JP2013196822A - プラズマ生成方法、この方法を用いた薄膜形成方法及びプラズマ生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマの生成のための電力を有効に用いることができるプラズマ生成方法、薄膜形成方法及びプラズマ生成装置を提供する。
【解決手段】プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置では、プラズマを着火するために、高周波電源部は第１の電力を出力してプラズマ生成部に給電する。プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために、前記高周波電源部は前記第１の電力に比べて小さい第２の電力を出力してプラズマ生成部に給電する。前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力する。この方法を用いて薄膜形成方法を行う。
【選択図】 図３
【解決手段】プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置では、プラズマを着火するために、高周波電源部は第１の電力を出力してプラズマ生成部に給電する。プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために、前記高周波電源部は前記第１の電力に比べて小さい第２の電力を出力してプラズマ生成部に給電する。前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力する。この方法を用いて薄膜形成方法を行う。
【選択図】 図３
Description
本発明は、プラズマを生成するプラズマ生成方法、この方法を用いた薄膜形成方法及びプラズマ生成装置に関する。
高周波電力を供給してガスを用いたプラズマを生成し、このプラズマを用いて基板に薄膜を形成する、あるいは異方性エッチングをする等の処理は、半導体製造装置において、従来より行われている。高周波電力に用いる周波数は数ＭＨｚ〜数ＧＨｚであるため、電力を伝送する伝送部とプラズマ生成部との間でインピーダンスに不整合があると、高周波電力はプラズマ生成部に供給されず反射される。このため、半導体製造装置には、上記インピーダンスの整合をとるためにインピーダンス整合器が設けられる。
インピーダンス整合器は、例えば、２つの可変コンデンサを用いた構成が採用される（特許文献１）。
インピーダンス整合器は、例えば、２つの可変コンデンサを用いた構成が採用される（特許文献１）。
図８は、従来のプラズマ処理装置に設けられるインピーダンス整合器１００をより具体的に示した図である。
図８に示すように、ＲＦ電源部１０２とプラズマ生成部１０４との間にインピーダンス整合器１００が接続される。インピーダンス整合器１００は、可変コンデンサ１０６及び可変コンデンサ１０８と、電力の反射率を測定するＲＦセンサ１１０と、を含む。インピーダンス整合器１００では、ＲＦセンサ１１０の測定結果に応じて生成されるシーケンサ１１２の制御信号に応じてモータ１１４，１１６が駆動して、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスが調整される。
図８に示すように、ＲＦ電源部１０２とプラズマ生成部１０４との間にインピーダンス整合器１００が接続される。インピーダンス整合器１００は、可変コンデンサ１０６及び可変コンデンサ１０８と、電力の反射率を測定するＲＦセンサ１１０と、を含む。インピーダンス整合器１００では、ＲＦセンサ１１０の測定結果に応じて生成されるシーケンサ１１２の制御信号に応じてモータ１１４，１１６が駆動して、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスが調整される。
しかし、インピーダンス整合器１００を用いたプラズマの生成が、原子層成長法に適用された場合、以下の問題が発生する。原子層成長方法は、原料ガスの成分を基板に吸着させた後、別途供給された反応ガスをプラズマを用いて活性化し、この活性化により得られたラジカル分子あるいはラジカル原子等を用いて、基板に吸着した原料ガスの成分を反応させる処理を数十〜数千回繰り返し行うことにより所望の厚さの薄膜を形成する方法である。
原子層成長方法では、所望の厚さの薄膜を形成するのに、プラズマを数十〜数千回生成する。このとき、プラズマの生成前のプラズマ生成部１０４のインピーダンスと、プラズマの生成後のプラズマ生成部１０４のインピーダンスは異なるので、プラズマの着火と同時に、プラズマの生成前の整合状態から、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスを大きく変更してプラズマの生成後の整合状態にしなければならない。しかも、プラズマの生成時間は、薄膜の損傷を抑制する点から短時間であるので、短時間にキャパシタンスの調整がされなければならない。すなわち、原子層成長方法においては、特にインピーダンスの整合のために、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスを短時間に大きく動かすことから、インピーダンス整合器１００の耐久限度回数を使用開始から短期間で越えてしまう場合が多い。
原子層成長方法では、所望の厚さの薄膜を形成するのに、プラズマを数十〜数千回生成する。このとき、プラズマの生成前のプラズマ生成部１０４のインピーダンスと、プラズマの生成後のプラズマ生成部１０４のインピーダンスは異なるので、プラズマの着火と同時に、プラズマの生成前の整合状態から、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスを大きく変更してプラズマの生成後の整合状態にしなければならない。しかも、プラズマの生成時間は、薄膜の損傷を抑制する点から短時間であるので、短時間にキャパシタンスの調整がされなければならない。すなわち、原子層成長方法においては、特にインピーダンスの整合のために、可変コンデンサ１０６と可変コンデンサ１０８のキャパシタンスを短時間に大きく動かすことから、インピーダンス整合器１００の耐久限度回数を使用開始から短期間で越えてしまう場合が多い。
また、プラズマの着火からインピーダンスの整合まで数１０ｍ秒〜数秒の時間を要するので、プラズマの生成時間が短いＡＬＤ成長方法では、必要な電力をプラズマ生成部１０４に十分に投入できない、といった問題がある。
さらに、プラズマの着火からインピーダンスの整合までの時間は、プロセスの条件や処理容器の内部汚れ等によって変化するため、プラズマの生成のために供給される有効な電力はばらつき易く、その結果、形成される薄膜の均質化にも悪影響を与える。
さらに、プラズマの着火からインピーダンスの整合までの時間は、プロセスの条件や処理容器の内部汚れ等によって変化するため、プラズマの生成のために供給される有効な電力はばらつき易く、その結果、形成される薄膜の均質化にも悪影響を与える。
そこで、本発明は、従来の問題点を解決するために、プラズマの生成のための電力を有効に用いてプラズマを生成することができるプラズマ生成方法、この方法を用いた薄膜形成方法及びプラズマ生成装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、プラズマを生成するプラズマ生成方法である。当該方法は、
プラズマを着火するために、高周波電源部が第１の電力を出力してプラズマ生成部に給電するステップと、
前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために、前記高周波電源部が前記第１の電力より小さい第２の電力を出力して前記プラズマ生成部に給電するステップと、を有する。
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力する。
プラズマを着火するために、高周波電源部が第１の電力を出力してプラズマ生成部に給電するステップと、
前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために、前記高周波電源部が前記第１の電力より小さい第２の電力を出力して前記プラズマ生成部に給電するステップと、を有する。
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力する。
本発明の他の一態様は、上記プラズマ生成方法を用いた薄膜形成方法である。
当該方法は、
基板に形成しようとする原料ガスの薄膜成分を減圧容器内で吸着させる第１ステップと、
前記原料ガスの薄膜成分を前記基板に吸着させた後、前記減圧容器内から前記原料ガスを排気する第２ステップと、
前記減圧容器内に反応ガスを導入し、前記反応ガスを用いて前記プラズマの着火及び前記プラズマの生成維持を、前記第１の電力及び前記第２の電力を用いて行うことにより、前記プラズマで活性化した前記反応ガスの成分を用いて、前記基板に吸着した前記原料ガスの薄膜成分と反応させて薄膜を形成する第３ステップと、
前記反応ガスを前記減圧容器内から排気する第４ステップと、を有し、
前記第１ステップ〜前記第４ステップを繰り返し行うことにより、前記形成される薄膜を厚くする。
当該方法は、
基板に形成しようとする原料ガスの薄膜成分を減圧容器内で吸着させる第１ステップと、
前記原料ガスの薄膜成分を前記基板に吸着させた後、前記減圧容器内から前記原料ガスを排気する第２ステップと、
前記減圧容器内に反応ガスを導入し、前記反応ガスを用いて前記プラズマの着火及び前記プラズマの生成維持を、前記第１の電力及び前記第２の電力を用いて行うことにより、前記プラズマで活性化した前記反応ガスの成分を用いて、前記基板に吸着した前記原料ガスの薄膜成分と反応させて薄膜を形成する第３ステップと、
前記反応ガスを前記減圧容器内から排気する第４ステップと、を有し、
前記第１ステップ〜前記第４ステップを繰り返し行うことにより、前記形成される薄膜を厚くする。
本発明のさらに他の一態様は、プラズマを生成するプラズマ生成装置である。
当該装置は、
高周波電源部と、
前記高周波電源からの給電によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部と前記高周波電源との間に接続されるインピーダンス整合器と、を有する。
前記高周波電源部は、前記電力の出力開始時に、前記プラズマ生成部によって前記プラズマが着火するために第１の電力を出力し、前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために前記第１の電力より小さい第２の電力を出力するように構成される。
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に給電する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力するように構成される。
当該装置は、
高周波電源部と、
前記高周波電源からの給電によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部と前記高周波電源との間に接続されるインピーダンス整合器と、を有する。
前記高周波電源部は、前記電力の出力開始時に、前記プラズマ生成部によって前記プラズマが着火するために第１の電力を出力し、前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために前記第１の電力より小さい第２の電力を出力するように構成される。
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に給電する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力するように構成される。
上述のプラズマ生成方法、この方法を用いた薄膜形成方法及びプラズマ生成装置では、プラズマの生成のための電力を有効に用いてプラズマを生成することができる。
以下、本発明のプラズマ生成方法、薄膜形成方法、及びプラズマ生成装置について詳細に説明する。
図１Ａは、本実施形態のプラズマ生成方法を実施するプラズマ生成装置を含み、薄膜形成方法を実施する薄膜形成装置の構成の一例を示す概略構成図である。
図１Ａに示す薄膜形成装置１０は、化学気相成長法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて薄膜を形成する装置である。本実施形態に用いるＡＬＤ法は、プラズマを用いて薄膜をより効率よく形成することができるプラズマＡＬＤ法である。プラズマＡＬＤ法では、薄膜の主成分を含む原料ガスの原料成分を基板に吸着させた後、この原料成分を、プラズマを用いて活性化した反応ガスの成分（ラジカル分子あるいはラジカル原子）を用いて化学反応をさせることにより、原子層単位で基板に薄膜を形成する処理を、複数回繰り返す。これにより、目的とする薄膜が形成される。
本実施形態のプラズマ生成方法及びプラズマ生成装置は、プラズマＡＬＤ法及びこの方法を実行する薄膜形成装置に用いられるが、プラズマＡＬＤ法の他、プラズマを用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法にも適用することができる。また、プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置は、薄膜形成の他、ドライエッチング等に用いるプラズマの生成にも適用することができる。
図１Ａに示す薄膜形成装置１０は、化学気相成長法の一つであるＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法を用いて薄膜を形成する装置である。本実施形態に用いるＡＬＤ法は、プラズマを用いて薄膜をより効率よく形成することができるプラズマＡＬＤ法である。プラズマＡＬＤ法では、薄膜の主成分を含む原料ガスの原料成分を基板に吸着させた後、この原料成分を、プラズマを用いて活性化した反応ガスの成分（ラジカル分子あるいはラジカル原子）を用いて化学反応をさせることにより、原子層単位で基板に薄膜を形成する処理を、複数回繰り返す。これにより、目的とする薄膜が形成される。
本実施形態のプラズマ生成方法及びプラズマ生成装置は、プラズマＡＬＤ法及びこの方法を実行する薄膜形成装置に用いられるが、プラズマＡＬＤ法の他、プラズマを用いたＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法にも適用することができる。また、プラズマ生成方法及びプラズマ生成装置は、薄膜形成の他、ドライエッチング等に用いるプラズマの生成にも適用することができる。
（薄膜形成装置）
薄膜形成装置１０は、プラズマ生成装置１２とガス供給／排気ユニット１４を主に有する。プラズマ生成装置１２は、プラズマ生成部１６と、高周波電源部（ＲＦ電源部）１８と、インピーダンス整合器２０と、レシピコントローラ２２と、を含む。ガス供給／排気ユニット１４は、原料ガス供給部２４と、反応ガス供給部２６と、パージガス供給部２８と、排気部３０と、を含む。
薄膜形成装置１０は、プラズマ生成装置１２とガス供給／排気ユニット１４を主に有する。プラズマ生成装置１２は、プラズマ生成部１６と、高周波電源部（ＲＦ電源部）１８と、インピーダンス整合器２０と、レシピコントローラ２２と、を含む。ガス供給／排気ユニット１４は、原料ガス供給部２４と、反応ガス供給部２６と、パージガス供給部２８と、排気部３０と、を含む。
プラズマ生成部１６は、減圧容器３１と、サセプタ３２と、電極３４ａ，３４ｂと、を含む。
減圧容器３１は、減圧可能な容器であり、図１Ａに示すように、減圧容器３１の両側にガス導入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びガス排気口３６ｄを有する。ガス導入口３６ａは、パージガス供給部２８と接続され、窒素ガス等のパージガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｂは、原料ガス供給部２４と接続され、ＴＭＡ（Trimethylalminium）等の原料ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｂは、原料ガス供給部２４と接続され、ＴＭＡガス等の原料ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｃは、反応ガス供給部２６と接続され、酸素ガス等の反応ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス排気口３６ｄは、排気部３０と接続され、減圧容器３１の空間の圧力を一定に維持するために、原料ガス、反応ガス及びパージガスを排気する。
減圧容器３１は、減圧可能な容器であり、図１Ａに示すように、減圧容器３１の両側にガス導入口３６ａ，３６ｂ，３６ｃ及びガス排気口３６ｄを有する。ガス導入口３６ａは、パージガス供給部２８と接続され、窒素ガス等のパージガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｂは、原料ガス供給部２４と接続され、ＴＭＡ（Trimethylalminium）等の原料ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｂは、原料ガス供給部２４と接続され、ＴＭＡガス等の原料ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス導入口３６ｃは、反応ガス供給部２６と接続され、酸素ガス等の反応ガスを減圧容器３１内に導入する。ガス排気口３６ｄは、排気部３０と接続され、減圧容器３１の空間の圧力を一定に維持するために、原料ガス、反応ガス及びパージガスを排気する。
サセプタ３２は、基板Ｓを載置する載置台として機能し、図１Ａ中の上下方向に移動可能になっている。薄膜の形成時、サセプタ３２は最上位置に移動し、薄膜形成前及び後においては、減圧容器３１から基板を取り出すために、サセプタ３２は下方に下降し、減圧容器３１に設けられた図示されないゲートが開いて基板Ｓを取り出すことができるようになっている。
電極３４ａは、減圧容器３１の成膜空間の上部に基板Ｓに対向するように設けられた金属製板部材であり、ＲＦ電源部１８からインピーダンス整合器２０を介して高周波電力の供給を受ける。電極３４ｂは、サセプタ３２の上面に設けられた金属製板部材であり、基板Ｓを載せるとともに、電極３４ａと対向するように設けられ、接地されている。電極３４ａに高周波電力が供給されることにより、減圧容器３１内の減圧雰囲気中の反応ガスを用いてプラズマが生成される。すなわち、電極３４ａ，３４ｂは、プラズマを生成する静電容量型プラズマ生成電極である。
図１Ｂは、インピーダンス整合器２０の一例の回路構成図である。インピーダンス整合器２０は、プラズマ生成部１６とＲＦ電源部１８との間に接続され、プラズマ生成部１６に給電する伝送部のインピーダンスが、電力の給電により着火したプラズマの生成期間中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと整合した状態で電力をプラズマ生成部１６に供給する。インピーダンス整合器２０は、図１Ｂに示すように、シーケンサ２０ａと、カウンタ部２０ｂと、ＲＦセンサ２０ｃと、可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅと、駆動モータ２０ｆ，２０ｇと、インダクタ２０ｈと、を有する。
インピーダンス整合器２０は、可変コンデンサ２０ｄがＲＦ電源部１８と電極３４ａとの間で直列に接続され、可変コンデンサ２０ｅは電極３４ａに対して並列接続された回路構成である。ＲＦセンサ２０ｃによるインピーダンスの不整合の検知結果に応じて、駆動モータ２０ｆ，２０ｇが駆動する。これにより、プラズマ生成部１６に給電する伝送部のインピーダンスがプラズマの生成期間中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと整合するように、シーケンサ２０ａは駆動モータ２０ｆ，２０ｇの駆動動を制御する。
具体的には、ＲＦ電源部１８と電極３４ａとの間には、ＲＦセンサ２０ｃと、可変コンデンサ２０ｄと、インダクタ２０ｈが、順番に直列接続して設けられている。ＲＦセンサ２０ｃは、ＲＦ電源部１８が出力する電力、すなわちプラズマ生成部１６への入射電力と、プラズマ生成部１６によって反射された反射電力との間の比率を計測する。この計測結果に基づいて、インピーダンスの不整合の状態を検知することができる。ＲＦセンサ２０ｃの検知結果は、シーケンサ２０ａに送られ、インピーダンスの整合（マッチング）のためのシーケンス制御に用いられる。
具体的には、ＲＦ電源部１８と電極３４ａとの間には、ＲＦセンサ２０ｃと、可変コンデンサ２０ｄと、インダクタ２０ｈが、順番に直列接続して設けられている。ＲＦセンサ２０ｃは、ＲＦ電源部１８が出力する電力、すなわちプラズマ生成部１６への入射電力と、プラズマ生成部１６によって反射された反射電力との間の比率を計測する。この計測結果に基づいて、インピーダンスの不整合の状態を検知することができる。ＲＦセンサ２０ｃの検知結果は、シーケンサ２０ａに送られ、インピーダンスの整合（マッチング）のためのシーケンス制御に用いられる。
駆動モータ２０ｆ，２０ｇは、可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅのキャパシタンスを調整するためにシーケンサ２０ａの指示に基づいて駆動する。カウンタ部２０ｂは、ＲＦ電源部１８の電力が立ち上がって（ＯＦＦからＯＮに変化して）行われるインピーダンスマッチングの自動整合の回数（マッチング自動整合回数）を、この電力が立ち下がる時（ＯＮからＯＦＦに変化した時）にカウントする。マッチング自動整合回数が予め設定された規定値以内であるときは、シーケンサ２０ａはシーケンス制御に従って、インピーダンスマッチングの自動整合（マッチング）の制御を行う。マッチング自動整合回数が予め設定された規定値を超えるときは、シーケンサ２０ａはインピーダンスマッチングの自動整合の制御を行わない。
ＲＦ電源部１８は、図１Ａに示すようにシーケンサ１８ａと、電源１８ｂと、ＲＦセンサ１８ｃとを含む。図１Ｂでは、シーケンサ１８ａと、電源１８ｂと、ＲＦセンサ１８ｃの図示は省略されている。
ＲＦセンサ１８ｃは、プラズマ生成部１６に入射する入射電力およびプラズマ生成部１６によって反射された反射電力を測定する。この測定結果に基づいて、ＲＦ電源部１８は、プラズマの着火の発生を検知することができ、プラズマの着火の有無を知らせるプラズマ着火モニタ信号をレシピコントローラ２２に送る。電源１８ｂは、ＲＦ電力を例えば２０００Ｗまで供給できるように構成されている。ＲＦ電力は、例えば１３．５ＭＨｚの高周波の電力である。
シーケンサ１８ａは、ＲＦ電力の出力、プラズマの着火の有無の判定、及びプラズマの着火によってＲＦ電源部１８の出力する電力を低下させる処理等を行うように制御する。
シーケンサ１８ａは、ＲＦ電力の出力、プラズマの着火の有無の判定、及びプラズマの着火によってＲＦ電源部１８の出力する電力を低下させる処理等を行うように制御する。
レシピコントローラ２２は、後述する図２（ａ）〜（ｅ）の処理を制御管理する。レシピコントローラ２２は、シーケンサ２２ａと、カウンタ部２２ｂを含む。レシピコントローラ２２は、ＲＦ電源部１８及びインピーダンス整合器２０への指令を行って、ＲＦ電源部１８及びインピーダンス整合器２０の動作を制御するとともに、ＲＦ電源部１８から送られるプラズマの着火の有無を知らせるプラズマ着火モニタ信号を受け、プラズマの着火を知ることができる。これにより、カウンタ部２２ｂは、未着火回数、未着火サイクル回数をカウントすることができる。さらに、カウンタ部２２ｂは、ＡＬＤサイクル回数をカウントする。
シーケンサ２２ａは、ＲＦ電源部１８及びインピーダンス整合器２０の動作を制御するための各種制御信号を送るとともに、カウンタ部２２ｂによる未着火回数や未着火サイクル回数のカウント結果を得ることで、プラズマを用いた薄膜の形成が有効に行われたか否かの情報を記憶する。上記情報は、必要に応じて図示されないディスプレイに表示されることによりオペレータに通知することができる。
シーケンサ２２ａは、ＲＦ電源部１８及びインピーダンス整合器２０の動作を制御するための各種制御信号を送るとともに、カウンタ部２２ｂによる未着火回数や未着火サイクル回数のカウント結果を得ることで、プラズマを用いた薄膜の形成が有効に行われたか否かの情報を記憶する。上記情報は、必要に応じて図示されないディスプレイに表示されることによりオペレータに通知することができる。
図２（ａ）〜（ｅ）は、薄膜形成方法における各操作のタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
まず、減圧容器３１内で、所定の圧力、例えば１０〜１０００Ｐａの減圧雰囲気で、図２（ａ）に示すように、原料ガスがガス導入口３６ｂから供給され、原料ガスの成分である薄膜の原料成分が基板Ｓに原子層の単位で吸着される。その際、一定の減圧雰囲気に維持されるように、ガス排気口３６ｄから原料ガスは同時に排気される。この後、原料ガスの供給は終了する。この後、図２（ｂ）に示すように、パージガスがガス導入口３６ａから減圧容器３１内に供給される。このパージガスの供給により、減圧容器３１内に残存する原料ガスがパージガスとともに確実にガス排気口３６ｄから排気される。
この状態で、図２（ｃ）に示すように、反応ガスがガス導入口３６ｃから減圧容器３１内に供給される。このとき、ガス排気口３６ｄから常時反応ガスの排気が行われ、減圧容器３１内は一定の圧力に維持されている。反応ガスの供給中、図２（ｄ）に示すように、反応ガスの供給から僅かに遅れてＲＦ電源部１８は高周波電力を出力し、電極３４ａ，３４ｂ間に高周波の電圧が印加される。これにより、電極３４ａ，３４ｂの間の空間で、反応ガスを用いたプラズマが生成される。このプラズマによって反応ガスの一部が電離したイオンから、中性状態であるがラジカル状態の分子（ラジカル分子）または原子（ラジカル原子）となり、このイオン、ラジカル分子またはラジカル原子が基板Ｓに吸着した薄膜の原料成分と化学反応を起こす。これにより、基板Ｓに薄膜を原子層の単位で形成される。この後、図２（ｅ）に示すように、減圧容器３１内にパージガスがガス導入口３６ａから供給されて、減圧容器３１内に残存する未反応ガスがパージガスとともに、ガス排気口３６ｄから排気される。このような一連の処理を１サイクルとして、プラズマＡＬＤ法では、数１０〜数１０００回のサイクルが繰り返されて、目標の厚さの薄膜が形成される。
まず、減圧容器３１内で、所定の圧力、例えば１０〜１０００Ｐａの減圧雰囲気で、図２（ａ）に示すように、原料ガスがガス導入口３６ｂから供給され、原料ガスの成分である薄膜の原料成分が基板Ｓに原子層の単位で吸着される。その際、一定の減圧雰囲気に維持されるように、ガス排気口３６ｄから原料ガスは同時に排気される。この後、原料ガスの供給は終了する。この後、図２（ｂ）に示すように、パージガスがガス導入口３６ａから減圧容器３１内に供給される。このパージガスの供給により、減圧容器３１内に残存する原料ガスがパージガスとともに確実にガス排気口３６ｄから排気される。
この状態で、図２（ｃ）に示すように、反応ガスがガス導入口３６ｃから減圧容器３１内に供給される。このとき、ガス排気口３６ｄから常時反応ガスの排気が行われ、減圧容器３１内は一定の圧力に維持されている。反応ガスの供給中、図２（ｄ）に示すように、反応ガスの供給から僅かに遅れてＲＦ電源部１８は高周波電力を出力し、電極３４ａ，３４ｂ間に高周波の電圧が印加される。これにより、電極３４ａ，３４ｂの間の空間で、反応ガスを用いたプラズマが生成される。このプラズマによって反応ガスの一部が電離したイオンから、中性状態であるがラジカル状態の分子（ラジカル分子）または原子（ラジカル原子）となり、このイオン、ラジカル分子またはラジカル原子が基板Ｓに吸着した薄膜の原料成分と化学反応を起こす。これにより、基板Ｓに薄膜を原子層の単位で形成される。この後、図２（ｅ）に示すように、減圧容器３１内にパージガスがガス導入口３６ａから供給されて、減圧容器３１内に残存する未反応ガスがパージガスとともに、ガス排気口３６ｄから排気される。このような一連の処理を１サイクルとして、プラズマＡＬＤ法では、数１０〜数１０００回のサイクルが繰り返されて、目標の厚さの薄膜が形成される。
図３（ａ）は、図２（ｄ）における高周波電力の出力をより具体的に示した図である。図３（ａ）に示すように、高周波電力の出力は、プラズマＡＬＤ法のプラズマの断続的な生成を実現するために数１０〜数１０００回断続的に行われる。このとき、１回の高周波電力の出力において、電力の立ち上がり期間の初期段階と、その後の段階では、出力する電力のレベルを異ならせている。具体的には、ＲＦ電源部１８は、高周波電力の出力を開始する毎に、プラズマ生成部１６でプラズマが着火するように、第１の電力をプラズマ生成部１６に出力してプラズマ生成部１６に給電する。プラズマの着火後、ＲＦ電源部１８は、プラズマの生成を維持するように、第１の電力より小さい第２の電力を出力してプラズマ生成部１６に給電する。上述したように、プラズマＡＬＤ法では、数１０〜数１０００回の断続的な給電がプラズマ生成部１６に対して行われるが、このうち、少なくとも１回以上の給電において、ＲＦ電源部１８の伝送部のインピーダンスは、プラズマの生成を維持する期間中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと整合した状態にある。
図３（ａ）における１回の高周波電力の出力は例えば０．１秒〜数秒であり、この期間、例えば数ＭＨｚ〜数１０ＭＨｚの高周波の電力が連続的に出力する。１回の高周波電力の立ち上がりから例えば最大０．１秒の間、より具体的には例えば２０ｍ秒の間、第１の電力Ｗ1はＲＦ電源部１８から出力され電極３４ａに給電される。第１の電力Ｗ1は、例えば、２０００Ｗである。この後、出力する電力は低下し、ＲＦ電源部１８は、第２の電力Ｗ2を例えば０．６秒間、出力する。第２の電力Ｗ2は、例えば、１０００Ｗである。第１の電力Ｗ1の出力時間は、減圧容器３１内でプラズマが着火したことがＲＦセンサ１８ｃによって検知され、出力電圧を低下させるまでの時間である。このため、第１の電力Ｗ1の出力時間は、第２の電力Ｗ2の出力時間よりも短い。なお、プラズマが着火するまでの時間は厳密には一定でないため、第１の電力Ｗ1の出力時間は僅かに変化する。しかし、プラズマが着火する場合、電力の供給から一定の時間の範囲内で着火するので、この一定の時間の範囲を定めて上限の時間とする。上述の例では、例えば０．１秒を上限の時間とする。すなわち、ＲＦ電源部１８から出力する第１の電力Ｗ1は、ＲＦ電源部１８のＲＦセンサ１８ｃがプラズマを検知するまで継続して行われる。また、ＲＦ電源部１８から出力する第２の電力Ｗ2を長時間維持してプラズマを長時間生成しても、薄膜の形成を促進しないばかりか、プラズマによって薄膜の表面は損傷しやすくなり、薄膜の均一な膜質を維持することは難しくなる。このため、第２の電力Ｗ2の出力時間も、原子層単位で化学反応を発生させる時間程度とし、可能な限り短くすることが好ましい。
また、図３（ｂ）は、インピーダンス整合器２０が行うインピーダンスの整合（マッチング）を自動的に行うためのマッチング自動整合制御信号のＯＮ状態の期間を示す図である。すなわち、プラズマＡＬＤ法では、給電を周期的に行う一連の処理を行うことにより、プラズマの着火及び生成が周期的に行われる。このとき、プラズマＡＬＤ法における一連の処理の開始から予め定められた回数の給電の期間内に、プラズマ生成中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと電力を伝送する伝送部（ＲＦ電源部１８から電極部３４ａまでの給電線）のインピーダンス（例えば５０Ω）が整合するように、インピーダンス整合器２０が調整される。上述したように、１サイクルのＡＬＤ処理では、第２の電力Ｗ2の出力は可能な限り短く行われ、例えば０．６秒である。この間に、インピーダンスの整合（マッチング）を行うことは比較的難しいことから、プラズマＡＬＤ法における複数のサイクルのＡＬＤ処理のうち予め定めたサイクル数、例えば図３（ｂ）に示す例では１０回のＡＬＤ処理の期間を、インピーダンスの自動整合を行う期間として定める。インピーダンスの自動整合を行う期間は、例えば、６回、４回等に定めることができる。インピーダンスの自動整合を行う期間に調整されたインピーダンス整合器２０の調整した状態、すなわち、可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅのキャパシタンスは、これ以降のサイクルのＡＬＤ処理において固定される。
なお、インピーダンスの整合は、プラズマ生成中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと高周波電力を伝送する伝送部のインピーダンスが整合するように行われるので、プラズマが未着火状態の電力の立ち上がり期間中においてはインピーダンスは整合状態にない。このため、プラズマ生成部１６に入射する電力の多くは反射され、プラズマ生成部１６に供給される有効な電力は少ない。しかし、上述したように、第２の電力Ｗ2より大きな第１の電力Ｗ1が供給されるので、プラズマ生成部１６に入射する電力の比較的多くが反射されてもプラズマが着火可能な有効な電力がプラズマ生成部１６に供給される。一方、伝送部のインピーダンスはプラズマ生成中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと整合するように調整されているので、プラズマ着火後、第１の電力Ｗ1より低い第２の電力Ｗ2がプラズマ生成部１６に入射しても、プラズマの生成に十分な有効な電力が反射することなくプラズマ生成部１６に供給される。以下、この点を詳細に説明する。
図４は、プラズマ生成部１６の各状態に対する、インピーダンス整合器２０における可変コンデンサ２０ｆ、２０ｇのキャパシタンスの位置をそれぞれ模式的に示す図である。図４では、プラズマ未着火状態、あるいはプラズマ生成状態においてインピーダンスを整合したときの可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅのキャパシタンスＣ2，Ｃ1の相対値をそれぞれ座標系の横軸及び縦軸に採っている。点Ａは、プラズマが生成されていない状態でのプラズマ生成部１６の整合点である。点Ａは、電極３４ａ，３４ｂの間隔、大きさ、形状等に依存し、供給される電力の大小、減圧雰囲気の圧力、あるいは反応ガスの濃度等に依存せず、減圧容器３１内の壁面等の汚れにもほとんど依存しない。点Ｂは、従来、プラズマ生成部１６に設定されるプラズマ着火点である。本来、プラズマの未生成状態におけるインピーダンスの整合は点Ａで実現される。点Ａは低い電力で効率よくプラズマの着火を行うことができる点であるが、点Ｂをプラズマ着火点として定めるのは、後述するプラズマ生成状態におけるインピーダンスが整合する点を点Ａから点Ｄに近づけ、駆動モータ２０ｆ，２０ｇを用いたインピーダンスの整合を短時間に行うためである。勿論、点Ｂは、第２の電力Ｗ2においてプラズマの着火を可能にする限界線Ｃより内側に位置する。
一方、点Ｄは、プラズマが着火してプラズマが生成したときのインピーダンスが整合するプラズマ整合点である。この点Ｄは、プラズマ生成の条件、例えば、電力の大小、減圧の圧力、反応ガスの分圧、減圧容器３１内部の汚れ等によってある範囲内で位置が変動する。いま、点Ａ、点Ｂ及び点Ｄの座標上の経路が直線上に並んでいるとして、キャパシタンスＣ2，Ｃ1の状態変化を表す軸Ｓを定める。
一方、点Ｄは、プラズマが着火してプラズマが生成したときのインピーダンスが整合するプラズマ整合点である。この点Ｄは、プラズマ生成の条件、例えば、電力の大小、減圧の圧力、反応ガスの分圧、減圧容器３１内部の汚れ等によってある範囲内で位置が変動する。いま、点Ａ、点Ｂ及び点Ｄの座標上の経路が直線上に並んでいるとして、キャパシタンスＣ2，Ｃ1の状態変化を表す軸Ｓを定める。
図５は、点Ａから点Ｂを通り点Ｄに至る上記軸Ｓを横軸に、縦軸に電極３４ａ，３４ｂ間に印加される電圧をとったときの、電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧の変化を示している。
図５中、プラズマの未生成状態における整合点である点ＡにキャパシタンスＣ2，Ｃ1を定めたときの電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧の変化を示す曲線Ｌ1，Ｌ2を示している。曲線Ｌ1は、ＲＦ電源部１８が第１の電力Ｗ1を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの曲線であり、曲線Ｌ2は、ＲＦ電源部１８が第２の電力Ｗ2を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの曲線である。また、プラズマ生成中の整合点である点Ｄにインピーダンス整合器２０の可変抵抗２０ｆ，２０ｇのキャパシタンスＣ2，Ｃ1を固定し、ＲＦ電源部１８が第２の電力Ｗ2を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧の変化を示す曲線Ｌ3を示している。
図５中、プラズマの未生成状態における整合点である点ＡにキャパシタンスＣ2，Ｃ1を定めたときの電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧の変化を示す曲線Ｌ1，Ｌ2を示している。曲線Ｌ1は、ＲＦ電源部１８が第１の電力Ｗ1を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの曲線であり、曲線Ｌ2は、ＲＦ電源部１８が第２の電力Ｗ2を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの曲線である。また、プラズマ生成中の整合点である点Ｄにインピーダンス整合器２０の可変抵抗２０ｆ，２０ｇのキャパシタンスＣ2，Ｃ1を固定し、ＲＦ電源部１８が第２の電力Ｗ2を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧の変化を示す曲線Ｌ3を示している。
ＲＦ電源部１８が第１の電力Ｗ1を出力してプラズマ生成部１６に給電したときの曲線Ｌ1における電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧は、曲線Ｌ2の限界線Ｃにおける電極３４ａ，３４ｂ間の印加電圧に比べて高い。このため、点Ｄの位置にキャパシタンスＣ2，Ｃ1を定めた場合であっても、ＲＦ電源部１８が第１の電力Ｗ1を出力してプラズマ生成部１６に給電することにより、プラズマの未生成時インピーダンスが不整合の状態であっても、プラズマを着火することができる。また、キャパシタンスＣ2，Ｃ1を点Ｄの位置に定めているので、プラズマ着火後は、ＲＦ電源部１８が第１の電力Ｗ1より低い第２の電力Ｗ2を出力してプラズマ生成部１６に給電しても、プラズマの生成を維持することができる。
しかも、一旦、プラズマ整合点である点Ｄが見出されると、キャパシタンスＣ2，Ｃ1を点Ｄの位置に固定するので、駆動モータ２０ｆ，２０ｇによる調整時間が全くなくなる。このため、第２の電力Ｗ2を用いて効率的にプラズマの生成を行うことができる。
しかも、一旦、プラズマ整合点である点Ｄが見出されると、キャパシタンスＣ2，Ｃ1を点Ｄの位置に固定するので、駆動モータ２０ｆ，２０ｇによる調整時間が全くなくなる。このため、第２の電力Ｗ2を用いて効率的にプラズマの生成を行うことができる。
図６（ａ）は、レシピコントローラ２２において設定されている第１の電力Ｗ1の出力であり、プラズマ生成部１６への入射電力の一例を示している。この例は、第１の電力Ｗ1のレベルが最大であり、出力時間が最長である例を示している。すなわち、図６（ａ）は、レシピコントローラ２２が予め設定した第１の電力Ｗ1の最大レベル、及び最長出力時間を示している。第２の電力Ｗ2の出力継続時間はＴ2である。
本実施形態では、この最大レベル及び最長出力時間を第１の電力Ｗ1の出力レベル及び出力時間の上限とする。
図６（ｂ）は、実際に行われる第１の電力Ｗ1の出力の一例を示している。図６（ｂ）に示す例では、ＲＦ電源部１８のＲＦセンサ１８ｃが上述したようにプラズマ着火を検知することにより、第１の電力Ｗ1の出力を停止し、第２の電力Ｗ2の出力に切り替わる。したがって、プラズマは、電力の立ち上がり途中で第１の電力Ｗ1の前に着火する。
すなわち、第１の電力Ｗ1の出力時間はレシピコントローラ２２において設定されている上記最長出力時間より短い。このようにＲＦセンサ１８ｃがプラズマ着火を検知すると、第１の電力Ｗ1の出力を停止し、第２の電力Ｗ2の出力を開始するのは、プラズマが着火すると、第２の電力Ｗ2より大きな第１の電力Ｗ1をＲＦ電源部１８が出力する必要はなく、第２の電力Ｗ2を用いてプラズマを継続して生成すればよいからである。このように、第１の電力Ｗ1の出力時間は、電力の立ち上がり期間中に発生するプラズマの着火の時点に依存するとともに、第１の電力Ｗ1のレベルも変動する。しかし、プラズマ未生成の状態では、伝送部のインピーダンスがプラズマ生成部１６と整合していないので、電力の立ち上がり期間中にプラズマが着火する時の電力は、第２の電力Ｗ2より高い。つまり、図６（ｂ）に示す第１の電力Ｗ1は、レシピコントローラ２２が予め設定した電力ではなく、電力の立ち上がり期間中にプラズマが着火することで、第２の電力Ｗ2に切り替える時の電力である。本実施形態における第１の電力Ｗ1は、このようにプラズマの生成を維持するために用いる予め定めた第２の電力Ｗ2より大きく、プラズマの着火のために用いる電力である。なお、第２の電力Ｗ2を第１の電力Ｗ1より小さくすることで、電力の大きな第１の電力Ｗ1によって生成されるプラズマにより、形成された薄膜の表面が損傷することを防止することができる。なお、第２の電力Ｗ2の出力継続時間は、図６（ａ）に示す継続時間と同じであり、Ｔ2である。
本実施形態では、この最大レベル及び最長出力時間を第１の電力Ｗ1の出力レベル及び出力時間の上限とする。
図６（ｂ）は、実際に行われる第１の電力Ｗ1の出力の一例を示している。図６（ｂ）に示す例では、ＲＦ電源部１８のＲＦセンサ１８ｃが上述したようにプラズマ着火を検知することにより、第１の電力Ｗ1の出力を停止し、第２の電力Ｗ2の出力に切り替わる。したがって、プラズマは、電力の立ち上がり途中で第１の電力Ｗ1の前に着火する。
すなわち、第１の電力Ｗ1の出力時間はレシピコントローラ２２において設定されている上記最長出力時間より短い。このようにＲＦセンサ１８ｃがプラズマ着火を検知すると、第１の電力Ｗ1の出力を停止し、第２の電力Ｗ2の出力を開始するのは、プラズマが着火すると、第２の電力Ｗ2より大きな第１の電力Ｗ1をＲＦ電源部１８が出力する必要はなく、第２の電力Ｗ2を用いてプラズマを継続して生成すればよいからである。このように、第１の電力Ｗ1の出力時間は、電力の立ち上がり期間中に発生するプラズマの着火の時点に依存するとともに、第１の電力Ｗ1のレベルも変動する。しかし、プラズマ未生成の状態では、伝送部のインピーダンスがプラズマ生成部１６と整合していないので、電力の立ち上がり期間中にプラズマが着火する時の電力は、第２の電力Ｗ2より高い。つまり、図６（ｂ）に示す第１の電力Ｗ1は、レシピコントローラ２２が予め設定した電力ではなく、電力の立ち上がり期間中にプラズマが着火することで、第２の電力Ｗ2に切り替える時の電力である。本実施形態における第１の電力Ｗ1は、このようにプラズマの生成を維持するために用いる予め定めた第２の電力Ｗ2より大きく、プラズマの着火のために用いる電力である。なお、第２の電力Ｗ2を第１の電力Ｗ1より小さくすることで、電力の大きな第１の電力Ｗ1によって生成されるプラズマにより、形成された薄膜の表面が損傷することを防止することができる。なお、第２の電力Ｗ2の出力継続時間は、図６（ａ）に示す継続時間と同じであり、Ｔ2である。
（プラズマ生成フロー）
図７Ａ〜７Ｂは、プラズマ生成方法のフローの一部を詳細に説明するフローチャートである。
図７Ａはレシピコントローラ２２のフローを示し、図７ＢはＲＦ電源部１８のフローを示し、図７Ｃはインピーダンス整合器２０のフローを示す。
図７Ａ〜７Ｂは、プラズマ生成方法のフローの一部を詳細に説明するフローチャートである。
図７Ａはレシピコントローラ２２のフローを示し、図７ＢはＲＦ電源部１８のフローを示し、図７Ｃはインピーダンス整合器２０のフローを示す。
まず、ＡＬＤ法による薄膜の形成のためのバッチ処理を開始する。バッチ処理は、図２（ａ）〜（ｅ）に示す処理を１サイクルのＡＬＤサイクルとして複数回のＡＬＤサイクルを含む。バッチ処理を開始すると、図７Ａに示すように、レシピコントローラ２２は、パラメータであるＡＬＤサイクル回数Ｎ１、マッチング自動整合回数Ｎ２、未着火回数Ｍ１、未着火サイクル回数Ｍ２、プラズマ着火時間Ｔ１、プラズマ放電時間Ｔ２、第１の電力Ｗ1の出力時間Ｔ３を０にリセットする。
まず、レシピコントローラ２２のシーケンサ２２ａは、高周波電力を出力するためのＲＦスタンバイ信号をＯＮにする（ステップＳ１０）。ＯＮになったＲＦスタンバイ信号は、ＲＦ電源部１８ａのシーケンサ１８ａ及びインピーダンス整合器２０のシーケンサ２０ａに送られる。これにより、シーケンサ１８ａは、ＲＦ電源の出力開始の待機状態になる（ステップＳ３００）。シーケンサ２０ａは、後述するステップＳ４００、Ｓ４２０に進み、ステップＳ４２０で、ＲＦ出力（高周波電力の供給）が立ち上がるまで、待機状態になる。
次に、シーケンサ２２ａは、ＡＬＤ法によるサイクル処理を開始する（ステップＳ２０）。まず、図２（ａ）〜（ｃ）に示す処理が行われ、この後、シーケンサ２２ａは、パルスＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＮにする（ステップＳ３０）。このパルスＯＮ・ＯＦＦ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、シーケンサ１８ａはＲＦ出力をＯＮにする（ステップＳ３１０）。すなわち、ＲＦ電源部１８は、高周波電力の供給を開始する。
次に、レシピコントローラ２２は、プラズマ着火時間Ｔ１の計測を開始する（ステップＳ４０）。すなわち、レシピコントローラ２２内に設けられたタイマがプラズマ着火時間Ｔ１の起動を開始する。シーケンサ２２ａは、プラズマ着火時間Ｔ１が規定時間である０．２秒を経過したか否かを判定する（ステップＳ５０）。この判定の結果が否定である場合（ＮＯの場合）、シーケンサ２２ａは、ＲＦ電源部１８からＯＮのプラズマ着火モニタ信号が送られたか否かを判定する（ステップＳ６０）。この判定の結果が否定である場合（ＮＯの場合）、ステップＳ５０に戻る。こうして、ＲＦ電源部１８からＯＮのプラズマ着火モニタ信号が送られまで、さらに、プラズマ着火時間Ｔ１が規定時間を越えるまで、待機する。一方、ステップＳ５０において、プラズマが着火せず、プラズマ着火時間Ｔ１が規定時間を経過した場合（ＹＥＳの場合）、カウンタ部２２ｂは、未着火回数Ｍ１を１つ繰り上げて未着火回数Ｍ１をカウントし（ステップＳ７０）、シーケンサ２２ａは、パルスＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＦＦにする（ステップＳ８０）。ＯＦＦとなったパルスＯＮ・ＯＦＦ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、ＲＦ電源部１８では、ＲＦ出力（高周波電力の出力）がＯＦＦとなる（ステップＳ３８０）。
さらに、シーケンサ２２ａは、未着火回数Ｍ１が予め設定された回数である３回を越えたか否かを判定する（ステップＳ９０）。判定の結果が否定である場合（ＮＯの場合）、すなわち、プラズマ未着火回数Ｍ１が予め設定された回数以内の場合、ステップＳ３０に戻り、再度、プラズマの着火のための処理を繰り返す。ステップＳ９０の判定において、プラズマ未着火回数Ｍ１が予め設定された回数を超えた場合（ＹＥＳの場合）、カウンタ部２２ｂは、未着火サイクル回数Ｍ２を１つ繰り上げて未着火サイクル回数Ｍ２をカウントする（ステップＳ１００）。この場合、シーケンサ２２ａは、プラズマが着火しないので、１つのＡＬＤサイクル処理を終了（ステップＳ１１０）する。さらに、シーケンサ２２ａは、未着火サイクル回数Ｍ２が予め定められた規定値である３回を越えたか否かを判定する（ステップＳ１２０）。この判定の結果が否定である場合（ＮＯの場合）、プラズマの着火及び生成が、今回のＡＬＤサイクルでは行われなかったとし、次のＡＬＤサイクルに進む。一方、ステップＳ１２０の判定の結果が肯定である場合（ＹＥＳの場合）、すなわち、未着火サイクル回数Ｍ２が３回を越えた場合、ＡＬＤ処理は正常に行われなかったと判断して、シーケンサ２２ａは、ＲＦスタンバイ信号をＯＦＦにする（ステップＳ１３０）。ＯＦＦになったＲＦスタンバイ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、ＲＦ電源部１８は、待機状態になる（ステップＳ３９０）。こうして、バッチ処理は、プラズマが着火しないので異常終了する。
一方、ステップＳ６０の判定により、シーケンサ２２ａがＯＮのプラズマの着火モニタ信号を得た場合、シーケンサ２２ａは、未着火回数Ｍ１を０にセットし（ステップＳ１４０）、さらに、未着火サイクル回数Ｍ２を０にセットする（ステップＳ１５０）。この後、プラズマは着火したので、シーケンサ２２ａは、プラズマの放電時間Ｔ２の計測を開始する（ステップＳ１６０）。シーケンサ２２ａは、プラズマの放電時間Ｔ２が予め規定した時間である０．６秒を経過したか否かを判定する（ステップＳ１７０）。こうして、プラズマの放電時間Ｔ２が予め規定した時間を経過するまで、シーケンサ２２ａは、プラズマの生成を継続させる。プラズマの放電時間Ｔ２が予め規定した時間を経過した場合（ステップＳ１７０においてＹＥＳの場合）、シーケンサ２２ａは、パルスＯＮ・ＯＦＦ信号をＯＦＦにし、ＡＬＤサイクル処理を終了する（ステップＳ１８０，ステップＳ１９０）。ＯＦＦになったパルスＯＮ・ＯＦＦ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、ＲＦ電源部１８は、ＲＦ出力（高周波電力の出力）をＯＦＦにする（ステップＳ３８０）。
さらに、カウンタ部２２ｂは、ＡＬＤサイクル回数Ｎ１を１つ繰り上げてＡＬＤサイクル数Ｎ１をカウントする（ステップＳ２００）。
この後、シーケンサ２２ａは、ＡＬＤサイクル回数Ｎ１が予め定められた規定値に達したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。この判定の結果が否定の場合（ＮＯの場合）、ステップ２０に戻り、次のＡＬＤサイクル処理を開始する。一方、ステップＳ２１０の判定の結果が肯定である場合（ＹＥＳの場合）、シーケンサ２２ａは、ＲＦスタンバイ信号をＯＦＦとする（ステップＳ２２０）。ＯＦＦとなったＲＦスタンバイ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、ＲＦ電源部１８を高周波電力の出力開始の待機状態にし（ステップＳ３９０）、インピーダンス整合器２０のカウンタ部２０ｂは、マッチング自動整合回数（パルス数）Ｎ２を０にリセットする（ステップＳ４２０）。以上で、バッチ処理は正常な状態で終了する。
この後、シーケンサ２２ａは、ＡＬＤサイクル回数Ｎ１が予め定められた規定値に達したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。この判定の結果が否定の場合（ＮＯの場合）、ステップ２０に戻り、次のＡＬＤサイクル処理を開始する。一方、ステップＳ２１０の判定の結果が肯定である場合（ＹＥＳの場合）、シーケンサ２２ａは、ＲＦスタンバイ信号をＯＦＦとする（ステップＳ２２０）。ＯＦＦとなったＲＦスタンバイ信号は、ＲＦ電源部１８に送られ、ＲＦ電源部１８を高周波電力の出力開始の待機状態にし（ステップＳ３９０）、インピーダンス整合器２０のカウンタ部２０ｂは、マッチング自動整合回数（パルス数）Ｎ２を０にリセットする（ステップＳ４２０）。以上で、バッチ処理は正常な状態で終了する。
一方、ＲＦ電源部１８は、図７Ｂに示すようなフローの処理を行う。
まず、レシピコントローラ２２から送られるＯＮのＲＦスタンバイ信号により、ＲＦ電源は待機状態になる（ステップＳ３００）。この後、レシピコントローラ２２から送られるＯＮのパルスＯＮ・ＯＦＦ信号により電源１８ｂは第１の電力Ｗ1を出力する（ステップＳ３１０）。
まず、レシピコントローラ２２から送られるＯＮのＲＦスタンバイ信号により、ＲＦ電源は待機状態になる（ステップＳ３００）。この後、レシピコントローラ２２から送られるＯＮのパルスＯＮ・ＯＦＦ信号により電源１８ｂは第１の電力Ｗ1を出力する（ステップＳ３１０）。
次に、ＲＦ電源部１８のシーケンサ１８ａは、図示されないタイマを用いて第１の電力Ｗ1の出力時間Ｔ３の計測を開始する（ステップＳ３２０）。シーケンサ１８ａは、プラズマが着火したか否かのモニタリングを開始する（ステップＳ３３０）。シーケンサ１８ａは、出力時間Ｔ３が予め定めた規定時間である０．１秒を超えたか否かを判定する（ステップＳ３４０）。この判定の結果が否定である場合（ＮＯの場合）、さらに、シーケンサ１８ａは、ＲＦ電力（高周波電力）の出力がＯＮの状態か否かを判定する（ステップＳ３５０）。この判定の結果が否定の場合（ＮＯの場合）、シーケンサ１８ａは、プラズマ着火モニタリングを停止する（ステップＳ３６０）。一方、ステップＳ３５０の判定の結果が肯定の場合（ＹＥＳの場合）、シーケンサ１８ａは、プラズマ着火の有無を確認する（ステップＳ３６０）。この確認で、プラズマの着火が確認されない場合（ステップＳ３６０においてＮＯの場合）、ステップＳ３４０に戻るとともに、シーケンサ１８ａは、プラズマ着火モニタ信号をＯＦＦにする（ステップＳ３７０）。このＯＦＦのプラズマ着火モニタ信号はシーケンサ２２ａに継続して送られ、ステップＳ６０の判定に用いられる。一方、ステップＳ３６０の確認においてプラズマの着火が確認された場合（ＹＥＳの場合）、シーケンサ１８ａは、プラズマ着火モニタ信号をＯＮにし（ステップＳ３８０）、ＯＮのプラズマ着火モニタ信号はシーケンサ２２ａに継続して送られ、ステップＳ６０の判定に用いられる。さらに、プラズマ着火モニタ信号をＯＮにした後、シーケンサ１８ａは、第２の電力Ｗ2の出力を開始する（ステップＳ３７０）。こうして、プラズマの着火が確認されると即座に、電源１８ｂは、第２の電力Ｗ2の出力を開始する。このため、電源１８ｂは、図６（ｂ）に示すように、高周波電力の立ち上がり期間中に大きな第１の電力Ｗ1を瞬間的に出力するとともに、プラズマの着火後、第２の電力Ｗ2の出力を一定時間維持する。この後、電源１８ｂは、レシピコントローラ２２から送られるＯＦＦのパルスＯＮ・ＯＦＦ信号を受けてＲＦ出力（高周波電力の出力）をＯＦＦにする（ステップＳ３８０）。また、シーケンサ１８ａは、レシピコントローラ２２から送られるＯＦＦのＲＦスタンバイ信号を受けてＲＦ電源部１８を待機状態にする（ステップＳ３９０）。
一方、インピーダンス整合器２０は、図７Ｃに示すようなフローの処理を行う。まず、シーケンサ２０ａは、マッチング自動整合回数Ｎ２が予め設定された規定値である１０回に達したか否かを判定する（ステップＳ４００）。この判定の結果が肯定である場合（ＹＥＳの場合）、マッチング自動整合は、図３（ｂ）に示すように、以降のＲＦ電力ＯＮのときにおいても行われない。これにより、プラズマ生成時のインピーダンス整合状態に、可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅは固定される（ステップＳ４１０）。
一方、ステップＳ４００における判定の結果が否定の場合（ＮＯの場合）、シーケンサ２０ａは、ＲＦ電力の出力がＯＮであって、ＲＦ電力（高周波電力）が立ち上がる状態か否かを判定する（ステップＳ４２０）。判定の結果が否定である場合、ＲＦ電力の出力がＯＮであって、ＲＦ電力（高周波電力）が立ち上がる状態になるまで待機する。ステップＳ４２０における判定の結果が肯定である場合、シーケンサ２０ａは、マッチング自動整合の制御を開始する（ステップＳ４３０）。インピーダンスの不整合状態は、減圧容器３１の内部の汚れ、減圧容器３１の圧力、反応ガスの分圧等によって変化する。しかし、バッチ処理の途中で整合状態が変化することは殆ど起こらない。したがって、１回のバッチ処理では、バッチ処理を開始した直後の複数回のＡＬＤサイクル、例えば、４回のＡＬＤサイクルの期間だけ、マッチング自動整合の制御を行えばよい。マッチング自動整合を、複数回のＡＬＤサイクルの期間行うのは、１回のＡＬＤサイクルの期間では駆動モータ２０ｆ,２０ｇを用いて十分な制御が行えない場合があるからである。上記ＡＬＤサイクルのサイクル数は、多くとも１０回とすることができる。
シーケンサ２０ａは、次に、ＲＦ電力の出力がＯＮからＯＦＦに変更されたか否かを判定する（ステップＳ４４０）。判定の結果が否定の場合（ＮＯの場合）、シーケンサ２０ａは、ＲＦ電力の出力がＯＮからＯＦＦに変更するまで待機する。一方、ステップＳ４４０の判定の結果が肯定の場合（ＹＥＳの場合）、カウンタ部２０ｂは、マッチング自動整合回数Ｎ２を１つ繰り上げてマッチング自動整合回数Ｎ２をカウントする（ステップＳ４５０）。この後、シーケンサ２０ａは、マッチング自動整合の制御を停止する（ステップＳ４６０）。こうして、シーケンサ２０ａは、ステップＳ４００に戻る。以上のようにして、インピーダンス整合回路２０は、図３（ｂ）に示すような自動整合制御を行う。また、シーケンサ２０ａは、レシピコントローラ２２のシーケンサ２２ａから送られるＯＦＦのＲＦスタンバイ信号に応じて、マッチング自動整合回数Ｎ２を０にセットする（ステップＳ４７０）。
以上のように、本実施形態では、プラズマ未生成状態のプラズマ生成部１６のインピーダンスに伝送部のインピーダンスが整合した時に必要な着火電力よりも高い第１の電力Ｗ1を用いてプラズマを着火させた後、ＲＦ電源部１８は、プラズマの生成期間中のプラズマ生成部１６のインピーダンスとインピーダンスが整合した状態を維持して、第１の電力Ｗ1より小さい第２の電力Ｗ2に第１の電力Ｗ1を切り替えるので、インピーダンスが不整合の状態でもプラズマを着火することができるとともに、プラズマの着火の前後でインピーダンスを整合する必要がない。このため、プラズマの生成のための電力を有効に用いてプラズマを生成することができる。
プラズマの着火は、入射電力と反射電力を測定することにより検知され、この検知結果に応じて第１の電力は第２の電力に切り替えられるので、ＲＦ電源部１８は、不必要に第１の電力の出力を維持する必要はなくなり、より有効に電力を用いてプラズマを生成することができる。
複数のＡＬＤサイクルを含んだ一連の処理を行うために、ＲＦ電源部１８が電力を周期的に出力することにより、プラズマの着火及び生成の維持が周期的に行われる場合、一連の処理の開始から予め定められた回数の電力の出力の期間内に、プラズマ生成中のプラズマ生成部１６のインピーダンスと整合するように、プラズマ生成部１６に接続されたインピーダンス整合器２０のインピーダンスは調整されるので、それ以降のプラズマの着火及び生成の維持の処理を安定して行うことができる。
インピーダンス整合器２０の調整が終了した後は、インピーダンス整合器２０の調整した状態が固定される場合であってもだ、すなわち可変コンデンサ２０ｄ，２０ｅの調整後のキャパシタンスが固定される場合であっても、プラズマ生成後は、電力を供給する伝送部のインピーダンスとプラズマの生成中のプラズマ生成部１６のインピーダンスとが整合する状態で第２の電力Ｗ2がＲＦ電源部１８から出力される。このため、インピーダンスの自動整合が終了すると、プラズマ生成後のインピーダンスの調整を不要とする。したがって、より有効に電力を用いてプラズマを生成し維持することができる。
このようなプラズマの生成は、短時間の間にプラズマの生成及び停止を行う処理を断続的に繰り返すプラズマＡＬＤ法において特に有効に用いることができる。
このようなプラズマの生成は、短時間の間にプラズマの生成及び停止を行う処理を断続的に繰り返すプラズマＡＬＤ法において特に有効に用いることができる。
以上、本発明のプラズマ生成方法、この方法を用いた薄膜形成方法及びプラズマ生成装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および変形例に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
１０ 薄膜形成生成装置
１２ プラズマ生成装置
１４ ガス供給／排気ユニット
１６，１０４ プラズマ生成部
１８，１０２ 高周波電源部（ＲＦ電源部）
２０，１００ インピーダンス整合器
２０ａ，１１２ シーケンサ
２０ｂ カウンタ部
２０ｃ，１１０ ＲＦセンサ
２０ｄ，２０ｅ，１０６，１０８ 可変コンデンサ
２０ｆ，２０ｇ，１１４，１１６ 駆動モータ
２０ｈ インダクタ
２２ レシピコントローラ
２４ 原料ガス供給部
２６ 反応ガス供給部
２８ パージガス供給部
３０ 排気部
３１ 減圧容器
３２ サセプタ
３４ａ，３４ｂ 電極
１２ プラズマ生成装置
１４ ガス供給／排気ユニット
１６，１０４ プラズマ生成部
１８，１０２ 高周波電源部（ＲＦ電源部）
２０，１００ インピーダンス整合器
２０ａ，１１２ シーケンサ
２０ｂ カウンタ部
２０ｃ，１１０ ＲＦセンサ
２０ｄ，２０ｅ，１０６，１０８ 可変コンデンサ
２０ｆ，２０ｇ，１１４，１１６ 駆動モータ
２０ｈ インダクタ
２２ レシピコントローラ
２４ 原料ガス供給部
２６ 反応ガス供給部
２８ パージガス供給部
３０ 排気部
３１ 減圧容器
３２ サセプタ
３４ａ，３４ｂ 電極
Claims (9)
- プラズマを生成するプラズマ生成方法であって、
プラズマを着火するために、高周波電源部が第１の電力を出力してプラズマ生成部に給電するステップと、
前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために、前記高周波電源部が前記第１の電力より小さい第２の電力を出力して前記プラズマ生成部に給電するステップと、を有し、
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力する、ことを特徴とするプラズマ生成方法。 - 前記プラズマの着火及び生成の維持は、前記第１の電力及び前記第２の電力を組として周期的に給電する一連の処理を行うことで、周期的に行われ、
前記一連の処理の開始から予め定められた回数の給電の期間内に、前記伝送部のインピーダンスと前記プラズマ生成中の前記プラズマ生成部のインピーダンスが整合するように、前記プラズマ生成部に接続されたインピーダンス整合器が調整される、請求項１に記載のプラズマ生成方法。 - 前記インピーダンス整合器の調整が終了した後は、前記インピーダンス整合器の調整した状態が固定される、請求項２に記載のプラズマ生成方法。
- 前記第１の電力の出力時間は、前記第２の電力の出力時間に比べて短い、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ生成方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ生成方法を用いた薄膜形成方法であって、
基板に形成しようとする原料ガスの薄膜成分を減圧容器内で吸着させる第１ステップと、
前記原料ガスの薄膜成分を前記基板に吸着させた後、前記減圧容器内から前記原料ガスを排気する第２ステップと、
前記減圧容器内に反応ガスを導入し、前記反応ガスを用いて前記プラズマの着火及び前記プラズマの生成維持を、前記第１の電力及び前記第２の電力を用いて行うことにより、前記プラズマで活性化した前記反応ガスの成分を用いて、前記基板に吸着した前記原料ガスの薄膜成分と反応させて薄膜を形成する第３ステップと、
前記反応ガスを前記減圧容器内から排気する第４ステップと、を有し、
前記第１ステップ〜前記第４ステップを繰り返し行うことにより、前記形成される薄膜を厚くする、薄膜形成方法。 - プラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
高周波電源部と、
前記高周波電源部からの給電によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部と前記高周波電源との間に接続されるインピーダンス整合器と、を有し、
前記高周波電源部は、前記電力の出力開始時に、前記プラズマ生成部によって前記プラズマが着火するために第１の電力を出力し、前記プラズマの着火後、前記プラズマの生成を維持するために前記第１の電力より小さい第２の電力を出力するように構成され、
前記プラズマを着火するとき、及び前記プラズマの生成を維持するとき、前記プラズマ生成部に電力を伝送する伝送部のインピーダンスが、前記プラズマの生成を維持する期間中の前記プラズマ生成部のインピーダンスと整合した状態で、前記高周波電源部は、前記第１の電力あるいは前記第２の電力を出力するように構成される、ことを特徴とするプラズマ生成装置。 - 前記プラズマの着火及び生成の維持は、前記第１の電力及び前記第２の電力を組として周期的に給電する一連の処理を行うことで、周期的に行われ、
前記インピーダンス整合器は、前記一連の処理を行うとき、前記一連の処理の開始から予め定められた回数の給電の期間内に、前記伝送部のインピーダンスと、前記プラズマ生成中の前記プラズマ生成部のインピーダンスとが整合するように調整される、請求項６に記載のプラズマ生成装置。 - 前記インピーダンス整合器は、前記インピーダンス整合器の調整が終了した後は、前記インピーダンス整合器の調整した状態を固定するように構成されている、請求項７に記載のプラズマ生成装置。
- 前記第１の電力の出力時間は、前記第２の電力の出力時間よりも短い、請求項６〜８のいずれか１項に記載のプラズマ生成装置。
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