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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023108044
(43)【公開日】2023-08-03
(54)【発明の名称】高周波プラズマ発生装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/46 20060101AFI20230727BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20230727BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230727BHJP
C23C 16/509 20060101ALI20230727BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 M
H01L21/31 C
H01L21/302 101B
C23C16/509
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
【公開請求】
(21)【出願番号】P 2023099830
(22)【出願日】2023-06-19
(71)【出願人】
【識別番号】303034908
【氏名又は名称】村田 正義
(72)【発明者】
【氏名】村田正義
(57)【要約】
【課題】
液晶デイスプレイや有機ＥＬデイスプレイ等の製造に用いられる平行平板型（容量結合型）電極を用いた高周波プラズマ発生装置は、給電棒からプラズマ生成領域へ供給される高周波電力波が伝播路の途中の壁で反射し、電力損失が発生してジュール熱が発生するという問題を抱えている。この問題を解決可能な高周波プラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】
床板と壁板と天板で構成される反応容器の内部に配置された平板型の非接地電極と接地電極とを備えた高周波プラズマ発生装置において、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする。
【選択図】図１
液晶デイスプレイや有機ＥＬデイスプレイ等の製造に用いられる平行平板型（容量結合型）電極を用いた高周波プラズマ発生装置は、給電棒からプラズマ生成領域へ供給される高周波電力波が伝播路の途中の壁で反射し、電力損失が発生してジュール熱が発生するという問題を抱えている。この問題を解決可能な高周波プラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】
床板と壁板と天板で構成される反応容器の内部に配置された平板型の非接地電極と接地電極とを備えた高周波プラズマ発生装置において、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応性ガス供給系及び排気系を備え、床板と壁板と天板で構成される反応容器と、前記天板に平行に配置された平板型の非接地電極と、前記非接地電極に対向して配置される接地電極と、少なくとも高周波電源と整合器と真空装置用電流導入端子と給電棒を有する高周波電力供給手段と、を備え、前記非接地電極と前記接地電極に挟まれたプラズマ生成領域でプラズマを発生させ、前記プラズマ生成領域に収容した基板にプラズマ処理を施す高周波プラズマ発生装置において、
前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項2】
前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面の辺の角部は面取り加工が施されることを特徴とする請求項１に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項3】
前記廻り縁の断面形状は、三角形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項4】
前記反応容器は、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面の角部の周辺領域に、電気的に接地された導波板を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項5】
前記高周波電源は、周波数１３．５６ＭＨｚ、又は２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚ、又は５４．２４ＭＨｚ、又は６７．８ＭＨｚを発生することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項6】
前記反応性ガスは、少なくともシランガス又は有機シランガスを含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項7】
前記反応性ガスは、少なくとも水素又は酸素又は塩素を含むことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の高周波プラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、大面積基板を対象にした高周波プラズマ発生装置に関する。特に、プラズマＣＶＤによる薄膜形成、プラズマＡＬＤによる薄膜形成及びプラズマエッチングによる微細加工に用いられる大面積高周波プラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶デイスプレイ、有機ＥＬデイスプレイ及び各種半導体デバイス等の製造には、プラズマＣＶＤ装置、プラズマＡＬＤ装置及びプラズマエッチング装置等が活用されている。
近年、プラズマＣＶＤ装置、プラズマＡＬＤ装置及びプラズマエッチング装置の応用分野では、液晶ディスプレイパネル及び有機ＥＬディスプレイパネルの大画面化、高品質化、低価格化のニーズが更に強くなり、それらの生産に用いるマザーガラスの大型化への取り組みが、鋭意進められている。なお、マザーガラスの寸法は、第１０世代：２，８８０ｍｍｘ３，１００ｍｍ、第１１世代：３，０００ｍｍｘ３，３２０ｍｍと言われている。
プラズマ応用分野において、プラズマ処理の高品質化を図るには、プラズマによるダメージ（イオン衝撃による基板の損傷）を抑制することが必要である。プラズマによるダメージ（イオン衝撃による基板の損傷）を抑制する手段として、電源周波数を工業周波数の１３．５６ＭＨｚより高くすることが効果的であることが、一般に知られている。
しかしながら、電源周波数を高くすると、工業周波数である１３．５６ＭＨｚ（真空中での波長：２２．１２ｍ）の場合に比べて、波長が短くなり、プラズマ生成領域である電極間に供給電力の定在波が発生する。前記定在波の発生は、均一なプラズマの生成を阻害する、という問題を起こす。この定在波に起因するプラズマの不均一化という問題は、プラズマを励起する電磁波固有の現象であることから、高周波プラズマ発生装置では避けて通れない問題である。
近年、プラズマＣＶＤ装置、プラズマＡＬＤ装置及びプラズマエッチング装置の応用分野では、液晶ディスプレイパネル及び有機ＥＬディスプレイパネルの大画面化、高品質化、低価格化のニーズが更に強くなり、それらの生産に用いるマザーガラスの大型化への取り組みが、鋭意進められている。なお、マザーガラスの寸法は、第１０世代：２，８８０ｍｍｘ３，１００ｍｍ、第１１世代：３，０００ｍｍｘ３，３２０ｍｍと言われている。
プラズマ応用分野において、プラズマ処理の高品質化を図るには、プラズマによるダメージ（イオン衝撃による基板の損傷）を抑制することが必要である。プラズマによるダメージ（イオン衝撃による基板の損傷）を抑制する手段として、電源周波数を工業周波数の１３．５６ＭＨｚより高くすることが効果的であることが、一般に知られている。
しかしながら、電源周波数を高くすると、工業周波数である１３．５６ＭＨｚ（真空中での波長：２２．１２ｍ）の場合に比べて、波長が短くなり、プラズマ生成領域である電極間に供給電力の定在波が発生する。前記定在波の発生は、均一なプラズマの生成を阻害する、という問題を起こす。この定在波に起因するプラズマの不均一化という問題は、プラズマを励起する電磁波固有の現象であることから、高周波プラズマ発生装置では避けて通れない問題である。
【0003】
特許文献１には、容量結合型平行平板プラズマ処理装置の電源の高周波数化の問題に関し、以下に示す主旨の記述がある。
従来、上部電極への給電は給電棒を介して行っており、給電棒の周囲をチャンバーと略同一寸法の箱で覆って電磁波を遮蔽している。しかし、給電棒のインダクタンスが非常に大きいため、上部電極への供給高周波電力の周波数が高くなると、プラズマからの反射波の高調波が給電棒のインダクタンス成分のために反射され、さらに給電棒が設置されている箱の中の至るところで反射し、反射した高調波がプラズマに接触している上部電極表面に戻る。電極径が大きい場合、電極表面に定在波が生成されやすい。その結果、電極表面の電界分布が不均一になる。電極径が２５０ｍｍ～３００ｍｍの場合に、電極表面に定在波が生成されやすく、このような定在波が生じると電極表面の電界分布が不均一になる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献１は、板状部材を非接地電極に対向配置し、且つ該電極にローパスフィルターを設けることにより給電棒のインダクタンスを低下させるとともに、高調波をグランドに落とすことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
従来、上部電極への給電は給電棒を介して行っており、給電棒の周囲をチャンバーと略同一寸法の箱で覆って電磁波を遮蔽している。しかし、給電棒のインダクタンスが非常に大きいため、上部電極への供給高周波電力の周波数が高くなると、プラズマからの反射波の高調波が給電棒のインダクタンス成分のために反射され、さらに給電棒が設置されている箱の中の至るところで反射し、反射した高調波がプラズマに接触している上部電極表面に戻る。電極径が大きい場合、電極表面に定在波が生成されやすい。その結果、電極表面の電界分布が不均一になる。電極径が２５０ｍｍ～３００ｍｍの場合に、電極表面に定在波が生成されやすく、このような定在波が生じると電極表面の電界分布が不均一になる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献１は、板状部材を非接地電極に対向配置し、且つ該電極にローパスフィルターを設けることにより給電棒のインダクタンスを低下させるとともに、高調波をグランドに落とすことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
【0004】
特許文献２には、容量結合型平行平板プラズマ処理装置の電源の高周波数化の問題に関し、以下に示す主旨の記述がある。
印加周波数を上昇させると、高周波電流は電極のごく表面しか流れないようになり、給電棒から電極に供給された高周波電力は、電極裏面を通って電極の円周方向に至り、電極のプラズマ接触面を円周側から中心に向かって徐々に供給される。また、上部電極の円周部分は絶縁体（容量成分）で囲まれており、絶縁体の外側のチャンバーは保安接地されている。このため、上部電極のプラズマ接触面で干渉作用により定在波が形成され、電極径方向での電界分布が不均一になる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献２は、給電部材の給電位置を移動させる移動機構を有する（給電棒の位置を時間的に変化させる）ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
印加周波数を上昇させると、高周波電流は電極のごく表面しか流れないようになり、給電棒から電極に供給された高周波電力は、電極裏面を通って電極の円周方向に至り、電極のプラズマ接触面を円周側から中心に向かって徐々に供給される。また、上部電極の円周部分は絶縁体（容量成分）で囲まれており、絶縁体の外側のチャンバーは保安接地されている。このため、上部電極のプラズマ接触面で干渉作用により定在波が形成され、電極径方向での電界分布が不均一になる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献２は、給電部材の給電位置を移動させる移動機構を有する（給電棒の位置を時間的に変化させる）ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
【0005】
特許文献３には、容量結合型平行平板プラズマ処理装置の電源の高周波数化の問題に関し、以下に示す主旨の記述がある。
基板の大型化に伴う電極の大型化には、定在波の問題がある。高周波電源として、通常１３．５６ＭＨｚ又は２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電源が用いられ得る。基板のサイズが１ｍ×１ｍ以下では、堆積すべき膜の種類に応じて成膜条件を最適化することにより、得られる膜厚分布は±１０％以下にすることができる。しかし、基板サイズが１ｍ×１ｍ以上になると、定在波の発生により、膜厚分布の所望の均一性を確保することができなくなる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献３は、非接地電極に複数個の誘電体が埋め込まれ、 前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径がλ／８～λ／４の範囲に設定された第１の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が７：３～５：５であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
基板の大型化に伴う電極の大型化には、定在波の問題がある。高周波電源として、通常１３．５６ＭＨｚ又は２７．１２ＭＨｚの周波数の高周波電源が用いられ得る。基板のサイズが１ｍ×１ｍ以下では、堆積すべき膜の種類に応じて成膜条件を最適化することにより、得られる膜厚分布は±１０％以下にすることができる。しかし、基板サイズが１ｍ×１ｍ以上になると、定在波の発生により、膜厚分布の所望の均一性を確保することができなくなる、という問題がある。この問題を解決するために、特許文献３は、非接地電極に複数個の誘電体が埋め込まれ、 前記電極に供給する高周波電力の周波数の波長をλとする時、電極の中心を中心とする直径がλ／８～λ／４の範囲に設定された第１の円形領域では、前記電極の表面における金属の表面積と前記誘電体の表面積の割合が７：３～５：５であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
【0006】
特許文献４には、容量結合型平行平板プラズマ処理装置の電源の高周波数化の問題に関し、以下に示す主旨の記述がある。
従来のプラズマＣＶＤ装置では、シャワープレート電極の裏側の面（プラズマ発生領域から見て裏側の面）の中心１点を介して高周波電圧を印加している。この従来の方法では、該シャワープレート電極の面積が増大すると、成膜ガスを均一にプラズマ化することが原理的に困難である。これは高周波特有の定在波の問題である。この問題を解決するために、特許文献４は、シャワーヘッド電極の構造が、原料ガスを大面積状態に拡散させ、流れ分布を均一化する手段を内包した容器状のヘッド本体と、前記ヘッド本体の開口を覆い、ガス噴出孔を備えた一枚のシャワープレートを備えること、複数の電源装置を有し、各前記電源装置には位相制御装置が接続され、前記位相制御装置は、各前記電源装置が出力する高周波電圧の位相をそれぞれ制御するように構成され、各前記電源装置は、前記ヘッド本体の底面に中心から等距離で異なる位置に配置された給電点にそれぞれ接続されること、を特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
従来のプラズマＣＶＤ装置では、シャワープレート電極の裏側の面（プラズマ発生領域から見て裏側の面）の中心１点を介して高周波電圧を印加している。この従来の方法では、該シャワープレート電極の面積が増大すると、成膜ガスを均一にプラズマ化することが原理的に困難である。これは高周波特有の定在波の問題である。この問題を解決するために、特許文献４は、シャワーヘッド電極の構造が、原料ガスを大面積状態に拡散させ、流れ分布を均一化する手段を内包した容器状のヘッド本体と、前記ヘッド本体の開口を覆い、ガス噴出孔を備えた一枚のシャワープレートを備えること、複数の電源装置を有し、各前記電源装置には位相制御装置が接続され、前記位相制御装置は、各前記電源装置が出力する高周波電圧の位相をそれぞれ制御するように構成され、各前記電源装置は、前記ヘッド本体の底面に中心から等距離で異なる位置に配置された給電点にそれぞれ接続されること、を特徴とするプラズマＣＶＤ装置を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開２０００－３３１９９６
【特許文献2】特開２００１－０６０５８１
【特許文献3】特開２００６－３２４６０３
【特許文献4】特開２００５－２２０３６８
【0008】
【非特許文献1】高橋秀俊、電磁気学（１９６３）、裳華房、３１９－３２２
【非特許文献2】R.P.Feynman, R.B.Leightion, M.L.Sands著（戸田盛和訳）、ファインマン物理学、四電磁波と物性（１９７１）、岩波書店、２４－２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
従来、高周波プラズマ発生装置に関する問題として、定在波に起因するプラズマの不均一化の問題が指摘されている。この定在波の問題に対応可能な装置としては、例えば、特許文献５に記載の高周波プラズマ発生装置がある。しかしながら、特許文献５には位相制御の方法が明確に示されておらず、位相制御によるプラズマの不均一化への効果が懸念される。即ち、従来の高周波プラズマ発生装置が抱える定在波に起因するプラズマの不均一化の問題は依然として、残されている。
更に、従来の高周波プラズマ発生装置では、前記プラズマの不均一化の問題の他に、プラズマ発生のための電力供給系における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。即ち、非接地電極に設けられた給電点からプラズマ生成領域へ電力を送電する電力伝播路において、以下に説明するように、電磁波の反射に係わる電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題が、未解決の課題として残されている。
更に、従来の高周波プラズマ発生装置では、前記プラズマの不均一化の問題の他に、プラズマ発生のための電力供給系における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。即ち、非接地電極に設けられた給電点からプラズマ生成領域へ電力を送電する電力伝播路において、以下に説明するように、電磁波の反射に係わる電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題が、未解決の課題として残されている。
【0010】
特許文献１及び特許文献２に記載の高周波プラズマ発生装置は、図１２に示されるように、床板１００ａ－２と壁板１００ａ－３と天板１００ａ－１で構成される円筒型の真空容器１００ａ、円板型の非接地電極１０１ａ及び円板型の接地電極１０２ａからなる一対の平行平板型電極（容量結合型平行平板電極）、高周波電源１０３ａ、整合器１０４ａ、給電棒１０５ａ、給電点１０６ａを備え、該一対の平行平板型電極間にプラズマ１０７ａを生成し、基板１０８ａにプラズマ処理を行う。なお、非接地電極１０１ａは、図示しない空洞を有する非接地電極本体と図示しないガス噴出孔を有するシャワープレート電極で構成される。
図１２に示されるプラズマ発生装置において、高周波電源１０３ａの出力である高周波電力は、給電棒１０５ａから放射され、円板型の天板１００ａ－１と円板型の非接地電極１０１ａの裏面（プラズマ１０７ａから見て裏側の面）の間、及び該真空容器１００ａの壁板１００ａ－３と該非接地電極１０１ａの側面の間を伝播し、非接地電極１０１ａと接地電極１０２ａの間に供給される。即ち、図１２において、給電棒１０５ａから放射された高周波電力波は、円筒型の真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の空間を電磁波として伝播する。なお、真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の空間には、一般にセラミックス等の誘電体が配置され、該空間での放電発生が抑制される。また、誘電体を配置しない場合には、真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の距離ｄを放電抑制の条件を満たす所要の値に設定され、該空間での放電が抑制される。なお、放電開始の電圧は、圧力ｐと距離ｄの積ｐ・ｄに依存する（パッシェン則）ことが知られている。
給電棒１０５ａから放射された高周波数の電力波は、図１２に電磁波Ｗｉ１１、Ｗｉ１２として示されるように、給電棒１０５ａから天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａの間を、真空容器１００ａの壁板１００ａ－３へ向けて進行し、その大部分は真空容器１００ａの壁板１００ａ－３で反射されて退行波Ｗｒ１１、Ｗｒ１２として退行し、前記真空容器１００ａの他方の壁板１００ａ－３との間で反射を繰り返す。その結果、給電棒１０５ａから放射された電力波の大部分は、真空容器１００ａの天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａに挟まれた空間で消費され、ジュール熱が発生する。電磁波が金属板にその法線方向から入射した場合の反射率は８０％以上と高いことから、図１２に示されるプラズマ発生装置では、給電棒１０５ａから放射された高周波数の電力波の大部分は、前記天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａの間の空間で消費され、ジュール熱が発生する。
前記電磁波Ｗｉ１１、Ｗｉ１２の一部分は、回折して進行方向を９０°曲げて前記真空容器１００ａの壁板１００ａ－３に沿って進み、非接地電極１０１ａと接地電極１０２ａの間に電力波１０９ａａ、１０９ａｂとして伝播する。そして、プラズマ１０７ａを生成し基板のプラズマ処理に用いられる。
したがって、特許文献１及び特許文献２に記載のプラズマ発生装置では、非接地電極１０１ａの裏面に設けられた給電点とプラズマ生成領域を結ぶ電力伝播路における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。
図１２に示されるプラズマ発生装置において、高周波電源１０３ａの出力である高周波電力は、給電棒１０５ａから放射され、円板型の天板１００ａ－１と円板型の非接地電極１０１ａの裏面（プラズマ１０７ａから見て裏側の面）の間、及び該真空容器１００ａの壁板１００ａ－３と該非接地電極１０１ａの側面の間を伝播し、非接地電極１０１ａと接地電極１０２ａの間に供給される。即ち、図１２において、給電棒１０５ａから放射された高周波電力波は、円筒型の真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の空間を電磁波として伝播する。なお、真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の空間には、一般にセラミックス等の誘電体が配置され、該空間での放電発生が抑制される。また、誘電体を配置しない場合には、真空容器１００ａの内壁と非接地電極１０１ａの間の距離ｄを放電抑制の条件を満たす所要の値に設定され、該空間での放電が抑制される。なお、放電開始の電圧は、圧力ｐと距離ｄの積ｐ・ｄに依存する（パッシェン則）ことが知られている。
給電棒１０５ａから放射された高周波数の電力波は、図１２に電磁波Ｗｉ１１、Ｗｉ１２として示されるように、給電棒１０５ａから天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａの間を、真空容器１００ａの壁板１００ａ－３へ向けて進行し、その大部分は真空容器１００ａの壁板１００ａ－３で反射されて退行波Ｗｒ１１、Ｗｒ１２として退行し、前記真空容器１００ａの他方の壁板１００ａ－３との間で反射を繰り返す。その結果、給電棒１０５ａから放射された電力波の大部分は、真空容器１００ａの天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａに挟まれた空間で消費され、ジュール熱が発生する。電磁波が金属板にその法線方向から入射した場合の反射率は８０％以上と高いことから、図１２に示されるプラズマ発生装置では、給電棒１０５ａから放射された高周波数の電力波の大部分は、前記天板１００ａ－１と非接地電極１０１ａの間の空間で消費され、ジュール熱が発生する。
前記電磁波Ｗｉ１１、Ｗｉ１２の一部分は、回折して進行方向を９０°曲げて前記真空容器１００ａの壁板１００ａ－３に沿って進み、非接地電極１０１ａと接地電極１０２ａの間に電力波１０９ａａ、１０９ａｂとして伝播する。そして、プラズマ１０７ａを生成し基板のプラズマ処理に用いられる。
したがって、特許文献１及び特許文献２に記載のプラズマ発生装置では、非接地電極１０１ａの裏面に設けられた給電点とプラズマ生成領域を結ぶ電力伝播路における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。
【0011】
特許文献３及び特許文献４に記載の高周波プラズマ発生装置は、図１３に示されるように、床板１００ｂ－２と壁板１００ｂ－３と天板１００ｂ－１で構成される矩形筒型の真空容器１００ｂ、矩形板型の非接地電極１０１ｂ及び矩形板型の接地電極１０２ｂからなる一対の平行平板型電極（容量結合型平行平板電極）、複数の高周波電源１０３ｂ－１、１０３ｂ－２、図示しない１０３ｂ－３、図示しない１０３ｂ―４、複数の整合器１０４ｂ－１、１０４ｂ－２、図示しない１０４ｂ－３、図示しない１０４ｂ－４、電極中心から等距離で異なる複数の位置に配置された複数の給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２、図示しない１０５ｂ－３、図示しない１０５ｂ―４、複数の給電点１０６ｂ－１、１０６ｂ－２、図示しない１０６ｂ－３、図示しない１０６ｂ－４、を備え、該一対の平行平板型電極間にプラズマ１０７ｂを生成し、基板１０８ｂにプラズマ処理を行う。なお、非接地電極１０１ｂは、図示しない空洞を有する非接地電極本体と、図示しないガス噴出孔を有するシャワープレート電極で構成される。
図１３に示される高周波プラズマ発生装置において、高周波電源１０３ｂ－１、１０３ｂ－２の出力である高周波電力は、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射され、矩形型の天板１００ｂ－１と矩形型の非接地電極１０１ｂの裏面（プラズマ１０７ｂから見て裏側の面）の間、及び該真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３と該非接地電極１０１ｂの側面の間を伝播し、該非接地電極１０１ｂと接地電極１０２ｂの間に供給される。
即ち、図１３において、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された高周波数の電力波は、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間を電磁波として伝播する。なお、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間には、一般にセラミックス等の誘電体が配置され、該空間での放電が抑制される。また、誘電体を配置しない場合には、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の距離ｄが放電抑制の条件を満たす所要の値に設定され、該空間での放電が抑制される。なお、放電開始の電圧は、圧力ｐと距離ｄの積ｐ・ｄに依存する（パッシェン則）ことが知られている。
給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波は、図１３に電磁波Ｗｉ２１、Ｗｉ２２として示されるように、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間を、真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３へ向けて進行し、その大部分は該壁板１００ｂ－３で反射されて退行波Ｗｒ２１、Ｗｒ２２として退行し、真空容器１００ｂの他方の壁板１００ｂ－３との間で反射を繰り返す。その結果、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波の大部分は、真空容器１００ｂの天板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂに挟まれた空間で消費され、ジュール熱が発生する。電磁波が金属板にその法線方向から入射した場合の反射率は８０％以上と高いことから、図１３に示されるプラズマ発生装置では、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波の大部分は、上記天板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間で消費され、ジュール熱が発生する。
前記電磁波Ｗｉ２１、Ｗｉ２２の一部分は回折して、前記真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３に沿って進み、非接地電極１０１ｂと接地電極１０２ｂの間に電力波１０９ｂａ、１０９ｂｂとして伝播する。そして、プラズマ１０７ｂを生成し基板のプラズマ処理に用いられる。
したがって、特許文献３及び特許文献４に記載のプラズマ発生装置では、非接地電極の裏面に設けられた給電点とプラズマ生成領域を結ぶ電力伝播路における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。
図１３に示される高周波プラズマ発生装置において、高周波電源１０３ｂ－１、１０３ｂ－２の出力である高周波電力は、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射され、矩形型の天板１００ｂ－１と矩形型の非接地電極１０１ｂの裏面（プラズマ１０７ｂから見て裏側の面）の間、及び該真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３と該非接地電極１０１ｂの側面の間を伝播し、該非接地電極１０１ｂと接地電極１０２ｂの間に供給される。
即ち、図１３において、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された高周波数の電力波は、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間を電磁波として伝播する。なお、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間には、一般にセラミックス等の誘電体が配置され、該空間での放電が抑制される。また、誘電体を配置しない場合には、天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の距離ｄが放電抑制の条件を満たす所要の値に設定され、該空間での放電が抑制される。なお、放電開始の電圧は、圧力ｐと距離ｄの積ｐ・ｄに依存する（パッシェン則）ことが知られている。
給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波は、図１３に電磁波Ｗｉ２１、Ｗｉ２２として示されるように、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から天井板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間を、真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３へ向けて進行し、その大部分は該壁板１００ｂ－３で反射されて退行波Ｗｒ２１、Ｗｒ２２として退行し、真空容器１００ｂの他方の壁板１００ｂ－３との間で反射を繰り返す。その結果、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波の大部分は、真空容器１００ｂの天板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂに挟まれた空間で消費され、ジュール熱が発生する。電磁波が金属板にその法線方向から入射した場合の反射率は８０％以上と高いことから、図１３に示されるプラズマ発生装置では、給電棒１０５ｂ－１、１０５ｂ－２から放射された電力波の大部分は、上記天板１００ｂ－１と非接地電極１０１ｂの間の空間で消費され、ジュール熱が発生する。
前記電磁波Ｗｉ２１、Ｗｉ２２の一部分は回折して、前記真空容器１００ｂの壁板１００ｂ－３に沿って進み、非接地電極１０１ｂと接地電極１０２ｂの間に電力波１０９ｂａ、１０９ｂｂとして伝播する。そして、プラズマ１０７ｂを生成し基板のプラズマ処理に用いられる。
したがって、特許文献３及び特許文献４に記載のプラズマ発生装置では、非接地電極の裏面に設けられた給電点とプラズマ生成領域を結ぶ電力伝播路における電力損失の発生及びジュール熱の発生という問題がある。
【0012】
本発明は、上述した従来の代表的装置である容量結合型電極を用いた高周波プラズマ発生装置の電力伝播路における電磁波の反射に起因する電力損失発生及びジュール熱発生という問題を解決可能な高周波プラズマ発生装置を提供することを目的とする。また、従来の装置で問題であるプラズマの不均一化という問題を解決することを目的とする。
即ち、本発明は、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ及びプラズマエッチング等のプラズマ処理に用いられる容量結合型電極を用いた高周波プラズマ発生装置に関し、電力電送路における電力損失を抑制し、且つ均一なプラズマの発生が可能である高周波プラズマ発生装置を提供することを目的とする。
即ち、本発明は、プラズマＣＶＤ、プラズマＡＬＤ及びプラズマエッチング等のプラズマ処理に用いられる容量結合型電極を用いた高周波プラズマ発生装置に関し、電力電送路における電力損失を抑制し、且つ均一なプラズマの発生が可能である高周波プラズマ発生装置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】
【0013】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、反応性ガス供給系及び排気系を備え、床板と壁板と天板で構成される反応容器と、前記天板に平行に配置された平板型の非接地電極と、前記非接地電極に対向して配置される接地電極と、少なくとも高周波電源と整合器と真空装置用電流導入端子と給電棒を有する高周波電力供給手段と、を備え、前記非接地電極と前記接地電極に挟まれたプラズマ生成領域でプラズマを発生させ、前記プラズマ生成領域に収容した基板にプラズマ処理を施す高周波プラズマ発生装置において、
前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面の辺の角部は面取り加工が施されることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記廻り縁の断面形状は、三角形であることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれか一つの発明において、前記反応容器は、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面の角部の周辺領域に、電気的に接地された導波板を備えることを特徴とする。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれか一つの発明において、前記高周波電源は、周波数１３．５６ＭＨｚ、又は２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚ、又は５４．２４ＭＨｚ、又は６７．８ＭＨｚを発生することを特徴とする。
第６の発明は、第１の発明から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記反応性ガスは、少なくともシランガス又は有機シランガスを含むことを特徴とする。
第７の発明は、第１の発明から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記反応性ガスは、少なくとも水素又は酸素又は塩素を含むことを特徴とする。
前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面に前記高周波電源の出力電圧が印加される給電点が設けられ、前記天板と前記壁板の境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁が配置されることを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面と反対側の面の辺の角部は面取り加工が施されることを特徴とする。
第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記廻り縁の断面形状は、三角形であることを特徴とする。
第４の発明は、第１の発明から第３の発明のいずれか一つの発明において、前記反応容器は、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面の角部の周辺領域に、電気的に接地された導波板を備えることを特徴とする。
第５の発明は、第１の発明から第４の発明のいずれか一つの発明において、前記高周波電源は、周波数１３．５６ＭＨｚ、又は２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚ、又は５４．２４ＭＨｚ、又は６７．８ＭＨｚを発生することを特徴とする。
第６の発明は、第１の発明から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記反応性ガスは、少なくともシランガス又は有機シランガスを含むことを特徴とする。
第７の発明は、第１の発明から第５の発明のいずれか一つの発明において、前記反応性ガスは、少なくとも水素又は酸素又は塩素を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
上記のように構成された本発明の高周波プラズマ発生装置は、反応容器の天板と壁板の境界領域に導電性材料で形成された廻り縁を配置することにより、給電棒から放射される電力波の進行方向を略９０°曲げて、プラズマ生成領域へ効果的に送電することが可能である。これにより、給電棒から放射された電力波の反射に起因する電力損失発生及びジュール熱発生という問題を解決可能という効果を奏する。また、非接地電極の裏面に設けられた給電点からプラズマ生成領域への電力の効果的な送電が可能であることから、容量結合型の一対の電極間の電界分布を、ゼロ次のベッセル関数型分布に制御することが可能である。その結果、均一性の良いプラズマを生成可能である。即ち、高周波プラズマの均一生成を容易に実現することが可能という効果を奏する。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。各図において、同様の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜変更可能である。また、以下に示す図面は、説明の便宜上、各部材の縮尺が、実際と異なる場合がある。また、各図面間においても、縮尺が、実際と異なる場合がある。
【0017】
（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成について、図１～図５を参照して、説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である導電性材料で製作された廻り縁の模式図、（ａ）断面形状が三角形の場合、（ｂ）断面形状が円形の場合、（ｃ）断面形状が矩形の場合、である。図３は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の供給電力の流れを示すポインテイングベクトルＰの模式図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界Ｅを示す模式的斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界分布を示すゼロ次のベッセル関数のグラフである。
先ず、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成について、図１～図５を参照して、説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成を示す模式的断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である導電性材料で製作された廻り縁の模式図、（ａ）断面形状が三角形の場合、（ｂ）断面形状が円形の場合、（ｃ）断面形状が矩形の場合、である。図３は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の供給電力の流れを示すポインテイングベクトルＰの模式図である。図４は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界Ｅを示す模式的斜視図である。図５は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界分布を示すゼロ次のベッセル関数のグラフである。
【0018】
本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、図１に示されるように、図示しない排気系を有する反応容器１と、図示しない反応性ガス供給系と、前記反応性ガスをプラズマ化する高周波電力供給手段を備えている。
図１において、反応容器１は、天板１ａと壁板１ｂと床板１ｃで構成される円筒型の反応容器である。即ち、反応容器１は、形状が円筒型の壁板１ｂの上側に形状が円板型の天板１ａを連結し、下側に形状が円板型の床板１ｃを連結した構造を有する。
反応容器１の内部には、後述の非接地電極の電極本体２ａと後述のシャワープレート電極２ｂから成る非接地電極２と、後述の接地電極３が、後述の反応性ガスをプラズマ化するための一対の電極として配置される。非接地電極２は、図示しない絶縁材を介して図示しない片持ち梁の棚により反応容器１の壁板１ｂに固定される。なお、非接地電極２の反応容器１の壁への固定手段として、例えば、図示しない絶縁材を介して図示しないボルトを用い、反応容器の天板１ａに吊り下げて固定しても良い。
反応容器１は、図示しない真空ポンプに接続された排気口９ａ、９ｂを備えている。排気口９ａ、９ｂは、図示しない真空ポンプと組み合わせて稼働させることにより、反応容器１の内部を所定の圧力に調整し、該圧力を保持することが可能である。また、反応容器１内部を高真空度に真空引きすることが可能である。
図１において、反応容器１は、天板１ａと壁板１ｂと床板１ｃで構成される円筒型の反応容器である。即ち、反応容器１は、形状が円筒型の壁板１ｂの上側に形状が円板型の天板１ａを連結し、下側に形状が円板型の床板１ｃを連結した構造を有する。
反応容器１の内部には、後述の非接地電極の電極本体２ａと後述のシャワープレート電極２ｂから成る非接地電極２と、後述の接地電極３が、後述の反応性ガスをプラズマ化するための一対の電極として配置される。非接地電極２は、図示しない絶縁材を介して図示しない片持ち梁の棚により反応容器１の壁板１ｂに固定される。なお、非接地電極２の反応容器１の壁への固定手段として、例えば、図示しない絶縁材を介して図示しないボルトを用い、反応容器の天板１ａに吊り下げて固定しても良い。
反応容器１は、図示しない真空ポンプに接続された排気口９ａ、９ｂを備えている。排気口９ａ、９ｂは、図示しない真空ポンプと組み合わせて稼働させることにより、反応容器１の内部を所定の圧力に調整し、該圧力を保持することが可能である。また、反応容器１内部を高真空度に真空引きすることが可能である。
【0019】
接地電極３は、反応容器１の所定の場所に、例えば、真空容器の底面である床板１ｃに配置される。 接地電極３と後述のシャワープレート電極２ｂは互いに対向して配置される。接地電極３には基板５が載置される。接地電極３は、前記排気口９ａ、９ｂと連携して用いられる通気穴９ａａ、９ｂａを備えている。接地電極３は、主面３ａを有し、該主面３ａで基板５と接し、保持する。基板５の温度は、接地電極３の内部に設けられた図示しない基板ヒータにより所定の温度に制御される。接地電極３の形状は、例えば、後述のシャワープレート電極２ｂと同様に、円形である。寸法は、後述の非接地電極２より一回り大きい寸法で、ここでは、例えば、直径１．１ｍである。
基板５は、図示しない基板搬入搬出用バルブを開閉することにより、大気側から接地電極の主面３ａに搬入、載置され、目的とするプラズマ処理が行なわれた後、大気側へ搬出される。ここで、基板５のサイズを、例えば、直径１ｍｘ厚み０．５ｍｍとする。
基板５は、図示しない基板搬入搬出用バルブを開閉することにより、大気側から接地電極の主面３ａに搬入、載置され、目的とするプラズマ処理が行なわれた後、大気側へ搬出される。ここで、基板５のサイズを、例えば、直径１ｍｘ厚み０．５ｍｍとする。
【0020】
非接地電極２は、図１に示されるように、図示しない反応性ガス供給源から反応性ガスを導入する反応性ガス導入口７と前記反応性ガスを拡散する空洞２ｃを有する円形の非接地電極本体２ａと、前記反応性ガスを噴出する多数の反応性ガス噴出孔２ｄを有する円形平板型のシャワープレート電極２ｂとを図示しないボルトで締め付けて組み立てられる、という構造を有する。即ち、前記非接地電極本体２ａと前記シャワープレート電極２ｂは図示しない複数のボルトを用いて、締め付けられて、連結される。
なお、非接地電極本体２ａは、反応性ガス導入口７から導入された反応性ガスを拡散する空洞２ｃを介して、前記反応性ガスを後述の多数の反応性ガス噴出孔２ｄへ輸送する。
シャワープレート電極２ｂは、図１に示されるように、多数の反応性ガス噴出孔２ｄを備え、前記反応性ガス導入口７から導入され、前記電極本体２ａの空洞２ｃで拡散されて輸送された反応性ガスを噴出する。反応性ガス噴出孔２ｄは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、例えば、０．８ｍｍとする。原料ガス噴出孔の直径を略１ｍｍ以上にすると、ガスの噴出量の空間分布が空洞２ｃの圧力依存度が強くなり、その結果、ガス噴出量が不均一に成る。それを略１ｍｍ以下にすると、個々の反応性ガス噴出孔２ｄのガス噴出量は均一になるが、加工に際し多大の労力と費用が発生する。前記孔直径０．８ｍｍはガスの噴出量の空間分布が均一であり、製作加工費を抑制できることで妥当な数値と言える。
シャワープレート電極２ｂの寸法は、基板５の大きさに対応して選ばれるが、例えば、基板５のサイズが直径１ｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、直径１ｍとする。
非接地電極本体２ａは、前記非接地電極本体２ａの接地電極３の主面３ａと対向しない面の中央点に、高周波電力が供給される地点である給電点１７が設けられる。
シャワープレート電極２ｂと接地電極３との間隔Ｄ、ガス圧力、及びプラズマ発生開始電圧との関係は、予め、後述の高周波電力供給手段を用いて実験を行い、そのデータに基いて選ばれる。なお、プラズマ発生に必要な印加電圧と、真空容器内部の圧力ｐと該間隔Ｄの積（即ち、ｐ・Ｄ）の関係は、パッシェン則に従う、ことが知られている。
なお、非接地電極本体２ａは、反応性ガス導入口７から導入された反応性ガスを拡散する空洞２ｃを介して、前記反応性ガスを後述の多数の反応性ガス噴出孔２ｄへ輸送する。
シャワープレート電極２ｂは、図１に示されるように、多数の反応性ガス噴出孔２ｄを備え、前記反応性ガス導入口７から導入され、前記電極本体２ａの空洞２ｃで拡散されて輸送された反応性ガスを噴出する。反応性ガス噴出孔２ｄは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、例えば、０．８ｍｍとする。原料ガス噴出孔の直径を略１ｍｍ以上にすると、ガスの噴出量の空間分布が空洞２ｃの圧力依存度が強くなり、その結果、ガス噴出量が不均一に成る。それを略１ｍｍ以下にすると、個々の反応性ガス噴出孔２ｄのガス噴出量は均一になるが、加工に際し多大の労力と費用が発生する。前記孔直径０．８ｍｍはガスの噴出量の空間分布が均一であり、製作加工費を抑制できることで妥当な数値と言える。
シャワープレート電極２ｂの寸法は、基板５の大きさに対応して選ばれるが、例えば、基板５のサイズが直径１ｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、直径１ｍとする。
非接地電極本体２ａは、前記非接地電極本体２ａの接地電極３の主面３ａと対向しない面の中央点に、高周波電力が供給される地点である給電点１７が設けられる。
シャワープレート電極２ｂと接地電極３との間隔Ｄ、ガス圧力、及びプラズマ発生開始電圧との関係は、予め、後述の高周波電力供給手段を用いて実験を行い、そのデータに基いて選ばれる。なお、プラズマ発生に必要な印加電圧と、真空容器内部の圧力ｐと該間隔Ｄの積（即ち、ｐ・Ｄ）の関係は、パッシェン則に従う、ことが知られている。
【0021】
符号１０は高周波電源である。高周波電源１０は、高周波の電力を発生する。高周波電源１０は、後述の整合器１１と後述の真空装置用電流導入端子１２と後述の給電棒１３と連携して後述のプラズマ１６を生成するために用いられる。高周波電源１０の出力周波数は、１３．５６ＭＨｚ、又は２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚ、又は５４．２４ＭＨｚ、又は６７．８ＭＨｚから選ばれる。その選定理由は、工業周波数１３．５６ＭＨｚ及びその倍波に相当する電源は安価に入手できるから、である。前記周波数以外に、ＶＨＦ（３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）帯域から任意に選ぶこともできる。高周波電源の出力は、ここでは、例えば、２ＫＷ～３０ＫＷである。なお、高周波プラズマ発生装置の応用においては、基板へのイオンダメージを抑制するために電源周波数をより高くすることが求められる。
ここでは、例えば、工業周波数１３．５６ＭＨｚの３倍波である４０．６８ＭＨｚとする。４０．６８ＭＨｚの電磁波の波長は、真空中では７．３７ｍであるが、プラズマ中では、波長が短縮するので、真空中の波長より短い。波長短縮率０．６５として、略４．８ｍである。
符号１１は整合器である。整合器１１は、高周波電源１０とその負荷のインピーダンスを整合する。即ち、該整合器１１に内蔵のインピーダンス整合回路を調整して、該高周波電源１０の出力の進行波を最大とし、負荷から戻ってくる反射波（退行波）を最小にする。
符号１２は真空装置用電流導入端子である。真空装置用電流導入端子１２は真空漏れがない状態で、整合器１１から送電された高周波電源１０の出力を後述の給電棒１３に送電する。
符号１３は給電棒である。給電棒１３は真空装置用電流導入端子１２から送電された高波電源１０の電力を給電点１７へ送電する。給電棒１３は、前記真空装置用電流導入端子１２から送電される高周波電源１０の出力である電力を、真空容器１と非接地電極２の間の空間に放射する。即ち、給電棒１３から放射された高周波電源１０の出力である電力波は、真空容器１と非接地電極２の間の空間を伝播して、プラズマ生成領域であるシャワープレート電極２ｂと接地電極３に挟まれた領域へ送電され、プラズマ１６を生成する。
符号１７は給電点である。給電点１７は前記高周波電源１０の出力が前記非接地電極２に印加される地点である。給電点１７に印加された高周波電源１０の出力である高周波電力の電流は、高周波特有の表皮効果により反応容器１の表面層及び非接地電極２の表面層（深さ略１０μｍ以下）を流れる。なお、給電点１７に印加された高周波電源１０の出力である高周波電力は、上記の通り、真空容器１と非接地電極２の間の空間に放射され、電力波として伝播する。
ここでは、例えば、工業周波数１３．５６ＭＨｚの３倍波である４０．６８ＭＨｚとする。４０．６８ＭＨｚの電磁波の波長は、真空中では７．３７ｍであるが、プラズマ中では、波長が短縮するので、真空中の波長より短い。波長短縮率０．６５として、略４．８ｍである。
符号１１は整合器である。整合器１１は、高周波電源１０とその負荷のインピーダンスを整合する。即ち、該整合器１１に内蔵のインピーダンス整合回路を調整して、該高周波電源１０の出力の進行波を最大とし、負荷から戻ってくる反射波（退行波）を最小にする。
符号１２は真空装置用電流導入端子である。真空装置用電流導入端子１２は真空漏れがない状態で、整合器１１から送電された高周波電源１０の出力を後述の給電棒１３に送電する。
符号１３は給電棒である。給電棒１３は真空装置用電流導入端子１２から送電された高波電源１０の電力を給電点１７へ送電する。給電棒１３は、前記真空装置用電流導入端子１２から送電される高周波電源１０の出力である電力を、真空容器１と非接地電極２の間の空間に放射する。即ち、給電棒１３から放射された高周波電源１０の出力である電力波は、真空容器１と非接地電極２の間の空間を伝播して、プラズマ生成領域であるシャワープレート電極２ｂと接地電極３に挟まれた領域へ送電され、プラズマ１６を生成する。
符号１７は給電点である。給電点１７は前記高周波電源１０の出力が前記非接地電極２に印加される地点である。給電点１７に印加された高周波電源１０の出力である高周波電力の電流は、高周波特有の表皮効果により反応容器１の表面層及び非接地電極２の表面層（深さ略１０μｍ以下）を流れる。なお、給電点１７に印加された高周波電源１０の出力である高周波電力は、上記の通り、真空容器１と非接地電極２の間の空間に放射され、電力波として伝播する。
【0022】
符号１９ａは廻り縁である。廻り縁１９ａは導電性材料で製作され、反応容器１の天板１ａと壁板１ｂとの境界領域に、配置される。廻り縁１９ａは、真空容器１と電気的に導通状態とする。廻り縁１９ａの断面形状は、図２（ａ）に示されるように、三角形とする。断面形状が三角形の廻り縁１９ａは、その頂点の一つを天板１ａと壁板１ｂとの境界に向け、その辺の一つを非接地電極本体２ａの辺を向くような姿勢で配置される。
廻り縁１９ａは、図１に示されるように、給電棒１３から放射され、天板１ａに平行に壁板１ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）２１ａを、正反射する。即ち、廻り縁１９ａは入射角と反射角を同じとする反射により、前記電力波（電磁波）２１ａを、図１に示される電力波（電磁波）２１ｂとして伝播させる。その結果、給電棒１３から放射され、天板１ａに平行に壁板１ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）２１ａを、その伝播方向を９０°曲げて、壁板１ｂに平行に電力波（電磁波）２１ｂとして伝播させることが可能である。なお、電磁波は光と同様に正反射するという特性（入射面に対して入射角と反射角は等しい）を有する。
廻り縁１９ａに代えて、断面形状が図２（ｂ）に示される円形である廻り縁１９ｂ、あるいは、断面形状が図２（ｃ）に示される矩形である廻り縁１９ｃを用いても良い。いずれの場合でも、電力波の進行方向を略９０°曲げる作用を有する。ここでは、例えば、断面形状が三角形である廻り縁１９ａを用いる。
符号２２ａは、面取りされた角である。面取りされた角２２ａは、非接地電極本体２ａの角部における電界の集中を抑制緩和するために、非接地電極本体２ａの天板１ａを臨む角がＣ面取り加工又はＲ面取り加工された角部である。ここでは、例えば、角から３ｍｍ～５ｍｍを４５°で加工（Ｃ３～Ｃ５）、例えば、Ｃ５面取り加工とする。なお、Ｒ面取り加工の場合、Ｒ５～Ｒ１０面取り加工を施すのが好ましい。
面取りされた角２２ａは、給電棒１３から放射された電力波が、反応容器１の天板１ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁１９ａが配置された天板１ａと壁板１ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電磁波２１ｂとなり、壁板１ｂの面に平行な方向へ伝播する際に、廻り縁１９ａと非接地電極本体２ａの天板１ａを臨む角との間に発生する電界の集中を緩和し、異常放電発生を抑制する作用を有する。
符号２０は導波板である。導波板２０は導電性材料で製作され、シャワープレート電極２ｂの接地電極３の主面３ａに対向する面の角部の周辺領域に設置される。導波板２０の断面形状は、三角形、丸形、矩形のいずれでも良い。断面形状が三角形の導波板２０の場合は、その辺の一つがシャワープレート電極２ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が矩形の導波板２０の場合は、その面の一つがシャワープレート電極２ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が丸形の導波板２０の場合は壁板１ｂと接地電極３の境界領域に配置される。
ここでは、例えば、断面形状が矩形の導波板２０を、図１に示されるような配置で設置される。
ただし、導波板２０が基板５の搬入、搬出において、邪魔になる場合は、該導波板２０を配置しなくとも良い。
廻り縁１９ａは、図１に示されるように、給電棒１３から放射され、天板１ａに平行に壁板１ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）２１ａを、正反射する。即ち、廻り縁１９ａは入射角と反射角を同じとする反射により、前記電力波（電磁波）２１ａを、図１に示される電力波（電磁波）２１ｂとして伝播させる。その結果、給電棒１３から放射され、天板１ａに平行に壁板１ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）２１ａを、その伝播方向を９０°曲げて、壁板１ｂに平行に電力波（電磁波）２１ｂとして伝播させることが可能である。なお、電磁波は光と同様に正反射するという特性（入射面に対して入射角と反射角は等しい）を有する。
廻り縁１９ａに代えて、断面形状が図２（ｂ）に示される円形である廻り縁１９ｂ、あるいは、断面形状が図２（ｃ）に示される矩形である廻り縁１９ｃを用いても良い。いずれの場合でも、電力波の進行方向を略９０°曲げる作用を有する。ここでは、例えば、断面形状が三角形である廻り縁１９ａを用いる。
符号２２ａは、面取りされた角である。面取りされた角２２ａは、非接地電極本体２ａの角部における電界の集中を抑制緩和するために、非接地電極本体２ａの天板１ａを臨む角がＣ面取り加工又はＲ面取り加工された角部である。ここでは、例えば、角から３ｍｍ～５ｍｍを４５°で加工（Ｃ３～Ｃ５）、例えば、Ｃ５面取り加工とする。なお、Ｒ面取り加工の場合、Ｒ５～Ｒ１０面取り加工を施すのが好ましい。
面取りされた角２２ａは、給電棒１３から放射された電力波が、反応容器１の天板１ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁１９ａが配置された天板１ａと壁板１ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電磁波２１ｂとなり、壁板１ｂの面に平行な方向へ伝播する際に、廻り縁１９ａと非接地電極本体２ａの天板１ａを臨む角との間に発生する電界の集中を緩和し、異常放電発生を抑制する作用を有する。
符号２０は導波板である。導波板２０は導電性材料で製作され、シャワープレート電極２ｂの接地電極３の主面３ａに対向する面の角部の周辺領域に設置される。導波板２０の断面形状は、三角形、丸形、矩形のいずれでも良い。断面形状が三角形の導波板２０の場合は、その辺の一つがシャワープレート電極２ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が矩形の導波板２０の場合は、その面の一つがシャワープレート電極２ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が丸形の導波板２０の場合は壁板１ｂと接地電極３の境界領域に配置される。
ここでは、例えば、断面形状が矩形の導波板２０を、図１に示されるような配置で設置される。
ただし、導波板２０が基板５の搬入、搬出において、邪魔になる場合は、該導波板２０を配置しなくとも良い。
【0023】
次に、図１において、高周波電源１０の出力が給電点１７に供給される際に発生する一対の電極２、３の間の電界分布及び生成されるプラズマの形態について、以下説明する。
高周波電源１０の出力である高周波電力Ｐは、給電棒１３からその周辺に電力波として放射される。前記放射された電力波２１ａは、図１に示されるように、円筒型の反応容器１の天板１ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁１９ａが配置された天板１ａと壁板１ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波２１ｂとなり、壁板１ｂの面に平行な方向へ伝播し、一対の電極２、３の周辺からその間に流れ込む。なお、この高周波電力Ｐは、伝播波の形態が円筒状（円柱状）であることから、円筒波（円柱波）と呼ばれる。
上記一対の電極２、３の周辺からその間に流れ込むという形態の高周波電力Ｐは、電磁気学の知見によると（例えば、非特許文献１参照）、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢ（joule／ｍ２・ｓ）で表される。ただし、Ｅは電界（ベクトル表示）、Ｂは磁界（ベクトル表示）である。図１に示される高周波プラズマ発生装置の場合、高周波電力Ｐの伝播の形態は、模式的に、図３の２１ａ、２１ｂのように、円筒波状（円柱波状）である。
即ち、図３において、一対の平行円板型電極（容量結合型平行平板電極）２、３間の電界Ｅは、該一対の電極２、３の互いに対向する面の法線方向を向き、磁界Ｂは該一対の電極２、３の中心軸２２を中心にした円１９の接線方向を向いている。ここで、磁界Ｂは、アンペールの法則により、電界Ｅ方向に流れる変位電流の方向に対して右ネジを回転する方向に発生することにより、円１９で表されるように、渦巻き状に発生する。
したがって、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢは、該電極周辺から中心軸２２の方向を向いている。これは、高周波電源１０の出力である高周波電力Ｐが、円板型電極２、３の周辺から中心軸２２へ集中するように、円筒波状（円柱波状）の形態で流れ込む、ということを意味している。なお、円筒波状（円柱波状）の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極２、３内部でプラズマ１６を生成する。
高周波電源１０の出力である高周波電力Ｐは、給電棒１３からその周辺に電力波として放射される。前記放射された電力波２１ａは、図１に示されるように、円筒型の反応容器１の天板１ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁１９ａが配置された天板１ａと壁板１ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波２１ｂとなり、壁板１ｂの面に平行な方向へ伝播し、一対の電極２、３の周辺からその間に流れ込む。なお、この高周波電力Ｐは、伝播波の形態が円筒状（円柱状）であることから、円筒波（円柱波）と呼ばれる。
上記一対の電極２、３の周辺からその間に流れ込むという形態の高周波電力Ｐは、電磁気学の知見によると（例えば、非特許文献１参照）、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢ（joule／ｍ２・ｓ）で表される。ただし、Ｅは電界（ベクトル表示）、Ｂは磁界（ベクトル表示）である。図１に示される高周波プラズマ発生装置の場合、高周波電力Ｐの伝播の形態は、模式的に、図３の２１ａ、２１ｂのように、円筒波状（円柱波状）である。
即ち、図３において、一対の平行円板型電極（容量結合型平行平板電極）２、３間の電界Ｅは、該一対の電極２、３の互いに対向する面の法線方向を向き、磁界Ｂは該一対の電極２、３の中心軸２２を中心にした円１９の接線方向を向いている。ここで、磁界Ｂは、アンペールの法則により、電界Ｅ方向に流れる変位電流の方向に対して右ネジを回転する方向に発生することにより、円１９で表されるように、渦巻き状に発生する。
したがって、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢは、該電極周辺から中心軸２２の方向を向いている。これは、高周波電源１０の出力である高周波電力Ｐが、円板型電極２、３の周辺から中心軸２２へ集中するように、円筒波状（円柱波状）の形態で流れ込む、ということを意味している。なお、円筒波状（円柱波状）の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極２、３内部でプラズマ１６を生成する。
【0024】
高周波プラズマ発生装置が、図１に示されるような円筒型の反応容器１に配置され、中心軸２２を中心にした軸対称型の一対の円板型電極２、３を備え、該一対の円板型電極２，３の周辺部から円筒波状の形態で電力が供給されるという構造を有する場合、高周波電力Ｐが円板型電極の周辺から中心軸２２へ集中するように流れ込む円筒波状（円柱波状）の形態であることから、該一対の電極２、３間の電界は、例えば、非特許文献２に記載されているように、ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）で表される。
即ち、電力波の波長をλ、中心軸２２からの距離をｒで表すと、該一対の電極２、３間に発生する電界Ｅは、波長λと中心軸からの距離ｒに依存し、次式で表される。
Ｅ＝Ｅ０・Ｊ０（２πｒ／λ） ・・・（１）
ただし、Ｅ０は定数、Ｊ０（２πｒ／λ）はゼロ次のベッセル関数である。ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）は、２πｒ／λ＝２．４０５、５．５２０、８．６３４等を満たす場合、Ｊ０（２πｒ／λ）＝０となる。
式（１）は、図４に示されるように、電界の方向（正と負）が中心軸２２からの距離ｒにおいて、交互に変化することを示している。また、式（１）は、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λより大きいサイズの場合は、電界がゼロという領域が発生することを意味している。
したがって、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以上である場合、電界がゼロの領域を含むことから、電界分布の均一化は電磁気学的に無理がある、ということを示している。逆に考えれば、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以下である場合、均一化が可能というメリットがある。
即ち、電力波の波長をλ、中心軸２２からの距離をｒで表すと、該一対の電極２、３間に発生する電界Ｅは、波長λと中心軸からの距離ｒに依存し、次式で表される。
Ｅ＝Ｅ０・Ｊ０（２πｒ／λ） ・・・（１）
ただし、Ｅ０は定数、Ｊ０（２πｒ／λ）はゼロ次のベッセル関数である。ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）は、２πｒ／λ＝２．４０５、５．５２０、８．６３４等を満たす場合、Ｊ０（２πｒ／λ）＝０となる。
式（１）は、図４に示されるように、電界の方向（正と負）が中心軸２２からの距離ｒにおいて、交互に変化することを示している。また、式（１）は、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λより大きいサイズの場合は、電界がゼロという領域が発生することを意味している。
したがって、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以上である場合、電界がゼロの領域を含むことから、電界分布の均一化は電磁気学的に無理がある、ということを示している。逆に考えれば、一対の円板型電極の半径Ｒが、Ｒ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以下である場合、均一化が可能というメリットがある。
【0025】
上記式（１）を、図１に示されるシャワープレート電極２ｂの接地電極３と対向する面の中心点からの距離ｒを横軸に、縦軸に電界を最大値１．０に基準化してグラフ化すると、図５が得られる。これは、シャワープレート電極２ｂの中心点を原点とし、半径ｒ方向の電界分布を示している。
図５によれば、ｒ＝０～略０．１５λにおいて、Ｅ＝１．０～略０．９である。したがって、電界がほぼ一様な領域は、電極中心からｒ＝略０．１５λと見ることができる。プラズマの分布は、電界の強さの二乗に比例する電力の分布に依存することから、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に発生するプラズマは、該電極の中心から半径０．１５λ程度の領域は一様なプラズマが発生する。これは、直径０．３λ＝０．３ｘ４．８ｍ＝１．４４ｍの円で囲まれる領域は一様なプラズマが生成されることを意味している。
なお、図１の装置では、上記電力波の波長λは、高周波電源１０の周波数が４０．６８ＭＨｚであるので、プラズマの波長短縮率０．６５として、プラズマ中の波長λ＝４．８ｍである。
図５によれば、ｒ＝０～略０．１５λにおいて、Ｅ＝１．０～略０．９である。したがって、電界がほぼ一様な領域は、電極中心からｒ＝略０．１５λと見ることができる。プラズマの分布は、電界の強さの二乗に比例する電力の分布に依存することから、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に発生するプラズマは、該電極の中心から半径０．１５λ程度の領域は一様なプラズマが発生する。これは、直径０．３λ＝０．３ｘ４．８ｍ＝１．４４ｍの円で囲まれる領域は一様なプラズマが生成されることを意味している。
なお、図１の装置では、上記電力波の波長λは、高周波電源１０の周波数が４０．６８ＭＨｚであるので、プラズマの波長短縮率０．６５として、プラズマ中の波長λ＝４．８ｍである。
【0026】
次に、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の薄膜形成への応用について、図１～図５を参照して説明する。説明の便宜上、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の代表的応用例としてプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜の形成を例にとり、以下に説明する。
なお、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いたプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成に関する予備試験として、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータとして、例えば、プラズマ生成の電力依存性・圧力依存性、膜厚の電力依存性及び膜厚みの原料ガス流量依存性等のデータを、予め実験により把握し、上記微結晶シリコン膜形成に備えておくのが好ましい。
また、導波板２０が基板５の搬入、搬出において、邪魔になる場合は、該導波板２０を配置しなくとも良い。
図示しない原料ガスの供給源から原料ガスが選ばれる。ここでは、例えば、微結晶シリコン膜を形成することから、ガス供給条件は、例えば、シランガスと水素を選び、流量比を水素流量／シランガス流量＝１００／１とする。
先ず、反応容器１の図示しない基板搬入搬出バルブを開いて、基板５を接地電極３の主面３ａに載置する。次に、基板搬入搬出バルブを閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気口９ａ及び排気口９ｂを介して、反応容器１内部を所定の真空度にする。
その後、図示しないシランガス源及び図示しない水素ガス源から、それぞれ図示しないシランガス及び水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガス及び水素ガスを反応ガス導入管７へ輸送し、前記シランガス及び前記水素ガスを、空洞２ｃを介して、反応ガス噴出孔２ｄから噴出させる。
次に、図示しない排気バルブ制御装置により図示しない排気バルブの開閉度を制御し、反応容器１の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つ。なお、反応容器１の真空引きに用いる真空ポンプと製膜時に用いる真空ポンプは、異なるものを別々に用いてもよい。ここでは、例えば、２５０Ｐａに設定し、維持する。
なお、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いたプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成に関する予備試験として、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータとして、例えば、プラズマ生成の電力依存性・圧力依存性、膜厚の電力依存性及び膜厚みの原料ガス流量依存性等のデータを、予め実験により把握し、上記微結晶シリコン膜形成に備えておくのが好ましい。
また、導波板２０が基板５の搬入、搬出において、邪魔になる場合は、該導波板２０を配置しなくとも良い。
図示しない原料ガスの供給源から原料ガスが選ばれる。ここでは、例えば、微結晶シリコン膜を形成することから、ガス供給条件は、例えば、シランガスと水素を選び、流量比を水素流量／シランガス流量＝１００／１とする。
先ず、反応容器１の図示しない基板搬入搬出バルブを開いて、基板５を接地電極３の主面３ａに載置する。次に、基板搬入搬出バルブを閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気口９ａ及び排気口９ｂを介して、反応容器１内部を所定の真空度にする。
その後、図示しないシランガス源及び図示しない水素ガス源から、それぞれ図示しないシランガス及び水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガス及び水素ガスを反応ガス導入管７へ輸送し、前記シランガス及び前記水素ガスを、空洞２ｃを介して、反応ガス噴出孔２ｄから噴出させる。
次に、図示しない排気バルブ制御装置により図示しない排気バルブの開閉度を制御し、反応容器１の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つ。なお、反応容器１の真空引きに用いる真空ポンプと製膜時に用いる真空ポンプは、異なるものを別々に用いてもよい。ここでは、例えば、２５０Ｐａに設定し、維持する。
【0027】
次に、予め得られているデータに基づいて、高周波電源１０の出力を、例えば、１０ＫＷとして、給電点１７に印加する。
そうすると、高周波電源１０の出力は、図１に示されるように、電力波として給電点１７から非接地電極本体２ａと天板１ａの間を伝播し、廻り縁１９ａで進行方向を９０°曲げて壁板１ｂに沿って伝播し、導波板２０で進行方向を９０°曲げて、シャワープレート電極２ｂの周辺部から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間へ流れ込む。上記電力波の伝播路において、非接地電極本体２ａの面取りされた角２２と廻り縁１９ａの間の電界は、前記非接地電極本体２ａの角部が面取り加工されていることから、電界集中に起因する放電は発生しない。
この電力は、図３に示されるように、シャワープレート電極２ｂの中心軸２２へ向けて集中するように進行する。シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に高周波電源１０の出力が供給されると、図５に示される分布を持つ電界が発生する。この電界分布が発生すると、該電界の二乗に比例した強さを持つ電力分布が形成される。前記電界がプラズマ発生条件を満たせば、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間にプラズマ１６が生成される。
即ち、原料ガスのＳｉＨ４、水素Ｈ２がプラズマ化される。その結果、ＳｉＨ４、水素Ｈ２が解離し、微結晶シリコン膜形成の前駆体であるＳｉＨラジカル、Ｈラジカル等を発生する。ＳｉＨラジカル、Ｈラジカルは拡散して、基板５の表面に堆積する。
そうすると、高周波電源１０の出力は、図１に示されるように、電力波として給電点１７から非接地電極本体２ａと天板１ａの間を伝播し、廻り縁１９ａで進行方向を９０°曲げて壁板１ｂに沿って伝播し、導波板２０で進行方向を９０°曲げて、シャワープレート電極２ｂの周辺部から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間へ流れ込む。上記電力波の伝播路において、非接地電極本体２ａの面取りされた角２２と廻り縁１９ａの間の電界は、前記非接地電極本体２ａの角部が面取り加工されていることから、電界集中に起因する放電は発生しない。
この電力は、図３に示されるように、シャワープレート電極２ｂの中心軸２２へ向けて集中するように進行する。シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に高周波電源１０の出力が供給されると、図５に示される分布を持つ電界が発生する。この電界分布が発生すると、該電界の二乗に比例した強さを持つ電力分布が形成される。前記電界がプラズマ発生条件を満たせば、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間にプラズマ１６が生成される。
即ち、原料ガスのＳｉＨ４、水素Ｈ２がプラズマ化される。その結果、ＳｉＨ４、水素Ｈ２が解離し、微結晶シリコン膜形成の前駆体であるＳｉＨラジカル、Ｈラジカル等を発生する。ＳｉＨラジカル、Ｈラジカルは拡散して、基板５の表面に堆積する。
【0028】
次に、微結晶シリコン膜の厚みは該プラズマ生成時間に比例するので、前記高周波電源１０の出力供給開始から所定の時間が経過した時点で、その出力をゼロにする。
製膜時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～２０分、例えば２分とする。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記シランガスガス及び水素ガスの供給を停止し、反応容器１内部を、一旦、高い真空度に真空引きする。その後、反応容器１を大気条件に戻す。反応容器１が大気条件に戻された後、図示しない基板搬入搬出バルブを開とし、基板５を取り出す。反応容器１から取り出された基板５には、均一な微結晶シリコン膜が形成されている。
製膜時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～２０分、例えば２分とする。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記シランガスガス及び水素ガスの供給を停止し、反応容器１内部を、一旦、高い真空度に真空引きする。その後、反応容器１を大気条件に戻す。反応容器１が大気条件に戻された後、図示しない基板搬入搬出バルブを開とし、基板５を取り出す。反応容器１から取り出された基板５には、均一な微結晶シリコン膜が形成されている。
【0029】
なお、上述した本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の薄膜形成への応用では、プラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成を例にとり、説明したが、有機シランガスを含む反応性ガスを用いたプラズマＣＶＤによる薄膜形成あるいはプラズマＡＬＤによる薄膜形成への応用も可能である。また、水素、酸素又は塩素を含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングへの応用も可能である。
【0030】
本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いた薄膜形成装置は、上述の通り、周波数４０．６８ＭＨｚの高周波電源を用いて、電極サイズが直径１ｍの円形平板型の非接地電極２ａの前記接地電極３に対向しない面の中央点に給電点１７が設けられ、前記天板１ａと前記壁板１ｂの境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁１９ａが配置されることを特徴とし、従来の円形平板電極を用いた高周波プラズマ発生装置において発生する供給電力伝播路での電力損失問題及びジュール熱発生問題を解消することが可能であることを示した。また、円形平板電極を用いた高周波プラズマ発生装置で発生するプラズマの均一性はゼロ次のベッセル関数で表され、非接地電極の中心点から直径で０．３λ（λは、プラズマ中の波長）の領域はプラズマの均一化が可能であることを示した。
なお、ここでは、周波数を４０．６８ＭＨｚとし、基板サイズを直径１ｍとしているが、この数値に限定されることはない。周波数を工業周波数１３．５６ＭＨｚに選ぶことにより、基板サイズが直径３ｍ級プラズマの均一化が可能である。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
また、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤを用いた微結晶シリコン膜の形成への応用であるが、これに限定されず、反応性ガスとして、水素又は酸素又は塩素等を用いるプラズマエッチング装置及びプラズマＡＬＤ装置としての応用が可能であることは、当然のことである。
なお、ここでは、周波数を４０．６８ＭＨｚとし、基板サイズを直径１ｍとしているが、この数値に限定されることはない。周波数を工業周波数１３．５６ＭＨｚに選ぶことにより、基板サイズが直径３ｍ級プラズマの均一化が可能である。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
また、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤを用いた微結晶シリコン膜の形成への応用であるが、これに限定されず、反応性ガスとして、水素又は酸素又は塩素等を用いるプラズマエッチング装置及びプラズマＡＬＤ装置としての応用が可能であることは、当然のことである。
【0031】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置について、図６～図１１を参照して、説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成を示す模式的断面図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である電力供給手段の電気系統図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である導電性材料で製作された断面形状が三角形の廻り縁の模式図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の供給電力の流れを示すポインテイングベクトルＰの模式図である。図１０は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の電界分布表示に用いる座標ｘの説明図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界分布を示すゼロ次のベッセル関数のグラフ（横軸ｌｉｎｅ－ｘ）である。
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置について、図６～図１１を参照して、説明する。
図６は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成を示す模式的断面図である。図７は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である電力供給手段の電気系統図である。図８は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の構成部材である導電性材料で製作された断面形状が三角形の廻り縁の模式図である。図９は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の供給電力の流れを示すポインテイングベクトルＰの模式図である。図１０は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の電界分布表示に用いる座標ｘの説明図である。図１１は、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の一対の電極間の電界分布を示すゼロ次のベッセル関数のグラフ（横軸ｌｉｎｅ－ｘ）である。
【0032】
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、図６に示されるように、図示しない排気系を有する反応容器３０と、図示しない反応性ガス供給系と、前記反応性ガスをプラズマ化する高周波電力供給手段を備えている。
図６において、反応容器３０は、天板３０ａと壁板３０ｂと床板３０ｃで構成される矩形筒型の反応容器である。即ち、反応容器３０は、形状が矩形筒型の壁板３０ｂの上側に形状が矩形型の天板３０ａを連結し、下側に形状が矩形型の床板３０ｃを連結した構造を有する。
反応容器３０の内部には、後述の非接地電極の電極本体３１ａと後述のシャワープレート電極３１ｂから成る非接地電極３１と、後述の接地電極３２が、後述の反応性ガスをプラズマ化するための一対の電極として配置される。非接地電極３１は、図示しない絶縁材を介して図示しない片持ち梁の棚により反応容器３０の壁に固定される。なお、非接地電極３１の反応容器３０の壁への固定手段として、例えば、図示しない絶縁材を介して図示しないボルトを用い、反応容器の天板３０ａに吊り下げて固定することも出来る。
反応容器３０は、図示しない真空ポンプに接続された排気口３６ａ、３６ｂを備えている。排気口３６ａ、３６ｂは、図示しない真空ポンプと組み合わせて稼働させることにより、反応容器３０の内部を所定の圧力に調整し、該圧力を保持することが可能である。また、反応容器３０内部を高真空度に真空引きすることが可能である。
図６において、反応容器３０は、天板３０ａと壁板３０ｂと床板３０ｃで構成される矩形筒型の反応容器である。即ち、反応容器３０は、形状が矩形筒型の壁板３０ｂの上側に形状が矩形型の天板３０ａを連結し、下側に形状が矩形型の床板３０ｃを連結した構造を有する。
反応容器３０の内部には、後述の非接地電極の電極本体３１ａと後述のシャワープレート電極３１ｂから成る非接地電極３１と、後述の接地電極３２が、後述の反応性ガスをプラズマ化するための一対の電極として配置される。非接地電極３１は、図示しない絶縁材を介して図示しない片持ち梁の棚により反応容器３０の壁に固定される。なお、非接地電極３１の反応容器３０の壁への固定手段として、例えば、図示しない絶縁材を介して図示しないボルトを用い、反応容器の天板３０ａに吊り下げて固定することも出来る。
反応容器３０は、図示しない真空ポンプに接続された排気口３６ａ、３６ｂを備えている。排気口３６ａ、３６ｂは、図示しない真空ポンプと組み合わせて稼働させることにより、反応容器３０の内部を所定の圧力に調整し、該圧力を保持することが可能である。また、反応容器３０内部を高真空度に真空引きすることが可能である。
【0033】
接地電極３２は、反応容器３０の所定の場所に、例えば、真空容器の底面である床板３０ｃに配置される。 接地電極３２と後述のシャワープレート電極３１ｂは互いに対向して配置される。
接地電極３２には基板３３が載置される。接地電極３２は、前記排気口３２ａ、３２ｂと連携して用いられる通気穴３６ａａ、３６ｂａを備えている。接地電極３２は、主面３２ａを有し、該主面３２ａで基板３３と接し、保持する。基板３３の温度は、接地電極３２の内部に設けられた図示しない基板ヒータにより所定の温度に制御される。接地電極３２の形状は、例えば、後述のシャワープレート電極３１ｂと同様に、矩形である。寸法は、後述の非接地電極３１より一回り大きい寸法で、ここでは、例えば、３．２ｍｘ３．２ｍである。
基板３３は、図示しない基板搬入搬出用バルブを開閉することにより、大気側から接地電極の主面３２ａに搬入、載置され、目的とするプラズマ処理が行なわれた後、大気側へ搬出される。ここで、基板３３のサイズを、例えば、３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍとする。
接地電極３２には基板３３が載置される。接地電極３２は、前記排気口３２ａ、３２ｂと連携して用いられる通気穴３６ａａ、３６ｂａを備えている。接地電極３２は、主面３２ａを有し、該主面３２ａで基板３３と接し、保持する。基板３３の温度は、接地電極３２の内部に設けられた図示しない基板ヒータにより所定の温度に制御される。接地電極３２の形状は、例えば、後述のシャワープレート電極３１ｂと同様に、矩形である。寸法は、後述の非接地電極３１より一回り大きい寸法で、ここでは、例えば、３．２ｍｘ３．２ｍである。
基板３３は、図示しない基板搬入搬出用バルブを開閉することにより、大気側から接地電極の主面３２ａに搬入、載置され、目的とするプラズマ処理が行なわれた後、大気側へ搬出される。ここで、基板３３のサイズを、例えば、３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍとする。
【0034】
非接地電極３１は、図１に示されるように、 接地電極３２の主面３２ａに対向して配置される。非接地電極３１は、図示しない反応性ガス供給源から反応性ガスを導入する反応性ガス導入口３７と前記反応性ガスを拡散する空洞３１ｃを有する矩形の非接地電極本体３１ａと、前記反応性ガスを噴出する多数の反応性ガス噴出孔３１ｄを有する矩形平板型のシャワープレート電極３１ｂとを図示しないボルトで締め付けて組み立てられる、という構造を有する。即ち、前記非接地電極本体３１ａと前記シャワープレート電極３１ｂは図示しない複数のボルトを用いて、締め付けられて、連結される。
なお、非接地電極本体３１ａは、反応性ガス導入口３７から導入された反応性ガスを拡散する空洞３１ｃを介して、前記反応性ガスを後述の多数の反応性ガス噴出孔３１ｄへ輸送する。
シャワープレート電極３１ｂは、図６に示されるように、多数の反応性ガス噴出孔３１ｄを備え、前記反応性ガス導入口３７から導入され、前記電極本体３１ａの空洞３１ｃで拡散されて輸送された反応性ガスを噴出する。反応性ガス噴出孔３１ｄは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、例えば、０．８ｍｍとする。
シャワープレート電極３１ｂの寸法は、基板３３の大きさに対応して選ばれるが、例えば、基板３３のサイズが３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、３ｍｘ３ｍとする。
非接地電極本体３１ａは、前記非接地電極本体３１ａの接地電極３２の主面３２ａと対向しない面の４つの辺の端部に、図６及び図７に示されるように、高周波電力が供給される地点である複数の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが設けられる。複数の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの位置は、図７に示されるように、非接地電極本体３１ａの４つ辺のそれぞれ略中央点である。
シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間隔Ｄ、ガス圧力ｐ、及びプラズマ発生開始電圧との関係は、予め、後述の高周波電力供給手段を用いて実験を行い、そのデータに基いて選ばれる。なお、プラズマ発生に必要な印加電圧と、真空容器内部の圧力ｐと該間隔Ｄの積（即ち、ｐ・Ｄ）の関係は、パッシェン則に従う、ことが知られている。
なお、非接地電極本体３１ａは、反応性ガス導入口３７から導入された反応性ガスを拡散する空洞３１ｃを介して、前記反応性ガスを後述の多数の反応性ガス噴出孔３１ｄへ輸送する。
シャワープレート電極３１ｂは、図６に示されるように、多数の反応性ガス噴出孔３１ｄを備え、前記反応性ガス導入口３７から導入され、前記電極本体３１ａの空洞３１ｃで拡散されて輸送された反応性ガスを噴出する。反応性ガス噴出孔３１ｄは、直径略０．４ｍｍ～略１ｍｍの円形に形成される。ここでは、例えば、０．８ｍｍとする。
シャワープレート電極３１ｂの寸法は、基板３３の大きさに対応して選ばれるが、例えば、基板３３のサイズが３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、３ｍｘ３ｍとする。
非接地電極本体３１ａは、前記非接地電極本体３１ａの接地電極３２の主面３２ａと対向しない面の４つの辺の端部に、図６及び図７に示されるように、高周波電力が供給される地点である複数の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが設けられる。複数の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄの位置は、図７に示されるように、非接地電極本体３１ａの４つ辺のそれぞれ略中央点である。
シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間隔Ｄ、ガス圧力ｐ、及びプラズマ発生開始電圧との関係は、予め、後述の高周波電力供給手段を用いて実験を行い、そのデータに基いて選ばれる。なお、プラズマ発生に必要な印加電圧と、真空容器内部の圧力ｐと該間隔Ｄの積（即ち、ｐ・Ｄ）の関係は、パッシェン則に従う、ことが知られている。
【0035】
符号５０は高周波電源である。高周波電源５０は、高周波の電力を発生する。高周波電源５０は、後述の電力分配器５１、後述の第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄと、後述の第１、第２、第３及び第４の真空装置用電流導入端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄと、後述の第１、第２、第３及び第４の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄと連携して、後述のプラズマ５８を生成するために用いられる。高周波電源５０の出力周波数は、１３．５６ＭＨｚ、又は２７．１２ＭＨｚ、又は４０．６８ＭＨｚ、又は５４．２４ＭＨｚ、又は６７．８ＭＨｚから選ばれる。その選定理由は、工業周波数１３．５６ＭＨｚ及びその倍波に相当する電源は安価に入手できるから、である。上記工業周波数１３．５６ＭＨｚ及びその２倍、３倍及び４倍波以外の周波数を、ＶＨＦ（３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）帯域から任意に選ぶこともできる。高周波電源の出力は、ここでは、例えば、５ＫＷ～５０ＫＷである。なお、高周波プラズマ発生装置の応用においては、基板へのイオンダメージを抑制するために周波数をより高くすることが求められるが、ここでは、基板が大面積基板への応用であることから、長波長の、例えば、工業周波数１３．５６ＭＨｚを選ぶ。１３．５６ＭＨｚの電磁波の波長は、真空中では２２．１ｍであるが、プラズマ中では、波長が短縮するので、真空中の波長より短い。波長短縮率０．７として、略１５．４ｍである。
【0036】
符号５１は電力分配器である。電力分配器５１は、高周波電源５０の出力を４つに分配し、後述の第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに送電する。
符号５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、第１、第２、第３及び第４の整合器である。第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、高周波電源５０とその負荷のインピーダンスを整合する。即ち、第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに内蔵のインピーダンス整合回路を調整して、各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ側から反射して戻ってくる反射波（退行波）を最小状態に調整する。
符号５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは真空装置用電流導入端子である。真空装置用電流導入端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは真空漏れがない状態で、各整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄから送電された高周波電源５０の出力を、それぞれ後述の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに送電する。
符号５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは第１、第２、第３及び第４の給電棒である。第１、第２、第３及び第４の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは、真空装置用電流導入端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄから送電された高周波電源５０の出力をそれぞれ各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに供給する。
符号３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは第１、第２、第３及び第４の給電点である。第１、第２、第３及び第４の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、前記高周波電源５０の出力が前記非接地電極３１に印加される地点である。各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに印加された高周波電源５０の出力である高周波電力の電流は、高周波特有の表皮効果により反応容器３０の表面層及び非接地電極３１の表面層（深さ略１０μｍ以下）を流れる。給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに印加された高周波電源５０の出力である高周波電力は、真空容器３０と非接地電極３１の間の空間に放射され、電力波として伝播する。
なお、ここでは、高周波電源５０の出力が前記非接地電極３１に印加される地点である給電点の個数は４個であるが、非接地電極３１の各辺に２個ずつ、合計８個を設けてもよい。後述のプラズマ５８の大面積均一化という観点からは、給電点の個数は多いほど好ましい。
符号５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、第１、第２、第３及び第４の整合器である。第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄは、高周波電源５０とその負荷のインピーダンスを整合する。即ち、第１、第２、第３及び第４の整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄに内蔵のインピーダンス整合回路を調整して、各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ側から反射して戻ってくる反射波（退行波）を最小状態に調整する。
符号５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは真空装置用電流導入端子である。真空装置用電流導入端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄは真空漏れがない状態で、各整合器５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄから送電された高周波電源５０の出力を、それぞれ後述の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄに送電する。
符号５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは第１、第２、第３及び第４の給電棒である。第１、第２、第３及び第４の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄは、真空装置用電流導入端子５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄから送電された高周波電源５０の出力をそれぞれ各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに供給する。
符号３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは第１、第２、第３及び第４の給電点である。第１、第２、第３及び第４の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄは、前記高周波電源５０の出力が前記非接地電極３１に印加される地点である。各給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに印加された高周波電源５０の出力である高周波電力の電流は、高周波特有の表皮効果により反応容器３０の表面層及び非接地電極３１の表面層（深さ略１０μｍ以下）を流れる。給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに印加された高周波電源５０の出力である高周波電力は、真空容器３０と非接地電極３１の間の空間に放射され、電力波として伝播する。
なお、ここでは、高周波電源５０の出力が前記非接地電極３１に印加される地点である給電点の個数は４個であるが、非接地電極３１の各辺に２個ずつ、合計８個を設けてもよい。後述のプラズマ５８の大面積均一化という観点からは、給電点の個数は多いほど好ましい。
【0037】
符号５６ａは廻り縁である。廻り縁５６ａは導電性材料で製作され、反応容器３０の天板３０ａと壁板３０ｂとの境界領域に、配置される。廻り縁５６ａは、真空容器３０と電気的に導通状態とする。廻り縁５６ａの断面形状は、図６及び図８に示されるように、三角形とする。断面形状が三角形の廻り縁５６ａは、その頂点の一つを天板３０ａと壁板３０ｂとの境界に向け、その辺の一つを非接地電極本体３１ａの角部を向くような姿勢で配置される。
廻り縁５６ａは、図６に示されるように、給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射され、天板３０ａに平行に壁板３０ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）５７ａを、正反射する。即ち、廻り縁５６ａは入射角と反射角を同じとする反射により、前記電力波（電磁波）５７ａを、図６に示される電力波（電磁波）５７ｂとして伝播させる。その結果、各給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射され、天板３０ａに平行に壁板３０ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）５７ａを、その伝播方向を９０°曲げて、壁板３０ｂに平行に電力波（電磁波）５７ｂとして伝播させる。なお、電磁波は光と同様に正反射するという特性（入射面に対して入射角と反射角は等しい）を有する。
廻り縁５６ａに代えて、断面形状が円形である廻り縁５６ｂ、あるいは、断面形状が矩形である廻り縁５６ｃを用いても良い。いずれの場合でも、電力波の進行方向を略９０°曲げる作用を有する。ここでは、例えば、断面形状が三角形である廻り縁５６ａを用いる。
符号５９は、面取りされた角である。面取りされた角５９は、非接地電極本体３１ａの角部における電界の集中を抑制緩和するために、非接地電極本体３１ａの天板３０ａを臨む角がＣ面取り加工又はＲ面取り加工された角部である。ここでは、例えば、角から３ｍｍ～５ｍｍを４５°で加工（Ｃ３～Ｃ５）、例えば、Ｃ５面取り加工とする。なお、Ｒ面取り加工の場合、Ｒ５～Ｒ１０面取り加工を施すのが好ましい。
面取りされた角５９は、各給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射された電力波５７ａが、反応容器３０の天板３０ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁５６ａが配置された天板３０ａと壁板３０ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波５７ｂとなり、壁板３０ｂの面に平行な方向へ伝播する際に、該廻り縁５６ａと非接地電極本体３１ａの天板３０ａを臨む角との間に発生する電界の集中を緩和し、異常放電発生を抑制する作用を有する。
符号６０は導波板である。導波板６０は導電性材料で製作され、シャワープレート電極３１ｂの接地電極３２の主面３２ａに対向する面の角部の周辺領域に設置される。導波板６０の断面形状は、三角形、丸形、矩形のいずれでも良い。断面形状が三角形の導波板６０の場合は、その辺の一つがシャワープレート電極３１ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が矩形の導波板６０の場合は、その面の一つがシャワープレート電極３１ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が丸形の導波板６０の場合は壁板３０ｂと接地電極３２の境界領域に配置される。
ここでは、例えば、断面形状が矩形の導波板６０を、図６に示されるような配置で設置される。
廻り縁５６ａは、図６に示されるように、給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射され、天板３０ａに平行に壁板３０ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）５７ａを、正反射する。即ち、廻り縁５６ａは入射角と反射角を同じとする反射により、前記電力波（電磁波）５７ａを、図６に示される電力波（電磁波）５７ｂとして伝播させる。その結果、各給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射され、天板３０ａに平行に壁板３０ｂの方向へ伝播してきた電力波（電磁波）５７ａを、その伝播方向を９０°曲げて、壁板３０ｂに平行に電力波（電磁波）５７ｂとして伝播させる。なお、電磁波は光と同様に正反射するという特性（入射面に対して入射角と反射角は等しい）を有する。
廻り縁５６ａに代えて、断面形状が円形である廻り縁５６ｂ、あるいは、断面形状が矩形である廻り縁５６ｃを用いても良い。いずれの場合でも、電力波の進行方向を略９０°曲げる作用を有する。ここでは、例えば、断面形状が三角形である廻り縁５６ａを用いる。
符号５９は、面取りされた角である。面取りされた角５９は、非接地電極本体３１ａの角部における電界の集中を抑制緩和するために、非接地電極本体３１ａの天板３０ａを臨む角がＣ面取り加工又はＲ面取り加工された角部である。ここでは、例えば、角から３ｍｍ～５ｍｍを４５°で加工（Ｃ３～Ｃ５）、例えば、Ｃ５面取り加工とする。なお、Ｒ面取り加工の場合、Ｒ５～Ｒ１０面取り加工を施すのが好ましい。
面取りされた角５９は、各給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄから放射された電力波５７ａが、反応容器３０の天板３０ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁５６ａが配置された天板３０ａと壁板３０ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波５７ｂとなり、壁板３０ｂの面に平行な方向へ伝播する際に、該廻り縁５６ａと非接地電極本体３１ａの天板３０ａを臨む角との間に発生する電界の集中を緩和し、異常放電発生を抑制する作用を有する。
符号６０は導波板である。導波板６０は導電性材料で製作され、シャワープレート電極３１ｂの接地電極３２の主面３２ａに対向する面の角部の周辺領域に設置される。導波板６０の断面形状は、三角形、丸形、矩形のいずれでも良い。断面形状が三角形の導波板６０の場合は、その辺の一つがシャワープレート電極３１ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が矩形の導波板６０の場合は、その面の一つがシャワープレート電極３１ｂの角を向くような姿勢で配置される。断面形状が丸形の導波板６０の場合は壁板３０ｂと接地電極３２の境界領域に配置される。
ここでは、例えば、断面形状が矩形の導波板６０を、図６に示されるような配置で設置される。
【0038】
次に、図６において、高周波電源５０の出力が複数の給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに供給される際に発生する一対の電極３１、３２の間の電界分布及び生成されるプラズマの形態について、以下説明する。
高周波電源５０の出力である高周波電力は、複数の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄからその周辺に電力波として放射される。前記放射された電力波５７ａは、図６に示されるように、矩形筒型の反応容器３０の天板３０ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁５６ａが配置された天板３０ａと壁板３０ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波５７ｂとなり、壁板３０ｂの面に平行な方向へ伝播し、一対の電極３１、３２の周辺からその間に流れ込む。この高周波電力は、伝播経路が矩形筒型であることから、矩形柱状の形態の波となる。
上記一対の電極３１、３２の周辺からその間に流れ込むという矩形柱状の形態の高周波電力Ｐは、電磁気学の知見によると（例えば、非特許文献１参照）、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢ（joule／ｍ２・ｓ）で表される。ただし、Ｅは電界（ベクトル表示）、Ｂは磁界（ベクトル表示）である。図６に示される高周波プラズマ発生装置の場合、高周波電力Ｐの伝播の形態は、図９に、模式的に、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄで示されるように、矩形筒状波である。
即ち、図９において、一対の矩形板型電極（容量結合型平行平板電極）３１、３２間の電界Ｅは、該一対の電極３１、３２の互いに対向する面の法線方向を向き、磁界Ｂは該一対の電極３１、３２の中心軸２２を中心にした円６３の接線方向を向いている。ここで、磁界Ｂは、アンペールの法則により、電界Ｅ方向に流れる変位電流の方向に対して右ネジを回転する方向に発生することにより、円６３で表されるように、渦巻き状に発生する。
したがって、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢは、該電極周辺から中心軸６２の方向を向いている。これは、高周波電源５０の出力である高周波電力Ｐが、矩形板型電極３１、３２の周辺から中心軸６２へ集中するように、矩形柱状の波の形態で流れ込む、ということを意味している。矩形柱状波の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極３１、３２間にプラズマ５８を生成する。
高周波電源５０の出力である高周波電力は、複数の給電棒５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄからその周辺に電力波として放射される。前記放射された電力波５７ａは、図６に示されるように、矩形筒型の反応容器３０の天板３０ａの面に平行方向に伝播し、廻り縁５６ａが配置された天板３０ａと壁板３０ｂとの境界領域で伝播方向を９０°曲げて電力波５７ｂとなり、壁板３０ｂの面に平行な方向へ伝播し、一対の電極３１、３２の周辺からその間に流れ込む。この高周波電力は、伝播経路が矩形筒型であることから、矩形柱状の形態の波となる。
上記一対の電極３１、３２の周辺からその間に流れ込むという矩形柱状の形態の高周波電力Ｐは、電磁気学の知見によると（例えば、非特許文献１参照）、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢ（joule／ｍ２・ｓ）で表される。ただし、Ｅは電界（ベクトル表示）、Ｂは磁界（ベクトル表示）である。図６に示される高周波プラズマ発生装置の場合、高周波電力Ｐの伝播の形態は、図９に、模式的に、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄで示されるように、矩形筒状波である。
即ち、図９において、一対の矩形板型電極（容量結合型平行平板電極）３１、３２間の電界Ｅは、該一対の電極３１、３２の互いに対向する面の法線方向を向き、磁界Ｂは該一対の電極３１、３２の中心軸２２を中心にした円６３の接線方向を向いている。ここで、磁界Ｂは、アンペールの法則により、電界Ｅ方向に流れる変位電流の方向に対して右ネジを回転する方向に発生することにより、円６３で表されるように、渦巻き状に発生する。
したがって、ポインテイングベクトルＰ＝ＥｘＢは、該電極周辺から中心軸６２の方向を向いている。これは、高周波電源５０の出力である高周波電力Ｐが、矩形板型電極３１、３２の周辺から中心軸６２へ集中するように、矩形柱状の波の形態で流れ込む、ということを意味している。矩形柱状波の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極３１、３２間にプラズマ５８を生成する。
【0039】
高周波プラズマ発生装置が、図６に示されるような矩形筒型の反応容器３０に配置され、矩形平板型の一対の電極３１、３２を備え、該一対の矩形平板型電極３１、３２の周辺部から矩形筒状波の形態で電力が供給されるという構造を有する場合、該一対の電極３１、３２間の電界は、例えば、非特許文献２に記載されているように、ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）で表される。なお、一対の平板電極の間で正と負の電界が発生するのは、非特許文献２に記載されているように、一対の電極において高周波数の変位電流が流れると磁場が発生し、磁場が時間的に変化すると電界が発生するという電磁波の基本的な現象である。
即ち、電力波の波長をλ、中心軸６２からの距離をｒで表すと、該一対の電極３１、３２間に発生する電界Ｅは、波長λと中心軸からの距離ｒに依存し、次式で表される。
Ｅ＝Ｅ０・Ｊ０（２πｒ／λ） ・・・（１）
ただし、Ｅ０は定数、Ｊ０（２πｒ／λ）はゼロ次のベッセル関数である。ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）は、２πｒ／λ＝２．４０５、５．５２０、８．６３４を満たす場合、Ｊ０（２πｒ／λ）＝０となる。
式（１）は、図１に示される本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の場合と同様に、電界の方向（正と負）が中心軸６２からの距離ｒにおいて、交互に変化することを示している。
また、式（１）は、図１０にされる一対の矩形平板型電極の対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）におけるその中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λより大きいサイズの場合は、電界がゼロという領域が発生することを意味している。
したがって、一対の矩形平板型電極の対角線において、その中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以上である場合、電界がゼロの領域を含むことから、電界分布の均一化は電磁気学的に無理がある、ということを示している。
逆に考えれば、一対の矩形平板型電極の対角線においてその中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以下である場合、均一化が可能というメリットがある。
即ち、電力波の波長をλ、中心軸６２からの距離をｒで表すと、該一対の電極３１、３２間に発生する電界Ｅは、波長λと中心軸からの距離ｒに依存し、次式で表される。
Ｅ＝Ｅ０・Ｊ０（２πｒ／λ） ・・・（１）
ただし、Ｅ０は定数、Ｊ０（２πｒ／λ）はゼロ次のベッセル関数である。ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）は、２πｒ／λ＝２．４０５、５．５２０、８．６３４を満たす場合、Ｊ０（２πｒ／λ）＝０となる。
式（１）は、図１に示される本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の場合と同様に、電界の方向（正と負）が中心軸６２からの距離ｒにおいて、交互に変化することを示している。
また、式（１）は、図１０にされる一対の矩形平板型電極の対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）におけるその中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λより大きいサイズの場合は、電界がゼロという領域が発生することを意味している。
したがって、一対の矩形平板型電極の対角線において、その中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以上である場合、電界がゼロの領域を含むことから、電界分布の均一化は電磁気学的に無理がある、ということを示している。
逆に考えれば、一対の矩形平板型電極の対角線においてその中心から角（頂点）まで距離Ｌが、Ｌ＝（λ／２π）ｘ２．４０５＝０．３８３λ以下である場合、均一化が可能というメリットがある。
【0040】
上記式（１）を、図１０に示されるシャワープレート電極３１ｂの接地電極３２と対向する面の対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）を横軸に、縦軸に電界を、最大値１．０に基準化してグラフ化すると、図１１が得られる。図１１は、シャワープレート電極３１ｂの中心点を原点とし、シャワープレート電極３１ｂの対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）上の電界分布を示している。
図１１によれば、ｌｉｎｅ－ｘ＝０～略０．１５λにおいて、Ｅ＝１．０～略０．９である。したがって、電界がほぼ一様な領域は、電極中心からｌｉｎｅ－ｘ＝略０．３λと見ることができる。即ち、シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間に発生するプラズマは、該電極の中心から半径０．１５λ程度の領域は一様なプラズマが発生する。これは、直径０．３λ＝０．３ｘ１５．４ｍ＝４．６ｍの円で囲まれる領域は一様なプラズマが生成されることを意味している。
なお、図６に示される装置では、上記電力波の波長λは、高周波電源５０の周波数が１３．５６ＭＨｚであるので、プラズマの波長短縮率０．７として、プラズマ中の波長λ＝１５．４ｍである。
図１１によれば、ｌｉｎｅ－ｘ＝０～略０．１５λにおいて、Ｅ＝１．０～略０．９である。したがって、電界がほぼ一様な領域は、電極中心からｌｉｎｅ－ｘ＝略０．３λと見ることができる。即ち、シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間に発生するプラズマは、該電極の中心から半径０．１５λ程度の領域は一様なプラズマが発生する。これは、直径０．３λ＝０．３ｘ１５．４ｍ＝４．６ｍの円で囲まれる領域は一様なプラズマが生成されることを意味している。
なお、図６に示される装置では、上記電力波の波長λは、高周波電源５０の周波数が１３．５６ＭＨｚであるので、プラズマの波長短縮率０．７として、プラズマ中の波長λ＝１５．４ｍである。
【0041】
次に、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の薄膜形成への応用について、図６～図１１を参照して説明する。説明の便宜上、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の代表的応用例としてプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜の形成を例にとり、以下に説明する。
なお、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いたプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成に関する予備試験として、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータとして、例えば、プラズマ生成の電力依存性・圧力依存性、膜厚の電力依存性及び膜厚みの原料ガス流量依存性等のデータを、予め実験により把握し、上記微結晶シリコン膜形成に備えておくのが好ましい。
図示しない原料ガスの供給源から原料ガスが選ばれる。ここでは、例えば、微結晶シリコン膜を形成することから、ガス供給条件は、例えば、シランガスと水素を選び、流量比を水素流量／シランガス流量＝１００／１とする。
先ず、反応容器３０の図示しない基板搬入搬出バルブを開いて、基板３３を接地電極３２の主面３２ａに載置する。次に、基板搬入搬出バルブを閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気口３６ａ及び排気口３６ｂを介して、反応容器３０内部を所定の真空度にする。
その後、図示しないシランガス源及び図示しない水素ガス源から、それぞれ図示しないシランガス及び水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガス及び水素ガスを反応ガス導入管３７へ輸送し、前記シランガス及び前記水素ガスを、空洞３１ｃを介して、反応ガス噴出孔３１ｄから噴出させる。
次に、図示しない排気バルブ制御装置により図示しない排気バルブの開閉度を制御し、反応容器３０の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つ。なお、反応容器３０の真空引きに用いる真空ポンプと製膜時に用いる真空ポンプは、異なるものを別々に用いてもよい。ここでは、例えば、２５０Ｐａに設定し、維持する。
なお、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いたプラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成に関する予備試験として、電極間隔、基板温度、シランガスの流量、水素ガスの流量、圧力、電力等の関係に係わるデータとして、例えば、プラズマ生成の電力依存性・圧力依存性、膜厚の電力依存性及び膜厚みの原料ガス流量依存性等のデータを、予め実験により把握し、上記微結晶シリコン膜形成に備えておくのが好ましい。
図示しない原料ガスの供給源から原料ガスが選ばれる。ここでは、例えば、微結晶シリコン膜を形成することから、ガス供給条件は、例えば、シランガスと水素を選び、流量比を水素流量／シランガス流量＝１００／１とする。
先ず、反応容器３０の図示しない基板搬入搬出バルブを開いて、基板３３を接地電極３２の主面３２ａに載置する。次に、基板搬入搬出バルブを閉じた後、図示しない真空ポンプにより、排気口３６ａ及び排気口３６ｂを介して、反応容器３０内部を所定の真空度にする。
その後、図示しないシランガス源及び図示しない水素ガス源から、それぞれ図示しないシランガス及び水素ガスのマスフローコントローラで所定の流量を制御されたシランガス及び水素ガスを反応ガス導入管３７へ輸送し、前記シランガス及び前記水素ガスを、空洞３１ｃを介して、反応ガス噴出孔３１ｄから噴出させる。
次に、図示しない排気バルブ制御装置により図示しない排気バルブの開閉度を制御し、反応容器３０の内部圧力を、略１３３Ｐａ～略１３３３Ｐａに保つ。なお、反応容器３０の真空引きに用いる真空ポンプと製膜時に用いる真空ポンプは、異なるものを別々に用いてもよい。ここでは、例えば、２５０Ｐａに設定し、維持する。
【0042】
次に、予め得られているデータに基づいて、高周波電源５０の出力を、例えば、２０ＫＷとして、給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄに印加する。
そうすると、高周波電源５０の出力は、図６に示されるように、電力波として給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄから非接地電極本体３１ａと天板３０ａの間を伝播し、廻り縁５６ａで進行方向を９０°曲げて壁板３０ｂに沿って伝播し、導波板６０で進行方向を９０°曲げて、シャワープレート電極３１ｂの周辺部から前記シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間へ流れ込む。上記電力波の伝播路において、非接地電極本体３１ａの面取りされた角５９と廻り縁５６ａの間の電界は、前記非接地電極本体３１ａの角部が面取り加工されていることから、電界集中に起因する異常放電は発生しない。
この電力は、図９に示されるように、シャワープレート電極３１ｂの中心軸６２へ向けて集中するように進行する。シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間に高周波電源５０の出力が供給されると、図１１に示される分布を持つ電界が発生する。この電界が発生すると、該電界の二乗に比例した強さを持つ電力が得られる。前記電界がプラズマ発生条件を満たせば、シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間にプラズマ５８が生成される。
即ち、原料ガスのＳｉＨ４、水素Ｈ２がプラズマ化される。その結果、ＳｉＨ４、水素Ｈ２が解離し、微結晶シリコン膜形成の前駆体であるＳｉＨラジカル、Ｈラジカル等を発生する。ＳｉＨラジカル、Ｈラジカルは拡散して、基板３３の表面に堆積する。
そうすると、高周波電源５０の出力は、図６に示されるように、電力波として給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄから非接地電極本体３１ａと天板３０ａの間を伝播し、廻り縁５６ａで進行方向を９０°曲げて壁板３０ｂに沿って伝播し、導波板６０で進行方向を９０°曲げて、シャワープレート電極３１ｂの周辺部から前記シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間へ流れ込む。上記電力波の伝播路において、非接地電極本体３１ａの面取りされた角５９と廻り縁５６ａの間の電界は、前記非接地電極本体３１ａの角部が面取り加工されていることから、電界集中に起因する異常放電は発生しない。
この電力は、図９に示されるように、シャワープレート電極３１ｂの中心軸６２へ向けて集中するように進行する。シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間に高周波電源５０の出力が供給されると、図１１に示される分布を持つ電界が発生する。この電界が発生すると、該電界の二乗に比例した強さを持つ電力が得られる。前記電界がプラズマ発生条件を満たせば、シャワープレート電極３１ｂと接地電極３２の間にプラズマ５８が生成される。
即ち、原料ガスのＳｉＨ４、水素Ｈ２がプラズマ化される。その結果、ＳｉＨ４、水素Ｈ２が解離し、微結晶シリコン膜形成の前駆体であるＳｉＨラジカル、Ｈラジカル等を発生する。ＳｉＨラジカル、Ｈラジカルは拡散して、基板３３の表面に堆積する。
【0043】
次に、微結晶シリコン膜の厚みは該プラズマ生成時間に比例するので、前記高周波電源５０の出力供給開始から所定の時間が経過した時点で、その出力をゼロにする。
製膜時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～２０分、例えば２分とする。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記シランガスガス及び水素ガスの供給を停止し、反応容器１内部を、一旦、高い真空度に真空引きする。その後、反応容器３０を大気条件に戻す。反応容器３０が大気条件に戻された後、図示しない基板搬入搬出バルブを開とし、基板３３を取り出す。反応容器３０から取り出された基板３３には、均一な微結晶シリコン膜が形成されている。
製膜時間は、予め取得されたデータに基づいて決められる。ここでは、１分～２０分、例えば２分とする。
目的とする微結晶シリコン膜の製膜が終了後、上記シランガスガス及び水素ガスの供給を停止し、反応容器１内部を、一旦、高い真空度に真空引きする。その後、反応容器３０を大気条件に戻す。反応容器３０が大気条件に戻された後、図示しない基板搬入搬出バルブを開とし、基板３３を取り出す。反応容器３０から取り出された基板３３には、均一な微結晶シリコン膜が形成されている。
【0044】
なお、上述した本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置の薄膜形成への応用では、プラズマＣＶＤによる微結晶シリコン膜形成を例にとり、説明したが、有機シランガスを含む反応性ガスを用いたプラズマＣＶＤによる薄膜形成あるいはプラズマＡＬＤによる薄膜形成への応用も可能である。また、水素、酸素又は塩素を含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングへの応用も可能である。
【0045】
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置を用いた薄膜形成装置は、上述の通り、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用いて、電極サイズが３ｍｘ３ｍの矩形平板型の非接地電極本体３１ａの接地電極３２に対向しない面の辺に給電点３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄが設けられ、天板３０ａと壁板３０ｂの境界領域に電気的に接地された導電性材料で形成された廻り縁５６ａが配置されることを特徴とし、従来の矩形平板電極を用いた高周波プラズマ発生装置において発生する供給電力伝播路での電力損失問題及びジュール熱発生問題を解消することが可能であることを示した。また、矩形平板電極を用いた高周波プラズマ発生装置で発生するプラズマの強さの分布はゼロ次のベッセル関数で表され、非接地電極の中心点から直径で０．１５λ（λは、プラズマ中の波長）の領域はプラズマの均一化可能であることを示した。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
また、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤを用いた微結晶シリコン膜の形成への応用であるが、これに限定されず、反応性ガスとして、水素又は酸素又は塩素等を用いるプラズマエッチング装置及びプラズマＡＬＤ装置としての応用が可能であることは、当然のことである。
本発明による高周波プラズマ発生装置は、大画面液晶デイスプレイ、大画面有機ＥＬデイスプレイ、大面積太陽電池及び各種半導体デバイス等の分野にける大面積均一のプラズマ生成が可能であり、製品製造コストの低減及び性能向上への貢献度は著しく大きいことから、産業上の貢献度は著しく大きい。
また、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置は、プラズマＣＶＤを用いた微結晶シリコン膜の形成への応用であるが、これに限定されず、反応性ガスとして、水素又は酸素又は塩素等を用いるプラズマエッチング装置及びプラズマＡＬＤ装置としての応用が可能であることは、当然のことである。
【符号の説明】
【0046】
１、３０・・・反応容器、
１ａ、３０ａ・・・天板、
１ｂ、３０ｂ・・・壁板、
１ｃ、３０ｃ・・・床板、
２、３１・・・非接地電極、
２ａ、３１ａ・・・非接地電極本体、
２ｂ、３１ｂ・・・シャワープレート電極、
２ｃ、３１ｃ・・・空洞、
２ｄ、３１ｄ・・・反応性ガス噴出孔、
３、３２・・・接地電極、
５、３３・・・基板、
１０、５０・・・高周波電源、
１１、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ・・・整合器、
１２、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ・・・真空装置用電流導入端子、
１３、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ・・・給電棒、
１７、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ・・・給電点、
１９ａ、５６ａ・・・廻り縁、
２２ａ、５９・・・面取りされた角、
２０、６０・・・導波板、
２１ａ、２１ｂ、５７ａ、５７ｂ・・・電力波（電磁波）、
５１・・・電力分配器。
１ａ、３０ａ・・・天板、
１ｂ、３０ｂ・・・壁板、
１ｃ、３０ｃ・・・床板、
２、３１・・・非接地電極、
２ａ、３１ａ・・・非接地電極本体、
２ｂ、３１ｂ・・・シャワープレート電極、
２ｃ、３１ｃ・・・空洞、
２ｄ、３１ｄ・・・反応性ガス噴出孔、
３、３２・・・接地電極、
５、３３・・・基板、
１０、５０・・・高周波電源、
１１、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ・・・整合器、
１２、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ・・・真空装置用電流導入端子、
１３、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ・・・給電棒、
１７、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ・・・給電点、
１９ａ、５６ａ・・・廻り縁、
２２ａ、５９・・・面取りされた角、
２０、６０・・・導波板、
２１ａ、２１ｂ、５７ａ、５７ｂ・・・電力波（電磁波）、
５１・・・電力分配器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】