JPH08325759A

JPH08325759A - 表面処理装置

Info

Publication number: JPH08325759A
Application number: JP7156968A
Authority: JP
Inventors: Kojin Nakagawa; 行人中川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-10
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JP3425009B2

Abstract

(57)【要約】【目的】大型の電極を使用する場合や高い周波数の高
周波電力を使用する場合でも、プラズマ密度が不均一化
することがなく、均一な表面処理が行えるようする。【構成】真空容器１内に配置された電極体３に複数の
電力供給箇所で高周波電力を印加し放電用ガスを放電さ
せてプラズマを生成する。電極体３はプラズマを生成す
る空間に対向した表面の周縁上の任意の二点のうちの最
も距離の長い二点間の距離が高周波電力の波長の四分の
一よりも長い形状であり、かつ、電極体３への複数の電
力供給箇所は例えば中心対称状のように均等な位置に設
定される。電極体３の表面インピーダンスによる損失が
小さくかつ損失が均一になり、高周波電力の波長の影響
によるプラズマの不均一性も生じないので、高い密度の
均一なプラズマを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、プラズマを利用し
て基板の表面に所定の処理を施す表面処理装置に関し、
特に、高周波電力により生じさせた気体放電によってプ
ラズマを生成するタイプの表面処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に各種処理を施すことは、Ｌ
ＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレ
イ）、情報記録ディスク等の製作において盛んに行われ
ている。表面処理の種類は、薄膜形成、エッチング、表
面改質など多岐に亘るが、多くの場合、プラズマの物理
的又は化学的作用を利用した表面処理が行われている。
このような表面処理のためのプラズマ生成の方式には、
いつかのタイプが存在するが、高密度プラズマを高効率
で得る観点から、高周波電力により生じさせた気体放電
を使用する方式が頻繁に採用されている。

【０００３】図５は、このような高周波電力による気体
放電を使用した従来の表面処理装置の構成を説明する概
略図である。図５に示す表面処理装置は、排気系１１を
備えた真空容器１と、真空容器１内に放電用ガスを導入
する放電用ガス導入系２と、真空容器１内の所定の位置
に配置された電極体３と、この電極体３に高周波電力を
印加して放電用ガスを放電させてプラズマを生成する電
力印加機構４とを具備している。

【０００４】電力印加機構４は、高周波を発生させる高
周波電源４１と、高周波電源４１が発生させた高周波電
力を真空容器１内の電極体３に導く導波体４２と、導波
体４２上に配置された整合器４３等から構成される。基
板５０は、多くの場合、プラズマが生成される空間（以
下、プラズマ生成空と略称する）を挟んで電極体３に対
向して配置された基板ホルダ５上に保持される。

【０００５】図５の表面処理装置において、排気系１１
によって排気された真空容器１内に放電用ガス導入系２
によって放電用ガスを導入するとともに、電力印加機構
４によって電極体３に所定の高周波電力を印加する。導
入された放電用ガスは電極体３に誘起された高周波の電
界によって放電し、プラズマを生成する。そして、生成
されたプラズマの物理的又は化学的作用によって、基板
５の表面に所定の処理が施される。例えば放電用ガスと
してエッチング作用を有するガスを導入すれば、基板５
の表面に所定のエッチング処理が行われることになる。
尚、印加される高周波電力は、ＨＦ帯に属する１３．５
６ＭＨｚの周波数のものが採用されることが多い。ま
た、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）を利用してプラ
ズマを生成する装置では、２．５４ＧＨｚのマイクロ波
が使用される場合もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような表面処理
装置の一つの傾向として、処理される基板の大型化とい
う点がある。これは、例えばＬＣＤ用の基板の場合、表
示面積の大きなＬＣＤを製作する必要から、基板が大型
化する傾向がある。また、ＬＳＩ用のウエハの分野で
も、一枚のウエハから多くのデバイスを製作する要請
上、ウエハサイズは大きくなる傾向にある。このように
大型の基板の表面をプラズマによって処理する場合、基
板の表面の大きさに対応した大きなプラズマ生成空間が
必要になる。このことは、上記のような電極体を使用し
た表面処理装置では、基板の大型化に従って電極体も大
きくしていかなければならないことを意味する。

【０００７】しかしながら、発明者の研究によると、上
述のような高周波電力を使用した装置において電極体が
大きくなると、高周波電力の波長に対する電極体の大き
さの相対的な関係から、生成されるプラズマの分布が不
均一になり易いことが判明した。即ち、電極体のプラズ
マ生成空間に対向した表面（以下、前面と称す）の大き
さが、高周波電力の波長よりも充分小さい場合には、高
周波電力の波長に起因するプラズマ密度の不均一性の問
題は生じない。しかし、電極体の前面の大きさが高周波
電力の波長の四分の一の長さ（以下、λ／４）に近づく
と、プラズマ密度の不均一性の問題が徐々に顕在化す
る。これは、電極体によってプラズマ生成空間に誘起さ
れる電界の強度が高周波電力の波長に応じた強弱の分布
を有することに起因している。発明者の検討によると、
電極体が大きくなり前面の大きさがλ／４を越えてしま
うと、上記従来装置の構成では実用上かなり問題となる
プラズマ密度不均一性となってしまう。

【０００８】一方、アモルファスシリコン薄膜等を作成
する表面処理の分野では、良質な薄膜を得るため、上述
のようなＨＦ帯の高周波ではなく、ＶＨＦ帯の高周波の
使用が提案されている（Ｓ．Ｏｄａ，Ｐｌａｓｍａ
ＳｏｕｒｃｅｓＳｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２
（１９９３）２６）。この提案によると、１３．５６
ＭＨｚの場合と同じ大きさの電圧を１４４ＭＨｚの高周
波で印加することによって成膜速度は１３．５６ＭＨｚ
の場合の約３０倍となり、かつ膜中のＳｉＨ₂結合の現
象により膜質が向上し、さらにＳｉの微粒子の生成も防
ぐことが可能であると報告されている。

【０００９】しかしながら、１４４ＭＨｚ程度のＶＨＦ
帯の高周波を使用すると、上記のようなプラズマ密度の
不均一性の問題は避けられなくなる。即ち、例えばＴＦ
Ｔアクティブマトリックス型ＬＣＤを製作する際のアモ
ルファスシリコン薄膜の作成では、５００ｍｍ×６００
ｍｍ程度の方形な板状の電極体が使用される。一方、１
４４ＭＨｚの高周波電力の波長は２．１ｍ程度となり、
従って、λ／４は５００ｍｍ程度となる。この数字は、
前記電極体の前面の大きさにほぼ等しくなる。このた
め、上記文献で提案されているような１４４ＭＨｚの高
周波を従来の装置に適用した場合には、前述のように不
均一なプラズマが生成されてしまう。

【００１０】また一方、上記文献のようなＶＨＦ帯の高
周波を使用したプラズマでは、表皮効果に起因した電極
体の表面インピーダンスの問題も顕在化する。即ち、Ｖ
ＨＦ帯のように周波数が高くなると、高周波電流は導体
表面付近のみを流れるようになる。電流が流れる導体表
面付近の領域の厚さ（以下、表皮厚み）δは、δ＝√
｛２／（ωμ₀ σ）｝（但し、ω；角周波数，μ₀ ；透
磁率，σ；導電率）で与えられる。即ち、表皮厚みδ
は、ω（＝２πｆ）の１／２乗に比例して小さくなるた
め、ＶＨＦ波の場合、１３．５６ＭＨｚのＨＦ波に比べ
ると２／３〜１／５程度となってしまう。

【００１１】このため、電極体の表面におけるジュール
損が大きくなり、その結果、プラズマ生成全体の電力効
率が低下するとともに、伝搬経路の長さの相違によるプ
ラズマ密度の不均一化の問題も生じる。さらに、電極体
の表面インピーダンスは、電極体の表面の荒さや汚れ等
に左右され、一様な表面インピーダンスを達成すること
は困難である。それ故、この点でも従来の装置でのＶＨ
Ｆ波の使用は、プラズマ密度の不均一化をもたらすこと
になる。尚、上記のようなプラズマ密度の不均一化は、
当然のことながら、基板に対する表面処理の不均一化を
もたらす。

【００１２】本願発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、大型の電極を使用する場合や、又
は、より高い周波数の高周波電力を使用したりする場合
であっても、プラズマ密度が不均一化することがなく、
基板に対する均一な表面処理が行えるような装置を提供
することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の請求項１記載の発明は、排気系を備えた真空
容器と、真空容器内に放電用ガスを導入する放電用ガス
導入系と、真空容器内の所定の位置に配置された電極体
と、この電極体に高周波電力を印加して放電用ガスを放
電させてプラズマを生成する電力印加機構とを具備し、
生成したプラズマを利用して基板の表面を処理する表面
処理装置において、前記電極体は、その前面の周縁上の
任意の二点のうちの最も距離の長い二点間の距離が、前
記高周波電力の波長の四分の一よりも長い形状であり、
かつ、前記電力印加機構による電極体への電力供給箇所
は均等な位置に複数設定されているという構成を有す
る。同様に上記目的を達成するため、請求項２記載の発
明は、上記請求項１の構成において、高周波電力の周波
数は、３０から３００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していると
いう構成を有する。同様に上記目的を達成するため、請
求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成におい
て、電力印加機構は、高周波電力を発生させる高周波電
源と、高周波電源の出力を複数の電力供給箇所の数に相
当する数に分岐させる分岐器と、高周波電源から分岐器
への高周波電力の供給ライン上に配置された整合器と、
分岐器で分岐された高周波電力を前記電力供給箇所の各
々に導く分岐導波体とから構成されている。同様に上記
目的を達成するため、請求項４記載の発明は、上記請求
項１又は２の構成において、電力印加機構は、高周波電
力を発生させる高周波電源と、高周波電源の出力を複数
の電力供給箇所の数に分岐させる分岐器と、この分岐器
で分岐された高周波電力を電力供給箇所の各々に導く分
岐導波体と、各々の分岐導波体による高周波電力の供給
ライン上にそれぞれ配置された整合器とから構成されて
いる。同様に上記目的を達成するため、請求項５記載の
発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成において、
電極体は板状の部材であり、電力供給箇所は、裏面即ち
プラズマ生成空間に対向した前面とは反対側の面におい
て当該裏面の中心に対して中心対称状又は中心を通る裏
面上の線に対して線対称状に設定されているという構成
を有する。同様に上記目的を達成するため、請求項６記
載の発明は、上記請求項１，２，３又は４の構成におい
て、電極体は、板状の電極本体とこの電極本体の周縁か
らプラズマ生成空間とは反対側に向けて延びるようにし
て設けられたスカート部から構成されており、前記電力
供給箇所は、このスカート部に設定されているという構
成を有する。同様に上記目的を達成するため、請求項７
記載の発明は、上記請求項６の構成において、電力供給
箇所は、電極本体の中心軸に対して中心対称状又は中心
軸に垂直に交わる線に対して線対称状に設定されている
という構成を有する。同様に上記目的を達成するため、
請求項８記載の発明は、上記請求項１，２，３，４，
５，６又は７の構成において、電極体は方形な前面を有
し、プラズマを利用して処理される基板は液晶ディスプ
レイ用又は太陽電池用の基板であるという構成を有す
る。

【００１４】

【実施例】以下、本願の発明の実施例を説明する。以下
の説明では、表面処理装置の一例として、ＴＦＴアクテ
ィブマトリックス型ＬＣＤを製作する際に必要なアモル
ファスシリコン薄膜を作成する装置が想定されている。
但し、本願の発明の対象が、この種の装置に限定される
ものでは勿論ない。

【００１５】図１は、本願発明の第一実施例の表面処理
装置を説明する概略図であり、図２は、図１の装置にお
ける分岐器及び分岐導波体の構成を説明する斜視外観図
である。図１に示す表面処理装置は、図５の装置と同
様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内に
放電用ガスを導入する放電用ガス導入系２と、真空容器
１内の所定の位置に配置された電極体３と、電極体３に
高周波電力を印加して放電用ガスを放電させてプラズマ
を生成する電力印加機構４とを具備している。

【００１６】まず、真空容器１内の所定の位置には、処
理される基板５０が載置される基板ホルダ５が配置され
ている。処理される基板５０は、５５０ｍｍ×６５０ｍ
ｍ程度の大きさの方形なガラス基板である。

【００１７】一方、本実施例における電極体３は、基板
５０の形状に対応した方形な板状の部材である。この板
状の電極体３は、基板ホルダ５に平行に対向するように
真空容器１内に配置されている。そして、対向する基板
ホルダ５と電極体３によって挟まれた空間がプラズマ生
成空間であり、この空間にプラズマが生成される。電極
体３は、各辺が５００ｍｍ角から１ｍ角程度の長方形又
は正方形の板状の部材であり、全体の厚さは６０ｍｍ程
度である。但し、高周波電流は電極体３の表面付近のみ
を流れるので、厚さとしては表皮厚み（ＶＨＦ帯で２０
〜３０μｍ）に相当する大きさがあれば電気的には充分
である。電極体３の材質としては、ステンレス鋼等が使
用されることが多い。このような電極体３は、絶縁物１
３を介して真空容器１の器壁に取り付けられている。即
ち、図１に示すように真空容器１は上面の器壁部分に開
口を有し、この開口の部分に絶縁物１３を介して電極体
３が取り付けられている。尚、真空容器１の器壁と絶縁
物１３の間及び絶縁物１３と電極体３との間には不図示
のシール部材が配設され、真空シールされている。

【００１８】次に、このような電極体３に所定の高周波
電力を印加する電力印加機構４の構成について説明す
る。本実施例における電力印加機構４は、所定の高周波
電力を発生させる高周波電源４１と、高周波電源４１の
出力を複数に分岐させる分岐器４４と、高周波電源４１
から分岐器４４への高周波電力の供給ライン上に配置さ
れた整合器４３と、分岐器４４で分岐された高周波電力
を電力供給箇所の各々に導く分岐導波体４５とから構成
されている。

【００１９】まず、本実施例における高周波電源４１
は、３０〜３００ＭＨｚのＶＨＦ帯の高周波電力を発生
させるものであり、例えば前掲の文献と同様の１４４Ｍ
Ｈｚを含む６０〜１５０ＭＨｚ程度のＶＨＦ波を発生可
能なものが好適に使用される。高周波電源４１の出力電
力は、例えば５００Ｗ程度である。

【００２０】本実施例の装置では四つの電力供給箇所が
設定されており、電力印加機構４の分岐器４４は、上記
高周波電源４１の出力を四つに分岐するものが使用され
ている。この分岐器４４は、図２に示すように、中央に
配置された円柱状の接続ポート４４１と、この接続ポー
ト４４１から放射状に延びる四本の帯板状の分岐ポート
４４２とから構成されている。

【００２１】接続ポート４４１は、上流側に配置された
整合器４３と分岐器４４とを繋ぐ導波体（図２中不図
示）が接続される部分である。四本の分岐ポート４４２
は、この接続ポート４４１から９０度間隔で放射状に延
びるように配置されている。不図示の導波体と接続ポー
ト４４１の接続及び接続ポート４４１と分岐ポート４４
２との接続は、溶接、半田付け、ロー付け又はネジ止め
などの方法により行われる。また、接続ポート４４１及
び分岐ポート４４２の材質は、ともにアルミニウム又は
銅等の金属又は合金である。また尚、接続ポート４４１
の大きさは、直径３０ｍｍ、高さ３０ｍｍ程度である。
分岐ポート４４２は、幅３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、長さ２
００ｍｍ程度である。

【００２２】一方、本実施例における分岐導波体４５
は、図２に示すように円柱状の部材である。この分岐導
波体４５は、上記分岐ポート４４２に対して垂直な姿勢
で配置されている。分岐導波体４５は、図２に示すよう
に、その先端部分が各々の分岐ポート４４２の後端に接
続され、下端部分が上記電極体３の裏面に接続されてい
る。分岐導波体４５は、上記接続ポート４４１等と同様
にアルミニウム又は銅等の金属又は合金から形成されて
いる。寸法としては、直径２０ｍｍ、高さ１００ｍｍ程
度である。分岐導波体４５と分岐ポート４４２との接続
及び分岐導波体４５と電極体３との接続は、同様に、溶
接、半田付け、ロー付け又はネジ止め等の方法により行
われる。尚、本実施例では分岐導波体４５がアルミニウ
ム等であって電極体３がステンレスであることから、異
種金属の接続となる。このような異種金属の溶接は一般
に困難であるから、分岐導波体４５の下端に所定のフラ
ンジ部を形成して、そのフランジ部を電極体３の裏面に
対してネジ止めする構成が実用的である。

【００２３】図２及び上記説明から明かな通り、本実施
例における電力供給箇所は、電極体３の裏面の中心に対
して中心対称状に設定されている。即ち、電極体３の裏
面の中心を中心として正方形の各頂点上に四つ設定され
ている。具体的には、上記分岐器４４の接続ポート４４
１は電極体３の中心軸上に配置され、接続ポート４４１
から４５度ずつ隔てて放射状に延びる分岐ポート４４２
は全て同じ長さものが使用されている。分岐導波体４５
は分岐ポート４４２の後端から垂直に下方に延び、電極
体３の裏面に接続されている。従って、四つの電力供給
箇所は、分岐ポート４４２の長さのほぼ２倍（４００ｍ
ｍ程度）を対角線とする正方形の各頂点の位置になる。

【００２４】尚、電力供給箇所は、電極体３の中心軸か
らなるべく遠ざかった位置に設定されることが好まし
い。これは、プラズマへの高周波電力の供給経路をなる
べく短くして高周波電力の損失を小さくするためであ
る。即ち、プラズマに供給される高周波エネルギーを大
きくするためには、電極体３の部分での高周波電力の損
失を小さくする必要があるが、電極体３の表面インピー
ダンスから、ある程度の損失は避けられない。この場
合、インピーダンスの大きい部分の供給経路をできるだ
け短くすれば、高周波電力の損失を小さくすることが可
能となる。

【００２５】一方、図２に示すような構成の場合、高周
波電流は、導体の表面付近のみを流れる。従って、分岐
導波体４５から流入する高周波電流は電極体３の裏面を
端部に向かって流れ、端面を周り込むようにして流れて
から、前面３１の中央に向かって流れる。従って、分岐
導波体４５をなるべく外側に配置して電力供給箇所が電
極体３の端部に近い位置になるようにすることで、上記
電力供給経路を短くすることができ、これによって電極
体３の表面インピーダンスによる高周波電力の損失を極
力小さくすることができる。

【００２６】なお、上記の分岐器４４の上流側の供給ラ
イン上には、整合器４３が配置される。整合器４３は、
整合器４３と分岐器４４とを繋ぐ不図示の導波体、分岐
器４４、分岐導波体４５及び電極体３も含めて、整合器
４３から下流側の負荷全体が所定のインピーダンスにな
るよう調整するものである。インピーダンスの値は、印
加する高周波電力の周波数に応じて変化するのは勿論で
ある。また、高周波電源４１から整合器４３への高周波
電力の供給ラインには同軸ケーブルが採用される。周波
数が高くなると、矩形導波管等が採用される場合もあ
る。

【００２７】次に、電力印加機構４以外の構成につい
て、簡単に説明する。まず、気体放電によるプラズマ生
成のためのガスを導入する放電用ガス導入系２について
説明する。放電用ガス導入系２は、放電用ガスを溜めた
不図示のガスボンベと、ガスボンベ内の放電用ガスを真
空容器１内に導く主配管２１と、主配管２１上に配置さ
れたバルブ２２や不図示のマスフローコントローラ等か
ら構成されている。

【００２８】図１に示すように、本実施例の電極体３
は、内部が中空であり、前面３１にガス吹き出し孔３２
を多数有している。図１に示すように、電極体３の裏面
には、ガス導入管２３の接続部３３が形成されている。
ガス導入管２３は、アルミナ等の絶縁物で形成された短
い管（不図示）を途中に挟み込むことにより絶縁した絶
縁構造を有し、放電用ガス導入系２の主配管２１の終端
に接続される。尚、電極体３の前面３１に設けられたガ
ス吹き出し孔３２は、直径０．５ｍｍ程度の小さなもの
であり、１０〜１５ｍｍ程度の間隔で設けられている。
ガス吹き出し孔３２が大きくなると、真空容器１内の圧
力によってはガス吹き出し孔３２の内側部分で放電が生
じてしまう場合がある。このような放電が生じると、電
極体３の前面３１の表面インピーダンスが不均一になっ
てプラズマ密度も不均一になる問題があるので、放電が
生じない程度の大きさにする必要がある。この大きさ
は、真空容器１内の圧力にもよるが、例えば１Ｔｏｒｒ
程度の圧力の場合、１ｍｍ程度以下である。

【００２９】上記構成にかかる放電用ガス導入系２で
は、主配管２１からガス導入管２３を経由して電極体３
の内部に放電用ガスが供給される。供給されたガスは、
ガス吹き出し孔３２から吹き出して、前方のプラズマ生
成空間に達するようになっている。このように電極体３
の前面３１に設けられた多数のガス吹き出し孔３２から
ガスを吹き出させてプラズマ生成空間にガスを供給する
ようにすると、プラズマ生成空間におけるガスの分布が
均一になり、基板５０に対する均一な表面処理に寄与で
きる。尚、放電用ガスとしては、表面処理の種類によっ
て異なるが、放電によるプラズマ生成のみを行えば良い
場合、典型的にはアルゴン等の不活性ガスが採用され
る。

【００３０】一方、真空容器１に付設された排気系１１
は、油回転ポンプやターボ分子ポンプ等の真空ポンプ１
１１を備えて例えば１０^-5Ｔｏｒｒ程度の到達圧力まで
排気できるよう構成される。その他、真空容器１は基板
５０の出入り用のゲートバルブ１２を備え、ゲートバル
ブ１２を通して基板５０を搬入搬出するための不図示の
搬送系が配設されている。

【００３１】次に、上記構成に係る本実施例の装置の動
作を説明する。まず、不図示の搬送系が基板５０をゲー
トバルブ１２を通して真空容器１内に搬入し、基板ホル
ダ５上に配置する。そして、排気系１１が動作して真空
容器１内を１０^-5Ｔｏｒｒ程度まで排気し、その後放電
用ガス導入系２が放電用ガスを導入する。

【００３２】次に、上記電力印加機構４が動作する。即
ち、高周波電源４１が発生させた高周波は、供給ライン
を構成する同軸ケーブルによって整合器４３に導かれ、
整合器４３を通って分岐器４４に達する。そして、分岐
器４４で四つに分岐された後、分岐導波体４５を経て電
極体３にそれぞれ印加される。印加された高周波電力
は、電極体３の裏面から端面をまわって前面３１に供給
される。供給された高周波電力は、プラズマ生成空間に
導入された放電用ガスを電離させて放電を生じさせ、こ
の放電によってプラズマが生成される。このプラズマに
よって、基板ホルダ５上の基板５０の表面に所定の処理
が施される。

【００３３】この際、前述の通り、複数の電力供給箇所
が均等に設定されているので、電極体３の前面３１に供
給される際の高周波電力の損失が小さくなるとともに、
高周波電力によって生成されるプラズマのプラズマ密度
が均一になる。即ち、電力供給箇所を複数設定した結
果、電極体３の前面３１への電力供給経路が一つの場合
に比べて小さくなり、表面インピーダンスに起因した電
力損失が低減される。また電力供給箇所が均等であるこ
とから、各々の電力供給箇所から供給される高周波電力
は、電極体３の前面３１へのそれぞれの供給経路におい
て均等に損失する。その結果、各々の供給経路から供給
された高周波は、電極体３の前面３１において均等に重
畳し、均一なプラズマを生成するのに貢献する。尚、電
極体３の表面の凹凸や汚れのため、表面インピーダンス
の不均一性はあり得るが、電力供給経路自体が従来より
短くなっているため、この表面インピーダンスの不均一
性の問題は従来に比べ遥かに少ない。このように均一プ
ラズマが得られることから、基板５０の表面への処理は
均一なものとなる。

【００３４】また、高周波電力の波長と電極体３の前面
３１の大きさの相対的な関係からくるプラズマ密度の不
均一性は、従来の技術の部分で説明したように、高周波
電力の波長のλ／４程度よりも電極体３の前面３１が大
きくなった場合に生じる。色々な電極体３の形状を想定
して一般的な形で表現すると、電極体３の前面３１の周
縁上の任意の二点のうちの最も距離の長い二点間の距離
が高周波電力の波長のλ／４程度よりも長い形状という
ことになる。このような形状の電極体３を使用した場
合、プラズマ密度の不均一性を解消する本実施例の構成
の優位性が発揮される。即ち、高周波電力を分岐させて
供給し電極体３の前面３１で重畳させているので、電極
体３の前面３１の周縁上の任意の二点のうちの最も距離
の長い二点間の距離がλ／４を越える場合であってもプ
ラズマ密度の不均一性の問題が生じない。特に、本実施
例の装置のようなＬＣＤ用の基板５０を処理する表面処
理装置では、電極体３が大型化する傾向があり、上記の
ような高周波電力の波長のλ／４を越える前面３１を有
する電極体３を採用することになり易い。従って、本実
施例の構成は、このようなＬＣＤ用の基板５０を処理す
る装置として好適なものである。

【００３５】また一方、高周波電力の供給経路において
発生する定在波は、プラズマに供給されないエネルギー
を消費するため、効率を低下させる原因となる。従っ
て、定在波の発生を極力抑える構成が肝要である。本実
施例の装置でいうと、例えば四本の分岐導波体４５のい
ずれか二本の配置間隔が高周波電力の波長の１／２に相
当しており、その二本に同相の高周波電力が印加されて
いる場合、その二本の分岐導波体４５の接続部分の間で
強い定在波が発生する恐れがある。従って、高周波電力
を同相で供給する場合、すべての分岐導波体４５同士の
間隔が高周波電力の波長の１／２から充分外れているよ
う構成することが肝要である。尚、高周波電力を異なる
位相でそれぞれの分岐導波体４５に供給するようにすれ
ば上記定在波の問題は無くなるが、異なる位相で高周波
電力を供給するようにすることは電力供給機構の構成を
複雑し、高コストになる欠点がある。

【００３６】具体的な表面処理の例について説明する
と、例えばＣＶＤ（気相成長）によって基板５０の表面
にアモルファスシリコン薄膜を作成する場合、放電用ガ
スとしてシラン及び水素の混合ガスを導入する。そし
て、混合ガスの流量を１０００ｓｃｃｍ、雰囲気圧力を
１Ｔｏｒｒに設定し、周波数１００ＭＨｚの高周波電力
を２００Ｗ程度電極体３に印加する。シラン／水素の混
合ガスのプラズマ中でシランが分解し、所定のアモルフ
ァスシリコン薄膜が基板５０の表面上に堆積する。本実
施例では、上述のように均一なプラズマが生成されるこ
とから、堆積するアモルファスシリコンの膜厚や膜質が
均一なものとなる。尚、上述のようなＬＣＤ用の基板５
０に対する薄膜作成処理では、アモルファスシリコンの
成膜に続いてシリコンナイトライド等の成膜を行って薄
膜を積層することが頻繁に行われる。この場合には、放
電用ガス導入系２は、それぞれの成膜に必要な放電用ガ
スを選択的に真空容器１内に導入できるよう構成され
る。

【００３７】次に、本願発明の第二実施例について説明
する。図３は、第二実施例の表面処理装置を説明する概
略図である。図３に示す表面処理装置は、図１の装置と
同様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容器１内
に放電用ガスを導入する放電用ガス導入系２と、真空容
器１内の所定の位置に配置された電極体３と、この電極
体３に高周波電力を印加して放電用ガスを放電させてプ
ラズマを生成する電力印加機構４とを具備している。そ
して、この第二実施例における電力印加機構４も、第一
実施例と同様、所定の高周波電力を発生させる高周波電
源４１と、高周波電源４１の出力を複数に分岐させる分
岐器４４と、高周波電源４１から分岐器４４への高周波
電力の供給ライン上に配置された整合器４３と、分岐器
４４で分岐された高周波電力を前記電力供給箇所の各々
に導く分岐導波体４５とから構成されている。

【００３８】一方、電極体３の構成は、第一実施例とは
大きく異なっている。この実施例における電極体３は、
円板状の電極本体３４とこの電極本体３４の周縁からプ
ラズマ空間とは反対側に向けて延びるようにして設けら
れたスカート部３５から構成されている。スカート部３
５は、帯板状の部材を円周状に丸めて形成した円環状の
部材であり、その幅方向が電極本体３４の厚さ方向にな
るように電極本体３４の周縁に延設されている。

【００３９】そして、このスカート部３５に、複数の電
力供給箇所が設定されている。即ち、前述と同様に例え
ば四つの電力供給箇所が設定され、この四つの電力供給
箇所は、円環状のスカート部３５の外面に均等に設定さ
れている。即ち、１／４の円弧ずつ隔てて等間隔に設定
されている。具体的には、分岐導波体４５の終端が、溶
接、半田付け、ロー付け又はネジ止め等の方法によりス
カート部３５の外面に接続されている。

【００４０】このように電極体３の周縁にスカート部３
５を設け、このスカート部３５に電力供給箇所を設定す
ると、電極体３の前面３１に至る高周波電力の供給経路
がさらに短縮され、表面インピーダンスに起因した損失
やプラズマの不均一性等の問題がされに低減される。つ
まり、第一実施例で説明したように、前面３１への電力
供給経路を短縮するには、電力供給箇所を電極体３の裏
面においてできるだけ周縁に近い位置にもってくること
が好ましい。これを押し進めると、電極体３の周面に電
力供給箇所を設定することが最適ということになるが、
板状の電極体３の場合、周面に分岐導波体４５を接続す
ることは現実的に困難である。そこで、この実施例のよ
うに、スカート部３５を設けてこのスカート部３５に分
岐導波体４５を接続するようにするのである。

【００４１】尚、電力供給経路を短くする意味から、分
岐導波体４５の接続箇所は、電極体３の前面３１に可能
な限り近い位置即ちスカート部３５の下縁に可能な限り
近い位置とすることが好ましいのは勿論である。また、
電力供給箇所からスカート部３５の上縁までの距離ｄ
は、スカート部３５の内面への高周波の流入を防止する
点で重要な寸法である。即ち、距離ｄを高周波電力の波
長の１／４又は１／２に設定しておくと、電力供給箇所
とスカート部３５の上縁との間で定在波が形成されるの
で、上縁を回り込んでのスカート部３５の内面への高周
波の流入が抑制される。内面に流入する高周波はプラズ
マ生成には寄与せずに無駄に消費されるエネルギーであ
るので、これを抑制することは、エネルギー効率の向上
のため重要である。

【００４２】電極体３の大きさとしては、前述したＬＣ
Ｄ用の基板５０を処理する場合、電極本体３４の部分の
大きさが例えば直径４００ｍｍ程度とされる。電極本体
３４の厚さ、表面処理、ガス吹き出し孔３２等の構成
は、前述した第一実施例の電極体３と同様に構成でき
る。スカート部３５の材質や表面処理等も、電極本体３
４と同様に構成される。尚、電極本体３４の形状は円板
でなくともよく、正方形や長方形等の方形やその他の形
状でもよい。この第二実施例の装置も、第一実施例と同
様に均一なプラズマを得て均一な表面処理を基板５０に
施すことが可能である。装置の動作やプロセスの例等
は、第一実施例と同様なので説明を省略する。

【００４３】次に、本願発明の第三実施例について説明
する。図４は、第三実施例の表面処理装置を説明する概
略図である。図４に示す表面処理装置は、前述した各実
施例と同様、排気系１１を備えた真空容器１と、真空容
器１内に放電用ガスを導入する放電用ガス導入系２と、
真空容器１内の所定の位置に配置された電極体３と、こ
の電極体３に高周波電力を印加して放電用ガスを放電さ
せてプラズマを生成する電力印加機構４とを具備してい
る。

【００４４】そして、この第三実施例における電力印加
機構４は、所定の高周波電力を発生させる高周波電源４
１と、高周波電源４１の出力を前記複数の電力供給箇所
の数に分岐させる分岐器４４と、分岐器４４で分岐され
た高周波電力を前記電力供給箇所の各々に導く分岐導波
体４５と、各々の分岐導波体４５による高周波電力の供
給ライン上にそれぞれ配置された整合器４３とから構成
されている。即ち、高周波電力を分岐させてから整合さ
せる点で、前述した第一第二実施例と異なっている。

【００４５】この実施例の分岐導波体４５としては、前
述した第一実施例における分岐ポート４４２や分岐導波
体４５のような導波手段又は市販の同軸ケーブル等から
適宜選択して使用することができる。また、分岐器４４
としては、第一実施例と同様なものを採用できる。この
ように、高周波電力を分岐させてから整合を取るように
すると、分岐させた各々の電力供給ラインにおいて個別
にインピーダンス整合を行うことが可能となる。このた
め、各々の分岐導波体４５自体の僅かなインピーダンス
の相違や電極体３との接続部分におけるインピーダンス
の相違等を補償して、最適なインピーダンス整合を達成
することができる。その他の電極体３等の構成及び装置
の動作等は、第一実施例の場合と同様なので説明を省略
する。

【００４６】次に、本願発明における複数の電力供給箇
所の設定位置について補足的に説明する。本願発明にお
いて複数の電力供給箇所を設定するのは、いうまでもな
く一つの電力供給箇所の場合よりもプラズマ密度を均一
化させるためである。従って、請求項１における「均等
な位置に」とは、一つの電力供給箇所の場合に比べてプ
ラズマ密度が電極体３の前面３１に平行な面内で均一に
なるような位置ということである。この位置の例とし
て、前述したような電極体３の裏面の中心又は電極本体
３４の中心軸に対して中心対称状に設定する例が、前述
した各実施例では採用されている。これは、電極体３又
は電極本体３４の形状が方形又は円形であることから、
複数の電力供給箇所を中心対称状に設定して電極体３の
前面３１へのそれぞれの電力供給経路を等しくする構成
である。

【００４７】また、電極体３自体の形状が中心対称状で
なかったり、周辺部分に表面インピーダンスを不均一に
する部材が配設されていたりする場合は、「電極体３の
前面３１へのそれぞれの電力供給経路が等しくなるよう
にする」というだけでは、プラズマ密度の均一性が達成
されない場合もあり得る。つまり、電力供給箇所からそ
れぞれ印加される高周波電力は、最小インピーダンスと
なる経路を通って電極体３の前面３１に達する。従っ
て、各々の電力供給経路の最小インピーダンスが等しく
なるように複数の電力供給箇所の位置を設定することが
必要になる場合もある。

【００４８】このような設定を計算上行うことが難しい
場合、実験的に求めることも可能である。即ち、複数の
電力供給箇所の設定を色々と変えて実験を行い、最も均
一なプラズマが生成される複数の電力供給箇所の位置
を、実験的に求めていくようにするのである。尚、プラ
ズマ密度分布の測定はプローブ法等によって可能である
が、基板５０に対する表面処理の進み具合の分布からプ
ラズマ密度分布を間接的に求めるようにしても良い。表
面処理の進み具合の分布（例えば、薄膜堆積速度分布）
は、プラズマ密度分布以外のパラメータ（例えば、電極
体３の温度やガスの流れ等）によっても影響を受けるの
で、電力供給箇所の位置以外のパラメータは同一にして
上記実験を行うようにする。

【００４９】上述した第一実施例の構成において、電極
体３は、方形（正方形もしくは長方形）又は円形の板状
の部材からなるとして説明したが、これに限られるもの
ではなく、三角形その他の多角形状の板状であっても良
いし、その他の形状の板状でも良い。また、箱状や柱状
等の板状以外の形状であっても良い。また、電極体３が
板状である場合、上記「均等な位置」の複数の電力供給
箇所の例としては、「電極体３の裏面の中心に対して中
心対称状又は裏面の中心を通る裏面上の線分に対して線
対称状に配置する」と表現することができる。この場
合、「裏面の中心」とは、一般化すれば、「『電極体が
均一な密度で形成された場合の重心点』を通り当該裏面
に垂直な線と当該裏面とが交わる点」と考えることがで
きる。

【００５０】また、第二実施例の構成では、円板状と説
明した電極本体３４の部分について上記第一実施例の電
極体３とほぼ同様に考えることができる。即ち、電極本
体３４は、三角形その他の多角形状の板状であっても良
いし、その他の形状の板状でも良い。そして、この場
合、スカート部３５に設定される複数の電力供給箇所の
「均等な位置」の例としては、「電極本体３４の中心軸
に対して中心対称状又は中心軸に垂直に交わる線に対し
て線対称状」と表現することができる。尚、この場合の
「中心軸」とは、上記「裏面の中心」と同様の意味での
「中心」を通り電極本体３４の板面（表面又は裏面）に
垂直な線と考えることができる。

【００５１】さらに、本願発明の装置は、前述したアモ
ルファスシリコンやシリコンナイトライド等以外の薄膜
の作成や、ポリシリコン等のエッチング、表面酸化又は
表面窒化等の表面改質等にも使用することが可能であ
る。例えば、本願発明の装置をエッチングに適用した場
合、均一なプラズマによって均一なエッチング処理が進
行するので、下地材料を削ってしまったりエッチング対
象材料が残留してしまったりすることがない良質なエッ
チングが可能となる。また、本願発明の構成は、ＬＳＩ
用のウエハや太陽電池用のシリコン基板等のような大型
化する傾向にある基板５０に対して、本願発明は大きな
効果を発揮する。さらに、基板５０が大型化しなくて
も、ＶＨＦ帯の高周波を使用する場合のように、電極体
３の大きさに対して相対的に短い波長の高周波を使用す
る場合に、本願発明は大きな効果を発揮する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の表面処
理装置によれば、複数の電力供給箇所が均等な位置に設
定されるので、電極体の前面に供給される高周波電力の
分布が均一になり、この結果均一なプラズマが生成され
る。これによって、基板に対する均一な表面処理が可能
となる。この効果は、大型の基板や相対的に短い波長の
高周波を使用する場合に著しい。また、請求項２の表面
処理装置によれば、上記請求項１の効果に加え、ＶＨＦ
帯の高周波を使用するメリットを享受しながら、均一な
表面処理を行うことが可能となる。また、請求項３の表
面処理装置によれば、上記請求項１又は２の効果に加
え、高周波電源及び整合器が一つにまとめられているの
で、電力印加機構の構成が簡素となり、コスト的に安価
となるという効果がある。また、請求項４の表面処理装
置によれば、上記請求項１又は２の効果に加え、高周波
を分岐させてから整合させるので、各々の分岐導波体自
体のインピーダンスの相違等を補償して最適なインピー
ダンス整合を達成することが可能となるという効果が得
られる。また、請求項５の表面処理装置によれば、上記
請求項１，２，３又は４の効果に加え、正多角形又は円
形に近似した形状の基板を処理する装置として最適な構
成となるという効果が得られる。また、請求項６の表面
処理装置によれば、上記請求項１，２，３又は４の効果
に加え、電極体の前面への電力供給経路がさらに短縮さ
れるので、電極体の表面インピーダンスに起因した問題
をさらに低減させることができるという効果が得られ
る。また、請求項７の表面処理装置によれば、上記請求
項６の効果に加え、スカート部の内面への高周波の流入
が抑制され、エネルギー効率の点で好適な装置となると
いう効果が得られる。さらに、請求項８の表面処理装置
によれば、上記請求項１，２，３，４，５，６又は７の
効果に得て液晶ディスプレイ用の基板に対する表面処理
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第一実施例の表面処理装置を説明す
る概略図である。

【図２】図１の装置における分岐器および分岐導波体の
構成を説明する斜視外観図である。

【図３】第二実施例の表面処理装置を説明する概略図で
ある。

【図４】第三実施例の表面処理装置を説明する概略図で
ある。

【図５】従来の表面処理装置の構成を説明する概略図で
ある。

【符号の説明】

１真空容器１１排気系２放電用ガス導入系３電極体３１前面３４電極本体３５スカート部４電力印加機構４１高周波電源４３整合器４４分岐器４５分岐導波体５基板ホルダ５０基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/31 9216−2ＧＨ０５Ｈ 1/46 ＡＨ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系を備えた真空容器と、真空容器内
に放電用ガスを導入する放電用ガス導入系と、真空容器
内の所定の位置に配置された電極体と、この電極体に高
周波電力を印加して放電用ガスを放電させてプラズマを
生成する電力印加機構とを具備し、生成したプラズマを
利用して基板の表面を処理する表面処理装置において、前記電極体は、その前面即ちプラズマを生成する空間に
対向した表面の周縁上の任意の二点のうちの最も距離の
長い二点間の距離が、前記高周波電力の波長の四分の一
よりも長い形状であり、かつ、前記電力印加機構による
電極体への電力供給箇所は均等な位置に複数設定されて
いることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】前記高周波電力の周波数は、３０から３
００ＭＨｚのＶＨＦ帯に属していることを特徴とする請
求項１記載の表面処理装置。
【請求項３】前記電力印加機構は、高周波電力を発生
させる高周波電源と、高周波電源の出力を前記複数の電
力供給箇所の数に相当する数に分岐させる分岐器と、高
周波電源から分岐器への高周波電力の供給ライン上に配
置された整合器と、分岐器で分岐された高周波電力を前
記電力供給箇所の各々に導く分岐導波体とから構成され
ていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表
面処理装置。
【請求項４】前記電力印加機構は、高周波電力を発生
させる高周波電源と、高周波電源の出力を前記複数の電
力供給箇所の数に分岐させる分岐器と、この分岐器で分
岐された高周波電力を前記電力供給箇所の各々に導く分
岐導波体と、各々の分岐導波体による高周波電力の供給
ライン上にそれぞれ配置された整合器とから構成されて
いることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の表面
処理装置。
【請求項５】前記電極体は板状の部材であり、前記電
力供給箇所は、裏面すなわちプラズマを生成させる空間
に対向した前面とは反対側の面において当該裏面の中心
に対して中心対称状又は中心を通る裏面上の線に対して
線対称状に設定されていることを特徴とする請求項１，
２，３又は４記載の表面処理装置。
【請求項６】前記電極体は、板状の電極本体とこの電
極本体の周縁からプラズマを生成させる空間とは反対側
に向けて延びるようにして設けられたスカート部から構
成されており、前記電力供給箇所は、このスカート部に
設定されていることを特徴とする請求項１，２，３，又
は４記載の表面処理装置。
【請求項７】前記電力供給箇所は、前記電極本体の中
心軸に対して中心対称状又は中心軸に垂直に交わる線に
対して線対称状に設定されていることを特徴とする請求
項６記載の表面処理装置。
【請求項８】前記電極体は方形な前記前面を有し、プ
ラズマを利用して処理される前記基板は液晶ディスプレ
イ用又は太陽電池用の基板であることを特徴とする請求
項１，２，３，４，５，６及び７記載の表面処理装置。