(57)【要約】【課題】成膜処理において、少なくとも２種類の成膜用ガスを用いて基板に成膜する場合、従来に比べて、均一な膜質で効率よく成膜する。【解決手段】プラズマを用いた成膜装置は、成膜容器と、前記成膜容器内に導入された少なくとも２種類の成膜用ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、前記少なくとも２種類の成膜用ガスを前記プラズマ生成ユニットに供給するガス供給機構と、を有する。前記プラズマ生成ユニットは、プレートであって、貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔それぞれの両側の開口に設けられた電極対と、を備えたプラズマ生成プレートと、前記貫通孔それぞれの内部空間でプラズマを生成するために、前記電極対にプラズマ生成電圧を供給する電源と、前記プラズマ生成電圧の供給を前記電極対毎に制御する制御ユニットと、を有する。前記ガス供給機構は、前記貫通孔のそれぞれに、前記成膜用ガスのいずれか１種類のガスを供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いた成膜装置であって、
成膜用基板が配置される成膜空間を備える成膜容器と、
プレートであって、前記プレートの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔それぞれの両側の開口に設けられた電極対と、を備えたプラズマ生成プレートを含み、前記成膜容器内に導入された少なくとも２種類の成膜用ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、
前記成膜容器内に設けられ、前記少なくとも２種類の成膜用ガスを前記プラズマ生成プレートに供給するガス供給機構と、を有し、
前記プラズマ生成ユニットは、プラズマ生成プレートの他に、前記貫通孔それぞれの内部空間でプラズマを生成するために、前記電極対にプラズマ生成電圧を供給する電源と、前記プラズマ生成電圧の供給を前記電極対毎に制御する制御ユニットと、を有し、
前記ガス供給機構は、前記貫通孔のそれぞれに、前記成膜用ガスのいずれか１種類のガスを供給する機構である、ことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記成膜用ガスは２種類であり、
前記貫通孔は、前記プレートに２次元的に配列され、前記貫通孔に供給される成膜用ガスの種類は、隣接する貫通孔に供給される成膜用ガスの種類と異なる、請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記プラズマ生成ユニットの前記プラズマ生成プレートの上方に前記成膜用ガスそれぞれのガス供給室が前記成膜用ガス毎に設けられ、
前記ガス供給機構は、前記ガス供給室の少なくとも１つと前記貫通孔とを結ぶガス管である、請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記プラズマ生成ユニットは、前記電極対それぞれの電極それぞれに印加する電圧を、設定された周期の単位で切り替えることにより、電力信号を生成するスイッチ素子を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記電極対の２つの電極には、設定された周期単位で正の電圧値と負の電圧値とが切り替わるパルス状の電圧が印加されることにより、前記プラズマ生成電圧が供給される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記プラズマ生成プレートの面上の２方向に沿って複数の列及び行を成すように格子状に並べられ、
前記電極対のうち前記プラズマ生成プレートの一方の面の側に設けられた第１電極のうち、共通する行それぞれに位置する電極は、前記行毎に、第１電力線路で互いに直列に繋がれて前記電源と接続され、
前記電極対のうち前記プラズマ生成プレートの他方の面の側に設けられた第２電極のうち、共通する列それぞれに位置する電極は、前記列毎に、第２電力線路で互いに直列に繋がれて前記電源と接続されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記プラズマ生成ユニットは、前記電源の電圧を、既知の２値制御信号で切り替えることにより生成された第１電力信号を前記第１電力線路に供給し、前記電源の電圧を、前記第１電力信号に応じて定まる第２電力信号が生成されるように、２値制御信号で切り替える、請求項６に記載の成膜装置。
【請求項８】
前記第１電力信号は、基本信号と、前記基本信号の信号値を反転した反転信号とを、前記行の数分、時系列に並べて組み合わせた信号であり、
前記プラズマ生成ユニットは、前記基本信号と前記反転信号の並びの組み合わせを変えた、前記行の数分の信号それぞれを前記第１電力信号として用いる、請求項７に記載の成膜装置。
【請求項９】
前記第２電力信号は、前記基本信号及び前記反転信号の信号長さに対応した複数の対応信号を組み合わせた信号であり、
前記プラズマ生成ユニットは、前記制御ユニットにおいて前記第１電力信号に応じて求めた前記対応信号を用いて、前記第２電力信号を生成する、請求項８に記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記列の数と前記行の数は同じであり、
前記第１電力信号を構成する前記基本信号及び前記反転信号の一方を１、他方を−1の符号とし、前記基本信号及び前記反転信号の並びの順番に前記符号を行列要素として順次定めて列方向に書き下し、かつ、前記複数の行のそれぞれの前記第１電力線路に供給する前記第１電力信号を、前記複数の行毎に行方向に前記符号を用いて書き下して行列で表したとき、前記行列は、アダマール行列である、請求項８または９に記載の成膜装置。
【請求項１１】
前記プラズマ生成プレートは、成膜用ガスが導入される前記成膜空間のガス供給口の位置と、前記成膜用基板が前記成膜空間内に載置されるサセプタの位置との間に、前記プラズマ生成プレートの一方の面が、前記サセプタの載置面に対して対向するように、前記成膜空間内に設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項１２】
前記電極対のうち前記載置面に近い電極は、絶縁体で被覆されて前記プラズマ生成プレートの内部に設けられ、前記電極対のうち前記載置面から遠い電極は、前記プラズマ生成プレートの前記貫通孔の内表面に露出している、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子デバイスに用いる半導体装置等の製造に、プラズマ処理装置が多く用いられる。特に、半導体装置等の工業用製造ラインには、構造が簡単な平行平板型プラズマ処理装置が多く用いられる。この平行平板型プラズマ処理装置では、例えば１３．６ＭＨｚの高周波の電力が用いられる。
【０００３】
一方、平行平板型プラズマ処理装置には、従来より以下の点で問題があることが知られている。
・  大型の成膜用基板に対応した広い成膜空間で空間的に均一なプラズマを生成することが難しいこと、
・  成膜処理のスループットが低いこと、及び
・  供給電力の増大に伴って成膜用基板へのイオンや電子の衝突が増加し、膜表面が滑らかでないこと。
上記問題は、今日の多様化する半導体装置の製造にとってより大きな障害となっている。
【０００４】
例えば、成膜容器内の成膜空間における膜生成に必要なラジカル（分子、原子）の絶対濃度を濃くして半導体装置のスループットを向上するために、成膜容器内の成膜ガス密度を高くする、すなわち成膜容器内の圧力を高くすることが考えられる。しかし、１ｋＰａ程度あるいはそれ以上の圧力雰囲気では、生成されるプラズマは自己収縮する傾向にあり、空間的に均一なプラズマの生成が困難になる。特に、平行平板型プラズマ処理装置では、局所的に放電が発生し易くなり、プラズマの生成が不安定になる。
【０００５】
一方、平行平板の間に電圧を与えてプラズマを生成する上記プラズマ生成源の他に、複数の棒状アンテナを平行に並べた誘導結合型プラズマ処理装置も知られている（特許文献１）。この装置の場合、供給電力をより高周波にすることで、空間的に均一なプラズマをより安定して生成することができる。しかし、この装置でも、１ｋＰａ程度あるいはそれ以上の圧力雰囲気においてプラズマを安定的に生成することはできない。また、供給電力の周波数に高いＶＨＦ帯域の周波数を用いた場合、１ｋＰａ程度あるいはそれ以上の圧力雰囲気では、放電限界電圧が高くなり、１本の棒状アンテナに必要な電力が１ｋＷオーダに近づく。このような電力を例えば数１０本の棒状アンテナに供給する場合、全電力が数１０ｋＷ以上必要になる。このような大きな供給電力を要する装置は、実用的なプラズマ処理装置に用いることはできない。
また、平行平板型プラズマ処理装置では、面積が１ｍ2以上の基板をプラズマ処理の対象とする場合、供給電力が高周波になると分布定数系としての現象が無視できなくなり、生成される電磁波の波長の影響により空間的に不均一なプラズマが発生する。
【０００６】
さらには、少なくとも２種類の成膜用ガスを用いて成膜を行う場合、成膜用ガスから生成される少なくとも２種類のラジカルの密度分布によって形成される膜質が異なる。例えば、シランガスと水素ガスを成膜用ガスとして用いて、微結晶シリコンの薄膜を基板に形成する場合、シランガスから生成されるＳｉＨ3ラジカルと水素ガスから生成されるＨラジカルとの間で密度の比が変化すると、微結晶シリコンの膜質が変化する。より具体的には、ＳｉＨ3ラジカルの密度に対するＨラジカルの密度の比が大きくなると、微結晶シリコンの結晶性が向上し、上記比が小さくなると、微結晶シリコンの結晶性が低下する。微結晶シリコンの膜質は、微結晶シリコンを用いたＴＦＴ（Thin Film Transistor）や太陽電池セルの特性に影響を与える。したがって、膜質についても、場所に拠らず一定に維持することが好ましい。
しかし、従来のプラズマ処理装置では、均一な厚さ及び均一な膜質で効率よく成膜することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−８６５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、少なくとも２種類の成膜用ガスを用いて基板に成膜する場合、従来に比べて、均一な膜質で効率よく成膜することができる成膜装置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】
【０００９】
本発明の一態様は、プラズマを用いた成膜装置である。
当該装置は、
成膜用基板が配置される成膜空間を備える成膜容器と、
プレートであって、前記プレートの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔と、前記貫通孔それぞれの両側の開口に設けられた電極対と、を備えたプラズマ生成プレートを含み、前記成膜容器内に導入された少なくとも２種類の成膜用ガスを用いてプラズマを生成するプラズマ生成ユニットと、
前記成膜容器内に設けられ、前記少なくとも２種類の成膜用ガスを前記プラズマ生成プレートに供給するガス供給機構と、を有する。
前記プラズマ生成ユニットは、プラズマ生成プレートの他に、前記貫通孔それぞれの内部空間でプラズマを生成するために、前記電極対にプラズマ生成電圧を供給する電源と、前記プラズマ生成電圧の供給を前記電極対毎に制御する制御ユニットと、を有する。
前記ガス供給機構は、前記貫通孔のそれぞれに、前記成膜用ガスのいずれか１種類のガスを供給する機構である。
【発明の効果】
【００１０】
上述の成膜装置は、従来に比べて、均一な膜質および成膜速度で成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態の成膜装置の全体の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、本実施形態のプラズマ生成プレートの外観斜視図であり、（ｂ）は、プラズマ生成プレートの貫通孔を説明する図である。
【図３】本実施形態のプラズマ生成プレートの各貫通孔に設けられる電極対への配線を説明する図である。
【図４】（ａ）は、プラズマ生成プレートの貫通孔の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。
【図５】本実施形態の貫通孔の内部空間でプラズマが発生する状態を説明する図である。
【図６】本実施形態の給電線に供給する電力信号を生成するスイッチ素子の構成の一例を示す図である。
【図７】本実施形態の給電線に供給する電力信号を生成するスイッチ素子の構成の他の例を示す図である。
【図８】圧力Ｐと電極間距離Ｄの積Ｐ・Ｄを横軸に、放電開始電圧ＶBを縦軸にとったグラフを示す図である。
【図９】本実施形態で生成されるプラズマの生成頻度とプラズマにより作られるイオン、中性分子、ラジカルの流れを説明する図である。
【図１０】本実施形態の第ｉ番目の行で、第ｊ番目の列に位置する電極対に給電される第１電力信号ＰＲｉ及び第２電力信号ＰＣｊの一例を示す図である。
【図１１】本実施形態のＮ2個の電極対がＮ行×Ｎ列で格子状に並んだプラズマ生成プレートの電極対と電力信号の関係を示す図である。
【図１２】本実施形態の電力信号に用いられる基本信号と反転信号の一例を示す図である。
【図１３】（ａ）は、図１１に示すプラズマ生成プレートにおいてＮ＝４とした場合における電力信号ＰＲ１〜４を表す図であり、（ｂ）は、（ａ）に示される内容に従ってつくられる電力信号を記載した図であり、（ｃ）は、電力信号ＰＲ２の波形の一例を示す図である。
【図１４】（ａ），（ｂ）は、２つの電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）に施す演算「＊」を説明する図である。
【図１５】本実施形態の電力信号を説明する図である。
【図１６】（ａ），（ｂ）は、プラズマ生成頻度データと電力信号との関係式を示す図である。
【図１７】本実施形態で用いる演算「＊」の特徴を示す式を説明する図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、プラズマ生成頻度データと電力信号との関係式を変形した式を説明する図である。
【図１９】（ａ），（ｂ）は、プラズマ生成プレートの貫通孔に与える電力分布の一例とそのとき成膜用基板の上方におけるラジカル密度の分布の一例を示す図である。
【図２０】（ａ），（ｂ）は、プラズマ生成プレートの貫通孔に与える電力分布の他の例とそのとき成膜用基板の上方におけるラジカル密度の分布の他の例を示す図である。
【図２１】（ａ），（ｂ）は、プラズマ生成プレートの貫通孔に与える電力分布の実施例とそのとき成膜用基板の上方におけるラジカル密度の分布の例を示す図である。
【図２２】（ａ），（ｂ）は、本実施形態の電力信号の波形の例を示す図である。
【図２３】本実施形態のプラズマ生成プレートの変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の成膜装置について詳細に説明する。以下説明する成膜装置では、２種類の成膜ガスを用いて成膜する場合を説明するが、３種類以上の成膜ガスを用いて成膜することもできる。
【００１３】
（成膜装置）
図１は、本実施形態の成膜装置１０の全体の概略構成図である。成膜装置１０は、成膜本体部１２と、第１ガス源１４と、第２ガス源１５と、排気ユニット１６と、プラズマ生成ユニット１８と、を有する。
成膜本体部１２は、成膜容器２０と、サセプタ２２と、第１ガス供給室４０と、第２ガス供給室４２と、ガス供給機構４４と、を主に有する。成膜容器２０は、成膜容器２０内の成膜空間を所定の圧力に減圧し、成膜空間の成膜用基板を成膜処理するための容器である。サセプタ２２は、表面に成膜用基板２４を載せる載置面２６を有し、成膜空間内に設けられている。サセプタ２２の内部に図示されないヒータが設けられて成膜容基板２４を加熱する。成膜用基板２４は、成膜容器２０に設けられた図示されない開口したシャッターを通して、成膜容器２０の外部から内部に搬入されてサセプタ２２の載置面２６に載せられる。また、成膜済みの成膜用基板２４は、上記シャッターを通して成膜容器２０の外部に搬出される。
【００１４】
第１ガス供給室４０は、成膜用ガスのうち第１ガス、例えばシランガスのガス供給室である。成膜容器２０の壁面には、第１ガス源１４と接続した図示されない配管と接続された供給口２８が設けられる。この供給口２８を通して第１ガスが第１ガス供給室４０に供給される。第１ガス供給室４０に供給された第１ガスは、ガス供給機構４４の一形態であるガス管４４ａを通して、後述するプラズマ生成ユニット１８の貫通孔３２ａに供給される。すなわち、ガス供給機構４４は、第１ガス供給室４０と貫通孔３２ａとを結ぶガス管４４ａである。
第２ガス供給室４２は、成膜用のガスのうち第２ガス、例えば水素ガスのガス供給室である。成膜容器２０の壁面には、第２ガス源１５と接続した図示されない配管と接続された供給口２９が設けられる。この供給口２９を通して第２ガスが第２ガス供給室４２に供給される。第１ガス供給室４２に供給された第２ガスは、後述するプラズマ生成ユニット１８の貫通孔３２ａに供給される。第１ガス供給室４０と第２ガス供給室４２は、隔壁により仕切られている。プラズマ生成ユニット１８は、第２ガス供給室４２に隣接して設けられているので、第２ガスは、ガス管を通すことなく貫通孔３２ａに直接供給される。
なお、成膜容器２０内には、上部から順に、第１ガス供給室４０、第２ガス供給室４２、及びプラズマ生成ユニット１８が設けられている。したがって、第１ガス供給室４０に供給された第１ガスは、ガス管４４ａを通して、後述するプラズマ生成プレート３２の貫通孔３２ａに接続されるように、ガス管４４ａが第２ガス供給室４２を横切って下方のプラズマ生成プレート３２に延びている。
【００１５】
成膜容器２０の床面には、成膜容器２０内の成膜空間内の不要な成膜用ガス（第１ガス、第２ガス）を排気する排気口３０が設けられている。排気口３０は、排気ユニット１６と接続した図示されない配管と接続されている。これにより、成膜空間は一定の圧力に維持される。
【００１６】
成膜空間内のサセプタ２２の上方には、プラズマ生成ユニット１８に属するプラズマ生成プレート３２が設けられている。プラズマ生成プレート３２は、プレートの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３２ａ（図２参照）を有し、この貫通孔３２ａの内部で、供給された第１ガスあるいは第２ガスを用いてプラズマを生成する。プラズマ生成プレート３２については後述する。
【００１７】
第１ガス源１４は、例えば、シランガス等の成膜用ガス源であり、第２ガス源１５は、例えば、水素ガス等の成膜用ガス源である。第２ガス源１５は、例えば、シランガス等の成膜用ガス源であり、第１ガス源１４は、例えば、水素ガス等の成膜用ガス源であってもよい。シランガスや水素ガス等は、成膜用基板２４に形成する薄膜の成分を含むガスである。すなわち、薄膜として微結晶シリコンを成膜用基板２４に形成するとき、成膜用ガスとしてシランガス及び水素ガスが用いられる。この場合、予め定められたシランガスと水素ガスの流量比でシランガスと水素ガスが成膜空間に供給される。成膜用ガスは、この他に、例えばメタンガスと水素ガスの組み合わせ、あるいは、エチレンガスと水素ガスの組み合わせが挙げられる。これらの組み合わせの場合、グラフェン等のカーボン膜を成膜することができる。
【００１８】
排気ユニット１６は、ロータリポンプあるいはドライポンプ等を含み、成膜空間を、一定の圧力に維持する。また、成膜空間における圧力を大気圧に比べて低くする場合、排気ユニット１６は、定められた圧力まで排気を行う。
【００１９】
プラズマ生成ユニット１８は、プラズマ生成プレート３２と、電源３４と、スイッチ素子３６と、制御ユニット３８と、を有する。
プラズマ生成プレート３２は、成膜容器２０内に設けられたプレートであって、このプレートの厚さ方向に貫通する複数の貫通孔３２ａと、これらの貫通孔３２ａそれぞれの両側の開口の周りに設けられた電極対と、を備える。
電源３４は、プラズマ生成プレート３２の貫通孔それぞれの中でプラズマを生成するために、電極対にプラズマ生成電圧を供給する。
制御ユニット３８は、制御信号を生成し、電極対毎にプラズマ生成電圧の供給を、スイッチ素子３６（３６ａ，３６ｂ）を通して制御する。スイッチ素子３６（３６ａ，３６ｂ）は、電極対それぞれを構成する後述する電極３２ｂ（図４（ａ）参照），電極３２ｃ（図４（ａ）参照）に印加する電圧を、設定された周期単位で切り替えることにより電力信号を生成し、この電力信号を電極対毎に供給する。
【００２０】
図２（ａ）は、プラズマ生成プレート３２の外観斜視図である。
プラズマ生成プレート３２は、成膜用ガスが導入される成膜空間の第２ガス供給室４２と、成膜用基板２４が成膜空間内に載置されるサセプタ２２との間に、プラズマ生成プレート３２の一方の面が、サセプタ２２の載置面２６に対して対向するように、成膜空間内に設けられている。
【００２１】
プラズマ生成プレート３２は、プレート厚さ方向に貫通する複数の同一の大きさの貫通孔３２ａが、図中のＸ方向及びＹ方向に沿って一定の間隔で整然と並んで格子状に設けられている。本明細書では、Ｙ方向に沿って並んだ貫通孔３２ａの群を列といい、Ｘ方向に沿って並んだ貫通孔３２ａの群を行という。
【００２２】
図２（ｂ）は、プラズマ生成プレート３２をプレート面の上方あるいは下方から見た図である。プラズマ生成プレート３２の貫通孔３２ａは、上述したように第１ガス供給室４０から延びるガス管４４ａを通して第１ガスが供給される貫通孔３２ａ（図２（ｂ）中の斜線領域）と、第２ガス供給室４２から第２ガスが供給される貫通孔３２ａ（図２（ｂ）中の白い領域）とに分けられる。すなわち、貫通孔３２ａは、プラズマ生成プレート３２に２次元的に配列される。そして、貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類は、隣接する貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類と異なるようになっている。したがって、第１ガスが例えばシランガスである場合ＳｉＨ3ラジカルが、第２ガスが例えば水素ガスである場合Ｈラジカルが、が別々の貫通孔３２ａから生成される。本実施形態では、貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類は、隣接する貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類と異なるようになっているが、必ずしも、貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類は、隣接する貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類と異ならなくてもよい。しかし、成膜する膜厚を均一にし、しかも膜質を均一にするためには、貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類を、隣接する貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類と異ならせることが好ましい。すなわち、２次元上に配列される貫通孔３２ａには、異なる成膜用ガスを千鳥配列で供給することが好ましい。
【００２３】
また、本実施形態のように、プラズマ生成プレート３２の上方に成膜用ガスそれぞれのガス供給室が成膜用ガス毎に上段及び下段に設けられ、上段に設けられたガス供給室を、ガス管４４ａを通して貫通孔３２ａと接続することにより、２種類の成膜用ガスが混ざることなく貫通孔３２ａのそれぞれに供給され得る。このため、貫通孔３２ａのそれぞれでプラズマが生成されて、成膜空間内で第１ガス及び第２ガスから生成されるラジカルの密度を別々に制御することができる。すなわち、後述するような貫通孔３２ａに設けられた電極３２ｂ，３２ｃに供給する電力を制御することにより、プラズマ密度を制御し、これにより第１ガス及び第２ガスから生成されるラジカルの密度を制御することができる。
【００２４】
図３は、プラズマ生成プレート３２の各貫通孔３２ａに設けられる電極対への配線を説明する図である。図４（ａ）は、貫通孔３２ａの断面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿った断面図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿った断面図である。図３に示す例では、列８、行８からなる貫通孔３２ａのそれぞれに電極対が設けられている例であるが、列の数、行の数は８に限定されず、複数の数であればよい。列の数と行の数は同数であることが、後述するように、逆行列を用いて第２電力信号ＰＣｊ（ｊは１以上８以下の整数）を定める上で好ましいが、必ずしも列の数と行の数が同数でなくてもよい。
【００２５】
プラズマ生成プレート３２は、図４（ａ）に示すように、誘電体層３２ｄ，３２ｅ、導体層３２ｆ、及び誘電体層３２ｇ，３２ｈが積層されて構成されている。貫通孔３２ａには、図４（ａ）に示すように、電極３２ｂ及び電極３２ｃが設けられている。導体層３２ｆは、貫通孔３２ａの面には露出されておらず、導体層３２ｆの貫通孔３２ａ側の面は誘電体３２ｍで覆われている。
電極３２ｂ及び電極３２ｃは、貫通孔３２ａの両側の開口部に、貫通孔３２ａの内周に沿って配された環状の電極である。電極３２ｂは、図４（ａ）に示すように、誘電体層３２ｅの角に配置されるよう、断面が９０度に折れ曲がった屈曲形状をしている。電極３２ｂ，３２ｃは、プレート表面においてそれぞれ誘電体層３２ｄ，３２ｈにより被覆されている。貫通孔３２ａの内表面では、電極３２ｂは露出しており、電極３２ｃは誘電体層３２ｇにより被覆されている。誘電体層３２ｄと誘電体層３２ｅの間には、スイッチ素子３６ａを通して上部電源３４ａと接続されている給電線（第１電力線路）３２ｉが設けられ、給電線３２ｉは電極３２ｂと接続されている。誘電体層３２ｇと誘電体層３２ｈの間には、スイッチ素子３６ｂを通して下部電源３４ｂと接続されている給電線（第２電力線路）３２ｊが設けられ、給電線３２ｊは電極３２ｃと接続されている。上部電源３４ａ及び下部電源３４ｂはともに、正負の一組のＤＣ電源からなり、スイッチ素子３６ａ，３６ｂで電圧が切り替えられることで生成される電力信号を電極３２ｂ，３２ｃに印加する。
【００２６】
誘電体層３２ｄ，３２ｅ，３２ｇ，３２ｈは、例えば石英板により構成される。導体層３２ｆは接地される。給電線３２ｉ．３２ｊは、一定の幅を有する線状導体である。したがって、給電線３２ｉ，３２ｊと接地された導体層３２ｆは、誘電体層３２ｅ，３２ｇを誘電体基板とするマイクロストリップ線路を構成する。すなわち、電極対それぞれの電極３２ｂ，３２ｃは、プラズマ生成プレート３２の両側の面に沿って配されたマイクロストリップ線路を通して電源３４（上部電源３４ａ，下部電源３４ｂ）と接続される。プラズマ生成プレート３２は、両側に設けられた誘電体プレート３２ｅ，３２ｇと、誘電体プレート３２ｅ，３２ｇが挟むように設けられた接地された導体層３２ｆと、を含む。また、導体層３２ｆは、プラズマ生成プレート３２の強度を保つ部材として機能する。
このような電極対３２ｂ，３２ｃが、複数の貫通孔３２ａ毎に設けられ、図３に示すように、複数の給電線３２ｉ，３２ｊが電極対３２ｂ、３２ｃの周りに配線されている。
【００２７】
すなわち、給電線３２ｉは、Ｘ方向に沿って貫通孔３２ａが配列された行に沿った線であり、行内の各貫通孔３２ａに設けられた電極３２ｂを直列に接続している。給電線３２ｉの一端は、スイッチ素子３６ａを通して上部電源３４ａと接続され、他方の端は、抵抗体３２ｋを介して接地されている。
給電線３２ｊは、Ｙ方向に沿って貫通孔３２ａが配列された列に沿った線であり、列内の各貫通孔３２ａに設けられた電極３２ｃを直列に接続している。給電線３２ｊの一端は、スイッチ素子３６ｂを通して下部電源３４ｂと接続され、他方の端は、抵抗体３２ｌを介して接地されている。抵抗体３２ｋ，３２ｌの値は、例えば１ＭΩ以上である。
すなわち、プラズマ生成プレート３２の上側に設けられた電極３２ｂのうち、共通する行それぞれに位置する電極３２ｂは、行毎に、給電線３２ｉで互いに直列に繋がれてスイッチ素子３６ａを通して上部電源３４ａと接続されている。プラズマ生成プレート３２の下側に設けられた電極３２ｃのうち、共通する列それぞれに位置する電極３２ｃは、列毎に、給電線３２ｊで互いに直列に繋がれてスイッチ素子３６ｂを通して下部電源３４ｂと接続されている、
【００２８】
このような電極３２ｂ，３２ｃを有する貫通孔３２ａの内部空間では、電極３２ｂ，３２ｃに電圧が印加されることにより、プラズマが生成され得る。図５は、貫通孔３２ａの内部空間でプラズマＰが発生する状態を説明する図である。
電極３２ｂ，３２ｃに電圧を印加することで、電極３２ｂ，３２ｃ間に成膜用ガスのプラズマＰが生成される。このとき、サセプタ２２の載置面２６から遠い電極３２ｂは貫通孔３２ａの内部空間の内表面に露出し、載置面２６に近い電極３２ｃは貫通孔３２ａの内部空間において誘電体層３２ｇで被覆されているので、すなわち、プラズマ生成プレート３２の内部に設けられているので、生成したプラズマＰにより電極３２ｃの方へ引っ張る力が生成される。このようなプラズマＰの発生による生じる力は、例えば、“Experimental Investigation of DBD Plasma Actuators Driven by Repetitive High Voltage Nanosecond Pulses with DC or Low-Frequency Sinusoidal Bias”（Dmitry F. Opaits et al., 38th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference<br> in conjunction with the <br> 16th, 25-28 June 2007）において検討されている。したがって、成膜装置１０においてもプラズマ生成プレート３２は、成膜用ガスを吸引して成膜空間内に供給するアクチュエータとして機能する。
すなわち、成膜用ガスによって貫通孔３２ａ内でプラズマＰが生成されると、図５中の下向きに引っ張る力が発生するので、プラズマＰによって生成されたイオンや中性分子さらにはラジカルが貫通孔３２ａの下側開口部に引っ張られ、開口部から下方の空間に拡散するように排出される。
本実施形態では、電極３２ｂ，３２ｃはプラズマＰを生成させる電極として用いられるほか、アクチュエータとして用いられるが、プラズマＰを生成させる電極として用いるが、アクチュエータとして用いられなくてもよい。この場合、電極３２ｂは、貫通孔３２ａの内表面に露出されず、誘電体層３２ｅによって被覆される。
【００２９】
図６は、図３中の最も上に位置する行の電極３２ｂを接続する給電線３２ｉに供給する電力信号ＰＲ１を生成するスイッチ素子３６ａの構成の一例を示す図である。他のスイッチ素子３６ａ及びスイッチ素子３６ｂも同様の構成を有するので、その説明は省略する。
スイッチ素子３６ａは、制御ユニット３８から送られる制御信号ＬＲ１に従って電圧のＯＮ／ＯＦＦを、設定された周期単位で切り替えることにより、電力信号ＰＲ１を生成する。スイッチ素子３６ａは、ゲート駆動回路３６ｃと、ＭＯＳＦＥＴ３６ｄ，３６ｅと、抵抗体３６ｆ，３６ｇと、を有する。なお、抵抗体３６ｆ，３６ｇは安全のために設けられているが、原理的には必須のものではなく、抵抗体３６ｆ、３６ｇは設けられないほうが好ましい。
【００３０】
ゲート駆動回路３６ｃは、制御ユニット３８から送られた制御信号ＬＲ１に基いて、２つのゲート信号（２値制御信号ａ、２値制御信号ｂ）を出力する。２つのゲート信号はそれぞれ、１（ｈｉｇｈ），０（ｌｏｗ）からなる２値（１，０）を所定の周期単位で持つ２値制御信号である。
【００３１】
ＭＯＳＦＥＴ３６ｄは、ｐチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴであり、ＭＯＳＦＥＴ３６ｅは、ｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴ３６ｄ，３６ｅのそれぞれのゲート端子には、ゲート駆動回路３６ｃが出力した２つのゲート信号（２値制御信号）が入力される。ＭＯＳＦＥＴ３６ｄのソース端子には、上部電源３４ａと接続されて電圧＋Ｖがかけられ、ＭＯＳＦＥＴ３６ｅのソース端子には、上部電源３４ａと接続されて電圧−Ｖがかけられている。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３６ｄ，３６ｅのゲート端子に与えられるゲート信号（２値制御信号ａ、２値制御信号ｂ）の信号値に応じて、ドレイン端子に流れる電流はＯＮ／ＯＦＦに切り替わる。このため、抵抗体３６ｆ，３６ｅを通して、電力信号ＰＲ１が得られる。電力信号ＰＲ１は、制御信号ＬＲ１の信号値に応じて正の電圧、０の電圧及び負の電圧に設定された周期で切り替わる。正の電圧をＶとし、負の電圧を−Ｖとする。本実施形態では、スイッチ素子３６ａ，３６ｂにパワーＭＯＳＦＥＴを用いるが、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることもできる。
【００３２】
スイッチ素子３６ａは、ｐチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３６ｄとｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３６ｅで構成されているが、図７に示すようなスイッチ素子３６ａを用いることもできる。図７に示すスイッチ素子３６ａは、ゲート駆動回路３６ｃと、ＭＯＳＦＥＴ３６ｈ，３６ｉと、トランス３６ｊを有する。ＭＯＳＦＥＴ３６ｈ，３６ｉはｎチャンネルパワーＭＯＳＦＥＴである。
ゲート駆動回路３６ｃは、図６に示すゲート駆動回路３６ａと同様の構成、作用を有するので説明は省略する。
ＭＯＳＦＥＴ３６ｈ，３６ｉのそれぞれのゲート端子には、ゲート駆動回路３６ｃが出力したゲート信号（２値制御信号ａ、２値制御信号ｂ）が入力される。ＭＯＳＦＥＴ３６ｈ，３６ｉのソース端子は、抵抗体を通して接地される。２つのドレイン端子は、トランス３６ｊに接続されて電圧Ｖがかけられている。電圧Ｖは、上部電源３４ａから提供される。
このような構成においても、ＭＯＳＦＥＴ３６ｈ，３６ｉのゲート端子に与えられるゲート信号の信号値に応じて、トランス３６ｊから出力される電力信号ＰＲ１は、制御信号ＬＲ１の信号値に応じて正の電圧Ｖ、０の電圧、及び負の電圧−Ｖに切り替わる。
すなわち、プラズマ生成ユニット１８は、上部電源３４ａの電圧を、制御信号ＬＲ１〜ＬＲＮ（Ｎは２以上の整数で、例えば１６〜１２８の範囲の整数）から作られる既知の２値のゲート信号で切り替えることにより生成された第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮを給電線３２ｉに供給する。また、プラズマ生成ユニット１８は、下部電源３４ｂの電圧を、制御信号ＬＣ１〜ＬＣＮから作られる既知の２値のゲート信号で切り替えることにより生成された第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮを給電線３２ｊに供給する。このとき、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮと第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮの電圧の切り替わりのタイミングが互いに同期するように、ゲート信号を生成するための制御信号がスイッチ素子３６ａ，３６ｂに提供される。なお、第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮは、後述するように、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮに対応して生成される。
【００３３】
以上のように生成される電力信号は、第１電力信号ＰＲ１のみならず、第１電力信号ＰＲ２〜ＰＲＮ(Ｎは２以上の整数)についても、列毎の第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮについても同様のスイッチ素子３６ａ，３６ｂによって生成される。すなわち、電極３２ｂ，３２ｃのそれぞれに印加する電圧を、スイッチ素子３６ａ，３６ｂを用いて、設定された周期単位で切り替えることにより、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ及び第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮを電極３２ｂ，３２ｃのそれぞれに供給する。
本実施形態では、スイッチ素子３６ａ，３６ｂを用いて電圧を切り替えることにより第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ及び第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮを生成するが、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ及び第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮは直接電源３４で生成されてもよい。すなわち、上部電源３４ａ及び下部電源３４ｂは、同じものを用いてもよい。
【００３４】
生成される第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮは電極３２ｂに給電され、同様に電極３２ｃには第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮが給電される。このとき、電極３２ｂ，３２ｃ間の電圧は、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮと第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮの電圧の差分によって定まる。例えば、第１電力信号ＰＲ１と第２電力信号ＰＣ１とが全く同じ信号である場合、差分ＰＲ１−ＰＣ１は常時０になる。一方、第２電力信号ＰＣ１が第１電力信号ＰＲ１に対して反転している場合、差分ＰＲ１−ＰＣ１は２Ｖ、−２Ｖで変動する。したがって、電極３２ｂ，３２ｃ間の電圧は、第１電力信号ＰＲ１と第２電力信号ＰＣ１の信号に応じて異なる。このとき、差分ＰＲ１−ＰＣ１が２Ｖのとき、プラズマが貫通孔３２ａの内部空間で発生するように電圧Ｖが調整されていれば、電圧ＰＲ１−ＰＣ１が２Ｖ（＝Ｖ−（−Ｖ））であるときプラズマが生成し、電圧ＰＲ１−ＰＣ１が０であるときプラズマは生成しない。上記説明は、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ、および第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮにおいて、いずれも絶対値が同じ電圧Ｖ，−Ｖが印加される場合を説明したが、電圧Ｖと電圧−Ｖの絶対値が異なっていてもよい。例えば、電圧Ｖ1と電圧−Ｖ2が電極３２ｂ，３２ｃに印加される場合、差分の電圧はＶ1＋Ｖ2あるいはＶ1−Ｖ2になるので、差分Ｖ1＋Ｖ2でプラズマが生成され、差分Ｖ1−Ｖ2でプラズマが生成されないように、電圧Ｖ1と電圧−Ｖ2が設定されるとよい。このように、電極３２ｂ，３２ｃに、設定された周期単位で正の一定電圧値と負の一定電圧値とが切り替わるパルス状電圧が印加されることにより、電極対にプラズマ生成電圧が供給される。勿論、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮの電圧Ｖ、−Ｖと第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮの電圧Ｖ，−Ｖを異なる値としてもよい。
【００３５】
図８は、圧力Ｐと電極間距離Ｄの積Ｐ・Ｄを横軸に、放電開始電圧ＶBを縦軸にとったグラフを示す。横軸及び縦軸は対数軸で表されている。グラフ中の曲線は、Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｈ2，Ｎ2のそれぞれのガス雰囲気における放電開始電圧ＶBの変化を示す。いずれの曲線も、Ｐ・Ｄの値が４×１０-1〜２×１０0(Torr・ｃｍ)の範囲で放電開始電圧ＶBが最小値を有し、その両側の範囲でＶBが高くなっている。
例えば、Ｈ2の場合、１０（Torr）（１Torr＝１３３．３Ｐａ）、電極３２ｂと電極３２ｃ間の間隔Ｄを０．５ｃｍとしたとき、図８に示すグラフより、放電開始電圧ＶBが４００Ｖとなる。したがって、第１電力信号ＰＲ１及び第２電力信号ＰＣ１の電圧を２００Ｖより僅かに大きくすることで、差分ＰＲ１−ＰＣ１が４００Ｖを越えてプラズマ生成電圧となる。また、Ｈ2の場合、４０（Torr）、電極３２ｂと電極３２ｃ間の間隔Ｄを０．５ｃｍとしたとき、放電開始電圧ＶBは８００Ｖである。したがって、この場合、第１電力信号ＰＲ１及び第２電力信号ＰＣ１の電圧を４００Ｖより僅かに大きくすることで、差分ＰＲ１−ＰＣ１が８００Ｖを越えてプラズマ生成電圧となる。
また、図６に示すスイッチ素子３６ａの場合、ｐチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３６ｄの電圧Ｖを６００Ｖ、ｎチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３６ｉの電圧−Ｖを−１０００Ｖとすることにより、差分ＰＲ１−ＰＣ１が１６００Ｖとなる。この場合、図８のＨ2の曲線に従うと、間隔Ｄを０．５ｃｍとしたとき、放電開始電圧ＶB＝１６００Ｖを達成する圧力は１００（Torr）となる。
さらに、図７に示すスイッチ素子３６ａの場合、電圧Ｖを４０００Ｖとし、電圧−Ｖを−４０００Ｖとすると差分ＰＲ１−ＰＣ１が８０００Ｖになるので、電極３２ｂと電極３２ｃ間の間隔Ｄを０．５ｃｍとしたとき、図８に示すＨ2の曲線より、７００（Torr）まで圧力を高くしてもプラズマを生成することができる。７００（Torr）は、極めて大気圧に近い圧力（０．９１気圧）である。
このように、パワーＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子３６ａ，３６ｂに用い、差分ＰＲ１−ＰＣ１を利用することで、従来のように減圧の程度を抑えてもプラズマを安定して生成することができる。
このような第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ，ＰＣ１〜ＰＣＮを組み合わせることにより、プラズマを断続的に生成する頻度を自在に調整することができる。
【００３６】
図９は、プラズマの生成頻度とプラズマにより作られるイオン、中性分子、ラジカルの流れを説明する図である。上述した差分ＰＲｉ−ＰＣｊ（ｉ，ｊ＝１〜Ｎの整数）が定められた時間内で常時プラズマ生成電圧となる場合、中性分子や電荷したイオン、さらには、中性化したラジカル等が勢い良く貫通孔３２ａから射出される（図９中の状態Ａ）。一方、差分ＰＲｉ−ＰＣｊが定められた時間の一部分でプラズマ生成電圧となる場合、中性分子や電荷したイオン、さらには、中性化したラジカル等の射出量は状態Ａの場合に比べて少なく、その射出速度も状態Ａの場合に比べて遅い状態Ｂとなる。このようにして、成膜装置１０の成膜空間内において、中性分子、イオン、ラジカルの密度分布を変更することができる。したがって、成膜空間内の中性分子、イオン、ラジカルの現在の密度分布を知れば、この密度分布に応じて中性分子、イオン、ラジカルの射出量を変えることにより、成膜空間における中性分子、イオン、ラジカルの密度を目標とする所定の分布、例えば均一な分布にすることができる。また、本実施形態は、貫通孔３２ａのそれぞれにおいて電極対間に印加される電圧を制御できるので、第１ガスから生成されるラジカルの密度と、第２ガスから生成されるラジカルの密度を調整できる。したがって、本実施形態は、第１ガスから生成されるラジカルの密度と、第２ガスから生成されるラジカルの密度との比を、場所に拠らず一定にすることができる。
【００３７】
図１０は、第ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎの整数）の行で、第ｊ番目（ｊ＝１〜Ｎの整数）の列に位置する電極対に給電される第１電力信号ＰＲｉ及び第２電力信号ＰＣｊの一例を示す図である。第１電力信号ＰＲｉと第２電力信号ＰＣｊの電圧の切り替えのタイミングは同期している。
図１０に示す例では、０〜Ｔ1（秒）において、第１電力信号ＰＲｉと第２電力信号ＰＣｊは互いに反転信号（逆位相の関係）となっているので、電極３２ｂ，３２ｃ間には、プラズマ生成電圧５００Ｖが常時印加されることになり、その結果、貫通孔３２ａの内部空間でプラズマが生成される。一方、Ｔ1〜Ｔ2（秒）において、第１電力信号ＰＲｉと第２電力信号ＰＣｊは同じ信号（同位相の関係）となっているので、電極３２ｂ，３２ｃ間で電圧が生じずプラズマが生成されない。
このように、電極３２ｂ，３２ｃに供給される第１電力信号ＰＲｉ,ＰＣｊの信号波形を適宜組み合わせることにより、プラズマの生成頻度を自在に調整することができる。さらにいうと、第１電力信号ＰＲi,ＰＣｊは、制御信号ＬＲｉ，ＬＣｊによって定まるので、制御信号ＬＲｉ，ＬＣｊを種々変更することにより、貫通孔３２ａ内の内部空間に発生するプラズマの生成頻度を制御することができる。
【００３８】
図１１は、Ｎ2個の電極対（電極３２ｂ，３２ｃ）がＮ行×Ｎ列（Ｎは２以上の整数）で格子状に並んだプラズマ生成プレート３２の電極対ｉｊ（ｉ，ｊ＝１〜Ｎの整数）と第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲＮ，第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣＮの関係を示す図である。電極対ｉ１、電極対ｉ２，・・・電極対ｉＮ（ｉ＝１〜Ｎの整数）のそれぞれの電極３２ｂには、第１電力信号ＰＲｉが供給される。一方、電極対１ｊ、電極対２ｊ，・・・，電極対Ｎｊ（ｊ＝１〜Ｎの整数）のそれぞれの電極３２ｃには、第２電力信号ＰＣｊが供給される。
したがって、電極対ｉjにおけるプラズマ生成頻度のみを調整しようとする場合、第１電力信号ＰＲｉ，第２電力信号ＰＣｊを調整するが、この場合、調整しようとする電極対ｉｊと同じ列あるいは同じ行に位置する他の電極対におけるプラズマの生成頻度が変化しないように調整しなければならない。
下記電力信号の生成方法は、複数の貫通孔３２ａにおけるプラズマ生成頻度分布が、定めた目標プラズマ生成頻度分布になるように、第１電力信号ＰＲｉ,第２電力信号ＰＣｊを生成する方法である。この方法は、具体的には、制御ユニット３８において、予め定めた第１電力信号ＰＲｉに対して、プラズマ生成頻度分布が目標プラズマ生成頻度分布になるように第２電力信号ＰＣｊを定め、この第２電力信号ＰＣｊを生成するように制御信号ＬＣｊが生成される。このとき、予め定めた第１電力信号ＰＲｉを生成するための制御信号ＬＲｉと第２電力信号ＰＣｊを生成するための制御信号ＬＣｊがスイッチング素子３６ａ，３６ｂに送られる。上記目標プラズマ生成頻度分布は、プラズマＣＶＤ装置を用いた成膜中基板上の膜質が均一になるように設定し、制御ユニット３８内のメモリに制御信号ＬＲ１〜ＬＲＮと制御信号ＬＣ１〜ＬＣＮの時系列信号を記憶させておく。
【００３９】
（電力信号の生成方法）
図１２は、第１電力信号ＰＲｉに用いられる基本信号φ（ｔ）と、基本信号φ（ｔ）の信号値を反転した反転信号ψ（ｔ）の一例を示している。第１電力信号ＰＲｉは、基本信号φ（ｔ）と反転信号ψ（ｔ）とを、行の数分（Ｎ個）、時系列に並べて組み合わせて得られた信号である。勿論、第１電力信号ＰＲｉは、制御信号ＬＲｉによって生成された信号であるので、制御信号ＬＲｉは、第１電力信号ＰＲｉが基本信号φ（ｔ）と反転信号ψ（ｔ）とを時系列に並べた信号になるように、制御ユニット３８で作成される。
【００４０】
図１３（ａ）は、図１１に示されるプラズマ生成プレート３２においてＮ＝４とした場合における第１電力信号ＰＲ１〜４を表形式で表している。図１３（ａ）におけるｋは、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）を組み合わせて並べるときのサイクル数を示す。このサイクル数ｋは、上記Ｎの数と等しい。図１３（ａ）に従ってｋ＝１〜４の順番で、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）が時系列に並べられる。図１３（ｂ）には、図１３（ａ）に示される内容に従ってつくられる第１電力信号ＰＲ１〜４を記載している。第１電力信号ＰＲ１では、ｋ＝１〜４においてすべて基本信号φ（ｔ）が用いられる。第１電力信号ＰＲ２では、ｋ＝１において基本信号φ（ｔ）が用いられ、ｋ＝２において反転信号ψ（ｔ）が用いられ、ｋ＝３において基本信号φ（ｔ）が用いられ、ｋ＝４において反転信号ψ（ｔ）が用いられる。図１３（ｃ）は、第１電力信号ＰＲ２の波形を示している。
このように、第１電力信号ＰＲ１〜４は、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）が時系列に並べられて構成される。なお、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲ４において基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）が図１３（ａ），（ｂ）に示すように並べられるのは、後述するように、定められている第１電力信号ＰＲ１〜４に対して、第２電力信号ＰＣ１〜４を容易に定めることができるからである。この点については後述する。
【００４１】
図１４（ａ），（ｂ）は、２つの電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）に対する演算「＊」の定義を説明する図である。
すなわち、電力信号ｆ1（ｔ）と電力信号ｆ2（ｔ）が互いに反転信号の関係にあるとき反転信号の関係にある時間長さを、電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）の全時間における占有比率として定める。この占有比率が、電極３２ｂ，３２ｃに電力信号が与えられたときのプラズマ生成頻度データとなる。電力信号は、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、正のパルス及び負のパルスが一定周期で繰り返される。したがって、電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）が互いに反転信号の関係にある期間中プラズマが断続的に生成されプラズマ生成頻度が定まる。
図１４（ａ）に示すように、電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）の全時間の半分の範囲（図中の←→で示される範囲）において、電力信号ｆ1（ｔ）と電力信号ｆ2（ｔ）が互いに反転信号の関係（逆位相の関係）にあるとき、ｆ1（ｔ）＊ｆ2（ｔ）＝０．５となる。同様に、図１４（ｂ）に示すように、電力信号ｆ1（ｔ），ｆ2（ｔ）の全時間の範囲（図中の←→で示される範囲）において、電力信号ｆ1（ｔ）と電力信号ｆ2（ｔ）が互いに反転信号の関係（逆位相の関係）にあるとき、ｆ1（ｔ）＊ｆ2（ｔ）＝１．０となる。このように、「＊」を定める。
【００４２】
以上のように、電極３２ｂに印加する第１電力信号ＰＲｉを基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）を用いて生成したとき、制御目標のプラズマ生成頻度データになるように、電極３２ｃに印加する第２電力信号ＰＣｊを生成する。このとき、第２電力信号ＰＣｊを生成するために、後述するように方程式を用いるが、方程式を解いて算出すべき第２電力信号ＰＣｊを第１電力信号ＰＲｉと同様にサイクル数ｋ＝１〜４に分けて図１５に示すように表す。ここで、ｎ1（ｊ，ｔ），ｎ2（ｊ，ｔ），・・・，ｎ4（ｊ，ｔ）（ｊ＝１〜Ｎの整数）が求めるべき信号になる。
【００４３】
ここで、制御目標のプラズマ生成頻度分布として定められるプラズマ生成頻度データをρ(ｉ，ｊ)としたとき、第１電力信号ＰＲｉ，第２電力信号ＰＣｊに、上記「＊」の演算を施したとき、ｊ＝１におけるプラズマ生成頻度データρ（１，１）〜ρ（４，１）は、図１６（ａ）に示すように表される。一般的には、プラズマ生成頻度データρ（ｉ，ｊ）は、図１６（ｂ）に示すように表される。
ここで、任意のｎk（ｊ，ｔ）に対して、図１７に示す式のような関係式が成立するので、この関係式を用いて、図１６（ａ）に示す式を変形して、図１８（ａ）に示す式のように表される。図１８（ａ）に示す式は、ｊ＝１における式であるが、ｊ＝２〜４においても同様に表すことができる。
図１８（ａ）に示す式を整理することにより、図１８（ｂ）に示すように行列を用いて表すことができる。したがって、図１８（ｂ）に示す式の左辺の行列の逆行列を用いて、図１８（ｃ）に示すような式で表すことができる。ここで、図１８（ｂ）に示す行列は、アダマール行列であるので、逆行列を容易に求めることができ、図１８（ｃ）に示す式に容易に到達できる。図１８（ｃ）に示す式は、ｊ＝１の場合であるが、ｊ＝２〜４においても同様な式が成り立つ。図１８（ｄ）は、ｊ＝１〜４における一般的な式を示している。
こうして、図１８（ｄ）に示す左辺のベクトルの各要素の値が得られると、基本信号φ（ｔ）は既知であるので、φ（ｔ）＊ｎk（ｊ，ｔ）（ｋ＝１〜４の整数）の値からｎk（ｊ，ｔ）を算出することができる。
【００４４】
このように、本実施形態では、基本信号φ（ｔ）の一方を１、反転信号ψ（ｔ）を−1の符号とし、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）の並びの順番に上記１、−１の符号を行列要素として順次定めて列方向に書き下し、かつ、複数の行のそれぞれの給電線（第１電力線路）３２ｉに供給する第１電力信号ＰＲｉを、複数の行毎に行方向に書き下して行列で表したとき、この行列は、アダマール行列となる。
本実施形態では、Ｎ＝２m（ｍは自然数）とし、第２電力信号ＰＣｊを算出する方程式において形成される行列（図１８（ｂ）の右辺の行列）がアダマール行列になるように、第１電力信号ＰＲｉの基本信号φ（ｔ）と反転信号ψ（ｔ）を並べたが、図１８（ｂ）に示す方程式において形成される行列はアダマール行列でなくてもよく、少なくとも行列の逆行列が得られるような行列であればよい。例えば、本実施形態では、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）を用いて上記行列がアダマール行列となるようにして、得られる方程式が解かれるが、基本信号φ（ｔ）及び反転信号ψ（ｔ）を用いて、周知のＰＮ符号により形成されるＰＮ符号化信号を用い、サイクル数ｋが変わる毎にＰＮ符号化信号を巡回的に１ビットずつずらした信号を用いることもできる。
【００４５】
制御ユニット３８は、図１８（ｄ）に示す式を解き、ｎk（ｊ，ｔ）を算出することで、図１５に示す式に従った第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣ４を定め、この第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣ４を生成するような制御信号ＬＣ１〜ＬＣ４を生成する。制御ユニット３８は、この制御信号ＬＣ１〜ＬＣ４をスイッチ素子３６ｂに送る。これにより、プラズマ生成ユニット１８は、第２電力信号ＰＣ１〜ＰＣ４を電極３２ｃに印加する。このとき、制御ユニット３８は、同時に、図１３（ｂ）に示す第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲ４を生成するように生成された制御信号ＬＲ１〜ＬＲ４をスイッチ素子３６ａに送る。これにより、プラズマ生成ユニット１８は、第１電力信号ＰＲ１〜ＰＲ４を電極３２ｃに印加する。
【００４６】
図１９（ａ），（ｂ）、図２０（ａ），（ｂ）、及び図２１（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ生成プレート３２において貫通孔３２ａが２７個×２７個設けられた場合の各Ｘ方向（図３参照）に沿った貫通孔３２ａのそれぞれに与える電力（中央で規格化）とそのとき成膜用基板２４の上方におけるラジカル密度（シミュレーション計算）の分布を示す図である。ラジカル密度は、成膜用ガスとして、シランガスと水素ガスを用いた。図１９（ａ），（ｂ）及び図２０（ａ），（ｂ）に示す例は、すべての貫通孔３２ａにシランガスと水素ガスの混合ガスを供給してプラズマを作り、ＳｉＨ3ラジカルとＨラジカルを生成した例である。図２１（ａ），（ｂ）に示す例は、図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、貫通孔３２ａに供給するシランガス及び水素ガスを別々に分けて千鳥配列状にシランガスおよび水素ガスを供給した例である。貫通孔３２ａの番号１４の位置が、プラズマ生成プレート３２の中央部である。
【００４７】
図１９（ａ）に示すように、貫通孔３２ａに均一な電力を与えた場合、ＳｉＨ3ラジカルとＨラジカルの密度分布は、凹状の分布を示し、しかも、中央部から外れた側部では、ＳｉＨ3ラジカルの密度に対するＨラジカルの密度の比が中央部に比べて低くなる場合がある。したがって、この場合、成膜用基板２４の中央部に比べて側部における微結晶シリコンの結晶性は低下し、膜質が均一でなくなる。
このため、図２０（ａ）に示すように、貫通孔３２ａの中央部が高くなるように貫通孔３２ａに与える電力の分布を凸状にする。しかし、この場合、ＳｉＨ3ラジカルの密度分布は均一になるが、Ｈラジカルの密度分布は依然として凸形状である場合がある。したがって、この場合、成膜用基板２４の中央部に比べて側部における微結晶シリコンの結晶性は低下し、膜質は依然として均一でない。
【００４８】
一方、図２１（ａ），（ｂ）に示す例では、貫通孔３２ａに供給する成膜用ガスを隣接する貫通孔３２ａとの間で分けて貫通孔３２ａに供給する。このため、図２１（ａ）に示すように、電力の分布を隣り合う貫通孔間でジグザグに変動させることにより、図２１（ｂ）に示すように、ＳｉＨ3ラジカルの密度分布とＨラジカルの密度分布を均一にすることができる。したがって、貫通孔３２ａの位置に拠らず、ＳｉＨ3ラジカルの密度に対するＨラジカルの密度の比が常に一定になる。その結果、成膜される微結晶シリコンの結晶性は場所に拠らず一定になり、均一な膜質を有する微結晶シリコンを形成することができる。
【００４９】
以上のように、本実施形態では、成膜容器内に導入された少なくとも２種類の成膜用ガスを用いて成膜するとき、ガス供給機構４４を用いて、貫通孔３２ａのそれぞれに、成膜用ガスのいずれか１種類のガスを供給することにより、それぞれの成膜用ガスを用いたプラズマを貫通孔の内部空間で生成して、ラジカルを生成することができるので、ラジカルの密度を個別に調整することができる。したがって、成膜用基板に形成される膜の膜質（例えば結晶性）を場所に拠らず一定にすることができる。勿論、貫通孔３２ａに供給する電力を調整して成膜空間におけるラジカルの密度を調整することができるので、成膜速度も場所に拠らず一定にすることができ、成膜用基板に形成される膜は均一な膜厚を有する。
【００５０】
また、本実施形態では、成膜用ガスは２種類であるとき、貫通孔３２ａは、プラズマ生成プレート３２に２次元的に配列され、貫通孔３２ａに供給される成膜用ガスの種類は、隣接する貫通孔に供給される成膜用ガスの種類と異なるようにできるので、ラジカルの密度の比を場所に拠らず効率よく一定に維持することができる。この結果、成膜用基板に形成される膜の膜質（例えば結晶性）をより効率よく一定にすることができる。
【００５１】
ガス供給機構４４は、プラズマ生成ユニットの上方に成膜用ガスそれぞれの第１ガス供給室４０及び第２ガス供給室４２が成膜用ガス毎に設けられ、第１ガス供給室４０は、貫通孔３２ａとガス管４４ａを通して接続される。このため、２種類の成膜用ガスが混合されること無く、貫通孔３２ａに供給される。したがって、成膜用ガスから生成されるラジカルの密度の比を、場所に拠らず一定に維持することができ、成膜用基板に形成される膜の膜質（例えば結晶性）をより効率よく一定にすることができる。
【００５２】
（変形例１）
本実施形態では、第１電力信号ＰＲｉ，ＰＣｊの波形を図２２（ａ）に示すように、プラスの電圧とマイナスの電圧との間で電圧がシフトする際、急激に変化する波形を用いて説明したが、より詳細には、図２２（ｂ）に示すように、プラスの電圧とマイナスの電圧との間で電圧がシフトする際、一端電圧が０になった後、マイナスの電圧あるいはプラスの電圧にシフトすることが実用上好ましい。図２２（ｂ）に示すような波形を用いた場合、図６に示すＭＯＳＦＥＴを用いたスイッチ素子では、上部電源３４ａと下部電源３４ｂの電圧Ｖ及び電圧−Ｖの間に大電流が流れてスイッチ素子３６ａ，３６ｂを破損する可能性が少ない。
【００５３】
（変形例２）
本実施形態では、電極３２ｂ，３２ｃは、プラズマ生成プレート３２の両側の面に沿って配されたマイクロストリップ線路を通して、電源３４と接続されている。さらに、プラズマ生成プレート３２は、図４（ａ）に示すように、両側に設けられた誘電体プレート３２ｅ，３２ｇと、誘電体プレート３２ｅ，３２ｇが挟むように設けられた接地された導体層３２ｆと、を有する形態である。しかし、図２３に示すように、マイクロストリップ線路からなる給電線３２ｉ，３２ｊに代えて、セミリジッド同軸ケーブルからなる給電線３２ｉ，３２ｊを用いることもできる。例えば、貫通孔３２ａが設けられた２つの絶縁体基板の表面近傍に、表面に沿ってＮ本平行に給電線３２ｉ，３２ｊをそれぞれ設け、この後、２つの絶縁体基板を、給電線３２ｉと給電線３２ｊの向きが互いに直交し、給電線３２ｉと給電線３２ｊの位置が外側を向くように、貼り付けることで、プラズマ生成プレート３２を作製することができる。給電線３２ｉ，３２ｊは、給電線３２ｉ，３２ｊに合わせて形成された溝を有する誘電体板で表面が覆われることで、給電線３２ｉ，３２ｊは、プラズマ生成プレート３２内部に設けられる。
この場合、給電線３２ｉ，３２ｊと電極３２ｂ，３２ｃとの接続のために、セミリジッド同軸ケーブルの外部導体の一部を剥がして接続させる。また、外部導体は接地導体になるので、プラズマ生成プレート３２に、図４（ａ）に示すような接地された導体層３２ｆを設けなくてよい。このため、プラズマ生成プレート３２の構造が簡素化される。
【００５４】
（変形例３）
図７に示すスイッチ素子３６ａの構成の他に、ＭＯＳＦＥＴ３６ｈのゲート端子とソース端子との間の電圧を０〜３０Ｖで制御するように構成し、ソース端子にかかる電圧に上記０〜３０Ｖの電圧を加算してゲート端子へ出力するブースト回路が用いられる。この場合、ＭＯＳＦＥＴ３６ｉのゲート端子の制御信号と、ＭＯＳＦＥＴ３６ｈのゲート端子の制御信号との間にブースト回路の処理遅延に起因して位相差が生じないように調整される。
【００５５】
以上、本発明の成膜装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態および変形例に限定されず、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。
【符号の説明】
【００５６】
１０  成膜装置
１２  成膜本体部
１４  第１ガス源
１５  第２ガス源
１６  排気ユニット
１８  プラズマ生成ユニット
２０  成膜容器
２２  サセプタ
２４  成膜用基板
２６  載置面
２８，２９  供給口
３０  排気口
３２  プラズマ生成プレート
３２ａ  貫通孔
３２ｂ，３２ｃ  電極
３２ｄ，３２ｅ，３２ｇ，３２ｈ  誘電体層
３２ｆ  導体層
３２ｉ．３２ｊ  給電線
３２ｋ，３２ｌ  抵抗体
３２ｍ  誘電体
３４  電源
３４ａ  上部電源
３４ｂ  下部電源
３６，３６ａ，３６ｂスイッチ素子
３６ｃ  ゲート駆動回路
３６ｄ，３６ｅ，３６ｈ，３６ｉ  ＭＯＳＦＥＴ
３６ｆ、３６ｇ  抵抗体
３６ｊ  トランス
３８  制御ユニット
４０  第１ガス供給室
４２  第２ガス供給室
４４  ガス供給機構
４４ａ  ガス管
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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