JPH0850997A

JPH0850997A - 高周波放電用電極及び高周波プラズマ基板処理装置

Info

Publication number: JPH0850997A
Application number: JP6202770A
Authority: JP
Inventors: Minoru Sugawara; 實菅原; Naoaki Yokogawa; 直明横川; Daisuke Aonuma; 大介青沼; Yoshi Watabe; 嘉渡部
Original assignee: ANERUBA KK
Current assignee: ANERUBA KK
Priority date: 1994-08-04
Filing date: 1994-08-04
Publication date: 1996-02-20

Abstract

(57)【要約】【目的】ホロー放電を生じさせながら高密度プラズマ
を形成させる高周波放電において、プラズマ密度の不均
一性の問題を解消させて基板処理に利用する。【構成】ｒｆホロー放電用電極３４の表面には複数の
周状の溝３５が同心状に形成され、それらの溝３５の開
口の大きさはホロー放電が生じる程度の大きさに設定さ
れている。そして、複数の溝３５の深さは、補助電極部
材３６が当該溝３５に適宜嵌入されることで、放電空間
のプラズマ密度が高くなり易い部分に相当する位置の溝
３５は浅く、プラズマ密度が低くなり易い部分に相当す
る位置の溝３５は深くなっており、この結果、放電空間
のプラズマ密度の分布を均一化させることが可能な深さ
分布の溝３５になっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、例えば半導体ウエ
ハや液晶ディスプレイ用ガラス基板等の各種基板に対し
て表面処理を行うための高周波放電に使用される高周波
放電用電極及びこの電極を利用した高周波プラズマ基板
処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高周波回路を放電空間の容量
で結合させた容量結合型高周波放電（以下、単にｒｆ放
電と略す）により生成したプラズマを利用して、半導体
ウエハや液晶基板等の基板に対して各種処理を施すこと
が行われている。例えば、ｒｆ放電により生成したプラ
ズマを利用したＣＶＤ（気相化学成長）法によって半導
体膜や絶縁膜等の各種の薄膜が製作されているし、ま
た、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）でも、ｒｆ放電
により生成したプラズマの利用が盛んに行われている。
尚、ｒｆ即ち「高周波」の定義については分野によって
若干異なるが、本願発明では広く数百Ｈｚ以上の周波数
を「高周波」と呼ぶことにする。従って、厳密には無線
周波数（ｒｆ）とは呼ばない周波数の電力で放電させる
場合もある。

【０００３】ｒｆ放電による方式は、電子サイクロトロ
ン共鳴を利用してプラズマ密度を上昇させたり、ヘリコ
ン波を利用して電気エネルギー投入効率を上昇させる方
式と比べて、放電のための構造が簡便であるという長所
を有するものの、形成されるプラズマのプラズマ密度が
比較的低く、高密度プラズマを必要とするプロセスには
一般的に不向きであるという欠点がある。このような欠
点を解消する方法として、ＤＣ放電でよく知られている
ホロー陰極構造を応用し、ｒｆ放電においてもホロー陰
極放電に類似した機構によりプラズマ密度を上昇させる
試みがなされており、特公平３−３８３４５号公報にお
いて提案されている。以下の説明において、このような
ｒｆ放電においてホロー陰極放電に類似した機構を採用
するものを、「ｒｆホロー放電」と記す。

【０００４】図１０から図１２は、上記公報に開示され
た従来の高周波放電用電極を説明する概略図であり、図
１０は従来の高周波放電用電極が採用された高周波放電
装置全体の図、図１１及び図１２は、ｒｆホロー放電を
達成する従来の電極の例を示す図である。まず、図１０
に示す高周波放電装置は、放電室１と、放電室１の内部
を排気する排気系１１及び放電室１に所定のガスを導入
するガス導入系１２と、放電室１の内部に配置された一
対の電極２，３と、この一対の電極２，３の一方に高周
波を印加する高周波電源４等とを備えている。尚、この
図１０に示す放電装置は、具体的には高周波放電をエッ
チングなどの基板処理に用いる装置であり、処理される
基板１０が一対の電極２，３のうちの他方の電極２の対
向面に載置され、この他方の電極２に高周波電力が印加
される。尚、以下の説明において、基板が載置される側
の電極を「基板電極」と呼び、基板電極に対向したもう
一方の電極を「対向電極」と呼ぶ。また、一対の電極の
各々の向かい合う前面を、本願では「対向面」と呼んで
いる。

【０００５】ホロー陰極放電は、ホロー即ち中空状の陰
極を使用し、その中空の部分にプラズマが引き込まれる
現象を利用している。この場合、電子は周囲の電位障壁
（陰極のマイナス電位）により中空の部分で静電的に捕
捉されて累積的に電離増殖し、この結果この部分で高密
度のプラズマが得られることになる。ｒｆ放電において
は、ＤＣ放電におけるような意味での「陰極」というも
のは存在しない。しかしながら、ｒｆ放電においても、
電極の表面に溝や凹部を形成してホロー陰極放電に類似
した電子捕捉現象を生じさせ、これを利用して高密度プ
ラズマを形成するのが図１０に示す装置である。

【０００６】このようなホロー陰極放電構造は、対向電
極３に取り入れらてれおり、図１１及び図１２はこの対
向電極３の対向面の状態を概略的に示している。即ち、
図１１に示すように、対向電極３の対向面に小さな円形
の凹部３１を多数設けたり、また図１２に示すように、
円周形の溝３２を同心状に複数設けたりすることによっ
て、その凹部３１や溝３２の部分でｒｆホロー放電を達
成しようとしている。即ち、その凹部３１や溝３２の部
分にプラズマが引き込まれて進入し、当該凹部３１や溝
３２に電子が静電的に捕捉されて累積的に増加する結
果、高密度のプラズマが形成されることになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、ｒｆホ
ロー放電の積極的利用によりｒｆ放電においてもプラズ
マ密度を向上させるべく研究が行われてきた。しかしな
がら、残されている問題点として、ｒｆ放電プラズマは
プラズマ密度の不均一性の問題を依然として抱えてお
り、改良が必要とされている。即ち、図１０に示す高周
波放電装置において、例えば図１１に示す構造の電極を
採用した場合、各凹部３１に捉えられるプラズマの量が
各凹部３１同士で均一にできないという問題がある。即
ち、図１３は図１１の対向電極３の凹部３１にプラズマ
が引き込まれて進入する状態を示した断面概略図である
が、この図に示すように、ある凹部３１にはプラズマが
入り込み電子捕捉によるプラズマ密度増大機構が働いて
いるものの、隣合う別の凹部３１ではプラズマが引き込
まれないという状態となり得る。また一方、図１２に示
す構造の電極を採用した場合、凹部が周状につながって
いるので、上のような問題は生じにくいが、対向電極３
の径方向のプラズマ密度の不均一性の問題は解決されな
いという問題がある。

【０００８】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、ｒｆホロー放電を生じさせ
ながら高密度プラズマを形成させるｒｆ放電において、
プラズマ密度の不均一性の問題を解消させることを第一
の目的としている。そして、このような不均一性の問題
が解消した高密度プラズマを利用して基板処理を行い、
高効率、高均一性の基板処理を可能にすることを第二の
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るため、本願の請求項１記載の発明は、放電用ガスが存
在する放電空間を挟むようにして他の電極と向かい合わ
せて配置される高周波放電用電極であって、当該高周波
放電用電極又は当該他の電極の一方又は双方に高周波電
力を印加して高周波放電を生じさせてプラズマを形成す
る高周波放電用電極において、当該高周波放電用電極の
当該他の電極に対向する対向面には複数の溝が形成さ
れ、この複数の溝の開口の大きさはホロー放電が生じる
程度の大きさに設定されているとともにそれら溝の深さ
は、一対の電極の間の放電空間の対向面方向においてプ
ラズマ密度が高くなり易い部分に相当する位置の溝は浅
く当該方向においてプラズマ密度が低くなり易い部分に
相当する位置の溝は深くなっており、この結果、当該方
向における放電空間のプラズマ密度の分布を均一化させ
ることが可能な深さ分布の溝になっているという構成を
有する。同様に上記第一の目的を達成するため、本願の
請求項２に記載の発明は、前記請求項１の構成におい
て、複数の溝は、前記対向面の中央を中心として同心状
に配置された周状の溝であるという構成を有する。同様
に上記第一の目的を達成するため、本願の請求項３に記
載の発明は、前記請求項２の構成において、前記他の電
極の対向面側には処理される方形の基板が配置されて、
前記プラズマにより当該基板を処理する際に使用される
高周波放電用電極であり、前記複数の溝はこの基板の方
形の形状に応じた所定の角周状の形状である前記基板は
方形であり、前記複数の溝はこの基板の形状に応じた所
定の角周状の形状であるという構成を有する。同様に上
記第一の目的を達成するため、本願の請求項４に記載の
発明は、前記請求項１，２又は３の構成において、前記
複数の溝の深さは、当該溝に開口の大きさに適合する形
状の補助電極部材が当該溝に嵌入配置されることによっ
て調整されているという構成を有する。また、上記第二
の目的を達成するため、本願の請求項５に記載の発明
は、排気系及びガス導入系を備えた処理室と、この処理
室の内部に対向配置された一対の電極とを有し、この一
対の電極のうちの一方又は双方に高周波電力を印加して
基板を処理する高周波プラズマ基板処理装置であって、
前記一対の電極のうちの一方の電極電極は、請求項１，
２，３又は４に記載された高周波放電用電極であり、当
該他の電極は、その対向面側に基板が配置される基板電
極であるという構成を有する。

【００１０】

【作用】上記構成に係る請求項１の発明では、複数の溝
の部分でｒｆホロー放電が形成され、これによって高密
度プラズマが得られる。この際、プラズマ密度が高くな
り易い部分に位置する溝は深さが浅いのでその溝での電
子捕捉によるプラズマ密度増大機能は弱くなる。また、
プラズマ密度が低くなり易い部分に位置する溝は深さが
深いので、その溝でのプラズマ密度増大機能が強くな
る。この結果、一対の電極の間の放電空間の対向面方向
のプラズマ密度は均一化される。また、請求項２の発明
では、上記請求項１の作用に加え、周状の溝の特定の地
点から進入したプラズマは、その溝中を周方向に拡散し
溝を満たす。この結果、当該周方向における溝中のプラ
ズマ密度は均一になる。また、請求項３の発明では、上
記請求項２の作用に加え、溝に引き込まれるプラズマ
は、当該溝の角周状の形状に沿って方形に拡散する。ま
た、請求項４の発明では、上記請求項１，２又は３の作
用に加え、嵌入配置される補助電極部材の厚さや個数に
従って当該溝の深さが決定され、プラズマ密度の均一化
のため、最適な厚さや個数が適宜選択される。さらに、
請求項５の発明では、上記請求項１，２，３又は４の作
用を利用して基板処理が行われる。

【００１１】

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図１
は、本願発明の実施例の高周波放電用電極及びこの高周
波放電用電極が採用された実施例の高周波プラズマ基板
処理装置を説明する概略図である。図１に示す装置は、
排気系１１及びガス導入系１２を備えた処理室１と、こ
の処理室１の内部に対向配置された基板電極２及び本実
施例の高周波放電用電極である対向電極３と、対向電極
３に高周波電力を印加する高周波電源４等から主に構成
されている。

【００１２】まず、処理室１は、排気系１１やガス導入
系１２の接続箇所や基板１０の搬出入等のための出入口
等を除き気密に構成された真空容器である。そして、付
設された排気系１１は処理に必要な圧力まで処理室１の
内部を排気し、ガス導入系１２は処理に必要なガスを処
理室１の内部に導入するよう各々構成されている。

【００１３】基板電極２は、処理室１内の所定位置で基
板１０を保持する基板ホルダーの役目も兼ねている。ま
た、基板電極２の表面には、プラズマによる損傷を防止
するための保護膜やプラズマと高周波の相互作用によっ
て基板１０を静電吸着するための誘電体膜等の部材が配
設されている場合がある。尚、電極の対向面に基板が直
接接触している場合もあるし、対向面と基板との間に何
か特定の部材が介在されている場合もある。尚、基板電
極２は、本実施例では接地されて接地電位となってい
る。

【００１４】対向電極３は、基板電極２に対向するよう
にして配置されている。そして、この対向電極３は、ベ
ース３３とこのベース３３の対向面側に取り付けたｒｆ
ホロー放電用電極３４とから構成されている。ｒｆホロ
ー放電用電極３４は、ｒｆホロー放電を達成する部材で
あり、その表面には後述のような複数の溝が形成されて
いる。尚、ベース３３はステンレス等の導電体で形成さ
れたものである。ベース３３に対するｒｆホロー放電用
電極３４の取り付けは、ネジ止めや接着剤による固定等
の方法が採用される。

【００１５】高周波電源４としては、１３．５６ＭＨｚ
等の高周波を発振するものが使用されている。即ち、本
実施例では、数ＭＨｚから数百ＭＨｚの帯域の高周波を
採用している。尚、本実施例では対向電極３にのみ電力
が印加されているが、基板電極２の側に印加する場合も
あるし、その双方に印加する場合もある。

【００１６】次に、上記複数の溝の寸法形状について図
２及び図３を参照しながら詳細に説明する。図２は、図
１中のｒｆホロー放電用電極３４に形成された複数の溝
を説明する平面概略図であり、図３は、図２のｒｆホロ
ー放電用電極３４の断面概略図である。図２及び図３に
示すように、ｒｆホロー放電用電極３４は、全体として
は略円盤状の部材であり、その直径Ｒは２００ｍｍ程度
である。そして、複数の溝３５は、具体的には図２に示
すようなｒｆホロー放電用電極３４の中央を中心にして
同心状に配置された円周状の溝である。

【００１７】本実施例においては、複数の溝３５の幅Ｗ
１は５〜１０ｍｍ程度ですべて同じ幅になっている。そ
して、各溝３５を仕切る壁の厚さＷ２もすべて同じで１
ｍｍ程度になっている。また、各溝３５の深さＤは、後
述の補助電極部材が配設されていない状態では、溝幅の
約３倍の１５〜３０ｍｍ程度であり、すべて同じ深さに
なっている。このような寸法形状のｒｆホロー放電用電
極３４は、材質としてはアルミ合金、ステンレス、ニッ
ケル合金等で形成されている。形成の方法としては、削
り出し加工等の方法が採用される。

【００１８】さて、このようなｒｆホロー放電用電極３
４の複数の溝３５には、図５から図７に示す補助電極部
材３６が適宜嵌入されて、プラズマ密度の均一化が達成
される。補助電極部材３６は、ｒｆホロー放電用電極３
４の溝３５に嵌入可能な円環状の部材であり、その厚さ
は例えば１〜２ｍｍ程度である。このような補助電極部
材３６は、図１に示す対向電極３と基板電極２との間の
放電空間におけるプラズマ密度の分布に応じて特定の溝
３５に適宜嵌入配置されて当該溝３５の深さを調整する
ようになっている。即ち、補助電極部材３６の厚さや重
ね合わせて嵌入される補助電極部材３６の個数が適宜選
択される。この結果、放電空間中のプラズマ密度が高く
なり易い部分に位置する溝３５は浅くプラズマ密度が低
くなり易い部分に位置する溝３５は深くなっている。
尚、補助電極部材３６の材質としては、通常は対向電極
３の材質と同じものが使用される。また、配置構造とし
ては、単に嵌入させるだけでも良いが、対向電極３が図
１の上側に配置されて溝３５が開口を下向きになる場合
等には、溶接や接着またはネジ止め等の方法で固定する
場合もある。

【００１９】次に、上記構成に係るプラズマ基板処理装
置の動作について説明しながら、本実施例の高周波放電
用電極の作用について説明する。まず、基板搬送機構等
により搬送された基板１０は、不図示の出入口から搬入
されて基板電極２の対向面上に配置される。そして、静
電吸着や機械的な保持の手段により基板電極２上に固定
される。次に、排気系１１が動作して処理室１の内部を
所定の圧力まで排気し、ガス導入系１２が処理に必要な
ガスを処理室１内に導入する。処理室１には不図示の真
空計が設けられており、処理室１内の圧力をモニタしな
がら排気系１１やガス導入系１２を制御することで、処
理室１内の圧力が所定の値に維持される。

【００２０】この状態で、高周波電源４が動作して例え
ば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧が対向電極３に印加さ
れる。この結果、対向電極３と基板電極２との間の放電
空間に高周波電界が生じ、導入されたガスがこの電界に
より電離して当該空間にプラズマが形成される。この
際、対向電極３に具備されたｒｆホロー放電用電極３４
の作用によって放電空間におけるプラズマ密度は、対向
面方向即ち基板処理面方向で均一化される。そして、導
入されたガスの種類等に応じ、基板処理表面に所望の処
理が施される。

【００２１】具体的なプロセスを採り上げて説明する
と、例えば本実施例の高周波放電用電極が採用された装
置をＣＶＤ装置としてアモルファスシリコン膜を基板上
に堆積させる処理を行う場合、ガス導入系から原料ガス
としてモノシラン及びキャリアガスとして水素を導入
し、上述の如くプラズマを動作させて原料ガスを反応さ
せ、基板上にアモルファスシリコン膜を堆積させる。上
述のように、形成されるプラズマは基板処理面の方向で
均一な密度分布となっているので、堆積される膜の膜厚
や膜質の分布は均一なものとなり、良質な膜を製作する
ことができる。

【００２２】次に、溝の深さの調整によって放電空間の
プラズマ密度の分布が調整できる理由を、補足的に説明
する。ｒｆホロー放電は、電子の静電的な捕捉によって
プラズマ密度を高くしているが、本実施例の高周波放電
用電極は、各溝に捕捉される電子の量を調整することに
よってプラズマ密度の調整を行っている。

【００２３】図４は、ある溝の内部及びその溝の出口近
傍の空間電位分布を示した図であり、ｘが溝の幅方向、
ｙが溝の深さ方向、ｚが空間電位の大きさを示してい
る。ｒｆホロー放電では、電極表面に形成された溝にプ
ラズマを引き込んで高密度プラズマを形成するのである
が、プラズマ密度が大きくなる度合いは、その溝の深さ
に依存する。プラズマが図４中ｙ方向に拡散して溝の内
部へ進入すると、プラズマの”いたる所等電位にさせよ
うとする性質”によってプラズマ電位が溝の中央部に進
入する。即ち、溝内部へのプラズマの進入によって溝の
中央部の空間電位はプラズマ電位となる。プラズマ電位
は、溝壁の電位よりも常に高い状態に保たれているの
で、結局、図のような溝の中央部が高く両側の溝壁に近
づくに従って急激に低くなる空間電位分布となる。この
分布は、ｘ方向で見ると上に凸の電位分布になってい
る。電子にとって上に凸な電位分布は凹形のポテンシャ
ル分布に相当する。つまり、図４中ｅ- で示した位置に
置かれた電子は、図中の矢印の方向に沿って（上の方
へ）落ちていくことになる。ポテンシャルの谷（図中の
電位の山）に達した電子は勢い余って反対側のポテンシ
ャルの坂を登り、再び落ちてくる。このようなブランコ
のような往復運動が電子捕捉の本質である。

【００２４】溝の深さを深くするということは、この往
復運動に必要な場所（ｙ方向のふところの深さ）を広く
提供するということを意味し、即ち溝を深くすればそれ
だけ多くの電子が往復運動をするようになる。多くの電
子が往復運動をすると、それらの電子が中性粒子と衝突
する機会が増し、従って電離が促進されてプラズマ密度
が上昇する。つまり、溝の深さを調整することによって
捕捉される電子の量が調整され、この結果、溝の内部に
おける電離作用が調整され、溝の出口近傍に形成される
プラズマのプラズマ密度が調整されるのである。

【００２５】従って、プラズマ密度が高くなり易い部分
に位置する溝３５の深さを浅くし、プラズマ密度が低く
なり易い部分に位置する位置の溝３５の深さを深くする
ことで、結果的に放電空間のプラズマ密度は均一化され
る。放電空間のどの部分が高密度になり易く、どの部分
が低密度になり易いかは、各電極の形状や印加する高周
波電力のモード等により変わるので一概には決められな
い。ただ、図１のような構成の装置では、対向電極３の
端部付近において電界が強くなる場合があり、この場合
には、放電空間中の電極端部近傍部分において高密度と
なり易い。

【００２６】次に、上記補助電極部材３６を適宜配置し
てプラズマ密度の分布を調整した実験例について説明す
る。図５乃至図７は、上記実施例に示したｒｆホロー放
電用電極３４と同様のｒｆホロー放電用電極（溝幅及び
溝の深さは各々異なる）を使用してｒｆホロー放電を行
った実験結果を示す図である。これらの図の実験条件
は、以下の表１の通りである。なお、放電ガスとしては
アルゴンが使用されている。

【表１】

【００２７】図５乃至図７において、横軸は対向電極の
中心からの距離を示し、縦軸はイオン電流を示してい
る。尚、イオン電流の測定には、ダブルプローブタイプ
の静電探針が測定素子として使用された。このような静
電探針では、ある一定以上のバイアス電位を探針に与え
ると流入するイオン電流の値は飽和し、その飽和電流の
値はプラズマ密度に比例することが知られている。そこ
で、静電探針の電位をイオン電流が飽和する領域の値に
設定し、この状態で探針の先端を移動させながら測定を
行った。従って、図５乃至図７の縦軸はイオン飽和電流
である。また、各図の実験例において使用された補助電
極部材３６の配置構成（即ちｒｆホロー放電用電極の溝
の深さ分布）が、各図の下欄に示されている。

【００２８】まず図５の実験例から説明すると、図５中
のＡ１０，Ａ２０，Ａ３０は、補助電極部材３６を使用
して図５の下欄に示すような溝の深さ分布で調整した場
合のイオン電流を示し、Ｂ１０，Ｂ２０，Ｂ３０は、補
助電極部材３６を使用せずに同じ深さの溝のままで測定
した場合のイオン電流を示す。そして、このうちＡ１
０，Ｂ１０は対向電極の対向面（ｒｆホロー放電用電極
の溝の壁の上面）からの距離が１０ｍｍの場合、Ａ２
０，Ｂ２０が２０ｍｍの場合、Ａ３０，Ｂ３０が３０ｍ
ｍの場合の測定結果を示している。この図５に示すよう
に、いずれの距離の場合も補助電極部材３６を使用した
実験では使用しない場合に比べ、放電空間におけるプラ
ズマ密度が均一化されていることが分かる。特に、対向
面からの距離が３０ｍｍの場合には、±１．７％の均一
性が達成されていることが分かった。尚、図５に示す調
整後の溝の深さ分布について述べると、中心から順に溝
を、３５−１，３５−２，３５−３……とすると、溝３
５−１から溝３５−８までが１５ｍｍの深さ、溝３５−
９から溝３５−１３までが深さ１３ｍｍ、溝３５−１４
が１２ｍｍの深さ、溝３５−１５が１３ｍｍの深さ、溝
３５−１６が０ｍｍの深さ（溝無し）、溝３５−１７が
１５ｍｍの深さ、の分布であった。

【００２９】また、図６に示す実験例では、Ｃ１０，Ｃ
２０，Ｃ２５，Ｃ３０が、補助電極部材３６を使用した
場合の、対向面からの距離が１０ｍｍ，２０ｍｍ，２５
ｍｍ，３０ｍｍの位置での測定結果を示し、Ｄ１０，Ｄ
３０が、補助電極部材３６を使用しない場合の、対向面
からの距離が１０ｍｍ，３０ｍｍでの測定結果をそれぞ
れ示している。この図６においても、補助電極部材３６
を使用した場合は、使用しない場合に比べ、遥かに高い
均一性が得られており、特に対向面からの距離が３０ｍ
ｍの位置では±１．８％の均一性となっていることが分
かった。尚、同様にこの際の調整後の溝の深さ分布につ
いて説明すると、溝３５−１から溝３５−６までが２０
ｍｍの深さ、溝３５−７が深さ１８ｍｍ、溝３５−８か
ら溝３５−１０までが１７ｍｍの深さ、溝３５−１１が
０ｍｍの深さ（溝無し）、溝３５−１２が２０ｍｍの深
さ、の分布であった。

【００３０】さらに、図７に示す実験例では、Ｅ１０，
Ｅ３０が、補助電極部材３６を使用した場合の、対向面
からの距離が１０ｍｍ，３０ｍｍの位置での測定結果を
示し、Ｆ１０，Ｆ３０が補助電極部材３６を使用しない
場合の、対向面からの距離が１０ｍｍ，３０ｍｍの位置
での測定結果をそれぞれ示している。この図７において
も、補助電極部材３６を使用した場合は、使用しない場
合に比べ、はるかに高い均一性が得られており、特に対
向面からの距離が３０ｍｍの位置では±２．９％の均一
性となっていることが分かった。尚、同様にこの際の調
整後の溝の深さ分布について説明すると、溝３５−１か
ら溝３５−６までが１８ｍｍの深さ、溝３５−７が深さ
７ｍｍ、溝３５−８が０ｍｍの深さ（溝無し）、溝３５
−１２が３０ｍｍ、の深さの分布であった。

【００３１】上記実験例から明かな通り、補助電極部材
３６を使用して溝の深さ分布を調整し、プラズマ密度が
高くなり易い部分に相当する位置の溝３５の深さを浅く
プラズマ密度が低くなり易い部分に相当する位置の溝３
５の深さを深くしておくと、プラズマ密度の不均一性が
非常に良く改善されて高い均一性のプラズマが得られる
のである。尚、ｒｆホロー放電においては、一般に、ホ
ローの開口の大きさｄと雰囲気圧力ｐとの積ｄｐがある
一定の範囲内であることが必要とされており、上記実験
例においても、雰囲気圧力に応じて適宜溝幅の異なった
ｒｆホロー放電用電極が採用されている。ｄｐがどの程
度の範囲になければいけないかは、電極の具体的な形状
と、ガスの種類と、電極の材質にも依存するので一概に
は決められず、実験的に求める場合が多い。

【００３２】次に、本願の高周波プラズマ基板処理装置
の他の実施例について説明する。図８は、本願発明の他
の実施例の高周波放電用電極の構成を説明する平面概略
図である。この実施例の電極は、液晶ディスプレイを作
る際の液晶基板等の方形の基板を処理する装置に採用さ
れるものである。この場合、その方形の基板が配置され
る基板電極の対向面は、当該基板の形状に適合した所定
の角周状の形状に構成されるが、基板電極に向かい合う
高周波放電用電極の実施例としての対向電極３の対向面
も、やはり基板の形状に適合した角周状の形状に構成さ
れる。つまり、基板電極と対向電極３との間の放電空間
が断面方形になるようにして断面方形のプラズマ領域が
形成されるように構成される。このような構成によっ
て、方形な基板の表面に均一な処理を施すことを可能に
するのである。

【００３３】そして、この実施例の対向電極３に形成さ
れた複数の溝３５も、前記実施例と同様に対向面の中央
を中心にして同心状に配置された周状のものであるが、
前記実施例と異なり、図８に示すように、基板の方形形
状にほぼ相似した角周状のものである。このような方形
基板の処理に使用される方形の対向電極３に本願発明の
構成を応用した場合、前記実施例のような円形の対向電
極の場合に比べ更に有利な効果が得られる。即ち、図２
に示すような円形の対向電極を使用して断面円形のプラ
ズマ領域を形成することは、比較的容易である。しか
し、図８に示すように方形の対向電極３を用いて断面方
形のプラズマ領域を形成することは一般に困難である。
即ち、電極を方形に形成してもプラズマは均一な方形形
状の分布には成らず、角の隅の部分でプラズマ密度が極
端に低くなったり逆に放電が集中して極端に高くなった
りする。

【００３４】しかしながら、本実施例のように、ｒｆホ
ロー放電用電極放電を生じさせる複数の溝３５を、図８
に示すように対向電極３の形状に応じて方形の形状にし
ておくと、溝３５に引き込まれたプラズマは当該溝３５
中を周状に拡散するので、この溝３５中のプラズマにひ
きずられるようにして放電空間のプラズマが方形の形と
なって均一に形成されることとなる。つまり、角周状の
溝３５に沿ってプラズマを強制的に拡散させることによ
ってプラズマ領域の形状をいわば方形に整形することが
可能になるのである。そして、各周の溝３５に引き込ま
れるプラズマの量を前述のような溝の深さ分布の調整に
よって加減することによって、断面方形の放電空間に均
一なプラズマを形成することが可能になるのである。
尚、「方形」とは、正方形と長方形の双方を含む概念で
あることは勿論である。

【００３５】次に、本願発明の複数の溝の他の例につい
て簡単に説明する。図９は、本願発明の複数の溝の他の
例について説明する平面概略図である。この図９に示す
ように、複数の溝３５の構成については多数のバリエー
ションがあり得る。即ち、例えば図９（ａ）及び（ｂ）
に示すような同心状ではあっても３６０度完全な周では
ない円周状（ａ）や角周状（ｂ）の複数の溝３５や、図
９（ｃ）に示すような非同心状に配置された複数の溝３
５が、本願発明に採用され得る。つまり、少なくとも、
放電空間中のプラズマ密度が高くなり易い部分に相当す
る位置とプラズマ密度が低くなり易い部分に相当する位
置とに別々に溝３５が存在していれば、それで足りるの
である。

【００３６】また、前述の説明では、補助電極部材３６
を使用して複数の溝３５の深さを調整する例について説
明したが、補助電極部材３６を使用しないで、ｒｆホロ
ー放電用電極自体の整形加工等によって直接深さの異な
る溝３５を形成するようにしても良いことは勿論であ
る。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１記
載の発明によれば、ホロー放電を生じさせる溝の深さ分
布が所定の分布に構成されることによって放電空間のプ
ラズマ密度が均一化される。また、請求項２記載の発明
によれば、上記請求項１の効果に加え、プラズマが周状
の溝に沿って拡散するので、その周方向のプラズマの不
均一性がさらに解消され、この点でさらに均一性の良好
がプラズマが得られる。また、請求項３記載の発明によ
れば、上記請求項２の効果に加え、角周状の溝に沿って
強制的にプラズマを拡散させることができるので、均一
なプラズマを得ることが難しい方形基板に対する処理に
おいても均一なプラズマを得て均一な処理を行うことが
可能となる。また、請求項４記載の発明によれば、上記
請求項１，２又は３の効果に加え、補助電極部材の溝へ
の嵌入配置によって溝の深さ分布が調整されるので、調
整作業が極めて容易となるという効果が得られる。さら
に、請求項５記載の発明によれば、上記請求項１，２，
３又は４の効果を利用して基板処理が行われるので、高
効率、高均一性の基板処理が可能となるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例の高周波放電用電極及びこの
高周波放電用電極が採用された実施例の高周波プラズマ
基板処理装置を説明する概略図である。

【図２】図１中のｒｆホロー放電用電極に形成された複
数の溝を説明する平面概略図である。

【図３】図２のｒｆホロー放電用電極の断面概略図であ
る。

【図４】ある溝の内部及びその溝の出口近傍の空間電位
分布を示した図であり、ｘが溝の幅方向、ｙが溝の深さ
方向、ｚが空間電位の大きさを示す。

【図５】実施例に示したｒｆホロー放電用電極と同様の
ｒｆホロー放電用電極を使用して高周波プラズマ放電を
行った実験結果を示す図である。

【図６】図５とは条件が異なる他の実験結果を示す図で
ある。

【図７】図５及び図６とは条件が異なる他の実験結果を
示す図である。

【図８】他の実施例における対向電極の構成を説明する
平面概略図である。

【図９】本願発明の複数の溝の他の例について説明する
平面概略図である。

【図１０】従来の高周波放電用電極を説明する概略図で
あり、従来の高周波放電用電極が採用された高周波放電
装置全体の図である。

【図１１】図１０においてｒｆホロー放電用電極放電を
達成する電極構造の例を示す図である。

【図１２】図１０においてｒｆホロー放電用電極放電を
達成する他の電極構造の例を示す図である。

【図１３】図１０の対向電極の凹部にプラズマが引き込
まれて進入する状態を示した断面概略図である。

【符号の説明】

１処理室１１排気系１２ガス導入系２基板電極３対向電極３４ｒｆホロー放電用電極３５溝４高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青沼大介東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内 (72)発明者渡部嘉東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放電用ガスが存在する放電空間を挟むよ
うにして他の電極と向かい合わせて配置される高周波放
電用電極であって、当該高周波放電用電極又は当該他の
電極の一方又は双方に高周波電力を印加して高周波放電
を生じさせてプラズマを形成する高周波放電用電極にお
いて、当該高周波放電用電極の当該他の電極に対向する対向面
には複数の溝が形成され、この複数の溝の開口の大きさ
はホロー放電が生じる程度の大きさに設定されていると
ともにそれら溝の深さは、一対の電極の間の放電空間の
対向面方向においてプラズマ密度が高くなり易い部分に
相当する位置の溝は浅く当該方向においてプラズマ密度
が低くなり易い部分に相当する位置の溝は深くなってお
り、この結果、当該方向における放電空間のプラズマ密
度の分布を均一化させることが可能な深さ分布の溝にな
っていることを特徴とする高周波放電用電極。
【請求項２】前記複数の溝は、前記対向面の中央を中
心として同心状に配置された周状の溝であることを特徴
とする請求項１記載の高周波放電用電極。
【請求項３】前記他の電極の対向面側には処理される
方形の基板が配置されて、前記プラズマにより当該基板
を処理する際に使用される請求項２記載の高周波放電用
電極において、前記複数の溝はこの基板の方形の形状に
応じた所定の角周状の形状であることを特徴とする高周
波放電用電極。
【請求項４】前記複数の溝の深さは、当該溝に開口の
大きさに適合する形状の補助電極部材が当該溝に嵌入配
置されることによって調整されていることを特徴とする
請求項１，２又は３記載の高周波放電用電極。
【請求項５】排気系及びガス導入系を備えた処理室
と、この処理室の内部に対向配置された一対の電極とを
有し、この一対の電極のうちの一方又は双方に高周波電
力を印加して基板を処理する高周波プラズマ基板処理装
置であって、前記一対の電極のうちの一方の電極電極は、請求項１，
２，３又は４に記載された高周波放電用電極であり、当
該他の電極は、その対向面側に基板が配置される基板電
極であることを特徴とする高周波プラズマ基板処理装
置。