JP3238082B2 - 電子デバイス製造装置 - Google Patents

電子デバイス製造装置

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電子デバイス製造装
置に関し、より詳しくは電子産業における水素化アモル
ファスシリコン（以下ａ−Ｓｉ：Ｈと記す）等の半導体
薄膜や絶縁膜の製造に用いられるプラズマ励起化学気相
成長装置（以下プラズマＣＶＤ装置と記す）或いは半導
体素子や液晶素子等を加工するために用いられるプラズ
マエッチング装置として好適な電子デバイス製造装置及
びこの電子デバイス製造装置を用いた電子デバイス製造
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、原料ガスをプラズマ励起・分解し
て気相から薄膜を堆積するプラズマＣＶＤ装置、或いは
その逆にプラズマ粒子及びプラズマ励起による活性種が
膜をエッチングすることを利用して半導体素子や液晶表
示素子等を加工するために用いられるプラズマドライエ
ッチング装置は、金属膜／半導体膜／誘電体膜或いは結
晶ウェハー等を対象として電子デバイスの製造装置とし
て広く用いられている。
【０００３】これらの電子デバイス製造装置において
は、現在その多くが、ラジオ波（１３．５６ＭＨｚ、Ｒ
Ｆ或いは高周波ＨＦと呼ばれる）か、或いはマイクロ波
（２．４５ＧＨｚ、ＭＷ波）をプラズマを生成する電源
の励起周波数とすることにより実用化されている。
【０００４】一方、最近のプラズマ科学における精力的
な研究から、プラズマを生成するため用いられる高周波
電源の励起周波数として、上記二者の中間の周波数領域
（例えば、１００ＭＨｚ程度，高高周波ＶＨＦ帯と呼ば
れる）が、理論的にも実験的にも電子デバイスの製造に
適した特長を有することが明らかにされつつある。その
ような文献の例として、以下のものが挙げられる。
【０００５】（１）Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ａ１０（１９９２）１０８０Ａ．Ａ．Ｈｏｗ１ｉｎ
ｇ ｅｔ ａ１． （２）Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．２（１９９３）ｐ．４０−４５ Ｔ．Ｋｉｔ
ａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ． （３）Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ．２（１９９３）ｐ．２６−２９ Ｓ．Ｏｄａ （４）特開平６−７７１４４号公報 上記電子デバイスの製造に適した特長としては、プラズ
マ密度は周波数の２乗に比例して増加する、或いはこの
ような高いプラズマ密度が比較的低いプラズマポテンシ
ャルによって実現される、といった点が挙げられる。
【０００６】前者の特長は膜堆積の速度が周波数の２乗
に比例して増加することを意味し、またエッチング装置
であればエッチング速度が周波数の２乗に比例して増加
することを意味する。また後者の特長は、このような高
速成膜・高速エッチング条件下でありながら、プラズマ
中のイオン種による膜或いは基板への損傷、いわゆるプ
ラズマダメージを低く抑えることを可能とするものであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ａ−Ｓｉ：
Ｈ系薄膜を用いた太陽電池や液晶表示素子或いは感光体
ドラムの感光層等のいわゆるジャイアントマイクロエレ
クトロニクスと呼ばれるような電子産業分野では、基板
そのものの寸法が、例えば４０ｃｍ〜６０ｃｍと長尺で
あり、かつこのような基板を複数枚一度に処理できる反
応室が、装置の高スループット化のためには不可欠とな
ってきている。また、半導体製造装置でも高いスループ
ットを実現するためには多数の基板を一度に処理するこ
とが非常に重要である。このような理由により、反応室
のサイズを大きくし、装置寸法、即ち反応空間、より具
体的にはカソード電極及びアノード電極の電極面寸法を
大きくすることは重要である。
【０００８】しかしながら、上記の文献に記載されたも
のでは、反応空間は使用しているプラズマ励起用高周波
の波長に比べて格段に小さくなっている。即ち、例え
ば、周波数１００ＭＨｚでは波長は約３ｍとなるのに対
し、反応空間は１０ｃｍ程度かそれ以下である。このた
め、反応空間を大きくして、ジャイアントマイクロエレ
クトロニクスと呼ばれるような電子産業分野において好
適な電子デバイス製造装置を実現するには到っていない
のが現状である。
【０００９】ここで、本発明者等の所見によれば、反応
空間をＶＨＦ帯の励起電源周波数の波長に比べて格段に
小さくせざるを得ないのは、以下の理由によると考えら
れる。即ち、反応空間がＶＨＦ帯の励起電源周波数の波
長と同程度になって来ると、これにより生成される電磁
波は反応空間を伝搬する波としての特質を持ち始め、こ
れに起因する反応装置の電磁気的変化が構造的に複雑な
プラズマの生成を招くために、プラズマの制御そのもの
が不可能になるためと考えられる。
【００１０】以上のような現象について、図１７に示す
従来型のプラズマＣＶＤ装置を用いた実験結果に基づく
考察を以下に示す。なお、供試用のプラズマＣＶＤ装置
の電極寸法は７００ｍｍ角である。
【００１１】このプラズマＣＶＤ装置において、周波数
１３．５６ＭＨｚ或いは２０ＭＨｚの高周波によりプラ
ズマを生成した場合、図１８に示す電極間空間（カソー
ド電極１〜アノード電極２間の空間）、即ち反応空間３
の正常位置のみで放電する。一方、周波数を２７．１２
ＭＨｚ或いは３５ＭＨｚとすると、電極間空間だけでな
く、その両側方の空間、即ち電極１、２の両端部と反応
室のサイド壁との間の空間である電極サイド空間１０
１，１０１及びアノード電極２の裏側空間１０２のよう
な異常箇所（膜成長に寄与しない以上箇所）においても
放電が発生することを確認できた。
【００１２】また、周波数を４０．６８ＭＨｚ以上に上
昇させると、電極間空間３では放電せず、電極サイド空
間１０１，１０１及び裏側空間１０２のような異常箇所
でしか放電しないことを確認できた。このとき、通常の
ように被成膜体である基板（ウエハー）を反応空間３に
接するアノード電極２の表面に設置しても成膜が起こら
ないという、異常事態が発生していた。
【００１３】更に、本発明者等は従来型のプラズマＣＶ
Ｄ装置の大きさが変わった場合について、この異常放電
現象を調べた。図１９に示すように、正方形型のカソー
ド電極１を持つ装置の内、カソード電極１の寸法が２０
０ｍｍ角の小型装置では、周波数８１．３６ＭＨｚまで
正常な電極空間のみの放電が得られるが、カソード電極
１の寸法が大きくなるにつれ正常な電極間空間放電の実
現される周波数限界が低くなっていくことがわかる。
【００１４】そして、カソード電極１の寸法が１２００
ｍｍ角となると、正常な電極間放電は周波数１３．５６
ＭＨｚでしか得られず、周波数４０．６８ＭＨｚ以上で
は異常箇所放電のみとなり、アノード電極２の表面に設
置した基板上に成膜が起こらない。
【００１５】このように、従来型のプラズマＣＶＤ装置
では、上記した異常箇所放電に起因して、ＶＨＦ帯の高
周波を使った大面積放電・大面積膜を実現できないこと
を確認できた。
【００１６】ここで、このような異常箇所放電の様子
を、励起高周波の周波数及びプラズマＣＶＤ装置の大き
さをパラメータとして考えると、図１９に示したよう
に、 Ｄ≧（１／１６）・λ …（４） 但し、Ｄ：正方形型カソード電極の一辺の長さ λ：該カソード電極から励起される高周波の波長（＝光
速／周波数）の領域で正常な電極間放電に加えて異常箇
所放電が発生することがわかった。
【００１７】また、 Ｄ≧（１／８）・λ …（５） の領域では正常な電極間放電が起こらず、異常箇所放電
のみが発生することがわかった。
【００１８】ところで、ＲＦ帯の高周波により生成され
たプラズマの制御を試みるための手法として、直流遮断
用容量素子を挿入する方法や電極の周囲にインピーダン
ス調整用の素子を付加する方法が知られている。
【００１９】前者の方法は、例えば、"Ｇ１ｏｗ Ｄｉ
ｓｃｈａｒｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”Ｊｏｈｎ Ｗｉ
１ｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ（１９８０）Ｂ．Ｃｈａｐｍａｎ
ｎに記載されており、後者の方法は、特開昭５８−１４
５１００号公報や特開平６−６１１８５号公報に記載さ
れている。
【００２０】なお、インピーダンス調整用の素子を挿入
する位置としては、直流遮断用容量素子は通常カソード
電極から離れた反応装置外であり、特開昭５８−１４５
１００号公報に記載された方法ではカソード電極の内部
部位間であり、また特開平６−６１１８５号公報に記載
された方法ではカソード電極と対向する電極と接地電位
の間であった。
【００２１】しかし、このような手法はＲＦ帯の高周波
の利用を前提としたプラズマ生成の制御を目指したもの
に適用できるにとどまり、ＶＨＦ帯の高周波を利用した
電子デバイス製造装置に適用しても、上記課題を解決す
ることはできない。以下にその理由を説明する。
【００２２】今、カソード電極及びアノード電極が平行
平板型の、いわゆる容量結合型の電子デバイス製造装置
において、反応空間或いは電極寸法が１ｍ前後の大型装
置を例にとって説明する。容量結合型装置では、図１７
に示すように、カソード電極（高周波励起電極）１と、
これに対向し、直流的に接地電位にあるアノード電極２
との間の空間（気相中）３に、プラズマを生成し材料ガ
スの解離を行い、薄膜の堆積或いはエッチングを行な
う。
【００２３】励起高周波の周波数がＲＦ帯にある場合
は、両電極１，２間のインピーダンスは容量成分とみな
せる。この場合、電極１，２間の空間でプラズマが生成
され、通常の成膜が可能である。
【００２４】しかし、周波数がＶＨＦ帯になると、励起
高周波は伝搬する電磁波の特性を帯びるようになる。従
って、反応空間を取り囲む導体群が等価的に誘導成分を
持つようになり、カソード電極１の持つ浮遊容量との間
で、ある周波数において並列共振現象が生じてしまう。
この場合、両電極１，２間の空間のインピーダンスは非
常に大きく、等価的に無限に広がる空間と同様となるた
め、電極１，２間でのプラズマ生成は困難となる。
【００２５】この問題に対処するためには、接地電位部
位に対するカソード電極１のインピーダンスを制御する
必要が生じるが、従来の制御方法である直流遮断用容量
素子を挿入する方法、或いは特開昭５８−１４５１００
号公報や特開平６−６１１８５号公報に記載の方法では
対応することが困難である。
【００２６】即ち、図１７に示すように、コンデンサか
らなる直流遮断用容量素子７は、カソード電極１からみ
て高周波電源（高周波電力発生源）４と直列に挿入され
ているため、いま問題となっている浮遊容量値の制御は
行えない。また、特開昭５８−１４５１００号公報に記
載の方法では、本質的にカソード電極と外部回路とのイ
ンピーダンスは変化しない。また、特開平６−６１１８
５号公報に記載の方法では、アノード電極側にインピー
ダンス調整用素子を取り付けるため、カソード電極のイ
ンピーダンスを制御することはできない。
【００２７】今少し具体的に説明すると、図１７に示す
プラズマＣＶＤ装置において、ＶＨＦ帯の高周波の伝搬
を考えると、浮遊容量ＣF〔Ｃ／Ｖ＝Ｆ〕は主にカソー
ド電極１下において生じ、またカソード電極１〜アノー
ド電極２間の反応空間（電極間空間）３が等価的にイン
ダクタンスＬG〔Ｗｂ／Ａ＝Ｈ〕となる。
【００２８】ここで、浮遊容量ＣFは下記（８）式で与
えられ、 ＣF＝ε・Ｓ1／ｄ0 …（８） ｄ0：カソード電極とアノード電極の対向面間距離 インダクタンスＬGは短絡導波管近似の場合下記（９）
式で与えられる。
【００２９】 ＬG＝Ａ×ｔａｎ｛（２π・ｆ・Ｓ2／ｃ）｝／（２π・ｆ） …（９） 但し、ε：誘電率〔Ｃ／Ｖ・ｍ〕 Ｓ1：カソード電極とアノード電極の対向面面積〔ｍ2〕 ｄ：カソード電極とアノード電極の対向面間距離〔ｍ〕 ｆ：周波数〔１／Ｓ〕 Ｓ2：電極間空間の電極面方向の長さ〔ｍ〕 ｃ：光速〔ｍ／Ｓ〕 また、上記Ａは下記（１０）式で表される定数である。
【００３０】 Ａ＝（ｄ／Ｗ）・√（μ／ε）｝ …（１０） 但し、Ｗ：電極幅〔ｍ〕 μ：透磁率〔Ｗｂ／Ａ〕 ここで、図１７から分かるように、浮遊容量ＣFとイン
ダクタンスＬGはカソード電極１と接地部位との間で並
列接続状態にあるため、周波数ｆが下記（１１）式の共
振周波数ｆ0となる場合並列共振状態となり、電極１，
２間の反応空間３のインピーダンスが無限大となる。
【００３１】 ｆ0＝１／（２π・√（ＬGＣF）） …（１１） つまり、使用する励起高周波の周波数ｆがこの並列共振
周波数ｆ0と同じか近い値の場合、電極１，２間でのプ
ラズマ生成は期待できない。
【００３２】そこで、反応空間３のインピーダンスを制
御する必要が生じるが、反応空間３の大きさは成膜基板
の大きさで決ってしまうためインダクタンスＬGの大き
さを変化させるのは実際上困難である。
【００３３】以上の理由により、従来のＶＨＦ帯の高周
波を利用した電子デバイス製造装置においては、装置寸
法、即ち反応空間を大きくする上で制約があった。この
ため、電子デバイスの量産性を向上することができなか
った。
【００３４】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、プラズマ励起電源用の高周波としてＶＨＦ
帯の高周波を使用する場合にも反応空間を大きくするこ
とができ、結果的にａ−Ｓｉ：Ｈ系薄膜を用いた太陽電
池や液晶表示素子或いは感光体ドラム等のいわゆるジャ
イアントマイクロエレクトロニクスと呼ばれるような電
子産業分野において、これらの電子デバイスの量産性を
格段に向上できる電子デバイス製造装置を提供すること
を目的とする。
【００３５】本発明の他の目的は、高速成膜・高速エッ
チング条件下でありながら、プラズマ中のイオン種によ
る膜或いは基板への損傷、いわゆるプラズマダメージを
低く抑えることが可能になり、電子デバイスの品質を向
上できる電子デバイス製造装置を提供することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】本発明の電子デバイス製
造装置は、薄膜半導体等を堆積させるための原料ガスや
希釈ガス或いは半導体素子等を加工するためのエッチン
グガス等の反応ガスを反応室に導入する反応ガス導入手
段と、該反応ガスをプラズマ分解するための高周波電力
を発生する高周波電力発生手段と、該高周波電力発生手
段に直列接続された高周波励起用のカソード電極とを備
えた電子デバイス製造装置であって、該カソード電極と
該高周波電力発生手段との間において、該カソード電極
及び該カソード電極と直流的に同電位にある部位が該反
応室の室壁或いは接地電位にある部位に対して持つ浮遊
容量以下の容量成分を持つインピーダンス調整用容量
を、該浮遊容量と直列接続となるように挿入し、前記イ
ンピーダンス調整用容量と前記浮遊容量とを直列接続し
たときの全体の容量の大きさＣが、下記（１）式の条件
を満たすように Ｃ≦１／｛Ｌ G ・（２π・ｆ） 2 ｝ …（１） 但し、Ｌ G ：カソード電極と該カソード電極の電極面に
対向する接地電位にある部位との間に等価的に存在する
誘導成分の大きさ π：円周率 ｆ：励起高周波の周波数 設定しており、 そのことにより上記目的が達成される。
【００３７】好ましくは、前記高周波電力発生手段と前
記カソード電極との間に直列接続された直流遮断用容量
素子を備え、該カソード電極と該直流遮断用容量素子と
の間に前記インピーダンス調整用容量を挿入する構成と
する。
【００３８】また、好ましくは、前記インピーダンス調
整用容量を、前記カソード電極の励起高周波の周波数に
おいて等価的に存在する前記浮遊容量に対して、該周波
数において等価的に直列とみなせる部位に挿入する構成
とする。
【００３９】また、好ましくは、前記インピーダンス調
整用容量として、前記カソード電極を前記高周波電力発
生手段から直流的に絶縁する手段を用いる構成とする。
【００４０】また、好ましくは、前記インピーダンス調
整用容量として、前記直流遮断用容量素子から直流的に
絶縁する手段を用いる構成とする。
【００４１】また、好ましくは、前記インピーダンス調
整用容量を、前記カソード電極上に設けた誘電体で形成
する構成とする。
【００４２】
【００４３】また、本発明の電子デバイス製造装置は、
薄膜半導体等を堆積させるための原料ガスや希釈ガス或
いは半導体素子等を加工するためのエッチングガス等の
反応ガスを反応室に導入する反応ガス導入手段と、該反
応ガスをプラズマ分解するための高周波電力を発生する
高周波電力発生手段と、該高周波電力発生手段に直列接
続された高周波励起用のカソード電極とを備えた電子デ
バイス製造装置であって、該カソード電極及び該カソー
ド電極と直流的に同電位にある部位が該反応室の室壁或
いは接地電位にある部位に対して持つ浮遊容量ＣFと並
列接続になる位置にインピーダンス調整用インダクタン
スを挿入し、該インピーダンス調整用インダクタンスの
容量成分ＬCが、下記（２）式の条件を満たすように ＬC≧１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝ …（２） 設定してなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４４】また、本発明の電子デバイス製造装置は、
薄膜半導体等を堆積させるための原料ガスや希釈ガス或
いは半導体素子等を加工するためのエッチングガス等の
反応ガスを反応室に導入する反応ガス導入手段と、該反
応ガスをプラズマ分解するための高周波電力を発生する
高周波電力発生手段と、該高周波電力発生手段に直列接
続された高周波励起用のカソード電極とを備えた電子デ
バイス製造装置であって、該カソード電極及び該カソー
ド電極と直流的に同電位にある部位が該反応室の室壁或
いは接地電位にある部位に対して持つ浮遊容量ＣFと並
列接続になる位置にインピーダンス調整用インダクタン
スを挿入し、該インピーダンス調整用インダクタンスの
容量成分ＬCが、下記（３）式の条件を満たすように ＬC＜１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝ …（３） 設定してなり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】好ましくは、前記インピーダンス調整用イ
ンダクタンスを、前記カソード電極の励起高周波の周波
数において等価的に存在する前記浮遊容量ＣFに対し
て、該周波数において等価的に並列とみなせる部位に挿
入する構成とする。
【００４６】また、好ましくは、前記インピーダンス調
整用インダクタンスとして、前記カソード電極を前記接
地電位にある部位に直流的に短絡する手段を用いる構成
とする。
【００４７】また、好ましくは、前記カソード電極の外
側に電極サイド誘電体を備え、該カソード電極及び該電
極サイド誘電体が前記反応室の底壁を形成する構成とす
る。
【００４８】また、好ましくは、前記カソード電極が円
筒状をなし、その内側にアノード電極を有し、かつ該カ
ソード電極の外側に電極サイド誘電体を備え、該カソー
ド電極及び該電極サイド誘電体が前記反応室の壁を形成
する構成とする。
【００４９】また、好ましくは、請求項１〜請求項６の
いずれかにに記載のインピーダンス調整用容量を備えた
請求項７〜請求項１２記載の電子デバイス製造装置の構
成とする。
【００５０】また、好ましくは、前記カソード電極の大
きさを下記（４）式の条件を満たす Ｄ≧（１／１６）・λ …（４） 但し、Ｄ：カソード電極表面に確保できる最大の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定する。
【００５１】また、好ましくは、前記カソード電極の大
きさを下記（５）式の条件を満たす Ｄ≧（１／８）・λ …（５） 但し、Ｄ：カソード電極表面に確保できる最大の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定する。
【００５２】また、好ましくは、前記反応室の大きさ
を、下記（６）式の条件を満たすような Ｄ0≦（１／２）・λ …（６） 但し、 Ｄ0：反応室内部の電極面と平行方向に確保できる最大
の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定する。
【００５３】また、好ましくは、前記反応室の大きさ
を、下記（７）式の条件を満たすような Ｄ0≧（１／２）・λ …（７） 但し、 Ｄ0：反応室内部の電極面と平行方向に確保できる最大
の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定する。
【００５４】また、好ましくは、前記高周波電力発生手
段の高周波条件を励起周波数が高周波ＶＨＦ帯の連続放
電に設定する構成とする。
【００５５】また、好ましくは、前記高周波電力発生手
段の高周波条件を励起周波数が高周波ＶＨＦ帯のパルス
放電に設定する構成とする。
【００５６】
【００５７】
【００５８】以下に、本発明の作用を後述の実施形態の
図面を適宜参照しながら説明する。
【００５９】本発明では、上記のように、カソード電極
と直流遮断用容量素子との間或いはカソード電極と高周
波電力発生手段との間において、カソード電極及びカソ
ード電極と直流的に同電位にある部位が反応室の室壁或
いは接地電位にある部位に対して持つ浮遊容量以下の容
量成分を持つインピーダンス調整用容量を、浮遊容量と
直列接続となるように挿入している。
【００６０】より具体的には、一例として、図１に示す
ように、コンデンサからなるインピーダンス調整用容量
１０をカソード電極１ａとコンデンサからなる直流遮断
用容量素子７との間に挿入する。ここで、インピーダン
ス調整用容量１０の容量をＣCとし、直流遮断用容量素
子７の容量をＣBとする。なお、このカソード電極は図
１７に示すカソード電極１とは異なり、上側カソード電
極１ａと下側カソード電極１ｂを電気的に接続して構成
されており、両カソード電極１ａ，１ｂ間に直流遮断用
容量素子１０を直列接続して容量ＣCが形成されてい
る。
【００６１】このため、カソード電極全体の容量の大き
さＣは、下記（１２）式で表されるものになる。
【００６２】 Ｃ＝１／｛（１／ＣF）＋（１／ＣC）｝ …（１２） 従って、ＣCの大きさをＣF以下とすると、ＣをＣFの値
から大きく変化させることができるので、本発明によれ
ば、並列共振周波数ｆ0を励起高周波の周波数から遠去
けることができる。即ち、このような構成にすれば、励
起高周波としてＶＨＦ帯の高周波を使用する場合にも並
列共振状態を簡単に回避することができる。
【００６３】なお、一般に高周波の周波数ｆが上昇する
と、あらゆる導体が接地部位に対して容量成分を持ち始
める。即ち、直流的に或いはＲＦ帯高周波の場合に無視
することができた部位でも容量成分が生じ、浮遊容量成
分が変化することが考えられる。このため周波数が変化
することにより新たに生じた浮遊容量成分を考慮し、並
列共振現象をとらえる必要がでてくる。この事実を考慮
にいれて、実質的な浮遊容量成分を減少させるようにイ
ンピーダンス調整用容量ＣCを挿入する必要がある。
【００６４】また、インピーダンス調整用容量ＣCとし
ては、コンデンサ１０のような回路素子そのものを用い
なくても、上記並列共振周波数の制御は可能である。
【００６５】例えば、一例として、図３に示すように、
カソード電極１を高周波電力発生源４から誘電体１１等
を用いて直流的に絶縁することによっても上記並列共振
周波数の制御は可能である。即ち、このような手段によ
っても、高周波としては容量成分を挿入することと等価
であるので、図１の場合と同様に並列共振状態を簡単に
回避することができるからである。
【００６６】この手段によれば、カソード電極の周囲に
コンデンサの挿入可能な空間が存在しない場合に特に有
効である。
【００６７】並列共振現象は、基本的にカソード電極１
とその電極面に対向する接地電位にある部位、例えば図
１、図３、図６等に示すアノード電極２との間に等価的
に存在する誘導成分の大きさＬG、即ちインダクタンス
ＬGが変化することによって生じ、またこのインダクタ
ンスＬGは上記のように周波数に対して周期関数的に表
現されるため、並列共振現象は多数の周波数の値で生じ
る。
【００６８】しかし、実際に電力用太陽電池等のプラズ
マＣＶＤ装置による成膜を考える場合、装置寸法（反応
空間）が１ｍ前後であることを勘案すると、ＶＨＦ帯の
高周波を用いるときには一番低次の並列共振周波数ｆ0
が問題となる。例えば、装置寸法が１．６ｍ角（１．６
ｍ×１．６ｍ）の場合、インダクタンスＬGは約０．０
２〜０．０５μＨとなり、ＣFは数百〜数千ｐＦの値を
とり、一番低次の並列共振周波数ｆ0は４０〜１００Ｍ
Ｈｚとなる。
【００６９】このような場合に、ＲＦ帯からＶＨＦ帯に
至るすべての領域の高周波を励起可能にしたいとする
と、並列共振周波数ｆ0を励起高周波の周波数帯より高
周波側に設定できることが望ましい。
【００７０】そして、この条件を満足するためには、イ
ンピーダンス調整用容量ＣCと浮遊容量ＣFとを直列接続
したときの全体の容量Ｃの大きさを、上記（１２）式か
らわかるように、下記（１）式の条件を満たすように設
定する必要がある。
【００７１】 Ｃ≦１／｛ＬG・（２π・ｆ）2 ｝…（１） また、並列共振周波数ｆ0を制御することは、浮遊容量
ＣFに対してコイル１２からなるインダクタンス成分ＬC
を並列に挿入することによっても可能である。この場
合、並列接続部は等価的に大きさＣF−１／｛（２π・
ｆ）2・ＬC｝の容量として働くため、並列共振周波数ｆ
0を上昇させることができる。ここで、インダクタンス
成分ＬC、即ちインピーダンス調整用インダクタンスＬC
の値としては、ＣF−１／｛（２π・ｆ）2・ＬC）＝
０、つまり等価的容量の大きさが最小となる値１／
｛（２π・ｆ）2・ＣF｝以上の大きさを持つ必要があ
る。即ち、上記（２）式の条件を満たす必要がある。
【００７２】また、上記のように、一般に高周波の周波
数ｆが上昇すると、あらゆる導体が接地部位に対して容
量成分を持ち始める。周波数ｆが変化することにより新
たに生じた浮遊容量成分ＣFを考慮し並列共振現象をと
らえ、実質的に浮遊容量成分ＣFを減少させるようにイ
ンピーダンス調整用インダクタンスＬCを設定する必要
がある。
【００７３】また、図６では、インピーダンス調整用イ
ンダクタンス１２（ＬC）として、コイルを用いている
が、コイル以外によっても並列共振周波数の制御は可能
である。例えば、カソード電極１を直流的に接地部位に
銅板等で短絡することによっても達成できる。即ち、こ
の場合も高周波としてはインピーダンス調整用インダク
タンス１２を挿入することと等価であるからである。
【００７４】この手段によれば、カソード電極１の周囲
にコイルの挿入可能な空間が存在しない場合に特に有効
である。
【００７５】また、このような並列共振現象を全く無く
してしまうのも上記課題を解決する方法の１つであり、
その場合も浮遊容量ＣFに対してコイル１２からなるイ
ンダクタンス成分ＬCを並列に挿入することによって可
能である。この場合、並列接続部は等価的に大きさ（２
π・ｆ）・ＬC／｛１−（２π・ｆ）2・ＬC・ＣF｝のイ
ンダクタンスとして働く。つまり、並列共振現象を起こ
していた容量成分を取り除き、カソード電極１周辺が等
価的にインダクタンス成分のみとすることができる。こ
のとき、インピーダンス調整用インダクタンスの容量成
分ＬCの大きさとしては、等価的インダクタンスの値が
正となる領域、つまり１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝未
満の大きさを持つ必要がある。即ち、インピーダンス調
整用インダクタンスの容量成分ＬCが下記（３）式の条
件を満たせばよい。
【００７６】 ＬC＜１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝ …（３） また、図１９に示したように、従来型のプラズマＣＶＤ
装置を用いた場合に、異常箇所放電が発生するのは、電
極寸法Ｄが励起高周波の波長λの１／１６より大きな場
合である。
【００７７】そこで、本発明では、カソード電極の大き
さＤが上記（４）式の条件を満足するように設定してお
り、これにより異常箇所放電の抑制が可能となる。この
ため、この構成によれば、ＶＨＦ帯の高周波を使った大
面積放電・大面積膜を実現することができる。
【００７８】また、図１９に示したように、従来型のプ
ラズマＣＶＤ装置を用いた場合に、正常な電極間放電が
起こらずに異常箇所放電のみが生じるのは、電極寸法Ｄ
が励起高周波の波長λの１／８より大きな場合である。
【００７９】そこで、本発明では、カソード電極の大き
さＤが上記（５）式の条件を満足するように設定してお
り、これにより異常箇所放電の抑制が可能となる。この
ため、この構成によっても、ＶＨＦ帯の高周波を使った
大面積放電・大面積膜を実現することができる。
【００８０】また、インピーダンス調整用の容量成分Ｃ
Cの値を上記（１）式の条件を満たしながら減少させて
行くと、並列共振周波数ｆ0は最大、下記（１３）式で
示される値まで上昇させることができる。
【００８１】ｆ0＝ｃ／λ＝ｃ／２Ｄ0 …（１３） 但し、 Ｄ0：反応室内部に電極面と平行方向に確保できる最大
の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 ｃ：光速 この場合、浮遊容量ＣFは等価的に上記（８）式で表さ
れ、容量成分ＣCが小さくなるに連れ、（１２）式中の
容量Ｃは０に近付き、浮遊容量ＣFの影響はなくなる。
【００８２】また、上記（１３）式が満たされるとき、
Ｄ0は下記（１４）式で表される。
【００８３】 Ｄ0＝（１／２）・λ …（１４） ここで、（１４）式は、反応室内に定存波が１つ立つ条
件であるので、上記（９）式中のＳ2をＤ0に置き換えて
みればわかるように、電極間空間及び反応室の導波間構
造のみに起因してインピーダンスが極大、つまり並列共
振と物理的に等価な現象となる。即ち、Ｄ0を上記
（６）式を満たすように設定すれば、並列共振現象を所
望の周波数で抑制できる。
【００８４】そこで、本発明では、反応室内部に電極面
と平行方向に確保できる最大の寸法Ｄ0が、上記（６）式
の条件を満足するような構成としている。
【００８５】これは、インピーダンス調整用の容量成分
ＣCの代わりに、上記（２）式を満たすＬCをインピーダ
ンス調整用素子として用いる場合も同様である。
【００８６】Ｄ0を自由に変えることができない場合
は、上記（３）式を満たすＬCを用いると有効になる。
即ち、この場合は、浮遊容量ＣFは実質的に存在せず、
ＬCがＬGと並列に存在することになる。つまり、ＬCは
ＬGの値を下記（１５）式に示すように減少させること
になり、 Ｌ＝１／（１／ＬG＋１／ＬC） …（１５） 結局、上記（１３）式中のＤ0を等価的に減少させるこ
とになる。
【００８７】このため、上記（３）式を満たすＬCを用
いると、Ｄ0の大きさの制限となっている上記（６）式
に関係なく並列共振現象やインピーダンスの極大化現象
を回避することが可能となり、ＣC又は上記（２）式を
満たすＬCを用いた場合には対処できない、下記（７）
式 Ｄ0≧（１／２）・λ …（７） の領域での電極間放電が可能となる。
【００８８】そこで、本発明では、反応室内部に電極面
と平行方向に確保できる最大の寸法Ｄ0が上記（７）式
の条件を満足する構成とした。
【００８９】また、容量成分ＣCと上記（３）式を満た
すＬCの組み合わせを採用した場合は、ＣCの大きさに依
存するものの、（１３）式中のｆ0以上に並列共振周波
数を上昇させることが可能になる。このため、（７）式
の領域で並列共振現象やインピーダンスの極大化現象を
回避することが可能になる。
【００９０】
【発明の実施の形態】以下に本発明電子デバイス製造装
置の実施形態を図面に基づき具体的に説明する。
【００９１】（実施形態１）図１は本発明電子デバイス
製造装置の実施形態１を示す。この電子デバイス製造装
置は、プラズマＣＶＤ装置として使用されるものであ
り、断面長方形状をなす反応室６内に上側よりアノード
電極２、上側カソード電極１ａ及び下側カソード電極１
ｂを配設してある。反応室６の底壁６０の図上右側部は
接地されている。また、アノード電極２は反応室６の上
壁６１に電気的に接続されており、その電位はグランド
レベルである。
【００９２】底壁６０の左右方向中央部は電気的に開口
されており、この開口部の下方に高周波電力発生源４が
配設されている。高周波電力発生源４と下側カソード電
極１ｂとの間にはコンデンサからなる直流遮断用容量素
子７（ＣB）が直列接続されている。また、反応室６の
側壁６２の上部寄りの部分にはガス噴出口５が開口され
ており、このガス噴出口５を介して反応室６内に材料ガ
スが導入されるようになっている。
【００９３】加えて、この電子デバイス製造装置では、
上側カソード電極１ａと下側カソード電極１ｂとの間に
コンデンサからなるインピーダンス調整用容量１０（Ｃ
C）が直列接続されている。また、アノード電極２と上
側カソード電極１ａとの間の空間が反応空間３になって
おり、ここに薄膜堆積用の基板が挿入される。
【００９４】ここで、反応空間３、即ち装置寸法は、電
極面と平行方向断面としては１．６ｍ×１．６ｍになっ
ている。カソード電極１ａ及びアノード電極２の寸法は
７００ｍｍ角である。また、下側カソード電極１ｂと反
応室６の底壁６０間に形成される浮遊容量ＣFの値は800
ｐＦである。
【００９５】また、材料ガスとしてはシランと水素の混
合ガスを用いる。高周波電力発生源４としては、高周波
電源と整合回路を取り付けており、上記直流遮断用容量
素子７（ＣB）を構成するコンデンサとしては、整合回
路内の直列可変コンデンサ（２０〜1000ｐＦ）を使用し
ている。
【００９６】次に、本実施形態１のプラズマＣＶＤ装置
の効果を図１７に示す従来装置と比較して説明する。図
２０は図１７に示す従来装置におけるカソード電極１〜
アノード電極２間のインピーダンスの大きさ｜Ｚ｜の周
波数依存性を示す。同図からわかるように、この従来装
置では、周波数ｆが約４５ＭＨｚのところで並列共振現
象が観測されている。このため、実際に周波数可変の高
周波電力発生源４から高周波電力を装置内に導入する
と、両電極１，２間で正常にプラズマ生成が起こったの
は周波数として１０〜３５ＭＨｚの範囲であった。この
とき、反応空間３の等価的インピーダンス成分ＬGは上
記（９）式より、ＬG＝０．０２５μＨであることがわ
かる。
【００９７】一方、本実施形態１のプラズマＣＶＤ装置
において、インピーダンス調整用容量１０（ＣC＝100ｐ
Ｆであり、この値は上記（１）式の条件を満足するもの
である。）をカソード電極１ａ下に挿入すると、インピ
ーダンスの大きさ｜Ｚ｜は図２に示すようにように変化
した。このとき、並列共振周波数ｆ0は７２ＭＨｚにま
で上昇していることがわかる。
【００９８】なお、インピーダンス調整用容量１０の容
量ＣCの値を適宜に設定すれば、一番低次の並列共振周
波数ｆ0を４０〜１００ＭＨｚの範囲外に容易に設定す
ることが可能になる。
【００９９】また、同図からわかるように、ＲＦ帯（１
０ＭＨｚ近辺）のインピーダンスの変化はほとんどな
い。従って、ＲＦ帯高周波に対してインピーダンス調整
用容量１０（ＣC）挿入の影響はほとんど無いことがわ
かる。このように実際に電極１ａ，２間のインピーダン
スを制御することにより、電極１ａ，２間でのプラズマ
生成は周波数１０〜６２ＭＨｚで可能となった。
【０１００】このように本実施形態１のプラズマＣＶＤ
装置によれば、並列共振周波数ｆ0を励起高周波の周波
数帯より高周波側に容易に設定できるので、ＲＦ帯から
ＶＨＦ帯に至るすべての領域の高周波を励起可能にする
ことができる。
【０１０１】このため、本実施形態１のプラズマＣＶＤ
装置によれば、ＲＦ帯からＶＨＦ帯にわたる広い周波数
範囲で電極寸法１ｍ角前後の平行平板型大型製造装置で
のプラズマ生成が可能になるので、電力用太陽電池、液
晶ディスプレイ素子等の分野での励起高周波電磁界の高
周波化、成膜基板の大面積化を図ることができる。
【０１０２】なお、上記の実施形態１では、直流遮断用
容量素子７（ＣB）を備えたプラズマＣＶＤ装置に本発
明を適用しているが、このような直流遮断用容量素子７
（ＣB）を備えていないプラズマＣＶＤ装置についても
同様に本発明を適用できる。この場合は、カソード電極
１ａと高周波電力発生源４との間にインピーダンス調整
用容量１０（ＣC）を挿入すればよい。
【０１０３】また、上記の説明では本発明電子デバイス
製造装置をプラズマＣＶＤ装置に適用する場合について
説明したが、プラズマ粒子及びプラズマ励起による活性
種が膜をエッチングするプラズマドライエッチング（ア
ッシヤ）装置についても適用でき、上記同様の効果を奏
することができる。
【０１０４】（実施形態２）図３及び図４は本発明電子
デバイス製造装置の実施形態２を示す。本実施形態２の
電子デバイス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用した
ものであり、上記実施形態１とは、インピーダンス調整
用容量ＣCとなる手段のみが異なっている。即ち、実施
形態１では、コンデンサを挿入してインピーダンス調整
用容量ＣCを形成しているが、本実施形態２では、図３
に示すように、上下のカソード電極１ａ，１ｂ間に厚さ
５０ｍｍ，比誘電率３．０の誘電体１１を挿入してイン
ピーダンス調整用容量１１（ＣC）を形成している。な
お、実施形態１の装置と共通する部分については同一の
符号を付し、具体的な説明については省略する。
【０１０５】図４は本実施形態２のプラズマＣＶＤ装置
におけるカソード電極１ａ〜アノード電極２間のインピ
ーダンスの大きさ｜Ｚ｜の周波数依存性を示す。図４か
らわかるように、並列共振周波数ｆ0は６６ＭＨｚにま
で上昇しており、電極１ａ，２間でのプラズマ生成は周
波数１０〜５５ＭＨｚで可能であった。
【０１０６】よって、本実施形態２のプラズマＣＶＤ装
置においても上記実施形態１同様の効果を奏することが
できる。加えて、本実施形態２によれば、カソード電極
１ａの周囲にコンデンサを挿入する空間がない装置につ
いても適用できる利点がある。
【０１０７】（実施形態３）図５は本発明電子デバイス
製造装置の実施形態３を示す。本実施形態３の電子デバ
イス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用したものであ
り、上記実施形態１及び２とは、以下の点のみが異なっ
ている。即ち、図５に示すように、本実施形態３では、
カソード電極１上に誘電体１１を設置し、これによりイ
ンピーダンス調整用容量１１（ＣC）を形成し、実施形
態２の上側カソード電極１ａに対応する電極を取り除い
た構成を採用している。なお、実施形態１及び２と対応
する部分には同一の符号を付してある。
【０１０８】ここで、誘電体１１は、厚さ３５ｍｍ、材
質テフロン（比誘電率２．０）からなり、インピーダン
ス調整用容量ＣC＝２５０ｐＦである。
【０１０９】上記構成によれば、反応空間３に生成され
たプラズマ中の電子は誘電体１１の表面に取り込まれ、
誘電体１１の表面が電荷を帯びる。このため、誘電体１
１の反応空間３に面する表面が実施形態２の上側カソー
ド電極１ａと同様の働きをする。
【０１１０】また、材料ガスとしてシラン等を用いてａ
−Ｓｉ：Ｈ薄膜等を堆積させる場合、誘電体１１の表面
にも膜堆積が起こり、かつその膜がある程度の導電率を
持つため、その膜も実施形態２の上側カソード電極１ａ
と同様の働きをする。
【０１１１】また、インピーダンス調整用容量ＣCを構
成する誘電体１１の材質としては、石英ガラス（比誘電
率４．０、厚さ７０ｍｍ）或いはセラミック（アルミ
ナ、比誘電率１０．０、厚さ１７５ｍｍ）を用いること
も可能である。この場合でもほぼ同様の効果が得られる
ことが確認できた。
【０１１２】本実施形態３のプラズマＣＶＤ装置におけ
るカソード電極１〜アノード電極２間のインピーダンス
の大きさ｜ｚ｜の周波数依存性は、実施形態２の図４と
ほぼ同様の特性を示した。これは、誘電体（インピーダ
ンス調整用容量ＣC）１１の容量として、実施形態２と
ほぼ同じものを用いたからである。
【０１１３】但し、アノード電極２の表面に設置したガ
ラス基板上に堆積した薄膜の膜厚分布を調べると、実施
形態２によるものが±４％であったのに対し、本実施形
態３によるものは±８％に止どまっていた。これは誘電
体１１の表面部の導電率が低いことが原因である。
【０１１４】このため、実施形態３のプラズマＣＶＤ装
置は、実施形態２のプラズマＣＶＤ装置に比べて装置構
造が簡単になるという利点を有するものの、成膜薄膜の
面内の膜厚分布が存在するという欠点を有するので、特
に小面積基板をアノード電極２の表面に多数配置して成
膜する場合に有効なものとなる。
【０１１５】（実施形態４）図６及び図７は本発明電子
デバイス製造装置の実施形態４を示す。本実施形態４の
電子デバイス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用した
ものであり、上記実施形態１〜３とは、以下の点のみが
異なっている。即ち、図６に示すように、本実施形態３
では、カソード電極１の下面にコイルからなるインピー
ダンス調整用インダクタンス１２（ＬC）をカソード電
極１の浮遊容量ＣFと並列に挿入した構成をとってい
る。
【０１１６】このときの、インピーダンス調整用インダ
クタンスＬCの値は、ＬC＝０．００７μＨに設定してお
り、この値は上記（２）式の条件を満足するものであ
る。なお、実施形態１，２の装置と共通する部分につい
ては同一の符号を付し、具体的な説明については省略す
る。
【０１１７】図７は本実施形態４のプラズマＣＶＤ装置
におけるカソード電極１〜アノード電極２間のインピー
ダンスの大きさ｜Ｚ｜の周波数依存性を示す。図７から
わかるように、並列共振周波数ｆ0は７２ＭＨｚにまで
上昇しており、電極１，２間でのプラズマ生成は周波数
１０〜６６ＭＨｚで可能であった。
【０１１８】よって、本実施形態４のプラズマＣＶＤ装
置においても上記実施形態１同様の効果を奏することが
できる。
【０１１９】なお、本実施形態４では、コイルによって
インピーダンス調整用インダクタンス１２（ＬC）を形
成しているが、コイル以外によっても並列共振周波数の
制御は可能である。例えば、カソード電極１を直流的に
接地部位に銅板等で短絡することによっても達成でき
る。即ち、この場合も高周波としてはインピーダンス調
整用インダクタンス１２（ＬC）を挿入することと等価
であるからである。
【０１２０】この実施形態によれば、カソード電極１の
周囲にコイルの挿入可能な空間が存在しない場合に特に
有効である。
【０１２１】（実施形態５）図８及び図９は本発明電子
デバイス製造装置の実施形態５を示す。本実施形態５の
電子デバイス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用した
ものであり、上記実施形態１〜４とは、以下の点のみが
異なっている。即ち、図８に示すように、本実施形態５
では、カソード電極１ａ、１ｂの間に誘電体１１を挿入
してインピーダンス調整用容量１１（ＣC）を形成し、
かつカソード電極１ｂの下面にコイル１２からなるイン
ピーダンス調整用インダクタンス１２をカソード電極１
ｂの浮遊容量ＣFと並列に挿入した構造をとっている。
即ち、実施形態２と実施形態４の構造を組み合わせたも
のとなっている。なお、これらの実施形態と対応する部
分には同一の符号を付してある。
【０１２２】上記構成において、誘電体１１は厚さ２ｍ
ｍ、材質テフロン（比誘電率２．０）からなり、またコ
イル１２は複数のコイル型銅板により形成されている。
【０１２３】ここで、インピーダンス調整用容量ＣCと
インピーダンス調整用インダクタンスＬCは、それぞれ
ＣC＝４２００ｐＦ、ＬC＝０．００３μＨとなってお
り、ＬCの値は使用周波数に応じて上記（２）式或いは
（３）式を満足するものである。
【０１２４】また、インピーダンス調整用容量ＣCを構
成する誘電体１１の材質としては、石英ガラス（比誘電
率４．０、厚さ４ｍｍ）或いはセラミック（アルミナ、
比誘電率１０．０、厚さ１０ｍｍ）を用いることも可能
であり、この場合もほぼ同様の効果が得られることが確
認できた。
【０１２５】図９は本実施形態５のプラズマＣＶＤ装置
におけるカソード電極１〜アノード電極２間のインピー
ダンスの大きさ｜ｚ｜の周波数依存性を示す。図９から
わかるように、並列共振周波数ｆ0は１００ＭＨｚ以上
にまで上昇しており、カソード電極１、アノード２間で
のプラズマ生成は周波数１０〜９４ＭＨｚで可能であ
る。つまり、従来型の同じ大きさのプラズマＣＶＤ装置
では正常な電極間放電を得ることができなかった上記
（５）式の領域（周波数＞５４ＭＨｚ）において、電極
間放電を実現できることを確認できた。その理由は、上
記作用のところで述べた通りである。
【０１２６】本実施形態５のプラズマＣＶＤ装置を用い
て、周波数を８１．３６ＭＨｚに固定し、アノード電極
２の表面に１ｍｍ厚で５０ｃｍ×５０ｃｍの大きさのガ
ラス基板を設置し、実際にａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜を堆積させ
た。このとき用いた反応ガスはシラン及び水素であり、
それぞれ３００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍの流量でガス
噴出口５より導入し、反応空間３の圧力は０．３Ｔｏｒ
ｒとした。
【０１２７】本実施形態５によれば、カソード電極１、
アノード電極２間でのプラズマ生成が可能となったた
め、これまで小型装置で観測されてきた周波数の上昇に
よる成膜速度の上昇の効果を大型装置においても生かす
ことができた。得られた薄膜パラメータを下記の表１に
示す。
【０１２８】
【表１】
【０１２９】ここで、ａ−Ｓｉ：Ｈ薄膜太陽電池の品質
としては、膜内欠陥密度が低く膜内Ｓｉ−Ｈ2結合量が
少ない方が高品質と言える。
【０１３０】本実施形態５のプラズマＣＶＤ装置では、
高周波電力発生源４の高周波条件として、一例として、
表１に示すように、周波数８１ＭＨｚの連続放電と、周
波数８１ＭＨｚのパルス放電を設定した。なお、表１中
に対比して示す従来装置では、周波数１３．５６ＭＨｚ
の連続放電である。
【０１３１】さて、高周波電力３００Ｗの連続放電によ
る場合、本実施形態５では、成膜速度＝９０ｎｍ／ｍｉ
ｎ、膜内欠陥密度は５×１０14ｃｍ-3となり、従来装置
の場合と比較すると、成膜速度は約１５倍、膜内欠陥密
度は約１桁減少している。
【０１３２】また、高周波の時間平均電力３００Ｗ、パ
ルスオン時間５μｓｅｃオフ時間５０μｓｅｃのパルス
放電による場合は、成膜速度は６５ｎｍ／ｍｉｎ、膜内
欠陥密度は４×１０14ｃｍ-3、また膜内Ｓｉ−Ｈ2結合
量は１％となり、従来装置の場合と比較すると成膜速度
は約１１倍、膜内Ｓｉ−Ｈ2結合量は約１／３倍に減少
している。従って、本実施形態５のプラズマＣＶＤ装置
を用いれば、大面積基板上へ速い成膜速度により高品質
な薄膜を作製することができる。
【０１３３】なお、上記説明では本実施形態５の電子デ
バイス製造装置をプラズマＣＶＤ装置に適用している
が、反応ガスとしてＣＣｌ4等のエッチングガスを導入
することにより、同様の装置により大面積対応のＶＨＦ
放電を用いたプラズマドライエッチング（アッシャ）装
置を構成することも可能である。 （実施形態６）図１０及び図１１は本発明電子デバイス
製造装置の実施形態６を示す。本実施形態６の電子デバ
イス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用したものであ
り、上記実施形態１〜５とは、以下の点のみが異なって
いる。上記各実施形態では、カソード電極１全体が反応
室６の中に含まれる構造、即ちインターナル型装置であ
ったが、本実施形態６は、図１０に示すように、カソー
ド電極１及び電極サイド誘電体１３が反応室６の底壁を
構成している構造、即ちエクスターナル型装置になって
いる。なお、上記各実施形態と対応する部分には同一の
符号を付してある。
【０１３４】このエクスターナル型構造の場合、カソー
ド電極１の下の空間１４は反応ガスが流れないので気密
構造を取る必要がない。このため、この構造によれば、
開放が容易であるため、カソード電極１の下面にコイル
１２からなるインピーダンス調整用インダクタンス１２
を簡単に取り付けることができる。また、使用したい周
波数に応じたＬCとするための調整作業もその都度容易
に行える利点がある。
【０１３５】以下には、一例として、コイル１２を複数
のコイル型銅板により形成し、インピーダンス調整用イ
ンダクタンスＬCは、ＬC＝０．００７μＨとなる場合を
示す。 図１１中の点線は、インピーダンス調整用イン
ダクタンス１２を取り付けない場合の、プラズマＣＶＤ
装置におけるカソード電極１〜アノード電極２間のイン
ピーダンスの大きさ｜ｚ｜の周波数依存性を示す。ま
た、図１１中の実線は、本実施形態６、つまりインピー
ダンス調整用インダクタンス１２を取り付けた場合の、
｜ｚ｜の周波数依存性を示す。
【０１３６】図１１からわかるように、もともと並列共
振周波数ｆ0は５２ＭＨｚであったものが、インピーダ
ンス調整用インダクタンス１２を取り付けることによっ
て８０ＭＨｚにまで上昇しており、電極１、２間でのプ
ラズマ生成は周波数１０〜７６ＭＨｚで可能であること
がわかる。
【０１３７】（実施形態７）図１２及び図１３は本発明
電子デバイス製造装置の実施形態７を示す。本実施形態
７の電子デバイス製造装置もプラズマＣＶＤ装置に適用
したものであり、上記実施形態１〜６とは、以下の点が
異なっている。即ち、実施形態１〜６のプラズマＣＶＤ
装置は、平行平板型の電極構造を取っているが、本実施
形態７のプラズマＣＶＤ装置は、図１２に示すように、
カソード電極１が外側、アノード電極２が内側となる円
筒型の電極構造になっている。なお、上記実施形態と対
応する部分には同一の符号を付してある。
【０１３８】この型の装置も実施形態１〜６と同様、容
量結合型プラズマＣＶＤ装置であり、ここにＶＨＦ高周
波を励起する場合、同様に放電が不安定となる問題が発
生する。この装置の場合、カソード電極１及び電極サイ
ド誘電体１３が反応室の壁を兼用するエクスターナル型
装置であるため、実施形態６同様にインピーダンス調整
用インダクタンスＬC（コイル１２）の設置及び調整作
業が容易に行える利点がある。
【０１３９】ここで、コイル１２は複数のコイル型銅板
により形成され、インピーダンス調整用インダクタンス
ＬCは、ＬC＝０．００７μＨである。寸法としては、カ
ソード電極１の内径が２０ｃｍ、アノード電極２の半径
が１０ｃｍで高さ８０ｃｍとなっている。
【０１４０】図１３中の点線は、インピーダンス調整用
インダクタンス１２を取り付けない、つまり従来装置の
場合の、プラズマＣＶＤ装置におけるカソード電極１〜
アノード電極２間のインピーダンスの大きさ｜ｚ｜の周
波数依存性を示す。また、図１３中の実線は、本実施形
態７、つまりインピーダンス調整用インダクタンス１２
を取り付けた場合の、｜ｚ｜の周波数依存性を示す。
【０１４１】図１３からわかるように、もともと並列共
振周波数ｆ0は３２ＭＨｚであったものが、インピーダ
ンス調整用インダクタンス１２を取り付けることによっ
て８６ＭＨｚにまで上昇しており、カソード電極１、ア
ノード電極２間でのプラズマ生成は周波数１０〜７８Ｍ
Ｈｚで可能となる。
【０１４２】（実施形態８）図１４は本発明電子デバイ
ス製造装置の実施形態８を示す。本実施形態８は、上記
実施形態１同様にインピーダンス調整容量ＣCの値を変
化させることにより、ＲＦ帯からＶＨＦ帯に至るすべて
の領域の高周波を励起可能にしたものである。他の条件
は実施形態１と同様である。なお、装置寸法Ｄ0は１．
６ｍである。
【０１４３】図１４からわかるように、インピーダンス
調整容量ＣCの大きさを小さくして行くことにより、並
列共振周波数ｆ0は上記（１３）式までの大きさで制御
することが可能である。
【０１４４】逆に、装置寸法（反応室の大きさ＝反応室
内部の電極面と平行方向に確保できる最大の寸法）Ｄ0
を変化させることで、並列共振周波数ｆ0の制御限界を
変化させることができる。例えば、装置寸法Ｄ0を電極
の寸法と同じ７００ｍｍの装置寸法に小さくすると、並
列共振周波数ｆ0を２１０ＭＨｚにまで大きくすること
が可能であり、この場合は２００ＭＨｚまでで電極間放
電が可能になった。
【０１４５】（実施形態９）図１５は本発明電子デバイ
ス製造装置の実施形態９を示す。本実施形態９は、上記
実施形態４同様にインピーダンス調整用インダクタンス
ＬCの値を上記（２）式を満たしながら変化させること
により、ＲＦ帯からＶＨＦ帯に至るすべての領域の高周
波を励起可能にしたものである。他の条件は実施形態４
と同様であり、装置寸法Ｄ0は１．６ｍである。
【０１４６】図１５からわかるように、インピーダンス
調整用インダクタンスＬCの大きさを小さくして行くこ
とによって、並列共振周波数ｆ0は（１２）式までの大
きさで制御可能である。
【０１４７】逆に、装置寸法Ｄ0を変化させることで並
列共振周波数ｆ0の制御限界を変化させることができ
る。例えば、装置寸法Ｄ0を電極の寸法と同じ７００ｍ
ｍに小さくすると、並列共振周波数ｆ0を２１０ＭＨｚ
にまで大きくすることが可能であり、この場合は２００
ＭＨｚまでで電極間放電が可能になった。
【０１４８】（実施形態１０）図１６は、本発明電子デ
バイス製造装置の実施形態１０を示す。本実施形態１０
では、実施形態４同様に、インピーダンス調整用インダ
クタンスＬCの値を上記（３）式を満たしながら変化さ
せることにより、ＲＦ帯からＶＨＦ帯に至るすべての領
域の高周波を励起可能にしたものである。
【０１４９】図１６からわかるように、インピーダンス
調整用インダクタンスＬCを大きくして行くことによっ
て、並列共振周波数ｆ0は（１３）式の制限を超えて制
御可能である。
【０１５０】理論的には、並列共振周波数ｆ0或いはイ
ンピーダンスの極大化現象を無限大まで上昇させること
は可能である。実際、この実施形態１０において、周波
数１３５．６ＭＨｚでの電極間放電が可能であった。こ
の手法は、装置寸法Ｄ0を変化できない場合や、逆に、
既存の装置寸法Ｄ0が決まっている装置に対しても適用
可能であり、様々な装置において有効な手段である。
【０１５１】（本発明電子デバイスの製造方法）上記実
施形態１〜１０に示すプラズマＣＶＤ装置を用いれば、
表１に示されるような優れた品質の電子デバイスを製造
することができる。即ち、原料ガスをプラズマ励起・分
解し、反応室内に導入されている基板上に気相から薄膜
を堆積すれば、そのような成長膜を有する電子デバイス
を作製することができる。
【０１５２】また、実施形態１〜１０に示す電子デバイ
ス製造装置で、プラズマ粒子及びプラズマ励起による活
性種が膜をエッチングすることを利用して、膜をエッチ
ング加工すれば、優れた品質の大面積の膜を有する電子
デバイスを効率よく作製することができる。
【０１５３】
【発明の効果】以上の本発明電子デバイス製造装置を高
周波プラズマＣＶＤ装置に適用する場合は、並列共振周
波数を励起高周波の周波数から遠去けることができるの
で、ＲＦ帯からＶＨＦ帯にわたる広い周波数範囲で電極
寸法１ｍ角前後の平行平板型大型製造装置でのプラズマ
生成が可能になる。従って、電力用太陽電池、液晶ディ
スプレイ素子等のジャイアントマイクロエレクトロニク
スの分野での励起高周波電磁界の高周波化、成膜基板の
大面積化を可能とし、工業的にその品質向上に寄与する
ところが大きい。また、その製造効率を飛躍的に向上で
きる。
【０１５４】特に、従来型の高周波プラズマＣＶＤ装置
では対応できなかった大面積電極・ＶＨＦ帯周波数領域
において、誘電体設置とコイル設置という簡便な手段に
より、正常放電を実現する上で非常に大きな効果が現れ
る。そして、インターナル型・エクスターナル型・ドラ
ム型等様々な電極形状においてその効果が発揮され、ジ
ャイアントマイクロエレクトロニクス分野を始め、電子
写真用感光体デバイス分野においても有用である。
【０１５５】同様に、プラズマ粒子及びプラズマ励起に
よる活性種が膜をエッチングするプラズマドライエッチ
ング装置に適用する場合も、液晶ディスプレイ素子等の
分野で大型装置へのＶＨＦ帯高周波の適用が可能になる
ので、工業的にその品質向上が図れ、製造効率を向上で
きる。
【０１５６】また、本発明の電子デバイス製造方法によ
れば、上記のような特性を有する電子デバイスを効率よ
く作製できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用する場合の実施形態１を示す概略断面図。
【図２】実施形態１のプラズマＣＶＤ装置におけるカソ
ード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ｜
Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図３】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用する場合の実施形態２を示す概略断面図。
【図４】実施形態２のプラズマＣＶＤ装置におけるカソ
ード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ｜
Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図５】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用する場合の実施形態３を示す概略断面図。
【図６】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用する場合の実施形態４を示す概略断面図。
【図７】実施形態４のプラズマＣＶＤ装置におけるカソ
ード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ｜
Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図８】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣＶ
Ｄ装置に適用する場合の実施形態５を示す概略断面図。
【図９】実施形態５のプラズマＣＶＤ装置におけるカソ
ード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ｜
Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図１０】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣ
ＶＤ装置に適用する場合の実施形態６を示す概略断面
図。
【図１１】実施形態６のプラズマＣＶＤ装置におけるカ
ソード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ
｜Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図１２】（ａ）は本発明の電子デバイス製造装置をプ
ラズマＣＶＤ装置に適用する場合の実施形態６を示す概
略断面図、（ｂ）はその電極構造を示す模式的平面図。
【図１３】実施形態７のプラズマＣＶＤ装置におけるカ
ソード電極〜アノード電極間のインピーダンスの大きさ
｜Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【図１４】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣ
ＶＤ装置に適用する場合の実施形態８を示す、並列共振
周波数ｆ0とインピーダンス調整用容量ＣCとの関係を示
すグラフ。
【図１５】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣ
ＶＤ装置に適用する場合の実施形態９を示す、並列共振
周波数ｆ0とインピーダンス調整用インダクタンスＬCと
の関係を示すグラフ。
【図１６】本発明の電子デバイス製造装置をプラズマＣ
ＶＤ装置に適用する場合の実施形態１０を示す、並列共
振周波数ｆ0とインピーダンス調整用インダクタンスＬC
との関係を示すグラフ。
【図１７】従来のプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面
図。
【図１８】異常放電現象を説明するためのプラズマＣＶ
Ｄ装置の概略断面図。
【図１９】カソード電極の一辺の長さと励起高周波の周
波数との関係を示すグラフ。
【図２０】図１７に示す従来のプラズマＣＶＤ装置にお
けるカソード電極〜アノード電極間のインピーダンスの
大きさ｜Ｚ｜の周波数依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
１，１ａ カソード電極 ２ アノード電極 ３ 反応空間 ４ 高周波電力発生源 ５ ガス噴出口 ６ 反応室 ７ 直流遮断用容量素子 １０ コンデンサからなるインピーダンス調整用容量 １１ 誘電体からなるインピーダンス調整用容量 １２ コイルからなるインピーダンス調整用インダクタ
ンス １３ 電極サイド誘電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ (56)参考文献 特開 平６−287760（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−160028（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−233730（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−37051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−197329（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−77144（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−61185（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−145100（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 H01L 21/31 H05H 1/46

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 薄膜半導体等を堆積させるための原料ガ
    スや希釈ガス或いは半導体素子等を加工するためのエッ
    チングガス等の反応ガスを反応室に導入する反応ガス導
    入手段と、該反応ガスをプラズマ分解するための高周波
    電力を発生する高周波電力発生手段と、該高周波電力発
    生手段に直列接続された高周波励起用のカソード電極と
    を備えた電子デバイス製造装置であって、 該カソード電極と該高周波電力発生手段との間におい
    て、該カソード電極及び該カソード電極と直流的に同電
    位にある部位が該反応室の室壁或いは接地電位にある部
    位に対して持つ浮遊容量以下の容量成分を持つインピー
    ダンス調整用容量を、該浮遊容量と直列接続となるよう
    に挿入し、 前記インピーダンス調整用容量と前記浮遊容量とを直列
    接続したときの全体の容量の大きさＣが、下記（１）式
    の条件を満たすように Ｃ≦１／｛Ｌ G ・（２π・ｆ） 2 ｝ …（１） 但し、Ｌ G ：カソード電極と該カソード電極の電極面に
    対向する接地電位に ある部位との間に等価的に存在する
    誘導成分の大きさ π：円周率 ｆ：励起高周波の周波数 設定した、 電子デバイス製造装置。
  2. 【請求項２】 前記高周波電力発生手段と前記カソード
    電極との間に直列接続された直流遮断用容量素子を備
    え、該カソード電極と該直流遮断用容量素子との間に前
    記インピーダンス調整用容量を挿入した請求項１記載の
    電子デバイス製造装置。
  3. 【請求項３】 前記インピーダンス調整用容量を、前記
    カソード電極の励起高周波の周波数において等価的に存
    在する前記浮遊容量に対して、該周波数において等価的
    に直列とみなせる部位に挿入した請求項１又は請求項２
    記載の電子デバイス製造装置。
  4. 【請求項４】 前記インピーダンス調整用容量が、前記
    カソード電極を前記高周波電力発生手段から直流的に絶
    縁した手段である請求項１又は請求項３記載の電子デバ
    イス製造装置。
  5. 【請求項５】 前記インピーダンス調整用容量が、前記
    直流遮断用容量素子から直流的に絶縁した手段である請
    求項２又は請求項３記載の電子デバイス製造装置。
  6. 【請求項６】 前記インピーダンス調整用容量が、前記
    カソード電極上に設けた誘電体で形成されている請求項
    １記載の電子デバイス製造装置。
  7. 【請求項７】 薄膜半導体等を堆積させるための原料ガ
    スや希釈ガス或いは半導体素子等を加工するためのエッ
    チングガス等の反応ガスを反応室に導入する反応ガス導
    入手段と、該反応ガスをプラズマ分解するための高周波
    電力を発生する高周波電力発生手段と、該高周波電力発
    生手段に直列接続された高周波励起用のカソード電極と
    を備えた電子デバイス製造装置であって、 該カソード電極及び該カソード電極と直流的に同電位に
    ある部位が該反応室の室壁或いは接地電位にある部位に
    対して持つ浮遊容量ＣFと並列接続になる位置にインピ
    ーダンス調整用インダクタンスを挿入し、該インピーダ
    ンス調整用インダクタンスの容量成分ＬCが、下記
    （２）式の条件を満たすように ＬC≧１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝ …（２） 設定した電子デバイス製造装置。
  8. 【請求項８】 薄膜半導体等を堆積させるための原料ガ
    スや希釈ガス或いは半導体素子等を加工するためのエッ
    チングガス等の反応ガスを反応室に導入する反応ガス導
    入手段と、該反応ガスをプラズマ分解するための高周波
    電力を発生する高周波電力発生手段と、該高周波電力発
    生手段に直列接続された高周波励起用のカソード電極と
    を備えた電子デバイス製造装置であって、 該カソード電極及び該カソード電極と直流的に同電位に
    ある部位が該反応室の室壁或いは接地電位にある部位に
    対して持つ浮遊容量ＣFと並列接続になる位置にインピ
    ーダンス調整用インダクタンスを挿入し、該インピーダ
    ンス調整用インダクタンスの容量成分ＬCが、下記
    （３）式の条件を満たすように ＬC＜１／｛（２・π・ｆ）2・ＣF｝ …（３） 設定した電子デバイス製造装置。
  9. 【請求項９】 前記インピーダンス調整用インダクタン
    スを、前記カソード電極の励起高周波の周波数において
    等価的に存在する前記浮遊容量ＣFに対して、該周波数
    において等価的に並列とみなせる部位に挿入した請求項
    ７又は請求項８記載の電子デバイス製造装置。
  10. 【請求項１０】 前記インピーダンス調整用インダクタ
    ンスが、前記カソード電極を前記接地電位にある部位に
    直流的に短絡してなる手段である請求項７〜請求項９の
    いずれかに記載の電子デバイス製造装置。
  11. 【請求項１１】 前記カソード電極の外側に電極サイド
    誘電体を備え、該カソード電極及び該電極サイド誘電体
    が前記反応室の底壁を構成している請求項７〜請求項１
    ０のいずれかに記載の電子デバイス製造装置。
  12. 【請求項１２】 前記カソード電極が円筒状をなし、そ
    の内側にアノード電極を有し、かつ該カソード電極の外
    側に電極サイド誘電体を備え、該カソード電極及び該電
    極サイド誘電体が前記反応室の壁を構成している請求項
    ７〜請求項１０のいずれかに記載の電子デバイス製造装
    置。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜請求項６のいずれかに記載
    のインピーダンス調整用容量を備えた請求項７〜請求項
    １２のいずれかに記載の電子デバイス製造装置。
  14. 【請求項１４】 前記カソード電極の大きさが下記
    （４）式の条件を満たす Ｄ≧（１／１６）・λ …（４） 但し、Ｄ：カソード電極表面に確保できる最大の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定されている請求項１〜請求項１３のいずれ
    かに記載の電子デバイス製造装置。
  15. 【請求項１５】 前記カソード電極の大きさが下記
    （５）式の条件を満たす Ｄ≧（１／８）・λ …（５） 但し、Ｄ：カソード電極表面に確保できる最大の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定されている請求項１〜請求項１３のいずれ
    かに記載の電子デバイス製造装置。
  16. 【請求項１６】 前記反応室の大きさが、下記（６）式
    の条件を満たすような Ｄ0≦（１／２）・λ …（６） 但し、 Ｄ0：反応室内部の電極面と平行方向に確保できる最大
    の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定されている請求項１〜請求項７又は請求項
    ９〜請求項１４のいずれかに記載の電子デバイス製造装
    置。
  17. 【請求項１７】 前記反応室の大きさが、下記（７）式
    の条件を満たすような Ｄ0≧（１／２）・λ …（７） 但し、 Ｄ0：反応室内部の電極面と平行方向に確保できる最大
    の寸法 λ：カソード電極から励起される高周波の波長 大きさに設定されている請求項８〜請求項１４のいずれ
    かに記載の電子デバイス製造装置。
  18. 【請求項１８】 前記高周波電力発生手段の高周波条件
    を励起周波数が高周波ＶＨＦ帯の連続放電に設定した請
    求項１〜請求項１７のいずれかに記載の電子デバイス製
    造装置。
  19. 【請求項１９】 前記高周波電力発生手段の高周波条件
    を励起周波数が高周波ＶＨＦ帯のパルス放電に設定した
    請求項１〜請求項１７のいずれかに記載の電子デバイス
    製造装置。
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