JP3276346B2 - 放電電極、高周波プラズマ発生装置、給電方法および半導体製造方法 - Google Patents
放電電極、高周波プラズマ発生装置、給電方法および半導体製造方法Info
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- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/505—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using radio frequency discharges
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、放電電極、高周波
プラズマ発生装置、放電電極への給電方法および半導体
の製造方法に関し、特に、太陽電池や薄膜トランジスタ
などに用いられるアモルファスシリコン、微結晶シリコ
ン、多結晶薄膜シリコン、窒化シリコンなどの半導体の
製膜や、半導体膜のエッチングに用いられる高周波プラ
ズマ発生装置、その放電電極、放電電極への給電方法お
よびこれを用いた半導体の製造方法に関する。
プラズマ発生装置、放電電極への給電方法および半導体
の製造方法に関し、特に、太陽電池や薄膜トランジスタ
などに用いられるアモルファスシリコン、微結晶シリコ
ン、多結晶薄膜シリコン、窒化シリコンなどの半導体の
製膜や、半導体膜のエッチングに用いられる高周波プラ
ズマ発生装置、その放電電極、放電電極への給電方法お
よびこれを用いた半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】前記高周波プラズマ発生装置の構成とそ
れを用いた半導体の製造方法の例として、アモルファス
シリコン半導体薄膜（以下、ａ−Ｓｉと言う）をプラズ
マ化学蒸着装置（以下ＰＣＶＤ装置という）にて製造す
る場合について、平行平板型電極を用いた場合と、
ラダー電極を用いた場合の２つの場合の代表例を挙げて
説明する。
れを用いた半導体の製造方法の例として、アモルファス
シリコン半導体薄膜（以下、ａ−Ｓｉと言う）をプラズ
マ化学蒸着装置（以下ＰＣＶＤ装置という）にて製造す
る場合について、平行平板型電極を用いた場合と、
ラダー電極を用いた場合の２つの場合の代表例を挙げて
説明する。
【０００３】図１１は、ａ−Ｓｉ製膜にごく一般に用い
られるの平行平板型電極を用いた装置の一構成例を示
している。反応容器１内に基板ヒータ２を設置し、電気
的に接地する。基板ヒータ２と対向した位置に、基板ヒ
ータ２からたとえば２０ｍｍ離して平板電極３を設置す
る。平板電極３には、外部の高周波電源４をインピーダ
ンス整合器５および同軸ケーブル６を介して接続する。
平板電極３には、基板ヒータ２と対向する面と反対側に
不要なプラズマが生成しないように、アースシールド８
を設置する。
られるの平行平板型電極を用いた装置の一構成例を示
している。反応容器１内に基板ヒータ２を設置し、電気
的に接地する。基板ヒータ２と対向した位置に、基板ヒ
ータ２からたとえば２０ｍｍ離して平板電極３を設置す
る。平板電極３には、外部の高周波電源４をインピーダ
ンス整合器５および同軸ケーブル６を介して接続する。
平板電極３には、基板ヒータ２と対向する面と反対側に
不要なプラズマが生成しないように、アースシールド８
を設置する。
【０００４】ａ−Ｓｉ製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで、反応容器１内の圧力をたとえ
ば１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、
基板１６と平板電極３の間にプラズマを発生させる。高
周波電力が効率良くプラズマ発生部に供給されるように
インピーダンス整合器５を調整する。プラズマ１９中で
はＳｉＨ４が分解し、基板１６表面にａ−Ｓｉ膜が製膜
される。たとえば１０分程度この状態で製膜を行うこと
により必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで、反応容器１内の圧力をたとえ
ば１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、
基板１６と平板電極３の間にプラズマを発生させる。高
周波電力が効率良くプラズマ発生部に供給されるように
インピーダンス整合器５を調整する。プラズマ１９中で
はＳｉＨ４が分解し、基板１６表面にａ−Ｓｉ膜が製膜
される。たとえば１０分程度この状態で製膜を行うこと
により必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜される。
【０００５】図１２は、のラダー電極３０３を用いた
装置の一構成例を示している。ラダー電極については、
たとえば特開平４−２３６７８１号に詳細が報告されて
いる。図１３は、ラダー電極３０３の構造がよく分るよ
うに図１２のＡ方向から描いた図である。
装置の一構成例を示している。ラダー電極については、
たとえば特開平４−２３６７８１号に詳細が報告されて
いる。図１３は、ラダー電極３０３の構造がよく分るよ
うに図１２のＡ方向から描いた図である。
【０００６】反応容器１内に基板ヒータ２（図１３には
図示していない）を設置し、電気的に接地する。基板ヒ
ータ２と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２
０ｍｍ離してラダー電極３０３を設置する。ラダー電極
３０３には、外部の高周波電源４をインピーダンス整合
器５および同軸ケーブル６を介して接続する。ラダー電
極３０３には、基板ヒータ２と対向する面と反対側に不
要なプラズマが生成しないように、アースシールド３０
８を設置する。
図示していない）を設置し、電気的に接地する。基板ヒ
ータ２と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２
０ｍｍ離してラダー電極３０３を設置する。ラダー電極
３０３には、外部の高周波電源４をインピーダンス整合
器５および同軸ケーブル６を介して接続する。ラダー電
極３０３には、基板ヒータ２と対向する面と反対側に不
要なプラズマが生成しないように、アースシールド３０
８を設置する。
【０００７】ａ−Ｓｉ製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで、反応容器１内の圧力をたとえ
ば１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、
基板１６とラダー電極３０３の間にプラズマを発生させ
る。高周波電力が効率良くプラズマ３１９発生部に供給
されるようにインピーダンス整合器５を調整する。プラ
ズマ３１９中ではＳｉＨ４が分解し、基板１６にａ−Ｓ
ｉ膜が製膜される。たとえば１０分程度この状態で製膜
を行うことにより、必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜され
る。
たとえば２００℃に設定した基板ヒータ２上にａ−Ｓｉ
薄膜を製膜する基板１６を設置する。ガス供給管１７か
らＳｉＨ４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、
真空排気管１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで、反応容器１内の圧力をたとえ
ば１００ｍＴｏｒｒに調節する。高周波電力を供給し、
基板１６とラダー電極３０３の間にプラズマを発生させ
る。高周波電力が効率良くプラズマ３１９発生部に供給
されるようにインピーダンス整合器５を調整する。プラ
ズマ３１９中ではＳｉＨ４が分解し、基板１６にａ−Ｓ
ｉ膜が製膜される。たとえば１０分程度この状態で製膜
を行うことにより、必要な厚さのａ−Ｓｉ膜が製膜され
る。
【０００８】図１２および図１３に示す本構成例は図１
１の構成例と比較して、以下の２点の特徴がある。第一
の特徴は、電極として平板電極を用いず、円形断面の電
極棒を梯子型に組んだラダー型と呼ばれる電極を用いて
いることである。本電極は電極棒の間を原料のＳｉＨ４
ガスが自由に流れるので、原料供給が均一に行われると
言う特徴を持つ。第二の特徴は、給電を電極の１箇所に
行うのではなく、複数（ここでは４点）箇所に行ってい
ることである。
１の構成例と比較して、以下の２点の特徴がある。第一
の特徴は、電極として平板電極を用いず、円形断面の電
極棒を梯子型に組んだラダー型と呼ばれる電極を用いて
いることである。本電極は電極棒の間を原料のＳｉＨ４
ガスが自由に流れるので、原料供給が均一に行われると
言う特徴を持つ。第二の特徴は、給電を電極の１箇所に
行うのではなく、複数（ここでは４点）箇所に行ってい
ることである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】現在、上記技術を用い
て作製される太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルデ
ィスプレイ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による
低コスト化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高
品質化が求められている。これら要求を満たす新しいプ
ラズマ生成方法として、高周波電源の高高周波化（３０
ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）がある。高周波化により製膜速
度の高速化と高品質化が両立されることが、たとえば文
献Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏ
ｌ．４２４，ｐｐ９，１９９７に記されている。特に、
ａ−Ｓｉに代る新しい薄膜として注目されている微結晶
Ｓｉ薄膜の高速高品質製膜にこの高高周波が適している
ことが最近分ってきている。
て作製される太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルデ
ィスプレイ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による
低コスト化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高
品質化が求められている。これら要求を満たす新しいプ
ラズマ生成方法として、高周波電源の高高周波化（３０
ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）がある。高周波化により製膜速
度の高速化と高品質化が両立されることが、たとえば文
献Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏ
ｌ．４２４，ｐｐ９，１９９７に記されている。特に、
ａ−Ｓｉに代る新しい薄膜として注目されている微結晶
Ｓｉ薄膜の高速高品質製膜にこの高高周波が適している
ことが最近分ってきている。
【００１０】ところが、この高高周波による製膜は、均
一大面積製膜が難しいという欠点がある。これは、高高
周波の波長が電極サイズと同程度のオーダーであること
から、電極端などで生じる反射波を主因とする定在波に
よる電圧分布が電極面内に発生し、それにともないプラ
ズマが不均一となり、結果、製膜が不均一になるためで
ある。
一大面積製膜が難しいという欠点がある。これは、高高
周波の波長が電極サイズと同程度のオーダーであること
から、電極端などで生じる反射波を主因とする定在波に
よる電圧分布が電極面内に発生し、それにともないプラ
ズマが不均一となり、結果、製膜が不均一になるためで
ある。
【００１１】平行平板電極を用いた場合の代表例とし
て挙げた上記構成例において、電極サイズが３０ｃｍを
越え、または、周波数が３０ＭＨｚを越えると、上記定
在波の影響が顕著となり、半導体製膜上最低限必要な製
膜膜厚均一性±１０％の達成が困難になる。
て挙げた上記構成例において、電極サイズが３０ｃｍを
越え、または、周波数が３０ＭＨｚを越えると、上記定
在波の影響が顕著となり、半導体製膜上最低限必要な製
膜膜厚均一性±１０％の達成が困難になる。
【００１２】図１４は、１００ＭＨｚでの定在波による
電圧分布の１例である。図１４は、同時にイオン飽和電
流分布も示している。イオン飽和電流分布は、電子密度
分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一般にプラ
ズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を見ると電
極上に定在波が生じており、それに対応してイオン飽和
電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっているこ
とが分る。
電圧分布の１例である。図１４は、同時にイオン飽和電
流分布も示している。イオン飽和電流分布は、電子密度
分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一般にプラ
ズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を見ると電
極上に定在波が生じており、それに対応してイオン飽和
電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっているこ
とが分る。
【００１３】一方、ラダー電極を用いた場合の代表例
としてあげた図１２および図１３は、ラダー電極を用い
ていることに加え、１点給電では顕著に生じてしまう定
在波を、４点に給電することにより低減したことを特徴
とするものである。しかしながら、この場合でも、電極
サイズが３０ｃｍを越え、または、周波数が８０ＭＨｚ
を越えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。図１
５に６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚで４点給電したとき
のラダー電極上に生じる電圧分布を示す。６０ＭＨｚで
は比較的均一な電圧分布を示しているが、１００ＭＨｚ
では不均一になってしまっている。また、４点の給電位
置は、試行錯誤的に最適位置を見つける必要があり、非
常に手間暇がかかる。さらに、ガス圧、高周波電力など
の製膜条件を変更すると、最適位置が変ってしまうと言
う問題がある。
としてあげた図１２および図１３は、ラダー電極を用い
ていることに加え、１点給電では顕著に生じてしまう定
在波を、４点に給電することにより低減したことを特徴
とするものである。しかしながら、この場合でも、電極
サイズが３０ｃｍを越え、または、周波数が８０ＭＨｚ
を越えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。図１
５に６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚで４点給電したとき
のラダー電極上に生じる電圧分布を示す。６０ＭＨｚで
は比較的均一な電圧分布を示しているが、１００ＭＨｚ
では不均一になってしまっている。また、４点の給電位
置は、試行錯誤的に最適位置を見つける必要があり、非
常に手間暇がかかる。さらに、ガス圧、高周波電力など
の製膜条件を変更すると、最適位置が変ってしまうと言
う問題がある。
【００１４】以上のような問題は学会でも注目され、こ
れまでにたとえば文献Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｒｒｏｃ．Ｖｏｌ．３７７，ｐｐ３３，１９９５に
記されているように、平行平板の給電側と反対側にロス
のないリアクタンス（コイル）を接続することが提案さ
れている。これは、定在波の電極端からの反射条件を変
えることで、定在波の波形の中で分布が比較的平らな部
分、たとえばｓｉｎ波の極大付近を電極上に発生させ
て、電極に生じる電圧分布を少なくするものである。し
かしながら、この方法は定在波を根本から無くすのでは
なく、ｓｉｎ波のうち平らな部分が電極上に発生するよ
うにするだけであるため、均一部分が得られるのは波長
の１／８程度までであり、それを越える範囲の均一化は
原理的に不可能である。図１６に１００ＭＨｚで平行平
板の一端をロスのないリアクタンス（コイル）で終端し
たときの電圧分布を示す。このように、終端端から３０
ｃｍ程度は均一であるが、それ以上は不均一になってし
まっており、この部分は製膜に用いることができない。
れまでにたとえば文献Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍ
ｐ．Ｒｒｏｃ．Ｖｏｌ．３７７，ｐｐ３３，１９９５に
記されているように、平行平板の給電側と反対側にロス
のないリアクタンス（コイル）を接続することが提案さ
れている。これは、定在波の電極端からの反射条件を変
えることで、定在波の波形の中で分布が比較的平らな部
分、たとえばｓｉｎ波の極大付近を電極上に発生させ
て、電極に生じる電圧分布を少なくするものである。し
かしながら、この方法は定在波を根本から無くすのでは
なく、ｓｉｎ波のうち平らな部分が電極上に発生するよ
うにするだけであるため、均一部分が得られるのは波長
の１／８程度までであり、それを越える範囲の均一化は
原理的に不可能である。図１６に１００ＭＨｚで平行平
板の一端をロスのないリアクタンス（コイル）で終端し
たときの電圧分布を示す。このように、終端端から３０
ｃｍ程度は均一であるが、それ以上は不均一になってし
まっており、この部分は製膜に用いることができない。
【００１５】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、プラズマのような放電状態の均一性を向上させる
放電電極、高周波プラズマ発生装置、放電電極への給電
方法および半導体の製造方法を提供することを目的とし
ている。
ので、プラズマのような放電状態の均一性を向上させる
放電電極、高周波プラズマ発生装置、放電電極への給電
方法および半導体の製造方法を提供することを目的とし
ている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る（）つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも１つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材に限定し
て解釈されるためのものではなく、その対応関係を明白
にするためのものである。
の手段が請求項に対応して表現される次の記載中に現れ
る（）つきの数字は、請求項の記載事項が詳しく後述さ
れる実施の複数の形態のうちの少なくとも１つの形態の
部材、工程、動作に対応することを示すが、本発明の解
決手段がそれらの数字が示す実施の形態の部材に限定し
て解釈されるためのものではなく、その対応関係を明白
にするためのものである。
【００１７】本発明の放電電極は、供給された高周波電
力に基づいて放電状態（１９）を発生させるための放電
電極であって、前記高周波電力が供給される電極本体
（３）と、前記電極本体（３）に供給された高周波電力
の反射波が前記電極本体（３）で発生することを防止す
る反射波防止部（１３）とを備えている。前記放電状態
とは、放電により発生するプラズマ（１９）であること
ができる。
力に基づいて放電状態（１９）を発生させるための放電
電極であって、前記高周波電力が供給される電極本体
（３）と、前記電極本体（３）に供給された高周波電力
の反射波が前記電極本体（３）で発生することを防止す
る反射波防止部（１３）とを備えている。前記放電状態
とは、放電により発生するプラズマ（１９）であること
ができる。
【００１８】本発明の放電電極において、前記反射波防
止部（１３）は、更に、前記高周波電力の反射波が前記
電極本体（３）に進入することを防止する。
止部（１３）は、更に、前記高周波電力の反射波が前記
電極本体（３）に進入することを防止する。
【００１９】本発明の放電電極において、前記反射波防
止部（１３）は、前記高周波電力の定在波が前記電極本
体（３）に発生することを防止する。
止部（１３）は、前記高周波電力の定在波が前記電極本
体（３）に発生することを防止する。
【００２０】本発明の放電電極において、前記電極本体
（３）は、前記供給された高周波電力を前記電極本体
（３）の外部に出力するための出力部（９）を有し、前
記反射波防止部（１３）は、前記出力部（９）に接続さ
れ、前記出力部（９）から出力された前記高周波電力に
対する負荷インピーダンスである。
（３）は、前記供給された高周波電力を前記電極本体
（３）の外部に出力するための出力部（９）を有し、前
記反射波防止部（１３）は、前記出力部（９）に接続さ
れ、前記出力部（９）から出力された前記高周波電力に
対する負荷インピーダンスである。
【００２１】本発明の放電電極において、前記負荷イン
ピーダンスは、前記出力部（９）から出力された前記高
周波電力の進行波成分を略完全に吸収して前記反射波が
前記電極本体（３）で発生することを防止する。
ピーダンスは、前記出力部（９）から出力された前記高
周波電力の進行波成分を略完全に吸収して前記反射波が
前記電極本体（３）で発生することを防止する。
【００２２】本発明の放電電極において、前記負荷イン
ピーダンスは、可変または固定のインピーダンス値を有
するインピーダンス整合部（１３）と、抵抗（１４）を
有している。
ピーダンスは、可変または固定のインピーダンス値を有
するインピーダンス整合部（１３）と、抵抗（１４）を
有している。
【００２３】本発明の放電電極において、前記負荷イン
ピーダンス（４１３）は、そのインピーダンス値を可変
に調整可能なインピーダンス整合部（４１３）を有し、
前記インピーダンス整合部（４１３）は、前記負荷イン
ピーダンス（４１３）に入力される高周波電力、前記負
荷インピーダンス（４１３）から反射される高周波電
力、前記負荷インピーダンス（４１３）で消費される高
周波電力、前記負荷インピーダンス（４１３）を流れる
高周波電力、前記負荷インピーダンス（４１３）に印加
される電圧、前記負荷インピーダンス（４１３）を流れ
る電流、および前記負荷インピーダンス（４１３）の前
記電圧と前記電流の位相差、のうちの少なくとも一つに
基づいて、前記インピーダンス値が可変に調整される。
ピーダンス（４１３）は、そのインピーダンス値を可変
に調整可能なインピーダンス整合部（４１３）を有し、
前記インピーダンス整合部（４１３）は、前記負荷イン
ピーダンス（４１３）に入力される高周波電力、前記負
荷インピーダンス（４１３）から反射される高周波電
力、前記負荷インピーダンス（４１３）で消費される高
周波電力、前記負荷インピーダンス（４１３）を流れる
高周波電力、前記負荷インピーダンス（４１３）に印加
される電圧、前記負荷インピーダンス（４１３）を流れ
る電流、および前記負荷インピーダンス（４１３）の前
記電圧と前記電流の位相差、のうちの少なくとも一つに
基づいて、前記インピーダンス値が可変に調整される。
【００２４】本発明の放電電極において、前記インピー
ダンス整合部（４１３）は、前記負荷インピーダンス
（４１３）に入力される高周波電力または前記負荷イン
ピーダンス（４１３）で消費される高周波電力が最大に
なるように、もしくは前記負荷インピーダンス（４１
３）から反射される高周波電力が最小になるように、前
記インピーダンス値が可変に調整される。
ダンス整合部（４１３）は、前記負荷インピーダンス
（４１３）に入力される高周波電力または前記負荷イン
ピーダンス（４１３）で消費される高周波電力が最大に
なるように、もしくは前記負荷インピーダンス（４１
３）から反射される高周波電力が最小になるように、前
記インピーダンス値が可変に調整される。
【００２５】本発明の放電電極において、前記負荷イン
ピーダンス（９１３）は、そのインピーダンス値を可変
に調整可能なインピーダンス整合部（９１３）を有し、
前記インピーダンス整合部（９１３）は、前記電極本体
（３）の複数の部位のそれぞれの電圧値に基づいて、前
記インピーダンス値が可変に調整される。
ピーダンス（９１３）は、そのインピーダンス値を可変
に調整可能なインピーダンス整合部（９１３）を有し、
前記インピーダンス整合部（９１３）は、前記電極本体
（３）の複数の部位のそれぞれの電圧値に基づいて、前
記インピーダンス値が可変に調整される。
【００２６】本発明の放電電極において、前記電極本体
は、ラダー型電極（３０３）である。
は、ラダー型電極（３０３）である。
【００２７】本発明の放電電極において、前記電極本体
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部（７）から前記高周波電力を入力して、前記電
極本体（３）の少なくとも１つ以上の終端点部（９）か
ら前記高周波電力を出力し、前記給電点部（７）および
前記終端点部（９）のそれぞれは、前記電極本体（３）
における互いに対称の位置に配置されている。
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部（７）から前記高周波電力を入力して、前記電
極本体（３）の少なくとも１つ以上の終端点部（９）か
ら前記高周波電力を出力し、前記給電点部（７）および
前記終端点部（９）のそれぞれは、前記電極本体（３）
における互いに対称の位置に配置されている。
【００２８】本発明の放電電極において、前記電極本体
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
（３）の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波
電力を出力し、前記給電点部および前記終端点部のそれ
ぞれは、前記電極本体（３）における全ての点と当該点
から最も近い前記給電点部または前記終端点部との間の
電流経路が前記供給される高周波電力の真空中波長の１
／４の距離以下となるように、配置されている。
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
（３）の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波
電力を出力し、前記給電点部および前記終端点部のそれ
ぞれは、前記電極本体（３）における全ての点と当該点
から最も近い前記給電点部または前記終端点部との間の
電流経路が前記供給される高周波電力の真空中波長の１
／４の距離以下となるように、配置されている。
【００２９】本発明の放電電極において、前記電極本体
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
（３）の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波
電力を出力し、前記電極本体（３）の前記終端点部（３
０９）と前記反射波防止部（４１３）の間、または前記
反射波防止部と接地電位との間には直列に、コンデンサ
（１０２３）が接続されている。
（３）は、前記電極本体（３）の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
（３）の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波
電力を出力し、前記電極本体（３）の前記終端点部（３
０９）と前記反射波防止部（４１３）の間、または前記
反射波防止部と接地電位との間には直列に、コンデンサ
（１０２３）が接続されている。
【００３０】本発明の放電電極において、前記コンデン
サ（１０２３）は、前記電極本体（３）を直流的にバイ
アスするためのコンデンサである。
サ（１０２３）は、前記電極本体（３）を直流的にバイ
アスするためのコンデンサである。
【００３１】本発明の高周波プラズマ発生装置は、放電
電極部（３）を有し、前記放電電極部（３）に供給され
た高周波電力に基づいてプラズマを発生する高周波プラ
ズマ発生装置であって、前記放電電極部（３）には、前
記放電電極部（３）に供給された高周波電力の反射波が
前記放電電極部（３）で発生することを防止する反射波
防止部が設けられている。
電極部（３）を有し、前記放電電極部（３）に供給され
た高周波電力に基づいてプラズマを発生する高周波プラ
ズマ発生装置であって、前記放電電極部（３）には、前
記放電電極部（３）に供給された高周波電力の反射波が
前記放電電極部（３）で発生することを防止する反射波
防止部が設けられている。
【００３２】本発明の放電電極への給電方法は、給電点
部（７）および前記給電点部以外の非特定部（９）とを
有する放電電極（３）を提供する事と、前記給電点部
（７）から前記放電電極（３）に高周波電力を供給する
事とを備えてなり、前記高周波電力を供給する事は、前
記給電点部（７）から前記非特定部（９）への一方向の
進行波成分を前記放電電極（３）に供給し、前記非特定
部（９）から前記給電点部（７）への反射波成分を前記
放電電極（３）に供給しない。
部（７）および前記給電点部以外の非特定部（９）とを
有する放電電極（３）を提供する事と、前記給電点部
（７）から前記放電電極（３）に高周波電力を供給する
事とを備えてなり、前記高周波電力を供給する事は、前
記給電点部（７）から前記非特定部（９）への一方向の
進行波成分を前記放電電極（３）に供給し、前記非特定
部（９）から前記給電点部（７）への反射波成分を前記
放電電極（３）に供給しない。
【００３３】本発明の半導体の製造方法は、プラズマＣ
ＶＤ法により半導体を製造する方法であって、半導体基
板（１６）を提供する事と、給電点部（７）および前記
給電点部以外の非特定部（９）とを有する前記プラズマ
ＣＶＤ法に用いる放電電極（３）を提供する事と、前記
給電点部（７）から前記放電電極（３）に高周波電力を
供給する事と、前記供給された高周波電力によってプラ
ズマ（１９）を発生させ、前記プラズマ（１９）を用い
て前記半導体基板（１６）の上に薄膜を形成する事とを
備えてなり、前記高周波電力を供給する事は、前記給電
点部（７）から前記非特定部（９）への一方向の進行波
成分を前記放電電極（３）に供給し、前記非特定部
（９）から前記給電点部（７）への反射波成分を前記放
電電極（３）に供給しない。
ＶＤ法により半導体を製造する方法であって、半導体基
板（１６）を提供する事と、給電点部（７）および前記
給電点部以外の非特定部（９）とを有する前記プラズマ
ＣＶＤ法に用いる放電電極（３）を提供する事と、前記
給電点部（７）から前記放電電極（３）に高周波電力を
供給する事と、前記供給された高周波電力によってプラ
ズマ（１９）を発生させ、前記プラズマ（１９）を用い
て前記半導体基板（１６）の上に薄膜を形成する事とを
備えてなり、前記高周波電力を供給する事は、前記給電
点部（７）から前記非特定部（９）への一方向の進行波
成分を前記放電電極（３）に供給し、前記非特定部
（９）から前記給電点部（７）への反射波成分を前記放
電電極（３）に供給しない。
【００３４】本発明の高周波放電電極の発明は、少なく
とも１点以上の給電点と、少なくとも１点以上の終端点
を有し、当該放電電極への高周波電力の供給が前記１点
以上の給電点から前記１点以上の終端点への１方向の進
行波成分によって行われ、終端点から給電点方向への反
射波成分が生じないような外部回路を当該終端点に接続
する。
とも１点以上の給電点と、少なくとも１点以上の終端点
を有し、当該放電電極への高周波電力の供給が前記１点
以上の給電点から前記１点以上の終端点への１方向の進
行波成分によって行われ、終端点から給電点方向への反
射波成分が生じないような外部回路を当該終端点に接続
する。
【００３５】終端点に接続する外部回路として抵抗成分
を持つ負荷インピーダンスを用いる。当該負荷インピー
ダンスを可変もしくは固定のインピーダンス整合器と抵
抗で構成する。
を持つ負荷インピーダンスを用いる。当該負荷インピー
ダンスを可変もしくは固定のインピーダンス整合器と抵
抗で構成する。
【００３６】当該負荷インピーダンスに流入する高周波
電力、当該負荷インピーダンスから反射される高周波電
力、当該負荷インピーダンスで消費される高周波電力、
当該負荷インピーダンスにかかる電圧、または、当該負
荷インピーダンスに流れる電流の少なくとも1つを測定
し、その値をもとに手動又は自動で整合器を調整する調
節機構を有する。負荷インピーダンスに流入する高周波
電力あるいは消費される高周波電力が最大に、もしく
は、反射される電力が最低になるように整合器を自動も
しくは手動で調整する。電極上の高周波電圧分布を計測
し、その分布をもとに当該整合器を自動もしくは手動で
調整する。
電力、当該負荷インピーダンスから反射される高周波電
力、当該負荷インピーダンスで消費される高周波電力、
当該負荷インピーダンスにかかる電圧、または、当該負
荷インピーダンスに流れる電流の少なくとも1つを測定
し、その値をもとに手動又は自動で整合器を調整する調
節機構を有する。負荷インピーダンスに流入する高周波
電力あるいは消費される高周波電力が最大に、もしく
は、反射される電力が最低になるように整合器を自動も
しくは手動で調整する。電極上の高周波電圧分布を計測
し、その分布をもとに当該整合器を自動もしくは手動で
調整する。
【００３７】当該放電電極にラダー型電極を用いる。当
該給電点と当該終端点の配置を電極の対称的な位置に配
置する。電極上のどの点も、その点から最も近い当該給
電点もしくは当該終端点までの電流経路が電源高周波の
真空中波長の１／４の距離以下になるように、当該給電
点と当該終端点を配置する。電極上の高周波電力の終端
点と負荷インピーダンスの間、もしくは、負荷インピー
ダンスとアースとの間に直列にコンデンサを挿入するこ
とにより、電極が直流的にバイアスされるように接続す
る。
該給電点と当該終端点の配置を電極の対称的な位置に配
置する。電極上のどの点も、その点から最も近い当該給
電点もしくは当該終端点までの電流経路が電源高周波の
真空中波長の１／４の距離以下になるように、当該給電
点と当該終端点を配置する。電極上の高周波電力の終端
点と負荷インピーダンスの間、もしくは、負荷インピー
ダンスとアースとの間に直列にコンデンサを挿入するこ
とにより、電極が直流的にバイアスされるように接続す
る。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の高周波プラズマ発生装置の一実施の形態について説
明する。以下、本発明の実施の形態について説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
明の高周波プラズマ発生装置の一実施の形態について説
明する。以下、本発明の実施の形態について説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３９】［第１の実施の形態］図１は、第１実施形
態の構成図であり、太陽電池用Ｓｉ半導体薄膜を製膜す
るための高周波プラズマ発生装置の内部断面の、基板面
と垂直な方向から見た図（ａ）と、水平な方向から見た
図（ｂ）を示している。本構成例は、平行平板電極への
本発明の適用例であり、７０ｃｍ×７０ｃｍの基板１６
への高高周波による均一製膜をおこなったものである。
態の構成図であり、太陽電池用Ｓｉ半導体薄膜を製膜す
るための高周波プラズマ発生装置の内部断面の、基板面
と垂直な方向から見た図（ａ）と、水平な方向から見た
図（ｂ）を示している。本構成例は、平行平板電極への
本発明の適用例であり、７０ｃｍ×７０ｃｍの基板１６
への高高周波による均一製膜をおこなったものである。
【００４０】反応容器１内に８０ｃｍ×８０ｃｍの基板
ヒータ２を設置し、電気的に接地した。この基板ヒータ
２を一方の平板電極３とし、他方、基板ヒータ２と対向
した位置に、基板ヒータ２からたとえば２０ｍｍ離し
て、もう一つの８０ｃｍ×８０ｃｍの平板電極３を設置
した。後者の平板電極３には、外部の高周波電源４をイ
ンピーダンス整合器５および同軸ケーブル６を介して接
続した。給電点７は、平板電極３上の角３１の１点とし
た。
ヒータ２を設置し、電気的に接地した。この基板ヒータ
２を一方の平板電極３とし、他方、基板ヒータ２と対向
した位置に、基板ヒータ２からたとえば２０ｍｍ離し
て、もう一つの８０ｃｍ×８０ｃｍの平板電極３を設置
した。後者の平板電極３には、外部の高周波電源４をイ
ンピーダンス整合器５および同軸ケーブル６を介して接
続した。給電点７は、平板電極３上の角３１の１点とし
た。
【００４１】この平板電極３には、基板ヒータ２と対向
する面と反対側に不要なプラズマが生成しないように、
アースシールド８を設置した。アースシールド８は、平
板電極３の外周側とその裏面側を囲うように設置し、平
板電極３との隙間が２ｍｍ以下になるようにした。
する面と反対側に不要なプラズマが生成しないように、
アースシールド８を設置した。アースシールド８は、平
板電極３の外周側とその裏面側を囲うように設置し、平
板電極３との隙間が２ｍｍ以下になるようにした。
【００４２】平板電極３の給電点７とは対称な位置の角
３２に終端点９を設け、終端用ケーブル１０を接続し
た。終端用ケーブル１０をＴ分岐コネクタ１１で分岐
し、その一方を、先端に短絡コネクタ１２を接続した同
軸ケーブル整合器１３に接続した。終端用ケーブル１０
の他方は、５０Ω終端抵抗器１４に接続し、アース１５
に接地した。
３２に終端点９を設け、終端用ケーブル１０を接続し
た。終端用ケーブル１０をＴ分岐コネクタ１１で分岐
し、その一方を、先端に短絡コネクタ１２を接続した同
軸ケーブル整合器１３に接続した。終端用ケーブル１０
の他方は、５０Ω終端抵抗器１４に接続し、アース１５
に接地した。
【００４３】製膜に先立って、本構成における平板電極
３上の電圧分布及びイオン飽和電流分布の均一性を測定
しながら同軸ケーブル整合器１３の長さを調節し、最適
な分布が得られるようにした。図２はその結果であり、
給電点７から終端点９までの平板電極３の対角線Ｌ上を
測定したものである。イオン飽和電流分布は、電極間距
離である２０ｍｍの中央をプローブを挿引して測定し
た。測定はＡｒガス１００ｍＴｏｒｒで行った。イオン
飽和電流分布は一般にプラズマ分布にほぼ等しい。本図
と図１５や図１６を比較すると分るように、従来法と比
較して、本構成例による高高周波プラズマの発生では、
非常に大きな範囲で電極上電圧分布およびプラズマ分布
の均一性を達成することが出来ている。
３上の電圧分布及びイオン飽和電流分布の均一性を測定
しながら同軸ケーブル整合器１３の長さを調節し、最適
な分布が得られるようにした。図２はその結果であり、
給電点７から終端点９までの平板電極３の対角線Ｌ上を
測定したものである。イオン飽和電流分布は、電極間距
離である２０ｍｍの中央をプローブを挿引して測定し
た。測定はＡｒガス１００ｍＴｏｒｒで行った。イオン
飽和電流分布は一般にプラズマ分布にほぼ等しい。本図
と図１５や図１６を比較すると分るように、従来法と比
較して、本構成例による高高周波プラズマの発生では、
非常に大きな範囲で電極上電圧分布およびプラズマ分布
の均一性を達成することが出来ている。
【００４４】これは、終端点９に抵抗成分を持つ適当な
負荷１３、１４を接続することにより、終端点９に流入
した高周波電力の進行波成分を完全吸収し、反射波が生
じないようにすることにより、電極３上に定在波が立た
ないようにすることが出来たためである。電極３内には
進行波のみが存在し、反射波がない状態になっていると
考えられる。
負荷１３、１４を接続することにより、終端点９に流入
した高周波電力の進行波成分を完全吸収し、反射波が生
じないようにすることにより、電極３上に定在波が立た
ないようにすることが出来たためである。電極３内には
進行波のみが存在し、反射波がない状態になっていると
考えられる。
【００４５】次に、ａ−Ｓｉ製膜や微結晶Ｓｉ製膜を以
下の手順で行った。まず、たとえば２００℃に設定した
基板ヒータ２上に、Ｓｉ薄膜を製膜する７０ｃｍ×７０
ｃｍの基板１６を設置した。ガス供給管１７からＳｉＨ
４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、さらに微
結晶Ｓｉ製膜の場合には、ＳｉＨ４ガスに加えて水素ガ
スをたとえば２０００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管
１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調
整することで、反応容器１内の圧力をたとえば１００ｍ
Ｔｏｒｒに調節した。高周波電力たとえば６０ＭＨｚ、
１００Ｗを供給し、基板１６と平板電極３の間にプラズ
マを発生させた。高周波電力が効率良くプラズマ１９に
供給されるようにインピーダンス整合器５を調整した。
プラズマ１９中ではＳｉＨ４が分解し、基板１６表面に
ａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が製膜される。たとえば１０
分程度この状態で製膜を行うことにより、必要な厚さの
膜が製膜された。製膜されたサンプルの膜厚分布を測定
し、同軸ケーブル整合器１３の長さを微調整し、最適な
分布が得られるようにした。
下の手順で行った。まず、たとえば２００℃に設定した
基板ヒータ２上に、Ｓｉ薄膜を製膜する７０ｃｍ×７０
ｃｍの基板１６を設置した。ガス供給管１７からＳｉＨ
４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、さらに微
結晶Ｓｉ製膜の場合には、ＳｉＨ４ガスに加えて水素ガ
スをたとえば２０００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管
１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調
整することで、反応容器１内の圧力をたとえば１００ｍ
Ｔｏｒｒに調節した。高周波電力たとえば６０ＭＨｚ、
１００Ｗを供給し、基板１６と平板電極３の間にプラズ
マを発生させた。高周波電力が効率良くプラズマ１９に
供給されるようにインピーダンス整合器５を調整した。
プラズマ１９中ではＳｉＨ４が分解し、基板１６表面に
ａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が製膜される。たとえば１０
分程度この状態で製膜を行うことにより、必要な厚さの
膜が製膜された。製膜されたサンプルの膜厚分布を測定
し、同軸ケーブル整合器１３の長さを微調整し、最適な
分布が得られるようにした。
【００４６】製膜速度はたとえば微結晶製膜において１
０Å／ｓという高速が得られ、均一性は±１０％であ
り、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で必要とされる均一性を
達成した。
０Å／ｓという高速が得られ、均一性は±１０％であ
り、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で必要とされる均一性を
達成した。
【００４７】［第２の実施の形態］図３は図１に示す平
行平板型電極３をラダー電極３０３に変更し、細部に変
更を加えた第２の実施形態の構成図である。本構成例も
７０ｃｍ×７０ｃｍの基板への高高周波による均一製膜
をおこなったものである。反応容器１内に８０ｃｍ×８
０ｃｍの基板ヒータ２を設置し、電気的に接地した。こ
の基板ヒータ１を一方の電極とし、他方、基板ヒータ２
と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２０ｍｍ
離して、８０ｃｍ×８０ｃｍのラダー電極３０３を設置
した。このラダー電極３０３には、外部の高周波電源４
をインピーダンス整合器５および同軸ケーブル６を介し
て接続した。給電点３０７（ａ，ｂ）は図３に示すよう
にラダー電極の上部の２点とし、２点の位置の相互関係
はラダー電極３０３の対称的な位置とした。一方、終端
点３０９（ａ，ｂ）はこれら２点に対して対称的な位置
の２点とした。
行平板型電極３をラダー電極３０３に変更し、細部に変
更を加えた第２の実施形態の構成図である。本構成例も
７０ｃｍ×７０ｃｍの基板への高高周波による均一製膜
をおこなったものである。反応容器１内に８０ｃｍ×８
０ｃｍの基板ヒータ２を設置し、電気的に接地した。こ
の基板ヒータ１を一方の電極とし、他方、基板ヒータ２
と対向した位置に、基板ヒータ２からたとえば２０ｍｍ
離して、８０ｃｍ×８０ｃｍのラダー電極３０３を設置
した。このラダー電極３０３には、外部の高周波電源４
をインピーダンス整合器５および同軸ケーブル６を介し
て接続した。給電点３０７（ａ，ｂ）は図３に示すよう
にラダー電極の上部の２点とし、２点の位置の相互関係
はラダー電極３０３の対称的な位置とした。一方、終端
点３０９（ａ，ｂ）はこれら２点に対して対称的な位置
の２点とした。
【００４８】本実施形態において給電点３０７、終端点
３０９とも、それぞれ２点ずつとしたのは、以下の理由
により効果がある。すなわち、第１実施形態の実施によ
り、理論的には定在波を完全に無くすことが出来るが、
実際には終端点３０９などの特性インピーダンスの不連
続部分で反射が生じてしまうため、定在波がわずかなが
ら発生してしまう。このわずかな定在波の影響を最低限
にするために、電極３０３上の全ての点から給電点３０
７もしくは終端点３０８までの最短電流経路距離を定在
波の山と谷の距離にあたる１／４波長以下とする。
３０９とも、それぞれ２点ずつとしたのは、以下の理由
により効果がある。すなわち、第１実施形態の実施によ
り、理論的には定在波を完全に無くすことが出来るが、
実際には終端点３０９などの特性インピーダンスの不連
続部分で反射が生じてしまうため、定在波がわずかなが
ら発生してしまう。このわずかな定在波の影響を最低限
にするために、電極３０３上の全ての点から給電点３０
７もしくは終端点３０８までの最短電流経路距離を定在
波の山と谷の距離にあたる１／４波長以下とする。
【００４９】第１の実施形態において高高周波周波数が
６０ＭＨｚの際には均一なプラズマ分布が得られたが、
１００ＭＨｚでは充分な均一性が得られなかった。これ
は１００ＭＨｚの１／４波長が７５ｃｍであるのに対
し、第１の実施形態では、給電点７もしくは終端点９か
ら、電極中央までの最短電流経路の距離が８０ｃｍであ
り、この１／４波長を越えているためである。そこで、
本実施形態では給電点３０７、終端点３０９を増やすこ
とにより、この距離を小さくし、１００ＭＨｚでの均一
化を図った。
６０ＭＨｚの際には均一なプラズマ分布が得られたが、
１００ＭＨｚでは充分な均一性が得られなかった。これ
は１００ＭＨｚの１／４波長が７５ｃｍであるのに対
し、第１の実施形態では、給電点７もしくは終端点９か
ら、電極中央までの最短電流経路の距離が８０ｃｍであ
り、この１／４波長を越えているためである。そこで、
本実施形態では給電点３０７、終端点３０９を増やすこ
とにより、この距離を小さくし、１００ＭＨｚでの均一
化を図った。
【００５０】ラダー電極３０３には、不要なプラズマが
生成しないためと、ガス供給管１７から供給するＳｉＨ
４ガスが基板ヒータ２−ラダー電極３０３間に効率的に
流れ、不要な空間に拡散しないように、アースシールド
３０８を設置した。アースシールド３０８はラダー電極
３０３の外周側と裏面側を囲うように設置し、ラダー電
極３０３との隙間がおおむね２０ｍｍ程度になるように
した。
生成しないためと、ガス供給管１７から供給するＳｉＨ
４ガスが基板ヒータ２−ラダー電極３０３間に効率的に
流れ、不要な空間に拡散しないように、アースシールド
３０８を設置した。アースシールド３０８はラダー電極
３０３の外周側と裏面側を囲うように設置し、ラダー電
極３０３との隙間がおおむね２０ｍｍ程度になるように
した。
【００５１】終端点３０９（ａ，ｂ）には終端用ケーブ
ル１０を接続した。終端用ケーブル１０をＴ分岐コネク
タ１１で分岐し、その一方を、先端に開放コネクタ３１
２を接続した同軸ケーブル整合器１３に接続した。第１
の実施形態では先端のコネクタは短絡コネクタ１２であ
ったが、本実施形態においては開放コネクタ３１２の方
が短い同軸ケーブル１３で分布を均一にすることができ
た。Ｔ分岐コネクタ１１の他方は５０Ω終端抵抗器１４
に接続し、アース１５に接地した。第１の実施形態と同
様、プラズマ分布を測定しながら同軸ケーブル整合器１
３の長さを調節し、最適なプラズマ均一性が得られるよ
うにした。
ル１０を接続した。終端用ケーブル１０をＴ分岐コネク
タ１１で分岐し、その一方を、先端に開放コネクタ３１
２を接続した同軸ケーブル整合器１３に接続した。第１
の実施形態では先端のコネクタは短絡コネクタ１２であ
ったが、本実施形態においては開放コネクタ３１２の方
が短い同軸ケーブル１３で分布を均一にすることができ
た。Ｔ分岐コネクタ１１の他方は５０Ω終端抵抗器１４
に接続し、アース１５に接地した。第１の実施形態と同
様、プラズマ分布を測定しながら同軸ケーブル整合器１
３の長さを調節し、最適なプラズマ均一性が得られるよ
うにした。
【００５２】つぎに、ａ−Ｓｉ製膜や微結晶Ｓｉ製膜を
以下の手順で行った。まず、たとえば２００℃に設定し
た基板ヒータ２上にＳｉ薄膜を製膜する７０ｃｍ×７０
ｃｍの基板１６を設置した。ガス供給管１７からＳｉＨ
４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、さらに微
結晶Ｓｉ製膜の場合には、ＳｉＨ４ガスに加えて水素ガ
スをたとえば２０００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管
１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調
整することで、反応容器１内の圧力をたとえば１００ｍ
Ｔｏｒｒに調節した。高周波電力たとえば１００ＭＨ
ｚ、１００Ｗを供給し、基板１６とラダー電極３０３の
間にプラズマ３１９を発生させた。高周波電力が効率良
くプラズマ３１９に供給されるようにインピーダンス整
合器５を調整した。プラズマ３１９中ではＳｉＨ４が分
解し、基板１６にａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が製膜され
る。たとえば１０分程度この状態で製膜を行うことによ
り必要な厚さの膜が製膜された。製膜されたサンプルの
膜厚分布を測定し、同軸ケーブル整合器１３の長さを微
調整し、最適な分布が得られるようにした。最適な同軸
ケーブル長さは、ガス圧、流量、周波数、パワーなどに
よって異なるので、それぞれに必要なケーブルを使用し
た。
以下の手順で行った。まず、たとえば２００℃に設定し
た基板ヒータ２上にＳｉ薄膜を製膜する７０ｃｍ×７０
ｃｍの基板１６を設置した。ガス供給管１７からＳｉＨ
４ガスをたとえば流速５０ｓｃｃｍで導入し、さらに微
結晶Ｓｉ製膜の場合には、ＳｉＨ４ガスに加えて水素ガ
スをたとえば２０００ｓｃｃｍ程度流した。真空排気管
１８に接続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調
整することで、反応容器１内の圧力をたとえば１００ｍ
Ｔｏｒｒに調節した。高周波電力たとえば１００ＭＨ
ｚ、１００Ｗを供給し、基板１６とラダー電極３０３の
間にプラズマ３１９を発生させた。高周波電力が効率良
くプラズマ３１９に供給されるようにインピーダンス整
合器５を調整した。プラズマ３１９中ではＳｉＨ４が分
解し、基板１６にａ−Ｓｉ膜や微結晶Ｓｉ膜が製膜され
る。たとえば１０分程度この状態で製膜を行うことによ
り必要な厚さの膜が製膜された。製膜されたサンプルの
膜厚分布を測定し、同軸ケーブル整合器１３の長さを微
調整し、最適な分布が得られるようにした。最適な同軸
ケーブル長さは、ガス圧、流量、周波数、パワーなどに
よって異なるので、それぞれに必要なケーブルを使用し
た。
【００５３】製膜速度はたとえば微結晶製膜において１
５Å／ｓという高速が得られ、均一性は±１０％であ
り、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で必要とされる均一性を
達成した。
５Å／ｓという高速が得られ、均一性は±１０％であ
り、太陽電池用Ｓｉ薄膜半導体で必要とされる均一性を
達成した。
【００５４】［第３の実施の形態］図４は図３に示した
同軸ケーブル整合器１３を可変インピーダンス整合器４
１３に変更するとともに、この可変インピーダンス整合
器４１３に流入するパワーを測定する通過型パワーメー
タ４２０を終端点３０９（ａ，ｂ）と可変インピーダン
ス整合器４１３の間に設置した第３の実施形態の構成図
である。
同軸ケーブル整合器１３を可変インピーダンス整合器４
１３に変更するとともに、この可変インピーダンス整合
器４１３に流入するパワーを測定する通過型パワーメー
タ４２０を終端点３０９（ａ，ｂ）と可変インピーダン
ス整合器４１３の間に設置した第３の実施形態の構成図
である。
【００５５】終端点３０９（ａ，ｂ）からアース１５ま
での構成以外は第２の実施形態と同じなので、終端点３
０９（ａ，ｂ）からアース１５までの違いについて説明
する。まず、第２の実施形態では固定インピーダンスで
ある同軸ケーブル整合器１３を用いていた。固定インピ
ーダンスではインピーダンスの調整が難しい上、第１、
第２の実施形態のような同軸ケーブル整合器１３を１つ
だけ用いた構成では完全な調整は不可能である。そこで
本実施形態では、可変インピーダンス整合器４１３を用
いることにより、簡単に調整できるようにした。可変イ
ンピーダンス整合器４１３には、たとえば、図５に示し
たL型整合器、図６に示したπ型整合器、図７に示した
スタブ型整合器、図８に示した可変容量型整合器などを
用いることが出来る。ここではπ型整合器を用いた。
での構成以外は第２の実施形態と同じなので、終端点３
０９（ａ，ｂ）からアース１５までの違いについて説明
する。まず、第２の実施形態では固定インピーダンスで
ある同軸ケーブル整合器１３を用いていた。固定インピ
ーダンスではインピーダンスの調整が難しい上、第１、
第２の実施形態のような同軸ケーブル整合器１３を１つ
だけ用いた構成では完全な調整は不可能である。そこで
本実施形態では、可変インピーダンス整合器４１３を用
いることにより、簡単に調整できるようにした。可変イ
ンピーダンス整合器４１３には、たとえば、図５に示し
たL型整合器、図６に示したπ型整合器、図７に示した
スタブ型整合器、図８に示した可変容量型整合器などを
用いることが出来る。ここではπ型整合器を用いた。
【００５６】第１、第２の実施形態で例示したように均
一な分布を得るためにその都度、２次元的なプラズマや
膜厚の分布を計測していては、最適化に非常に時間がか
かる。そこで、本実施形態では、均一性を計測する代り
に、可変インピーダンス整合器４１３への流入パワーを
計測して指標とすることを考えた。不均一性の原因は定
在波の発生であり、定在波は終端点での反射によって生
じる。終端点３０９での反射がなければ定在波はなくな
るはずである。終端点で反射がないということは、終端
点３０９に流入した高周波パワーが全て可変インピーダ
ンス整合器４１３側に流入するということであるから、
可変インピーダンス整合器４１３側に流入するパワーが
最大になることに等しい。すなわち、この可変インピー
ダンス整合器４１３に流入するパワーを通過型パワーメ
ータ４２０で計測し、それが最大になるように調節すれ
ば、定在波がなくなり、均一化を図ることができるはず
である。
一な分布を得るためにその都度、２次元的なプラズマや
膜厚の分布を計測していては、最適化に非常に時間がか
かる。そこで、本実施形態では、均一性を計測する代り
に、可変インピーダンス整合器４１３への流入パワーを
計測して指標とすることを考えた。不均一性の原因は定
在波の発生であり、定在波は終端点での反射によって生
じる。終端点３０９での反射がなければ定在波はなくな
るはずである。終端点で反射がないということは、終端
点３０９に流入した高周波パワーが全て可変インピーダ
ンス整合器４１３側に流入するということであるから、
可変インピーダンス整合器４１３側に流入するパワーが
最大になることに等しい。すなわち、この可変インピー
ダンス整合器４１３に流入するパワーを通過型パワーメ
ータ４２０で計測し、それが最大になるように調節すれ
ば、定在波がなくなり、均一化を図ることができるはず
である。
【００５７】実際、この方法をおこなったところ、図２
と同様な均一分布が簡単に得られ、調整のスピードアッ
プにつながった。さらに、この調整を自動化するため
に、可変インピーダンス整合器４１３に流入するパワー
が最大になるように可変インピーダンス整合器４１３に
フィードバック制御をかけた。これにより、均一化の調
整が自動化され、どの様な製膜条件でも、瞬時に最適な
調整が行えるようになった。
と同様な均一分布が簡単に得られ、調整のスピードアッ
プにつながった。さらに、この調整を自動化するため
に、可変インピーダンス整合器４１３に流入するパワー
が最大になるように可変インピーダンス整合器４１３に
フィードバック制御をかけた。これにより、均一化の調
整が自動化され、どの様な製膜条件でも、瞬時に最適な
調整が行えるようになった。
【００５８】［第４の実施の形態］図９は第４の実施形
態を示す。その構成は、第１の実施形態の平行平板電極
を用いた構成に、平板電極３裏側の高周波電圧分布を計
測する複数の電圧プローブ９２１（ａ〜ｅ）を追加、負
荷インピーダンス１３を可変インピーダンス整合器９１
３に変更、さらに、複数の電圧プローブ９２１（ａ〜
ｅ）の計測値を収集しその分布が均一になるように可変
インピーダンス整合器９１３を自動調整するパソコン９
２２を追加したものである。この構成により平板電極上
の高周波電圧分布を自動的に最適制御し、プラズマ１９
および膜厚分布を均一化することが出来るようになっ
た。実際に得られた膜厚分布は７０ｃｍ×７０ｃｍの基
板で、±７％以内であった。
態を示す。その構成は、第１の実施形態の平行平板電極
を用いた構成に、平板電極３裏側の高周波電圧分布を計
測する複数の電圧プローブ９２１（ａ〜ｅ）を追加、負
荷インピーダンス１３を可変インピーダンス整合器９１
３に変更、さらに、複数の電圧プローブ９２１（ａ〜
ｅ）の計測値を収集しその分布が均一になるように可変
インピーダンス整合器９１３を自動調整するパソコン９
２２を追加したものである。この構成により平板電極上
の高周波電圧分布を自動的に最適制御し、プラズマ１９
および膜厚分布を均一化することが出来るようになっ
た。実際に得られた膜厚分布は７０ｃｍ×７０ｃｍの基
板で、±７％以内であった。
【００５９】［第５の実施の形態］図１０は第５の実施
形態を示す。その構成は、図４に示した第３の実施形態
の、終端点３０９と通過型パワーメータ４２０の間にコ
ンデンサ１０２３を挿入するように変更したものであ
る。
形態を示す。その構成は、図４に示した第３の実施形態
の、終端点３０９と通過型パワーメータ４２０の間にコ
ンデンサ１０２３を挿入するように変更したものであ
る。
【００６０】図４に示した第３の実施形態において可変
インピーダンス整合器４１３に、π型整合器、もしく
は、スタブ型整合器、もしくは、可変容量型整合器など
を用いた場合、これらの整合器は、直流的には入力側と
出力側が分離されていないので、高周波印加側の電極で
あるラダー電極３０３が直流的に接地される（アース電
位に落ちる）ことになる。高周波印加側の電極３０３が
直流的に接地されると、この電極３０３の電圧は、バイ
アス電圧をゼロとして、それを中心に高周波電圧が正負
にかかる形になる。
インピーダンス整合器４１３に、π型整合器、もしく
は、スタブ型整合器、もしくは、可変容量型整合器など
を用いた場合、これらの整合器は、直流的には入力側と
出力側が分離されていないので、高周波印加側の電極で
あるラダー電極３０３が直流的に接地される（アース電
位に落ちる）ことになる。高周波印加側の電極３０３が
直流的に接地されると、この電極３０３の電圧は、バイ
アス電圧をゼロとして、それを中心に高周波電圧が正負
にかかる形になる。
【００６１】一方、本実施形態に示すようにコンデンサ
ー１０２３を挿入すれば、電極電圧が有限の負電圧にバ
イアスされ、これを中心として高周波電圧がかかる形に
なる。この場合、バイアス電圧がゼロの場合と比べてプ
ラズマ電位が低くなるため、プラズマ３１９から基板１
６表面に入射するイオンのエネルギーが低くなる。バイ
アス電圧が負の場合にプラズマ電位が低くなり、イオン
のエネルギーが低くなる原理は文献Ｐｈ．Ｄ．Ｂｒｉａ
ｎ Ｎ．Ｃｈａｐｍａｎ著、岡本幸雄訳「プラズマプロ
セシングの基礎」電気書院（１９８５）に記載されてい
る。一般にａ−Ｓｉ製膜や微結晶Ｓｉ製膜は入射イオン
のエネルギーが低い方が良質な膜が出来る。したがっ
て、本実施形態でコンデンサー１０２３を挿入すること
により、良質な膜が出来る。実際、本実施形態により製
膜した微結晶Ｓｉ膜の結晶化度はラマンピーク比で９：
１を越え、コンデンサー１０２３を挿入しない場合の
８：１に比べ良質なものであった。
ー１０２３を挿入すれば、電極電圧が有限の負電圧にバ
イアスされ、これを中心として高周波電圧がかかる形に
なる。この場合、バイアス電圧がゼロの場合と比べてプ
ラズマ電位が低くなるため、プラズマ３１９から基板１
６表面に入射するイオンのエネルギーが低くなる。バイ
アス電圧が負の場合にプラズマ電位が低くなり、イオン
のエネルギーが低くなる原理は文献Ｐｈ．Ｄ．Ｂｒｉａ
ｎ Ｎ．Ｃｈａｐｍａｎ著、岡本幸雄訳「プラズマプロ
セシングの基礎」電気書院（１９８５）に記載されてい
る。一般にａ−Ｓｉ製膜や微結晶Ｓｉ製膜は入射イオン
のエネルギーが低い方が良質な膜が出来る。したがっ
て、本実施形態でコンデンサー１０２３を挿入すること
により、良質な膜が出来る。実際、本実施形態により製
膜した微結晶Ｓｉ膜の結晶化度はラマンピーク比で９：
１を越え、コンデンサー１０２３を挿入しない場合の
８：１に比べ良質なものであった。
【００６２】
【発明の効果】本発明により高高周波によって発生する
大面積プラズマの均一性を格段に向上させることが出来
る。
大面積プラズマの均一性を格段に向上させることが出来
る。
【図１】図１は、本発明による高周波プラズマ発生装置
の第１の実施形態を示す断面および接続図である。
の第１の実施形態を示す断面および接続図である。
【図２】図２は、本発明による高周波プラズマ発生装置
の第１の実施形態で得られる電圧分布及びイオン飽和電
流分布を示す図である。
の第１の実施形態で得られる電圧分布及びイオン飽和電
流分布を示す図である。
【図３】図３は、本発明による高周波プラズマ発生装置
の第２の実施形態を示す断面および接続図である。
の第２の実施形態を示す断面および接続図である。
【図４】図４は、本発明による高周波プラズマ発生装置
の第３の実施形態を示す断面および接続図である。
の第３の実施形態を示す断面および接続図である。
【図５】図５は、L型整合器の回路図である。
【図６】図６は、π型整合器の回路図である。
【図７】図７は、スタブ型整合器の回路図である。
【図８】図８は、可変容量型整合器の回路図である。
【図９】図９は、本発明による高周波プラズマ発生装置
の第４の実施形態を示す断面および接続図である。
の第４の実施形態を示す断面および接続図である。
【図１０】図１０は、本発明による高周波プラズマ発生
装置の第５の実施形態を示す断面および接続図である。
装置の第５の実施形態を示す断面および接続図である。
【図１１】図１１は、従来技術の一例として、平行平板
電極の裏側中央の１点に給電したＰＣＶＤ装置の構成図
である。
電極の裏側中央の１点に給電したＰＣＶＤ装置の構成図
である。
【図１２】図１２は、従来技術の一例として、ラダー電
極の周囲４点に給電したＰＣＶＤ装置の構成図である。
極の周囲４点に給電したＰＣＶＤ装置の構成図である。
【図１３】図１３は、ラダー電極の周囲４点に給電した
ＰＣＶＤ装置を図１２と垂直な方向から見た図である。
ＰＣＶＤ装置を図１２と垂直な方向から見た図である。
【図１４】図１４は、１００ＭＨｚで電極の１点に給電
したときの電圧分布とイオン飽和電流分布を示す図であ
る。
したときの電圧分布とイオン飽和電流分布を示す図であ
る。
【図１５】図１５は、６０ＭＨｚおよび１００ＭＨｚで
ラダー電極に４点給電したときの電圧分布を示す図であ
る。
ラダー電極に４点給電したときの電圧分布を示す図であ
る。
【図１６】図１６は、１００ＭＨｚで平行平板の一端を
リアクタンスで終端したときの電圧分布を示す図であ
る。
リアクタンスで終端したときの電圧分布を示す図であ
る。
１ 反応容器 ２ 基板ヒータ ３ 平板電極 ４ 高周波電極 ５ インピーダンス整合器 ６ 同軸ケーブル ７ 給電点 ８ アースシールド ９ 終端点 １０ 終端用ケーブル １１ Ｔ分岐コネクタ １２ 短絡コネクタ １３ 同軸ケーブル整合器（負荷インピーダンス） １４ ５０Ω終端抵抗器 １５ アース １６ 基板 １７ ガス供給管 １８ 真空排気管 １９ プラズマ ３０３ ラダー電極 ３０７ 給電点 ３０７ａ 給電点 ３０７ｂ 給電点 ３０８ アースシールド ３０９ 終端点 ３０９ａ 終端点 ３０９ｂ 終端点 ３１２ 開放コネクタ ３１９ プラズマ ４１３ 可変インピーダンス整合器 ４２０ 通過型パワーメータ ９１３ 可変インピーダンス整合器 ９２１ 電圧プローブ ９２１ａ 電圧プローブ ９２１ｂ 電圧プローブ ９２１ｃ 電圧プローブ ９２１ｄ 電圧プローブ ９２１ｅ 電圧プローブ ９２２ パソコン １０２３ コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 団野 実 神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地 １ 三菱重工業株式会社基盤技術研究所 内 (56)参考文献 特開 平３−54825（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−237940（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−86238（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−302695（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−8096（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−92491（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−140653（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−126832（ＪＰ，Ａ) 特開2000−331996（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−243062（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/205 H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 B01J 19/00
Claims (17)
- 【請求項１】 供給された高周波電力に基づいて放電状
態を発生させるための放電電極であって、 前記高周波電力が供給される電極本体と、 前記電極本体に供給された高周波電力の反射波が前記電
極本体で発生することを防止する反射波防止部とを備え
た放電電極。 - 【請求項２】 請求項１に記載の放電電極において、 前記反射波防止部は、更に、前記高周波電力の反射波が
前記電極本体に進入することを防止する放電電極。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の放電電極にお
いて、 前記反射波防止部は、前記高周波電力の定在波が前記電
極本体に発生することを防止する放電電極。 - 【請求項４】 請求項１から３のいずれかに記載の放電
電極において、 前記電極本体は、前記供給された高周波電力を前記電極
本体の外部に出力するための出力部を有し、 前記反射波防止部は、前記出力部に接続され、前記出力
部から出力された前記高周波電力に対する負荷インピー
ダンスである放電電極。 - 【請求項５】 請求項４に記載の放電電極において、 前記負荷インピーダンスは、前記出力部から出力された
前記高周波電力の進行波成分を略完全に吸収して前記反
射波が前記電極本体で発生することを防止する放電電
極。 - 【請求項６】 請求項４または５に記載の放電電極にお
いて、 前記負荷インピーダンスは、可変または固定のインピー
ダンス値を有するインピーダンス整合部と、抵抗を有し
ている放電電極。 - 【請求項７】 請求項４から６のいずれかに記載の放電
電極において、 前記負荷インピーダンスは、そのインピーダンス値を可
変に調整可能なインピーダンス整合部を有し、 前記インピーダンス整合部は、前記負荷インピーダンス
に入力される高周波電力、前記負荷インピーダンスから
反射される高周波電力、前記負荷インピーダンスで消費
される高周波電力、前記負荷インピーダンスを流れる高
周波電力、前記負荷インピーダンスに印加される電圧、
前記負荷インピーダンスを流れる電流、および前記負荷
インピーダンスの前記電圧と前記電流の位相差、のうち
の少なくとも一つに基づいて、前記インピーダンス値が
可変に調整される放電電極。 - 【請求項８】 請求項７記載の放電電極において、 前記インピーダンス整合部は、前記負荷インピーダンス
に入力される高周波電力または前記負荷インピーダンス
で消費される高周波電力が最大になるように、もしくは
前記負荷インピーダンスから反射される高周波電力が最
小になるように、前記インピーダンス値が可変に調整さ
れる放電電極。 - 【請求項９】 請求項４から６のいずれかに記載の放電
電極において、 前記負荷インピーダンスは、そのインピーダンス値を可
変に調整可能なインピーダンス整合部を有し、 前記インピーダンス整合部は、前記電極本体の複数の部
位のそれぞれの電圧値に基づいて、前記インピーダンス
値が可変に調整される放電電極。 - 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載の放
電電極において、 前記電極本体は、ラダー型電極である放電電極。 - 【請求項１１】 請求項１から１０のいずれかに記載の
放電電極において、 前記電極本体は、前記電極本体の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波電力を
出力し、 前記給電点部および前記終端点部のそれぞれは、前記電
極本体における互いに対称の位置に配置されている放電
電極。 - 【請求項１２】 請求項１から１０のいずれかに記載の
放電電極において、 前記電極本体は、前記電極本体の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波電力を
出力し、 前記給電点部および前記終端点部のそれぞれは、前記電
極本体における全ての点と当該点から最も近い前記給電
点部または前記終端点部との間の電流経路が前記供給さ
れる高周波電力の真空中波長の１／４の距離以下となる
ように、配置されている放電電極。 - 【請求項１３】 請求項１から１０のいずれかに記載の
放電電極において、 前記電極本体は、前記電極本体の少なくとも１つ以上の
給電点部から前記高周波電力を入力して、前記電極本体
の少なくとも１つ以上の終端点部から前記高周波電力を
出力し、 前記電極本体の前記終端点部と前記反射波防止部の間、
または前記反射波防止部と接地電位との間には直列に、
コンデンサが接続されている放電電極。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の放電電極におい
て、 前記コンデンサは、前記電極本体を直流的にバイアスす
るためのコンデンサである放電電極。 - 【請求項１５】 放電電極部を有し、前記放電電極部に
供給された高周波電力に基づいてプラズマを発生する高
周波プラズマ発生装置であって、 前記放電電極部には、前記放電電極部に供給された高周
波電力の反射波が前記放電電極部で発生することを防止
する反射波防止部が設けられている高周波プラズマ発生
装置。 - 【請求項１６】 給電点部および前記給電点部以外の非
特定部とを有する放電電極を提供する事と、 前記給電点部から前記放電電極に高周波電力を供給する
事とを備えてなり、 前記高周波電力を供給する事は、前記給電点部から前記
非特定部への一方向の進行波成分を前記放電電極に供給
し、前記非特定部から前記給電点部への反射波成分を前
記放電電極に供給しない放電電極への給電方法。 - 【請求項１７】 プラズマＣＶＤ法により半導体を製造
する方法であって、半導体基板を提供する事と、 給電点部および前記給電点部以外の非特定部とを有する
前記プラズマＣＶＤ法に用いる放電電極を提供する事
と、 前記給電点部から前記放電電極に高周波電力を供給する
事と、 前記供給された高周波電力によってプラズマを発生さ
せ、前記プラズマを用いて前記半導体基板の上に薄膜を
形成する事とを備えてなり、 前記高周波電力を供給する事は、前記給電点部から前記
非特定部への一方向の進行波成分を前記放電電極に供給
し、前記非特定部から前記給電点部への反射波成分を前
記放電電極に供給しない半導体の製造方法。
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