(57)【要約】【課題】電極に反りが生じることを抑制できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】このプラズマ処理装置は、真空容器１００、カソード電極２００、アノード電極３００、及び電極板２２０を備える。カソード電極２００は真空容器１００内に配置されており、交流電力が入力される。アノード電極３００は、真空容器１００内に、カソード電極２００に対向して配置されており、基板５０が配置される。電極板２２０は、カソード電極２００及びアノード電極３００の少なくとも一方の表面に配置されている。電極板２２０は、平面視において基板５０と重なる領域に、第１溝及び第２溝を備える。第１溝は、電極板２２０のうち基板５０に対向する第１面に形成されている。第２溝は、第１面とは逆の面である第２面に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器内に配置され、交流電力が入力されるカソード電極と、
前記真空容器内に前記カソード電極に対向して配置され、基板が配置されるアノード電極と、
前記カソード電極及び前記アノード電極の少なくとも一方の表面に配置された電極板と、
を備え、
前記電極板は、平面視において前記基板と重なる領域に、
前記基板に対向する第１面に形成された第１溝と、
前記第１面とは逆の面である第２面に形成された第２溝と
を備えるプラズマ処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
前記第２溝は、前記第１溝と平行に延伸しているプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプラズマ処理装置において、
前記第１溝及び前記第２溝の深さが前記電極板の厚さの半分以上であるプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
平面視において、前記第１溝と前記第２溝の間隔が、前記電極板の厚さ以下であるプラズマ処理装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記第１溝及び前記第２溝の幅は、いずれも０．５ｍｍ以上であるプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記カソード電極に前記電極板が設けられており、
前記電極板は、前記真空容器内にプロセスガスを供給する貫通孔を複数有しているプラズマ処理装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記電極板には、前記第１溝及び前記第２溝からなる溝群が、前記電極板の中心を中心としていて互いに径が異なる複数の円それぞれに沿って設けられているプラズマ処理装置。
【請求項８】
請求項７に記載のプラズマ処理装置において、
前記電極板には、前記溝群が、さらに前記電極板の中心を通っている少なくとも一つの直線に沿って設けられているプラズマ処理装置。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記電極板には、前記第１溝及び前記第２溝からなる溝群が格子状に延伸しているプラズマ処理装置。
【請求項１０】
請求項１〜６のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記電極板には、前記第１溝及び前記第２溝からなる溝群が、複数、互いに平行に延伸しているプラズマ処理装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置において、
前記真空容器内において前記基板に成膜処理が行われるプラズマ処理装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプラズマ処理装置において、
前記成膜処理により形成される膜は、薄膜太陽電池の光電変換層であるプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン系薄膜やダイヤモンド状カーボン薄膜を形成する方法として、プラズマＣＶＤ装置がある。プラズマＣＶＤ装置のうち最も広く用いられている方式は、カソード電極とアノード電極を対向させ、これら２つの電極の間でプラズマを発生させる容量結合方式である。
【０００３】
容量結合方式のプラズマＣＶＤ装置において、電極に熱膨張に伴うゆがみが生じることがある（例えば特許文献１）。特許文献１では、シャワーヘッドを有しているカソード電極において、シャワーヘッドを囲むように溝を形成することが開示されている。この溝により、シャワーヘッドから外部に逃げる熱量が低減し、シャワーヘッドの表面全域の温度分布をより均一にすることができる、と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１４４６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年は一度の処理で成膜を行なう領域が大面積化する傾向にあり、これに伴ってカソード電極及びアノード電極も大面積化している。このため、特許文献１に記載の技術では、電極の熱ひずみに起因して反りが生じることを十分に解消することはできなかった。この問題は、プラズマＣＶＤに限定されるものではなく、スパッタリング装置やエッチング装置においても同様に生じている。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極に反りが生じることを抑制できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、真空容器と、
前記真空容器内に配置され、交流電力が入力されるカソード電極と、
前記真空容器内に前記カソード電極に対向して配置され、基板が配置されるアノード電極と、
前記カソード電極及び前記アノード電極の少なくとも一方の表面に配置された電極板と、
を備え、
前記電極板は、平面視において前記基板と重なる領域に、
前記基板に対向する第１面に形成された第１溝と、
前記第１面とは逆の面である第２面に形成された第２溝と
を備えるプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電極板には、平面視において基板と重なる領域に第１溝及び第２溝が形成されている。このため、電極板に反りが生じることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】電極板の断面図である。
【図３】各図は、電極板の平面形状が長方形又は正方形である場合の、溝群の配置例を示す図である。
【図４】各図は、電極板の平面形状が円形である場合の、溝群の配置例を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、真空容器１００、カソード電極２００、アノード電極３００、及び電極板２２０を備える。カソード電極２００は真空容器１００内に配置されており、交流電力が入力される。アノード電極３００は、真空容器１００内に、カソード電極２００に対向して配置されており、基板５０が配置される。電極板２２０は、カソード電極２００及びアノード電極３００の少なくとも一方の表面に配置されている。電極板２２０は、平面視において基板５０と重なる領域に、第１溝２２４（図２に示す）及び第２溝２２６（図２に示す）を備える。第１溝２２４は、電極板２２０のうち基板５０に対向する第１面に形成されている。第２溝２２６は、第１面とは逆の面である第２面に形成されている。第２溝２２６は、第１溝２２４と平行に延伸しているのが好ましい。
【００１２】
本実施形態では、電極板２２０はカソード電極２００の表面に配置されている。カソード電極２００は、プロセスガスを真空容器１００内に供給するシャワーヘッドとなっている。そして電極板２２０は、配管２１０を介して供給されたプロセスガスを真空容器１００内に導入する貫通孔２２２を複数有している。カソード電極２００には交流電力、例えば１３ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の高周波電力が、高周波電源４００から入力される。またアノード電極３００には、基板５０を加熱するためのヒータ（図示せず）が設けられている。
【００１３】
このプラズマ処理装置は、例えばプラズマＣＶＤ法により基板５０上に成膜処理を行なう装置である。成膜される膜は、Ｓｉを含む半導体膜、例えば薄膜太陽電池の光電変換層としての微結晶シリコン層又はアモルファスシリコン層である。光電変換層は、第１導電型、ｉ型、及び第２導電型のシリコン層を積層したものである。この場合、プロセスガスとしては、シラン、ジシラン、水素、ジボラン、及びホスフィンからなる群から選ばれた少なくとも一つを含む。なお基板５０は、ウェハ状の基板であってもよいし、可撓性を有する基板であってもよい。後者の場合、基板５０は、ロールツーロール形式でプラズマ処理装置に搬送されても良い。
【００１４】
図２は、電極板２２０の断面図である。上記したように、電極板２２０は、プロセスガスを真空容器１００内に導入する貫通孔２２２、第１溝２２４、及び第２溝２２６を備えている。第１溝２２４及び第２溝２２６は、平面視において重ならないように配置されており、深さが電極板２２０の厚さｔの半分以上である。すなわち電極板２２０の側面から見た場合、第１溝２２４及び第２溝２２６は、先端部が互いに重なっている。また第１溝２２４及び第２溝２２６の幅は、いずれも０．５ｍｍ以上である。
【００１５】
第１溝２２４及び第２溝２２６は、互いに平行に延伸しており、一つの溝群２２８を形成している。この溝群２２８は、貫通孔２２２と重ならないように延伸するのが好ましいが、貫通孔２２２と重なっていても良い。一つの溝群２２８内において、第１溝２２４及び第２溝２２６は、互いに近接して配置されており、その間隔Ｌは電極板２２０の厚さｔ以下であるが、電極板２２０の強度を確保する観点から、厚さｔと溝２２８の深さの差以上であるのが好ましい。本図に示す例において、一つの溝群２２８には、１本の第１溝２２４と、２本の第２溝２２６が形成されている。平面視において２本の第２溝２２６は、第１溝２２４を挟むように配置されている。
【００１６】
図３の各図は、電極板２２０の平面形状が長方形又は正方形である場合の、溝群２２８の配置例を示す図であり、図４の各図は、電極板２２０の平面形状が円形である場合の、溝群２２８の配置例を示す図である。なおこれらの図において、貫通孔２２２は省略してある。
【００１７】
図３及び図４それぞれにおいて(ａ)は、複数の溝群２２８が、互いに等間隔に平行に延伸している例を示しており、（ｂ）は、溝群２２８が格子状に延伸している例を示している。また（ｃ）は溝群２２８が、電極板２２０の中心を中心としていて互いに径が異なる複数の円それぞれに沿って設けられている例を示しており、（ｄ）は、（ｃ）に示した例に加えて、さらに溝群２２８が、電極板２２０の中心を通っている少なくとも一つの直線に沿って設けられている例を示している。具体的には、（ｄ）において溝群２２８は、（ｃ）に示した例に加えて、さらに互いに直交する２本の直線に沿って設けられている。これら２本の直線の交点は、電極板２２０の中心と重なっている。なお（ｂ）に示す例においても溝群２２８は、電極板２２０の中心を中心として対称に設けられているのが好ましい。
【００１８】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。プラズマ処理において、電極板２２０はプラズマから熱を受けるため、温度が上昇する。特にカソード電極２００に電極板２２０が設けられている場合、電極板２２０は、直接プラズマに晒されるため、高温になりやすい。一方、電極板２２０の周辺部の熱は、電極板２２０を保持している部分に逃げる。このため、電極板２２０の中央部と周辺部とで熱分布が生じてしまい、電極板２２０に熱応力が生じていた。またプラズマ処理装置における処理が成膜処理である場合、電極板２２０の表面にも膜が付着するため、電極板２２０には膜に起因して応力が生じていた。電極板２２０に応力が生じた場合、電極板２２０に反りが生じ、カソード電極２００とアノード電極３００の電極間距離に分布が生じてしまう。この傾向は、電極板２２０が大面積化するにつれて顕著になっていた。
【００１９】
これに対して本実施形態では、電極板２２０には、平面視において基板５０と重なる領域に、第１溝２２４及び第２溝２２６が形成されている。このため、電極板２２０に応力が生じても、この応力を第１溝２２４及び第２溝２２６で吸収することができる。従って、カソード電極２００とアノード電極３００の電極間距離に分布が生じることを抑制できる。
【００２０】
また、第１溝２２４は電極板２２０の第１面に形成されており、第２溝２２６は第２面に形成されているため、応力が吸収されるときに、電極板２２０が第１面又は第２面のいずれかの方向に反ることが抑制される。この効果は、第２溝２２６が第１溝２２４と平行に延伸している場合に、特に顕著になる。
【００２１】
また、第１溝２２４及び第２溝２２６の深さが電極板２２０の厚さの半分以上であるため、電極板２２０の側面から見た場合に、第１溝２２４及び第２溝２２６の先端部が互いに重なっている。従って、電極板２２０の厚さ方向で見た場合に、電極板２２０のいずれの部分も、第１溝２２４及び第２溝２２６の少なくとも一方によって応力が吸収される。
【００２２】
また図２に示すように、本実施形態では、プラズマに晒される面とは反対側の面に形成される第２溝２２６を複数にしているため、応力を吸収する能力が大きくなる。また、第２溝２２６の数を、プラズマに晒される面に形成される第１溝２２４より多くしている。このため、応力吸収能力を有する第１溝２２４及び第２溝２２６のうち、膜によって埋まる可能性のある第１溝２２４の数を少なくすることができる。
【００２３】
また、上記した熱応力または膜の応力は、電極板２２０の中心を中心として対称に生じやすい。このため、溝群２２８が電極板２２０の中心を中心として対称に設けられている場合、応力が特定の部分に残ることを抑制できる。
【００２４】
図５は、第２の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。本図に示す例は、アノード電極３００の表面に電極板３１０を設けた点を除いて、第１の実施形態と同様の構成である。電極板３１０の構成は、貫通孔２２２を有していない点を除いて、第１の実施形態に示した電極板２２０と同様の構成である。そして基板５０は、電極板３１０の上に載置される。なお電極板３１０とアノード電極３００の本体との間に導電性のスペーサー（図示せず）を設けても良い。
【００２５】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、アノード電極３００はヒータ（図示せず）によって加熱されているため、大きな熱応力が生じやすい。これに対して本実施形態では、アノード電極３００の表面は電極板３１０によって形成されているため、アノード電極３００の表面が反ることを抑制できる。従って、カソード電極２００とアノード電極３００の電極間距離に分布が生じることをさらに抑制できる。
【００２６】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。例えば第２の実施形態において、電極板２２０に第１溝２２４及び第２溝２２６を設けなくても良い。またプラズマ処理装置で行なう処理は、プラズマＣＶＤに限定されるものではなく、スパッタリングやドライエッチングであっても良い。
【００２７】
（実施例１）
第１の実施形態に示したプラズマ処理装置において、カソード電極２００及びアノード電極３００を、一辺が２５０ｍｍの正方形とした。電極板２２０としては、厚さｔが２ｍｍのアルミニウム合金板を用いた。溝群２２８の配置としては、図３（ｂ）に示す通りとして、隣り合う溝群２２８の間隔を、５０ｍｍとした。第１溝２２４及び第２溝２２６の深さを１．５ｍｍとして、幅を１ｍｍとした。また第１溝２２４と第２溝２２６の間隔Ｌを、０．７ｍｍとした。
【００２８】
上記したプラズマ処理装置において、３０ｓｃｃｍのシランガス及び２０００ｓｃｃｍの水素ガスを、カソード電極２００を介して真空容器１００内に導入した。真空容器１００内の圧力を３Ｔｏｒｒとして、アノード電極３００の温度を２００℃に設定した。この状態で、カソード電極２００に２７ＭＨｚの高周波を５００Ｗで入力して、カソード電極２００とアノード電極３００の間の空間にプラズマを発生させ、成膜処理を行なった。成膜処理は、３回に分けて計２５時間行なった。この条件によって成膜された膜の厚さは、成膜速度から換算すると２３０μｍである。
【００２９】
成膜処理後、大気中にカソード電極２００の電極板２２０を取り出し、反りを測定した。その結果、反りは０．１ｍｍ以下であった。
【００３０】
（比較例１）
第１溝２２４及び第２溝２２６を形成していない電極板２２０を用いて、実施例１と銅条件で成膜処理を行った。そして成膜処理後、大気中にカソード電極２００の電極板２２０を取り出し、反りを測定した。その結果、反りは約０．６ｍｍであった。この反りは、成膜された膜に起因していると考えられる。
【００３１】
以上、第１溝２２４及び第２溝２２６を形成することにより、成膜された膜に起因して電極板２２０に生じる反りが小さくなることが示された。なお、成膜処理中すなわち電極板２２０に熱が加わっている間においては、熱に起因して電極板２２０に反りが生じることが考えられるが、この場合においても、同様の結果が得られると推定される。
【００３２】
（実施例２）
アノード電極３００の表面に、実施例１に示した電極板２２０と同様の構成を有する電極板３１０を配置した。このとき、アノード電極３００の表面と電極板３１０の間に０．５ｍｍのスペースが設けられるようにした。そして大気中においてアノード電極３００を２００℃に加熱し、このときの電極板３１０の中心部と周辺部の高低差すなわち反りを測定した。その結果、反りは０．２ｍｍであった。
【００３３】
（比較例２）
第１溝２２４及び第２溝２２６を形成していない電極板３１０を用いて、実施例２と同様の処理を行なった。その結果、反りは０．８ｍｍであった。
【００３４】
以上、第１溝２２４及び第２溝２２６を形成することにより、熱に起因して電極板３１０に生じる反りが小さくなったことが示された。
【符号の説明】
【００３５】
５０ 基板
１００ 真空容器
２００ カソード電極
２１０ 配管
２２０ 電極板
２２２ 貫通孔
２２４ 第１溝
２２６ 第２溝
２２８ 溝群
３００ アノード電極
３１０ 電極板
４００  高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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