(57)【要約】  【課題】大きな基板に欠陥が極めて少ない一様な薄膜を形成することのできる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供する。  【解決手段】電磁波を用いてプラズマを生成することにより、基板に所望の薄膜を形成するＣＶＤ装置１０において、棒状の導電体からなるアンテナ素子２２が、複数個平行かつ面状に配置されたアレイアンテナ２３と、これらのアンテナ素子２２から電磁波を放射させる高周波発振器３２と、高周波発振器３２からの信号をパルス変調するパルス変調器３０と、を有する。【選択図】図２
2006179691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を用いてプラズマを生成することにより、基板に所望の薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
棒状の導電体を有するアンテナ素子が、複数個平行かつ面状に配置されたアレイアンテナと、
これらのアンテナ素子から電磁波を放射させる信号を生成する高周波発振器と、
前記高周波発振器からの信号をパルス変調するパルス変調器と、を有することを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、表面が誘電体で覆われている請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
電磁波を用いてプラズマを生成することにより、基板に所望の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
棒状の導電体を有するアンテナ素子を複数個平行かつ面状に配置したアレイアンテナに給電して電磁波を放射させるステップと、
電磁波を放射させる際、前記アンテナ素子へ給電する信号をパルス変調して、電磁波の放射を断続的に行うステップと、を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関し、例えば、半導体、太陽電池等の大型の基板あるいは液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの大型のガラス基板等に薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、需要の拡大しつつある低温ポリシリコンＴＦＴ液晶等に代表される平面型表示装置（以降、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）という）は、表示サイズが急激に拡大しつつある。このＦＤＰでは、ガラス基板上にアクティブマトリクス素子としてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が形成されるが、その際、大型のガラス基板に欠陥が極めて少ない一様な薄膜を形成する必要がある。このような薄膜の形成は、チャンバ内に原料ガスを導入してプラズマを生成し、原料ガスを活性化させて大型のガラス基板に堆積させる薄膜形成装置が用いられる。すなわち、プラズマ放電中の反応を用いたプラズマＣＶＤと呼ばれるＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced CVD）が用いられる。このＰＥＣＶＤでは、放電中、チャンバ内の原料ガスは衝突により相互に活性化されラジカルとなり、熱的励起のみによっては不可能な低温下での反応が可能になり、基板上に薄膜を形成することができる。
【０００３】
非特許文献１には、棒状電極の誘電体バリア放電を用いたプラズマリアクターが開示されている。この文献では、プラズマリアクターを薄膜の形成に用いることを想定している。
一方、特許文献１は、対向する一対の電極板に高周波電力を給電することで、容量結合方式でプラズマを生成する装置が開示されている。この装置では、一対の電極板にパルス変調方式で高周波電力を給電する。
また、特許文献２も、特許文献１と同様に、パルス変調方式で高周波電力を一対の電極板に給電する装置を開示している。
【０００４】
【非特許文献１】“Numerical simulations of microwave plasma reactor for diamond CVD ”, Surface and coatings technology 74/75(1995),pp.221-226
【特許文献１】特開平８−１８１１２５号公報
【特許文献２】特開２００２−９３７２１号公報
【０００５】
ところで、低温ポリシリコンＴＦＴ液晶等に代表される平面型表示装置の製造に際しては、熱酸化等の高温処理を行えないため、ＰＥＣＶＤが一般に用いられる。しかし、このＰＥＣＶＤでは、すでに形成された薄膜が、プラズマから飛び出す荷電粒子によりダメージを受けて欠陥を作ることが多い。このため、プラズマを用いてＣＶＤを行う非特許文献１や特許文献１，２に開示される装置において、大きな基板に欠陥が極めて少ない一様な薄膜を形成することは難しく、所望のＴＦＴ性能が得られないといった問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、大きな基板に欠陥が極めて少ない一様な薄膜を形成することのできる薄膜形成装置及び薄膜形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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、電磁波を用いてプラズマを生成することにより、基板に所望の薄膜を形成する薄膜形成装置であって、棒状の導電体を有するアンテナ素子が、複数個平行かつ面状に配置されたアレイアンテナと、これらのアンテナ素子から電磁波を放射させる信号を生成する高周波発振器と、前記高周波発振器からの信号をパルス変調するパルス変調器と、を有することを特徴とする薄膜形成装置を提供する。
【０００８】
その際、前記アンテナ素子は、表面が誘電体で覆われていることが好ましい。
【０００９】
また、本発明は、電磁波を用いてプラズマを生成することにより、基板に所望の薄膜を形成する薄膜形成方法であって、棒状の導電体を有するアンテナ素子を複数個平行かつ面状に配置したアレイアンテナに給電して電磁波を放射させるステップと、電磁波を放射させる際、前記アンテナ素子へ給電する信号をパルス変調して、電磁波の放射を断続的に行うステップと、を有することを特徴とする薄膜形成方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の薄膜形成装置は、棒状の導電体からなるアンテナ素子が複数個平行かつ面状に配置され、これらのアンテナ素子から電磁波を放射させる高周波発振器と、高周波発振器からの信号をパルス変調するパルス変調器とを備え、パルス変調された高周波信号によりアンテナ素子から電磁波を放射してプラズマを生成するので、従来に比べて、大きな基板に欠陥が極めて少ない一様な薄膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法を詳細に説明する。
図１は、本発明の薄膜形成装置の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す平面図であり、図２は、このＣＶＤ装置の装置構成を説明する図である。
【００１２】
図１，２に示すＣＶＤ装置１０は、装置本体として、金属製のチャンバ１２と、このチャンバ１２内に設けられるガラス基板１４を載置する基板台１６と、チャンバ１２に導入する原料ガスの導入口１８と、チャンバ１２から残留する原料ガス等を排出する排出口２０と、基板台１６に対向するように、棒状の導電体からなる複数のアンテナ素子２２とを有する。基板台１６には、図示されない成膜温度調整用ヒータが設けられている。
原料ガスとして供給されるガスは、成膜の種類によって変わるが、例えば、低温ポリシリコンＴＦＴ液晶の場合、シリコン膜の作製に際してはシランガスが、またゲート絶縁膜の作製に際してはＴＥＯＳがよく用いられる。
【００１３】
複数のアンテナ素子２２は、互いに平行にかつ平面状に配置されて、モノポールアンテナからなるアレイアンテナ２３を形成する。このアレイアンテナ２３は、基板台１６に載置される基板１４に対して平行に設けられる。モノポールアンテナであるアンテナ素子２２は、図１に示すように隣接するアンテナ素子２２と互いに逆方向にチャンバ１２内の壁面から突出しており、給電方向が逆向きとなっている。これらのアンテナ素子２２は、それぞれ、マッチングボックス（ＭＢ）である整合器２４と接続され、整合器２４を介して電力分配器２６に接続されている。
【００１４】
各アンテナ素子２２は、電気伝導率の高い導体からなる棒状（パイプであってもよい）を成し、使用する高周波の波長λの（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数である）の長さをモノポールアンテナであるアンテナ素子の放射長さとする。各アンテナ素子２２の表面は、石英チューブ等の誘電体で被覆されている。棒状の導体を誘電体で被覆することで、アンテナ素子２２としての容量とインダクタンスを調整することができ、これにより、アンテナ素子２２の突出方向に沿って高周波電流を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。
【００１５】
このように誘電体で覆われたアンテナ素子２２は、チャンバ１２の内壁に開けた開口に電気的に絶縁して取り付けられており、高周波電流供給端の側が、同軸ケーブルの芯線に接続されている。また、チャンバ２２の内壁面は接地されている。
【００１６】
一方、アンテナ素子２２と整合器２４を介して接続された電力分配器２６は、電力増幅器２８と接続され、電力増幅器２８は、パルス変調器３０、さらには高周波発振器３２に接続されている。すなわち、高周波発振器３２にて生成された所定の高周波信号をパルス変調器３０を用いてパルス変調し、この変調された高周波信号を増幅して、電力増幅器２６、整合器２４を介してアンテナ素子２２に給電する。
高周波発振器３２における発振周波数は、基板サイズによって異なるが、例えば４０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの周波数であり、パルス変調の周波数は、成膜する種類によって異なるが、例えば１０ＫＨｚ〜１ＭＨｚである。
【００１７】
このような薄膜形成装置１０では、以下のように薄膜形成が行われる。
図１，２において、チャンバ１２内に導入口１８から原料ガスを送り込み、一方、排出口２０に接続した図示されない真空ポンプを作動させて通常１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の真空雰囲気にチャンバ２２を設定する。この状態でアンテナ素子２２に高周波信号を用いて給電することで、アンテナ素子２２の周囲には磁場および電場を発生させ、アンテナ素子２２から周囲に電磁波が放射され、チャンバ１２内に供給された原料ガスが励起されてラジカルをつくる。
その際、高周波信号はパルス変調器３０によりパルス変調されて、高周波信号が各アンテナ素子２２に供給され、電磁波がパルス状に断続的に生成される。図３（ａ）は高周波発振器３２で生成される高周波信号の一例を示す図であり、図３（ｂ）はパルス変調のためのパルス変調信号の一例を示す図であり、図３（ｃ）はパルス変調された高周波信号の一例を示す図である。
【００１８】
本願発明におけるプラズマ励起周波数は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯であり、一般的な容量結合型プラズマに対して数倍から数十倍高い。このため、プラズマ中への電磁波の浸透する深さは浅く、プラズマ生成領域は限定される。
従来の電極板間に高周波信号を印加してプラズマを生成する容量結合型のプラズマ生成方式では、生成されるプラズマの特性が電極板の面積及び電極板間の間隔等の幾何学的寸法に強く依存するため、プラズマの特性（電子密度、荷電粒子の温度分布等）を調整する自由度は小さく、プラズマの生成領域を制御することができない。このため、プラズマ中の荷電粒子が電極板から力を受けて、電極板間に置かれた基板上の薄膜に衝突して欠陥をつくり易い。
【００１９】
一方、本願発明のように、ダイポールアンテナである、誘電体で覆われたアンテナ素子２２を用いた電磁波結合型のプラズマ生成方式は、容量結合型のような独立した陰極を必要としないため、基板の位置を自在に設定することができる。すなわち、基板に向けて到来する荷電粒子の衝突を最小限にするように、基板の配置位置を最適化することができる。さらに、上述したように、生成されるプラズマは、高周波信号の周波数を高くすることで、アンテナ素子２２の周辺（図２に示す斜線領域）に局在化させることができるので、プラズマを基板から離れたところに局在させて生成することで、荷電粒子が基板に到来して薄膜に衝突する可能性は少なくなる。
こうして、本願発明の薄膜形成方法では、欠陥の少ない均一な薄膜を形成することができる。
さらに、アンテナ素子２２への給電をパルス変調させることによりプラズマは間欠的に放電するが、放電状態から非放電状態に移行する際、ラジカルの残存時間が荷電粒子の残存時間より長いため、成膜に寄与するラジカル密度をあまり下げることなく、プラズマダメージの要因となる荷電粒子を低下させ、結果として膜欠陥を低下させることができる。
【００２０】
図１，２に示すプラズマＣＶＤ装置において、パルス変調した高周波信号を給電した場合と、パルス変調しない高周波信号を給電した場合とで、作製したＳｉＯ2膜の欠陥密度を測定した。原料ガスとしてＴＥＯＳを用い、４０Ｐａ雰囲気とし、高周波信号の周波数は１６０ＭＨｚとし、パルス変調は１ＫＨｚとした。このときのパルス変調時の欠陥密度（界面準位密度）は６×１０11／ｅＶｃｍ2であり、この密度は、パルス変調しない場合の欠陥密度１×１０12／ｅＶｃｍ2に対して半分であった。
【００２１】
このように欠陥のない均一な薄膜を形成することができる。
【００２２】
以上、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形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。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の薄膜形成装置の一実施形態であるプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す平面図である。
【図２】図１に示すＣＶＤ装置の装置構成を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図１，２に示すＣＶＤ装置にて生成される高周波信号、パルス信号、パルス変調された高周波信号の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００２４】
１０  ＣＶＤ装置
１２  チャンバ
１４  基板
１６  基板台
１８  導入口
２０  排出口
２２  アンテナ素子
２３  アレイアンテナ
２４  整合器
２６  電力分配器
２８  電力増幅器
３０  パルス変調器
３２  高周波発振器
【図１】
2006179691.tif 000003
【図２】
2006179691.tif 000004
【図３】
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