JP3377773B2 - 放電電極への給電方法、高周波プラズマ発生方法および半導体製造方法 - Google Patents
放電電極への給電方法、高周波プラズマ発生方法および半導体製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や薄膜ト
ランジスタなど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、窒化シリコンなど
の半導体の製膜や、半導体膜のエッチングに用いられる
高周波プラズマ発生装置の放電電極への給電方法、およ
び、これを用いたプラズマ発生方法および半導体製造方
法に関する。また、放電を用いた各種の表面処理にも用
いることができる。
ランジスタなど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、窒化シリコンなど
の半導体の製膜や、半導体膜のエッチングに用いられる
高周波プラズマ発生装置の放電電極への給電方法、およ
び、これを用いたプラズマ発生方法および半導体製造方
法に関する。また、放電を用いた各種の表面処理にも用
いることができる。
【０００２】
【従来の技術】上記高周波プラズマ発生装置の構成とそ
れを用いた半導体の製造方法の例として、アモルファス
シリコン半導体薄膜（以下、ａ−Ｓｉという）をプラズ
マ化学蒸着装置（以下ＰＣＶＤ装置という）にて製造す
る場合について、平行平板型電極を用いた場合と、
ラダー電極を用いた場合の２つの場合の代表例を挙げて
説明する。
れを用いた半導体の製造方法の例として、アモルファス
シリコン半導体薄膜（以下、ａ−Ｓｉという）をプラズ
マ化学蒸着装置（以下ＰＣＶＤ装置という）にて製造す
る場合について、平行平板型電極を用いた場合と、
ラダー電極を用いた場合の２つの場合の代表例を挙げて
説明する。
【０００３】図８はａ−Ｓｉ製膜にごく一般に用いられ
るの平行平板型電極を用いた装置の一構成例を示して
いる。反応容器１内に基板ヒータ２を設置し、電気的に
接地する。基板ヒータ２と対向した位置に、基板ヒータ
２からたとえば２０ｍｍ離して平板電極３を設置する。
平板電極３には外部の高周波電源４をインピーダンス整
合器５および同軸ケーブル６を介して接続する。平板電
極３には基板ヒータ２と対向する面と反対側に不要なプ
ラズマが生成しないようにアースシールド８を設置す
る。
るの平行平板型電極を用いた装置の一構成例を示して
いる。反応容器１内に基板ヒータ２を設置し、電気的に
接地する。基板ヒータ２と対向した位置に、基板ヒータ
２からたとえば２０ｍｍ離して平板電極３を設置する。
平板電極３には外部の高周波電源４をインピーダンス整
合器５および同軸ケーブル６を介して接続する。平板電
極３には基板ヒータ２と対向する面と反対側に不要なプ
ラズマが生成しないようにアースシールド８を設置す
る。
【０００４】ａ−Ｓｉ製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ4ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで反応容器１内の圧力をたとえば
１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、基
板１６と平板電極３の間にプラズマを発生させる。高周
波電力が効率良くプラズマ発生部に供給されるようにイ
ンピーダンス整合器５を調整する。プラズマ１９中では
ＳｉＨ4が分解し、基板１６表面にａ−Ｓ模が製膜され
る。たとえば１０分間程度この状態で製膜を行うことに
より必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ4ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで反応容器１内の圧力をたとえば
１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、基
板１６と平板電極３の間にプラズマを発生させる。高周
波電力が効率良くプラズマ発生部に供給されるようにイ
ンピーダンス整合器５を調整する。プラズマ１９中では
ＳｉＨ4が分解し、基板１６表面にａ−Ｓ模が製膜され
る。たとえば１０分間程度この状態で製膜を行うことに
より必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
【０００５】図９はのラダー電極３０３を用いた装置
の一構成例を示している。ラダー電極についてはたとえ
ば特開平４−２３６７８１号公報に詳細が報告されてい
る。図１０はラダー電極３０３の構造がよく分かるよう
に図９のＡ方向から描いた図である。また、ラダー電極
を発展させた電極形状として、ラダー電極のように複数
の電極棒を平行に並べた電極群を２つ直行させて配置さ
せた網目状の電極がたとえば特開平１１−１１１６２２
号公報に報告されているが、これもラダー電極の一種と
考えられ、同様に用いることができる。
の一構成例を示している。ラダー電極についてはたとえ
ば特開平４−２３６７８１号公報に詳細が報告されてい
る。図１０はラダー電極３０３の構造がよく分かるよう
に図９のＡ方向から描いた図である。また、ラダー電極
を発展させた電極形状として、ラダー電極のように複数
の電極棒を平行に並べた電極群を２つ直行させて配置さ
せた網目状の電極がたとえば特開平１１−１１１６２２
号公報に報告されているが、これもラダー電極の一種と
考えられ、同様に用いることができる。
【０００６】反応容器１内に基板ヒータ２（図１０には
図示していない）を設置し、電気的に接地する。基板ヒ
ータ２と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２
０ｍｍ離してラダー電極３０３を設置する。ラダー電極
３０３には外部の高周波電源４をインピーダンス整合器
５および同軸ケーブル６を介して接続する。ラダー電極
３０３には基板ヒータ２と対向する面と反対側に不要な
プラズマが生成しないようにアースシールド３０８を設
置する。
図示していない）を設置し、電気的に接地する。基板ヒ
ータ２と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２
０ｍｍ離してラダー電極３０３を設置する。ラダー電極
３０３には外部の高周波電源４をインピーダンス整合器
５および同軸ケーブル６を介して接続する。ラダー電極
３０３には基板ヒータ２と対向する面と反対側に不要な
プラズマが生成しないようにアースシールド３０８を設
置する。
【０００７】ａ−Ｓｉ製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７から
ＳｉＨ4ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、真
空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気
速度を調整することで反応容器１内の圧力をたとえば１
００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、基板
１６とラダー電極３０３の間にプラズマを発生させる。
高周波電力が効率良くプラズマ３１９発生部に供給され
るようにインピーダンス整合器５を調整する。プラズマ
３１９中ではＳｉＨ4が分解し、基板１６にａ−Ｓｉ膜
が製膜される。たとえば１０分程度この状態で製膜を行
うことにより必重な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７から
ＳｉＨ4ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、真
空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気
速度を調整することで反応容器１内の圧力をたとえば１
００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、基板
１６とラダー電極３０３の間にプラズマを発生させる。
高周波電力が効率良くプラズマ３１９発生部に供給され
るようにインピーダンス整合器５を調整する。プラズマ
３１９中ではＳｉＨ4が分解し、基板１６にａ−Ｓｉ膜
が製膜される。たとえば１０分程度この状態で製膜を行
うことにより必重な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
【０００８】本構成例は図８の構成例と比較して、以下
の２点の特徴がある。第一の特徴は、電極として平板電
極を用いず、円形断面の電極捧を梯子型に組んだラダー
型と呼ばれる電極を用いていることである。本電極は電
極棒の間を原料のＳｉＨ4ガスが自由に流れるので、原
料供給が均一に行われるという特徴を持つ。第二の特徴
は、給電を電極の１箇所に行うのではなく、複数（ここ
では４点）箇所に行っていることである。
の２点の特徴がある。第一の特徴は、電極として平板電
極を用いず、円形断面の電極捧を梯子型に組んだラダー
型と呼ばれる電極を用いていることである。本電極は電
極棒の間を原料のＳｉＨ4ガスが自由に流れるので、原
料供給が均一に行われるという特徴を持つ。第二の特徴
は、給電を電極の１箇所に行うのではなく、複数（ここ
では４点）箇所に行っていることである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】現在、上記技術を用い
て作製される太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルデ
ィスプレイ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による
低コスト化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高
品質化が求められている。これら要求を満たす新しいプ
ラズマ生成方法として、高周波電源の高高周波化（３０
〜８００ＭＨｚ）がある。高周波化により製膜速度の高
速化と高品質化が両立されることが、たとえば文献Mat.
Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 424, pp.9, 1997に記さ
れている。とくに、ａ−Ｓｉに代る新しい薄膜として注
目されている微結晶Ｓｉ薄膜の高速高品質製膜にこの高
高周波が適していることが最近分かってきている。
て作製される太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルデ
ィスプレイ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による
低コスト化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高
品質化が求められている。これら要求を満たす新しいプ
ラズマ生成方法として、高周波電源の高高周波化（３０
〜８００ＭＨｚ）がある。高周波化により製膜速度の高
速化と高品質化が両立されることが、たとえば文献Mat.
Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 424, pp.9, 1997に記さ
れている。とくに、ａ−Ｓｉに代る新しい薄膜として注
目されている微結晶Ｓｉ薄膜の高速高品質製膜にこの高
高周波が適していることが最近分かってきている。
【００１０】ところが、この高高周波による製膜は、均
一大面積製膜が難しいという欠点がある。これは、高高
周波の波長が電極サイズと同程度のオーダーであること
から、電極端などで生じる反射波を主因とする電極上定
在波の発生、浮遊インダクタンスの存在による電圧分布
への影響、プラズマと高周波との相互干渉などでプラズ
マが不均一となり、結果、製膜が不均一になるためであ
る。
一大面積製膜が難しいという欠点がある。これは、高高
周波の波長が電極サイズと同程度のオーダーであること
から、電極端などで生じる反射波を主因とする電極上定
在波の発生、浮遊インダクタンスの存在による電圧分布
への影響、プラズマと高周波との相互干渉などでプラズ
マが不均一となり、結果、製膜が不均一になるためであ
る。
【００１１】平行平板電極を用いた場合の代表例とし
て挙げた上記構成例において、電極サイズが３０ｃｍ×
３０ｃｍを越え、または、周波数が３０ＭＨｚを越える
と、上記定在波の影響が顕著となり、半導体製膜上最低
限必要な製膜膜厚均一性±１０％の達成が困難になる。
て挙げた上記構成例において、電極サイズが３０ｃｍ×
３０ｃｍを越え、または、周波数が３０ＭＨｚを越える
と、上記定在波の影響が顕著となり、半導体製膜上最低
限必要な製膜膜厚均一性±１０％の達成が困難になる。
【００１２】図１１は、１００ＭＨｚでの定在波による
電圧分布の１例である。図１１には同時にイオン飽和電
流分布も示している。イオン飽和電流分布は、電子密度
分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一般にプラ
ズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を見ると電
極上に定在波が生じており、それに対応してイオン飽和
電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっているこ
とが分かる。
電圧分布の１例である。図１１には同時にイオン飽和電
流分布も示している。イオン飽和電流分布は、電子密度
分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一般にプラ
ズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を見ると電
極上に定在波が生じており、それに対応してイオン飽和
電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっているこ
とが分かる。
【００１３】一方、ラダー電極を用いた場合の代表例
としてあげた図９、図１０は、ラダー電極を用いている
ことに加え、１点給電では顕著に生じてしまう定在波
を、４点に給電することにより低減したことを特徴とす
るものである。しかしながら、この場合でも、電極サイ
ズが３０ｃｍを越え、または、周波数が８０ＭＨｚを越
えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。
としてあげた図９、図１０は、ラダー電極を用いている
ことに加え、１点給電では顕著に生じてしまう定在波
を、４点に給電することにより低減したことを特徴とす
るものである。しかしながら、この場合でも、電極サイ
ズが３０ｃｍを越え、または、周波数が８０ＭＨｚを越
えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。
【００１４】図１２に６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚで
４点給電したときのラダー電極上に生じる電圧分布を示
す。６０ＭＨｚでは比較的均一な電圧分布を示している
が、１００ＭＨｚでは不均一になってしまっている。ま
た、４点の給電点位置は、試行錯誤的に最適位置を見つ
ける必要があり、非常に手間暇がかかる。さらに、ガス
圧、高周波電力などの製膜条件を変更すると、最適位置
が変ってしまうという問題がある。
４点給電したときのラダー電極上に生じる電圧分布を示
す。６０ＭＨｚでは比較的均一な電圧分布を示している
が、１００ＭＨｚでは不均一になってしまっている。ま
た、４点の給電点位置は、試行錯誤的に最適位置を見つ
ける必要があり、非常に手間暇がかかる。さらに、ガス
圧、高周波電力などの製膜条件を変更すると、最適位置
が変ってしまうという問題がある。
【００１５】以上のような問題は学会でも注目され、こ
れまでに例えば文献Mat. Res. Soc.Symp. Proc. Vol. 3
77, pp.27, 1995に記されているように、平行平板の給
電側と反対側にロスのないリアクタンス（コイル）を接
続することが提案されている。これは、定在波の電極端
からの反射条件を変えることで、定在波の波形の中で分
布が比較的平らな部分、たとえば正弦波の極大付近を電
極上に発生させて、電極に生じる電圧分布を少なくする
ものである。しかしながら、この方法は定在波を根本か
ら無くすのではなく、正弦波のうち平らな部分が電極上
に発生するようにするだけであるため、均一部分が得ら
れるのは高周波の波長の１／８程度までであり、それを
越える範囲の均一化は原理的に不可能である。図１３に
１００ＭＨｚで平行平板電極の一端をロスのないリアク
タンス（コイル）で終端したときの電圧分布を示す。こ
のように、終端端から３０ｃｍ程度離れた領域の電圧分
布は均一であるが、それ以上離れた領域での電圧分布は
不均一になってしまっており、この領域に対応する部分
は製膜に用いることができない。
れまでに例えば文献Mat. Res. Soc.Symp. Proc. Vol. 3
77, pp.27, 1995に記されているように、平行平板の給
電側と反対側にロスのないリアクタンス（コイル）を接
続することが提案されている。これは、定在波の電極端
からの反射条件を変えることで、定在波の波形の中で分
布が比較的平らな部分、たとえば正弦波の極大付近を電
極上に発生させて、電極に生じる電圧分布を少なくする
ものである。しかしながら、この方法は定在波を根本か
ら無くすのではなく、正弦波のうち平らな部分が電極上
に発生するようにするだけであるため、均一部分が得ら
れるのは高周波の波長の１／８程度までであり、それを
越える範囲の均一化は原理的に不可能である。図１３に
１００ＭＨｚで平行平板電極の一端をロスのないリアク
タンス（コイル）で終端したときの電圧分布を示す。こ
のように、終端端から３０ｃｍ程度離れた領域の電圧分
布は均一であるが、それ以上離れた領域での電圧分布は
不均一になってしまっており、この領域に対応する部分
は製膜に用いることができない。
【００１６】以上のように、高高周波を用いたプラズマ
発生において、従来の技術では、１ｍ×１ｍを越えるよ
うな非常に大きな基板を対象として、大面積で均一なプ
ラズマを発生し、均一処理を行うことはできなかった。
発生において、従来の技術では、１ｍ×１ｍを越えるよ
うな非常に大きな基板を対象として、大面積で均一なプ
ラズマを発生し、均一処理を行うことはできなかった。
【００１７】なお、本発明の類似技術として、２つのこ
となる高周波を２つの放電電極にそれぞれ供給する技術
があり、たとえば、M. Noisan, J. Pelletier, ed., "M
icrowave Excited Plasmas"、Technology, 4, second i
mpression, pp.401, Elsevier Science B.V. 1999に詳
述されている。
となる高周波を２つの放電電極にそれぞれ供給する技術
があり、たとえば、M. Noisan, J. Pelletier, ed., "M
icrowave Excited Plasmas"、Technology, 4, second i
mpression, pp.401, Elsevier Science B.V. 1999に詳
述されている。
【００１８】しかし、この技術の目的は、１つの高周波
をプラズマ生成のために、他方の高周波を絶縁性の基板
の表面バイアス電圧の制御のために用い、基板への活性
イオン等の流入量および入射エネルギーを制御すること
であり、本発明の１ｍ×１ｍを越えるような非常に大き
な基板を対象として、大面積で均一なプラズマを発生
し、均一処理を行う目的とは全く異なるものである。
をプラズマ生成のために、他方の高周波を絶縁性の基板
の表面バイアス電圧の制御のために用い、基板への活性
イオン等の流入量および入射エネルギーを制御すること
であり、本発明の１ｍ×１ｍを越えるような非常に大き
な基板を対象として、大面積で均一なプラズマを発生
し、均一処理を行う目的とは全く異なるものである。
【００１９】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、高高周波（ＶＨＦ）を利用するプラズ
マＣＶＤにおいて、大きな基板を対象として、大面積で
均一なプラズマを生成させ、均一処理を行うことができ
る放電電極への給電方法、高周波プラズマ生成装置およ
び半導体薄膜製造方法を提供することを目的とする。
たものであって、高高周波（ＶＨＦ）を利用するプラズ
マＣＶＤにおいて、大きな基板を対象として、大面積で
均一なプラズマを生成させ、均一処理を行うことができ
る放電電極への給電方法、高周波プラズマ生成装置およ
び半導体薄膜製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する高周
波放電電極の発明の第１は、こうした事情を考慮し、電
極上に生じる定在波の発生を原理的に無くし、電圧分布
を均一にすることによって、１ｍ×１ｍを越える非常に
大きなサイズの基板に対しても均一な製膜をすべく考案
されたものである。
波放電電極の発明の第１は、こうした事情を考慮し、電
極上に生じる定在波の発生を原理的に無くし、電圧分布
を均一にすることによって、１ｍ×１ｍを越える非常に
大きなサイズの基板に対しても均一な製膜をすべく考案
されたものである。
【００２１】高高周波でのプラズマ密度の不均一発生原
因としては、上記のように、電極上定在波の発生、浮遊
インダクタンスの存在による電圧分布への影響、プラズ
マと高周波との相互干渉などが考えられてきたが、発明
者らはこれを鋭意検討した結果、発明が解決しようとす
る課題に記したように、電極上の定在波発生が主因であ
ることを見いだした。そこで、定在波の発生を原理的に
無くす手段として、電極に２つの周波数を供給してピー
トを生じさせることを考えた。
因としては、上記のように、電極上定在波の発生、浮遊
インダクタンスの存在による電圧分布への影響、プラズ
マと高周波との相互干渉などが考えられてきたが、発明
者らはこれを鋭意検討した結果、発明が解決しようとす
る課題に記したように、電極上の定在波発生が主因であ
ることを見いだした。そこで、定在波の発生を原理的に
無くす手段として、電極に２つの周波数を供給してピー
トを生じさせることを考えた。
【００２２】以下に、わかりやすくするため簡単化して
説明する。すなわち、１次元に簡単化し、２つの周波数
を１本の電極の両端から供給する場合を考え、さらに、
それぞれの高周波の波の減衰が無視でき、かつ、それぞ
れの振幅が１で位相定数が等しく、かつ、電極端での反
射が小さく無視できるとすれば、両端から供給される高
周波の波はそれぞれ下式（１）及び（２）で与えられ
る。
説明する。すなわち、１次元に簡単化し、２つの周波数
を１本の電極の両端から供給する場合を考え、さらに、
それぞれの高周波の波の減衰が無視でき、かつ、それぞ
れの振幅が１で位相定数が等しく、かつ、電極端での反
射が小さく無視できるとすれば、両端から供給される高
周波の波はそれぞれ下式（１）及び（２）で与えられ
る。
【００２３】φ1＝ｃｏｓ（ω1ｔ−ｋ1ｚ）……（１）
φ2＝ｃｏｓ（ω2ｔ＋ｋ2ｚ）……（２）
ここで、ωはそれぞれの波の角周波数（ｒａｄ／ｓ）、
ｋは波数（ｒａｄ／ｍ）、ｔは時間（ｓ）、ｚは位置
（ｍ）である。
ｋは波数（ｒａｄ／ｍ）、ｔは時間（ｓ）、ｚは位置
（ｍ）である。
【００２４】波数ｋは、位相速度ｖ（ｍ／ｓ）および角
周波数ωを用いて次式（３）のように表される。
周波数ωを用いて次式（３）のように表される。
【００２５】ｋ1＝ω1／ｖ1，ｋ2＝ω2／ｖ2……（３）
電極上の電圧分布φは、これらの波の和、すなわち下式
（４）で表される。
（４）で表される。
【００２６】
φ＝φ1＋φ2＝ｃｏｓ（ω1ｔ−ｋ1ｚ）＋ｃｏｓ（ω2ｔ＋ｋ2ｚ）＝２ｃｏ
ｓ（ωaveｔ−ｋmodｚ）ｃｏｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）……（４）
ただし、
ωave＝ω1＋ω2／２，ωmod＝ω1−ω2／２，
ｋave＝ｋ1＋ｋ2／２，ｋmod＝ｋ1−ｋ2／２
まず、ω1＝ω2の場合、すなわち、両端から同じ周波数
の高周波を供給した場合を考える。これは、たとえば単
一の電源から高周波電力を２つに分配して供給した場
合、もしくは、単一の発振器からの高周波で複数の高周
波電源を同期させて運転しその出力を供給した場合に相
当する。この場合、電圧分布φは下式（５）で表され
る。
の高周波を供給した場合を考える。これは、たとえば単
一の電源から高周波電力を２つに分配して供給した場
合、もしくは、単一の発振器からの高周波で複数の高周
波電源を同期させて運転しその出力を供給した場合に相
当する。この場合、電圧分布φは下式（５）で表され
る。
【００２７】
φ＝２ｃｏｓ（ω1ｔ）ｃｏｓ（−ω1／ｖ1・ｚ）……（５）
上式（５）から、角周波数ω1のキャリア波ｃｏｓ（ω1
ｔ）と、包絡線ｃｏｓ（−ω1／ｖ1・ｚ）からなる定在
波が生じてしまうことが分かる。
ｔ）と、包絡線ｃｏｓ（−ω1／ｖ1・ｚ）からなる定在
波が生じてしまうことが分かる。
【００２８】一方、周波数の違うω1≠ω2の場合には、
下式（６）で電圧分布φが求められる。
下式（６）で電圧分布φが求められる。
【００２９】
φ＝２ｃｏｓ（ωaveｔ−ｋmodｚ）ｃｏｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）
……（６）
上式（６）から、角周波数ωaveのキャリア波ｃｏｓ
（ωaveｔ−ｋmodｚ）と、一般的に「ビート」もしくは
「うなり」と呼ばれる角周波数ωmodの変調波ｃｏｓ
（ωmodｔ−ｋaveｚ）となり、変調波は空間的に移動
し、定在波となることがない。
（ωaveｔ−ｋmodｚ）と、一般的に「ビート」もしくは
「うなり」と呼ばれる角周波数ωmodの変調波ｃｏｓ
（ωmodｔ−ｋaveｚ）となり、変調波は空間的に移動
し、定在波となることがない。
【００３０】本発明はこの原理に基づきなされたもので
あり、請求項１に記載したように、単一の保持電極に保
持された被処理基板と単一の放電電極とを放電容器内に
離間させて対面配置し、該放電電極と被処理基板との間
に実質的に均一な放電状態を広範囲に発生させる放電電
極への給電方法であって、前記単一の放電電極はラダー
状または網目状をなし、複数の給電点を介して前記単一
の放電電極にそれぞれ異なる発振周波数の高周波を互い
に独立する複数の高周波電源を用いて供給し、前記複数
の高周波電源から発振される発振周波数を２０〜２００
ＭＨｚの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源間の発振
周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０％以内と
し、該発振周波数の差により変調波成分を生じさせ、こ
れにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線
成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、前記単一
の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波の発生を
抑制することを特徴とする。また、請求項２に記載した
ように、本発明は、単一の放電電極はラダー状または網
目状をなし、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設
けた給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給
電点群を介して前記単一の放電電極にそれぞれ給電する
際に、前記複数の給電点群の各々に互いに異なる１つの
発振周波数の高周波を供給し、前記複数の高周波電源か
ら発振される発振周波数を２０〜２００ＭＨｚの範囲と
し、かつ前記複数の高周波電源間の発振周波数の差を各
高周波電源の発振周波数の２０％以内とし、該発振周波
数の差により変調波成分を生じさせ、これにより前記単
一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線成分を前記単一
の放電電極に沿って変位させ、前記単一の放電電極内に
生じる電圧分布としての定在波の発生を抑制することを
特徴とする。このように２つまたはそれ以上の異なる周
波数の高周波を単一の放電電極に供給することにより、
周波数２０〜２００ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）を用い
て高速高品質の膜を得ることができ、例えば１ｍ×１ｍ
を越えるような非常に大きな基板サイズを対象とした装
置であっても、放電電極と被処理基板との間の放電領域
での定在波の発生を抑え、均一なプラズマおよび均一な
処理が可能になる。
あり、請求項１に記載したように、単一の保持電極に保
持された被処理基板と単一の放電電極とを放電容器内に
離間させて対面配置し、該放電電極と被処理基板との間
に実質的に均一な放電状態を広範囲に発生させる放電電
極への給電方法であって、前記単一の放電電極はラダー
状または網目状をなし、複数の給電点を介して前記単一
の放電電極にそれぞれ異なる発振周波数の高周波を互い
に独立する複数の高周波電源を用いて供給し、前記複数
の高周波電源から発振される発振周波数を２０〜２００
ＭＨｚの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源間の発振
周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０％以内と
し、該発振周波数の差により変調波成分を生じさせ、こ
れにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線
成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、前記単一
の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波の発生を
抑制することを特徴とする。また、請求項２に記載した
ように、本発明は、単一の放電電極はラダー状または網
目状をなし、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設
けた給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給
電点群を介して前記単一の放電電極にそれぞれ給電する
際に、前記複数の給電点群の各々に互いに異なる１つの
発振周波数の高周波を供給し、前記複数の高周波電源か
ら発振される発振周波数を２０〜２００ＭＨｚの範囲と
し、かつ前記複数の高周波電源間の発振周波数の差を各
高周波電源の発振周波数の２０％以内とし、該発振周波
数の差により変調波成分を生じさせ、これにより前記単
一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線成分を前記単一
の放電電極に沿って変位させ、前記単一の放電電極内に
生じる電圧分布としての定在波の発生を抑制することを
特徴とする。このように２つまたはそれ以上の異なる周
波数の高周波を単一の放電電極に供給することにより、
周波数２０〜２００ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）を用い
て高速高品質の膜を得ることができ、例えば１ｍ×１ｍ
を越えるような非常に大きな基板サイズを対象とした装
置であっても、放電電極と被処理基板との間の放電領域
での定在波の発生を抑え、均一なプラズマおよび均一な
処理が可能になる。
【００３１】また、本発明の第二は、２つまたはそれ以
上の電源から高周波を電極に供給するために必要な電源
保護の方法を提供するものである。
上の電源から高周波を電極に供給するために必要な電源
保護の方法を提供するものである。
【００３２】また、本発明の第三は、プラズマ発生の周
期を、そのプラズマ処理に必要なプラズマ中の活性分子
などが効率よく発生する周期にすることにより、処理効
率を向上させる方法を提供するものである。
期を、そのプラズマ処理に必要なプラズマ中の活性分子
などが効率よく発生する周期にすることにより、処理効
率を向上させる方法を提供するものである。
【００３３】また、本発明の第四は、プラズマ発生の周
期をパーティクルの発生の抑制、またはパーティクルの
放電領域からの排出に効果的な周期とすることにより、
パーティクルの低減、膜質の向上、膜圧分布を均一化す
る方法を提供するものである。
期をパーティクルの発生の抑制、またはパーティクルの
放電領域からの排出に効果的な周期とすることにより、
パーティクルの低減、膜質の向上、膜圧分布を均一化す
る方法を提供するものである。
【００３４】以下、各請求項ごとに詳細を説明する。
【００３５】前記課題を解決するために請求項１または
２の放電電極への給電方法の発明は、２つの周波数（ω
1≠ω2）を電極に供給する具体的な手段として、複数の
独立した高周波電源を用いることにより定在波の発生防
止という効果を得ることを狙ったものである。通常、た
とえば６０ＭＨｚの電源を２台用意した場合、それぞれ
に内蔵されている発振器の構成上に固有の相違点が存在
するため、数百ｋＨｚ程度の発振周波数の違いがあるの
が普通である。一方、各高周波電源間の周波数の差を余
り大きくして、片方の周波数が最適な周波数から大きく
ずれてしまうと、製膜やエッチングの性能が、最適な周
波数の性能から著しく低下してしまうので、これを防止
するため、複数の高周波電源間の周波数の差を、各高周
波電源の発振周波数の２０％以内としたものである。し
たがって、この２台の独立した電源間の発振周波数の相
違によりω1≠ω2が自動的に成り立ち、変調波成分ｃｏ
ｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）を生じさせ、これにより包絡線
ｃｏｓ（−ω1／ｖ1・ｚ）成分からなる定在波の発生を
抑制でき、非常に簡単なシステムで課題の解決が図れ
る。
２の放電電極への給電方法の発明は、２つの周波数（ω
1≠ω2）を電極に供給する具体的な手段として、複数の
独立した高周波電源を用いることにより定在波の発生防
止という効果を得ることを狙ったものである。通常、た
とえば６０ＭＨｚの電源を２台用意した場合、それぞれ
に内蔵されている発振器の構成上に固有の相違点が存在
するため、数百ｋＨｚ程度の発振周波数の違いがあるの
が普通である。一方、各高周波電源間の周波数の差を余
り大きくして、片方の周波数が最適な周波数から大きく
ずれてしまうと、製膜やエッチングの性能が、最適な周
波数の性能から著しく低下してしまうので、これを防止
するため、複数の高周波電源間の周波数の差を、各高周
波電源の発振周波数の２０％以内としたものである。し
たがって、この２台の独立した電源間の発振周波数の相
違によりω1≠ω2が自動的に成り立ち、変調波成分ｃｏ
ｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）を生じさせ、これにより包絡線
ｃｏｓ（−ω1／ｖ1・ｚ）成分からなる定在波の発生を
抑制でき、非常に簡単なシステムで課題の解決が図れ
る。
【００３６】
【００３７】
【００３８】請求項４は、複数の高周波電源を用いて定
在波を抑制するにあたり、前記の１次元的なモデル化が
当てはまる必要があるが、１つの具体的条件として放電
電極への複数の給電点を互いに対称な位置に配置するこ
とを特徴としたものである。
在波を抑制するにあたり、前記の１次元的なモデル化が
当てはまる必要があるが、１つの具体的条件として放電
電極への複数の給電点を互いに対称な位置に配置するこ
とを特徴としたものである。
【００３９】請求項５は、複数の高周波電源を用いて定
在波を抑制するにあたり、当該高周波電源に他の高周波
電源から異なる周波数および位相の高周波が入射し、当
該高周波電源が損傷を受けることを防止することを目的
とし、放電電極と当該高周波電源とのインピーダンス整
合を行う整合器を設け、この整合器と当咳高周波電源と
の間に、サーキュレータおよびダミーロード負荷を有す
るアイソレータを挿入し、このアイソレータで他の高周
波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減す
ることにより、当該高周波電源を保護することを特徴と
するものである。
在波を抑制するにあたり、当該高周波電源に他の高周波
電源から異なる周波数および位相の高周波が入射し、当
該高周波電源が損傷を受けることを防止することを目的
とし、放電電極と当該高周波電源とのインピーダンス整
合を行う整合器を設け、この整合器と当咳高周波電源と
の間に、サーキュレータおよびダミーロード負荷を有す
るアイソレータを挿入し、このアイソレータで他の高周
波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減す
ることにより、当該高周波電源を保護することを特徴と
するものである。
【００４０】請求項６は、実際に容易に製作できるアイ
ソレータの周波数帯域幅が、高周波電力１ｋＷ以下にお
いて４％程度であることから、この範囲内でのシステム
構築を考え、各高周波電源の周波数の差を周波数の平均
の４％以内とすることを特徴とするものである。なお、
高周波電力２ｋＷ程度では実際に製作できるアイソレー
タの周波数帯域幅が１％程度であることから、各高周波
電源の周波数の差を周波数の平均の１％以内とすること
が好ましい。
ソレータの周波数帯域幅が、高周波電力１ｋＷ以下にお
いて４％程度であることから、この範囲内でのシステム
構築を考え、各高周波電源の周波数の差を周波数の平均
の４％以内とすることを特徴とするものである。なお、
高周波電力２ｋＷ程度では実際に製作できるアイソレー
タの周波数帯域幅が１％程度であることから、各高周波
電源の周波数の差を周波数の平均の１％以内とすること
が好ましい。
【００４１】請求項７は、複数電源を用いて定在波を抑
制するにあたり、当該電源に他の電源から周波数および
位相の違う高周波が入射し、当該電源が損傷を受けるこ
とを防止することを目的とし、各高周波電源に放電電極
側から入射する高周波電力の大きさに応じて当該高周波
電源を除く他の高周波電源からの出力を制限し、他の高
周波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減
することにより、当該高周波電源を保護することを特徴
とするものである
制するにあたり、当該電源に他の電源から周波数および
位相の違う高周波が入射し、当該電源が損傷を受けるこ
とを防止することを目的とし、各高周波電源に放電電極
側から入射する高周波電力の大きさに応じて当該高周波
電源を除く他の高周波電源からの出力を制限し、他の高
周波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減
することにより、当該高周波電源を保護することを特徴
とするものである
【００４２】
【００４３】請求項８は、周期が遅いとプラズマがＯＮ
／ＯＦＦを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ＯＮの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を、当該放電電極で発生させるプラ
ズマ中の活性原子の消滅寿命より短くするか、又は活性
分子の消滅寿命より短くするか、又はイオンの消滅寿命
より短くすることを特徴とするものである。なお、定在
波の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の消滅寿命の１／２以下とすることが好まし
い。
／ＯＦＦを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ＯＮの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を、当該放電電極で発生させるプラ
ズマ中の活性原子の消滅寿命より短くするか、又は活性
分子の消滅寿命より短くするか、又はイオンの消滅寿命
より短くすることを特徴とするものである。なお、定在
波の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の消滅寿命の１／２以下とすることが好まし
い。
【００４４】請求項９は、周期が遅いとプラズマがＯＮ
／ＯＦＦを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ＯＮの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を短くするものである。例えば、シ
ランを用いたシリコン薄膜製膜を対象として具体的に
は、周波数の差の逆数である周期を、下式（７）から求
められるＳｉＨ3活性分子の寿命τ： τ＝（Δｘ）2／（２Ｄ） …（７） ここに、Ｄは拡散係数でＤ＝２．５×１０3（ｃｍ
2ｓ-1）、 Δｘは電極から基板までの距離（ｃｍ） または水素原子ラジカルの寿命１．１×１０-4秒 のいずれか一方より短くすることを特徴とするものであ
る。なお、ＯＮ／ＯＦＦの影響をさらに効果的に防止す
るためには、周期をＳｉＨ3活性分子の寿命τの１／２
以下とするか、または水素原子ラジカルの寿命１．１×
１０-4秒の１／２以下とすることが好ましい。
／ＯＦＦを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ＯＮの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を短くするものである。例えば、シ
ランを用いたシリコン薄膜製膜を対象として具体的に
は、周波数の差の逆数である周期を、下式（７）から求
められるＳｉＨ3活性分子の寿命τ： τ＝（Δｘ）2／（２Ｄ） …（７） ここに、Ｄは拡散係数でＤ＝２．５×１０3（ｃｍ
2ｓ-1）、 Δｘは電極から基板までの距離（ｃｍ） または水素原子ラジカルの寿命１．１×１０-4秒 のいずれか一方より短くすることを特徴とするものであ
る。なお、ＯＮ／ＯＦＦの影響をさらに効果的に防止す
るためには、周期をＳｉＨ3活性分子の寿命τの１／２
以下とするか、または水素原子ラジカルの寿命１．１×
１０-4秒の１／２以下とすることが好ましい。
【００４５】請求項１０は、プラズマ中の活性原子もし
くは活性分子もしくはイオンがプラズマ発生後のＯＦＦ
時間に発生し始める応用、たとえばエッチングなどへの
応用を対象として、わざと周期を遅くして故意にプラズ
マのＯＦＦ時間を作り、プラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが発生するのに充分なＯＦＦ時
間を保持し、かつ、そのプラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが一旦増加した後に、プラズマ
がないために減少をはじめ遂にはほとんど無くなる前に
次のプラズマを発生させて、再度ＯＦＦすることによっ
て効率的に当該活性原子もしくは活性分子もしくはイオ
ンを継続的に発生させる条件として、周波数の差の逆数
である周期を、当該放電電極で発生させるプラズマ中の
活性原子の生成時間の１倍以上１０倍以下とするか、又
は活性分子の生成時間の１倍以上１０倍以下とするか、
又はイオンの生成時間の１倍以上１０倍以下とすること
を特徴とするものである。なお、活性原子または活性分
子の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の生成時間の２倍以上４倍以下とすることが好
ましい。
くは活性分子もしくはイオンがプラズマ発生後のＯＦＦ
時間に発生し始める応用、たとえばエッチングなどへの
応用を対象として、わざと周期を遅くして故意にプラズ
マのＯＦＦ時間を作り、プラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが発生するのに充分なＯＦＦ時
間を保持し、かつ、そのプラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが一旦増加した後に、プラズマ
がないために減少をはじめ遂にはほとんど無くなる前に
次のプラズマを発生させて、再度ＯＦＦすることによっ
て効率的に当該活性原子もしくは活性分子もしくはイオ
ンを継続的に発生させる条件として、周波数の差の逆数
である周期を、当該放電電極で発生させるプラズマ中の
活性原子の生成時間の１倍以上１０倍以下とするか、又
は活性分子の生成時間の１倍以上１０倍以下とするか、
又はイオンの生成時間の１倍以上１０倍以下とすること
を特徴とするものである。なお、活性原子または活性分
子の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の生成時間の２倍以上４倍以下とすることが好
ましい。
【００４６】請求項１１は、周波数の差の逆数である周
期を１秒以下とすることを特徴とするものである。これ
よりも周期を短くすると、パーティクルの生成時間が制
限されるので、その結果としてパーティクル発生量が低
減される。なお、パーティクルの発生を実質的になくす
ためには周期を１ミリ秒以下とすることが好ましい。
期を１秒以下とすることを特徴とするものである。これ
よりも周期を短くすると、パーティクルの生成時間が制
限されるので、その結果としてパーティクル発生量が低
減される。なお、パーティクルの発生を実質的になくす
ためには周期を１ミリ秒以下とすることが好ましい。
【００４７】請求項１２は、周波数の差の逆数である周
期を、下式（８）から計算される原料ガスの放電領域滞
在時間ｔ（秒）よりも長くすることを特徴とするもので
ある。これよりも周期を長くすると、原料ガス分子の解
離が促進され、活性原子（活性種、イオン）の生成が円
滑化されるので、パーティクル発生量が低減される。な
お、パーティクルの発生を実質的になくすためには周期
を原料ガスの放電領域滞在時間ｔの２倍以上とすること
が好ましい。
期を、下式（８）から計算される原料ガスの放電領域滞
在時間ｔ（秒）よりも長くすることを特徴とするもので
ある。これよりも周期を長くすると、原料ガス分子の解
離が促進され、活性原子（活性種、イオン）の生成が円
滑化されるので、パーティクル発生量が低減される。な
お、パーティクルの発生を実質的になくすためには周期
を原料ガスの放電領域滞在時間ｔの２倍以上とすること
が好ましい。
【００４８】
ｔ＝（Ｓ・Δｘ）／Ｑ …（８）
Ｑ＝（Ｍ・Ｒ・Ｔ）／Ｐ
ただし、Ｓは基板面積（ｃｍ2）
Δｘは放電電極から基板までの距離（ｃｍ）
Ｑは体積流量（ｃｍ3／秒）
Ｍは質量流量（ｍｏｌ／秒）
Ｒは気体定数（（ａｔｍ・秒）／（Ｋ・ｃｍ3））
Ｔはガスの絶対温度（Ｋ）
Ｐは放電空間の圧力（ａｔｍ）
【００４９】
【００５０】
【００５１】請求項１３は、上記の給電方法を用いて放
電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズマを空間
的および時間的に移動させることにより、該放電ガスプ
ラズマ内の活性分子の生成を高効率化することを特徴と
するプラズマ発生方法である。
電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズマを空間
的および時間的に移動させることにより、該放電ガスプ
ラズマ内の活性分子の生成を高効率化することを特徴と
するプラズマ発生方法である。
【００５２】請求項１４は、上記のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体薄膜の製膜またはエッチングの
処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする半導
体製造方法である。
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体薄膜の製膜またはエッチングの
処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする半導
体製造方法である。
【００５３】
【００５４】請求項１５は、上記のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体基板等の被処理体における表面
の処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする表
面処理方法である。
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体基板等の被処理体における表面
の処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする表
面処理方法である。
【００５５】
【００５６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。
【００５７】（第１の実施の形態）図１を参照しながら
本発明の第１の実施形態に係る高周波プラズマ生成装置
を説明する。装置１Ａは、太陽電池用Ｓｉ半導体薄膜を
製膜するために用いられる高周波プラズマ生成装置であ
り、その反応容器２内に放電電極としてのラダー電極３
０３およびアース電極３を備えている。反応容器２は気
密につくられ、ガス供給管１７および排気管１８が適所
にそれぞれ開口している。ガス供給管１７は図示しない
ガス供給源に連通し、これを通って製膜用ガスが反応容
器１７内に導入されるようになっている。排気管１８は
図示しない真空ポンプの吸引側に連通している。ちなみ
に真空ポンプにより反応容器２の内圧は１×１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度まで真空排気することができるようになってい
る。
本発明の第１の実施形態に係る高周波プラズマ生成装置
を説明する。装置１Ａは、太陽電池用Ｓｉ半導体薄膜を
製膜するために用いられる高周波プラズマ生成装置であ
り、その反応容器２内に放電電極としてのラダー電極３
０３およびアース電極３を備えている。反応容器２は気
密につくられ、ガス供給管１７および排気管１８が適所
にそれぞれ開口している。ガス供給管１７は図示しない
ガス供給源に連通し、これを通って製膜用ガスが反応容
器１７内に導入されるようになっている。排気管１８は
図示しない真空ポンプの吸引側に連通している。ちなみ
に真空ポンプにより反応容器２の内圧は１×１０-6Ｔｏ
ｒｒ程度まで真空排気することができるようになってい
る。
【００５８】保持電極としてのアース電極３と放電電極
としてのラダー電極３０３とは所定の間隔（例えば２０
ｍｍの間隔）をもって対面配置されている。アース電極
３は、被処理体としてのガラス基板１６を保持するため
の機構（図示せず）を備え、基板１６を加熱するための
ヒータ（図示せず）を内蔵している。アース電極３は、
被処理基板１６が２．０ｍ×２．０ｍ角サイズである場
合は２．１ｍ×２．１ｍ角サイズとし、接地されてい
る。定在波を生じることなく、このような大型の基板１
６を保持するアース電極３との間に放電プラズマを生成
させるためには、ラダー電極３０３に発振周波数２０〜
２００ＭＨｚの範囲で発振周波数の２０％以内の周波数
差をもつ複数の高周波を印加して上記の式（６）で表わ
される変調波成分ｃｏｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）を生じさ
せる。なお、ガス供給管１７のガス吹き出し口は、ラダ
ー電極３０３よりも後方にて開口していることが望まし
く、複数の箇所からガスが並行に供給されることが好ま
しい。
としてのラダー電極３０３とは所定の間隔（例えば２０
ｍｍの間隔）をもって対面配置されている。アース電極
３は、被処理体としてのガラス基板１６を保持するため
の機構（図示せず）を備え、基板１６を加熱するための
ヒータ（図示せず）を内蔵している。アース電極３は、
被処理基板１６が２．０ｍ×２．０ｍ角サイズである場
合は２．１ｍ×２．１ｍ角サイズとし、接地されてい
る。定在波を生じることなく、このような大型の基板１
６を保持するアース電極３との間に放電プラズマを生成
させるためには、ラダー電極３０３に発振周波数２０〜
２００ＭＨｚの範囲で発振周波数の２０％以内の周波数
差をもつ複数の高周波を印加して上記の式（６）で表わ
される変調波成分ｃｏｓ（ωmodｔ−ｋaveｚ）を生じさ
せる。なお、ガス供給管１７のガス吹き出し口は、ラダ
ー電極３０３よりも後方にて開口していることが望まし
く、複数の箇所からガスが並行に供給されることが好ま
しい。
【００５９】ラダー電極３０３は、平行な複数本の縦方
向電極棒３０４と一対の横方向電極棒３０５とを格子状
に組み立ててなるものであり、アース電極３により保持
される基板１６と平行に対面配置されている。
向電極棒３０４と一対の横方向電極棒３０５とを格子状
に組み立ててなるものであり、アース電極３により保持
される基板１６と平行に対面配置されている。
【００６０】ラダー電極３０３には４つの給電点９ａ，
９ｂ1が設けられている。このうち２つの第１の給電点
９ａは一方の横方向電極棒３０５に設けられ、２つの第
２の給電点９ｂ1は他方の横方向電極棒３０５に設けら
れている。なお、各給電点９ａ，９ｂ1は横方向電極棒
３０５をほぼ三等分するところにそれぞれ位置してい
る。
９ｂ1が設けられている。このうち２つの第１の給電点
９ａは一方の横方向電極棒３０５に設けられ、２つの第
２の給電点９ｂ1は他方の横方向電極棒３０５に設けら
れている。なお、各給電点９ａ，９ｂ1は横方向電極棒
３０５をほぼ三等分するところにそれぞれ位置してい
る。
【００６１】２つの第１の給電点９ａには分岐する同軸
ケーブル８ａを介して整合器７ａ，パワーメータ６ａ，
第１の高周波電源５ａがこの順に接続されている。第１
の高周波電源５ａは周波数６０．０ＭＨｚの高高周波
（ＶＨＦ）を発振する高周波発振器を内蔵しており、２
つの第１の給電点９ａを介してラダー電極３０３に周波
数６０．０ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーが供給さ
れるようになっている。なお、整合器７ａから電極側の
同軸ケーブル８ａは、Ｔ分岐プラグを用いて分岐した。
ケーブル８ａを介して整合器７ａ，パワーメータ６ａ，
第１の高周波電源５ａがこの順に接続されている。第１
の高周波電源５ａは周波数６０．０ＭＨｚの高高周波
（ＶＨＦ）を発振する高周波発振器を内蔵しており、２
つの第１の給電点９ａを介してラダー電極３０３に周波
数６０．０ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーが供給さ
れるようになっている。なお、整合器７ａから電極側の
同軸ケーブル８ａは、Ｔ分岐プラグを用いて分岐した。
【００６２】一方、第２の給電点９ｂ1には分岐する同
軸ケーブル８ｂを介して整合器７ｂ，パワーメータ６
ｂ，第２の高周波電源５ｂがこの順に接続されている。
第２の高周波電源５ｂは、第１高周波電源５ａから独立
しており、周波数６０．３ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）
を発振する高周波発振器を内蔵しており、２つの第２の
給電点９ｂ1を介してラダー電極３０３に周波数６０．
３ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーが供給されるよう
になっている。なお、整合器７ｂから電極側の同軸ケー
ブル８ｂは、Ｔ分岐プラグを用いて分岐した。
軸ケーブル８ｂを介して整合器７ｂ，パワーメータ６
ｂ，第２の高周波電源５ｂがこの順に接続されている。
第２の高周波電源５ｂは、第１高周波電源５ａから独立
しており、周波数６０．３ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）
を発振する高周波発振器を内蔵しており、２つの第２の
給電点９ｂ1を介してラダー電極３０３に周波数６０．
３ＭＨｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーが供給されるよう
になっている。なお、整合器７ｂから電極側の同軸ケー
ブル８ｂは、Ｔ分岐プラグを用いて分岐した。
【００６３】このように対向する給電点９ａ，９ｂ1を
介して互いに異なる周波数の高高周波（ＶＨＦ）をラダ
ー電極３０３に供給する際に、２つの高高周波（ＶＨ
Ｆ）間の周波数の差（本実施例では０．３ＭＨｚ）が重
要である。その効果については後述する。
介して互いに異なる周波数の高高周波（ＶＨＦ）をラダ
ー電極３０３に供給する際に、２つの高高周波（ＶＨ
Ｆ）間の周波数の差（本実施例では０．３ＭＨｚ）が重
要である。その効果については後述する。
【００６４】本実施例では、ラダー電極３０３の対向す
る２本の横方向電極捧３０５上のそれぞれに、電極全体
の中心を中点とする対称的な位置に給電点９ａ，９ｂ1
を配置することによって、縦方向電極棒３０４のそれぞ
れに１次元的な電圧分布が生じるようにした。これによ
り後述する定在波を高速で移動させるという現象が見ら
れ、それぞれの縦方向電極棒３０４上の縦方向のプラズ
マ生成分布が均一になるとともに、それぞれの縦方向電
極棒３０４相互間のプラズマ生成分布（横方向のプラズ
マ分布）も均一にすることができた。
る２本の横方向電極捧３０５上のそれぞれに、電極全体
の中心を中点とする対称的な位置に給電点９ａ，９ｂ1
を配置することによって、縦方向電極棒３０４のそれぞ
れに１次元的な電圧分布が生じるようにした。これによ
り後述する定在波を高速で移動させるという現象が見ら
れ、それぞれの縦方向電極棒３０４上の縦方向のプラズ
マ生成分布が均一になるとともに、それぞれの縦方向電
極棒３０４相互間のプラズマ生成分布（横方向のプラズ
マ分布）も均一にすることができた。
【００６５】なお、後者の横方向のプラズマ生成分布に
ついては、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設け
た給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給電
点群を上下各２点（総数４点）から、さらに上下各４点
（総数８点）、上下各８点（総数１６点）と増加させて
いくことにより、さらにプラズマ生成分布の均一化を図
ることができる。
ついては、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設け
た給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給電
点群を上下各２点（総数４点）から、さらに上下各４点
（総数８点）、上下各８点（総数１６点）と増加させて
いくことにより、さらにプラズマ生成分布の均一化を図
ることができる。
【００６６】また、本実施例では２つの電源５ａ，５ｂ
から上下２点ずつの給電点からそれぞれ給電している
が、電源数を増やすことによりさらにプラズマ生成分布
の均一化を図ることができる。例えば、４つの電源から
４つの給電点の各々に異なる周波数の高高周波（ＶＨ
Ｆ）パワーをそれぞれ供給することにより、さらにプラ
ズマ生成分布の均一性を向上させることが可能である。
から上下２点ずつの給電点からそれぞれ給電している
が、電源数を増やすことによりさらにプラズマ生成分布
の均一化を図ることができる。例えば、４つの電源から
４つの給電点の各々に異なる周波数の高高周波（ＶＨ
Ｆ）パワーをそれぞれ供給することにより、さらにプラ
ズマ生成分布の均一性を向上させることが可能である。
【００６７】図２は、横軸にラダー電極上の位置（任意
値）をとり、縦軸に発光強度（任意値）をとって、本実
施例の装置１Ａを用いて生成したプラズマの発光強度を
ＣＣＤカメラにより測定した結果を示す特性線図であ
る。図中にて基板のサイズの内側で３カ所低い値がでて
いるところは装置の構造上から縦方向電極棒の影になっ
てプラズマが見えない箇所にあたり、実際の発光強度分
布とは無関係である。この図から明らかなように、装置
１Ａを用いた高高周波プラズマの生成では２ｍ×２ｍ角
という非常に大きな領域範囲で、発光分布すなわちプラ
ズマ分布の均一性±７％（最高値１２７／最小値１１
１）を達成できることが判明した。
値）をとり、縦軸に発光強度（任意値）をとって、本実
施例の装置１Ａを用いて生成したプラズマの発光強度を
ＣＣＤカメラにより測定した結果を示す特性線図であ
る。図中にて基板のサイズの内側で３カ所低い値がでて
いるところは装置の構造上から縦方向電極棒の影になっ
てプラズマが見えない箇所にあたり、実際の発光強度分
布とは無関係である。この図から明らかなように、装置
１Ａを用いた高高周波プラズマの生成では２ｍ×２ｍ角
という非常に大きな領域範囲で、発光分布すなわちプラ
ズマ分布の均一性±７％（最高値１２７／最小値１１
１）を達成できることが判明した。
【００６８】これは、高周波電源１と高周波電源２の発
振周波数の２０％以内の周波数差０．３ＭＨｚすなわち
３００ｋＨｚによる「ビート」により、放電電極上に定
在波が立たないようにすることができたためと考えられ
る。もしくは、放電電極上に生じたであろう定在波を１
秒間に３０万波長分、高速で移動させることができたと
解釈することもできる。すなわち、非常に短い瞬間で見
ると定在波分布が生じているが、これが高速で移動して
いるために、時間平均で見ると均一な分布となっている
と考えられる。
振周波数の２０％以内の周波数差０．３ＭＨｚすなわち
３００ｋＨｚによる「ビート」により、放電電極上に定
在波が立たないようにすることができたためと考えられ
る。もしくは、放電電極上に生じたであろう定在波を１
秒間に３０万波長分、高速で移動させることができたと
解釈することもできる。すなわち、非常に短い瞬間で見
ると定在波分布が生じているが、これが高速で移動して
いるために、時間平均で見ると均一な分布となっている
と考えられる。
【００６９】一方、この周波数差が大きいほど定在波を
移動させる速度は速くなるはずであるが、高高周波（Ｖ
ＨＦ）本来の特性を生かした製膜速度や製膜品質を得る
ためには、製膜速度や製膜品質を得るために必要な高高
周波の発振周波数２０〜２００ＭＨｚの範囲で発振周波
数から２０％以上異なる周波数差を用いることは好まし
くない。また、高周波電力の電源への入射防止に用いる
インピーダンス整合器が機能するためには、発振周波数
の差は１％以内であることがさらに好ましい。本実施例
では発振周波数の差が０．５％程度であることから、後
述するように、製膜速度品質も良く、かつ電源への高周
波の入射も１００Ｗ程度の低い値に抑えることができ
た。
移動させる速度は速くなるはずであるが、高高周波（Ｖ
ＨＦ）本来の特性を生かした製膜速度や製膜品質を得る
ためには、製膜速度や製膜品質を得るために必要な高高
周波の発振周波数２０〜２００ＭＨｚの範囲で発振周波
数から２０％以上異なる周波数差を用いることは好まし
くない。また、高周波電力の電源への入射防止に用いる
インピーダンス整合器が機能するためには、発振周波数
の差は１％以内であることがさらに好ましい。本実施例
では発振周波数の差が０．５％程度であることから、後
述するように、製膜速度品質も良く、かつ電源への高周
波の入射も１００Ｗ程度の低い値に抑えることができ
た。
【００７０】次に、ａ−Ｓｉ製膜や微結晶Ｓｉ製膜を以
下の手順で行った。
下の手順で行った。
【００７１】まず、例えば２００℃に設定した基板ヒー
タ３上にＳｉ薄膜を製膜する２ｍ×２ｍ角サイズの基板
１６を載置した。ガス供給管１７からＳｉＨ4ガスをた
とえば流速２０００ｓｃｃｍで導入し、さらに微結晶Ｓ
ｉ製膜の場合には、ＳｉＨ4ガスに加えて水素ガスをた
とえば５００００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管に接
続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調整するこ
とで反応容器１内の圧力を例えば２００ｍＴｏｒｒに調
節した。
タ３上にＳｉ薄膜を製膜する２ｍ×２ｍ角サイズの基板
１６を載置した。ガス供給管１７からＳｉＨ4ガスをた
とえば流速２０００ｓｃｃｍで導入し、さらに微結晶Ｓ
ｉ製膜の場合には、ＳｉＨ4ガスに加えて水素ガスをた
とえば５００００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管に接
続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調整するこ
とで反応容器１内の圧力を例えば２００ｍＴｏｒｒに調
節した。
【００７２】高周波電力が効率良くプラズマに供給され
るように第１及び第２の整合器７ａ，７ｂをそれぞれ調
整しつつ、第１高周波電源５ａからは周波数６０．０Ｍ
Ｈｚの高高周波（ＶＨＦ）電力を供給するとともに、第
２高周波電源５ｂからは周波数６０．３ＭＨｚの高高周
波（ＶＨＦ）電力を供給し、両電源５ａ，５ｂからのパ
ワーを合計すると例えば３０００Ｗとなるように高高周
波（ＶＨＦ）電力を供給し、基板１６とラダー電極３０
３との間にプラズマを生成させた。プラズマ中ではＳｉ
Ｈ4が分解し、基板表面にａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が
製膜された。例えば１０分間程度この状態で製膜を行う
ことにより必要な厚さの膜が製膜された。製膜されたサ
ンプルの膜厚分布を測定し、給電点位置を微調整し、最
適な分布が得られるようにした。製膜速度はたとえば微
結晶製膜において１．０ｎｍ／秒という高速が得られ、
均一性は±１０％であり、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で
必要とされる均一性を達成した。
るように第１及び第２の整合器７ａ，７ｂをそれぞれ調
整しつつ、第１高周波電源５ａからは周波数６０．０Ｍ
Ｈｚの高高周波（ＶＨＦ）電力を供給するとともに、第
２高周波電源５ｂからは周波数６０．３ＭＨｚの高高周
波（ＶＨＦ）電力を供給し、両電源５ａ，５ｂからのパ
ワーを合計すると例えば３０００Ｗとなるように高高周
波（ＶＨＦ）電力を供給し、基板１６とラダー電極３０
３との間にプラズマを生成させた。プラズマ中ではＳｉ
Ｈ4が分解し、基板表面にａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が
製膜された。例えば１０分間程度この状態で製膜を行う
ことにより必要な厚さの膜が製膜された。製膜されたサ
ンプルの膜厚分布を測定し、給電点位置を微調整し、最
適な分布が得られるようにした。製膜速度はたとえば微
結晶製膜において１．０ｎｍ／秒という高速が得られ、
均一性は±１０％であり、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で
必要とされる均一性を達成した。
【００７３】さらに、できた膜の膜質を測定したとこ
ろ、例えばラマンピーク比が９：１を越えるなど高品質
で、その他、屈折率、分光特性、欠陥密度なども同様
に、５ｃｍ×５ｃｍ程度の小サンプルで同じ６０ＭＨｚ
を用いて製膜した場合とほとんど変らなかった。
ろ、例えばラマンピーク比が９：１を越えるなど高品質
で、その他、屈折率、分光特性、欠陥密度なども同様
に、５ｃｍ×５ｃｍ程度の小サンプルで同じ６０ＭＨｚ
を用いて製膜した場合とほとんど変らなかった。
【００７４】これは、定在波の高速な移動によって生じ
るプラズマのＯＮ／ＯＦＦが、十分速く、すなわち、周
波数差が３００ＫＨｚであることから、１秒間に３０万
回×２回ＯＮ／ＯＦＦが繰り返されるため、一回のＯＦ
Ｆ時間は２×１０-6秒以下となり、ＳｉＨ3活性分子の
消滅寿命（（τ＝（２（ｃｍ））2／（２×２．５×１
０3（ｃｍ2／秒））＝８×１０-4秒）よりも十分に短
く、かつ、水素原子ラジカルの消滅寿命１．１×１０-4
秒）よりも十分短いので、製膜現象においてプラズマの
ＯＮ／ＯＦＦを実質的に無視できるようになるためと考
えられる。
るプラズマのＯＮ／ＯＦＦが、十分速く、すなわち、周
波数差が３００ＫＨｚであることから、１秒間に３０万
回×２回ＯＮ／ＯＦＦが繰り返されるため、一回のＯＦ
Ｆ時間は２×１０-6秒以下となり、ＳｉＨ3活性分子の
消滅寿命（（τ＝（２（ｃｍ））2／（２×２．５×１
０3（ｃｍ2／秒））＝８×１０-4秒）よりも十分に短
く、かつ、水素原子ラジカルの消滅寿命１．１×１０-4
秒）よりも十分短いので、製膜現象においてプラズマの
ＯＮ／ＯＦＦを実質的に無視できるようになるためと考
えられる。
【００７５】また、本実施例で得られた更にもう一つの
効果は、製膜の際に発生するパーティクルが非常に少な
いことである。これは、先行文献（渡辺征夫、白石正
治、「高周波変調放電によるシランガス分解」、放電研
究No.138、P27-36、1992）に記載されているように、Ｏ
Ｎ時間が１秒以下になるとパーティクルの成長が抑制さ
れ、好ましくはＯＮ／ＯＦＦ周波数が１ｋＨｚ以上すな
わちＯＮ時間が１ミリ秒以下になると実質的にほとんど
パーティクルが発生しないことに起因しているものと考
えられる。すなわち、本発明方法ではＯＮ時間を２×１
０-6秒以下としていることからパーティクルがほとんど
発生しない状態にあると推察することができる。
効果は、製膜の際に発生するパーティクルが非常に少な
いことである。これは、先行文献（渡辺征夫、白石正
治、「高周波変調放電によるシランガス分解」、放電研
究No.138、P27-36、1992）に記載されているように、Ｏ
Ｎ時間が１秒以下になるとパーティクルの成長が抑制さ
れ、好ましくはＯＮ／ＯＦＦ周波数が１ｋＨｚ以上すな
わちＯＮ時間が１ミリ秒以下になると実質的にほとんど
パーティクルが発生しないことに起因しているものと考
えられる。すなわち、本発明方法ではＯＮ時間を２×１
０-6秒以下としていることからパーティクルがほとんど
発生しない状態にあると推察することができる。
【００７６】なお、詳しい説明と図示は省略するが、逆
にＯＦＦ時間を長くしてパーティクルの排出に十分に時
間をかけてパーティクルを排出し、その増加を防止する
こともできる。すなわち、基板面積Ｓが２００×２００
ｃｍ2、放電電極から基板までの距離Δｘが２ｃｍ、体
積流量Ｑが４×１０5ｃｍ3／秒の処理条件の場合に、こ
れらの数値を下式（８）に代入して原料ガスの放電領域
滞在時間ｔは０．２秒となる。よって、ＯＦＦ時間を該
時間ｔより長い時間、すなわち０．２秒以上に、好まし
くは２倍の０．４秒以上にすることによって、プラズマ
生成領域からパーティクルを排出し、反応容器内でのパ
ーティクルの増加が抑制されることも確認できた。
にＯＦＦ時間を長くしてパーティクルの排出に十分に時
間をかけてパーティクルを排出し、その増加を防止する
こともできる。すなわち、基板面積Ｓが２００×２００
ｃｍ2、放電電極から基板までの距離Δｘが２ｃｍ、体
積流量Ｑが４×１０5ｃｍ3／秒の処理条件の場合に、こ
れらの数値を下式（８）に代入して原料ガスの放電領域
滞在時間ｔは０．２秒となる。よって、ＯＦＦ時間を該
時間ｔより長い時間、すなわち０．２秒以上に、好まし
くは２倍の０．４秒以上にすることによって、プラズマ
生成領域からパーティクルを排出し、反応容器内でのパ
ーティクルの増加が抑制されることも確認できた。
【００７７】
ｔ＝（Ｓ・Δｘ）／Ｑ …（８）
なお、本実施例では電極にラダー電極を用いた場合を示
したが、その代わりにラダー電極の一種である特開平１
１−１１１６２２号公報に報告されている網目状の電極
を用いた場合、給電点位置の最適化に手間を要したが、
膜厚（プラズマ）均一性１０％を得ることができた。さ
らに、平行平板電極を用いた場合にも、給電点の最適化
の試行錯誤にさらに手間取ったが、本発明の給電方法を
用いることにより膜厚（プラズマ）均一性１２％を得る
ことができ、ラダー電極のような複雑な電極を用いず
に、目標の膜厚（プラズマ）均一性１０％以内には及ば
なかったがそこそこの膜厚（プラズマ）均一性が得られ
た。
したが、その代わりにラダー電極の一種である特開平１
１−１１１６２２号公報に報告されている網目状の電極
を用いた場合、給電点位置の最適化に手間を要したが、
膜厚（プラズマ）均一性１０％を得ることができた。さ
らに、平行平板電極を用いた場合にも、給電点の最適化
の試行錯誤にさらに手間取ったが、本発明の給電方法を
用いることにより膜厚（プラズマ）均一性１２％を得る
ことができ、ラダー電極のような複雑な電極を用いず
に、目標の膜厚（プラズマ）均一性１０％以内には及ば
なかったがそこそこの膜厚（プラズマ）均一性が得られ
た。
【００７８】また、本実施例では６０ＭＨｚ付近の周波
数の場合を示したが、２０ＭＨｚ付近や２００ＭＨｚ付
近でも同様の効果があることを確認した。
数の場合を示したが、２０ＭＨｚ付近や２００ＭＨｚ付
近でも同様の効果があることを確認した。
【００７９】（第２の実施の形態）図３を参照しながら
本発明の第２の実施形態に係る装置について説明する。
図３は、図１に示した第１実施形態の装置１Ａの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第２の実施形態に
係る装置１Ｂの給電回路を示す図である。この給電回路
の変更により本実施形態の装置１Ｂでは上記第１実施形
態の装置１Ａよりも運転条件範囲を拡大することができ
るという利点がある。本実施例でも２ｍ×２ｍ角サイズ
の基板への高高周波による均一製膜をおこなうのに用い
たもので、電源系以外の反応容器内などの構成は第１の
実施の形態と同様であるので，両者が共通する点の説明
は省略する。
本発明の第２の実施形態に係る装置について説明する。
図３は、図１に示した第１実施形態の装置１Ａの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第２の実施形態に
係る装置１Ｂの給電回路を示す図である。この給電回路
の変更により本実施形態の装置１Ｂでは上記第１実施形
態の装置１Ａよりも運転条件範囲を拡大することができ
るという利点がある。本実施例でも２ｍ×２ｍ角サイズ
の基板への高高周波による均一製膜をおこなうのに用い
たもので、電源系以外の反応容器内などの構成は第１の
実施の形態と同様であるので，両者が共通する点の説明
は省略する。
【００８０】本実施形態の装置１Ｂが第１実施形態の装
置１Ａと異なる点は、次の〜の５点である。
置１Ａと異なる点は、次の〜の５点である。
【００８１】高周波電源の発振周波数について、上記
第１実施形態の装置１Ａではそれぞれの高周波電源５
ａ，５ｂに内蔵される水晶発振器が不確かなことを利用
して異なる２つの周波数を発生させていた。これに対し
て本実施形態の装置１Ｂでは、２波信号発生器２０によ
り周波数差を一定値に制御することにしている。前者
（装置１Ａ）では、周波数差を任意に選ぶことができ
ず、したがって、例えば周波数差が１０Ｈｚしかない２
つの組合せになってしまった場合に、定在波は１０Ｈｚ
でしか移動せず、プラズマがその周期でＯＮ／ＯＦＦし
てしまい、製膜に悪影饗を与えてしまう。また、発振周
波数差が時間的に安定せず、その結果、再現性が低くな
るおそれがある。これに対して後者（装置１Ｂ）では最
適な周波数差に固定して運転することができる。
第１実施形態の装置１Ａではそれぞれの高周波電源５
ａ，５ｂに内蔵される水晶発振器が不確かなことを利用
して異なる２つの周波数を発生させていた。これに対し
て本実施形態の装置１Ｂでは、２波信号発生器２０によ
り周波数差を一定値に制御することにしている。前者
（装置１Ａ）では、周波数差を任意に選ぶことができ
ず、したがって、例えば周波数差が１０Ｈｚしかない２
つの組合せになってしまった場合に、定在波は１０Ｈｚ
でしか移動せず、プラズマがその周期でＯＮ／ＯＦＦし
てしまい、製膜に悪影饗を与えてしまう。また、発振周
波数差が時間的に安定せず、その結果、再現性が低くな
るおそれがある。これに対して後者（装置１Ｂ）では最
適な周波数差に固定して運転することができる。
【００８２】第１実施形態の装置１Ａでは、それぞれ
の高周波電源５ａ，５ｂの保護回路（図示せず）も独立
であった。これに対して本実施形態の装置１Ｂでは１つ
の保護回路２２のみを有し、それぞれの電源５ａ，５ｂ
への入射電力をパワーメータ６ａ1，６ｂ2で測定し、そ
の大きさのいずれか一方が制限値を越えると、両方の電
源の出力を制限するようにした。前者（装置１Ａ）の場
合、例えば第１電源５ａへの入射電力（反射電力と、第
２電源５ｂからの入射電力の和）が、何らかの原因で第
１電源５ａの許容量を超えて大きくなってしまった場合
に、第１電源５ａの保護回路は第１電源５ａの出力を抑
える働きをするが、第２電源５ｂからの過剰な入射はま
ったく抑えられずそのままの状態であるので、最悪の場
合には第１電源５ａが損傷を受けることがある。
の高周波電源５ａ，５ｂの保護回路（図示せず）も独立
であった。これに対して本実施形態の装置１Ｂでは１つ
の保護回路２２のみを有し、それぞれの電源５ａ，５ｂ
への入射電力をパワーメータ６ａ1，６ｂ2で測定し、そ
の大きさのいずれか一方が制限値を越えると、両方の電
源の出力を制限するようにした。前者（装置１Ａ）の場
合、例えば第１電源５ａへの入射電力（反射電力と、第
２電源５ｂからの入射電力の和）が、何らかの原因で第
１電源５ａの許容量を超えて大きくなってしまった場合
に、第１電源５ａの保護回路は第１電源５ａの出力を抑
える働きをするが、第２電源５ｂからの過剰な入射はま
ったく抑えられずそのままの状態であるので、最悪の場
合には第１電源５ａが損傷を受けることがある。
【００８３】これに対して後者（装置１Ｂ）に同じ事象
が起これば、第１電源５ａへの過剰入力により保護回路
２２が働いて、第１及び第２電源５ａ，５ｂともに出力
が抑えられ、第１電源５ａへの入射電力は抑えられるの
で、第１電源５ａが損傷することはない。入射電力が抑
えられた状態で整合器７ｂの調整などを行うことによ
り、第２電源５ｂからの過剰入力の原因を取り除けば、
再び両電源５ａ，５ｂの出力をあげることができ、所望
の電力を供給することができる。
が起これば、第１電源５ａへの過剰入力により保護回路
２２が働いて、第１及び第２電源５ａ，５ｂともに出力
が抑えられ、第１電源５ａへの入射電力は抑えられるの
で、第１電源５ａが損傷することはない。入射電力が抑
えられた状態で整合器７ｂの調整などを行うことによ
り、第２電源５ｂからの過剰入力の原因を取り除けば、
再び両電源５ａ，５ｂの出力をあげることができ、所望
の電力を供給することができる。
【００８４】なお、本実施形態ではアイソレータ２４
ａ，２４ｂを第１及び第２の給電回路にそれぞれ挿入
し、通常は過電力が電源５ａ，５ｂに入射しないように
しているので、とくに保護回路は必要ない。しかし、反
射電力がアイソレータ２４ａ，２４ｂの許容電力を越え
てしまい、アイソレータ２４ａ，２４ｂが作動しなくな
ってしまったような場合に、この保護回路２２による保
護動作が必要になる。 第１実施形態の装置１Ａで
は、第１電源５ａに入射する電力（反射電力と、第２電
源５ｂからの入射電力の和）を抑制する手段は整合器７
ａのみであった。これに対して本実施形態の装置１Ｂで
はサーキュレータと負荷からなるアイソレータ２４ａ，
２４ｂを挿入することにより、電極３０３側から電源５
ａ，５ｂに入射する電力を無くす構成にしている。
ａ，２４ｂを第１及び第２の給電回路にそれぞれ挿入
し、通常は過電力が電源５ａ，５ｂに入射しないように
しているので、とくに保護回路は必要ない。しかし、反
射電力がアイソレータ２４ａ，２４ｂの許容電力を越え
てしまい、アイソレータ２４ａ，２４ｂが作動しなくな
ってしまったような場合に、この保護回路２２による保
護動作が必要になる。 第１実施形態の装置１Ａで
は、第１電源５ａに入射する電力（反射電力と、第２電
源５ｂからの入射電力の和）を抑制する手段は整合器７
ａのみであった。これに対して本実施形態の装置１Ｂで
はサーキュレータと負荷からなるアイソレータ２４ａ，
２４ｂを挿入することにより、電極３０３側から電源５
ａ，５ｂに入射する電力を無くす構成にしている。
【００８５】前者（装置１Ａ）では、第１電源５ａの出
力が電極３０３から反射されてくる電力は整合器７ａで
完全にゼロにできたとしても、他の電源すなわち第２電
源５ｂから電極３０３と整合器７ａを通って第１電源５
ａに入射してくる電力は、位相や周波数が異なるため、
同時にゼロにすることはできない。したがって、この電
力が大きい場合（プラズマの発生状態などによって電極
３０３を抜けてくる電力は、大きくなったり小さくなっ
たり変動する）、第１電源５ａに大きな電力が入射して
しまい、第１電源５ａの状態を不安定にし、最悪の場合
は過剰入力により第１電源５ａが壊れてしまう可能性も
ある。特に、プラズマが生成する前のプラズマ負荷がな
い場合に、このような状況になりやすい。
力が電極３０３から反射されてくる電力は整合器７ａで
完全にゼロにできたとしても、他の電源すなわち第２電
源５ｂから電極３０３と整合器７ａを通って第１電源５
ａに入射してくる電力は、位相や周波数が異なるため、
同時にゼロにすることはできない。したがって、この電
力が大きい場合（プラズマの発生状態などによって電極
３０３を抜けてくる電力は、大きくなったり小さくなっ
たり変動する）、第１電源５ａに大きな電力が入射して
しまい、第１電源５ａの状態を不安定にし、最悪の場合
は過剰入力により第１電源５ａが壊れてしまう可能性も
ある。特に、プラズマが生成する前のプラズマ負荷がな
い場合に、このような状況になりやすい。
【００８６】これに対して後者（装置１Ｂ）の給電回路
にはアイソレータ２４ａ，２４ｂを挿入しているので、
電源５ａ，５ｂへの入射を負荷で全て吸収することがで
き、過剰入力による電源５ａ，５ｂの破壊が防止され
る。
にはアイソレータ２４ａ，２４ｂを挿入しているので、
電源５ａ，５ｂへの入射を負荷で全て吸収することがで
き、過剰入力による電源５ａ，５ｂの破壊が防止され
る。
【００８７】なお、アイソレータ２４ａ，２４ｂを使用
する場合、特に本実施例のようなキロワット級の高周波
電力を定格値とするアイソレータの周波数帯域幅は非常
に狭い。すなわち、高周波電力１ｋＷ以下における周波
数帯域幅は使用周波数の４％程度であり、高周波電力２
ｋＷ程度におけるそれは１％程度であることから、第１
電源５ａと第２電源５ｂとの周波数の差をこれらの値に
抑える必要がある。本実施形態では第１電源５ａの発振
周波数を６０．２ＭＨｚに設定し、第２電源５ｂの発振
周波数を５９．８ＭＨｚに設定したので、両電源５ａ，
５ｂの発振周波数の差を、２ｋＷ定格の場合の周波数帯
域幅１％に相当する０．６ＭＨｚ以内におさめた。
する場合、特に本実施例のようなキロワット級の高周波
電力を定格値とするアイソレータの周波数帯域幅は非常
に狭い。すなわち、高周波電力１ｋＷ以下における周波
数帯域幅は使用周波数の４％程度であり、高周波電力２
ｋＷ程度におけるそれは１％程度であることから、第１
電源５ａと第２電源５ｂとの周波数の差をこれらの値に
抑える必要がある。本実施形態では第１電源５ａの発振
周波数を６０．２ＭＨｚに設定し、第２電源５ｂの発振
周波数を５９．８ＭＨｚに設定したので、両電源５ａ，
５ｂの発振周波数の差を、２ｋＷ定格の場合の周波数帯
域幅１％に相当する０．６ＭＨｚ以内におさめた。
【００８８】第１実施形態の装置１Ａでは、一系統に
パワーメータ６ａ，６ｂを１台ずつ（合計２台）設けた
が、これに対して本実施形態の装置１Ｂでは、一系統に
２台ずつパワーメータ６ａ1，６ａ2，６ｂ1，６ｂ2を設
けた（合計４台）。給電回路にアイソレータ２４ａ，２
４ｂを挿入したので、通常はどんな整合状態にあっても
電源５ａ，５ｂへの入射電力すなわちパワーメータ６ａ
1，６ａ2における反射電力はゼロである。そこで、整合
状態を最適化するためにアイソレータ２４ａ，２４ｂよ
りも整合器側にパワーメータ６ａ2，６ｂ2を設置し、整
合器７ａ，７ｂからの戻り電力も測定する必要があるか
らである。
パワーメータ６ａ，６ｂを１台ずつ（合計２台）設けた
が、これに対して本実施形態の装置１Ｂでは、一系統に
２台ずつパワーメータ６ａ1，６ａ2，６ｂ1，６ｂ2を設
けた（合計４台）。給電回路にアイソレータ２４ａ，２
４ｂを挿入したので、通常はどんな整合状態にあっても
電源５ａ，５ｂへの入射電力すなわちパワーメータ６ａ
1，６ａ2における反射電力はゼロである。そこで、整合
状態を最適化するためにアイソレータ２４ａ，２４ｂよ
りも整合器側にパワーメータ６ａ2，６ｂ2を設置し、整
合器７ａ，７ｂからの戻り電力も測定する必要があるか
らである。
【００８９】第１実施形態の装置１Ａでは、整合器７
ａ，７ｂより電極側で同軸ケーブル８ａ，８ｂを分岐す
るためにＴ分岐プラグを用いたが、これに対して本実施
形態の装置１Ｂでは、プラズマ負荷の不均等や、時間変
化などがあっても安定な電力分配が行われるように、分
配器２６ａ，２６ｂを使用した。
ａ，７ｂより電極側で同軸ケーブル８ａ，８ｂを分岐す
るためにＴ分岐プラグを用いたが、これに対して本実施
形態の装置１Ｂでは、プラズマ負荷の不均等や、時間変
化などがあっても安定な電力分配が行われるように、分
配器２６ａ，２６ｂを使用した。
【００９０】以上の改善により、入力パワー合計４ｋＷ
を入力し、製膜速度はたとえば微結晶製膜において１．
５ｎｍ／秒という高速が得られた。また、膜厚均一性は
±１０％であった。これは、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体
で必要とされる膜厚均一性をクリアしている。
を入力し、製膜速度はたとえば微結晶製膜において１．
５ｎｍ／秒という高速が得られた。また、膜厚均一性は
±１０％であった。これは、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体
で必要とされる膜厚均一性をクリアしている。
【００９１】（第３の実施の形態）図４を参照しながら
本発明の第３の実施形態に係る装置について説明する。
図４は、図３に示した第２実施形態の装置１Ｂの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第３の実施形態に
係る装置１Ｃの給電回路を示す図である。
本発明の第３の実施形態に係る装置について説明する。
図４は、図３に示した第２実施形態の装置１Ｂの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第３の実施形態に
係る装置１Ｃの給電回路を示す図である。
【００９２】装置１Ｃは、独立の２つ電源５ａ，５ｂ
と、発振器２０と、位相検出器３０ａ，３０ｂと、位相
シフト器３３と、ファンクションジェネレータ３４とを
備えている。２つ電源５ａ，５ｂは、同じ周波数６０Ｍ
Ｈｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーを電極３０３にそれぞ
れ独立に給電するようになっている。位相シフト器３３
は、発振器２０と第２電源５ｂとの間に挿入され、第２
電源５ｂから給電される高周波の位相をシフトさせるよ
うになっている。これにより第２電源５ｂから電極３０
３に給電される高周波は第１電源５ａから電極３０３に
給電される高周波と同期しなくなり、両電源５ａ，５ｂ
からの給電パワーがシフトされる。ファンクションジェ
ネレータ３４は、任意の波形信号を位相シフト器３３に
発信し、位相差の時間変化を制御するためのものであ
る。
と、発振器２０と、位相検出器３０ａ，３０ｂと、位相
シフト器３３と、ファンクションジェネレータ３４とを
備えている。２つ電源５ａ，５ｂは、同じ周波数６０Ｍ
Ｈｚの高高周波（ＶＨＦ）パワーを電極３０３にそれぞ
れ独立に給電するようになっている。位相シフト器３３
は、発振器２０と第２電源５ｂとの間に挿入され、第２
電源５ｂから給電される高周波の位相をシフトさせるよ
うになっている。これにより第２電源５ｂから電極３０
３に給電される高周波は第１電源５ａから電極３０３に
給電される高周波と同期しなくなり、両電源５ａ，５ｂ
からの給電パワーがシフトされる。ファンクションジェ
ネレータ３４は、任意の波形信号を位相シフト器３３に
発信し、位相差の時間変化を制御するためのものであ
る。
【００９３】発振器２０から周波数６０ＭＨｚの高高周
波（ＶＨＦ）を発振させると、その一系統はそのまま第
１電源５ａで増幅され、パワーメータ６ａ1、アイソレ
ータ２４ａ、パワーメータ６ａ2、整合器７ａを介して
第１位相検出器３０ａに送り、位相検出器３０ａで位相
検出を行ってから、分配器２６ａを介して電極３０３に
供給される。
波（ＶＨＦ）を発振させると、その一系統はそのまま第
１電源５ａで増幅され、パワーメータ６ａ1、アイソレ
ータ２４ａ、パワーメータ６ａ2、整合器７ａを介して
第１位相検出器３０ａに送り、位相検出器３０ａで位相
検出を行ってから、分配器２６ａを介して電極３０３に
供給される。
【００９４】発振高高周波（ＶＨＦ）の他の一系統は、
位相シフト器３３で位相をシフトされ、後は同様に第２
電源５ｂ、パワーメータ６ｂ1、アイソレータ２４ｂ、
パワーメータ６ｂ2、整合器７ｂを介して第２位相検出
器３０ｂに送り、位相検出器３０ｂで位相検出を行って
から、分配器２６ｂを介して電極３０３に供給される。
この場合に、位相シフト器３３で系統ａと系統ｂとの位
相差が時間的に変化するように、ファンクションジェネ
レータ３４が制御する。すなわち位相差の時間変化はフ
ァンクションジェネレータ３４によって発生させた任意
波形信号を位相シフト器３３に入力して制御した。位相
差は、各分配器３０ａ，３０ｂの直前において各系統
ａ，ｂの位相を位相検出器２６ａ，２６ｂにより検出
し、検出位相信号を位相シフト器３３に送り、フィード
ハック制御した。
位相シフト器３３で位相をシフトされ、後は同様に第２
電源５ｂ、パワーメータ６ｂ1、アイソレータ２４ｂ、
パワーメータ６ｂ2、整合器７ｂを介して第２位相検出
器３０ｂに送り、位相検出器３０ｂで位相検出を行って
から、分配器２６ｂを介して電極３０３に供給される。
この場合に、位相シフト器３３で系統ａと系統ｂとの位
相差が時間的に変化するように、ファンクションジェネ
レータ３４が制御する。すなわち位相差の時間変化はフ
ァンクションジェネレータ３４によって発生させた任意
波形信号を位相シフト器３３に入力して制御した。位相
差は、各分配器３０ａ，３０ｂの直前において各系統
ａ，ｂの位相を位相検出器２６ａ，２６ｂにより検出
し、検出位相信号を位相シフト器３３に送り、フィード
ハック制御した。
【００９５】この実施形態において、一定の位相差に固
定して運転すれば定在波が起こってプラズマが不均一に
なってしまうのに対し、位相差を時間的に変化させるこ
とにより、定在波を移動させることができ、製膜時間内
の時間平均により均一なプラズマ発生及び製膜膜厚分布
を得ることができる。そして、本第３実施形態で使用し
ているアイソレータ２４ａ，２４ｂと保護回路２２は、
上記第２の実施形態の装置１Ｂの場合と同様に電源５
ａ，５ｂを作動させる際に、電源５ａ，５ｂの安定化に
寄与する。
定して運転すれば定在波が起こってプラズマが不均一に
なってしまうのに対し、位相差を時間的に変化させるこ
とにより、定在波を移動させることができ、製膜時間内
の時間平均により均一なプラズマ発生及び製膜膜厚分布
を得ることができる。そして、本第３実施形態で使用し
ているアイソレータ２４ａ，２４ｂと保護回路２２は、
上記第２の実施形態の装置１Ｂの場合と同様に電源５
ａ，５ｂを作動させる際に、電源５ａ，５ｂの安定化に
寄与する。
【００９６】この際、位相差をあまり高速で変調する
と、高周波の周波数帯域が広がり、アイソレータ２４
ａ，２４ｂの周波数帯域幅を超えてしまい、アイソレー
タ２４ａ，２４ｂが損傷するなどの可能性がある。そこ
で、スペクトラムアナライザ（図示せず）を位相検出部
３０ａ，３０ｂに接続し、帯域幅を定格である周波数の
１％以内になる範囲で変調速度を決定した。
と、高周波の周波数帯域が広がり、アイソレータ２４
ａ，２４ｂの周波数帯域幅を超えてしまい、アイソレー
タ２４ａ，２４ｂが損傷するなどの可能性がある。そこ
で、スペクトラムアナライザ（図示せず）を位相検出部
３０ａ，３０ｂに接続し、帯域幅を定格である周波数の
１％以内になる範囲で変調速度を決定した。
【００９７】本実施例ではファンクションジェネレータ
３４からの位相制御信号の周波数を１０ｋＨｚとして変
調したところ、帯域幅は１％を越えなかった。
３４からの位相制御信号の周波数を１０ｋＨｚとして変
調したところ、帯域幅は１％を越えなかった。
【００９８】（第４の実施の形態）図５を参照しながら
本発明の第４の実施形態に係る装置について説明する。
図５は、図１に示した装置１Ａの高高周波（ＶＨＦ）給
電回路に変更を加えた第４の実施形態に係る装置１Ｄの
給電回路を示す図である。
本発明の第４の実施形態に係る装置について説明する。
図５は、図１に示した装置１Ａの高高周波（ＶＨＦ）給
電回路に変更を加えた第４の実施形態に係る装置１Ｄの
給電回路を示す図である。
【００９９】装置１Ｄは、独立の２つ電源５ａ，５ｂ
と、独立の２つのパワーメータ６ａ，６ｂと、ミキサー
４０と、整合器７と、分配器２６とを備えている。本第
４実施形態では、まず２台の独立した高周波電源５ａ，
５ｂからそれぞれ異なる周波数の高高周波（ＶＨＦ）電
力を出力する。この高周波電力をミキサー４０で混合
し、整合器７および分配器２６を介してラダー電極３０
３に供給した。
と、独立の２つのパワーメータ６ａ，６ｂと、ミキサー
４０と、整合器７と、分配器２６とを備えている。本第
４実施形態では、まず２台の独立した高周波電源５ａ，
５ｂからそれぞれ異なる周波数の高高周波（ＶＨＦ）電
力を出力する。この高周波電力をミキサー４０で混合
し、整合器７および分配器２６を介してラダー電極３０
３に供給した。
【０１００】本実施形態は、±１０％以内の膜厚均一性
を得ることができ、単純な給電回路で所期の目的を達す
ることができた。ちなみに本実施形態では、給電点配置
の最適化の試行錯誤に手間取り、またミキサー４０の定
格により電力の最大値を２ｋＷに制限された。
を得ることができ、単純な給電回路で所期の目的を達す
ることができた。ちなみに本実施形態では、給電点配置
の最適化の試行錯誤に手間取り、またミキサー４０の定
格により電力の最大値を２ｋＷに制限された。
【０１０１】（第５の実施の形態）図６を参照しながら
本発明の第５の実施形態に係る装置について説明する。
図６は、図１に示した第１実施形態の装置１Ａの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第５の実施形態に
係る装置１Ｅの給電回路を示す図である。
本発明の第５の実施形態に係る装置について説明する。
図６は、図１に示した第１実施形態の装置１Ａの高高周
波（ＶＨＦ）給電回路に変更を加えた第５の実施形態に
係る装置１Ｅの給電回路を示す図である。
【０１０２】装置１Ｅは、ＡＭ変調発振器５０と、高周
波電源５と、パワーメータ６と、整合器７と、分配器２
６とを備えている。高周波電源５の高周波を、ＡＭ変調
発振器５０で増幅して得ることにより、キャリア周波数
６０ＭＨｚ，変調周波数３０ＭＨｚのＡＭ変調高周波と
した。これを、パワーメータ６、整合器７、分配器２６
を介してラダー電極３０３に給電した。
波電源５と、パワーメータ６と、整合器７と、分配器２
６とを備えている。高周波電源５の高周波を、ＡＭ変調
発振器５０で増幅して得ることにより、キャリア周波数
６０ＭＨｚ，変調周波数３０ＭＨｚのＡＭ変調高周波と
した。これを、パワーメータ６、整合器７、分配器２６
を介してラダー電極３０３に給電した。
【０１０３】本実施形態によれば、簡易な回路で比較的
均一な±１５％の膜厚分布を得ることができた。
均一な±１５％の膜厚分布を得ることができた。
【０１０４】（第６の実施の形態）S. Samukawa, "Role
of Negative Ions in High-Performance Etching Usin
gPulse-Time-Modulated Plasma", Extended Abstract o
f 4th International Conference on Reactive Plasma
s, SR 1.04, pp.415, 1998.にあるように、ハロゲン系
のガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生
させ、塩素負イオン（Ｃｌ-）を発生させて半導体のエ
ッチングに用いる場合、従来は、高周波電源から発生す
る電力をＯＮ／ＯＦＦすることにより、プラズマを発
生、消滅させプラズマが消滅する際に電子付着効果によ
り大量に塩素負イオンが発生することと、基板表面に生
じる壁電荷が消滅する効果を用いてエッチングの高速
化、高品質化を図っている。本実施例ではこの効果を定
在波を移動することによって生じさせることを狙ってい
る。図３に示した第２の実施形態の装置１Ｂを用いて、
２つの異なる周波数の差を４ｋＨｚとし、ハロゲン系の
ガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生さ
せ、塩素負イオン（Ｃｌ-）を発生させ、半導体のエッ
チングを行った。この時、定在波の膜の部分ではプラズ
マがＯＮの状態、節の部分ではプラズマがＯＦＦの状態
になるので定在波を高速で移動させることにより高効率
で大量にかつ簡単に塩素負イオンを発生させエッチング
を高速で行うことができる。
of Negative Ions in High-Performance Etching Usin
gPulse-Time-Modulated Plasma", Extended Abstract o
f 4th International Conference on Reactive Plasma
s, SR 1.04, pp.415, 1998.にあるように、ハロゲン系
のガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生
させ、塩素負イオン（Ｃｌ-）を発生させて半導体のエ
ッチングに用いる場合、従来は、高周波電源から発生す
る電力をＯＮ／ＯＦＦすることにより、プラズマを発
生、消滅させプラズマが消滅する際に電子付着効果によ
り大量に塩素負イオンが発生することと、基板表面に生
じる壁電荷が消滅する効果を用いてエッチングの高速
化、高品質化を図っている。本実施例ではこの効果を定
在波を移動することによって生じさせることを狙ってい
る。図３に示した第２の実施形態の装置１Ｂを用いて、
２つの異なる周波数の差を４ｋＨｚとし、ハロゲン系の
ガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生さ
せ、塩素負イオン（Ｃｌ-）を発生させ、半導体のエッ
チングを行った。この時、定在波の膜の部分ではプラズ
マがＯＮの状態、節の部分ではプラズマがＯＦＦの状態
になるので定在波を高速で移動させることにより高効率
で大量にかつ簡単に塩素負イオンを発生させエッチング
を高速で行うことができる。
【０１０５】定在波を移動させる速度、すなわち、位相
の変化周期は、前記参考論文に示されている塩素負イオ
ンの発生時間約１００μ秒より長く、２倍以上４倍以下
になるように、２５０μ秒程度とした。このとき、プラ
ズマＯＦＦの時間が１２５μ秒程度となり、充分な負イ
オン発生が得られる。これは周波数の差を４ｋＨｚにす
ることにより実現できる。
の変化周期は、前記参考論文に示されている塩素負イオ
ンの発生時間約１００μ秒より長く、２倍以上４倍以下
になるように、２５０μ秒程度とした。このとき、プラ
ズマＯＦＦの時間が１２５μ秒程度となり、充分な負イ
オン発生が得られる。これは周波数の差を４ｋＨｚにす
ることにより実現できる。
【０１０６】さらに、高周波の周波数に６０ＭＨｚを用
いることによって従来法で用いられる１３．５６ＭＨｚ
とくらべてプラズマ密度が高くなると同時にプラズマシ
ース厚さが薄くなることにより、プラズマ中で発生する
大量の塩素負イオンが効率的に基板面に流入し、エッチ
ング速度がさらに速くなる効果が得られる。これらの結
果、従来の１３．５６ＭＨｚ単一周波数を用いた場合の
４倍程度のエッチング速度が得られた。本実施形態は、
シリコン薄膜などの製膜に用いる反応容器のプラズマに
よる洗浄、いわゆるセルフクリーニングなどの表面処理
方法にも応用することができる。
いることによって従来法で用いられる１３．５６ＭＨｚ
とくらべてプラズマ密度が高くなると同時にプラズマシ
ース厚さが薄くなることにより、プラズマ中で発生する
大量の塩素負イオンが効率的に基板面に流入し、エッチ
ング速度がさらに速くなる効果が得られる。これらの結
果、従来の１３．５６ＭＨｚ単一周波数を用いた場合の
４倍程度のエッチング速度が得られた。本実施形態は、
シリコン薄膜などの製膜に用いる反応容器のプラズマに
よる洗浄、いわゆるセルフクリーニングなどの表面処理
方法にも応用することができる。
【０１０７】（第７の実施の形態）図７を参照しながら
本発明の第７の実施形態に係る装置について説明する。
図７は、図１に示した装置１Ａの給電点および高周波周
波数に変更を加えた第７の実施形態に係る装置１Ｆの給
電回路を示す図である。
本発明の第７の実施形態に係る装置について説明する。
図７は、図１に示した装置１Ａの給電点および高周波周
波数に変更を加えた第７の実施形態に係る装置１Ｆの給
電回路を示す図である。
【０１０８】装置１Ｆは、周波数６０．００ＭＨｚの高
周波を供給する第１電源５ａと、周波数１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を供給する第２電源５ｂと、アース電極３に
取り付けられた２つの給電点９ｂ2，９ｂ2とを備えてい
る。
周波を供給する第１電源５ａと、周波数１３．５６ＭＨ
ｚの高周波を供給する第２電源５ｂと、アース電極３に
取り付けられた２つの給電点９ｂ2，９ｂ2とを備えてい
る。
【０１０９】本実施形態をハロゲン系ガスＮＦ3による
シリコン膜のエッチングに適用したところ、６０ＭＨｚ
の高高周波による高密度性と、１３．５６ＭＨｚによる
基板バイアス効果、さらに、両者の周波数の差による定
在波の抑制効果により、１ｍ×１ｍの大面積に均一に、
かつ高速なエッチング速度（１０ｎｍ／秒程度）が得ら
れた。
シリコン膜のエッチングに適用したところ、６０ＭＨｚ
の高高周波による高密度性と、１３．５６ＭＨｚによる
基板バイアス効果、さらに、両者の周波数の差による定
在波の抑制効果により、１ｍ×１ｍの大面積に均一に、
かつ高速なエッチング速度（１０ｎｍ／秒程度）が得ら
れた。
【０１１０】本実施形態は、シリコン薄膜などの製膜に
用いる反応容器のプラズマによる洗浄、いわゆるセルフ
クリーニングなどの表面処理方法にも応用することがで
きる。
用いる反応容器のプラズマによる洗浄、いわゆるセルフ
クリーニングなどの表面処理方法にも応用することがで
きる。
【０１１１】なお、上記１〜７の実施形態では主に４点
給電方式の例について説明したが、本発明はこれのみに
限られることなく、２点給電方式、６点給電方式、８点
給電方式、１０点給電方式、１２点給電方式など他の多
点給電方式にも適用することができる。
給電方式の例について説明したが、本発明はこれのみに
限られることなく、２点給電方式、６点給電方式、８点
給電方式、１０点給電方式、１２点給電方式など他の多
点給電方式にも適用することができる。
【０１１２】
【発明の効果】本発明によれば、単一の放電電極に対し
て複数の給電点を介して異なる周波数の高周波を給電す
る際に、複数の高周波電源から発振される発振周波数を
２０〜２００ＭＨｚの範囲とし、かつ複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０
％以内とし、該発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより単一の放電電極に生じる電圧分布の包
絡線成分を単一の放電電極に沿って変位させ、単一の放
電電極内に生じる電圧分布における定在波の発生を抑制
するので、大面積の製膜およびエッチング処理等に高高
周波（ＶＨＦ）を用いて１ｍ×１ｍをも越えるような非
常に大きな基板や薄膜の表面に対し、均一な処理を行う
ことができる。プラズマＣＶＤ製膜等においては高高周
波であるにも拘わらず広範囲にわたりプラズマ密度を均
一化できる。例えば、２ｍ×２ｍ角という非常に大きな
領域範囲において、本発明の方法を用いればプラズマ分
布を±７％の範囲内に抑えることができ、太陽電池用シ
リコン薄膜半導体で必要とされる均一性を実質的に達成
することができる。
て複数の給電点を介して異なる周波数の高周波を給電す
る際に、複数の高周波電源から発振される発振周波数を
２０〜２００ＭＨｚの範囲とし、かつ複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０
％以内とし、該発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより単一の放電電極に生じる電圧分布の包
絡線成分を単一の放電電極に沿って変位させ、単一の放
電電極内に生じる電圧分布における定在波の発生を抑制
するので、大面積の製膜およびエッチング処理等に高高
周波（ＶＨＦ）を用いて１ｍ×１ｍをも越えるような非
常に大きな基板や薄膜の表面に対し、均一な処理を行う
ことができる。プラズマＣＶＤ製膜等においては高高周
波であるにも拘わらず広範囲にわたりプラズマ密度を均
一化できる。例えば、２ｍ×２ｍ角という非常に大きな
領域範囲において、本発明の方法を用いればプラズマ分
布を±７％の範囲内に抑えることができ、太陽電池用シ
リコン薄膜半導体で必要とされる均一性を実質的に達成
することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路および反応容器を
示す構成ブロック図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路および反応容器を
示す構成ブロック図。
【図２】第１の実施形態により得られた２ｍ×２ｍサイ
ズ基板の処理を目的としたプラズマ発光強度分布の均一
性を測定した結果を示す特性線図。
ズ基板の処理を目的としたプラズマ発光強度分布の均一
性を測定した結果を示す特性線図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
【図６】本発明の第５の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。
【図８】従来の平行平板電極の裏側中央の１点に給電す
る方式のＰＣＶＤ装置を示す断面ブロック図。
る方式のＰＣＶＤ装置を示す断面ブロック図。
【図９】従来のラダー電極の４点に給電する方式のＰＣ
ＶＤ装置を示す断面ブロック図。
ＶＤ装置を示す断面ブロック図。
【図１０】図９の従来装置を別の方向から見た図。
【図１１】１００ＭＨｚで電極の１点に給電したときの
電圧分布およびイオン飽和電流分布をそれぞれ示す特性
線図。
電圧分布およびイオン飽和電流分布をそれぞれ示す特性
線図。
【図１２】６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚでラダー電極
に４点給電したときの電圧分布を示す特性線図。
に４点給電したときの電圧分布を示す特性線図。
【図１３】１００ＭＨｚで平行平板電極の一端をリアク
タンスで終端したときの電圧分布を示す特性線図。
タンスで終端したときの電圧分布を示す特性線図。
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ…プラズマＣＶＤ
装置、 ２…反応容器、 ３…アース電極（基板ヒータ）、 ５ａ，５ｂ…高周波電源、 ６ａ，６ａ1，６ａ2，６ｂ，６ｂ1，６ｂ2…パワーメー
タ、 ７ａ，７ｂ…整合器、 ８ａ，８ｂ…同軸ケーブル、 ９，９ａ，９ｂ1，９ｂ2…給電点、 １６…基板、 １７…ガス供給管、 １８…排気管、 ２０…発信器、 ２２…保護回路、 ２４ａ，２４ｂ…アイソレータ、 ２６，２６ａ，２６ｂ…分配器、 ３０ａ，３０ｂ…位相検出器、 ３３…位相シフト器、 ３４…ファンクションジェネレータ、 ４０…ミキサー、 ５０…ＡＭ変調発振器、 １００…平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置、 １１０…ラダー電極型プラズマＣＶＤ装置、 ３０３…ラダー電極、 ３０４…縦方向電極棒、 ３０５…横方向電極棒。
装置、 ２…反応容器、 ３…アース電極（基板ヒータ）、 ５ａ，５ｂ…高周波電源、 ６ａ，６ａ1，６ａ2，６ｂ，６ｂ1，６ｂ2…パワーメー
タ、 ７ａ，７ｂ…整合器、 ８ａ，８ｂ…同軸ケーブル、 ９，９ａ，９ｂ1，９ｂ2…給電点、 １６…基板、 １７…ガス供給管、 １８…排気管、 ２０…発信器、 ２２…保護回路、 ２４ａ，２４ｂ…アイソレータ、 ２６，２６ａ，２６ｂ…分配器、 ３０ａ，３０ｂ…位相検出器、 ３３…位相シフト器、 ３４…ファンクションジェネレータ、 ４０…ミキサー、 ５０…ＡＭ変調発振器、 １００…平行平板電極型プラズマＣＶＤ装置、 １１０…ラダー電極型プラズマＣＶＤ装置、 ３０３…ラダー電極、 ３０４…縦方向電極棒、 ３０５…横方向電極棒。
フロントページの続き
(72)発明者 竹内 良昭
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 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 青井 辰史
長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重
工業株式会社長崎造船所内
(72)発明者 村田 正義
長崎県長崎市深堀町五丁目717番地１
長菱エンジニアリング株式会社内
(56)参考文献 特開 平７−14769（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−131374（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−156451（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−142400（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−326698（ＪＰ，Ａ)
特開2000−164578（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−303188（ＪＰ，Ａ)
特開2000−150196（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−149965（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−291155（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−195273（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−204178（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−74162（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−288196（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−302588（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−33839（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−86831（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−186937（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−125830（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−126698（ＪＰ，Ａ)
特公 平５−70930（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
C23C 16/505
H01L 21/3065
H05H 1/46
Claims (15)
- 【請求項１】 単一の保持電極に保持された被処理基板
と単一の放電電極とを放電容器内に離間させて対面配置
し、該放電電極と被処理基板との間に実質的に均一な放
電状態を広範囲に発生させる放電電極への給電方法であ
って、前記単一の放電電極はラダー状または網目状をなし、複
数の 給電点を介して前記単一の放電電極にそれぞれ異な
る発振周波数の高周波を互いに独立する複数の高周波電
源を用いて供給し、前記複数の高周波電源から発振される発振周波数を２０
〜２００ＭＨｚの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０
％以内とし、該 発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布
の包絡線成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、
前記単一の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波
の発生を抑制することを特徴とする放電電極への給電方
法。 - 【請求項２】 単一の保持電極に保持された被処理基板
と単一の放電電極とを放電容器内に離間させて対面配置
し、該放電電極と被処理基板との間に実質的に均一な放
電状態を広範囲に発生させる放電電極への給電方法であ
って、 前記単一の放電電極はラダー状または網目状をなし、互
いに独立する複数の高周波電源ごとに設けた給電経路か
らそれぞれ分岐して接続された複数の給電点群を介して
前記単一の放電電極にそれぞれ給電する際に、前記複数
の給電点群の各々に互いに異なる１つの発振周波数の高
周波を供給し、 前記複数の高周波電源から発振される発振周波数を２０
〜２００ＭＨｚの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の２０
％以内とし、該発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布
の包絡線成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、
前記単一の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波
の発生を抑制することを特徴とする放電電極への給電方
法。 - 【請求項３】 前記変調波成分として少なくともｃｏｓ
（ω mod ｔ−ｋ ave ｚ）で表わされる成分を生じさせるこ
とにより、前記単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡
線成分として少なくともｃｏｓ（−ω 1 ／ｖ 1 ・ｚ）で表
わされる成分 を前記単一の放電電極に沿って変位させる
ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１記載の
方法。 - 【請求項４】 前記複数の高周波電源は、それぞれの発
振周波数が異なるか、又は、それぞれの位相差の時間変
化が異なり、前記単一の放電電極に対して対称な位置に
取り付けた複数の給電点から前記単一の放電電極に給電
することを特徴とする請求項１または２のいずれか１記
載の方法。 - 【請求項５】 前記複数の高周波電源は、前記単一の放
電電極と当該高周波電源とのインピーダンス整合を行う
整合器と当該高周波電源との間に、サーキュレータおよ
びダミーロード負荷を有するアイソレータを挿入し、該
アイソレータで他の高周波電源から当該高周波電源への
入射高周波電力を削減することにより、当該高周波電源
を保護することを特徴とする請求項１または２のいずれ
か１記載の方法。 - 【請求項６】 各高周波電源の周波数の差を、その周波
数の平均の４％以内とすることを特徴とする請求項５記
載の方法。 - 【請求項７】 各高周波電源に前記単一の放電電極側か
ら入射する高周波電力の大きさに応じて当該高周波電源
を除く他の高周波電源からの出力を制限し、他の高周波
電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減する
ことにより、当該高周波電源を保護することを特徴とす
る請求項１または２のいずれか１記載の方法。 - 【請求項８】 発振周波数の差の逆数である周期を、当
該放電電極で発生させるプラズマ中の活性原子の消滅寿
命より短くするか、又は活性分子の消滅寿命より短くす
るか、又はイオンの消滅寿命より短くすることを特徴と
する請求項１または２のいずれか１記載の方法。 - 【請求項９】 発振周波数の差の逆数である周期を、 下式から計算されるＳｉＨ 3 活性分子の寿命τ： τ＝（Δｘ） 2 ／（２Ｄ） ここに、Ｄは拡散係数でＤ＝２．５×１０ 3 （ｃｍ 2 ／秒）、 Δｘは電極から基板までの距離（ｃｍ） または水素原子ラジカルの寿命１．１×１０ -4 秒 のいずれか一方より短くすることを特徴とする請求項１
または２のいずれか１記載の方法。 - 【請求項１０】 発振周波数の差の逆数である周期を、
前記放電電極で発生させるプラズマ中の活性原子の生成
時間の１倍以上１０倍以下とするか、又は活性分子の生
成時間の１倍以上１０倍以下とするか、又はイオンの生
成時間の１倍以上１０倍以下とすることを特徴とする請
求項１または２のいずれか１記載の方法。 - 【請求項１１】 発振周波数の差の逆数である周期を１
秒以下とすることを特徴とする請求項１または２のいず
れか１記載の方法。 - 【請求項１２】 発振周波数の差の逆数である周期を、
下式から計算される原料ガスの放電領域滞在時間ｔ
（秒）よりも長くすることを特徴とする請求項１または
２のいずれか１記載の方法。 ｔ＝（Ｓ・Δｘ）／Ｑ Ｑ＝（Ｍ・Ｒ・Ｔ）／Ｐ ただし、Ｓは基板面積（ｃｍ 2 ） Δｘは放電電極から基板までの距離（ｃｍ） Ｑは体積流量（ｃｍ 3 ／秒） Ｍは質量流量（ｍｏｌ／秒） Ｒは気体定数（（ａｔｍ・秒）／（Ｋ・ｃｍ 3 ）） Ｔはガスの絶対温度（Ｋ） Ｐは放電空間の圧力（ａｔｍ） - 【請求項１３】 請求項１乃至１２のうちの何れか１記
載の方法を用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電
ガスプラズマを空間的および時間的に移動させることに
より、該放電ガスプラズマ内の活性分子の生成を高効率
化することを特徴とするプラズマ発生方法。 - 【請求項１４】 請求項１３記載のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズ
マを空間的および時間的に移動させることにより、半導
体薄膜の製膜またはエッチングの処理の均一化または高
速化を図ることを特徴とする半導体製造方法。 - 【請求項１５】 請求項１４記載のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズ
マを空間的および時間的に移動させることにより、被処
理体表面の表面処理の均一化または高速化を図ることを
特徴とする表面処理方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000085281A JP3377773B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 放電電極への給電方法、高周波プラズマ発生方法および半導体製造方法 |
| TW090100208A TW507256B (en) | 2000-03-13 | 2001-01-04 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
| AU11108/01A AU751927B2 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-09 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
| US09/756,651 US6456010B2 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-10 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
| EP10156072A EP2190004A3 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-11 | Method and apparatus for generating a plasma and semiconductor device fabrication method and apparatus |
| ES01100093T ES2345602T3 (es) | 2000-03-13 | 2001-01-11 | Procedimiento y aparato para generar plasma y procedimiento y aparato para fabricar un dispositivo semiconductor. |
| DE60142419T DE60142419D1 (de) | 2000-03-13 | 2001-01-11 | Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät sowie Halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren und -gerät |
| EP01100093A EP1134773B1 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-11 | Method and apparatus for generating a plasma and semiconductor device fabrication method and apparatus |
| AT01100093T ATE472170T1 (de) | 2000-03-13 | 2001-01-11 | Plasmaerzeugungsverfahren und -gerät sowie halbleitervorrichtungsherstellungsverfahren und - gerät |
| KR10-2001-0002841A KR100449370B1 (ko) | 2000-03-13 | 2001-01-18 | 방전전극으로의 급전방법, 고주파 플라즈마 생성방법 및 반도체 제조방법 |
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|---|---|
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