(57)【要約】【課題】  大面積基板に均一な膜厚及び膜質分布で成膜できるプラズマ処理方法及び装置を提供する。【解決手段】  電極の離間した複数の位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給する高周波電力供給手段が設けられ、複数のパルス変調された高周波電力をそれぞれ電極表面上に全体的に伝播するように構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽内に、大面積基板を載置する基板ホルダーと、前記基板ホルダーに対向する電極と、前記真空槽内にガスを導入する手段とを設け、また前記電極の離間した複数の位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給する高周波電力供給手段を設け、前記複数のパルス変調された高周波電力をそれぞれ前記電極表面上に全体的に伝播するように高周波電力供給手段が構成されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記高周波電力の周波数が１３ＭＨｚ乃至３０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記高周波電力供給手段が、前記複数のパルス変調された高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高周波電力を供給する位置が電極端部から調整可能な距離(Ka、Kb)離間していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記パルス変調の出力デューティー比が３０％乃至７０％の範囲にあることを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記高周波電力を供給する位置が前記電極上の離間した二つの位置であり、前記二つの位置にそれぞれ供給される前記高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°であることを特徴とする請求項1〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記高周波電力供給手段が、二つの高周波電源と、それぞれの高周波電源の高周波電力をパルス変調ししかも高周波電力の相対的な位相差が所定値となるように位相制御するパルス発振器とを備えている請求項６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記パルス発振器は、各高周波電源からの高周波電力が互いに干渉しないような時間分割した二種類のパルス変調出力となるようにする分割パルス変調機能を備えている請求項7に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記高周波電力を供給する位置が前記電極上の離間した四つの位置であり、前記四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置にそれぞれ供給される前記高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°であることを特徴とする請求項1〜５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記高周波電力供給手段が、四つの高周波電源と、各高周波電源の高周波電力をパルス変調し、しかも前記電極上の離間した四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置に供給される高周波電力が互いに干渉しないような時間分割した二種類のパルス変調出力を発生するように構成した一つのパルス発振器とを備えている請求項9に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記パルス変調の周波数が１ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項1〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
真空槽内に大面積基板を載置する基板ホルダーと前記基板ホルダーに対向する電極を設け、前記真空槽内にガスを導入し、前記電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、前記電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を前記電極表面上に全体的に伝播させプラズマを発生させて、前記大面積基板上に処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１３】
前記高周波電力の周波数が１３ＭＨｚ乃至３０ＭＨｚの範囲にあることを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１４】
前記複数のパルス変調された高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記高周波電力を供給する前記電極上の位置を調整することを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１６】
前記パルス変調の出カデューティー比を３０％乃至７０％の範囲で調整することを特徴とする請求項１４又は１５に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１７】
前記高周波電力を供給する位置が前記電極上の離間した二つの位置であり、前記二つの位置にそれぞれ供給される前記高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°となるように高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１８】
前記高周波電力を供給する位置が前記電極上の離間した四つの位置であり、前記四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置にそれぞれ供給される前記高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°となるように高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項１９】
前記パルス変調の周波数を１ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚの範囲で調整することを特徴とする諸求項１２〜１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項２０】
真空槽内に、大面積基板を載置する基板ホルダーと前記基板ホルダーに対向する電極を設け、前記真空槽内に成膜ガスを導入し、前記電極に離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、前記電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を前記電極表面上に全体的に伝播させプラズマを発生させて、前記大面積基板上に処理を行うことを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項２１】
前記パルス変調の周波数を調整することにより前記大面積基板上に堆積する薄膜の膜質を制御することを特徴とする請求項２０に記載のプラズマＣＶＤ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に液晶分野で用いられる大面積基板に対し成膜、エッチングあるいは表面改質を行うのに適したプラズマ処理方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、大画面で高品質で低価格の液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスディスプレイパネルの需要が増大し、それらの生産に用いられるマザーガラスの基板サイズの大型化が加速している。それに伴い、基板上にデバイスを製作する工程において、プラズマを周いた成膜、エッチング、表面改質等の処理工程では、処理面積の大型化と処理性能の面内均一性が重要な課題とされている。
【０００３】
このようなプラズマ処理の現状について、プラズマＣＶＤによる成膜を例に説明する。
基板上に堆積される薄膜としては、代表的にはアモルファスシリコン（ａ―Ｓｉ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＯｘＮｙ）、ｎドープアモルファスシリコン（ｎ＋ａ―Ｓｉ）を拳げることができる。
【０００４】
これらの薄膜を基板上に形成する場合、プラズマＣＶＤ装置においては、高周波電力を用いてガスをプラズマ化する。しかし、高周波電力を供給する電極の大きさが大きくなればなるほど電極上で発生する定在波が電界強度分布、ひいてはプラズマ密度の面内均一性に影響し、堆積膜の膜厚の不均一性の悪化を招くことが知られている。
【０００５】
同時に、使用する基板の大きさが大きくなるほど、電極の大きさも大きくなり、電極及び基板ホルダーの配置される真空槽も大きくなり、プラズマに供給される高周波電力も大きくなるが、電極の真空槽に対する相対的な大きさは小さくされるため、基板を載置する基板ホルダーから真空槽壁を介して接地電位へ流れる電流分布のプラズマヘの影響が無視できなくなることも知られている。
【０００６】
このような問題点を解決するため、従来、高周波電力を供給する電極を中心部と周辺部とに分割し、電極の中心部と周辺部における電極と基板ホルダーとの距離を調節可能にしてプラズマ分布を調節し、膜厚分布を均一化するようにしたプラズマＣＶＤ装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、電極を複数の小電極に分割して、分割した電極の境界部分において電極と基板ホルダーとの距離が連続となるようにし、また各小電極に供給する高周波電力を調整し、それにより膜厚分布を均一化するようにしたプラズマ処理装置も従来提案されている（特許文献２参照）。
【０００８】
しかし、特許文献１に記載された装置では、電極の中心部と周辺部との境界が不連続であるために、プラズマが不安定となり、薄膜を均一に形成することができないという問題がある。
【０００９】
また、電極間の境界面には反応生成物が付着、剥離し易く、そのため装置内のパーティクルの発生源となり、異常放電の発生源ともなり、その結果製品の歩留まりを低下させるという問題もある。
【００１０】
そこで、本発明者らは、先に、電極の複数の部位に高周波電力を供給すると共に、電極と基板ホルダーとの距離が少なくとも周辺部において連続的に変化するような形状に電極の基板ホルダーに対向する面を構成すること、及び真空槽内の成膜圧力を電極の基板ホルダーに対向する面の形状に応じて設定することを提案した(特許文献３参照)。これにより、基板上において成膜ガスを均一にプラズマ化させることができ、反応生成物の均一な膜厚の薄膜を形成することができるようになった。
【特許文献１】特開平１０−２８９８８１号公報
【特許文献２】特開２００３−６８６５１号公報
【特許文献３】特願２００４−３１５７１４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、特許文献１及び特許文献２に記載された発明における、電極の中心部と周辺部との境界が不連続であるために、プラズマが不安定となり、薄膜を均一に形成することができないという問題やまた、電極間の境界面には反応生成物が付着、剥離し易く、そのため装置内のパーティクルの発生源となり、異常放電の発生源ともなり、その結果製品の歩留まりを低下させるという問題を、先に提案した発明と異なる概念に基づき解決しようとするものである。
【００１２】
これらの課題はプラズマＣＶＤによる成膜に限られる問題ではなく、プラズマを利用するエッチングや表面改質のプロセスにおいても共通の課題である。
【００１３】
そこで、本発明は、従来技術に伴うこのような問題点を解決して、大面積基板に均一なプラズマ処理を実施できるプラズマ処理方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の第1の発明によるプラズマ処理装置は、真空槽内に、大面積基板を載置する基板ホルダーと、基板ホルダーに対向する電極と、真空槽内にガスを導入する手段とを設け、また電極の離間した複数の位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給する高周波電力供給手段を設け、複数のパルス変調された高周波電力をそれぞれ電極表面上に全体的に伝播するように高周波電力供給手段が構成されることを特徴としている。
【００１５】
本発明の第1の発明によるプラズマ処理装置おいては、高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ乃至３０ＭＨｚの範囲内であり得る。
【００１６】
また、高周波電力供給手段は、複数のパルス変調された高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整する手段を備え得る。
【００１７】
さらに、高周波電力を供給する位置は電極端部から調整可能な距離(Ka、Kb)離間して設定される。
【００１８】
好ましくは、パルス変調の出力デューティー比は３０％乃至７０％の範囲にあり得る。
【００１９】
本発明の一実施の形態では、高周波電力を供給する位置は電極上の離間した二つの位置であり、二つの位置にそれぞれ供給される前記高周波電力のパルス変調の相対的な位相差は１８０°である。この場合、高周波電力供給手段は、二つの高周波電源と、それぞれの高周波電源の高周波電力をパルス変調し、しかも高周波電力の相対的な位相差が所定値となるように位相制御する一つのパルス発振器とを備えて構成され得る。パルス発振器は、二つの高周波電源の高周波電力が互いに干渉しないような時間分割した二種類のパルス変調出力となるようにする分割パルス変調機能を備えて構成され得る。
【００２０】
本発明の別の実施の形態では、高周波電力を供給する位置は電極上の離間した四つの位置であり、四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置にそれぞれ供給される高周波電力のパルス変調の相対的な位相差は１８０°である。この場合には、高周波電力供給手段は、四つの高周波電源と、各高周波電源の高周波電力をパルス変調し、しかも前記電極上の離間した四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置に供給される高周波電力が互いに干渉しないような時間分割した二種類のパルス変調出力を発生するように構成した一つのパルス発振器とを備えて構成され得る。
【００２１】
本発明の第1の発明によるプラズマ処理装置おいては、パルス変調の周波数は１ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚの範囲にあり得る。
【００２２】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法は、真空槽内に大面積基板を載置する基板ホルダーと基板ホルダーに対向する電極を設け、真空槽内にガスを導入し、電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、前記電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を電極表面上に全体的に伝播させプラズマを発生させて、前記大面積基板上に処理を行うことを特徴としている。
【００２３】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法では、高周波電力の周波数は１３ＭＨｚ乃至３０ＭＨｚの範囲に設定され得る。
【００２４】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法では、複数のパルス変調された高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が調整され得る。
【００２５】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法では、高周波電力を供給する電極上の位置が調整され得る。
【００２６】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法では、パルス変調の出カデューティー比は３０％乃至７０％の範囲で調整され得る。
【００２７】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法の一実施形態では、高周波電力を供給する位置が電極上の離間した二つの位置であり、二つの位置にそれぞれ供給される高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°となるように高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整する。
【００２８】
別の実施形態においては、高周波電力を供給する位置は電極上の離間した四つの位置であり、これら四つの位置のうち左右又は上下に相対した二つの位置にそれぞれ供給される高周波電力のパルス変調の相対的な位相差が１８０°となるように高周波電力のパルス変調の相対的な位相差を調整する。
【００２９】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法では、パルス変調の周波数は１ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚの範囲で調整され得る。
【００３０】
本発明の第３の発明によるプラズマＣＶＤ方法は、真空槽内に、大面積基板を載置する基板ホルダーと基板ホルダーに対向する電極を設け、真空槽内に成膜ガスを導入し、電極に離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を電極表面に全体的に伝播させプラズマを発生させて、大面積基板上に処理を行うことを特徴としている。
【００３１】
本発明の第３の発明によるプラズマＣＶＤ方法では、パルス変調の周波数を調整することにより大面積基板上に堆積する薄膜の膜質を制御する。
【００３２】
本明細書において、用語“大面積基板”は、縦横の長さ１ｍ×１ｍ以上、長辺又は長径の長さが１ｍ以上のサイズをもつ任意の形状の基板を意味するものとする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の第1の発明によるプラズマ処理装置おいては、複数のパルス変調された高周波電力をそれぞれ電極表面上に全体的に伝播するように高周波電力供給手段が構成しているので、電極と基板ホルダーとの間の良好な電界強度分布を得ることができ、基板上に均一なプラズマを発生させることができ、大面積基板に対して均一なプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を提供することができるようになる。
【００３４】
本発明の第２の発明によるプラズマ処理方法おいては、電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、前記電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を電極表面上に全体的に伝播させプラズマを発生させて、前記大面積基板上に処理を行うように構成しているので、電極と基板ホルダーとの間の良好な電界強度分布を得ることができ、縦横の長さが１ｍ×１ｍ以上の大面積基板上に均一なプラズマを発生させることができ、均一なプラズマ処理を行うことができるようになる。
【００３５】
本発明の第３の発明によるプラズマＣＶＤ装置おいては、真空槽内に、大面積基板を載置する基板ホルダーと基板ホルダーに対向する電極を設け、真空槽内に成膜ガスを導入し、電極に離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を供給して、電極上の離間した位置に複数のパルス変調された高周波電力を電極表面上に全体的に伝播させプラズマを発生させて、大面積基板上に処理を行うように構成しているので、電極と基板ホルダーとの間の良好な電界強度分布を得ることができ、基板上において成膜ガスを均一にプラズマ化させることができ、反応生成物を大面積基板上に均一に成膜させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置を示す。図１において、１は真空槽であり、この真空槽１の内部にはアノードとして機能する基板ホルダー２及びカソードとして機能する電極３が互いに対向して配置されている。基板ホルダー２は真空槽１の底壁に取り付けられ、内部にヒー夕―４を備え、そして基板ホルダー２の上面には大面積基板５が載置される。
【００３８】
電極３は絶縁部材６を介して真空槽１の頂壁に取り付けられている。そして電極３の外寸は、基板ホルダー２に載置される大面積基板５の外寸より大きく構成されている。この実施形態では、電極３はシャワーヘッド３ａとシャワープレート３ｂで構成されている。シャワーヘッド３ａは成膜ガス供給口７を介して図示していないガス供給源に接続される。シャワーヘッド３ａの内側には複数枚の拡散プレート３ｃが互いに間隔を空けて配置され、各拡散プレート３ｃには多数の貫通孔３ｄが設けられている。
【００３９】
シャワープレート３ｂは多数のガス放出孔３ｅを備えている。これにより、図示していないガス供給源からガス供給口７を介してシャワーヘッド３ａの内側に供給されたガスは、シャワーヘッド３ａの内側に配置した複数枚の拡散プレート３ｃにおける多数の貫通孔３ｄ及び拡散プレート３ｃ間の隙間を通って拡散、混合され、そしてシャワープレート３ｂにおける多数のガス放出孔３ｅから基板ホルダー２上の大面積基板５に向って供給される。
【００４０】
基板ホルダー２は、図示していない昇降機構によって昇降可能であり、これにより電極３との距離を調節可能にして、成膜時及びクリーニング時に基板ホルダー２と電極３との間の距離を変えるようにされる。この場合、昇降機構はまた、真空槽１の外部から内部へ処理すべき大面積基板５を搬入したり、真空槽１の内部から外部へ処理済みの大面積基板５を搬出する際の搬送動作における基板の昇降動作にも用いることができる。
【００４１】
電極３の二つの部位には、図１に見られるように、それぞれ水晶発振器８と高周波増幅器９とを備えた二つの高周波電源、整合器１０及び給電部材１１を順に介して高周波電力が供給される。各給電部材１１は絶縁部材１３により真空槽１から絶縁されている。真空槽１及び基板ホルダー２は接地電位に接続されている。パルス発振器１２は各高周波電源の高周波電力をパルス変調し、またパルス変調の出力デューティー比及び位相差を任意に調整するように構成されている。
【００４２】
また、図示していないが、真空槽１には、外部の成膜ガス供給源から真空槽１内ヘガスを導入するガス導入系並びに真空槽１内の真空排気及びガスの排気を行なう真空排気系が設けられる。
【００４３】
このように構成した図１の装置の動作において、それぞれパルス発振器１２によりパルス変調かつ位相制御された二つの高周波電源（８、９）からの高周波電力は、整合器１０及び給電部材１１を介して電極３の二つの部位に供給されると、供給された高周波電力は電極3の基板ホルダー２に対面する表面の表層全体に伝播し、そして図示していない外部のガス供給源から真空槽１内へ導入されたガスは、基板ホルダー２をアノード、電極３をカソードとした容量結合型グロー放電により、真空槽１内でプラズマ化される。一方、大面積基板５は、基板ホルダー２に内蔵されたヒーター４によって予め所定の温度に加熱されている。それでプラズマ化したガスによる反応生成物は大面積基板５の表面に到達し、良好な膜厚分布をもつ所望の薄膜が基板５上に形成される。
【００４４】
また、図１の装置においては、二つの高周波電源（８、９）の各々から高周波電力が供給される電極３の左右の二つの部位は、図２に示すように好ましくは電極３上の中心軸線上に設定され得る。またパルス発振器１２は、図３に示すように、二つの高周波電源の高周波電力が互いに干渉しないような時間分割した二種類のパルス変調出力となるようにする分割パルス変調機能を備えている。そして図３に示す波形は、２点供給においてプラズマ干渉による電界強度分布の乱れへの影響が少ない最も好ましい例である。
【００４５】
例えば、二種類のパルス変調の出カデューティー比を３０％〜５０％の範囲とし、位相差を１８０°と設定すれば、高周波電源８の平均出力を均等に分割出力できる。
【００４６】
図４には本発明の別の実施形態を示す。この場合、図示したように、電極３の四つの部位Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に高周波電力を供給するように構成すされている。なお、四つの出力における相対的なパルス変調の位相差は一つのパルス発振器１２により制御される。図４において．パルス発振器１２は二分割出力におけるパルス変調の位相差制御機能も備えている。図４に示す実施形態において、当然、電極３へのパルス変調された高周波電力の供給方式をすべて独立させて、相互の位相差を制御する位相制御装置を設けても良い。パルス発振器１２の働きにより、電極３の四つの部位Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２に供給されるパルス変調された高周波出力は、図５に示すように、電極３の二つの部位Ａ１、Ｂ１に供給されるパルス変調された高周波出力が互いに干渉しないような時間分割され、また電極３の残りの二つの部位Ａ２、Ｂ２に供給されるパルス変調された高周波出力が電極３の二つの部位Ａ１、Ｂ１に供給されるパルス変調された高周波出力と同様に互いに干渉しないような時間分割されるように発生される。
【００４７】
次に大面積基板上にＳｉＮｘ膜を成膜する場合におけるシミュレーションに基づいて本発明をさらに説明する。
【００４８】
外寸２５００ｍｍ×２２００ｍｍの平面電極又はシャワープレート３と、同じ外寸法の基板ホルダー２との距離を２０ｍｍに設定した場合において、電界強度分布のシミュレーションを行った。
【００４９】
パルス変調された高周波電力は電極３の短辺側端部の中心Ａ、Ｂそれぞれに供給するものとし、高周波電力の周波数は１０乃至３０ＭＨｚ、パルス周波鼓数は１ｋＨｚ乃至５００ｋＨｚ、バルス変調の出力デューティーは３０％乃至５０％、パルス変調の位相差は１８０°、電極単位面積当りの電力密度は０．０５〜３．０Ｗ／ｃｍ２であることを条件とし、電極３は面対称形状であるので、１／４モデルで計算した。なお、Ｋａ，Ｋｂはそれぞれ電極端部から電極３上の位置Ａ、Ｂまでの距離を示す。上記パラメータ範囲を条件とした場合には、電極３上の位置Ａに供給された高周波電力により発生するプラズマと、電極３上の位置Ｂに供給された高周波電力によるプラズマが同時刻に干渉しないと見なせるので、時間平均されたプラズマ発生に係る電界強度分布は、部位Ａにのみ高周波電力を供給した時の電界強度分布と部位Ｂにのみ高周波電力を供給した時の電界強度分布を重ね合わせて得ることができる。
【００５０】
図６に高周波電力の周波数が２７．１２ＭＨｚ、Ｋａ＝Ｋｂ＝０の時の計算結果を示す。シミュレーション上は上記パルス周波数、パルス変調の出カデューティーの範囲内では同一結果となる。図６において横軸原点０は電極の片側短辺中心に対応し、長辺即ち２５００ｍｍ方向の中心線上の電界強度分布が示されている。縦軸の電界強度は任意単位である。
【００５１】
図６の電界強度分布の計算結果より、大面積基板３を２．４ｍ×２．２ｍとした場合に形成される薄膜の膜厚分布をシミュレーションした結果は、±２０％であり、別途シミュレーションした電極中央一点に高周波電カを供給する場合の膜厚分布±４０％より良好である。１点供給での電界強度分布の乱れが二点供給の重ね合わせにより平滑化されることが示されている。
【００５２】
次に、図１に示す実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＮｘの成膜を行い、基板内膜厚分布を検証した実施例について説明する。
【００５３】
条件として、高周波電力の周波数は２７．１２ＭＨｚ、パルス周波数は１００ｋＨｚ、パルス変調の出力デューティーは５０％、パルス変調の位相差は１８０°、電極の単位面積あたりの電力密度は０．５Ｗ／ｃｍ２とした。Ｋａ＝Ｋｂ≒０。成膜ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）及び窒素（Ｎ２）から成る混合ガスを用い、成膜圧力（放電圧力）は２００Ｐａとした。また基板温度は３００℃とした。電極３の外形寸法は２．５ｍ×２．４ｍで比較を行った。電極３と基板ホルダー２との距離は２０ｍｍとした。基板５に関しては厚み０．７ｍｍの小ガラスを基板ホルダー上２．４ｍ×２．２ｍの範囲内に並べて載置して基板とした。膜厚分布の測定結果は±１７％であった。実際の成膜において計算で示唆されていた膜厚分布の改善の傾向が確認された。
【００５４】
なお本実施例での膜厚分布結果は、高周波の周波数と電極の大きさとの関係から推察されるとおり、電極３上で発生する定在波の影響が顕著であるが、供給部位の位置を調整することにより、より好ましい成膜分布を得ることができる。具体的には、高周波電力の供給位置の電極端部からの距離Ｋを最適化することにより行う。装置構成としては、電極３上に高周波電力の供給部を可動できる手段を設けたり、或いは予め供給部を複数設けた構造として接続位置を変更するなどにより実施できる。
【００５５】
Ｋａ＝Ｋｂ＝４００（ｍｍ）とした場合の、シミュレーションによる電界強度分布結果を図７に示す。図７の電界強度分布の計算結果より、大面積基板５を２．４ｍ×２．２ｍとした場合に形成される薄膜の膜厚分布をシミュレーションした結果は、±５％未満であり、供給位置の調整により重ね合わせによる平滑化を最適化して良好な電界強度分布、しいては膜厚分布を得ることができることが示された。
【００５６】
ＳｉＮｘの成膜を行い、基板内膜厚分布を検証した実施結果では膜厚分布５％であった。  シミュレーション結果と比較して、実際の成膜装置での膜厚分布が相対的に悪いがこれは実際の装置の構造における非対称性に拠るところが大きい。
【００５７】
上記電力の供給位置の調整、あるいはパルス変調のデューティー調整範囲を３０％乃至７０％の範囲で調整、又は、パルス変調の位相差の調整により電界強産分布を変更することにより、上記非対称性による電界分布の乱れを補正して膜厚分布をさらに改善することができる。これは高周波電力を４箇所に供給する実際の装置においても実施して効果があることは言うまでもない。
【００５８】
次に、ＳｉＮｘの成膜の実施例において、パルス変調の周波数を変更してＳｉＮｘの成膜を実施した結果を説明する。
【００５９】
図８は、電極に供給される時間平均の高周波出力を同一の条件として、パルス変調をかけない場合（ＣＷ）と、パルス変調の周波数を５００ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、１０ｋＨｚ、５ｋＨｚ、１ｋＨｚと変更した場合に得られた成膜速度を示したものである。パルス変調の周波数が１０ｋＨｚ以下では成膜速度の顕著な低下が見られるが、５００ｋＨｚでは若干の低下にとどまった。
【００６０】
図９は得られたＳｉＮｘ膜の屈折率を示したものである。膜の屈折率がパルス変調の周波数に依存しているが、周波数が１０ＫＨｚ以下では屈折率が高くなり、パルス変調しない高周波を用いたプラズマＣＶＤ法で通常得られる屈折率１．８６以下の膜質は、パルス変調の周波数が５００ｋＨｚの場合に得られている。
【００６１】
これらの結果より、パルス変調の周波数がＳｉＮｘ成膜プロセスに影響を及ぼしていることは明らかであり、具体的には、周波数が高いほどＳｉの窒化を促進して屈折率を高めていると判断される。言い換えれば、パルス変調の周波数の調整により膜質の調整が可能である。
【００６２】
本実施例では電極と基板ホルダーとの距離を２０ｍｍとしたが、１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲で任意の距離としても調整により使用できるが、本発明の適用については、電極と基板ホルダー間の距離として１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲とするのがより好ましい。また電極と基板ホルダーの距離を２５ｍｍ以上として、所定のガスを導入することにより、プラズマクリーニング処理を行なうことができる。
【００６３】
また実験を行った成膜条件は、成膜圧力が２００Ｐａであるが、成膜圧力が１００Ｐａ以下（例えば１０Ｐａ〜１００Ｐａ）の領域では、プラズマが真空槽壁に向って拡散し易くなり、電極外周のプラズマ密度が上昇することが知られている。この場合においては、特に、高周波電力の供給位置の調整を行うことにより、時間平均された電界分布の均一性、大面積基板全面のプラズマの均一性を高めることが期待される。
【００６４】
本発明は当然例示した成膜材料以外にも適用され得る。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
以上の説明においては大型基板に薄膜形成を行うプラズマＣＶＤ装置について例示したが、本発明はプラズマクリーング装置やエッチング装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施形態によるプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図２】図１に示すプラズマＣＶＤ装置における高周波電力供給手段を例示する概略線図。
【図３】図１及び図２のプラズマＣＶＤ装置の高周波電力供給手段における二種類のパルス変調出力の波形例を示す図。
【図４】本発明プラズマＣＶＤ装置におけるの別の実施形態による高周波電力供給手段を示す概略線図。
【図５】図４のプラズマＣＶＤ装置の高周波電力供給手段における四種類のパルス変調出力の波形例を示す図。
【図６】電極の対向する二つの端部に高周波電力を供給した場合の電極の長手方向中心線上の電界強度分布を示すグラフ。
【図７】本発明に従って電極の対向する二つの端部からそれぞれ４００ｍｍ離れた二つの部位に高周波電力を供給した場合の電極の長手方向中心線上の電界強度分布を示すグラフ。
【図８】ＳｉＮｘの成膜速度のパルス変調周波数依存性を示すグラフ。
【図９】ＳｉＮｘの屈折率のパルス変調周波数依存性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６７】
１：真空槽
２：基板ホルダー
３：電極
４：ヒーター
５：大面積基板
６：絶縁部材
７：成膜ガス供給口
８：水晶発振器
９：高周波増幅器
１０：整合器
１１：給電部材
１２：パルス発振器
１３：絶縁部材
【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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【図９】
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