高周波プラズマ発生装置と、該高周波プラズマ発生装置により構成された表面処理装置及び表面処理方法

【課題】
ＶＨＦあるいはＵＨＦプラズマのＣＶＤ及びエッチング等基板の表面処理への応用において、ＶＨＦあるいはＵＨＦプラズマ特有の定在波の影響を抑制することにより、大面積・均一のプラズマ表面処理が可能な表面処理装置および表面処理方法を提供すること。
【解決手段】
電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつ、それらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする大面積・均一のプラズマの発生が可能なＶＨＦプラズマ発生装置、該装置により構成されたＶＨＦプラズマ表面処理装置及び表面処理方法。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されるプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理する表面処理装置に用いられる高周波プラズマ発生装置において、電極間に電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつ、それらを重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項２】
請求項１記載の高周波プラズマ発生装置において、電磁波の定在波の腹の位置が異なる複数の定在波を発生させ、かつ、それらを重畳させる手段を備え、かつ、該複数の定在波の腹の位置を制御する手段を有することを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の高周波プラズマ発生装置において、電磁波の定在波の腹の位置が異なる第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項４】
請求項２あるいは３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置において、電極に平行な面内での複数の方向に、それぞれ複数の定在波を発生させ、かつ、該複数の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の高周波プラズマ発生装置において、電極に平行な面内で互いに直交関係にある２つの方向の一方の方向に第１の定在波と第２の定在波を発生させ、他方の方向に第３の定在波と第４の定在波を発生させ、かつ、該第１、第２、第３及び第４の定在波を重畳させる手段を備えたことを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、２つの出力端子を有し、かつ該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第１及び第２のインピーダンス整合器と、該第１の高周波電源から独立し、かつ、２つの出力端子を有し、かつ該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源と、該第２の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に該第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に該第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項７】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、２つの出力端子を有し、かつ該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第１及び第２のインピーダンス整合器と、該第１の高周波電源から独立し、かつ、２つの出力端子を有し、かつ該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源と、該第２の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に該第１のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に該第２のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第１の給電点と該第２の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第３及び第４の給電点に、それぞれ一つずつ、該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項８】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、２つの出力端子を有し、該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第１及び第２のインピーダンス整合器と、該第１の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２つの出力端子を有し、該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源と、該第２の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に該第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に該第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項９】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、２つの出力端子を有し、該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第１の高周波電源と、該第１の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第１及び第２のインピーダンス整合器と、該第１の高周波電源のパルス変調信号に同期した任意のパルス変調が可能で、かつ、２つの出力端子を有し、該２つの出力端子の出力の電圧の位相差を任意に設定可能な第２の高周波電源と、該第２の高周波電源の２つの出力端子にそれぞれ一つずつ接続された第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に該第１のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に該第２のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第１の給電点と該第２の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第３及び第４の給電点に、それぞれ一つずつ、該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力端子を有すると共に該４つの出力端子の出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源と、該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ一つずつ接続された第１、第２、第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に、該第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に、該第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記第１の定在波と第２の定在波を発生させ、かつ、該第１及び第２の定在波を重畳させる手段は、複数の給電点を有する第１及び第２の電極から成る一対の電極と、任意のパルス変調が可能で、かつ、４つの出力端子を有すると共に該４つの出力端子の出力の電圧の位相をそれぞれ任意に設定可能な高周波電源と、該高周波電源の４つの出力端子に、それぞれ一つずつ接続された第１、第２、第３及び第４のインピーダンス整合器とを具備し、該第１の電極に配置された第１の給電点に該第１のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、該第１の給電点に対して電磁波の伝播上での対向点となる関係にある位置に配置された第２の給電点に該第２のインピーダンス整合器の出力端子が接続され、かつ、該第１の給電点と該第２の給電点を結ぶ線分に平行な関係にある位置に配置された第３及び第４の給電点に、それぞれ一つずつ、該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子が接続されるという構成を有することを特徴とする請求項３記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記高周波電源の出力のパルス変調のデューテイ比、即ちパルス幅Ｈｗと周期Ｔ０の比Ｈｗ／Ｔ０は５０％以下であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１３】
前記第１の定在波の腹の位置と前記第２の定在波の腹の位置との距離が、前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４になるように設定する手段を有することを特徴とする請求項２〜１２のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１４】
前記第２の電極は平板型の形状を有し、前記第１の電極は、該第２の電極に平行な面内に含まれるように配置された方形あるいは円形の平板型の構造を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記第２の電極は平板型の形状を有し、前記第１の電極は、前記第２の電極に平行な面内に配置された棒状導体から成る棒型あるいはＵ字型あるいはＷ字型あるいは螺旋型の構造を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１６】
前記第２の電極は円筒型の形状を有し、前記第１の電極は、該第２の電極を外套状に取り囲む円筒の面内に配置された棒状導体から成る棒型あるいはＵ字型あるいはＷ字型あるいはコイル型の構造を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２の電極は複数の開口を有する板状の導電体で、かつ、前記基板が該一対の電極間の外に配置されるという構成を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項１８】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理装置において、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置から構成されることを特徴とするプラズマ表面処理装置。
【請求項１９】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２０】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項６あるいは７のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第１の電極表面において電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点に配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該第１及び第２のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差及び該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該２つの定在波の腹の位置間の距離、即ち第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２１】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項８あるいは９のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第１の電極表面において電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点に配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該第１の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該第２の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力を該第１の高周波電源の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該第１の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該第２の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該第１の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該第２の高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第１及び第２のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２２】
発振周波数がＶＨＦ帯域ないしＵＨＦ帯域に属する高周波電源の出力の電力を用いて生成されたプラズマを利用して真空容器に配置された基板の表面を処理するプラズマ表面処理方法において、請求項１０あるいは１１のいずれか１項に記載の高周波プラズマ発生装置を用いて、前記第１の電極表面において電磁波の伝播上での対向点となる関係にある少なくとも２つの地点に配置された第１及び第２の給電点のいずれか一方の給電点に、前記第１及び第３のインピーダンス整合器の出力端子を接続し、かつ、他方の給電点に前記第２及び第４のインピーダンス整合器の出力端子を接続すると共に、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される電力をパルス幅Ｈｗ及びパルス周期Ｔ０でパルス変調し、該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される電力を該第１の出力端子から出力されるパル変調された電力の立ち上がり時刻より半周期、即ちＴ０／２遅れた時刻に立ち上がる形でパルス変調することにより、該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力されるパルス変調された電力と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力されるパルス変調された電力の該第１及び第２の給電点への供給時間帯を分離し、該一対の電極間に該高周波電源の第１及び第２の出力端子から出力される２つの電力により形成される第１の定在波と該高周波電源の第３及び第４の出力端子から出力される２つの電力により形成される第２の定在波の発生時関領域を異ならしめると共に、該第１及び第２のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差と、該第３及び第４のインピーダンス整合器の出力端子から出力される電力の電圧の位相差を制御し、該２つの定在波の腹の位置間の距離即ち第１の定在波の腹の位置と第２の定在波の腹の位置との間の距離を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定することにより、前記基板の表面処理を行うことを特徴とするプラズマ表面処理方法。
【請求項２３】
前記第１の定在波の腹の位置を把握する工程と、前記第２の定在波の腹の位置を把握する工程と、該第１の腹の位置と第２の定在波の腹の位置の間隔を前記一対の電極間に生成のプラズマ内部を伝播する電磁波の波長λの０．２２〜０．２８倍、好ましくは０．２５倍、即ち０．２２〜０．２８λ、好ましくはλ／４に設定し、基板のプラズマ表面処理を行う工程を有すること特徴とする請求項２０〜２２のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項２４】
前記基板の表面に、アモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかを形成するようにしたことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。
【請求項２５】
前記基板の表面に固着したアモルファスＳｉ系材料、微結晶Ｓｉ系材料、多結晶Ｓｉ系材料、結晶Ｓｉ系材料、酸化物、金属、有機金属化合物、有機ケイ素化合物、及び有機化合物のいずれかの材料をエッチング加工するようにしたことを特徴とする請求項２０〜２３のいずれか１項に記載のプラズマ表面処理方法。

【図１】