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JP5484375B2 - Plasma film forming apparatus and plasma film forming method - Google Patents

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JP5484375B2
JP5484375B2 JP2011032520A JP2011032520A JP5484375B2 JP 5484375 B2 JP5484375 B2 JP 5484375B2 JP 2011032520 A JP2011032520 A JP 2011032520A JP 2011032520 A JP2011032520 A JP 2011032520A JP 5484375 B2 JP5484375 B2 JP 5484375B2
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Description

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。   The present invention relates to a plasma film forming apparatus and a plasma film forming method.

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、メーターサイズの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。   A plasma film forming apparatus is widely used as an apparatus for forming a thin film such as an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film on a substrate. Nowadays, for example, a plasma film forming apparatus capable of forming a meter-sized large-area thin film at a high speed at a time, such as a power generation layer of a thin film silicon solar cell or a thin film transistor used in a flat display panel, has been developed. . In order to form a silicon thin film having a large area, it is common to use a parallel plate type plasma film forming apparatus.

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(SiH)や水素(H)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。 The parallel plate type plasma film forming apparatus has two electrodes facing each other with a distance of several mm to several tens mm in the vacuum chamber. These two electrodes are installed in a horizontal plane, supply high-frequency power to one electrode, and the other electrode is grounded. In the case of forming a silicon thin film, a film forming gas such as silane (SiH 4 ) or hydrogen (H 2 ) is supplied to a gap region between the electrodes serving as a discharge space through a large number of gas holes provided in one electrode. . The gas supplied to the discharge space is turned into plasma by high frequency power. The deposition gas is decomposed in the plasma, becomes radicals and ions, and enters the deposition target substrate to form a silicon film on the substrate. In general, the other electrode on the grounded side is used as a stage, and a deposition target substrate is placed on the other electrode.

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。   On the other hand, in recent years, VHF plasma generated using high frequency power in the VHF (Very High Frequency) band having a frequency higher than that of the conventional 13.56 MHz is used to meet the needs for improving film formation quality and film formation speed. It has been actively studied for use in film formation. Since VHF plasma has the characteristics of high density and low electron temperature, it is expected as a solution to the above needs.

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。近年のメーターサイズ(1.1m×1.4m)の基板において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。   However, when the frequency of the high-frequency power increases, the property of the high-frequency power as a “wave” appears remarkably, and the film forming characteristics tend to be non-uniform in the electrode plane. That is, when the frequency of the high-frequency power increases, the high-frequency power causes interference in the electrode plane, and the electric field strength distribution becomes non-uniform by forming a standing wave, resulting in non-uniform plasma density. The film forming speed and film quality itself tend to be non-uniform. In recent meter-sized substrates (1.1 m × 1.4 m), this tendency becomes a prominent factor, which is a big problem in practical use.

これらの課題に対して特許文献1には、高周波を印加する電極と基板を載置する電極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、高周波を印加する電極に複数個所から高周波電力を供給する方法が記載されている。具体的には、電極の左右の4箇所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種類のパルス変長出力となるように発生され、パルス変調出力には相対的な位相差を設けるものとなっている。これにより、特許文献1によれば、4箇所の内の二つ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。   For these problems, Patent Document 1 discloses that in a plasma processing apparatus that generates plasma between an electrode for applying a high frequency and an electrode on which a substrate is placed, high frequency power is supplied from a plurality of locations to the electrode to which the high frequency is applied. How to do is described. Specifically, the high-frequency power supplied to the four left and right sides of the electrode is generated so as to be two types of pulse variable outputs that are time-divided so as not to interfere with each other, and is relative to the pulse modulation output. A phase difference is provided. Thus, according to Patent Document 1, the electric field strength distribution when high-frequency power is supplied to two of the four locations and the electric field strength distribution when high-frequency power is supplied only to the other are overlapped and time averaged. The obtained electric field strength distribution can be obtained, and it is said that the uniformity of the plasma over the entire surface of the large area substrate (the length and width of 1 m × 1 m or more) can be improved.

特開2006−216679号公報JP 2006-216679 A

特許文献1に記載のプラズマ処理装置では、電極の4つの電力供給箇所への高周波の給電を、電極の左右で交互(左側2箇所に対して右側2箇所)にパルス的に切り替え、さらに各パルス出力に相対的な位相差を設けることにより、それぞれの電界分布が重なり合って時間平均で均一化するとされている。   In the plasma processing apparatus described in Patent Document 1, high-frequency power feeding to the four power supply locations of the electrode is switched in a pulse manner alternately on the left and right sides of the electrode (two locations on the right side with respect to the left two locations), and each pulse By providing a relative phase difference to the output, the electric field distributions are overlapped and uniformed in time average.

しかしながら、特許文献1に記載の高周波の周波数は27.12MHzであるため、より高い周波数のVHF帯では定在波の影響が顕著になり均一化が困難と推測される。   However, since the frequency of the high frequency described in Patent Document 1 is 27.12 MHz, the influence of the standing wave becomes significant in the higher frequency VHF band, and it is estimated that it is difficult to equalize.

そのため本発明者らは、特許文献1に記載のプラズマ処理装置の構成において、60MHzのVHFを用いて均一化の検証を試みた。その結果、高周波を給電する箇所を時間的に切り替えて位相差を設けると、確かに電界分布は変化するものの、プラズマを生成するとプラズマ分布は所望の分布に変化しない不具合が生じた。なお、検証の詳細と不具合が生じた原因とについては、後述の実施の形態に記載する。   Therefore, the present inventors tried to verify the homogenization using 60 MHz VHF in the configuration of the plasma processing apparatus described in Patent Document 1. As a result, when the location where the high frequency is fed is switched over time to provide a phase difference, the electric field distribution certainly changes, but when plasma is generated, the plasma distribution does not change to the desired distribution. The details of verification and the cause of the failure will be described in the embodiments described later.

このように、特許文献1に記載のプラズマ処理装置を用いてVHF帯の高周波電力を供給し、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。   Thus, it is difficult to obtain uniform plasma when a high-frequency power in the VHF band is supplied using the plasma processing apparatus described in Patent Document 1 and a meter-sized substrate (substrate to be processed) is processed. It is.

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。   The present invention has been made in view of the above, and a plasma film forming apparatus and a plasma capable of obtaining uniform plasma even when a substrate to be processed having a large area is processed by supplying high-frequency power in the VHF band. It aims at obtaining the film-forming method.

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の主面は複数の給電点を有し、前記複数の給電点のそれぞれには、パルス変調された高周波電力が給電され、前記高周波におけるパルスは、on時間における第1の期間に第1の電力を有し、前記on時間における前記第1の期間に続く第2の期間に第2の電力を有し、前記第1の電力は、前記第2の電力より5%以上高いことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a plasma film forming apparatus according to one aspect of the present invention includes a vacuum chamber and a first electrode, and a film forming chamber is formed in the film forming chamber. A deposition target substrate is placed on a second electrode disposed to face the first electrode, and deposition is performed using plasma generated between the first electrode and the second electrode. The second main surface of the first electrode opposite to the first main surface facing the second electrode has a plurality of feeding points, and the plurality of feeding points are provided. Each of the feeding points is supplied with pulse-modulated high-frequency power, and the pulse at the high frequency has a first power in a first period in the on time and continues to the first period in the on time. Having a second power in a second period, wherein the first power is the second power. Characterized in that more than 5% higher.

本発明によれば、パルスの初期の高周波電力を残りの期間より高めたことにより、プラズマを確実に形成できるため、パルスの繰り返し周波数を高めた場合でも所望のプラズマ分布を得ることができる。これにより、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。   According to the present invention, since the plasma can be reliably formed by increasing the initial high-frequency power of the pulse from the remaining period, a desired plasma distribution can be obtained even when the pulse repetition frequency is increased. Thereby, even when a substrate having a large area is processed by supplying high-frequency power in the VHF band, uniform plasma can be obtained.

図1は、実施の形態にかかるプラズマ処理装置を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment. 図2は、実施の形態における高周波電力の給電系統図である。FIG. 2 is a high-frequency power supply system diagram according to the embodiment. 図3は、先行技術における高周波の電力と位相量の関係を示すシーケンス図である。FIG. 3 is a sequence diagram showing the relationship between the high frequency power and the phase amount in the prior art. 図4は、先行技術における電極とステージとの間に形成されるプラズマ分布を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a plasma distribution formed between an electrode and a stage in the prior art. 図5は、実施の形態による高周波の電力と位相量の関係を示すシーケンス図である。FIG. 5 is a sequence diagram illustrating a relationship between high-frequency power and a phase amount according to the embodiment. 図6は、実施の形態による電極とステージとの間に形成されるプラズマ分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a plasma distribution formed between the electrode and the stage according to the embodiment. 図7は、実施の形態における高周波の電力と位相量の関係を示すシーケンス図である。FIG. 7 is a sequence diagram illustrating the relationship between the high-frequency power and the phase amount in the embodiment. 図8は、実施の形態における電極とステージとの間に形成されるプラズマ分布を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a plasma distribution formed between the electrode and the stage in the embodiment. 図9は、実施の形態における電極とステージとの間に形成されるプラズマ分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a plasma distribution formed between the electrode and the stage in the embodiment.

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。   Embodiments of a plasma film forming apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態.
実施の形態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。
Embodiment.
The structure of the plasma film-forming apparatus 100 concerning embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma film forming apparatus 100 according to an embodiment.

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〜10d(図2参照)を備える。   As shown in FIG. 1, a plasma film forming apparatus 100 includes a vacuum chamber 1, an exhaust port 3, a film forming chamber 8, an insulating flange 4, an electrode (first electrode) 5, a gas supply port 6, a shower plate 7, a stage. (Second electrode) 2 and a plurality of high-frequency power supplies 10a to 10d (see FIG. 2).

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。   The vacuum chamber 1 forms side portions and bottom portions on the outer wall of the plasma film forming apparatus 100, and extends so as to cover the side portions and bottom portion of the film forming chamber 8.

排気口3は、真空チャンバ1内(成膜室8)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内を真空ポンプで排気するために設けられている。   The exhaust port 3 communicates with the inside of the vacuum chamber 1 (film forming chamber 8) and is connected to a vacuum pump (not shown) via an exhaust pipe (not shown). It is provided to evacuate with a vacuum pump.

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。   The film forming chamber 8 is a space formed by being covered with the electrode 5 and the vacuum chamber 1. In the film forming chamber 8, plasma is generated as described later.

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。   The insulating flange 4 insulates the electrode 5 from the vacuum chamber 1 in terms of high-frequency power and vacuum-seals the electrode 5 from the vacuum chamber 1. Thereby, the film forming chamber 8 is a space that can be evacuated.

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〜10d(図2参照)が接続されている。   The electrode 5 forms an upper part of the outer wall of the plasma film forming apparatus 100 and extends to cover the upper part of the film forming chamber 8. Further, the electrode 5 extends so as to cover, for example, the upper part and the side part of the film forming chamber 8. A plurality of high-frequency power supplies 10a to 10d (see FIG. 2) are connected to the electrode 5.

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。   The gas supply port 6 is connected to a gas supply source (not shown) via a gas supply pipe (not shown), and a film forming gas is supplied from the gas supply source to the space between the electrode 5 and the shower plate 7. Is provided to supply.

シャワープレート7は、複数のガス穴を有しており、このガス穴から成膜ガスを成膜室8に導入する。   The shower plate 7 has a plurality of gas holes, and a film forming gas is introduced into the film forming chamber 8 through the gas holes.

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。   The stage 2 is disposed so as to face the first main surface 5 a of the electrode 5 in the film forming chamber 8 and is grounded, for example, and functions as a counter electrode (second electrode) with respect to the electrode 5. In addition, a deposition target substrate 9 is placed on the stage 2.

複数の高周波電源10a〜10dは、図2に示すように、電極5の第2の主面5bの左右端近傍における2箇所ずつに(合計4箇所に)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。   As shown in FIG. 2, the plurality of high-frequency power supplies 10 a to 10 d are connected to two positions in the vicinity of the left and right ends of the second main surface 5 b of the electrode 5 (a total of four positions). Supply. The second main surface 5b is a surface on the opposite side of the first main surface 5a facing the stage 2 in the electrode 5.

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〜10d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。   In the plasma film forming apparatus 100, the film forming gas supplied from the gas supply port 6 is introduced into the film forming chamber 8 through the plurality of gas holes of the shower plate 7, and the pressure in the film forming chamber 8 is reduced to a vacuum pump (see FIG. (Not shown). When a high frequency is applied to the electrode 5 from the plurality of high frequency power supplies 10 a to 10 d in this state, plasma is generated between the electrode 5 and the stage 2 and a thin film is deposited on the deposition target substrate 9.

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〜10dの給電系統・構成を示す図である。   Next, a method of supplying high-frequency power to the electrode 5 applied to the plasma film forming apparatus 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing a power supply system / configuration of a plurality of high frequency power supplies 10a to 10d for supplying high frequency power to the electrode 5 in the plasma film forming apparatus.

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。   In FIG. 2, as an example, the electrode 5 is rectangular, the size of the shower plate 7 facing the stage 2 is 1.2 m × 1.5 m, and high-frequency power is supplied from the atmosphere side opposite to the film forming chamber 8 side. The configuration is shown when doing so. For example, a 60 MHz VHF band is used as the frequency of power to be fed in order to realize high-speed film formation.

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。   First, both short sides 5b1 and 5b2 are considered as two opposite sides on the second main surface 5b of the electrode 5. A method of supplying high frequency power in the VHF band to the electrode 5 from both short sides 5b1 and 5b2 will be described.

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。   High-frequency power feed points 27 a and 27 b are provided on the short side 5 b 1 side of the electrode 5, and high-frequency power feed points 27 c and 27 d are provided on the short side 5 b 2 side of the electrode 5. In other words, the electrode 5 has a rectangular shape, and the second main surface 5b has a plurality of feeding points (a plurality of feeding points) arranged on one side (short side 5b1) of the two opposite sides in the square. First feeding points) 27a and 27b, and a plurality of feeding points (a plurality of second feeding points) 27c and 27d arranged on the other side (short side 5b2) of the two opposite sides.

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、それぞれが電極周縁から近い領域に設定される。   Matchers 26a, 26b, 26c, and 26d that adjust the matching state of the high-frequency power are connected to the feeding points 27a, 27b, 27c, and 27d, respectively. For connection from the matchers 26a to 26d to the feeding points 27a to 27d, a metal plate or rod having good conductivity (not shown) or a high-frequency coaxial cable is used. Each of the four feeding points 27a to 27d is set in a region close to the electrode periphery.

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。   The matchers 26a, 26b, 26c and 26d are fed with the high frequency power amplified by the high frequency amplifiers 25a, 25b, 25c and 25d, respectively.

信号発生器21は、VHFの信号(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の信号(例えば、60MHzの正弦波)を例えば4つの電力信号に分配し位相器23へ供給する。   The signal generator 21 generates a VHF signal (for example, a 60 MHz sine wave) and supplies it to the distributor 22. The distributor 22 distributes a VHF signal (for example, a 60 MHz sine wave) into, for example, four power signals and supplies the power signal to the phase shifter 23.

位相器23は、4つの信号のそれぞれの位相を調整する。すなわち、位相器23は、4つの信号に対応した4つの位相調整部23a〜23dを有する。4つの位相調整部23a〜23dは、4つの信号を受けて位相を調整する。各位相調整部23a〜23dは、調整後の信号を、対応するオン/オフ切り替え器24a〜24dへ供給する。   The phase shifter 23 adjusts the phase of each of the four signals. That is, the phase shifter 23 includes four phase adjustment units 23a to 23d corresponding to the four signals. The four phase adjustment units 23a to 23d receive the four signals and adjust the phase. Each of the phase adjusters 23a to 23d supplies the adjusted signal to the corresponding on / off switch 24a to 24d.

オン/オフ切り替え器24a、24b、24c、24dは、位相器23からの出力信号をパルス化し、対応する高周波アンプ25a、25b、25c、25dに高周波信号を出力する。高周波アンプ25a、25b、25c、25dは、入力された高周波信号を増幅し、高周波電力として出力する。   The on / off switchers 24a, 24b, 24c, and 24d pulse the output signal from the phase shifter 23 and output the high-frequency signal to the corresponding high-frequency amplifiers 25a, 25b, 25c, and 25d. The high frequency amplifiers 25a, 25b, 25c, and 25d amplify the input high frequency signal and output it as high frequency power.

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〜24d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〜24dがオン/オフ動作をせず、連続出力として使用することも可能である。   The phase control (phase adjustment) in the phase shifter 23 may be controlled by a controller (not shown). Alternatively, the on / off switchers 24a to 24d may be controlled by inputting an on / off signal from a controller (not shown) in order to turn on / off the high frequency output. Alternatively, in some cases, the on / off switchers 24a to 24d do not perform the on / off operation and can be used as a continuous output.

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(整合器)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。   That is, each of the high frequency power supplies 10a to 10d is equivalent to the signal generator 21, the distributor 22, the phase shifter 23, the corresponding on / off switchers 24a to 24d, the corresponding high frequency amplifiers 25a to 25d, and the corresponding matcher. (Matcher) Functions as a power supply circuit having 26a to 26d. The plurality of high-frequency power supplies 10a to 10d supply high-frequency power in the VHF band to the plurality of power supply points 27a to 27d.

本発明者らは、上記の構成において、まず前述した先行技術の問題点について検証した。信号発生器21でVHFの信号(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の位相を給電点27a、27bの高周波電力の位相に対して+−60度に設定する。又、図3に示したパルスのシーケンスでオン/オフ切り替え器24a〜24dを動作させ、パルスのデューティー(図中のX)40%、1サイクル(図中のS)の繰り返し周波数1KHzに設定した。   The inventors of the present invention first verified the above-described problems of the prior art. The signal generator 21 generates a VHF signal (for example, a 60 MHz sine wave), and the phase shifter 23 sets the phase of the high-frequency power to be supplied to the feeding points 27a and 27b to the same feeding point 27c and 27d. The phase of the high frequency power to be supplied is set to + -60 degrees with respect to the phase of the high frequency power at the feeding points 27a and 27b. Also, the on / off switchers 24a to 24d are operated in the pulse sequence shown in FIG. 3, and the pulse duty (X in the figure) is set to 40% and the repetition frequency of 1 kHz (S in the figure) is set to 1 kHz. .

図3において(イ)は給電点27aと給電点27bとに給電するパルスのon、off動作を示している。(ロ)はon動作時の位相量を示しており、ここでは位相量0°で給電している。一方(ハ)は給電点27cと給電点27dとに給電するパルスのon、off動作を示しており、(ニ)はon動作時の位相量を示している。(ニ)において、位相量は+60°と−60°とを時間的に交互に切り替えて給電される。以上の給電シーケンスと位相制御とにより、高周波アンプ25a、25b、25c、25dから60MHzの高周波電力を給電すると、電極5の左右の給電点27a、27bと給電点27c、27dとには、位相差が+60°と−60°とであるVHFが交互に給電される。その結果、電極5とステージ2との間には、位相量に対応した電界分布が1KHzで変化しながら形成される。なお、真空中における位相変化による電界分布の変化量(移動量)は、周波数60MHzの位相量+60°〜−60°において約167cmとなる。   In FIG. 3, (a) shows an on / off operation of a pulse to be fed to the feeding point 27a and the feeding point 27b. (B) indicates the phase amount during the on operation, and here, power is supplied with a phase amount of 0 °. On the other hand, (c) shows an on / off operation of a pulse to be fed to the feeding point 27c and the feeding point 27d, and (d) shows a phase amount during the on operation. In (D), the phase amount is supplied with power by alternately switching between + 60 ° and −60 ° in terms of time. When high-frequency power of 60 MHz is supplied from the high-frequency amplifiers 25a, 25b, 25c, and 25d by the above-described power supply sequence and phase control, there is a phase difference between the left and right power supply points 27a and 27b and the power supply points 27c and 27d of the electrode 5. VHFs with + 60 ° and −60 ° are fed alternately. As a result, an electric field distribution corresponding to the phase amount is formed between the electrode 5 and the stage 2 while changing at 1 KHz. The change amount (movement amount) of the electric field distribution due to the phase change in vacuum is about 167 cm at the phase amount + 60 ° to −60 ° at the frequency of 60 MHz.

次に、上記のVHFの給電により、Hガスによるプラズマ生成を行い、その分布を評価した。プラズマ分布は、ステージ表面に埋設したイオン捕集プローブ(図示しない)に負(−)電圧を印加して、プラズマからプローブに流入するイオン電流を計測して評価した。放電条件はH流量1000sccm、圧力1000Pa、電極とステージとの間隔5mm、VHF電力1000W×4箇所とした。 Next, plasma generation by H 2 gas was performed by feeding the VHF, and the distribution was evaluated. The plasma distribution was evaluated by applying a negative (−) voltage to an ion collection probe (not shown) embedded in the stage surface and measuring the ion current flowing from the plasma into the probe. The discharge conditions were an H 2 flow rate of 1000 sccm, a pressure of 1000 Pa, an interval between the electrode and the stage of 5 mm, and a VHF power of 1000 W × 4 locations.

以上の条件でプラズマを生成すると、電極5とステージ2との間に形成される電界の定在波分布(電界分布の山)は、前述したように位相量の時間変化に対応して電極の左右に分かれて形成されると予想される。しかしながら、評価した結果では、図4に示すように、計測されたHプラズマの分布は、電界の分布に対応して左右に分離することなく、電極中央部に局在して生成された。なお、イオン電流の計測では、繰り返し周波数1KHzに対して十分に平均化できるよう1秒間積算した。 When plasma is generated under the above conditions, the standing wave distribution of the electric field formed between the electrode 5 and the stage 2 (the peak of the electric field distribution) corresponds to the time variation of the phase amount as described above. It is expected to be divided into left and right. However, as a result of the evaluation, as shown in FIG. 4, the distribution of the measured H 2 plasma was generated in a localized manner in the center of the electrode without being separated into right and left in accordance with the electric field distribution. In the measurement of ion current, integration was performed for 1 second so that it could be sufficiently averaged for a repetition frequency of 1 KHz.

プラズマが電界分布に対応しないで局在して分布してしまう原因は以下のように考えられる。高周波がパルス的に印加されると、印加の瞬間における放電が開始するまでは、電極間のインピーダンスは無負荷状態(まだプラズマが無い状態)となっているので、位相量に対応した電界分布が形成される。次に電極間に形成された電界により放電が開始しプラズマが生成されると、プラズマが新たな電極間のインピーダンス負荷として生じることになる。そのため、初期時の無負荷状態で電極間に形成された電界は、プラズマ負荷を含めた電極間のインピーダンスに対して再形成された分布へと変化する。一瞬変化した電界分布は、当初の電界分布と異なるため、所望のプラズマ分布を形成しない。一旦プラズマが生成されると電極とステージとの間のインピーダンス負荷が確定するため電界分布が安定し、プラズマ分布も確定する。   The reason why the plasma is localized and distributed without corresponding to the electric field distribution is considered as follows. When high frequency is applied in a pulsed manner, the impedance between the electrodes is in an unloaded state (a state in which there is no plasma yet) until the discharge at the moment of application starts, so the electric field distribution corresponding to the phase amount is It is formed. Next, when discharge is started by the electric field formed between the electrodes and plasma is generated, the plasma is generated as an impedance load between the new electrodes. Therefore, the electric field formed between the electrodes in the initial no-load state changes to a re-formed distribution with respect to the impedance between the electrodes including the plasma load. The instantaneous electric field distribution is different from the initial electric field distribution, and therefore does not form a desired plasma distribution. Once the plasma is generated, the impedance load between the electrode and the stage is determined, so that the electric field distribution is stabilized and the plasma distribution is also determined.

この現象は高周波をパルス的に印加すると、パルスの印加初期において電極間のインピーダンスがダイナミックに変化することに起因している。パルスの繰り返し周波数が秒程度の遅い場合は、上記のパルス印加の初期におけるインピーダンスのダイナミックな変化は無視できる。しかし、msec以下の高速になると、パルス幅に占めるインピーダンスがダイナミックに変化する期間が無視できなくなるため、所望のプラズマ分布が得られない問題を生じる。そのため前述の検証実験ではパルス的に印加する高周波の位相差+−60°を1KHzで変化させて電界分布の山(電界の強い凸部分)の位置を変化させているにもかかわらず、プラズマ分布は大きく変化しなかったと考えられる。   This phenomenon is caused by the fact that when a high frequency is applied in a pulsed manner, the impedance between the electrodes changes dynamically in the initial application of the pulse. When the pulse repetition frequency is as slow as about a second, the dynamic change in impedance at the initial stage of pulse application can be ignored. However, at a high speed of less than msec, the period during which the impedance occupying the pulse width changes dynamically cannot be ignored, and thus there is a problem that a desired plasma distribution cannot be obtained. Therefore, in the above-described verification experiment, the plasma distribution is distributed despite the fact that the high-frequency phase difference + -60 ° applied in a pulsed manner is changed at 1 KHz to change the position of the peak of the electric field distribution (the convex portion where the electric field is strong). Seems to have not changed significantly.

このような先行技術の結果は、電極への複数給電によりプラズマ分布の均一化を行う際に、給電箇所とVHF電力の位相とを高速で切り替えると、所望のプラズマ変化が得られず均一化が困難であることを示している。   As a result of such prior art, when the plasma distribution is made uniform by multiple power feeding to the electrodes, if the power feeding location and the phase of the VHF power are switched at high speed, the desired plasma change cannot be obtained and the uniformization is achieved. It is difficult.

以上の課題を解決する本実施の形態による給電方法について述べる。   A power feeding method according to the present embodiment that solves the above problems will be described.

まず、本実施の形態による図5に示す給電方法について説明する。   First, the power feeding method shown in FIG. 5 according to the present embodiment will be described.

給電点27a、27b、27c、27dにVHFを給電する方法を図5に示す。パルス的に給電するVHF電力を一定電力(パルスの高さ一定)で行うのではなく、パルスの初期時にVHF電力を所定値より高くしパルスの残りの期間にVHF電力を所定値にして給電する。   FIG. 5 shows a method of feeding VHF to the feeding points 27a, 27b, 27c, and 27d. Rather than performing the pulsed VHF power supply at a constant power (the pulse height is constant), the VHF power is set higher than a predetermined value at the initial stage of the pulse, and the VHF power is supplied at a predetermined value during the remaining period of the pulse. .

図5に示すパルスにおける初期の電力(H1+H2)は、パルスにおける定常状態の電力(H1)に対して5%以上高くすることが好ましい。   The initial power (H1 + H2) in the pulse shown in FIG. 5 is preferably higher by 5% or more than the steady-state power (H1) in the pulse.

仮に、初期の電力(H1+H2)がパルスにおける定常状態の電力(H1)に対して5%未満の割合で高くなっている場合、インピーダンスのダイナミックな変化による電界形成への影響が顕在化し、所望のプラズマ分布が得られない傾向にある。   If the initial power (H1 + H2) is higher than the steady-state power (H1) in the pulse at a rate of less than 5%, the influence on the electric field formation due to the dynamic change of impedance becomes obvious and desired There is a tendency that plasma distribution cannot be obtained.

また、電力を高くする期間(W2)は、例えば、パルス幅(W1)における最初の5%以上20%以下の期間であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the period (W2) which makes electric power high is the period of the beginning 5% or more and 20% or less in the pulse width (W1), for example.

仮に、電力を高くする期間(W2)がパルス幅(W1)の5%未満である場合、インピーダンスのダイナミックな変化による電界形成への影響が顕在化し、所望のプラズマ分布が得られない傾向にある。あるいは、仮に、電力を高くする期間(W2)がパルス幅(W1)の20%より長くなると、プラズマ特性に影響を及ぼすことになり、所望のプラズマ分布が得られない傾向にある。   If the period (W2) during which the power is increased is less than 5% of the pulse width (W1), the influence of the dynamic change of the impedance on the electric field formation becomes obvious, and the desired plasma distribution tends not to be obtained. . Or, if the period (W2) during which the power is increased is longer than 20% of the pulse width (W1), the plasma characteristics will be affected, and the desired plasma distribution tends to be not obtained.

なお、これら値は、放電条件により最適化することができる。   These values can be optimized depending on the discharge conditions.

本実施の形態による図5に示す給電方法を用いて、プラズマ分布の評価を行った結果を図6に示す。この評価では、図5に示す初期の電力(H1+H2)は、定常状態の電力(H1)に対して30%増とした。又、高くする期間(W2)は、パルス幅(W1)における最初の10%とした。   FIG. 6 shows the result of evaluation of plasma distribution using the power feeding method shown in FIG. 5 according to this embodiment. In this evaluation, the initial power (H1 + H2) shown in FIG. 5 was increased by 30% with respect to the steady-state power (H1). Further, the period (W2) to be increased is set to the first 10% in the pulse width (W1).

その結果、図6に示すように、プラズマ分布は、分布の山(凸部)が電極の長辺方向に分離して2つ形成された。このように電界分布の変化に対応してプラズマが生成されるのは、パルスの初期時に定常のVHF電力(H1)より高い電力(H2)を印加することで、インピーダンスのダイナミックな変化による電界形成への影響を小さくできるからと考えられる。なお、分布の山と山との間隔は約80cmであり、前述した真空中の電界分布の移動量に対して小さい値となっているが、これはプラズマ中を伝播するVHFの波長短縮(通常プラズマ中での短縮率は0.5〜0.9)によるものである。すなわち、先行技術に比べて、均一なプラズマ分布が得られることが確認された。   As a result, as shown in FIG. 6, two plasma distributions were formed with the peaks (convex portions) of the distribution separated in the long side direction of the electrode. As described above, the plasma is generated in response to the change in the electric field distribution because the electric field is formed by the dynamic change of the impedance by applying the power (H2) higher than the steady VHF power (H1) at the initial stage of the pulse. This is thought to be because the impact on the environment can be reduced. The distance between the peaks of the distribution is about 80 cm, which is a small value with respect to the movement amount of the electric field distribution in the vacuum described above. This is a reduction in the wavelength of VHF propagating in the plasma (usually The shortening rate in the plasma is from 0.5 to 0.9). That is, it was confirmed that a uniform plasma distribution can be obtained as compared with the prior art.

次に、本実施の形態による図7に示す給電方法について説明する。図7に示す給電方法では、パルスの初期時にVHF電力を所定値より高くしパルスの残りの期間にVHF電力を所定値にして給電する点は、図5に示す給電方法と同様である。   Next, the power feeding method shown in FIG. 7 according to the present embodiment will be described. The power supply method shown in FIG. 7 is the same as the power supply method shown in FIG. 5 in that the VHF power is set higher than a predetermined value at the initial stage of the pulse and the VHF power is set to a predetermined value during the remaining period of the pulse.

電極5に給電点27a、27b、27c、27dの4箇所からVHFをパルス的に給電するシーケンスと位相との関係を図7に示す。4箇所に給電するパターンは(X)、(Y)、(Z)の3つで1サイクル(S)となっている。まず(X)の期間では、給電点27a〜27dの4箇所とも0°の同位相で給電する。次の(Y)の期間では、給電点27a、27bを0°の同位相で、給電点27c、27dを−180°の逆位相で給電する。最後の(Z)期間では、給電点27a、27cを0°の同位相で、給電点27b、27dを−180°の逆位相で給電する。   FIG. 7 shows a relationship between a sequence and a phase in which VHF is supplied in a pulse manner to the electrode 5 from the four feeding points 27a, 27b, 27c, and 27d. There are three patterns (X), (Y), and (Z) for supplying power to the four places, which is one cycle (S). First, during the period (X), power is fed at the same phase of 0 ° at all four feeding points 27a to 27d. In the next period (Y), the feeding points 27a and 27b are fed with the same phase of 0 °, and the feeding points 27c and 27d are fed with the opposite phase of −180 °. In the last (Z) period, the feeding points 27a and 27c are fed with the same phase of 0 °, and the feeding points 27b and 27d are fed with the opposite phase of −180 °.

(X)〜(Z)の1サイクルの繰り返しを1KHzで行い、(X)、(Y)、(Z)の期間のそれぞれのデューティー比を30%とした。以上の給電方法でプラズマを生成すると、図8に示した3つのパターンのプラズマ分布が形成される。(X)の期間では、4つの給電点ともに同相で給電するので、電極の中央部に凸型のプラズマ分布が形成される。(Y)の期間では、電極長辺方向で同相/逆相給電をするので、電極の中央が谷となり、短辺の両側にかけてプラズマが強くなる分布が形成される。(Z)の期間では、電極短辺方向で同相/逆相給電をするので、電極の中央が谷となり、電極の中央から長辺の両側にかけてプラズマが強くなる分布が形成される。   One cycle of (X) to (Z) was repeated at 1 KHz, and each duty ratio in the periods (X), (Y), and (Z) was set to 30%. When plasma is generated by the above power supply method, the three patterns of plasma distribution shown in FIG. 8 are formed. In the period (X), since the four feeding points are fed in phase, a convex plasma distribution is formed at the center of the electrode. In the period (Y), since in-phase / reverse-phase power feeding is performed in the direction of the long side of the electrode, a distribution is formed in which the center of the electrode becomes a valley and the plasma becomes stronger on both sides of the short side. In the period (Z), since in-phase / reverse-phase power feeding is performed in the direction of the short side of the electrode, a distribution is formed in which the center of the electrode becomes a valley and the plasma becomes stronger from the center of the electrode to both sides of the long side.

図7に示す3つのパターン(X)、(Y)、(Z)を1KHzで繰り返すことにより、プラズマ分布も図8に示す(X)、(Y)、(Z)の3つのパターンで変化・移動しながら生成される。その結果、時間平均で図9に示すプラズマ分布が得られた。この場合のプラズマ分布の均一性は、1.4m×1.1mの領域において13%が得られ、大面積に均一なプラズマを生成することができた。すなわち、先行技術に比べて、さらに均一なプラズマ分布が得られることが確認された。   By repeating the three patterns (X), (Y), and (Z) shown in FIG. 7 at 1 KHz, the plasma distribution also changes in the three patterns (X), (Y), and (Z) shown in FIG. Generated while moving. As a result, the plasma distribution shown in FIG. 9 was obtained on a time average. In this case, the uniformity of the plasma distribution was 13% in a 1.4 m × 1.1 m region, and a uniform plasma could be generated over a large area. That is, it was confirmed that a more uniform plasma distribution can be obtained as compared with the prior art.

次に、プラズマ成膜装置100に上記の図7に示す給電方法を適用して、シランガス(SiH)と水素ガス(H)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。 Next, the power supply method shown in FIG. 7 is applied to the plasma film forming apparatus 100 to generate high-frequency plasma with a mixed gas of silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ), and a large-area glass substrate. An experimental example in which a microcrystalline silicon film is deposited will be described.

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(SiH)及び水素ガス(H)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からVHF帯60MHzの高周波電力を供給して、シラン(SiH)/水素(H)の混合プラズマを発生させた。高周波アンプ25a〜25dの出力は、それぞれ2000Wとし、前述した図7に示す給電方法により給電点27a〜27dに給電し、20分間成膜を行った。 In FIG. 1, a 1400 mm × 1100 mm glass substrate (thickness: 4 mm) was placed on the stage 2 as the deposition target substrate 9. The deposition target substrate 9 was heated to 200 ° C. using a sheath heater (not shown) built in the stage 2. Next, the height position of the stage 2 was adjusted so that the distance between the shower plate 7 and the deposition target substrate 9 was 10 mm. In this state, silane gas (SiH 4 ) and hydrogen gas (H 2 ) were supplied to the gas supply port 6 at flow rates of 1 slm and 50 slm, respectively, and the gas pressure in the film forming chamber 8 was adjusted to 1000 Pa. After the gas pressure was stabilized, high-frequency power in the VHF band 60 MHz was supplied to the electrode 5 from the high-frequency power supply system shown in FIG. 2 to generate a mixed plasma of silane (SiH 4 ) / hydrogen (H 2 ). The outputs of the high-frequency amplifiers 25a to 25d were 2000 W, respectively, and power was supplied to the power supply points 27a to 27d by the above-described power supply method shown in FIG.

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±15%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。   As a result of such an experiment, a silicon-based thin film of 2 μm was deposited on the glass substrate, and the in-plane film thickness distribution was within ± 15% of the average value. Assuming that the formed thin film is used for a solar cell, the crystallization rate of the film estimated by Raman spectroscopy is Ic / Ia = 7.2, which is suitable for a thin film solar cell using microcrystalline silicon. A crystalline silicon thin film was obtained.

なお、高周波アンプ25a〜25dの出力は前述の値に限ることなく、プロセス条件(ガス圧力、ガス流量、電極とステージとの間の距離)に対応してそれぞれの出力値を変えることにより均一なプラズマ分布を得ることができる。   Note that the outputs of the high-frequency amplifiers 25a to 25d are not limited to the above-mentioned values, but can be made uniform by changing the respective output values corresponding to the process conditions (gas pressure, gas flow rate, distance between the electrode and the stage). Plasma distribution can be obtained.

その場合、複数の給電点27a〜27dには、定常状態の高周波電力H1の小さい給電点と定常状態の高周波電力H1の大きい給電点とが混在することになる。このとき、定常状態の高周波電力H1の小さい給電点は、定常状態の高周波電力H1の大きい給電点に比べて、パルスの初期に給電する高周波電力(H1+H2)の定常状態の電力(H1)に対する割合(すなわち、(H1+H2)/H1)を大きくする。これにより、所望のプラズマ分布が得られやすい。   In this case, a plurality of feeding points 27a to 27d include a feeding point having a small steady state high frequency power H1 and a feeding point having a large steady state high frequency power H1. At this time, the feeding point where the steady state high frequency power H1 is small is higher than the feeding point where the steady state high frequency power H1 is large. The ratio of the high frequency power (H1 + H2) fed at the initial stage of the pulse to the steady state power (H1). (That is, (H1 + H2) / H1) is increased. Thereby, a desired plasma distribution is easily obtained.

以上のように、実施の形態では、電極への複数給電をパルス的に切り替えて行う場合、パルスが切り替わる初期に高周波の電力を大きくする。すなわち、電極に複数の高周波の給電点を設け、給電点にはパルス変調された高周波を給電し、パルスのon時間の最初の5%乃至20%の期間は、残りの期間の高周波電力より5%以上高く給電される。   As described above, in the embodiment, when a plurality of power supplies to the electrodes are switched in a pulse manner, the high-frequency power is increased at the initial stage when the pulses are switched. That is, a plurality of high-frequency feeding points are provided on the electrode, and a pulse-modulated high frequency is fed to the feeding point. The first 5% to 20% of the pulse on time is 5% higher than the high-frequency power in the remaining period. The power is supplied more than 50%

この給電方法において、プラズマ電極へ複数箇所からパルス的に高周波を給電する際、パルスの初期の高周波電力を残りの期間より高めたことにより、プラズマを確実に形成できるため、パルスの繰り返し周波数を高めた場合でも所望のプラズマ分布を得ることができ、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。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。   In this power supply method, when supplying high-frequency power to the plasma electrode from multiple locations in a pulsed manner, the initial high-frequency power of the pulse is increased from the rest of the period, so that plasma can be reliably formed, so the pulse repetition frequency is increased. In this case, a desired plasma distribution can be obtained, and a uniform plasma can be obtained even when a substrate having a large area is processed. That is, even when a substrate having a large area is processed by supplying high-frequency power in the VHF band, uniform plasma can be obtained.

ここで、仮に、定常状態の高周波電力H1の小さい給電点と大きい給電点とで割合((H1+H2)/H1)を同じにすると、高周波電力H1の小さい給電点では、パルスの初期時のプラズマインピーダンスのダイナミックな変化に対して影響を受け易いため、所望の電界を形成しにくくなる。   Here, assuming that the ratio ((H1 + H2) / H1) is the same between the small feeding point of the high-frequency power H1 in the steady state and the large feeding point, the plasma impedance at the initial stage of the pulse at the feeding point with the small high-frequency power H1. Therefore, it is difficult to form a desired electric field.

それに対して、実施の形態では、定常状態の高周波電力H1の小さい給電点における割合((H1+H2)/H1)を、定常状態の高周波電力H1の大きい給電点における割合((H1+H2)/H1)よりも大きくするので、パルスの初期時のプラズマインピーダンスのダイナミックな変化に対する影響の受けやすさを両者で均等化できる。これにより、均一なプラズマを得ることが容易になる。   On the other hand, in the embodiment, the ratio ((H1 + H2) / H1) at the small power supply point of the steady state high frequency power H1 is greater than the ratio ((H1 + H2) / H1) at the large power supply point in the steady state high frequency power H1. Therefore, the sensitivity to the influence of the dynamic change of the plasma impedance at the initial stage of the pulse can be equalized. This facilitates obtaining uniform plasma.

なお、上記の実施の形態では、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(SiH)と水素(H)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。 In the above embodiment, numerical values are shown for parameters such as gas flow rate, pressure, and high-frequency power, but these numerical values can be changed as appropriate. Further, although the case of a mixed gas of silane (SiH 4 ) and hydrogen (H 2 ) has been described as a film forming gas for forming a silicon thin film, a rare gas such as Ar or Ne may be further added. In addition, an appropriate gas type is selected according to the purpose of the process.

また、上記の実施の形態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。   In the plasma film forming apparatus according to the above embodiment, the configuration in which the film forming chamber 8 is formed by the vacuum chamber 1 and the electrode 5 is illustrated. However, the electrode 5 and the stage 2 are formed in the film forming chamber 8. The same effect can be obtained even if the power feeding method described in the above embodiment is applied to the configuration in which the above are arranged.

また、上記の実施の形態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。   Moreover, the plasma film-forming apparatus concerning said embodiment is applicable also to a plasma etching apparatus, an ashing apparatus, a sputtering apparatus etc., for example.

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。   In the above description, the horizontal film forming chamber 8 has been described. However, the plasma film forming apparatus according to the above embodiment can be applied to a vertical film forming chamber. Which type of film forming chamber is adopted can be appropriately selected according to the use of the plasma apparatus.

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。   As described above, the plasma film forming apparatus according to the present invention is useful for an apparatus for forming a thin film such as an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film on a substrate.

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
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 高周波電源
21 信号発生器
22 分配器
23 位相器
23a、23b、23c、23d 位相調整部
24a、24b、24c、24d オン/オフ切り替え器
25a、25b、25c、25d 高周波アンプ
26a、26b、26c、26d マッチャー
27a、27b、27c、27d 給電点
100 プラズマ成膜装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 2 Stage 3 Exhaust port 4 Insulating flange 5 Electrode 5a 1st main surface 5b 2nd main surface 5b1, 5b2 Short side 6 Gas supply port 7 Shower plate 8 Deposition chamber 9 Deposition substrate 10a, 10b, 10c, 10d High-frequency power supply 21 Signal generator 22 Divider 23 Phaser 23a, 23b, 23c, 23d Phase adjustment unit 24a, 24b, 24c, 24d On / off switchers 25a, 25b, 25c, 25d High-frequency amplifiers 26a, 26b, 26c, 26d Matcher 27a, 27b, 27c, 27d Feed point 100 Plasma deposition system

Claims (3)

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の主面は複数の給電点を有し、
前記複数の給電点のそれぞれには、パルス変調された高周波電力が給電され、
前記高周波電力におけるパルスは、on時間における第1の期間に第1の電力を有し、前記on時間における前記第1の期間に続く第2の期間に第2の電力を有し、
前記第1の電力は、前記第2の電力より5%以上高く、
前記第1の期間は、前記on時間における最初の5%以上20%以下の期間であり、
前記第2の期間は、前記on時間における残りの期間である
ことを特徴とするプラズマ成膜装置。
A deposition chamber is formed by the vacuum chamber and the first electrode, and a deposition target substrate is placed on the second electrode disposed opposite to the first electrode in the deposition chamber. A plasma film forming apparatus for forming a film using a plasma generated between one electrode and the second electrode,
The second main surface of the first electrode opposite to the first main surface facing the second electrode has a plurality of feeding points,
Each of the plurality of feeding points is fed with pulse-modulated high frequency power,
The pulse in the high frequency power has a first power in a first period in the on time, and has a second power in a second period following the first period in the on time,
The first power is rather high 5% or more than said second power,
The first period is a period of not less than the first 5% and not more than 20% in the on time,
The plasma deposition apparatus, wherein the second period is a remaining period of the on time .
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の主面は複数の給電点を有し、
前記複数の給電点のそれぞれには、パルス変調された高周波電力が給電され、
前記高周波電力におけるパルスは、on時間における第1の期間に第1の電力を有し、前記on時間における前記第1の期間に続く第2の期間に第2の電力を有し、
前記第1の電力は、前記第2の電力より5%以上高く、
前記複数の給電点は、
第1の給電点と、
前記第1の給電点より大きな高周波電力が給電される第2の給電点と、
を有し、
前記第1の給電点における前記第1の電力の前記第2の電力に対する割合は、前記第2の給電点における前記第1の電力の前記第2の電力に対する割合より大きい
ことを特徴とするプラズマ成膜装置。
A deposition chamber is formed by the vacuum chamber and the first electrode, and a deposition target substrate is placed on the second electrode disposed opposite to the first electrode in the deposition chamber. A plasma film forming apparatus for forming a film using a plasma generated between one electrode and the second electrode,
The second main surface of the first electrode opposite to the first main surface facing the second electrode has a plurality of feeding points,
Each of the plurality of feeding points is fed with pulse-modulated high frequency power,
The pulse in the high frequency power has a first power in a first period in the on time, and has a second power in a second period following the first period in the on time,
The first power is rather high 5% or more than said second power,
The plurality of feeding points are:
A first feeding point;
A second feeding point to which a high-frequency power larger than the first feeding point is fed;
Have
The ratio of the first power to the second power at the first feeding point is greater than the ratio of the first power to the second power at the second feeding point.
A plasma film forming apparatus characterized by the above .
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の主面は複数の給電点を有し、
前記プラズマ成膜方法は、前記複数の給電点のそれぞれに、パルス変調された高周波電力が給電される給電工程を含み、
前記給電工程は、
前記複数の給電点のそれぞれに第1の電力を給電する第1の工程と、
前記第1の工程に続いて、前記複数の給電点のそれぞれに第2の電力を給電する第2の工程と、
を含み、
前記第1の電力は、前記第2の電力より5%以上高く、
前記第1の工程は、パルスのon時間における最初の5%乃至20%の期間に行われ、
前記第2の工程は、前記on時間における残りの期間に行われる
ことを特徴とする記載のプラズマ成膜方法。
A deposition chamber is formed by the vacuum chamber and the first electrode, and a deposition target substrate is placed on the second electrode disposed opposite to the first electrode in the deposition chamber. A plasma film forming method for forming a film using a plasma generated between one electrode and the second electrode,
The second main surface of the first electrode opposite to the first main surface facing the second electrode has a plurality of feeding points,
The plasma film forming method includes a power feeding step in which pulse-modulated high frequency power is fed to each of the plurality of power feeding points,
The power feeding step
A first step of feeding a first power to each of the plurality of feeding points;
Following the first step, a second step of feeding a second power to each of the plurality of feeding points;
Including
The first power is rather high 5% or more than said second power,
The first step is performed in the first 5% to 20% period of the pulse on time,
2. The plasma film forming method according to claim 1, wherein the second step is performed during the remaining period of the on time .
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