(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する円筒状の回転電極に、高周波電力または直流電力を印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させてプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記回転電極と前記基板の間のプラズマ発生領域に前記反応ガスを吹き付けるように反応ガス供給管が設けられていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
反応容器内でプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させてプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成するための薄膜形成装置であって、
回転することにより前記基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する円筒状の回転電極と、
前記回転電極を回転させるための駆動手段と、
前記基板表面と前記回転電極の間にプラズマを発生させるため前記回転電極に印加される高周波電力または直流電力を供給する電源と、
前記基板を保持する基板ホルダーと、
前記回転電極と前記基板の間のプラズマ発生領域に前記反応ガスを吹き付けるように設けられる反応ガス供給管とを備える薄膜形成装置。
【請求項３】
前記反応ガス供給管のガス噴き出しの先端が、前記回転電極の電極表面から、該電極の略直径の値以下の位置に設けられている請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記回転電極の直径が８ｃｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記回転電極が前記基板表面に沿って複数設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記反応ガス供給管が、前記複数の回転電極のうちの少なくとも最前列に位置する回転電極と基板との間に反応ガスを吹き付けるように設けられている請求項５に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電極を用いた薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン等の薄膜を比較的高い圧力で形成する薄膜形成装置としては、反応容器内に平行平板型電極を設置したプラズマＣＶＤ装置が知られている。このような装置においては、一方の電極に高周波電力または直流電力を印加し、他方の電極を接地し、これらの電極間でプラズマを発生させ、発生したプラズマ中に反応ガスを供給し、反応ガスを分解することにより基板上に所望の薄膜を形成させている。
【０００３】
高速でかつ大きな面積の薄膜を形成することができる薄膜形成装置として、特開平９−１０４９８５号公報では、回転電極を用いた薄膜形成装置が提案されている。このような回転電極を用いた薄膜形成装置によれば、回転電極の回転によりプラズマ空間に反応ガスを効率よく供給することができるので、反応ガスの利用効率を大幅に向上させることができるとともに、速い速度で均一な薄膜を形成することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電極を用いた薄膜形成装置においては、１０ｃｍ〜３０ｃｍの比較的大きな直径の回転電極が用いられており、比較的広い領域でプラズマが発生するため、薄膜形成に関与しない遊離した微粒子が発生する場合があった。このような微粒子の発生は、反応ガスの利用効率を低減させ、効率的な薄膜形成の妨げとなる。また、反応容器内に微粒子が付着するため、付着した微粒子を取り除くなどの装置のメンテナンスが必要となる。
【０００５】
微粒子の発生を低減する方法として、回転電極の直径を小さくすることによりプラズマ発生領域を制限する方法が考えられる。しかしながら、回転電極の直径を小さくすると、相対的に回転電極の電極表面の周速度が遅くなり、回転による電極表面の移動によって供給される反応ガスの量が低減し、成膜速度が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、回転電極を用いた薄膜形成装置において、成膜速度を向上させ、均質な薄膜を形成することができる薄膜形成装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面に従う薄膜形成装置は、回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する円筒状の回転電極に、高周波電力または直流電力を印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させてプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、回転電極と基板の間のプラズマ発生領域に反応ガスを吹き付けるように反応ガス供給管が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の第１の局面に従うさらに具体的な薄膜形成装置は、反応容器内でプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させてプラズマＣＶＤ法により基板上に薄膜を形成するための薄膜形成装置であり、回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する円筒状の回転電極と、回転電極を回転させるための駆動手段と、基板表面と回転電極の間にプラズマを発生させるため回転電極に印加される高周波電力または直流電力を供給する電源と、基板を保持する基板ホルダーと、回転電極と基板の間のプラズマ発生領域に反応ガスを吹き付けるように設けられる反応ガス供給管とを備えることを特徴としている。
【０００９】
第１の局面に従えば、回転電極と基板の間に反応ガスを吹き付ける反応ガス供給管が設けられているので、回転電極と基板の間のプラズマ発生領域に、反応ガスを安定して供給することができる。従って、成膜速度を向上させ、均一な薄膜を形成することができる。また、回転電極と基板の間のプラズマ発生領域に安定して反応ガスを供給することができるので、直径の小さな回転電極を用いることができる。従って、プラズマ発生領域を狭くすることができ、遊離した微粒子の発生を低減することができる。また、回転電極の直径を小さくすると、反応容器全体の容積を減少することができ、この結果、遊離した微粒子が発生する領域を少なくすることができるので、さらに微粒子の発生を低減することができる。
【００１０】
第１の局面において、反応ガス供給管のガス噴き出しの先端は、回転電極の電極表面から、該電極の略直径の値以下の位置に設けられていることが好ましい。また、第１の局面においては、上述のように回転電極の直径を小さくすることができる。このような場合、回転電極の直径は８ｃｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは５ｃｍ以下、さらに好ましくは１〜５ｃｍである。
【００１１】
さらに、第１の局面においては、回転電極を基板表面に沿って複数設けてもよい。回転電極を複数設けることにより、一度に大きな面積の薄膜を形成することができる。
【００１２】
また、複数の回転電極を設ける場合、各回転電極と基板の間に反応ガスを吹き付けるように各電極毎に反応ガス供給管を設けてもよいが、各回転電極間の距離が狭くそれぞれに反応ガス供給管を設けることができない場合には、複数の回転電極のうちの少なくとも最前列に位置する回転電極と基板との間に反応ガスを吹き付けるように反応ガス供給管を設けてもよい。
【００１３】
複数の回転電極を設ける場合、各回転電極の回転方向は同一方向であることが好ましい。これにより、複数の回転電極と基板との間で、反応ガスを一定の方向に流動させることができ、均質な薄膜を形成することができる。
【００１４】
本発明の第２の局面に従う薄膜形成装置は、回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する回転電極に、高周波電力または直流電力を印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させて基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、回転電極の直径が８ｃｍ以下、好ましくは５ｃｍ以下、さらに好ましくは１〜５ｃｍであることを特徴としている。
【００１５】
第２の局面に従えば、回転電極の直径を８ｃｍ以下とすることにより、回転電極と基板との間で発生するプラズマ領域を狭めることができる。従って、基板上の薄膜形成に関与しない遊離した微粒子の発生を低減することができる。また、回転電極の直径を小さくすることにより、反応容器全体の容積を減少させることができるので、遊離した微粒子が発生する領域を少なくすることができ、微粒子の発生を低減することができる。
また、遊離した微粒子の発生を低減することができるので、反応ガスの利用効率を高めることができる。
【００１６】
本発明の第３の局面に従う薄膜形成装置は、回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電極表面を有する回転電極に、高周波電力または直流電力を印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させて基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、回転電極が基板表面に沿って複数設けられていることを特徴としている。
【００１７】
第３の局面に従えば、大きな面積の薄膜を形成することができる。また、基板を回転電極に対して相対的に移動させて複数の回転電極で同一箇所の薄膜を形成すれば、成膜速度を向上させることができる。
【００１８】
本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置は、反応容器内に設けた回転電極に高周波電力または直流電力を印加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中で反応ガスを分解させて基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、前記反応ガスの分解による析出物が回転電極の表面に付着しない温度以上に回転電極の表面を加熱することを特徴としている。
【００１９】
第４の局面において、反応ガスの分解による析出物とは、上記の薄膜形成に関与しない遊離した微粒子のことであり、このような微粒子が回転電極表面に薄膜として付着する。第４の局面においては、このような反応ガスの分解による析出物が回転電極の表面に付着しない温度以上に回転電極の表面を加熱する。回転電極の表面の加熱温度としては、１００℃以上が好ましく、さらに好ましくは１００〜３００℃、さらに好ましくは１５０〜２００℃である。加熱温度が高すぎると、それに伴って得られる効果が少なく、経済的に不利である。また、反応容器内の周囲に熱の影響を与えるため好ましくなく、回転電極の熱膨張のため、基板と電極表面との間の間隔が狭くなるなどの問題を生じる。
第４の局面に従えば、回転電極表面への薄膜の堆積が抑制され、微粒子の発生も減少させることができる。
【００２０】
第４の局面に従う好ましい実施形態の一つにおいては、反応容器内のガスを排出し再び反応容器内に戻すガス循環路を設け、該ガス循環路内を流れるガスを加熱し、加熱されたガスを該ガス循環路の噴き出し口から回転電極の表面に吹き付けることにより、回転電極の表面を加熱する。このガス循環路においては、反応容器内で発生した微粒子を除去するための微粒子除去手段が設けられていることが好ましい。ガス循環路において、このような微粒子除去手段を設けることにより、反応容器内で発生した微粒子を除去することができ、均一な薄膜を形成することができる。また、本実施形態におけるガス循環路の噴き出し口は、上記第１の局面における反応ガス供給管としても機能し得るものである。また、新たに供給する反応ガスを、ガス循環路から導入してもよい。この場合、ガス循環路内で反応ガスが十分に希釈ガス等と混合され、均一に混合した反応ガスをガス循環路の噴き出し口から回転電極の表面と基板の間に吹き付けることができる。
【００２１】
第４の局面においては、その他の加熱手段により回転電極の表面を加熱してもよい。例えば、基板を保持する基板ホルダー内にヒーターを設け、これによって基板を加熱すると共に、回転電極の表面を加熱してもよい。また、回転電極の表面近傍にランプヒーター等を設け、回転電極の表面を加熱してもよい。
【００２２】
以下、本発明の第１の局面〜第４の局面に共通する事項について説明する。
本発明において用いられる回転電極としては、例えば、特開平９−１０４９８５号公報に開示された回転電極を挙げることができる。従って、電極表面に凹凸を有した回転電極や、電極表面の一部もしくは全部の上に絶縁膜を有した回転電極等を用いることができる。
また、薄膜形成条件は、特に限定されるものではなく、例えば、特開平９−１０４９８５号公報に開示された薄膜形成条件を採用することができる。
【００２３】
本発明の薄膜形成装置は、通常、回転電極と基板の間に発生させたプラズマにより反応ガスを分解させるプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成させることができる装置である。本発明の薄膜形成装置は、特に高い圧力下で薄膜を形成する場合に有用である。例えば、雰囲気圧力、すなわち反応容器内の全圧が１Ｔｏｒｒ以上の条件が特に有用である。反応ガスの分圧としては、０．０１Ｔｏｒｒ以上の条件が好ましい。反応容器内の全圧は、より好ましくは１００Ｔｏｒｒ〜１ａｔｍであり、さらに好ましくは約１ａｔｍである。反応ガスの分圧は、より好ましくは０．１〜５０Ｔｏｒｒであり、さらに好ましくは５〜５０Ｔｏｒｒである。
【００２４】
反応容器内には反応ガス以外に不活性ガスを含有させることができる。このような不活性ガスとしては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅなどが挙げられる。
反応容器内には、さらに水素ガスを含有させることができる。水素ガスの分圧としては、１Ｔｏｒｒ以上が好ましく、より好ましくは１〜５０Ｔｏｒｒである。
【００２５】
本発明において、回転電極の電極表面の周速度は、１０ｍ／秒以上、音速以下が好ましい。周速度がこの範囲よりも小さいと、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不十分となる場合がある。また、周速度が音速以上になると、音速を超えることによる衝撃波等の問題が生じる。電極表面の周速度として、より好ましくは、５０ｍ／秒〜音速であり、さらに好ましくは５０〜２００ｍ／秒である。
【００２６】
本発明において、回転電極と基板との間の距離は、０．０１〜１ｍｍ程度が好ましい。本発明の第１の局面においては、上述のように、電力伝達部材と回転電極との間で形成される静電容量が、回転電極と基板との間で形成される静電容量の１０倍以上となるように回転電極と基板との間の距離が設定されることが好ましい。
【００２７】
本発明において、回転電極に高周波電力を印加する場合、パルス状に印加することが好ましい。高周波電力をパルス状に印加することにより、安定したプラズマを広範囲に維持することができる。パルス中に印加する高周波電力のデューティ比としては、１／１００以上が好ましい。またパルス中に変調する変調周波数としては、１００ｋＨｚ以上が好ましい。
【００２８】
本発明において、回転電極に高周波電力を印加する場合の高周波電力の周波数としては、１３．５６ＭＨｚ以上が好ましく、さらに好ましくは１５０ＭＨｚ以上である。
【００２９】
本発明において、高周波電力の投入電力密度としては、１０Ｗ／ｃｍ２  以上が好ましく、より好ましくは１０〜１００Ｗ／ｃｍ２  以上であり、さらに好ましくは３０〜１００Ｗ／ｃｍ２  である。
本発明において、薄膜形成の際の基板温度は、室温（２０℃）〜５００℃が好ましく、より好ましくは室温（２０℃）〜３００℃である。
【００３０】
本発明において形成する薄膜は、プラズマＣＶＤ法等により形成することができる薄膜であれば特に限定されるものではない。具体的には、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンド及びダイヤモンド状薄膜を含む）、ＳｉＣ、ＳｉＯ２  、Ｓｉ３  Ｎ４  、Ａｌ２  Ｏ３  、ＡｌＮなどが挙げられる。反応容器内に供給する反応ガスは、これらの形成する薄膜に応じて適宜選択される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図である。チャンバー６内には、基板ホルダー３が設けられており、基板ホルダー３の上に基板２が設置されている。基板２の上方には、回転電極１が設けられている。回転電極１は、その中心の位置に設けられた回転軸１ｂにより回転するように設けられている。回転軸１ｂは、図示されないモーター等の駆動手段によって回転する。回転軸１ｂには、回転電極１に高周波電力を供給するための高周波電源５が接続されている。
【００３２】
回転電極１と基板２の間には、反応ガスを回転電極１の電極表面１ａと基板２との間に供給するための反応ガス供給管４が設けられている。反応ガス供給管４の先端４ａから反応ガスが噴き出し、反応ガスが電極表面１ａと基板２の間に吹き付けられる。反応ガスは、チャンバー６の外部に設けられた図示されない反応ガスボンベ等から反応ガス供給管４に供給される。図８は、反応ガス供給管４を示す斜視図である。図８に示すように、反応ガス供給管４は、幅の広い形状を有しており、回転電極の幅（図１に示す図面奥から図面手前に向かう方向の幅）と同程度の幅を有している。従って、回転電極１と基板２の間のプラズマ発生領域全体に均一に反応ガスを供給することができる。
【００３３】
図２は、図１に示す反応ガス供給管４のガス噴き出しの先端４ａの位置を説明するための図である。図２においては、回転電極１の電極表面１ａから距離ｄにある領域をハッチングで示している。ｄの値としては、回転電極の略直径程度であることが好ましい。本発明においては、反応ガス供給管４の先端４ａが、回転電極１の電極表面１ａから１０ｃｍ未満、好ましくは８ｃｍ以下の位置に設けられていることが好ましい。従って、図２に示す距離ｄが１０ｃｍ未満、より好ましくは８ｃｍ以下の領域に反応ガス供給管４の先端４ａが位置することが好ましい。ハッチングで示した領域の中でも、電極表面１ａと基板との間にできるだけ近いことが好ましい。しかしながら、回転電極１の直径が相対的に小さくなり、反応ガス供給管４が相対的に大きなサイズとなる場合には、回転電極１の電極表面１ａと基板との間に反応ガス供給管４の先端４ａを挿入することが難しくなるので、そのような場合には、図２に示すハッチング領域のいずれかの位置にガス供給管４の先端４ａが位置するように設ける。
【００３４】
回転電極の直径とプラズマ領域の拡がりとの関係について確認するため、直径３０ｃｍ、５ｃｍ、１ｃｍの３種類の回転電極を用意し、アモルファスシリコン薄膜を形成しプラズマ領域の拡がりを求めた。回転電極に印加する電力としては、１５０ＭＨｚの高周波電力を用い、電力パワー（Ｗ）を表１のように変化させてプラズマ領域の拡がりを測定した。プラズマ領域の拡がりは、形成された薄膜の幅から算出した。薄膜形成条件としては、反応ガスとしてＨｅで０．１％に希釈したシラン（ＳｉＨ４  ）ガスを用い、雰囲気圧力を１気圧とした。回転電極と基板との間のギャップを３００μｍとし、回転電極の周速度が５０ｍ／秒となるように回転電極の直径に応じて回転速度を設定した。また、薄膜は、ガラス基板の上に形成した。プラズマ領域の拡がりの測定結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】
0003634606.tif 000002
【００３６】
表１の結果から明らかなように、回転電極の直径が大きい程、プラズマ領域の拡がりが大きくなっていることがわかる。遊離した微粒子の発生を低減させるためには、プラズマ領域の拡がりは５０ｍｍ以下であることが好ましい。従って、上記の測定結果からは、高周波電力のパワーを大きくしても、プラズマ領域のパワーが５０ｍｍ以下となる、直径１〜５ｃｍの範囲の回転電極が好ましいことがわかる。なお、表１に示す、電極直径３０ｃｍで投入電力パワー２０００Ｗ及び３０００Ｗ、並びに電極直径１０ｃｍで投入電力パワー３０００Ｗの条件では、微粒子が多量に発生した。
【００３７】
図１に示す薄膜形成装置を用いて、アモルファスシリコン薄膜を形成した。回転電極１としては、直径が５ｃｍで、幅（図１に示す図面奥から図面手前に向かう方向の幅）が１０ｃｍのアルミニウムからなる円筒状の回転電極を用いた。従って、円周方向に連続した電極表面を有している。回転電極１に印加する電力は、５００Ｗ、１５０ＭＨｚの高周波電力とした。反応ガスとしては、Ｈｅガスを希釈ガスとして用いた０．１％のＳｉＨ４  ガスを用いた。雰囲気圧力は１気圧とし、回転電極１と基板２の間のギャップは３００μｍとして、ガラス基板上にシリコン薄膜を形成した。
【００３８】
まず、回転電極１の周速度を１００ｍ／秒とし、反応ガス供給管４から反応ガスを供給するのではなく、図１に示すチャンバー底面のＡの位置から反応ガスを供給してシリコン薄膜を形成したところ、成膜速度は５００Å／秒であった。
【００３９】
次に、回転電極１の周速度を５０ｍ／秒とし、Ａの位置から反応ガスを供給してシリコン膜を形成したところ、成膜速度は２００Å／秒に減少した。
次に、回転電極１の電極表面の周速度を５０ｍ／秒としたまま、矢印Ａの位置から反応ガスを供給するのではなく、本発明の第１の局面に従い、図１に示す反応ガス供給管４の先端４ａから反応ガスを回転電極１と基板２間に吹き付けてシリコン薄膜を形成した。なお、反応ガス吹き付けの流速は５０ｍ／秒とした。この結果、成膜速度は４５０Å／秒に増加した。
【００４０】
以上のことから明らかなように、本発明の第１の局面に従い、反応ガス供給管から回転電極と基板の間に反応ガスを吹き付けることにより、成膜速度を大幅に向上することができる。なお、反応ガス吹き付けの際の流速は、上記実施例のように、回転電極の周速度と同程度の速度か、あるいは周速度よりも速い速度で反応ガスを吹き付けることが好ましい。
【００４１】
図３は、本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図である。図３に示す実施例においては、基板２の上に、基板２の表面に沿って、２つの円筒状の回転電極１１及び１２が設けられている。回転電極１１及び１２には、それぞれ回転軸１１ｂ及び１２ｂに高周波電源５が接続されている。回転電極１１及び１２は、ともに同一方向に回転しており、図３に示す矢印の方向に回転している。その他の構成は、図１に示す実施例の装置と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４２】
反応ガス供給管４は、最前列に位置する回転電極１１と基板２との間に反応ガスを吹き付ける位置に設けられている。回転電極１１の電極表面１１ａと基板２の間に発生するプラズマ領域には、反応ガス供給管４から吹き付けられた反応ガスが供給されると共に、電極表面１１ａの回転によりその表面近傍の反応ガスが供給される。
【００４３】
回転電極１２の電極表面１２ａと基板２との間に発生するプラズマ領域には、反応ガス供給管４から噴き出された反応ガスの一部が到達すると共に、電極表面１２ａの回転によりその表面近傍の反応ガスが供給される。
【００４４】
図４は、本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置の他の実施例を示す断面図である。図４に示す実施例においては、３つの回転電極１１、１２及び１３が基板２上に、基板２の表面に沿って設けられている。高周波電源５は、それぞれの回転軸１１ｂ、１２ｂ及び１３ｂに接続されている。回転電極１１、１２及び１３は、図４に矢印で示すように、同一方向に回転しており、従ってそれぞれの電極表面１１ａ、１２ａ及び１３ａは同一方向に移動している。
【００４５】
反応ガス供給管４は、最前列に位置する回転電極１１と基板２との間に反応ガスを吹き付けるように設けられている。その他の構成は、図１に示す実施例と同様であるので、同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４６】
回転電極１１と基板２との間のプラズマ領域には、反応ガス供給管４から噴き出される反応ガスと回転電極１１の回転により供給される反応ガスが与えられる。また回転電極１２と基板２との間のプラズマ領域、及び回転電極１３と基板２との間のプラズマ領域には、反応ガス供給管４からの反応ガスとともに、回転電極１２及び１３の回転により生じる電極表面１２ａ及び１３ａの移動に伴う反応ガスが供給される。
【００４７】
次に、図１に示す装置、図３に示す装置、及び図４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。回転電極としては、いずれも直径５ｃｍ、幅１０ｃｍのアルミニウムからなる円筒状の電極を用い、図３及び図４に示す装置においては、各回転電極の回転軸間の距離を１０ｃｍとした。なお、基板２を５ｍｍ／秒の速度で前方向及び後ろ方向に交互に移動させ走査した。また、反応ガス供給管４からの反応ガスの噴き出しは、流速５０ｍ／秒とした。薄膜形成時間は、２分間とした。その他の薄膜形成条件は、上記実施例と同様とした。
【００４８】
回転電極を１つ用いた図１に示す薄膜形成装置では、約２０００Åの膜厚の薄膜が形成された。２つの回転電極を用いた図３に示す薄膜形成装置では、約４５００Åの膜厚の薄膜が形成された。３つの回転電極を用いた図４に示す薄膜形成装置では、約７０００Åの膜厚の薄膜が形成された。
以上のことから明らかなように、回転電極の数を増加させることにより、成膜速度を増加することができる。
【００４９】
図５は、本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図である。図５に示す実施例では、５つの回転電極１１〜１５を基板２の表面に沿って設けている。反応ガス供給管４は、最前列に位置する回転電極１１と基板２との間に反応ガスを吹き付けるように設けられている。
【００５０】
回転電極１１〜１５は、図５に矢印で示すように、同一方向に回転している。従って、回転電極１１〜１５と基板２との間においては、各回転電極の回転により、回転電極１１から回転電極１５に向かう方向の反応ガスの流れが形成されている。従って、反応ガス供給管４から噴き出された反応ガスは、各回転電極１１〜１５と基板２との間を流れ、各回転電極と基板２との間のプラズマ領域に供給されるように流れる。
【００５１】
図５に示すように、回転電極の数をさらに増加させることにより、成膜速度を増加することができ、大きな面積の薄膜を形成することができる。
上記各実施例では、回転電極として円筒状の、電極表面が平滑な回転電極を用いたが、本発明はこのような回転電極に限定されるものではなく、例えば、特開平９−１０４９８５号公報に開示された種々の表面形状の回転電極を用いることができる。
【００５２】
図６は、電極表面に凹凸を有した回転電極を複数組み合わせて用いる場合の実施例を示す平面図である。図６に示す実施例では、直径の大きい凸部１６ａと直径の小さい凹部１６ｂを交互に有する回転電極１６と、同様に直径の大きい凸部１７ａと直径の小さい凹部１７ｂを交互に有する回転電極１７を組み合わせて用いている。図６に示すように、一方の回転電極１６の凸部１６ａが、他方の回転電極１７の凹部１７ｂに嵌まり合い、他方の回転電極１７の凸部１７ａが一方の回転電極１６の凹部１６ｂに嵌まり合うように組み合わされている。
【００５３】
一方の回転電極１６及び他方の回転電極１７は、同じ方向に回転するように設けられる。従って、互いに接触しないように設けられ、隙間を介するように組み合わされる。
【００５４】
プラズマは凸部１６ａ及び凸部１７ａと基板との間に集中的に発生するが、凸部１６ａの位置と凸部１７ａの位置が互いにずれた位置であるので、薄膜形成の際、基板を相対的に移動させることにより、基板の全面に薄膜を形成させることができる。
【００５５】
図７は、螺旋状の溝が形成された雄ねじ形状の回転電極を組み合わせた状態を示す平面図である。一方の回転電極１８には、螺旋状の凸部１８ａと螺旋状の凹部１８ｂが形成されており、他方の回転電極１９には、螺旋状の凸部１９ａと螺旋状の凹部１９ｂが形成されている。凹部１８ｂに凸部１９ａが嵌まり、凹部１９ｂに凸部１８ａが嵌まるように回転電極１８及び回転電極１９が組み合わされている。
【００５６】
回転電極１８及び回転電極１９は、同じ方向に回転するように設けられている。凸部１８ａ及び凹部１８ｂは螺旋状に形成されているので、回転電極１８の回転によりその位置が移動するが、他方の回転電極１９の凸部１９ａ及び凹部１９ｂも螺旋状に形成されているので、凹部１９ｂに凸部１８ａが嵌まり、凹部１８ｂに凸部１９ａが嵌まった状態で移動する。従って、回転電極１８と回転電極１９の表面は互いに接することなく、常に一定の隙間を介した状態で組み合わされている。
【００５７】
回転電極１８及び１９と基板との間で、プラズマは凸部１８ａ及び凸部１９ａの部分で集中的に発生するが、凸部１８ａ及び凸部１９ａは回転電極１８及び１９に回転と共に回転軸方向に移動するので、基板を回転電極１８及び１９に対して相対的に移動させることにより、基板の全面に薄膜を形成することができる。
【００５８】
図９は、本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図である。図９に示す実施例においては、反応容器であるチャンバー６内のガスを排出し再びチャンバー６内に戻すためのガス循環路２０が設けられている。ガス循環路２０の吸い込み口２１は、回転電極１と基板２の間に設けられており、回転電極１の回転方向の下流側に位置するように設けられている。ガス循環路２０の噴き出し口２２は、回転電極１と基板２の間に設けられており、回転電極１の回転方向の上流側に位置するように設けられている。吸い込み口２１及び噴き出し口２２の幅（図面奥側から手前方向の幅）は、回転電極１の幅とほぼ同程度になるように設けられている。
【００５９】
ガス循環路２０の吸い込み口２１における吸引、及び噴き出し口２２におけるガスの放出は、ガス循環路２０に設けられた循環ポンプ２３により行われる。循環ポンプ２３としては、例えばドライポンプが用いられる。吸い込み口２１と循環ポンプ２３の間には、微粉末除去手段である微粉末除去フィルタ、ガス濃度センサ及びガス導入口（図９には図示されないが、図１０において図示される）が設けられている。
【００６０】
循環ポンプ２３と噴き出し口２２の間には、ガス循環路２０内を流れるガスを加熱するためのヒーター３０が設けられている。このヒーター３０の加熱により、ガス循環路２０内を流れるガスが加熱され、加熱されたガスが噴き出し口２２から噴き出され、回転電極１の表面１ａを加熱する。
【００６１】
図１０は、チャンバー６に接続されているガス循環路２０をさらに詳細に説明するための概略構成図である。チャンバー６内のガスは、吸い込み口２１から排出され、微粉末除去手段である微粉末除去フィルタ２６により、ガス中に含有される微粉末が除去される。この微粉末は、上述のように、チャンバー６内で反応ガスが分解することにより生成する析出物である。このような微粉末除去フィルタ２６としては、例えば、アニオン交換繊維やカチオン交換繊維などのアクリル繊維をフィルタ状に成形したものを用いることができる。
【００６２】
ガス循環路２０内のガスは、次にガス濃度センサ２４を通り、ガス中の反応ガスやドーパントガス等の濃度が測定され、ガス導入口２５まで送られる。ガス導入口２５には、ガスボンベ４０〜４４が接続されている。例えば、太陽電池の発電層として用いられるシリコン薄膜を形成する場合、ガスボンベ４０は希釈ガスとしてのヘリウムガス、ガスボンベ４１は反応ガスとしてのシランガス、ガスボンベ４２はドーパントガスとしてのホスフィンガス、ガスボンベ４３はドーパントガスとしてのジボランガス、ガスボンベ４４は水素ガスのボンベである。ガス濃度センサ２４で測定された濃度データに基づき、それぞれのガスがガス導入口２５からガス循環路２０内に供給される。
【００６３】
これらのガスは、循環ポンプ２３に送られた後、水吸着筒２８を通り、ヒーター３０が設けられた箇所でヒーター３０により加熱される。加熱されたガスは、噴き出し口２２からチャンバー６内に戻される。このとき、チャンバー６内の回転電極の表面にガスを吹き付けることにより、上述のように回転電極の表面を加熱し所定の温度にすることができる。
【００６４】
図９及び図１０に示す薄膜形成装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。回転電極１としては、直径３００ｍｍ、回転軸方向の長さ（幅）１００ｍｍのアルミニウムからなる円筒状の回転電極を用いた。従って、回転電極１は、円周方向に連続した表面を有している。高周波電源５からは、周波数１５０ＭＨｚ、電力パワー５００Ｗの高周波電力を印加した。反応ガスとしては、希釈ガスとしてのヘリウムに希釈された０．１％シランガスを用い、チャンバー６内の圧力は１気圧となるようにした。回転電極１の表面１ａと基板２との間のギャップは３００μｍとなるように調整した。
【００６５】
ガス循環路２０内でのガスの流量は、チャンバー６内の全容積のガスが２０秒間でガス循環路２０内を流れるような流量とした。ガス濃度センサ２４でガス循環路２０中を流れるガスの濃度を測定し、シランガス濃度が常に０．１％となるようにガス導入口２５からのシランガスを供給した。供給量は約２０ｃｃｍ／分であり、基板温度は加熱せず、常温（２０℃）とした。またヒーター３０による加熱は、ガス循環路２０内を流れるガスが約２５０℃となるように調整した。この加熱されたガスを噴き出し口２２から噴き出し、回転電極１の表面１ａに当てることにより、回転電極１の表面１ａの温度を約２００℃に加熱した。
以上の結果、アモルファスシリコン薄膜を５００Å／秒の堆積速度で形成することができ、しかも回転電極の表面に微粒子や薄膜等が付着しなかった。
【００６６】
比較として、ガス循環路２０内におけるヒーター３０を作動させず、従ってガス循環路２０内のガスを加熱することなく回転電極１と基板２の間に吹き付けた。回転電極の表面の温度は７０℃であった。
以上の結果、基板上にアモルファスシリコン薄膜を５００Å／秒の堆積速度で形成することができたが、回転電極１の表面１ａの上には多量の微粒子や薄膜が付着した。
【００６７】
図１１は、本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置の他の実施例を示す断面図である。図１１に示す実施例では、ガス循環路２０内のガスを加熱する加熱手段として、熱交換器３１が設けられている。熱交換器３１は、ガス循環路２０の循環ポンプ２３と噴き出し口２２の間に設けられている。ガス循環路２０内を流れるガスは、熱交換器３１を通過する際、加熱され、加熱されたガスは噴き出し口２２から回転電極１の表面１ａと基板２の間に吹き付けられ、これによって回転電極１の表面１ａが加熱される。
【００６８】
図１２は、本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図である。図１２に示す実施例においては、基板２を保持する基板ホルダー３内に、加熱手段としてのヒーター３２が設けられている。このヒーター３２により基板２が加熱されると共に、回転電極１の表面１ａと基板２との間が例えば、０．０１〜１ｍｍ程度と非常に短い距離であるため、回転電極１の表面１ａも加熱される。このようにして、ヒーター３２によって回転電極１の表面１ａを加熱することにより、反応ガスの分解による析出物の付着を防止することができる。
【００６９】
図１２に示す実施例においては、ガス循環路２０が設けられているが、加熱手段であるヒーター３２は、ガス循環路２０と関係なく配置されているので、ガス循環路２０は設けられていなくともよい。なお、ガス循環路２０の噴き出し口２２は、回転電極１の表面１ａと基板２との間にガスを吹き付けるように設けられているので、本発明の第１の局面における反応ガス供給管としての役割を果たす。
【００７０】
図１３は、本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図である。図１３に示す実施例においては、回転電極１の上方に、加熱手段としてのランプヒーター３３が設けられている。このランプヒーター３３の照射光により回転電極１の表面１ａを加熱することができる。本実施例では、ランプヒーター３３により、回転電極１の表面１ａを加熱することにより、反応ガスの分解による析出物の付着を防止することができる。
【００７１】
図１３に示す実施例において、加熱手段としてのランプヒーター３３は、ガス循環路２０と関係なく設けられているので、ガス循環路２０は設けられていなくともよい。なお、ガス循環路２０の噴き出し口２２は、回転電極１の表面１ａと基板２の間にガスを吹き付けるように設けられているので、本発明の第１の局面における反応ガス供給管としての役割を果たす。
【００７２】
【発明の効果】
本発明の第１の局面に従い、回転電極と基板の間に反応ガスを吹き付けるように反応ガス供給管を設けることにより、成膜速度を向上させ、均質な薄膜を形成させることができる。また、回転電極の直径を小さくすることができるので、プラズマ発生領域を狭くすることにより、遊離した微粒子の発生を低減することができる。また、反応容器全体の容積を減少することができるので、遊離した微粒子の発生をさらに低減することができる。
【００７３】
本発明の第２の局面に従い、回転電極の直径を８ｃｍ以下とすることにより、プラズマ発生領域を狭くすることができ、遊離した微粒子の発生を低減することができる。また、反応容器全体の容積を低減することができるので、遊離した微粒子の発生をさらに低減することができる。
【００７４】
本発明の第３の局面に従い、回転電極を基板表面に沿って複数設けることにより、成膜速度を向上させ、大きな面積で薄膜を形成することができる。特に、回転電極の直径を小さくすると、プラズマ発生領域が狭くなるので、このような場合に回転電極を複数設けることで、薄膜形成の面積の低下を補うことができる。
【００７５】
本発明の第４の局面に従い、反応ガスの分解による析出物が回転電極の表面に付着しない温度以上に回転電極の表面を加熱することにより、回転電極表面への析出物の付着を防止することができる。従って、基板上に均質な薄膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図。
【図２】反応ガス供給管のガス噴き出しの先端の位置を説明するための図。
【図３】本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図。
【図４】本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置の他の実施例を示す断面図。
【図５】本発明の第１の局面〜第３の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図。
【図６】電極表面に凹凸を有する回転電極を複数設ける場合の組み合わせ状態の一例を示す平面図。
【図７】電極表面に凹凸を有する回転電極を複数設ける場合の組み合わせ状態の他の例を示す平面図。
【図８】反応ガス供給管の一例を示す斜視図。
【図９】本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置の一実施例を示す断面図。
【図１０】図９に示す実施例におけるガス循環路をさらに詳細に説明するための概略構成図。
【図１１】本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置の他の実施例を示す断面図。
【図１２】本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図。
【図１３】本発明の第４の局面に従う薄膜形成装置のさらに他の実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１…回転電極
１ａ…回転電極の電極表面
１ｂ…回転電極の回転軸
２…基板
３…基板ホルダー
４…反応ガス供給管
４ａ…反応ガス供給管の先端
５…高周波電源
６…チャンバー
１１〜１５…回転電極
１６，１７…回転電極
１６ａ，１７ａ…回転電極の凸部
１６ｂ，１７ｂ…回転電極の凹部
１８，１９…回転電極
１８ａ，１９ａ…回転電極の螺旋状凸部
１８ｂ，１９ｂ…回転電極の螺旋状凹部
２０…ガス循環路
２１…吸い込み口
２２…噴き出し口
２３…循環ポンプ
２４…ガス濃度センサ
２５…ガス導入口
２６…微粉末除去フィルタ
２７…シランガス除外装置
２８…水吸着筒
３０…ヒーター
３１…熱交換器
３２…ヒーター
３３…ランプヒーター
【図１】
0003634606.tif 000003
【図２】
0003634606.tif 000004
【図３】
0003634606.tif 000005
【図４】
0003634606.tif 000006
【図５】
0003634606.tif 000007
【図６】
0003634606.tif 000008
【図７】
0003634606.tif 000009
【図８】
0003634606.tif 000010
【図９】
0003634606.tif 000011
【図１０】
0003634606.tif 000012
【図１１】
0003634606.tif 000013
【図１２】
0003634606.tif 000014
【図１３】
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