JP2000268994A - 高周波グロー放電を利用した表面処理方法 - Google Patents
高周波グロー放電を利用した表面処理方法Info
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- JP2000268994A JP2000268994A JP11069684A JP6968499A JP2000268994A JP 2000268994 A JP2000268994 A JP 2000268994A JP 11069684 A JP11069684 A JP 11069684A JP 6968499 A JP6968499 A JP 6968499A JP 2000268994 A JP2000268994 A JP 2000268994A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波グロー放電を利用した表面処理方法に
おいて、定在波の発生を抑止し、放電の安定性，表面処
理の均一性および表面処理速度の向上を図る。 【解決手段】 反応室３内に高周波電極１と基板電極２
とを備えた装置に、高周波電源４から高周波電力を導入
し、高周波電極１に印加された高周波電圧により励起さ
れるグロー放電によりプラズマ１０を発生して、基板の
表面処理を行う高周波グロー放電を利用した表面処理方
法において、前記高周波電極の分割された各導体部１０
１の前記プラズマ生成空間に対向した表面の最大寸法
が、真空中の光速Ｃの四分の一を高周波印加電圧の周波
数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小となるようにして表面処
理する。
おいて、定在波の発生を抑止し、放電の安定性，表面処
理の均一性および表面処理速度の向上を図る。 【解決手段】 反応室３内に高周波電極１と基板電極２
とを備えた装置に、高周波電源４から高周波電力を導入
し、高周波電極１に印加された高周波電圧により励起さ
れるグロー放電によりプラズマ１０を発生して、基板の
表面処理を行う高周波グロー放電を利用した表面処理方
法において、前記高周波電極の分割された各導体部１０
１の前記プラズマ生成空間に対向した表面の最大寸法
が、真空中の光速Ｃの四分の一を高周波印加電圧の周波
数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小となるようにして表面処
理する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、高周波グロー放
電を利用した表面処理方法に関する。具体的には、例え
ば、薄膜堆積として、ＬＳＩの保護膜、非単結晶シリコ
ン薄膜太陽電池、非単結晶シリコン薄膜トランジスタな
どに用いられる。また、エッチングとして、ＬＳＩのパ
ターニングなどに用いられる。また、表面改質として、
有機フィルム基板の界面処理などに用いられる。
電を利用した表面処理方法に関する。具体的には、例え
ば、薄膜堆積として、ＬＳＩの保護膜、非単結晶シリコ
ン薄膜太陽電池、非単結晶シリコン薄膜トランジスタな
どに用いられる。また、エッチングとして、ＬＳＩのパ
ターニングなどに用いられる。また、表面改質として、
有機フィルム基板の界面処理などに用いられる。
【０００２】
【従来の技術】高周波グロー放電を利用した表面処理
は、ドライプロセスで、絶縁基板に適用可能、大面積に
適用可能なことから、薄膜堆積、エッチング、表面改質
などに利用されている。高周波電圧としては13.56MHzの
いわゆるＲＦ波が一般的に用いられている。
は、ドライプロセスで、絶縁基板に適用可能、大面積に
適用可能なことから、薄膜堆積、エッチング、表面改質
などに利用されている。高周波電圧としては13.56MHzの
いわゆるＲＦ波が一般的に用いられている。
【０００３】薄膜堆積として、例えば、アモルファスシ
リコン（a-Si）、アモルファスシリコン合金（a-SiCx、
a-SiNx、a-SiOx、a-SiGex）などのアモルファス（非晶
質）薄膜は、単結晶シリコンと比較して、大面積に、低
温で、安価に作成できることから、例えば電力用の大面
積薄膜太陽電池、ディスプレイ用の薄膜トランジスタな
どの大面積半導体デバイスに適用されている。また、a-
SiNx、a-SiOxはLSIの保護膜としても利用されている。
リコン（a-Si）、アモルファスシリコン合金（a-SiCx、
a-SiNx、a-SiOx、a-SiGex）などのアモルファス（非晶
質）薄膜は、単結晶シリコンと比較して、大面積に、低
温で、安価に作成できることから、例えば電力用の大面
積薄膜太陽電池、ディスプレイ用の薄膜トランジスタな
どの大面積半導体デバイスに適用されている。また、a-
SiNx、a-SiOxはLSIの保護膜としても利用されている。
【０００４】前述のような薄膜は、従来、図１１に示す
ようなプラズマＣＶＤ法で作成されている。シラン、水
素等の原料ガスを反応室３の中に導入し、真空排気手段
９によって反応室３の圧力を0. 1Paから1000Paに保ち、
高周波電極１と基板電極２との間に高周波電圧を印加し
てプラズマ１０を発生させる。プラズマ１０によって、
原料ガスは分解され、基板電極２の上に配設された基板
７に、非単結晶薄膜が作成される。基板７は基板電極２
に設けられたヒータ８で加熱される。高周波電圧は、高
周波電源４により、マッチングボックス５を通して高周
波電極１に印加される。同様の手法で、薄膜多結晶シリ
コン、あるいはアモルファス膜中に多数の結晶粒の混在
した微結晶シリコンなどの非単結晶薄膜も作成されてい
る。
ようなプラズマＣＶＤ法で作成されている。シラン、水
素等の原料ガスを反応室３の中に導入し、真空排気手段
９によって反応室３の圧力を0. 1Paから1000Paに保ち、
高周波電極１と基板電極２との間に高周波電圧を印加し
てプラズマ１０を発生させる。プラズマ１０によって、
原料ガスは分解され、基板電極２の上に配設された基板
７に、非単結晶薄膜が作成される。基板７は基板電極２
に設けられたヒータ８で加熱される。高周波電圧は、高
周波電源４により、マッチングボックス５を通して高周
波電極１に印加される。同様の手法で、薄膜多結晶シリ
コン、あるいはアモルファス膜中に多数の結晶粒の混在
した微結晶シリコンなどの非単結晶薄膜も作成されてい
る。
【０００５】また、図１２に、従来の高周波電極の形状
を示す。図１２（ａ）に示すような円形の電極、図１２
（ｂ）に示すような長方形の形状の電極が一般的に用い
られている。電極のメンテナンスを容易にするために、
電極導体を複数に分割する場合もあるが、その場合も電
気的には導通させてある。
を示す。図１２（ａ）に示すような円形の電極、図１２
（ｂ）に示すような長方形の形状の電極が一般的に用い
られている。電極のメンテナンスを容易にするために、
電極導体を複数に分割する場合もあるが、その場合も電
気的には導通させてある。
【０００６】さらに、高周波グロー放電を利用した表面
処理方法は、高周波電極にターゲットを置いて、スパッ
タにより、金属膜、透明電極膜、機能性材料などの薄膜
堆積を行う方法にも用いられている。
処理方法は、高周波電極にターゲットを置いて、スパッ
タにより、金属膜、透明電極膜、機能性材料などの薄膜
堆積を行う方法にも用いられている。
【０００７】また、高周波グロー放電を利用した表面処
理方法は、エッチング用として、LＬＳＩや、マイクロ
マシーンの作成などにも用いられている。
理方法は、エッチング用として、LＬＳＩや、マイクロ
マシーンの作成などにも用いられている。
【０００８】さらにまた、高周波グロー放電を利用した
表面処理方法は、表面改質用として、有機高分子膜の界
面処理などにも用いられている。
表面処理方法は、表面改質用として、有機高分子膜の界
面処理などにも用いられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
な高周波グロー放電を利用した表面処理方法において、
表面処理のコストを低下するためには、処理速度を上げ
てスループットを向上させる必要がある。薄膜堆積の場
合には製膜速度の向上、エッチングの場合にはエッチン
グレートの向上、表面改質の場合は処理速度の向上が重
要である。
な高周波グロー放電を利用した表面処理方法において、
表面処理のコストを低下するためには、処理速度を上げ
てスループットを向上させる必要がある。薄膜堆積の場
合には製膜速度の向上、エッチングの場合にはエッチン
グレートの向上、表面改質の場合は処理速度の向上が重
要である。
【００１０】処理速度を上げるためにパワーを上げる
と、粉の発生、異常放電などによって、膜特性の低下、
ピンホールの発生、面内均一性の低下などの問題が起こ
る。
と、粉の発生、異常放電などによって、膜特性の低下、
ピンホールの発生、面内均一性の低下などの問題が起こ
る。
【００１１】これに対して、高周波グロー放電を用いて
処理速度を上げる手法の一つに周波数の増加が挙げられ
る。いわゆる13.56MHzのRF波よりも周波数の高いVHF波
を用いることが有効である。VHF波を用いると、低いプ
ラズマ温度で、プラズマ密度を上げることができる。こ
れによって、処理速度を上げながら様々なメリットが得
られる。
処理速度を上げる手法の一つに周波数の増加が挙げられ
る。いわゆる13.56MHzのRF波よりも周波数の高いVHF波
を用いることが有効である。VHF波を用いると、低いプ
ラズマ温度で、プラズマ密度を上げることができる。こ
れによって、処理速度を上げながら様々なメリットが得
られる。
【００１２】例えば、非晶質シリコンの堆積において
は、高いプラズマ密度で製膜速度を向上させながら、低
いプラズマ温度でシース電圧を低く保ち、基板のイオン
ダメージを抑制して、良質な膜特性を得ることができ
る。特に、微結晶シリコンではVHF波を用いることによ
り、低温で結晶性のよい膜を得ることができる。また、
VHF波を用いることにより粉の発生も抑制される。
は、高いプラズマ密度で製膜速度を向上させながら、低
いプラズマ温度でシース電圧を低く保ち、基板のイオン
ダメージを抑制して、良質な膜特性を得ることができ
る。特に、微結晶シリコンではVHF波を用いることによ
り、低温で結晶性のよい膜を得ることができる。また、
VHF波を用いることにより粉の発生も抑制される。
【００１３】また、フルオロカーボンを用いたエッチン
グにおいて、低電子温度でFラジカルの生成を抑えてCFx
ラジカルを発生させることにより、エッチングの選択比
が向上される。
グにおいて、低電子温度でFラジカルの生成を抑えてCFx
ラジカルを発生させることにより、エッチングの選択比
が向上される。
【００１４】しかし、従来のRF波に対応した装置にVHF
波をそのまま用いようとすると、波長が短いために、電
極上で定在波が発生して、プラズマの面内均一性が悪く
なる問題がある。その結果、薄膜堆積の場合は膜厚や特
性の面内分布、エッチングの場合はエッチングレートの
面内分布、表面改質の場合には特性の面内分布が問題と
なる。
波をそのまま用いようとすると、波長が短いために、電
極上で定在波が発生して、プラズマの面内均一性が悪く
なる問題がある。その結果、薄膜堆積の場合は膜厚や特
性の面内分布、エッチングの場合はエッチングレートの
面内分布、表面改質の場合には特性の面内分布が問題と
なる。
【００１５】また、VHF波を用いると、インダクタンス
成分のインピーダンスが大きくなり、キャパシタンス成
分のインピーダンスが小さくなる。そのため印加した高
周波電力が、浮遊容量を通して電極以外の部分で消費さ
れやすくなる。その結果、放電が不安定になったり、印
加電力が電極にかからなくなる問題が発生する。電極面
積が大きくなるほどこの問題は顕著になる。
成分のインピーダンスが大きくなり、キャパシタンス成
分のインピーダンスが小さくなる。そのため印加した高
周波電力が、浮遊容量を通して電極以外の部分で消費さ
れやすくなる。その結果、放電が不安定になったり、印
加電力が電極にかからなくなる問題が発生する。電極面
積が大きくなるほどこの問題は顕著になる。
【００１６】また、薄膜太陽電池の大面積化、ＬＳＩ用
ウエハの大面積化などにより、表面処理装置の電極は、
１ｍ角を超えるサイズのものも使われはじめている。RF
波の波長は約２２ｍ、四分の一波長で約５．５ｍなの
で、電極サイズは波長に比べて十分短く、定在波の問題
は起こらない。しかし、さらに電極の大面積化を図る場
合に、RF波でも定在波の問題は発生する。VHF波を用い
る場合には、なおさら問題となる。
ウエハの大面積化などにより、表面処理装置の電極は、
１ｍ角を超えるサイズのものも使われはじめている。RF
波の波長は約２２ｍ、四分の一波長で約５．５ｍなの
で、電極サイズは波長に比べて十分短く、定在波の問題
は起こらない。しかし、さらに電極の大面積化を図る場
合に、RF波でも定在波の問題は発生する。VHF波を用い
る場合には、なおさら問題となる。
【００１７】また、VHF波を用いても、処理速度をさら
に上げると、粉の発生や、異常放電、放電の不安定など
の問題が発生する。
に上げると、粉の発生や、異常放電、放電の不安定など
の問題が発生する。
【００１８】この発明は、上記の問題を解決するために
なされたもので、本発明の課題は、定在波の発生を抑止
し、放電の安定性，表面処理の均一性および表面処理速
度の向上を図った高周波グロー放電を利用した表面処理
方法を提供することにある。
なされたもので、本発明の課題は、定在波の発生を抑止
し、放電の安定性，表面処理の均一性および表面処理速
度の向上を図った高周波グロー放電を利用した表面処理
方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、この発明は、ガス導入手段と真空排気手段とを有す
る真空気密可能な反応室内に、高周波電極と，基板を配
設するための基板電極とを備えた装置に、高周波電源か
ら高周波電力を導入し、前記高周波電極に印加された高
周波電圧により励起されるグロー放電によりプラズマを
発生して、前記基板の表面処理を行う高周波グロー放電
を利用した表面処理方法において、前記高周波電極の前
記プラズマ生成空間に対向した表面の最大寸法が、真空
中の光速Ｃの四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除
した値Ｃ／４ｆより小となるようにして処理することと
する（請求項１ないし請求項８に共通）。高周波電極
が、導体部を電気絶縁物により電気的に複数に分割して
なる場合には、この分割された各導体部の前記プラズマ
生成空間に対向した表面の最大寸法が、真空中の光速Ｃ
の四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／
４ｆより小となるようにして処理することとする（請求
項２）。
に、この発明は、ガス導入手段と真空排気手段とを有す
る真空気密可能な反応室内に、高周波電極と，基板を配
設するための基板電極とを備えた装置に、高周波電源か
ら高周波電力を導入し、前記高周波電極に印加された高
周波電圧により励起されるグロー放電によりプラズマを
発生して、前記基板の表面処理を行う高周波グロー放電
を利用した表面処理方法において、前記高周波電極の前
記プラズマ生成空間に対向した表面の最大寸法が、真空
中の光速Ｃの四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除
した値Ｃ／４ｆより小となるようにして処理することと
する（請求項１ないし請求項８に共通）。高周波電極
が、導体部を電気絶縁物により電気的に複数に分割して
なる場合には、この分割された各導体部の前記プラズマ
生成空間に対向した表面の最大寸法が、真空中の光速Ｃ
の四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／
４ｆより小となるようにして処理することとする（請求
項２）。
【００２０】また、上記分割された各導体部に印加する
高周波電圧は、その位相をずらすことが好適である（請
求項３）。さらに高周波電圧をパルス状にオン・オフし
て繰り返し印加する（請求項４）あるいは、分割された
各導体部に印加する高周波電圧は、高周波電圧をパルス
状にオン・オフして繰り返し印加し、オン又はオフなら
びにオン・オフ両方のタイミングを、分割された各導体
部でずらすこと（請求項５）が望ましい。さらにまた、
高周波電圧の周波数を20から500MHzとすること（請求項
６）が望ましい。
高周波電圧は、その位相をずらすことが好適である（請
求項３）。さらに高周波電圧をパルス状にオン・オフし
て繰り返し印加する（請求項４）あるいは、分割された
各導体部に印加する高周波電圧は、高周波電圧をパルス
状にオン・オフして繰り返し印加し、オン又はオフなら
びにオン・オフ両方のタイミングを、分割された各導体
部でずらすこと（請求項５）が望ましい。さらにまた、
高周波電圧の周波数を20から500MHzとすること（請求項
６）が望ましい。
【００２１】上記方法によれば、定在波の発生を抑止
し、放電の安定性，表面処理の均一性および表面処理速
度の向上を図ることができるが、その理由について以下
に述べる。
し、放電の安定性，表面処理の均一性および表面処理速
度の向上を図ることができるが、その理由について以下
に述べる。
【００２２】高周波は一般に高周波電極の表面を伝播す
る表面波であるが、電極の材質が変わると(透磁率が異
なるため)その部分で反射波が発生し、定在波が発生す
ると考えられる。同じ波長、周波数で逆方向に進む波が
重なり合うと、図1に示すように定在波が発生する。逆
方向の波は、電極端面などの境界で反射された波であ
る。
る表面波であるが、電極の材質が変わると(透磁率が異
なるため)その部分で反射波が発生し、定在波が発生す
ると考えられる。同じ波長、周波数で逆方向に進む波が
重なり合うと、図1に示すように定在波が発生する。逆
方向の波は、電極端面などの境界で反射された波であ
る。
【００２３】図１において、定在波の振幅最大の点いわ
ゆる腹の現れる位置Xlは、 Xl=(2n+1)・λ/4−θ・λ/4π となる。定在波の振幅0の点いわゆる節の現れる位置Xn
は、 Xn=2n・λ/4−θ・λ/4π となる。ただし、λ：印加電圧の波長、θ：逆方向に進
む波の位相差、ｎ：0，±1，±2，．．．．。
ゆる腹の現れる位置Xlは、 Xl=(2n+1)・λ/4−θ・λ/4π となる。定在波の振幅0の点いわゆる節の現れる位置Xn
は、 Xn=2n・λ/4−θ・λ/4π となる。ただし、λ：印加電圧の波長、θ：逆方向に進
む波の位相差、ｎ：0，±1，±2，．．．．。
【００２４】Xlの位置とXnの位置の差を取ると、λ/4と
なる。高周波電極のプラズマを生成する空間に対向した
表面の最大寸法を、λ/4より短くすることによって、腹
と節が同時に電極上に発生することはない。電極端で反
射した波の位相は反射毎に位相がずれて、電極上に定在
波は存在しなくなる。ここで、λは、λ=v/f≒c/fとな
る。ただし、vは電極上での高周波が電極表面を伝播す
る速度、cは真空中の光速、fは印加電圧の周波数であ
る。λ/4は、c/4fで概算される。以下の議論では、λ/4
=c/4fを仮定している。ところで、上記において、v≒c
としてよいとする理由は、以下のとおりである。
なる。高周波電極のプラズマを生成する空間に対向した
表面の最大寸法を、λ/4より短くすることによって、腹
と節が同時に電極上に発生することはない。電極端で反
射した波の位相は反射毎に位相がずれて、電極上に定在
波は存在しなくなる。ここで、λは、λ=v/f≒c/fとな
る。ただし、vは電極上での高周波が電極表面を伝播す
る速度、cは真空中の光速、fは印加電圧の周波数であ
る。λ/4は、c/4fで概算される。以下の議論では、λ/4
=c/4fを仮定している。ところで、上記において、v≒c
としてよいとする理由は、以下のとおりである。
【００２５】導体を高周波の分布定数回路として捉える
ときには、エネルギーの伝播は、実質的に導体の回りに
誘起される電界と磁界による電磁波で運ばれる。本発明
の場合、電極面に沿った方向の膜厚分布等を問題にして
いるので、電極に沿った方向（電極に平行）に伝播する
電磁波について考えればよく、以下、高周波電極と基板
電極の間の媒質に誘起される電磁波について考察する。
ときには、エネルギーの伝播は、実質的に導体の回りに
誘起される電界と磁界による電磁波で運ばれる。本発明
の場合、電極面に沿った方向の膜厚分布等を問題にして
いるので、電極に沿った方向（電極に平行）に伝播する
電磁波について考えればよく、以下、高周波電極と基板
電極の間の媒質に誘起される電磁波について考察する。
【００２６】電磁波は、高周波電極と基板電極の間に存
在する媒質中を伝播するので、本件のように真空排気さ
れた媒質は低気圧の気体である。電磁波の速度vは、
在する媒質中を伝播するので、本件のように真空排気さ
れた媒質は低気圧の気体である。電磁波の速度vは、
【００２７】
【数１】
【００２８】ここで、ε：媒質の誘電率、μ：媒質の透
磁率である。気体のばあい、ε≒ε0 ，μ≒μ
0 （ε0：真空中の誘電率、μ0：真空中の透磁率）であ
るから、従って、
磁率である。気体のばあい、ε≒ε0 ，μ≒μ
0 （ε0：真空中の誘電率、μ0：真空中の透磁率）であ
るから、従って、
【００２９】
【数２】
【００３０】となる。ここで、c：真空中の光速、すな
わち真空中の電磁波の速度である。
わち真空中の電磁波の速度である。
【００３１】大きい電極を用いる場合には、高周波電極
の導体部を絶縁物で電気的に複数に分割し、分割された
導体部のプラズマを生成する空間に対向した表面の最大
寸法を、λ/4より短くすることによって、電極上の定在
波の発生を抑えることができる。
の導体部を絶縁物で電気的に複数に分割し、分割された
導体部のプラズマを生成する空間に対向した表面の最大
寸法を、λ/4より短くすることによって、電極上の定在
波の発生を抑えることができる。
【００３２】ところで、電極を分割した場合でも、高周
波電圧は電磁波を介して隣接する分割電極に影響を与
え、場合によっては定在波が発生するが、分割電極の位
相をずらすことによって、隣接する分割電極からの影響
を抑制することができる。
波電圧は電磁波を介して隣接する分割電極に影響を与
え、場合によっては定在波が発生するが、分割電極の位
相をずらすことによって、隣接する分割電極からの影響
を抑制することができる。
【００３３】また、パルス状にon、offすることによ
り、隣接する分割電極の影響を、時間的に分離すること
が可能となる。これによって、隣接する分割電極の高周
波電圧の影響を抑制することができる。また、パルス上
にon、offした場合、onの瞬間の位相は一定しないの
で、onする毎にほぼランダムに位相がずれるので、電極
を分割しない場合も、定在波はたちにくくなる。
り、隣接する分割電極の影響を、時間的に分離すること
が可能となる。これによって、隣接する分割電極の高周
波電圧の影響を抑制することができる。また、パルス上
にon、offした場合、onの瞬間の位相は一定しないの
で、onする毎にほぼランダムに位相がずれるので、電極
を分割しない場合も、定在波はたちにくくなる。
【００３４】上記のように電気的に複数に分割された導
体部に印加する高周波電圧の位相をずらすことによっ
て、定在波の発生を抑制し、放電の安定性を図ることが
できる。
体部に印加する高周波電圧の位相をずらすことによっ
て、定在波の発生を抑制し、放電の安定性を図ることが
できる。
【００３５】また、高周波電圧をパルス状にオン、オフ
して繰り返し印加することによって、放電の安定性を図
るとともに、粉の発生を抑制することができる。
して繰り返し印加することによって、放電の安定性を図
るとともに、粉の発生を抑制することができる。
【００３６】また、高周波電圧をパルス状にオン、オフ
して繰り返し印加し、オンもしくはオフあるいは両方の
タイミングを、分割された導体部でずらすことによっ
て、電圧の印加される導体部を時間的にも限定すること
によって、面内均一性の向上、放電の安定性の向上する
ことができる。
して繰り返し印加し、オンもしくはオフあるいは両方の
タイミングを、分割された導体部でずらすことによっ
て、電圧の印加される導体部を時間的にも限定すること
によって、面内均一性の向上、放電の安定性の向上する
ことができる。
【００３７】さらにまた、高周波電圧の周波数を20から
500MHzとすることによって、RF波に比べて、表面処理の
速度を向上できる。
500MHzとすることによって、RF波に比べて、表面処理の
速度を向上できる。
【００３８】また、基板電極と高周波電極を平行平板と
することによって、面内均一性を向上できる。
することによって、面内均一性を向上できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】図面に基づき、本発明の実施の形
態について以下にのべる。
態について以下にのべる。
【００４０】図２に本発明の第一の実施例を示す。高周
波電極１と基板電極２を反応室３の中に備える。高周波
電極1は、電気絶縁体１０２で複数の導体部１０１に電
気的に分割されている。導体部１０１の表面の最大寸法
はc/4fよりも小さい。高周波電源４で発生させた高周波
電圧は、マッチングボックス５を経て、高周波導入部６
を通して、導体部１０１に印加される。高周波導入部は
分割された導体部１０１に対応して、複数の高周波導入
部６０１に分割されている。基板電極２に基板７を配置
し、ヒータ８によって基板を加熱可能である。高周波電
極１と基板電極２は、平板状で平行に配置されている。
波電極１と基板電極２を反応室３の中に備える。高周波
電極1は、電気絶縁体１０２で複数の導体部１０１に電
気的に分割されている。導体部１０１の表面の最大寸法
はc/4fよりも小さい。高周波電源４で発生させた高周波
電圧は、マッチングボックス５を経て、高周波導入部６
を通して、導体部１０１に印加される。高周波導入部は
分割された導体部１０１に対応して、複数の高周波導入
部６０１に分割されている。基板電極２に基板７を配置
し、ヒータ８によって基板を加熱可能である。高周波電
極１と基板電極２は、平板状で平行に配置されている。
【００４１】シラン、水素等のガスを反応室３の中に導
入し、排気系９によって反応室３の圧力を0.1Paから100
0Paに保ち、高周波電極１に印加した高周波電圧によっ
てプラズマ１０を発生させる。プラズマ１０によって、
ガスは分解され、基板７に非単結晶薄膜が作成される。
本図では、マッチングボックス５は一つであるが、分割
した導体部１０１に対応してそれぞれマッチングボック
スを設けてもよい。
入し、排気系９によって反応室３の圧力を0.1Paから100
0Paに保ち、高周波電極１に印加した高周波電圧によっ
てプラズマ１０を発生させる。プラズマ１０によって、
ガスは分解され、基板７に非単結晶薄膜が作成される。
本図では、マッチングボックス５は一つであるが、分割
した導体部１０１に対応してそれぞれマッチングボック
スを設けてもよい。
【００４２】図３に本発明の第二の実施例を示す。図３
（ａ）は、円形の高周波電極１を絶縁物１０２で、4つ
の導体部101A、101B、101C、101Dに電気的に分割してい
る。その際、導体部の最大長がc/4fよりも小さくしてあ
る。図３（ｂ）は、長方形の高周波電極１を絶縁物１０
２で、６つの導体部101a、101b、101c、101d、101e、10
1fに電気的に分割している。その際、導体部の最大長
を、c/4fよりも小さくしてある。
（ａ）は、円形の高周波電極１を絶縁物１０２で、4つ
の導体部101A、101B、101C、101Dに電気的に分割してい
る。その際、導体部の最大長がc/4fよりも小さくしてあ
る。図３（ｂ）は、長方形の高周波電極１を絶縁物１０
２で、６つの導体部101a、101b、101c、101d、101e、10
1fに電気的に分割している。その際、導体部の最大長
を、c/4fよりも小さくしてある。
【００４３】表1は、外寸1m×2mの高周波電極を用い
て、周波数13.56MHzと、70MHzで非晶質シリコン薄膜を
0.8m×1.6mのガラス基板に堆積したときの膜厚分布を示
す。
て、周波数13.56MHzと、70MHzで非晶質シリコン薄膜を
0.8m×1.6mのガラス基板に堆積したときの膜厚分布を示
す。
【００４４】
【表１】
【００４５】高周波電極には、図１２（ｂ）に示す導体
部を分割しない従来法のものと、図３（ｂ）に示す導体
部を6分割したものを用いた。高周波電力は100Wとし、
ガスにはシラン50%、水素50%の混合ガスを用い、圧力は
40Paとした。いずれの電極でも、13.56MHzのRF波のとき
は、膜厚分布は±5%と±4%で大きな差はなく、ほぼ均一
に基板上に非晶質シリコンが作成された。これに対し
て、70MHzのVHF波では、従来法の高周波電極では、±20
%と膜厚の分布が大きくなった。第一の実施例の導体部
を6分割した電極では、70MHzにおいても膜厚分布は±5%
に収まっている。
部を分割しない従来法のものと、図３（ｂ）に示す導体
部を6分割したものを用いた。高周波電力は100Wとし、
ガスにはシラン50%、水素50%の混合ガスを用い、圧力は
40Paとした。いずれの電極でも、13.56MHzのRF波のとき
は、膜厚分布は±5%と±4%で大きな差はなく、ほぼ均一
に基板上に非晶質シリコンが作成された。これに対し
て、70MHzのVHF波では、従来法の高周波電極では、±20
%と膜厚の分布が大きくなった。第一の実施例の導体部
を6分割した電極では、70MHzにおいても膜厚分布は±5%
に収まっている。
【００４６】図４は、 c/4fを周波数fに対して示したも
のである。図から分かるように、 c/4fは周波数の増加
ととともに短くなる。図５に、10〜200MHzの範囲のc/4f
の変化を示す。
のである。図から分かるように、 c/4fは周波数の増加
ととともに短くなる。図５に、10〜200MHzの範囲のc/4f
の変化を示す。
【００４７】13.56MHzではc/4f≒5.5m、70MHzではc/4f
≒1.1mである。表１において、導体部の最大長Lmaxは従
来法で2.2m、第一の実施例では0.8mになっている。従っ
て、 従来法： Lmax＜ c/4f (13.56MHz）、Lmax＞ c/4
f(70MHz) 第一の実施例： Lmax＜ c/4f (13.56MHz）、Lmax＜ c/4
f (70MHz) となり、従来法では定在波の発生により、70MHzで膜厚
分布が大きくなったといえる。これに対して、第一の実
施例では、70MHzにおいてもLmax＜ c/4fが保たれて、定
在波の発生が抑制されて膜厚の面内均一性がよくなった
といえる。
≒1.1mである。表１において、導体部の最大長Lmaxは従
来法で2.2m、第一の実施例では0.8mになっている。従っ
て、 従来法： Lmax＜ c/4f (13.56MHz）、Lmax＞ c/4
f(70MHz) 第一の実施例： Lmax＜ c/4f (13.56MHz）、Lmax＜ c/4
f (70MHz) となり、従来法では定在波の発生により、70MHzで膜厚
分布が大きくなったといえる。これに対して、第一の実
施例では、70MHzにおいてもLmax＜ c/4fが保たれて、定
在波の発生が抑制されて膜厚の面内均一性がよくなった
といえる。
【００４８】図６は本発明の第三の実施例である。位相
調整器１１を備え、各導体部に位相差を設けて、高周波
電圧を印加する。位相調整器として最も簡便には、高周
波導入部の長さを位相差に応じて各導体部で変化させて
実現できる。例えば、100MHzの場合の波長は、c/f=３×
１０8[m/s]／１０8[Hz]=３[m]。１波長で電磁波の位相
は、360°なので、60°の場合の長さLは、L=３[m]×60
[°]／360[°]=０．５[m]となる。従って、０．５m進む
間に、位相が60°変わり、高周波導入部の長さを０．５
mずつ変えれば、60°の位相差を実現できる。また、電
気回路で実現することもできる。
調整器１１を備え、各導体部に位相差を設けて、高周波
電圧を印加する。位相調整器として最も簡便には、高周
波導入部の長さを位相差に応じて各導体部で変化させて
実現できる。例えば、100MHzの場合の波長は、c/f=３×
１０8[m/s]／１０8[Hz]=３[m]。１波長で電磁波の位相
は、360°なので、60°の場合の長さLは、L=３[m]×60
[°]／360[°]=０．５[m]となる。従って、０．５m進む
間に、位相が60°変わり、高周波導入部の長さを０．５
mずつ変えれば、60°の位相差を実現できる。また、電
気回路で実現することもできる。
【００４９】図７は、図３（ｂ）の電極を用いて、各導
体部に60°ずつの位相をずらした場合の各導体部の高周
波電圧波形である。本実施例を用いて70MHzで非晶質シ
リコンを堆積した場合の膜厚分布は、±4%となり、位相
差無しの場合に比べて膜厚の均一性がよくなった。な
お、位相差以外は第一の実施例と同じ条件で非晶質シリ
コン膜を堆積した。
体部に60°ずつの位相をずらした場合の各導体部の高周
波電圧波形である。本実施例を用いて70MHzで非晶質シ
リコンを堆積した場合の膜厚分布は、±4%となり、位相
差無しの場合に比べて膜厚の均一性がよくなった。な
お、位相差以外は第一の実施例と同じ条件で非晶質シリ
コン膜を堆積した。
【００５０】図８に本発明の第四の実施例を示す。パル
ス変調器１２によって、高周波電圧をオン、オフ変調す
る。本実施例を用いて、70MHzの高周波を用いて非晶質
シリコン薄膜を0.8m×1.6mのガラス基板に堆積した。デ
ューティー比50%で、1kHzでパルス変調をかけた。パワ
ーを増加させて1kW印加させても、粉の発生は認められ
ず、放電も安定していた。これに対して、パルス変調し
ない場合は500Wから放電が不安定になり、電極端部で粉
の発生が認められた。
ス変調器１２によって、高周波電圧をオン、オフ変調す
る。本実施例を用いて、70MHzの高周波を用いて非晶質
シリコン薄膜を0.8m×1.6mのガラス基板に堆積した。デ
ューティー比50%で、1kHzでパルス変調をかけた。パワ
ーを増加させて1kW印加させても、粉の発生は認められ
ず、放電も安定していた。これに対して、パルス変調し
ない場合は500Wから放電が不安定になり、電極端部で粉
の発生が認められた。
【００５１】図９に本発明の第五の実施例を示す。ゲー
ト回路１３によって、パルス変調された高周波のオン、
オフのタイミングを各導体部でずらすことができる。
ト回路１３によって、パルス変調された高周波のオン、
オフのタイミングを各導体部でずらすことができる。
【００５２】図１０は電圧印加波形の例である。図３
（ｂ）の電極の導体部101a〜101fにタイミングをずらし
て高周波電圧を印加することにより、放電の面内均一性
が向上するとともに、放電が安定した。本実施例を用い
て、70MHzの高周波を用いて非晶質シリコン薄膜を0.8m
×1.6mのガラス基板に堆積した。本実施例を用いて、パ
ワー1200W（時間平均で200W)の高周波を用いた場合、膜
厚分布は±3%であった。これに対して、200Wにおいて、
第一の実施例の構成で膜厚分布は±5%であった。
（ｂ）の電極の導体部101a〜101fにタイミングをずらし
て高周波電圧を印加することにより、放電の面内均一性
が向上するとともに、放電が安定した。本実施例を用い
て、70MHzの高周波を用いて非晶質シリコン薄膜を0.8m
×1.6mのガラス基板に堆積した。本実施例を用いて、パ
ワー1200W（時間平均で200W)の高周波を用いた場合、膜
厚分布は±3%であった。これに対して、200Wにおいて、
第一の実施例の構成で膜厚分布は±5%であった。
【００５３】本発明の表面処理方法は、非晶質シリコン
の堆積以外にも、ガスをシランと窒素、アンモニアなど
の混合ガスとすることによって非晶質シリコンナイトラ
イド、シランと二酸化炭素等を用いることによって非晶
質シリコンオキサイド、シランと炭化水素を用いること
によって非晶質シリコンカーバイド、シランとゲルマン
を用いることによって非晶質シリコンゲルマニウムなど
の非晶質シリコン合金の堆積、微結晶シリコンや多結晶
シリコンの堆積にも適用可能である。
の堆積以外にも、ガスをシランと窒素、アンモニアなど
の混合ガスとすることによって非晶質シリコンナイトラ
イド、シランと二酸化炭素等を用いることによって非晶
質シリコンオキサイド、シランと炭化水素を用いること
によって非晶質シリコンカーバイド、シランとゲルマン
を用いることによって非晶質シリコンゲルマニウムなど
の非晶質シリコン合金の堆積、微結晶シリコンや多結晶
シリコンの堆積にも適用可能である。
【００５４】また、高周波電極にターゲットを配置する
ことによって、アルミニウム、チタン、銀などの金属、
ITO、ZnOなどの透明導電膜などをスパッタによって堆積
することも可能である。
ことによって、アルミニウム、チタン、銀などの金属、
ITO、ZnOなどの透明導電膜などをスパッタによって堆積
することも可能である。
【００５５】また、ガスにC3F8などのフルオロカーボン
やSF6などを用いることにより、LSIのエッチングプロセ
スにも適用可能である。VHF波を用いて大面積に面内均
一性よくプラズマを発生できるので、低い電子温度によ
ってCFxラジカルが選択されてサイドエッチが抑制され
る。また、下地材料をオーバーエッチしてしまったりや
エッチング材料の残留など面内のエッチングむらを抑制
できる。
やSF6などを用いることにより、LSIのエッチングプロセ
スにも適用可能である。VHF波を用いて大面積に面内均
一性よくプラズマを発生できるので、低い電子温度によ
ってCFxラジカルが選択されてサイドエッチが抑制され
る。また、下地材料をオーバーエッチしてしまったりや
エッチング材料の残留など面内のエッチングむらを抑制
できる。
【００５６】また、ガスに酸素を用いて表面酸化、ガス
に窒素を用いて表面窒化などの表面改質にも適用可能で
ある。
に窒素を用いて表面窒化などの表面改質にも適用可能で
ある。
【００５７】また、高周波電圧の周波数を望ましくは、
20〜500MHzとすることにより、スループットの向上とと
もに、非晶質シリコン、微結晶シリコンなどの膜質改
善、エッチングの選択比の向上、表面改質の処理時間の
短縮などに効果がある。
20〜500MHzとすることにより、スループットの向上とと
もに、非晶質シリコン、微結晶シリコンなどの膜質改
善、エッチングの選択比の向上、表面改質の処理時間の
短縮などに効果がある。
【００５８】また、電極の配置を、平行平板にすること
によって、面内均一性を向上させることができる。
によって、面内均一性を向上させることができる。
【００５９】
【発明の効果】前述のように、この発明は、ガス導入手
段と真空排気手段とを有する真空気密可能な反応室内
に、高周波電極と，基板を配設するための基板電極とを
備えた装置に、高周波電源から高周波電力を導入し、前
記高周波電極に印加された高周波電圧により励起される
グロー放電によりプラズマを発生して、前記基板の表面
処理を行う高周波グロー放電を利用した表面処理方法に
おいて、前記高周波電極の前記プラズマ生成空間に対向
した表面の最大寸法が、真空中の光速Ｃの四分の一を高
周波印加電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小とな
るようにして処理することとし（請求項１ないし請求項
８に共通）、また、高周波電極が、導体部を電気絶縁物
により電気的に複数に分割してなる場合には、この分割
された各導体部の前記プラズマ生成空間に対向した表面
の最大寸法が、真空中の光速Ｃの四分の一を高周波印加
電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小となるように
して処理することとし（請求項２）、また、上記分割さ
れた各導体部に印加する高周波電圧は、その位相をずら
すこととし（請求項３）、さらに高周波電圧をパルス状
にオン・オフして繰り返し印加する（請求項４）あるい
は、分割された各導体部に印加する高周波電圧は、高周
波電圧をパルス状にオン・オフして繰り返し印加し、オ
ン又はオフならびにオン・オフ両方のタイミングを、分
割された各導体部でずらすこととし（請求項５）、さら
にまた、高周波電圧の周波数を20から500MHzとすること
とした（請求項６）ので、プラズマＣＶＤによる基板へ
の薄膜形成，スパッタによる基板への薄膜形成，エッチ
ング，表面改質などの高周波グロー放電を利用した表面
処理において、定在波の発生を抑止し、放電の安定性，
表面処理の均一性および表面処理速度の向上を図ること
ができる。
段と真空排気手段とを有する真空気密可能な反応室内
に、高周波電極と，基板を配設するための基板電極とを
備えた装置に、高周波電源から高周波電力を導入し、前
記高周波電極に印加された高周波電圧により励起される
グロー放電によりプラズマを発生して、前記基板の表面
処理を行う高周波グロー放電を利用した表面処理方法に
おいて、前記高周波電極の前記プラズマ生成空間に対向
した表面の最大寸法が、真空中の光速Ｃの四分の一を高
周波印加電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小とな
るようにして処理することとし（請求項１ないし請求項
８に共通）、また、高周波電極が、導体部を電気絶縁物
により電気的に複数に分割してなる場合には、この分割
された各導体部の前記プラズマ生成空間に対向した表面
の最大寸法が、真空中の光速Ｃの四分の一を高周波印加
電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／４ｆより小となるように
して処理することとし（請求項２）、また、上記分割さ
れた各導体部に印加する高周波電圧は、その位相をずら
すこととし（請求項３）、さらに高周波電圧をパルス状
にオン・オフして繰り返し印加する（請求項４）あるい
は、分割された各導体部に印加する高周波電圧は、高周
波電圧をパルス状にオン・オフして繰り返し印加し、オ
ン又はオフならびにオン・オフ両方のタイミングを、分
割された各導体部でずらすこととし（請求項５）、さら
にまた、高周波電圧の周波数を20から500MHzとすること
とした（請求項６）ので、プラズマＣＶＤによる基板へ
の薄膜形成，スパッタによる基板への薄膜形成，エッチ
ング，表面改質などの高周波グロー放電を利用した表面
処理において、定在波の発生を抑止し、放電の安定性，
表面処理の均一性および表面処理速度の向上を図ること
ができる。
【図１】定在波に関する説明図である。
【図２】この発明の第一の実施例の概略図である。
【図３】この発明の第二の実施例の概略図である。
【図４】ｆとＣ／４ｆとの関係を両辺対数で示す図であ
る。
る。
【図５】ｆとＣ／４ｆとの関係を示す図である。
【図６】この発明の第三の実施例の概略図である。
【図７】位相をずらした場合の各導体部の高周波電圧波
形を示す図である。
形を示す図である。
【図８】この発明の第四の実施例の概略図である。
【図９】この発明の第五の実施例の概略図である。
【図１０】オン・オフのタイミングをずらした場合の各
導体部の高周波電圧波形を示す図である。
導体部の高周波電圧波形を示す図である。
【図１１】従来の高周波グロー放電を利用した表面処理
方法を説明するための概略図である。
方法を説明するための概略図である。
【図１２】従来の高周波電極の形状を示す図である。
１：高周波電極、２：基板電極、３：反応室、４：高周
波電源、７：基板、９：排気系、１２：パルス変調器、
１３：ゲート回路、１０１：導体部、１０２:電気絶縁
体。
波電源、７：基板、９：排気系、１２：パルス変調器、
１３：ゲート回路、１０１：導体部、１０２:電気絶縁
体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｍ Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｃ Ｆターム(参考） 4K029 AA01 AA24 BA02 BA43 CA05 DC02 DC29 DC35 FA05 4K030 AA06 AA13 AA16 AA17 BA30 BB04 BB05 CA01 CA12 FA03 JA18 JA19 KA18 LA16 5F004 AA03 BA06 BB11 BB13 BC08 BD04 CA09 5F045 AA08 AA19 AB03 AB04 AB06 AB32 AB33 AC01 AC12 AE13 AE15 AE17 AE19 AE21 BB02 BB09 CA13 CA15 EH04 EH13 EH20
Claims (8)
- 【請求項１】 ガス導入手段と真空排気手段とを有する
真空気密可能な反応室内に、高周波電極と，基板を配設
するための基板電極とを備えた装置に、高周波電源から
高周波電力を導入し、前記高周波電極に印加された高周
波電圧により励起されるグロー放電によりプラズマを発
生して、前記基板の表面処理を行う高周波グロー放電を
利用した表面処理方法において、前記高周波電極の前記
プラズマ生成空間に対向した表面の最大寸法が、真空中
の光速Ｃの四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除し
た値Ｃ／４ｆより小となるようにして処理することを特
徴とする高周波グロー放電を利用した表面処理方法。 - 【請求項２】 ガス導入手段と真空排気手段とを有する
真空気密可能な反応室内に、導体部を電気絶縁物により
電気的に複数に分割してなる高周波電極と，基板を配設
するための基板電極とを平行平板状に備えた装置に、高
周波電源から高周波電力を導入し、前記高周波電極の分
割された各導体部に印加された高周波電圧により励起さ
れるグロー放電によりプラズマを発生して、前記基板の
表面処理を行う高周波グロー放電を利用した表面処理方
法において、前記分割された各導体部の前記プラズマ生
成空間に対向した表面の最大寸法が、真空中の光速Ｃの
四分の一を高周波印加電圧の周波数ｆで除した値Ｃ／４
ｆより小となるようにして処理することを特徴とする高
周波グロー放電を利用した表面処理方法。 - 【請求項３】 請求項２記載の方法において、分割され
た各導体部に印加する高周波電圧の位相をずらすことを
特徴とする高周波グロー放電を利用した表面処理方法。 - 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の方
法において、高周波電圧をパルス状にオン・オフして繰
り返し印加することを特徴とする高周波グロー放電を利
用した表面処理方法。 - 【請求項５】 請求項２ないし３のいずれかに記載の方
法において、高周波電圧をパルス状にオン・オフして繰
り返し印加し、オン又はオフならびにオン・オフ両方の
タイミングを、分割された各導体部でずらすことを特徴
とする高周波グロー放電を利用した表面処理方法。 - 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の方
法において、高周波電圧の周波数を20から500MHzとする
ことを特徴とする高周波グロー放電を利用した表面処理
方法。 - 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれかに記載の方
法において、前記表面処理は、プラズマＣＶＤによる基
板への薄膜形成，スパッタによる基板への薄膜形成，エ
ッチング，表面改質のいずれかの処理であることを特徴
とする高周波グロー放電を利用した表面処理方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載のプラズマＣＶＤによる
基板への薄膜形成の薄膜は、非晶質シリコンもしくは非
晶質シリコン合金，微結晶シリコンもしくは微結晶シリ
コン合金，多結晶シリコンもしくは多結晶シリコン合金
のいずれかであることを特徴とする高周波グロー放電を
利用した表面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069684A JP2000268994A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 高周波グロー放電を利用した表面処理方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11069684A JP2000268994A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 高周波グロー放電を利用した表面処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000268994A true JP2000268994A (ja) | 2000-09-29 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11069684A Pending JP2000268994A (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 高周波グロー放電を利用した表面処理方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2000268994A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001168044A (ja) * | 1999-12-14 | 2001-06-22 | Sharp Corp | プラズマｃｖｄ装置およびそれを用いた薄膜製造方法並びに薄膜太陽電池の製造方法 |
| US6797112B2 (en) | 2001-03-19 | 2004-09-28 | Hitachi, Ltd. | Plasma treatment apparatus and method of producing semiconductor device using the apparatus |
| JP2005264172A (ja) * | 2004-03-16 | 2005-09-29 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | プラズマｃｖｄ装置 |
| JP2006336040A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Fuji Electric Holdings Co Ltd | プラズマｃｖｄ装置 |
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