(57)【要約】  このプラズマ処理装置は、電極フランジ（４）と、内壁面（３４）を有するチャンバ（２）と、前記電極フランジ（４）と前記チャンバ（２）との間に配置された絶縁フランジ（３１）と、側面（３２）を有し、前記チャンバ（２）内に配置され、基板（１０）が載置されるベース部材（３）と、前記電極フランジ（４）に接続され、高周波電圧を印加するＲＦ電源（９）と、前記内壁面（３４）に対向する前記ベース部材（３）の前記側面（３２）及び前記ベース部材（３）の側面（３２）に対向する前記内壁面（３４）の少なくともいずれか一方に配置された絶縁部材（４１，４２）とを含む。
2010079740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置であって、
電極フランジと、
内壁面を有するチャンバと、
前記電極フランジと前記チャンバとの間に配置された絶縁フランジと、
側面を有し、前記チャンバ内に配置され、基板が載置されるベース部材と、
前記電極フランジに接続され、高周波電圧を印加するＲＦ電源と、
前記内壁面に対向する前記ベース部材の前記側面及び前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面の少なくともいずれか一方に配置された絶縁部材と、
を含むことを特徴とす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であって、
前記内壁面に対向する前記ベース部材の側面は、前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面に電気的に接続されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理装置であって、
前記内壁面に対向する前記ベース部材の前記側面及び前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面との距離が最短である少なくともいずれか一方の位置に、前記絶縁部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置であって、
前記チャンバは、接地されていることを特徴とす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。
本願は、２００９年１月９日に出願された特願２００９−００４０２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマを用いて原料ガスを分解し、基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このプラズマＣＶＤ装置を用いて、太陽電池、特にマイクロクリスタルシリコン（μｃ−Ｓｉ）を利用した太陽電池を製造する際には、生産性の観点から成膜速度の高速化が必要である。
成膜速度の高速化を実現するためには、成膜ガスを基板表面に噴出するシャワープレート表面と基板表面との距離を狭くした状態（ナローギャップ）における高圧枯渇法が有効である。
一方、ＬＣＤ又は太陽電池を製造するためにプラズマＣＶＤ装置は欠かせない。基板の大型化に伴い、装置サイズも大型化している。基板面積が大きくなるにつれ、装置に供給する高周波電力も増加しており、更にナローギャップ放電によるハイレート成膜が必要であるために、大電流を装置内に流すことが必要になってきている。
例えば、図４に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００においては、ベース部材１０３上に基板１１０が載置され、基板１１０の被成膜面（表面）とシャワープレート１０５の表面とを対向させた状態で、基板１１０上に膜を形成している。このとき、ベース部材１０３の電位を接地電位にする必要があるため、ベース部材１０３とチャンバ１０２との間にアースプレート１３０を設け、チャンバ１０２が接地された状態で基板１１０上に膜を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４４０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来のプラズマＣＶＤ装置１００においては、ベース部材１０３の側面１３２とチャンバ１０２の内壁面１３４とが近距離で対向しており、ベース部材１０３及びチャンバ１０２の両者は導電部材で形成されている。このため、上述したように、ＣＶＤ装置１００に大電流を流した場合、高周波電流Ｉ´が図４の矢印方向に流れ、ベース部材１０３の側面１３２とチャンバ１０２の内壁面１３４との間で異常放電が生じる虞がある。このため、異常放電に起因するインピーダンスの不整合が生じ、ＣＶＤ装置１００に供給できる電力の上限値が低下するという問題がある。【０００５】
そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、高周波の高電力を装置に供給する時に、装置に大電流が流れる場合であっても、異常放電の発生を抑制することができるプラズマ処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１態様のプラズマ処理装置は、電極フランジと、内壁面を有するチャンバと、前記電極フランジと前記チャンバとの間に配置された絶縁フランジと、側面を有し、前記チャンバ内に配置され、基板が載置されるベース部材と、前記電極フランジに接続され、高周波電圧を印加するＲＦ電源と、前記内壁面に対向する前記ベース部材の前記側面及び前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面の少なくともいずれか一方に配置された絶縁部材とを含む。【０００７】
この構成によれば、ベース部材の側面及びチャンバの内壁面の少なくともいずれか一方が絶縁部材で覆われるため、導電部材が露出しながら対向するように配置されていない。従って、ベース部材の側面とチャンバの内壁面との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。結果として、装置に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。【０００８】
本発明の第１態様のプラズマ処理装置においては、前記内壁面に対向する前記ベース部材の側面は、前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面に電気的に接続されていることが好ましい。【０００９】
この構成によれば、電極フランジに高周波の高電力を供給したときに、高周波電流を電極フランジからベース部材を介してチャンバに流すことができる。従って、電極フランジとベース部材との間にプラズマを発生させることができる。【００１０】
本発明の第１態様のプラズマ処理装置においては、前記内壁面に対向する前記ベース部材の前記側面及び前記ベース部材の側面に対向する前記内壁面との距離が最短である少なくともいずれか一方の位置に、前記絶縁部材が設けられていることが好ましい。【００１１】
この構成によれば、ベース部材の側面とチャンバの内壁面との距離が最短距離である位置に絶縁部材が設けられているため、ベース部材の側面とチャンバの内壁面との間で異常放電が生じることをより確実に抑制することができる。結果として、装置に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。【００１２】
本発明の第１態様のプラズマ処理装置においては、前記チャンバは、接地されていることが好ましい。【００１３】
この構成によれば、電極フランジに高周波の高電力を供給したときに、高周波電流を電極フランジからベース部材を介してチャンバに流すことができる。また、チャンバの電位が接地電位に保持されていることにより、電極フランジとベース部材との間にプラズマを安定して発生させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ベース部材の側面及びチャンバの内壁面の少なくともいずれか一方が絶縁部材で覆われているため、導電部材が露出しながら対向するように配置されていない。従って、ベース部材の側面とチャンバの内壁面との間で異常放電が生じるのを抑制することができる。結果として、装置に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図であって、図１において符号Ａで示された部分を拡大して示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置に流れる電流のルートを説明する図である。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図であって、図２に対応する部分を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態を図面に基づき説明する。
また、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
また、本実施形態においては、プラズマＣＶＤ法を用いた成膜装置を説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態における成膜装置の構成を示す概略断面図である。
図１に示すように、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置１は、真空チャンバ２（チャンバ）を有している。
真空チャンバ２の底部１１には、開口部が形成されている。この開口部には支柱２５が挿通され、支柱２５は真空チャンバ２の下部に配置されている。支柱２５の先端（真空チャンバ２内）には、ヒータ１６が内蔵された板状のベース部材３が接続されている。真空チャンバ２の上部には、絶縁フランジ３１を介して電極フランジ４が取り付けられている。また、真空チャンバ２には、排気管２７が接続されている。排気管２７の先端には、真空ポンプ２８が設けられている。真空ポンプ２８は、真空チャンバ２内が真空状態となるように減圧する。更に、真空チャンバ２の上方には、絶縁フランジ３１及び電極フランジ４を包含する外枠１２が設けられている。
【００１８】
また、支柱２５は、真空チャンバ２の外部に設けられた昇降機構（不図示）に接続されており、基板１０の鉛直方向において上下に移動可能である。つまり、支柱２５の先端に接続されているベース部材３は、上下方向に昇降可能に構成されている。また、真空チャンバ２の外部においては、支柱２５の外周を覆うようにベローズ２６が設けられている。
【００１９】
電極フランジ４は、絶縁フランジ３１上に設けられており、電極フランジ４の開口部が基板１０の鉛直方向において下方に位置するように配置されている。電極フランジ４の開口部には、即ち、電極フランジ４が成膜空間に面している位置には、シャワープレート５が取り付けられている。そして、シャワープレート５と電極フランジ４との間に空間２４が形成されている。
【００２０】
また、電極フランジ４にはガス導入管７が接続されている。成膜装置１の外部においては、ガス導入管７が成膜ガス供給部２１に接続されている。成膜ガス供給部２１からガス導入管７を通じて空間２４内に原料ガス（例えば、ＳｉＨ４）が供給される。また、シャワープレート５には多数のガス噴出口６が設けられている。空間２４内に導入された成膜ガスは、ガス噴出口６から真空チャンバ２内に噴出される。
【００２１】
また、電極フランジ４及びシャワープレート５は、導電材で構成されている。電極フランジ４は、真空チャンバ２の外部に設けられたＲＦ電源（高周波電源）９に接続されている。
【００２２】
更に、真空チャンバ２には、ガス導入管７とは異なるガス導入管８が接続されている。ガス導入管８にはフッ素ガス供給部２２とラジカル源２３とが設けられている。ラジカル源２３は、フッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスを分解する。ガス導入管８は、フッ素ガスが分解されて得られたフッ素ラジカルを、真空チャンバ２内の成膜空間に供給する。
【００２３】
ベース部材３は、表面が平坦に形成された略板状の部材である。ベース部材３の上面には、基板１０が載置される。ベース部材３は、接地電極として機能し、例えばアルミニウム合金で形成されている。なお、ベース部材３の材料としては、剛性を有し、耐食性及び耐熱性を有する材料であれば、上記の材料以外の材料が採用されてもよい。基板１０がベース部材３上に配置されると、基板１０とシャワープレート５とは互いに近接して平行になる。ベース部材３上に基板１０が配置された状態で、ガス噴出口６を通じて成膜ガスは基板１０の表面に向けて供給される。なお、本実施形態においては、基板１０とシャワープレート５との間の距離を３ｍｍ〜１０ｍｍに設定することが可能であり、即ち、ナローギャップを実現することができる。
【００２４】
また、ベース部材３の内部には、ヒータ１６が設けられている。ヒータ１６によってベース部材３の温度が所定の温度に調整される。ヒータ１６の電源線１８は、ベース部材３の鉛直方向から見たベース部材３の略中央部、かつ、ベース部材３の底面１７から突出され、支柱２５の内部に挿通され、真空チャンバ２の外部へと導かれている。
そして、ヒータ１６の電源線１８は、真空チャンバ２の外部にて電源（不図示）と接続され、ベース部材３の温度を調節する。
【００２５】
また、ベース部材３と真空チャンバ２との間を接続する複数のアースプレート３０（導電部材）が、ベース部材３の周方向に沿って略等間隔に配置されている。このアースプレート３０は、フレキシブルな金属プレートで形成されており、例えば、ニッケル系合金又はアルミ合金などで構成されている。また、アースプレート３０の材料としては、幅が１０〜２００ｍｍ程度の導電材料からなり、耐食性が高く、可撓性を有する材料であれば、他の材料が採用されてもよい。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態におけるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略断面図であって、図１において符号Ａで示された部分を拡大して示した断面図である。
図２に示すように、ベース部材３の側面（周縁部）３２には、アースプレート３０が係止される係止部３３が形成されている。係止部３３は、側面３２から水平方向（基板１０に水平な方向）に突出するように形成されている。係止部３３においては、アースプレート３０の第一端３０ａが係止され、ボルト（不図示）などにより電気的に接合されている。
【００２７】
また、アースプレート３０の第二端３０ｂは、真空チャンバ２の内壁面３４にボルト（不図示）などにより電気的に接合されている。つまり、アースプレート３０によって、ベース部材３と真空チャンバ２とが電気的に接続されている。複数のアースプレート３０は、ベース部材３の周縁に沿って略等間隔に配置されている。
【００２８】
具体的に、アースプレート３０の第二端３０ｂは、真空チャンバ２の内壁面３４に接続されている。アースプレート３０は、第二端３０ｂと内壁面３４との接続部から内壁面３４に沿うように下方へ延出している。アースプレート３０は、真空チャンバ２の底部１１に接触せずに、略Ｕ字状に折り返され、上方へ延出している。即ち、アースプレート３０は、第一端３０ａと第二端３０ｂとの間に位置する屈曲部を有する。屈曲部から上方へ延出されたアースプレート３０は、ベース部材３の側面３２に形成された係止部３３において折り返されている。アースプレート３０の第一端３０ａがベース部材３に接続されている。
【００２９】
更に、本実施形態においては、ベース部材３の側面３２には、側面３２及びアースプレート３０の第一端３０ａを覆うように絶縁部材４１が配置されている。また、真空チャンバ２の内壁面３４には、内壁面３４及びアースプレート３０の第二端３０ｂを覆うように絶縁部材４２が配置されている。なお、絶縁部材４１と絶縁部材４２とは、互いに対向している。
【００３０】
次に、上記構成の成膜装置１を用いて基板１０に成膜する場合の作用について説明する。
まず、真空ポンプ２８を用いて真空チャンバ２内を減圧する。基板１０は真空チャンバ２内に搬入され、ベース部材３上に載置される。
ここで、基板１０を載置する前は、ベース部材３は真空チャンバ２内の下方に位置している。つまり、基板１０が搬入される前においては、ベース部材３とシャワープレート５との間隔が広くなっているので、ロボットアーム（不図示）を用いて基板１０をベース部材３上に容易に載置することができる。
そして、基板１０がベース部材３上に載置された後には、昇降装置（不図示）が起動し、支柱２５が上方へ押し上げられ、ベース部材３上に載置された基板１０も上方へ移動する。これによって、適切に成膜を行うために必要な間隔になるようにシャワープレート５と基板１０との間隔が所望に決定され、この間隔が維持される。ここで、シャワープレート５と基板１０との間隔は、基板１０上に膜を形成するために適した距離に保持される。このとき、基板１０とシャワープレート５との間隔は、３〜１０ｍｍであるナローギャップに設定される。
その後、ガス導入管７を通じて成膜ガス（原料ガス）が空間２４に導入され、ガス噴出口６を通じて真空チャンバ２内に成膜ガスが供給される。
【００３１】
電極フランジ４は、絶縁フランジ３１を介して真空チャンバ２と電気的に絶縁されている。真空チャンバ２が接地電位に接続された状態で、ＲＦ電源９が起動し、電極フランジ４に高周波電圧が印加される。これによって、シャワープレート５とベース部材３との間に高周波電圧が供給され、放電が発生し、電極フランジ４と基板１０との間にプラズマが発生する。こうして発生したプラズマ内で成膜ガスが分解され、プラズマ状態のプロセスガスが得られ、基板１０の表面で気相成長反応が生じ、薄膜が基板１０上に成膜される。
【００３２】
ここで、ＲＦ電源９から高周波電圧が印加されると、装置内には高周波電流Ｉが流れる。図３に示すように、高周波電流Ｉは、ＲＦ電源９から電極フランジ４の表面に流れ、その後、シャワープレート５の表面を流れる。また、成膜空間においてプラズマが発生するとともに、高周波電流Ｉは、シャワープレート５からベース部材３（基板１０）に流れる。ベース部材３に到達した高周波電流Ｉは、ベース部材３の表面を流れ、アースプレート３０内を流れる。アースプレート３０の第一端３０ａから第二端３０ｂに流れた高周波電流Ｉは、真空チャンバ２の表面を流れた後、外枠１２の表面を流れる。
【００３３】
このように成膜装置１を流れる高周波電流Ｉの経路において、ベース部材３の側面３２と真空チャンバ２の内壁面３４と間を接続するアースプレート３０には、大電流が流れる。上述したように、ベース部材３側には絶縁部材４１が配置され、真空チャンバ２側には絶縁部材４２が配置されているため、ベース部材３の側面３２と真空チャンバ２の内壁面３４との隙間が小さくても、異常放電が発生することを抑制することができる。
【００３４】
また、上記のような成膜工程が何度か繰り返されると、真空チャンバ２の内側面３４などに成膜材料が付着するため、真空チャンバ２内は定期的にクリーニングされる。クリーニング工程においては、フッ素ガス供給部２２から供給されたフッ素ガスがラジカル源２３によって分解され、フッ素ラジカルが生じ、フッ素ラジカルが真空チャンバ２に接続されたガス導入管８を通り、真空チャンバ２内に供給される。このように真空チャンバ２内の成膜空間２ａにフッ素ラジカルを供給することによって、化学反応が生じ、真空チャンバ２内の周囲に配置された部材又は真空チャンバ２の内側面３４に付着された付着物が除去される。
【００３５】
本実施形態によれば、ベース部材３の側面３２及び真空チャンバ２の内壁面３４が絶縁部材４１，４２で覆われるため、導電部材が露出しながら対向するように配置されていない。従って、高周波の高電力を装置に供給する時に、装置に大電流が流れる場合であっても、ベース部材３の側面３２と真空チャンバ２の内壁面３４との間で異常放電が発生することを抑制することができる。結果として、成膜装置１に供給できる高周波電力の上限値を上昇させることができる。
【実施例】
【００３６】
次に、上述した成膜装置１を用いて成膜する際に成膜装置１に供給することができる最大電力について説明する。
ＲＦ電源９から成膜装置１に印加する電力周波数を２７．１２ＭＨｚに設定した。シャワープレート５の大きさ（基板１０の鉛直方向から見た大きさ）を１３００ｍｍ×１６００ｍｍに設定し、ベース部材３の大きさ（基板１０の鉛直方向から見た大きさ）を１４００ｍｍ×１７００ｍｍに設定し、基板１０の大きさを１１００ｍｍ×１４００ｍｍに設定した。成膜ガスであるＳｉＨ４の流量とＨ２の流量との比率を１：２５に設定し、μｃ−Ｓｉを基板１０に成膜した。
また、変動するパラメータとして、シャワープレート５と基板１０との間の距離（ＥＳ）を４ｍｍから１０ｍｍの間で２ｍｍごとに変化させた。また、成膜空間の圧力を７００Ｐａ，１３００Ｐａ，及び２０００Ｐａに設定した場合に成膜装置１に供給することができる最大電力を測定した。【００３７】
【表１】
2010079740.tif 000003
【００３８】
表１に測定結果を示す。
「未対策」は、従来の成膜装置のように、絶縁部材４１，４２が配置されていない場合の結果を示す。「対策済」は、本実施形態の成膜装置１のように、絶縁部材４１，４２が配置されている場合の結果を示す。
シャワープレート５と基板１０との間の距離を変化させた場合、及び成膜空間の圧力を変化させた場合であっても、「未対策」における測定結果より「対策済」の測定結果が高いことが分かる。即ち、「対策済」の成膜装置１に供給することができる最大電力値を大きくすることができる。【００３９】
従って、本実施形態のように、ベース部材３の側面３２及び真空チャンバ２の内壁面３４に絶縁部材４１，４２を設けることにより、高周波の高電力を装置に供給する時に、装置に大電流が流れる場合であっても、ベース部材３の側面３２と真空チャンバ２の内壁面３４との間に異常放電が生じるのを抑制することができる。従って、成膜装置１に供給することができる最大電力値を大きくすることができる。
結果として、基板１０とシャワープレート５との間をナローギャップにしてμｃ−Ｓｉを成膜する際に、成膜速度を高速化でき、高品質なμｃ−Ｓｉを成膜することができる。【００４０】
なお、本発明の技術範囲は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。即ち、本実施形態で述べた具体的な材料又は構成等は本発明の一例であり、適宜変更が可能である。【００４１】
例えば、本実施形態において、絶縁部材がベース部材の側面及び真空チャンバの内壁面の両方に配置された構成を説明したが、少なくともいずれか一方に絶縁部材が配置されていればよい。
また、本実施形態において、絶縁部材がベース部材の側面及び真空チャンバの内壁面に配置された構成を説明したが、アースプレートの表面が絶縁部材で覆われていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上詳述したように、本発明は、高周波の高電力を装置に供給する時に、装置に大電流が流れる場合であっても、異常放電の発生を抑制することができるプラズマ処理装置に有用である。
【符号の説明】
【００４３】
１…成膜装置（プラズマ処理装置）  ２…真空チャンバ（チャンバ）  ３…ベース部材  ４…電極フランジ  １０…基板  ３１…絶縁フランジ  ３２…ベース部材の側面  ３４…真空チャンバの内壁面  ４１…絶縁部材  ４２…絶縁部材。
【図１】
2010079740.tif 000004
【図２】
2010079740.tif 000005
【図３】
2010079740.tif 000006
【図４】
2010079740.tif 000007
【国際調査報告】
2010079740.tif 000008
2010079740.tif 000009