プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法
【課題】ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ること。
【解決手段】プラズマ成膜装置において、第１の電極における第２の主面は複数の第１の給電点と複数の第２の給電点と少なくとも１つの第３の給電点と少なくとも１つの第４の給電点とを有し、前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含む。
【解決手段】プラズマ成膜装置において、第１の電極における第２の主面は複数の第１の給電点と複数の第２の給電点と少なくとも１つの第３の給電点と少なくとも１つの第４の給電点とを有し、前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ成膜装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置として広く用いられている。今日では、例えば薄膜シリコン太陽電池の発電層やフラットディスプレイパネルに用いられる薄膜トランジスタのような大面積薄膜を高速で一時に成膜することができるプラズマ成膜装置も開発されている。大面積のシリコン薄膜を成膜するには、平行平板型プラズマ成膜装置を使用するのが一般的である。
【０００３】
平行平板型プラズマ成膜装置は、真空チャンバ内において数ｍｍから数十ｍｍの距離を隔てて対向している２つの電極を有する。これら２つの電極は、水平面内に設置され、一方の電極に高周波電力を供給し、他方の電極が接地されている。シリコン薄膜を成膜する場合、シラン（ＳｉＨ４）や水素（Ｈ２）等の成膜ガスを、一方の電極に設けられた多数のガス穴を通して放電空間となる電極間のギャップ領域に供給する。放電空間に供給されたガスは高周波電力によってプラズマ化する。成膜ガスはプラズマ中で分解され、ラジカルやイオンとなって被成膜基板へと入射し、基板上にシリコン膜を形成する。一般に、接地されている側となる他方の電極がステージとして用いられ、他方の電極の上に被成膜基板が載置される。
【０００４】
特許文献２には、電極と基板ホルダーとの間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、電極の２つの部位に、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波電力を供給することが記載されている。具体的には、電極の左右の２つの部位に供給される高周波電力が、互いに干渉しないように時間分割された２種類のパルス変調出力となるように発生されるとされている。これにより、特許文献２によれば、２つの部位の一方のみに高周波電力を供給したときの電界強度分布と他方のみに高周波電力を供給したときの電界強度分布とを重ね合わせて時間平均された電界強度分布を得ることができるので、（縦横の長さが１ｍ×１ｍ以上の）大面積基板全面のプラズマの均一性を高めることができるとされている。
【０００５】
一方、近年、成膜品質や成膜速度向上といったニーズに応えるため、従来一般的であった１３．５６ＭＨｚよりも周波数の高いＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波電力を用いて生成したＶＨＦプラズマを成膜に用いることが盛んに研究されている。ＶＨＦプラズマは高密度、低電子温度であるという特徴を備えるため、上記のニーズに対する解として期待が持たれている。
【０００６】
しかしながら、高周波電力の周波数が増加すると、高周波電力の「波」としての性質が顕著に表れ、成膜特性が電極面内で不均一になる傾向にある。すなわち、高周波電力の周波数が増加すると、電極面内で高周波電力が干渉を起こし、定在波を形成することで電界強度分布が不均一になり、その結果プラズマ密度が不均一となり、最終的に成膜速度や膜質そのものが不均一になってしまう傾向にある。近年における被成膜基板の大型化はこの傾向を顕著なものとさせる要因となっており、実用化の上で大きな課題となっている。
【０００７】
一般に電極サイズは使用する高周波電力の波長λの１／１０以下であることが望ましいとされている。これは目安として、電極サイズがλ／１０以下であれば定在波が形成しても電界強度の面内ばらつきがおおむね±１０％以下に収まるためである。例えば高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚである場合、電極サイズは２ｍ強まで、高周波電力の周波数がＶＨＦ帯例えば６０ＭＨｚである場合、電極サイズは５０ｃｍ程度が限界となる。
【０００８】
ここで、成膜特性、例えば膜厚分布のばらつきは、フラットパネルディスプレイ用薄膜トランジスタなどにおいて再現性を確保するために±５％程度の範囲に収まること、太陽電池分野において再現性を確保するために±１０％程度の範囲に収まることが、実用化の一つの指標となっている。従来のＶＨＦプラズマ技術では、例えばアモルファスシリコン膜の成膜速度の場合、基板面積５０ｃｍ×５０ｃｍ程度で±１０〜１５％程度と、小面積基板でかろうじて満たしている状況である。
【０００９】
特許文献１には、電極体と基板ホルダーとの間にプラズマを発生させる表面処理装置において、６０〜１５０ＭＨｚ程度のＶＨＦ帯の高周波電力を分岐器により４つに分岐して電極体における４つの電力供給箇所へ供給することが記載されている。また、４つの電力供給箇所を電極体の裏面の中心に対して対称に設定して電極体の前面への電力供給経路を等しくすることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、４つの電力供給箇所が均等な位置に設定されるので、電極体の全面に供給される高周波電力の分布が均一になり、均一なプラズマが生成されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３４２５００９号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、上記の指標は、近年のメーターサイズ（１.１ｍ×１.４ｍ）の基板においては±２０〜４０％程度とクリアできない傾向にある。
【００１２】
特許文献１に記載の表面処理装置では、４つの電力供給箇所が均等な位置に設定されれば、電極体における４つの電力供給箇所から電極体へ同時に高周波電力を供給することにより、定在波の発生が抑えられるとされている。
【００１３】
しかし、特許文献１には、処理される基板が、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大きさのガラス基板であることが記載されている。特許文献１に記載の技術では、メーターサイズの基板を処理することが想定されていないと考えられる。仮に、特許文献１に記載の技術をメーターサイズの基板に適用した場合、各電力供給箇所から供給された高周波電力の合成された定在波が形成されるためプラズマ分布の不均一性が生じると考えられる。
【００１４】
実際に本発明者が検討したところ、１．１ｍ×１．４ｍの大型基板に対して電極の周囲４点から同時に給電を行ってプラズマの生成を試みたが、電極中央にプラズマが局在して生成し、均一なプラズマは得られなかった。定在波の形成は波の干渉という基本的な物理現象に起因しているため根本的な解決（定在波そのものを抑えること）は非常に困難であると考えられる。
【００１５】
このように、特許文献１に記載の表面処理装置を用いてメーターサイズの基板（大面積の被処理基板）を処理した場合、均一なプラズマを得ることは困難である。
【００１６】
また、特許文献２には、上述のように、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波電力を供給することが記載されている。特許文献２に記載の技術では、ＶＨＦ帯の高周波電力を供給することが想定されていないと考えられる。
【００１７】
すなわち、特許文献２に記載の技術では、電極面上で対向する位置に接続された電源同士が互いに干渉を起こさないよう、交互にオン／オフすることで均一化を図っている。しかし、周波数がＶＨＦ帯になると定在波の形成がより顕著になり、結果、電界分布は節点をともなった曲線的な形状になる。このＶＨＦ帯においても、２つの定在波を重ね合わせることで均一化は可能であるが、腹と節の位置がちょうどπ／４ずれる条件（例えば電極のサイズがλ／４の奇数倍など）を満たす場合に限定される。しかも実際の成膜やエッチングプロセスなどにおいては、プロセス条件によってプラズマパラメータが変化し、それにともないλも変化する。したがって実用的な観点でもプロセスマージンが非常に小さくなる傾向にあり、特許文献２に記載の技術の、ＶＨＦ帯の周波数領域への適用は難しい。
【００１８】
加えて、複数の部位を交互にオン／オフして電力供給を行う特許文献２に記載された方法では、オン状態の電力供給条件が、オフ状態の電力供給部位に接続されているマッチャー（整合器）のインピーダンス（回路定数）に依存するため、マッチャーの整合調整が困難となる傾向にある。この観点からも、特許文献２に記載の技術の、ＶＨＦ帯の周波数領域への適用は難しい。
【００１９】
このように、特許文献２に記載されたプラズマ処理装置を用いてＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行った場合、均一なプラズマを得ることは困難である。
【００２０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるプラズマ成膜装置は、真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜装置であって、前記第１の電極は、方形の形状を有し、前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点とを有し、前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、（等価的に）対称軸上にある第３の給電点及び第４の給電点に接続される高周波電源は、相対する２辺側の複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点に接続された高周波電源からの影響を受けにくい。また、相対する２辺側の複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点に接続された高周波電源は、（等価的に）対称軸上にある第３の給電点及び第４の給電点に接続された高周波電源の整合状態に影響されないで整合をとることが容易である。この結果、複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点によるＶ字型の電界強度分布と第３の給電点及び第４の給電点による尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に（安定して）形成して重ね合わせることができるので、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１における高周波電力の給電系統図である。
【図３】図３は、第１の電極の大気側で計測した電界分布図である。
【図４】図４は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図５】図５は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図６】図６は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図７】図７は、実施の形態３における高周波電源の動作図である。
【図８】図８は、実施の形態４における高周波電力の給電系統図である。
【図９】図９は、実施の形態５における高周波電力の給電系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかるプラズマ成膜装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１．
実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置１００の構成について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置１００の構成を概略的に示す断面図である。
【００２６】
プラズマ成膜装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ１、排気口３、成膜室８、絶縁フランジ４、電極（第１の電極）５、ガス供給口６、シャワープレート７、ステージ（第２の電極）２、及び複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆを備える。
【００２７】
真空チャンバ１は、プラズマ成膜装置１００の外壁における側部及び底部を形成するとともに、成膜室８の側部及び底部を覆うように延びている。
【００２８】
排気口３は、真空チャンバ１に連通されているとともに、排気管（図示せず）を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、真空チャンバ１を真空ポンプで排気するために設けられている。
【００２９】
成膜室８は、電極５と真空チャンバ１とで覆われて形成された空間である。成膜室８では、後述のように、プラズマが生成される。
【００３０】
絶縁フランジ４は、電極５と真空チャンバ１とを高周波電力的に絶縁するとともに、電極５と真空チャンバ１との間を真空封止している。これにより、成膜室８は、真空排気可能な空間となっている。
【００３１】
電極５は、プラズマ成膜装置１００の外壁における上部を形成するとともに、成膜室８の上部を覆うように延びている。また、電極５は、例えば、成膜室８の上部及び側部を覆うように延びている。電極５には、複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆが接続されている。
【００３２】
ガス供給口６は、ガス供給管（図示せず）を介してガス供給源（図示せず）に接続されており、電極５とシャワープレート７との間の空間１１にガス供給源から成膜ガスを供給するために設けられている。
【００３３】
シャワープレート７は、空間１１の下部を覆うように延びているとともに、複数のガス穴を有している。これにより、シャワープレート７は、複数のガス穴を介して、成膜ガスを空間１１から成膜室８に導入する。
【００３４】
ステージ２は、成膜室８内において電極５の第１の主面５ａと対向するように配置されているとともに例えば接地されており、電極５に対する対向電極（第２の電極）として機能する。また、ステージ２上には、被成膜基板９が載置されている。
【００３５】
複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆは、電極５の第２の主面５ｂにおける後述する位置に接続されており、電極５へ高周波電力を供給する。第２の主面５ｂは、電極５におけるステージ２に対向する第１の主面５ａの反対側の面である。
【００３６】
プラズマ成膜装置１００では、ガス供給口６から供給された成膜ガスが、シャワープレート７の複数のガス穴を介して成膜室８に導入され、成膜室８の圧力が真空ポンプ（図示せず）で適切な値に設定される。この状態で電極５に複数の高周波電源１０ａ、１０ｂから高周波を印加すると、電極５とステージ２との間にプラズマが生成されて被成膜基板９上に薄膜が堆積する。
【００３７】
次に、プラズマ成膜装置１００に適用した電極５への高周波電力の給電方法について図２を用いて説明する。図２は、プラズマ成膜装置における電極５へ高周波電力を給電するための複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆにおける系統・構成を示す図である。
【００３８】
図２では、一例として、電極５が長方形で、ステージ２と対向するシャワープレート７の大きさは１．２ｍ×１．５ｍとし、成膜室８側の反対面である大気側から高周波を給電する場合の構成が示されている。給電する電力の周波数は高速成膜を実現するために例えば６０ＭＨｚのＶＨＦ帯を用いる。
【００３９】
まず、電極５の第２の主面５ｂにおける相対する２辺として両短辺５ｂ１、５ｂ２を考え、第２の主面５ｂにおける相対する他の２辺として両長辺５ｂ３、５ｂ４を考える。そして、両短辺５ｂ１、５ｂ２側から電極５へＶＨＦ帯の高周波電力を給電する方法について説明する。
【００４０】
電極５の短辺５ｂ１側には、高周波電力の給電点２７ａ、２７ｂが設けられ、電極５の短辺５ｂ２側には、高周波電力の給電点２７ｃ、２７ｄが設けられている。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、第２の主面５ｂは、その方形における相対する２辺の一方（短辺５ｂ１）の側に配された複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと、相対する２辺の他方（短辺５ｂ２）の側に配された複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとを有する。複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとは、対称軸２８に関して線対称の位置に配されている。また、給電点２７ａと給電点２７ｄとは、対称点Ｃに関して点対称の位置に配されている。給電点２７ｂと給電点２７ｃとは、対称点Ｃに関して点対称の位置に配されている。
【００４１】
給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄには、それぞれ、高周波電力の整合状態を調整するマッチャー（整合器）２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄが接続される。マッチャー２６ａ〜２６ｄから給電点２７ａ〜２７ｄへの接続は図示しない導電性の良い金属の板、棒あるいは、高周波同軸ケーブルが用いられる。この４つの給電点２７ａ〜２７ｄは矩形を形成し、それぞれが電極周縁から近い領域に設定される。
【００４２】
マッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄには、それぞれ、高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄで増幅された高周波電力が給電される。
【００４３】
信号発生器２１は、ＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を発生させ分配器２２へ供給する。分配器２２は、ＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を例えば６つの電力信号に分配し位相器２３へ供給する。
【００４４】
位相器２３は、６つの電力信号のそれぞれの位相を調整する。すなわち、位相器２３は、６つの電力信号に対応した６つの位相調整部２３ａ〜２３ｆを有する。６つの位相調整部２３ａ〜２３ｆは、６つの電力信号を受けて位相を調整する。各位相調整部２３ａ〜２３ｆは、調整後の電力信号を、対応するオン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆへ供給する。
【００４５】
オン／オフ切り替え器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆは、位相器２３からの出力信号（電力信号）をパルス化し、対応する高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆに高周波電力として入力する。
【００４６】
なお、位相器２３における位相制御（位相調整）は、図示しない制御器により制御されてもよい。あるいは、オン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆには高周波出力をオン／オフするため、図示しない制御器からオン／オフ信号が入力されて制御されてもよい。あるいは、場合によっては、オン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆがオン／オフ動作をせず、連続出力とし使用することも可能である。
【００４７】
上記の構成において、信号発生器２１でＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を発生させ、位相器２３により給電点２７ａ、２７ｂに供給すべき高周波電力（電力信号）の位相を同位相に設定し、給電点２７ｃ、２７ｄに供給すべき高周波電力（電力信号）の位相を給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相に対して１８０度逆相に設定する。この状態で高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄからＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００４８】
すなわち、各高周波電源１０ａ〜１０ｄは、等価的に、信号発生器２１、分配器２２、位相器２３、対応するオン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｄ、対応する高周波アンプ２５ａ〜２５ｄ、及び対応するマッチャー２６ａ〜２６ｄを有する電源回路として機能する。複数の高周波電源１０ａ〜１０ｄは、複数の給電点２７ａ〜２７ｄにＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００４９】
本発明者は、以上の状態で電極５の大気側（第２の主面５ｂ側）において、電極表面（第２の主面５ｂ）における電界分布を高電圧プローブにより測定した。その結果を図３に示す。グラフは電極表面（第２の主面５ｂ）上の電界強度を三次元で表示しており、電界強度は高周波振幅の最大値で規格化している。
【００５０】
図３に示すグラフから電界強度は両短辺５ｂ１、５ｂ２側に強く、短辺５ｂ１、５ｂ２側からＶＨＦ帯の高周波電力を給電している給電点がつくる対称軸３１上が谷となるＶ字型分布となった。尚、電極上の高周波電界分布は、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの位置を中央寄り、あるいは長辺５ｂ３、５ｂ４寄りに移動させた場合でも、４つの給電点２７ａ〜２７ｄで矩形を形成すれば同様の山と谷のＶ字型パターンが形成された。すなわち、４つの給電点２７ａ〜２７ｄで矩形を形成すれば、複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとの対称軸３１上に高周波電界が最小値となる谷（高周波電界の節）が形成されることが確認された。
【００５１】
ここで、高周波電界が最小値となる谷（高周波電界の節）の部分が給電点２７ａ、２７ｂと給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸３１上に形成されるのは以下の理由によると考えられる。給電点２７ａ及び給電点２７ｂに対して、給電点２７ｃ及び給電点２７ｄを逆位相（１８０度）で給電するため、対称軸３１上では高周波電界が打ち消しあうので高周波電界が最小値（例えばほぼ零）となる。
【００５２】
次に、実際のプラズマ生成に寄与する電極５とステージ２との間で形成される高周波電界分布を知るため、電磁界シミュレーションによる高周波電界分布の見積もりを行った。シミュレーションでは、絶縁フランジ４はアルミナセラミクス、電極（第１の電極）５とステージ（第２の電極）２との間隔は１０ｍｍ、その電極間で生成されるプラズマは均質とし、６０ＭＨｚでのεｒ＝０．９５、ｔａｎδ＝３．５７の媒質とした。
【００５３】
電磁界シミュレーションの解析から得られた電界の三次元分布を図４に示す。図４に示すグラフにおいて、Ｘは電極５の長辺方向（長辺５ｂ３、５ｂ４に沿った方向）、Ｙは短辺方向（短辺５ｂ１、５ｂ２に沿った方向）を示し、電界強度を最大値で規格化している。図４に示されるように、電界強度は、両短辺５ｂ１、５ｂ２側に強く、中央部（対称軸上）が谷となるＶ字型分布を示した。
【００５４】
次に、電極５の両長辺５ｂ３、５ｂ４側からＶＨＦ帯の高周波電力を給電する方法について図２を用いて説明する。
【００５５】
電極５の（第２の主面５ｂにおける）長辺５ｂ３側には、高周波電力の給電点２７ｅが設けられ、電極５の長辺５ｂ４側には、高周波電力の給電点２７ｆが設けられている。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、第２の主面５ｂは、上記の４つの給電点２７ａ〜２７ｄに加えて、その方形における相対する他の２辺の一方（長辺５ｂ３）の側に配された１つの給電点（第３の給電点）２７ｅと、相対する他の２辺の他方（長辺５ｂ４）の側に配された１つの給電点（第４の給電点）２７ｆとを有する。給電点２７ｅと給電点２７ｆとは、対称軸２８上に配されている。給電点２７ｅと給電点２７ｆとは、給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから互いに等距離の位置に配されている。
【００５６】
給電点２７ｅ、２７ｆには、それぞれ、高周波電力の整合状態を調整するマッチャー（整合器）２６ｅ、２６ｆが接続されている。給電点２７ｅ、２７ｆの位置は、前述した対称軸３１（図３参照）に対応した対称軸２８上で且つ、４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称中心Ｃから等距離に設定されている。前述した短辺５ｂ１、５ｂ２側からの給電と同様に、長辺５ｂ３、５ｂ４側から給電した場合の電極５とステージ２との間で形成される高周波電界分布を知るため、電磁界シミュレーションによる高周波電界分布の見積もりを行った。シミュレーションの条件は図３と同様とし、給電点２７ｅの高周波電力と給電点２７ｆの高周波電力との位相を同相に設定した。
【００５７】
電磁界シミュレーションの解析から得られた電界の三次元分布を図５に示す。図５に示すグラフにおいて、Ｘは電極の長辺方向（長辺５ｂ３、５ｂ４に沿った方向）、Ｙは短辺方向（短辺５ｂ１、５ｂ２に沿った方向）を示し、電界強度を最大値で規格化している。図５に示されるように、電界強度は、両短辺５ｂ１、５ｂ２側に弱く、中央部（対称軸上）が強い尾根状分布を示した。
【００５８】
すなわち、各高周波電源１０ｅ、１０ｆは、等価的に、信号発生器２１、分配器２２、位相器２３、対応するオン／オフ切り替え器２４ｅ、２４ｆ、対応する高周波アンプ２５ｅ、２５ｆ、及び対応するマッチャー２６ｅ、２６ｆを有する電源回路として機能する。複数の高周波電源１０ｅ、１０ｆは、複数の給電点２７ｅ、２７ｆにＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００５９】
以上で述べた２つの高周波電力の給電方法を用いて、電極５とステージ２との間で均一な電界分布を形成する方法を以下に説明する。
【００６０】
電界を均一化するために、上記の２つの給電方法で得られたそれぞれの電磁界シミュレーション結果の電界分布を組み合わせて合成する。電磁界シミュレーションの解析では、給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相を同位相に設定し、給電点２７ｃ、２７ｄの高周波電力の位相を給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相に対して１８０度逆相に設定した。次に電極５の対称軸２８上に接続した高周波電力の給電点２７ｅ、２７ｆには、給電点２７ａ、２７ｂと同位相の高周波電力を給電する。高周波電力の大きさは、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点（２７ａ、２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ）のそれぞれに給電する電力を同じとし、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点（２７ｅ、２７ｆ）のそれぞれに給電する電力は、それらの２倍とした。つまり、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点の給電点２７ａ〜２７ｄに給電する高周波電力の総和と長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点の給電点２７ｅ、２７ｆに給電する高周波電力の総和とを均等とした。
【００６１】
その結果、図６に示す電界分布が得られ、短辺５ｂ１、５ｂ２側からの給電で得られたＶ字型分布と、長辺５ｂ３、５ｂ４側からの給電で得られた尾根状分布とが合成されたパターンは、ほぼ平坦な分布となった。すなわち、図６に示す電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±１０．８％が得られた。
【００６２】
なお、実際にプラズマを生成した場合は、上記の電磁界シミュレーションで得られた電界分布に対応したプラズマ分布が形成され、均一な成膜が可能となると考えられる。
【００６３】
次に、プラズマ成膜装置１００に上記の給電方法を適用して、ＶＨＦ帯の高周波電力によりシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）との混合ガスで高周波プラズマを発生させ、大面積のガラス基板上に微結晶シリコン膜を堆積させた実験例について説明する。
【００６４】
図１において、ステージ２上には被成膜基板９として１４００ｍｍ×１１００ｍｍのガラス基板（厚み：４ｍｍ）を設置した。被成膜基板９はステージ２に内蔵されている図示されないシースヒータを用いて２００℃に加熱した。次に、シャワープレート７と被成膜基板９との間隔が１０ｍｍになるようステージ２の高さ位置を調節した。この状態でガス供給口６にシランガス（ＳｉＨ４）及び水素ガス（Ｈ２）をそれぞれ１ｓｌｍ及び５０ｓｌｍの流量で供給し、成膜室８のガス圧力が１０００Ｐａとなるよう調節した。ガス圧力が安定した後、電極５に図２に示した高周波電力供給系（高周波電源１０ａ〜１０ｆ）からＶＨＦ帯の高周波電力を供給して、シラン（ＳｉＨ４）／水素（Ｈ２）混合プラズマを発生させた。高周波アンプ２５ａ〜２５ｆの出力は、短辺５ｂ１、５ｂ２側の２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを各々２０００Ｗとし、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２５ｅ、２５ｆを各々４０００Ｗとした。すなわち、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点（給電点２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）に給電する総電力量を８０００W、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点（給電点２５ｅ、２５ｆ）に給電する総電力量を８０００Wとして、両者を均等にした。以上の条件で実施の形態１で説明した給電方法により高周波電力を給電して２０分間成膜を行った。
【００６５】
この場合、前述したように対称軸２８上では、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦの高周波電界の節（谷）となる。したがって、給電点２７ｅ、２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦの高周波電界の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、対称軸２８上に接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれるので、複数給電によるプラズマの均一化が容易になる。
【００６６】
加えて、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２の一方（短辺５ｂ１）側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂと他方（短辺５ｂ２）側に接続されたマッチャー２６ｃ、２６ｄとは、逆相で給電しているので、４つのマッチャー２６ａ〜２６ｄの整合条件（マッチャー回路定数）がほぼ同一となる。その結果、対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆから見たインピーダンスの対称性が得られるのでマッチャー２６ｅ、２６ｆによる整合が容易となる。
【００６７】
このような実験の結果、ガラス基板上にシリコン系薄膜が２μｍ堆積され、面内の膜厚分布は平均値に対して±１２％の範囲内であった。成膜した薄膜を太陽電池に利用することを想定して、ラマン分光法により見積もった膜の結晶化率はＩｃ／Ｉａ＝７．２であり、微結晶シリコンを用いた薄膜太陽電池に適する微結晶シリコン薄膜が得られた。
【００６８】
なお、高周波アンプ２５ａ〜２５ｆの出力は前述の値に限ることなく、それぞれの出力値をかえることによりプラズマ分布を変えることが可能である。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続する高周波電源は２台×２（高周波電源１０ａ〜１０ｄ）としたが、原理的には電極中心Ｃから等距離の位置に１台ずつ配置しても、あるいは２台以上×２としても同等の結果が得られる。
【００６９】
以上のように、実施の形態１では、プラズマ成膜装置１００において、電極５のステージ２と対向しない（大気側の）第２の主面５ｂに、電極５の相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側に各々２つの高周波電源を接続する給電点を設け、４つの給電点２７ａ〜２７ｄにより形成される形状を方形とする。また、相対する２辺５ｂ１、５ｂ２のうち一方（短辺５ｂ１）の給電点２７ａ、２７ｂと他方（短辺５ｂ２）の給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸２８上で且つ、４つの給電点２７ａ〜２７ｄにより形成される方形の中心、すなわち４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから等距離の位置に、２つの高周波電源を接続するための給電点２７ｅ、２７ｆを設けている。
【００７０】
この構成において、相対する２辺のうち一方（短辺５ｂ１）の給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力と他方（短辺５ｂ２）の給電点２７ｃ、２７ｄの高周波電力との位相差を１８０度で給電するので、電極５の（大気側の）第２の主面５ｂに形成される高周波電界分布の節が給電点２７ａ、２７ｂと給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸２８上に形成される。そして、この対称軸２８上から給電点２７ｅ、２７ｆにより別途高周波電力を給電するので、対称軸２８上に接続される高周波電源１０ｅ、１０ｆは、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）に接続された高周波電源１０ａ〜１０ｄからの影響を受けにくい。また、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）に接続された高周波電源１０ａ〜１０ｄは、対称軸２８上に接続された高周波電源１０ｅ、１０ｆの整合状態に影響されないで整合をとることが容易である。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に（安定して）形成して重ね合わせることができるので、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になり、大面積基板への均一成膜が可能となる。すなわち、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができる。
【００７１】
また、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側に配された４つの給電点２７ａ〜２７ｄは、対称点Ｃに関して点対称であるとともに、対称軸２８に関して線対称であるような位置に配されている。また、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）の側に配された２つの給電点２７ｅ、２７ｆは、４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから互いに等距離であるとともに、それぞれ対称軸２８上となるような位置に配されている。
【００７２】
この構成において、相対する２辺の一方（短辺５ｂ１）側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂと他方（短辺５ｂ２）側に接続されたマッチャー２６ｃ、２６ｄとは、逆相で給電しているので、４つのマッチャー２６ａ〜２６ｄの整合条件（マッチャー回路定数）がほぼ同一となる。その結果、対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆから見たインピーダンスの対称性が得られるのでマッチャー２６ｅ、２６ｆによる整合が容易となる。
【００７３】
また、実施の形態１では、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側の給電点２７ａ〜２７ｄへ給電される高周波電力の総和と、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）の側の給電点２７ｅ、２７ｆへ給電される高周波電力の総和とは、互いに均等になっている。これにより、重ね合わせるべき、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とのバランスを向上できるので、複数の給電点によるプラズマの均一化がさらに容易になり、大面積基板への均一成膜が容易となる。
【００７４】
実施の形態２．
実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置１００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７５】
実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置１００は、その動作が実施の形態１と異なる。
【００７６】
実施の形態１では、図２に示す電極５に対して、対称軸上２８の給電点２７ｅ、２７ｆに給電するそれぞれのＶＨＦ帯の高周波電力の位相を、給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力と同位相に設定している。
【００７７】
それに対して、実施の形態２では、給電点２７ｅ、２７ｆに給電するそれぞれのＶＨＦ帯の高周波電力に位相差を設ける。具体的には、位相器２３における位相調整部２３ｅ、２３ｆが、給電点２７ｅ、２７ｆに給電すべき高周波電力（電力信号）に位相差を発生させ、その位相差を時間的に変化（変調）させる。このとき、電極間間隔、ガス圧力などのプロセス条件を変化させた場合でも、その変化に応じて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布が得られるように変調条件を調節する。
【００７８】
このように、実施の形態２では、プロセス条件の変化に応じて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布が得られるように、対称軸２８上に接続された高周波電源１０ｅ、１０ｆの位相を時間的に変調し、そのように位相差の時間変調された高周波電力を対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆに給電する。ことにより、給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【００７９】
実施の形態３．
実施の形態３にかかるプラズマ成膜装置１００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
実施の形態３にかかるプラズマ成膜装置１００は、その動作が実施の形態１と異なる。
【００８１】
実施の形態１では、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続する４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、対称軸２８上へ接続される２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから出力される各々の高周波電力を定常的に動作させて給電している。
【００８２】
それに対して、実施の形態３では、図２に示す電極５に対して、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続される４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、対称軸２８上へ接続される２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから高周波電力を時間的に交互に給電する。
【００８３】
例えば、図７に示すように給電を行う。図７は、時間軸７１に対して高周波電力のｏｎ／ｏｆｆ状態を軸７２に示している。図７では、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄの動作を波形７３で示し、対称軸２８上へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆの動作を波形７４で示している。波形７３は、波形７４がオフ状態の期間にオン状態になり、波形７４がオン状態の期間にオフ状態になっている。また、波形７４は、波形７３がオフ状態の期間にオン状態になり、波形７３がオン状態の期間にオフ状態になっている。高周波電源１０ａ〜１０ｄと高周波電源１０ｅ、１０ｆとをお互いを交互に動作させる。
【００８４】
このように、実施の形態３では、電極５に対して、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）側へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから高周波電力を時間的に交互に印加する。すなわち、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ〜２７ｄと、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点とは、高周波電力が時間的に交互に給電される。これにより、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布との間での干渉を低減できる。例えば、図７に示した期間７５において、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄは、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）側へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆにおけるマッチャーの整合状態によらず整合が容易にとれる。これにより、重ね合わせるべきＶ字型の電界強度分布と尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に安定して形成することがさらに容易になる。
【００８５】
また、実施の形態３では、図７に示すように、波形７３におけるオン状態の期間と波形７４におけるオン状態の期間とが均等になっている。これにより、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とが交互に均等な期間で形成されるので、時間平均した電界強度分布において、重ね合わせるべき、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とのバランスを向上できる。この結果、複数の給電点によるプラズマの均一化がさらに容易になり、大面積基板への均一成膜が容易となる。すなわち、時間平均で面内均一化が可能となる。
【００８６】
実施の形態４．
実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００について図８を用いて説明する。図８は、実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００における高周波電力の給電系統図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００８７】
実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００は、電極５の第２の主面５ｂにおける、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈの配置構成が実施の形態１と異なる。
【００８８】
実施の形態１では、図２に示す電極５の第２の主面５ｂに対して、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側（給電点２７ａ〜２７ｄ）へ４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄを接続し、対称軸２８上（給電点２７ｅ、２７ｆ）へ２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆを接続している。
【００８９】
それに対して、実施の形態４では、図８に示すように、電極５に対して、対称点Ｃから等距離であり且つ対称軸２８から等距離である位置に設けた給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈから高周波を給電する。すなわち、電極５の第２の主面５ｂは、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４のうち一方（長辺５ｂ３）に配された１組の給電点（複数の第３の給電点）２８７ｅ、２８７ｆと、他方（長辺５ｂ４）に配された１組の給電点（複数の第４の給電点）２８７ｇ、２８７ｈとを有する。１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆは、対称点Ｃから等距離であり対称軸２８に関して対称な位置に配されている。１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈは、対称点Ｃから等距離であり対称軸２８に関して対称な位置に配されている。
【００９０】
この場合、長辺５ｂ３、５ｂ４側に配されたそれぞれの給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈは、対称軸２８上に無いので電界が発生することになる。しかしながら、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆから分岐点２８８ｉまでの距離２８９ｅ、２８９ｆを等距離に設定している。１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆは、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点２８８ｉを介して高周波電源１０ｅに接続されている。これにより、分岐点２８８ｉの位置において１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆの中点に位置する、対称軸２８上の給電点２２７ｅから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【００９１】
同様に、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈから分岐点２８８ｊまでの距離２８９ｇ、２８９ｈを等距離に設定している。１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈは、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点２８８ｊを介して高周波電源１０ｆに接続されている。これにより、分岐点２８８ｊの位置において１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈの中点に位置する、対称軸２８上の給電点２２７ｆから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【００９２】
このように、実施の形態４では、実施の形態１の場合と同様に、等価的な給電点２２７ｅ、２２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦ帯の高周波電力の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、等価的な給電点２２７ｅ、２２７ｆに接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれる。したがって、実施の形態４によっても、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になる。
【００９３】
また、実施の形態４では、対称軸２８を挟んだ１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとから高周波を給電するので、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとにより、実施の形態１に比べて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布を形成することができる。これにより、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２８７ｅ〜２８７ｈによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【００９４】
この点に関して、本発明者が電磁界シミュレーションを行ったところ、得られた電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±７．８％が得られた。すなわち、実施の形態１（±１０．８％）に比べて、得られるプラズマの均一性（±７．８％）をさらに向上できることが確認された。
【００９５】
実施の形態５．
実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００における高周波電力の給電系統図である。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００９６】
実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００は、電極５の第２の主面５ｂにおける、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈの配置構成が実施の形態４と異なる。
【００９７】
実施の形態４では、図８に示す対称軸２８から等距離に設けた給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから高周波を給電している。また、電極５の第２の主面５ｂにおいて、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから対称軸２８までの距離は、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから対称軸２８までの距離より小さくなっている。
【００９８】
それに対して、実施の形態５では、図９に示すように、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈを短辺５ｂ１、５ｂ２側にも近い位置に設ける。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとは、その方形の角部に配されている。また、電極５の第２の主面５ｂにおいて、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側（かつ短辺５ｂ１、５ｂ２側）の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから対称軸２８までの距離は、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから対称軸２８までの距離と均等である。
【００９９】
この場合、長辺５ｂ３、５ｂ４側に配されたそれぞれの給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈは、対称軸２８上に無いので電界が発生することになる。しかしながら、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆから分岐点３９８ｉまでの距離３９９ｅ、３９９ｆを等距離に設定している。１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆは、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点３９８ｉを介して高周波電源１０ｅに接続されている。これにより、分岐点３９８ｉの位置において１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆの中点に位置する、対称軸２８上の給電点３２７ｅから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【０１００】
同様に、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈから分岐点３９８ｊまでの距離３９９ｇ、３９９ｈを等距離に設定している。１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈは、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点３９８ｊを介して高周波電源１０ｆに接続されている。これにより、分岐点３９８ｊの位置において１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈの中点に位置する、対称軸２８上の給電点３２７ｆから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【０１０１】
このように、実施の形態５では、実施の形態１の場合と同様に、等価的な給電点３２７ｅ、３２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦ帯の高周波電力の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、等価的な給電点３２７ｅ、３２７ｆに接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれる。したがって、実施の形態５によっても、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になる。
【０１０２】
また、実施の形態５では、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとが方形の角部に配されている。これにより、実施の形態４に比べて、対称軸２８からさらに離れた１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとから高周波を給電する。このため、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとにより、実施の形態４に比べて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布を形成することができる。これにより、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点３９７ｅ〜３９７ｈによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【０１０３】
この点に関して、本発明者が電磁界シミュレーションを行ったところ、得られた電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±６．４％が得られた。すなわち、実施の形態４（±７．８％）に比べて、得られるプラズマの均一性（±６．４％）をさらに向上できることが確認された。
【０１０４】
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態５では、ガス流量、圧力、高周波電力等のパラメータに関して数値を示しているが、これらの数値は適宜変更可能である。また、シリコン薄膜形成のための成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）との混合ガスの場合について説明したが、さらに、Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスを添加させてもよい。その他、プロセスの目的に応じて適切なガス種が選択される。
【０１０５】
また、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置では、真空チャンバ１と電極５とで成膜室８が形成される構成を例示しているが、成膜室８内に電極５とステージ２とを配置する構成に、上記の実施の形態１〜実施の形態５で説明したような給電方法を適用しても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置は、例えば、プラズマエッチング装置、アッシング装置、スパッタリング装置などにも適用することが出来る。
【０１０７】
また、上記では横型の成膜室８について説明を行ったが、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置は縦型の成膜室にも適用可能である。どちらの型の成膜室を採用するかは当該プラズマ装置の用途等に応じて適宜選択が可能である。この発明については、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。例えば、実施の形態２は、実施の形態３〜５の少なくとも１つと組み合わせても良い。あるいは、例えば、実施の形態３は、実施の形態２、４、５の少なくとも１つと組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明にかかるプラズマ成膜装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 真空チャンバ
２ ステージ
３ 排気口
４ 絶縁フランジ
５ 電極
５ａ 第１の主面
５ｂ 第２の主面
５ｂ１、５ｂ２ 短辺
５ｂ３、５ｂ４ 長辺
６ ガス供給口
７ シャワープレート
８ 成膜室
９ 被成膜基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 高周波電源
１１ 空間
２１ 信号発生器
２２ 分配器
２３ 位相器
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ 位相調整部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ オンオフ切り替え器
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ 高周波アンプ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ マッチャー
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ 給電点
２８、３１ 対称軸
１００、２００、３００ プラズマ成膜装置
２２７ｆ、２２７ｅ 給電点
２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈ 給電点
２８８ｉ、２８８ｊ 分岐点
２８９ｅ、２８９ｆ、２８９ｇ、２８９ｈ 距離
３２７ｆ、３２７ｅ 給電点
３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈ 給電点
３９８ｉ、３９８ｊ 分岐点
３９９ｅ、３９９ｆ、３９９ｇ、３９９ｈ 距離
Ｃ 対称点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ成膜装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置として広く用いられている。今日では、例えば薄膜シリコン太陽電池の発電層やフラットディスプレイパネルに用いられる薄膜トランジスタのような大面積薄膜を高速で一時に成膜することができるプラズマ成膜装置も開発されている。大面積のシリコン薄膜を成膜するには、平行平板型プラズマ成膜装置を使用するのが一般的である。
【０００３】
平行平板型プラズマ成膜装置は、真空チャンバ内において数ｍｍから数十ｍｍの距離を隔てて対向している２つの電極を有する。これら２つの電極は、水平面内に設置され、一方の電極に高周波電力を供給し、他方の電極が接地されている。シリコン薄膜を成膜する場合、シラン（ＳｉＨ４）や水素（Ｈ２）等の成膜ガスを、一方の電極に設けられた多数のガス穴を通して放電空間となる電極間のギャップ領域に供給する。放電空間に供給されたガスは高周波電力によってプラズマ化する。成膜ガスはプラズマ中で分解され、ラジカルやイオンとなって被成膜基板へと入射し、基板上にシリコン膜を形成する。一般に、接地されている側となる他方の電極がステージとして用いられ、他方の電極の上に被成膜基板が載置される。
【０００４】
特許文献２には、電極と基板ホルダーとの間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置において、電極の２つの部位に、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波電力を供給することが記載されている。具体的には、電極の左右の２つの部位に供給される高周波電力が、互いに干渉しないように時間分割された２種類のパルス変調出力となるように発生されるとされている。これにより、特許文献２によれば、２つの部位の一方のみに高周波電力を供給したときの電界強度分布と他方のみに高周波電力を供給したときの電界強度分布とを重ね合わせて時間平均された電界強度分布を得ることができるので、（縦横の長さが１ｍ×１ｍ以上の）大面積基板全面のプラズマの均一性を高めることができるとされている。
【０００５】
一方、近年、成膜品質や成膜速度向上といったニーズに応えるため、従来一般的であった１３．５６ＭＨｚよりも周波数の高いＶＨＦ（Ｖｅｒｙ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）帯の高周波電力を用いて生成したＶＨＦプラズマを成膜に用いることが盛んに研究されている。ＶＨＦプラズマは高密度、低電子温度であるという特徴を備えるため、上記のニーズに対する解として期待が持たれている。
【０００６】
しかしながら、高周波電力の周波数が増加すると、高周波電力の「波」としての性質が顕著に表れ、成膜特性が電極面内で不均一になる傾向にある。すなわち、高周波電力の周波数が増加すると、電極面内で高周波電力が干渉を起こし、定在波を形成することで電界強度分布が不均一になり、その結果プラズマ密度が不均一となり、最終的に成膜速度や膜質そのものが不均一になってしまう傾向にある。近年における被成膜基板の大型化はこの傾向を顕著なものとさせる要因となっており、実用化の上で大きな課題となっている。
【０００７】
一般に電極サイズは使用する高周波電力の波長λの１／１０以下であることが望ましいとされている。これは目安として、電極サイズがλ／１０以下であれば定在波が形成しても電界強度の面内ばらつきがおおむね±１０％以下に収まるためである。例えば高周波電力の周波数が１３．５６ＭＨｚである場合、電極サイズは２ｍ強まで、高周波電力の周波数がＶＨＦ帯例えば６０ＭＨｚである場合、電極サイズは５０ｃｍ程度が限界となる。
【０００８】
ここで、成膜特性、例えば膜厚分布のばらつきは、フラットパネルディスプレイ用薄膜トランジスタなどにおいて再現性を確保するために±５％程度の範囲に収まること、太陽電池分野において再現性を確保するために±１０％程度の範囲に収まることが、実用化の一つの指標となっている。従来のＶＨＦプラズマ技術では、例えばアモルファスシリコン膜の成膜速度の場合、基板面積５０ｃｍ×５０ｃｍ程度で±１０〜１５％程度と、小面積基板でかろうじて満たしている状況である。
【０００９】
特許文献１には、電極体と基板ホルダーとの間にプラズマを発生させる表面処理装置において、６０〜１５０ＭＨｚ程度のＶＨＦ帯の高周波電力を分岐器により４つに分岐して電極体における４つの電力供給箇所へ供給することが記載されている。また、４つの電力供給箇所を電極体の裏面の中心に対して対称に設定して電極体の前面への電力供給経路を等しくすることが記載されている。これにより、特許文献１によれば、４つの電力供給箇所が均等な位置に設定されるので、電極体の全面に供給される高周波電力の分布が均一になり、均一なプラズマが生成されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３４２５００９号公報
【特許文献２】特開２００６−２１６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、上記の指標は、近年のメーターサイズ（１.１ｍ×１.４ｍ）の基板においては±２０〜４０％程度とクリアできない傾向にある。
【００１２】
特許文献１に記載の表面処理装置では、４つの電力供給箇所が均等な位置に設定されれば、電極体における４つの電力供給箇所から電極体へ同時に高周波電力を供給することにより、定在波の発生が抑えられるとされている。
【００１３】
しかし、特許文献１には、処理される基板が、５５０ｍｍ×６５０ｍｍ程度の大きさのガラス基板であることが記載されている。特許文献１に記載の技術では、メーターサイズの基板を処理することが想定されていないと考えられる。仮に、特許文献１に記載の技術をメーターサイズの基板に適用した場合、各電力供給箇所から供給された高周波電力の合成された定在波が形成されるためプラズマ分布の不均一性が生じると考えられる。
【００１４】
実際に本発明者が検討したところ、１．１ｍ×１．４ｍの大型基板に対して電極の周囲４点から同時に給電を行ってプラズマの生成を試みたが、電極中央にプラズマが局在して生成し、均一なプラズマは得られなかった。定在波の形成は波の干渉という基本的な物理現象に起因しているため根本的な解決（定在波そのものを抑えること）は非常に困難であると考えられる。
【００１５】
このように、特許文献１に記載の表面処理装置を用いてメーターサイズの基板（大面積の被処理基板）を処理した場合、均一なプラズマを得ることは困難である。
【００１６】
また、特許文献２には、上述のように、１０ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの高周波電力を供給することが記載されている。特許文献２に記載の技術では、ＶＨＦ帯の高周波電力を供給することが想定されていないと考えられる。
【００１７】
すなわち、特許文献２に記載の技術では、電極面上で対向する位置に接続された電源同士が互いに干渉を起こさないよう、交互にオン／オフすることで均一化を図っている。しかし、周波数がＶＨＦ帯になると定在波の形成がより顕著になり、結果、電界分布は節点をともなった曲線的な形状になる。このＶＨＦ帯においても、２つの定在波を重ね合わせることで均一化は可能であるが、腹と節の位置がちょうどπ／４ずれる条件（例えば電極のサイズがλ／４の奇数倍など）を満たす場合に限定される。しかも実際の成膜やエッチングプロセスなどにおいては、プロセス条件によってプラズマパラメータが変化し、それにともないλも変化する。したがって実用的な観点でもプロセスマージンが非常に小さくなる傾向にあり、特許文献２に記載の技術の、ＶＨＦ帯の周波数領域への適用は難しい。
【００１８】
加えて、複数の部位を交互にオン／オフして電力供給を行う特許文献２に記載された方法では、オン状態の電力供給条件が、オフ状態の電力供給部位に接続されているマッチャー（整合器）のインピーダンス（回路定数）に依存するため、マッチャーの整合調整が困難となる傾向にある。この観点からも、特許文献２に記載の技術の、ＶＨＦ帯の周波数領域への適用は難しい。
【００１９】
このように、特許文献２に記載されたプラズマ処理装置を用いてＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行った場合、均一なプラズマを得ることは困難である。
【００２０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができるプラズマ成膜装置及びプラズマ成膜方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかるプラズマ成膜装置は、真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜装置であって、前記第１の電極は、方形の形状を有し、前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点とを有し、前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、（等価的に）対称軸上にある第３の給電点及び第４の給電点に接続される高周波電源は、相対する２辺側の複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点に接続された高周波電源からの影響を受けにくい。また、相対する２辺側の複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点に接続された高周波電源は、（等価的に）対称軸上にある第３の給電点及び第４の給電点に接続された高周波電源の整合状態に影響されないで整合をとることが容易である。この結果、複数の第１の給電点及び複数の第２の給電点によるＶ字型の電界強度分布と第３の給電点及び第４の給電点による尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に（安定して）形成して重ね合わせることができるので、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、実施の形態１にかかるプラズマ処理装置を示す断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１における高周波電力の給電系統図である。
【図３】図３は、第１の電極の大気側で計測した電界分布図である。
【図４】図４は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図５】図５は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図６】図６は、第１の電極とステージとの間に形成される電界分布図である。
【図７】図７は、実施の形態３における高周波電源の動作図である。
【図８】図８は、実施の形態４における高周波電力の給電系統図である。
【図９】図９は、実施の形態５における高周波電力の給電系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明にかかるプラズマ成膜装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２５】
実施の形態１．
実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置１００の構成について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置１００の構成を概略的に示す断面図である。
【００２６】
プラズマ成膜装置１００は、図１に示すように、真空チャンバ１、排気口３、成膜室８、絶縁フランジ４、電極（第１の電極）５、ガス供給口６、シャワープレート７、ステージ（第２の電極）２、及び複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆを備える。
【００２７】
真空チャンバ１は、プラズマ成膜装置１００の外壁における側部及び底部を形成するとともに、成膜室８の側部及び底部を覆うように延びている。
【００２８】
排気口３は、真空チャンバ１に連通されているとともに、排気管（図示せず）を介して真空ポンプ（図示せず）に接続されており、真空チャンバ１を真空ポンプで排気するために設けられている。
【００２９】
成膜室８は、電極５と真空チャンバ１とで覆われて形成された空間である。成膜室８では、後述のように、プラズマが生成される。
【００３０】
絶縁フランジ４は、電極５と真空チャンバ１とを高周波電力的に絶縁するとともに、電極５と真空チャンバ１との間を真空封止している。これにより、成膜室８は、真空排気可能な空間となっている。
【００３１】
電極５は、プラズマ成膜装置１００の外壁における上部を形成するとともに、成膜室８の上部を覆うように延びている。また、電極５は、例えば、成膜室８の上部及び側部を覆うように延びている。電極５には、複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆが接続されている。
【００３２】
ガス供給口６は、ガス供給管（図示せず）を介してガス供給源（図示せず）に接続されており、電極５とシャワープレート７との間の空間１１にガス供給源から成膜ガスを供給するために設けられている。
【００３３】
シャワープレート７は、空間１１の下部を覆うように延びているとともに、複数のガス穴を有している。これにより、シャワープレート７は、複数のガス穴を介して、成膜ガスを空間１１から成膜室８に導入する。
【００３４】
ステージ２は、成膜室８内において電極５の第１の主面５ａと対向するように配置されているとともに例えば接地されており、電極５に対する対向電極（第２の電極）として機能する。また、ステージ２上には、被成膜基板９が載置されている。
【００３５】
複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆは、電極５の第２の主面５ｂにおける後述する位置に接続されており、電極５へ高周波電力を供給する。第２の主面５ｂは、電極５におけるステージ２に対向する第１の主面５ａの反対側の面である。
【００３６】
プラズマ成膜装置１００では、ガス供給口６から供給された成膜ガスが、シャワープレート７の複数のガス穴を介して成膜室８に導入され、成膜室８の圧力が真空ポンプ（図示せず）で適切な値に設定される。この状態で電極５に複数の高周波電源１０ａ、１０ｂから高周波を印加すると、電極５とステージ２との間にプラズマが生成されて被成膜基板９上に薄膜が堆積する。
【００３７】
次に、プラズマ成膜装置１００に適用した電極５への高周波電力の給電方法について図２を用いて説明する。図２は、プラズマ成膜装置における電極５へ高周波電力を給電するための複数の高周波電源１０ａ〜１０ｆにおける系統・構成を示す図である。
【００３８】
図２では、一例として、電極５が長方形で、ステージ２と対向するシャワープレート７の大きさは１．２ｍ×１．５ｍとし、成膜室８側の反対面である大気側から高周波を給電する場合の構成が示されている。給電する電力の周波数は高速成膜を実現するために例えば６０ＭＨｚのＶＨＦ帯を用いる。
【００３９】
まず、電極５の第２の主面５ｂにおける相対する２辺として両短辺５ｂ１、５ｂ２を考え、第２の主面５ｂにおける相対する他の２辺として両長辺５ｂ３、５ｂ４を考える。そして、両短辺５ｂ１、５ｂ２側から電極５へＶＨＦ帯の高周波電力を給電する方法について説明する。
【００４０】
電極５の短辺５ｂ１側には、高周波電力の給電点２７ａ、２７ｂが設けられ、電極５の短辺５ｂ２側には、高周波電力の給電点２７ｃ、２７ｄが設けられている。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、第２の主面５ｂは、その方形における相対する２辺の一方（短辺５ｂ１）の側に配された複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと、相対する２辺の他方（短辺５ｂ２）の側に配された複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとを有する。複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとは、対称軸２８に関して線対称の位置に配されている。また、給電点２７ａと給電点２７ｄとは、対称点Ｃに関して点対称の位置に配されている。給電点２７ｂと給電点２７ｃとは、対称点Ｃに関して点対称の位置に配されている。
【００４１】
給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄには、それぞれ、高周波電力の整合状態を調整するマッチャー（整合器）２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄが接続される。マッチャー２６ａ〜２６ｄから給電点２７ａ〜２７ｄへの接続は図示しない導電性の良い金属の板、棒あるいは、高周波同軸ケーブルが用いられる。この４つの給電点２７ａ〜２７ｄは矩形を形成し、それぞれが電極周縁から近い領域に設定される。
【００４２】
マッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄには、それぞれ、高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄで増幅された高周波電力が給電される。
【００４３】
信号発生器２１は、ＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を発生させ分配器２２へ供給する。分配器２２は、ＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を例えば６つの電力信号に分配し位相器２３へ供給する。
【００４４】
位相器２３は、６つの電力信号のそれぞれの位相を調整する。すなわち、位相器２３は、６つの電力信号に対応した６つの位相調整部２３ａ〜２３ｆを有する。６つの位相調整部２３ａ〜２３ｆは、６つの電力信号を受けて位相を調整する。各位相調整部２３ａ〜２３ｆは、調整後の電力信号を、対応するオン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆへ供給する。
【００４５】
オン／オフ切り替え器２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆは、位相器２３からの出力信号（電力信号）をパルス化し、対応する高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆに高周波電力として入力する。
【００４６】
なお、位相器２３における位相制御（位相調整）は、図示しない制御器により制御されてもよい。あるいは、オン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆには高周波出力をオン／オフするため、図示しない制御器からオン／オフ信号が入力されて制御されてもよい。あるいは、場合によっては、オン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｆがオン／オフ動作をせず、連続出力とし使用することも可能である。
【００４７】
上記の構成において、信号発生器２１でＶＨＦの電力信号（例えば、６０ＭＨｚの正弦波）を発生させ、位相器２３により給電点２７ａ、２７ｂに供給すべき高周波電力（電力信号）の位相を同位相に設定し、給電点２７ｃ、２７ｄに供給すべき高周波電力（電力信号）の位相を給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相に対して１８０度逆相に設定する。この状態で高周波アンプ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄからＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００４８】
すなわち、各高周波電源１０ａ〜１０ｄは、等価的に、信号発生器２１、分配器２２、位相器２３、対応するオン／オフ切り替え器２４ａ〜２４ｄ、対応する高周波アンプ２５ａ〜２５ｄ、及び対応するマッチャー２６ａ〜２６ｄを有する電源回路として機能する。複数の高周波電源１０ａ〜１０ｄは、複数の給電点２７ａ〜２７ｄにＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００４９】
本発明者は、以上の状態で電極５の大気側（第２の主面５ｂ側）において、電極表面（第２の主面５ｂ）における電界分布を高電圧プローブにより測定した。その結果を図３に示す。グラフは電極表面（第２の主面５ｂ）上の電界強度を三次元で表示しており、電界強度は高周波振幅の最大値で規格化している。
【００５０】
図３に示すグラフから電界強度は両短辺５ｂ１、５ｂ２側に強く、短辺５ｂ１、５ｂ２側からＶＨＦ帯の高周波電力を給電している給電点がつくる対称軸３１上が谷となるＶ字型分布となった。尚、電極上の高周波電界分布は、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄの位置を中央寄り、あるいは長辺５ｂ３、５ｂ４寄りに移動させた場合でも、４つの給電点２７ａ〜２７ｄで矩形を形成すれば同様の山と谷のＶ字型パターンが形成された。すなわち、４つの給電点２７ａ〜２７ｄで矩形を形成すれば、複数の給電点（複数の第１の給電点）２７ａ、２７ｂと複数の給電点（複数の第２の給電点）２７ｃ、２７ｄとの対称軸３１上に高周波電界が最小値となる谷（高周波電界の節）が形成されることが確認された。
【００５１】
ここで、高周波電界が最小値となる谷（高周波電界の節）の部分が給電点２７ａ、２７ｂと給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸３１上に形成されるのは以下の理由によると考えられる。給電点２７ａ及び給電点２７ｂに対して、給電点２７ｃ及び給電点２７ｄを逆位相（１８０度）で給電するため、対称軸３１上では高周波電界が打ち消しあうので高周波電界が最小値（例えばほぼ零）となる。
【００５２】
次に、実際のプラズマ生成に寄与する電極５とステージ２との間で形成される高周波電界分布を知るため、電磁界シミュレーションによる高周波電界分布の見積もりを行った。シミュレーションでは、絶縁フランジ４はアルミナセラミクス、電極（第１の電極）５とステージ（第２の電極）２との間隔は１０ｍｍ、その電極間で生成されるプラズマは均質とし、６０ＭＨｚでのεｒ＝０．９５、ｔａｎδ＝３．５７の媒質とした。
【００５３】
電磁界シミュレーションの解析から得られた電界の三次元分布を図４に示す。図４に示すグラフにおいて、Ｘは電極５の長辺方向（長辺５ｂ３、５ｂ４に沿った方向）、Ｙは短辺方向（短辺５ｂ１、５ｂ２に沿った方向）を示し、電界強度を最大値で規格化している。図４に示されるように、電界強度は、両短辺５ｂ１、５ｂ２側に強く、中央部（対称軸上）が谷となるＶ字型分布を示した。
【００５４】
次に、電極５の両長辺５ｂ３、５ｂ４側からＶＨＦ帯の高周波電力を給電する方法について図２を用いて説明する。
【００５５】
電極５の（第２の主面５ｂにおける）長辺５ｂ３側には、高周波電力の給電点２７ｅが設けられ、電極５の長辺５ｂ４側には、高周波電力の給電点２７ｆが設けられている。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、第２の主面５ｂは、上記の４つの給電点２７ａ〜２７ｄに加えて、その方形における相対する他の２辺の一方（長辺５ｂ３）の側に配された１つの給電点（第３の給電点）２７ｅと、相対する他の２辺の他方（長辺５ｂ４）の側に配された１つの給電点（第４の給電点）２７ｆとを有する。給電点２７ｅと給電点２７ｆとは、対称軸２８上に配されている。給電点２７ｅと給電点２７ｆとは、給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから互いに等距離の位置に配されている。
【００５６】
給電点２７ｅ、２７ｆには、それぞれ、高周波電力の整合状態を調整するマッチャー（整合器）２６ｅ、２６ｆが接続されている。給電点２７ｅ、２７ｆの位置は、前述した対称軸３１（図３参照）に対応した対称軸２８上で且つ、４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称中心Ｃから等距離に設定されている。前述した短辺５ｂ１、５ｂ２側からの給電と同様に、長辺５ｂ３、５ｂ４側から給電した場合の電極５とステージ２との間で形成される高周波電界分布を知るため、電磁界シミュレーションによる高周波電界分布の見積もりを行った。シミュレーションの条件は図３と同様とし、給電点２７ｅの高周波電力と給電点２７ｆの高周波電力との位相を同相に設定した。
【００５７】
電磁界シミュレーションの解析から得られた電界の三次元分布を図５に示す。図５に示すグラフにおいて、Ｘは電極の長辺方向（長辺５ｂ３、５ｂ４に沿った方向）、Ｙは短辺方向（短辺５ｂ１、５ｂ２に沿った方向）を示し、電界強度を最大値で規格化している。図５に示されるように、電界強度は、両短辺５ｂ１、５ｂ２側に弱く、中央部（対称軸上）が強い尾根状分布を示した。
【００５８】
すなわち、各高周波電源１０ｅ、１０ｆは、等価的に、信号発生器２１、分配器２２、位相器２３、対応するオン／オフ切り替え器２４ｅ、２４ｆ、対応する高周波アンプ２５ｅ、２５ｆ、及び対応するマッチャー２６ｅ、２６ｆを有する電源回路として機能する。複数の高周波電源１０ｅ、１０ｆは、複数の給電点２７ｅ、２７ｆにＶＨＦ帯の高周波電力を給電する。
【００５９】
以上で述べた２つの高周波電力の給電方法を用いて、電極５とステージ２との間で均一な電界分布を形成する方法を以下に説明する。
【００６０】
電界を均一化するために、上記の２つの給電方法で得られたそれぞれの電磁界シミュレーション結果の電界分布を組み合わせて合成する。電磁界シミュレーションの解析では、給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相を同位相に設定し、給電点２７ｃ、２７ｄの高周波電力の位相を給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力の位相に対して１８０度逆相に設定した。次に電極５の対称軸２８上に接続した高周波電力の給電点２７ｅ、２７ｆには、給電点２７ａ、２７ｂと同位相の高周波電力を給電する。高周波電力の大きさは、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点（２７ａ、２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ）のそれぞれに給電する電力を同じとし、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点（２７ｅ、２７ｆ）のそれぞれに給電する電力は、それらの２倍とした。つまり、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点の給電点２７ａ〜２７ｄに給電する高周波電力の総和と長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点の給電点２７ｅ、２７ｆに給電する高周波電力の総和とを均等とした。
【００６１】
その結果、図６に示す電界分布が得られ、短辺５ｂ１、５ｂ２側からの給電で得られたＶ字型分布と、長辺５ｂ３、５ｂ４側からの給電で得られた尾根状分布とが合成されたパターンは、ほぼ平坦な分布となった。すなわち、図６に示す電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±１０．８％が得られた。
【００６２】
なお、実際にプラズマを生成した場合は、上記の電磁界シミュレーションで得られた電界分布に対応したプラズマ分布が形成され、均一な成膜が可能となると考えられる。
【００６３】
次に、プラズマ成膜装置１００に上記の給電方法を適用して、ＶＨＦ帯の高周波電力によりシランガス（ＳｉＨ４）と水素ガス（Ｈ２）との混合ガスで高周波プラズマを発生させ、大面積のガラス基板上に微結晶シリコン膜を堆積させた実験例について説明する。
【００６４】
図１において、ステージ２上には被成膜基板９として１４００ｍｍ×１１００ｍｍのガラス基板（厚み：４ｍｍ）を設置した。被成膜基板９はステージ２に内蔵されている図示されないシースヒータを用いて２００℃に加熱した。次に、シャワープレート７と被成膜基板９との間隔が１０ｍｍになるようステージ２の高さ位置を調節した。この状態でガス供給口６にシランガス（ＳｉＨ４）及び水素ガス（Ｈ２）をそれぞれ１ｓｌｍ及び５０ｓｌｍの流量で供給し、成膜室８のガス圧力が１０００Ｐａとなるよう調節した。ガス圧力が安定した後、電極５に図２に示した高周波電力供給系（高周波電源１０ａ〜１０ｆ）からＶＨＦ帯の高周波電力を供給して、シラン（ＳｉＨ４）／水素（Ｈ２）混合プラズマを発生させた。高周波アンプ２５ａ〜２５ｆの出力は、短辺５ｂ１、５ｂ２側の２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄを各々２０００Ｗとし、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２５ｅ、２５ｆを各々４０００Ｗとした。すなわち、短辺５ｂ１、５ｂ２側の４点（給電点２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ）に給電する総電力量を８０００W、長辺５ｂ３、５ｂ４側の２点（給電点２５ｅ、２５ｆ）に給電する総電力量を８０００Wとして、両者を均等にした。以上の条件で実施の形態１で説明した給電方法により高周波電力を給電して２０分間成膜を行った。
【００６５】
この場合、前述したように対称軸２８上では、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦの高周波電界の節（谷）となる。したがって、給電点２７ｅ、２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦの高周波電界の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、対称軸２８上に接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれるので、複数給電によるプラズマの均一化が容易になる。
【００６６】
加えて、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２の一方（短辺５ｂ１）側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂと他方（短辺５ｂ２）側に接続されたマッチャー２６ｃ、２６ｄとは、逆相で給電しているので、４つのマッチャー２６ａ〜２６ｄの整合条件（マッチャー回路定数）がほぼ同一となる。その結果、対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆから見たインピーダンスの対称性が得られるのでマッチャー２６ｅ、２６ｆによる整合が容易となる。
【００６７】
このような実験の結果、ガラス基板上にシリコン系薄膜が２μｍ堆積され、面内の膜厚分布は平均値に対して±１２％の範囲内であった。成膜した薄膜を太陽電池に利用することを想定して、ラマン分光法により見積もった膜の結晶化率はＩｃ／Ｉａ＝７．２であり、微結晶シリコンを用いた薄膜太陽電池に適する微結晶シリコン薄膜が得られた。
【００６８】
なお、高周波アンプ２５ａ〜２５ｆの出力は前述の値に限ることなく、それぞれの出力値をかえることによりプラズマ分布を変えることが可能である。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続する高周波電源は２台×２（高周波電源１０ａ〜１０ｄ）としたが、原理的には電極中心Ｃから等距離の位置に１台ずつ配置しても、あるいは２台以上×２としても同等の結果が得られる。
【００６９】
以上のように、実施の形態１では、プラズマ成膜装置１００において、電極５のステージ２と対向しない（大気側の）第２の主面５ｂに、電極５の相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側に各々２つの高周波電源を接続する給電点を設け、４つの給電点２７ａ〜２７ｄにより形成される形状を方形とする。また、相対する２辺５ｂ１、５ｂ２のうち一方（短辺５ｂ１）の給電点２７ａ、２７ｂと他方（短辺５ｂ２）の給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸２８上で且つ、４つの給電点２７ａ〜２７ｄにより形成される方形の中心、すなわち４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから等距離の位置に、２つの高周波電源を接続するための給電点２７ｅ、２７ｆを設けている。
【００７０】
この構成において、相対する２辺のうち一方（短辺５ｂ１）の給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力と他方（短辺５ｂ２）の給電点２７ｃ、２７ｄの高周波電力との位相差を１８０度で給電するので、電極５の（大気側の）第２の主面５ｂに形成される高周波電界分布の節が給電点２７ａ、２７ｂと給電点２７ｃ、２７ｄとの対称軸２８上に形成される。そして、この対称軸２８上から給電点２７ｅ、２７ｆにより別途高周波電力を給電するので、対称軸２８上に接続される高周波電源１０ｅ、１０ｆは、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）に接続された高周波電源１０ａ〜１０ｄからの影響を受けにくい。また、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）に接続された高周波電源１０ａ〜１０ｄは、対称軸２８上に接続された高周波電源１０ｅ、１０ｆの整合状態に影響されないで整合をとることが容易である。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に（安定して）形成して重ね合わせることができるので、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になり、大面積基板への均一成膜が可能となる。すなわち、ＶＨＦ帯の高周波電力の供給を行って大面積の被処理基板を処理した場合でも均一なプラズマを得ることができる。
【００７１】
また、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側に配された４つの給電点２７ａ〜２７ｄは、対称点Ｃに関して点対称であるとともに、対称軸２８に関して線対称であるような位置に配されている。また、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）の側に配された２つの給電点２７ｅ、２７ｆは、４つの給電点２７ａ〜２７ｄの対称点Ｃから互いに等距離であるとともに、それぞれ対称軸２８上となるような位置に配されている。
【００７２】
この構成において、相対する２辺の一方（短辺５ｂ１）側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂと他方（短辺５ｂ２）側に接続されたマッチャー２６ｃ、２６ｄとは、逆相で給電しているので、４つのマッチャー２６ａ〜２６ｄの整合条件（マッチャー回路定数）がほぼ同一となる。その結果、対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆから見たインピーダンスの対称性が得られるのでマッチャー２６ｅ、２６ｆによる整合が容易となる。
【００７３】
また、実施の形態１では、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）の側の給電点２７ａ〜２７ｄへ給電される高周波電力の総和と、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）の側の給電点２７ｅ、２７ｆへ給電される高周波電力の総和とは、互いに均等になっている。これにより、重ね合わせるべき、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とのバランスを向上できるので、複数の給電点によるプラズマの均一化がさらに容易になり、大面積基板への均一成膜が容易となる。
【００７４】
実施の形態２．
実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置１００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００７５】
実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置１００は、その動作が実施の形態１と異なる。
【００７６】
実施の形態１では、図２に示す電極５に対して、対称軸上２８の給電点２７ｅ、２７ｆに給電するそれぞれのＶＨＦ帯の高周波電力の位相を、給電点２７ａ、２７ｂの高周波電力と同位相に設定している。
【００７７】
それに対して、実施の形態２では、給電点２７ｅ、２７ｆに給電するそれぞれのＶＨＦ帯の高周波電力に位相差を設ける。具体的には、位相器２３における位相調整部２３ｅ、２３ｆが、給電点２７ｅ、２７ｆに給電すべき高周波電力（電力信号）に位相差を発生させ、その位相差を時間的に変化（変調）させる。このとき、電極間間隔、ガス圧力などのプロセス条件を変化させた場合でも、その変化に応じて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布が得られるように変調条件を調節する。
【００７８】
このように、実施の形態２では、プロセス条件の変化に応じて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布が得られるように、対称軸２８上に接続された高周波電源１０ｅ、１０ｆの位相を時間的に変調し、そのように位相差の時間変調された高周波電力を対称軸２８上の給電点２７ｅ、２７ｆに給電する。ことにより、給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【００７９】
実施の形態３．
実施の形態３にかかるプラズマ成膜装置１００について説明する。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００８０】
実施の形態３にかかるプラズマ成膜装置１００は、その動作が実施の形態１と異なる。
【００８１】
実施の形態１では、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続する４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、対称軸２８上へ接続される２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから出力される各々の高周波電力を定常的に動作させて給電している。
【００８２】
それに対して、実施の形態３では、図２に示す電極５に対して、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続される４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、対称軸２８上へ接続される２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから高周波電力を時間的に交互に給電する。
【００８３】
例えば、図７に示すように給電を行う。図７は、時間軸７１に対して高周波電力のｏｎ／ｏｆｆ状態を軸７２に示している。図７では、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄの動作を波形７３で示し、対称軸２８上へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆの動作を波形７４で示している。波形７３は、波形７４がオフ状態の期間にオン状態になり、波形７４がオン状態の期間にオフ状態になっている。また、波形７４は、波形７３がオフ状態の期間にオン状態になり、波形７３がオン状態の期間にオフ状態になっている。高周波電源１０ａ〜１０ｄと高周波電源１０ｅ、１０ｆとをお互いを交互に動作させる。
【００８４】
このように、実施の形態３では、電極５に対して、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄと、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）側へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆとから高周波電力を時間的に交互に印加する。すなわち、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ〜２７ｄと、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点とは、高周波電力が時間的に交互に給電される。これにより、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布との間での干渉を低減できる。例えば、図７に示した期間７５において、相対する２辺（短辺５ｂ１、５ｂ２）側へ接続された４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄは、相対する他の２辺（短辺５ｂ３、５ｂ４）側へ接続された２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆにおけるマッチャーの整合状態によらず整合が容易にとれる。これにより、重ね合わせるべきＶ字型の電界強度分布と尾根型の電界強度分布とをそれぞれ独立に安定して形成することがさらに容易になる。
【００８５】
また、実施の形態３では、図７に示すように、波形７３におけるオン状態の期間と波形７４におけるオン状態の期間とが均等になっている。これにより、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とが交互に均等な期間で形成されるので、時間平均した電界強度分布において、重ね合わせるべき、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２７ｅ、２７ｆによる尾根型の電界強度分布とのバランスを向上できる。この結果、複数の給電点によるプラズマの均一化がさらに容易になり、大面積基板への均一成膜が容易となる。すなわち、時間平均で面内均一化が可能となる。
【００８６】
実施の形態４．
実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００について図８を用いて説明する。図８は、実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００における高周波電力の給電系統図である。以下では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
【００８７】
実施の形態４にかかるプラズマ成膜装置２００は、電極５の第２の主面５ｂにおける、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈの配置構成が実施の形態１と異なる。
【００８８】
実施の形態１では、図２に示す電極５の第２の主面５ｂに対して、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側（給電点２７ａ〜２７ｄ）へ４台の高周波電源１０ａ〜１０ｄを接続し、対称軸２８上（給電点２７ｅ、２７ｆ）へ２台の高周波電源１０ｅ、１０ｆを接続している。
【００８９】
それに対して、実施の形態４では、図８に示すように、電極５に対して、対称点Ｃから等距離であり且つ対称軸２８から等距離である位置に設けた給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈから高周波を給電する。すなわち、電極５の第２の主面５ｂは、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４のうち一方（長辺５ｂ３）に配された１組の給電点（複数の第３の給電点）２８７ｅ、２８７ｆと、他方（長辺５ｂ４）に配された１組の給電点（複数の第４の給電点）２８７ｇ、２８７ｈとを有する。１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆは、対称点Ｃから等距離であり対称軸２８に関して対称な位置に配されている。１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈは、対称点Ｃから等距離であり対称軸２８に関して対称な位置に配されている。
【００９０】
この場合、長辺５ｂ３、５ｂ４側に配されたそれぞれの給電点２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈは、対称軸２８上に無いので電界が発生することになる。しかしながら、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆから分岐点２８８ｉまでの距離２８９ｅ、２８９ｆを等距離に設定している。１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆは、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点２８８ｉを介して高周波電源１０ｅに接続されている。これにより、分岐点２８８ｉの位置において１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆの中点に位置する、対称軸２８上の給電点２２７ｅから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【００９１】
同様に、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈから分岐点２８８ｊまでの距離２８９ｇ、２８９ｈを等距離に設定している。１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈは、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点２８８ｊを介して高周波電源１０ｆに接続されている。これにより、分岐点２８８ｊの位置において１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈの中点に位置する、対称軸２８上の給電点２２７ｆから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【００９２】
このように、実施の形態４では、実施の形態１の場合と同様に、等価的な給電点２２７ｅ、２２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦ帯の高周波電力の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、等価的な給電点２２７ｅ、２２７ｆに接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれる。したがって、実施の形態４によっても、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になる。
【００９３】
また、実施の形態４では、対称軸２８を挟んだ１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとから高周波を給電するので、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとにより、実施の形態１に比べて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布を形成することができる。これにより、１組の給電点２８７ｅ、２８７ｆと１組の給電点２８７ｇ、２８７ｈとによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点２８７ｅ〜２８７ｈによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【００９４】
この点に関して、本発明者が電磁界シミュレーションを行ったところ、得られた電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±７．８％が得られた。すなわち、実施の形態１（±１０．８％）に比べて、得られるプラズマの均一性（±７．８％）をさらに向上できることが確認された。
【００９５】
実施の形態５．
実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００について図９を用いて説明する。図９は、実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００における高周波電力の給電系統図である。以下では、実施の形態４と異なる部分を中心に説明する。
【００９６】
実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置３００は、電極５の第２の主面５ｂにおける、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈの配置構成が実施の形態４と異なる。
【００９７】
実施の形態４では、図８に示す対称軸２８から等距離に設けた給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから高周波を給電している。また、電極５の第２の主面５ｂにおいて、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから対称軸２８までの距離は、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから対称軸２８までの距離より小さくなっている。
【００９８】
それに対して、実施の形態５では、図９に示すように、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈを短辺５ｂ１、５ｂ２側にも近い位置に設ける。すなわち、電極５は、方形の形状を有しており、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとは、その方形の角部に配されている。また、電極５の第２の主面５ｂにおいて、相対する長辺５ｂ３、５ｂ４側（かつ短辺５ｂ１、５ｂ２側）の給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈから対称軸２８までの距離は、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側の給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから対称軸２８までの距離と均等である。
【００９９】
この場合、長辺５ｂ３、５ｂ４側に配されたそれぞれの給電点３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈは、対称軸２８上に無いので電界が発生することになる。しかしながら、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆから分岐点３９８ｉまでの距離３９９ｅ、３９９ｆを等距離に設定している。１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆは、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点３９８ｉを介して高周波電源１０ｅに接続されている。これにより、分岐点３９８ｉの位置において１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆの中点に位置する、対称軸２８上の給電点３２７ｅから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【０１００】
同様に、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈから分岐点３９８ｊまでの距離３９９ｇ、３９９ｈを等距離に設定している。１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈは、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈから等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点３９８ｊを介して高周波電源１０ｆに接続されている。これにより、分岐点３９８ｊの位置において１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈによる電界が相殺されて電界強度がほぼ零となる。すなわち、等価的に、１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈの中点に位置する、対称軸２８上の給電点３２７ｆから電極５へ給電しているものとみなすことができる。
【０１０１】
このように、実施の形態５では、実施の形態１の場合と同様に、等価的な給電点３２７ｅ、３２７ｆに接続されているマッチャー２６ｅ、２６ｆは、給電点２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄから給電されるＶＨＦ帯の高周波電力の影響をほとんど受けない。また、相対する短辺５ｂ１、５ｂ２側に接続されたマッチャー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄは、等価的な給電点３２７ｅ、３２７ｆに接続されたマッチャー２６ｅ、２６ｆの整合状態に影響されないで整合をとれる。したがって、実施の形態５によっても、複数の給電点によるプラズマの均一化が容易になる。
【０１０２】
また、実施の形態５では、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとが方形の角部に配されている。これにより、実施の形態４に比べて、対称軸２８からさらに離れた１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとから高周波を給電する。このため、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとにより、実施の形態４に比べて、より急峻な尾根を有する尾根型の電界強度分布を形成することができる。これにより、１組の給電点３９７ｅ、３９７ｆと１組の給電点３９７ｇ、３９７ｈとによる尾根型の電界強度分布を、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布を適切に打ち消すようなものとすることができる。この結果、給電点２７ａ〜２７ｄによるＶ字型の電界強度分布と給電点３９７ｅ〜３９７ｈによる尾根型の電界強度分布とを重ね合わせて得られる電界強度分布をより平坦なものとすることができ、得られるプラズマの均一性をさらに向上できる。
【０１０３】
この点に関して、本発明者が電磁界シミュレーションを行ったところ、得られた電界分布では、電極面内での電界均一性が平均値に対して±６．４％が得られた。すなわち、実施の形態４（±７．８％）に比べて、得られるプラズマの均一性（±６．４％）をさらに向上できることが確認された。
【０１０４】
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態５では、ガス流量、圧力、高周波電力等のパラメータに関して数値を示しているが、これらの数値は適宜変更可能である。また、シリコン薄膜形成のための成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）との混合ガスの場合について説明したが、さらに、Ａｒ、Ｎｅ等の希ガスを添加させてもよい。その他、プロセスの目的に応じて適切なガス種が選択される。
【０１０５】
また、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置では、真空チャンバ１と電極５とで成膜室８が形成される構成を例示しているが、成膜室８内に電極５とステージ２とを配置する構成に、上記の実施の形態１〜実施の形態５で説明したような給電方法を適用しても同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置は、例えば、プラズマエッチング装置、アッシング装置、スパッタリング装置などにも適用することが出来る。
【０１０７】
また、上記では横型の成膜室８について説明を行ったが、上記の実施の形態１〜実施の形態５にかかるプラズマ成膜装置は縦型の成膜室にも適用可能である。どちらの型の成膜室を採用するかは当該プラズマ装置の用途等に応じて適宜選択が可能である。この発明については、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。例えば、実施の形態２は、実施の形態３〜５の少なくとも１つと組み合わせても良い。あるいは、例えば、実施の形態３は、実施の形態２、４、５の少なくとも１つと組み合わせても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明にかかるプラズマ成膜装置は、アモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等の薄膜を基板上に成膜するための装置に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１ 真空チャンバ
２ ステージ
３ 排気口
４ 絶縁フランジ
５ 電極
５ａ 第１の主面
５ｂ 第２の主面
５ｂ１、５ｂ２ 短辺
５ｂ３、５ｂ４ 長辺
６ ガス供給口
７ シャワープレート
８ 成膜室
９ 被成膜基板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 高周波電源
１１ 空間
２１ 信号発生器
２２ 分配器
２３ 位相器
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ 位相調整部
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ、２４ｆ オンオフ切り替え器
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ 高周波アンプ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２６ｆ マッチャー
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｆ 給電点
２８、３１ 対称軸
１００、２００、３００ プラズマ成膜装置
２２７ｆ、２２７ｅ 給電点
２８７ｅ、２８７ｆ、２８７ｇ、２８７ｈ 給電点
２８８ｉ、２８８ｊ 分岐点
２８９ｅ、２８９ｆ、２８９ｇ、２８９ｈ 距離
３２７ｆ、３２７ｅ 給電点
３９７ｅ、３９７ｆ、３９７ｇ、３９７ｈ 給電点
３９８ｉ、３９８ｊ 分岐点
３９９ｅ、３９９ｆ、３９９ｇ、３９９ｈ 距離
Ｃ 対称点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜装置であって、
前記第１の電極は、方形の形状を有し、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、
前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、
前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、
前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、
前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点と、
を有し、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含む
ことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、給電される高周波電力の位相差が時間的に変調される
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記複数の第１の給電点及び前記複数の第２の給電点と、前記少なくとも１つの第３の給電点及び前記少なくとも１つの第４の給電点とは、高周波電力が時間的に交互に給電される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称軸に関して対称に配された１組の給電点を含み、
前記１組の給電点は、前記１組の給電点から等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点を介して高周波電源に接続されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記方形の角部に配されている
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記複数の第１の給電点及び前記複数の第２の給電点へ給電される高周波電力の総和と、前記少なくとも１つの第３の給電点及び前記少なくとも１つの第４の給電点へ給電される高周波電力の総和とは、互いに均等である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項７】
真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜方法であって、
前記第１の電極は、方形の形状を有し、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、
前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、
前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、
前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、
前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点と、
を有し、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配され、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含み、
前記プラズマ成膜方法は、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とに、互いに１８０度の位相差で高周波電力が給電される第１の工程と、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とに、高周波電力が給電される第２の工程と、
を含む
ことを特徴とするプラズマ成膜方法。
【請求項１】
真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜装置であって、
前記第１の電極は、方形の形状を有し、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、
前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、
前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、
前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、
前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点と、
を有し、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配されるとともに、給電される高周波電力の位相差が互いに１８０度であり、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含む
ことを特徴とするプラズマ成膜装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、給電される高周波電力の位相差が時間的に変調される
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項３】
前記複数の第１の給電点及び前記複数の第２の給電点と、前記少なくとも１つの第３の給電点及び前記少なくとも１つの第４の給電点とは、高周波電力が時間的に交互に給電される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称軸に関して対称に配された１組の給電点を含み、
前記１組の給電点は、前記１組の給電点から等距離でかつ互いを電気的に接続する分岐点を介して高周波電源に接続されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記方形の角部に配されている
ことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項６】
前記複数の第１の給電点及び前記複数の第２の給電点へ給電される高周波電力の総和と、前記少なくとも１つの第３の給電点及び前記少なくとも１つの第４の給電点へ給電される高周波電力の総和とは、互いに均等である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。
【請求項７】
真空チャンバと第１の電極とで成膜室が形成され、前記成膜室内に前記第１の電極に対向して配置された第２の電極上に被成膜基板が載置され、前記第１の電極と前記第２の電極との間に発生させたプラズマを用いて成膜をおこなうプラズマ成膜方法であって、
前記第１の電極は、方形の形状を有し、
前記第１の電極における前記第２の電極に対向する第１の主面の反対側の第２の主面は、
前記方形における相対する２辺の一方の側に配された複数の第１の給電点と、
前記相対する２辺の他方の側に配された複数の第２の給電点と、
前記方形における相対する他の２辺の一方の側に配された少なくとも１つの第３の給電点と、
前記相対する他の２辺の他方の側に配された少なくとも１つの第４の給電点と、
を有し、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とは、対称点に関して対称な位置であって対称軸に関して対称な位置に配され、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とは、それぞれ、前記対称点から等距離であり前記対称軸上となる位置に配される、あるいは前記対称点から等距離であり前記対称軸に関して対称な位置に配された１組の給電点を含み、
前記プラズマ成膜方法は、
前記複数の第１の給電点と前記複数の第２の給電点とに、互いに１８０度の位相差で高周波電力が給電される第１の工程と、
前記少なくとも１つの第３の給電点と前記少なくとも１つの第４の給電点とに、高周波電力が給電される第２の工程と、
を含む
ことを特徴とするプラズマ成膜方法。
【図１】
【図２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０４５５９（Ｐ２０１２−１０４５５９Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４９９０８（Ｐ２０１０−２４９９０８）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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