(57)【要約】プラズマ発生室（１０）及び室（１０）内に設置された高周波アンテナ（１）を備え、室（１０）内ガスにアンテナ（１）から高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置。アンテナ（１）は、室（１０）外から室（１０）内へ延びる第１部分（１１）と、第１部分（１１）の室内側端部（１１ｅ）から電気的に並列に分岐し、終端（１２ｅ）が接地された室（１０）の内壁に直接的に接続された複数本の第２部分（１２）とからなる低インダクタンスアンテナである。アンテナ（１）の表面は電気絶縁性材科で被覆されている。アンテナに印加される高周波電力の周波数は４０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚ程度の高いものでもよく、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。膜形成のような処理を実施できるように構成することもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生室及び該プラズマ発生室内に設置された高周波アンテナを備え、該プラズマ発生室内ガスに該高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置であり、該高周波アンテナは該プラズマ発生室外からプラズマ発生室内へ延び、該プラズマ発生室内で電気的に並列に分岐し、各分岐部分の終端が該プラズマ発生室に直接的に接続されているアンテナであり、該プラズマ発生室電位は接地電位に設定されることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記高周波アンテナのプラズマ発生室内にある部分はその周囲がシールド部材で囲まれている請求の範囲第１項記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記高周波アンテナは、前記プラズマ発生室外から該プラズマ発生室の室壁を通りプラズマ発生室内へ延在する第１部分、該第１部分のプラズマ発生室内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記プラズマ発生室壁へ向かって延びる複数本の第２部分とを含み、該各第２部分の終端が該プラズマ発生室壁に直接的に接続されている請求の範囲第１項又は第２項記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記高周波アンテナの少なくとも前記プラズマ発生室内にある部分の導体表面は電気絶縁性材料で被覆されている請求の範囲第１項、第２項又は第３項記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記高周波アンテナに高周波電力を印加する高周波電力印加装置を有し、該高周波電力印加装置は周波数が４０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚの高周波電力を該高周波アンテナに印加する請求の範囲第１項から第４項のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記プラズマ発生室内へ膜形成に用いるガスを供給するガス供給装置及び該プラズマ発生室内に設置された物品ホルダを備え、該ガス供給装置から該プラズマ発生室内へ供給されるガスに前記高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させ、該プラズマのもとで該プラズマ発生室内の前記物品ホルダに保持される被成膜物品上に膜形成できる請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記ガス供給装置はシランガス及び水素ガスを供給する装置であり、該シランガス及び水素ガスのプラズマのもとで前記被成膜物品上にシリコン膜を形成できる請求の範囲第６項記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えばガスプラズマのもとで膜形成するプラズマＣＶＤ装置、ガスプラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する装置、ガスプラズマのもとでエッチングを行うプラズマエッチング装置、ガスプラズマからイオンを引出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置のごとくプラズマを用いる各種装置、さらにはそのような装置を利用した各種半導体或いはその部品の製造装置や、液晶表示装置或いはその部品の製造装置等のようにプラズマを利用する各種装置において利用できるプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】  ガスプラズマを発生させる方法は各種知られているが、その中に、プラズマ発生室内にできるだけ高密度で均一なプラズマを得る方法として、高周波電力を用いて誘導結合プラズマを発生させる方法が知られている。また、最近では、プラズマ特性を向上させるために、印加する高周波電力の周波数を高くすること等も試みられている。
かかる誘導結合プラズマの生成では、プラズマ発生室に対して設けた高周波アンテナに高周波電力を印加するのであるが、一般的には、高周波アンテナはプラズマ発生室外に配置される。
しかし、例えば特開２００１−３５６９７号公報は、投入される高周波電力の利用効率向上のために高周波アンテナをプラズマ発生室内に設置することを提案している。また、アンテナをプラズマ発生室内に配置した場合に生じる恐れのある異常放電等を抑制するために、アンテナは周回しないで終端する線状の導体で平面的構造（２次元的構造）に構成し、これによりアンテナのインダクタンスを低減すること提案しており、さらにその場合、アンテナ終端をプラズマ発生室外へ引き出し、ブロッキングコンデンサを介して接地することを提案している。
しかしながら、かかる従来提案されているプラズマ発生室内設置の高周波アンテナは、プラズマ密度等のプラズマ特性をより向上させるために、印加する高周波電力の周波数を上げていくと、アンテナ終端をプラズマ発生室外まで引き出している等のためにアンテナのインダクタンスがなお高く、マッチングがとれなくなったりする、といった不都合が生じる。
また、アンテナ終端をプラズマ発生室外まで引き出しているので、該終端がプラズマ形成室壁を通る部分を気密処理する必要がある。
さらに、アンテナは平面的構造のものであるため、プラズマ発生室内スペースの節約のために該アンテナを室内壁の近くに設置する場合（そのような場合が多いと考えられる）、アンテナからの高周波電界の多くが室内壁に向けられ、それだけ高周波電力の利用効率が低下することもある。
そこで本発明は、プラズマ発生室及び該プラズマ発生室内に設置された高周波アンテナを備え、該プラズマ発生室内ガスに該高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、従来の同種の装置よりも、該高周波アンテナのインダクタンスを低減でき、それにより、従来より異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置を提供することを課題とする。
また本発明は、かかる課題を解決でき、膜形成のような目的とする処理を行えるプラズマ発生装置を提供することも課題とする。
【発明の開示】
本発明は、プラズマ発生室及び該プラズマ発生室内に設置された高周波アンテナを備え、該プラズマ発生室内ガスに該高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置であり、該高周波アンテナは該プラズマ発生室外からプラズマ発生室内へ延び、該プラズマ発生室内で電気的に並列に分岐し、各分岐部分の終端が該プラズマ発生室に直接的に接続されているアンテナであり、該プラズマ発生室電位は接地電位に設定されるプラズマ発生装置を提供する。
本発明にかかるプラズマ発生装置においては、その高周波アンテナのプラズマ発生室外の部分はプラズマ生成に寄与しないから、この部分をできるだけ短くして高周波電力印加装置におけるマッチングボックスに直接的に接続でき、また、アンテナ終端はプラズマ発生室外まで引き出すことなくプラズマ発生室に直接的に接続してあるから、それだけアンテナ全体を短く形成でき、さらに、プラズマ発生室内で電気的に並列に分岐させるという、並列配線構造を採用しているから、アンテナのイダクタンスをそれだけ低減できる。
これにより、従来より異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
前記高周波アンテナは、より高密度のプラズマを発生させるべくプラズマをとじ込めるために、プラズマ発生室内にあるアンテナ部分の周囲をシールド部材で囲ってもよい。かかるシールド部材はアルミニウム、ステンレススチール等の導電性材料製とすればよい。かかるシールド部材は、プラズマ発生装置を後述するように膜形成に利用するとき、プラズマ発生室内壁に徒に膜付着することを抑制する防着部材としても機能する。
前記高周波アンテナは、プラズマ発生室内空間の節約のためにコンパクトで且つ高周波電力の利用効率のよいものが好ましく、そのために高周波アンテナは立体的構造のものとしてもよい。その代表例として、前記プラズマ発生室外から該プラズマ発生室の室壁を通りプラズマ発生室内へ延在する第１部分、該第１部分のプラズマ発生室内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記プラズマ発生室壁へ向かって延びる複数本の第２部分とを含み、該各第２部分の終端が該プラズマ発生室壁に直接的に接続されている高周波アンテナを挙げることができる。
かかる高周波アンテナは例えばプラズマ発生室内壁の近くに配置しても、該室壁と平行状に配置される平面的構造のアンテナと比べると、アンテナの第１部分、各第２部分のそれぞれの周囲領域へ誘導電界をおよぼすことができ、それだけプラズマ発生室内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、高周波電力の利用効率がよい。
かかるアンテナにおける第２部分群は、全体としてＵ字状、コの字、半円状を呈するものや、そのような形状のアンテナ部分を、第１部分を中心として十字形等に所定の中心角度間隔で組み合わせたもの等を例示できる。
いずれにしても、高周波アンテナの少なくともプラズマ発生室内にある部分の導体表面は、自己バイアスによりプラズマでエッチングされる等の不都合を抑制するために、アルミナ等の電気絶縁性材料で被覆することが好ましい。
また、いずれにしても、高周波アンテナに印加する高周波電力は、周波数が例えば商用の１３．５６ＭＨｚのものでもよいが、本発明にかかるプラズマ発生装置の高周波アンテナは前記のとおり低インダクタンスのものであるから、例えば、４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度のもの、例えば６０ＭＨｚ程度のもの、或いはさらに数１００ＭＨｚ程度の高いものでもよい。このように周波数の高い高周波電力でも使用でき、それによりプラズマ密度等の点でプラズマ特性を向上させることが可能である。
以上説明した本発明にかかるプラズマ発生装置は、例えばガスプラズマのもとで膜形成するプラズマＣＶＤ装置、ガスプラズマのもとでスパッタターゲットをスパッタリングして膜形成する装置、ガスプラズマのもとでエッチングを行うプラズマエッチング装置、ガスプラズマからイオンを引出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置のごとくプラズマを用いる各種装置、さらにはそのような処理装置を利用した各種半導体或いはその部品の製造装置や、液晶表示装置或いはその部品の製造装置等のようにプラズマを利用する各種プラズマ処理装置において利用できる。
例えば、前記プラズマ発生室内へ膜形成に用いるガスを供給するガス供給装置を設け、該プラズマ発生室内に物品ホルダを設置し、該ガス供給装置から該プラズマ発生室内へ供給されるガスに前記高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させ、該プラズマのもとで該物品ホルダに保持させた被成膜物品上に膜形成することができる。
例えば、該ガス供給装置をシランガス及び水素ガスを供給する装置とすることで、該シランガス及び水素ガスのプラズマのもとで被成膜物品上にシリコン膜を形成することができる。この場合、シランガス、水素ガスそれぞれのプラズマ発生室内への導入量、プラズマ発生室内の成膜ガス圧、それらガスに印加する高周波電力（周波数及び電力）等を制御することで、多結晶シリコン膜のような結晶性シリコン膜を形成することも可能である。
以上説明したように、本発明によると、プラズマ発生室及び該プラズマ発生室内に設置された高周波アンテナを備え、該プラズマ発生室内ガスに該高周波アンテナから高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、従来の同種の装置よりも、該高周波アンテナのインダクタンスを低減でき、それにより、従来より異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができるプラズマ発生装置を提供することができる。
なお、本発明に係る高周波アンテナの使用個数、配置、向き等は必要に応じて適宜定めることができる。
また本発明は、かかる利点を有し、膜形成のような目的とする処理を行えるプラズマ発生装置を提供することもできる。
【図面の簡単な説明】  第１図は、本発明に係るプラズマ発生装置の１例の概略構成を示す図である。
第２図は、高周波アンテナの立体構造例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明に係るプラズマ発生装置の１例である、膜形成装置として利用できるプラズマ発生装置を図面を参照して説明する。
図示のプラズマ発生装置（膜形成装置）は、成膜室として用いられるプラズマ発生室１０を備えており、該室内には物品ホルダ３、該ホルダ上方の高周波アンテナ１及び該電極を囲むシールド部材２が設置されている。成膜室１０は接地されている。
高周波アンテナ１は図１及び図２に示すように立体構造のアンテナであり、第１部分１１と複数本の第２部分１２とからなっている。第１部分１１はプラズマ発生室（成膜室）１０外から該室の天井壁１０’を通り、室内へ真っ直ぐ棒状に延在している。第２部分１２は、第１部分１１の室内側端部１１ｅから放射状に分岐して延びるとともに天井壁１０’へ向かって延びている。各第２部分１２の終端１２ｅは天井壁１０’にコネクタにて直接接続されており、従って室１０を介して接地された状態にある。
第２部分１２の群れは、全体として、コの字形に屈曲した２本のアンテナ部分を平面から見て十字形に組み合わせて第１部分１１につなげた形態を呈している。
また、高周波アンテナ１はそのアンテナ導体の表面が絶縁性膜（ここではアルミナ膜）で被覆されている。
高周波アンテナ１の第１部分１１はマッチングボックスＭＸを介して高周波電源ＰＷに接続されている。マッチングボックスＭＸ及び電源ＰＷは高周波電力印加装置を構成している。第１部分１１のうち室１０外に出ているプラズマ生成に寄与しない部分は極力短くされ、マッチグボックスＭＸに直接的に接続されている。なお、第１部分１１は室１０の天井壁１０’に設けた気密シールを兼ねる絶縁部材１０ａを貫通している。
かくして高周波アンテナ１は短く形成され、さらに、室１０内で電気的に並列に分岐された並列配線構造となっているから、アンテナ１のイダクタンスはそれだけ低減されている。
物品ホルダ３は被成膜物品（本例では基板Ｓ）を加熱するヒータ４を備えている。物品ホルダ３は室１０とともに接地されている。
シールド部材２は、ここでは筒状のもので、アルミニウム等の導電性材料から形成されており、ホルダ３に向けて開放されている。シールド部材２は、より高密度プラズマを生成するためにプラズマをとじ込めたり、室内壁に徒に膜付着することを抑制するためのものであるが、必ずしも要しない。
プラズマ生成室（成膜室）１０に対しては、上記の他、ガス供給装置１００及び排気装置ＥＸも設けられている。
ガス供給装置１００はここではシランガス（ＳｉＨ４）供給回路１０１と水素ガス供給回路１０２を含んでいる。
排気装置ＥＸは、排気量調整を行うコンダクタンスバルブＣＶ、該バルブを介して室１０に配管接続された真空ポンプＰＭからなる。
シランガス供給回路１０１は、室１０の天井壁１０’に貫通設置されたガス導入ノズルＮ１及びこれに順次配管接続された電磁開閉弁ＡＶ１２、マスフローコントローラＭＦＣ１及び電磁開閉弁ＡＶ１１並びにシランガス（ＳｉＨ４）ボンベＢ１からなっている。
水素ガス供給回路１０２は、室１０の天井壁１０’に貫通設置されたガス導入ノズルＮ２及びこれに順次配管接続された電磁開閉弁ＡＶ２２、マスフローコントローラＭＦＣ２及び電磁開閉弁ＡＶ２１並びに水素ガスボンベＢ２からなっている。
以上説明したプラズマ発生装置（膜形成装置）によると、例えばつぎのようにして基板Ｓ上にシリコン膜を形成することができる。
先ず、室１０の物品搬入搬出口（図示省略）が開けられ、物品ホルダ３上に被成膜基板Ｓが搭載され、再び該物品搬入搬出口が気密に閉じられる。次いで排気装置ＥＸのポンプＰＭの運転にて室１０内が排気開始される。
これにより室１０内が所定圧まで減圧されたところで、シランガス供給回路１０１の弁ＡＶ１１、ＡＶ１２が開かれ、室１０内にマスフローコントローラＭＦＣ１で制御された流量でシランガスが導入されるとともに、水素ガス供給回路１０２の弁ＡＶ２１、ＡＶ２２が開かれ、室１０内にマスフローコントローラＭＦＣ２で制御された流量で水素ガスが導入され始め、室内が成膜圧に維持される。さらに、高周波アンテナ１に電源ＰＷからマッチングボックスＭＸを介して高周波電力が印加され、これにより導入されたガスが励起されて誘導結合プラズマが生成される。必要に応じ、図示省略のヒータで基板Ｓを加熱してもよい。かくして、該誘導結合プラズマのもとでホルダ３上の基板Ｓにシリコン膜が形成される。
この膜形成において、高周波アンテナ１は既述のように低インダクタンスアンテナであるから、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を、例えば４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚと上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
また高周波アンテナ１は、立体的構造のものであるから、室内壁の近くに配置しても、室１０内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、それだけ高周波電力の利用効率が向上している。
また、高周波アンテナ１の表面は絶縁性材料で被覆されているから、自己バイアスによりプラズマでエッチングされる等の不都合が抑制される。
次に、結晶性シリコン薄膜形成の実験例について説明する。
条件等は以下のとおりであった。
基板：無アルカリガラス基板
基板温度：４００℃
高周波電源：６０ＭＨｚ、４０００Ｗ
シランガス導入量：１ｓｃｃｍ
水素ガス導入量  ：１５０ｓｃｃｍ
成膜圧力：０．６７Ｐａ
膜厚：約５００Å
このようにして得られた膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価したところ、ラマンシフト５２０ｃｍ−１の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
【産業上の利用可能性】  本発明は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、ガスプラズマからイオンを引出してイオン注入やイオンドーピングを行う装置などのプラズマ生成が要求される各種分野で利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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