WO2007114247A1

WO2007114247A1 - プラズマ生成装置及びプラズマ生成方法

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Publication number: WO2007114247A1
Application number: PCT/JP2007/056857
Authority: WO
Inventors: Yasunari Mori
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2008-09-29
Also published as: TW200840427A; JP4817923B2; TWI398197B; KR20080106296A; JP2007266374A; EP2001044A4; EP2001044A2; US20100236917A1; US8098016B2; EP2001044A9; KR101041252B1

Abstract

　インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、同じく特性パラメータが可変な補助素子とを備えたインピーダンス整合器を用いてプラズマを生成する際、各アンテナ素子の基本素子の特性パラメータがそれぞれ固定されて、各アンテナ素子毎に補助素子の特性パラメータが調整されることで、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された調整状態で、アンテナアレイの各アンテナ素子に高周波信号を給電してアンテナ素子から電磁波を放射してプラズマを生成させ、各アンテナ素子の基本素子の特性パラメータを、それぞれ同期させて調整して、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合する。

Description

プラズマ生成装置及びプラズマ生成方法

技術分野

[0001] 本発明は、半導体、液晶表示装置、太陽電池等を作製する際に用いる CVD、エツチング又はスパッタリング等の処理に用いられるプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法に関する。

背景技術

[0002] プラズマを用いた CVD (Chemical Vapor Deposition)装置をはじめとする半導体製造装置では、プラズマ生成のためにアンテナ素子を用いた電磁波結合型の装置が用いられている。

一方、液晶表示装置やアモルファス型の太陽電池の大型化に伴って、プラズマを用いて各処理を行う半導体製造装置についても、大面積の基板を処理する大型の装置が望まれている。

[0003] このような大型の半導体製造装置において使用する高周波信号の周波数は 10M

Hz〜2. 5GHzと高いため、アンテナ素子力も放射される電磁波の波長が短い。このため、成膜等の処理の均一性に影響を与えるプラズマの密度分布が均一になるように制御することが一層重要となって、る。

[0004] このような状況下、特許文献 1に示すプラズマ CVD装置にぉ、て、大面積プラズマ生成用アンテナを用いることが提案されて、る。

具体的には、誘電体で表面が覆われた棒状のアンテナ素子が平面状に複数個配置されてなるアレイアンテナを用いて、電磁波の空間分布を一様にして大面積のブラズマ生成に用、るものである。

特許文献 1 :特開 2003— 86581号公報

[0005] このようなアンテナアレイを構成する複数のアンテナ素子それぞれは、容量や抵抗など、インピーダンス整合状態に影響を与える特性パラメータが、高周波電力を給電した際の反射電力が 0%になるよう (インピーダンス整合状態が最良となるよう）設計- 作製されている。 [0006] しかし、アンテナ素子を構成する棒状の導体や、表面を覆う誘電体 (例えば石英）、インピーダンス整合状態の調整のためのマッチング回路の配線状態など、機械的な製造誤差は、必ずといっていいほど生じるものである。当初の設計に基づいて構成された各アンテナアレイを用いてプラズマを生成しても、このような誤差に起因して、各アンテナ素子のインピーダンス整合状態は、設計値どおり同一とはならない (すなわち、各アンテナ素子全てで、反射電力が 0%にはならない)場合も多い。このため、ァンテナ素子それぞれ毎に、インピーダンス整合状態を予め調整する必要がある。このようなインピーダンス整合状態の調整は、アレイアンテナを用いたプラズマ生成装置に限らず、その他の構成のプラズマ生成装置を用いた場合でも必要なことである。発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 特許文献 1に示されるプラズマ CVD装置では、アンテナ素子の電磁波の放射によつて生成したプラズマの影響を受けて、アレイアンテナの複数のアンテナ素子それぞれが相互に影響し合い、各アンテナ素子の負荷が相互に変化し、各アンテナ素子のインピーダンス整合がそれぞれ変化するといつた特徴がある。

[0008] 例えば、隣接する 2つのアンテナ素子である、第 1のアンテナ素子および第 2のアンテナ素子それぞれについて、交互にインピーダンス整合を調整するとする。まず、第 1のアンテナ素子についてインピーダンス整合状態を調整することにより、第 1のアンテナ素子からの電力反射が 10%から 0%に改善されたとする。すると、第 1のアンテナ周辺のプラズマ密度は高くなる方向に変化する。この変化は、隣接する第 2のアンテナ素子周辺のプラズマインピーダンス (負荷)を変化させる。この場合、第 2のアンテナ素子からの電力反射は、例えば、元々 0%であったものが 10%になるなど、必ず増える方向に変化する。すなわち、第 1のアンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化 (例えば改善)させると、第 2のアンテナ素子のインピーダンス整合状態も変化（例えば悪化)する。今度は逆に第 2のアンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化させて、第 2のアンテナ素子からの電力反射を低減させる（例えば、 10%から 0%へと変化させる）と、当然、第 1のアンテナ素子の電力反射が増加する。

[0009] 従来は、このように、複数のアンテナ素子それぞれのインピーダンス整合状態を、同時に調整することが難し力つた。このため、従来は、各アンテナ素子でのインピーダンス整合状態がばらつくことで、各アンテナ素子からの電磁波の放射が不均一となり、生成されるプラズマの密度分布が一様でなくなることもあった。この結果、生成するプラズマ分布が不均一となり、 CVD等による成膜が不均一となるといつた問題が生じることもあった。

[0010] そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成した複数のアンテナ素子を、平行かつ平面状に配したアレイアンテナを用いてプラズマを生成させる際、プラズマが均一となるように、インピーダンス整合を高精度に、さらに迅速かつ容易に行うことができる、簡易な装置構成のプラズマ生成装置及びそのようなプラズマ生成を実現するプラズマ生成方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0011] 上記目的を達成するために、本発明は、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを用いたブラズマ生成装置であって、前記アンテナアレイの各アンテナ素子に給電する高周波信号を生成する高周波電源と、インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、前記特性パラメータが可変な補助素子とを備え、前記基本素子の前記特性パラメータと前記補助素子の前記特性パラメータとが合成された合成特性パラメ一タを変化させることで、各アンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化させるインピ一ダンス整合器と、各インピーダンス整合器の前記合成特性パラメータの大きさをそれぞれ調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンス整合を行う制御器と、を有し、前記制御器は、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメ一タが調整されて、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同期させて調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とするプラズマ生成装置を提供する。

[0012] なお、前記制御器は、前記調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータの大きさを、それぞれ同一の大きさだけ増加または減少させて、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することが好ましい。

[0013] また、前記調整状態は、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性パラメ一タが、それぞれ同一の大きさに固定されて、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータが調整されることで、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された状態であり、前記制御器は、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同一の大きさに調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することが好まし、。

[0014] また、前記アンテナ素子毎に設けられた前記インピーダンス整合器それぞれは、前記アンテナ素子へ前記高周波信号を給電する給電線と接続された第 1のパラメータ調整手段と、前記アンテナ素子と接合された第 2のパラメータ調整手段とを有して構成され、前記基本素子および前記補助素子は、前記第 1の容量調整手段および前記第 2の容量調整手段の、ずれにも、それぞれ設けられて、ることが好ま U、。

[0015] また、前記第 1のパラメータ調整手段では、前記基本素子の前記給電線が接続された側と反対側の端子と、前記補助素子の前記給電線が接続された側と反対側の端子はいずれも、各アンテナ素子のインピーダンス整合のために設けられた、接地されたスタブと接続されており、前記第 2のパラメータ調整手段では、前記基本素子の前記アンテナ素子が接続された側と反対側の端子と、前記補助素子の前記アンテナ素子が接続された側と反対側の端子とが、 V、ずれも前記スタブと接続されて、ることが好ましい。

[0016] また、前記特性パラメータは、インピーダンス整合のための容量パラメータであり、前記基本素子および前記補助素子は、 Vヽずれも前記容量パラメータが可変な容量素子であることが好ましい。また、前記基本素子および前記補助素子は、インダクタンス素子 (誘導素子)であっても構わなヽ。

[0017] 本発明は、また、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、前記特性パラメータが可変な補助素子とを備え、前記基本素子の前記特性パラメータと前記補助素子の前記特性パラメータとが合成された合成特性パラメータを変化させることで、各アンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化させるインピーダンス整合器と、を用いてプラズマを生成する際、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータがそれぞれ固定されて、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータが調整されることで、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された調整状態で、前記アンテナアレイの各アンテナ素子に高周波信号を給電して前記アンテナ素子力電磁波を放射してプラズマを生成させ、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同期させて調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とするプラズマ生成方法を、併せて提供する。

[0018] なお、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合する際、前記調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータの大きさを、それぞれ同一の大きさだけ増加または減少させて、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することが好ましい。

[0019] なお、前記プラズマの生成に先がけ、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同一の大きさに固定して、この固定状態でプラズマを生成し、高周波電力の反射がそれぞれゼロになるよう、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータを調整し、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された前記調整状態を設定することが好ま Uヽ。

発明の効果

[0020] 本発明は、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子それぞれに、インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、同じく特性ノメータが可変な補助素子とを備えるインピーダンス整合器を設けた。そして、各ァンテナ素子毎に、基本素子の特性パラメータをそれぞれ固定して補助素子の特性パラメータを調整することで、各アンテナそれぞれのインピーダンス整合を個別に調整した調整状態とし、この調整状態で、基本素子の特性パラメータのみを、各アンテナ素子の全てにっ、て同期させて調整することで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合している。このため、本発明では、補助素子の特性パラメータを調整して、ァンテナの加工精度等に起因する、各アンテナ素子毎の特性パラメータのばらつきを補正しておくことができ、その結果、各アンテナ素子の全てについて、基本素子の特性パラメータのみを同期させて調整するだけで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合させることができる。すなわち、本発明では、インピーダンス整合を高精度に、さらに迅速かつ容易に行うことができる。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明のプラズマ反応処理装置の一実施形態であるプラズマ CVD装置の構成を説明する概略断面図である。

[図 2]図 1に示す CVD装置におけるアンテナ素子の配置について説明する概略上面図である。

[図 3]図 1に示す CVD装置を用いて行なわれる、本発明のプラズマ生成方法の一例のフローチャート図である。

[図 4]図 1に示す CVD装置において行なわれる、各アンテナ素子それぞれのインピ一ダンス整合について、さらに詳細に示すフローチャート図である。

[図 5]図 1に示す CVD装置における、第 1の容量調整手段および第 2の容量調整手段との接続関係、第 1基本素子および第 1補助素子、第 2基本素子および第 2補助素子の接続関係の一例を示す図である。

[図 6]図 1に示す CVD装置における、第 1の容量調整手段および第 2の容量調整手段との接続関係、第 1基本素子および第 1補助素子、第 2基本素子および第 2補助素子の接続関係の他の例を示す図である。

符号の説明

[0022] 10 CVD装置

12 処理基板

14 反応容器

16 基板台

18 導入口

19 供給管

20 排気口

22 アンテナ素子

23 原料ガス分散室 24 ガス放射板

25 反応室

21 糸口 f 称

28 高周波電源

30 制御器

32 第 1電流'電圧センサ

34 第 2電流'電圧センサ

40 インピーダンス整合器

42 第 1の容量調整手段

44 第 2の容量調整手段

52a 第 1基本素子

52b 第 1補助素子

54a 第 2基本素子

54b 第 2補助素子

62a 第 1基本モータ

62b 第 1補助モータ

64a 第 2基本モータ

64b 第 2補助モータ

発明を実施するための最良の形態

[0023] 以下、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について詳細に説明する図 1は、本発明のプラズマ生成装置の一実施形態であるプラズマ CVD装置 10の構成を説明する概略構成図である。図 2は、 CVD装置 10のアンテナ素子の配置を説明する図である。図 2においては、高周波信号を伝送する給電線を図示し、後述するインピーダンス整合を行うための制御器及び制御線は図示されて、な、。

[0024] CVD装置 10は、ガラス基板やシリコンウェハ等の処理基板 12にプラズマ CVDを用いて成膜処理を行う装置である。

CVD装置 10は、反応容器 14、処理基板 12を載置する基板台 16、反応容器 14の壁面に設けられ、原料ガスを導入する導入口 18、反応容器 14の壁面に設けられ、減圧のために原料ガス等を排気する排気口 20、反応容器 14に設けられ、原料ガスを反応室に放出するガス放射板 24、反応容器 14内に設けられた複数のアンテナ素子 22、反応容器 14の外側に設けられるインピーダンス整合器 40、アンテナ素子 22 に給電する高周波電源 28、高周波電源 28及びインピーダンス整合器 40を制御する制御器 30、アンテナ素子 22に給電される高周波信号の電流及び電圧を検出する第 1電流 ·電圧センサ 32、インピーダンス整合器 40を個別に調整するために電流及び電圧を検出する第 2電流 ·電圧センサ 34、第 1電流'電圧センサ 32と第 2電流 ·電圧センサ 34との間に設けられる分配器 33を有する。

[0025] 反応容器 14は、金属製の容器であり、反応容器 14の壁面は接地されている。

基板台 16は、処理基板 12がアンテナ素子 22に対向するように、処理基板 12を載置する台であり、基板台 16の内部には処理基板 12を加熱する図示されなヽ発熱体が設けられ、さらに接地された図示されない電極板が設けられている。この電極板はバイアス電源に接続されて、バイアス電圧が印加されてもよ!、。

[0026] 導入口 18は、反応容器 14の上面側に設けられ、原料ガスを供給する供給管 19と接続されている。供給管 19は、図示されない原料ガス源と接続されている。導入口 1 8から供給される原料ガスは、成膜の種類によって変わるが、例えば、低温ポリシリコン TFT液晶の場合、シリコン膜の作製に際してはシランガスが、またゲート絶縁膜の作製に際しては TEOSが好適に用いられる。

[0027] 反応容器 14の上側には、原料ガス分散室 23が、ガス放射板 24によって下側の反応室 25と仕切られて構成される。

ガス放射板 24は、導電性材料 (例えば、アルマイト処理されたアルミニウムなど)からなる板状部材に 0. 5mm程度の貫通穴が複数あけられ、原料ガスが下側の反応室 25に一定の流速で放射するようになっている。なお、ガス放射板 24は、セラミック材で構成されてもよいし、 CVDにより成膜された板状部材であってもよい。ガス放射板 24が、 CVDにより成膜された板状部材である場合、ガス放射板 24には金属膜が形成されており接地されて!ヽる。

排気口 20は、反応容器 14内を所定の圧力に減圧した原料ガスの雰囲気とするために、図示されなヽ真空ポンプと接続した排気管 21に接続されてヽる。

[0028] ガス放射板 24下側の反応室 25の上側部分には、ガス放射板 24に対向するように、アレイ状に設けられた複数のアンテナ素子 22が設けられて、る。

複数のアンテナ素子 22は、図 2に示すように、互いに平行にかつ平面状に配置されて、モノポールアンテナ力もなるアレイアンテナを形成する。このアレイアンテナは、ガス放射板 24及び基板台 16に載置される処理基板 12に対して平行に設けられるモノポールアンテナであるアンテナ素子 22は、図 2に示すように隣接するアンテナ素子 22と互いに逆方向に反応容器 14内の壁面力も突出しており、給電方向が逆向きとなつている。これらのアンテナ素子 22は、それぞれマッチングボックスであるインピーダンス整合器 40と接続されて、る。

[0029] 各アンテナ素子 22は、電気伝導率の高!、棒状 (パイプ状であってもよ!/、）の導体からなり、使用する高周波の波長の（2n+ 1) Z4倍 (nは 0または正の整数である）の放射長さもつ。各アンテナ素子 22の表面は、石英チューブ等の誘電体で被覆されている。棒状の導体を誘電体で被覆することで、アンテナ素子 22としての容量とインダクタンスが調整されており、これにより、アンテナ素子 22の突出方向に沿って高周波電流を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。

このように誘電体で覆われたアンテナ素子 22は、反応容器 14の内壁に開けた開口に電気的に絶縁して取り付けられており、アンテナ素子 22の高周波電流供給端の側力インピーダンス整合器 40に接続されて、る。

[0030] アンテナ素子 22は、ガス放射板 24の近傍に設けられるので、アンテナ素子 22から放射される電磁波は、隣接するアンテナ素子 22間で電磁波が相互に影響を及ぼし合うことなぐガス放射板 24の接地されている金属膜の作用によって鏡像関係に形成される電磁波と作用して、アンテナ素子毎に所定の電磁波を形成する。さらに、ァレイアンテナを構成するアンテナ素子 22は、隣接するアンテナ素子 22と給電方向が逆向きとなっているので、反応室 25において電磁波は均一に形成される。

[0031] インピーダンス整合器 40は、給電線 27と接続された第 1の容量調整手段 42と、ァンテナ素子 22と接合された第 2の容量調整手段 44とを有して構成されている。第 1 の容量調整手段 42は、第 1基本素子 52a、第 1補助素子 52b、第 1基本モータ 62a、第 1補助モータ 62bとを有して構成されている。また、第 2の容量調整手段 44は、第 2 基本素子 54a、第 2補助素子 54b、第 2基本モータ 64a、第 2補助モータ 64bとを有して構成されている。インピーダンス整合器 40には、アンテナ素子のインピーダンス整合のためのスタブ 69が設けられている。インピーダンス整合器 40の筐体は、接地された反応容器 14と接続 (電気的に接続)している。スタブ 69は、このインピーダンス整合器 40の筐体と接続して接地されて、る。

[0032] 第 1基本素子 52aおよび第 1補助素子 52bは、いずれも、容量素子を構成する電極間が可変に構成され、容量 (特性パラメータ）が自在に調整できるようになっている。第 1の容量調整手段 42に備えられた、第 1基本素子 52aおよび第 1補助素子 52bは、いずれも一方の側の電極が給電線 27と接続され、他方の側の電極はともにスタブ 69と接続されて接地している。この容量の調整は、電極を移動させる第 1基本モータ 62aおよび第 1補助モータ 62bそれぞれによって行なわれる。第 1の容量調整手段 4 2では、第 1基本モータ 62aおよび第 1補助モータ 62bそれぞれによって、第 1基本素子 52aおよび第 1補助素子 52bの容量がそれぞれ個別に調整されて、第 1本素子 52 aと第 1補助素子 52bの合成容量が調整される。以降、第 1基本素子 52aと第 1補助素子 52bの合成容量のことを、給電線側合成容量と、う。

[0033] 同様に、第 2基本素子 54aおよび第 2補助素子 54bは、いずれも、容量素子を構成する電極間が可変に構成され、容量 (特性パラメータ）が自在に調整できるようになつている。第 2の容量調整手段 44に備えられた、第 2基本素子 54aおよび第 1補助素子 54bは、いずれも一方の側の電極がアンテナ素子 22 (の導体）と接続され、他方の側の電極はお互いスタブ 69と接続されて接地している。この容量の調整は、電極を移動させる第 2基本モータ 64aおよび第 2補助モータ 64bそれぞれによって行なわれる。第 2の容量調整手段 44では、第 2基本モータ 64aおよび第 2補助モータ 64bそれぞれによって、第 2基本素子 54aおよび第 2補助素子 54bの容量がそれぞれ個別に調整されて、第 2基本素子 54aと第 2補助素子 54bの合成容量が調整される。以降、第 2本素子 54aと第 2補助素子 54bの合成容量のことを、アンテナ素子側合成容量という。 [0034] なお、スタブ 69は、、わゆるスタブ整合（stub matching)のための公知のスタブであり、アンテナ素子 22に接続してアンテナ素子 22のインピーダンス整合に寄与する、アンテナ素子 22を含んだ高周波電流の伝送線路の短い端部である。スタブ 69 は、使用する高周波の波長えの 1Z4 λの約 30%の長さ（波長 λの 7. 5%前後の長さ）となっており、インピーダンス整合器 40の筐体と接続されて接地している。

[0035] 上記給電線側合成容量の調整、およびアンテナ線側合成容量の調整は、プラズマの生成中にアンテナ素子 22の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正するために行なわれる。後述するように、プラズマによって基板を処理するに先がけて（すなわち、実際のプロセスに先がけて）、各アンテナ素子毎のインピーダンス不整合を是正する (すなわち、インピーダンス整合状態を調整する）際は、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量は固定したまま、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量をそれぞれ個別に調整することで、給電線側合成容量およびアンテナ線側合成容量を調整する (調整状態とする)。そして、実際に、プラズマによって基板を処理する際 (すなわち、実際のプロセスの際）は、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量は、この調整状態から変化させず、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量を、各アンテナ素子 22全てにっ、て同期させて調整することで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合する。

[0036] 高周波電源 28は、図示されない高周波発振回路及び増幅器により構成され、制御器 30からの信号に応じて、発振周波数が可変となるように構成されて！、る。

制御器 30は、後述する第 1電流 ·電圧センサ 32及び第 2電流 ·電圧センサ 34の検知信号に応じて、高周波電源 28の発振周波数の変更及びインピーダンス整合器 26 の調整を行う制御部分である。高周波発信回路の発振周波数は、基板に対して行なうプロセスの違いに応じて変更することができる。また、後述する各種インピーダンスの整合動作においては、インピーダンス整合状態を微調整するために、高周波発信回路の発振周波数を微調整してもよい。なお、発振周波数の変更や微調整の必要がないプロセスに用いる場合など、高周波電源 28の発信周波数は、可変でなくともよい。

[0037] 第 1電流.電圧センサ 32は、高周波電源 28からの高周波信号がアンテナ素子 22

ヽるか否かを検知するために、高周波電源 28の出力端近傍で電流及び電圧を検知する部分である。第 1電流'電圧センサ 32は、分配器 33を介してインピーダンス整合器 40と接続されている。第 2電流' 電圧センサ 34は、各インピーダンス整合器 40の入力端近傍に個別に設けられ、各ィンピーダンス整合器 40の調整を行うために、電流及び電圧を検知する部分である。インピーダンス整合がなされて、な、場合、給電線 27とアンテナ素子 22の接続部分で高周波信号の反射波が発生し、これによつて電流と電圧間に位相差が生じる。このため、第 1電流'電圧センサ 32及び第 2電流'電圧センサ 34において電流、電圧を検知することで、各アンテナ素子毎に、インピーダンス整合の状態力不整合の状態かを検知することができる。第 1電流'電圧センサ 32及び第 2電流 ·電圧センサ 34 の検知信号は、制御器 30に供給される。

[0038] 制御器 30は、第 1電流 ·電圧センサ 32及び第 2電流 ·電圧センサ 34からの検知信号に基づいて、各アンテナ素子毎に、インピーダンス整合の状態か否かを判断する。制御器 30は、さらに、判断の結果に応じて、インピーダンス整合器 40における容量の調整動作を制御する制御信号を生成して、第 1基本モータ 62a、第 1補助モータ 6 2b、第 2基本モータ 64a、および第 2補助モータ 64bに供給する。制御器 30は、実際のプロセスに先がけて、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合状態を調整する際は、第 1補助モータ 62bおよび第 2補助モータ 64bに制御信号を個別に供給して、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量をそれぞれ個別に調整し、給電線側合成容量およびアンテナ線側合成容量を調整する。

[0039] そして、実際のプロセスの際は、各アンテナ素子 22の第 1基本モータ 62aそれぞれについて同時に、各アンテナ素子の第 1基本モータ 62aをそれぞれ同一量だけ駆動して、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aの容量をそれぞれ同一量だけ変化させる制御信号を送る。また、同時に、各アンテナ素子 22の第 2基本モータ 64aそれぞれにつ、ても、各アンテナ素子 22の第 2基本モータ 64aをそれぞれ同一量だけ駆動して、各アンテナ素子の第 2基本素子 64aの容量をそれぞれ同一量だけ変化させる制御信号を送る。これにより、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量を、各アンテナ素子 22全てについて同期させて調整することで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合させる。

なお、本実施形態では、第 1電流'電圧センサ 32及び第 2電流'電圧センサ 34の双方を設けた構成であるが、本発明では、いずれか一方の電流'電圧センサを設ければよい。しかし、より正確な制御を行うには、第 1電流'電圧センサ 32及び第 2電流 '電圧センサ 34の双方を設けた構成とすることが好ましい。

[0040] このような CVD装置 10では、反応容器 14内に導入口 18から原料ガスを送り込み、一方、排出口 20に接続した図示されない真空ポンプを作動させて通常 lPa〜数 10 OPa程度の真空雰囲気を反応容器 14内につくる。この状態でアンテナ素子 22に高周波信号を給電することで、アンテナ素子 22の周囲に電磁波が放射される。これにより、反応容器 14内でプラズマが発生するとともに、ガス放射板 24から放射された原料ガスが励起されてラジカルをつくる。その際、発生したプラズマは導電性を有するので、アンテナ素子 22から放射された電磁波はプラズマで反射され易い。このため、電磁波はアンテナ素子 22周辺の局部領域に局在化する。

これにより、プラズマはアンテナ素子 22の近傍に局在化して形成される。

[0041] このとき、電磁波の放射するアンテナ素子 22の周辺には、局在化したプラズマが発生しているので、アンテナ素子 22の負荷も変化する。このため、それぞれのアンテナ素子等の製造誤差等にも起因して、アンテナ素子 22は、インピーダンス整合の状態から不整合の状態に変化する。インピーダンス不整合の状態になると、高周波電源 2 8から供給される高周波信号の、給電線 27とアンテナ素子 22との接続部分における反射率は高くなり、給電が十分に行われなくなる。その際、各アンテナ素子 22の負荷変動も異なるため、各アンテナ素子 22における不整合の状態も異なる。このため、ァンテナ素子 22から放射される電磁波も分布を持ち、その結果、発生するプラズマの密度分布も空間で変動することとなる。

[0042] このようなプラズマの密度分布の空間変動は、処理基板 12の成膜処理等にとって好ましくない。このため、各アンテナ素子 22からの電磁波の放射が一定になり、均一なプラズマが生成されるように、各アンテナ素子 22毎にインピーダンス整合が行われている必要がある。ここで、上述のような製造誤差等起因した特性パラメータの誤差成分の、各アンテナ素子毎の違いは、特性パラメータの実際の設計値の大きさに比ベて小さいものである。各アンテナ素子毎に、このような誤差成分の違いを解消しておけば、各アンテナ素子は設計値どおりの特性パラメータを有することになる。この状態では、各アンテナ素子に共通して給電する高周波電圧の周波数や、各アンテナ素子における、誤差成分以外の特性パラメータの成分を調整するだけで、各アンテナ素子 22の負荷変動も極端に少なくなり、各アンテナ素子 22における不整合の状態も極端に小さくなる。

[0043] 本発明は、このような点に本願発明者が着目してなされたものであり、製造誤差等起因した特性パラメータの誤差成分を解消した状態で、各アンテナ素子の基本的な特性パラメータ成分のみを、全てのアンテナについて同期して調整することを特徴とする。以下、装置 10を用いて行なう本発明のプラズマ生成方法の一例について述べる。

[0044] 図 3は、 CVD装置 10を用いて行なわれる、本発明のプラズマ生成方法の一例のフローチャート図である。まず、反応容器 14内でプラズマが発生し、プラズマがアンテナ素子 22の近傍に局在化して形成された状態で、各アンテナ素子 22の調整状態を確認する (ステップ S102)。具体的には、各アンテナ素子 22それぞれについて、第 1 電流 ·電圧センサ 32及び第 2電流 ·電圧センサ 34で検知された電流、電圧の情報が検知信号として制御器 30に供給される。制御器 30では、全てのアンテナ素子 22〖こつ!、て、供給される高周波信号の電流と電圧の位相差が所定の条件を満たして、る力（例えば、ゼロとなっている力 )判断する（ステップ S106)。

[0045] ステップ S 106における判定が NOの場合、すなわち、複数のアンテナ素子 22のいずれかにおいて、インピーダンスの不整合が認められた場合、各アンテナ素子 22それぞれにつ、て、インピーダンス整合が行なわれる（ステップ S 108)。

[0046] 図 4は、ステップ S108における、各アンテナ素子 22それぞれのインピーダンス整合について、さらに詳細に示すフローチャート図である。まず、各アンテナ素子に設けられたインピーダンス整合器 40それぞれつ、て、第 1の容量調整手段 42の第 1基本素子 52aおよび、第 2の容量調整手段 44の第 2基本素子 54aの容量が設定される (ステツプ S202)。このとき設定される容量としては、例えば、与えられる高周波電圧の周波数に応じて予め設定されている容量 (設計値の容量)を設定しておくのが好ましい。なお、これに限らず、例えば、各アンテナ素子 22毎に、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aのみの容量を個別に変更して、各アンテナ素子 22毎にインピーダンス整合を行うことで、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aそれぞれの容量を設定してもよい。この場合、各アンテナ素子 22毎に、インピーダンス整合が最も良好となった (高周波信号の電流と電圧の位相差が、最もゼロに近づいた）際の、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aそれぞれの容量を設定してもよい。

[0047] そして、各アンテナ素子 22毎の、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量が一定の値に設定されている状態で、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量は固定したまま、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量をそれぞれ個別に調整することで、給電線側合成容量およびアンテナ線側合成容量を調整して、各アンテナ素子 22それぞれについて、インピーダンス整合を行なう。

[0048] アンテナ素子 22のインピーダンス整合は、具体的には、供給される高周波信号の電流と電圧の位相差がゼロとなり、かつアンテナ素子 22のインピーダンスと給電線 2 7のインピーダンス (例えば 50オーム)が、第 1の容量調整手段 42、第 2の容量調整手段 44を介して一致するように、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量をそれぞれ個別に調整する。このような調整では、第 1電流 ·電圧センサ 32及び第 2電流'電圧センサ 34で検知された電流、電圧の情報が検知信号として制御器 30に供給される。制御器 30では、検知信号に基づいて、給電線側合成容量やアンテナ線側合成容量が設定され、第 1補助モータ 62bおよび第 2補助モータ 64bを制御する制御信号が生成される。こうして、制御信号が第 1補助モータ 62bおよび第 2補助モータ 64bに供給されて、アンテナ素子 22と信号線 27との間のインピーダンス整合が行われる。

[0049] このような、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bをそれぞれ個別に調整して行なうインピーダンス整合は、アレイアンテナを構成する全てのアンテナ素子 22について実行されるまで繰り返される（ステップ S206〜ステップ S 208〜ステップ S204)。全てのアンテナ素子 22について、インピーダンス整合状態が調整されると、ステップ S 102の調整状態の確認が行なわれる。この場合、ステップ S 106の確認は OKとなり、アンテナアレイ全体のインピーダンス整合が行なわれる（ステップ S110)。 [0050] ステップ SI 10では、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54a の容量を、各アンテナ素子 22全てについて同期させて調整することで、アンテナァレィ全体のインピーダンスを整合する。アンテナアレイ全体のインピーダンス整合は、具体的には、供給される高周波信号の反射電力が各アンテナ素子 22でゼロとなり、結果、アンテナアレイ全体に供給される高周波信号の反射電力がゼロとなるように、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量を、各アンテナ素子 22全てにつ!、て同期させて調整する。

[0051] このような調整では、第 1電流'電圧センサ 32及び第 2電流'電圧センサ 34で検知された電流、電圧の情報が検知信号として制御器 30に供給される。制御器 30では、検知信号に基づいて、各アンテナ素子の第 1基本モータ 62aをそれぞれ同一量だけ駆動して、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aの容量をそれぞれ同一量だけ変化させる制御信号を送る。また、同時に、各アンテナ素子 22の第 2基本モータ 64aそれぞれにつ、ても、各アンテナ素子 22の第 2基本モータ 64aをそれぞれ同一量だけ駆動して、各アンテナ素子の第 2基本素子 64aの容量をそれぞれ同一量だけ変化させる制御信号を送る。これにより、各アンテナ素子の第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aの容量を、各アンテナ素子 22全てについて同期させて調整することで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合させる。このような、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aを同期させて調整するインピーダンス整合は、アンテナアレイ全体のインピーダンスが整合されるまで、繰り返される。

[0052] このように、本発明では、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bをそれぞれ個別に調整し、製造誤差等に起因した特性パラメータの誤差成分の、各アンテナ素子毎の違いを解消しておくことができる。その結果、各アンテナ素子の全てについて、第 1基本素子 52aおよび第 2基本素子 54aのみを、同期させて調整するだけで、アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合させることができる。すなわち、本発明では、インピーダンス整合を高精度に、さらに迅速かつ容易に行うことができる。

[0053] 図 5 (a)は、図 1に示す CVD装置 10のインピーダンス整合器 40における、第 1の容量調整手段 42および第 2の容量調整手段 44と、第 1基本素子 52aおよび第 1補助素子 52b、第 2基本素子 54aおよび第 2補助素子 54b、の接続関係を示す図である。図 5 (b)および図 6 (a)および (b)は、各手段および素子の接続関係の他の例を示す図である。第 1の容量調整手段 42および第 2の容量調整手段 44は、図 5 (a)および（ b)に示す例のように、並列に接続されるのみでなぐ図 6 (a)および (b)に示す例のように、直列に接続されていてもよい。また、第 1の容量調整手段 42の第 1基本素子 52 aと第 1補助素子 52b、および第 2の容量調整手段 44の第 2基本素子 54aと第 2補助素子 54bそれぞれも、図 5 (a)および図 6 (a)に示す例のように、それぞれ並列に接続されるのみでなぐ図 5 (b)および図 6 (b)に示す例のように、それぞれ直列に接続されていてもよい。いずれの場合においても、各素子の容量を制御することにより、アンテナ素子 22と信号線 27のインピーダンス整合を行うことができる。

[0054] なお、本実施形態では、アンテナ素子 22のインピーダンス整合のために容量素子（キャパシタ）を用いたが、誘導素子 (インダクタ）を用いて、インダクタンス (特性パラメータ）を制御してもよい。

[0055] また、第 1補助素子 52bおよび第 2補助素子 54bの容量をそれぞれ個別に調整することで、各アンテナ素子 22それぞれについてインピーダンス整合を行なう際、各ァンテナ素子 22の 1本 1本に個別に高周波電力を供給して、各アンテナ 1つずつ同じ条件 (圧力、ガス種、ガス流量、 RF電力、 RFの周波数等)でプラズマを放電させながら、アンテナ素子 22それぞれについてインピーダンスの整合を行なってもよい。ただし、実際のプロセスにおいて、なるべく高精度にインピーダンス整合された状態に設定する場合は、上記実施形態のように、複数のアンテナ素子 32で構成されたアンテナアレイ全体に高周波電力を供給した状態で、各アンテナ素子毎にインピーダンス整合を行なうことが好ましい。この際、圧力が比較的高い状態 (例えば 130Pa)でブラズマを生成し、プラズマがよりアンテナに局在化して、アンテナ間の干渉が比較的小さ、状態で調整を行なうことが好まし、。

[0056] また、上記実施形態では、容量素子のみの容量を制御したが、本発明にお!/、ては、インピーダンス整合を正確に行うための、容量素子の容量に加えて高周波信号の周波数を微調整してもよい。

[0057] 以上、本発明のプラズマ生成装置及びプラズマ生成方法について詳細に説明した

1S 本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、本発明のプラズマ生成装置は、 CVD装置の他にエッチング装置にも好適に用いることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイを用いたプラズマ生成装置であって、

前記アンテナアレイの各アンテナ素子に給電する高周波信号を生成する高周波電源と、

インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、前記特性パラメータが可変な補助素子とを備え、前記基本素子の前記特性パラメータと前記補助素子の前記特性パラメータとが合成された合成特性パラメータを変化させることで、各アンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化させるインピーダンス整合器と、各インピーダンス整合器の前記合成特性パラメータの大きさをそれぞれ調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンス整合を行う制御器と、を有し、前記制御器は、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータが調整されて、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同期させて調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とするプラズマ生成装置。

[2] 前記制御器は、前記調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータの大きさを、それぞれ同一の大きさだけ増加または減少させて、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とする請求項 1記載のプラズマ生成装置。

[3] 前記調整状態は、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性パラメータが、それぞれ同一の大きさに固定されて、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータが調整されることで、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された状態であり、

前記制御器は、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同一の大きさに調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とする請求項 1または 2記載のプラズマ生成装置。

[4] 前記アンテナ素子毎に設けられた前記インピーダンス整合器それぞれは、前記ァンテナ素子へ前記高周波信号を給電する給電線と接続された第 1のパラメータ調整手段と、前記アンテナ素子と接合された第 2のパラメータ調整手段とを有して構成され、

前記基本素子および前記補助素子は、前記第 1の容量調整手段および前記第 2 の容量調整手段のいずれにも、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項 1〜 3の、ずれかに記載のプラズマ生成装置。

[5] 前記第 1のパラメータ調整手段では、前記基本素子の前記給電線が接続された側と反対側の端子と、前記補助素子の前記給電線が接続された側と反対側の端子はいずれも、各アンテナ素子のインピーダンス整合のために設けられた、接地されたスタブと接続されており、

前記第 2のパラメータ調整手段では、前記基本素子の前記アンテナ素子が接続された側と反対側の端子と、前記補助素子の前記アンテナ素子が接続された側と反対側の端子とが、 V、ずれも前記スタブと接続されて!、ることを特徴とする請求項 4記載のプラズマ生成装置。

[6] 前記特性パラメータは、インピーダンス整合のための容量パラメータであり、

前記基本素子および前記補助素子は、 Vヽずれも前記容量パラメータが可変な容量素子であることを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載のプラズマ生成装置。

[7] 誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が平面状に複数配列されてなるアンテナアレイと、インピーダンス整合のための特性パラメータが可変な基本素子と、前記特性パラメータが可変な補助素子とを備え、前記基本素子の前記特性パラメータと前記補助素子の前記特性パラメータとが合成された合成特性パラメータを変化させることで、各アンテナ素子のインピーダンス整合状態を変化させるインピーダンス整合器と、を用いてプラズマを生成する際、

各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータがそれぞれ固定されて、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータが調整されることで、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された調整状態で、

前記アンテナアレイの各アンテナ素子に高周波信号を給電して前記アンテナ素子カゝら電磁波を放射してプラズマを生成させ、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータを、それぞれ同期させて調整することで、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とするプラズマ生成方法。

[8] 前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合する際、前記調整状態で、各アンテナ素子の前記基本素子の前記特性パラメータの大きさを、それぞれ同一の大きさだけ増加または減少させて、前記アンテナアレイ全体のインピーダンスを整合することを特徴とする請求項 7記載のプラズマ生成方法。

[9] 前記プラズマの生成に先がけ、各アンテナ素子全ての前記基本素子の前記特性ノメータを、それぞれ同一の大きさに固定して、この固定状態でプラズマを生成し、高周波電力の反射がそれぞれゼロになるよう、各アンテナ素子毎に前記補助素子の前記特性パラメータを調整し、各アンテナ素子毎のインピーダンス整合が調整された前記調整状態を設定することを特徴とする請求項 7または 8記載のプラズマ生成方法