０Ａの中心からの位置と、載置面１０Ａの中心における電界強度を基準に規格化した電界強度とを示す。
【００４８】
図６に示すように、実施例では、領域Ｘの中心における電界強度に対する領域Ｘの端における電界強度の比は、約１．０１であった。一方、比較例では、領域Ｙの中心における電界強度に対する領域Ｙの端における電界強度の比は、約０．９５であった。
【００４９】
このように、実施例では、比較例に比べて、載置面１０Ａ上において均一に電界を形成することができた。これは、実施例に係る上部電極２０が外周部２６を備えたことにより、載置面１０Ａの端部上における電界強度が強められたためである。
【００５０】
（電界強度と膜厚との関係）
次に、電界強度と膜厚との関係について確認した。具体的には、ＰＥＣＶＤ法を用いてガラス基板上に成膜処理を行った。処理条件は、真空チャンバー内の圧力を１１００Ｐａ、温度を２００℃、上部電極に印加する電圧の周波数を４０ＭＨｚ、投入電力を１．１ｋＷ、Ｈ２供給量／ＳｉＯ２供給量を１９とした。
【００５１】
図７は、ガラス基板上における電界強度の計算値と、ガラス基板上に形成された膜の膜厚との関係を示す。図７では、電界強度と膜厚を規格化した数値で示している。
【００５２】
図７に示すように、膜厚は電界強度に比例することが確認された。従って、図７より、実施例に係るプラズマ処理装置を用いて基板上に成膜処理を行った場合、領域Ｘの中心から領域Ｘの端までにおける膜厚のバラツキは、約３％以内に抑えられることが判った。
【００５３】
一方、図７より、比較例に係るプラズマ処理装置を用いて基板上に成膜処理を行った場合には、領域Ｙの中心から領域Ｙの端までにおいて、約９％の膜厚のバラツキが生じてしまうことが判った。
【００５４】
以上より、外周部２６を備えることにより、より均一な膜厚で成膜処理を行えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１００の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る下部電極１０、上部電極２０の投影図である。
【図３】本発明の実施形態に係る処理空間Ｉの模式図である。
【図４】実施例の電極構成を示す模式図である。
【図５】比較例の電極構成を示す模式図である。
【図６】実施例の領域Ｘ及び比較例の領域Ｙにおける電界強度を示す図である。
【図７】電界強度と膜厚との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
Ｉ…処理空間
Ｓ…基板
１…真空チャンバー
１０…下部電極
１０Ａ…載置面
１１…支持部
２０…上部電極
２１…支持部
２２…対向部
２２Ａ…対向面
２４…外周部
２４Ａ…平坦面
２６…凸部
２６…外周部
２６Ｈ…給気孔
３０…給気通路
４０…排気通路
１００…プラズマ処理装置
【図１】
2009228032.tif 000003
【図２】
2009228032.tif 000004
【図３】
2009228032.tif 000005
【図４】
2009228032.tif 000006
【図５】
2009228032.tif 000007
【図６】
2009228032.tif 000008
【図７】
2009228032.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月12日(2008.12.12)
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板が載置される載置面を有する第１電極と、
前記載置面に対向する対向面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上に形成された複数の凸部を含む第２電極と
が備えられたプラズマ処理装置を用いて前記基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ処理装置は、
前記載置面に略平行な投影面上において、
前記対向部の外周は、前記第１電極の外周と重なり、
前記外周部の外周は、前記対向部の外周を取り囲む
よう配置されたことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記複数の凸部は、前記対向面の略全域に渡って形成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記外周面は、前記載置面に略平行な平面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方法。
【請求項４】
基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
前記基板が載置される載置面を有する第１電極と、
前記載置面に対向する対向面を有する対向部と、前記対向面の外周に繋がる平坦面を有する外周部と、前記対向面上に形成された複数の凸部とを含む第２電極と
を備え、
前記載置面に略平行な投影面上において、
前記対向部の外周は、前記第１電極の外周と重なり、
前記外周部の外周は、前記対向部の外周を取り囲む
ことを特徴とするプラズマ処理装置。