WO2004040629A1 - プラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法及び装置 - Google Patents

プラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法及び装置 Download PDF

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WO2004040629A1
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plasma
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chemical vapor
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Keisuke Kawamura
Akemi Takano
Hiroshi Mashima
Hiromu Takatuka
Yasuhiro Yamauti
Yoshiaki Takeuchi
Eishiro Sasakawa
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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    • 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
    • H01J37/32174—Circuits specially adapted for controlling the RF discharge
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
    • C23C16/509—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges using internal electrodes
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for uniformizing large-area high-frequency plasma in a plasma chemical vapor deposition apparatus.
  • the present invention is directed to the production of semiconductors such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon, and silicon nitride used for solar cells and thin film transistors, etching of semiconductor films, and the like.
  • fluorine radicals chestnut-learning (self-cleaning) plasma chemical vapor deposition apparatus is incorporated employed such as by NF 3 gas plasma deposited Amoru Fas silicon (a -.S i) (P 1 asma Ch em ical Va p ou r De Position), a method and an apparatus for uniformizing a large area of a high-frequency plasma.
  • a-Si amorphous silicon
  • microcrystalline silicon polycrystalline thin film silicon
  • silicon nitride used for solar cells and thin film transistors
  • etch semiconductor films amorphous silicon (hereinafter referred to as a-Si), microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon, and silicon nitride used for solar cells and thin film transistors, and etch semiconductor films.
  • High-frequency plasma generators in plasma-enhanced chemical vapor deposition systems used for self-cleaning silicon deposited in the chamber with NF 3 gas by using a film have a parallel plate type electrode and a ladder type electrode. There are two types.
  • FIG. 6 shows an example of the configuration of an apparatus using a parallel plate type electrode, in which a substrate heating and supporting means 6 is installed in a plasma chemical vapor deposition apparatus 1 and is electrically grounded.
  • the plate electrode 60 is set at a position separated by 2 Omm.
  • an external high-frequency power supply 61 is connected to the plate electrode 60 via an impedance matching device 62 and a coaxial cable 63, and unnecessary plasma is generated on the side opposite to the surface facing the substrate heating support means 6. Place Earth Sino Red 5 so that it does not.
  • a substrate 7 for forming an a-Si thin film is set on the substrate heating and supporting means 6 set at, for example, 200 ° C., and a silane (SiH 4 ) gas is supplied through the gas introduction pipe 64 at a flow rate of, eg, 50 sc. Introduced in cm and connected to vacuum exhaust pipe 65
  • the pressure in the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 is adjusted to, for example, 10 O mTorr.
  • the impedance matching device 62 so that the high-frequency power is efficiently supplied to the plasma generating section and supplying the high-frequency power from the high-frequency power supply 61, the plasma 66 is generated between the substrate 7 and the plate electrode 60.
  • SiH 4 is decomposed in the plasma 66 to form an a-Si film on the surface of the substrate 7. Therefore, for example, by forming a film in this state for about 10 minutes, an a-Si film having a required thickness is formed.
  • FIG. 7 shows an example of the configuration of a device using the ladder-type electrode 70
  • FIG. 8 is a view drawn from the direction A in FIG. 7 so that the structure of the ladder-type electrode 70 can be clearly understood.
  • the ladder type electrode is described in detail in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-236781, and an electrode group in which a plurality of electrode rods are arranged in parallel as an electrode shape developed from the ladder type electrode. Is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 111-11622 using a mesh-like electrode in which two electrodes are arranged perpendicularly.
  • a substrate heating and supporting means 6 (not shown in FIG. 8) is installed in the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 and is electrically grounded.
  • a ladder-type electrode 70 is placed at a position, for example, 2 O mm away from 6.
  • An external high-frequency power supply 61 is connected to the ladder electrode 70 via an impedance matching unit 62 and a coaxial cable 63, and unnecessary plasma is generated on the side opposite to the surface facing the substrate heating support means 6.
  • the earth shield 5 is installed so as not to be damaged.
  • a substrate 7 for forming an a-Si film is placed on the substrate heating and supporting means 6 set at, for example, 200 ° C., and a silane (SiH 4 ) gas is supplied from the gas supply pipe at a flow rate of, for example, 50 ° C. Introduce with sccm.
  • the pressure in the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 is adjusted to, for example, 10 OmTorr by the evacuation speed of a vacuum pump system connected to an evacuation pipe (not shown).
  • the configuration example in Fig. 7 differs from the configuration example in Fig. 6 in that, first, a ladder-type electrode is used in which a circular cross-section electrode is assembled in a ladder shape without using a flat electrode.
  • the raw material silane (SiH 4 ) gas flows freely between the electrode rods, and the raw material is supplied uniformly.
  • the power is not supplied to one place of the electrode, but the plural ( Here, four points are used, so that plasma can be generated uniformly.
  • the high-frequency plasma generator in the plasma chemical vapor deposition apparatus is configured as described above.
  • thin-film semiconductors for solar cells and thin-film transistors for flat panel displays manufactured using the above-mentioned technologies have large areas (for example, 1.5X). (1.2 m) ⁇ Cost reduction by high-speed film formation and high quality such as low defect density and high crystallization rate are required. In addition, such large-area film formation causes deposition in the chamber. Also, self-cleaning of a-Si with NF 3 gas requires a large area and high-speed as well as film formation.
  • film formation using high frequency has a drawback that uniform large-area film formation is difficult.
  • the high-frequency wavelength is on the order of the size of the electrode, so that the standing wave on the electrode mainly due to the reflected wave generated at the electrode end, etc., and the voltage distribution due to the presence of floating inductance and capacitance
  • the plasma becomes non-uniform due to the influence of the plasma and the mutual interference between the plasma and the high frequency, and as a result, the film formation becomes non-uniform.
  • the film thickness distribution in the film formation becomes thin and non-uniform at the center.
  • the NF 3 plasma used for self-cleaning is very unstable because the NF 3 gas is a negative gas (the property of easily adhering electrons), and the gas flow (plasma is generated downstream). And distribution due to differences in electrode spacing becomes uneven.
  • Fig. 7 and Fig. 8 which are typical examples in the case of using a ladder-type electrode, show that, in addition to the use of a ladder-type electrode, standing waves that are remarkably generated by single-point feeding are also shown. It is characterized in that it is reduced by supplying power to four points. However, even in this case, if the electrode size exceeds 30 cm or the frequency exceeds 80 MHz, it becomes difficult to achieve uniform film formation.
  • JP-A-2000-3878 JP-A-2000-58465, JP-A-2000-323329, and JP-A-2001-7028.
  • JP-A-2000-58465 JP-A-2000-323329
  • JP-A-2001-7028 JP-A-2001-7028.
  • the conventional technology when plasma is generated using high frequency in a plasma chemical vapor deposition apparatus, the conventional technology generates a large area, uniform plasma for a very large substrate exceeding lmX lm, and generates a uniform plasma. No action could be taken.
  • two different high-frequency waves are applied to two discharge electrodes.
  • There are technologies to supply each for example, M. No isan, J. Pe 11 etier, ed., Microwave Ex cited P la sma s ⁇ fecnnology, 4, sec on d imp ressi on, p p. 401, Elsevier Science BV 1999.
  • the purpose of this technology is to use one high frequency to generate plasma and the other high frequency to control the surface bias voltage of the insulating substrate, and to flow the active ions and the like into the substrate, and ⁇ Controlling the incident energy, which generates uniform plasma over a large area for a very large substrate exceeding lmX 1 m as in the present invention, which is completely different from the purpose of performing uniform processing. It is.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is directed to a plasma chemical vapor deposition apparatus utilizing high frequency (VHF), wherein the plasma generation state is uniform over a large area. It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for uniformizing a large area of a high-frequency plasma in the above. Disclosure of the invention
  • a first and a second power supply unit are provided at both ends of a discharge electrode, and a cycle in which high-frequency power of the same frequency is supplied to the first and the second power supply unit; Cycles in which high-frequency power of different frequencies are supplied alternately are performed, and the plasma generated at each cycle and generated at different locations of the standing wave makes the plasma generation status uniform over a large area when viewed on a time average. I did it.
  • a large-area uniformizing method for high-frequency plasma in a plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus in which high-frequency power is supplied to a discharge electrode of the plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus to generate plasma.
  • First and second power supply sections are provided at both ends of the discharge electrode, and a first cycle for supplying high frequency of the same frequency to the first and second power supply sections, and a second cycle for supplying high frequency of different frequencies to the first and second power supply sections.
  • the two cycles were performed alternately, and the plasma generation status in each cycle (different standing wave positions) was made uniform over a large area when viewed on a time average.
  • a device for effectively implementing the present invention a device provided on a discharge electrode
  • a high-frequency power supply A for supplying a high frequency of a first frequency to the unit, frequency switching means for receiving and receiving a high frequency from the first and second oscillators and switching and outputting the same in an appropriate cycle
  • a high-frequency power supply B for receiving the output of the discharge electrode and supplying power to the second power supply section of the discharge electrode
  • the plasma generation status (the position where the standing wave is generated) is changed by the frequency difference of each switching cycle, and the time averaging is performed.
  • the feature is that the plasma generation is made uniform over a large area.
  • the cycle comes from both sides of the electrode.
  • the waves resonate in the center and the plasma density increases, while when power of different frequencies is supplied, the waves coming from both sides of the electrode cancel each other out in the center and the plasma density decreases.
  • the plasma generation status that is, the standing wave distribution on the discharge electrode becomes large and uniform when viewed on a time average, and the film thickness uniformity on a large area substrate and the self-clearing Uniform plasma distribution can be realized.
  • the method invention and a preferred invention for carrying out the method invention, when one frequency in the second cycle is fluctuated with time, and when the plasma generation situation is intentionally changed and viewed on a time average, That the plasma generation is made uniform over a large area,
  • the second oscillator is configured so that the oscillation frequency is variable.
  • one of the frequencies is temporally varied in the second cycle in which high-frequency power of a different frequency is supplied, the plasma generation state changes in accordance with the variation, so that the plasma density is further averaged. Can be. Then, one frequency in the cycle of the different frequency, particularly one frequency of the high frequency used in the second cycle is the same as the frequency of the high frequency in the first cycle,
  • the switching between the first and second cycles is alternately performed between 1 time / second and 1,000,000 times Z seconds.
  • the time ratio between the first cycle and the second cycle should be changed depending on the pressure of the gas used and the type of gas.
  • the present invention provides a method in which the high frequency of one of the frequencies supplied to the first or second power supply unit in the first cycle is phase-modulated, and the phase of the high frequency supplied to the other power supply unit is shifted. It is better to change the plasma generation status so that the plasma generation status is uniform over a large area when viewed on a time average.
  • phase modulating means for modulating a phase of a high frequency supplied from the first oscillator to either the high frequency power supply A or the frequency switching means.
  • the phase of one of the high-frequency waves is shifted from that of the other, so that a high-density part of the center of the discharge electrode formed when the same frequency is supplied to the discharge electrode Can be moved, and can be made uniform over time.
  • a direct current bias is applied to a power supply portion of the discharge electrode to make the generated plasma density uniform over a large area.
  • a means for applying a DC bias to the power supply portion of the discharge electrode By applying a DC bias to the power supply section of the discharge electrode, The sheath capacitance can be reduced, and the standing wave wavelength can be increased to average the plasma density.
  • the present invention provides an arrangement in which the axial direction of the power supply cable to the first and second power supply units coincides with the axial direction of the discharge electrode, minimizes the current return distance, reduces power loss in the power supply unit, and expands the plasma area. It is good to aim.
  • the axial direction of the power supply cable to the power supply section of the discharge electrode is aligned with the axial direction of the discharge electrode.
  • the present invention by aligning the axial direction of the power supply cable to the power supply unit with the axial direction of the discharge electrode, the power supply power smoothly enters the discharge electrode, minimizes the current return distance, and reduces the power outlet at the power supply unit. It is possible to reduce the size and enlarge the plasma region. And further, the present invention
  • a gas in which plasma tends to be uniform within a range that satisfies conditions such as a film forming speed by plasma enhanced chemical vapor deposition and a self-cleaning speed of plasma enhanced chemical vapor deposition device is introduced into the plasma enhanced chemical vapor deposition device. .
  • This gas can be any one of N 2 , Ar, Kr, and Xe inert gases, or a plurality of them. It is preferable to combine the types.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of a large-area uniformizing apparatus for high-frequency plasma in a plasma chemical vapor deposition apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a case where the discharge electrode is configured in a ladder type.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a connection configuration between a discharge electrode and a power supply cable according to the present invention.
  • Fig. 4 illustrates the plasma generation when the power supply section of the discharge electrode is supplied with a high frequency of the same frequency and a high frequency of a different frequency at a ratio of 10 types from 0:10 to 9: 1.
  • FIG. 4 illustrates the plasma generation when the power supply section of the discharge electrode is supplied with a high frequency of the same frequency and a high frequency of a different frequency at a ratio of 10 types from 0:10 to 9: 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a case where one high-frequency phase is shifted from the other phase when the same frequency is supplied to the power supply unit.
  • FIG. 6 shows an example of a configuration of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus using a parallel plate type electrode.
  • FIG. 7 is a configuration example of a conventional plasma chemical vapor deposition apparatus using a ladder-type electrode.
  • FIG. 8 is a view for explaining the structure of a conventional ladder-type electrode. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the basic configuration of the present invention is, for example, a plasma having an electrode size of 1.5 mx 1.2 m, a gas pressure of 12 to 20 Pa (90 to 15 OmT orr), and a high frequency power supply frequency of 6 OMHz class.
  • the plasma chemical vapor deposition apparatus is provided with first and second power supply sections at both ends of the discharge electrode, and the same power supply section
  • the cycle of supplying high frequency and the cycle of supplying high frequency of different frequency are alternately performed, and the plasma generation status, that is, discharge
  • the standing wave distribution on the electrodes was made uniform over a large area.
  • the present invention in order to make the plasma generation state uniform on a time average, the following six things can be carried out, and thereby, for a very large substrate exceeding lm X lm,
  • the ratio of the time to supply the same frequency to the first and second power supply units and the time to supply different frequencies that is, change the duty ratio
  • the phase of the high frequency power supplied to one of the power supply units may be shifted from the phase of the high frequency power supplied to the other power supply unit.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a large-area uniformizing device for high-frequency plasma in a plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a case where a discharge electrode is configured in a ladder type.
  • Fig. 3 is a configuration diagram when the axial direction at the outlet of the power supply cable is the same as the direction (axial direction) connecting the first and second power supply units.
  • Fig. 4 is the power supply unit of the discharge electrode. Illustration of the plasma generation situation when high frequency of the same frequency and high frequency of different frequency are supplied at a ratio of 10 types from 0:10 to 9: 1.
  • Fig. 5 shows the same frequency supplied to the power supply unit.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram in a case where one high-frequency phase is shifted from the other phase.
  • Fig. 1 is a plasma-enhanced chemical vapor deposition apparatus with an airtight interior
  • 2 is a discharge electrode
  • 3 and 4 are the first and second power supply parts for supplying high frequency power to the discharge electrode 2
  • 5 is unnecessary.
  • the earth shield 6 is provided so as to prevent the generation of an intense plasma, and is installed at a distance of, for example, about 20 to 34 mm from the discharge electrode 2, and a mechanism (not shown) for holding and heating the substrate 7 and a mechanism for heating are provided.
  • heating support means with a built-in heater, 8 communicates with the gas supply source (not shown), such as silane for deposition (S i H 4) the reaction gas such as NF 3 gas for gas and self-cleaning 9 gas introduction pipe for introducing, 1 0 the exhaust pipe, 1 1 evacuatable vacuum pump the internal pressure of the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 to 1 X 1 0- 6 T orr extent, 1 2, 1 3 Is the RF amplifier that constitutes the first and second high frequency power supplies A and B, and 14 is the high frequency of 60 MHz, for example.
  • the gas supply source not shown
  • the reaction gas such as NF 3 gas for gas and self-cleaning 9 gas introduction pipe for introducing, 1 0 the exhaust pipe, 1 1 evacuatable vacuum pump the internal pressure of the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 to 1 X 1 0- 6 T orr extent, 1 2, 1 3
  • Is the RF amplifier that constitutes the first and second high frequency power supplies A and B, and 14 is the high frequency of 60
  • a first high-frequency (RF) oscillator having a phase shifter that oscillates (RF) and sends it to a high-frequency power supply (RF amplifier) A and a switching switch 16, and has a phase shifter capable of phase-modulating either high-frequency power; 15 oscillates a radio frequency (RF) of 58.5 MHz, for example.
  • a second radio frequency (RF) oscillator whose frequency can be varied, for example, from 58.5 MHz to 59.9 MHz, or from 60.1 MHz to 61.5 MHz. 16 is the first and second radio frequency oscillators.
  • the switching switch 17 receives the high frequency from the first and second high-frequency oscillators 14 and 15 and switches the high-frequency power from the first and second high-frequency oscillators 14 and 15 by the switching switch 16.
  • a function generator that changes the high-frequency time ratio, that is, the duty ratio, is a current return path.
  • reference numeral 20 denotes one electrode when the discharge electrode 2 in FIG. 1 is formed of a ladder-type electrode, and reference numerals 21 and 22 denote a power supply for supplying high frequency to the discharge electrode 2 (20).
  • Cable 23 is a DC power supply.
  • the first high-frequency oscillator 14 oscillates a high frequency of, for example, 60 MHz as described above, and sends it to the high-frequency power supply A 12 and the switching switch 16, and the second high-frequency oscillator 15 outputs, for example, 58.5 MHz. Oscillates and sends it to the switch 16.
  • the switching switch 16 switches between 6 OMHz sent from the first high-frequency oscillator 14 and 58.5 MHz sent from the second high-frequency oscillator 15 in a fixed cycle, and sends it to the high-frequency power source B 13 .
  • the high-frequency power supply A 12 supplies a high frequency of 60 MHz to the first power supply unit 3, and the high-frequency power supply B 13 supplies the high frequency power of 6 OMHz and 58.5 MHz, which are switched in a constant cycle, to the second power supply unit 3.
  • Power 4
  • the switching between the 6 OMHz transmitted from the first high-frequency oscillator 14 and the second high-frequency oscillator 15 transmitted by the switching switch 16 switches the high-frequency of 58.5 MHz transmitted from the first high-frequency oscillator 14 to the gas pressure and gas type.
  • the signal from the function generator 17 according to the gas condition allows the time ratio, that is, the duty ratio, to be changed.
  • the first high-frequency oscillator 14 has a phase shifter inside, so that the high frequency sent to either the high-frequency power supply A12 or the switching switch 16 can be out of phase with the high frequency sent to the other,
  • the second high-frequency oscillator 15 is configured so that its oscillation frequency can be varied, for example, from 58.5 MHz to 59.9 MHz, or from 60.1 MHz to 61.5 MHz.
  • the discharge electrode 2 of the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 is, for example, as shown in FIG.
  • the first power supply unit 3 and the second power supply unit 4 are configured with, for example, 8 points each indicated by a black circle at both ends of the discharge electrode 2 as shown in the figure.
  • a power supply cable for supplying high frequency power to the power supply section 3 or 4 of the discharge electrode 2 has an outlet as shown at 21 and 22 in FIG. 3 where one of the discharge ladder-type electrodes is shown as 20.
  • the direction of the axis of the ladder electrode 20 is connected to the direction (axial direction) connecting the first and second power supply sections 3 and 4 of the ladder-type electrode 20.
  • the discharge electrode 2 (20) has a DC bias. DC bias is applied from power supply 23.
  • the discharge electrode 2 is of a ladder type, and the power supply units 3 and 4 have been described as having eight points.
  • the number of points is not limited to 8 points, but the number of points can be set as required, such as 4 points or 16 points.
  • the power supply cables 21 and 22 for supplying high frequency power to the power supply unit 3 or 4 of the discharge electrode 2 are connected in such a manner that the exit axial direction of the power supply cables 21 and 22 matches the axial direction of the discharge ladder electrode 20.
  • the feeding power smoothly enters the ladder-type electrode 20, the current return distance is minimized, the power port at the feeding section is reduced, and the plasma region can be expanded.
  • the power supply cables 21 and 22 may have any shape such as a coaxial cable, a parallel plate, and a parallel wire.
  • the sheath capacitance of the discharge electrode 2 can be reduced, the voltage distribution tends to be uniform, the standing wave wavelength increases, and plasma Density can be averaged.
  • the sheath capacitance means that a collection of electrons called a sheath is formed around the ladder-type electrode 20 in the process of generating the plasma, and this collection of electrons creates a state where a kind of insulation is maintained, resulting in DC current. No current flows, as if the capacitor were around the electrode.
  • a negative DC bias was applied, the electrons diffused and the sheath capacitance could be reduced. As a result, the wavelength interval of the standing wave increases, and the plasma can be made uniform.
  • a semiconductor film such as a-Si, microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon, silicon nitride, or the like is deposited, and a film is deposited in a chamber by these manufacturing methods.
  • the heating support set at 200 ° C Attach the substrate 7 to the step 6, introduce a reaction gas 9 such as silane (SiH 4 ) gas from the gas introduction pipe 8 at a flow rate of 50 sccm, for example, and adjust the exhaust speed of the vacuum pump 11 connected to the exhaust pipe 10.
  • the pressure in the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 is adjusted to, for example, 10 OmTorr.
  • the first high-frequency oscillator 14 sends a high frequency of, for example, 60 MHz
  • the second high-frequency oscillator 15 sends, for example, a 58.5 MHz high frequency, to the high-frequency power supply A12 and the switching switch 16, respectively.
  • the switching switch 16 switches the high frequency power of 6 OMHz transmitted from the first high frequency oscillator 14 and the high frequency of 58.5 MHz transmitted from the second high frequency oscillator 15 in a constant cycle, and the high frequency power supply B 13 send.
  • the high-frequency power supply A 12 supplies a high-frequency power of 6 OMHz to the first power supply unit 3
  • the high-frequency power supply B 13 supplies a high-frequency power of 6 OMHz and 58.5 MHz to the second power supply unit 4. Power.
  • the plasma generated at this time is generated when the same high frequency of 60 MHz is supplied to the first and second power supply units 3 and 4, and the high frequency of 6 OMHz is supplied to the first power supply unit 3 and the second power supply unit 4 As shown in Fig. 4, the situation is different between when a high frequency power of 58.5 MHz is supplied. That is, the graph shown in FIG. 4 shows that, as described above, the reaction gas 9 such as silane (SiH 4 ) gas is introduced into the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 and the first and second power supply sections 3 of the discharge electrode 2 are formed.
  • the reaction gas 9 such as silane (SiH 4 ) gas is introduced into the plasma chemical vapor deposition apparatus 1 and the first and second power supply sections 3 of the discharge electrode 2 are formed.
  • the horizontal axis represents the distance from the first power supply unit 3 (O cm), and the right end (110 cm) corresponds to the second power supply unit 4.
  • the vertical axis is the relative voltage of the plasma, The higher this value, the higher the plasma density.
  • the line a in the figure indicates the time when the supplied frequency is different from 10 and the time when the same frequency is supplied is 0, that is, the plasma generation status only when the supplied frequency is different.
  • the line also shows the case where the same frequency is 1 for the different frequency 9, and similarly the line n shows the case where the same frequency is 9 for the different frequency 1.
  • the plasma density was highest at both ends of the discharge electrode 2, that is, near the power supply units 3 and 4, and the center was The plasma density is lowest in the part.
  • n is the highest when the same frequency is supplied to the first and second power supply units 3 and 4
  • the plasma density is highest at the center of the discharge electrode 2 and the power supply units 3 and 4 at both ends from the center. It decreases as the distance from the power supply increases, and rises slightly near the power supply sections 3 and 4.
  • the time for feeding different frequencies to the first and second feeding units 3 and 4 and the time for feeding the same frequency are the same (5: 5), the plasma generation conditions of a and n are added.
  • the plasma density is slightly higher at both ends of the discharge electrode 2, but a uniform plasma is generated over a wide area at the center.
  • the graph in Fig. 4 shows that when high-frequency power of the same frequency is supplied to the power supply sections 3 and 4 at both ends of the discharge electrode 2 at a high frequency of 60 MHz, the plasma density increases at the center and different frequencies This indicates that when the high frequency is supplied, the density of the central part decreases, and by alternately performing this in an appropriate cycle, the plasma generation state can be made uniform over a large area.
  • the switching of the cycle in which the power supply units 3 and 4 are alternately supplied with a high frequency having the same frequency and a different frequency can be switched from once a second to ten times.
  • the oscillation frequency of the second high-frequency oscillator 15 is further increased, for example, from 58.5 MHz to 59.9 MHz, or from 60.1 MHz to 61.5 MHz. I will change it over time. Then, the frequency change can intentionally change the plasma generation status, and the plasma density can be further averaged over time.
  • the phase shifter included in the first high-frequency oscillator 14 sends the high-frequency power to either the high-frequency power supply A 12 or the switching switch 16 to the other.
  • the phase is shifted with respect to the high frequency. Then, for example, as shown by the solid line 50 in FIG. 5, in the power supply state where the plasma density becomes high at the center of the discharge electrode 2 when the phase is not shifted, the phase is shifted to thereby reduce the plasma density. High position
  • the plasma density can be made uniform over a wider range.
  • a signal is sent from the function generator 17 to the switching switch 16, and the first high-frequency oscillator 14 sent to the switching switch 16 is sent.
  • the transmission time ratio of the high-frequency wave from the second high-frequency oscillator 15 and the high-frequency wave from the second high-frequency oscillator 15 to the high-frequency power supply B 13, that is, the duty ratio (Duty ratio) is changed as shown in FIG.
  • the ratio (duty ratio) of the time during which high-frequency power of the same frequency is supplied to the first and second power supply units 3 and 4 of the discharge electrode 2 and the time during which high-frequency power of different frequencies is supplied is obtained.
  • FIG. 4 it is possible to change the state of occurrence of plasma in various ways.
  • uniform plasma is generated within a range that satisfies the conditions such as the film formation speed and the self-cleaning speed.
  • N 2 , Ar, Kr, X By injecting any one of e or a combination of a plurality of them at an appropriate ratio (about 0.1 to 25%), more uniform film formation and self-cleaning can be realized.
  • the embodiments described above may be used alone, By using a plurality of in combination, the effect can be further increased. That is, for example, the 6 OMHz sent from the first high-frequency oscillator 14 by the switching switch 16 and the second high-frequency oscillator 15 from the second high-frequency oscillator 15 according to gas conditions such as gas pressure and gas type.
  • the high frequency switching duty ratio of the received 58.5 MHz is changed, and the high frequency power transmitted to either the high frequency power supply A 12 or the switching switch 16 by the phase shifter in the first high frequency oscillator 14 And the power supply cable for supplying high frequency power to the power supply section 3 or 4 of the discharge electrode 2 as shown in 21 and 22 in Fig. 3.
  • the direction is the same as the direction (axial direction) connecting the first and second power supply parts 3 and 4 of the ladder-type electrode 20.
  • the discharge electrode 2 (20) is connected to the DC bias power supply 23. This is a combination of applying a DC bias.
  • the plasma density in the center can be made uniform by the control, and as shown in Fig. 5, the plasma density can be high.
  • the plasma density can be high.
  • Minimizing the current return distance reduces power loss in the feed section and expands the plasma area, and reduces the sheath capacitance of the discharge electrode 2 by applying a DC bias, resulting in a uniform voltage distribution and an increase in the standing wave wavelength.
  • a composite effect such as averaging the plasma density can be obtained.
  • the cycle of supplying high frequency power of the same frequency to the power supply sections provided at both ends of the discharge electrode in the plasma chemical vapor deposition apparatus and the cycle of supplying high frequency power of different frequencies are alternately performed.
  • the ratio between the time for supplying the same frequency to the first and second power supply units and the time for supplying different frequencies is changed according to gas conditions such as gas pressure and gas type.
  • the axial direction at the outlet of the power supply cable is the same as the direction (axial direction) connecting the first and second power supply units.
  • the plasma chemical vapor deposition apparatus of the present invention even when the gas conditions such as the pressure condition and the flow rate condition change, the change of the high frequency power supply frequency, the change of the duty ratio, and the phase Uniform plasma can always be obtained with only soft adjustments such as modulation and application of DC bias, making it possible to perform high-speed, uniform film formation and uniform self-cleaning. As a result, it is possible to obtain significant results such as an improvement in the yield of film-forming products in large-area film forming and a reduction in cost.Furthermore, since there are few hardware adjustments, initial adjustments are easy and running costs can be reduced. It has a great effect.

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Description

プラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法及び装置 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、 及び、 これ明ら製膜によってチェンパ内に堆積したァモル ファスシリコン （a—.S i) の NF 3ガスのプラズマによるフッ素ラジカルクリ 一二ング （セルフクリーニング） などに用い書られるプラズマ化学蒸着装置 （P 1 a s m a Ch em i c a l Va p ou r De p o s i t i o n)における、 高周波ブラズマの大面積均一化方法及び装置に関する。 背景技術
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 （以下 a — S iと称する）、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ェツチングを行つたり、 これら製膜によってチェンパ内 に堆積したシリコンを NF 3ガスでセルフクリーニングするために用いられるプ ラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマ発生装置には、 平行平板型電極を用 いたものと、 ラダー型電極を用いたものの 2種類がある。
第 6図は平行平板型電極を用いた装置の一構成例で、 プラズマ化学蒸着装置 1 内に基板加熱支持手段 6を設置して電気的に接地し、 この基板加熱支持手段 6と 対向させてたとえば 2 Omm離した位置に平板電極 60を設置する。 そして平板 電極 60に、 外部の高周波電源 61をインピーダンス整合器 62、 およぴ同軸ケ 一ブル 63を介して接続し、 さらに基板加熱支持手段 6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ノレド 5を設置する。
そして、 たとえば 200°Cに設定した基板加熱支持手段 6上に a— S i薄膜を 製膜する基板 7を設置し、 ガス導入管 64からシラン （S i H4) ガスをたとえ ば流速 50 s c cmで導入し、 真空排気管 65に接続した図示しなレヽ真空ポンプ 系の排気速度を調整することで、 ブラズマ化学蒸着装置 1内の圧力をたとえば 1 0 O mT o r rに調節する。 そして、 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 6 2を調整して高周波電源 6 1から高周波 電力を供給すると、 基板 7と平板電極 6 0の間にプラズマ 6 6が発生し、 このプ ラズマ 6 6の中で S i H4が分解して基板 7表面に a— S i模が製膜される。 そ のため、 たとえば 1 0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 - S i膜が製膜される。
第 7図はラダー型電極 7 0を用いた装置の一構成例を示し、 第 8図は、 ラダー 型電極 7 0の構造がよく分かるように第 7図の A方向から描いた図である。 ラダ 一型電極については、たとえば特開平 4— 2 3 6 7 8 1号公報に詳細に述べられ、 またラダー型電極を発展させた電極形状として、 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を用いた構造が特開平 1 1—1 1 1 6 2 2号公報に報告されている。
この第 7図における高周波プラズマ発生装置においては、 プラズマ化学蒸着装 置 1内に基板加熱支持手段 6 (第 8図には図示していない） を設置して電気的に 接地し、 基板加熱支持手段 6と対向してたとえば 2 O mm離した位置にラダー型 電極 7 0を設置する。 ラダー型電極 7 0には、 外部の高周波電源 6 1をィンピー ダンス整合器 6 2および同軸ケーブル 6 3を介して接続し、 基板加熱支持手段 6 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 5が 設置してある。
そして、 たとえば 2 0 0 °Cに設定した基板加熱支持手段 6上に a— S i膜を製 膜する基板 7を設置し、 ガス供給管からシラン （S i H4) ガスをたとえば流速 5 0 s c c mで導入する。 そしてプラズマ化学蒸着装置 1内の圧力を、 図示しな い真空排気管に接続した真空ポンプ系の排気速度でたとえば 1 0 O mT o r rに 調整する。 この状態で高周波電力をラダー型電極 7 0に供給すると、 基板 7とラ ダー型電極 7 0の間にプラズマ 7 1が発生するから、 高周波電力が効率良くブラ ズマ 7 1の発生部に供給されるようにインピーダンス整合器 6 2を調整する。 す るとプラズマ 7 1中ではシラン （S i H4) が分解し、 基板 7に a— S i膜が製 膜されるから、 たとえば 1 0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— S i膜が製膜される。
この第 7図の構成例は第 6図の構成例と比較し、 第一に電極として平板電極を 用いずに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 るため、 電極棒の間を原料のシラン （S i H4) ガスが自由に流れて原料供給が 均一に行われ、 第二に給電を電極の 1箇所に行うのではなく、 72で示した複数 (ここでは 4点） 箇所で行うことで、 プラズマが均一に発生できるようになって いる。
このようにプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマ発生装置は構成され ているが、 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、 大面積 （例えば 1. 5X 1. 2 m程度） ·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、 また、 このような大面積の製膜によってチェンパ内に堆積し た a— S iの NF 3ガスによるセルフクリーニングも、 製膜と同様大面積'高速 化が要求されている。
そして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。 前記高高周波化により製膜速度の高速化 と高品質ィ匕が両立されることが、 たとえば文献 Ma t. Re s. S o c. S ym p. P r o c. Vo l. 424, p p. 9, 1997に記されている。 特に、 a — S iに代る新しい薄膜として注目されている微結晶 S i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。
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、 浮遊ィンダクタン ス ·キャパシ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。 そ のため、 製膜における膜厚分布が、 中央部において薄く不均一になるという結果 が生じる。 また、 セルフクリーニングに用いる NF 3プラズマは、 NF3ガスが負 性ガス （電子を付着しやすい性質） であるため、 プラズマ自体が非常に不安定で あると共に、 ガス流れ （下流側にプラズマ発生） や電極間隔の相違によって分布 が不均一になる。
このうち、 平行平板電極を用いた場合の代表例として示した第 6図の構成例に おいては、 電極サイズが 30 cmX 30 cmを越え、 または、 周波数が 30MH z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 膜厚均一性士 10 %の達成が困難になる。
. 一方、 ラダー型電極を用いた場合の代表例としてあげた第 7図、 第 8図は、 ラ ダー型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 30 cm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つてくる。
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 Ma t. Re s. So c. S ymp. P r o c. Vo l . 377, p p. 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 は波長の 1 Z 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 める
また、 大面積で均一なプラズマを発生するための技術として、 特開 2000— 3878号公報、 特開 2000— 58465号公報、 特開 2000— 32329 7号公報、 特開 2001— 7028号公報などに示された技術があるが、 これら は最大 80 cmX 80 c m程度の電極に対応しているだけであり、 本発明が目指 しているような 1. 5mX l. 2mというような大面積には対応できない。 その ため、 プラズマ化学蒸着装置において高高周波を用いてプラズマを発生させる場 合、 従来の技術では、 lmX lm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。
なお、 本発明の類似技術として、 2つの異なる高周波を 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. No i s a n, J. P e 1 1 e t i e r, e d.， Mi c r owa v e Ex c i t e d P l a sma s Λ f e c n n o l o g y, 4， s e c on d imp r e s s i on, p p. 401, E l s e v i e r S c i e n c e B. V. 1999に詳述されている。
し力 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 周波を絶縁性基板の表面パイァス電圧制御のために用い、 基板への活性ィオン等 の流入量、 およぴ入射エネルギーを制御することであり、 本発明のように lmX 1 mを越えるような非常に大きな基板を対象として大面積において均一なプラズ 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。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、 高高周波 （VH F) を利用するプラズマ化学蒸着装置において、 大面積でプラズマ発生状況が均 一となるようなプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方 法及び装置を提供することが課題である。 発明の開示
上記課題を解決するため本発明においては、 放電電極の両端部にそれぞれ第 1 と第 2の給電部を設け、 その第 1と第 2の給電部に同一周波数の高周波を給電す るサイクルと、 異なった周波数の高周波を給電するサイクルを交互に実施し、 各 サイクルで発生する、 定在波の発生位置の異なる発生プラズマにより、 時間平均 でみたとき、 プラズマの発生状況が大面積で均一となるようにした。
即ち本発明は、
プラズマ化学蒸着装置の放電電極へ高周波を給電してプラズマを発生させるよ うにしたプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法であ つて、
前記放電電極両端部に第 1と第 2の給電部を設け、 該第 1と第 2の給電部に同 一周波数の高周波を給電する第 1のサイクルと、 異なった周波数の高周波を給電 する第 2のサイクルを交互に実施し、各サイクルにおける異なる発生状況 (定在波 の位置の異なる）のプラズマにより、時間平均でみたとき、プラズマの発生状況が 大面積で均一となるようにしたことを特徴とする。 そして、 この発明を効果的に実施するための装置として、 放電電極に設けた第
1と第 2の給電部に高周波を給電してプラズマを発生させるプラズマ化学蒸着装 置における高周波プラズマの大面積均一化装置であって、
第 1の周波数の高周波を発振する第 1の発振器と、 第 2の周波数の高周波を発 振する第 2の発振器と、 前記第 1の発振器からの高周波を受けて前記放電電極の 第 1の給電部に第 1の周波数の高周波を給電する高周波電源 Aと、 前記第 1と第 2の発振器からの高周波を受けて適宜なサイクルで切り替えて出力する周波数切 り替え手段と、 該周波数切り替え手段からの出力を受けて前記放電電極の第 2の 給電部に給電する高周波電源 Bとからなり、
前記高周波電源 Bからの第 2の給電部への給電周波数を前記周波数切り替え手 段で切り替えることにより、 各切り替えサイクルの周波数差でプラズマ発生状況 (定在波の発生位置)を異ならせ、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大 面積で均一となるようにしたことを特徴とする。
このように、 同一周波数の高周波を給電するサイクルと、 異なった周波数の高 周波を給電するサイクルを交互に実施することにより、 同一周波数の高周波を放 電電極に給電したときは電極の両側から来た波が中央部で共鳴してプラズマ密度 が高くなり、 一方、 異なった周波数の電力を給電したときは電極の両側から来た 波が中央部でお互いにうち消しあってブラズマ密度が低くなるから、 このサイク ルを交互に実施すると時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況、 すなわち放電 電極上の定在波分布が大面積で均一となり、 大面積基板における膜厚分布均一化 とセルフクリ一ユングにおけるプラズマ分布の均一化が実現できる。
そして前記方法発明、 及びこの方法発明を実施するための好ましい発明は、 前記第 2のサイクルにおける一つの周波数を時間的に変動させ、 プラズマ発生 状況を意図的に変化させて時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大面積で 均一となるようにしたこと、
及び、 前記第 2の発振器は、 発振周波数を可変に構成したことにある。
このように、 異なった周波数の高周波を給電する前記第 2のサイクルで片方の 周波数を時間的に変動させると、 その変動に応じてプラズマ発生状況が変化する から、 ブラズマ密度をさらに平均化することができる。 そしてこの異なった周波数のサイクルにおける一^ ^の周波数、 特に前記第 2の サイクルにおいて用いる高周波の一つの周波数は、 前記第 1のサイクルにおける 高周波の周波数と同じとし、
またこの第 1と第 2のサイクルの切り換えを、 1回/秒から 1 0 0 0万回 Z秒の 間で交互に行うことが好ましい。
また第 1のサイクルと第 2のサイクルの時間比は、 用いるガスの圧力、 ガスの 種類で変化させるのがよい、
及び、 前記周波数切り替え手段が切り替える第 1と第 2の周波数の時間比を、 用いるガスの圧力、 ガスの種類に基づく入力信号を入力し、 該ガスの圧力、 ガス の種類に適した値に変化させるファンクションジエネレータを設けるのがよい。 このように、 第 1のサイクルと第 2のサイクルの時間比を用いるガスの圧力、 ガスの種類で変化させることにより、 例えばガス条件によっては同じデューティ 比であってもプラズマの発生状況が異なつてくることがあるが、 このような場合 でも何らハードをいじることなく対応することができ、 さらにプラズマ密度を均 一化することが可能となる。
また、 本発明は、 前記第 1のサイクルにおける第 1、 または第 2の給電部へ給 電するどちらかの周波数の高周波を位相変調し、 他方の給電部に給電する高周波 とは位相をずらせてプラズマの発生状況を変化させ、 時間平均でみたとき、 ブラ ズマの発生状況が大面積で均一となるようにするのがよい。
即ち前記第 1の発振器から前記高周波電源 A、 または前記周波数切り替え手段 へのどちらかに供給する高周波の位相を変調する位相変調手段を有するのがよ 、。 このように、 同一周波数の高周波を給電部に給電するとき、 どちらかの高周波 の位相を他方とずらすことにより、 同一周波数を放電電極給電したときにできた 放電電極中央部のプラズマ密度の高い部分を移動させることができ、 時間平均で 均一化させることができる。
そして本発明は、 前記放電電極の給電部へ直流バイアスを印加し、 発生するプ ラズマ密度を大面積で均一化させるのがよい。
即ち、前記放電電極の給電部へ直流パイァスを印加する手段を設けるのがよい。 このように放電電極の給電部へ直流バイアスを印加することにより、 放電電極 のシースキャパシタンスを減少させることができ、 定在波波長を増加させてプラ ズマ密度を平均化させることができる。
更に本発明は、 前記第 1と第 2の給電部への給電ケーブル軸方向を放電電極軸 方向と一致させ、 電流リターン距離を最小化して給電部での電力ロスを低減し、 プラズマ領域の拡大を図るのがよい。
即ち、 前記放電電極の給電部への給電用ケーブルの軸方向を、 放電電極軸方向 と一致させて取付けるのがよい。
このように給電部への給電ケーブル軸方向を放電電極軸方向と一致させること により、 給電パワーがスムーズに放電電極に入ってゆき、 電流リターン距離を最 小化し、給電部での電力口スを低減してプラズマ領域の拡大を図ることができる。 そして更に本発明は、
前記プラズマ化学蒸着装置内に、 プラズマ化学蒸着による製膜の速度、 及びプ ラズマ化学蒸着装置のセルフクリ一ユング速度等の条件を満たす範囲でプラズマ が均一になりやすいガスを入れたことを特徴とする。
このようにプラズマが均一になりやすいガスを入れることで、 さらにプラズマ 発生状況が均一になり、 このガスは、 N 2、 A r、 K r、 X eの不活性ガスのい ずれか、 若しくは複数種類を組み合わせたものであることが好ましい。 図面の簡単な説明
第 1図は、 発明になるプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積 均一化装置の一実施例概略プロック図である。
第 2図は、 放電電極をラダー型で構成した場合を説明するための図である。 第 3図は、 本発明における放電電極と給電用ケーブルの接続構成を説明する図 である。
第 4図は、 放電電極の給電部に、 同一周波数の高周波と異なった周波数の高周 波を 0 ： 1 0から 9 ： 1までの 1 0種の比率で給電したときのプラズマ発生状況 の説明図である。
第 5図は、 給電部へ同一周波数を給電する際、 一方の高周波の位相を他方の位 相とずらせた場合の説明図である。 第 6図は、 従来の平行平板型電極を用いたプラズマ化学蒸着装置の一構成例で ある。
第 7図は、 従来のラダー型電極を用いたプラズマ化学蒸着装置の一構成例であ る。
第 8図は、 従来のラダー型電極の構造を説明するための図である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の基本構成は、 例えば電極サイズ 1 . 5 m X 1 . 2 m、 ガス圧 1 2〜 2 0 P a ( 9 0〜1 5 O mT o r r )、高周波電源周波数 6 O MH z級のプラズマ化 学蒸着装置を目指し、 上記課題を解決するための手段に記載したように、 プラズ マ化学蒸着装置における放電電極の両端部にそれぞれ第 1と第 2の給電部を設け、 その給電部に同一周波数の高周波を給電するサイクルと、 異なった周波数の高周 波を給電するサイクノレを交互に実施し、 各サイクルにおける異なる発生状況のプ ラズマにより、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況、 すなわち放電電極上 の定在波分布が大面積で均一となるようにした。そしてさらに本発明においては、 プラズマ発生状況を時間平均で均一化するため、 次の 6つのことを実施できるよ うにしたもので、 これにより l m X l mを越えるような非常に大きな基板を対象 として、
1 . 異なる周波数の発振周波数を、 時間的に変動させたり、
2 . ガス圧やガス種などのガス条件に応じ、 第 1と第 2の給電部へ同一周波数を 給電する時間と、 異なった周波数を給電する時間の比、 すなわちデューティ比を 変化させたり、
3 . 第 1と第 2の給電部へ同一周波数を給電する際、 どちらかの給電部に給電す る高周波の位相を他方の給電部に給電する高周波の位相とずらしたり、
4 . 放電電極の給電部に、 D Cバイアス電圧を印加したり
5 .給電用ケーブルの出口における軸方向を、第 1と第 2の給電部を結ぶ方向（軸 方向） と同一としたり、 6 . 製膜速度、 セルフクリーニング速度等の条件を満た す範囲で均一なプラズマを発生しやすい N 2、 A r、 K r、 X eの不活性ガスの いずれ力 \若しくは複数種類を組み合わせたものを適正比注入したりすることで、 大面積で均一なプラズマを発生し、 均一処理を行うことができるものである。 以下、 図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。 但し、 この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、 材質、 形状、 その相対配置な どは、 特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨 ではなく、 単なる説明例に過ぎない。
最初に本発明のプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化 装置について説明し、 その後高周波プラズマの大面積均一化方法について説明す る。
第 1図は、 本発明になるプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面 積均一化装置の一実施例概略プロック図、 第 2図は放電電極をラダー型で構成し た場合を説明するための図、 第 3図は給電用ケーブルの出口における軸方向を、 第 1と第 2の給電部を結ぶ方向 （軸方向） と同一とする場合の構成図、 第 4図は 放電電極の給電部に、 同一周波数の高周波と異なった周波数の高周波を 0 ： 1 0 から 9 ： 1までの 1 0種の比率で給電したときのプラズマ発生状況の説明図、 第 5図は給電部へ同一周波数を給電する際、 一方の高周波の位相を他方の位相とず らした場合の説明図である。
第 1図において、 1は内部が気密に作られたプラズマ化学蒸着装置、 2は放電 電極、 3、 4は放電電極 2へ高周波を給電するための第 1と第 2の給電部、 5は 不要なプラズマが生成しないように設けたアースシールド、 6は放電電極 2から 例えば 2 0〜 3 4 mm程度離して設置し、 基板 7を保持、 加熱するための図示し ていない機構と加熱するためのヒータを内蔵している加熱支持手段、 8は図示し ないガス供給源に連通し、 例えば製膜のためのシラン （S i H4) ガスやセルフ クリーニングのための N F 3ガスなどの反応ガス 9を導入するためのガス導入管、 1 0は排気管、 1 1はプラズマ化学蒸着装置 1内の内圧を 1 X 1 0— 6 T o r r程 度まで真空排気可能な真空ポンプ、 1 2、 1 3は第 1と第 2の高周波電源 A、 B を構成する R Fアンプ、 1 4は例えば 6 0 MH zの高周波 （R F) を発振して高 周波電源 （R Fアンプ） Aと切り替えスィッチ 1 6に送ると共に、 どちらかの高 周波を位相変調することができるフェーズシフターを有した第 1の高周波（R F) 発振器、 1 5は例えば 5 8 . 5 MH zの高周波 （R F) を発振すると共に、 この 周波数を例えば 58. 5MHzから 59. 9MHz、 あるいは 60. 1MHzか ら 61. 5 MHzのように変動可能に構成した第 2の高周波 （RF) 発振器、 1 6は第 1と第 2の高周波発振器 14、 15からの高周波を受け、 これを切り替え て高周波電源 B 13に供給する切り替えスィツチ、 17は、 切り替えスィツチ 1 6による第 1と第 2の高周波発振器 14、 15からの高周波の切り替えに際し、 これらの高周波の時間割合、 すなわちデューティ比を変化させるファンクション ジェネレータ、 18は電流のリターン路である。 また第 3図において、 20は第 1図における放電電極 2をラダー型電極で構成した場合の 1つの電極を示したも の、 21、 22は高周波を放電電極 2 (20) に給電する給電用ケーブル、 23 は D Cパイァス電源である。
このうち第 1の高周波発振器 14は、 前記したように例えば 60 MHzの高周 波を発振してこれを高周波電源 A 12、 切り替えスィッチ 16に送り、 第 2の高 周波発振器 15は例えば 58. 5MHzの高周波を発振して切り替えスィッチ 1 6に送る。 そしてこの切り替えスィッチ 16は、 第 1の高周波発振器 14から送 られてきた 6 OMHzと第 2の高周波発振器 15から送られてきた 58. 5MH zの高周波を一定サイクルで切り替え、 高周波電源 B 13に送る。 そのため高周 波電源 A 12は、 60 MH zの高周波を第 1の給電部 3に給電し、 高周波電源 B 13は、 一定サイクルで切り替わる 6 OMH zと 58. 5MHzの高周波を第 2 の給電部 4に給電する。
そして、 この切り替えスィッチ 16による第 1の高周波発振器 14から送られ てきた 6 OMHzと第 2の高周波発振器 15力、ら送られてきた 58. 5MHzの 高周波の切り替えは、 ガス圧やガス種などのガス条件に応じたファンクションジ エネレータ 17からの信号で、 その時間割合、 すなわちデューティ比を変化でき るようになっている。 また第 1の高周波発振器 14は、 内部にフェーズシフター を有し、 高周波電源 A12、 または切り替えスィッチ 16のいずれかに送る高周 波を、 他方に送る高周波とは位相をずらせられるようにしてあり、 更に第 2の高 周波発振器 15は、その発振周波数を例えば 58. 5 MHzから 59. 9 MHz, あるいは 60. 1MHzから 61. 5 MHzのように変動可能に構成してある。
—方ブラズマ化学蒸着装置 1の放電電極 2は、 第 2図に示したように例えばラ ダー型に構成され、 第 1の給電部 3、 第 2の給電部 4は、 図のように放電電極 2 の両端部に黒丸で示した例えば 8ボイントずつで構成する。 そしてこの放電電極 2の給電部 3、 または 4へ高周波を給電する給電用ケーブルは、 放電用ラダー型 電極の 1つを 2 0として示した第 3図における 2 1、 2 2のように、 出口の軸方 向をラダー型電極 2 0の第 1と第 2の給電部 3、 4を結ぶ方向 （軸方向） と一致 させて接続し、 またこの放電電極 2 ( 2 0 ) には、 D Cバイアス電源 2 3から D Cバイアスを印加してある。 なお、 以上の説明では放電電極 2をラダー型とし、 給電部 3、 4を 8ポイントずっとして説明したが、 本発明はラダー型電極に限ら ず平板型電極においても応用可能であり、 また給電ボイントも 8ポイントのみに 限らず、 4ポイント、 1 6ポイントなど、必要に応じてポイント数を設定できる。 このように、 放電電極 2の給電部 3、 または 4へ高周波を給電する給電用ケー ブル 2 1、 2 2の出口軸方向を放電用ラダー型電極 2 0の軸方向と一致させて接 続すると、 給電パワーがスムーズにラダー型電極 2 0に入ってゆき、 電流リタ一 ン距離が最小化されて給電部での電力口スが低減し、 ブラズマ領域の拡大を図る ことができる。 なお、 この給電用ケーブル 2 1、 2 2は同軸ケーブル、平行平板、 平行線など、 どのような形状のものでも良い。
また、 この放電電極 2に D Cバイアス電源 2 3から D Cバイアスを印加すると 放電電極 2のシースキャパシタンスを減少させることができ、 電圧分布が均一化 の方向に向かつて定在波波長を増加させ、 プラズマ密度を平均化させることがで きる。 シースキャパシタンスというのは、 プラズマが生成される過程でラダー型 電極 2 0の周りにシースと呼ばれる電子の集まりができ、 この電子の集まりで一 種の絶縁を保つたような状態が生じて直流的な電流が流れず、 あたかもコンデン サが電極の周りにあるような状態になることをいい、 負の D Cバイァスをかけて やると電子が拡散し、 このシースキャパシタンスを減少させることができる。 そ のため定在波の波長間隔が大きくなり、 プラズマの均一化を図ることができる。 このように構成した本発明のプラズマ化学蒸着装置 1を用い、 a— S i、 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、 これら の製腠によってチェンパ内に堆積した a— S iの N F 3ガスによるセルフクリー ユングなどを行う場合、 例えば製膜においては、 2 0 0 °Cに設定した加熱支持手 段 6に基板 7を取り付け、 ガス導入管 8からシラン （S iH4) ガスなどの反応 ガス 9をたとえば流速 50 s c c mで導入し、 排気管 10に接続した真空ポンプ 11の排気速度を調整することで、 プラズマ化学蒸着装置 1内の圧力をたとえば 10 OmT o r rに調節する。
そして、 第 1の高周波発振器 14からは例えば 60 MHzの高周波を、 第 2の 高周波発振器 15からは例えば 58. 5MHzの高周波を、 それぞれ高周波電源 A12、切り替えスィッチ 16に送る。そしてこの切り替えスィッチ 16により、 第 1の高周波発振器 14から送られてきた 6 OMHzと第 2の高周波発振器 15 から送られてきた 58. 5 MHzの高周波を一定サイクルで切り替え、 高周波電 源 B 13に送る。 すると高周波電源 A 12は、 6 OMHzの高周波を第 1の給電 部 3に給電し、 高周波電源 B 13は、 一定サイクルで切り替わる 6 OMH zと 5 8. 5 MHzの高周波を第 2の給電部 4に給電する。
すると放電電極 2と基板 7との間にブラズマが発生し、 ガス導入管 8から導入 されたシラン （S iH4) ガスなどの反応ガス 9が分解し、 基板 7上に a— S i が製膜されてゆく。 なお、 前記した NF 3ガスによるプラズマ化学蒸着装置 1內 のセルフクリーユングも全く同様であり、 NF3ガスがプラズマによって分解し てフッ素ラジカルになり、 クリーニングが行われる。
そしてこのとき発生したプラズマは、 第 1と第 2の給電部 3、 4に同じ 60M Hzの高周波が給電された時と、 第 1の給電部 3に 6 OMHzの高周波、 第 2の 給電部 4に 58. 5MHzという具合に異なる周波数の高周波が給電された時と では、 第 4図に示したようにその発生状況が異なる。 すなわちこの第 4図に示し たグラフは、 前記したようにプラズマ化学蒸着装置 1にシラン （S iH4) ガス などの反応ガス 9を導入し、 放電電極 2の第 1と第 2の給電部 3、 4に同じ周波 数 （60MHz) の高周波を給電した時間と、 異なる周波数の高周波を給電 （第 1の給電部 3に 6 OMHz、 第 2の給電部 4に 58. 5 MHzを給電） した時間 の比を 0 ： 10から 9 ： 1までの 10種でプラズマの発生状況を調べたものであ る。 .
この第 4図において、 横軸は第 1の給電部 3 (O cm) 力 らの距離を示し、 右 端（110 cm)が第 2の給電部 4に相当する。縦軸はプラズマの電圧相対値で、 この値が高いほどプラズマ密度が高くなる。 図中 aの線は、 給電した周波数が異 なる場合の時間を 1 0とし、 同一周波数を給電した場合の時間を 0、 すなわち給 電した周波数が異なる場合のみのプラズマ発生状況を示し、 bの線は同じく異な る周波数 9に対して同じ周波数が 1の場合で、 以下同様に nの線は異なる周波数 1に対して同じ周波数が 9の場合である。
このグラフからわかるように、 第 1と第 2の給電部 3、 4に異なる周波数を給 電した aでは、 放電電極 2の両端部、 すなわち給電部 3、 4付近で最もプラズマ 密度が高く、 中央部で最もプラズマ密度が低くなつている。 それに対し、 第 1と 第 2の給電部 3、 4に同じ周波数を給電した割合が最も高い nでは、 放電電極 2 の中央部で最もプラズマ密度が高く、 中央部から両端の給電部 3、 4に近付くに 従って低くなり、 給電部 3、 4付近でまた多少高くなつている。 そして、 第 1と 第 2の給電部 3、 4に異なる周波数を給電する時間と、 同一周波数を給電する時 間を 5対 5の同じとした f では、この aと nのプラズマ発生状況が足し合わされ、 放電電極 2の両端部でプラズマ密度が多少高くなっているが、 中央部の広範囲で 均一なプラズマ発生状況となっている。
すなわちこの第 4図のグラフは、 6 0 MH zという高高周波において放電電極 2の両端の給電部 3、 4に同一周波数の高周波を給電した場合は中央部でブラズ マ密度が高くなり、 異なる周波数の高周波を給電した場合は中央部の密度が低く なることを示しており、 これを適宜なサイクルで交互に行うことで、 大面積にお いてプラズマ発生状況を均一化できる。 なおこの給電部 3、 4に同一周波数と異 なる周波数の高周波を交互に給電するサイクルの切り換えは、 1回ノ秒から 1 0
0 0万回 Z秒までほぼ同一の効果が得られた。
そして本発明においては、 さらに第 2の高周波発振器 1 5の発振周波数を、 例 えば 5 8. 5 MH zから 5 9. 9 MH z、 あるいは 6 0. 1 MH zから 6 1 . 5 MH zのように、 時間的に変動させてやる。 するとこの周波数の変動によってプ ラズマ発生状況を意図的に変えることができ、 時間平均的にブラズマ密度をさら に平均化することができる。
また、 第 1の高周波発振器 1 4に含まれるフェーズシフタ一により、 高周波電 源 A 1 2、 または切り替えスィッチ 1 6のいずれかに送る高周波を、 他方に送る 高周波に対して位相をずらしてやる。 すると、 例えば第 5図に 5 0の実線で示し たように、 位相がずれていない時に放電電極 2の中央部でプラズマ密度が高くな る給電状態においては、 位相をずらすことによって、 プラズマ密度の高い位置を
5 1、 または 5 2の破線、 または一点鎖線で示したように左右にずらすことがで きる。そのため、時間平均で見るとさらに広範囲でプラズマ密度を均一化できる。 また、 ガス圧やガス種などのガス条件が変化した場合は、 ファンクションジェ ネレ一タ 1 7から切り替えスィッチ 1 6に信号を送り、 切り替えスィッチ 1 6に 送られてくる第 1の高周波発振器 1 4からの高周波と、 第 2の高周波発振器 1 5 からの高周波の高周波電源 B 1 3へのそれぞれの送出時間比、 すなわちデューテ ィ比（D u t y比） を第 4図に示したように変化させる。 このようにすることで、 放電電極 2の第 1と第 2の給電部 3、 4における同一周波数の高周波が給電され る時間と、 異なった周波数の高周波が給電される時間の比 （デューティ比） が変 化し、 それによって第 4図に示したようにブラズマの発生状況を種々変化させる ことができるようにしてある。
これは、 ガス圧、 ガス種などのガス条件によって同じデューティ比でもプラズ マの発生状況が異なることに対処するためのもので、 放電がおきやすいガス条件 の場合、 放電電極 2の両端部 3、 4から給電した電力は放電電極 2の中央部に達 する前に放電してしまい、 中央部での放電が少なくなる。 そのため、 第 4図にお ける aのグラフのように放電電極 2の中央部でプラズマ発生密度が低くなるから、 この場合は、 同一周波数の高周波を給電する時間を長くし、 逆に中央部のプラズ マ密度が高くなつたときは同一周波数の高周波を給電する時間を短くする。 これ によって、 ガス圧、 ガス種類などのガス条件が変化しても、 中央部のプラズマ密 度がコント口ールでき、 さらに均一化することが可能となる。
なお、 以上説明してきた方法で製膜やセルフクリーニングを実施する際、 製膜 速度やセルフクリーニング速度等の条件を満たす範囲で、 均一なプラズマを発生 しゃすい N2、 A r , K r、 X eのいずれか、 若しくは複数種類を組み合わせた ものを適正比 （0 . 1〜2 5 %程度） 注入してやると、 さらに均一な製膜、 及ぴ セルフクリーニングが実現できる。 なお、 以上の説明してきた実施例は、 それぞれ単独で用いても良いが、 これら を複数組み合わせて用いることにより、 さらに効果を増すことができる。 すなわ ち、 例えば、 ガス圧やガス種などのガス条件に応じて切り替えスィッチ 1 6によ る第 1の高周波発振器 1 4から送られてきた 6 O MH zと第 2の高周波発振器 1 5から送られてきた 5 8. 5 MH zの高周波の切り替えデューティ比を変化させ、 第 1の高周波発振器 1 4内のフェーズシフターによって高周波電源 A 1 2、 また は切り替えスィッチ 1 6のいずれかに送る高周波を、 他方に送る高周波とは位相 をずらせる、 さらに放電電極 2の給電部 3、 または 4へ高周波を給電する給電用 ケーブルを、 第 3図における 2 1、 2 2のように、 出口の軸方向をラダー型電極 2 0の第 1と第 2の給電部 3、 4を結ぶ方向 （軸方向） と一致させて接続して、 放電電極 2 ( 2 0 ) には、 D Cバイアス電源 2 3から D Cバイアスを印加するな どを組み合わせるわけである。
このようにすることにより、 ガス圧、 ガス種類などのガス条件が変化しても、 中央部のプラズマ密度のコント口ールによる均一化、 第 5図に示したようにプラ ズマ密度の高い位置を 5 1、 または 5 2の破線、 または一点鎖線で示したように 左右へ移動させることによる均一化、 放電電極 2の給電部 3、 または 4への高周 波の給電パワーのスムーズな導入による電流リターン距離の最小化により、 給電 部での電力ロスの低減とプラズマ領域の拡大、 D Cバイアスの印加による放電電 極 2のシースキャパシタンスの減少による電圧分布の均一化と定在波波長の増加 により、 プラズマ密度を平均化させるなどの複合的な効果を得ることができる。 このように本発明においては、 プラズマ化学蒸着装置における放電電極の両端 部に設けた給電部に同一周波数の高周波を給電するサイクルと、 異なった周波数 の高周波を給電するサイクルを交互に実施することで、 時間平均でみたとき、 プ ラズマの発生状況を大面積で均一とすることができ、 さらに本発明においては、 以上説明してきたような、
1 . 異なる周波数の発振周波数を、 時間的に変動させる。
2. ガス圧やガス種などのガス条件に応じ、 第 1と第 2の給電部へ同一周波数を 給電する時間と、 異なった周波数を給電する時間の比、 すなわちデューティ比を 変ィ匕させる。
3. 第 1と第 2の給電部へ同一周波数を給電する際、 どちらかの給電部に給電す る高周波の位相を他方の給電部に給電する高周波の位相とずらす。
4. 放電電極の給電部に、 DCバイアス電圧を印加する。
5.給電用ケーブルの出口における軸方向を、第 1と第 2の給電部を結ぶ方向（軸 方向） と同一とする。
6. 製膜速度、 セルフクリーニング速度等の条件を満たす範囲で均一なプラズマ を発生しやすい N 2、 Ar、 Kr、 X eの不活性ガスのいずれか、 若しくは複数 種類を組み合わせたものを適正比注入する。
等のことを実施することで、 例えば電極サイズ 1. 5mX 1. 2m、 ガス圧 12 〜20 P a (90〜15 OmTo r r)、高周波電源周波数 60 MHz級のプラス、 マ化学蒸着装置による製膜やセルフクリーニングを可能としたものである。 産業上の利用可能性
以上記載の如く本発明によるプラズマ化学蒸着装置によれば、 圧力条件、 流量 条件などのガス条件が変わった場合でもハードをきわることなく、 高周波電源周 波数の変動、 デューティ比の変更、 位相の変調、 DCバイアスの印加など、 ソフ ト的な調整だけで常に均一なプラズマが得られ、 高速で均一な製膜、 均一なセル フクリーユングを行うことが可能となる。 そのため、 大面積製膜における製膜製 品の歩留まりの向上、 コスト低減という大きな成果を得ることができ、 さらに、 ハード調整が少なレ、から初期調整が容易となってランニングコストも低減できる など、 大きな効果をもたらすものである。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . プラズマ化学蒸着装置の放電電極へ高周波を給電してプラズマを発生さ せるようにしたプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方 法であって、
前記放電電極両端部に第 1と第 2の給電部を設け、 該第 1と第 2の給電部に同 一周波数の高周波を給電する第 1のサイクルと、 異なった周波数の高周波を給電 する第 2のサイクルを交互に実施し、 各サイクルにおける定在波の発生位置の異 なるプラズマにより、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大面積で均一 となるようにしたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズ マの大面積均一化方法。
2. 前記第 2のサイクルにおける一つの周波数を時間的に変動させ、 プラズ マ発生状況を意図的に変化させて時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大 面積で均一となるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したブラ ズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
3 . 前記第 2のサイクルにおいて用いる高周波の一つの周波数は、 前記第 1 のサイクルにおける高周波の周波数と同じにしたことを特徴とする請求の範囲第
1項、 または第 2項に記載したプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの 大面積均一化方法。
4. 前記第 1と第 2のサイクルの切り換えを、 1回 Z秒から 1 0 0 0万回 Z 秒の間で交互に行うことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したブラズマ化学 蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
5 . 前記第 1のサイクルと第 2のサイクルの時間比を、 用いるガスの圧力、 ガスの種類で変化させることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したプラズマ 化学蒸着装置における高周波ブラズマの大面積均一化方法。
6 . 前記第 1のサイクルにおける第 1、 または第 2の給電部へ給電するどち らかの周波数の高周波を位相変調し、 他方の給電部に給電する高周波とは位相を ずらせてプラズマの発生状況を変化させ、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生 状況が大面積で均一となるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載 したプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
7. 前記放電電極の給電部へ直流パイァスを印加し、 発生するブラズマ密度 を大面積で均一化させたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したプラズマ 化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
8 . 前記第 1と第 2の給電部への給電ケーブル軸方向を放電電極軸方向と一 致させ、 電流リターン距離を最小化して給電部での電力ロスを低減し、 プラズマ 領域の拡大を図ったことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したプラズマ化学 蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
9 . 前記プラズマ化学蒸着装置内に、 プラズマ化学蒸着による製膜の速度、 及びプラズマ化学蒸着装置のセルフクリ一ユング速度等の条件を満たす範囲でプ ラズマが均一になりやすいガスを入れたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 したプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
1 0. 前記ガスは、 N 2、 A r、 K r、 X eの不活性ガスのいずれか、 若し くは複数の不活性ガスを組み合わせたものであることを特徴とする請求の範囲第 9項に記載したブラズマ化学蒸着装置における高周波ブラズマの大面積均一化方 法。
1 1 . 前記第 1のサイクルと第 2のサイクルの時間比を、用いるガスの圧力、 ガスの種類で変化させると共に、前記第 1のサイクルにおける第 1、または第 2の 給電部へ給電するどちらかの周波数の高周波を位相変調し、 他方の給電部に給電 する高周波とは位相をずらせ、 さらに前記放電電極の給電部へ直流バイアスを印 加すると共に、前記第 1と第 2の給電部への給電ケーブル軸方向を放電電極軸方向 と一致させて電流リターン距離の最小化と給電部での電力ロスの低減、及びプラズ マ領域の拡大を図り、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大面積で均一 となるようにしたことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載したプラズマ化学蒸 着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法。
1 2. 放電電極に設けた第 1と第 2の給電部に高周波を給電してプラズマを 発生させるプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化装置で あって、
第 1の周波数の高周波を発振する第 1の発振器と、 第 2の周波数の高周波を発 振する第 2の発振器と、 前記第 1の発振器からの高周波を受けて前記放電電極の 第 1の給電部に第 1の周波数の高周波を給電する高周波電源 Aと、 前記第 1と第 2の発振器からの高周波を受けて適宜なサイクルで切り替えて出力する周波数切 り替え手段と、 該周波数切り替え手段からの出力を受けて前記放電電極の第 2の 給電部に給電する高周波電源 Bとからなり、
前記高周波電源 Bからの第 2の給電部への給電周波数を前記周波数切り替え手 段で切り替えることにより、 各切り替えサイクルの周波数差でプラズマ発生状況 を異ならせ、 時間平均でみたとき、 プラズマの発生状況が大面積で均一となるよ うにしたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面 積均一化装置。
1 3 . 前記第 2の発振器は、 発振周波数を可変に構成したことを特徴とする 請求の範囲第 1 2項に記載したプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの 大面積均一化装置。
1 4. 前記周波数切り替え手段が切り替える第 1と第 2の周波数の時間比を、 用いるガスの圧力、 ガスの種類に対応する信号を入力し、 該ガスの圧力、 ガスの 種類に適した時間比の値に変化させるファンクションジエネレータを有すること を特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載したプラズマ化学蒸着装置における高周 波プラズマの大面積均一化装置。
1 5. 前記第 1の発振器から前記高周波電源 A、 または前記周波数切り替え 手段へのどちらかに供給する高周波の位相を変調する位相変調手段を有すること を特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載したプラズマ化学蒸着装置における高周 波ブラズマの大面積均一化装置。
1 6 . 前記放電電極の給電部へ直流パイァスを印加する手段を設けたことを 特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載したブラズマ化学蒸着装置における高周波 プラズマの大面積均一化装置。
1 7 . 前記放電電極の給電部への給電用ケーブルの軸方向を、 放電電極軸方 向と一致させて取付けたことを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載したブラズ マ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化装置。
1 8 . 前記第 1と第 2の給電部を放電電極の両端部に設けたことを特徴とす る請求の範囲第 1 2項に記載したプラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマ の大面積均一化装置。
1 9. 前記周波数切り替え手段が切り替える第 1と第 2の周波数の時間比を、 用いるガスの圧力、 ガスの種類を入力し、 該ガスの圧力、 ガスの種類に適した値 に変化させるファンクションジエネレータと、 前記第 1の発振器から前記高周波 電源 A、 または前記周波数切り替え手段へのどちらかに供給する高周波の位相を 変調する位相変調手段と、 前記放電電極の給電部へ直流パイァスを印加する手段 と、 前記放電電極の給電部へ、 軸方向が放電電極軸方向と一致させて取付けた給 電用ケーブルとを有することを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載したプラズ マ化学蒸着装置における高周波ブラズマの大面積均一化装置。
PCT/JP2002/011208 2002-10-29 2002-10-29 プラズマ化学蒸着装置における高周波プラズマの大面積均一化方法及び装置 WO2004040629A1 (ja)

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