JP4554380B2 - Plasma generating apparatus and a plasma generation method - Google Patents

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Description

本発明は、半導体、液晶表示装置、太陽電池等を作製する際に用いるCVD、エッチング又はスパッタリング等の処理に用いられるプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor, a liquid crystal display device, CVD used to prepare the solar cell or the like, a plasma generating apparatus and the plasma generating method used for processing such as etching or sputtering.

プラズマを用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)装置をはじめとする半導体製造装置では、プラズマ生成のためにアンテナ素子を用いた電磁波結合型の装置が用いられている。 In the semiconductor manufacturing apparatus including a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus using a plasma, an electromagnetic wave coupling type device using the antenna elements for plasma generation is used.
一方、液晶表示装置やアモルファス型の太陽電池の大型化に伴って、プラズマを用いて各処理を行う半導体製造装置についても、大面積の基板を処理する大型の装置が望まれている。 On the other hand, as the size of the solar cell of the liquid crystal display device or an amorphous type, a semiconductor manufacturing apparatus for performing the process using the plasma is also large apparatus is desired to process a substrate having a large area.

このような大型の半導体製造装置において使用する高周波信号の周波数は10MHz〜2.5GHzと高いため、アンテナ素子から放射される電磁波の波長が短い。 Frequency of the high frequency signal used in the semiconductor manufacturing apparatus such large is higher and 10MHz~2.5GHz, the wavelength of the electromagnetic wave radiated from the antenna element is short. このため、成膜等の処理の均一性に影響を与えるプラズマの密度分布が均一になるように制御することが一層重要となっている。 Therefore, it has become more important to control such that the density distribution of the plasma affecting the uniformity of the processing such as film formation is uniform.

このような状況下、特許文献1に示すプラズマCVD装置において、大面積プラズマ生成用アンテナを用いることが提案されている。 Under such circumstances, in the plasma CVD apparatus shown in Patent Document 1, it is proposed to use a large-area plasma generation antenna.
具体的には、棒状のアンテナ素子を複数個平面状に配置してアレイ化したアレイアンテナを用いて、電磁波の空間分布を一様にして大面積のプラズマ生成に用いるものである。 Specifically, it is to use a rod-like antenna element using an array antenna arrayed arranged a plurality plane, in the uniform spatial distribution of the electromagnetic wave into the plasma generation of a large area.

特開2003−86581号公報 JP 2003-86581 JP

しかし、特許文献1に示されるプラズマCVD装置では、アンテナ素子の電磁波の放射によって生成したプラズマの影響を受けて、アンテナ素子の負荷が変化するため、給電線において設定されているインピーダンス(通常50Ω)に常に整合させることが難しい。 However, in the plasma CVD apparatus shown in Patent Document 1, the influence of the plasma generated by the radiation of electromagnetic waves of the antenna elements, the load of the antenna element is changed, the impedance is set in the feed line (normally 50 [Omega) always it is difficult to match to. このため、給電線からの信号がアンテナ素子との接続部分で反射し、アンテナ素子に必要な電力が供給されず、各アンテナ素子からの電磁波の放射が不均一となり、生成されるプラズマの密度分布が一様でなくなる。 Therefore, signals from the feed line is reflected at the connection portion between the antenna elements, the power is not supplied required antenna elements, the plasma density distribution of the radiation of the electromagnetic wave becomes uneven, that is generated from the antenna elements It is not uniform. この結果、生成するプラズマ分布が不均一となり、CVD等による成膜が不均一となるといった問題が生じやすい。 As a result, the generated plasma distribution becomes uneven, prone problem deposition becomes uneven by CVD or the like.

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成した複数のアンテナ素子を、平行かつ平面状に配したアレイアンテナを用いて、プラズマを生成させる際、プラズマが均一となるように、インピーダンス整合を容易に行うことができる、簡易な装置構成のプラズマ生成装置及びそのようなプラズマ生成を実現するプラズマ生成方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention is to solve the above problems, a plurality of antenna elements configured in a conductor rod-shaped surface is covered with a dielectric, using an array antenna arranged in parallel and planar plasma when to generate, as the plasma is uniform, it is possible to perform impedance matching easily, and to provide a plasma generation method for realizing a plasma generating apparatus and the plasma generation of the simple device structure .

上記目的を達成するために、本発明は、それぞれ誘電体で表面が覆われた棒状の導体からなる複数のアンテナ素子を互いに平行且つ平面状に配したアレイアンテナを用いて、プラズマを生成させるプラズマ生成装置であって、前記複数のアンテナ素子に供給する高周波信号を生成する共通の高周波電源と、前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続され、インピーダンス整合のための容量素子及び誘導素子のいずれか一方の調整素子を有する複数のインピーダンス整合器と、前記複数のインピーダンス整合器と前記高周波電源との間に接続された分配器と、前記高周波電源から前記分配器に供給される高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知する第1のセンサと、前記複数のインピーダンス整合器にそれぞれ対応して配置され且つ To achieve the above object, the present invention is, respectively, using an array antenna arranged in parallel and planar to each other a plurality of antenna elements made of a conductor rod-shaped surface is covered with a dielectric to produce a plasma plasma a generator, a common high-frequency power supply for generating a high-frequency signal supplied to the plurality of antenna elements, respectively connected to said plurality of antenna elements, one of the capacitive elements and inductive elements for impedance matching a plurality of impedance matching device having an adjusting element, wherein the plurality of impedance matching network and connected to the distributor between the high frequency power source, by the high-frequency signal and the reflected wave are supplied to the distributor from the high frequency power source a first sensor for sensing the current and voltage, the multiple impedance matching and disposed corresponding respectively 記分配器から対応するインピーダンス整合器に供給される高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知する複数の第2のセンサと、前記第1のセンサによる検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がインピーダンス整合の状態に近づくように前記高周波電源を制御して前記高周波電源から出力される高周波信号の周波数を調整すると共に前記複数の第2のセンサによる検知信号に基づいて各アンテナ素子がインピーダンス整合の状態となるように前記複数のインピーダンス整合器をそれぞれ制御して各インピーダンス整合器の前記調整素子として用いられる容量素子の容量または前記誘導素子のインダクタンスを制御する制御器とを有することを特徴とするプラズマ生成装置を提供する。 Serial high-frequency signal is supplied to a corresponding impedance matching device from the distributor and a plurality of second sensor for sensing the current and voltage due to the reflected waves, the first of said plurality of antenna elements based on the detection signal by the sensor each of the antenna elements based on the detection signal from the plurality of second sensors as well as adjust the frequency of the high frequency signal outputted from the high frequency power source impedance matching by controlling the high frequency power source as but approaches a state of impedance matching and characterized by comprising a controller for controlling the in the state so as to the plurality of impedance matching device was respectively controlled capacitance or inductance of the inductive element of the capacitive element used as the adjustment element of the impedance matching device to provide a plasma generating apparatus for.

また、各インピーダンス整合器の前記調整素子は、一端が前記分配器と接続された第1の容量素子と、一端が前記アンテナ素子と接続された第2の容量素子とからなり、前記第1の容量素子の他端と前記第2の容量素子の他端はいずれも接地され、前記制御器は、前記第1の容量素子の容量を制御することが好ましい。 Moreover, the adjustment elements of each impedance matcher is composed of a first capacitor having one end connected to the distributor, a second capacitor having one end connected to the antenna element, the first both the other end of the capacitive element and the other end of the second capacitor is grounded, the controller preferably controls the capacity of the first capacitor.
このようなプラズマ生成装置は、生成される前記プラズマを、基板の成膜に用いるCVD装置又は基板のエッチングに用いるエッチング装置であることが好ましい。 The plasma generating apparatus, the plasma generated is preferably an etching apparatus used in etching of the CVD apparatus or the substrate used for forming the substrate.

また、本発明は、それぞれ誘電体で表面が覆われた棒状の導体からなる複数のアンテナ素子を互いに平行且つ平面状に配したアレイアンテナを用いて、プラズマを生成させるプラズマ生成方法であって、高周波信号を生成し、生成された前記高周波信号をそれぞれインピーダンス整合のための容量素子及び誘導素子のいずれか一方の調整素子を有する複数のインピーダンス整合器を介して前記複数のアンテナ素子に分配供給し、分配する前の前記高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知し、前記複数のインピーダンス整合器に分配供給される前記高周波信号及びその反射波による電流及び電圧をそれぞれ検知し、分配する前の前記高周波信号及びその反射波に対する検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がインピーダンス Further, the present invention each using an array antenna arranged in parallel and planar to each other a plurality of antenna elements made of a conductor rod-shaped surface is covered with a dielectric, a plasma generation method for generating a plasma, It generates a high-frequency signal, generated with the high frequency signal is distributed to the plurality of antenna elements through a plurality of impedance matching device having any one of the adjustment element of the capacitor and the inductive element for each impedance matching , before detecting the high-frequency signal and the current and voltage due to the reflected wave prior to dispensing, the high-frequency signal and the current and voltage due to the reflected wave is distributed and supplied to the plurality of impedance matching device detects respectively, distributes the high frequency signal and the plurality of antenna elements impedance based on a detection signal for the reflected wave 合の状態に近づくように前記高周波信号の周波数を調整すると共に前記複数のインピーダンス整合器に分配供給される前記高周波信号及びその反射波に対する検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がそれぞれインピーダンス整合の状態となるように各インピーダンス整合器の前記調整素子として用いられる前記容量素子の容量または前記誘導素子のインダクタンスを制御することを特徴とするプラズマ生成方法を提供する。 The high frequency signal and the plurality of antenna elements based on a detection signal for the reflected wave is distributed and supplied to the plurality of impedance matching as well as adjust the frequency of the high frequency signal so as to approach the state of engagement of each of impedance matching to provide a plasma generation method characterized by controlling the capacitance or inductance of the inductive element of the capacitive element to be used as a state as the adjustment element of the impedance matching device.

それぞれ誘電体で表面が覆われた棒状の導体からなる複数のアンテナ素子を互いに平行且つ平面状に配したアレイアンテナを用いてプラズマを生成させる際各アンテナ素子に給電する共通の高周波信号の周波数を制御することで、各アンテナ素子のインピーダンス整合を共通に行うことができる。 When generating the plasma by using an array antenna arranged in mutually parallel and planar multiple antenna elements made of a conductor rod-shaped surface is covered with a respective dielectric, the frequency of the common frequency signals fed to each antenna element by controlling, it is possible to perform impedance matching of the antenna elements common. このため、インピーダンス整合器の構成を簡略にすることができ、自動制御の追従性も向上し、制御時間が短縮される。 Therefore, it is possible to simplify the configuration of the impedance matching device, followability of the automatic control is also improved, the control time can be shortened.

以下、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について詳細に説明する。 It will be described in detail below the plasma generating apparatus and the plasma generating method of the present invention.
図1は、本発明のプラズマ生成装置の一実施形態であるプラズマCVD装置10の構成を説明する概略構成図である。 Figure 1 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a plasma CVD apparatus 10 according to an embodiment of the plasma generating apparatus of the present invention. 図2は、CVD装置10のアンテナ素子の配置を説明する図である。 Figure 2 is a diagram illustrating the arrangement of the antenna elements of the CVD apparatus 10. 図2においては、高周波信号を伝送する給電線を図示し、後述するインピーダンス整合を行うための制御器及び制御線は図示されていない。 In Figure 2, illustrates a power supply line for transmitting a high frequency signal, the controller and control lines for performing impedance matching to be described later is not shown.

CVD装置10は、ガラス基板やシリコンウエハ等の処理基板12にプラズマCVDを用いて成膜処理を行う装置である。 CVD apparatus 10 is an apparatus for performing a film forming process by plasma CVD on substrate 12 such as a glass substrate or a silicon wafer.
CVD装置10は、反応容器14、処理基板12を載置する基板台16、反応容器14の壁面に設けられ、原料ガスを導入する導入口18、反応容器14の壁面に設けられ、減圧のために原料ガス等を排気する排気口20、反応容器14に設けられ、原料ガスを反応室に放出するガス放射板24、反応容器14内に設けられた複数のアンテナ素子22、反応容器14の外側に設けられるインピーダンス整合器26、アンテナ素子22に給電する高周波電源28、高周波電源28及びインピーダンス整合器26を制御する制御器30、アンテナ素子22に給電される高周波信号の電流及び電圧を検出する第1電流・電圧センサ32、インピーダンス整合器26を個別に調整するために電流及び電圧を検出する第2電流・電圧センサ34、第1電 CVD apparatus 10 includes reaction vessel 14, the substrate table 16 for placing a substrate 12, provided on the wall surface of the reaction vessel 14, inlet port 18 for introducing a raw material gas, is provided on the wall surface of the reaction vessel 14, for vacuum the exhaust port 20 for exhausting the raw material gas or the like, provided in the reaction vessel 14, the gas radiation plate 24 discharges the raw material gas into the reaction chamber, a plurality of provided in the reaction vessel 14 antenna elements 22, outside the reaction vessel 14 impedance matching device 26 provided in the high frequency power supply 28 for supplying power to the antenna element 22, a controller 30 for controlling the high frequency power source 28 and the impedance matching device 26, the detected current and voltage of a radio frequency signal supplied to the antenna element 22 1 current-voltage sensor 32, the second current-voltage sensor 34 for detecting the current and voltage impedance matching device 26 in order to individually adjust the first collector ・電圧センサ32と第2電流・電圧センサ34との間に設けられる分配器33を有する。 - having a voltage sensor 32 and the distributor 33 provided between the second current-voltage sensor 34.

反応容器14は、金属製の容器であり、反応容器14の壁面は接地されている。 The reaction vessel 14 is a metal container, the wall of the reaction vessel 14 is grounded.
基板台16は、処理基板12がアンテナ素子22に対向するように、処理基板12を載置する台であり、基板台12の内部には処理基板12を加熱する図示されない発熱体が設けられ、さらに接地された図示されない電極板が設けられている。 The substrate table 16, as substrate 12 is opposed to the antenna element 22, a table on which to place the processed substrate 12, heating element inside the substrate table 12 (not shown) for heating the substrate 12 is provided, electrode plate is provided with a not shown further is grounded. この電極板はバイアス電源に接続されて、バイアス電圧が印加されてもよい。 The electrode plate is connected to a bias power supply, a bias voltage may be applied.

導入口18は、反応容器14の上面側に設けられ、原料ガスを供給する供給管19と接続されている。 Inlet 18 is provided on the upper surface of the reaction vessel 14 is connected to the supply pipe 19 for supplying the raw material gas. 供給管19は、図示されない原料ガス源と接続されている。 Supply pipe 19 is connected to a raw gas source, not shown. 導入口18から供給される原料ガスは、成膜の種類によって変わるが、例えば、低温ポリシリコンTFT液晶の場合、シリコン膜の作製に際してはシランガスが、またゲート絶縁膜の作製に際してはTEOSが好適に用いられる。 Raw material gas supplied from the inlet 18 will vary depending on the type of film forming, for example, in the case of low-temperature polysilicon TFT LCD, silane gas is In the preparation of the silicon film, The TEOS is preferably is In the preparation of the gate insulating film used.

反応容器14の上側には、原料ガス分散室23が、ガス放射板24によって下側の反応室25と仕切られて構成される。 Above the reaction vessel 14, the raw material gas dispersion chamber 23 is configured partitioned reaction chamber 25 of the lower side by the gas radiation plate 24.
ガス放射板24は、SiCからなる板状部材に0.5mm程度の貫通穴が複数あけられ、原料ガスが下側の反応室25に一定の流速で放射するようになっている。 Gas radiating plate 24, the through holes of approximately 0.5mm in the plate-like member made of SiC is more Akerare, raw material gas is adapted to emit at a constant flow rate below the reaction chamber 25. なお、ガス放射板24は、セラミック材で構成されてもよいし、CVDにより成膜された板状部材であってもよい。 The gas radiation plate 24 may be formed of a ceramic material, it may be a plate-like member which is formed by CVD. ガス放射板24には金属膜が形成されており接地されている。 The gas radiation plate 24 is grounded is formed a metal film.
排気口20は、反応容器14内を所定の圧力に減圧した原料ガスの雰囲気とするために、図示されない真空ポンプと接続した排気管21に接続されている。 Exhaust port 20, to the atmosphere of the reaction vessel 14 is reduced to a predetermined pressure feed gas, it is connected to an exhaust pipe 21 connected to a vacuum pump (not shown).

ガス放射板24下側の反応室22の上側部分には、ガス放射板24に対向するように、アレイ状に設けられた複数のアンテナ素子22が設けられている。 The upper portion of the reaction chamber 22 of the gas radiation plate 24 lower, so as to face the gas radiation plate 24, a plurality of antenna elements 22 provided in an array is provided.
複数のアンテナ素子22は、図2に示すように、互いに平行にかつ平面状に配置されて、モノポールアンテナからなるアレイアンテナを形成する。 A plurality of antenna elements 22, as shown in FIG. 2, are arranged parallel to and in the plane with one another to form an array antenna consisting of monopole antenna. このアレイアンテナは、ガス放射板24及び基板台16に載置される処理基板12に対して平行に設けられる。 The array antenna is provided parallel to the substrate 12 placed on the gas radiation plate 24 and the substrate table 16.
モノポールアンテナであるアンテナ素子22は、図2に示すように隣接するアンテナ素子22と互いに逆方向に反応容器12内の壁面から突出しており、給電方向が逆向きとなっている。 Antenna element 22 is a monopole antenna projects from the wall surface of the reaction vessel 12 in opposite directions to each other and the antenna elements 22 adjacent as shown in FIG. 2, the feed direction is opposite to. これらのアンテナ素子22は、それぞれマッチングボックスであるインピーダンス整合器26と接続されている。 These antenna elements 22 are connected to the impedance matching device 26 is a matching box, respectively.

各アンテナ素子22は、電気伝導率の高い導体からなる棒状(パイプであってもよい)を成し、使用する高周波の波長の(2n+1)/4倍(nは0または正の整数である)の長さをモノポールアンテナであるアンテナ素子の放射長さとする。 Each antenna element 22, a rod shape made of high electric conductivity conductors (which may be a pipe), the wavelength of the high frequency used (2n + 1) / 4 times (n is 0 or a positive integer) of the length to the radiation length of the antenna element is a monopole antenna. 各アンテナ素子22の表面は、石英チューブ等の誘電体で被覆されている。 Surface of each antenna element 22 is covered with a dielectric such as quartz tube. 棒状の導体を誘電体で被覆することで、アンテナ素子22としての容量とインダクタンスが調整されており、これにより、アンテナ素子22の突出方向に沿って高周波電流を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。 The conductors of the rod-like by covering with a dielectric are adjusted capacitance and inductance of the antenna element 22, by which, it is possible to propagate a high-frequency current efficiently along the projecting direction of the antenna element 22, electromagnetic waves it can be efficiently radiated.
このように誘電体で覆われたアンテナ素子22は、反応容器14の内壁に開けた開口に電気的に絶縁して取り付けられており、アンテナ素子22の高周波電流供給端の側が、インピーダンス整合器26に接続されている。 The antenna element 22 covered with a dielectric as is electrically attached to insulating the opening opened in the inner wall of the reaction vessel 14, side is a high-frequency current supply end of the antenna element 22, the impedance matching device 26 It is connected to the.

アンテナ素子22は、ガス放射板24の近傍に設けられるので、アンテナ素子22から放射される電磁波は、隣接するアンテナ素子22間で電磁波が相互に影響を及ぼし合うことなく、ガス放射板24の接地されている金属膜の作用によって鏡像関係に形成される電磁波と作用して、アンテナ素子毎に所定の電磁波を形成する。 Antenna element 22, so provided in the vicinity of the gas radiation plate 24, an electromagnetic wave radiated from the antenna element 22, without the electromagnetic waves mutually influence each other between adjacent antenna elements 22, the ground of the gas radiation plate 24 It acts with electromagnetic wave formed in a mirror image relationship by the action of has been being metal film to form a predetermined electromagnetic wave to each antenna element. さらに、アレイアンテナを構成するアンテナ素子22は、隣接するアンテナ素子22と給電方向が逆向きとなっているので、反応室25において電磁波は均一に形成される。 Further, the antenna elements 22 constituting the array antenna, since the power feeding direction with adjacent antenna elements 22 is in the opposite direction, the electromagnetic wave in the reaction chamber 25 is uniformly formed.

インピーダンス整合器26には、一方の側がアンテナ素子22の端部と接続された容量素子26aと、一方の側が給電線27と接続された容量素子26bが設けられ、容量素子26aと容量素子26bの他方の側は、お互いに接地されている。 The impedance matching device 26, one side and the capacitor 26a connected to the end of the antenna element 22, one side capacitive element 26b which is connected to the feed line 27 is provided, of the capacitor 26a and the capacitor 26b the other side is grounded in each other.
容量素子26bは、容量素子を構成する電極間が可変に構成され、容量(特性パラメータ)が自在に調整できるようになっている。 Capacitive element 26b is, between the electrodes included in the capacitor is configured to be variable, capacitance (characteristic parameters) is adapted to be freely adjusted. この容量の調整は、電極を移動させるサーボモータ26cによって調整される。 Adjustment of the volume is adjusted by a servomotor 26c for moving the electrode. 容量素子26bの容量の調整は、後述する高周波電源28が発生する高周波信号の周波数の調整とともに用いて、プラズマの生成中にアンテナ素子22の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正するために用いられる。 Adjustment of the capacitance of the capacitor 26b is used with adjustment of the frequency of the high-frequency signal frequency power source 28 to be described later is generated, in order to correct the impedance mismatch caused by the change in the load of the antenna element 22 during the generation of plasma used.

高周波電源28は、図示されない高周波発振回路及び増幅器により構成され、制御器30からの信号に応じて、発振周波数が可変となるように構成されている。 High-frequency power source 28 is constituted by a not shown high-frequency oscillator and amplifier in response to a signal from the controller 30 is configured such that the oscillation frequency is variable.
制御器30は、後述する第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34の検知信号に応じて、高周波電源28の発振周波数の変更及びインピーダンス整合器26の調整を行う制御部分である。 Controller 30 is a control portion for adjusting the first in response to the detection signal current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34, changes of the oscillation frequency of the high frequency power source 28 and the impedance matching device 26 to be described later .

第1電流・電圧センサ32は、高周波電源28からの高周波信号がアンテナ素子22にインピーダンスの整合された状態で給電されているか否かを検知するために、高周波電源28の出力端近傍で電流及び電圧を検知する部分である。 The first current-voltage sensor 32, to radio frequency signals from the high frequency power supply 28 detects whether or not it is powered in a state of being matched in impedance to the antenna element 22, current and at the output end near the high-frequency power source 28 is a portion for detecting a voltage. 第1電流・電圧センサ32は、分配器33を介してインピーダンス整合器26と接続されている。 The first current-voltage sensor 32 is connected to the impedance matching device 26 through the distributor 33. 第2電流・電圧センサ34は、各インピーダンス整合器26の入力端近傍に個別に設けられ、各インピーダンス整合器26の調整を行うために、電流及び電圧を検知する部分である。 The second current-voltage sensor 34 is provided individually to the input end vicinity of the impedance matching device 26, in order to adjust the respective impedance matching device 26 is a section for detecting the current and voltage. インピーダンス整合がなされていない場合、給電線27とアンテナ素子22の接続部分で高周波信号の反射波が発生し、これによって電流と電圧間に位相差が生じる。 If the impedance matching is not performed, the reflected wave of the high frequency signal is generated at the connection portion of the feed line 27 and the antenna element 22, whereby a phase difference occurs between the current and voltage. このため、第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34において電流、電圧を検知することで、インピーダンス整合の状態か、不整合の状態かを検知することができる。 Therefore, by detecting the current, the voltage at the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34, whether the state of impedance matching, it is possible to detect whether an inconsistent state.
第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34の検知信号は、制御器30に供給される。 Detection signal of the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34 is supplied to the controller 30.

制御器30は、第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34からの検知信号に基づいて、インピーダンス整合の状態か否かを判断し、判断の結果に応じて、高周波電源28及びインピーダンス整合器26のサーボモータ26cを制御する制御信号を生成して、高周波電源28及びサーボモータ26cに供給する部分である。 Controller 30, based on the detection signal from the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34, and determines whether the state of impedance matching, according to the result of judgment, the high-frequency power supply 28 and generates a control signal for controlling the servo motor 26c of the impedance matching device 26, a portion for supplying a high frequency power source 28 and the servo motor 26c.
例えば、各アンテナ素子22において不整合と判断される場合、高周波電源28を制御して、高周波信号の周波数を調整して、複数のアンテナ素子22がインピーダンス整合される状態となるように調整される。 For example, if it is determined that the mismatch in the antenna elements 22, by controlling the high frequency power source 28, by adjusting the frequency of the high frequency signal is adjusted so that the state where a plurality of antenna elements 22 is impedance matched . この後、依然として不整合と判断されるアンテナ素子22のインピーダンス整合器26のサーボモータ26cに対して、個別にインピーダンス整合するように、制御信号を生成する。 Then, with respect to still servomotor 26c of the impedance matching device 26 of the antenna element 22 is determined to be inconsistent, so that individual impedance matching, and generates a control signal.
このように、制御器30は、アンテナ素子22に共通の高周波信号の周波数を制御して、すべてのアンテナ素子22をインピーダンス整合の状態に近づけ、この後、サーボモータ26cによって個別に調整する。 Thus, the controller 30 controls the frequency of the common high frequency signal to the antenna element 22, close all the antenna elements 22 in a state of impedance matching, thereafter, be adjusted individually by the servo motor 26c.
なお、本実施形態では、第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34の双方を設けた構成であるが、本発明では、いずれか一方の電流・電圧センサを設ければよい。 In the present embodiment, although a configuration in which both the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34, in the present invention may be provided either a current-voltage sensor. しかし、より正確な制御を行うには、第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34の双方を設けた構成とすることが好ましい。 However, a more accurate control, it is preferable to adopt a configuration provided with both the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34.

このようなCVD装置10では、反応容器14内に導入口18から原料ガスを送り込み、一方、排出口20に接続した図示されない真空ポンプを作動させて通常1Pa〜数100Pa程度の真空雰囲気を反応容器14内につくる。 In such a CVD apparatus 10, fed a raw material gas from the inlet 18 into the reaction vessel 14, while the reaction vessel a vacuum atmosphere of typically about 1Pa~ number 100Pa by actuating the vacuum pump (not shown) connected to the outlet 20 making in the 14. この状態でアンテナ素子22に高周波信号を給電することで、アンテナ素子22の周囲に電磁波が放射される。 By feeding a high-frequency signal to the antenna element 22 in this state, electromagnetic waves are radiated around the antenna element 22. これにより、反応容器14内でプラズマが発生するとともに、ガス放射板24から放射された原料ガスが励起されてラジカルをつくる。 Thus, the plasma is generated in the reaction vessel 14, the raw material gas emitted from the gas emission plate 24 is excited make radical. その際、発生したプラズマは導電性を有するので、アンテナ素子22から放射された電磁波はプラズマで反射され易い。 At that time, since the plasma generated is electrically conductive, electromagnetic wave radiated from the antenna element 22 is likely to be reflected by the plasma. このため、電磁波はアンテナ素子22周辺の局部領域に局在化する。 Therefore, electromagnetic waves are localized in the local area around the antenna element 22.
これにより、プラズマはアンテナ素子22の近傍に局在化して形成される。 Thus, the plasma is formed by localized in the vicinity of the antenna element 22.

このとき、電磁波の放射するアンテナ素子22の周辺には、局在化したプラズマが発生しているので、アンテナ素子22の負荷も変化する。 At this time, the periphery of the antenna element 22 for radiating electromagnetic waves, the plasma localized occurs, the load of the antenna element 22 also changes. このため、アンテナ素子22は、インピーダンス整合の状態から不整合の状態に変化し、高周波電源28から供給される高周波信号の、アンテナ素子22との接続部分における反射率は高くなり、給電が十分に行われなくなる。 Therefore, the antenna element 22 changes from the state of impedance matching an inconsistent state, the high-frequency signal supplied from the high frequency power source 28, the reflectance at the connection portion between the antenna element 22 is high, the power is sufficient It carried out no longer. その際、各アンテナ素子22の負荷変動も異なるため、各アンテナ素子22における不整合の状態も異なる。 At this time, since also different load fluctuation of each antenna element 22, the state of mismatch at each antenna element 22 varies. このため、アンテナ素子22から放射される電磁波も分布を持ち、その結果、発生するプラズマの密度分布も空間で変動することとなる。 Therefore, the electromagnetic waves radiated from the antenna element 22 also has a distribution, as a result, the even density distribution of the generated plasma varies spatially.
このようなプラズマの密度分布の空間変動は、処理基板12の成膜処理等にとって好ましくない。 Spatial variation of the density distribution of the plasma is undesirable for film forming process such as the substrate 12. このため、各アンテナ素子22からの電磁波の放射が一定になり、均一なプラズマが生成されるように、各アンテナ素子22のインピーダンス整合が行われなければならない。 Therefore, radiation of electromagnetic waves from the antenna element 22 becomes constant, so that a uniform plasma is generated, the impedance matching of the antenna elements 22 must be performed.

アンテナ素子22のインピーダンス整合は、具体的には、供給される高周波信号の電流と電圧の位相差がゼロとなり、かつアンテナ素子22のインピーダンスと給電線27のインピーダンス(例えば50オーム)が容量素子26a,26bを介して一致するように、高周波信号の周波数及び容量素子26bの容量を調整する。 Impedance matching of the antenna element 22, specifically, the phase difference between the current and the voltage of the high-frequency signal supplied becomes zero, and the impedance of the impedance of the antenna element 22 and the power supply line 27 (e.g., 50 ohms) the capacitor 26a , to match via 26b, adjusting the capacitance of the frequency and the capacitor 26b of the RF signal.
このような調整は、第1電流・電圧センサ32及び第2電流・電圧センサ34で検知された電流、電圧の情報が検知信号として制御器30に供給される。 Such adjustments sensed current in the first current-voltage sensor 32 and the second current-voltage sensor 34, the information of the voltage supplied to the controller 30 as a detection signal.
制御器30では、検知信号に基づいて高周波信号の周波数、さらには容量素子26bの容量が設定され、高周波電源28及びサーボモータ26cを制御する制御信号が生成される。 The controller 30, the frequency of the high frequency signal based on the detection signal, and further sets the capacitance of the capacitor 26b, a control signal for controlling the high frequency power source 28 and the servo motor 26c is generated.
こうして、制御信号が高周波電源28及びサーボモータ26cに供給されて、アンテナ素子22と信号線27との間のインピーダンス整合が行われる。 Thus, the control signal is supplied to the high frequency power source 28 and the servo motor 26c, the impedance matching between the antenna element 22 and the signal line 27 is performed.

図3(a)は、図1に示すCVD装置10のインピーダンス整合器26におけるアンテナ素子22と容量素子26a,26bの接続関係を示す図である。 3 (a) is a diagram showing the antenna element 22 and the capacitor 26a, 26b of the connection relationship in the impedance matching device 26 of the CVD apparatus 10 shown in FIG.
インピーダンス整合器26は、図3(a)の他に、図3(b)に示すように、アンテナ素子22に対して容量素子26aと容量素子26dを直列に接続し、容量素子26aと容量素子26dとの間に高周波信号の給電点を設けるように構成してもよい。 Impedance matching device 26, in addition to FIG. 3 (a), as shown in FIG. 3 (b), to connect the capacitor 26a and the capacitor 26d in series to the antenna element 22, the capacitor 26a and the capacitor it may be configured to provide a feed point of the high-frequency signals between the 26 d.
この場合においても、高周波信号の周波数を制御するとともに容量素子26dの容量を制御することにより、アンテナ素子22と信号線27のインピーダンス整合を行うことができる。 Also in this case, by controlling the capacitance of the capacitor 26d and controls the frequency of the high frequency signal, it is possible to perform impedance matching of the antenna element 22 and the signal line 27.

なお、本実施形態では、アンテナ素子22のインピーダンス整合のために容量素子(キャパシタ)を用いたが、誘導素子(インダクタ)を用いて、インダクタンス(特性パラメータ)を制御してもよい。 In the present embodiment uses a capacitance element (capacitor) for impedance matching of the antenna element 22, using an induction element (inductor) may be controlled inductance (characteristic parameters).
このように、CVD装置10では、アレイ状に設けられた複数のアンテナ素子22のそれぞれに対して、インピーダンス整合を行うために容量素子26bを設け、この素子の容量(特性パラメータ)と高周波信号の周波数を制御する。 Thus, in the CVD apparatus 10, for each of a plurality of antenna elements 22 provided in an array, a capacitor 26b for performing impedance matching is provided, the element capacitance (characteristic parameters) as a high-frequency signal to control the frequency.

これに対して、高周波信号の周波数の制御の替わりに、容量素子26aを制御対象とした場合、アンテナ素子22に対応して設けられる各インピーダンス整合器26において、容量素子26bのサーボモータ26cの他に、容量素子26aにもサーボモータを設ける必要がある。 In contrast, in place of the control of the frequency of the high-frequency signal, when the control object capacitive element 26a, at each impedance matching device 26 provided corresponding to the antenna element 22, the other servomotor 26c of the capacitor 26b in, it is necessary to provide the servo motor to the capacitive element 26a. このため、インピーダンス整合器は複雑な構成となる。 Therefore, the impedance matching device is a complicated construction. 例えば、16個のアンテナ素子22に対して高価なサーボモータを32個設ける必要があり、制御対象の数も増大する。 For example, it is necessary to the provision of 32 costly servo motor against 16 of the antenna element 22, also increases the number of control subjects. このためCVD装置全体のコストは増大するほか、制御対象の数の増大に伴ってインピーダンス整合の追従性も悪くなる。 Thus in addition to the cost of the overall CVD apparatus is increased, also deteriorates followability of association with impedance matching increase in the number of the controlled object.
一方、本発明におけるCVD装置10において制御対象とする高周波信号は、各アンテナ素子22に共通の信号なので、各アンテナ素子22に対応して設けられるインピーダンス整合器では1つの容量素子(容量素子26b)を制御対象とすればよい。 On the other hand, the high frequency signal to be controlled in CVD apparatus 10 according to the present invention, since a common signal to each antenna element 22, one capacitive element (capacitor element 26b) in the impedance matching device provided corresponding to each antenna element 22 the may be used as the control target. このため、各インピーダンス整合器26において、容量素子26bのサーボモータ26cを1つ設けるだけで済む。 Therefore, in each of the impedance matching device 26 need only provide one servo motor 26c of the capacitor 26b. また、アンテナ素子22に給電する共通の高周波信号の周波数を制御するので、各アンテナ素子22に対して共通にインピーダンス整合を行いつつ、各アンテナ素子22毎の微細な調整を容量素子26bにより行うことができる。 Further, since the control frequency of the common high-frequency signal fed to the antenna element 22, while performing the common impedance matching for each antenna element 22, the fine adjustment of each antenna element per 22 performed by capacitive element 26b can. このため、インピーダンス整合器26における自動制御の追従性が向上し、制御時間が短縮される。 This improves trackability of the automatic control in the impedance matching device 26, the control time can be shortened.

なお、上記実施形態では、高周波信号の周波数と容量素子の容量を制御したが、本発明においては、高周波信号の周波数と容量素子の容量のいずれか一方を制御するようにしてもよい。 In the above embodiment, the control capacity of the frequency and the capacitance element of the high-frequency signal, in the present invention, may be controlled either the capacity of the frequency and the capacitance element of the high-frequency signal. 例えば、本装置が、プラズマ発生前の段階でインピーダンス整合の状態にある場合、高周波信号の周波数と容量素子の容量のいずれか一方を調整することで、インピーダンス整合を概略達成することができるからである。 For example, the device, when in the state of impedance matching stage before plasma generation, by adjusting either one of the capacitance of the frequency and the capacitance element of the high-frequency signal, because the impedance matching can be schematically achieve is there.
しかし、インピーダンス整合を正確に行うには、高周波信号の周波数と容量素子の容量を制御することが好ましい。 However, to perform impedance matching exactly, it is preferable to control the capacity of the frequency and the capacitance element of the high-frequency signal.
また、上記実施形態のCVD装置10は、複数のアンテナ素子を平行かつ平面状に配したアレイアンテナを備えるが、本発明におけるプラズマ生成装置は、1つのアンテナ素子を用いてプラズマを生成する装置であってもよい。 Further, the CVD apparatus 10 of the above embodiment, comprises an array antenna arranged in parallel and planar multiple antenna elements, the plasma generating apparatus of the present invention is a device for generating a plasma by using a single antenna element it may be.

以上、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。 Having described in detail the plasma generating apparatus and the plasma generating method of the present invention, the present invention is not limited to the above embodiments without departing from the scope and spirit of the present invention may be various modifications and changes the is a matter of course. 例えば、本発明のプラズマ生成装置は、CVD装置の他にエッチング装置にも好適に用いることができる。 For example, the plasma generating apparatus of the present invention can be suitably used in addition to the etching apparatus of the CVD apparatus.

本発明のプラズマ生成装置の一実施形態であるプラズマCVD装置の構成を説明する概略構成図である。 It is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the plasma generating apparatus of the present invention. 図1に示すCVD装置のアンテナ素子の配置を説明する図である。 It illustrates the arrangement of the antenna elements of the CVD apparatus shown in FIG. (a),(b)は、本発明に用いられるインピーダンス整合器の構成を模式的に示す図である。 (A), (b) is a diagram schematically illustrating an impedance matching unit configured to be used in the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 プラズマCVD装置 12 処理基板 14 反応容器 16 基板台 18 導入口 19 導入管 20 排気口 21 排気管 10 plasma CVD apparatus 12 substrate 14 reaction vessel 16 the substrate table 18 inlet 19 inlet 20 outlet 21 exhaust pipe
22 アンテナ素子 23 原料ガス分散室 24 ガス放射板 25 反応室 26 インピーダンス整合器 28 高周波電源 30 制御器 32 第1電流・電圧センサ 34 第2電流・電圧センサ 22 antenna element 23 material gas dispersion chamber 24 gas radiation plate 25 a reaction chamber 26 impedance matching device 28 the high frequency power supply 30 controller 32 first current-voltage sensor 34 the second current-voltage sensor

Claims (4)

  1. それぞれ誘電体で表面が覆われた棒状の導体からなる複数のアンテナ素子を互いに平行且つ平面状に配したアレイアンテナを用いて、プラズマを生成させるプラズマ生成装置であって、 Respectively, using an array antenna arranged in parallel and planar to each other a plurality of antenna elements made of a conductor rod-shaped surface is covered with a dielectric, a plasma generating device for generating a plasma,
    前記複数のアンテナ素子に供給する高周波信号を生成する共通の高周波電源と、 A common high frequency power supply for generating a high-frequency signal supplied to the plurality of antenna elements,
    前記複数のアンテナ素子にそれぞれ接続され、インピーダンス整合のための容量素子及び誘導素子のいずれか一方の調整素子を有する複数のインピーダンス整合器と、 Are respectively connected to said plurality of antenna elements, a plurality of impedance matching device having any one of the adjustment element of the capacitor and the inductive element for impedance matching,
    前記複数のインピーダンス整合器と前記高周波電源との間に接続された分配器と、 And connected to the distributor between the high frequency power source and the plurality of impedance matching device,
    前記高周波電源から前記分配器に供給される高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知する第1のセンサと、 A first sensor for detecting a high-frequency signal and the current and voltage due to the reflected wave is supplied to the distributor from the high frequency power source,
    前記複数のインピーダンス整合器にそれぞれ対応して配置され且つ前記分配器から対応するインピーダンス整合器に供給される高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知する複数の第2のセンサと、 A plurality of second sensor for detecting a high-frequency signal and the current and voltage due to the reflected waves thereof is supplied to a corresponding impedance matching device from said each of a plurality of impedance matching device disposed to correspond and the distributor,
    前記第1のセンサによる検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がインピーダンス整合の状態に近づくように前記高周波電源を制御して前記高周波電源から出力される高周波信号の周波数を調整すると共に前記複数の第2のセンサによる検知信号に基づいて各アンテナ素子がインピーダンス整合の状態となるように前記複数のインピーダンス整合器をそれぞれ制御して各インピーダンス整合器の前記調整素子として用いられる前記容量素子の容量または前記誘導素子のインダクタンスを制御する制御器と を有することを特徴とするプラズマ生成装置。 Wherein the plurality of thereby adjusting the frequency of the first high-frequency signal by the plurality of antenna elements based on the detection signal by the sensor is outputted by controlling the high frequency power source so as to approach the state of the impedance matching from the high frequency power source capacitance of the capacitor element used in the antenna elements based on a detection signal of the second sensor impedance matching state becomes like the plurality of impedance matching device was respectively controlled as the adjustment element of the impedance matching device or plasma generating apparatus characterized by comprising a controller for controlling the inductance of the inductive element.
  2. 各インピーダンス整合器の前記調整素子は、一端が前記分配器と接続された第1の容量素子と、一端が前記アンテナ素子と接続された第2の容量素子とからなり、 The adjustment element of the impedance matching device is composed of a first capacitor having one end connected to the distributor, a second capacitor having one end connected to the antenna element,
    前記第1の容量素子の他端と前記第2の容量素子の他端はいずれも接地され、 The other ends of said second capacitive element of the first capacitor are both grounded,
    前記制御器は、前記第1の容量素子の容量を制御する請求項1に記載のプラズマ生成装置。 Wherein the controller, the plasma generating apparatus according to claim 1 for controlling the capacitance of the first capacitor.
  3. 生成される前記プラズマは、基板の成膜又は基板のエッチングに用いる請求項1または2に記載のプラズマ生成装置。 The plasma generated in the plasma generating apparatus according to claim 1 or 2 used for etching of the deposition of or on the substrate.
  4. それぞれ誘電体で表面が覆われた棒状の導体からなる複数のアンテナ素子を互いに平行且つ平面状に配したアレイアンテナを用いて、プラズマを生成させるプラズマ生成方法であって、 Respectively, using an array antenna arranged in parallel and planar to each other a plurality of antenna elements made of a conductor rod-shaped surface is covered with a dielectric, a plasma generation method for generating a plasma,
    高周波信号を生成し、 To generate a high-frequency signal,
    生成された前記高周波信号をそれぞれインピーダンス整合のための容量素子及び誘導素子のいずれか一方の調整素子を有する複数のインピーダンス整合器を介して前記複数のアンテナ素子に分配供給し、 Generated with the high frequency signal is distributed to the plurality of antenna elements through a plurality of impedance matching device having any one of the adjustment element of the capacitor and the inductive element for each impedance matching,
    分配する前の前記高周波信号及びその反射波による電流及び電圧を検知し、 Detecting the RF signal and the current and voltage due to the reflected wave prior to dispensing,
    前記複数のインピーダンス整合器に分配供給される前記高周波信号及びその反射波による電流及び電圧をそれぞれ検知し、 The high-frequency signal and the current and voltage due to the reflected wave is distributed and supplied to the plurality of impedance matching device detects respectively,
    分配する前の前記高周波信号及びその反射波に対する検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がインピーダンス整合の状態に近づくように前記高周波信号の周波数を調整すると共に前記複数のインピーダンス整合器に分配供給される前記高周波信号及びその反射波に対する検知信号に基づいて前記複数のアンテナ素子がそれぞれインピーダンス整合の状態となるように各インピーダンス整合器の前記調整素子として用いられる前記容量素子の容量または前記誘導素子のインダクタンスを制御する ことを特徴とするプラズマ生成方法。 Is distributed to the plurality of impedance matching with adjusting the frequency before the frequency signal and the high frequency signal as on the basis of the detection signal a plurality of antenna elements approaches the state of impedance matching for the reflected wave to distribute that of the high frequency signal and a capacitor or the inductor of the capacitor element used as the adjustment element of the impedance matching device such that said plurality of antenna elements in a state of each the impedance matching based on the detection signal for the reflected wave plasma generating method characterized by controlling the inductance.
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