JP2002110566A - 高周波プラズマ生成装置 - Google Patents

高周波プラズマ生成装置

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JP2002110566A
JP2002110566A JP2000302554A JP2000302554A JP2002110566A JP 2002110566 A JP2002110566 A JP 2002110566A JP 2000302554 A JP2000302554 A JP 2000302554A JP 2000302554 A JP2000302554 A JP 2000302554A JP 2002110566 A JP2002110566 A JP 2002110566A
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discharge electrode
backflow prevention
power supply
power
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Tatsufumi Aoi
辰史 青井
Yoshiaki Takeuchi
良昭 竹内
Hiroshi Mashima
浩 真島
Hideo Yamakoshi
英男 山越
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、高周波電源の逆流・干渉による機器
の破損を回避でき、また高周波電源の相互干渉を回避し
て整合条件が変化するのを防止すること課題とする。 【解決手段】反応容器21内に配置された放電用電極2
3へ給電を行う複数の高周波電源28a,28bと、前
記放電用電極28a,28bと前記高周波電源28a,
28b間に配置された、反射電力を分離処理する逆流防
止回路30a,30bとを具備したことを特徴とする高
周波プラズマ生成装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や薄膜ト
ランジスタ等に用いられるアモルファスシリコン、微結
晶シリコン、多結晶薄膜シリコン、窒化シリコン等の半
導体の製膜や半導体膜のエッチングに用いられる高周波
プラズマ生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、高周波プラズマ生成装置を用いた
プラズマCVD成膜装置としては、例えば図5に示すも
のが知られている。図中の符番1は反応容器である。こ
の反応容器1内には、ヒータ2とラダ−型の放電用電極
3が対向して配置されている。前記ヒータには、通常、
基板4が放電用電極3側を向いて支持される。前記放電
用電極3は、例えば断面が円形状の複数の線材をはしご
型に接続した平面形コイル構成となっている。図示しな
いが、放電用電極3の背面側には、前記放電用電極3と
基板4間に反応性ガスを導入するガス導入管が配置され
ている。
【0003】前記放電用電極3の所定の箇所には、分配
器5a,整合器6aを介して第1の高周波電源7aが電
気的に接続されている。また、前記放電用電極3の他の
箇所には、分配器5b,整合器6bを介して第2の高周
波電源7aが電気的に接続されている。
【0004】前記第1の高周波電源7aは、電力を測る
方向性結合器8aと、合成器9aと、アンプ10aと、
発振器11aとから構成されている。前記第2の高周波
電源7bは、電力を測る方向性結合器8bと、合成器9
bと、アンプ10bと、発振器11bとから構成されて
いる。
【0005】前記各高周波電源7a,7bの発振器11
a,11bには、夫々各高周波電源用の位相を変える位
相シフタ12が接続されている。また、前記各高周波電
源7a,7b及び位相シフタ12には、電力と整合器6
a,6bのコンデンサを変化させるコントローラ13が
接続されている。
【0006】ところで、上記構成のプラズマCVD製膜
装置においては、製膜する際、2つの高周波電源7a,
7bより高周波電力を放電用電極3に印加した状態で、
反応性ガス導入管から反応性ガスを放電用電極3と基板
4間のプラズマ領域に反応性ガスを供給し、この領域で
生成プラズマにより反応性ガスを分解反応させて基板4
上に製膜を行っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5に
示すように1つの放電用電極3に複数の高周波電源7
a,7bが接続する構成のプラズマCVD製膜装置にお
いては、1台の高周波電源7a(又は7b)からの電力
が放電用電極3を介して他の高周波電源7b(又は7
a)に逆流・干渉する。その結果、一方の高周波電源7
bに負荷が加わり、最悪の場合機器を損傷する恐れがあ
った。また、高周波電源7a,7bが相互に干渉するた
め、1台の高周波電源(整合器)を調整した際に、他の
電源の整合条件を変化させてしまい、適正な入力が行な
えなかった。
【0008】図3は、従来のプラズマCVD製膜装置に
より製膜した場合の逆流・干渉現象を示す図であり、横
軸は位置、縦軸は電圧(任意単位)を示す。図3におい
て、曲線(1)はt=Tでの定在波、曲線(2)はt=
T+ΔTでの定在波、曲線(3)はt=Tでの入射波、
曲線(4)はt=Tでの反射波、曲線(5)はt=T+
ΔTでの入射波、曲線(6)はt=T+ΔTでの反射波
を夫々示す。図3より、従来の場合、電圧の山谷が発生
し、電圧分布が悪化していることが明らかである。
【0009】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、反応容器内に配置された放電用電極へ給電を行う複
数の高周波電源と、前記放電用電極と前記高周波電源間
に配置されて反射電力を分離処理する逆流防止回路とを
具備した構成にすることにより、高周波電源の逆流・干
渉による機器の破損を回避でき、また高周波電源の相互
干渉を回避して整合条件が変化するのを防止しえるプラ
ズマ生成装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ生
成装置は、反応容器内に配置された放電用電極へ給電を
行う複数の高周波電源と、前記放電用電極と前記高周波
電源間に配置された、反射電力を分離処理する逆流防止
回路とを具備したことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。
【0012】本発明において、前記逆流防止回路として
は、例えば高周波電源からの電力を分岐するサーキュレ
ータと、このサーキュレータに電気的に接続されて電力
を測定する方向性結合器と、前記サーキュレータに電気
的に接続されて電力を消費する負荷(ダミーロード)と
を具備する構成のものが挙げられる。
【0013】本発明において、前記放電用電極と逆流防
止回路間に整合器を配置し、逆流防止回路で処理する反
射電力値が極大となるように制御することが好ましい。
これにより、放電用電極内での反射電力を極小とし、放
電用電極内の定在波の影響(山谷の差)を小さくし、均
一な電圧分布、均一な製膜分布を得ることができる。ま
た、前記逆流防止回路で処理する反射電力値をモニター
し、この反射電力値を基に前記整合器の条件を制御する
ことが好ましい。これにより、入力バランスを適正化す
ることができる。なお、反射電力値を基に入力電力を制
御することによっても、入力バランスを適正化すること
ができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図1を参照
して説明する。ここで、図1は本実施例に係るプラズマ
生成装置を用いたプラズマCVD装置の全体図を示す。
【0015】図中の符番21は反応容器である。この反
応容器21内には、ヒータ22とラダ−型の放電用電極
23が対向して配置されている。前記ヒータ22には、
通常、基板24が放電用電極23側を向いて支持され
る。前記放電用電極23は、例えば断面が円形状の複数
の線材をはしご型に接続した平面形コイル構成となって
いる。図示しないが、放電用電極23の背面側には、前
記放電用電極23と基板24間に反応性ガスを導入する
ガス導入管が配置されている。
【0016】前記放電用電極23の所定の箇所(例えば
上部)には、分配器25a、整合器26a及び逆流防止
回路27aを介して第1の高周波電源28aが電気的に
接続されている。また、前記放電用電極23の他の箇所
(例えば下部)には、分配器25b、整合器26b及び
逆流防止回路27bを介して第2の高周波電源28bが
電気的に接続されている。
【0017】前記逆流防止回路27aは、第1の高周波
電源28aからの電力を分岐するサーキュレータ29a
と、このサーキュレータ29aに電気的に接続されて電
力を測定する方向性結合器30aと、前記サーキュレー
タ29a及び後述するコントローラに電気的に接続され
て電力を消費する負荷(ダミーロード)31aとから構
成されている。
【0018】前記逆流防止回路27bは、第1の高周波
電源28bからの電力を分岐するサーキュレータ29b
と、このサーキュレータ29bに電気的に接続されて電
力を測定する方向性結合器30bと、前記サーキュレー
タ29b及び後述するコントローラに電気的に接続され
て電力を消費する負荷(ダミーロード)31bとから構
成されている。
【0019】前記第1の高周波電源28aは、電力を測
る方向性結合器32aと、合成器33aと、アンプ34
aと、発振器35aとから構成されている。前記第2の
高周波電源28bは、電力を測る方向性結合器32b
と、合成器33bと、アンプ34bと、発振器35bと
から構成されている。
【0020】前記各高周波電源28a,28bの発振器
35a,35bには、夫々各高周波電源用の位相を変え
る位相シフタ36が接続されている。また、前記各高周
波電源28a,28b及び位相シフタ36には、電力と
整合器26a,26bのコンデンサを変化させるコント
ローラ37が接続されている。ここで、前記コントロー
ラ37は、前記整合器26a,26bに電気的に接続さ
れている。
【0021】こうした構成のプラズマCVD製膜装置に
おけるプラズマ生成装置の動作手順は、図2に示す通り
である。但し、図2において、「電源ラインA」とは第
1の高周波電源28aから放電用電極23へのラインを
示し、「電源ラインB」とは第2の高周波電源28bか
ら放電用電極23へのラインを示す。
【0022】(1)先ず、電源ラインAの整合器26a
の回路定数(コンデンサ容量、コイルインダクタンス)
を調整する(a)。次に、方向性結合器30a,30b
での反射電力を測定する(b)。ここで、反射電力が極
大であれば(YES)、電源ラインBの整合器26bの
回路定数(コンデンサ容量、コイルインダクタンス)を
調整する(c)。もし、NGであれば、工程(a)に戻
す。
【0023】(2)次に、方向性結合器32a,32b
での反射電力を測定する(d)。ここで、反射電力が極
大であれば(YES)、電源ラインA(又はB)の整合
器26a(又は26b)の回路定数コンデンサ容量、コ
イルインダクタンス)を調整する(e)。もし、NGで
あれば、工程(e)に戻す。
【0024】(3)次に、方向性結合器30a,30b
(又は32a,32b)での反射電力を測定する
(f)。ここで、反射電力が極大であれば(YES)、
制御を終了する(g)。もし、NGであれば、高周波電
源28a,28b間の位相差を微調整し(h)、工程
(a)に戻す。
【0025】上記実施例によれば、放電用電極23に接
続する整合器26aと第1の高周波電源28a間にサー
キュレータ29aと方向性結合器30aと負荷31aと
から構成される逆流防止回路27aを配置するととも
に、放電用電極23に接続する整合器26bと第2の高
周波電源28b間にサーキュレータ29bと方向性結合
器30bと負荷31bとから構成される逆流防止回路2
7bを配置した構成となっているため、一方の第1の高
周波電源28a(又は他方の高周波電源28b)からの
電力が放電用電極23を介して他の高周波電源28b
(又は高周波電源28a)に逆流・干渉することを防止
できる。
【0026】また、上記逆流防止回路27a,27bで
処理する反射電力値をモニターし、この値を基に整合器
条件、入力電力を制御することにより、入力バランスを
適正化することができる。特に、逆流防止回路27a,
27bで処理する反射電力値が極大となるように整合器
26a,26bを制御することにより、放電用電極23
内での反射電力を極小とし、放電用電極内の定在波の影
響(山谷の差)を小さくし、均一な電圧分布、製膜分布
を得ることができる。
【0027】事実、逆流防止回路27a,27bを用い
た本発明によれば、図5に示すような電圧分布図が得ら
れた。図5によれば、逆流防止回路27a,27bがあ
るため、電圧0Vの位置は時間と共に移動しする。即
ち、時間平均的に電圧が変動し、電圧分布が均一化す
る。
【0028】なお、上記実施例では、2つの高周波電源
を用いた場合について述べたが、これに限らず、3つ以
上の高周波電源を用いた場合についても適用でき、この
場合高周波電源の数に応じて逆流防止回路を配置すれば
よい。
【0029】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、反応
容器内に配置された放電用電極へ給電を行う複数の高周
波電源と、前記放電用電極と前記高周波電源間に配置さ
れて反射電力を分離処理する逆流防止回路とを具備した
構成にすることにより、高周波電源の逆流・干渉による
機器の破損を回避でき、また高周波電源の相互干渉を回
避して整合条件が変化するのを防止しえ、もって均一な
製膜分布が得られるプラズマ生成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るプラズマ生成装置を用
いたプラズマCVD製膜装置の全体図。
【図2】図1のプラズマ生成装置の作動手順を示すブロ
ック図。
【図3】従来のプラズマCVD製膜装置の全体図。
【図4】図3の製膜装置を用いた場合の電圧分布状況を
示す特性図。
【図5】図1のプラズマCVD製膜装置を用いた場合の
電圧分布状況を示す特性図。
【符号の説明】
21…反応容器、 22…ヒータ、 23…放電用電極、 24…基板、 25a,25b…分配器、 26a,26b…整合器、 27a,27b…逆流防止回路、 28a,28b…高周波電源、 29a,29b…サーキュレータ、 30a,30b,32a,32b…方向性結合器、 33a,33b…合成器、 34a,34b…アンプ、 35a,35b…発振器、 36…位相シフタ、 37…コントローラ。
フロントページの続き (72)発明者 真島 浩 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三 菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 山越 英男 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目8番地1 三菱重工業株式会社基盤技術研究所内 Fターム(参考) 4K030 FA03 JA16 JA18 KA41 KA49 5F004 AA01 BA20 BB11 BD04 5F045 AA08 BB02 EH04 EH12 EH19 GB08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応容器内に配置された放電用電極へ給
    電を行う複数の高周波電源と、前記放電用電極と前記高
    周波電源間に配置された、反射電力を分離処理する逆流
    防止回路とを具備したことを特徴とする高周波プラズマ
    生成装置。
  2. 【請求項2】 前記逆流防止回路は、高周波電源からの
    電力を分岐するサーキュレータと、このサーキュレータ
    に電気的に接続されて電力を測定する方向性結合器と、
    前記サーキュレータに電気的に接続されて電力を消費す
    る負荷とを具備することを特徴とする請求項1記載の高
    周波プラズマ生成装置。
  3. 【請求項3】 前記放電用電極と逆流防止回路間に整合
    器を配置し、逆流防止回路で処理する反射電力値が極大
    となるように制御することを特徴とする高周波プラズマ
    生成装置。
  4. 【請求項4】 前記逆流防止回路で処理する反射電力値
    をモニターし、この反射電力値を基に前記整合器の条件
    を制御することを特徴とする請求項3記載の高周波プラ
    ズマ生成装置。
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