(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を印加することによりプラズマを発生させて前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、
前記回転電極に対し非接触となるように設けられる電力伝達部材を介して前記電力が前記回転電極に印加され、前記電力伝達部材が、前記回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うように設けられるカバー部材であり、該カバー部材によってプラズマ発生領域が密閉さ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て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を供給する電源と、
前記回転電極に対し非接触となるように設けられる電力伝達部材と、
前記基板を保持する基板ホルダーとを備え、
前記電源からの前記電力が前記電力伝達部材を介して前記回転電極に印加され、前記電力伝達部材が、前記回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うように設けられるカバー部材であり、該カバー部材によってプラズマ発生領域が密閉されていることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】
前記電力伝達部材と前記回転電極の電極表面との間のギャップが１ｍｍ以下である請求項１または２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記電力伝達部材と前記回転電極との間で形成される静電容量が、前記回転電極と前記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、前記電力伝達部材の寸法形状及び位置が設定されている請求項１〜３のいずれか１項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】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
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】
本発明の第１の目的は、このような回転電極を用いた薄膜形成装置において、回転電極への電力供給を安定化し、プラズマを安定して発生することができる薄膜形成装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の第２の目的は、このような回転電極を用いた薄膜形成装置において、反応容器内での遊離した微粒子の発生を抑制し、基板以外への薄膜付着等を低減することができる薄膜形成装置を提供することにある。
【０００６】
【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を印加することによりプラズマを発生させて基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であり、回転電極に対し非接触となるように設けられる電力伝達部材を介して電力が回転電極に印加され、電力伝達部材が、回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うように設けられるカバー部材であり、該カバー部材によってプラズマ発生領域が密閉されていることを特徴としている。
【０００７】
本発明の第１の局面に従うさらに具体的な実施形態においては、反応容器内でプラズマを発生させて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を供給する電源と、回転電極に対し非接触となるように設けられる電力伝達部材と、基板を保持する基板ホルダーとを備え、電源からの電力が電力伝達部材を介して回転電極に印加され、電力伝達部材が、回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うように設けられるカバー部材であり、該カバー部材によってプラズマ発生領域が密閉されていることを特徴としている。
【０００８】
従来の回転電極を用いた薄膜形成装置においては、回転電極の回転軸受けの部分で、回転電極に電力を供給しており、この回転軸受けの部分での接触状態が変化すると、供給する電力が変化し、その結果電力供給が不安定になった。本発明の第１の局面に従えば、回転電極に対し非接触状態となるよう設けられる電力伝達部材を介して電力が回転電極に供給される。電力伝達部材と回転電極は非接触であるため、常に一定の状態で電力伝達部材を介して電力を回転電極に印加することができる。従って、回転電極への電力供給を安定化することができ、安定してプラズマを発生させることができる。従って、本発明の第１の局面に従えば、均質な薄膜を形成することができる。
【０００９】
本発明の第１の局面に従う好ましい実施形態の一つにおいては、電力伝達部材は、回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うよう設けられるカバー部材である。このようなカバー部材を電力伝達部材として用いることにより、広い面積を有する電極表面を利用して回転電極に電力を供給することができる。
【００１０】
本発明の第１の局面において、電力伝達部材を介しての回転電極への電力供給は、容量結合的に電力が供給されるものである。従って、電力伝達部材と回転電極との間で形成される静電容量は、大きいことが好ましく、具体的には、回転電極と基板との間で形成される静電容量の１０倍以上であることが好ましい。電力伝達部材と回転電極との間の静電容量を大きくするためには、電力伝達部材と回転電極とが対向する面積をできるだけ大きくし、かつ電力伝達部材と回転部材との間の距離をできるだけ短くすることが必要である。
【００１１】
従って、上記カバー部材の電力伝達部材を用いる場合には、回転電極の電極表面の１／２以上を覆うようなカバー部材を用いることが好ましい。また、電力伝達部材と回転電極の電極表面との間のギャップは、１ｍｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．１〜１ｍｍ程度である。このギャップがあまりに小さくなりすぎると、回転電極の熱膨張等により回転電極と電力伝達部材とが接触するおそれがある。
【００１２】
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、回転電極の電極表面に沿って回転電極の一部を覆うようにカバー部材が設けられており、該カバー部材によってプラズマ発生領域が密閉されていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の第２の局面に従うさらに具体的な実施形態においては、反応容器内でプラズマを発生させて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、回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うように設けられ、かつプラズマ発生領域を密閉するように設けられているカバー部材と、基板を保持する基板ホルダーとを備えることを特徴としている。
【００１４】
本発明の第２の局面によれば、回転電極の電極表面に沿って覆うように設けられるカバー部材により、プラズマ発生領域が密閉されるので、反応容器内の容積を減少させることができる。従って、薄膜形成に関与しない領域における反応ガスの溜まりがなくなり、薄膜形成に関与しない遊離した微粒子の発生を抑制することができ、基板以外への薄膜付着等を低減することができる。
【００１５】
また、本発明の第２の局面に従えば、遊離した微粒子の発生や基板以外への薄膜付着等を低減することができるので、反応ガスの利用効率をさらに向上させることができる。また、遊離した微粒子の発生や基板以外への薄膜付着等を低減することができるので、装置のメンテナンスが容易になる。
【００１６】
また、本発明の第１の局面において、電力伝達部材として用いられるカバー部材を、本発明の第２の局面に従いプラズマ発生領域を密閉するように設けられるカバー部材とすれば、上記本発明の第１の局面の作用効果を発揮するとともに、上記本発明の第２の局面の作用効果を得ることもできる。すなわち、回転電極への電力供給を安定化し、安定してプラズマを発生させることができるとともに、反応容器内での遊離した微粒子の発生を抑制し、基板以外の薄膜付着等を低減することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
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。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の局面及び第２の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図である。反応容器であるチャンバー１内には、基板ホルダー６が設けられており、基板ホルダー６の上に基板７が保持されている。基板７の上方には、アルミニウム（２０℃のときの熱膨張率：２３．１×１０−６）等の金属からなる円筒状の回転電極２が設けられている。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２は、その中心の位置に設けられた回転軸２ａの回転により回転するように設けられている。回転軸２ａは、図示されないモーター等の駆動手段によって回転される。
【００２８】
回転電極２は、チャンバー１の回転電極収納部１ａの内部に収納されている。回転電極２の円筒周面である電極表面２ｂの回りには導電材料からなるカバー部材４が設けられている。本実施例においてカバー部材４は、本発明の第１の局面における電力伝達部材であるとともに、本発明の第２の局面におけるカバー部材である。本実施例においてカバー部材４は、アルミニウム合金から形成されている。
【００２９】
カバー部材４は、絶縁部材３を介して、回転電極収納部１ａの内側に取付けられている。本実施例において、絶縁部材３は、セラミックス（例えば、アルミナ）から形成されている。
【００３０】
本実施例において、回転電極２の直径は３０ｃｍであり、幅（図面奥から手前に向かう方向の幅）は１０ｃｍである。また回転電極２の電極表面２ｂとカバー部材４との間のギャップは、０．５ｍｍである。カバー部材４の幅（図面奥から手前に向かう方向の幅）は１０ｃｍであり、回転電極２の電極表面２ｂに沿う円周方向の長さは７０ｃｍである。
【００３１】
また基板７と回転電極２の下方端との間の距離ｄは、３００μｍ（０．３ｍｍ）である。
本実施例において、回転電極２とカバー部材４との間に形成される静電容量は約１２００ｐＦであり、回転電極２と基板７との間に形成される静電容量は約１００ｐＦである。従って、回転電極２とカバー部材４との間の静電容量は、基板７との間での静電容量の約１２倍の静電容量を有している。従って、高周波電源５からの高周波電力は、カバー部材４を介し、容量結合的に回転電極２に印加され、回転電極２と基板７との間でプラズマが発生する。このようにして発生したプラズマにより、チャンバー１内に供給された反応ガスが分解し、基板７上に薄膜が形成される。なお、反応ガス等のガスは、図示されない反応ガス供給管によりチャンバー１内に供給される。
【００３２】
本実施例では、高周波電源５からの高周波電力を、カバー部材４を介して非接触の状態で、回転電極２に印加している。従って、回転電極２への電力供給において接触不良等が生じることがなく、安定して電力を供給することができる。従って、安定したプラズマを回転電極２と基板７との間で発生することができ、均質な薄膜を形成することができる。
【００３３】
また、本実施例では、本発明の第２の局面に従い、回転電極２が、回転電極収納部１ａの内側に設けられたカバー部材４によって覆われており、該カバー部材４によってチャンバー１の内部が密閉され、プラズマ発生領域が密閉された状態になっている。従って、チャンバー１の容積が大幅に減少され、遊離した微粒子が発生する空間が減少している。このため、チャンバー１内での遊離した微粒子の発生を抑制することができる。また、回転軸２ａの軸受け部周辺などの、基板以外の領域に対する薄膜付着等を低減することができる。
【００３４】
図２は、本発明の第１の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図である。図２に示す実施例の薄膜形成装置においては、チャンバー１１内に、回転電極２を収納する回転電極収納部材１２が設けられている。回転電極収納部材１２の内側の、回転電極２の電極表面２ｂと対向する面には、電力伝達部材としてのカバー部材１４が、図１に示すカバー部材４と同様にして設けられている。カバー部材１４は、絶縁部材１３を介して設けられている。絶縁部材１３も、図１に示す実施例の絶縁部材３と同様に形成されている。高周波電源５は、カバー部材１４に接続されている。図２に示す実施例において、回転電極２及びカバー部材１４は、図１に示す実施例と同様の寸法形状を有している。また基板７と回転電極２の下方端の間の距離ｄも、図１に示す実施例と同様に、３００μｍ（０．３ｍｍ）となるように設定されている。
【００３５】
高周波電源５から供給される高周波電力は、カバー部材１４を介して、容量結合的に、電極部材２に印加され、回転電極２と基板７との間でプラズマが発生する。
【００３６】
図２に示す実施例は、本発明の第１の局面に従うものであり、電力伝達部材としてのカバー部材１４を介して高周波電源５からの高周波電力を回転電極２に印加している。従って、回転電極２への電力供給を安定化することができ、安定したプラズマを発生することができ、均一な薄膜を基板７上に形成することができる。
【００３７】
図３は、本発明の第２の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図である。図３に示す実施例においては、回転電極２が、チャンバー２１の回転電極収納部である、カバー部材２１ａにより覆われている。カバー部材２１ａは、回転電極２の電極表面２ｂに沿い回転電極２を覆うように設けられている。カバー部材２１ａにより、チャンバー２１が密閉されており、プラズマ発生領域が密閉されている。回転電極２の回転軸２ａに高周波電源５が接続されている。従って、本実施例では、高周波電源５からの高周波電力は、回転軸２ａを通して回転電極２に印加されている。
【００３８】
本実施例において、回転電極２は、図１の回転電極２と同様の寸法形状を有しており、カバー部材２１ａは、図１に示すカバー部材４と同様の寸法形状を有している。
【００３９】
本実施例は、本発明の第２の局面に従うものであり、チャンバー２１はカバー部材２１ａにより密閉されているので、チャンバー２１の容積は大幅に減少されている。従って、遊離した微粒子が発生する領域が少なくなっており、チャンバー２１内での遊離した微粒子の発生が抑制される。また、回転軸２ａ周辺などの基板以外の領域への薄膜付着等も低減される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の第１の局面に従い、回転電極に対し非接触となるように設けられる電力伝達部材を介して電力を回転電極に印加することにより、回転電極への電力供給を安定化することができ、安定したプラズマを発生することができる。従って、均質な薄膜を形成することができる。
【００４１】
本発明の第２の局面に従い、回転電極の電極表面に沿って該回転電極の一部を覆うようにカバー部材を設け、該カバー部材によってプラズマ発生領域を密閉することにより、反応容器の容積を減少することができ、遊離した微粒子の発生を抑制することができる。また、基板以外への薄膜付着等を低減することができ、反応ガスを有効に利用し、効率的に薄膜を形成することができる。また、装置のメンテナンスを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の局面及び第２の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図。
【図２】本発明の第１の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図。
【図３】本発明の第２の局面に従う薄膜形成装置を示す断面図。
【符号の説明】
１…チャンバー
１ａ…回転電極収納部
２…回転電極
２ａ…回転電極の回転軸
２ｂ…回転電極の電極表面
３…絶縁部材
４…電力伝達部材（カバー部材）
５…高周波電源
６…基板ホルダー
７…基板
１１…チャンバー
１２…回転電極収納部材
１３…絶縁部材
１４…電力伝達部材（カバー部材）
２１…チャンバー
２１ａ…カバー部材
【図１】
0003634599.tif 000002
【図２】
0003634599.tif 000003
【図３】
0003634599.tif 000004