(57)【要約】  平行平板電極に高周波電力を供給する高周波電力供給装置であって、電極の互いに離れた位置に高周波電力を供給する高周波電源１３３ａ，１３３ｂと、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの供給電力がハイレベルとローレベルとを含む複数のレベルで変化するようパルス変調させ、高周波電源１３３ａの供給電力がハイレベルかつ高周波電源１３３ｂの供給電力がローレベルとなる（１）の期間と、高周波電源１３３ｂの供給電力がハイレベルかつ高周波電源１３３ａの供給電力がローレベルとなる（２）の期間と、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの供給電力がともにローレベルより高いレベルとなる（３）期間と、を含むようレベルの切替えを指示するパルスジェネレータと、を備える。
2012035842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と前記第１の電極に対向して配置された第２の電極とで構成される平行平板電極の前記第１の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給装置であって、
前記第１の電極の離れた位置に、高周波電力をそれぞれ供給する第１の高周波電源および第２の高周波電源と、
前記第１の高周波電源の供給電力および前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとローレベルとを含む複数のレベルで変化するようにパルス変調させて、前記第１の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第２の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第１の期間と、前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第１の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第２の期間と、前記第１の高周波電源の供給電力と前記第２の高周波電源の供給電力とがともにローレベルよりも高いレベルとなる第３の期間と、を含むよう前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源の供給電力のレベルの切替えを指示する電力切替部と、
を備えることを特徴とする高周波電力供給装置。
【請求項２】
前記第１の期間では前記第２の高周波電源が電力の供給を停止し、前記第２の期間では前記第１の高周波電源が電力の供給を停止する、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力供給装置。
【請求項３】
前記第１の期間での前記第１の高周波電源の供給電力と前記第２の期間での前記第２の高周波電源の供給電力とを等しくし、前記第３の期間では、前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源は、前記第１の期間での前記第１の高周波電源の供給電力より小さい電力を供給する、
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波電力供給装置。
【請求項４】
前記第３の期間では、前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源は、前記第１の期間での前記第１の高周波電源の供給電力の１／２の電力を供給する、
ことを特徴とする請求項３に記載の高周波電力供給装置。
【請求項５】
前記第１の高周波電源の給電電力と前記第２の高周波電源の給電電力との間に位相差を与える手段をさらに備える、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項６】
前記第１の高周波電源の給電電力と前記第２の高周波電源の給電電力との間の位相差が０ラジアンまたはπラジアンである、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項７】
前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間の各々の持続時間と、
前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間の順序と、
前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間における前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源のそれぞれの供給電力と、
の設定値が互いに独立である、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項８】
前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間の順序と、
前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間における前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源のそれぞれの供給電力と、
の設定値は一定周期で同一設定値を繰り返す、
ことを特徴とする請求項７に記載の高周波電力供給装置。
【請求項９】
前記第１の電極に高周波電力が供給開始されてから供給停止されるまでの全供給期間における前記第１の期間、前記第２の期間および前記第３の期間のそれぞれの前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源の供給電力の時間平均値が、前記全供給期間内の複数の期間内において同じ時間平均値となることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項１０】
前記第１の電極に高周波電力が供給開始されてから供給停止されるまでの全供給期間内に、前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源の両方が電力の供給を停止する第４の期間をさらに含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項１１】
ｎを３以上の整数とし、異なる電力供給位置で前記第１の電極へ高周波電力を供給するｎ個の高周波電源を備え、前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源を前記ｎ個の高周波電源のうちのそれぞれ少なくとも１つとする、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置。
【請求項１２】
前記ｎ個の高周波電源を２つの高周波電源を１対とする複数対の高周波電源とし、各対を構成する高周波電源を前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源として、対ごとに前記第１の電極に高周波電力を供給する期間を設定する、ことを特徴とする請求項１１に記載の高周波電力供給装置。
【請求項１３】
前記ｎ個の高周波電源を２つのグループにグループ分けし、一方のグループに属する前記高周波電源が前記第１の高周波電源として動作し、他方のグループに属する前記高周波電源が前記第２の高周波電源として動作する、ことを特徴とする請求項１１に記載の高周波電力供給装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１つに記載の高周波電力供給装置と、
真空チャンバと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記高周波電力供給装置から電力を供給される第１の電極として機能し、プラズマ生成ガスを被処理基板に供給するシャワープレートと、
前記真空チャンバ内に配置され、前記被処理基板を載置する機構を備え、第２の電極として機能するステージと、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１５】
第１の電極と前記第１の電極に対向して配置された第２の電極とで構成される平行平板電極の前記第１の電極に高周波電力を供給することによりプラズマを生成し、化学気相堆積法により被成膜基板に薄膜を形成する薄膜製造方法であって、
前記第１の電極の面内の離れた位置に給電するよう第１の高周波電源および第２の高周波電源をそれぞれ配置することとし、
前記第２の電極に載置された前記被成膜基板上にプラズマ生成ガスを供給する第１の工程と、
前記第１の高周波電源の供給電力および前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとローレベルとを含む複数のレベルで変化するようにパルス変調させて、前記第１の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第２の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第１の期間と、前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第１の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第２の期間と、前記第１の高周波電源の供給電力と前記第２の高周波電源の供給電力とがともにローレベルよりも高いレベルとなる第３の期間と、を含むよう前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源の供給電力のレベルの切替えを指示する第２の工程と、
前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源が、前記第２の工程の指示に基づいて前記第１の電極に給電を行なうことにより前記プラズマ生成ガスを分解して前記被成膜基板に薄膜を形成する第３の工程と、
を含むことを特徴とする薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電力供給装置、プラズマ処理装置及び薄膜製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ成膜装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置として広く用いられている。今日では、例えば薄膜シリコン太陽電池の発電層やフラットディスプレイパネルに用いられる薄膜トランジスタのような大面積の薄膜を、高速で一時に成膜することができるプラズマ成膜装置も開発されている。大面積のシリコン薄膜を成膜するには、平行平板型プラズマ成膜装置を使用するのが一般的である。【０００３】
平行平板型プラズマ成膜装置は、真空チャンバ内において数ｍｍから数十ｍｍの距離を隔てて対向している第一の電極と第二の電極とを有する。通常電極は水平面内に設置され、第一の電極に高周波電力を供給し、第二の電極は接地されている。シリコン薄膜を成膜する場合、シラン（ＳｉＨ4）や水素（Ｈ2）等の成膜ガスを、第一の電極に構成した多数のアパーチャを通して放電空間となる電極間のギャップに供給する。放電空間に供給されたガスは高周波電力によってプラズマ化する。成膜ガスはプラズマ中で分解され、ラジカルやイオンへとなって被成膜基板へと入射し、基板上にシリコン膜を形成する。一般に、接地されている側となる第二の電極がステージとして用いられ、被成膜基板が載置される。【０００４】
近年、成膜品質や成膜速度向上といったニーズに応えるため、従来一般的であった１３．５６ＭＨｚよりも周波数の高いＶＨＦ（Ｖｅｒｙ  Ｈｉｇｈ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波電力を用いて生成したＶＨＦプラズマを成膜に用いることが盛んに研究されている。ＶＨＦプラズマは高密度、低電子温度であるという特徴を備えるため、前記ニーズに対する解として、期待が持たれている。【０００５】
しかしながら、ＶＨＦ帯の高周波電力を用いる場合、高周波電力の周波数の増加により、高周波電力の「波」としての性質が顕著に表れ、成膜特性が電極面内で不均一になることが大きな問題であった。すなわち、電極面内で高周波電力が干渉を起こし、定在波を形成することで電界強度分布が不均一になり、その結果プラズマ密度が不均一となり、最終的に成膜速度や膜質そのものが不均一になってしまう。近年の基板の大型化もこの問題を悪化させる要因となっており、実用化の上での大きな課題となっている。【０００６】
一般に電極サイズは使用する高周波電力の波長λの１／１０以下であることが望ましいとされている。これは目安として、電極サイズがλ／１０以下であれば定在波が形成しても電界強度の面内ばらつきがおおむね±１０％以下に収まるためである。例えば１３．５６ＭＨｚの場合、電極サイズは２ｍ強まで、ＶＨＦ帯、例えば６０ＭＨｚでは電極サイズは５０ｃｍ程度が限界となる。【０００７】
成膜特性、例えば膜厚分布のばらつきは、フラットパネルディスプレイ用薄膜トランジスタなどでは再現性を確保して±５％程度、太陽電池分野では再現性を確保して±１０％程度を達成することが実用化の一つの指標となっている。従来のＶＨＦプラズマ技術では、例えばアモルファスシリコン膜の成膜速度の場合、基板面積５０ｃｍ×５０ｃｍ程度で±１０〜１５％程度と、小面積基板でかろうじて満たしている状況である。１００ｃｍ×１００ｃｍ程度に至っては±２０〜４０％程度と、上記指標をクリアできないという問題がある。【０００８】
定在波の形成は波の干渉という基本的な物理現象に起因しているため根本的な解決が非常に困難である。したがって次善の策として、従来技術の多くは定在波の形成そのものは許容し、その分布を時間的に制御することにより時間平均として均一なプラズマの生成、ひいては成膜を行うという指針をとっている。【０００９】
例えば、下記特許文献１では、電極上に少なくとも４個の給電点を設け、それぞれの給電点から同時に給電を行うことで電極中央に定在波の腹を形成させ、電界分布の不均一性を緩和させている。これにより６０ＭＨｚの高周波電力を用いて上述の限界に近い５０ｃｍ×４０ｃｍの基板に対して±１０％前後の膜厚分布が得られている。【００１０】
また、下記特許文献２では、ＶＨＦより低い周波数ではあるが、方形電極の互いに対向した２つの辺から交互に給電をすることで、時間平均的に見て電界分布を均一化する手法が開示されている。例えば２７．１２ＭＨｚの高周波電力を１００ｋＨｚの周波数で交互に給電し、２．２ｍ×２．４ｍの基板に成膜した場合（６０ＭＨｚでは１ｍ角程度に相当）、±１７％の膜厚分布が得られるとしている。【００１１】
また、下記特許文献３では、方形電極の互いに対向した２つの辺から供給される電力の電圧の位相差を時間的に変化させており、電極上の互いに対向する位置に配置された第１及び第２の給電点間の距離を使用電力の波長の二分の一の整数倍に設定し、２台のパルス変調可能な位相可変２出力の高周波電源から出力される時間的に分離されたパルス電力を供給する。これにより、腹の位置が第１及び第２の給電点の位置に合致した第１の定在波と、節の位置が第１及び第２の給電点の位置に合致した第２の定在波と、を時間的に交互に発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第３６３１９０３号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６６７９号公報
【特許文献３】特許第４０２２６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のように、低電子温度で高密度なプラズマが生成可能なＶＨＦ帯の高周波電力を用いて成膜を行うことは、膜質向上と高速成膜をともに解決できる技術として近年実用化研究が盛んに行われている。しかしながら基板の大面積化と電源周波数の高周波化はともに定在波の形成による電界強度分布の不均一という現象の要因となり、成膜均一性の悪化の主原因となっている。【００１４】
定在波の形成は周波数が等しく進行方向が異なる二つの波が干渉を起こすことで生じる基本的な物理現象である。説明の簡素化のため１次元で示すと、以下のようになる。ｘ軸上をｘ軸の正方向に動くように見える波Ｉｆ（一般に進行波と呼ばれる）、負方向に動くように見える波Ｉｒ（一般に後退波と呼ばれる）は、それぞれ振幅Ａ、角周波数ω＝２πｆ、波数ｋ＝２π／λを用いて以下の式（１）のように表せる。
Ｉｆ（ｘ，ｔ）＝Ａｓｉｎ（ｋｘ−ωｔ）
Ｉｒ（ｘ，ｔ）＝Ａｓｉｎ（ｋｘ＋ωｔ）              …（１）
ここでＩｆ（ｘ，ｔ）とＩｒ（ｘ，ｔ）を足し合わせると、以下の式（２）のようになる。
Ｉｆ＋Ｉｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ−ｋｘ）＋Ａｓｉｎ（ωｔ＋ｋｘ）
＝２Ａｓｉｎ（ｋｘ）ｃｏｓ（ωｔ）          …（２）
すなわち波の振幅がｓｉｎ（ｋｘ）の形状の分布を持つことになる。【００１５】
例えばｓｉｎ（ｋｘ）＝０となるｘ＝ｎπ／ｋ＝ｎλ／２（ｎは整数）の点では振幅が時間に依らず０となり、このような点は定在波の節といわれる。また逆にｓｉｎ（ｋｘ）＝１となるｘ＝（２ｎ＋１）λ／４では振幅が最大となり、このような点を定在波の腹という。【００１６】
逆に言えば、後退波がなければ定在波を無くすことは原理的には可能である。実際プリント基板などで高周波信号を伝搬させる際は、伝搬経路の特性インピーダンスを精密に制御して反射波、つまり後退波が発生しないようにして定在波の形成を抑制している。しかしながら、プラズマ成膜装置においては可動部分の多さや耐圧構造の確保、プラズマ自体のインピーダンスの不確定性などにより給電経路のインピーダンス制御が非常に難しく、反射波の生成を抑制して定在波の形成そのものを抑えることは現実的には非常に困難とされている。したがって次善の策として、従来技術の多くは定在波の形成そのものは許容し、その分布を時間的に制御することにより時間平均として均一なプラズマの生成、ひいては成膜を行うという指針をとっている。【００１７】
上記特許文献１記載の技術では、複数の給電点から同時に給電を行うことで均一化が図れるとあるが、定在波の腹が移動しているだけで定在波の形成によるプラズマ分布の不均一性は依然として未解決である。したがってメートルサイズに基板を大型化する、また給電電力を高周波化することは難しい、という問題がある。実際に、１．４ｍ×１．１ｍの基板に対して周囲４〜８点から給電を行ってプラズマの生成を試みたが、いずれの場合も電極中央にプラズマが局在して生成し、均一なプラズマは得られなかった。【００１８】
上記特許文献２記載の技術では、電極面上で対向する位置に接続された電源同士が互いに干渉を起こさないよう、交互にオン／オフすることで均一化を図っている。これは周波数が比較的低く、プラズマ分布の変化がほぼ線形に近似できる領域では有効である。しかしながら、さらに周波数が高くなると定在波の形成がより顕著になり、この結果、プラズマ分布は節点をともなった曲線的な形状になる。このような周波数領域においても、二つの定在波を重ね合わせることで均一化は可能であるが、腹と節の位置がちょうどπ／４ずれる条件（例えば電極のサイズがλ／４の奇数倍など）を満たす場合に限定される。しかし、実際の成膜やエッチングプロセスなどにおいては、プロセス条件によってプラズマパラメータが変化し、それにともないλも変化する。したがって実用的な観点でもプロセス条件による差に対するマージンが非常に小さくなるという問題があり、ＶＨＦ帯の周波数領域への適用は難しい、という問題がある。【００１９】
上記特許文献３記載の技術では、給電点の配置が高周波電力の波長に依存するなど、特許文献２と同様に構造への制約があり、また変調をかけるための移相器が必要であるなど、システムが煩雑になる、という問題がある。【００２０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＶＨＦ帯の周波数領域を用いた場合でも装置構成を煩雑化せずに、大面積の領域に対して安定して面内均一な電界分布を形成することができる高周波電力供給装置、プラズマ処理装置及び薄膜製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１の電極と前記第１の電極に対向して配置された第２の電極とで構成される平行平板電極の前記第１の電極に高周波電力を供給する高周波電力供給装置であって、前記第１の電極の離れた位置に、高周波電力をそれぞれ供給する第１の高周波電源および第２の高周波電源と、前記第１の高周波電源の供給電力および前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとローレベルとを含む複数のレベルで変化するようにパルス変調させて、前記第１の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第２の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第１の期間と、前記第２の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、前記第１の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第２の期間と、前記第１の高周波電源の供給電力と前記第２の高周波電源の供給電力とがともにローレベルよりも高いレベルとなる第３の期間と、を含むよう前記第１の高周波電源および前記第２の高周波電源の供給電力のレベルの切替えを指示する電力切替部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、前記第１および第２の期間に形成する少なくとも２種類の定在波と、前記第３の期間に形成する少なくとも１つの定在波を時間的に切り替えることで、電極サイズやプラズマによる波長短縮効果に依存せずに面内均一な電力強度分布を形成することができる。またそれぞれの定在波の腹と節の位置を合わせ込む必要が無く、したがって移相器などを用いた煩雑なシステムを必要とすることもない。したがってＶＨＦ帯の周波数領域を用いた場合でも装置構成を煩雑化せずに、大面積の領域に対して安定して面内均一な電力強度分布を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明にかかるプラズマ処理装置の構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、高周波電源がパルス変調した電力プロファイルの一例を示す図である。
【図３】図３は、図２に示したプロファイルにより電力を供給した場合の電極上の電力強度分布の一例を示す図である。
【図４−１】図４−１は、Ｉ3とＩ1＋Ｉ2とが逆相となるように２つの高周波電源から給電される高周波の位相差をπとする高周波給電部の構成例を示す図である。
【図４−２】図４−２は、Ｉ3とＩ1＋Ｉ2とが逆相となるように２つの高周波電源から給電される高周波の位相差をπとする高周波給電部の構成例を示す図である。
【図４−３】図４−３は、Ｉ3とＩ1＋Ｉ2とが逆相となるように２つの高周波電源から給電される高周波の位相差をπとする高周波給電部の構成例を示す図である。
【図５】図５は、ハイ／ローを用いて変調を行う場合の電力プロファイルの一例を示す図である。
【図６】図６は、期間により異なる大きさの電力を供給する場合の電力プロファイルの一例を示す図である。
【図７−１】図７−１は、給電点の配置の一例を示す図である。
【図７−２】図７−２は、給電点の配置の一例を示す図である。
【図７−３】図７−３は、給電点の配置の一例を示す図である。
【図８−１】図８−１は、平面波近似を行った際の電力強度分布と、回り込みが生じた際の電力強度分布の模式図である。
【図８−２】図８−２は、平面波近似を行った際の電力強度分布と、回り込みが生じた際の電力強度分布の模式図である。
【図９】図９は、給電点を４つ配した場合の電力プロファイルの一例を示す図である。
【図１０−１】図１０−１は、同じ電力プロファイルを適用する給電点のグループ分けの一例を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、同じ電力プロファイルを適用する給電点のグループ分けの一例を示す図である。
【図１０−３】図１０−３は、同じ電力プロファイルを適用する給電点のグループ分けの一例を示す図である。
【図１１−１】図１１−１は、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化の一例を示す図である。
【図１１−２】図１１−２は、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化の一例を示す図である。
【図１１−３】図１１−３は、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化の一例を示す図である。
【図１１−４】図１１−４は、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化の一例を示す図である。
【図１１−５】図１１−５は、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかる高周波電力供給装置、プラズマ処理装置及び薄膜製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかるプラズマ処理装置の実施の形態１の構成例を概略的に示す図である。図１に示すように本実施の形態のプラズマ処理装置は、プラズマを生成して化学気相堆積法により薄膜を形成するプラズマ処理装置であり、真空チャンバ１００と、移動機構を有するステージ１１０と、多数のガス供給口を有するシャワープレート１２１と、パルスジェネレータ（電力切替部）１３２と、パルス変調を行なうことができる高周波電源（電源）１３３ａ，１３３ｂと、を備える。
【００２６】
真空チャンバ１００は、フランジ１０１に接続されており、絶縁スペーサ１２２ａ，１２２ｂとの間で気密シールがなされて内部と大気を分離する。絶縁スペーサ１２２ａ，１２２ｂは電極ブロック１２０を固定している。これらの構造物がステージ１１０、シャワープレート１２１を内部に含む減圧容器を構成しており、ステージ１１０とシャワープレート１２１の間が高周波プラズマの発生するプラズマ生成領域１１３となる。電極ブロック１２０の上方は大気圧の領域である。
【００２７】
さらに、真空チャンバ１００は排気ポート１０２およびゲートバルブ１０３を有する。減圧容器内は図示されていない真空ポンプによって、真空チャンバ１００に備えられた排気ポート１０２から真空排気される。真空チャンバ１００は、通常、アルミニウム合金などの金属で作製されており、良好な電気導電性を有している。ステージ１１０は支柱１１１で支持されており、被処理基板１１２はステージ１１０上に静置される。支柱１１１は図示しない駆動機構に接続されており、この駆動機構を用いて支柱１１１の高さを変化させることによりステージ１１０を上下方向に昇降させることができる。
【００２８】
また、電極ブロック１２０からシールドボックス１２４を貫通してプラズマ生成用ガスの導入配管が設けられており、外部のガス供給設備に接続される成膜ガス供給ポート１２３を有している。成膜ガス（プラズマ生成ガス）は、成膜ガス供給ポート１２３を経由してガス供給設備から供給され、シャワープレート１２１からプラズマ生成領域１１３へ供給される。
【００２９】
電極ブロック１２０は、シャワープレート１２１を支持し、シャワープレート１２１と電気的に接続されており、給電バー１３５ａ，１３５ｂと接続されている。また、電極ブロック１２０は絶縁スペーサ１２２と接合されており、さらに絶縁スペーサ１２２を介してフランジ１０１と絶縁されている。電極ブロック１２０の上方には、電極ブロック１２０を囲うシールドボックス１２４が設けられており、シールドボックス１２４は絶縁スペーサ１３６ａ，１３６ｂによって給電バー１３５ａ，１３５ｂとそれぞれ絶縁されている。
【００３０】
真空チャンバ１００にはゲートバルブ１０３が配設され、ゲートバルブ１０３を通してステージ１１０上へ被処理基板１１２の搬送が行われる。ステージ１１０上に被処理基板１１２が搭載された状態で、支柱１１１とステージ１１０を上昇させることにより、被処理基板１１２はシャワープレート１２１に接近する。ステージ１１０とシャワープレート１２１の距離が所望の値に設定された後、続いて電極ブロック１２０経由でシャワープレート１２１に高周波電力が供給されてプラズマが発生する。本実施の形態では、シャワープレート１２１が高周波電力を供給される電極（第１の電極）となり、ステージ１１０が接地されている電極（第２の電極）となり、シャワープレート１２１とステージ１１０で平行平板電極を構成する。
【００３１】
そして、被処理基板１１２に対する成膜やエッチングなどのプラズマ処理が完了した後、支柱１１１とステージ１１０が下降してシャワープレート１２１から遠ざかり、被処理基板１１２はゲートバルブ１０３を通過してステージ１１０上から真空チャンバ１００外部に搬出される。
【００３２】
被処理基板１１２上にシリコン薄膜を成膜するには、例えば、シリコン源としてモノシラン（ＳｉＨ4）ガス、キャリアガスとして水素（Ｈ2）ガスを用い、これらを混合したガスをプラズマ生成用の成膜ガスとして用いる。成膜ガスはガス成膜ガス供給ポート１２３を通して電極ブロック１２０内に供給され、シャワープレート１２１に構成した多数のアパーチャを通して対向するステージ１１０上のプラズマ生成領域１１３へと流入する。電極ブロック１２０に高周波電力が供給されると、プラズマ生成領域１１３中の成膜ガスは高周波電力により分解され、高周波プラズマを生じる。この過程でＳｉＨ3、ＳｉＨ2、ＳｉＨ、Ｓｉ、Ｈなどの活性種が生成され、これらの活性種が被処理基板１１２に入射し、被処理基板１１２表面上に非晶質あるいは微結晶のシリコンを形成する。高周波プラズマを一定時間継続した結果として、被処理基板１１２上に非晶質あるいは微結晶質のシリコン薄膜が成膜される。
【００３３】
次に、本実施の形態の高周波給電部（高周波電力供給装置）について詳細に説明する。本実施の形態の高周波給電部は、図１に示した高周波発振器１３０と、分波器１３１と、パルスジェネレータ１３２と、高周波スイッチ１４０ａ，１４０ｂと、高周波増幅器１４１ａ，１４１ｂと、アイソレータ１４２ａ，１４２ｂと、整合器１３４ａ，１３４ｂと、給電バー１３５ａ，１３５ｂと、で構成される。高周波スイッチ１４０ａ、高周波増幅器１４１ａおよびアイソレータ１４２ａは、高周波電源１３３ａを構成し、高周波スイッチ１４０ｂ、高周波増幅器１４１ｂおよびアイソレータ１４２ｂは、高周波電源１３３ｂを構成する。本実施の形態の高周波給電部が給電する周波数は、高速成膜を実現するためにＶＨＦ帯が選定されているとする。なお、本実施の形態ではＶＨＦ帯を用いる場合について説明するが、給電する周波数はＶＨＦ帯に限定されない。
【００３４】
大面積の電極面にＶＨＦ帯の高周波電力を供給するには、定在波の影響を少なくするため複数の離れた箇所から給電する方式が好適である。一般に電極は矩形、正方形、円形など点対称、線対称など対称な形状で、給電箇所はそれらの電極の周辺付近にあって、複数の給電箇所が中心線や中心点に対称に離れた位置に配置されるとよい。給電箇所の数は装置の大きさや構造により選定されるが、図１では２台の高周波電源（高周波電源１３３ａ，１３３ｂ）を電極面内の短辺上に対向して配置し、２箇所から給電する構成例を示している。給電箇所の数は２箇所に限らず、装置の大きさや構造により何箇所としてもよい。
【００３５】
高周波電源１３３ａ，１３３ｂの同期を取るため、高周波発振器１３０を用いて生成した小電力の高周波信号を、分波器１３１を用いて２系統に分け、分波した高周波信号を、それぞれ高周波スイッチ１４０ａ，１４０ｂを通して高周波増幅器１４１ａ，１４１ｂに入力する。高周波スイッチ１４０ａ，１４０ｂは、パルスジェネレータ１３２と接続されており、高周波信号のオン／オフをパルスジェネレータ１３２の出力信号に応じて電気的に切り替えることができる。高周波電源１３３ａ，１３３ｂは、このようにして、高周波信号のオンとオフの比（デューティー比）により供給する電力の大きさを制御するパルス変調を行う。
【００３６】
高周波増幅器１４１ａ，１４１ｂは、入力された高周波信号を増幅しアイソレータ１４２ａ，１４２ｂを通してそれぞれ出力する。なお、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの構成は図１で示した構成に限らず、高周波信号をパルス変調可能な電源であればどのような構成であってもよい。
【００３７】
アイソレータ１４２ａ，１４２ｂから出力された電力（高周波信号）は同軸ケーブルの給電線を介して伝送され、それぞれ整合器１３４ａ，１３４ｂを通して給電バー１３５ａ，１３５ｂに供給される。通常、数ｋＨｚ以上の高速で変調を行うと整合器１３４ａ，１３４ｂが負荷の変動に追随できず、特にオン／オフ直後など反射電力が高くなることが多い。このため高周波電源１３３にはアイソレータ１４２ａ，１４２ｂが配置され、反射電力が高周波増幅器１４１に戻らないようにしている。アイソレータ１４２ａ，１４２ｂは、通常サーキュレータとダミーロードで構成されることが多いが、これに限らずどのような構成でもよい。
【００３８】
給電バー１３５ａ，１３５ｂは整合器１３４ａ，１３４ｂから伝送される電力（電流）を電極ブロック１２０に伝送する役割を持つ。給電バー１３５ａ，１３５ｂは銅やアルミニウムといった導電率の高い材料で構成されており、電極ブロック１２０にネジ等で固定される。給電バー１３５ａ，１３５ｂから供給された電流は表皮効果のため電極ブロック１２０の表面近傍のごく浅い部分を流れ、シャワープレート１２１の表面部分に供給される。
【００３９】
高周波電源１３３ａ，１３３ｂの接地電位となる同軸ケーブルの外部導体は、整合器１３４の筐体ないしその近傍のシールドボックス１２４に接続されている。シールドボックス１２４、真空チャンバ１００、フランジ１０１はともに高周波電源１３３ａ，１３３ｂの接地側に接続されており、感電や輻射ノイズの発生を防止している。またステージ１１０は真空チャンバ１００に接続されて接地されている。
【００４０】
一般に、高周波放電においては、ステージ１１０の接地インピーダンスがプラズマの均一性、安定性に大きく影響を及ぼすため、可撓性のプレートを用いてステージ１１０とチャンバ内壁とをバイパスするなど、適切な接地機構を用いて接地インピーダンスを低く抑える必要がある。しかし本実施の形態のプラズマ処理装置では、接地インピーダンスの大小には依らずにプラズマの均一性、安定性を高くすることができるため、接地機構についての制約は無い。そのため、ここでは簡単のため接地機構を省略して示している。
【００４１】
次に、本実施の形態のパルス給電方法について説明する。図２は、本実施の形態の高周波電源１３３ａ，１３３ｂがパルス変調した電力の電力プロファイルの一例を示す図である。図３は、図２に示した電力プロファイルにより電力を供給した場合の電極上の電力強度分布の一例を示す図である。図２および図３を用いて、本実施の形態のパルス給電時の定在波の形成と時間進展について説明する。以下では、簡単のため一次元で概略を説明する。なお、図３において相対位置が０の左端と、１の右端とをそれぞれ高周波電源１３３ａ，１３３ｂの給電箇所として、高周波電源１３３ａ，１３３ｂから同位相（位相差０）の高周波電力が給電される場合を示している。
【００４２】
まず、図２に示すように、本実施の形態では、高周波発振器１３０が生成する高周波信号の１周期を（１）、（２）および（３）の３つの期間に分ける。（１）で示した期間では、高周波電源１３３ａがオンとなり、高周波電源１３３ｂはオフである。（２）で示した期間では、高周波電源１３３ａがオフとなり、高周波電源１３３ｂはオンである。（３）で示した期間では、高周波電源１３３ａ、高周波電源１３３ｂともにオンである。
【００４３】
また、図３の分布Ｗ１は、高周波電源１３３ａのみをオンとした場合の電力強度分布を示し、分布Ｗ２は、高周波電源１３３ｂのみをオンとした場合の電力強度分布を示し、分布Ｗ３は、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの両方をオンとした場合の電力強度分布を示す。また、分布Ｗ４は、分布Ｗ１と分布Ｗ２を重ね合わせた分布を示し、分布Ｗ５は、分布Ｗ１と分布Ｗ２と分布Ｗ３とを重ね合わせた分布を示す。
【００４４】
ここで、電極面内（電極ブロック１２０上）の給電バー１３５ａと給電バー１３５ｂを結ぶ方向をｘ軸とし、ｘ＝０に給電バー１３５ａが位置すると仮定する。高周波電源１３３ａが生成した高周波信号の電圧波形をＶ１（ｘ、ｔ）とすると、Ｖ１（ｘ、ｔ）は以下の式（３）で表すことができる。
Ｖ１（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ（ｋｘ−ωｔ）                  …（３）
なお、Ａは振幅、ｋは波数、ωは角周波数である。
【００４５】
このとき電極長（給電バー１３５ａと給電バー１３５ｂの間の距離）をＬとし、逆端での反射率をγとして考えると、電極上の電圧分布Ｖ（ｘ、ｔ）は以下の式（４）で表すことができる。
Ｖ（ｘ、ｔ）＝Ｖ１＋Ｖｒ
＝Ａｓｉｎ（ｋｘ−ωｔ）＋Ａγｓｉｎ｛ｋ（２Ｌ−ｘ）−ωｔ｝…（４）
【００４６】
実際には、γは概ね１に近い場合が多いため、γ＝１とすると、以下の式（５）のようになる。
Ｖ（ｘ、ｔ）＝２Ａｃｏｓ｛ｋ（ｘ−Ｌ）｝ｓｉｎ（ｋＬ−ωｔ）      …（５）
【００４７】
電力強度分布をＩ1とすると、Ｉ1はＶ（ｘ、ｔ）の振幅の二乗に比例するため、以下の式（６）のようになる。
Ｉ1∝Ｖ（ｘ、ｔ）2
＝４Ａ2ｃｏｓ2｛ｋ（ｘ−Ｌ）｝
＝２Ａ2［ｃｏｓ｛２ｋ（ｘ−Ｌ）｝＋１］            …（６）
【００４８】
したがって、上記式（６）からわかるように、高周波電源１３３ａのみをオンとした場合（図２の（１）の期間）には、Ｉ1は、図３の分布Ｗ１に示すように、給電点とは逆側のｘ＝Ｌに腹を持つ定在波分布となる。
【００４９】
図２の（２）の期間は、高周波電源１３３ｂのみがオンとなる期間である。給電バー１３５ｂの位置をｘ＝Ｌとすると、高周波電源１３３ｂが生成した高周波信号の電圧波形をＶ２（ｘ、ｔ）とすると、Ｖ２（ｘ、ｔ）は以下の式（７）で表すことができる。
Ｖ２＝Ａｓｉｎ｛ｋ（Ｌ−ｘ）−ωｔ｝                …（７）
このときＶ（ｘ、ｔ）は、以下の式（８）で表すことができる。
Ｖ（ｘ、ｔ）＝２Ａｃｏｓ（ｋｘ）ｓｉｎ（ｋＬ−ωｔ）            …（８）
電力強度分布をＩ2とすると、以下の式（９）が成り立つ。
Ｉ2∝２Ａ2｛ｃｏｓ（２ｋｘ）＋１｝                    …（９）
【００５０】
したがって、Ｉ2は、図３の分布Ｗ２に示すように、給電点とは逆側のｘ＝０に腹を持つ定在波分布となる。
【００５１】
図２の（３）の期間は、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの両方がオンとなる期間である。この時、電極端部における多重反射によって生じる振幅、位相変化をそれぞれβ、φとし、電力強度分布をＩ3とすると、以下の式（１０），（１１）が成り立ち、Ｉ3は、図３の分布Ｗ３に示すように電極中央のｘ＝Ｌ／２に腹を持つ定在波分布となる。
Ｖ＝Ａβｓｉｎ（ｋｘ−ωｔ−φ）＋Ａβｓｉｎ｛ｋ（Ｌ−ｘ）−ωｔ−φ｝
＝２Ａβｃｏｓ（ｋｘ−ｋＬ／２）ｓｉｎ（ｋＬ／２−ωｔ−φ）  …（１０）
Ｉ3∝２Ａ2β2［ｃｏｓ｛２ｋ（ｘ−Ｌ／２）｝＋１］    …（１１）
【００５２】
したがってＩ1とＩ2を重ね合わせると、以下の式（１２）のようになる。
Ｉ1＋Ｉ2∝２Ａ2［ｃｏｓ｛２ｋ（ｘ−Ｌ）｝＋ｃｏｓ（２ｋｘ）＋２］
＝４Ａ2［ｃｏｓ（ｋＬ）ｃｏｓ｛２ｋ（ｘ−Ｌ／２）｝＋１］  …（１２）
【００５３】
式（１１）および式（１２）により、Ｉ1＋Ｉ2はＬの値に応じてＩ3と同相（ｃｏｓ（ｋＬ）≧０）、または逆相（ｃｏｓ（ｋＬ）＜０）の分布となる。したがって、逆相となる条件下で、Ｉ1＋Ｉ2とＩ3の比αを以下の式（１３）を満たすように、それぞれの定在波を形成する期間を設定すると、正弦波成分が打ち消し合う。このように設定した場合の時間平均で見た電力強度分布Ｉavは、以下の式（１４）で表すことができ、電極上で分布を持たない均一な電力強度分布が得られる。
α＝（Ｉ1＋Ｉ2）／Ｉ3＝−２ｃｏｓ（ｋＬ）／β2      …（１３）
Ｉav∝２Ａ2（２＋αβ2）                            …（１４）
【００５４】
したがって、逆相となる条件下で、Ｉ1＋Ｉ2とＩ3の比αを上記の式（１３）を満たすようにそれぞれの定在波を形成する期間を設定し、高周波信号のオン／オフをパルスジェネレータ１３２が、この設定に基づいて高周波スイッチ１４０ａ，１４０ｂに出力する信号を生成すれば、電極上で分布を持たない均一な電力強度分布が得られる。
【００５５】
実際に６０ＭＨｚの高周波電力を用いた実験により、変調周波数１ｋＨｚ、電極サイズ１．２ｍ×１．５ｍとして放電を行った場合、β〜０．８程度に相当するα〜１（デューティー比７０％）で均一性±１２％が得られている。変調なしの場合は節点が形成するため均一性は約±１００％であった。
【００５６】
なお、２つの高周波電源から給電される高周波の位相差を０とすると上記Ｉ3とＩ1＋Ｉ2が同相の分布となるような電極サイズ（ｃｏｓ（ｋＬ）≧０）の場合は、片方の高周波電源をもう片方に対して位相がπ（ｒａｄ）ずれるようにしてＩ3とＩ1＋Ｉ2とを逆位相にすると良い。この場合でも移相器などは必須ではない。図４−１〜４−３は、Ｉ3とＩ1＋Ｉ2と逆相となるように２つの高周波電源から給電される高周波の位相差をπとする高周波給電部の構成例を示す図である。例えば、図４−１に示すように、位相調整部として機能する遅延器２００を備えることにより、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの位相差をπ（ｒａｄ）とするようにしてもよい。さらに、誤差を調整する場合等を考慮して、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの位相差をπ以外としてもよい。また、πの位相差を与えるか否かを遅延器２００に設定可能なように構成し、電極の大きさや周波数に応じて位相差を０またはπを選択できるようにしてもよい。
【００５７】
また、図４−２に示すように、平衡／不平衡変換器２０１を備えることにより、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの位相差をπ（ｒａｄ）とするようにしてもよい。また、図４−３に示すように、差動出力が可能な差動出力型高周波発振器２０２を備えることにより、高周波電源１３３ａ，１３３ｂの位相差をπ（ｒａｄ）とするようにしてもよい。このように、システムが煩雑になることはなく、給電する電極のサイズに応じて高周波給電部の構成を適宜選択することが可能である。
【００５８】
また、図２の（１）、（２）の期間においてオフとしていた側の高周波電源を完全にオフにする代わりにこれらを用いて補助的な給電を行い、均一性を向上させることもできる。このようにすると、電極端部における分布の落ち込みや立ち上がりを抑えることが可能になるという大きなメリットがある。すなわち、上述のように電極端部では完全反射（γ＝１）が起きることが理想的であるが実際はγ＜１であり、その分の誤差が電極端部での落ち込みや立ち上がりの原因となる。したがって、主給電点の逆側、つまり反射が起こる方から補助的に給電することで、その誤差分を補償することができ、結果として均一性が向上する。図５は、給電電力のオン／オフではなくハイ／ロー（ｈｉｇｈ／ｌｏｗ：ただしｌｏｗは０でない場合を含む）を用いて変調を行う場合に高周波電源１３３ａ，１３３ｂから出力される電力の電力プロファイルの一例を示す図である。この場合、パルスジェネレータ１３２は、オン／オフを指示する信号の代わりに、ハイ／ローの指示する信号を出力し、高周波電源１３３ａ，１３３ｂでは、この信号に基づいて、ハイまたはローの電力を出力するような構成とする。図５のｌｏｗはハイよりも低く０（オフ）でないレベルを示す。なお、ハイは処理期間中に各高周波電源が出力する最大の出力レベル、ローは最小の出力レベルを示す。（１）〜（３）の各々の持続期間中は、ほぼ一定レベルで電力が出力される。
【００５９】
また、（１）、（２）の期間と、（３）の期間において、異なる大きさの電力を供給することもできる。図６は、期間により異なる大きさの電力を供給する場合に高周波電源１３３ａ，１３３ｂから出力される電力の電力プロファイルの一例を示す図である。例えば、図６に示すようにハイ／ミドル／ローの３つの電力レベルを定めておく。ミドルはハイとローとの間の出力レベルを示す。図６の（１）、（２）の期間は、（３）の期間と比べて実給電点数が半分になるため、（３）の期間では（１）、（２）の期間の電力（ハイレベルの電力）の１／２倍の電力（ミドルレベルの電力）を給電することで電力密度の時間的なふらつきを抑制することができる。
【００６０】
この場合、パルスジェネレータ１３２は、オン／オフを指示する信号の代わりに、ハイ／ミドル／ローを指示する信号を出力し、高周波電源１３３ａ，１３３ｂでは、この信号に基づいて、ハイレベルまたはミドルレベルまたはローレベルの電力を出力するような構成とする。このように、瞬時的な電力密度をそろえると、成膜特性の均一性を向上させることが可能になるというメリットがある。またαは給電期間の長さなど時間軸で決定するだけでなく、図６の例のように投入電力を変えて調整することもでき、どちらにするかは得られた膜質に応じて選択できる。
【００６１】
また（１）、（２）、（３）の各期間において、その給電期間の長さ、給電電力の大きさなどは適宜変更することができる。あえて非対称な給電とすることでプラズマ分布に偏りを持たせることが可能である。例えば、プラズマ処理装置の製造上、機械的な公差や電極の表面状態など、様々な要因によって非対称性が生じることは避けられないため、各期間における給電電力、給電期間の長さを前記装置の非対称性を補償するように調整することができる。特に大型の成膜装置を製造する上では許容される寸法公差が大きくなるため、装置製造コストを低く抑えることができる点はメリットが大きい。
【００６２】
また、（１）、（２）、（３）の各期間の長さ、順序、および各期間に給電する電力の大きさの組み合わせは、独立にそれぞれ任意に設定することができる。順序に関して言えば、例えば図２では（１）→（２）→（３）→（１）…の様に変調波形を設定しているが、（１）→（３）→（２）→（３）→（１）のように設定することも可能である。同様に給電期間の長さ、給電電力の強度の組み合わせも自由に選択でき、ある一定の周期で繰り返すように組み合わせることも可能である。パルス変調の周期を２つの高周波電源で同一としてもよいが、異なるようにしても良い。また時間平均では所定の値になるが、各期間が短く、かつ、それらの順序をランダムに出現させて、瞬間的にはランダムに揺動しているような条件の組み合わせに設定することも可能である。プラズマ処理の連続した一工程の第１の電極に高周波電力が供給開始されてから供給停止されるまでの全供給期間における（１）の期間、（２）の期間および（３）の期間のそれぞれの高周波電源１３３ａの供給電力の時間平均値および高周波電源１３３ｂの高周波電源の供給電力の時間平均値が、全供給期間内の複数の期間内において同じ時間平均値となるようにするとよい。例えばパルス変調がランダムであっても全供給期間内の数分の１の期間ごとにほぼ同じ時間平均値となれば、時間的に均一な処理となって安定な成膜が実現できる。
【００６３】
また、１周期内で、高周波電源１３３ａ，１３３ｂがともにオフになるような期間をさらに設けてもよい。これにより、例えば、全体の供給電力を調整することができる。また、１周期内に限らず、高周波電力の全供給期間内のいずれかの時点に設けてもよい。
【００６４】
なお、本実施の形態では、高周波電源が２つの場合について説明したが、例えば４つの場合には、電極面内で対向するように離れて配置された２組の高周波電源が、それぞれ上記のように互いの正弦波成分が打ち消し合うようにパルス変調を行なえばよく、高周波電源を２つ以上とする場合にも本実施の形態のパルス給電方法を適用することができる。
【００６５】
次に、図１に例示したプラズマ処理装置を用いてシランガスと水素ガスとの混合ガスで高周波プラズマを発生させ、ガラス基板上に微結晶シリコン膜を堆積させた実験について説明する。
【００６６】
真空排気した真空チャンバ１００内のステージ１１０に被処理基板１１２として１４００ｍｍ×１１００ｍｍのガラス基板（厚み：４ｍｍ）を設置し、ステージ１１０に内蔵されている図示されないシースヒータを用いて２００℃に加熱した。次に、電極ブロック１２０と被処理基板１１２との間隔が５ｍｍになるようにステージ１１０の高さ位置を設定した。この状態で、成膜ガス供給ポート１２３にシランガスと水素ガスとをそれぞれ１ｓｌｍと５０ｓｌｍの流量で供給し、プラズマ生成領域１１３内のガス圧力が１０００Ｐａとなるよう排気速度を調整した。ガス圧力が安定した後、シャワープレート１２１側に上記の高周波供給部を接続してＳｉＨ4／Ｈ2混合プラズマを発生させ、高周波電力を平均２０ｋＷ給電した状態で２０分間成膜を行った。
【００６７】
上記特許文献２で開示されている構成を用いた場合、上記の条件で膜厚１μｍのシリコン薄膜を成膜すると、面内の膜厚分布は平均値に対して±７２％の範囲になった。一方、図１に示す装置を用いて同条件で成膜を行ったところ、膜厚２μｍに対して、面内の膜厚分布は平均値に対して±８％の範囲内で薄膜が堆積された。作製した薄膜を太陽電池に利用することを想定して、ラマン分光法によって結晶シリコンの形成比率を調査したところ十分なピーク強度比率が得られ、形成比率の面内均一性も実用範囲内であることを確認することが出来た。このことから、実用的な基板サイズにおいても、特性の優れたシリコン膜の成膜が可能であるとの結論を得た。
【００６８】
なお、本実施の形態では、ガス流量、圧力、高周波電力等のパラメータに関して数値を示しているが、これらの数値は一例であり、適宜変更可能である。また、シリコン薄膜形成のための成膜ガスとしてＳｉＨ4とＨ2の混合ガスの場合について説明したが、さらに、Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスを添加させてもよい。その他、プロセスの目的に応じて適切なガス種が選択可能である。
【００６９】
また、本実施の形態のプラズマ処理装置はプラズマエッチング装置、アッシング装置、スパッタリング装置、イオン注入装置などにも適用することができる。
【００７０】
また、本実施の形態では横型の装置（被処理基板１１２を水平方向に保持する）について説明を行ったが、縦型（被処理基板１１２を垂直方向に保持する）の装置にも適用可能である。どちらの型にするかは当該プラズマ処理装置の用途等に応じて適宜選択が可能である。この発明については、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。
【００７１】
実施の形態２．
実施の形態１では給電点の数を２として説明を行っていたが、本発明で提示する手法では給電点数は２点以上であればよい。以下、別の実施の形態として、２点以上の給電の例として給電点数４以上の場合について説明を行う。本実施の形態のプラズマ処理装置の構成は、給電点の数が異なる（すなわち、高周波電源、整合器および給電バーを４式備え、パルスジェネレータ（電力切替部）１３２は、４つの高周波電源へ切り替えのための出力信号を供給する）以外は、実施の形態１の構成と同様である。なお、簡単のために４点としたが、給電点数３以上や、５以上の場合も同様の考え方で拡張を行うことができる。矩形電極の場合は偶数の給電点数が好ましいが、円形電極などでは奇数の給電点数とすることも容易である。
【００７２】
図７−１，７−２は、本実施の形態の給電点の配置の一例を示す。給電点３０１ａ〜３０１ｄは電極３００面内での４つの給電点（給電バーの電極３００面内での位置）を示している。給電点３０１ａ〜３０１ｄは、電極３００上で対向する位置に配置することが少なくとも必要である。電極３００の中央を対称軸、対称点とする対象な配置とする必要はないが、そのような対称性の高い配置にするとよりよい。電極３００を電極３００の重心点を通る直線で２つの領域に分けた場合、この２つの領域のそれぞれに給電点を設けて実施の形態１の２つの高周波電力の制御と同様な動作を行うようにしてもよい。例えば図７−１のように電極３００各辺の中央端部に給電点３０１ａ〜３０１ｄを配置したり、図７−２に示すような電極３００の４隅に配置したり、図７−３に示すように電極３００の長辺上、もしくは短辺上で対向した複数対の配置にするとよりよい。以下、図７−１の配置を元に詳細な説明を行う。
【００７３】
図７−１の配置では、電極３００の短辺中央に配置した給電点３０１ａ、３０１ｃおよび電極長辺中央に配置した給電点３０１ｂ、３０１ｄを用いてプラズマを生成させる。一般的に一枚板の電極に給電を行うときは、電極端部での高周波電力の回り込みが起きるため、電極面内の電力分布は平面波で近似したときに比べて歪むことがある。
【００７４】
図８−１，８−２に、平面波近似を行った際の電力強度分布と、回り込みが生じた際の電力強度分布の模式図を示す。例えば、電極３００短辺上の給電点３０１ａ、３０１ｃのみを用いて同相同時給電を行った場合、高周波電力を電極３００のＸ軸方向（長辺に平行）に伝播する平面波として考えると図８−１に示すようなかまぼこ形の分布ができる。しかし、回り込みとしてＹ軸方向（短辺に平行）に伝播する平面波を考慮すると図８−２に示すようなたまご型の分布となる。ここで図８−２は電極３００の短辺方向からに電極間に入射する高周波電力に対して、電極３００の長辺方向から回り込んで入射する高周波電力が１６％と仮定して計算した結果であるが、概ね実測でも同様の形状が得られた。この場合、給電点３０１ａ、３０１ｃに対して実施の形態１に示す手法を用いても、電極３００のＹ軸方向、すなわち平面波と直交する方向にも分布が形成するため、均一化が難しい。したがって、電極３００の長辺上に配置した給電点３０１ｂ、３０１ｄを用いて、電極長辺側端部の分布を持ち上げるように電力プロファイルを設計し、Ｙ軸方向の分布を補償するとよい。
【００７５】
図９は、給電点を４つにした場合の電力プロファイルの一例を示す図である。図９では、給電点３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄから給電する電力の電力プロファイルの一例を示している。図９に示す電力プロファイルの例では、主に電極３００のＸ軸方向の均一化を行う期間３２０と、電極３００のＹ軸方向の均一化を行う期間３２１と、に分けられる。Ｘ軸方向の均一化を行う期間３２０では実施の形態１で説明を行った手法に基づき給電点３０１ａ、３０１ｃを用いて電力プロファイルを設計することができる。またＹ軸方向の均一化を行う期間３２１では、期間３２０で均一化を行った分布に合わせて同様に給電点３０１ｂ、３０１ｄを用いて実施の形態１で説明を行った手法に基づき電力プロファイルを設計することができる。逆にＹ軸方向の均一化を行っておいて、Ｘ軸方向の均一化をそれに合わせるという電力プロファイルの設計でもよい。どちらを行うかは、電極のサイズ、放電条件、得られる膜質などに応じて適宜決定するとよい。
【００７６】
また、複数の給電点に同じ電力プロファイルで給電してもよい。図１０−１〜１０−３に、図７−３に示す給電点の配置において複数の給電点に同じ電力プロファイルを適用する場合の給電点のグループ分けの一例を示す。図１０−１〜１０−３では、給電点を８点（３０１ａ〜３０１ｈ）としている。例えば、図１０−１に示すように給電点３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｇ、３０１ｈを１つのグループとし、給電点３０１ｃ、３０１ｄ、３０１ｅ、３０１ｆを別のグループとするようグループ分けし、同一グループに属する給電点は同じ電力プロファイルを用い、実施の形態１に示すように電力プロファイルを設計することで、電極３００のＸ軸方向の均一化を行うことができる。同様に、図１０−２に示すように給電点３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｃ、３０１ｄと、給電点３０１ｅ、３０１ｆ、３０１ｇ、３０１ｈと、それぞれグループとすると電極３００のＹ軸方向の均一化を行うことができる。また、図１０−３に示すように給電点３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｅ、３０１ｆと、給電点３０１ｃ、３０１ｄ、３０１ｇ、３０１ｈと、をそれぞれグループとして、電極対角軸での均一化を行うこともできる。
【００７７】
また、このようなグループ分けを時間軸に沿って切り替えることでさらなる均一化を行うことができる。図１１−１〜１１−５は、図７−３で示した給電点の配置において、給電点のグループ分けを変えたときの分布の変化を示す図である。図８−１、８−２と同様、１６％の電力の回り込みがあると仮定して計算を行った結果である。ここで、給電点３０１ａ、３０１ｈと給電点３０１ｄ、３０１ｅとをそれぞれグループとして給電すると、給電点３０１ａ、３０１ｈのみがオンの時、図１１−１のような分布になり、給電点３０１ｄ、３０１ｅのみがオンの時、図１１−２のような分布になる。また、給電点３０１ｂ、３０１ｃと給電点３０１ｆ、３０１ｇとをそれぞれグループとして給電すると、給電点３０１ｂ、３０１ｃのみがオンの時、図１１−３のような分布になり、給電点３０１ｆ、３０１ｇのみがオンの時、図１１−４のような分布になる。全給電点を同時にオンにすると、図１１−５のような分布になる。これらの分布を適切な時間で切り替えると、均一性は±５％となり、大幅な均一化が可能であることが分かる。
【００７８】
なお、このようなグループ、すなわち電力分布の切り替えはなるべく電極３００の面内でなめらかに変化するように行うとよい。電力分布が急峻に変化するとプラズマ分布の変化が応答できなくなることがある。特にプラズマがオンの状態のままだと直前のプラズマ分布に応じて電極面内のプラズマの生成しやすさ（放電開始しきい電界強度）が異なってくるため、電力プロファイルに依存したプラズマ分布の制御性悪化が生じることがある。これを避けるため、例えば分布を切り替える際にすべての給電点がオンになるパターンを挿入することができる。これにより、分布変化の前に常に電極３００中央にプラズマが生成している状態を作り出すことができ、前記電力プロファイルに依存したプラズマ分布の制御性悪化を抑制することができる。また逆に、すべての給電点をオフにすることで、分布変化の前に常にプラズマが消滅している状態を作り出すことができ、前記電力プロファイルに依存したプラズマ分布の制御性悪化を抑制することができる。なお、これ以外にも種々のパターンを用いることができ、どれを選択するかはプラズマの制御性や、得られる膜質に応じて選択するとよい。
【００７９】
以上、実施の形態１および実施の形態２で述べたように、本発明では、電極上の少なくとも２つ以上の異なる箇所に給電する２つ以上の高周波電力を備える。そして、それらの高周波電力の少なくとも２つは、その供給電力がハイレベルとローレベル（パワーオフを含む）とを含む複数のレベルで変化するようパルス変調される。そして、パルス変調の期間内に、一方の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、他方の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第１の期間と、他方の高周波電源の供給電力がハイレベルとなり、かつ、一方の高周波電源の供給電力がローレベルとなる第２の期間と、一方の高周波電源の供給電力と他方の高周波電源の供給電力とがともにローレベルよりも高いレベルとなる第３の期間と、を含むようにされる。第３の期間では高周波電源の供給電力の比が第１の期間や第２の期間に比べて１：１に近づくようにされる。２つの高周波電力のハイレベルの供給電力どうし、ローレベルの供給電力どうし、また、第３の期間の供給電力どうしは必ずしも同一である必要はなく、装置や使用条件によって少し異なるように調整しても良い。２つの高周波電源の供給電力の第１〜３の期間が同じ周期パターンで出現するように周期的なパルス変調すれば第１〜３の期間の時間比率は一定とすることは非常に容易である。全処理期間である給電時間に対する第１〜３の期間の時間割合を調整することにより、処理の面内分布を制御することができる。たとえば、予め第１の期間、第２の期間、第３の期間の時間比率を変えたパルス変調条件で実験して得た面内分布結果を元に、面内分布がなるべく均一となるように第１の期間、第２の期間、第３の期間の時間比率、また、各高周波電源の出力レベルを調整するとよい。本発明によれば、ＶＨＦ帯の周波数領域を用いた場合でも装置構成を煩雑化せずに、大面積の領域に対して安定して面内均一な電界分布を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明にかかる高周波電力供給装置、プラズマ処理装置及び薄膜製造方法は、薄膜を基板上に成膜するためのプラズマ処理装置に有用であり、特に、ＶＨＦ帯を用いて大面積の基板上に薄膜を形成するプラズマ処理装置に適している。
【符号の説明】
【００８１】
１００  真空チャンバ
１０１  フランジ
１０２  排気ポート
１０３  ゲートバルブ
１１０  ステージ
１１１  支柱
１１２  被処理基板
１１３  プラズマ生成領域
１２０  電極ブロック
１２１  シャワープレート
１２２ａ，１２２ｂ  絶縁スペーサ
１２３  成膜ガス供給ポート
１２４  シールドボックス
１３０  高周波発振器
１３１  分波器
１３２  パルスジェネレータ
１３３ａ，１３３ｂ  高周波電源
１３４ａ，１３４ｂ  整合器
１３５ａ，１３５ｂ  給電バー
１３６ａ，１３６ｂ  絶縁スペーサ
１４０ａ，１４０ｂ  高周波スイッチ
１４１ａ，１４１ｂ  高周波増幅器
１４２ａ，１４２ｂ  アイソレータ
２００  遅延器
２０１  平衡／不平衡変換器
２０２  差動出力型高周波発振器
３００  電極
３０１a，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ，３０１ｆ，３０１ｇ，３０１ｈ  給電点
３２０，３２１  期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１１−１】
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【図１１−２】
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【図１１−３】
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【図１１−４】
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【図１１−５】
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【国際調査報告】
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