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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】P2023123680
(43)【公開日】2023-09-05
(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 20060101AFI20230829BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20230829BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20230829BHJP
C23C 16/509 20060101ALI20230829BHJP
【ＦＩ】
H05H1/46 M
H01L21/205
H01L21/302 101B
C23C16/509
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
【公開請求】
(21)【出願番号】P 2023104059
(22)【出願日】2023-06-26
(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】 （修正有）
【課題】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。また、大面積プラズマの均一生成は困難という問題がある。これら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。
【解決手段】矩形平行平板型（容量結合型）の高周波プラズマ発生装置に関し、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面の角部と辺に高周波電源の出力電圧が印加される給電点１５ｆが設けられ、電流導入端子１２ｆと前記給電点１５ｆを結ぶ給電導体１３ｆは前記電流導入端子１２ｆの芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成されることを特徴とする。これにより、電送路の電力損失が抑制され、ゼロ次のベッセル関数型の電界分布が得られ、プラズマの均一化が可能である。
【選択図】図１
【解決手段】矩形平行平板型（容量結合型）の高周波プラズマ発生装置に関し、前記非接地電極の前記接地電極に対向する面の角部と辺に高周波電源の出力電圧が印加される給電点１５ｆが設けられ、電流導入端子１２ｆと前記給電点１５ｆを結ぶ給電導体１３ｆは前記電流導入端子１２ｆの芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成されることを特徴とする。これにより、電送路の電力損失が抑制され、ゼロ次のベッセル関数型の電界分布が得られ、プラズマの均一化が可能である。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応性ガスの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、前記反応容器に電気的に絶縁された非接地電極と、前記非接地電極に対向して配置される電気的に接地された接地電極と、高周波電源と整合器と真空装置用電流導入端子と給電導体を有する高周波電力供給手段と、を備え、前記非接地電極に設けられた複数の給電点に前記高周波電源の出力である高周波電力を供給し、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され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、
前記非接地電極は、前記反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極であり、前記給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられ、前記真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、
前記給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成され、且つ前記真空装置用電流導入端子の前記芯線と前記給電点を接続することを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
前記非接地電極は、前記反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極であり、前記給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられ、前記真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、
前記給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成され、且つ前記真空装置用電流導入端子の前記芯線と前記給電点を接続することを特徴とする高周波プラズマ発生装置。
【請求項2】
前記給電体を形成する金属板は、前記金属板の表面積が前記高周波電源で発生された電力の流れの上流側から下流側へ向かうに従って、順次大きくなるように形成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】
前記給電導体を形成する金属板は、三角形の形態を有する三角形金属板で形成され、前記三角形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記三角形金属板の底辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続されることを特徴とする請求項２に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項4】
前記給電導体を形成する金属板は、半円形の形態を有する半円形金属板で形成され、前記半円形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記半円形金属板の辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続されることを特徴とする請求項２に記載の高周波プラズマ発生装置。
【請求項5】
前記反応容器は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線から受電した高周波電力を前記給電点に送電する電力伝送路を備え、前記電力伝送路は、前記給電導体と、前記給電体と前記反応容器の前記壁板の間に配置される導波板で形成され、前記導波板は前記反応容器の前記壁板と電気的に接続され、前記壁板に対して傾斜して配置され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６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8】
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６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。
【0007】
他方、電源周波数がＶＨＦ帯域（３０ＭＨｚ～３００ＭＨｚ）であるＶＨＦプラズマＣＶＤ装置に関し、定在波に起因する膜厚の不均一性の問題を解決する方法が、いくつか提案されている。大まかに分類すると、次に示す２つの方法に分けられる。なお、以下に示す数式は、電源から電極に供給される電力の電圧波の伝搬を、一次元的に表現している。
第１の方法は、位相変調法である。例えば、特許文献５に開示された方法である。この方法は、互いに対向する電極端面に設けられた、例えば、梯子型電極の対向する２つの辺に設けられた給電点から連続波の高周波電力の電圧波Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２（ｘ、ｔ）を供給し、該高周波電力の電圧波Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２（ｘ、ｔ）の位相差Δθを時間的に変調させる方法である。原理的には、下記式（１）のΔθを時間的に変化させる、例えば、Δθ＝ｓｉｎ（Ωｔ）で変動させるものである。ただし、Ωは角周波数である。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋θ１｝
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ－２πｘ／λ＋θ２｝
ただし、Ａは振幅、ωは角周波数、ｘは電極端面からの伝搬距離、λは電力波の波長、ｔは時間、θ１、θ２は位相である。
一対の電極間の電力の強さは、下記式（１）で表されるＩ（ｘ）の分布となる。 ＩＩ（ｘ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝ ・・・（１）
ただし、Ｌ０は一対の電極の長さ、Δθ＝θ１―θ２である。
この方法では、式（１）のΔθを、Δθ＝ｓｉｎ（Ωｔ）で変動させることにより、プラズマの強い部分（極大値の位置）を時間的、空間的に、変動させる。その結果、平均化されるので、プラズマの強さの分布が均一化される。なお、式（１）で表されるプラズマの強さの分布は、Δθを変動しなければ、時間的に不変であり、ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝となる。
上記位相変調法は、梯子型電極の対向する２つの辺の、互いに対向した地点に給電点を設けて互いに対向して進行する電圧波を供給する。その結果、この方法により発生される定在波の形態は、該電極の中心を通り、且つ前記給電点が配置された前記２つの辺に平行な線に対して対称形となり、且つ前記２つの辺に直交する方向を軸とする正弦波（あるいは余弦波）状の特性を持つ、という特徴がある。
なお、上記位相変調法のプラズマＣＶＤによるＳｉ系膜の形成への応用において、サイズ１．４ｍｘ１．０ｍｘ厚み２～４ｍｍのガラス基板に対し、膜の均一性±１７～１８％のデータが得られたことが知られている。
第１の方法は、位相変調法である。例えば、特許文献５に開示された方法である。この方法は、互いに対向する電極端面に設けられた、例えば、梯子型電極の対向する２つの辺に設けられた給電点から連続波の高周波電力の電圧波Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２（ｘ、ｔ）を供給し、該高周波電力の電圧波Ｗ１（ｘ、ｔ）とＷ２（ｘ、ｔ）の位相差Δθを時間的に変調させる方法である。原理的には、下記式（１）のΔθを時間的に変化させる、例えば、Δθ＝ｓｉｎ（Ωｔ）で変動させるものである。ただし、Ωは角周波数である。
Ｗ１（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ＋２πｘ／λ＋θ１｝
Ｗ２（ｘ、ｔ）＝Ａｓｉｎ｛ωｔ－２πｘ／λ＋θ２｝
ただし、Ａは振幅、ωは角周波数、ｘは電極端面からの伝搬距離、λは電力波の波長、ｔは時間、θ１、θ２は位相である。
一対の電極間の電力の強さは、下記式（１）で表されるＩ（ｘ）の分布となる。 ＩＩ（ｘ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝ ・・・（１）
ただし、Ｌ０は一対の電極の長さ、Δθ＝θ１―θ２である。
この方法では、式（１）のΔθを、Δθ＝ｓｉｎ（Ωｔ）で変動させることにより、プラズマの強い部分（極大値の位置）を時間的、空間的に、変動させる。その結果、平均化されるので、プラズマの強さの分布が均一化される。なお、式（１）で表されるプラズマの強さの分布は、Δθを変動しなければ、時間的に不変であり、ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝となる。
上記位相変調法は、梯子型電極の対向する２つの辺の、互いに対向した地点に給電点を設けて互いに対向して進行する電圧波を供給する。その結果、この方法により発生される定在波の形態は、該電極の中心を通り、且つ前記給電点が配置された前記２つの辺に平行な線に対して対称形となり、且つ前記２つの辺に直交する方向を軸とする正弦波（あるいは余弦波）状の特性を持つ、という特徴がある。
なお、上記位相変調法のプラズマＣＶＤによるＳｉ系膜の形成への応用において、サイズ１．４ｍｘ１．０ｍｘ厚み２～４ｍｍのガラス基板に対し、膜の均一性±１７～１８％のデータが得られたことが知られている。
【0008】
第２の方法は、定在波重畳法である。この方法は、例えば、特許文献６及び特許文献７に開示されているように、互いに対向する矩形電極の端面に設けられた対向する２つの給電点から第１の時間帯に、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）と電圧波Ｗ１２（ｘ、ｔ）を供給して第１の定在波を生成し、前記第１の時間帯と異なる第２の時間帯に、電圧波Ｗ２１（ｘ、ｔ）と電圧波Ｗ２２（ｘ、ｔ）を供給して第２の定在波を生成し、その２つの定在波を重畳させることを特徴とする。この方法は、時間帯が異なる２つのパルス状電圧波を用いることにより、実現される。
この方法は、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）の位相を同相状態に設定し、即ち、式（１）のΔθ＝θ１―θ２をΔθ＝０に設定し、第１の時間帯に次式（２）で表される定在波を発生させる。その際、プラズマの強さは式（２）になる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝ ・・・（２）
上記式（２）のプラズマ発生時間と異なる第２の時間帯に、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ
１２（ｘ、ｔ）の位相を逆相状態に設定し、即ち、式（１）のΔθ＝θ１―θ２をΔθ＝１８０°に設定し、第２の時間帯に次式（３）で表される定在波を発生させる。その際、プラズマの強さは式（３）になる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－１８０°／２｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝ ・・・（３）
発生時間が異なる２つの定在波を重畳することにより、一定値のプラズマ強度分布が形成される。即ち、式（２）で表される余弦波状の電界分布で生成されたプラズマと、式（３）で表される正弦波状の電界分布で生成されたプラズマを重畳させる。その結果、次式（４）で表される強さ一様なプラズマが生成される。
Ｉ（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝
＋ｓｉｎ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝
＝１ ・・・（４）
上記定在波重畳法は、矩形電極の対向する２つの辺の、互いに対向した地点に給電点を設けて互いに対向して進行する電圧波を供給する。その結果、この方法により発生される定在波の形態は、該矩形電極の中心を通り、且つ前記給電点が配置された前記２つの辺に平行な線に対して対称形となり、且つ直交する方向を軸とする正弦波（あるいは余弦波）状の特性を持つ、という特徴がある。
なお、上記定在波重畳法は、高周波電源としてパルス変調が可能で、且つ位相制御が可能という仕様を有する装置が必要なため、一般的な高周波電源に比べて、コストが高いという短所がある。
この方法は、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ１２（ｘ、ｔ）の位相を同相状態に設定し、即ち、式（１）のΔθ＝θ１―θ２をΔθ＝０に設定し、第１の時間帯に次式（２）で表される定在波を発生させる。その際、プラズマの強さは式（２）になる。
Ｉ１（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝ ・・・（２）
上記式（２）のプラズマ発生時間と異なる第２の時間帯に、電圧波Ｗ１１（ｘ、ｔ）とＷ
１２（ｘ、ｔ）の位相を逆相状態に設定し、即ち、式（１）のΔθ＝θ１―θ２をΔθ＝１８０°に設定し、第２の時間帯に次式（３）で表される定在波を発生させる。その際、プラズマの強さは式（３）になる。
Ｉ２（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－Δθ／２｝
＝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ－１８０°／２｝
＝ｓｉｎ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝ ・・・（３）
発生時間が異なる２つの定在波を重畳することにより、一定値のプラズマ強度分布が形成される。即ち、式（２）で表される余弦波状の電界分布で生成されたプラズマと、式（３）で表される正弦波状の電界分布で生成されたプラズマを重畳させる。その結果、次式（４）で表される強さ一様なプラズマが生成される。
Ｉ（ｘ、ｔ）∝ｃｏｓ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝
＋ｓｉｎ２｛２π（ｘ－Ｌ０／２）／λ｝
＝１ ・・・（４）
上記定在波重畳法は、矩形電極の対向する２つの辺の、互いに対向した地点に給電点を設けて互いに対向して進行する電圧波を供給する。その結果、この方法により発生される定在波の形態は、該矩形電極の中心を通り、且つ前記給電点が配置された前記２つの辺に平行な線に対して対称形となり、且つ直交する方向を軸とする正弦波（あるいは余弦波）状の特性を持つ、という特徴がある。
なお、上記定在波重畳法は、高周波電源としてパルス変調が可能で、且つ位相制御が可能という仕様を有する装置が必要なため、一般的な高周波電源に比べて、コストが高いという短所がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【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、
【特許文献5】特許３３１６４９０
【特許文献6】特許４２０７１３１
【特許文献7】特許５４８９８０３
【0010】
【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】
【0011】
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。この定在波の問題を解決可能な装置としては、例えば、特許文献５に記載の上記の位相変調法を用いる高周波プラズマ発生装置、そして、例えば、特許文献６及び特許文献７に記載の上記の定在波重畳法を用いる高周波プラズマ発生装置がある。しかしながら、これらの装置は、前記給電点に供給する電力の電圧の位相を所定の条件に制御することは可能であるが、前記一対の電極の端部から反射して戻る反射波の制御は出来ない。反射波を弱くするために供給電力を弱い条件で応用する場合、互いに対向する地点から供給される電力が弱くなり、正弦波（あるいは余弦波）状の定在波が形成されない。その結果、前記一対の電極端部からの反射波の影響を避けることは困難であり、プラズマの均一化が困難という問題がある。
また、従来の平行平板電極型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（電力伝送路）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ある。
また、従来の平行平板電極型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（電力伝送路）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ある。
【0012】
例えば、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１１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１１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１１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及び電気絶縁樹脂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１１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１１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（電力伝送路）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１１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１１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及び電気絶縁樹脂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１１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１１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（電力伝送路）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。
【0013】
例えば、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１２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１２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１２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及ぶ電気絶縁樹脂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１２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１２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（電力伝送路）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１２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及ぶ電気絶縁樹脂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１２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１２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（電力伝送路）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。
【0014】
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定在波に起因す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、上記電力電送路（電力伝播路）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、上記電力電送路（電力伝播路）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】
【0015】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、反応性ガスの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、前記反応容器に電気的に絶縁された非接地電極と、前記非接地電極に対向して配置される電気的に接地された接地電極と、高周波電源と整合器と真空装置用電流導入端子と給電導体を有する高周波電力供給手段と、を備え、前記非接地電極に設けられた複数の給電点に前記高周波電源の出力である高周波電力を供給し、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され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、
前記非接地電極は、前記反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極であり、前記給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられ、前記真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、
前記給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成され、且つ前記真空装置用電流導入端子の前記芯線と前記給電点を接続することを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記給電体を形成する金属板は、前記金属板の表面積が前記高周波電源で発生された電力の流れの上流側から下流側へ向かうに従って、順次大きくなるように形成されることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記給電導体を形成する金属板は、三角形の形態を有する三角形金属板で形成され、前記三角形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記三角形金属板の底辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続されることを特徴とする。
第４の発明は、第２の発明において、前記給電導体を形成する金属板は、半円形の形態を有する半円形金属板で形成され、前記半円形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記半円形金属板の辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続され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、前記反応容器は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線から受電した高周波電力を前記給電点に送電する電力伝送路を備え、前記電力伝送路は、前記給電導体と、前記給電体と前記反応容器の前記壁板の間に配置される導波板で形成され、前記導波板は前記反応容器の前記壁板と電気的に接続され、前記壁板に対して傾斜して配置され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７の発明は、第１の発明から第６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８の発明は、第１の発明から第６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。
前記非接地電極は、前記反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極であり、前記給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられ、前記真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、
前記給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成され、且つ前記真空装置用電流導入端子の前記芯線と前記給電点を接続することを特徴とする。
第２の発明は、第１の発明において、前記給電体を形成する金属板は、前記金属板の表面積が前記高周波電源で発生された電力の流れの上流側から下流側へ向かうに従って、順次大きくなるように形成されることを特徴とする。
第３の発明は、第２の発明において、前記給電導体を形成する金属板は、三角形の形態を有する三角形金属板で形成され、前記三角形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記三角形金属板の底辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続されることを特徴とする。
第４の発明は、第２の発明において、前記給電導体を形成する金属板は、半円形の形態を有する半円形金属板で形成され、前記半円形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線が接続され、前記半円形金属板の辺と前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の端部が接続され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、前記反応容器は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線から受電した高周波電力を前記給電点に送電する電力伝送路を備え、前記電力伝送路は、前記給電導体と、前記給電体と前記反応容器の前記壁板の間に配置される導波板で形成され、前記導波板は前記反応容器の前記壁板と電気的に接続され、前記壁板に対して傾斜して配置され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７の発明は、第１の発明から第６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８の発明は、第１の発明から第６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】
【0016】
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、複数の給電点が、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられ、且つ前記給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の表面積より大きい表面積を有する金属板で形成され、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線と前記給電点を接続するという構成を有することから、前記真空装置用電流導入端子と前記給電点を結ぶ電力伝送路（電力伝播路）のキャパシタンスが大きくなる。その結果、前記真空装置用電流導入端子と前記給電点を結ぶ電力伝送路（電力伝播路）のインピーダンス小さくなり、電力損失が抑制され、該電力伝送路での電力損失が少なくなり、前記高周波電源の出力をプラズマ生成領域へ効果的に送電可能という効果を奏する。これにより、従来の高周波プラズマ発生装置が抱える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、本発明の高周波プラズマ発生装置は、矩形型の非接地電極と接地電極から成る一対の電極の間へ供給される高周波電力を、前記一対の電極の中心部方向へ集中して矩形筒波の形態で伝播させることが可能であることから、前記非接地電極と前記接地電極の間の電界分布の形態を、ゼロ次のベッセル関数型分布の形態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。
また、本発明の高周波プラズマ発生装置は、矩形型の非接地電極と接地電極から成る一対の電極の間へ供給される高周波電力を、前記一対の電極の中心部方向へ集中して矩形筒波の形態で伝播させることが可能であることから、前記非接地電極と前記接地電極の間の電界分布の形態を、ゼロ次のベッセル関数型分布の形態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。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
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。
【0019】
（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８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給電点の位置を示す模式的斜視図である。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電力供給系の構成図である。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構成部材である真空装置用電流導入端子及び給電導体の構成を示す模式的外観図である。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電力伝送路（電力伝播路）を示す断面図である。図６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７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電界分布表示に用いられる座標ｘの説明図である。図８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（横軸ｌｉｎｅ－ｘ）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８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給電点の位置を示す模式的斜視図である。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電力供給系の構成図である。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構成部材である真空装置用電流導入端子及び給電導体の構成を示す模式的外観図である。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電力伝送路（電力伝播路）を示す断面図である。図６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７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電界分布表示に用いられる座標ｘの説明図である。図８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（横軸ｌｉｎｅ－ｘ）である。
【0020】
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で構成される矩形筒型の反応容器である。即ち、反応容器１は、形状が矩形筒型の壁板１ｂの上側に形状が矩形型の天板１ａを連結し、下側に形状が矩形型の床板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の壁板１ｂに固定される。なお、非接地電極２の反応容器１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に吊り下げて固定することも出来る。
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で構成される矩形筒型の反応容器である。即ち、反応容器１は、形状が矩形筒型の壁板１ｂの上側に形状が矩形型の天板１ａを連結し、下側に形状が矩形型の床板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の壁板１ｂに固定される。なお、非接地電極２の反応容器１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に吊り下げて固定することも出来る。
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。
【0021】
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、矩形である。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、３．２ｍｘ３．２ｍ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３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、３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍとする。
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、矩形である。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、３．２ｍｘ３．２ｍ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３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、３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍとする。
【0022】
非接地電極２は、図１に示されるように、 接地電極３の主面３ａに対向して配置される。非接地電極２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７と前記反応性ガスを拡散する空洞２ｃを有する矩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を有する矩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。
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３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、３ｍｘ３ｍとする。
シャワープレート電極２ｂには、後述の高周波電源の出力の高周波電力が供給される地点である複数の給電点が設けられる。ここでは、図２に示されるように、前記非接地電極２の接地電極３の主面３ａと対向する面、即ちシャワープレート電極２ｂの面の４つの角部に、それぞれ第１、第２、第３及び第４の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが設けられ、前記シャワープレート電極２ｂの４つの辺のそれぞれの辺中央に１箇所ずつ、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈが設けられる。
シャワープレート電極２ｂと接地電極３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。
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３ｍｘ３ｍｘ厚み１．８ｍｍの場合、ほぼ同様のサイズに、例えば、３ｍｘ３ｍとする。
シャワープレート電極２ｂには、後述の高周波電源の出力の高周波電力が供給される地点である複数の給電点が設けられる。ここでは、図２に示されるように、前記非接地電極２の接地電極３の主面３ａと対向する面、即ちシャワープレート電極２ｂの面の４つの角部に、それぞれ第１、第２、第３及び第４の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄが設けられ、前記シャワープレート電極２ｂの４つの辺のそれぞれの辺中央に１箇所ずつ、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈが設けられる。
シャワープレート電極２ｂと接地電極３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。
【0023】
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、以下に説明する高周波電源と整合器と真空装置用電流導入端子と給電導体と給電点から成る高周波電力供給手段を備える。
符号１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源である。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、それぞれ高周波の電力、例えば、１ＫＷ～２０ＫＷの電力を発生する。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈと、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈと、連携して、後述のプラズマ６を生成するために用いられる。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ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倍波、３倍波及び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。
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。
符号１６は同期信号発生器である。同期信号発生器１６は、同期信号を第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈに送信し、前記高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生される正弦波電圧を同期させる。即ち、同期信号発生器１６は、前記高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの正弦波電圧の発生タミングを同期させる。
符号１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源である。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、それぞれ高周波の電力、例えば、１ＫＷ～２０ＫＷの電力を発生する。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈは、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈと、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと、後述の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈと、連携して、後述のプラズマ６を生成するために用いられる。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ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倍波、３倍波及び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。
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。
符号１６は同期信号発生器である。同期信号発生器１６は、同期信号を第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈに送信し、前記高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生される正弦波電圧を同期させる。即ち、同期信号発生器１６は、前記高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの正弦波電圧の発生タミングを同期させる。
【0024】
符号１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器である。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈは、それぞれ第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ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、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈにそれぞれに内蔵のインピーダンス整合回路を調整して、各給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ側から反射して戻ってくる反射波（退行波）を最小の状態に調整する。
符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子である。前記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈは、真空漏れがない状態で、前記整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈから送電された高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力を、それぞれ、後述の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに送電する。
前記真空装置用電流導入端子１２ａ～１２ｈは、図４に符号１２で示されるように、電圧が印加される芯線１２ｉｎと、前記芯線１２ｉｎを囲うように配置される接地された管状の外部導体１２ｏｕｔと、前記芯線１２ｉｎと前記外部導体１２ｏｕｔの間に挿入された絶縁材１２ｉｎｓで形成される。
符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子である。前記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈは、真空漏れがない状態で、前記整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈから送電された高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力を、それぞれ、後述の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに送電する。
前記真空装置用電流導入端子１２ａ～１２ｈは、図４に符号１２で示されるように、電圧が印加される芯線１２ｉｎと、前記芯線１２ｉｎを囲うように配置される接地された管状の外部導体１２ｏｕｔと、前記芯線１２ｉｎと前記外部導体１２ｏｕｔの間に挿入された絶縁材１２ｉｎｓで形成される。
【0025】
符号１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体である。第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体は、それぞれ第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから送電された高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力を、それぞれ各給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給する。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ（符号１３ａ～１３ｈは同じ仕様の部材であるので、符号１３と記す）は、図４に示されるように、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積より大きい表面積を有する金属板１３で形成される。金属板１３は、前記金属板の表面積が前記高周波電源で発生された電力の流れの上流側から下流側へ向かうに従って、順次大きくなるように形成されることを特徴とする、例えば、三角形金属板を用いる。
前記給電導体を形成する金属板１３は、前記三角形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線１２ｉｎが接続端子１３ｉｎを介して接続され、前記三角形金属板の底辺と前記シャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部が接続される、という構造を有する。
前記金属板１３ｉｎ、１３の表面積が前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積に比べて大きくなることにより、キャパシタンス（静電容量）成分が増加し、各前記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを結ぶ電力伝送路（電力伝播路）のインピーダンスが小さくなる。その結果、高周波電力伝送損失を抑制することが可能となる。
なお、図４において、符号１３（１３ａ～１３ｈ）で示される三角形の形態を有する三角形金属板１３の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線１２ｉｎは、接続端子１３ｉｎを介してボルトで締め付けて接続され、前記三角形金属板１３の辺と前記シャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部が接続される。ここで、前記三角形金属板の厚みは、高周波電力の電流が表面層（深さ約１０μｍ）を流れることから、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍとする。
なお、前記接続端子１３ｉｎは、反応容器１に組み立て配置される以前に、予め、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎに溶接により接続される。また、三角形金属板１３の底辺とシャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部は、反応容器１に組み立て配置される以前に、予め、溶接により接続される。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ（符号１３ａ～１３ｈは同じ仕様の部材であるので、符号１３と記す）は、図４に示されるように、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積より大きい表面積を有する金属板１３で形成される。金属板１３は、前記金属板の表面積が前記高周波電源で発生された電力の流れの上流側から下流側へ向かうに従って、順次大きくなるように形成されることを特徴とする、例えば、三角形金属板を用いる。
前記給電導体を形成する金属板１３は、前記三角形金属板の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線１２ｉｎが接続端子１３ｉｎを介して接続され、前記三角形金属板の底辺と前記シャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部が接続される、という構造を有する。
前記金属板１３ｉｎ、１３の表面積が前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積に比べて大きくなることにより、キャパシタンス（静電容量）成分が増加し、各前記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを結ぶ電力伝送路（電力伝播路）のインピーダンスが小さくなる。その結果、高周波電力伝送損失を抑制することが可能となる。
なお、図４において、符号１３（１３ａ～１３ｈ）で示される三角形の形態を有する三角形金属板１３の頂点と前記真空装置用電流導入端子の芯線１２ｉｎは、接続端子１３ｉｎを介してボルトで締め付けて接続され、前記三角形金属板１３の辺と前記シャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部が接続される。ここで、前記三角形金属板の厚みは、高周波電力の電流が表面層（深さ約１０μｍ）を流れることから、例えば、０．１ｍｍ～０．５ｍｍとする。
なお、前記接続端子１３ｉｎは、反応容器１に組み立て配置される以前に、予め、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎに溶接により接続される。また、三角形金属板１３の底辺とシャワープレート電極２ｂの前記接地電極に対向する面の端部は、反応容器１に組み立て配置される以前に、予め、溶接により接続される。
【0026】
符号１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、第１、第２、第３、第４の給電点である。第１、第２、第３及び第４の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、それぞれシャワープレート電極２ｂの接地電極３と対向する面の４つの角部に設けられる。第１、第２、第３及び第４の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、前記第１、第２、第３、第４の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの出力である高周波電力を、それぞれ前記第１、第２、第３、第４の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから供給受けする。第１、第２、第３及び第４の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄに供給された高周波電力は、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流入して、プラズマ６を生成する。
符号１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、第５、第６、第７及び第８の給電点である。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、それぞれ前記シャワープレート電極２ｂの接地電極３と対向する面の４つの辺のそれぞれの辺中央に設けられる。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、前記第５、第６、第７、第８の高周波電源１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である高周波電力を、それぞれ前記第５、第６、第７、第８の給電導体１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈから供給受けする。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給された高周波電力は、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流入して、プラズマ６を生成する。
なお、ここでは、シャワープレート電極２ｂの４つの辺に設けられる給電点の個数は１辺に１個ずつ、合計４個であるが、シャワープレート電極２ｂの４つの辺にそれぞれ２個ずつ、合計８個を設けてもよい。また、前記８個以上に増加してもよい。
また、ここでは、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈのそれぞれに、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈと、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈを配置しているが、それらの個数は、減らしてもよい。例えば、電力分配器を用いて、２分配された電力、あるいは４分配された電力を、上記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈへ送電するようにしてもよい。
符号１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、第５、第６、第７及び第８の給電点である。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、それぞれ前記シャワープレート電極２ｂの接地電極３と対向する面の４つの辺のそれぞれの辺中央に設けられる。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈは、前記第５、第６、第７、第８の高周波電源１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である高周波電力を、それぞれ前記第５、第６、第７、第８の給電導体１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈから供給受けする。第５、第６、第７及び第８の給電点１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給された高周波電力は、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流入して、プラズマ６を生成する。
なお、ここでは、シャワープレート電極２ｂの４つの辺に設けられる給電点の個数は１辺に１個ずつ、合計４個であるが、シャワープレート電極２ｂの４つの辺にそれぞれ２個ずつ、合計８個を設けてもよい。また、前記８個以上に増加してもよい。
また、ここでは、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈのそれぞれに、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の整合器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈと、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈを配置しているが、それらの個数は、減らしてもよい。例えば、電力分配器を用いて、２分配された電力、あるいは４分配された電力を、上記真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈへ送電するようにしてもよい。
【0027】
符号２０は導波板である。導波板２０は長方形状の金属板あるいは三角形の金属板あるいは台形状の金属板で製作され、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと壁板１ｂの間に、距離を置いて、図５に示されるように壁板１ｂに対して傾斜して配置される。そして、導波板２０は、反応容器と電気的に導通にされる。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈにそれぞれに、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生された高周波電力が供給されると、図５に示されるように、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと各前記導波板２０の間に、それぞれに電気力線２１が形成される。電気力線２１は導波板２０と天板１ａ間にも形成されが、後述のセラミックスあるいは合成樹脂等の絶縁物２７を配置されているので、異常放電は抑制される。
即ち、導波板２０は、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと連携して、電力伝送路（電力伝播路）を形成し、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生する高周波電力をシャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に矩形筒波状の形態の電力波２２を流入させる。
符号２２は電力波である。電力波２２は１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生された高周波電力が、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０及び壁板１ｂで形成される電力伝播路（電力伝送路）を伝播する電力波である。
符号２７は絶縁物である。絶縁物２７は、セラミックスあるいは合成樹脂等で形成される。絶縁物２７は、非接地電極２ａと天板１ａの間に配置されて、その空間での異常放電を抑制する。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈにそれぞれに、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生された高周波電力が供給されると、図５に示されるように、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと各前記導波板２０の間に、それぞれに電気力線２１が形成される。電気力線２１は導波板２０と天板１ａ間にも形成されが、後述のセラミックスあるいは合成樹脂等の絶縁物２７を配置されているので、異常放電は抑制される。
即ち、導波板２０は、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと連携して、電力伝送路（電力伝播路）を形成し、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生する高周波電力をシャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に矩形筒波状の形態の電力波２２を流入させる。
符号２２は電力波である。電力波２２は１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈで発生された高周波電力が、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０及び壁板１ｂで形成される電力伝播路（電力伝送路）を伝播する電力波である。
符号２７は絶縁物である。絶縁物２７は、セラミックスあるいは合成樹脂等で形成される。絶縁物２７は、非接地電極２ａと天板１ａの間に配置されて、その空間での異常放電を抑制する。
【0028】
次に、図１において、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力が第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給される際に発生するシャワープレート電極２ｂと接地電極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。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である高周波電力は、それぞれ第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを介して、図５に示されるように、電力波２２として各前記給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０の間を伝播した後、各前記給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの曲面に沿って伝播し、シャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流れ込む。この高周波電力は、シャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂの内側へ伝播する矩形筒状の形態の波となる。
シャワープレート電極２ｂの周辺から一対の電極であるシャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流れ込むという矩形筒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１～図５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６に、模式的に符号２２で示されるように、矩形筒状の波である。
なお、ここでは、矩形筒型の反応容器の内部の３次元的空間を伝播する電力波２２の波面の形状が矩形筒型になるので、このような波を矩形筒波と呼ぶ。
即ち、図６において、一対の矩形板型電極（容量結合型平行平板電極）２ｂ、３間の電界Ｅは、該一対の電極２ｂ、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２ｂ、３の中心軸２３を中心にした円２５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２５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２３の方向を向いている。これは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である電力Ｐが、一対の矩形板型電極２ｂ、３の周辺から中心軸２３へ集中するように、矩形筒波の形態で流れ込む、ということを意味している。矩形筒波の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極２ｂ、３間にプラズマ６を生成する。
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１
０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である高周波電力は、それぞれ第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈを介して、図５に示されるように、電力波２２として各前記給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０の間を伝播した後、各前記給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの曲面に沿って伝播し、シャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流れ込む。この高周波電力は、シャワープレート電極２ｂの周辺から前記シャワープレート電極２ｂの内側へ伝播する矩形筒状の形態の波となる。
シャワープレート電極２ｂの周辺から一対の電極であるシャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に流れ込むという矩形筒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１～図５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６に、模式的に符号２２で示されるように、矩形筒状の波である。
なお、ここでは、矩形筒型の反応容器の内部の３次元的空間を伝播する電力波２２の波面の形状が矩形筒型になるので、このような波を矩形筒波と呼ぶ。
即ち、図６において、一対の矩形板型電極（容量結合型平行平板電極）２ｂ、３間の電界Ｅは、該一対の電極２ｂ、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２ｂ、３の中心軸２３を中心にした円２５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２５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２３の方向を向いている。これは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力である電力Ｐが、一対の矩形板型電極２ｂ、３の周辺から中心軸２３へ集中するように、矩形筒波の形態で流れ込む、ということを意味している。矩形筒波の形態で流れ込む高周波電力は、該一対の電極２ｂ、３間にプラズマ６を生成する。
【0029】
高周波プラズマ発生装置が、図１に示されるような矩形筒型の反応容器１に配置され、矩形平板型の一対の電極２、３を備え、該一対の矩形平板型電極２、３の周辺部から矩形筒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。
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、図６において、電力波の波長をλ、中心軸からの距離を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） ・・・（５）
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（５）は、電界の方向（正と負）が中心軸２３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（５）は、図７に示される矩形平板型の非接地電極２ｂ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。
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、図６において、電力波の波長をλ、中心軸からの距離を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） ・・・（５）
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（５）は、電界の方向（正と負）が中心軸２３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（５）は、図７に示される矩形平板型の非接地電極２ｂ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。
【0030】
上記式（５）を、図７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８が得られる。図８は、シャワープレート電極２ｂの中心点を原点とし、シャワープレート電極２ｂの対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）上の電界分布を示している。
図８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、図１に示される本実施例における高周波プラズマ発生装置では、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１に示される装置において、本実施例では、上記電力波の波長λは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ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８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、図１に示される本実施例における高周波プラズマ発生装置では、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１に示される装置において、本実施例では、上記電力波の波長λは、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ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。
【0031】
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８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。
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。
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。
【0032】
次に、予め得られているデータに基づいて、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力を、それぞれ、例えば、２．５ＫＷとして合計２０ＫＷを、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに印加する。
そうすると、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力は、図５及び図６に示されるように、電力波２２として、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの曲面に沿って伝播する。電力波２２は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが緩やかに９０°曲げられた曲面を有することから、伝播方向を緩やかに９０°変化して、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間へ流れ込む。
この際、前記各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０の間、及び前記各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと壁板１ｂとの間に、電界集中が発生しない状態で電気力線２１が形成される。また、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈの電力伝播路に、キャパシタンス（静電容量）成分が大きい各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが用いられることから、電力伝播路での電力損失が小さくなる。
なお、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが形成する電力伝播路において、給電導体１３の表面積が前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積に比べて大きいことから、前記電力伝播路のキャパシタンス（静電容量）成分が増加し、インピーダンスが小さくなる。その結果、高周波電力の損失を抑制することが可能である。
各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給された電力は、図６に示されるように、シャワープレート電極２ｂの中心軸２３へ向けて集中するように流入する。シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に高周波電源の出力が供給されると、図８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２ｂと接地電極３の間にプラズマ６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、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の高周波電源１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈの出力は、図５及び図６に示されるように、電力波２２として、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの曲面に沿って伝播する。電力波２２は、第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが緩やかに９０°曲げられた曲面を有することから、伝播方向を緩やかに９０°変化して、シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間へ流れ込む。
この際、前記各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと導波板２０の間、及び前記各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと壁板１ｂとの間に、電界集中が発生しない状態で電気力線２１が形成される。また、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈの電力伝播路に、キャパシタンス（静電容量）成分が大きい各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが用いられることから、電力伝播路での電力損失が小さくなる。
なお、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈが形成する電力伝播路において、給電導体１３の表面積が前記真空装置用電流導入端子の前記芯線１２ｉｎの表面積に比べて大きいことから、前記電力伝播路のキャパシタンス（静電容量）成分が増加し、インピーダンスが小さくなる。その結果、高周波電力の損失を抑制することが可能である。
各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈに供給された電力は、図６に示されるように、シャワープレート電極２ｂの中心軸２３へ向けて集中するように流入する。シャワープレート電極２ｂと接地電極３の間に高周波電源の出力が供給されると、図８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２ｂと接地電極３の間にプラズマ６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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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、一対の平行平板電極２、３の間に、ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）で表せる形態を持つプラズマを生成可能である。
本実施例では、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、非接地電極２のサイズを３ｍｘ３ｍの矩形平板型とし、反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極を用いた。給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられた。真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の周長より大きい周長を有する金属板を用いた。その結果、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の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が示された。
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。
本実施例では、周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、非接地電極２のサイズを３ｍｘ３ｍの矩形平板型とし、反応ガスを導入する反応ガス導入口と前記反応ガスを拡散させる空洞と前記空洞から輸送される前記反応ガスを噴射する反応ガス噴射孔を有する矩形平板型のシャワープレート電極を用いた。給電点は、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの角部と、前記シャワープレート電極の前記接地電極に対向する面の４つの辺のそれぞれの辺に少なくとも１つずつ設けられた。真空装置用電流導入端子は、電圧が印加される芯線と、前記芯線を囲うように配置される接地された管状の外部導体と、前記芯線と前記外部導体の間に挿入された絶縁材で形成され、給電導体は、前記真空装置用電流導入端子の前記芯線の周長より大きい周長を有する金属板を用いた。その結果、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の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が示された。
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。
【0036】
（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ＣＶＤ装置について、図９及び図１０を参照して、説明する。図１～図８も参照する。
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構成部材である真空装置用電流導入端子及び給電導体の構成を示す模式的外観図である。
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力伝送路（電力伝播路）を示す断面図である。
先ず、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を説明する。本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ装置の構成の特徴は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ装置における第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ（形状が三角形）に代えて、形状が半円形である図９に示される半円形状の給電導体１３Ｍを用いることに加えて、図１０に示される第１の導波板２０Ｍと第２の導波板２０ＭＭを用いることである。
半円形状の給電導体１３Ｍを用いて、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈがそれぞれ接続されると、前記半円形状の給電導体１３Ｍの表面積が大きいことからキャパシタンスが増大されて、高周波電電力の伝播路のインピーダンスが小さくなる。その結果、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈへの電力伝播路（電力伝送路）における電力損失が小さくなる。即ち、電力損失が抑制される。
第１の導波板２０Ｍは、図１０に示されるように、接続端子１３ｉｎと壁板１ｂの間に前記壁板１ｂに傾斜する形態で配置される。第２の導波板２０ＭＭは、図１０に示されるように、曲面を有する前記半円形状の給電導体１３Ｍと壁板１ｂの間に前記壁板１ｂに傾斜する形態で配置される。これにより、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから供給される電力は、図１０に符号２２で示されるように、電力の進行方向を緩やかに進路変更が可能である。その結果、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを結ぶ電力伝播路（電力伝送路）の電力損失が抑制される。
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置について、図９及び図１０を参照して、説明する。図１～図８も参照する。
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構成部材である真空装置用電流導入端子及び給電導体の構成を示す模式的外観図である。
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力伝送路（電力伝播路）を示す断面図である。
先ず、本発明の第２の実施形態に係わるプラズマＣＶＤ装置の構成を説明する。本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ装置の構成の特徴は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ装置における第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電導体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ（形状が三角形）に代えて、形状が半円形である図９に示される半円形状の給電導体１３Ｍを用いることに加えて、図１０に示される第１の導波板２０Ｍと第２の導波板２０ＭＭを用いることである。
半円形状の給電導体１３Ｍを用いて、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈがそれぞれ接続されると、前記半円形状の給電導体１３Ｍの表面積が大きいことからキャパシタンスが増大されて、高周波電電力の伝播路のインピーダンスが小さくなる。その結果、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈへの電力伝播路（電力伝送路）における電力損失が小さくなる。即ち、電力損失が抑制される。
第１の導波板２０Ｍは、図１０に示されるように、接続端子１３ｉｎと壁板１ｂの間に前記壁板１ｂに傾斜する形態で配置される。第２の導波板２０ＭＭは、図１０に示されるように、曲面を有する前記半円形状の給電導体１３Ｍと壁板１ｂの間に前記壁板１ｂに傾斜する形態で配置される。これにより、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから供給される電力は、図１０に符号２２で示されるように、電力の進行方向を緩やかに進路変更が可能である。その結果、各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈと各第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈを結ぶ電力伝播路（電力伝送路）の電力損失が抑制される。
【0037】
次に、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置で生成されるプラズマの発生及びそのプラズマ処理への応用であるが、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置の場合と同様である。
即ち、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置の場合と同様に、前記装置の構成部材である一対の矩形型非接地電極２と接地電極３の間に、次式（５）で表される電界を発生することが可能である。電力波２２の波長をλ、前記非接地電極の中心軸からの距離をｒで表すと、該一対の電極２ｂ、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） ・・・（５）
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。
これは、一対の矩形平板型電極２、３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、均一化が可能であることを意味している。
上記式（５）を、図７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８が得られる。図８は、シャワープレート電極２ｂの中心点を原点とし、シャワープレート電極２ｂの対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）上の電界分布を示している。
図８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。
従って、電源周波数が、１３．５６ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝２２．１ｍ、プラズマ中の波長λ＝１５．４（波長短縮率０．７）として、直径０．３λ＝４．６ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、２７．１２ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝１１．０６ｍ、プラズマ中の波長λ＝７．１９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝２．１６ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、４０．６８の場合、真空中の波長λ＝７．３７ｍ、プラズマ中の波長λ＝４．７９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝１．４４ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、５４．２４ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝５．５３ｍ、プラズマ中の波長λ＝３．５９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝１．０８ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
即ち、本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置は、本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマＣＶＤ装置の場合と同様に、前記装置の構成部材である一対の矩形型非接地電極２と接地電極３の間に、次式（５）で表される電界を発生することが可能である。電力波２２の波長をλ、前記非接地電極の中心軸からの距離をｒで表すと、該一対の電極２ｂ、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） ・・・（５）
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。
これは、一対の矩形平板型電極２、３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、均一化が可能であることを意味している。
上記式（５）を、図７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８が得られる。図８は、シャワープレート電極２ｂの中心点を原点とし、シャワープレート電極２ｂの対角線（ｌｉｎｅ－ｘ）上の電界分布を示している。
図８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。
従って、電源周波数が、１３．５６ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝２２．１ｍ、プラズマ中の波長λ＝１５．４（波長短縮率０．７）として、直径０．３λ＝４．６ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、２７．１２ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝１１．０６ｍ、プラズマ中の波長λ＝７．１９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝２．１６ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、４０．６８の場合、真空中の波長λ＝７．３７ｍ、プラズマ中の波長λ＝４．７９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝１．４４ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
電源周波数が、５４．２４ＭＨｚの場合、真空中の波長λ＝５．５３ｍ、プラズマ中の波長λ＝３．５９ｍ（波長短縮率０．６５）として、直径０．３λ＝１．０８ｍの領域ではプラズマが均一に生成可能である。
【0038】
上述のとおり、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、前記本発明の第１の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置と同様に、一対の平行平板電極２、３の間に、ゼロ次のベッセル関数Ｊ０（２πｒ／λ）で表せる形態を持つプラズマを生成可能である。
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では、形状が半円形である図９に示される半円形状の給電導体１３Ｍを用いることに加えて、図１０に示される第１の導波板２０Ｍと第２の導波板２０ＭＭを用いたことにより、各前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから、各前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈへの電力伝送路における電力損失が小さくなるという特徴がある。即ち、電力損失が抑制される。
本発明の第２の実施形態に係わる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。
本発明の第２の実施形態に係わる高周波プラズマ発生装置では、形状が半円形である図９に示される半円形状の給電導体１３Ｍを用いることに加えて、図１０に示される第１の導波板２０Ｍと第２の導波板２０ＭＭを用いたことにより、各前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の真空装置用電流導入端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈから、各前記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７及び第８の給電点１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈへの電力伝送路における電力損失が小さくなるという特徴がある。即ち、電力損失が抑制される。
本発明の第２の実施形態に係わる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】
【0039】
１・・・反応容器、
１ａ・・・天板、
１ｂ・・・壁板、
１ｃ・・・床板、
２・・・非接地電極、
２ａ・・・非接地電極本体、
２ｂ・・・シャワープレート電極、
２ｃ・・・空洞、
２ｄ・・・反応性ガス噴出孔、
３・・・接地電極、
５・・・基板、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ・・・高周波電源、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ・・・整合器、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ・・・真空装置用電流導入端子、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ・・・給電点、
１２ｉｎ・・・真空装置用電流導入端子の芯線、
１３ｉｎ・・・接続端子、
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ・・・給電導体、
２０、２０Ｍ、２０ＭＭ・・・導波板、
２２・・・電力波。
１ａ・・・天板、
１ｂ・・・壁板、
１ｃ・・・床板、
２・・・非接地電極、
２ａ・・・非接地電極本体、
２ｂ・・・シャワープレート電極、
２ｃ・・・空洞、
２ｄ・・・反応性ガス噴出孔、
３・・・接地電極、
５・・・基板、
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ、１０ｈ・・・高周波電源、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ・・・整合器、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ・・・真空装置用電流導入端子、
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ・・・給電点、
１２ｉｎ・・・真空装置用電流導入端子の芯線、
１３ｉｎ・・・接続端子、
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ・・・給電導体、
２０、２０Ｍ、２０ＭＭ・・・導波板、
２２・・・電力波。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】