(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、
該回転電極を回転させる駆動手段と、
該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、
該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、
該回転電極の空洞部には、前記電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、前記通気口を介して該回転電極と前記基板との間隙に供給する反応ガス供給路を有する反応ガス供給手段が設けられており、
前記反応ガス供給手段は、前記反応ガス供給路に供給される反応ガスが前記回転電極と前記基板との間隙に形成されるプラズマ発生空間の所望の位置に反応ガスを供給し得るように移動可能になっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、
該回転電極を回転させる駆動手段と、
該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、
該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、
該回転電極の空洞部には、前記電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、前記通気口を介して該回転電極と前記基板との間隙に供給する反応ガス供給路を有する反応ガス供給手段が設けられており、
前記反応ガス供給路は、前記回転電極と前記基板との間隙に発生されるプラズマ発生空間の所望の位置に、反応ガスを供給し得るように分岐していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記反応ガス供給路の各分岐部分における反応ガス流量が、それぞれ異なっている、請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、
該回転電極を回転させる駆動手段と、
該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、
該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、
該回転電極の空洞部には、前記電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、前記通気口を介して該回転電極と前記基板との間隙に供給する反応ガス供給路を有する反応ガス供給手段が設けられており、
前記反応ガス供給手段は、複数の反応ガス供給路を有しており、前記各反応ガス供給路からは、それぞれ、組成、流量、圧力等の条件が異なる反応ガスが供給されることを特徴とするのプラズマ処理装置。
【請求項５】
所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、
該回転電極を回転させる駆動手段と、
該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、
該回転電極には、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、
該回転電極の空洞部には、前記電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、前記通気口を介して該回転電極と前記基板との間隙に供給する反応ガス供給路と、該反応ガス供給路の前記回転電極の回転方向の下流側に隣接して、前記基板と前記回転電極との間隙に存在するガス成分を吸引する反応領域用ガス吸引路とを有する反応ガス供給手段が設けられており、
前記プラズマ発生空間に対して前記回転電極の回転方向の下流側に、前記回転電極に対向して対向電極が設けられており、
前記反応ガス供給手段には、前記反応ガスによって発生するプラズマに起因して発生し前記回転電極の表面に付着する反応生成物を除去するためのクリーニング用のプラズマを前記対向電極と前記回転電極との間隙に形成するために、前記電源からの電圧の印加によって発生させるクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給路が形成されると共に、該クリーニングガス供給路の前記回転電極の回転方向の下流側に隣接して、前記対向電極と前記回転電極との間隙に存在するガス成分を吸引するクリーニング領域用ガス吸引路が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記回転電極の周囲に複数の基板が配置されるようになっており、前記各基板に対して前記回転電極の回転方向の下流側には、それぞれ前記対向電極が配置され、
隣接する前記反応ガス供給路および前記反応領域用ガス吸引路が、前記複数の基板表面に対向するようにそれぞれ複数形成され、隣接する前記クリーニングガス供給路および前記クリーニング領域用ガス吸引路が、前記各対向電極に対向するようにそれぞれ複数形成されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記基板がフレキシブル基板であり、前記回転電極の周囲に、該フレキシブル基板が巻き掛けられる回転駆動可能なローラが設けられており、
隣接する前記反応ガス供給路および前記反応領域用ガス吸引路が、前記基板の表面における複数の領域に対向するようにそれぞれ複数形成され、前記各領域の前記回転電極の回転方向の下流側に、隣接する前記クリーニングガス供給路および前記クリーニング領域用ガス吸引路が、前記各対向電極に対向するようにそれぞれ複数形成されて、隣接する前記クリーニングガス供給路および前記クリーニング領域用ガス吸引路に対向して前記対向電極がそれぞれ形成されている、請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記回転電極に形成された通気口は、該回転電極の周面の全体にわたって複数形成された孔部である、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記回転電極に形成された通気口は、該回転電極の軸方向に沿って複数形成されたスリット状のガス通気口である、請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマにより基板の表面を処理するプラズマ処理装置に関し、さらに詳細には、回転により基板表面の近傍を移動する電極表面を有する回転電極を用いたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体製造装置においては、一対の電極間に基板を載置し、電極間に反応ガスを供給した状態で高周波電力を印加することにより、電極間に供給された反応ガスをイオン種、ラジカル種等に分解してプラズマを発生させ、このプラズマを用いて、電極間に載置された基板に対して、エッチング、薄膜形成、表面改質等の表面処理を行うプラズマ処理装置が広く用いられている。
【０００３】
このプラズマ処理装置として、回転により基板表面の近傍を移動する電極表面を有する回転電極を用いたプラズマ処理装置が、特開平９−１０４９８５号公報に記載されている。
【０００４】
このような回転電極を用いたプラズマ処理装置について、図面に基づいて説明する。
【０００５】
図２５は、上記公報に記載された回転電極を用いたプラズマ処理装置を示しており、図２５（ａ）は、その概略構成を示す斜視図、図２５（ｂ）は、側面図である。
【０００６】
この回転電極を用いたプラズマ処理装置は、図示しない平板状の基板ステージを有しており、この基板ステージ上に基板１０４が載置される。基板１０４の上方には、円筒型の回転電極１０１が設けられている。この回転電極１０１は、その回転軸１０２が基板１０４に対して平行になるように配置されている。
【０００７】
回転電極１０１の回転軸１０２には、高周波電源１０３が、回転軸１０２の回転を阻害しないように接続されている。基板１０４を載置する図示しない基板ステージは、接地されている。回転電極１０１は、回転軸１０２を中心軸として所定の回転速度で回転可能に構成されている。また、基板１０４を載置する基板ステージは、基板１０４を回転電極１０１の回転軸１０２の軸方向と垂直な水平方向にスライド可能に構成されている。
【０００８】
これら円筒型の回転電極１０１及び基板１０４を載置する基板ステージは、図示しない反応容器内に設けられ、反応容器内には、大気圧近傍の圧力条件に反応ガスが充填される。そして、回転電極１０１を所定の回転速度で回転させることにより、反応容器中に充填された反応ガスを、回転電極１０１の回転に伴って回転電極１０１と基板ステージ上の基板１０４との間隙に移動させる。この状態で、高周波電源１０３から高周波電圧を印加すると、回転電極１０１と基板１０４との間隙に移動された反応ガスが、回転電極１０１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマを発生し、基板１０４と回転電極１０１との間隙にプラズマ発生空間Ｐを形成する。そして、このプラズマ発生空間Ｐに発生したプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、基板１０４の表面上において、エッチング、薄膜形成、表面改質等の所望の表面処理が行われる。
【０００９】
例えば、基板１０４にアモルファスＳｉ膜、多結晶Ｓｉ膜等のシリコン膜を成膜する場合、図示しない反応容器には、ＨｅとＨ2とＳｉＨ4とからなる混合気体が供給される。各反応ガスの濃度は、ＳｉＨ4濃度が０．０１％から１０％程度、Ｈ2が０％から５０％程度の割合で混合させて用いられる。また、ガラス基板の表面を加工する場合には、反応ガスとして、Ｈｅ、Ｏ2、ＣＦ4、ＳＦ6等の混合気体が反応ガスとして用いられる。
【００１０】
また、図２６には、回転電極を用いた他のプラズマ処理装置を示している。図２６（ａ）は、その概略構成を示す斜視図、図２６（ｂ）は、側面図である。
【００１１】
このプラズマ処理装置に用いられる穴つき回転電極１０６は、円筒形状を有し、内部に空洞部１０７が形成されている。この穴つき回転電極１０６の周面には、中空の空洞部１０７に連通する複数の孔部１０８が周方向及び軸方向に沿って一定の間隔をあけて形成されている。穴つき回転電極１０６の空洞部１０７には、図示しない反応ガス供給源により、所定の反応ガスが供給されるようになっている。穴つき回転電極１０６の空洞部１０７に反応ガスが供給されると、穴つき回転電極１０６の周面部に形成された各孔部１０８が反応ガスを噴き出すガス噴出口となって穴つき回転電極１０６の内部に供給された反応ガスが穴つき回転電極１０６の外部に供給されるようになっている。他の構成は、図２５に示すプラズマ処理装置と同一の構成を有しているので詳しい説明は省略する。
【００１２】
上記の図２５及び図２６にそれぞれ示す回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６を用いたプラズマ処理装置では、反応ガスが、その粘性によって、高速回転する回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６に追従して基板１０４と回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６との間隙に供給される。この間隙には、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６の回転により反応ガスを均一に供給することができると共に、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６の回転を高速化することによって、この間隙間に供給される反応ガス供給量を増大させることができる。したがって、このプラズマ処理装置では、基板１０４の表面に対して、ムラを生じることなく均一な処理を施すことができると共に、その表面処理の速度を高速化することができる。さらに、このプラズマ処理装置においては、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６と基板ステージ上の基板１０４との間隙を狭小にすることができるため、反応ガスの利用効率を高めることができる。さらに、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６の高速回転に基づく自己冷却作用によって、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６の表面を十分に冷却することができるため、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６に大きな電圧を印加しても、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６が過度に発熱されることがなく、回転電極１０１及び穴つき回転電極１０６に大きな電圧を印加することができ、基板１０４の表面処理速度及び表面処理の均一性を大幅に向上させることができる。
【００１３】
さらに、図２６に示す周面部に反応ガスの噴出口となる複数の孔部１０８を形成したプラズマ処理装置では、各孔部１０８を介した反応ガスの供給によって、穴つき回転電極１０６と基板１０４との間隙への反応ガスの供給をより円滑にすることができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の回転電極を用いたプラズマ処理装置においては、基板１０４と回転電極１０１との間隙が狭小に形成されており、回転電極１０１の回転のみによっては、間隙に供給される反応ガスの供給量に制限があり、十分な反応ガスを供給できない。
【００１５】
また、回転電極１０１の回転によって基板１０４と回転電極１０１との間隙に供給される反応ガスは、回転電極１０１の回転方向に沿って流れるガス流となり、プラズマ発生空間Ｐ内の反応ガスのガス流の上流側と下流側とで、反応ガスの分解度が異なって、その間隙内において、反応ガスの分解物の分布が不均一になる。この場合、このような不均一な分布が発生した反応ガスの分解物によって、例えば、基板１０４に成膜処理を行った場合には、成膜される膜の特性が、反応ガスの上流側から下流側にわたって不均一になる。また、基板１０４の表面に加工を施す場合には、仕上げ面に反応ガスの上流側から下流側にわたって表面の特性が不均一になる。
【００１６】
さらに、２種類以上のガスを混合した混合ガスを反応ガスとして用いて成膜処理を実施する場合においても、回転電極１０１の回転方向に沿った反応ガスのガス流れの上流側と下流側とで、分解し易いガスが先に上流側で分解することにより、基板１０４と回転電極１０１との間隙内で、互いのガスの分解度合いが異なる。このような状態で成膜処理を行った場合、成膜される膜の組成比がガス流の上流側と下流側とで相違する。例えば、ＳｉＨ4、ＳｉＣ、Ｈ2、Ｈｅからなる混合ガスを反応ガスとして、ＳｉＣ膜を基板１０４の表面に成膜する場合、成膜される膜中のＳｉ／Ｃ比に分布が生じて均一にならない。また、表面加工を実施する場合にも、仕上げ面の表面特性が不均一になる。
【００１７】
一方、図２６に示される穴つき回転電極１０６を用いたプラズマ処理装置においても、ガス噴出口となる各孔部１０８から反応ガスが噴き出されて、穴つき回転電極１０６と基板１０４との間隙に所定の反応ガスが供給されるが、穴つき回転電極１０６の全周にわたって形成された各孔部１０８から反応ガスが噴き出されるので、プラズマ処理に関与しない穴つき回転電極１０６と基板１０４との間隙から離れた位置からも反応ガスが噴き出され、また、穴つき回転電極１０６と基板１０４の間隙は非常に狭く、効率良く反応ガスがプラズマ発生空間Ｐに供給されない。その結果、反応ガスの利用効率が低いという問題がある。また、穴つき回転電極１０６に形成された各孔部１０８から、穴つき回転電極１０６と基板１０４との間隙に均等に反応ガスが供給されるため、穴つき回転電極１０６の回転の上流側と下流側とで、供給される反応ガスの供給量、組成等を調整することができないという問題もある。
【００１８】
また穴つき回転電極１０６に形成された各孔部１０８より単一の反応ガスが噴出されるため、互いに異なる組成、混合比を持った複数種の反応ガスを、プラズマ発生空間Ｐ内に、互いに異なった位置、流量で供給することが出来ない。
【００１９】
また回転する穴つき回転電極１０６内の空洞部１０７に反応ガスを供給する方式については明記されていない。
【００２０】
また穴つき回転電極１０６の表面に形成された各孔部１０８より反応ガスを吸引することは明記されていない。
【００２１】
また穴つき回転電極１０６に形成された各孔部１０８より、全方向に、単一の反応ガスが噴出されるため、１つの穴つき回転電極１０６を用いて、複数のプロセスを同時に行うことが出来ない。
【００２２】
また穴つき回転電極１０６の表面に形成する各孔部１０８において、穴つき回転電極１０６の周方向に異なった穴形状、穴密度を持った穴つき回転電極を用いることは明記されていない。
【００２３】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、回転電極を用いたプラズマ処理装置において、狭小になった回転電極と基板との間隙に十分な反応ガスを供給することができ、表面処理特性分布が発生しないプラズマ処理装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のプラズマ処理装置は、所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、該回転電極を回転させる駆動手段と、該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、該回転電極の空洞部には、該電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、該通気口を介して該回転電極と基板との間隙に供給する反応ガス供給路を有する反応ガス供給手段が設けられていることを特徴とするものである。
【００２５】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記回転電極に形成された通気口は、該回転電極の周面の全体にわたって複数形成された孔部であることが好ましい。
【００２６】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段は、前記反応ガス供給路に供給される反応ガスが前記回転電極と基板との間隙に形成されるプラズマ発生空間の所望の位置に反応ガスを供給し得るように移動可能になっていることが好ましい。
【００２７】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給路は、前記回転電極と基板との間隙に発生されるプラズマ発生空間の所望の位置に、反応ガスを供給し得るように分岐していることが好ましい。
【００２８】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給路の各分岐部分における反応ガス流量が、それぞれ異なっていることが好ましい。
【００２９】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段は、複数の反応ガス供給路を有していることが好ましい。
【００３０】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段の各反応ガス供給路からは、それぞれ、組成、流量、圧力等の条件が異なる反応ガスが供給されることが好ましい。
【００３１】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給手段には、前記回転電極に形成されている通気口を介して、回転電極と基板との間隙に存在するガス成分を吸引するガス吸引路が形成されていることが好ましい。
【００３２】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給手段に形成された反応ガス供給路は、前記回転電極と前記基板との間隙に形成されるプラズマ発生空間の前記回転電極の回転方向の上流側に反応ガスが供給されるように、前記ガス吸引路は、該プラズマ発生空間の該回転電極の回転方向の下流側のガス成分が吸引されるように、それぞれ、プラズマ発生空間に対向して形成されていることが好ましい。
【００３３】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生空間に対して前記回転電極の回転方向の下流側に、該回転電極に対向して対向電極が設けられており、前記反応ガス供給手段には、前記反応ガスによって発生するプラズマに起因して発生し該回転電極の表面に付着する反応生成物を除去するためのクリーニング用のプラズマを該対向電極と該回転電極との間隙に形成するために、前記電源からの電圧の印加によって発生させるクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給路が形成されると共に、該クリーニングガス供給路の回転電極の回転方向の下流側に、対向電極と回転電極との間隙に存在するガス成分を吸引する吸引する吸引路が形成されていることが好ましい。
【００３４】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記回転電極の周囲に複数の基板が配置されるようになっており、該各基板に対して前記回転電極の回転方向の下流側には、それぞれ前記対向電極が配置され、前記反応ガス供給手段には、基板表面を処理するためのプラズマを発生する反応ガスを供給する反応ガス供給路が、それぞれの基板表面に対向して形成され、該回転電極の電極表面に付着する反応生成物を除去するためのプラズマを発生するクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給路が、それぞれの対向電極に対向して形成され、各基板及び各対向基板と該回転電極との間隙に存在するガス成分を吸引するガス吸引路が、各反応ガス供給路及び各クリーニングガス供給路に対して前記回転電極の回転方向の下流側に隣接してそれぞれ形成されていることが好ましい。
【００３５】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記基板がフレキシブル基板であり、前記回転電極の周囲に、該フレキシブル基板が巻き掛けられる回転駆動可能なローラが設けられていることが好ましい。
【００３６】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段には、反応ガスを供給する複数の反応ガス供給路と、該反応ガス供給路のそれぞれに隣接するガス吸引路とが形成されていることが好ましい。
【００３７】
また、本発明のプラズマ処理装置は、所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、該回転電極を回転させる駆動手段と、該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、該回転電極の外部には、反応ガスを導入するための導入開口部と基板に対向する導出開口部を除いて、該回転電極の外周をほぼ覆う電極カバーによって覆われていることを特徴とするものである。
【００３８】
また、本発明のプラズマ処理装置は、所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極と、該回転電極を回転させる駆動手段と、該回転電極に高周波電圧または直流電圧を印加する電源とを備え、該回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、その表面に、空洞部に連通する通気口が形成されており、該回転電極の外部には、反応ガスを導入するための導入開口部を有し、該回転電極を部分的に覆う部分電極カバーが設けられ、該回転電極の内部の空洞部には、該部分電極カバーの導入開口部から該通気口を通じて該空洞部に導入された反応ガスを、基板と該回転電極との間隙に通流するガス通流部が設けられていることを特徴とするものである。
【００３９】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段に形成される反応ガス供給路は、基板と回転電極との間隙に発生されるプラズマ発生空間に対応した大きさに形成されていることが好ましい。
【００４０】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記反応ガス供給手段に形成された反応ガス供給路には、反応ガスを通流可能な多孔質体が設けられていることが好ましい。
【００４１】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記回転電極の電極表面上には、その全周にわたって、反応ガスを通流可能な多孔質体が設けられていることが好ましい。
【００４２】
上記本発明のプラズマ処理装置において、前記回転電極に形成された通気口は、該回転電極の軸方向に沿って複数形成されたスリット状のガス通気口であることが好ましい。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のプラズマ処理装置について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１のプラズマ処理装置の概略を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００４５】
このプラズマ処理装置は、図示しない平板状の基板ステージを有しており、この基板ステージ上に基板Ｓが載置される。この基板Ｓの上方には、円筒型の回転電極１が設けられる。円筒型の回転電極１は、円筒型の電極本体部１ａと、この電極本体部１ａの各端面にそれぞれ電極本体部１ａと同芯状に設けられた回転軸１ｂとを有している。この回転電極１は、電極本体部１ａ及び各回転軸１ｂの軸方向が、基板Ｓの表面に対して平行になるように配置されており、回転電極１と基板ステージ上に載置された基板Ｓとの間に、所定のギャップが形成されている。このギャップは、回転電極１の各端面にそれぞれ設けられた回転軸１ｂ又は図示しない基板ステージを上下方向に平行に移動させることにより所望の距離に設定することができる。
【００４６】
回転電極１には、その回転駆動を阻害しないように、高周波電源２が接続されており、回転電極１に高周波電圧が印加されるようになっている。基板Ｓを載置する図示しない基板ステージは接地されており、基板Ｓを回転電極１の回転軸１ｂと直交する水平方向にスライド可能に構成されている。
【００４７】
なお、本実施の形態１では、回転電極１と基板ステージ上の基板Ｓとの間隙にプラズマを発生させるために、回転電極１に高周波電圧を印加する高周波電源２を接続しているが、プラズマは、高周波電圧を印加する代わりに、高出力の直流電圧を印加することによっても発生させることが可能であり、上記の高周波電源２に代えて、高出力の直流電圧を印加する直流電源を回転電極１に接続する構成としてもよい。
【００４８】
回転電極１の電極本体部１ａは、内部に空洞部１ｄが形成された中空状態になっている。電極本体部１ａの各端面に設けられた各回転軸１ｂは、電極本体部１ａの中央部に同心状態で設けられた円形の穴部内に嵌合されている。電極本体部１ａの各端面は各回転軸１ｂが嵌合された穴部を除いて閉塞されている。各回転軸１ｂは、それぞれ中空の円筒状に形成されており、それぞれの端面は開放されている。また、円筒型の電極本体部１ａの周面には、軸方向及び周方向に沿って一定の間隔をあけて、反応ガスの噴出口となる孔部１ｃが形成されている。
【００４９】
回転電極１の電極本体部１ａ及び回転軸１ｂの中空になった内部には、反応ガス供給管３が設けられている。反応ガス供給管３は、回転電極１の電極本体部１ａ内に形成された空洞部１ｄをほぼ充填するように、電極本体部１ａ内の内径よりもわずかに小径の円柱形状に形成されて、電極本体部１ａ内に挿入された供給本体部３ａと、図３に示すように、回転電極１の円筒状の各回転軸１ｂ内に形成された空間を、それぞれほぼ充填するように、各回転軸１ｂ内の内径よりもわずかに小径の円筒形状に形成されて、各回転軸１ｂ内にそれぞれ挿入されて回転可能に支持された軸部３ｂとを有している。この供給本体部３ａの両側部に設けられる２つの軸部３ｂは、供給本体部３ａとは同心状態で一体的に構成されており、供給本体部３ａが、回転電極１と同心状に配置される。
【００５０】
反応ガス供給管３には、反応ガスを供給するガス供給路が形成されている。このガス供給路は、一方の軸部３ｂ内に形成された反応ガス導入路４と、この反応ガス導入路４に連通して供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５とを有している。
【００５１】
反応ガス供給管３の供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５は、図２及び図３に示すように、供給本体部３ａの軸方向に沿って延びる偏平な直方体形状であって、供給本体部３ａの半径に沿って形成されている。反応ガス供給本体路５の外周側の端面は、回転電極１における電極本体部１ａの全周面にわたって形成された各孔部１ｃを介して、基板Ｓと回転電極１との間隙の全体にわたって反応ガスを供給できるように、供給本体部３ａの外周面に開口している。この直方体状の反応ガス供給本体路５における供給本体部３ａの外周面に開口した端面の周方向の寸法は、図２に示すように、回転電極１の電極本体部１ａに形成された孔部１ｃの直径と同程度の狭小な寸法を有している。また、供給本体部３ａの軸方向に沿った寸法は、図３に示すように、供給本体部３ａの軸方向の各端部を除いた長さになっている。
【００５２】
上記の構成を有する円筒型の回転電極１及び基板Ｓを載置する基板ステージは、図示しない反応容器内に設けられており、基板Ｓの表面処理を実施する場合には、反応容器内に大気圧近傍の圧力条件で所定のガスが充填される。
【００５３】
次に、本実施の形態１のプラズマ処理装置の回転電極１を回転可能に支持する構造について図面に基づいて説明する。
【００５４】
図５は、図示しない反応容器内に固定された回転電極１、基板ステージ等を示す回転電極１の軸方向に沿った断面図であり、図６は、図５のＣ−Ｃ’線に沿う断面図、図７は、図５のＤ−Ｄ’線に沿う断面図である。
【００５５】
本実施の形態１のプラズマ処理装置では、図５に示すように、図示しない反応容器の底面に設けられた定盤１１上に、基板Ｓを載置する基板ステージ１２が設けられる。
【００５６】
回転電極１の各回転軸１ｂをそれぞれ支持する定盤１１の上面における基板ステージ１２を挟む両側には、それぞれ、支持ハウジング１３が、上方に所定高さで突出するように設けられている。各支持ハウジング１３は、それぞれ同様の構造になっており、上部支持部１３ａと下部支持部１３ｂとに分割可能に構成されている。支持ハウジング１３のそれぞれの下部支持部１３ｂの上面には、各回転軸１ｂの下部が嵌合されるように下方に突出する半円形の湾曲部１３ｃが形成されている。また、上部支持部１３ａの下面には、湾曲部１３ｃに嵌合された回転軸１ｂの上部が嵌合されるように上方に突出する半円形の湾曲部１３ｄが形成されている。支持ハウジング１３の上部支持部１３ａ及び下部支持部１３ｂにそれぞれ形成された湾曲部１３ｃ及び１３ｄは、上部支持部１３ａ及び下部支持部１３ｂが整合状態とされると、水平方向に沿った円筒状の穴部が形成される。
【００５７】
支持ハウジング１３に形成された円筒状の穴部には、円筒状のスリーブ１５が嵌合されている。このスリーブ１５内には、一対の外側ベアリング１６によって、回転電極１の各回転軸１ｂが回転可能に支持されている。このように回転電極１の各回転軸１ｂが、各ハウジング１３のスリーブ１５内に嵌入された状態では、回転電極１の電極本体部１ａが基板ステージ１２上に載置される基板Ｓから所定の間隔をあけて配置されるようになっている。回転電極１の各回転軸１ｂ内には、一対の内側ベアリング１７によって、反応ガス供給管３の軸部３ｂがそれぞれ回転可能に支持されている。
【００５８】
反応ガス導入路４が設けられていない軸部３ｂが挿入された一方の回転軸１ｂを支持する支持ハウジング１３には、図示しない駆動装置によって回転可能に構成されたマグネットカップリング１８によって、回転力が伝達されるように、マグネットカップリング１８が近接して配置されており、このマグネットカップリング１８が回転駆動した場合に、この回転駆動力が伝達されて回転電極１がマグネットカップリング１８と共に回転駆動される。
【００５９】
反応ガス導入路４が設けられた軸部３ｂが挿入された他方の回転軸１ｂを支持する支持ハウジング１３には、軸部３ｂに形成された反応ガス導入路４に連通する円筒状の連結部材１９が設けられており、この連結部材１９には、反応ガスの供給源となる図示しない反応ガス供給手段に連通する反応ガス導入管２０が接続されている。
【００６０】
また、この支持ハウジング１３の上側には、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３を、軸芯を中心として回転駆動するステッピングモータ２１が設けられている。このステッピングモータ２１は、その回転軸が連結部材１９の上方に位置するように配置され、この回転軸には、この回転軸と一体的に回転する駆動ギア２２が取り付けられている。この駆動ギア２２は、反応ガス供給管３の後部側に突出して設けられた連結部材１９に取り付けられた回転ギア２３に噛み合わせられており、駆動ギア２２の回転にともなって回転ギア２３が回転され回転ギア２３と一体となった連結部材１９が取り付けられた反応ガス供給管３が回転するようになっている。
【００６１】
図８は、このような反応ガス供給管３の回転機構を取り付けた状態を示す側面図であり、図８（ａ）は、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３が、ステッピングモータ２１によって回転移動される前の初期状態を示しており、図８（ｂ）は、ステッピングモータ２１の駆動によって、反応ガス供給管３が所定の角度だけ回転移動された状態を示す側面図である。
【００６２】
また、図９は、ステッピングモータ２１の駆動により反応ガス供給管３が所定の回転角αだけ回転移動された状態を示す断面図である。
【００６３】
図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステッッピングモータ２１の回転駆動により、このステッピングモータ２１の回転軸に取り付けられた駆動ギア２２が所定方向に回転角ａだけ回動すると、この駆動ギア２２に噛み合う回転ギア２３が、回転角ａだけ回動し、この回転ギア２３の回動に伴って、連結部材１９が取り付けられた反応ガス供給管３が、図９に示すように、回転角αだけ回動される。
【００６４】
ステッピングモータ２１の駆動が停止されると、駆動ギア２２の回動が停止され、駆動ギア２２と噛み合った回転ギア２３は、回動が停止されて固定状態とされる。これにより、反応ガス供給管３は回転することなく固定され、回転電極１の回転に伴って回転することが防止される。
【００６５】
次に、上記構成を有する本実施の形態１のプラズマ処理装置の動作について説明する。
【００６６】
まず、基板ステージ１２上に表面処理が実施される基板Ｓを載置する。
【００６７】
次に、図示しない反応容器内に基板Ｓの表面処理を実施するために使用される反応ガスを大気圧近傍の圧力条件で充填する。
【００６８】
そして、この反応ガス雰囲気で、回転電極１を所定の回転速度で回転させる。この回転電極１の回転駆動によって、反応容器内に充填された反応ガスは、回転電極１の回転に伴って回転電極１と基板ステージ１２上の基板Ｓとのギャップに移動される。この回転電極１の回転と同時に、図示しない反応ガス供給手段によって、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３に所定の反応ガスを供給する。この反応ガス供給管３に供給される反応ガスは、反応容器内に充填された反応ガスと同一の反応ガスが供給されてもよく、また、組成等が異なった別種の反応ガスが供給されてもよい。反応ガス供給管３に供給される反応ガスは基板Ｓの表面の処理の種類等によって適宜選択される。
【００６９】
例えば、基板ＳにＳｉＣ膜を成膜する場合には、ＨｅとＨ2とＳｉＨ4とＣＨ4とを混合した混合気体を反応ガスとして用い、反応容器内には、混合ガスのガス成分の混合比を、ＳｉＨ4／ＣＨ4＜１の混合比とした反応ガスを充填し、また反応ガス供給管３からは、混合ガスのガス成分の混合比をＳｉＨ4／ＣＨ4＞１の混合比とした反応ガスを供給する。
【００７０】
また、例えば、基板Ｓ上に多結晶Ｓｉ、アモルファスＳｉ等のシリコン薄膜を成膜する場合には、反応容器内には、Ｈｅガスのみを充填させ、反応ガス供給管３には、ＨｅとＨ2とＳｉＨ4とを混合させた反応ガスを供給する。
【００７１】
図示しない反応ガス供給手段から供給される反応ガスは、反応ガス供給管３の軸部３ｂ内に形成された反応ガス導入路４から供給本体部３ａ内に形成された反応ガス供給本体路５に供給されて、この反応ガス供給本体路５から、回転電極１の電極本体部１ａの周面に所定の複数箇所にわたって設けられたガス噴出口である孔部１ｃを通って、回転電極１の外部に供給される。この場合、例えば、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５が、供給本体部３ａの中心位置から下端に向かうように配置される。したがって、反応ガス供給本体路５から供給される反応ガスは、回転電極１と基板Ｓとの間隙にのみ噴出される。
【００７２】
このように、本実施の形態１のプラズマ処理装置では、回転電極１の回転によって、反応容器内に充填された反応ガスが、回転電極１の回転に伴って回転電極１と基板ステージ１２上の基板Ｓとの間隙に移動されると共に、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５を介して、回転電極１の周面に設けられた孔部１ｃから反応ガスが供給される。回転電極１の孔部１ｃから供給される反応ガスは、反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５を介して、回転電極１と基板Ｓとの間隙にのみ供給されるので、反応ガスの利用効率が向上する。
【００７３】
この状態で、高周波電源２から回転電極１に高周波電圧を印加すると、回転電極１と基板Ｓとの間隙に移動された反応ガス及び回転電極１の電極本体部１ａに形成された孔部１ｃから供給された反応ガスが、回転電極１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマが発生する。
【００７４】
図４は、高周波電圧を印加した時点での回転電極１と基板Ｓとの間隙を示す要部拡大図である。高周波電圧の印加によって発生したプラズマは、回転電極１と基板Ｓとの間隙において発生され、この間隙において、図１〜図４で、それぞれ実線で囲む領域で示すように、プラズマ発生空間Ｐが形成される。
【００７５】
そして、このプラズマ発生空間Ｐに発生されたプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、基板Ｓの表面上において、エッチング、薄膜形成、表面改質等の所望の表面処理が行われる。
【００７６】
本実施の形態１のプラズマ処理装置では、円筒状の回転電極１の電極本体部１ａの内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５が、回転電極１と基板Ｓとの間隙に反応ガスを効率よく供給することができ、反応ガスの利用効率を向上させることができる。その結果、基板Ｓの表面処理に要するコストの低減を図ることができる。
【００７７】
図１０〜図１４には、本実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図を示している。
【００７８】
図１０では、反応ガス供給管３の供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５が、垂直方向に対して回転電極１の回転方向の上流側に若干傾斜した状態とされており、回転電極１と基板Ｓとの間隙に対して、回転電極１の回転方向の上流側の位置に反応ガスを供給するようになっている。この例では、回転電極１と基板Ｓとの間隙に対して、回転電極１の回転方向上流側から反応ガスが回転電極１の外部に噴き出されるために、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐにおける回転電極１の回転の上流域に反応ガスが供給されるようになっている。したがって、回転電極１の外部に噴き出された反応ガスは、回転電極１の回転によって、基板Ｓとの間隙部分に効率よく供給される。反応ガス供給管３の供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５が形成される方向は、適宜変更することができるために、回転電極３の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐに対して回転電極１の回転方向の上流域に限らず、中流域、下流域のいずれにの所望の位置にも反応ガスを供給することができる。
【００７９】
このように、プラズマ発生空間Ｐに対して所望の位置に反応ガスを供給することができるので、反応ガス供給管３から供給される反応ガスの種類、混合比、圧力、温度等の諸条件を所望の値に調整して、プラズマ発生空間Ｐ内におけるプラズマの分解度の分布を調整することが可能となる。したがって、例えば、基板Ｓに成膜処理を実施する場合には、膜中特性、膜中組成等が不均一になることを防止することができ、また、基板Ｓの表面加工を実施する場合には、加工された基板Ｓの表面の仕上げ面に表面特性が不均一になることを防止することができる。
【００８０】
図１１は、反応ガス供給管の供給本体部に形成された反応ガス供給本体路５の外周側部分を、回転電極１と基板Ｓとの間隙部分における回転電極１の回転の上流域、中領域、下流域のそれぞれに反応ガスが供給されるように、上流分岐経路５ａ、中流分岐経路５ｂ、下流分岐経路５ｃに分岐した例を示している。この図１１に示す例では、プラズマ発生空間Ｐにおける回転電極１の回転方向の下流域に最も多量の反応ガスが供給されるように下流域に反応ガスを供給する下流分岐経路５ｃが最も大きな幅寸法に形成され、中流域に反応ガスを供給する中流分岐経路５ｂ、上流域に反応ガスを供給する上流分岐経路５ａの幅寸法が順次小さくなっている。
【００８１】
このように、反応ガス供給管３の供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５が、供給本体部３ａの下端近傍において複数の分岐経路に分岐して形成されることによって、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐに対して、回転電極１の回転方向の上流域、中流域、下流域のそれぞれに対して、所望量の反応ガスを供給することができる。
【００８２】
例えば、アモルファスＳｉ膜、多結晶Ｓｉ膜等のシリコン薄膜を成膜する場合、ＨｅとＨ2とＳｉＨ4ガスを図示しない反応容器内に充填させて、回転電極１の回転による反応ガス流れによってプラズマ発生空間Ｐに反応ガスを供給すると、プラズマ発生空間Ｐ内において、反応ガス流れの上流域から下流域に反応ガスが流れるに従って、成膜に消費されたＳｉＨ4分子が減少するため、プラズマ発生空間Ｐ中の反応ガス流れの上流域から下流域に流れるに従い、Ｈ2／ＳｉＨ4比が大きくなり、膜特性分布が発生するという現象が起こるが、図１１に示されるように、反応ガス供給本体路５からはＨｅとＳｉＨ4の混合気体を供給し、成膜処理を実施すると、供給本体部３の下端近傍にて分岐された下流分岐経路５ｃ、中流分岐経路５ｂ、上流分岐経路５ａのそれぞれの幅寸法の大きさに従った分量の反応ガスが、プラズマ発生空間Ｐの上流域、中流域、下流域のそれぞれに供給される。このように、プラズマ発生空間Ｐの下流の位置になるに従ってＨｅとＳｉＨ4の混合ガスの供給量が大きくなることにより、成膜によって消費されたＳｉＨ4分子の減少量に応じて、上流域、中流域、下流域のそれぞれに適切な量のＳｉＨ4を供給することができる。その結果、プラズマ発生空間Ｐにおいて、回転電極１の回転方向の上流域から下流域に反応ガスが流れるに従って、上流域から下流域にかけて徐々に、ＳｉＨ4分子が成膜のために消費されて減少し、上流域から下流域に従い、Ｈ2／ＳｉＨ4比が大きくなって、膜特性が不均一になるおそれがなく、プラズマ発生空間Ｐ中におけるＨ2／ＳｉＨ4比をプラズマ発生空間Ｐの全体にわたって一定に維持することが可能となり、膜特性が不均一になることを防止することができる。
【００８３】
また、このようなプラズマ発生空間Ｐ中における反応ガスの組成比を一定に維持することは、上記のシリコン薄膜を成膜する場合に限らず、他の成膜処理を実施する場合にも同様に適用することができる。
【００８４】
また、基板Ｓの表面への成膜処理を実施する場合に限らず、例えば、Ｈｅ、Ｏ2、ＣＦ4等からなる混合ガスを反応ガスとしてガラス基板にエッチングを実施する場合においても、図１１に示す構成を有するプラズマ処理装置を用いることによって、反応ガス供給管３内の反応ガス供給本体路５にＨｅとＣＦ4とからなる混合気体を供給し、プラズマ発生空間Ｐにおける上流域、中流域、下流域のそれぞれに、下流分岐経路５ｃ、中流分岐経路５ｂ、上流分岐経路５ａの各幅寸法の大きさに応じた反応ガスが供給されることにより、プラズマ発生空間Ｐ内における反応ガス中のＯ2／ＣＦ4比を一定に維持することができる。したがって、回転電極１の回転の上流域から下流域において、ＣＦ4が消費されて反応ガス中のＯ2／ＣＦ4比が大きくなって、エッチング処理後におけるガラス基板の表面に粗さ等の悪影響が生じるおそれがなく、エッチング処理後における表面粗さ等の表面仕上げ特性が不均一になることを防止することができる。
【００８５】
なお、プラズマ発生空間Ｐの上流域、中流域、下流域の各部分に供給する反応ガスの供給量は、上記のように、下流域になるに従って供給量を大きくする場合に限定されず、基板Ｓの表面処理によって生じる特性分布に応じて、適宜、所望の供給量の反応ガスが供給されるように設定することができる。
【００８６】
図１２は、反応ガス供給管３の供給本体部３ａに、反応ガス供給本体路５に対して、回転電極１の回転方向の下流側に、第二反応ガス供給路５２を形成した例を示しており、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐに対して、反応ガス供給本体路５は、回転電極１の回転方向の上流域に所定の反応ガスを供給し、第二反応ガス供給路５２は、プラズマ発生空間Ｐに対して、回転電極１の回転方向の下流域に所定の反応ガスを供給する。
【００８７】
このように、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐのそれぞれの領域に反応ガスを供給する一対の反応ガス供給経路５及び５２を形成することにより、各反応ガス供給経路５及び５２に、組成、圧力等の諸条件が異なる複数種の反応ガスをプラズマ発生空間Ｐのそれぞれの部分に選択的に供給することができる。
【００８８】
例えば、ＨｅとＨ2とＳｉＨ4ガスとからなる混合ガスを用いて、アモルファスＳｉ膜、多結晶Ｓｉ膜等のシリコン薄膜を成膜する場合に、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐにおいて、回転電極１の回転方向の上流域に反応ガスを供給する第一反応ガス供給経路５と、下流域に反応ガスを供給する第二反応ガス供給経路５２とで、供給される反応ガスのＨ2／ＳｉＨ4比が、第一反応ガス供給経路５のほうが第二反応ガス供給経路５２よりも大きいものとする。このようにすれば、プラズマ発生空間Ｐにおいて成膜によって消費されたＳｉＨ4分子を第一反応ガス供給経路５及び第二反応ガス供給経路５２から順次適切な量だけ供給することができ、ＳｉＨ4ガスの消費が大きくなる下流域において、ＳｉＨ4割合が高い反応ガスが供給されるために、プラズマ発生空間Ｐの全体にわたって、Ｈ2／ＳｉＨ4比を一定に維持することができ、膜特性が不均一になることを防止することができる。
【００８９】
また、例えば、Ｈｅ、Ｈ2、ＳｉＨ4、ＣＨ4等からなる混合ガスを用いて、ＳｉＣ膜を成膜する場合においても、高周波電圧の印加によって分解し難いＣＨ4ガスの割合を、プラズマ発生空間Ｐの上流域に設置された第一反応ガス供給経路５は高くし、分解し易いＳｉＨ4ガスを含む混合ガスの割合は、プラズマ発生空間Ｐの中流域に供給する第二反応ガス供給経路５２では高くすることにより、プラズマ発生空間Ｐの全体にわたって、均一にＳｉＣ膜を成膜することができる。
【００９０】
図１３は、反応ガス供給管３の供給本体部３ａに形成された反応ガス供給本体路５を、回転電極１の外部に形成されたプラズマ発生空間Ｐ中の反応ガスを吸引するようにした例を示している。この例では、図示しないガス吸引手段によって、プラズマ発生空間Ｐ中のガス成分が反応ガス供給本体路５を通って吸引される。
【００９１】
このように、回転電極１の外部に形成されたプラズマ発生空間Ｐに存在するガス成分を吸引することができるようにすることによって、プラズマ発生空間Ｐに発生した成膜等に関与しない不要な反応生成物を吸引により除去することができるために、反応容器内に不要な反応生成物が拡散することがなく、反応容器の汚染を防止することができる。また、エッチング、成膜、表面加工等の表面処理が実施される基板Ｓの表面に、不要な反応生成物が付着することを防止することができる。
【００９２】
図１４は、反応ガス供給管３の供給本体部３ａに、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐにおいて、回転電極１の回転方向の上流域に所定の反応ガスを供給する反応ガス供給路５に対して、回転電極１の回転方向の下流域に存在するガス成分を吸引するガス吸引経路５３を形成した例を示している。
【００９３】
このように、回転電極１の外部に形成されたプラズマ発生空間Ｐにおいて、回転電極１の回転方向の下流域に存在するガス吸引経路５３からガス成分が吸引されるため、プラズマ発生空間Ｐ中で発生した不要な反応生成物が除去されて、反応容器内の汚染を防止することができる。また、エッチング、成膜、表面加工等の基板Ｓの表面処理が実施される基板Ｓの表面に、不要な反応生成物が付着することを防止することができる。
【００９４】
また、反応容器内にはＨｅ、Ａｒ等の希ガス類を充填し、プラズマ発生空間Ｐの上流域に反応ガスを供給する反応ガス供給本体路５からは、原料ガス、エッチングガス等の反応ガスを供給し、プラズマ発生空間Ｐの下流域に存在するガス成分を吸引するガス吸引経路５３からは、下流域に存在する反応生成物を吸引することによって、成膜、エッチング、表面加工等の表面処理をプラズマ発生空間Ｐ内に限定して実施されるようにすることができる。このようにすれば、反応容器が汚染されることを防止することができ、また、エッチング、成膜、表面加工等の表面処理が実施される基板Ｓの表面への反応生成物の付着を防止することができる。この結果、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスが充填された一つの反応容器内において、複数個の回転電極１を設置して、各回転電極１の外部に形成されるそれぞれのプラズマ発生空間Ｐに、それぞれ異なった反応ガスを供給するようにして、各回転電極１で異なるプロセスを同時に実施することが可能である。
【００９５】
なお、図１３及び図１４に示す例では、ガス吸引経路５３から吸引されたガス成分は、図示しない反応生成物を除去するための処理装置を経た後に大気中に放出される。あるいは、図示しない処理装置によって不要な反応生成物を除去した後に、残存する反応ガスを所望の反応ガスの混合比、温度、圧力、流量に再調整する反応ガス循環装置をさらに設けるようにすれば、この反応ガス循環装置を経て、再度、反応ガスとして、反応ガス供給管に供給することができる。
【００９６】
（実施の形態２）
図１５は、本実施の形態２のプラズマ処理装置の概略を示す断面図である。なお、本実施の形態２のプラズマ処理装置の概略構成は、前述の実施の形態１のプラズマ処理装置と同一であり、同一の構成については、実施の形態１のプラズマ処理装置を示す図１〜図９を参照するとして、以下の説明では、異なる構成についてのみ詳細に説明する。
【００９７】
このプラズマ処理装置は、図示しない平板状の基板ステージを有しており、この基板ステージ上に基板Ｓが載置される。この基板Ｓの上方には、円筒型の回転電極１が設けられる。円筒型の回転電極１は、その回転軸が基板Ｓの表面に対して平行になるように配置されており、回転電極１と基板ステージ上に配置された基板Ｓとの間に、所定のギャップが形成されている。また、回転電極１の周面には、複数の孔部１ｃが周方向及び軸方向のそれぞれに一定の間隔をあけて形成されている。
【００９８】
本実施の形態２のプラズマ処理装置では、回転電極１の上方に、所定の間隔をあけて平板状の対向電極３０が設けられている。
【００９９】
基板Ｓ上に配置される回転電極１は、中空の円筒状に形成された電極本体部１ａを有しており、この中空の電極本体部１ａの内部には、電極本体部１ａの内径よりもわずかに小径の円筒状に形成された反応ガス供給管３が設けられており、電極本体部１ａの内部の中空の空間をほぼ充填している。
【０１００】
この反応ガス供給管３には、基板Ｓ上に表面処理を実施するためのプラズマを発生するために用いられる反応ガスを供給する反応ガス供給本体路５と、回転電極１上に付着する反応生成物をクリーニングするためのプラズマを発生させるために用いられるクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給路３４とが形成されている。反応ガス供給本体路５は、基板Ｓと回転電極１との間隙に、回転電極１の周面に形成された孔部１ｃを介して反応ガスが供給されるように、円筒状の反応ガス供給管３の下端から反応ガスが供給されるように配置されている。クリーニングガス供給経路３４は、回転電極１の上方に設けられた対向電極３０と回転電極１との間隙に、回転電極１の周面に形成された孔部１ｃを介してクリーニングガスが供給されるように、円筒状の反応ガス供給管３の上端からクリーニングガスが供給されるように配置されている。
【０１０１】
クリーニングガス供給路３４から供給されるクリーニングガスは、対向電極３０と回転電極１との間隙でクリーニング用のプラズマを発生する。このプラズマによって、化学反応もしくは物理的なスパッタリングを生じ、回転電極１の電極表面に付着した反応生成物が除去される。
【０１０２】
回転電極１と基板Ｓとの間隙には、反応ガス供給路３から反応ガスが供給され、この状態で回転電極１に高周波電圧が印加されると、回転電極１と基板Ｓとの間隙には、図１５において、実線で囲まれた領域にプラズマ発生空間Ｐが形成される。また、回転電極１と対向電極３０との間隙には、クリーニングガス供給路３４からクリーニングガスが供給され、この状態で回転電極１に高周波電圧が印加されると、回転電極１と対向電極３０との間隙には、図１０において、実線で囲まれた領域にプラズマ発生空間Ｃが形成される。
【０１０３】
回転電極１の下方及び上方にてそれぞれ発生されるプラズマ発生空間Ｐ及びＣは、それぞれ、反応ガス供給本体路５から供給された反応ガス及びクリーニングガス供給路３４から供給されたクリーニングガスによって形成される。このため、反応ガス供給本体路５が配置された位置及びクリーニングガス供給路３４が配置された位置は、プラズマ発生空間Ｐ及びＣにおいて、回転電極１の回転方向の上流域に位置される。
【０１０４】
反応ガス供給管３には、回転電極１の下方及び上方にてそれぞれ発生されるプラズマ発生空間Ｐ及びＣのそれぞれの回転電極１の回転方向の下流域のガス成分を吸引するガス吸引路３５が、それぞれ反応ガス供給本体路５及びクリーニングガス供給路３４に隣接して形成されている。
【０１０５】
上記構成を有する円筒型の回転電極１及び基板Ｓを載置する基板ステージは、図示しない反応容器内に設けられており、このプラズマ処理装置を用いて基板Ｓの表面処理を実施する場合には、反応容器内に大気圧近傍の圧力条件で、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガス類が充填される。
【０１０６】
次に、上記構成を有する本実施の形態２のプラズマ処理装置の動作について説明する。
【０１０７】
まず、図示しない基板ステージに表面処理を行う基板Ｓを載置する。
【０１０８】
次に、図示しない反応容器内に、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガス類を大気圧近傍の圧力条件で充填する。
【０１０９】
そして、このような反応容器内の雰囲気下で、回転電極１を所定の回転速度で回転させる。この回転電極１の回転駆動と同時に、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５から所定の反応ガスを供給する。また、反応ガス供給本体路５に隣接して形成されたガス吸引経路３５から、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｐに存在するガス成分を吸引する。また、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３のクリーニングガス供給路３４から所定のクリーニングガスを供給する。さらには、クリーニングガス供給路３４に隣接して形成されたガス吸引経路３５から、回転電極１の外部に形成されるプラズマ発生空間Ｃに存在するガス成分を吸引する。
【０１１０】
このような状態で、高周波電源２から回転電極１に高周波電圧を印加すると、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給本体路５から、回転電極１の周面に形成された孔部１ｃを介して回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐに噴き出された反応ガスが、回転電極１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマが発生する。
【０１１１】
また、このとき、回転電極１と対向電極３０との間隙では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３のクリーニングガス供給路３４から、回転電極１の周囲に形成された孔部１ｃを介して回転電極１と対向電極３０との間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｃに噴き出されたクリーニングガスが、回転電極１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマが発生する。
【０１１２】
そして、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐに発生したプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、基板Ｓの表面上において、エッチング、薄膜形成、表面改質等の所望の表面処理が実施される。例えば、基板Ｓの表面にＳｉ薄膜を成膜する場合には、Ｈｅ、Ｈ2、ＳｉＨ4、ＳｉＨ6等の混合気体からなる反応ガスが供給されて、所望のＳｉ薄膜が形成される。また、反応ガス供給路５に隣接してプラズマ発生空間Ｐの下流域に面して形成されたガス吸引経路３５からプラズマ発生空間Ｐに存在するガス成分が吸引されて除去される。これにより、反応ガス供給路６から供給された反応ガスは、プラズマ発生空間Ｐにのみ供給されることとなり、反応容器内が反応ガスによって汚染され、また、反応容器内の反応ガスの拡散を防止することができる。
【０１１３】
また、このとき、回転電極１と対向電極３０との間隙では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３のクリーニングガス供給路３４から供給されたクリーニングガスによって形成されたプラズマ発生空間Ｃのプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、回転電極１の下部のプラズマ発生空間Ｐにて実施された基板Ｓの表面処理により回転電極１の表面上に付着された不要な反応生成物が除去される。また、クリーニングガス供給路３４に隣接してプラズマ発生空間Ｃの下流域に面して形成されたガス吸引経路３５からプラズマ発生空間Ｃに存在するガス成分が吸引されて除去される。これにより、クリーニングガス供給路３４から供給されたクリーニングガスは、プラズマ発生空間Ｃにのみ供給されることとなり、反応容器内がクリーニングガスによって汚染されることが防止され、また、反応容器内にクリーニングガスが拡散することを防止することができる。
【０１１４】
このように、基板Ｓの表面に対する成膜、エッチング、表面加工等の表面処理を回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐにて実施することができる。この表面処理を実施するプロセスを行うと同時に、回転電極１の上方側では、対向基板３０と回転電極１との間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｃにて、回転電極１に付着した反応生成物を除去してクリーニングすることができる。このため、基板Ｓの表面処理を実施するための駆動時間を大幅に短縮することができ、生産性の向上を図ることができる。
【０１１５】
（実施の形態３）
図１６は、本実施の形態３のプラズマ処理装置を示す断面図である。なお、本実施の形態３のプラズマ処理装置の概略構成は、前述の実施の形態１のプラズマ処理装置と同一であり、同一の構成については、実施の形態１のプラズマ処理装置を示す図１〜図９を参照するとして、以下の説明では、異なる構成について詳細に説明する。
【０１１６】
このプラズマ処理装置は、円筒型の回転電極１を有しており、この回転電極１の周囲には、それぞれ、回転電極１の下方及び左右の各側方に図示しない基板ステージが配置されている。そして、各基板ステージ上には、それぞれ基板Ｓが固定され、回転電極１の下方及び左右の各側方にそれぞれ対向して配置されている。
【０１１７】
それぞれの基板ステージに固定された各基板Ｓは、回転電極１の回転軸に対して平行になるように配置されており、回転電極１と各基板Ｓとの間には、それぞれ所定のギャップが形成されている。また、回転電極１の周面には、複数の孔部１ｃが周面方向及び軸方向のそれぞれに所定間隔毎に形成されている。
【０１１８】
本実施の形態３のプラズマ処理装置では、それぞれの基板Ｓに対して、回転電極１の回転方向の下流側に隣接してそれぞれ対向基板３０が設けられている。図１６に示すプラズマ処理装置においては、回転電極１が図１６の矢印Ａに示す方向に回転され、回転電極１の下方に配置された基板Ｓと、左右の各側方に配置された各基板Ｓそれぞれとの間にそれぞれ対向電極３０が設けられていると共に、下方の基板Ｓに対して回転電極１の回転方向下流側に配置された基板Ｓに対して回転電極１の回転方向の下流側に対向電極３０が設けられている。
【０１１９】
回転電極１は、中空の円筒状に形成された電極本体部１ａを有しており、この中空の電極本体部１ａの内部には、電極本体部１ａの内径よりも若干小径の円筒状に形成された反応ガス供給管３が設けられて、電極本体部１ａの内部の中空の空間を充填している。
【０１２０】
この反応ガス供給管３には、各基板Ｓ上に表面処理を実施するためのプラズマを発生するために用いられる反応ガスを供給する複数の反応ガス供給路５ａ〜５ｃが、それぞれ、回転電極１に対向して配置されてた各基板Ｓの表面に対面するように設けられている。また、各基板Ｓ上において実施された表面処理によって回転電極１上に付着する反応生成物を除去するためのプラズマを発生するために用いられるクリーニングガスを供給する複数のクリーニングガス供給管３４ａ〜３４ｃが、それぞれ、回転電極１に対向して配置されている各対向電極３０の表面に対面するようにそれぞれ設けられている。
【０１２１】
回転電極１と各基板Ｓとのそれぞれの間隙には、各反応ガス供給路５ａ〜５ｃから反応ガスが供給され、この状態で回転電極１に高周波電圧が印加されると、回転電極１と各基板Ｓとのそれぞれの間隙には、図１６において、それぞれ実線で囲まれた領域に、プラズマ発生空間Ｐ１及びＰ１及びＰ３がそれぞれ形成される。また、回転電極１を各対向電極３０との間隙には、各クリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃからクリーニングガスが供給され、この状態で回転電極１に高周波電圧が印加されると、回転電極１と各対向電極３０とのそれぞれの間隙には、図１６において、実線で囲まれた領域にプラズマ発生空間Ｃ１及びＣ２及びＣ３がそれぞれ形成される。
【０１２２】
回転電極１の外周面の各位置で発生されるプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３及びＣ１〜Ｃ３は、それぞれ、反応ガス供給路５ａ〜５ｃから供給された反応ガス及びクリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃから供給されたクリーニングガスによって形成される。このため、反応ガス供給路５ａ〜５ｃ及びクリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃは、それぞれのプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３及びＣ１〜Ｃ３において、回転電極１の回転方向の上流域に位置される。
【０１２３】
回転電極１の外周面の各位置でそれぞれ発生されるプラズマ発生領域Ｐ１〜Ｐ３及びＣ１〜Ｃ３のそれぞれの回転電極１の回転方向の下流域には、プラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３及びＣ１〜Ｃ３にそれぞれ存在する反応ガス及びクリーニングガス及び反応生成物を吸引する吸引路３５が、それぞれの反応ガス供給路５ａ〜５ｃ及びクリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃに隣接してそれぞれ形成されている。
【０１２４】
上記構成を有する円筒型の回転電極１及び各基板Ｓを載置するそれぞれの基板ステージ及び各対向電極３０は、図示しない反応容器内に設けられており、このプラズマ処理装置を用いて基板Ｓの表面処理を実施する場合には、反応容器内に大気圧近傍の圧力条件で、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガス類が充填される。
【０１２５】
次に、上記構成を有する本実施の形態３のプラズマ処理装置の動作について説明する。
【０１２６】
まず、図示しない各基板ステージにそれぞれ基板Ｓを載置する。
【０１２７】
次に、図示しない反応容器に、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガス類を大気圧近傍の圧力条件で充填する。
【０１２８】
そして、このような反応容器内の雰囲気下で、回転電極１を所定の回転速度で回転させる。この回転電極１の回転駆動と同時に、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給路５ａ〜５ｃから所定の反応ガスを供給する。また、反応ガス供給路３に隣接して形成されたそれぞれのガス吸引経路３５からは、回転電極１の外部に形成されたそれぞれのプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３に存在するガス成分を吸引させる。また、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３のクリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃから所定のクリーニングガスを供給する。また、クリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃに隣接して形成されたガス吸引経路３５からは、回転電極１の外部に形成されたプラズマ発生空間Ｃ１〜Ｃ３に存在するガス成分を吸引させる。
【０１２９】
この状態で、高周波電源２から回転電極１に高周波電圧を印加すると、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給路５ａ〜５ｃから、回転電極１の周面に複数箇所にわたって形成された孔部１ｃを介して回転電極１と各基板Ｓとのそれぞれの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３に噴き出された反応ガスが、回転電極１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマが発生する。
【０１３０】
そして、回転電極１と各基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３に発生したプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、基板Ｓの表面上において、エッチング、薄膜形成、表面改質等の所望の表面処理が実施される。また、反応ガス供給路５ａ〜５ｃに隣接してプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３の下流域に面して形成された吸引経路３５からは、プラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３のそれぞれに存在するガス成分が吸引されて、除去される。これにより、反応ガス供給路５ａ〜５ｃから供給された各反応ガスは、プラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３にのみ供給されることとなり、反応容器内が反応ガスによって汚染されることが防止され、また、反応容器内に反応ガスが拡散することを防止することができる。
【０１３１】
また、このとき、回転電極１と各対向電極３０との間隙では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の各クリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃから供給されたクリーニングガスによって形成されたプラズマ発生空間Ｃ１〜Ｃ３のプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、回転電極１の回転方向の上流側のプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３にて実施された基板Ｓの表面処理により回転電極１の表面上に付着された不要な反応生成物が除去される。また、クリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃに隣接してプラズマ発生空間Ｃ１〜Ｃ３の下流域に面して形成された吸引経路３５からプラズマ発生空間Ｃ１〜Ｃ３に存在するガス成分が吸引されて除去される。これにより、クリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃから供給されたクリーニングガスは、プラズマ発生空間Ｃ１〜Ｃ３にのみ供給されることとなり、反応容器内がクリーニングガスによって汚染されることが防止され、また、反応容器内にクリーニングガスが拡散することを防止することができる。
【０１３２】
本実施の形態３のプラズマ処理装置では、一つの回転電極１の周辺に対向して複数の基板Ｓを配置し、それぞれの基板Ｓと回転電極１との間隙においてプラズマを発生させて、各基板Ｓの表面処理を実施することができる。各基板Ｓと回転電極１との間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３の回転電極１の回転方向の下流域のガス成分は、基板Ｓに反応ガス供給路５ａ〜５ｃに隣接して形成されたガス吸引経路３５によって吸引されて除去されるので、反応ガスが供給される部分を回転電極１の周囲に形成された各プラズマ発生空間Ｐ１〜Ｐ３内に限定することができる。さらに、各基板Ｓの回転電極１の回転方向の下流側には、対向基板３０をそれぞれ配置しており、各対向基板３０と回転電極１との間隙に供給されたクリーニングガスによって発生するプラズマによって、基板Ｓの表面処理の際に回転電極１に付着する反応生成物が除去される。また、クリーニングガスを供給するクリーニングガス供給路３４ａ〜３４ｃに隣接して配置される吸引路３５によって、クリーニングガス及び反応生成物の分解物が吸引されて除去される。
【０１３３】
このように、本実施の形態３のプラズマ処理装置では、反応容器内に設けられた一つの回転電極１によって、反応容器を汚染することなく、同時に複数の基板Ｓに対して表面処理を実施することができるので、基板Ｓの表面処理のためのコストを低減することができ、また、生産性を向上することができる。
【０１３４】
このような実施の形態３のプラズマ処理装置は、例えば、ＰＩＮ型アモルファスＳｉ薄膜からなる太陽電池をガラス基板に成膜する場合に用いられる。
【０１３５】
この場合、まず、この太陽電池を成膜するためのガラス基板を、回転電極１の右側に配置された図示しない基板ステージに固定する。反応容器の内部は、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスによって充填する。
【０１３６】
回転電極１の右側に配置された基板Ｓと回転電極１との間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐ１に、反応ガス供給路５ａから、Ｈｅ、Ｈ2、Ｂ2Ｈ6、ＣＨ4、ＳｉＨ4を混合した混合気体を反応ガスとして供給し、この反応ガスによって発生するプラズマによって、ガラス基板上に、Ｐ層アモルファスＳｉＣ膜（以下、第一膜と称する）を成膜する。
【０１３７】
次に、第一膜が成膜されたガラス基板を、回転電極１の下方に配置された基板ステージに搬送して固定し、この基板ステージに固定された基板Ｓと回転電極１との間隙に、反応ガス供給路５ｂから、Ｈｅ、Ｈ2、ＳｉＨ4を混合した混合気体を反応ガスとして供給し、この反応ガスによって発生するプラズマによって、第一膜が形成されたガラス基板上に、Ｉ層アモルファスＳｉ膜（以下、第二膜）を形成する。
【０１３８】
続いて、第二膜を成膜したガラス基板を、回転電極１の左側に配置された基板ステージに搬送して固定し、この基板ステージに固定された基板Ｓと回転電極１との間隙に、反応ガス供給路５ｃから、Ｈｅ、Ｈ2、ＳｉＨ4、ＰＨ3からなる混合気体を反応ガスとして供給し、この反応ガスによって発生するプラズマによって、第二膜が形成されたガラス基板上に、Ｎ層アモルファスＳｉ膜を形成し、ＰＩＮ型アモルファスＳｉ薄膜太陽電池の成膜工程が終了する。
【０１３９】
上記の各工程は、反応容器内の基板ステージに基板Ｓを固定した後は、基板Ｓを反応容器から取り出すことなく、同じ反応容器内で複数の成膜工程を実施することができ、基板Ｓ上に一層の成膜工程が終了する毎に、反応ガスの供給、成膜、反応ガスの排出、クリーニング、脱気等を行う必要がないので、複数の成膜工程を容易に実施することができ、生産性の向上を図ることができる。
【０１４０】
また、本実施の形態３のプラズマ処理装置は、回転電極１の周囲に配置された複数の基板Ｓに対して、同時に同一の表面処理を実施することもできる。このようにして複数の基板Ｓを同時に処理することによって、生産性を向上させることができる。
【０１４１】
図１７は、本実施の形態３の他のプラズマ処理装置を示している。このプラズマ処理装置は、表面処理を実施する基板がフレキシブル基板である場合に、基板表面に対して連続処理するのに適した構成を有している。
【０１４２】
このプラズマ処理装置では、回転電極１の下方及び上方の左右の両側にそれぞれローラ３６が配置されており、フレキシブル基板Ｓがそれぞれのローラ３６に巻き掛けられて、フレキシブル基板Ｓの表面が回転電極１の両側部及び下方において、回転電極１に対向するようになっている。各ローラ３６は、図示しない駆動手段によって一定方向に回転し、回転電極１の周囲に巻き掛けられて配置されたフレキシブル基板Ｓが、図中矢印Ｂに示す方向に一定速度で移動されるようになっている。他の構成は、図１６のプラズマ処理装置と同一であるので、詳しい説明は省略する。
【０１４３】
このプラズマ処理装置では、一枚のフレキシブル基板Ｓを回転電極１の左右の両側方及び下方のそれぞれで回転電極１に対向するように配置され、左右及び下方の各位置に配置されたそれぞれの基板Ｓと、回転電極１との各間隙においてプラズマを発生させて、それぞれの位置で基板Ｓの表面処理を実施することができる。
【０１４４】
このフレキシブル基板Ｓは、回転駆動するローラ３６によって、図１７中の矢印Ｂにて示す方向に移動され、フレキシブル基板Ｓの表面は、まず、回転電極１の右側に位置するときに、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給路５ａから供給された反応ガスによって発生するプラズマによって第１回目の表面処理が実施される。続いて、回転電極１の下方の位置まで移動されると、この位置で、反応ガス供給路５ｂから供給された反応ガスによって発生するプラズマによって、第２回目の表面処理が実施される。さらに続けて、このフレキシブル基板Ｓが回転電極１の左側の位置まで移動されると、この位置で、反応ガス供給路５ｃから供給された反応ガスによって発生するプラズマによって、第３回目の表面処理が実施される。
【０１４５】
このように、このプラズマ処理装置によって、１枚のフレキシブル基板Ｓに対して複数回の表面処理を実施することができ、例えば、基板上に三層に積層された膜を連続的に成膜することができる。
【０１４６】
図１８には、本実施の形態３のさらに他のプラズマ処理装置における概略を説明する断面図である。
【０１４７】
このプラズマ処理装置は、回転電極１の下方に、表面処理が実施される基板Ｓが配置され、この基板Ｓが配置された位置に対して、回転電極１の回転方向の下流側には、対向電極３０が設けられている。そして、このプラズマ処理装置においては、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３が回転可能に構成されている。他の構成については、図１６に示すプラズマ処理装置と同様の構成となっており、詳しい説明は省略する。
【０１４８】
このプラズマ処理装置では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３が回転可能に構成されているので、図１８（ａ）に示すように、反応ガス供給路５ａから供給される第一の反応ガスによって、基板ステージに載置された基板Ｓに対して第１回目の表面処理を実施し、その後、反応ガス供給管３を回転させて、図１８（ｂ）に示すように、反応ガス供給路５ｂが基板Ｓの表面に対向するようにして、基板Ｓの表面に向けて第二の反応ガスが供給されるようにして、第２回目の表面処理を実施する。さらに、同様に、反応ガス供給管３を回転させて、図１８（ｃ）に示すように、反応ガス供給管５ｃが基板Ｓの表面に対向するようにして、基板Ｓの表面に向けて第３の反応ガスが供給されるようにして、第３回目の表面処理を実施する。このようにして、反応容器に基板Ｓを載置したままで、順次異なった表面処理を実施することができ、例えば、三層の積層膜を基板上に成膜することができる。
【０１４９】
（実施の形態４）
図１９は、本実施の形態４のプラズマ処理装置を示す断面図である。なお、本実施の形態４のプラズマ処理装置の概略構成は、前述の実施の形態１のプラズマ処理装置と同一であり、同一の構成については、実施の形態１のプラズマ処理装置を示す図１〜図９を参照するとして、以下の説明では、異なる構成について詳細に説明する。
【０１５０】
このプラズマ処理装置は、図示しない平板状の基板ステージを有しており、この基板ステージ上に基板Ｓが載置される。この基板Ｓの上方には、円筒状の回転電極１が設けられている。円筒型の回転電極１は、その回転軸が基板Ｓの表面に対して平行になるように配置されており、回転電極１と基板ステージ上に載置された基板Ｓとの間には所定のギャップが形成されている。回転電極１は、中空の円筒状に形成された電極本体部１ａを有しており、この回転電極１の周面には、複数の孔部１ｃが周面方向及び軸方向のそれぞれに所定間隔毎に形成されている。
【０１５１】
本実施の形態４のプラズマ処理装置では、回転電極１の外部に、基板Ｓに対向する下端部及び上端部の近傍を除くほぼ全体にわたって、その周面を覆う電極カバー４１が設けられている。
【０１５２】
電極カバー４１は、回転電極１の外径よりも若干大きな内径を有する内部が中空の円筒状に形成されており、回転電極１と同心状に配置された状態で、回転電極１の外径と電極カバー４１の内径との間に所定の空間４１ａが形成されるようになっている。この電極カバー４１の上端には、開口４２が形成されており、この開口４２の周縁から上方に突出して反応ガス導入管４３が設けられている。また、基板Ｓに対向する下端側は、下方に載置された基板Ｓに平行な平坦部が形成されており、基板Ｓと対向する部分に開口４４が形成されている。
【０１５３】
電極カバー４１の上側に設けられたガス導入管４３は、図示しない反応ガス供給手段に連通しており、中空となった内部に反応ガスを導入する。図示しない反応ガス供給手段から反応ガス導入管４３を介して電極カバー４１の内部に供給された反応ガスは、電極カバー４１の内径と回転電極１の外径との間に形成された空隙４１ａ及び、回転電極１の周面に形成された孔部１ｃを介して回転電極１の内部に形成された空間１ｄを介して、電極カバー４１の上方から下方に通され、基板Ｓ上に対向して形成された開口４４を反応ガスの導出口として、電極カバー４１の外部に放出される。
【０１５４】
回転電極１と基板Ｓとの間隙には、図示しない反応ガス供給手段から供給された反応ガスが電極カバー４１の内部を介して供給され、この状態で高周波電源２から高周波電圧が回転電極１に印加されると、図１９中、実線で囲まれた領域に示すようなプラズマ発生空間Ｐが形成される。
【０１５５】
上記構成を有する円筒型の回転電極１及び電極カバー４１及び基板Ｓを載置する図示しない基板ステージは、図示しない反応容器内に設けられており、基板Ｓの表面処理を実施する場合には、大気圧近傍の圧力条件で、所望の反応ガス又はＨｅ、Ａｒ等の希ガス類が反応容器内に充填される。
【０１５６】
次に、上記構成を有する本実施の形態４のプラズマ処理装置の動作について説明する。
【０１５７】
まず、図示しない基板ステージに表面処理を実施する基板Ｓを載置する。
【０１５８】
次に、図示しない反応容器内に、所望の反応ガス又はＨｅ、Ａｒ等の希ガス類を大気圧近傍の圧力条件で充填する。
【０１５９】
そして、このような反応容器内の雰囲気下で、回転電極１を所定の回転速度で回転させる。この回転電極１の回転駆動と同時に、図示しない反応ガス供給手段から所定の反応ガスを、反応ガス導入管４３を介して電極カバー４１の内部に導入する。電極カバー４１内に導入された反応ガスは、電極カバー４１の内径と回転電極１の外径との間に形成された空隙４１ａ及び、回転電極１の周面に形成された孔部１ｃを介して回転電極１の内部に形成された空間１ｄを介して、電極カバー４１の上方から下方に通され、基板Ｓ上に対向して形成された開口４４を反応ガスの導出口として、電極カバー４１の外部に放出される。
【０１６０】
この状態で、高周波電源２から回転電極１に高周波電圧を印加すると、電極カバー４１の開口４４から供給された反応ガスが、回転電極１に印加された高周波電圧によって、イオン種、ラジカル種等に分解されてプラズマが発生し、回転電極１と基板Ｓとの間隙にプラズマ発生空間Ｐが形成される。
【０１６１】
そして、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐに発生したプラズマに起因して化学反応が生じ、この化学反応によって、基板Ｓの表面上において、エッチング、薄膜形成、表面改質等の所望の表面処理が実施される。
【０１６２】
このように、基板Ｓの表面に対する成膜、エッチング、表面加工等の表面処理を回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐにて実施することができる。この実施の形態４のプラズマ処理装置では、高速回転する回転電極１の下方に設置された基板Ｓの表面に対して、反応ガスを電極カバー４１内に通して、簡便に、且つ効率良く反応ガスを供給することができ、表面処理の生産性を向上し、基板Ｓの表面処理に要するコストの低減を図ることができる。
【０１６３】
また、図２０には、本実施の形態４のプラズマ処理装置の他の例を示している。
【０１６４】
図２０に示す例では、回転電極１の上部にのみを覆う電極部分カバー４８を設け、中空に形成された回転電極１の内部に、反応ガス導入管４３から回転電極１の周面部に形成された孔部１ｃを介して供給される反応ガスを所定方向に通流させる反応ガス供給経路４７を形成した供給管４６を設けている。この供給管４６に形成された反応ガス供給経路４７は、上部側で、電極部分カバー４８の上方に突出して設けられた反応ガス導入管４３に対向するとともに、下端側が、基板Ｓ上に対向するように形成されている。他の構成は、上記の図１９に示すプラズマ処理装置と概略同一の構成であるので詳しい説明は省略する。
【０１６５】
図２０に示すプラズマ処理装置では、反応ガス導入管４３から電極部分カバー４８に導入された反応ガスが、回転電極１の内部に設けられた供給管４６に供給されて、反応ガス供給経路４７を通流して、回転電極１と基板Ｓとの間隙に供給される。このように、図２０に示すプラズマ処理装置でも、高速回転する回転電極１の下方に設置された基板Ｓの表面に対して、反応ガスを電極部分カバー４８から、回転電極１の内部に設けられた供給管４６の反応ガス供給経路４７を通流して、簡便に、且つ効率良く反応ガスを供給することができ、表面処理の生産性が向上し、基板Ｓの表面処理に要するコストの低減を図ることができる。
【０１６６】
（実施の形態５）
図２１は、本実施の形態５のプラズマ処理装置を示す断面図である。なお、本実施の形態５のプラズマ処理装置の概略構成は、前述の実施の形態１のプラズマ処理装置と同一であり、同一の構成については、実施の形態１のプラズマ処理装置を示す図１〜図９を参照するとして、以下の説明では、異なる構成について詳細に説明する。
【０１６７】
このプラズマ処理装置は、図示しない平板状の基板ステージを有しており、この基板ステージ上に基板Ｓが載置されている。この基板Ｓの上方には、円筒型の回転電極１が設けられている。回転電極１は、その回転軸が基板Ｓの表面に対して平行になるように配置されており、回転電極１と基板ステージ上に配置された基板Ｓとの間に、所定のギャップが形成されている。また、回転電極１の周面には、複数の孔部１ｃが周面方向及び軸方向のそれぞれに所定間隔毎に形成されている。
【０１６８】
基板Ｓ上に配置される回転電極１は、中空の円筒状に形成された電極本体部１ａを有しており、この中空の電極本体部１ａの内部には、電極本体部１ａの内径よりもわずかに小径の円筒状に形成された反応ガス供給管３が設けられており、電極本体部１ａの内部の中空の空間をほぼ充填している。
【０１６９】
この反応ガス供給管３には、反応ガスを基板Ｓ上に供給するための反応ガス供給路６１が形成されている。本実施の形態４のプラズマ処理装置では、反応ガス供給路６１の径が、基板Ｓと回転電極１との間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐの全体と同程度の大きさに形成されている。
【０１７０】
上記構成を有する本実施の形態４のプラズマ処理装置を動作させることによって、基板Ｓ上に、成膜、エッチング、表面加工等の所望の表面処理が実施される。なお、本実施の形態５のプラズマ処理装置の動作は、前述の実施の形態１のプラズマ処理装置の動作と同様に行われるので、詳しい説明は省略する。
【０１７１】
このように、本実施の形態５のプラズマ処理装置では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３に、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐの全体に反応ガスが供給される大きさの径に形成された反応ガス供給路６１が形成されているため、大量の反応ガスを効率よく、プラズマ発生空間Ｐに供給することができ、基板Ｓの表面における表面処理の速度を大幅に向上することができ、生産性の向上を図ることができる。
【０１７２】
図２２には、本実施の形態５のプラズマ処理装置の他の例を示している。このプラズマ処理装置は、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の内部に、多孔質体６２が、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐと同程度の大きさになるように設けられている。この多孔質体６２は、反応ガスを通流することができるようになっており、反応ガス供給管３内において、反応ガス供給路を形成している。他の構成については、上記の図２１に示すプラズマ処理装置を同一の構成になっており、その構成及び動作については説明を省略する。
【０１７３】
このプラズマ処理装置では、反応ガス供給管３内部に多孔質体６２を設け、この多孔質体６２によって、反応ガスを供給するための反応ガス供給路が形成されており、これにより、反応ガス供給管３内を通流する反応ガスのガス流れを安定化することができ、また、回転電極１の内部と反応ガス供給管３との間隙部分において、反応ガスのガス流れを安定化することができる。
【０１７４】
また、さらに、反応ガス加熱機構を設け、この反応ガス加熱機構によって反応ガス供給管内に設けられた多孔質体６２を加熱するようにすれば、加熱された多孔質体６２より効率良く反応ガスに熱伝達が行われ、加熱された状態の反応ガスを基板Ｓと回転電極１との間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐに供給することができる。
【０１７５】
図２３には、本実施の形態５のプラズマ処理装置のさらに他の例が示されている。
【０１７６】
このプラズマ処理装置では、反応ガス供給管３の内部には、実施の形態１の反応ガス供給管３に形成される反応ガス供給路５と同程度の大きさに形成された反応ガス供給路６３が形成されている。そして、回転電極１の外周には、所定間隔毎に形成された孔部ではなく、反応ガスを通流させることができる多孔質体６４が外周の全面にわたって均一に形成されている。他の構成は、図２１に示すプラズマ処理装置と同様の構成を有している。
【０１７７】
このプラズマ処理装置では、回転電極１の内部に設けられた反応ガス供給管３の反応ガス供給路６３から供給された反応ガスが、回転電極１の外周面に形成された多孔質体６４を介して、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されたプラズマ発生空間Ｐに供給されるので、回転電極１の外周部の反応ガスが供給される部分において、反応ガスのガス流れによる不安定な乱流が発生することなく、安定して反応ガスをプラズマ発生空間Ｐに供給することができる。その結果、基板Ｓの表面処理の安定化を図ることができる。
【０１７８】
（実施の形態６）
図２４は、本実施の形態６のプラズマ処理装置の概略を示す斜視図である。
【０１７９】
このプラズマ処理装置は、回転電極１の周面に、所定間隔毎に複数の孔部が形成される代わりに、回転電極１の回転軸の方向に沿ってスリット状の反応ガス通気口６５が、所定間隔毎に互いに平行になるように形成されている。
【０１８０】
他の構成については、上記実施の形態１〜５のいずれかの構成を有しており、詳しい説明は省略する。
【０１８１】
このように、本実施の形態６のプラズマ処理装置では、回転電極１の周面に、回転軸方向に沿ったスリット状の反応ガス通気口６５が形成されており、このスリット状に形成されたガス通気口６５により、基板Ｓと回転電極１との間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐに対して、回転軸方向に反応ガスの供給量の分布が生じることを防止することができ、基板Ｓに対してプラズマにより表面処理する場合に、表面の処理特性に回転軸方向に分布が生じることを防止することができる。
【０１８２】
また、逆に、基板Ｓに発生する温度分布、高周波電源２から回転電極１に印加される高周波電圧の安定波分布によって、表面処理が実施される基板Ｓの表面に加工量分布、処理特性分布、成膜分布等が発生する場合には、上記のスリット状のガス通気口６５のスリット幅に、回転電極１の回転軸方向に分布を有する形状とし、ガス通気口６５の穴密度、形状、寸法等に対して、回転軸方向に所望の分布を設定するようにしてもよい。このようにすれば、基板Ｓの表面に発生する温度分布、高周波電圧の安定波分布、処理特性分布、成膜特性分布等の影響を緩和し、基板Ｓの表面上の処理特性を均一にすることができる。
【０１８３】
また、さらに、スリット状に形成されたガス通気口６５を、回転電極１の周方向に、穴密度、形状、寸法等の分布を持たせるようにしてもよい。このようにすれば、回転電極１と基板Ｓとの間隙に形成されるプラズマ発生空間Ｐに供給される反応ガスのガス供給量が回転電極１の回転周期以下の非常に短い周期で変化するようにして供給することができる。
【０１８４】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、所定の処理が行われる基板表面に近接して回転可能に配置された回転電極は、内部に中空の空洞部が形成されていると共に、基板表面に対向する表面には、空洞部に連通する通気口が形成されている。そして、この回転電極の空洞部には、電源から印加される電圧によってプラズマを発生させる反応ガスを、回転電極と基板との間隙に供給する反応ガス供給路が形成された反応ガス供給手段が設けられている。
【０１８５】
この反応ガス供給手段によって、回転電極と基板との間隙に反応ガスを効率良く供給することができ、反応ガスの利用効率を向上することができる。その結果、基板の表面処理に要するコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のプラズマ処理装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図４】高周波電圧を印加した時点での回転電極１と基板Ｓとの間隙を示す要部拡大図である。
【図５】回転電極及び反応ガス供給管を支持する具体的な構造を説明するための断面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図７】図５のＤ−Ｄ’線に沿う断面図である。
【図８】反応ガス供給管の回転機構を取り付けた状態を示す背面図であり、（ａ）は、反応ガス供給管が回転移動される前の初期状態を示しており、（ｂ）は、反応ガス供給管が所定の角度だけ回転移動された状態を示している。
【図９】反応ガス供給管３が所定の回転角ａだけ回転移動された状態を示す断面図である。
【図１０】実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図である。
【図１１】実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図である。
【図１２】実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図である。
【図１３】実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図である。
【図１４】実施の形態１のプラズマ処理装置の他の例を示す要部拡大図である。
【図１５】実施の形態２のプラズマ処理装置の概略を示す断面図である。
【図１６】実施の形態３のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図１７】実施の形態３の他のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図１８】実施の形態３のさらに他のプラズマ処理装置における概略を説明する断面図である。
【図１９】実施の形態４のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２０】実施の形態４のプラズマ処理装置の他の例を示す断面図である。
【図２１】実施の形態５のプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２２】実施の形態５のプラズマ処理装置の他の例を示す断面図である。
【図２３】実施の形態５のプラズマ処理装置のさらに他の例を示す断面図である。
【図２４】実施の形態６のプラズマ処理装置の概略を示す斜視図である。
【図２５】従来の回転電極を用いたプラズマ処理装置を示しており、（ａ）は、その概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、側面図である。
【図２６】従来の回転電極を用いた他のプラズマ処理装置を示しており、（ａ）は、その概略構成を示す斜視図、（ｂ）は、側面図である。
【符号の説明】
１  回転電極
２  高周波電源
３  反応ガス供給管
４  反応ガス導入路
５  反応ガス供給本体路
１１  定盤
１２  基板ステージ
１３  支持ハウジング
１５  スリーブ
１６  外側ベアリング
１７  内側ベアリング
１８  マグネットカップリング
１９  連結部材
２０  反応ガス導入管
２１  ステッピングモータ
２２  駆動ギア
２３  回転ギア
５２  第二反応ガス供給経路
５３  ガス吸引経路
３０  対向電極
３４  クリーニングガス供給路
３５  ガス吸引路
３６  ローラ
４１  電極カバー
４２  開口
４３  反応ガス導入管
４４  開口
４６  反応ガス供給管
４７  反応ガス供給経路
４８  電極部分カバー
６１  反応ガス供給路
６２  多孔質体
６３  反応ガス供給路
６４  多孔質体
６５  反応ガス通気口
１０１  回転電極
１０２  回転軸
１０３  高周波電源
１０４  基板
１０６  穴つき回転電極
Ｐ  プラズマ発生空間
１０７  空洞部
１０８  孔部
【図１】
0003824302.tif 000002
【図２】
0003824302.tif 000003
【図３】
0003824302.tif 000004
【図４】
0003824302.tif 000005
【図５】
0003824302.tif 000006
【図６】
0003824302.tif 000007
【図７】
0003824302.tif 000008
【図８】
0003824302.tif 000009
【図９】
0003824302.tif 000010
【図１０】
0003824302.tif 000011
【図１１】
0003824302.tif 000012
【図１２】
0003824302.tif 000013
【図１３】
0003824302.tif 000014
【図１４】
0003824302.tif 000015
【図１５】
0003824302.tif 000016
【図１６】
0003824302.tif 000017
【図１７】
0003824302.tif 000018
【図１８】
0003824302.tif 000019
【図１９】
0003824302.tif 000020
【図２０】
0003824302.tif 000021
【図２１】
0003824302.tif 000022
【図２２】
0003824302.tif 000023
【図２３】
0003824302.tif 000024
【図２４】
0003824302.tif 000025
【図２５】
0003824302.tif 000026
【図２６】
0003824302.tif 000027