(57)【要約】【課題】プラズマの密度分布の不均一性や薄膜の不均一性が改善されたプラズマ生成装置およびプラズマ生成方法を提供する。【解決手段】棒状のアンテナ本体が誘電体で被覆されて形成された複数のアンテナ素子が金属板に平行に一定間隔でプラズマ容器内に配設されたアンテナアレイを用いる。このアンテナアレイは、隣り合うアンテナ素子がプラズマ容器の対向する壁面から突出するように設けられて構成されている。このアンテナアレイに給電するとき、アンテナ素子に給電する高周波信号の位相が、隣接するアンテナ素子間で９０度ずれるように、高周波信号の位相を変化させる。このアンテナアレイの電磁波の放射によりプラズマを生成させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ容器内で電磁波を放射してプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
プラズマを生成させるプラズマ容器と、
前記プラズマ容器内に設けられた金属板と、
棒状のアンテナ本体が誘電体で被覆されて形成された複数のアンテナ素子が前記金属板に平行に一定間隔で前記プラズマ容器内に配設され、隣り合うアンテナ素子が前記プラズマ容器の対向する壁面から突出するように設けられて構成されたアンテナアレイと、
前記アンテナアレイの各アンテナ素子の突出する基部から給電する給電手段と、備え、
前記給電手段から前記各アンテナ素子に給電する高周波信号の位相が、隣り合うアンテナ素子間で９０度ずれていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記給電手段は、９０度スプリッタおよび１８０度スプリッタを用いて位相の異なる高周波信号を生成する請求項１に記載のプラズマ生成装置。
【請求項３】
前記プラズマ容器内に、前記アンテナアレイの前記アンテナ素子の配列される面に対向するように、基板を載置する基板ステージが設けられ、この基板ステージ上に載置される基板に、前記プラズマを用いて表面処理を施す請求項１または２に記載のプラズマ生成装置。
【請求項４】
プラズマ容器内で電磁波を放射してプラズマを生成するプラズマ生成方法であって、
棒状のアンテナ本体が誘電体で被覆されて形成された複数のアンテナ素子が金属板に平行に一定間隔でプラズマ容器内に配設され、隣り合うアンテナ素子が前記プラズマ容器の対向する壁面から突出するように設けられて構成されたアンテナアレイに給電するとき、前記アンテナ素子に供給する高周波信号の位相が９０度異なる複数の高周波信号を生成するステップと、
生成した位相の異なる高周波信号を、隣り合うアンテナ素子間で９０度ずれるように、前記アンテナアレイに給電して、前記アンテナアレイの電磁波の放射によりプラズマを生成させるステップと、を有することを特徴とするプラズマ生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ容器内でアンテナアレイを用いて電磁波を放射してプラズマを生成するプラズマ生成装置およびプラズマ生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、ＡＬＤ法を用いて基板に薄膜を形成する方法及び装置が提案されている。
ＡＬＤ法は、形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを成膜対象の基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望の厚さの膜を形成する薄膜形成技術である。ＡＬＤ法では、原料ガスを供給している間に１層あるいは数層の原料ガス成分だけが基板表面に吸着され、余分な原料ガスは成長に寄与しない、いわゆる成長の自己停止作用（セルフリミット機能）を利用する。
【０００３】
ＡＬＤ法は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と比較して高い段差被覆性と膜厚制御性を併せ持ち、メモリ素子のキャパシタや、「high- kゲート」と呼ばれる絶縁膜の形成への実用化が期待されている。また、３００℃程度の低温で絶縁膜が形成可能であるため、液晶ディスプレイなどのように、ガラス基板を用いる表示装置の薄膜トランジスタのゲート絶縁膜の形成への適用なども期待されている。
【０００４】
このようなＡＬＤ法を用いた従来の装置が図７に示されている。同図に示すＡＬＤ装置１００は、成膜容器１１２とガス供給部１１４，１１５と、排気部１１６，１１７とによって構成される。
成膜容器１１２は、金属製の中空箱形の形状を成し、接地されている。成膜容器１１２の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、複数のアンテナ素子１２６からなるアンテナアレイ１２８、ヒータ１３０を内蔵する基板ステージ１３２が配設されている。アンテナアレイ１２８は、複数のアンテナ素子１２６を所定の間隔で平行に配設することによって構成される仮想平面が基板ステージ１３２と平行になっている。
【０００５】
アンテナ素子１２６は、図８に上方からの平面図を示すように、高周波電力の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）の長さの導電体からなる棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）１３９が、誘電体からなる円筒部材１４０に収納された構成となっている。高周波電力供給部１３４で発生された高周波電力が同相電力分配器１３６で分配され、各々のインピーダンス整合器１３８を介して各々のアンテナ素子１２６に供給されると、アンテナ素子１２６の周囲に電磁波が放射されプラズマが生成される。各々のアンテナ素子１２６は、下記特許文献１で本出願人自ら提案したものである。
【０００６】
アンテナ素子１２６は、供給孔１２０から基板ステージ１３２に向けて供給される酸化ガスのガス流方向に対して直交する方向に延びるように、電気的に絶縁されて成膜容器１１２側壁に取り付けられている。また、各々のアンテナ素子１２６は、所定の間隔で平行に配設されており、隣接して配設されたアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように配設されている。
【０００７】
ＡＬＤ装置１００による成膜時には、基板ステージ１３２上面に基板１４２が載置される。基板ステージ１３２がヒータ１３０で加熱され、基板ステージ１３２上に載置された基板１４２は、成膜が終了するまで所定の温度に保持される。
例えば、基板表面にＳｉＯ2膜を形成する場合、成膜容器１１２内が排気部１１６により水平方向に真空引きされた後、Ｓｉ成分を含む原料ガスが、ガス供給部１１４から、供給管１１８、成膜容器１１２の左壁に形成された供給孔１２０を介して成膜室内へ水平方向に供給される。これにより、基板１４２表面に原料ガスが供給され、原料ガス成分が吸着される。この時、アンテナ素子１２６によりプラズマは生成されない。
【０００８】
続いて、原料ガスの供給が停止され、基板１４２表面に吸着された原料ガス以外の余剰の原料ガスが、排気部１１６により、成膜容器１１２から、成膜容器１１２の右壁に形成された排気孔１２４、排気管１２２を介して水平方向へ排気される。
【０００９】
続いて、酸化ガスが、ガス供給部１１５から、供給管１１９、成膜容器１１２の上壁に形成された供給孔１２１を介して成膜容器１１２内に鉛直方向下方に供給される。この時同時に、高周波電力供給部１３４から高周波電力が各々のアンテナ素子１２６に供給される。これにより、各々のアンテナ素子１２６の周囲に酸化ガスを用いてプラズマが生成され、基板１４２表面に吸着された原料ガスが酸化される。
【００１０】
その後、酸化ガスの供給およびアンテナ素子１２６への高周波電力の供給が停止され、酸化に寄与しない余剰の酸化ガスや反応生成物が、排気部１１６により、成膜容器１１２の右壁に形成された排気孔１２４、排気管１２２を介して水平方向に排気される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【００１２】
以上のように、原料ガスの供給、余剰原料ガスの排気、酸化ガスの供給、および、余剰酸化ガスの排気を順番に行う一連の工程により、基板１４２上にＳｉＯ2膜が原子層単位で形成される。この工程を数回繰り返すことにより、基板４２上に所定膜厚のＳｉＯ2膜が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述のＡＬＤ法は、基板上に原子層単位で薄膜を形成し重ねて行くので、原子層単位で形成される薄膜の膜厚および特性は均一であることが強く望まれている。
しかし、このＡＬＤ装置１００で成膜されとき、成膜容器１１２内で酸化ガスを用いて生成するプラズマの密度分布は必ずしも均一でない。特に、薄膜を形成する基板の中央部付近は、その周辺に比べて濃度が低い。このため、酸化ガスを用いた薄膜の形成にも不均一さが発生する、といった問題がある。
【００１４】
このような、プラズマの密度分布の不均一性や薄膜の不均一性は、ＡＬＤ法のみならず、ＣＶＤ法等の薄膜形成やプラズマエッチング等を含む、アレイアンテナを用いてプラズマを生成して表面処理を行うときに共通して生じる問題となっている。
【００１５】
そこで、本発明は、従来技術の問題を解決するために、プラズマの密度分布の不均一性や薄膜の不均一性が改善されたプラズマ生成装置およびプラズマ生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本願発明者は、プラズマの発光強度の不均一性および薄膜の不均一性について鋭意検討した結果、プラズマの生成に用いるアンテナアレイの電磁波の放射、さらには、アンテナアレイへの給電方法に問題があることを見出し、本願発明に至っている。
【００１７】
すなわち、上記目的は、プラズマ容器内で電磁波を放射してプラズマを生成する以下のプラズマ生成装置によって達成することができる。
このプラズマ発生装置は、
（Ａ）プラズマを生成させるプラズマ容器と、
（Ｂ）前記プラズマ容器内に設けられた金属板と、
（Ｃ）棒状のアンテナ本体が誘電体で被覆されて形成された複数のアンテナ素子が前記金属板に平行に一定間隔で前記プラズマ容器内に配設され、隣り合うアンテナ素子が前記プラズマ容器の対向する壁面から突出するように設けられて構成されたアンテナアレイと、
（Ｄ）前記アンテナアレイの各アンテナ素子の突出する基部から給電する給電手段と、備える。
（Ｅ）そのとき、前記給電手段から前記各アンテナ素子に給電する高周波信号の位相が、隣り合うアンテナ素子間で９０度ずれている。
【００１８】
前記プラズマ発生装置において、前記給電手段は、９０度スプリッタおよび１８０度スプリッタを用いて位相の異なる高周波信号を生成することが好ましい。
また、前記プラズマ発生装置は、例えば、前記プラズマ容器内に、前記アンテナアレイの前記アンテナ素子の配列される面に対向するように、基板を載置する基板ステージが設けられ、この基板ステージ上に載置される基板に、前記プラズマを用いて表面処理を施す装置である。
【００１９】
また、上記目的は、プラズマ容器内で電磁波を放射してプラズマを生成する以下のプラズマ生成方法によって達成することができる。
すなわち、プラズマ発生方法は、
（Ｆ）棒状のアンテナ本体が誘電体で被覆されて形成された複数のアンテナ素子が金属板に平行に一定間隔でプラズマ容器内に配設され、隣り合うアンテナ素子が前記プラズマ容器の対向する壁面から突出するように設けられて構成されたアンテナアレイに給電するとき、前記アンテナ素子に供給する高周波信号の位相が９０度異なる複数の高周波信号を生成するステップと、
（Ｇ）生成した位相の異なる高周波信号を、隣り合うアンテナ素子間で９０度ずれるように、前記アンテナアレイに給電して、前記アンテナアレイの電磁波の放射によりプラズマを生成させるステップと、を有する。
【発明の効果】
【００２０】
上記プラズマ生成装置およびプラズマ生成方法では、複数のアンテナ素子が一定間隔でプラズマ容器内に配設された上記アンテナアレイに給電するとき、アンテナ素子に給電する高周波信号の位相が、隣接するアンテナ素子間で９０度ずれるように、高周波信号の位相を変化させることにより、プラズマの密度分布の不均一性を改善することができる。したがって、薄膜を形成するとき、この生成したプラズマを用いて表面処理を行うことにより、薄膜の不均一性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のプラズマ生成装置を適用したＡＬＤ装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示すＡＬＤ装置におけるアンテナアレイと給電ユニットを説明する図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すＡＬＤ装置に用いるアンテナアレイの作る電場の計算のためのモデルを説明する図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図３に示すモデルで得られるアンテナアレイの電場の強度分布の計算結果の一例を表すグラフであり、（ｅ）及び（ｆ）は、図３（ａ）および（ｂ）で用いるモデルの詳細を説明する図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）〜（ｄ）の計算結果に対応させて濃淡の分布で表した強度分布の一例を示す図である。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示すＡＬＤ装置を用いてプラズマを生成したときの基板上の温度分布の測定結果の一例を示す図である。
【図７】従来のＡＬＤ装置の構成を表す概略図である。
【図８】従来のＡＬＤ装置に用いるアンテナアレイを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明のプラズマ生成装置について、添付の図面に示される実施形態を基に詳細に説明する。以下の説明では、プラズマ生成装置をＡＬＤ装置に適用した実施形態に基づいて説明をするが、本発明は、プラズマを用いたＣＶＤ法やドライエッチングを含む基板の表面処理を行う装置にも適用できる。
【００２３】
図１は、本発明のプラズマ生成装置を適用したＡＬＤ装置の構成を表す一実施形態の概略図である。図２は、図１に示すＡＬＤ装置におけるアンテナアレイと給電ユニットを説明する図である。
図１に示すＡＬＤ装置１０は、ＡＬＤ法を適用して形成しようとする膜を構成する元素を主成分とする２種類の成膜ガス（原料ガスおよび酸化ガス）を成膜対象の基板４２上に交互に供給する。その時、反応活性を高めるためにプラズマを生成して基板上に原子層単位で原料ガスの酸化膜を形成する。上記処理を１サイクルとして、処理を複数サイクル繰り返すことにより所望厚さの膜を形成する。なお、酸化ガスの替わりに窒化ガスを用いることもできる。
【００２４】
ＡＬＤ装置１０は、給電ユニット１１と、成膜容器１４と、ガス供給部１５，１６と、真空ポンプなどの排気部１７ａ，１７ｂと、を有して構成される。以下、基板上に酸化膜を形成する場合を例に挙げて説明するが、窒化膜の場合も同様である。
【００２５】
給電ユニット１１は、成膜容器１４に設けられている後述するアンテナアレイの各アンテナ素子に電力（高周波信号）を供給するユニットである。給電ユニット１１は、発振器と増幅器を含む高周波信号生成器１２と、位相シフト分配器１３とを有する。
位相シフト分配器１３は、高周波信号生成器１２で生成された高周波信号を位相が０度、９０度、１８０度、２７０度の４つの位相にシフトさせて４つの高周波信号を生成し、アンテナアレイに供給する。位相シフト分配器１３は、具体的には、図２に示すように、９０度スプリッタ１３ａと、１８０度スプリッタ１３ｂ，１３ｃを有して構成される。９０度スプリッタ１３ａは、位相０度と位相９０度の２つの信号を生成し、１８０度スプリッタ１３ｂ，１３ｃは、位相０度と位相１８０度の２つの信号を生成する。９０度スプリッタ１３ａの位相９０度の信号は、１８０度スプリッタ１３ｂに供給され、９０度スプリッタ１３ａの位相０度の信号は、１８０度スプリッタ１３ｃに供給される。
【００２６】
したがって、９０度スプリッタ１３ａと１８０度スプリッタ１３ｂとにより、９０度と２７０度の２つの位相の信号が生成され、９０度スプリッタ１３ａと１８０度スプリッタ１３ｃとにより、０度、１８０度の２つの位相の信号が生成される。位相０度、１８０度の２つの高周波信号が、図２中の下側のアンテナ素子２６に供給され、位相９０度、２７０度の２つの高周波信号が、図２中の上側のアンテナ素子２６に供給される。この場合、位相シフト分配器１３から各アンテナ素子２６にいたる給電線の長さは同じである。
【００２７】
このようにして、位相シフト分配器１３は、アンテナ素子２６の高周波信号の位相を、隣接するアンテナ素子間で９０度ずつずらすために、０度、９０度、１８０度、２７０度の４つの位相の高周波信号を生成する。
【００２８】
ガス供給部１５は、供給管１８を介して、成膜容器１４（後述する成膜室４８）の一方の側壁（図中左壁）に形成された供給孔２０に接続されている。ガス供給部１５は、供給管１８および供給孔２０を介して、成膜容器１４内に原料ガスを水平方向に供給する。また、ガス供給部１６は、供給管１９を介して、成膜容器１４の上壁に形成された供給孔２１に接続されている。ガス供給部１６は、供給管１９および供給孔２１を介して、成膜容器１４内に酸化ガスを基板に対して垂直方向に供給する。原料ガスの供給と酸化ガスの供給は交互に行われる。
【００２９】
一方、排気部１７ａは、排気管２２を介して、成膜容器１４の、右壁に形成された排気孔２４に接続されている。排気部１７ａは、排気孔２４および排気管２２を介して、成膜容器１４内に交互に供給された原料ガスおよび酸化ガスを水平方向に排気する。また、排気部１７ｂは、排気孔２５および排気管２３を介して、成膜容器１４内の真空室（ロードロック室）５０を鉛直方向に真空引きする。原料ガスの排気と酸化ガスの排気は交互に行われる。
【００３０】
図示されないが、供給管１８，１９の途中には、ガス供給部１５，１６と成膜容器１４との導通を制御する開閉弁（例えば、電磁弁）が設けられ、排気管２２，２３の途中には、それぞれ、排気部１７ａ，１７ｂと成膜容器１４との導通を制御する開閉弁が設けられている。
【００３１】
ガス供給部１５から成膜容器１４の成膜室４８内に原料ガスを供給する場合には供給管１８の開閉弁が開放され、成膜室４８内にガスを供給する。ガス供給部１６から成膜容器１４の成膜室４８内に酸化ガスを供給する場合には供給管１９の開閉弁が開放され、成膜室４８内にガスを供給する。成膜室４８内に供給されたガスを排気する場合には排気管２２の開閉が開放される。一方、成膜容器１４の真空室５０を真空引きする場合には排気管２３の開閉弁が開放される。
【００３２】
成膜容器１４は、金属製の中空箱形の形状を成して、接地されている。成膜容器１４の内部には、上壁側から下壁側に向かって順に、所定径の複数の孔が開孔された金属製のシャワーヘッド２９、複数のアンテナ素子２６からなるアンテナアレイ２８、ヒータ３０を内蔵する基板ステージ３２が配設されている。成膜容器１４とシャワーヘッド２９は接地されている。アンテナアレイ２８は、アンテナ素子２６が配列される仮想平面が基板ステージ３２と平行になるように配設されている。
【００３３】
シャワーヘッド２９は、例えば、矩形の金属製のものである。図１に示すように、シャワーヘッド２９は、成膜容器１４の上壁とアンテナアレイ２８との間に、基板ステージ３２と平行に、成膜容器１４の内壁面に取り付けられている。シャワーヘッド２９に形成された複数の孔は、複数のアンテナ素子２６の各々の両側（図中左右）の位置に間歇的に（所定の間隔毎）設けられている。この複数の孔の形状は、複数のアンテナ素子２６の各々の長手方向（図中紙面に垂直な方向）に沿った細長い形状である。
【００３４】
ガス供給部１６から成膜室４８内に供給された酸化ガスは、成膜室４８の上壁とシャワーヘッド２９の上面との間の空間に拡散された後、シャワーヘッド２９に形成された複数の孔を介して、成膜容器１４の上側から下側に向けてシャワーヘッド２９の下側の空間に導入（供給）される。
【００３５】
アンテナアレイ２８は、酸化ガスを用いてプラズマを生成するものであり、成膜容器１４の、供給孔２０が形成された左壁と、排気孔２４が形成された右壁との間で、かつ、シャワーヘッド２９と基板ステージ３２との間の空間に、基板ステージ３２の面に平行に設けられ、かつ、複数のアンテナ素子２６が一定の間隔で平行に配設されている。複数のアンテナ素子２６のそれぞれは、酸化ガスを供給する、シャワーヘッド２９の複数の孔の直下に来ないように、成膜容器１４の横方向（図１中、左右方向）にずらして設けられている。
【００３６】
図２に示すように、高周波信号成生部１２で発生されたＶＨＦ帯（例えば、８０ＭＨｚ）の高周波信号（高周波電流）が位相シフト分配器１３に供給され、位相シフト分配器１３において、０度、９０度、１８０度、２７０度の４つの位相の高周波信号が生成される。これらの高周波信号が複数のアンテナ素子２６の突出する基部に、インピーダンス整合器３８を介して供給される。インピーダンス整合器３８は、プラズマの生成中にアンテナ素子２６の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を調整する。
【００３７】
こうして、位相シフト分配器１３からアンテナ素子２６に給電する高周波信号の位相が、隣接するアンテナ素子２６間で位相が９０度ずれる。すなわち、図２に示すアンテナ素子２６には、図中左側から順に、０度、９０度、１８０度、２７０度、０度、９０度、１８０度、・・・の位相の高周波信号が順に供給される。ここで位相０度、９０度、１８０度、２７０度は、実質的な角度をいう。例えば、高周波信号の位相が、アンテナ素子の配置される順番に０±１０度、９０±１０度、１８０±１０度、２７０±１０度の範囲に有る限り、位相が９０度ずつずれることを意味する。すなわち、±１０度の範囲内は、許容誤差として許容される。なお、本実施形態では、位相０度、９０度、１８０度、２７０度であるが、これ以外にも位相の角度α度、（９０＋α）度、（１８０＋α）度、（２７０＋α）度であってもよい(αは０〜３６０の範囲の値)。この場合も、±１０度の範囲内は、許容誤差として許容される。
【００３８】
なお、アンテナ素子２６は、例えば、銅、アルミニウム、白金等の導電性の棒状のモノポールアンテナ（アンテナ本体）が、例えば、石英やセラミックなどの誘電体からなる円筒部材に収納されて構成されている。アンテナ本体を誘電体で覆うことにより、アンテナとしての容量とインダクタンスが調整され、アンテナ本体の長手方向に沿って高周波信号を効率よく伝播させることができ、アンテナ素子２６から周囲に電磁波を効率よく放射させることができる。
【００３９】
アンテナ素子２６のそれぞれは、供給孔２０から基板ステージ３２に向けて供給される原料ガスの流れ方向に対して直交する方向に延び、かつ、電気的に絶縁されて成膜容器１２の側壁から突出するように取り付けられている。また、アンテナ素子２６のそれぞれは、一定の間隔、例えば５０ｍｍ間隔で平行に配設されており、隣接したアンテナ素子２６間の給電位置が互いに対向する側壁になるように設けられている。
また、アンテナ素子２６のそれぞれは、基板ステージ３２の面と平行な方向に配置される。さらに、複数のアンテナ素子２６の配列方向は基板ステージ３２の載置面と平行な方向である。
アンテナ素子２６は、例えば直径約６ｍｍのアンテナ本体を、直径約１２ｍｍの誘電体の円筒部材中に設けて構成されている。成膜容器１４内の圧力が２０Ｐａ程度の場合、給電ユニット１１から約１６００Ｗの高周波信号を供給すると、アンテナ素子２６のアンテナ長が高周波信号の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数）に等しい場合に定在波が生じて共振し、アンテナ素子２６の周囲に電磁波が放射されプラズマが生成される。
【００４０】
基板ステージ３２は、成膜容器１４の内壁面よりも小さい寸法の、例えば矩形の金属板であり、パワーシリンダ等の昇降機構４４により上下に昇降される。成膜容器１４の内壁面と基板ステージ３２の上昇位置との間に、内壁面から中心部に向かって突出するヒータストッパ４６が設けられている。基板ステージ３２の縁部上面には、ヒータストッパ４６の側面の高さに相当するＬ字型の段差が設けられている。
基板ステージ３２が上昇されると、ヒータストッパ４６下面と基板ステージ３２縁部上面の段差部とが当接して、基板ステージ３２上面の高さが、ヒータストッパ４６上面の高さと略同一（面一）となるように位置決めされる。このとき、成膜容器１４は、基板ステージ３２よりも上側の空間である成膜室４８と、基板ステージ３２の下側の空間である真空室５０とに分離され、真空室５０内が排気部１８ｂにより真空引きされることによって、成膜室４８は密閉される。
【００４１】
一方、基板ステージ３２が下降されると、ヒータストッパ４６下面と基板ステージ３２縁部上面の段差部との間には所定間隔の隙間５１ができる。酸化ガスの排気時に基板ステージ３２を下降させることによって、成膜室４８内に供給された酸化ガスを、隙間５１から、もしくは、隙間５１および排気孔２４の両方から排気させる。隙間５１の寸法は排気孔２４の寸法に比べて大きいため、酸化ガスを成膜室４８から高速に排気する。
【００４２】
このようなＡＬＤ装置１０では、酸化ガスをガス供給部１６から成膜容器１４に供給する一方、アンテナ素子２６のそれぞれに給電ユニット１１から高周波信号を供給する。
その際、位相シフト分配器１３において、位相が９０度ずつシフトした高周波信号、例えば、位相０度、９０度、１８０度、２７０度の４つの高周波信号が生成される。これらの４つの信号は、隣接するアンテナ素子２６間の給電される高周波信号の位相が９０度ずれるように、アンテナ素子２６に供給される。次に、アンテナアレイ２８から電磁波を放射させてプラズマを生成させる。
このとき、後述する計算結果から明らかなように、電磁波の均一性が従来よりも向上するので、均一なプラズマが生成される。したがって、プラズマを利用した酸化処理も均一に行われ、膜厚および特性が均一な薄膜を形成することができる。
【００４３】
図３（ａ）は、アンテナアレイによる電磁波の強度を算出するために、アンテナアレイ２８を成す１つのアンテナ素子２６のモデルを示す図である。アンテナ素子２６に関しては、金属製のシャワーヘッド２９の金属表面を鏡像面として考え、アンテナ素子２６の鏡像であるアンテナ素子を考える。また、図３（ａ）に示すように、ダイポールアンテナがアンテナ素子２６の長手方向に連続して設けられたモデルを考える。
なお、ダイポールアンテナが放射する電磁波の近傍解（厳密解）では、図３（ｂ）に示すような電場を持つ。この近傍解では、電場の動径方向成分Ｅrは無視できない程度に大きい。これは、動径方向成分Ｅrは無視できるほど小さい遠方解とは異なる。
このようなダイポールアンテナが、アンテナ素子２６の長手方向に連続して設けられ、さらに、隣接するアンテナ素子２６を再現するために、ダイポールアンテナが一定間隔で隣接して設けられたモデルを想定する。このとき、算出すべき電場は、各ダイポールアンテナの電場を重ね合わせたものである。
【００４４】
図４（ａ）〜（ｄ）は、想定した上記モデルを用いて、アンテナアレイ２８を再現するためにダイポールアンテナ用いて電磁場が放射する電場の強度分布を示している。使用したモデルは、図４（ｅ）に示すような線状に延びたダイポールアンテナを１６本配列したものであり、隣接する線状に延びたダイポールアンテナ同士は、互いに逆方向から給電されている。図４（ｆ）に示すように、ダイポールアンテナはシャワーヘッド２９の金属表面からｌ＝６ｍｍの位置に極を設けた構成である。
【００４５】
図４（ａ）は、供給される高周波信号の位相が０度、すなわちすべて同相の条件（上述の特許文献１に記載の条件）での電場の強度分布を表す。図４（ｂ）は、供給される高周波信号の位相が４５度ずつずれる条件での電場の強度分布を、図４（ｃ）は、供給される高周波信号の位相が９０度ずつずれる条件での電場の強度分布を、図４（ｄ）は、供給される高周波信号の位相が１８０度ずつずれる条件での電場の強度分布を、それぞれ表す。各グラフには、図４（ｅ）に示す中心線Ａ上の、シャワーヘッド２９の金属表面から４０ｍｍ離れた位置の電場の強度分布と、中心線Ａから１８５ｍｍ離れた線Ｂ上の、シャワーヘッド２９の金属表面から４０ｍｍ離れた位置における電場の強度分布を表す。
図５（ａ）〜（ｄ）は、図４（ａ）〜（ｄ）に示す電場の強度分布を濃淡によって表した図である。
【００４６】
高周波信号の位相が９０度ずつずれる（位相０度、９０度、１８０度、２７０度）条件では、図４（ｃ）に示すように、中心線Ａ上の電場の強度分布は略一定値を示す。これより、中心線Ａ上の電場の強度は略均一であり、プラズマが均一に生成されることがわかる。しかも、中心線Ａ上の電場の強度分布の値は、線上Ｂにおける振幅を持って変動する変動の略中心値である。図４（ｂ）に示される周波信号の位相が４５度ずつずれる（０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度）条件では、中心線Ａ上の電場の強度分布は、図４（ａ）〜（ｄ）の中で最も高いが、均一性が図４（ｃ）の電場の強度分布に比べて劣る。しかも、中心線Ａ上の電場の強度分布の値は、線上Ｂにおける振幅を持って変動する変動の略中心値にない。このため、図４（ｄ）に示す強度分布の均一性は、図４（ｃ）に示す強度分布の均一性に比べて劣ることがわかる。
【００４７】
一方、高周波信号の位相が０度（全て同相）の条件では、図４（ａ）に示すように、中心線Ａ上の中央部分の電場の強度分布の値は最も小さく、しかも不均一である。また、高周波信号の位相が１８０度ずつずれる（０度、１８０度）の条件では、図４（ｄ）に示すように、中心線Ａ上の電場の強度分布の値は、図４（ｃ）に示す強度分布の値に比べて小さく、しかも不均一である。
このように、高周波信号の位相が９０度ずつずれる（０度、９０度、１８０度、２７０度）条件は、電場の強度分布の値が高く、しかも均一であることがわかる。したがって、プラズマの密度分布は均一であり、均一なプラズマが生成されることがわかる。また、プラズマの密度も高い。
【００４８】
このような高周波信号の位相シフトの効果について、高周波信号の位相が０度（全て同相）の条件と、高周波信号の位相が９０度ずつずれる（位相０度、９０度、１８０度、２７０度）条件とによって、基板に与える影響がどの程度異なるか、を調べた。具体的には、ＡＬＤ装置１０において、プラズマを生成したときプラズマによって加熱される基板の温度を測定した。プラズマが均一に生成される場合、基板の温度の、場所による温度変動は小さいと考えられる。温度測定には、基板にサーモラベルを貼り付けて行った。実験条件は、以下の通りである。
【００４９】
基板；                  ガラス基板
基板のサイズ：          ３７０（ｍｍ）×４７０（ｍｍ）
高周波信号の周波数：    ８０（ＭＨｚ）
測定点：                ９箇所（基板の中心位置、中心位置回りの上下左右の７箇所）
高周波信号の電力：      １６００（Ｗ）
アンテナ素子本数：      １６本
基板ヒータ温度：        ８０（℃）
基板の位置：            アンテナ素子下２５（ｍｍ）
圧力：                  ２０（Ｐａ）
ガス：                  酸素ガス、１０００（ｓｃｃｍ）
プラズマ生成時間：      １２０秒
【００５０】
図６（ａ）及び（ｂ）は、温度を測定した結果である。図６（ａ）は、高周波信号の位相が９０度ずつずれる条件における結果であり、図６（ｂ）は、高周波信号の位相が０度（同相）の条件における結果である。
図６（ａ）の結果から判るように、温度は１３０〜１５０℃の範囲にあり、図６（ｂ）の結果から判るように、温度は１０５〜１４０℃の範囲にばらつく。特に図６（ｂ）における中心線Ａ上の温度は、両側で高く（１３０℃、１４０℃）、中央部で低い（１０５℃）。これは、図４（ａ）に示す中心線Ａ上の電場の強度分布と対応する。
以上より、高周波信号の位相が９０度ずつずれる条件では、プラズマの生成が均一であることがわかる。しかも、位相０度の条件に比べて、温度が高いことからプラズマは高密度に生成されることがわかる。したがって、均一なプラズマを生成することにより、均一（膜厚および特性）な薄膜を形成することができる。
【００５１】
以上、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
例えば、上述の実施形態では、位相が９０度ずつずれる４つの高周波信号を生成するために、９０度スプリッタおよび１８０度スプリッタを用いたが、本発明では、分配器から各アンテナ素子までの給電線の長さを変えることにより、アンテナ素子に給電されるときの位相が隣接するアンテナ素子間で、９０度ずつずれるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１０，１００  ＡＬＤ装置
１１  給電ユニット
１２  高周波信号生成器
１３  位相シフト分配器
１４，１１２  成膜容器
１５，１６，１１４，１１５  ガス供給部
１７ａ，１７ｂ、１１６，１１７  排気部
１８，１９，１１８，１１９  供給管
２０，２１，１２０，１２１  供給孔
２２，２３，１２２，１２３  排気管
２４，２５，１２４  排気孔
２６，１２６  アンテナ素子  
２８，１２８  アンテナアレイ
２９，１２９  シャワーヘッド
３０，１３０  ヒータ
３２，１３２  基板ステージ
３８，１３８  インピーダンス整合器
４２  基板
４４  昇降機構
４６  ヒータストッパ
４８  成膜室
５０  真空室
５１  隙間
１３８  インピーダンス整合器
１３９  モノポールアンテナ
１４０  円筒部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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