WO2004056159A1

WO2004056159A1 - プラズマ生成装置、プラズマ制御方法及び基板製造方法

Info

Publication number: WO2004056159A1
Application number: PCT/JP2003/016007
Authority: WO
Inventors: Shoji Miyake; Akinori Ebe; Tatsuo Shoji; Yuichi Setsuhara
Original assignee: Japan Science And Technology Agency
Priority date: 2002-12-16
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2004-07-01
Also published as: EP1575343B1; US7785441B2; KR101199995B1; EP1575343A4; TW201041455A; EP1575343A1; KR20110106949A; EP2259663A2; TWI368463B; KR20050088438A; TW201041456A; KR101090726B1; US8444806B2; TWI362901B; US20100304046A1; KR20110106947A; EP2259663A3; KR101199994B1; US20060049138A1; KR20110106948A

Abstract

本発明は空間的に均一で高密度のプラズマを生成することができるプラズマ生成装置を提供することを目的として成されたものである。このような目的は、次のように構成することにより達成される。真空容器１１の側壁に複数のアンテナ１６が設けられ、３～４個のアンテナ１６に対して１個の高周波電源が、板状導体１９を介して並列に接続される。各アンテナ１６の導体の長さは、真空容器内に生成される誘導電磁波の波長の1/4よりも短い。アンテナ導体の長さをこのようにすることにより、定在波が生じることを防ぎ、それにより真空容器のプラズマの均一性が損なわれることを防ぐことができる。また、板状導体１９を用いることにより効率よく放熱することができるためインピーダンスの上昇を抑えることができる。

Description

プラズマ生成装置、プラズマ制御方法及び基板製造方法技術分野

本発明は、プラズマを用いて被処理基板の表面に堆積処理又はエッチング処理を行い半導体などの基板を製造するためのプラズマ生成装置に関する。特に、大面積に亘つて均一にプラズマを発生させることにより、大面積の基板を製造する技術に関する。背景技術

近年、アモルファスシリコン膜を用いた TFT (薄膜トランジスタ）- LCDよりも高輝度の画像を表示することができるポリシリコン TFT-LCDが注目されている。ポリシリコン TFT- LCDでは、まず、ガラス基板上にポリシリコン薄膜を形成したポリシリコン基板を製造する。このポリシリコン基板上を多数の 2次元配列された画素領域に区分し、各画素領域に薄膜トランジスタ（TFT)を形成して LCD用基板とする。大画面のポリシリコン TFT-LCDを製造するためには、高い品質、特に高い平坦性を有するポリシリコン基板が必要となる。

ポリシリコン基板は高効率の太陽電池用基板としても注目されており、需要及び応用の拡大に伴ってその大面積化が求められている。また、一般の半導体デバイス用基板についても、単結晶サイズを超える大面積のものについては、堆積による基板を使用せざるを得ない。

これらの分野で用いられる基板を製造するために、プラズマを用いた処理が行われる。プラズマを用いた処理には、土台となる被処理基板の表面に基板の原料を堆積させる処理、及び、被処理基板表面をエッチングする処理等が含まれる。基板の大型化に伴い、プラズマ処理を行う装置も大型化する必要があるが、その際の最も大きな問題は、プラズマ処理の不均一性である。これを解消するためには、基板全面に亘つてプラズマ密度をできるだけ均一にする必要がある。一方、生産性の観点からは、プラズマ密度を高め、それにより堆積速度やエッチングレートを高めることが求められる。

プラズマを生成する方法には、 ECR (電子サイクロトン共鳴）プラズマ方式、マイクロ波プラズマ方式、誘導結合型プラズマ方式、容量結合型プラズマ方式等がある。このうち誘導結合型プラズマ方式は、アンテナとなる誘導コイルに高周波電圧を印加し、プラズマ生成装置の内部に誘導電磁界を生成して、それによりブラズマを生成するものである。この構成によれば、前記のプラズマ装置に求められる要件の 1つである高密度のプラズマを生成することができる。一方、プラズマ密度はアンテナからの距離に依存するため、前記のもう 1つの要件であるプラズマ密度の均一性についてはァンテナの形状や位置等の構成を工夫することにより向上することが図られている。例えば、特開 2000-58297号公報（以下、「特許文献 1」とする）には、プラズマ生成室の天井の外側に設けた平板状のコイルから高周波を導入し、プラズマ密度の均一性を向上させることが記載されている。このような構成において基板の大面積化を図ろうとすると、プラズマ生成室天井の機械的強度を確保するために天井の壁を十分に厚くしなければならない。しかし、特許文献 1の装置ではプラズマ生成室の外側にアンテナが配置されているため、アンテナから放射される誘導電磁界が壁において減衰し、プラズマ生成室内の誘導電磁界の強度を十分に得ることが困難である。即ち、特許文献 1に記載の方法では、プラズマ密度の均一性については一定の向上が見られるものの、プラズマ密度を十分に高くすることは困難である。

それに対して本願発明者らは特開 2001- 35697号公報（「特許文献 2」）において、高周波アンテナをプラズマ生成室内部に設けること、複数のアンテナを設けること、及び周回しない形状のアンテナを用いることを提案している。

この構成によれば、プラズマ生成室の壁が障害とならないため、誘導電磁界が減衰することなくプラズマ生成室内に放射され、プラズマ密度を十分に高くすることができる。また、均等に配置された複数のアンテナから誘導電磁界が放射されるため、その均一性が向上し、それによりプラズマ密度の均一性を向上させることができる。更に、内部アンテナは大きな電圧が印加されると異常放電を生じやすいが、複数のアンテナを設けることにより個々のアンテナのインダク夕ンスが小さくなり、異常放電が生じることがない。周回しない形状のアンテナを用いることも、ァンテナのィンダク夕ンスを小さくして異常放電を抑えることに寄与する。これらの効果により、大面積の被処理基板に対する堆積処理やエッチング処理が可能になる。以下、特許文献 2に記載の複数のアンテナを設ける構成を「マルチアンテナ方式」と呼ぶ。

今後更に大面積の基板を処理するためには、プラズマ密度の強度を十分に確保しつつ、より均一性の高いプラズマ状態を生成することが求められる。そのためには、前記マルチアンテナ方式においても、各アンテナの形状 ·位置等やアンテナ間の関係等、現在考慮されていないパラメ一夕を検討することが必要である。また、アンテナから放射される誘導電磁界の定在波が形成されると、それによりプラズマの均一性が損なわれる。更に、誘導電磁界の強度は高周波アンテナからの距離に依存するため、マルチアンテナ方式を用いてもなお、基板中央付近のプラズマ密度は基板外縁部付近のそれよりも低くなる。基板面積が小さい場合には基板中央付近と基板外縁部付近とのプラズマ密度の差は許容範囲に収まるが、基板面積が大きくなるとその差は無視できなくなる。また、エッチングや堆積の速度等は、イオン種やラジカル種によっても異なるため、生成されるイオン種ゃラジカル種の種類も考慮する必要がある。

本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、空間的に均一で高密度のプラズマを生成することができ、生成されるイオン種やラジカル種の種類を制御することができるプラズマ生成装置を提供することにある。発明の開示

上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ生成装置は、 a)真空容器と、

b)前記真空容器内に設けられた、被処理基板を載置する基板台と、

c)前記真空容器内に、前記基板台に略平行に配列された複数個の高周波アンテナと、

を備えることを特徴とする。また、本発明に係るプラズマ生成装置には、上記構成に加えて、更に以下（1)〜 (5)のうちのいずれか 1つ又は複数の構成を兼ね備えることが望ましい。

(1)前記アンテナが前記高周波の 1/4波長の長さよりも短い導体からなる。

(2)前記複数のアンテナに並列に接続される板状導体を有する。更に、アンテナに電力を供給する電源と板状導体との接続点と、各々のアンテナと板状導体との接続点との距離が高周波の 1/4波長の長さよりも短い。

(3)前記基板台の目的領域に対応する位置のアンテナのァスぺクト比が該目的領域における目的プラズマ密度又はプラズマ電子エネルギーに応じた値に設定されている。ここで「アスペクト比」とは、アンテナの、内壁に垂直な方向の長さを内壁に平行な方向の長さで除した値をいう。

(4)ァンテナの電極が前記基板台に略平行に並ぶように配列され、 1組又は複数組の隣接アンテナの隣接電極同士は同一極性である。

(5)前記ァンテナにィンピーダンス素子が接続されており、望ましくは該ィンピ一ダンス素子はそのィンピーダンスが可変である。まず、本発明に係るプラズマ生成装置の基本構成について説明する。本発明に係るプラズマ生成装置は、その内部がプラズマ生成室となる真空容器を有する。真空容器内部は真空ポンプにより所定の真空度に維持される。この真空容器内部に、被処理基板を載置する基板台を設ける。

真空容器内に高周波アンテナを複数個設ける。これらのアンテナの一方の電極を別途設けられる電源に接続し、他方の電極は接地する。このアンテナは、例えば真空容器の側壁や天井壁等に取り付けることができる。また、これら複数のァンテナを基板台に略平行に配列する。

これらのアンテナに電源から高周波電力が供給されると、各アンテナから誘導電磁界が放射され、それによりプラズマが生成される。このとき、本発明の装置ではアンテナが基板台に略平行に配列されているため、基板台からの各アンテナの高さが略等しくなり、アンテナからのエネルギが空間的に集中して投入されるため、高密度のプラズマを生成することができる。

また、平面状のアンテナを用いることにより、平面状の領域に集中してアンテナからのエネルギが投入されるため、立体的な形状のアンテナを用いる場合よりも高密度のプラズマを生成することができる。

アンテナの導体を真空容器内に配置すると、生成されるプラズマにアンテナ表面が晒され、導体が劣化する。これを防止するため、アンテナの表面を絶縁体で被覆することが望ましい。この被覆はまた、アンテナの導体とプラズマとの静電結合を抑制し、それにより、異常放電やプラズマの乱れを防ぐ役割をも有する。この被覆については上記特許文献 2に詳しく記載されている。次に、上記（1)の構成を有するプラズマ生成装置について説明する。この装置では、アンテナを構成する導体の長さを、供給される高周波電力の 1/4波長の長さよりも短くする。導体は線状のものには限られず、例えば板状のものであっても電流の流れる方向の長さが高周波の波長の 1/4よりも短かければよい。このような構成とすることにより、導体表面に定在波が生じることを防ぐことができ、それにより真空容器内のプラズマの均一性が損なわれることを防ぐことができる。次に、上記（2)の構成を有するプラズマ生成装置について説明する。上記基本構成において、複数のアンテナを並列に板状導体に接続する。この板状導体を介して電源からァンテナに高周波電力を供給する。ァンテナへ高周波電力が効率よく供給されるためには、電源とアンテナの間の接続部におけるインピーダンスが小さくなるようにする必要がある。この接続に板状導体を用い、該板状導体の幅を十分広くすることにより、この接続部のィンピ一ダンスを小さく抑えることができる。また、電力供給により接続部の導体の温度が上昇すると電気抵抗が増加するが、板状導体を用いることにより、効率よく放熱することができるためインピ —ダンスの上昇を抑えることができる。

また、（2)の構成において、アンテナに電力を供給する電源と板状導体の接続点と、各々のアンテナと板状導体の接続点の両接続点の間で定在波が生じると、その定在波により、電源と板状導体の接続点において、板状導体に投入される高周波電力の大きさが制約される。そこで、両接続点間の距離を高周波の 1/4波長の長さよりも短くすることにより、板状導体に定在波が生じることを防ぎ、所定の高周波電力を投入することができるようになる。更に、アンテナ導体の長さと前記両接続点間距離との和を高周波電力の 1/4波長の長さよりも短くすることが望ましい。次に、上記（3)の構成を有するプラズマ生成装置について説明する。この構成においては、従来考慮されていなかったアンテナのアスペクト比に着目する。本願発明者らは、そのアンテナが指向する領域（ァンテナの取付部から内壁に垂直な方向にある領域）のプラズマ電子エネルギーやプラズマ密度がァスぺクト比に依存することを見出した。例えば、アンテナに印加する高周波電圧を一定とした場合、ァスぺクト比を大きくするほど、そのアンテナが指向する領域のプラズマ電子ェネルギ一が高くなる。その理由は次のように考えられる。アスペクト比を大きくすると、アンテナの指向方向に生じる誘導電界が大きくなる。アンテナ近傍に生成されたプラズマ電子が、この電位差によって指向方向に強く加速されるため、その方向にある領域のプラズマ電子エネルギーが高くなる。

プラズマ電子エネルギーの大きさによって、プラズマ電子と衝突してその領域に生成されるイオン種やラジカル種は異なるものになる。また、イオン種ゃラジカル種の違いによってエッチングレート等が異なる。そのため、エッチングレート等を制御しょうとする領域（目的領域）を指向するアンテナのァスぺクト比を種々の値に設定することによりプラズマ電子のエネルギーを調節し、目的領域に生成されるイオン種やラジカル種を制御して、そこにおけるエッチングレート等を制御することができる。

上記（3)の構成を有する装置においては、電子エネルギーの制御を、真空容器内全体の電子温度を低い状態に保ったまま行うことができる。そのため、エツチングゃ堆積に寄与しないシースの部分の電位を上昇させることなく、目的領域の電子エネルギーのみを制御することができる。

また、アスペクト比を大きくすることにより、加速されたプラズマ電子がブラズマ化されずに残っている原料ガス分子に衝突して更にプラズマの生成を促進する。これにより、目的領域のプラズマ密度を高くすることができる。

なお、アスペクト比は、矩形や円形等の平面状のアンテナでは上記のようにァンテナの、内壁に垂直な方向の長さを内壁に平行な方向の長さで除した値で定義されるが、立体的形状を有するアンテナでは、基板台に平行な面への射影における、内壁に垂直な方向の長さを内壁に平行な方向の長さで除した値で定義される。

以下に、（3)の構成を有する装置において、プラズマ電子エネルギーやプラズマ密度を制御する例について述べる。目的領域を指向するアンテナのァスぺクト比を、その領域におけるプラズマ電子エネルギーやプラズマ密度等の目的値に応じて設定する。例えば、真空容器内全体のプラズマ密度を高める場合には、全てのアンテナのアスペクト比を大きくすればよい。また、真空容器内の一部領域のプラズマ電子エネルギーやプラズマ密度を高める場合には、目的領域を指向するァンテナのァスぺク 1、比を他のアンテナのァスぺクト比よりも大きくする。なお、 1個のアンテナのみならず、複数個のアンテナのァスぺクト比を調整してもよい。更に、真空容器内の一部領域のプラズマ電子エネルギーやプラズマ密度を低くするために、その領域を指向するアンテナのァスぺクト比を他のアンテナのァスぺクト比よりも小さくしてもよい。これらによりプラズマ電子エネルギーやプラズマ密度をより高い自由度で制御することができる。

真空容器内の一部領域のプラズマ密度を高める好適な例は、従来のマルチアンテナ方式の装置では外縁部よりもプラズマ密度が低くなつていた基板台中央付近の領域のプラズマ密度を高めるために用いる方法である。中央付近を指向するァンテナのァスぺクト比を他のアンテナのァスぺクト比よりも大きくすることにより、プラズマ生成室全体に亘りプラズマ密度の均一性を改善することができる。このように密度の均一性を改善したプラズマを用いて被処理基板に堆積処理又はエッチング処理を行うことによって、大面積に亘り均一性の高い基板を製造することができる。

真空容器内の一部領域のプラズマ密度を制御するという方法は、例えば、何らかの理由により平坦ではない部分が生じた基板に対して、その部分のプラズマ密度を制御し、堆積速度又はェツチング速度が他の部分のそれらとは異なるようにして修正する場合に用いることができる。次に、上記（4)の構成を有するプラズマ生成装置について説明する。上記と同様に複数個のアンテナを真空容器内に設ける際に、アンテナの電極を基板台に略平行に並ぶように配列し、隣接アンテナの隣接電極同士が同一極性となるようにする。即ち、隣接電極を共に高周波電源に接続するか、又は共に接地する。

例えば、一方の電極に高周波電源を接続し他方の電極を接地したアンテナを、それらの接続を含めてそのまま平行移動するように複数個設けた場合、隣接ァンテナの隣接電極間の極性は異なるものとなる。それに対して、アンテナ自体は平行移動させて高周波電源及び接地の接続は隣接アンテナとは逆になるようにアンテナを複数個設けた場合、隣接アンテナの隣接電極同士が同一極性になる。

隣接アンテナの隣接電極の極性が異なると、誘導電磁界を生成するために各ァンテナに高周波電圧を印加する時に、隣接電極間に意図せぬ高周波電圧が印加され、その部分のみ局所的にプラズマ密度が高くなる。そのため、例えば基板台中央部等の、その隣接電極間以外の箇所のプラズマ密度が低くなる。それに対して上記（4)の構成によれば、隣接アンテナの隣接電極同士を同一極性とするため、各アンテナに高周波電圧を印加した時にもその隣接電極間は常に等電位であり高周波電圧が印加されない。そのため、その隣接電極間に局所的な高プラズマ密度領域が形成されることがなく、プラズマ密度が均一化される。また、プラズマ密度の均一性を悪化させることなく隣接アンテナ間の距離を狭くしアンテナの設置密度を高くすることができるため、全体としてプラズマ密度を高くすることができる。更に、極性を同一にする電極を適宜選択することにより、プラズマ密度の分布を制御することができる。次に、上記（5)の構成を有するプラズマ生成装置について説明する。この構成においては、各アンテナに、アンテナの電圧又は電流を調節するためのインピーダンス素子を接続する。各アンテナを高周波電源に接続する際には、典型的には、コスト上の理由等により高周波電源 1個あたりに複数個のアンテナを並列に接続するが、 1個のアンテナに 1個の高周波電源を接続してもよい。

1個の高周波電源から複数個のアンテナに高周波電力を供給する場合、高周波電源とアンテナとを接続する導体の形状や長さ、あるいは温度分布等により、各アンテナに供給される高周波電力がアンテナ毎に異なるようになる。前記接続用の導体が板状導体の場合には、特に温度分布の影響が顕著になる。そこで、本発明のプラズマ生成装置では、各インピーダンス素子のインピーダンス値を調節することにより、各ァンテナに供給される高周波電力の差が小さくなるようにする。これにより、真空容器内に生成されるプラズマの密度の均一性が向上する。例えば、前記の板状導体を用いて複数個のアンテナを高周波電源に並列に接続した場合、表面からの放熱の影響により、板状導体の温度は中央付近よりも端付近の方が低くなる。そのため、板状導体の端付近に接続したアンテナと高周波電源の間のィンピーダンス値が、中央付近に接続したアンテナ一高周波電源間のそれよりも小さくなる。そこで、板状導体の端付近のアンテナに接続したインピーダンス素子のインピーダンス値を大きくする。これにより、各アンテナ一高周波電源間のインピーダンス値の差が小さくなり、各アンテナに供給される高周波電力を平準化することができる。

また、何らかの要因により真空領域内の一部領域のプラズマ密度が上昇又は下降した場合に、その領域を指向するアンテナのインピーダンス素子のインピーダンス値を調節することにより、その領域のプラズマ密度を他の領域の値に近づけることができる。これは、複数個のアンテナを 1個の高周波電源に並列に接続した場合に限らず、 1個の高周波電源にアンテナを 1個のみ接続した場合にも適用可能である。

一部のアンテナにのみインピーダンス素子を接続してそのアンテナの電圧又は電流を調節してもよい。例えば、複数のアンテナのうち、一部のアンテナにはィンピーダンス素子を設けずに常に最大の電力を供給し、他のアンテナに対してはインピーダンス素子を設けてその値を調節することにより電力供給を制限する。アンテナに接続するインピーダンス素子には、インピーダンス値が固定のものと可変のもののいずれを用いてもよい。固定インピーダンス素子は、例えば各ァンテナと高周波電源の間のインピーダンス値が予め明らかであり、その値に再現性がある場合に用いることができる。一方、可変インピーダンス素子は、上記の場合に加えて、アンテナ一高周波電源間のィンピーダンス値が未知である場合、温度等の条件により異なる場合、時間変化する場合等にも用いることができる。様々な条件及びそれらの変化に応じて可変インピーダンス素子のインピーダンス値を調節することにより、生成されるプラズマの密度を均一にすることができる。

この可変インピーダンス素子のインピーダンス値の調節は、真空容器内部のプラズマの状態をモニターし、それをフィードバックして行うことが望ましい。これにより、板状導体の温度変化に伴う、プラズマ密度の時間変化に対応することができる。そのために、本発明のプラズマ生成装置に、更に、プラズマの状態を表すことができるパラメ一夕を測定する測定部と、そのパラメ一夕を元に各可変インピーダンス素子のインピーダンス値を設定する制御部とを設けることが望ましい。測定部はプラズマ密度を直接測定するものでもよいが、より測定が容易な、各アンテナの電流又は電圧を測定することにより、生成されるプラズマの密度を間接的に測定するものでもよい。

測定部は、例えば以下のように構成される。アンテナの近傍にピックアップコィルを配置して、このピックアップコイルに誘起される誘導起電力を測定することにより、各アンテナの電流を容易に測定することができる。また、アンテナの近傍にキャパシ夕を配置して、このキャパシ夕に流出入する電流を測定することにより、各アンテナの電圧を容易に測定することができる。アンテナを構成する導体の端部を真空容器の外部に突出させることにより、その端部の近傍、即ち真空容器の外側にピックアップコイルやキャパシタを配置することができる。これにより、ピックアツプコィルゃキヤパシ夕がプラズマに侵食されることなくアンテナの電流や電圧を測定することができる。

生成されるプラズマの密度はアンテナに投入される電力に比例するため、ブラズマ密度をより正確に測定するためには、アンテナの電流又は電圧の一方のみを測定するよりも、その両方、即ちアンテナに投入される電力を測定することがより望ましい。そのためには、上記の方法で得られるアンテナ電流の信号とアンテナ電圧の信号とを乗算すればよい。この乗算は、例えば両者を合成する信号合成器（ミキサー）を用いて行うことができる。信号合成器で得られた信号には高周波成分が含まれるため、ローパスフィルタにより高周波成分を除去することが望ましい。こうして得られた信号はアンテナに投入される電力に比例する。以上に述べた各構成のいずれにおいても、複数本のアンテナ各々を 1又は複数のアンテナからなる複数のグループに分け、各々のグループにおいて高周波電力が各々のアンテナに並列に供給されるようにすることが望ましい。このような構成とすることにより、全てのアンテナに 1つの高周波電源から電力を供給するよりも高周波電源への負荷が低減され、それにより、生成されるプラズマ密度を高くすることができる。

また、以上に述べた各構成のプラズマ生成装置により、従来より均一で高密度のブラズマ状態を実現することができるため、この装置を用いて堆積処理ゃェッチング処理を行うことにより、従来よりも表面が平坦な基板を効率よく製造することができる。図面の簡単な説明

第 1図本発明に係るプラズマ生成装置の第 1実施例の鉛直方向の断面図。第 2図第 1実施例のプラズマ生成装置の側面図。

第 3図第 1実施例のプラズマ生成装置の平面図。

第 4図第 1実施例のプラズマ生成装置において測定された、真空容器中心部のプラズマの状態を示すグラフ。

第 5図第 1実施例のプラズマ生成装置において測定された、真空容器内のプラズマ密度分布を示す図。

第 6図位相調整機能を有するプラズマ生成装置の例を示す概略構成図。

第 7図高周波電源間の位相差を変化させた時のプラズマ密度の変化を示すグラフ。

第 8図アンテナ導体の側壁方向の長さ及びアンテナの個数が異なるプラズマ生成装置の例を示す平面図。

第 9図ァンテナ導体の側壁方向の長さ及びァンテナの個数の違いによるブラズマ電位及びフローテイング電位の振幅の違いを示すグラフ。

第 1 0図本発明に係るプラズマ生成装置の第 2実施例の平面図。

第 1 1図アスペクト比の異なる複数種類のアンテナを示す模式図。第 1 2図第 2実施例及び比較例のプラズマ生成装置の真空容器中央におけるプラズマ密度を示すグラフ。

第 1 3図第 2実施例及び比較例のプラズマ生成装置の真空容器中央における電子エネルギー分布を示すグラフ。

第 1 4図アンテナ毎のァスぺクト比を異なるものとしたプラズマ生成装置の一例を示す平面図。

第 1 5図第 1 4図のプラズマ生成装置及び比較例の装置のプラズマ密度分布を示す図。

第 1 6図本発明に係るプラズマ生成装置の第 3実施例の平面図。

第 1 7図隣接アンテナ間の隙間及びその間における出に差についての説明図。

第 1 8図第 3実施例及び比較例のプラズマ生成装置の真空容器中央におけるプラズマ密度を示すグラフ。

第 1 9図第 3実施例及び比較例のプラズマ生成装置により生成されるプラズマ密度の空間分布を示すグラフ。

第 2 0図本発明に係るプラズマ生成装置の第 4実施例の平面図。

第 2 1図インピーダンス素子の一例を示す図。

第 2 2図第 4実施例のプラズマ生成装置の鉛直方向の断面図。

第 2 3図ダイオードブリッジ回路の一例を示す図。

第 2 4図第 4実施例の生成装置により生成されるプラズマ密度の空間分布を示すグラフ。発明を実施するための最良の形態

(第 1実施例）

第 1図に本発明に係るプラズマ生成装置の第 1実施例の鉛直方向の断面図を、第 2図に該装置の側面図を、第 3図に該装置の平面図を、それぞれ示す。

真空容器 1 1の内部が本プラズマ生成装置のプラズマ生成室となる。真空容器 1 1内部は第 3図に示すように平面形状が矩形（長方形）であり、その長辺の長さは 1300腿、短辺の長さは 1000醒である。真空容器 1 1には真空ポンプ（図示せず）が接続され、真空容器 1 1内部が所定の真空度に維持される。真空容器 1 1 内に被処理基板 1 3を載置するための、長辺 94cm、短辺 76cmの矩形の平面状の基板台 1 4を設ける。基板台 1 4は、その下部に設けた昇降部 1 4 aにより昇降可能となっている。また、真空容器 1 1の下側部には被処理基板 1 3を出し入れするための基板出入口 1 2を設ける。

真空容器 1 1内上部には、内壁に沿って水平に真空容器 1 1内を一周分周回する周回部と、真空容器 1 1外部に接続する接続部から成るガスパイプ 1 5を設ける。このガスパイプ 1 5の周回部の表面には、多数の孔を、真空容器 1 1内に均等にガスを導入するために適宜分布で配置する。なお、本実施例のような真空容器 1 1内を周回するガスパイプ 1 5の代わりに、真空容器の側壁又は/及び天井壁を貫く短いパイプを設けてもよい。この場合、真空容器 1 1内に均等にガスを導入するために複数のパイプを側壁又は/及び天井壁に ¾宜分布で配置することが望ましい。

真空容器 1 1の 4つの側壁のうちその水平方向に長い方の 2面には 4個ずつ、短い方の 2面には 3個ずつ等間隔に高周波アンテナ 1 6を設ける（第 3図参照）。いずれのアンテナ 1 6も基板台 1 4からの高さは 180mmである。各アンテナ 1 6の 2つの電極のうち、一方を後述のように高周波電源 1 8に接続し、他方を接地する。例えば各アンテナの接地側電極を真空容器 1 1の側壁に接続し、この側壁を接地することにより接地側電極を接地することができる。また、高周波電源 1 8側の電極に、接地から浮遊（フローティング）させる固定又は可変のプロッキングコンデンサを挿入するようにしてもよい。本実施例では、高周波電源 1 8から供給される電力の周波数は 13. 56MHzである。

アンテナ 1 6の電極間の導体の長さは 450mmであり、アンテナ 1 6に印加される高周波の波長（10, 000〜15, 000mm) の 1/4よりも短い。これにより、定在波が生じてプラズマの均一性が損なわれることがない。

アンテナ 1 6の導体のうち真空容器 1 1内にある部分は、その表面が絶縁体で被覆されている。また、高周波アンテナ 1 6の形状は U字形であり、このように周回しないアンテナを用いることによりアンテナのインダクタンスが低減される。ここで述べた、絶縁体で被覆されたアンテナ及び周回しないアンテナについては、特許文献 2に詳しく説明されている。

本実施例では 1つの高周波電源 1 8に、 1つの真空容器側壁に設けた 3個又は 4個のアンテナを並列に接続する。各アンテナ 1 6と高周波電源 1 8との接続には、第 2図に示すように、板状導体 1 9を用いる。この板状導体 1 9は、真空容器 1 1の外側壁に沿うように設けられ、例えば銅板から成る。高周波電源 1 8をインピーダンス整合器 1 7を介して銅板の 1点（高周波電力供給点 2 0 ) に接続すると共に、アンテナ 1 6の一方の電極（第 2図中の白丸）を銅板に接続する。なお、第 2図中の黒丸は接地側の電極を示す。銅板に接続された各アンテナ 1 6 の電極と高周波電力供給点 2 0との距離は、アンテナ 1 6に印加される高周波の波長の 1/4よりも短い。銅板の幅を広くすることにより、この距離を長くすることができる。

本実施例のプラズマ生成装置の動作を説明する。昇降部 1 4 aを動作させて基板台 1 4を降下させる。被処理基板 1 3を基板出入口 1 2から真空容器 1 1内に入れ、基板台 1 4上に載置した後、基板台 1 4を所定の位置まで上昇させる。真空容器内を所定の圧力まで減圧した後、プラズマの原料ガスを所定のガス圧でガスパイプ 1 5に導入し、 4台の高周波電源 1 8から所定の高周波電力を各高周波アンテナ 1 6に供給する。これにより、複数の高周波アンテナ 1 6からそれぞれ生成される誘導電界により、プラズマが生成される。

以下、第 1実施例のプラズマ生成装置において生成されるプラズマ密度やブラズマ電子エネルギーについて実験結果を用いて説明する。

第 4図に、第 1実施例のプラズマ生成装置において、アルゴン（Ar)プラズマ（A rガス流量： 50ccm、ガス圧： 0. 66Pa及び 1. 33Paでそれぞれ測定）を生成し、真空容器 1 1の中心部（天井壁の内側面から鉛直下側へ 160匪の位置）のプラズマ状態についてラングミュアプロ一ブ法を用いて測定した結果を示す。第 4図（a)に示すデ —夕は、プラズマ電位 Vp及びフローティング電位 Vfを、全アンテナ 1 6に供給される高周波電力の合計値を変えながら測定したものである。（b)に示すデータは、プラズマィォン密度 Ni、プラズマ電子密度 Ne及びプラズマ電子エネルギー Teを前記高周波電力の合計値を変えながら測定したものである。プラズマ電位 Vp及びフローテイング電位 Vfは、供給される電力の増加に応じて減少し、プラズマイオン密度 Ni、プラズマ電子密度 Ne及びプラズマ電子エネルギー Teは電力の増加に応じて増加する。また、第 4図からわかるように、第 1実施例のプラズマ生成装置により、各種のプラズマプロセスに適した I X 10¹¹以上の高プラズマ密度で 20V以下の低プラズマ電位のプラズマを生成することができる。

第 5図に、真空容器 1 1内の天井壁の内側面から鉛直下側へ 195龍の高さにおけるプラズマ密度の平面分布（プラズマの均一性）を測定した結果を示す。ここでは、ラングミュアプロ一ブ法により得られたィォン飽和電流密度により評価を行う。イオン飽和電流密度はプラズマイオン密度に対応する。（a)は、第 1実施例のプラズマ生成装置に設けられた 4個の高周波電源 1 8からそれぞれ 1000Wずつの電力を供給した場合の測定結果である。一方、（a)は、 4個のアンテナに接続された高周波電源 1 8からは 1300W、 3個のアンテナに接続された高周波電源 1 8からは 700Wの電力を供給した場合の測定結果である。従って、供給される電力の合計は (a)、（b)いずれの場合も 4000Wである。（a)よりも（b)の方がプラズマ密度の平面分布の均一性が高い。特に、図（b)中に示したグリッド B, 2, D, 4で囲まれる領域ではプラズマ密度がほぼ均一になっている。このように、アンテナに供給される電力を電源毎に調整することにより、プラズマ密度分布を制御することができる。第 6図に、高周波電源毎に高周波電力の位相を調整する機能を有するプラズマ生成装置の構成を示す。この装置では、各高周波電源 1 8 a〜 l 8 dに対応して配置したインピーダンス整合器 1 9の出力側に波形検出器（又は位相検出器） 2 1を設ける。波形検出器 2 1はアンテナ 1 6に供給される高周波電力の波形を随時取り込み、その波形信号を位相調整器 2 2へ送る。位相調整器 2 2はこの波形信号から各高周波電源 1 8間の位相差を検出し、その結果に基づいて、予め設定された位相差になるように各高周波電源 1 8に位相制御信号を送信する。各高周波電源 1 8は高周波電力の位相を調整して出力する。

第 7図に、第 6図のプラズマ生成装置において高周波電源間の位相差を変化させた時のプラズマ密度の変化を測定した結果を示す。第 7図の縦軸は真空容器の中心付近の測定点におけるプラズマ電子密度 Neである。横軸は高周波電源 1 8 a - 1 8 b , 1 8 b— 1 8 c、 1 8 c— 1 8 d間の位相差を示す。測定結果より、位相差が大きくなるほどプラズマ密度が増加することがわかる。これは、アンテナ間の位相が異なることにより、それらのアンテナ間で電子が加速され、その結果、プラズマ密度が増加したものと考えられる。このような電子加速の強度はァンテナの形状やアンテナ間距離、ガス圧、真空容器 1 1のサイズ等の様々な要因により変化すると考えられるため、プラズマ密度が最も高くなるように位相差を適宜調整する。

第 8図に、第 1実施例のプラズマ生成装置において、アンテナ導体の側壁方向の長さ aを長くすると共に、アンテナの本数を減らした例を示す。（a)は長さ aが第 3図のそれの 1. 56倍であるアンテナ 2 3 aを真空容器の長辺側の内壁に 2個ずつ、同じく 1. 27倍であるアンテナ 2 4 aを短辺側の内壁に 2個ずつ、それぞれ設けたものである。（b)は長さ aが第 3図のそれの 2. 67倍であるアンテナ 2 3 bを真空容器の長辺側の内壁に 1個ずつ、同じく 2. 20倍であるアンテナ 2 4 bを短辺側の内壁に 1個ずつ、それぞれ設けたものである。これらの構成においては、アンテナ導体の長さを長くすることによりァンテナ自体のィンダク夕ンスが大きくなると共に、ァンテナの本数が減ることによりァンテナ 1個あたりに供給される高周波電力が大きくなる。

第 9図に、第 3図及び第 8図（a)、（b)の装置についてプラズマ電位及びフローティング電位の振幅を測定した結果を示す。アンテナの導体を長くし、電源あたりのアンテナの本数を少なくする程、プラズマ電位及びフローティング電位の振幅が大きくなる。これは、アンテナのインピーダンスが高くなることと、電源あたりのァンテナの本数が少なくなることにより、ァンテナの電位が高くなつたことに起因すると考えられる。このようにプラズマ電位及びフローティング電位の振幅が大きくなることは、プラズマプロセス中のイオンダメージを大きくする原因になるが、その一方で水素やヘリウム等のイオン化エネルギーの高いガスブラズマを生成する場合には有効である。

(第 2実施例）

第 2実施例では、アンテナのァスぺクト比に着目したプラズマ生成装置の構成について説明する。

第 1 0図に第 2実施例の平面図を示す。このプラズマ生成装置は、第 1実施例の装置の構成のうち、アンテナ 2 6のァスぺクト比のみを変更したものである。そのため、第 1 0図には、第 1実施例と同じ構成要素については第 3図と同じ符号を付した。高周波電源の個数や、各高周波電源に接続されるアンテナの個数も第 1実施例と同じである。この図の装置では、全てのアンテナ 2 6のアスペクト比を、第 1 1図（a)に示すように 2 (縦:横 =2 : 1)とした。なお、第 1実施例のアンテナ 1 6のアスペクト比は、第 1 1図（b)に示すように 1 (縦:横 =1 : 1)である。第 2実施例のアンテナ 2 6の導体が囲む領域の面積 Sは、第 1実施例のアンテナ 1 6のそれと同一とした。

以下、第 2実施例のプラズマ生成装置において生成されるプラズマ密度やブラズマ電子エネルギーについて実験結果を用いて説明する。ここではァスぺクト比の変化による効果を見るために、全ての高周波アンテナのァスぺクト比を 2 (本実施例、第 1 1図（a)のアンテナ）、 1 (第 1実施例、第 1 1図（b)のアンテナ）及び 0. 5 (第1 1図（c)のアンテナ）に揃えた 3種類のプラズマ生成装置について測定を行つた。アスペクト比が 1の高周波アンテナの 1辺の長さは 15cmである。この実験においては、真空容器内にアルゴンガスを 1. 33Paのガス圧まで供給し、各高周波アンテナに周波数 13. 56MHzの高周波電力を供給してアルゴンプラズマを生成した。また、プラズマ密度の測定にはラングミュアプローブ法を用いた。

第 1 2図に、これらの 3種類のプラズマ生成装置について、基板台中央の直上の、高周波アンテナと同じ高さにおけるプラズマ密度を測定した結果を示す。ここで、縦軸は対数スケールで表したプラズマ密度であり、横軸は各高周波電源が供給する高周波電力の大きさである。高周波電力を同一とした場合、アスペクト比が 2の高周波アンテナを用いた本実施例の装置の方が、ァスぺクト比が 1及び 0. 5の高周波ァンテナを用いた装置よりも高いプラズマ密度を得ることができる。第 1 3図に、第 1 2図と同じ 3種の装置について、基板台中央直上におけるプラズマ電子のエネルギー分布を測定した結果を示す。各高周波電源が供給する高周波電力の大きさは 2000Wとした。高周波電力以外のパラメータは、第 1 2図に示す測定の時のパラメータと同じである。縦軸は対数スケールである。アスペクト比が 2である装置において、アスペクト比がそれ以外の値である装置よりも、 10〜 18eVのエネルギーを持つプラズマ電子が増加している。この高エネルギーの電子は、高周波アンテナに発生する電位差によって加速されて生成される電子である。アスペクト比によってこの電子が生成され飛来する方向が変化する。本実施例の U字形高周波アンテナにおいては、高エネルギー電子は高周波アンテナの長手方向に生成されることから、アスペクト比が 2の場合には、アスペクト比が 1や 0. 5の場合よりも高エネルギー電子が多く存在するようになる。

また、第 1 3図の結果は高周波アンテナのアスペクト比を変えることによりプラズマ中の電子エネルギーを制御することができることを示している。それにより、イオン種やラジカル種等のプラズマプロセスにおいて重要な因子を制御することもできる。

次に、第 1 4図の平面図に示すように、アンテナ毎のアスペクト比を異なるものとした例について説明する。第 1 4図に示すプラズマ生成装置では、真空容器 1 1の長辺側の側壁に設けた 4個の高周波アンテナのうち中央の 2個の高周波アンテナ、及び短辺側の側壁に設けた 3個の高周波アンテナのうち中央の 1個の高周波アンテナ（例えば高周波アンテナ 2 6 a)のアスペクト比を 2とし、真空容器 1 1の四隅に近い高周波アンテナ (例えば高周波アンテナ 2 6 b )のァスぺクト比を 1とする。これは、目的領域である基板台の中心付近のプラズマ密度を大きくするために、そこを指向する高周波アンテナのァスぺクト比を大きくしたものである。第 1 5図（a)に、第 1 4図の装置を用いて高周波アンテナと同じ高さにおけるプラズマ密度の空間分布を測定した結果を示す。併せて、第 2実施例に対する比較例として第 1 5図（b)に、全ての高周波アンテナのアスペクト比を 1とした装置について同様の測定を行った結果を示す。ここでは、各高周波電源が供給する高周波電力の大きさを 1000Wとし、それ以外のプラズマ生成条件は上記第 2実施例の条件と同じとした。第 1 5図より、第 1 4図の装置では、中心部のプラズマ密度が比較例のそれよりも高くなるのに対して、外縁部のプラズマ密度が高くなることが抑制され、その結果、比較例の装置よりもプラズマ密度の均一性が改善されていることがわかる。

(第 3実施例）

第 3実施例では、隣接アンテナの隣接電極同士の極性に着目したプラズマ生成装置の構成について説明する。

第 1 6図に第 3実施例の平面図を示す。第 1実施例と同じ構成要素については第 3図と同じ符号を付した。高周波電源の個数や、各高周波電源に接続するアンテナの個数は第 1実施例と同じである。このプラズマ生成装置は、第 1実施例の装置の構成のうち、各高周波アンテナ 1 6の電極の極性のみを変更したものである。具体的には、同一の側壁に設けられた 3個又は 4個のアンテナから成るアンテナ群内では、隣接する高周波アンテナ同士において隣接電極同士を同極性とする。例えばアンテナ群 3 1 aでは、隣接する高周波アンテナ 1 6 aと高周波アンテナ 1 6 bにおいては互いに隣接する側の電極を共にインピーダンス整合器 1 7 一高周波電源 1 8に接続し、高周波アンテナ 1 6 bと高周波アンテナ 1 6 cにおいては互いに隣接する側の電極を共に接地する。

第 1 7図（b)に示すように、隣接する高周波アンテナ同士において互いに近接する側の端子を逆極性とした場合には、隣接アンテナ間の隙間 3 2において隣接電極間に電位差が生じる。このため、この隙間 3 2におけるプラズマ濃度が他の位置よりも高くなる。また、それに伴って他の位置のプラズマ濃度が低下する。それに対して、第 3実施例の装置では隣接アンテナ同士の隣接電極を同極性とすることにより、隙間 3 2における隣接電極間に電位差が生じることがない。このため、この隙間 3 2において端子間電位差の存在によりプラズマ濃度が上昇することを防ぎ、その他の部分のプラズマ濃度が低下することを防ぐことができる。以下に、第 3実施例のプラズマ生成装置において生成されるプラズマの密度を測定した結果を示す。この実験においては、真空容器内にアルゴンガスを 1. 33Pa のガス圧まで供給し、各高周波アンテナに周波数 13. 56MHzの高周波電力を供給してアルゴンプラズマを生成した。その他の条件は各測定の説明の際に示す。また、プラズマ密度の測定にはラングミュアプロ一ブ法を用いた。

第 1 8図に、第 3実施例のプラズマ生成装置について、高周波アンテナと同じ高さであって基板台中央の直上においてプラズマ密度を測定した結果を示す。この図には併せて、比較のために隣接電極同士を逆極性としたプラズマ生成装置についての測定結果を示す。ここで、縦軸は対数スケールで表したプラズマ電子密度であり、横軸は各高周波電源が供給する高周波電力の大きさである。高周波電力の値がいずれの場合も、本実施例の装置の方が比較例の装置よりも高いプラズマ密度を得ることができる。特に、高周波電力が 1200W〜2500Wの場合、本実施例のプラズマ密度は比較例のプラズマ密度の約 2倍となる。

第 1 9図に、プラズマ密度の空間分布を測定した結果を示す。その際の測定条件は以下の通りである。高周波電力は、第 1 6図に示す 1組のアンテナ群 3 1 にのみ供給する。高周波電源が供給する高周波電力の大きさは 1500Wである。プラズマ密度の測定点である第 1 9図の横軸は、アンテナ群 3 1 bを設けた側壁に平行に 13cm離れた直線上の位置を表す。第 1 9図より、比較例のプラズマ生成装置においては、端部のプラズマ密度が中心付近のプラズマ密度よりも低くなり、ブラズマ密度の空間分布の偏りが見られる。それに対して本実施例のプラズマ生成装置においては、プラズマ密度の空間分布の偏りが比較例のプラズマ生成装置におけるそれよりも小さくなり、プラズマ密度分布の均一性が改善される。

(第 4実施例）

第 4実施例では、アンテナにインピーダンス素子が接続されたプラズマ生成装置の構成について説明する。

第 2 0図に第 4実施例の平面図を示す。第 1実施例と同じ構成要素については第 3図と同じ符号を付した。高周波電源の個数や、各高周波電源に接続されるァンテナの個数は第 1実施例と同じである。このプラズマ生成装置は、第 1実施例の装置の構成において、各高周波アンテナ 1 6の一方の電極とインピーダンス整合器 1 7の間にインピーダンス素子 4 1を接続する。インピーダンス素子 4 1として、例えば第 2 1図に示すような可変インダクタンスコイル 4 2を用いることができる。なお、可変インダクタンスコイル 4 2のインダクタンス値の調節は手動で行ってもよいが、後述のフィードバック制御を行う場合にはドライバ 4 3を設けて自動で行うことが望ましい。なお、本実施例ではインピーダンス素子 4 1 をアンテナ 1 6の高周波電源 2 0側の電極に接続したが、インピーダンス素子 4 1を接地側の電極に接続してもよい。

また、第 4実施例では、第 2 2図の鉛直方向断面図に示すようにピックアップコイル 4 4及びキャパシタ 4 5を設ける。高周波アンテナ 1 6の一部が真空容器 1 1の外部に突出するように設けられているため、ピックアップコイル 4 4及びキャパシタ 4 5は、プラズマにより侵食されることがないように、該突出部の近傍に設けるとよい。ピックアップコイル 4 4は電流測定用であるため、高周波ァンテナ 1 6の接地側、高周波電源への接続側のいずれに設けてもよい。各ピックアップコイル 4 4及びキャパシタ 4 5にはそれぞれ、ピックアップコイル 4 4又はキャパシタ 4 5からの交流信号を直流信号に変換するために、第 2 3図に示すようなプリッジ回路 4 6を接続する。プリッジ回路の代わりに交流信号を検波して直流信号を出力する検波器を用いてもよい。更に、これらの信号を入力してィンピーダンス素子 4 1のインピーダンス値を設定するための信号を出力する制御部 4 7を設ける（第 2 0図）。

本実施例のプラズマ生成装置では、例えば銅板 1 9に温度分布が生じる等の原因によりプラズマ密度に分布が生じた場合に、各インピ一ダンス素子 4 1のインピーダンス値を調節して各高周波アンテナ 1 6に供給される電力を適切な値にすることにより、プラズマの密度を均一化する。ここで、生じるプラズマ密度分布に再現性があり、各インピーダンス素子において設定すべきインピーダンス値が実験等により明らかである場合には、固定インピーダンス素子を用いればよい。また、プラズマ密度分布が、使用するガスや供給する電力等の条件により異なるが同一条件下では再現性がある場合には、可変インピーダンス素子を用いてその条件に応じたインピーダンス値を設定すればよい。更に、条件によるプラズマ密度分布の差異や再現性が明らかではない場合には、プラズマ密度分布をフィードバックして可変インピーダンス素子のインピーダンス値の調節を行う。

前記のフィードバック制御は、以下のように行う。各アンテナに設けたピックアップコイル 4 4からの電流の信号及び/又はキャパシタ 4 5からの電圧の信号が制御部 4 7に入力される。或るアンテナにおけるこれらの信号のいずれか、あるいはこれらの積から成る電力の信号が所定の値以上になった時、即ちそのアンテナの周囲のプラズマ密度が所定の値以上になった時、制御部 4 7はそのアンテナに接続されたインピーダンス素子 4 1に設けたドライバ 4 3に、その素子のインピーダンス値を大きくするための信号を出力する。一方、アンテナにおける電流等の信号が所定の値以下の場合には、制御部 4 7はドライバ 4 3にィンピーダンス値を小さくする信号を出力する。制御部 4 7からのこれらの信号を受けたドラィバ 4 3は、そのインピーダンス素子のインピーダンス値を所定の値に設定する。これにより、そのインピーダンス素子の周囲のプラズマ密度を所定の範囲内に制御することができる。

以下に、本実施例のプラズマ生成装置を用いて生成したプラズマの密度分布を測定した実験について説明する。この実験においては、第 20図において破線で囲んだ 3個のアンテナ A,B， Cのみに高周波電力を供給し、これらのアンテナを設けた真空容器側面から 13cm離れた直線上のプラズマ密度分布を、ラングミュアプロ一ブ法を用いて測定した。ここで生成されたプラズマはアルゴンプラズマであり、アルゴンガスを 1.33Paのガス圧まで供給した後、 3個のアンテナ A， B, Cに接続した 1個の高周波電源から 2000W、 13.56MHzの高周波電力を供給した。

ピックアップコイル 44からの信号に応じてィンピ一ダンス素子のィンビーダンス値を調節することにより、 3個のアンテナ A, B, Cを流れる電流の大きさの比が 1:1.2:1、 2:1:2及び 3:1:3の 3通りの状態をつくり、それぞれの場合についてプラズマ密度分布を測定した。これらの測定結果を第 24図に示す。 3個の高周波ァンテナの各電流がほぼ等しい、電流比 1:1.2:1の場合には、中央付近のプラズマ密度が高く、外縁部のそれが低くなつている。これに対して、両端の高周波アンテナの電流を大きくした電流比 2:1:2の場合には、中央付近のプラズマ密度が低下する一方、外縁部のそれが上昇し、プラズマ密度の均一性が改善していることがわかる。更に両端の高周波アンテナの電流を大きくして電流比 3:1:3とした場合には、電流比 1:1.2:1の場合とは逆に、中央付近のプラズマ密度が低くなつてしまう。

なお、このプラズマ密度分布を最適にする電流比は、プラズマガスの種類や圧力、高周波電源の供給電力等の条件により異なる。そのため、インピ一ダンス素子のインピーダンス値は、この電流比がそれらの条件に応じた最適な値となるように適宜調節する。上記各実施例においてはいずれも真空容器の平面形状を矩形としたが、円形等の他の形状としてもよい。また、上記各実施例においてはアンテナを真空容器の側壁に設けたが、アンテナの一部又は全部を真空容器の天井壁に設けてもよい。

Claims

請求の範囲

1 . a)真空容器と、

を備えることを特徴とするプラズマ生成装置。

2 . 前記アンテナが真空容器の側壁もしくは天井壁又はそれらの両方に配列されることを特徴とする請求項 1に記載のプラズマ生成装置。

3 . 前記アンテナが前記高周波アンテナに供給される高周波電力の 1/4波長の長さよりも短い導体からなることを特徴とする請求項 1又は 2に記載のプラズマ生

4 . 前記複数のアンテナに並列に接続される板状導体を有することを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

5 . アンテナに電力を供給する電源と板状導体の接続点と、各々のアンテナと板状導体の接続点の両接続点間の距離が高周波の 1/4波長の長さよりも短いことを特徴とする請求項 4に記載のプラズマ生成装置。

6 . 前記アンテナ導体の長さと前記接続点間距離との和が高周波電力の 1/4波長の長さよりも短いことを特徴とする請求項 3〜 5のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

7 . 前記各グループに供給される高周波電力の位相を検出する位相検出器と該高周波電力の位相を調整する位相調整器を備えることを特徴とする請求項 1〜 6 のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

8 . 前記基板台の目的領域に対応する位置のアンテナのァスぺクト比が該目的領域における目的プラズマ密度又はプラズマ電子エネルギーに応じた値に設定されていることを特徴とする請求項 1〜 7のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

9 . 前記目的領域における目的プラズマ密度又は電子エネルギーを高めるために、対応アンテナのァスぺクト比を他のアンテナのァスぺクト比よりも大きい値としたことを特徴とする請求項 8に記載のプラズマ生成装置。

1 0 . 前記領域が前記基板台の中心を含むことを特徴とする請求項 9に記載のプラズマ生成装置。

1 1 . アンテナの電極が前記基板台に略平行に並ぶように配列され、 1組又は複数組の隣接アンテナの隣接電極同士が同一極性であることを特徴とする請求項 1〜1 0のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

1 2 . 全てのアンテナにおいて、隣接アンテナの隣接電極同士を同一極性とすることを特徴とする請求項 1 1に記載のプラズマ生成装置。

1 3 . 前記アンテナにインピーダンス素子が接続されていることを特徴とする請求項 1〜 1 2のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

1 4 . 複数個のアンテナが 1個の高周波電源に並列に接続されていることを特徵とする請求項 1 3に記載のプラズマ生成装置。

1 5 . 1個のアンテナが 1個の高周波電源に接続されていることを特徴とする請求項 1 3に記載のプラズマ生成装置。

1 6 . 前記インピーダンス素子のインピーダンスが可変であることを特徴とする請求項 1 3〜1 5のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

1 7 . 前記インピーダンス素子が可変インダクタンスコイルであることを特徴とする請求項 1 6に記載のプラズマ生成装置。

1 8 . 各々のアンテナの電圧又は電流を測定する測定部と、該測定部で得られた電圧又は電流の値により前記可変インピーダンス値を設定するする制御部と、を備えることを特徴とする請求項 1 6又は 1 7に記載のプラズマ生成装置。

1 9 . 前記測定部が、アンテナの近傍に配置され該アンテナの電流を検出するピックアップコイルを備えることを特徵とする請求項 1 8に記載のプラズマ生成

2 0 . 前記測定部が、アンテナの近傍に配置され該アンテナに印加される電圧を検出するキャパシタを備えることを特徴とする請求項 1 8又は 1 9に記載のプラズマ生成装置。

2 1 . 前記測定部が、検出された高周波電流又は電圧の信号を直流電流又は電圧の信号に変換するブリッジ回路もしくは検波器を備えることを特徴とする請求項 1 8〜2 0のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

2 2 . 前記測定部が、アンテナの電流の信号と電圧の信号とを合成する信号合成器と、前記合成信号の高周波成分を除去するローパスフィル夕とを備えることを特徴とする請求項 1 8〜2 0のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

2 3 . 前記アンテナの表面が絶縁体で被覆されることを特徴とする請求項 1〜 2 2のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

2 4 . 前記アンテナの真空容器内における形状が平面形であることを特徴とする請求項 1〜2 3のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

2 5 . 前記複数本のアンテナ各々が 1又は複数のアンテナからなる複数のダル一プに分けられ、各々のグループにおいて高周波電力が各々のアンテナに並列に供給されることを特徴とする請求項 1〜 2 4のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

2 6 . 真空容器内に、真空容器の側壁もしくは天井壁又は両方から、被処理基板を載置する基板台に略平行に配列された複数個の高周波アンテナを備えるブラズマ生成装置において、前記アンテナに供給される高周波電力を調整することにより真空容器内に形成されるプラズマの状態を制御することを特徴とするプラズマ制御方法。

2 7 . 前記真空容器内における前記アンテナの長さを調整することによりブラズマ状態を制御することを特徴とする請求項 2 6に記載のプラズマ制御方法。

2 8 . 前記アンテナに供給される高周波電力の位相差を調整することによりプラズマ状態を制御することを特徴とする請求項 2 6又は 2 7に記載のプラズマ制御方法。

2 9 . 前記基板台の目的領域に対応する位置のアンテナのアスペクト比を該目的領域における目的プラズマ密度若しくはプラズマ電子エネルギー又は該目的領域に生成するイオン種若しくはラジカル種に応じた値に設定することを特徴とする請求項 2 6〜2 8のいずれかに記載のプラズマ制御方法。

3 0 . 前記目的領域における目的プラズマ密度又は電子エネルギーを高めるために、対応高周波アンテナのァスぺクト比を他のアンテナのァスぺクト比よりも大きくすることを特徴とする請求項 2 9に記載のプラズマ制御方法。

3 1 . 前記目的領域が前記基板台の中心を含むことを特徴とする請求項 3 0に記載のプラズマ制御方法。

3 2 . 1組又は複数組の隣接アンテナの隣接電極同士を同一極性とすることにより、前記プラズマ生成装置内のプラズマ密度分布を制御することを特徴とする請求項 2 6〜3 1のいずれかに記載のプラズマ制御方法。

3 3 . 全てのアンテナにおいて、隣接アンテナの隣接電極同士を同一極性とすることを特徴とする請求項 3 2に記載のプラズマ制御方法。

3 4 . 各々のアンテナにインピーダンス素子を接続し、インピーダンス素子を接続し、各インピーダンス素子のインピーダンス値を調節することによって該真空容器内のプラズマ密度分布を制御することを特徴とする請求項 2 6〜3 3のいずれかに記載のプラズマ制御方法。 '

3 5 . 前記インピーダンス素子のインピーダンス値が可変であり、各々の高周波アンテナの電圧、電流又はその双方を測定し、得られた電圧、電流又はそれらの積の値により該可変インピーダンス値を制御することを特徴とする請求項 3 4 に記載のプラズマ制御方法。

3 6 . 請求項 1〜 2 5に記載のプラズマ生成装置又は請求項 2 6〜 3 5に記載のプラズマ制御方法により原料のプラズマを生成し、該原料を堆積させることを特徴とする基板製造方法。

3 7 . 請求項 1〜 2 5に記載のプラズマ生成装置又は請求項 2 6〜 3 5に記載のプラズマ制御方法により生成されるプラズマを用いてエツチング処理を行うことを特徴とする基板製造方法。