(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を減圧に保持する真空排気装置を備えた真空容器内に、カソード電極と、該カソード電極に対向して基板を保持する基板保持機構と、該カソード電極と該基板保持機構との間にアノード電極とを備え、該カソード電極に電源が接続されたプラズマ処理装置であって、
前記カソード電極は被成膜基板側に開口したプラズマ保持部と該プラズマ保持部を連結する連結部とからなり、前記アノード電極は前記カソード電極のプラズマ保持部に対向する位置に貫通孔が形成されており、前記カソード電極および／または前記アノード電極は両電極間の距離を増減する可動機構を有し、前記可動機構はプラズマ点火時にカソード電極とアノード電極との距離を広げ、プラズマ処理中はカソード電極とアノード電極を近接させて配置させる可動機構である前記プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ保持部が被成膜基板側のみが開口した凹形状である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記カソード電極が中空であり、前記プラズマ保持部が中空の部分に連通した筒状であり、
前記真空排気装置が前記カソード電極の中空の部分に接続されている
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ処理装置の基板保持機構に被成膜基板を配置し、真空容器内にガスを導入して、前記カソード電極と前記アノード電極を遠ざけた状態でプラズマを点火した後、前記カソード電極と前記アノード電極を接近させる、薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ中で発生した不要物質の影響を抑制したプラズマ処理装置およびそれを用いた薄膜の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境意識の高まりにより太陽光発電が注目されてきており、各種の太陽電池が開発、実用化されてきている。中でもシリコン原料の使用量が少なく大量生産に向いている薄膜シリコン型太陽電池は生産規模が拡大されつつある。しかし、薄膜シリコン型太陽電池には光照射により経時的に発電効率が低下する、いわゆる光劣化という克服されていない問題があり、エネルギー変換効率向上へ向けたさらなる改善が求められている。
【０００３】
薄膜シリコン型太陽電池に用いられる水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）薄膜は、シランガス（ＳｉＨ４）を原料としたプラズマＣＶＤ法により成膜されることが多い。シランガスはプラズマ内で分解され、主要成膜種であるＳｉＨ３ラジカルなどが生成し、成膜種が基板に到達することにより薄膜が形成される。ところが、プラズマ内ではＳｉＨ３ラジカルなどの成膜種以外に、高次シラン（ＳｉｍＨｎ、ｍ≧４）やパーティクルといった不要物質も生成される。このような不要物質が膜中に混入することが原因となり光劣化を引き起こすといわれている。このような不要物質が膜中に混入すると、結合手を４個持つシリコン原子１つにつき２つの水素原子および２つのシリコン原子と結合しているシリコン原子の数が増加する。すなわち、いわゆるＳｉ−Ｈ２結合濃度が膜中で増加する。非特許文献１によると、膜中のＳｉ−Ｈ２結合濃度と光劣化の度合いには相関関係があり、光劣化を防ぐためには膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を小さくする必要があるとされている。よって、光劣化を防止するためには高次シランやパーティクルといった不要物質を膜中に混入させない工夫が必要である。
【０００４】
図１０は従来の一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。真空容器１の内部にはカソード電極３と接地電極２２が対向して配置され、真空容器１に接続した真空排気装置６により容器内を低圧に保つ。カソード電極３にはシャワーヘッド状のガス供給口８が設けられ、真空容器１内にガス供給口８からシランガスなどの原料ガスを供給した上で、カソード電極３に接続した電源１０により電力を供給してプラズマ２を発生させる。プラズマ２によって原料ガスを分解することにより発生した成膜種を用いて、接地電極２１上に保持した基板４上に薄膜を形成する。
【０００５】
図１０のような一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置の場合、接地電極２２上に設置した基板４表面の近傍までプラズマ２が広がって存在する。上述した高次シランやパーティクルといった不要物質は主にプラズマの内部で生成されるため、不要物質が膜中に混入する頻度は高くなってしまう。そのため、プラズマを基板表面近傍から遠ざけることや発生した不用物質を速やかに排気するなどといった改良がこれまでになされてきた。
【０００６】
例えば特許文献１では、カソード電極と基板との間に接地電位のメッシュ電極を配置する構成をとり、プラズマをカソード電極とメッシュ電極との間に閉じ込めている。これにより、基板近傍にはプラズマが存在せず、プラズマからの正イオンによる基板へのイオン衝撃を避けることができるため、得られる薄膜の膜質を向上できるとしている。さらにプラズマ内で生成された不要物質の膜中への混入も避けることができる。また特許文献２では、カソード電極の基板側に多数の凹部を設け、その凹部が所定パターンで配置されたスポット型凹部およびスポット型凹部を相互に連通する溝型凹部から構成され、さらにガス導入用の穴およびガス排気用の穴の両方を設けた構成について述べている。これにより、電極表面の各スポット型凹部付近でスポット状の高密度プラズマが生成され、一方基板表面近傍のプラズマは弱くなるため、膜中への不要物質の混入を低減することができる。また、カソード電極のガス排気用の穴へのガスの流れにより、不要物質の除去を可能としている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１の方法ではカソード電極と基板との間のメッシュ電極に膜が付着することが避けられず、付着した膜が剥がれて落下して異常放電を起こしたり、基板への異物混入の原因になったりなどする。また、メッシュ電極の開口率が大きすぎるとプラズマの閉じ込めが不十分となるため、メッシュ電極の開口率をあまり大きくできない。このために成膜速度が制限され、またメッシュ電極への膜付着により成膜速度がさらに低下してしまうという問題もあった。また、特許文献２の方法ではプラズマが完全に電極近傍に閉じ込められるわけではなく、基板近傍にも弱いながらプラズマが発生してしまうため、膜中への不要物質の混入を完全には防ぐことができなかった。
【０００８】
そこで我々は鋭意検討の結果、図１１および図１２に示すように、カソード電極３と基板４との間にアノード電極１４を設け、複数の凹部２３あるいは複数の排気孔１８を備えたカソード電極３と、カソード電極３の凹部２３あるいは排気孔１８に対向する位置に貫通孔１５を備えたアノード電極１４とを近接して対向させ、凹部２３あるいは排気孔１８の内部にプラズマ２を安定に形成することにより、カソード電極３の近傍にのみプラズマ２を発生させ、基板４の近傍にはプラズマを発生させない状態が実現できることを見出した。図１１はカソード電極３に凹部２３を設けた場合、図１２はカソード電極３に排気孔１８を設けた場合についてそれぞれ示す。その結果、アノード電極３の作用によりプラズマ２を凹部２３あるいは排気孔１８の内部に局在させることが可能となり、膜中への不要物質の低減効果があることが明らかとなった。しかし、カソード電極３に設けた全ての凹部２３あるいは全ての排気孔１８の内部に再現性良く均一にプラズマを点灯させることが難しいという問題点が浮上した。同様の問題点については特許文献２でも取り上げられており、特許文献２ではスポット型凹部を相互に溝型凹部により連結することにより、解決しようとしている。このような溝型凹部を用いて凹部同士あるいは排気孔同士を連結する手段を適用した場合、凹部あるいは排気孔へのプラズマ点灯状態の均一性は若干改善されるが、完全に均一点灯させることは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−４９６４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２１４２９６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】応用物理  第７１巻  第７号(2002)、ｐ．８２３−８３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、複数の凹部または複数の排気孔を備えるカソード電極の近傍のみにプラズマを発生させ、基板近傍のプラズマ発生を抑制し、かつカソード電極の全ての凹部または全ての排気孔に均一にプラズマを生成させることが可能なプラズマ処理装置、およびそれを用いた薄膜の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、内部を減圧に保持する真空排気装置を備えた真空容器内に、カソード電極と、該カソード電極に対向して基板を保持する基板保持機構と、該カソード電極と該基板保持機構との間にアノード電極とを備え、該カソード電極に電源が接続されたプラズマ処理装置であって、前記カソード電極は被成膜基板側に開口したプラズマ保持部と該プラズマ保持部を連結する連結部とからなり、前記アノード電極は前記カソード電極のプラズマ保持部に対向する位置に貫通孔が形成されており、前記カソード電極および／または前記アノード電極は両電極間の距離を増減する可動機構を有し、前記可動機構はプラズマ点火時にカソード電極とアノード電極との距離を広げ、プラズマ処理中はカソード電極とアノード電極を近接させて配置させる可動機構であるプラズマ処理装置を提供する。
【００１３】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ保持部が被成膜基板側のみが開口した凹形状である、プラズマ処理装置を提供する。
【００１４】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記カソード電極が中空であり、前記プラズマ保持部が中空の部分に連通した筒状であり、前記真空排気装置が前記カソード電極の中空の部分に接続されている、プラズマ処理装置を提供する。
【００１５】
また、本発明の好ましい形態によれば、前記いずれかのプラズマ処理装置の基板保持機構に被成膜基板を配置し、真空容器内にガスを導入して、前記カソード電極と前記アノード電極を遠ざけた状態でプラズマを点火した後、前記カソード電極と前記アノード電極を接近させる、薄膜の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下に説明するとおり、カソード電極近傍にのみプラズマを発生させ基板近傍でのプラズマ発生を抑制することにより膜中への不要物質の混入を防止し、またカソード電極面内で安定かつ均一にプラズマを生成可能であるため均一性に優れた薄膜を形成することができるプラズマ処理装置および薄膜の製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明のプラズマ処理装置におけるカソード電極の一例を示す平面図である。
【図３】本発明のプラズマ処理装置の別の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明のプラズマ処理装置の一例の動作を示す概略断面図である。
【図５】本発明のプラズマ処理装置の別の一例の動作を示す概略断面図である。
【図６】本発明のプラズマ処理装置のさらに別の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明のプラズマ処理装置のさらに別の一例の動作を示す概略断面図である。
【図８】本発明のプラズマ処理装置におけるアノード電極位置可変機構の他の一例を示す概略断面図である。
【図９】本発明のプラズマ処理装置におけるアノード電極位置可変機構の他の一例の動作を示す概略断面図である。
【図１０】従来の一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図１１】カソード電極に凹部を備え、カソード電極と基板との間にアノード電極を設ける構成を持つ、従来のプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
【図１２】カソード電極に排気孔を備え、カソード電極と基板との間にアノード電極を設ける構成を持つ、従来のプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。本発明のプラズマ処理装置は、真空容器１の内部に、プラズマ２を発生させるためのカソード電極３と、カソード電極３に対向して基板４を保持するための基板保持機構５を備える。真空容器１には真空排気装置６が接続されており、真空容器１の内部を減圧に保持することができる。ガス供給管７から供給される原料ガスは、カソード電極３に設けたガス供給口８から真空容器１の内部へ供給される。カソード電極３は絶縁物９により真空容器１とは電気的に絶縁して固定されている。カソード電極３には電源１０が電気的に接続されており、電源１０によってカソード電極３に供給される電力により、プラズマ２を発生させる。
【００２０】
カソード電極３と基板保持機構５との間には、アノード電極１４を備える。カソード電極３には基板４側に開口したプラズマ保持部１３が形成され、またアノード電極１４にはカソード電極３のプラズマ保持部１３に相対する位置に貫通孔１５が形成されている。プラズマ保持部１３はアノード電極１４の貫通孔１５とで形成される空間内（以降単に「プラズマ保持部内」と記す）にプラズマ２を生成及び保持する役割を持つ。プラズマ処理中はカソード電極３とアノード電極１４を接近させて配置することで、プラズマ２をプラズマ保持部内に入り込ませた状態で局在させることができる。すなわち、カソード電極３近傍にのみプラズマ２を発生させ、基板４近傍でのプラズマ発生を抑制することが可能となる。しかし、カソード電極３とアノード電極１４を接近させて配置した場合、プラズマ点火時に全てのプラズマ保持部内に均一にプラズマ２を生成することが難しいという問題が生じる。そこで本発明では、プラズマ点火時にカソード電極３とアノード電極１４との間の距離を変化させることにより、この問題を解決する。すなわち、プラズマ点火時にはカソード電極３とアノード電極１４との間の距離を広げた状態として、カソード電極３とアノード電極１４との間に単一のプラズマを生成し、その後カソード電極３とアノード電極１４とを近接させることで、全てのプラズマ保持部内にプラズマ２が入り込んでいき、最終的にプラズマ２は各プラズマ保持部内に分散された状態で保持される。
【００２１】
基板保持機構５にはヒーターなどの基板加熱機構１１を備えていてもよい。また、カソード電極３の側面にはカソード電極と１ｍｍ程度の空間を挟んでアースシールド１２を設けることが好ましい。アースシールド１２を設けることにより、カソード電極３の側面での不要なプラズマ生成を防ぐことができる。電源１０としては高周波電源、パルス電源、ＤＣ電源など任意のものを使用してよく、高周波電源を用いる場合の周波数も任意のものを選択して構わないが、ＶＨＦ帯の高周波電源を用いると低電子温度かつ高密度のプラズマを生成しやすいため好適である。また高周波電源の出力にパルス変調や振幅変調などをかけても良い。
【００２２】
図１は、カソード電極３が平板状の導体からなり、プラズマ保持部がカソード電極３に設けた複数の貫通穴により形成される場合の例を示すものである。図２は、前記カソード電極３の一例を示す平面図である。図２に示すように、前記カソード電極３は、基板４側に開口したプラズマ保持部１３と、プラズマ保持部１３を連結する連結部２１とからなる。プラズマ保持部１３の開口形状は図２のような円形の他、楕円形、正方形、長方形、渦巻き型など、任意の形状で構わない。またプラズマ保持部１３は図１の場合基板４側に開口を持つ貫通孔からなるが、被成膜基板側に開口を備えるものであればこのような形状に限定されるものではない。また、連結部２１はカソード電極３の基板４側におけるプラズマ保持部１３以外の部分である。
【００２３】
また、本発明においては、図３に示すように前記プラズマ保持部１３は被成膜基板側のみが開口した凹形状であることが好ましい。このような形状にすることで、カソード電極３における被成膜基板とは反対側での不要なプラズマ生成が防止でき、また前記プラズマ保持部内での安定なプラズマの生成状態の保持が可能となる。プラズマ保持部１３の形状は加工のしやすさおよび放電安定生成の観点から断面形状が円形である円筒状凹部が好ましいが、プラズマ保持部１３の断面形状が三角形や四角形などの多角形、楕円形状や星型など、任意の形状であっても構わない。また、プラズマ保持部１３の断面形状がプラズマ保持部１３の深さ方向で異なっていても構わない。プラズマ保持部１３の寸法については任意のものを選ぶことができるが、例えばプラズマ保持部１３の形状が円筒状の場合、プラズマ保持部１３の内径は好ましくは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下がよい。プラズマ保持部内にプラズマ２を安定かつ均一に生成するという観点から、プラズマ保持部１３の内径が小さすぎるとプラズマ２がプラズマ保持部内に入り込まないため好ましくなく、またプラズマ保持部１３の内径が大きすぎるとプラズマ保持部１３の内部でプラズマ２を均一に生成することが難しくなるため好ましくない。また、プラズマ保持部１３の深さについては浅すぎるとプラズマ保持部内にプラズマ２が入り込まず、また深すぎると電極サイズが大きくなりすぎてしまうため、好ましくは５ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下がよい。プラズマ保持部１３の配置についても任意の並べ方を選択できるが、プラズマ２をカソード電極３の面内で均一に生成できるという観点から、プラズマ保持部１３を図２に示すような正方形格子状あるいは図示はしないが正三角形格子状に均等に配置することが好ましい。また、プラズマ２のカソード電極３面内における均一性を調整するためにプラズマ保持部１３の配置を意図的に不均一にすることもなんら差し支えない。
【００２４】
前記カソード電極３と前記基板保持機構５との間には、アノード電極１４を備える。アノード電極１４は電気的に接地電位とすることが好ましい。アノード電極１４の厚さとしては薄すぎると使用中に反りが発生したりプラズマの局在化が不十分になったりするため好ましくなく、また厚すぎるとプラズマ処理に必要な活性種が十分基板へ供給されないため好ましくない。よって、アノード電極１４の厚さは３ｍｍ以上１５ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下がよい。アノード電極１４はカソード電極３および基板保持機構５とは略平行に配置する。また、アノード電極１４にはカソード電極３のプラズマ保持部１３に相対する位置に貫通孔１５が形成されている。アノード電極１４に形成された貫通孔１５の断面形状は、カソード電極３のプラズマ保持部１３の断面形状と同じで構わないが、異なっていてもよい。また、アノード電極１４の厚さ方向において貫通孔１５の断面形状が同一でも、また変化していても構わない。本発明におけるプラズマ処理装置では、プラズマ処理中はカソード電極３とアノード電極１４を接近させて配置することで、プラズマ保持部内に発生したプラズマ２を局在させることができる。このときアノード電極１４を接地電位としておけば、カソード電極３からの高周波電界はアノード電極１４によりシールドされるため、アノード電極１４と基板３との間の空間にプラズマ２を生成させないことが可能となり、好ましい。
【００２５】
しかし、カソード電極３とアノード電極１４を近接させて配置した場合、その状態でプラズマを点火しようとすると全てのプラズマ保持部内に均一にプラズマ２を生成することが困難であり、一部のプラズマ保持部内にプラズマ２が発生しなかったり、位置によってプラズマ２の発光強度が異なったりしてしまう。そこで本発明におけるプラズマ処理装置では、カソード電極３と前記アノード電極１４との間の距離を変化させるためのアノード電極位置可変機構１６を備えることを特徴とする。アノード電極位置可変機構１６としては、アノード電極１４の位置をカソード電極３と基板４との間で移動させることができるものであれば本発明に適用することができるが、例えば図１に示すように、ベローズを用いた直線導入機構の軸にアノード電極１４を固定し、図示しないエアシリンダやボールネジを用いた直線運動機構などを用いて駆動し、アノード電極１４の位置を変化させるものなどをあげることができる。このようなアノード電極位置可変機構１６を備えていると、次に述べる方法でプラズマの均一生成が実現できる。
【００２６】
プラズマを全てのプラズマ保持部内において均一な生成状態とするためには、まずアノード電極１４を図１の装置の場合、図４に示すようにカソード電極３から遠ざけてカソード電極３とアノード電極１４との間の距離を広げる（図３、図６、図８の装置の場合は、図１の装置の場合の図４に当たるのは、それぞれ、図５、図７、図９である。以降の説明についても同じ）。このとき、プラズマ点火時におけるアノード電極１４とカソード電極３との距離は５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上離すことがプラズマ均一点火の点から好ましい。カソード電極３とアノード電極１４とを離した状態でプラズマを生成すると、プラズマはカソード電極３とアノード電極１４との間の空間で単一の連結された状態となる。プラズマが個々に分断された状態ではないため、プラズマは自律的に均一化された状態で生成される。その後、アノード位置可変機構１６を作動させて、図１のようにカソード電極３とアノード電極１４との間の距離を近接させる。このときのカソード電極３とアノード電極１４との間の距離は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが、プラズマをプラズマ保持部内（カソード電極３のプラズマ保持部１３とアノード電極１４の貫通孔１５とで形成される空間）に局在化させるという観点から好ましい。なお、アノード電極１４を可動状態においても確実に電気的に接地された状態を保つために、真空容器壁面等の固定接地電位面とアノード電極を電気的に接続する可撓性接地部材１７により接続すれば、より好ましい。
【００２７】
図６は本発明におけるプラズマ処理装置の別の一例を示す概略断面図である。カソード電極３は中空であり、この中空空間により排気室１９を形成している。また、前記プラズマ保持部１３は排気室１９に連通した筒状である。さらに、前記真空排気装置６はカソード電極３の中空の部分、すなわち排気室１９に接続されている。このとき、プラズマ保持部１３の形状は加工のしやすさおよび放電安定生成の観点から断面形状が円形である円筒状が好ましいが、プラズマ保持部１３の断面形状が三角形や四角形などの多角形、楕円形状や星型など、任意の形状であっても構わない。また、プラズマ保持部１３の断面形状がプラズマ保持部１３の深さ方向で異なっていても構わない。プラズマ保持部１３の寸法については任意のものを選ぶことができるが、例えばプラズマ保持部１３の形状が円筒状の場合、プラズマ保持部１３の内径は好ましくは２ｍｍ以上３０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以上２０ｍｍ以下がよい。プラズマ保持部内にプラズマ２を安定かつ均一に生成するという観点から、プラズマ保持部１３の内径が小さすぎるとプラズマ２がプラズマ保持部内に入り込まないため好ましくない。また、プラズマ保持部１３の内径が小さすぎると排気コンダクタンスが小さくなってカソード電極２からの排気能力が低下してしまうため、好ましくない。また、プラズマ保持部１３の内径が大きすぎるとカソード電極３の面内でプラズマ２を均一に生成することが難しくなるため好ましくない。プラズマ保持部１３の深さについては、浅すぎると排気室１９の内部までプラズマ２が入り込み、排気室１９内部の壁面が汚れたり、電源１０から投入した電力の損失が増えたりするため好ましくない。またプラズマ保持部１３の深さが深すぎると、プラズマ保持部１３の排気コンダクタンスが小さくなり排気能力が低下したり、カソード電極３のサイズが大きくなりすぎたりするため好ましくない。よって、プラズマ保持部１３の深さは好ましくは８ｍｍ以上４０ｍｍ以下、より好ましくは１３ｍｍ以上３０ｍｍ以下がよい。プラズマ保持部１３の配置については任意の並べ方を選択できるが、プラズマ２をカソード電極３の面内で均一に生成できるという観点から、プラズマ保持部１３を正方形格子状あるいは正三角形格子状に均等に配置することが好ましい。また、プラズマ２のカソード電極３における面内均一性を調整するためにプラズマ保持部１３の配置を意図的に不均一にすることもなんら差し支えない。
【００２８】
カソード電極３にプラズマ保持部１３を形成し、プラズマ保持部内（カソード電極３のプラズマ保持部１３とアノード電極１４の貫通孔１５とで形成される空間）にプラズマ２を形成することにより、プラズマ内で発生した不用物質をプラズマ保持部１３へ向かう排気流れにより速やかに真空容器１内から排出可能であるということは、不要物質の膜中への混入防止の観点から好ましい構成である。
【００２９】
図６に示すプラズマ処理装置においても、カソード電極３とアノード電極１４との間の距離を変化させるためのアノード電極位置可変機構１６を備える。アノード電極位置可変機構１６により、次に述べる方法でプラズマの均一生成の実現が可能となる。プラズマ２を全ての貫通孔１５において均一に生成するためには、まずアノード電極１４を図７に示すようにカソード電極３から遠ざけてカソード電３とアノード電極１４との間の距離を広げる。プラズマ点火時におけるアノード電極１４とカソード電極３との距離は５ｍｍ以上、好ましくは１０ｍｍ以上離すことがプラズマ均一点火の点から好ましい。カソード電極３とアノード電極１４とを離した状態でプラズマを生成すると、プラズマ２はカソード電極３とアノード電極１４との間の空間で単一の連結された状態となる。プラズマ２が個々に分断された状態ではないため、プラズマ２は自律的に均一化された状態で生成される。その後、アノード位置可変機構１６を作動させて、図６のようにカソード電極３とアノード電極１４との間の距離を近接させる。このときのカソード電極３とアノード電極１４との間の距離は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、より好ましくは０．７ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが、プラズマ２をカソード電極３のプラズマ保持部内に局在化させるという観点から好ましい。なお、アノード電極１４を可動状態においても確実に電気的に接地された状態を保つために、真空容器１の壁面等の固定接地電位面とアノード電極１４を電気的に接続する可撓性接地部材１７により接続すれば、より好ましい。
【００３０】
図８および図９は本発明のプラズマ処理装置におけるアノード電極位置可変機構１６の他の一例を示す概略断面図である。図１および図３〜７における電極位置可変機構１６はカソード電極３の方向からアノード電極１４を支持する構造であったが、例えば図８に示すように基板４の方向からアノード電極１４を支持する構造であってもよい。図８はカソード電極３とアノード電極１４とを接近させたとき、また図９はカソード電極３とアノード電極１４を遠ざけたときの状態を示す。なお、電極位置可変機構１６はこのような構成に限ったものではない。
【００３１】
本発明は、成膜、エッチング、表面処理など、各種プラズマ処理を行う装置に適用することが可能であるが、特に処理中に不要な副生成物が形成されてしまう工程において威力を発揮する。例えばハロゲンガスを用いたドライエッチングでは処理中の膜剥がれや内部構造物の劣化によるパーティクルの発生がありプロセスに悪影響を及ぼすため、その除去手段として活用できる。しかし、特にプラズマＣＶＤ装置に適用することが好適である。プラズマＣＶＤではプラズマ中で生成した活性種の反応を膜形成表面のみに制限することが難しく気相中での活性種の結合反応が生じて、微粒子などの不要物質が発生しやすい。このような状況下では、本発明のようにカソード電極近傍にのみプラズマを発生させ基板近傍でのプラズマ発生を抑制することにより不要物質の膜中への混入を防ぐ効果が顕著に現れてくると考えられる。
【実施例】
【００３２】
（実施例１）
次に、上で述べたプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤによるアモルファスシリコン薄膜の形成に適用した場合について説明する。
【００３３】
図３および図５に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数のプラズマ保持部１３を設けたカソード電極３において、プラズマ保持部１３の形状を円筒状凹部とし、プラズマ保持部１３の内径を１０ｍｍ、深さを１５ｍｍとした。厚さ１０ｍｍのアノード電極１４を用い、アノード電極１４の表面におけるカソード電極３の複数のプラズマ保持部１３に対向する位置に貫通孔１５を設けた。貫通孔１５の内径は１０ｍｍとした。基板４としてガラス基板を基板保持機構５に設置し、カソード電極３と基板４表面との間の距離を４５ｍｍとした。原料ガスとしてシランガス３０ｓｃｃｍをガス供給管７を通じてカソード電極３に設けたガス供給口８から真空容器１の内部へ供給し、真空容器１内部の圧力を３０Ｐａに調節した。電源１０は周波数６０ＭＨｚの高周波電源を用いた。まず、図２のようにアノード電極位置可変機構１６を用いてカソード電極３とアノード電極１４との間隔を広げ、間隔を３０ｍｍに設定した。カソード電極３に５０Ｗの電力を供給したところ、プラズマ２がカソード電極３とアノード電極１４の間の空間に形成された。その後、アノード電極位置可変機構１６を用いてカソード電極３とアノード電極１４との間隔を狭め、間隔を１ｍｍに設定した。このとき、プラズマ２はカソード電極３のプラズマ保持部１３とアノード電極１４の貫通孔１５とで形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で存在するように変化し、全てのプラズマ保持部内において均一かつ安定にプラズマ２を発生させることができた。
（実施例２）
図６および図７に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数のプラズマ保持部１３を設けたカソード電極３において、カソード電極３の内部に中空の排気室１９を設け、プラズマ保持部１３の形状を排気室１９に連通した円筒状とし、プラズマ保持部１３の内径を１０ｍｍ、深さを１５ｍｍとした。厚さ１０ｍｍのアノード電極１４を用い、アノード電極１４の表面におけるカソード電極３の複数のプラズマ保持部１３に対向する位置に貫通孔１５を設けた。貫通孔１５の内径は１０ｍｍとした。基板４としてガラス基板を基板保持機構５に設置し、カソード電極３と基板４との間の距離を４５ｍｍとした。原料ガスとしてシランガス３０ｓｃｃｍをガス供給管７を通じてカソード電極３に設けたガス供給口８から真空容器１の内部へ供給し、真空容器１内部の圧力を３０Ｐａに調節した。電源１０は周波数６０ＭＨｚの高周波電源を用いた。まず、図２のようにアノード電極位置可変機構１６を用いてカソード電極３とアノード電極１４との間隔を広げ、間隔を３０ｍｍに設定した。カソード電極３に５０Ｗの電力を供給したところ、プラズマがカソード電極３とアノード電極１４の間の空間に形成された。その後、アノード電極位置可変機構１６を用いてカソード電極３とアノード電極１４との間隔を狭め、間隔を１ｍｍに設定した。このとき、プラズマ２はカソード電極３のプラズマ保持部１３とアノード電極１４の貫通孔１５との間に挟まれて形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で存在するように変化し、全てのプラズマ保持部内において均一かつ安定にプラズマを発生させることができた。
（比較例）
図１１に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数の凹部２３を設けたカソード電極３において、凹部２３の形状を円筒状とし、凹部２３の内径を１０ｍｍ、深さを１５ｍｍとした。厚さ１０ｍｍのアノード電極１４を用い、アノード電極１４の表面におけるカソード電極３の複数の凹部２３に対向する位置に貫通孔１５を設けた。アノード電極１４の貫通孔１５の内径は１０ｍｍとした。基板４としてガラス基板を基板保持機構５に設置し、カソード電極３と基板４との間の距離を４５ｍｍとした。原料ガスとしてシランガス３０ｓｃｃｍをガス供給管７を通じてカソード電極３に設けたガス供給口８から真空容器１の内部へ供給し、真空容器１内部の圧力を３０Ｐａに調節した。電源１０は周波数６０ＭＨｚの高周波電源を用いた。カソード電極３とアノード電極１４との間隔は１ｍｍで固定である。カソード電極３に５０Ｗの電力を供給したところ、プラズマはカソード電極３の凹部２３とアノード電極１４の貫通孔１５との間に挟まれて形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で発生した。しかし、一部の貫通孔１５においてプラズマが点灯していなかった。電力を変化させたり圧力を変化させたりするなどの変動を与えてみたが、最終的に圧力３０Ｐａ、電力５０Ｗに戻したとき、全ての凹部２３および貫通孔１５で均一にプラズマを形成することはできなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、プラズマ処理装置のうちのプラズマＣＶＤ装置に限られるものではなく、プラズマエッチング装置やプラズマ表面改質装置などその他の装置にも応用することができるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１    真空容器
２    プラズマ
３    カソード電極
４    基板
５    基板保持機構
６    真空排気装置
７    ガス供給管
８    ガス供給口
９    絶縁物
１０  電源
１１  基板加熱機構
１２  アースシールド
１３  プラズマ保持部
１４  アノード電極
１５  貫通孔
１６  アノード電極位置可変機構
１７  可撓性接地部材
１８  排気孔
１９  排気室
２０  排気配管
２１  連結部
２２  接地電極
２３  凹部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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