CN103098559B - 高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种对平行平电极供给高频电力的高频电力供给装置，具备：高频电源133a和133b，对电极的相互分离的位置供给高频电力；脉冲发生器，该脉冲发生器以使高频电源133a和133b的供给电力按照包括高电平和低电平的多个电平来进行变化的方式进行脉冲调制，指示电平切换，以使得包括高频电源133a的供给电力为高电平且高频电源133b的供给电力为低电平的(1)的期间、高频电源133b的供给电力为高电平且高频电源133a的供给电力为低电平的(2)的期间、高频电源133a和133b的供给电力都为比低电平高的电平的(3)的期间。

Description

高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法
技术领域
本发明涉及高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法。
背景技术
等离子体成膜装置作为用于在基板上成膜非晶硅薄膜、微晶硅薄膜等薄膜的装置，正在广泛被使用。在当前，还正在开发能够高速、一次成膜例如如在薄膜硅太阳能电池的发电层、平板显示屏中使用的薄膜晶体管那样的大面积薄膜的等离子体成膜装置。为了成膜大面积的硅薄膜，一般使用平行平板型等离子体成膜装置。
平行平板型等离子体成膜装置在真空腔内具有隔开数mm到数十mm距离而相对的第1电极和第2电极。通常电极被设置在水平面内，向第1电极供给高频电力，第2电极被接地。在对硅薄膜进行成膜的情况下，通过在第1电极构成的多个孔，向成为放电空间的电极间的间隙供给硅烷(SiH4)、氢(H2)等成膜气体。利用高频电力把被供给到放电空间的气体等离子化。成膜气体在等离子体中被分解，成为原子团、离子，而向被成膜基板入射，在基板上形成硅膜。一般地，成为被接地侧的第2电极被用作载物台，载置被成膜基板。
近年来，为了响应成膜品质、提高成膜速度这样的需求，正在大力研究把使用频率比以往一般的13.56MHz高的VHF(Very HighFrequency：甚高频)频带的高频电力来生成的VHF等离子体在成膜中使用。VHF等离子体由于具备高密度、低电子温度这样的特征，因此作为对于上述需求的解答，值得期待。
然而，在使用VHF频带的高频电力的情况下，随着高频电力的频率的增加，显著地表现出高频电力的作为“波”的性质，成膜特性在电极面内变得不均匀成为大问题。即，在电极面内，由于高频电力产生干涉，形成驻波，所以电场强度分布变得不均匀，其结果等离子体密度变为不均匀，最终成膜速度、膜质本身变得不均匀。近年来的基板的大型化也成为使这个问题恶化的主要原因，成为在实用化方面的大课题。
一般被设为希望电极尺寸小于等于所使用的高频电力的波长λ的1/10。这是为了作为目标，只要电极尺寸小于等于λ/10，则即使形成驻波，电场强度的面内分散性也收敛为大致±10%以下。例如，在13.56MHz的情况下，电极尺寸达到2m多，在VHF频带，例如60MHz下，电极尺寸的界限为50cm程度。
关于成膜特性、例如膜厚分布的分散性，在平板显视器用薄膜晶体管等中确保再现性而达到±5%程度，在太阳能电池领域中确保再现性而达到±10%程度成为实用化的一个指标。在现有的VHF等离子体技术中，例如，在非晶硅膜的成膜速度的情况下，现状是在小面积基板下勉强满足基板面积为50cm×50cm程度时成为±10～15%程度。而至100cm×100cm程度时成为±20～40%程度，有不能够达到上述指标这样的问题。
驻波的形成由于起因于波的干涉这样的基本物理现象，因此非常难以从根本上解决。从而，作为次之的对策，大部分现有技术采用允许驻波的形成本身，通过在时间上控制其分布，设为时间平均，生成均匀的等离子体，进而进行成膜这样的方针。
例如，在下述专利文献1中，在电极上至少设置4个馈电点，通过从各个馈电点同时进行馈电，使得在电极中央形成驻波的波腹，缓和电场分布的不均匀性。由此，使用60MHz的高频电力，对于接近上述界限的50cm×40cm的基板，可以得到±10%左右的膜厚分布。
另外，在下述专利文献2中，公开了如下方法：虽然是比VHF低的频率，但是通过从方形电极的相互相对的2条边交替进行馈电，从时间平均性来看，使电场分布均匀化。例如，以100kHz的频率交替馈电27.12MHz的高频电力，在2.2m×2.4m的基板成膜了的情况下(在60MHz下相当于1m×1m程度)，可以得到±17%的膜厚分布。
另外，在下述专利文献3中，使从方形电极的相互相对的2条边供给的电力的电压的相位差在时间上发生变化，把配置在电极上的相互相对的位置的第1以及第2馈电点之间的距离设定为使用电力的波长的二分之一的整数倍，供给从2台可脉冲调制的相位可变2输出的高频电源输出的时间上分离了的脉冲电力。由此，时间上交替地发生波腹的位置与第1以及第2馈电点的位置一致的第1驻波、波节的位置与第1以及第2馈电点的位置一致的第2驻波。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本特许第3631903号公报
专利文献2:日本特开2006-216679号公报
专利文献3:日本特许第4022670号公报
发明的内容
发明要解决的课题
如上所述，关于使用能够以低电子温度生成高密度的等离子体的VHF频带的高频电力进行成膜的技术，作为能够同时解决膜质提高和高速成膜的技术，近年来正在大力进行实用化研究。但是，基板的大面积化和电源频率的高频化都成为由驻波的形成引起的电场强度分布不均匀这种现象的主要原因，成为成膜均匀性恶化的主要原因。
驻波的形成是由频率相同行进方向不同的2个波发生干涉而产生的基本的物理现象。为了简化说明，如果一维地进行表示则成为如下那样。在x轴上看起来像在x轴的正方向移动那样的波If(一般称为前进波)，看起来像在负方向移动那样的波Ir(一般称为后退波)分别使用振幅A，角频率ω=2πf，波数k=2π/λ，如以下的公式(1)那样表示。
If(x，t)=Asin(kx-ωt)
Ir(x，t)=Asin(kx+ωt)......(1)
在这里，如果把If(x，t)和Ir(x，t)相加，则成为以下的公式(2)。
If+Ir=Asin(ωt-kx)+Asin(ωt+kx)=2Asin(kx)cos(ωt)......(2)
即，波的振幅具有sin(kx)的形状的分布。
例如，在成为sin(kx)=0的x=nπ/k=nλ/2(n是整数)的点，振幅与时间无关成为0，这样的点被称为驻波的波节。另外，反之在成为sin(kx)=1的x=(2n+1)λ/4的点，振幅成为最大，把这样的点称为驻波的波腹。
反之可以说，如果没有后退波，则在原理上是可以去掉驻波。在实际印刷基板等中，在传输高频信号时，精密地控制传输路径的特性阻抗，使得不发生反射波、即后退波那样抑制驻波的形成。但是，在等离子体成膜装置中，由于可动部分的数量多、要确保耐压构造、等离子体自身的阻抗的不确定性等，馈电路径的阻抗控制非常困难，抑制反射波的生成，阻止驻波的形成本身在现实中非常困难。从而，作为次之的对策，大部分现有技术采用允许驻波的形成本身，通过在时间上控制其分布，设为时间平均，生成均匀的等离子体，进而进行成膜这样的方针。
在上述专利文献1记载的技术中，通过从多个馈电点同时进行馈电来谋求均匀化，但是仅是驻波的波腹移动，由驻波的形成引起的等离子体分布的不均匀性依然没有解决。因而，存在难以把基板大型化成米级尺寸进而难以使馈电电力高频化这样的问题。实际上，对于1.4m×1.1m的基板从周围4～8点进行馈电，尝试了等离子体的生成，但是每一种情况下，都在电极中央局部生成等离子体，无法够得到均匀的等离子体。
在上述专利文献2记载的技术中，为了不在连接在电极面上相对的位置的电源彼此之间相互发生干涉，而进行交替通/断来谋求均匀化。这在频率比较低、等离子体分布的变化能够几乎近似为线形的区域是有效的。然而，如果进一步频率升高，则驻波的形成变得更显著，其结果，等离子体分布成为伴随着节点的曲线的形状。在这样的频域中，虽然也能够通过使2个驻波重叠来实现均匀化，但是仅限定于满足波腹和波节的位置恰好错开π/4的条件(例如电极的尺寸是λ/4的奇数倍等)的情况。但是，在实际的成膜、刻蚀工艺等中，根据工艺条件，等离子体参数发生变化，与其相伴随，λ也发生变化。因而，在实用的观点方面，也存在对于由工艺条件产生的差异的容限非常小这样的问题，存在难以适用于VHF频带的频域这样的问题。
在上述专利文献3记载的技术中，存在如下这样的问题：与专利文献2相同，存在馈电点的配置依赖于高频电力的波长等构造上的制约，此外需要用于加入调制的移相器等系统变得复杂。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的是得到即使在使用了VHF频带的频域的情况下也不会使装置结构复杂化，对于大面积的区域能够稳定地形成面内均匀的电场分布的高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，达到目的，本发明的高频电力供给装置向由第1电极和与上述第1电极相对配置的第2电极构成的平行平板电极的上述第1电极供给高频电力，其特征在于，具备，第1高频电源以及第2高频电源，对上述第1电极的分离的位置，分别供给高频电力;电力切换单元，以使上述第1高频电源的供给电力以及上述第2高频电源的供给电力按照包括高电平和低电平的多个电平来进行变化的方式进行脉冲调制，指示切换上述第1高频电源以及上述第2高频电源的供给电力的电平，以使得包括第1期间、第2期间以及第3期间，该第1期间是上述第1高频电源的供给电力为高电平、且上述第2高频电源的供给电力为低电平的期间，该第2期间是上述第2高频电源的供给电力为高电平、且上述第1高频电源的供给电力为低电平的期间，该第3期间是上述第1高频电源的供给电力和上述第2高频电源的供给电力都为比低电平高的电平的期间。
发明的效果
依据本发明，通过时间上切换在上述第1以及第2期间形成的至少2种驻波与在上述第3期间形成的至少1个驻波，能够不依赖于由电极尺寸、等离子体引起的波长缩短效果，形成面内均匀的电力强度分布。另外，不需要使各个驻波的波腹与波节的位置相符，从而，也不需要使用了移相器等复杂的系统。从而，即使在使用了VHF频带的频域的情况下，也不会使系统结构复杂化，对于大面积的区域能够稳定地形成面内均匀的电力强度分布。
附图说明
图1是概略地表示本发明的等离子体处理装置的结构例的图。
图2是表示高频电源进行了脉冲调制的电力曲线的一个例子的图。
图3是表示根据图2所示的曲线供给了电力的情况下的电极上的电力强度分布的一个例子的图。
图4-1表示以使I3与I1+I2成为反相的方式把从2个高频电源馈电的高频的相位差取为π的高频馈电单元的结构例的图。
图4-2表示以使I3与I1+I2成为反相的方式把从2个高频电源馈电的高频的相位差取为π的高频馈电单元的结构例的图。
图4-3表示以使I3与I1+I2成为反相的方式把从2个高频电源馈电的高频的相位差取为π的高频馈电单元的结构例的图。
图5是表示使用高/低进行调制的情况下的电力曲线的一个例子的图。
图6是表示供给根据期间而不同大小的电力的情况下的电力曲线的一个例子的图。
图7-1是表示馈电点的配置的一个例子的图。
图7-2是表示馈电点的配置的一个例子的图。
图7-3是表示馈电点的配置的一个例子的图。
图8-1是进行了平面波近似时的电力强度分布和产生了蔓延时的电力强度分布的示意图。
图8-2是进行了平面波近似时的电力强度分布和产生了蔓延时的电力强度分布的示意图。
图9是表示配备了4个馈电点的情况下的电力曲线的一个例子的图。
图10-1是表示应用相同的电力曲线的馈电点的分组的一个例子的图。
图10-2是表示应用相同的电力曲线的馈电点的分组的一个例子的图。
图10-3是表示应用相同的电力曲线的馈电点的分组的一个例子的图。
图11-1是表示改变了馈电点的分组时的分布的变化的一个例子的图。
图11-2是表示改变了馈电点的分组时的分布的变化的一个例子的图。
图11-3是表示改变了馈电点的分组时的分布的变化的一个例子的图。
图11-4是表示改变了馈电点的分组时的分布的变化的一个例子的图。
图11-5是表示改变了馈电点的分组时的分布的变化的一个例子的图。
具体实施方式
以下，根据图面，详细说明本发明的高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法的实施方式。另外，并不是由该实施方式来限定本发明。
实施方式1
图1是概略地表示本发明的等离子体处理装置的实施方式1的结构例的图。如图1所示，本实施方式的等离子体处理装置是生成等离子体、通过化学气相沉积法形成薄膜的等离子体处理装置，具备真空腔100、具有移动机构的载物台110、有多个供气口的簇射板121、脉冲发生器(电力切换单元)132、能够进行脉冲调制的高频电源(电源)133a和133b。
真空腔100与凸缘101连接，在与绝缘衬垫122a、122b之间实现气密密封，将内部与大气进行分离。绝缘衬垫122a、122b固定电极块120。这些构造物构成在内部包括载物台110、簇射板121的减压容器，载物台110与簇射板121之间成为发生高频等离子体的等离子体生成区域113。电极块120的上方是大气压的区域。
进而，真空腔100具有排气口102以及门阀103。减压容器内由未图示的真空泵，从真空腔100具备的排气口102进行真空排气。真空腔100通常用铝合金等金属制作，具有良好的导电性。载物台110由支柱111支撑，被处理基板112被静置在载物台110上。支柱111与未图示的驱动机构连接，通过使用该驱动机构使支柱111的高度变化，从而能够使载物台110在上下方向升降。
另外，从电极块120贯通屏蔽盒124，设置有等离子体生成用气体的导入配管，具有与外部的气体供给设备连接的成膜气体供给口123。经由成膜气体供给口123，从气体供给设备供给成膜气体(等离子体生成气体)，从簇射板121向等离子体生成区域113供给。
电极块120支撑簇射板121，与簇射板121电连接，与馈电棒135a、135b连接。另外，电极块120与绝缘衬垫122接合，进而，经过绝缘衬垫122与凸缘101绝缘。在电极块120的上方设置有包围电极块120的屏蔽盒124，屏蔽盒124通过绝缘衬垫136a、136b，分别与馈电棒135a、135b绝缘。
在真空腔100设置有门阀103，通过门阀103，向载物台110上进行被处理基板112的输送。在载物台110上搭载了被处理基板112的状态下，通过使支柱111和载物台110上升，被处理基板112接近簇射板121。在把载物台110与簇射板121的距离设定为所希望的值以后，接着，经由电极块120，向簇射板121供给高频电力，发生等离子体。在本实施方式中，簇射板121成为被供给高频电力的电极(第1电极)，载物台110成为接地的电极(第2电极)，由簇射板121和载物台110构成平行平板电极。
而且，在完成了对于被处理基板112的成膜、刻蚀等的等离子体处理以后，支柱111和载物台110下降，从簇射板121离开，被处理基板112通过门阀103，从载物台110上搬出到真空腔100的外部。
为了在被处理基板112上成膜硅薄膜，例如，作为硅源使用硅烷(SiH4)气，作为运载气体使用氢(H2)气，把它们混合了的气体用作等离子体生成用的成膜气体。成膜气体通过气体成膜气体供给口123供给到电极块120内，通过在簇射板121构成的多个孔，流向相对的载物台110上的等离子体生成区域113。如果向电极块120供给高频电力，则等离子体生成区域113中的成膜气体被高频电力分解，产生高频等离子体。在该过程中，生成SiH3、SiH2、SiH、Si、H等活性类，这些活性类入射到被处理基板112，在被处理基板112表面上形成非晶质或者微结晶的硅。作为把高频等离子体持续了一定时间的结果，在被处理基板112上成膜非晶质或者微晶质的硅薄膜。
接着，详细说明本实施方式的高频馈电单元(高频电力供给装置)。本实施方式的高频馈电单元具有图1表示的高频振荡器130、分波器131、脉冲发生器132、高频开关140a和140b、高频放大器141a和141b、隔离器142a和142b、匹配器134a和134b、馈电棒135a和135b。高频开关141a、高频放大器141a以及隔离器142a构成高频电源133a，高频开关140b、高频放大器141b以及隔离器142b构成高频电源133b。本实施方式的高频馈电单元馈电的频率为了实现高速成膜而设为选定VHF频带。另外，在本实施方式中，说明了使用VHF频带的情况，但馈电的频率不限定于VHF频带。
要对大面积的电极面供给VHF频带的高频电力，为了减少驻波的影响，从多个分离的位置进行馈电的方式比较适宜。一般地，电极是矩形、正方形、圆形等点对称、线对称等对称的形状，馈电位置位于那些电极的周边附近，多个馈电位置可以配置在对称地离开了中心线或者中心点的位置。馈电位置的数量根据装置的大小、构造而被选定，在图1中表示在电极面内的短边上相对配置2台高频电源(高频电源133a、133b)，从2个位置进行馈电的结构例。馈电位置的数量不限于2个位置，根据装置的大小、构造可以设为几个位置。
为了取得高频电源133a、133b的同步，把使用高频振荡器130生成的小电力的高频信号用分波器131分开到2个系统中，分别通过高频开关140a、140b，把分波了的高频信号输入到高频放大器141a、141b。高频开关140a、140b与脉冲发生器132连接，能够根据脉冲发生器132的输出信号，电切换高频信号的通/断。高频电源133a、133b这样进行根据高频信号的通断比(占空比)对供给的电力的大小进行控制的脉冲调制。
高频放大器141a、141b放大所输入的高频信号，通过隔离器142a、142b分别输出。另外，高频电源133a、133b的结构不限于图1中表示的结构，只要是能够把高频信号进行脉冲调制的电源，则就可以是任何结构。
从隔离器142a、142b输出的电力(高频信号)经过同轴电缆的馈电线传输，分别通过匹配器134a、134b，供给到馈电棒135a、135b。通常，如果以大于等于数kHz的高速进行调制，则匹配器134a、134b能够不跟随负载的变动，特别是在刚刚通/断了以后等反射电力大多升高。因而，在高频电源133中配置隔离器142a、142b，使得反射电力不会返回到高频放大器141。隔离器142a、142b大多通常由循环器和等效负载构成，但不限于这些，也可以是任意的结构。
馈电棒135a、135b具有把从匹配器134a、134b传送的电力(电流)传送到电极块120的作用。馈电棒135a、135b由铜或者铝这样导电率高的材料构成，用螺丝等固定在电极块120。从馈电棒135a、135b供给的电流由于趋肤效应，流过电极块120的表面附近的极浅的部分，被供给到簇射板121的表面部分。
高频电源133a、133b的成为接地电位的同轴电缆的外部导体与匹配器134的箱体以及其附近的屏蔽盒124连接。屏蔽盒124、真空腔100、凸缘101都连接到高频电源133a、133b的接地一侧，防止发生感电或者辐射噪声。另外，载物台110与真空腔100连接后接地。
一般，在高频放电中，载物台100的接地阻抗由于对等离子体的均匀性、稳定性产生很大的影响，因此需要使用可挠性的平板，使用把载物台110和腔内壁旁路等适当的接地结构，把接地阻抗抑制为很低。然而，在本实施方式的等离子体处理装置中，由于能够不依赖于接地阻抗的大小，提高等离子体的均匀性、稳定性，因此没有关于接地结构的限制。为此，在这里为了简单，省略表示接地结构。
接着，说明本实施方式的脉冲馈电方法。图2是表示本实施方式的高频电源133a、133b进行了脉冲调制的电力的电力曲线的一个例子的图。图3是表示利用图2表示的电力曲线供给了电力的情况下的电极上的电力强度分布的一个例子的图。使用图2以及图3，说明本实施方式的脉冲馈电时的驻波的形成和时间进展。以下，为了简单，一维地说明概略。另外，图3中，表示把相对位置是0的左端和是1的右端分别作为高频电源133a、133b的馈电位置，从高频电源133a、133b馈电同相位(相位差是0)的高频电力的情况。
首先，如图2所示，在本实施方式中，把高频振荡器130发生的高频信号的1个周期分为(1)、(2)以及(3)这3个期间。在用(1)表示的期间中，高频电源133a接通，高频电源133b断开。在用(2)表示的期间中，高频电源133a断开，高频电源133b接通。在用(3)表示的期间中，高频电源133a、高频电源133b都接通。
另外，图3的分布W1表示仅接通了高频电源133a的情况下的电力强度分布，分布W2表示仅接通了高频电源133b的情况下的电力强度分布，分布W3表示接通了高频电源133a、133b双方的情况下的电力强度分布。另外，分布W4表示使分布W1与分布W2叠加了的分布、分布W5表示使分布W1、分布W2与分布W3叠加了的分布。
这里，把连结电极面内(电极块120上)的馈电棒135a与馈电棒135b的方向作为x轴，假设馈电棒135a位于x=0。如果把高频电源133a生成的高频信号的电压波形设为V1(x，t)，则V1(x，t)能够用以下的公式(3)表示。
V1(x，t)=Asin(kx-ωt)......(3)
其中，A是振幅，k是波数，ω是角频率。
这时如果把电极长度(馈电棒135a与馈电棒135b之间的距离)设为L，在反端的反射率设为γ进行考虑，则电极上的电压分布V(x，t)能够用以下的公式(4)来表示。
V(x，t)=V1+Vr=Asin(kx-ωt)+Aγsin{k(2L-x)-ωt}......(4)
实际上，由于γ大致接近于1的情况很多，因此如果取为γ=1，则成为以下的公式(5)。
V(x，t)=2Acos{k(x-L)}sin(kL-ωt)......(5)
如果把电力强度分布设为I1，则由于I1与V(x，t)的振幅的平方成比例，因此成为以下的公式(6)。
I1∝V(x，t)2
=4A2cos2{k(x-L)}
=2A2[cos{2k(x-L)}+1]......(6)
从而，如从上述公式(6)所知道的那样，在仅接通了高频电源133a的情况(图2的(1)的期间)下，I1如图3的分布W1所示那样，成为在与馈电点相反一侧的x=L处具有波腹的驻波分布。
图2的(2)的期间是仅接通了高频电源133b的期间。如果把馈电棒135b的位置设为x=L，把高频电源133b生成的高频信号的电压波形设为V2(x，t)，则V2(x，t)能够用以下的公式(7)来表示。
V2=Asin{k(L-x)-ωt}......(7)
这时，V(x，t)能够用以下的公式(8)来表示。
V(x，t)=2Acos(kx)sin(kL-ωt)......(8)
如果把电力强度分布设为I2，则以下的公式(9)成立。
I2∝2A2{cos(2kx)+1}......(9)
因而，I2如图3的分布W2所示，在与馈电点相反一侧的x=0处具有波腹的驻波分布。
图2的(3)的期间是接通了高频电源133a、133b双方的期间。这时，如果把由电极端部的多重反射产生的振幅、相位变化分别设为β、φ，把电力强度分布设为I3，则以下的公式(10)、(11)成立，I3如图3的分布W3所示，成为在电极中央的x=L/2处具有波腹的驻波分布。
V=Aβsin(kx-ωt-φ)+Aβsin{k(L-x)-ωt-φ}
=2Aβcos(kx-kL/2)sin(kL/2-ωt-φ)......(10)
I3∝2A2β2[cos{2k(x-L/2)}+1]...(11)
因而，如果使I1与I2叠加，则成为以下的公式(12)。
I1+I2∝2A2[cos{2k(x-L)}+cos(2kx)+2]
=4A2[cos(kL)cos{2k(x-L/2)}+1]......(12)
根据公式(11)以及公式(12)，I1+I2与该L的值相对应，成为与I3同相(cos(kL)≥0)或者反相(cos(kL)<0)的分布。因而，在成为反相的条件下，如果设定形成各个驻波的期间，使I1+I2与I3的比α满足以下的公式(13)，则正弦波成分相互抵消。以这样设定了的情况下的时间平均来观看的电场强度分布Iav能够用以下的公式(14)来表示，在电极上得到不具有分布的均匀的电力强度分布。
α=(I1+I2)/I3=-2cos(kL)/β2......(13)
Iav∝2A2(2+αβ2)......(14)
因而，在成为反相的条件下，使得I1+I2与I3的比α满足上述的公式(13)那样设定形成各个驻波的期间，脉冲发生器132如果根据该设定，生成输出到高频开关140a、140b的信号，控制高频信号的通/断，则在电极上能够得到不具有分布的均匀的电力强度分布。
实际上，通过使用了60MHz的高频电力的实验，在调制频率1kHz，电极尺寸设为1.2m×1.5m进行了放电的情况下，在相当于β～0.8程度的α～1(占空比为70%)下可以得到均匀性为±12%。在没有调制的情况下由于形成节点，因此均匀性是大约±100%。
另外，如果使从2个高频电源馈电的高频的相位差为0，则在上述I3与I1+I2成为同相分布那样的电极尺寸(cos(kL)≥0)的情况下，可以使得把一方的高频电源对于另一方相位错开π(rad)，使I3与I1+I2成为反相。即使在这种情况下，移相器等也不是必须的。图4-1～4-3是表示使I3与I1+I2成为反相那样，使从2个高频电源馈电的高频的相位差成为π的高频馈电单元的结构例的图。例如，如图4-1所示，通过具备起到相位调整单元的作用的延迟器200，也可以使高频电源133a、133b的相位差成为π(rad)。进而，考虑调整误差的情况等，也可以使高频电源133a、133b的相位差成为π以外。另外，也可以构成为能够在延迟器200中设定是否提供π的相位差，能够根据电极的大小、频率，把相位差选择为0或者π。
另外，如图4-2所示，通过具备平衡/不平衡变换器201，也可以使高频电源133a、133b的相位差成为π(rad)。另外，如图4-3所示，通过具备能够差动输出的差动输出型高频振荡器202，也能够使高频电源133a、133b的相位差成为π(rad)。这样，系统不会变得复杂，能够根据进行馈电的电极的尺寸，适当地选择高频馈电单元的结构。
另外，代替使在图2的(1)、(2)的期间中成为断开的一侧的高频电源成为完全断开，使用以上这些单元进行辅助的馈电，还能够提高均匀性。如果这样做，则具有能够抑制电极端部中的分布的下降或者上升这样的很大的优点。即，如上所述，在电极端部产生全反射(γ=1)是理想的情况，但是实际上是γ<1，其相应的误差成为在电极端部的下降或者上升的原因。因而，通过在主馈电点的相反一侧，即产生反射的一方辅助性地进行馈电，能够补偿其误差部分，其结果提高均匀性。图5是表示不是使用馈电电力的通/断，而是使用高/低(high/Low:其中包括Low不是0的情况)进行调制的情况下，从高频电源133a、133b输出的电力的电力曲线的一个例子的图。这种情况下，设为如下结构：脉冲发生器132代替指示通/断的信号，输出指示高/低的信号，在高频电源133a、133b中，根据该信号，输出高或者低的电力。图5的Low表示比高低、且不是0(断开)的电平。另外，高表示在处理期间中各高频电源输出的最大的输出电平，低表示最小的输出电平。在(1)～(3)的各个持续期间中，以几乎恒定的电平输出电力。
另外，也能够在(1)、(2)的期间和(3)的期间中供给不同大小的电力。图6是表示在根据期间供给不同大小的电力的情况下，从高频电源133a、133b输出的电力的电力曲线的一个例子的图。例如，如图6所示，预先确定高/中/低这3个电力电平。中表示高与低之间的输出电平。图6的(1)、(2)的期间与(3)的期间相比较，由于实际馈电点数成为一半，因此在(3)的期间中，通过馈电(1)、(2)的期间的电力(高电平的电力)的1/2倍的电力(中间电平的电力)，能够抑制电力密度的时间上的分散。
这种情况下，设为如下结构：脉冲发生器132代替指示通/断的信号，输出指示高/中/低的信号，在高频电源133a、133b中，根据该信号，输出高电平或者中间电平或者低电平的电力。这样，如果使瞬时的电力密度一致，则具有能够使成膜特性的均匀性提高这样的优点。另外，α不仅是按照馈电期间的长度等在时间轴上来决定，也能够如图6的例子那样改变接入电力来进行调整，采用哪一个能够根据所得到的膜质来进行选择。
另外，在(1)、(2)、(3)的各期间中，能够适当变更其馈电期间的长度、馈电电力的大小等。通过硬进行非对称的馈电，能够使等离子体分布中带有偏移。例如，在等离子体处理装置的制造上，由于机械的公差、电极的表面状态等各种因素不可避免地产生非对称性，因此能够调整各期间中的馈电电力、馈电期间的长度，使得补偿上述装置的非对称性。特别是，在制造大型的成膜装置上，由于所允许的尺寸公差大，因此能够把装置制造成本抑制很低这一点的优点很突出。
另外，(1)、(2)、(3)的各期间的长度、顺序以及在各期间馈电的电力的大小的组合能够独立地分别任意地设定。如果说到顺序，例如，虽然在图2中如(1)→(2)→(3)→(1)......那样设定调制波形，但也能够如(1)→(3)→(2)→(3)→(1)那样设定。同样，馈电期间的长度、馈电电力的强度的组合也能够自由选择，还能够组合成以某个恒定的周期反复。既可以在2个高频电源中把脉冲调制的周期取为相同，也可以使其不同。另外，在时间平均上虽然为规定的值，但是也能够设定成各期间短，而且使它们的顺序随机出现，瞬间上随机摇动那样的条件的组合。对等离子体处理的连续的一个工艺的第1电极开始供给高频电力起至停止供给为止的整个供给期间中的(1)的期间、(2)的期间以及(3)的期间的各个高频电源133a的供给电力的时间平均值以及高频电源133b的高频电源的供给电力的时间平均值可以设为在整个供给期间内的多个期间内成为相同的时间平均值。例如，即使脉冲调制是随机的，但如果在整个供给期间内的数分之一的期间的每一个期间中成为几乎相同的时间平均值，则在时间上为均匀的处理，能够实现稳定的成膜。
另外，还可以设置在1个周期内，高频电源133a、133b都断开那样的期间。由此，例如能够调整整体的供给电力。另外，不限于1个周期内，也可以在高频电力的整个供给期间内的任一个时刻进行设置。
另外，在本实施方式中，说明了高频电源是2个的情况，而例如在4个的情况下，在电极面内相对那样离开地配置的2组高频电源也可以进行脉冲调制，使得分别如上述那样相互的正弦波成分相互抵消，在高频电源大于等于2个以上的情况下也能够应用本实施方式的脉冲馈电方法。
接着，说明使用图1中例示的等离子体处理装置，以硅烷气和氢气的混合气体发生高频等离子体，在玻璃基板上沉积了微结晶硅膜的实验。
对于进行了真空排气的真空腔100内的载物台110，作为被处理基板112，设置有1400mm×1100mm的玻璃基板(厚度:4mm)，使用内置在载物台110的未图示的护套加热器，加热到200℃。接着，设定了载物台110的高度位置，使电极块120与被处理基板112的间隔成为5mm。在该状态下，向成膜气体供给口123分别以1slm和50slm的流量供给硅烷气和氢气，调整排气速度，使得等离子体生成区域113内的气体压力成为1000Pa。在气体压力稳定了以后，在簇射板121一侧连接上述高频供给单元，使得发生SiH4/H2的混合等离子体，在馈电了平均20kW的高频电力的状态下进行了20分钟的成膜。
在使用了在上述专利文献2中公开的结构的情况下，如果以上述的条件成膜膜厚1μm的硅薄膜，则面内的膜厚分布相对于平均值为±72%的范围。另一方面，使用图1所示的装置以相同的条件进行了成膜的结果，对于膜厚2μm，面内的膜厚分布相对于平均值在±8%的范围内沉积了薄膜。假定把所制造出的薄膜在太阳能电池中利用，则根据拉曼分光法，调查了结晶硅的形成比率的结果，可以得到充分的峰值强度比率，能够确认形成比率的面内均匀性也在实用范围内。由此得到即使在实用的基板尺寸下，也能够进行特性出色的硅膜的成膜这样的结论。
另外，在本实施方式中，关于气体流量、压力、高频电力等的参数表示了数值，但这些数值是一个例子，能够适当变更。另外，作为用于硅薄膜形成的成膜气体说明了SiH4与H2的混合气体的情况，但还可以进一步添加Ar、Ne等稀有气体。除此以外，还能够根据工艺的目的选择适当的气体种类。
另外，本实施方式的等离子体处理装置也能够应用于等离子体刻蚀装置、除尘装置、溅射装置、离子注入装置等。
另外，在本实施方式中对于横型的装置(把被处理基板112保持为水平方向)进行了说明，而也能够适用于纵型(把被处理基板112保持为垂直方向)的装置。采用哪一种类型能够根据该等离子体处理装置的用途等适当选择。关于本发明除去以上叙述的以外，还能够进行各种变形、修饰、组合等。
实施方式2
在实施方式1中以馈电点的数量为2个进行了说明，而在本发明所提示的方法中馈电点数可以大于等于2个。以下，作为其它的实施方式，作为大于等于2点的馈电的例子，说明馈电点数量大于等于4的情况。本实施方式的等离子体处理装置的结构除去馈电点的数量不同(即，具备4套高频电源、匹配器以及馈电棒，脉冲发生器(电力切换单元)132向4个高频电源供给用于切换的输出信号)以外，与实施方式1的结构相同。另外，为了简单，设为4个点，而馈电点数在大于等于3或者大于等于5的情况下，按照同样的考虑方法也能够进行扩展。在矩形电极的情况下最好是偶数的馈电点数量，而在圆形电极等中设为奇数的馈电点数量也是容易的。
图7-1、7-2表示本实施方式的馈电点的配置的一个例子。馈电点301a～301d表示在电极300面内的4个馈电点(馈电棒的电极300面内中的位置)。馈电点301a～301d至少需要配置在电极300上相对的位置。虽然不需要采用以电极300的中央为对称轴、对称点的对象的配置，但是最好设成对称性高的那样的配置。在用通过电极300的重心点的直线把电极300分开为2个区域的情况下，在该2个区域的每一个中设置馈电点，可以进行与实施方式1的2个高频电力的控制相同的动作。例如，如图7-1那样，在电极300的各条边的中央端部配置馈电点301a～301d，或者配置在图7-2所示那样的电极300的4个角，或者如图7-3所示在电极300的长边上或者短边上设成相对的多对的配置。以下，根据图7-1的配置进行详细的说明。
在图7-1的配置中，使用配置在电极300的短边中央的馈电点301a、301c以及配置在电极长边中央的馈电点301b、301d，生成等离子体。一般当对1片基板的电极进行馈电时，由于在电极端部产生高频电力的蔓延，因此电极面内的电力分布与用平面波近似时相比有时发生歪斜。
图8-1、8-2表示进行了平面波近似时的电力强度分布和产生了蔓延时的电力强度分布的示意图。例如，在仅使用电极300短边上的馈电点301a、301c进行了同相同时馈电的情况下，如果把高频电力考虑为沿着电极300的X轴方向(平行于长边)传播的平面波，则形成图8-1所示那样的拱形的分布。但是，作为蔓延如果考虑在Y轴方向(平行于短边)传播的平面波，则成为图8-2所示那样的蛋形的分布。这里，图8-2是对于从电极300的短边方向入射到电极之间的高频电力，假定从电极300的长边方向蔓延入射的高频电力为16%来进行计算的结果，而在实际测量中也可以得到大致相同的形状。这种情况下，即使对于馈电点301a、301c使用实施方式1表示的方法，由于在电极300的Y轴方向，即与平面波正交的方向也形成分布，因此难以实现均匀化。因而，可以使用配置在电极300的长边上的馈电点301b、301d，设计电力曲线使得抬起电极长边侧端部的分布，补偿Y轴方向的分布。
图9是表示把馈电点设为4个的情况下的电力曲线的一个例子的图。图9中，表示从馈电点301a、301b、301c、301d馈电的电力的电力曲线的一个例子。在图9表示的电力曲线的例子中，主要分为进行电极300的X轴方向的均匀化的期间320、进行电极300的Y轴方向的均匀化的期间321。在进行X轴方向的均匀化的期间320中，能够根据在实施方式1中进行了说明的方法，使用馈电点301a、301c设计电力曲线。另外，在进行Y轴方向的均匀化的期间321中，与在期间320中进行了均匀化的分布相配合，同样地能够使用馈电点301b、301d，根据在实施方式1中进行了说明的方法设计电力曲线。反之，也可以是在进行Y轴方向的均匀化中，使X轴方向的均匀化与其相配合这样的电力曲线的设计。进行哪种设计，可以根据电极的尺寸、放电条件、所得到的膜质等适当决定。
另外，也可以在多个馈电点以相同的电力曲线进行馈电。图10-1～图10-3中表示在图7-3中表示的馈电点的配置中，对多个馈电点应用相同的电力曲线的情况下的馈电点的分组的一个例子。在图10-1～10-3中，把馈电点设为8个点(301a～301h)。例如，如图10-1所示，把馈电点301a、301b、301g、301h作为1个组，把馈电点301c、301d、301e、301f作为另一个组那样进行分组，属于同一个组的馈电点使用相同的电力曲线，通过如实施方式1所示那样设计电力曲线，能够进行电极300的X轴方向的均匀化。同样，如图10-2所示，如果把馈电点301a、301b、301c、301d和馈电点301e、301f、301g、301h分别分作为1个组，则能够进行电极300的Y轴方向的均匀化。另外，如图10-3所示，把馈电点301a、301b、301e、301f和馈电点301c、301d、301g、301h分别作为1个组，则还能够进行在电极对角轴的均匀化。
另外，通过沿着时间轴切换这样的分组，能够进行进一步的均匀化。图11-1～11-5是表示在图7-3所示的馈电点的配置中，当改变了馈电点的分组时的分布的变化的图。与图8-1、8-2相同，是假定为有16%的电力蔓延而进行了计算的结果。这里，如果把馈电点301a、301h和馈电点301d、301e分别作为1个组进行馈电，则在仅馈电点301a、301h接通时，成为图11-1那样的分布，在仅馈电点301d、301e接通时，成为图11-2那样的分布。另外，如果把馈电点301b、301c和馈电点301f、301g分别作为1个组进行馈电，则在仅馈电点301b、301c接通时，成为图11-3那样的分布，在仅馈电点301f、301g接通时，成为图11-4那样的分布。如果同时接通所有的馈电点，则成为图11-5那样的分布。如果在适当的时间切换这些分布，则均匀性为±5%，可知能够实现大范围的均匀化。
另外，这样的组、即电力分布的切换尽量以在电极300的面内平缓地变化的方式进行比较好。如果电力分布急剧变化，则有时等离子体分布的变化无法响应。特别是，如果等离子体处于接通的状态不变，则电极面内的等离子体的生成容易程度(放电开始阈值电场强度)根据其紧接之前的等离子体分布而不同，因此有时产生依赖于电力曲线的等离子体分布的控制性恶化。为了避免这一点，例如，能够插入在切换分布时所有的馈电点成为接通的模式。由此，能够做出在分布变化之前，总是在电极300的中央生成等离子体的状态，能够抑制依赖于上述电力曲线的等离子体分布的控制性恶化。另外反之，通过使所有的馈电点成为断开，能够做出在分布变化之前总是等离子体消灭的状态，能够抑制依赖于上述电力曲线的等离子体分布的控制性恶化。另外，除此以外还能够使用各种模式，而选择哪一种模式，可以根据等离子体的控制性、所得到的膜质来进行选择。
以上如在实施方式1以及实施方式2中叙述的那样，在本发明中，具备对电极上的至少2个以上的不同位置进行馈电的大于等于2个的高频电力。而且，这些高频电力的至少2个被进行脉冲调制，使得其供给电力以包括高电平和低电平(包括电源断开)的多个电平来进行变化。而且，被设为在脉冲调制的期间内，包括一方的高频电源的供给电力成为高电平、且另一方的高频电源的供给电力为低电平的第1期间；另一方的高频电源的供给电力成为高电平、且一方的高频电源的供给电力为低电平的第2期间；一方的高频电源的供给电力和另一方的高频电源的供给电力都成为比低电平高的电平的第3期间。被设为在第3期间，与第1期间或者第2期间相比，高频电源的供给电力的比接近于1:1。2个高频电力的高电平的供给电力之间，低电平的供给电力之间，以及第3期间的供给电力之间不需要必需相同，可以根据装置、使用条件，调整为稍有不同。如果进行同步的脉冲调制使得2个高频电源的供给电力的第1～3的期间以相同的周期模式出现，则非常容易使得第1～3的期间的时间比率为恒定。通过调整第1～3的期间相对于作为整个处理期间的馈电时间的时间比例，能够控制处理的面内分布。例如，可以根据预先按照改变了第1期间、第2期间、第3期间的时间比率的脉冲调制条件进行实验得到的面内分布结果，调整第1期间、第2期间、第3期间的时间比率、还有各高频电源的输出电平，使得面内分布尽可能变得均匀。依据本发明，即使在使用了VHF频带的频域的情况下也不会使装置结构复杂，对于大面积的区域能够稳定地形成面内均匀的电场分布。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的高频电力供给装置、等离子体处理装置以及薄膜制造方法在用于在基板上成膜薄膜的等离子体处理装置中是有用的，特别是，适于使用VHF频带在大面积的基板上形成薄膜的等离子体处理装置。
符号说明
100:真空腔
101:凸缘
102:排气口
103:门阀
110:载物台
111:支柱
112:被处理基板
113:等离子体生成区域
120:电极块
121:簇射板
122a、122b:绝缘衬垫
123:成膜气体供给口
124:屏蔽盒
130:高频振荡器
131:分波器
132:脉冲发生器
133a、133b:高频电源
134a、134b:匹配器
135a、135b:馈电棒
136a、136b:绝缘衬垫
140a、140b:高频开关
141a、141b:高频放大器
142a、142b:隔离器
200:延迟器
201:平衡/不平衡变换器
202:差动输出型高频振荡器
300:电极
301a、301b、301c、301d、301e、301f、301g、301h:馈电点320、321:期间

Claims (15)

1.一种高频电力供给装置，所述高频电力供给装置向包括第1电极和与上述第1电极相对配置的第2电极的平行平板电极的上述第1电极供给高频电力，其特征在于，具备：
第1高频电源以及第2高频电源，对上述第1电极的分离的位置，分别供给高频电力；以及
电力切换单元，以使上述第1高频电源的供给电力以及上述第2高频电源的供给电力按照包括高电平和低电平的多个电平来进行变化的方式进行脉冲调制，指示切换上述第1高频电源以及上述第2高频电源的供给电力的电平，以使得包括第1期间、第2期间以及第3期间，该第1期间是上述第1高频电源的供给电力为高电平、且上述第2高频电源的供给电力为低电平的期间，该第2期间是上述第2高频电源的供给电力为高电平、且上述第1高频电源的供给电力为低电平的期间，该第3期间是上述第1高频电源的供给电力和上述第2高频电源的供给电力都为比低电平高的电平的期间。
2.根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于，
在上述第1期间，上述第2高频电源停止电力的供给，在上述第2期间，上述第1高频电源停止电力的供给。
3.根据权利要求1所述的高频电力供给装置，其特征在于，
使在上述第1期间的上述第1高频电源的供给电力与在上述第2期间的上述第2高频电源的供给电力相同，在上述第3期间，上述第1高频电源以及上述第2高频电源供给比在上述第1期间的上述第1高频电源的供给电力小的电力。
4.根据权利要求3所述的高频电力供给装置，其特征在于，
在上述第3期间，上述第1高频电源以及上述第2高频电源供给在上述第1期间的上述第1高频电源的供给电力的1/2的电力。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
还具备在上述第1高频电源的供给电力与上述第2高频电源的供给电力之间提供相位差的单元。
6.根据权利要求1～4中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
上述第1高频电源的供给电力与上述第2高频电源的供给电力之间的相位差是0弧度或者π弧度。
7.根据权利要求1～4中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间的各自的持续时间的设定值、上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间的顺序的设定值、上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间中的上述第1高频电源以及上述第2高频电源的各自的供给电力的设定值是相互独立的。
8.根据权利要求7所述的高频电力供给装置，其特征在于，
上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间的顺序的设定值、上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间中的上述第1高频电源以及上述第2高频电源的各自的供给电力的设定值以一定周期反复相同的设定值。
9.根据权利要求1～4、8中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
向上述第1电极开始供给高频电力起到停止供给为止的整个供给期间中的上述第1期间、上述第2期间以及上述第3期间的各自的上述第1高频电源以及上述第2高频电源的供给电力的时间平均值在上述整个供给期间内的多个期间内为相同的时间平均值。
10.根据权利要求1～4、8中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
在向上述第1电极开始供给高频电力起到停止供给为止的整个供给期间内，还包括上述第1高频电源以及上述第2高频电源的双方停止电力的供给的第4期间。
11.根据权利要求1～4、8中的任一项所述的高频电力供给装置，其特征在于，
把n设为大于等于3的整数，上述高频电力供给装置具备在不同的电力供给位置向上述第1电极供给高频电力的n个高频电源，使上述第1高频电源以及上述第2高频电源为上述n个高频电源中的分别至少一个。
12.根据权利要求11所述的高频电力供给装置，其特征在于，
把上述n个高频电源设为以2个高频电源为一对的多对高频电源，把构成各对的高频电源作为上述第1高频电源以及上述第2高频电源，针对每一对设定对上述第1电极供给高频电力的期间。
13.根据权利要求11所述的高频电力供给装置，其特征在于，
把上述n个高频电源分组成2个组，属于一个组的上述高频电源作为上述第1高频电源来动作，属于另一个组的上述高频电源作为上述第2高频电源来动作。
14.一种等离子体处理装置，其特征在于，具备：
权利要求1～4、8、12、13中的任一项所述的高频电力供给装置；
真空腔；
簇射板，该簇射板被配置在上述真空腔内，该簇射板作为从上述高频电力供给装置被供给电力的第1电极而发挥作用，该簇射板向被处理基板供给等离子体生成气体；以及
载物台，该载物台被配置在上述真空腔内，该载物台具备载置有上述被处理基板的机构，该载物台作为第2电极而发挥作用。
15.一种薄膜制造方法，是通过向包括第1电极和与上述第1电极相对配置的第2电极的平行平板电极的上述第1电极供给高频电力，从而生成等离子体，通过化学气相沉积法在被成膜基板形成薄膜的方法，该薄膜制造方法的其特征在于，
把第1高频电源以及第2高频电源分别配置成对上述第1电极的面内的分离的位置进行馈电，
该薄膜制造方法包括：
第1工序，向被载置于上述第2电极的上述被成膜基板上供给等离子体生成气体；
第2工序，以使上述第1高频电源的供给电力以及上述第2高频电源的供给电力按照包括高电平和低电平的多个电平来进行变化的方式进行脉冲调制，指示切换上述第1高频电源以及上述第2高频电源的供给电力的电平，以使得包括第1期间、第2期间以及第3期间，该第1期间是上述第1高频电源的供给电力为高电平、且上述第2高频电源的供给电力为低电平的期间，该第2期间是上述第2高频电源的供给电力为高电平、且上述第1高频电源的供给电力为低电平的期间，该第3期间是上述第1高频电源的供给电力和上述第2高频电源的供给电力都为比低电平高的电平的期间；以及
第3工序，通过使上述第1高频电源以及上述第2高频电源根据上述第2工序的指示对上述第1电极进行馈电，分解上述等离子体生成气体，并在上述被成膜基板形成薄膜。
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