JP4264321B2 - プラズマ化学蒸着装置、プラズマ発生方法、プラズマ化学蒸着方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ化学蒸着装置、プラズマ発生方法、プラズマ化学蒸着方法に関し、特に大面積のプラズマを発生するプラズマ化学蒸着装置、プラズマ発生方法、プラズマ化学蒸着方法に関する。

大面積（例示：１ｍ×１ｍ以上）な基板にシリコンのような物質を成膜するプラズマ化学蒸着（ＰＣＶＤ）法が知られている。この技術を用いたプラズマ化学蒸着装置は、例えば、太陽電池や液晶ディスプレイ用の非晶質シリコン、微結晶シリコン、窒化シリコンのような膜の成膜や、チャンバや電極に付着した膜のエッチングによるクリーニングなどに使用されている。

プラズマ化学蒸着装置に用られる電極として、ラダー電極が知られている。その技術は、例えば、特開平４−２３６７８１号公報や、特開平１１−１１１６２２号公報、特開２００２−３２２５６３号公報などに開示されている。それらは、高高周波（３０〜８００ＭＨｚ）の電源を用いて、大面積の基板上に成膜を行う場合、特に有用である。

ラダー型電極を用いたプラズマ化学蒸着装置について説明する。
図５は、従来のプラズマ化学蒸着装置の構成を示す正面図である。プラズマ化学蒸着装置は、ＲＦ電源１１１、１１２、マッチングボックス１０４、１０７、分配器１０５、１０８、給電線１０６、１０９、真空チャンバ１１０、ラダー電極１０１、及び、防着板１０２を具備する。

ラダー電極１０１は、平行に並んだ一対の横方向電極棒１１７と１１８との間に、はしご状に平行に複数の縦方向電極棒１１９が設けられた構造を有する。横方向電極棒１１７及び１１８のそれぞれには、複数の給電点１１５及び１１６が設けられている。横方向電極の一辺は、例えば、１．６ｍであり、縦方向電極の一辺は、例えば、１．２ｍである。
ＲＦ電源１１１の高周波の電力は、マッチングボックス１０４でインピーダンスの整合が行われた後、分配器１０５で分配される。そして、各給電線１０６を介してラダー電極１０１の図中の上部の各給電点１１５へ供給される。一方、ＲＦ電源１１２の電力は、マッチングボックス１０７でインピーダンスの整合が行われた後、分配器１０８で分配される。そして、各給電線１０９を介してラダー電極１０１の図中の下部の各給電点１１６へ供給される。ラダー電極１０１は、真空チャンバ１１０内の防着板１０２内に設置されている。真空チャンバ１１０は、図示しない真空排気装置により高真空（例示：１０^−６Ｔｏｒｒ）に排気された後、所定の真空度（例示：１０ｍＴｏｒｒ）となるように成膜用のガス（例示：シランガス）を導入される。

図６は、従来のプラズマ化学蒸着装置の構成を示す断面図である。対向電極１１３は、ラダー電極１０１と対向するように設けられ、ヒータを内蔵し、アースされている。そして、成膜を行う基板１１４を保持する機構を有する。基板１１４とラダー電極１０１との距離は、例えば、２０ｍｍである。
給電線１０６から供給された電力及び給電線１０９から供給された電力は、それぞれラダー電極１０１へ投入される。そして、真空チャンバ１１０内に導入された成膜用ガスの雰囲気において、ラダー電極１０１と対向電極１１３及び基板１１４とが放電を発生する。その放電により分解されたガスの成分が基板１１４上に堆積して膜が形成される。

従来のプラズマ化学蒸着装置では、一方の電源１１１の電力の位相に対して、他方の電源１１２の電力の位相を相対的に変調することにより、ラダー電極１０１上の電圧の定在波を揺動させて、プラズマを均一化させている（特開２００２−３２２５６３号公報）。そして、構成機器が少なく、操作パラ−メタが簡素である。

その一方で、この回路では、高周波の電源１１１、１１２と給電点１１５、１１６との間にマッチングボックス１０４、１０７、分配器１０５、１０８、及びそれらを接続する給電路が存在する。そして、分配器１０５、１０８の出口側（ラダー電極１０１側）の出力インピーダンス５０Ωに対して、給電点１１５、１１６のインピーダンスはプラズマや位相の状況等により必ずしも５０Ωにならない。そのため、分配器１０５、１０８及び給電路を含めた回路の整合を、マッチングボックス１０４、１０７を用いて取っている。その整合は必ずしも十分ではないため、反射電力が少なくない。その場合、特に大電力を投入した際、電力のロスが大きくなる。

すなわち、各給電点１１５、１１６ごとにインピーダンスの整合、位相の調整、電力の調整を行うことが出来ないため、反射電力が増加して電力伝送効率が低くなることがある。加えて、より精密なプラズマの調整が困難となる場合がある。その場合、成膜される膜の均一性をより精密に制御することが困難となる。大きな高周波の電力を投入した場合でも、反射電力が抑制され電力伝送効率が低下しないプラズマ化学蒸着装置が望まれる。発生するプラズマをより精密に調整することが可能なプラズマ化学蒸着装置が望まれる。成膜される膜の均一性をより精密に制御することが可能なプラズマ化学蒸着装置が望まれる。

特開平４−２３６７８１号公報 特開平１１−１１１６２２号公報 特開２００２−３２２５６３号公報

従って、本発明の目的は、大きな高周波電力を投入した場合でも、電力を効率良く利用して効率的にプラズマを発生させることが可能なプラズマ化学蒸着装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、大きな高周波電力を投入した場合でも、反射電力が抑制され電力伝送効率が低下しないプラズマ化学蒸着装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、発生するプラズマをより精密に調整することが可能なプラズマ化学蒸着装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、成膜する膜の膜厚や膜質をより均一に制御することが可能なプラズマ化学蒸着装置を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記課題を解決するために本発明のプラズマ化学蒸着装置は、複数の第１整合器（４−ｉ）と、放電電極（１）と、複数の第２整合器（７−ｉ）と、対向電極（１３）とを具備する。複数の第１整合器（４−ｉ）は、第１電力を第１出力側へ出力する。ここで、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々は、その第１出力側のインピーダンスの整合をとる。放電電極（１）は、その第１出力側にあり、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々に対応した複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの一つにその第１電力を供給される。複数の第２整合器（７−ｉ）は、第２電力を第２出力側へ出力する。ここで、複数の第２整合器（７−ｉ）の各々は、その第２出力側のインピーダンスの整合をとる。対向電極（１３）は、放電電極（１）に対向する。放電電極（１）は、更に、その第２出力側にあり、複数の第２整合器（７−ｉ）の各々に対応した複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つにその第２電力を供給される。対向電極（１３）との間に供給されたガスの放電を形成し、対向電極（１３）上の基板（１４）に成膜する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々は、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々から対応する複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの一つに供給されるその第１電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、その第１出力側のインピーダンスの整合をとる。複数の第２整合器（７−ｉ）の各々は、複数の第２整合器（７−ｉ）の各々から対応する複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つに供給されるその第２電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、その第２出力側のインピーダンスの整合をとる。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々に対応してその第１電力を供給する複数の第１電源（１１−ｉ）、及び、複数の第２整合器（７−ｉ）の各々に対応してその第２電力を供給する複数の第２電源（１２−ｉ）、の少なくとも一方を更に具備する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々と、対応する複数の第１電源（１１−ｉ）のうちの一つとは、対応する複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの一つに供給されるその第１電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、それぞれ、その第１出力側のインピーダンスの整合をとり、対応するその第１電力の位相及び電力を調整する。
複数の第２整合器（７−ｉ）の各々と、対応する複数の第２電源（１２−ｉ）のうちの一つとは、対応する複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つに供給されるその第２電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、それぞれ、その第２出力側のインピーダンスの整合をとり、対応するその第２電力の位相及び電力を調整する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、複数の第１電源（１１−ｉ）の各々は、更に、基板（１４）上の膜が均一になるように、対応するその第１電力の電力を調整する。複数の第２電源（１２−ｉ）の各々は、更に、基板（１４）上の膜が均一になるように、対応するその第２電力の電力を調整する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、放電電極（１）は、複数の分割電極（１−ｉ）を備える。複数の分割電極（１−ｉ）の各々は、複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの少なくとも一つと、それと同数の複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの少なくとも一つとを有する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、複数の第１整合器（４−ｉ）の各々から対応する複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの一つへその第１電力を供給する複数の第１給電線（６−ｉ）、及び、複数の第２整合器（７−ｉ）の各々から対応する複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つへその第２電力を供給する複数の第２給電線（９−ｉ）のいずれか一方を備える。複数の第１給電線（６−ｉ）の各々は、基板（１４）上の膜が均一になるように、対応する複数の第１給電線（６−ｉ）のうちの一つの特性により、対応する複数の第１給電点（５−ｉ）のうちの一つにおけるその第１電力の位相を調整する。複数の第２給電線（９−ｉ）の各々は、基板（１４）上の膜が均一になるように、対応する複数の第２給電線（９−ｉ）のうちの一つの特性により、対応する複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つにおけるその第２電力の位相を調整する。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、その高周波は、その高周波の波長の４分の１の長さが、放電電極（１）における複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの一つとそれに最も近い複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの一つとを結ぶ方向における基板（１４）の長さ以下である。

上記のプラズマ化学蒸着装置において、放電電極（１）は、ラダー型電極である。

上記課題を解決するために本発明のプラズマ発生方法は、（ａ）複数の第１整合器（４−ｉ）の各々を介して、第１出力側のインピーダンスの整合をとり、その第１出力側の複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの対応するものに第１電力を出力するステップと、（ｂ）複数の第２整合器（７−ｉ）の各々を介して、第２出力側のインピーダンスの整合をとり、その第２出力側の複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの対応するものに第２電力を出力するステップと、（ｃ）複数の第１給電点（１５−ｉ）と複数の第２給電点（１６−ｉ）とを備える放電電極（１）と、対向する対向電極（１３）との間に、供給されたガスの放電を形成するステップとを具備する。

上記のプラズマ発生方法において、（ａ）ステップは、（ａ１）複数の第１整合器（４−ｉ）の各々に対応して、複数の第１電源（１１−ｉ）のうちの対応するものからその第１電力を供給するステップを備える。（ｂ）ステップは、（ｂ１）複数の第２整合器（７−ｉ）の各々に対応して、複数の第２電源（１２−ｉ）のうちの対応するものからその第２電力を供給するステップを備える。

上記のプラズマ発生方法において、放電電極（１）は、複数の分割電極（１−ｉ）を備える。複数の分割電極（１−ｉ）の各々は、複数の第１給電点（１５−ｉ）のうちの少なくとも一つと、それと同数の複数の第２給電点（１６−ｉ）のうちの少なくとも１つとを有する。

上記課題を解決するために本発明のプラズマ化学蒸着方法は、（ｄ）請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のプラズマ発生方法を実行するステップと、（ｅ）その放電により、対向電極（１３）上に保持された基板（１４）に膜を形成するステップとを具備する。

上記課題を解決するために本発明のプラズマエッチング方法は、（ｆ）請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のプラズマ発生方法を実行するステップと、（ｇ）その放電により、放電電極（１）、対向電極（１３）及びその周辺部の付着物をエッチングするステップとを具備する。

プラズマ化学蒸着装置において、大きな高周波電力を投入した場合でも、電力を効率良く利用して効率的にプラズマを発生させることができ、発生するプラズマをより精密に調整することが可能となる。

以下、本発明のプラズマ化学蒸着装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態において、成膜に関わるプラズマ化学蒸着装置について説明する。しかし、本発明のプラズマ化学蒸着装置は、エッチングによるセルフクリーニングにも適用可能である。

（第１の実施の形態）
まず、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態について説明する。
図１Ａは、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。プラズマ化学蒸着装置の正面方向から見た図である。プラズマ化学蒸着装置は、ＲＦ電源１１、１２、分配器５、８、マッチングボックス４（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ：ｎは自然数、以下同じ）、７（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、給電線６（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、９（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、真空チャンバ１０、ラダー電極１、防着板２、及び、制御部２０を具備する。本実施の形態では、ｎ＝８である。

ラダー電極１は、平行に並んだ一対の横方向電極棒１７と１８との間に、はしご状に平行に複数の縦方向電極棒１９（例示：６０本）が設けられた構造を有する。横方向電極棒１７及び１８には、それぞれ複数の給電点１５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び１６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）が設けられている。各給電点１５−ｉ及び１６−ｉには、それぞれ給電線６−ｉ及び７−ｉの一端が電気的に接続されている。横方向電極の一辺は、例えば、１．６ｍであり、縦方向電極の一辺は、例えば、１．２ｍである。

ＲＦ電源１１は、高周波の電力を発生し、分配器５へ出力する。同様に、ＲＦ電源１２は、高周波の電力を発生し、分配器８へ出力する。各ＲＦ電源は、例えば、高周波発信器と増幅器とを含んでいても良い。高周波は、１０〜８００ＭＨｚであり、より好ましくは３０〜８００ＭＨｚである。高周波にすると、プラズマの電子温度が下がり、膜質が向上する。加えて、プラズマの密度が増加するので、成膜速度を向上させることができる。

ＲＦ電源１１の電力の位相に対して、ＲＦ電源１２の電力の位相を相対的に変調することにより、ラダー電極１上の電圧の定在波を揺動させて、プラズマを均一化させても良い。それにより、形成される膜の膜質がより均一になる。その際、特開２００２−３２２５６３号や、特願２００２−２８８９９６号の技術を用いることが出来る（その構成（ＲＦ電源１１及び位相変調器のそれぞれに接続される発信器、ＲＦ電源１２に接続されるその位相変調器、その位相変調器に接続される発信器等は、図示されず）。

分配器５は、ＲＦ電源１１から供給された高周波電力を、マッチングボックス４−ｉへ分配する。同様に、分配器８は、ＲＦ電源１２から供給された高周波電力を、マッチングボックス７−ｉへ分配する。分配された電力は、それぞれ互いに位相及び電力の大きさが概ね等しい。

マッチングボックス４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ出力側（ラダー電極１側）のインピーダンスの整合をとる。ここで、各給電点１５−ｉでの電力の位相がばらつかないように各マッチングボックス４−ｉの回路定数を揃える。そして、分配器５から分配された電力について、各給電線６−ｉへ出力する。同様に、マッチングボックス７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ出力側（ラダー電極１側）のインピーダンスの整合をとる。ここで、各給電点１６−ｉでの電力の位相がばらつかないように各マッチングボックス７−ｉの回路定数を揃える。そして、分配器８から分配された電力について、各給電線９−ｉへ出力する。ただし、各マッチングボックス４−ｉは、それぞれ個別に整合を取ることも可能である。同様に、各マッチングボックス７−ｉは、それぞれ個別に整合を取ることも可能である。マッチングボックス４−ｉの回路定数と、マッチングボックス７−ｉの回路定数とは独立に制御される。

給電線６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ分配された電力をラダー電極１上の給電点１５−ｉへ出力する。同様に、給電線９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ分配された電力をラダー電極１上の給電点１６−ｉへ出力する。ただし、各給電線６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び９−ｉは、その長さや材質等を変更することにより、電力の位相を対応する分配された電力ごとに微調整することができる。

真空チャンバ１０は、ラダー電極１、防着板２、対向電極１３、基板１４、給電線６−ｉ及び９−ｉの一部が設置されている。真空チャンバ１０は、図示しない真空排気装置により高真空（例示：１０^−６Ｔｏｒｒ）に排気される。成膜時には、所定の真空度（例示：１０ｍＴｏｒｒ）となるように成膜用のガス（例示：シランガス）を導入される。
防着板２は、発生するプラズマが広がって壁面を汚さないようにする保護用の板である。

制御部２０は、マッチングボックス４−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス４−ｉを制御する。ただし、各給電点１５−ｉでの電力の位相が実質的に等しくなるようにマッチングボックス４−ｉのそれぞれの回路定数を概ね同じに揃える。同様に、制御部２０は、マッチングボックス７−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス７−ｉを制御する。ただし、各給電点１６−ｉでの電力の位相が実質的に等しくなるようにマッチングボックス７−ｉのそれぞれの回路定数を概ね同じに揃える。

図１Ｂは、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。プラズマ化学蒸着装置の側面方向から見た図である。プラズマ化学蒸着装置は、更に、対向電極１３を具備する。対向電極１３は、ラダー電極１と平行に対向して設けられ、ヒータを内蔵し、アースされている。対向電極２には、ガラスやプラスティックフィルムのような基板１４を保持する機構（図示されず）が設けられている。基板１４とラダー電極１との距離（放電領域の幅）は、例えば、２０ｍｍである。ラダー電極１の覆う面積と対向電極１３の面積は、基板１４の面積よりも大きい。成膜される膜の均一性を向上させるためである。
成膜用のガスは、真空チャンバ１０の外部に設けられたガス供給装置から真空チャンバ１０内へ導入される。その際、ラダー電極１の電極棒を適切な間隔で孔を空けた管で形成し、成膜用のガスをラダー電極１自身からその孔を通して基板１４上へ供給しても良い。

次に、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の動作（プラズマ発生方法、プラズマ化学蒸着方法）について説明する。ここでは、ガラス基板上にシリコン基板を形成する例で説明する。

真空チャンバ１０内の対向電極１３上に、基板１４としてのガラス基板を設置する。そして、真空チャンバ１０を高真空（例示：１０^−６Ｔｏｒｒ）に排気後、真空チャンバ１０内に成膜用のガスとしてのシランガスを導入し、排気速度を落として所定の真空度（例示：１０ｍＴｏｒｒ）を保つようにする。その際、対向電極１３の温度を、所定の基板温度としての２００℃にしておく。

ＲＦ電源１１をＯＮにし、周波数６０ＭＨｚの高周波の電力を発生させ、分配器５へ出力する。分配器５は、ＲＦ電源１１から供給された高周波電力を、各マッチングボックス４−ｉへ分配する。分配する際、位相及び電力の大きさは概ね等しく揃っている。各マッチングボックス４−ｉは、出力側のインピーダンスの整合をとる。そして、分配器５から分配された電力について、給電線６−ｉを介してラダー電極１上の各給電点１５−ｉへ供給する。

同様に、ＲＦ電源１２をＯＮにし、周波数６０ＭＨｚの高周波の電力を発生させ、分配器８へ出力する。分配器８は、ＲＦ電源１２から供給された高周波電力を、各マッチングボックス７−ｉへ分配する。分配する際、位相及び電力の大きさは概ね等しく揃っている。各マッチングボックス７−ｉは、出力側のインピーダンスの整合をとる。そして、分配器８から分配された電力について、給電線９−ｉを介してラダー電極１上の各給電点１６−ｉへ供給する。

供給された電力により、ラダー電極１と対向電極１３との間でシランガスのプラズマが形成される。それにより、シランガスが分解され、ガラス基板上にシリコン膜（例示：μｃ−Ｓｉ膜）が形成される。その際、ＲＦ電源１２の電力の位相をＲＦ電源１１の電力の位相に対して相対的に変調することにより、ラダー電極１上の電圧の定在波を揺動させて、プラズマを均一化させる。

放電の際、制御部２０は、各マッチングボックス４−ｉの出力特性を検知する。そして、出力の反射波（マッチングボックスの出口で計測：計測器は図示されず）ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス４−ｉを制御する。ただし、各給電点１５−ｉでの電力の位相がばらつかないようにマッチングボックス４−ｉのそれぞれの回路定数（マッチングボックス内のＬ，Ｃの値）を概ね同じに揃える。同様に、制御部２０は、マッチングボックス７−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス７−ｉを制御する。ただし、各給電点１６−ｉでの電力の位相がばらつかないようにマッチングボックス７−ｉのそれぞれの回路定数を概ね同じに揃える。

放電の際、更に、形成される膜の膜厚分布の改善や、プラズマの均一性を改善するために、各給電線６−ｉのそれぞれの長さや材質等を変更することもできる。その場合、インピーダンスや各給電点１５−ｉにおける電力の位相を個別に微調整することができる。同様に、各給電線９−ｉのそれぞれの長さや材質等を変更でき、各給電点１６−ｉにおける電力の位相を個別に微調整することができる。その調整は、マッチングボックスによる調整に比較して、電気回路的な影響は小さい。しかし、プラズマ生成及び基板上の成膜分布の調整には効果的である。

上記の動作により、大面積で均一なプラズマが形成され、均一な製膜が可能となる。

本発明により、給電点のインピーダンスが所定の値（例示：５０Ω）に固定されることが無く、任意の値のインピーダンスに対してマッチングボックスで整合を取ることが出来る。それにより、反射電力による損失を低減でき、電力伝達効率が向上することができる。

上記の構成では、給電点１５−ｉ同士が横方向に電気的に接続している。そのため、周波数が高い場合、高周波干渉を起こすことが考えられる。その場合には、ラダー電極１を分割する。それを示したのが、図３である。

図３は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成の応用例を示す図である。この場合、ラダー電極１が、複数のラダー電極１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）になっている点で図１Ａの場合と異なる。

ラダー電極１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、平行に並んだ一対の横方向電極棒１７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と１８−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）との間に、はしご状に平行に複数の縦方向電極棒１９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）（例示：８本）が設けられた構造を有する。横方向電極棒１７−ｉ及び１８−ｉには、それぞれ給電点１５−ｉ及び１６−ｉが一つずつ設けられている。各給電点１５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び１６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、それぞれ給電線６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端が電気的に接続されている。横方向電極の一辺は、例えば、０．２ｍであり、縦方向電極の一辺は、例えば、１．２ｍである。

ラダー電極１−ｉは、それぞれ一枚の平板で形成しても良い。その場合、製造が容易になる。

その他の構成及び動作は、図１Ａの場合と同様であるのでその説明を省略する。

この場合も、図１Ａの場合と同様の効果を得ることが出来る。加えて、周波数が高い場合でも、高周波干渉によりプラズマ分布が不均一になる可能性を低減することができる。すなわち、周波数が高い場合でも、より均一な膜を形成することが出来る。

本発明では、放電の際、更に、形成される膜の膜厚分布の改善や、プラズマの均一性を改善するために、各マッチングボックス４−ｉを個別に微調整することもできる。その場合、各給電点１５−ｉにおける電力の位相を個別に微調整することができる。同様に、各マッチングボックス７−ｉを個別に微調整することができ、各給電点１６−ｉにおける電力の位相を個別に微調整することができる。

（第２の実施の形態）
まず、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態について説明する。
図２は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。プラズマ化学蒸着装置の正面方向から見た図である。プラズマ化学蒸着装置は、ＲＦ電源１１（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ：ｎは自然数、以下同じ）、１２（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、マッチングボックス４（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、７（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、給電線６（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、９（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、真空チャンバ１０、ラダー電極１、防着板２、及び、制御部２０を具備する。本実施の形態では、ｎ＝８である。

本実施の形態では、ＲＦ電源を給電点ごとに設けている点、それにより分配器を用いない点で第１の実施の形態と異なる。

ＲＦ電源１１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、各給電点１５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応して設けられている。高周波の電力を発生し、対応するマッチングボックス４−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）へ出力する。同様に、ＲＦ電源１２−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、各給電点１６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対応して設けられている。高周波の電力を発生し、対応するマッチングボックス７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）へ出力する。各ＲＦ電源は、例えば、高周波発信器と増幅器とを含んでいても良い。高周波は、１０〜８００ＭＨｚであり、より好ましくは３０〜８００ＭＨｚである。高周波にすると、プラズマの電子温度が下がり、膜質が向上する。加えて、プラズマの密度が増加するので、成膜速度を向上させることができる。

ＲＦ電源１１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の電力の位相に対して、ＲＦ電源１２−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の電力の位相を相対的に変調することにより、ラダー電極１上の電圧の定在波を揺動させて、プラズマを均一化させても良い。それにより、形成される膜の膜質がより均一になる。その際、特開２００２−３２２５６３号や、特願２００２−２８８９９６号の技術を用いることが出来る（その構成（ＲＦ電源１１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び位相変調器のそれぞれに接続される発信器、ＲＦ電源１２−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）に接続されるその位相変調器、その位相変調器に接続される発信器等は、図示されず）。

制御部２０は、マッチングボックス４−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス４−ｉ及び対応するＲＦ電源１１−ｉを制御する。ただし、各給電点１５−ｉでの電力の大きさ及びその位相が実質的に等しくなるように、個々のマッチングボックス４−ｉの回路定数及び対応するＲＦ電源１１−ｉの電力の大きさ及びその位相を調整する。同様に、制御部２０は、マッチングボックス７−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス７−ｉを制御する。ただし、各給電点１６−ｉでの電力の位相が実質的に等しくなるように、個々のマッチングボックス７−ｉの回路定数及び対応するＲＦ電源１２−ｉの電力の大きさ及びその位相を調整する。

その他の構成については、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。

次に、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態の動作（プラズマ発生方法、プラズマ化学蒸着方法）について説明する。ここでは、ガラス基板上にシリコン基板を形成する例で説明する。

真空チャンバ１０内の対向電極１３上に、基板１４としてのガラス基板を設置する。そして、真空チャンバ１０を高真空（例示：１０^−６Ｔｏｒｒ）に排気後、真空チャンバ１０内に成膜用のガスとしてのシランガスを導入し、排気速度を落として所定の真空度（例示：１０ｍＴｏｒｒ）を保つようにする。その際、対向電極１３の温度を、所定の基板温度としての２００℃にしておく。

各ＲＦ電源１１−ｉをＯＮにし、それぞれ周波数６０ＭＨｚの高周波の電力を発生させ、各マッチングボックス４−ｉへ出力する。各マッチングボックス４−ｉは、出力側のインピーダンスの整合をとる。そして、各ＲＦ電源１１−ｉから出力された電力について、給電線６−ｉを介してラダー電極１上の各給電点１５−ｉへ供給する。

同様に、ＲＦ電源１２−ｉをＯＮにし、周波数６０ＭＨｚの高周波の電力を発生させ、各マッチングボックス７−ｉへ出力する。各マッチングボックス７−ｉは、出力側のインピーダンスの整合をとる。そして、ＲＦ電源１２−ｉから分配された電力について、給電線９−ｉを介してラダー電極１上の各給電点１６−ｉへ供給する。

供給された電力により、ラダー電極１と対向電極１３との間でシランガスのプラズマが形成される。それにより、シランガスが分解され、ガラス基板上にシリコン膜（例示：μｃ−Ｓｉ膜）が形成される。その際、ＲＦ電源１２−ｉの電力の位相をＲＦ電源１１−ｉの電力の位相に対して相対的に変調することにより、ラダー電極１上の電圧の定在波を揺動させて、プラズマを均一化させる。

放電の際、制御部２０は、各マッチングボックス４−ｉの出力特性を検知する。そして、出力の反射波（マッチングボックスの出口で計測：計測器は図示されず）ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス４−ｉ及び対応するＲＦ電源１１−ｉを制御する。その際、各給電点１５−ｉでの電力の大きさ及びその位相が実質的に等しくなれば良い。すなわち、個々のマッチングボックス４−ｉの回路定数（マッチングボックス内のＬ，Ｃの値）及び対応するＲＦ電源１１−ｉの電力の大きさ及びその位相は、他のマッチングボックス４−ｊ（ｊはｉと異なる自然数、以下同じ）の回路定数及び対応するＲＦ電源１１−ｊの電力の大きさ及びその位相と異なっていても良い。

同様に、制御部２０は、マッチングボックス７−ｉの出力特性を検知して、出力の反射波ができるだけ少なくなるようにマッチングボックス７−ｉ及び対応するＲＦ電源１２−ｉを制御する。その際、各給電点１６−ｉでの電力の大きさ及びその位相が実質的に等しくなれば良く、個々のマッチングボックス７−ｉの回路定数及び対応するＲＦ電源１２−ｉの電力の大きさ及びその位相は、他のマッチングボックス７−ｊの回路定数及び対応するＲＦ電源１２−ｊの電力の大きさ及びその位相と異なっていても良い。

放電の際、更に、ＲＦ電源１１−ｉの電力の位相に対して、ＲＦ電源１１−ｋ（ｋ＝ｉ＋１、又は、ｉ−１）の電力の位相を相対的に変調することも可能である。その際、ＲＦ電源１１−ｉの電力の位相に対して、ＲＦ電源１２−ｉの電力の位相を相対的に変調する。ＲＦ電源１１−ｋの電力の位相に対して、ＲＦ電源１２−ｋの電力の位相を相対的に変調する。これにより、特開２００２−３２２５６３号や、特願２００２−２８８９９６号の場合の一元方向（縦方向電極棒の方向）の位相変調技術を、二次元方向（横方向電極棒の方向と縦方向電極棒の方向）の位相変調技術に拡張することが出来る。そして、ラダー電極１上の電圧の定在波を更に揺動させて、プラズマをより均一化させることが可能となる。

その場合、ＲＦ電源１１−ｉを基準に考えると、まず、一次元用に、ＲＦ電源１２−ｉに接続される位相変調器Ａ１、ＲＦ電源１１−ｉとその位相変調器Ａ１とに接続される発信器Ａ２、その位相変調器Ａ１に接続される発信器Ａ３を備える。次に、二次元用に、ＲＦ電源１１−ｋに接続される位相変調器Ｂ１、ＲＦ電源１１−ｉとその位相変調器Ｂ１とに接続される発信器Ｂ２、その位相変調器Ｂ１に接続される発信器Ｂ３を備える。このような構成で、特願２００２−２８８９９６号の技術を用いることにより、二次元方向にもプラズマの均一化が可能となり、形成される膜の膜質がより均一になる。

放電の際、更に、形成される膜の膜厚分布の改善や、プラズマの均一性を改善するために、各マッチングボックスの回路定数や各ＲＦ電源の位相を個別に微調整することも可能である。このような電気回路的な影響（インピーダンスや反射電力の増減）の小さい微調整は、プラズマ生成及び基板上の成膜分布の調整には効果的である。

放電の際、更に、形成される膜の膜厚分布の改善や、プラズマの均一性を改善するために、各ＲＦ電源の電力を個別に微調整することも可能である。このような微調整は、プラズマ生成及び基板上の成膜分布の調整に効果的である。

加えて、各給電線の調整により、各給電点における電力の位相を個別に微調整することができる。その調整は、マッチングボックスによる調整に比較して、電気回路的な影響は小さい。しかし、プラズマ生成及び基板上の成膜分布の調整には効果的である。

上記の動作により、大面積で均一なプラズマが形成され、均一な製膜が可能となる。

本発明により、給電点ごとに独立したＲＦ電源で高周波電力を供給するので、分配器が不要となる。それにより、分配器での電力損失が無くなり、電力伝達効率が向上する。

本発明により、給電点のインピーダンスが所定の値（例示：５０Ω）に固定されることが無く、任意の値のインピーダンスに対して、個々のマッチングボックスで整合を取ることが出来る。それにより、反射電力による損失を給電点ごとに低減でき、電力伝達効率が向上することができる。

本発明により、給電点ごとの位相を個別に容易に調整することが出来る。すなわち、その給電点に対応するＲＦ電源及びマッチングボックスを、制御部からの制御信号（ソフトウエア）で制御することで、給電点ごとの位相を個別に制御できる。それにより、プラズマの状態を容易に調整でき、膜厚分布を容易に調整することが可能となる。

本発明により、給電点ごとの電力を個別に容易に調整することが出来る。すなわち、その給電点に対応するＲＦ電源を、制御部からの制御信号（ソフトウエア）で制御することで、給電点ごとの電力を個別に制御できる。それにより、プラズマの状態を容易に調整でき、膜厚分布を容易に調整することが可能となる。

上記の構成では、給電点１５−ｉ同士が横方向に電気的に接続している。そのため、周波数が高い場合、高周波干渉を起こすことが考えられる。その場合には、ラダー電極１を分割する。それを示したのが、図４である。

図４は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態の構成の応用例を示す図である。この場合、ラダー電極１が、複数のラダー電極１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）になっている点で図２の場合と異なる。

ラダー電極１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、平行に並んだ一対の横方向電極棒１７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と１８−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）との間に、はしご状に平行に複数の縦方向電極棒１９−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）（例示：８本）が設けられた構造を有する。横方向電極棒１７−ｉ及び１８−ｉには、それぞれ給電点１５−ｉ及び１６−ｉが一つずつ設けられている。各給電点１５−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び１６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）には、それぞれ給電線６−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）及び７−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の一端が電気的に接続されている。横方向電極の一辺は、例えば、０．２ｍであり、縦方向電極の一辺は、例えば、１．２ｍである。

ラダー電極１−ｉは、それぞれ一枚の平板で形成しても良い。その場合、製造が容易になる。

その他の構成及び動作は、二次元方向に位相変調技術を適用できないほかは、図２の場合と同様であるのでその説明を省略する。

この場合も、図２の場合と同様の効果を得ることが出来る。加えて、周波数が高い場合でも、高周波干渉によりプラズマ分布が不均一になる可能性を低減することができる。すなわち、周波数が高い場合でも、より均一な膜を形成することが出来る。

本発明は、特に、縦方向電極棒１９（−ｉ）の長さが、高周波電力の波長の１／４以上の場合に特に有効である。それは、以下の理由による。一般に、縦方向電極棒１９の長さが高周波電力の波長の１／４以上の場合、縦方向電極棒１９上に電圧の最大点と最小点とが生じる。そうなると、ラダー電極１上に電圧分布が発生したり、反射電力の増加などの問題が発生し易くなる。その結果、プラズマの不均一や膜の不均一が生じる。本発明は、そのような高周波電力を用いた場合でも、反射電力を低減し、プラズマの不均一を抑制することが出来る。それにより、高周波電力を用いた場合の利益（例示：プラズマの電子温度が下がり膜質が向上、プラズマの密度が増加し成膜速度が向上）を享受しながら、大面積で均一な膜を得ることが可能となる。

縦方向電極棒１９の長さが高周波電力の波長の１／４以上となる場合は、周波数を高くした場合か、電極（基板）の大きさを大きくした場合に起こる。本発明は、いずれの場合にも対応することが出来る。

本発明は、成膜の場合だけでなく、放電用のガスとしてエッチング性のガス（例示：ＣＦ_４やＮＦ_３のようなフッ素系のガス）を用いたプラズマエッチングにも適用することができる（プラズマエッチング方法）。すなわち、基板上に成膜された膜の一部をエッチングするような半導体プロセスにおけるドライエッチングや、チャンバー内の付着物エッチング除去するセルフクリーニング（チャンバクリーニング）にも適用することが出来る。その場合、プラズマを均一にすることができるので、プラズマの不均一発生するエッチングムラを防止することが出来る。加えて、反射電力を防止できるので、電力消費を抑えながらエッチングを行うことが出来る。

図１Ａは、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。 図１Ｂは、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。 図２は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。 図３は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第１の実施の形態の構成の応用例を示す図である。 図４は、本発明のプラズマ化学蒸着装置の第２の実施の形態の構成の応用例を示す図である。 図５は、従来のプラズマ化学蒸着装置の構成を示す正面図である。 図６は、従来のプラズマ化学蒸着装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１、１０１ ラダー電極（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）
２、１０２ 防着板
４（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、７（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１０４、１０７ マッチングボックス
５、８、１０５、１０８ 分配器
６（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、９（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１０６、１０９ 給電線
１０、１１０ 真空チャンバ
１１（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１２（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１１１、１１２ ＲＦ電源
１３、１１３ 対向電極
１４、１１４ 基板
１５（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１６（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１１５、１１６ 給電点
１７（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１８（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１１７、１１８ 横方向電極棒
１９（−ｉ、ｉ＝１〜ｎ）、１１９ 縦方向電極棒
２０ 制御部

Claims (13)

1. 第１電力をそれぞれのインピーダンスの整合をとって第１出力側である複数の第１給電点へ出力する複数の第１整合器と、
   第２電力をそれぞれのインピーダンスの整合をとって第２出力側である複数の第２給電点へ出力する複数の第２整合器と、を有する放電電極と、
   前記放電電極に対向して基板を保持する対向電極と、
   を具備し、前記第１給電点に前記第１電力を、前記第２給電点に前記第２電力を供給し、前記放電電極と前記対向電極との間に、供給されたガスの放電を形成し、前記対向電極上の基板に成膜するプラズマ化学蒸着装置であって、
   前記複数の第１整合器の各々は、放電の際、前記複数の第１整合器の各々から対応する前記複数の第１給電点のうちの一つに供給される前記第１電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、前記第１出力側のインピーダンスの整合をとり、
   前記複数の第２整合器の各々は、放電の際、前記複数の第２整合器の各々から対応する前記複数の第２給電点のうちの一つに供給される前記第２電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、前記第２出力側のインピーダンスの整合をとるプラズマ化学蒸着装置。
2. 複数の第１整合器を介してインピーダンスが整合された第１電力が供給される複数の第１給電点と、複数の第２整合器を介してインピーダンスが整合された第２電力が供給される複数の第２給電点とを有する放電電極と、該放電電極に対向して基板を保持する対向電極と、を備えたプラズマ化学蒸着装置であって、
   前記複数の第１整合器の各々に対応して前記第１電力を供給する複数の第１電源、及び、前記複数の第２整合器の各々に対応して前記第２電力を供給する複数の第２電源、の少なくとも一方を具備するプラズマ化学蒸着装置。
3. 前記複数の第１整合器の各々と、対応する前記複数の第１電源のうちの一つは、対応する前記複数の第１給電点のうちの一つに供給される前記第１電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、それぞれ、前記第１出力側のインピーダンスの整合をとり、対応する前記第１電力の位相及び電力を調整し、
   前記複数の第２整合器の各々と、対応する前記複数の第２電源のうちの一つとは、対応する前記複数の第２給電点のうちの一つに供給される前記第２電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、それぞれ、前記第２出力側のインピーダンスの整合をとり、対応する前記第２電力の位相及び電力を調整する請求項２に記載のプラズマ化学蒸着装置。
4. 前記複数の第１電源の各々は、更に、前記基板上の膜が均一になるように、対応する前記第１電力の電力を調整し、
   前記複数の第２電源の各々は、更に、前記基板上の膜が均一になるように、対応する前記第２電力の電力を調整する請求項２又は３に記載のプラズマ化学蒸着装置。
5. 前記放電電極は、複数の分割電極を備え、
   前記複数の分割電極の各々は、前記複数の第１給電点のうちの少なくとも一つと、それと同数の前記複数の第２給電点のうちの少なくとも一つとを有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマ化学蒸着装置。
6. 前記複数の第１整合器の各々から対応する前記複数の第１給電点のうちの一つへ前記第１電力を供給する複数の第１給電線、及び、前記複数の第２整合器の各々から対応する前記複数の第２給電点のうちの一つへ前記第２電力を供給する複数の第２給電線のいずれか一方を備え、
   前記複数の第１給電線の各々は、前記基板上の膜が均一になるように、対応する前記複数の第１給電線のうちの一つの特性により、対応する前記複数の第１給電点のうちの一つにおける前記第１電力の位相を調整し、
   前記複数の第２給電線の各々は、前記基板上の膜が均一になるように、対応する前記複数の第２給電線のうちの一つの特性により、対応する前記複数の第２給電点のうちの一つにおける前記第２電力の位相を調整する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のプラズマ化学蒸着装置。
7. 前記高周波は、前記高周波の波長の４分の１の長さが、前記放電電極における前記複数の第１給電点のうちの１つとそれに最も近い前記複数の第２給電点のうちの１つとを結ぶ方向における前記放電電極の長さ以下である請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプラズマ化学蒸着装置。
8. 前記放電電極は、一対の横電極の間に複数の縦電極が並列に取り付けられている請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマ化学蒸着装置。
9. （ａ）放電の際、複数の第１整合器の各々を介して、対応する複数の第１給電点のうちの一つに供給される第１電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、第１出力側のインピーダンスの整合をとり、前記第１出力側の複数の第１給電点のうちの対応するものに第１電力を出力するステップと、
   （ｂ）放電の際、複数の第２整合器の各々を介して、対応する複数の第２給電点のうちの一つに供給される第２電力の位相及び電力が概ね等しくなるように、第２出力側のインピーダンスの整合をとり、前記第２出力側の複数の第２給電点のうちの対応するものに第２電力を出力するステップと、
   （ｃ）前記複数の第１給電点と前記複数の第２給電点とを備える放電電極と、対向する対向電極との間に、供給されたガスの放電を形成するステップとを具備するプラズマ発生方法。
10. 前記（ａ）ステップは、
    （ａ１）前記複数の第１整合器の各々に対応して、複数の第１電源のうちの対応するものから前記第１電力を供給するステップを備え、
    前記（ｂ）ステップは、
    （ｂ１）前記複数の第２整合器の各々に対応して、複数の第２電源のうちの対応するものから前記第２電力を供給するステップを備える請求項９に記載のプラズマ発生方法。
11. 前記放電電極は、複数の分割電極を備え、
    前記複数の分割電極の各々は、前記複数の第１給電点のうちの少なくとも一つと、それと同数の前記複数の第２給電点のうちの少なくとも一つとを有する請求項９又は１０に記載のプラズマ発生方法。
12. （ｄ）請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のプラズマ発生方法を実行するステップと、
    （ｅ）前記放電により、前記対向電極上に保持された基板に膜を形成するステップと
    を具備するプラズマ化学蒸着方法。
13. （ｆ）請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のプラズマ発生方法を実行するステップと、
    （ｇ）前記放電により、前記放電電極、前記対向電極及びその周辺部の付着物をエッチングするステップとを具備するプラズマエッチング方法。
    

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