(57)【要約】【課題】大面積の基板であっても良質な膜を成膜することが可能な成膜装置を提供する。【解決手段】気密な処理容器１０内にて反応ガスを反応させて基板Ｓに薄膜を成膜する成膜装置１ａにおいて、仕切り壁４１は基板Ｓの上方空間をプラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とに横方向に分割すると共に、処理容器１０の天井部から下方に伸びてその下端と基板Ｓとの間に、プラズマ生成空間４０１から排気空間４０２にガスを流す隙間を形成する。活性化手段４２、４３はプラズマ生成空間４０１に供給された第１の反応ガスを活性化してプラズマを生成する。第２の反応ガス供給部４１１、４１２は、プラズマ生成空間４０１の下部側に第１の反応ガスの活性種と反応して基板上に薄膜を成膜する第２の搬送ガスを供給し、真空排気口２３は仕切り壁４１の下端よりも高い位置より排気空間４０２を排気する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理容器内にて複数種類の反応ガスを反応させて基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置台と、
基板の上方空間をプラズマ生成空間と排気空間とに横方向に分割するために設けられ、前記処理容器の天井部から下方に伸びると共にその下端と載置台上の基板との間に、前記プラズマ生成空間から排気空間にガスが流れるための隙間が形成された仕切り壁と、
前記プラズマ生成空間に第１の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給部と、
前記プラズマ生成空間に供給された第１の反応ガスを活性化してプラズマを生成するための活性化手段と、
前記プラズマ生成空間内の下部側または当該プラズマ生成空間よりも下方側に、第１の反応ガスの活性種と反応して基板上に薄膜を成膜する第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給部と、
前記排気空間を排気するための真空排気口と、を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記真空排気口は、前記仕切り壁の下端よりも高い位置に形成されていることを特徴とする請求項１記載の成膜装置。
【請求項３】
前記仕切り壁は互いに平行に複数設けられ、これら仕切り壁によりプラズマ生成空間及び排気空間が交互に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項４】
前記仕切り壁は、横に直線状に伸びていることを特徴とする請求項３記載の成膜装置。
【請求項５】
前記活性化手段は、
前記プラズマ生成空間を挟んで互いに対向する仕切り壁の一方及び他方に設けられ、夫々プラズマ生成空間に容量結合プラズマを生成するための平行電極であるアノード電極及びカソード電極と、
これらアノード電極及びカソード電極間に高周波電力を印加する高周波電源部と、を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の成膜装置。
【請求項６】
前記活性化手段は、誘導結合プラズマまたはマイクロ波プラズマを生成するために前記プラズマ生成空間の上方に設けられたアンテナを含むことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記仕切り壁はプラズマ生成空間を囲むように筒状に形成されると共に、当該筒状の仕切り壁が島状に複数設けられ、
前記活性化手段は、誘導結合プラズマまたはマイクロ波プラズマを生成するために前記プラズマ生成空間の各々の上方に設けられたアンテナを含むことを特徴とする請求項１または２記載の成膜装置。
【請求項８】
前記活性化手段は、
互いに対向する仕切り壁の一方及び他方に設けられ、夫々プラズマ生成空間に容量結合プラズマを生成するための平行電極である一方の電極及び他方の電極と、
これら電極間に高周波電力を印加する高周波電源部と、
前記プラズマ生成空間と排気空間との位置が予め設定した時間間隔で入れ替わるように、前記平行電極を構成する電極と高周波電源部の電源端子との接続を切り替える接続切り替え部と、を備えたことを特徴とする請求項３または４記載の成膜装置。
【請求項９】
前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスを前記プラズマ空間に供給し、前記排気空間には供給しないように、前記接続切り替え部の切り替え動作に同期してガスの供給を切り替えるためのガス供給切り替え部を備えたことを特徴とする請求項８記載の成膜装置。
【請求項１０】
前記真空排気口は処理容器の側壁に形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の成膜装置。
【請求項１１】
第１の反応ガスは水素ガスであり、第２の反応ガスはシリコン化合物ガスであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池などに用いられる大面積基板に対して、シリコンなどの薄膜を成膜する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜シリコン太陽電池は、バルク型の結晶シリコン太陽電池と比較してシリコンの消費量が少なく、大面積化が比較的容易であり、また製造コストも低いため近年盛んに研究がなされている。例えばタンデム型の薄膜シリコン太陽電池（以下、単に太陽電池という）は、微結晶シリコン膜の上面にアモルファスシリコン膜を積層して、各層で異なる波長域の光を吸収することにより光エネルギーの変換効率を高めたものである。
【０００３】
大面積基板上にアモルファスシリコン膜（ａ-Ｓｉ膜）や微結晶シリコン膜（μｃ-Ｓｉ膜）を成膜する場合には、例えば真空雰囲気でモノシラン（ＳＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとを反応させて基板上にシリコンを堆積させるＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などが採用される。ａ-Ｓｉ膜とμｃ-Ｓｉ膜とは、例えばＳＨ４ガスとＨ２ガスとの分圧比を調節することなどにより作り分けることができる。
【０００４】
太陽電池の製造工程では、耐熱性の低いガラス基板などへの成膜が可能なように、高周波電力やマイクロ波などを印加してＳＨ４やＨ２をプラズマ化し、生成された活性種を反応させてａ-Ｓｉ膜やμｃ-Ｓｉ膜を得るプラズマＣＶＤ法などの比較的低温のプロセスが採用されている。プラズマＣＶＤ法においては、ＳＨ４やＨ２からは多様な活性種が生成されるが、ａ-Ｓｉ膜やμｃ-Ｓｉ膜を成長させる支配的な活性種はＳｉＨ３であることが分かっている。
【０００５】
一方で、例えばＳｉやＳｉＨ、ＳｉＨ２といったＳｉＨ３以外の活性種は未結合手を持ったまま膜中に取り込まれて膜質の低下を引き起こす欠陥の原因となる。またこれらの活性種が重合してＳｉｎＨ２ｎ＋２（ｎ＝２，３，４…）といった高次シランを生成し、これらが膜中へと取り込まれたり、またこの高次シランがさらに成長して微粒子化した状態で取り込まれたりした場合にもＳｉ膜の欠陥の要因となる。
【０００６】
こうした問題に対し例えば特許文献１には、既述のＳｉＨ４やＨ２にＳｉＦ４を加えたガスを基板表面に供給し、導波管より供給したマイクロ波によって当該ガスをプラズマ化するＣＶＤ法が記載されている。このＣＶＤ法では、前記ガスから負イオン（Ｆ−）と正イオン（Ｈ＋、Ｈ３＋、ＳｉＨ３＋）とを発生させることが可能であり、これらのイオンが互いに反応することによって基板の表面付近で発生する反応熱を利用して膜質のよいμｃ-Ｓｉ膜を形成している。このときマイクロ波を印加することにより基板表面には負の電荷を持つシース（電荷層）が形成されるので、負イオン（Ｆ−）は成膜中の基板に到達しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８９０２６号公報：段落００１２〜段落００１４、段落００１８〜段落００１９、図１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載のＣＶＤ法では、正イオンと負イオンとが結合する際の反応熱を利用して成膜を行うので、比較的低温のプロセスとすることができる。一方で太陽電池の基板は大型化が進んでおり、例えば基板の中央付近に供給されたガスが基板の周縁部に到達するまでのガスの滞留時間は長くなる傾向にある。
【０００９】
このような場合には、例えばフレッシュなガスが供給された直後の領域では設計通りの反応を進行させ、良好な膜質のＳｉ膜を成膜することができるかもしれない。しかしながらマイクロ波を用いてプラズマ化されたガスからは種々の活性種が生成されるので、基板上におけるガスの滞留時間が長くなると、次第にこうした活性種が反応して既述の高次シランや微粒子などを生成し、これらが膜中に取り込まれてＳｉ膜の膜質を低下させるおそれもある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みておりなされたものであり、その目的は、大面積の基板であっても良質な膜を成膜することが可能な成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る成膜装置は、気密な処理容器内にて複数種類の反応ガスを反応させて基板に薄膜を成膜する成膜装置において、
前記処理容器内に設けられ、基板を載置するための載置台と、
基板の上方空間をプラズマ生成空間と排気空間とに横方向に分割するために設けられ、前記処理容器の天井部から下方に伸びると共にその下端と載置台上の基板との間に、前記プラズマ生成空間から排気空間にガスが流れるための隙間が形成された仕切り壁と、
前記プラズマ生成空間に第１の反応ガスを供給するための第１の反応ガス供給部と、
前記プラズマ生成空間に供給された第１の反応ガスを活性化してプラズマを生成するための活性化手段と、
前記プラズマ生成空間内の下部側または当該プラズマ生成空間よりも下方側に、第１の反応ガスの活性種と反応して基板上に薄膜を成膜する第２の反応ガスを供給するための第２の反応ガス供給部と、
前記排気空間を排気するための真空排気口と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記成膜装置は、以下の特徴を備えていてもよい。  
（ａ）前記真空排気口は、前記仕切り壁の下端よりも高い位置に形成されていること。
（ｂ）前記仕切り壁は互いに平行に複数設けられ、これら仕切り壁によりプラズマ生成空間及び排気空間が交互に配置されていること。  
（ｃ）前記仕切り壁は、横に直線状に伸びていること。  
（ｄ）前記活性化手段は、前記プラズマ生成空間を挟んで互いに対向する仕切り壁の一方及び他方に設けられ、夫々プラズマ生成空間に容量結合プラズマを生成するための平行電極であるアノード電極及びカソード電極と、これらアノード電極及びカソード電極間に高周波電力を印加する高周波電源部と、を備えたこと。  
（ｅ）前記活性化手段は、誘導結合プラズマまたはマイクロ波プラズマを生成するために前記プラズマ生成空間の上方に設けられたアンテナを含むこと。
【００１３】
（ｆ）前記仕切り壁はプラズマ生成空間を囲むように筒状に形成されると共に、当該筒状の仕切り壁が島状に複数設けられ、前記活性化手段は、誘導結合プラズマまたはマイクロ波プラズマを生成するために前記プラズマ生成空間の各々の上方に設けられたアンテナを含むこと。  
（ｇ）前記活性化手段は、互いに対向する仕切り壁の一方及び他方に設けられ、夫々プラズマ生成空間に容量結合プラズマを生成するための平行電極である一方の電極及び他方の電極と、これら電極間に高周波電力を印加する高周波電源部と、前記プラズマ生成空間と排気空間との位置が予め設定した時間間隔で入れ替わるように、前記平行電極を構成する電極と高周波電源部の電源端子との接続を切り替える接続切り替え部と、を備えたこと。
（ｈ）前記第１の反応ガス及び第２の反応ガスを前記プラズマ空間に供給し、前記排気空間には供給しないように、前記接続切り替え部の切り替え動作に同期してガスの供給を切り替えるためのガス供給切り替え部を備えたこと。
【００１４】
（ｉ）前記真空排気口は処理容器の側壁に形成されていること。  
（ｊ）第１の反応ガスは水素ガスであり、第２の反応ガスはシリコン化合物ガスであること。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、基板の上方空間を仕切り壁によりプラズマ生成空間と排気空間とに横方向に分割し、プラズマ生成空間にて第１の反応ガスを活性化させてプラズマを生成する一方、第２の反応ガスをプラズマ生成空間内の下部側または当該プラズマ生成空間よりも下方側に供給し、基板上のガスを排気空間から排気するようにしている。このため第２の反応ガスを、プラズマとの接触による分解の促進が抑えられた状態で、第１の反応ガスから生成された活性種と反応させ、目的とする成膜種を基板の近傍に高い濃度で存在させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図２】前記成膜装置の外観構成を示す斜視図である。
【図３】前記成膜装置内に設けられた載置台の構成を示す平面図である。
【図４】前記成膜装置の内部構成を示す一部破断斜視図である。
【図５】前記成膜装置内に設けられた仕切り壁の構成を示す一部破断斜視図である。
【図６】前記成膜装置内に設けられたプラズマ生成空間及び排気空間の配置状態を示す模式図である。
【図７】前記成膜装置の作用を示す説明図である。
【図８】第２の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図９】前記第２の実施の形態に係る成膜装置の横断平面図である。
【図１０】前記第２の実施の形態に係る成膜装置の内部構成を示す斜視図である。
【図１１】前記２の実施の形態に係る成膜装置の変形例を示す模式図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図１３】前記第３の実施の形態に係る成膜装置の内部構成を示す一部破断斜視図である。
【図１４】前記第３の実施の形態に係る成膜装置内に設けられた仕切り壁の構成を示す一部破断斜視図である。
【図１５】前記第３の実施の形態に係る成膜装置に設けられたマイクロ波アンテナの構成を示す縦断側面図である。
【図１６】前記第３の実施の形態に係る成膜装置の作用を示す説明図である。
【図１７】第４の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図１８】前記第４の実施の形態に係る成膜装置の内部構成を示す一部破断斜視図である。
【図１９】前記第４の実施の形態に係る成膜装置内に設けられた仕切り壁の構成を示す一部破断斜視図である。
【図２０】前記第４の実施の形態に係る成膜装置の作用を示す説明図である。
【図２１】第５の実施の形態に係る成膜装置の一部破断斜視図である。
【図２２】前記第５の実施の形態に係る成膜装置の縦断側面図である。
【図２３】前記第５の実施の形態に係る成膜装置の作用を示す説明図である。
【図２４】前記第５の実施の形態に係る成膜装置の変形例を示す縦断側面図である。
【図２５】前記第５の実施の形態に係成膜装置の他の変形例を示す縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、活性化手段として平行電極を備え、容量結合プラズマによりＨ２を活性化させてＳＨ４と反応させ、薄膜であるμｃ-Ｓｉ膜の成膜を行う成膜装置の装置構成について図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態に係る成膜装置１ａは、真空容器である処理容器１０の内部に、成膜対象の基板Ｓが載置される載置台２と、載置台２上の基板Ｓ表面に活性化されたＨ２及びＳＨ４を供給する手段と、を配置した構成となっている。処理容器１０は、密閉可能で扁平な例えば金属製の容器として構成され、例えば１１００ｍｍ×１４００ｍｍ以上の大断面のガラス基板Ｓを格納可能なサイズに構成されている。
【００１９】
図２に示すように成膜装置１ａは、複数台の成膜装置１ａを上下に積み重ねて配置することが可能となっており、その上下面は平坦になっている。ここで図２には例えば３台の成膜装置１ａを上下方向に積み上げた状態を示してあるが、例えばこれら成膜装置１ａの搬入出口１１側に共通の予備真空室を設け、当該予備真空室内に昇降可能に構成された基板搬送機構を配置して、各成膜装置１ａ内の真空状態を維持したまま基板Ｓの搬入出を実行可能な構成としてもよい。
【００２０】
図中、１１は処理容器１０に設けられた基板Ｓの搬入出口、１２は搬入出口１１を開閉するためのゲートバルブである。また例えば処理容器１０の側壁面には、処理容器１０内を真空排気するための排気路１３が設けられており、排気路１３の下流側には、例えば不図示の真空ポンプが接続されていて、処理容器１０内の空間を例えば１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜２．７ｋＰａ（２０Ｔｏｒｒ）に調節することができる。以下、搬入出口１１の設けられている方向を成膜装置１ａの手前側として説明を行う。
【００２１】
処理容器１０内の床面には載置台２が配置されており、この載置台２上に既述の大断面基板Ｓを載置してμｃ-Ｓｉ膜の成膜を実行する構成となっている。載置台２には、例えば図３（ａ）の平面図に示すように、基板Ｓを搬送する外部の搬送アーム１００のフォーク形状に対応した切り欠き部２０が形成されている。これにより例えば図３（ｂ）に示すように基板Ｓを保持した状態の搬送アーム１００を載置台２の上方側まで進入させ、基板Ｓの載置面の下方側へと通り抜けさせて基板Ｓの受け渡しを行う構成となっている。図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように本例に係る成膜装置１ａでは、基板Ｓは短辺側から搬入出される。
【００２２】
図１に示すように載置台２には、例えば抵抗発熱体からなる温調部２１が埋設されており、載置台２の上面を介して基板Ｓを例えば２００℃〜３００℃の温度に調節することができる。温調部２１は基板Ｓを加熱するものに限られず、プロセス条件に応じて基板Ｓを冷却して所定の温度に調節する例えばペルチェ素子などを採用してもよい。
【００２３】
上述のように本実施の形態に係る成膜装置１ａでは載置台２の上面を介して基板Ｓの温度調節を行っているので、載置台２と基板Ｓとの間の伝熱面積を大きくするために、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように搬送アーム１００のフォークの数を２本にして切り欠き部２０の面積を小さくしている。これに対して例えば載置台２側からの基板Ｓの温度調節を行わない場合には、例えば図３（ｃ）に示すように搬送アーム１００のフォークの数を増やして、より安定に大型基板Ｓを搬送可能な構成とする一方、載置台２には搬送アーム１００の外郭形状に対応した切り欠き部２０を設け、例えば基板Ｓの３辺を載置台２にて支持する構成としてもよい。
【００２４】
ここで本実施の形態に係る成膜装置１ａは、μｃ-Ｓｉ膜の成長に必要なＳｉＨ３については基板Ｓ表面に高濃度で供給する一方で、ＳｉやＳｉＨ、ＳｉＨ２などのＳｉＨ３以外の活性種、高次シランやその微粒子などのμｃ-Ｓｉ膜の膜質低下を引き起こす物質の基板Ｓ表面への供給を抑えて、以下に列記する作用を得ることが可能な構成となっている。
【００２５】
（１）ＳｉＨ４（第２の反応ガスに相当する）のプラズマ化を抑制し、Ｈ２（第１の反応ガスに相当する）をプラズマ化して得られたＨラジカルをＳｉＨ４と反応させることにより、不要な活性種の発生を抑えつつＳｉＨ３を高濃度で基板Ｓ表面に供給すること。  
（２）ＨラジカルとＳｉＨ４との混合ガスを基板Ｓ表面から速やかに排気することにより、ＨラジカルとＳｉＨ４とのラジカル反応が必要以上に進行することによる不要な活性種の発生を抑制すること。  
以下、上述の作用を得るために成膜装置１ａに設けられている各種の構成について説明する。
【００２６】
例えば図１、図４、図６などに示すように、成膜装置１ａは載置台２に載置された基板Ｓの上方の空間を例えば手前側から奥手側に向けて横方向に分割するための例えば１０枚の仕切り壁４１を備えている。各仕切り壁４１は例えば金属製の扁平な直線状の板材として構成され、例えばその幅方向の長さは基板Ｓの短辺よりも長尺に形成されている。各仕切り壁４１は、前記幅方向の辺が載置台２上の基板Ｓの長辺と横方向に直交するように、例えば等間隔で配置されており、これにより互いに隣り合う２枚の仕切り壁４１の間には、基板Ｓの長辺と直交する方向に伸びる細長い空間（後述のプラズマ生成空間４０１、排気空間４０２に相当する）が形成されている。各仕切り壁４１は絶縁部材３１を介して処理容器１０の天井部に固定されている。
【００２７】
また仕切り壁４１は、載置台２上の基板Ｓ表面と仕切り壁４１の下端との間に例えば１ｃｍ〜５ｃｍ程度の隙間が形成されるように、前記天井部から下方側に伸びだしている。これにより、隣り合う２枚の仕切り壁４１に囲まれる各空間４０１、４０２は、この隙間を介して互いに連通した状態となっている。またこの隙間は、基板Ｓの搬入出経路に対して仕切り壁４１が干渉しない高さに調節されている。
【００２８】
手前側から数えて２枚目と３枚目（以下、２-３枚目と記す）の仕切り壁４１、４-５枚目、６-７枚目、８-９枚目の各仕切り壁４１を支持する絶縁部材３１には、これら隣り合う仕切り壁４１の間に形成される空間４０１の伸びる方向に沿って（基板Ｓの長辺と直交する方向に向けて）溝が形成されている。図４、図５に示すようにこれらの溝の下面には、例えば絶縁部材からなり、多数の吐出孔３２１を備えたシャワー板３２が配置されている。
【００２９】
これら絶縁部材３１に形成された溝とシャワー板３２とで囲まれた空間は、その下方側の空間４０１に第１の反応ガスであるＨ２を供給するための第１のガス流路３３を構成している。図２に示すように第１のガス流路３３は、処理容器１０の側壁面にて第１のガス供給管１４と各々接続されており、この第１のガス供給管１４を介して不図示のＨ２供給源からＨ２（プラズマ高密度化用のアルゴン（Ａｒ）を例えば１０％含んでいる）を受け入れることができる。また第１のガス供給管１４にはマスフローコントローラなどから構成される不図示の流量調節部が設けられており、第１のガス流路３３に供給されるＨ２の総量を例えば標準状態（２５℃、１気圧）で１０００ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００００ｃｃ／ｍｉｎの範囲で調節することができる。
【００３０】
シャワー板３２の吐出孔３２１は、第１のガス流路３３の下方の空間４０１に均一にＨ２が供給されている。第１のガス流路３３、シャワー板３２、第１のガス供給管１４は、本実施の形態における第１の反応ガス供給部に相当する。
【００３１】
次にＳｉＨ４の供給系統について説明すると、２枚目〜９枚目までの各仕切り壁４１は、図５に示すようにその内部が空洞となっている。これらの仕切り壁４１には、既述の第１のガス流路３３の下方側の空間４０１へ向けて開口する複数の吐出孔４１２が設けられており、これら吐出孔４１２は当該仕切り壁４１の下端部に沿うように列設されている。各仕切り壁４１内の空洞は、当該吐出孔４１２を介して上記空間４０１の下端部にＳｉＨ４を供給するための第２のガス流路４１１を構成している。
【００３２】
図２に示すように各第２のガス流路４１１は、処理容器１０の側壁面にて第２のガス供給管１５と接続されており、この第２のガス供給管１５を介して不図示のＳｉＨ４供給源からＳｉＨ４を受け入れることができる。第２のガス供給管１５にはマスフローコントローラなどから構成される不図示の流量調節部が設けられており、第２のガス流路４１１に供給されるＳｉＨ４の総量を例えば標準状態（２５℃、１気圧）で２０ｃｃ／ｍｉｎ〜２０００ｃｃ／ｍｉｎの範囲で調節することができる。第２のガス流路４１１側の吐出孔４１２についても既述のシャワー板３２の吐出孔３２１と同様に、吐出孔４１２の列設されている方向にＳｉＨ４が均一に供給されるようにするとよい。第２のガス流路４１１、吐出孔４１２、第２のガス供給管１５は、本実施の形態における第２の反応ガス供給部に相当する。
【００３３】
図１及び図４に示すように、載置台２上面の周縁部側の領域には、載置台２上の基板Ｓ及び仕切り壁４１の周囲を取り囲むように外周壁２２が設けられている。図４に示すように外周壁２２は、例えば載置台２の上面から処理容器１０の天井部へかけて上下方向に伸び出しており、手前側から見て前後面及び左右面の４つの面には本実施の形態の真空排気口である排気口２３が切り欠かれている。
【００３４】
図４に示すように前後の外周壁２２には、例えば仕切り壁４１とほぼ同程度の幅を有する幅広の排気口２３が各々１個ずつ切り欠かれている。一方、左右の外周壁２２には、１-２枚目、３-４枚目、５-６枚目、７-８枚目、９-１０枚目の仕切り壁４１間に形成される空間４０２に対応する位置に、排気口２３が切り欠かれている。前後左右の４つ外周壁２２の排気口２３は、いずれも載置台２の上面から１ｃｍ〜５ｃｍ程度高い位置、即ち仕切り壁４１の下端よりも高い位置に形成されている。ここで搬入出口１１に対向する前面の外周壁２２は、回転軸２２１回りに手前側へ向けて回転可能に構成されており、基板Ｓの搬入出時には手前側へ向けて回転させることにより基板Ｓの搬入出経路に対して外周壁２２が干渉しないようになっている。
【００３５】
さらに図６に示すように、手前側から見て３枚目、４枚目、７枚目、８枚目の４枚の仕切り壁４１には、高周波電源部５１が接続されており、例えば３-４枚目、７-８枚目の仕切り壁４１を２枚１組として、各組の仕切り壁４１に対して例えば１００ＭＨｚ、５０００Ｗの高周波電力を印加することができるようになっている。一方、手前側から見て１枚目、２枚目、５枚目、６枚目、９枚目、１０枚目の６枚の仕切り壁４１は接地されている。
【００３６】
以上の構成を備えることにより、２-３枚目、４-５枚目、６-７枚目、８-９枚目の仕切り壁４１間には、高周波電源部５１に接続されている仕切り壁４１をカソード電極４３とし、接地されている仕切り壁４１をアノード電極４２とする平行電極が形成される。そして、第１のガス流路３３からＨ２を供給しながら高周波電源部５１より高周波電力を印加すると、前記平行電極間に容量結合プラズマを形成し、Ｈ２をプラズマ化することができる。この観点において、２-３枚目、４-５枚目、６-７枚目、８-９枚目の仕切り壁４１間に形成される空間４０１は、本実施の形態のプラズマ生成空間に相当する。また各平行電極及びこれに接続された高周波電源部５１はＨ２を活性化してプラズマ生成するための活性化手段に相当している。
【００３７】
一方で、３-４枚目、７-８枚目の仕切り壁４１には各組毎に共通の高周波電源部５１が接続されていて等電位となっておりこれらの仕切り壁４１の間の空間４０２にガスを供給してもプラズマは形成されない。また１-２枚目、５-６枚目、９-１０枚目の仕切り壁４１は接地されており等電位なので、これらの仕切り壁４１間の空間４０２にもプラズマは形成されない。そしてこれらの空間４０２の左右両側に配置された外周壁２２には、既述の排気口２３が設けられているので、当該空間４０２内に流入したガスは排気口２３を介して外周壁２２の外側へと排気されることとなる。この観点において、１-２枚目、３-４枚目、５-６枚目、７-８枚目、９-１０枚目の間に形成される空間４０２は、本実施の形態の排気空間に相当している。ここで各アノード電極４２、カソード電極４３を成す仕切り壁４１は絶縁部材３１を介して処理容器１０の天井部に固定されているので、アノード電極４２とカソード電極４３とは、容量結合が形成される領域を除き電気的に絶縁されている。
【００３８】
以上の構成をまとめると、図６に示すように本実施の形態に係る成膜装置１ａの内部には、互いに平行に設けられた仕切り壁４１により、プラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とが交互に配置されていることになる。そして、既述のように各プラズマ生成空間４０１、排気空間４０２は、仕切り壁４１の下端と載置台２上の基板Ｓとの間に形成された隙間を介して連通しており、当該隙間を介してプラズマ生成空間４０１からは排気空間４０２へ向けてガスを流すことができるようになっている。
【００３９】
上述の構成を備えた成膜装置１ａは、図１に示すように制御部５が接続されている。制御部５は例えば図示しないＣＰＵと記憶部とを備えたコンピュータからなり、記憶部には当該成膜装置１ａの作用、つまり処理容器１０内に基板Ｓを搬入し、載置台２上に載置された基板Ｓに所定の膜厚のμｃ-Ｓｉ膜を成膜してから搬出するまでの動作に係わる制御等についてのステップ（命令）群が組まれたプログラムが記録されている。このプログラムは、例えばハードディスク、コンパクトディスク、マグネットオプティカルディスク、メモリーカード等の記憶媒体に格納され、そこからコンピュータにインストールされる。
【００４０】
以上に説明した構成を備えた成膜装置１ａの作用について説明する。初めに外部の搬送アーム１００上に保持された状態にて基板Ｓが搬送されてくると、成膜装置１ａは搬入出口１１のゲートバルブ１２を開き、また前面の外周壁２２を回転させて基板Ｓの搬入経路を確保する。そして仕切り壁４１の下端と載置台２の上面との間の隙間に搬送アーム１００を進入させ、基板Ｓの載置位置に到達したら搬送アーム１００を載置台２の切り欠き部２０内に降下させて基板Ｓを載置台２に受け渡す。
【００４１】
基板Ｓの受け渡しを終えたら搬送アーム１００を処理容器１０の外に退避させてゲートバルブ１２を閉じると共に外周壁２２を回転させて基板Ｓの周囲を外周壁２２で囲む。この動作と並行して処理容器１０内の真空排気を行い、処理容器１０内を例えば６７０Ｐａ（５Ｔｏｒｒ）に調節すると共に温調部２１により基板Ｓが例えば２５０℃となるように温度調節を行う。
【００４２】
処理容器１０内の圧力調整及び基板Ｓの温度調整を終えたら、第１のガス流路３３から例えば総量で１０００００ｃｃ／ｍｉｎ（標準状態）のＨ２を各プラズマ生成空間４０１に供給すると共に高周波電源部５１から各カソード電極４３に高周波電力を供給してＨ２をプラズマ化する。一方、第２のガス流路４１１からは例えば総量で５００ｃｃ／ｍｉｎ（標準状態）のＳｉＨ４をプラズマ生成空間４０１の下部領域に供給する。
【００４３】
図７に模式的に示すように、プラズマ生成空間４０１内には第１のガス流路３３側から供給されたＨ２が下方側へ向け流れる下降流が形成され、このＨ２が平行電極から供給された電子と衝突することによりプラズマ化して活性種が形成される。Ｈ２は２個の水素原子のみからなる分子なので、水素プラズマからは下記（１）式に示すように活性種としては水素ラジカルのみが生成される。  
Ｈ２＋ｅ−→２Ｈ＋ｅ−  …（１）
【００４４】
一方で第２のガス流路４１１の吐出孔４１２から流出したＳｉＨ４は、プラズマ生成空間４０１の下部、本例ではプラズマ生成空間４０１の下端部に供給され、上流側から流れてきたＨ２の活性種の流れと混合されて下方側へと流されていく。このため、ＳｉＨ４は殆どプラズマ化することなく、ＳｉやＳｉＨ、ＳｉＨ２などの不要な活性種を含まないか、含んでいたとしてもその量が少ない状態でＨ２の活性種と混合され、プラズマ生成空間４０１の下方に位置する基板Ｓへ向けて流れていく。
【００４５】
この結果、Ｈ２の活性種であるＨラジカルとＳｉＨ４との混合ガスが基板Ｓ表面に供給され、この混合ガス内で下記の（２）式に示す反応が進行する。  
ＳｉＨ４＋Ｈ→ＳｉＨ３＋Ｈ２  …（２）  
こうして高濃度のＳｉＨ３が基板Ｓ表面に供給され、このＳｉＨ３から良質なμｃ-Ｓｉ膜が基板Ｓ表面に成膜される。
【００４６】
一方で、混合ガス内では時間の経過につれて上記（２）式で生成されたＳｉＨ３がさらにＨラジカルと反応すると、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉが順次生成されるので、これらの活性種やその重合体である高次シランや微粒子がμｃ-Ｓｉ膜中に取り込まれれば、その膜質を低下させる原因となってしまう。
【００４７】
ところが本実施の形態に係る成膜装置１ａでは、プラズマ生成空間４０１は仕切り壁４１の下端と基板Ｓとの間の隙間を介して排気空間４０２に連通しており、各排気空間４０２の左右両面の外周壁２２にはプラズマ生成空間４０１の下端よりも高い位置、即ち前記隙間よりも高い位置に排気口２３が設けられている。そして処理容器１０内は常時真空排気されているので、プラズマ生成空間４０１を降下した前述の混合ガスは、基板Ｓ表面に到達した後、基板Ｓの表面を流れながら仕切り壁４１と基板Ｓとの間の隙間を介して排気空間４０２に流れ込み、その後、流れ方向を上向きに変化させ、排気口２３を介して外周壁２２の外側へと速やかに排気される。
【００４８】
ここで本例に係る排気空間４０２は、基板Ｓの短辺方向に伸びているので、例えば混合ガスが基板Ｓの長辺方向に流れていく場合に比べて基板Ｓ上における平均の滞留時間を短くすることができる。また仮に排気空間４０２が基板Ｓの長辺方向に沿って形成されている場合であっても、例えば基板Ｓの中央領域に供給された混合ガスが基板Ｓの対角線上を流れる場合と比較して滞留時間を短くすることができる。このように、排気空間４０２は基板Ｓ上における混合ガスの滞留時間を短くする役割を果たしている。
【００４９】
さらに、基板Ｓ表面を流れる混合ガスは、外周壁２２に設けられた排気口２３の作用により、その流れ方向が上方向に変化するので、基板Ｓ表面における混合ガスの滞留時間をさらに短くすることができる。そして、これら排気空間４０２や排気口２３の作用により、基板Ｓ表面に高濃度のＳｉＨ３を供給し、且つ不要な活性種の生成を抑えることが可能になり、良好な膜質のμｃ-Ｓｉ膜を得ることができる。
【００５０】
以上に説明した機構により、（１）ＳｉＨ４のプラズマ化を抑制し、ＳｉＨ４をＨラジカルと反応させることにより、不要な活性種の発生を抑えつつＳｉＨ３を高濃度で基板Ｓ表面に供給し、（２）ＨラジカルとＳｉＨ４との混合ガスを基板Ｓ表面から速やかに排気することにより、Ｈラジカル-ＳｉＨ４間におけるラジカル反応の必要以上の進行を抑えて、不要な活性種の発生を抑制するという、既述の２つの作用を得ることができる。
【００５１】
こうして予め設定した時間だけ基板Ｓ表面への成膜を実行し、所望の膜厚のμｃ-Ｓｉ膜が得られたら、Ｈ２及びＳｉＨ４の供給、高周波電力の印加並びに真空排気を停止して、搬送アーム１００により搬入時とは逆の動作で基板Ｓを処理容器１０から搬出して一連の動作を終える。
【００５２】
本実施の形態に係る成膜装置１ａによれば以下の効果がある。載置台２上に載置された基板Ｓの上方空間を仕切り壁４１によりプラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とに横方向に分割し、プラズマ生成空間４０１にてＨ２を活性化させてプラズマを生成する一方、ＳｉＨ４をプラズマ生成空間４０１内の下部側に供給し、基板Ｓ上に供給された混合ガスを排気空間４０２から排気するようにしている。このためＳｉＨ４を、プラズマとの接触による分解の促進が抑えられた状態で、Ｈ２ガスから生成された活性種（Ｈラジカル）と反応させ、目的とするＳｉＨ３を基板Ｓの近傍に高い濃度で存在させることができ、良質のμｃ-Ｓｉ膜を成膜することができる。
【００５３】
ここでＳｉＨ４が供給されるプラズマ生成空間４０１内の下部側とは、プラズマ生成空間４０１の半分より下方側の高さ位置、より好ましくは仕切り壁４１の下端側から仕切り壁４１の４分の１程度までの高さ位置であれば、ＳｉＨ４のプラズマ化による不要な活性種の発生を抑えるという本発明の効果を得ることができる。
【００５４】
またＳｉＨ４は、プラズマ生成空間４０１の下部側に供給する場合に限らず、プラズマ生成空間４０１よりも下方側に供給してもよい。この場合は例えば仕切り壁４１の下端面に吐出孔４１２を設けて基板Ｓへ向けてＳｉＨ４を吐出するようにしてもよいし、プラズマ生成空間４０１の下方位置にＳｉＨ４を供給する専用の配管を配置して、この配管に設けた吐出孔４１２からＳｉＨ４を供給する構成としてもよい。
【００５５】
また基板Ｓに供給された混合ガスは、基板Ｓの周囲に設けられた外周壁２２を介して側方へ排気する場合に限定されない。例えば処理容器１０の天井部に排気路１３を設け、前記混合ガスを上方側へ排気してもよい。図８〜図１０は、基板Ｓ表面に供給された混合ガスを処理容器１０の天井側へ向けて排気する第２の実施の形態に係る成膜装置１ｂの構成例を示している。以下に説明する各成膜装置においては、既述の成膜装置１ａと同様の機能を備えた構成要素には、図１〜図７に示したものと同様の符号を付してある。
【００５６】
第２の実施の形態に係る成膜装置１ｂは、載置台２上に載置された基板Ｓを囲む外周壁２２を備えていない点と、排気路１３が処理容器１０の天井部に設けられており、第１のガス流路３３の上方には、各排気空間４０２と連通し排気路１３へ向けて排気される前の混合ガスが合流する集合排気部１６が設けられている点と、が第１の実施の形態に係る成膜装置１ａと異なっている。
【００５７】
本例では、シャワー板３２を設けた２枚の仕切り壁４１の上面側を覆うように絶縁部材３１を配置し、これら２枚の仕切り壁４１、シャワー板３２、絶縁部材３１で囲まれる空間内に第１のガス流路３３が形成されている。また、基板Ｓの受け渡しは、昇降ピン２４を用いて行われる例を示してある。図８中、２５は処理容器１０内を真空雰囲気に保つため昇降ピン２４を囲むように設けられたベローズであり、２６は昇降ピン２４を昇降させる昇降機構である。
【００５８】
本例に係る成膜装置１ｂでは、例えば各仕切り壁４１は図９に示すように上面側から見た横断面が長方形の角筒形状の部材４１３により構成されていて、これら角筒部材４１３は処理容器１０の側壁面に固定された状態で処理容器１０内に配置されている。そして手前側から見て１番目、３番目、５番目の角筒部材４１３を接地された処理容器１０と電気的に接続されるように固定する一方、２番目、４番目の角筒部材４１３は絶縁部材１７を介して処理容器１０に固定し、これらの角筒部材４１３を高周波電源部５１と接続することにより、図６に示した第１の実施の形態に係る成膜装置１ａと同様にプラズマ生成空間４０１、排気空間４０２を交互に配置することができる（図９）。
【００５９】
この成膜装置１ｂにおいてもプラズマ生成空間４０１にＨ２が供給されてプラズマが生成され、このプラズマから得られたＨラジカルがプラズマ生成空間４０１の下部側に供給されたＳｉＨ４と混合されて基板Ｓに高濃度のＳｉＨ３を供給できる点は、第１の実施の形態に係る成膜装置１ａと同様である。本例に係る成膜装置１ｂでは、基板Ｓ表面を流れながら排気空間４０２に流入した混合ガスは、図１０に示すように集合排気部１６側へ向けて排気空間４０２内を上方側へ流れていくので、基板Ｓにおける混合ガスの滞留時間がより短くなる。この結果、ラジカル反応の進行に基づく不要な活性種などの生成を抑制し、良質のμｃ-Ｓｉ膜を成膜することができる。
【００６０】
ここで混合ガスを処理容器１０の天井部側へ向けての排気では、排気空間４０２は混合ガスが排気される天井部側と連通していればよいので、例えば図１１に示すように同心状に仕切り壁４１を配置し、これら仕切り壁４１で形成した平行電極（アノード電極４２、カソード電極４３）間にプラズマを形成する構成としてもよい。
【００６１】
次いで図１２〜図１６を参照しながらプラズマ生成空間４０１の上方位置に活性化手段であるマイクロ波アンテナ６を設けた第３の実施の形態に係る成膜装置１ｃを説明する。当該成膜装置１ｃは、図１２、図１３に示すように天板１８１によって処理容器１０を上下２つの空間に分割し、下方側の空間には既述の成膜装置１ａと同様に基板Ｓの載置台２が配置される一方、上方側の空間は複数のマイクロ波アンテナ６が収納される収納部１８となっている。
【００６２】
図１３に示すように収納部１８内には、左右方向に例えば３列、前後方向に例えば５行のマトリクスの各交点にマイクロ波アンテナ６が設けられており、天板１８１上には合計１５個のマイクロ波アンテナ６が島状に分散して配置されている。そしてこれら各マイクロ波アンテナ６の天板１８１を挟んで下方側の空間には、プラズマ生成空間４０１を形成するための仕切り壁４１が配置されている。
【００６３】
本例に係る仕切り壁４１は、例えば図１３、図１４に示すように各マイクロ波アンテナ６の下方側の空間を取り囲むように円筒形状に形成されている。この結果、基板Ｓの載置される空間内には、合計１５個の円筒形状の仕切り壁４１が島状に設けられていることになり、これら仕切り壁４１の内側がプラズマ生成空間４０１、仕切り壁４１の外側が排気空間４０２となる。
【００６４】
各プラズマ生成空間４０１の天井部を成す天板部１８１には、第１のガス流路３３を介して第１のガス供給管１４が接続されており、第１のガス供給管１４から供給されたＨ２が第１のガス流路３３及び吐出孔３２１を通ってプラズマ生成空間４０１の上部空間に供給される。また、例えば仕切り壁４１は内部が空洞になっていて、この空洞はプラズマ生成空間４０１の下部にＳｉＨ４を供給するための第２のガス流路４１１を構成している。そして当該第２のガス流路４１１は第２のガス供給管１５と接続される一方、プラズマ生成空間４０１の下端部近傍位置には、仕切り壁４１の内周面に沿って吐出孔４１２が列設されており、ここから排気空間４０２の下部側にＳｉＨ４を供給することができるようになっている。
【００６５】
次に、図１５を参照しながらマイクロ波アンテナ６の構成について説明する。マイクロ波アンテナ６はチューナ６１とアンテナ部６２とから構成され、これらチューナ６１とアンテナ部６２は円筒形状で同軸管の外側導体をなす例えば金属製の筐体６００内に上側からこの順番で収納されている。下側のアンテナ部６２は、円板状の平面スロットアンテナ６２１と、この平面スロットアンテナ６２１の上側に設けられ、真空雰囲気中でのマイクロ波の波長を短くしてプラズマの密度を調整するためのリング状の遅波材６２２と、平面スロットアンテナ６２１の下側に設けられ、誘電体部材からなる天板６２３と、を備えている。
【００６６】
平面スロットアンテナ６２１には、平面形状が円弧状の２つのスロット６２４が相対向するように形成されている。また平面スロットアンテナ６２１の上面の中央部には、同軸管の内側導体をなす金属棒６４が遅波材６２２の中央部から上方に向けて伸びるように接続されている。図１５に示すように各マイクロ波アンテナ６は、共通のマイクロ波出力部６３とアンプ部６３１を介して並列に接続されており、天板６２３はこのマイクロ波出力部から出力されたマイクロ波をプラズマ生成空間４０１内に導入する役割を果たす。
【００６７】
チューナ６１内には、リング状に上下方向に離間して設けられた誘電体からなる例えば２つのスラグ６１１が設けられており、既述の金属棒６４はこれらスラグ６１１の中心部を上下方向に貫通している。各スラグ６１１は、筐体６００の外周方向へ向けて外側へ伸びる腕部６１２を介して、駆動部６１３と接続されることにより各々昇降自在に構成されている。各スラグ６１１の高さ位置（Ｌ１、Ｌ２）は、マイクロ波出力部６３から下流側のマイクロ波アンテナ６を見たときのインピーダンスが例えば５０Ωとなるように調整される。またチューナ６１と既述の平面スロットアンテナ６２１とは、近接して配置されており、マイクロ波の１波長内に存在する集中定数回路を構成し、また共振器として機能する。
【００６８】
チューナ６１を貫通する金属棒６４の上端には、非接触給電を行うための給電励起板６５が設けられている。この給電励起板６５は、プリント配線などからなる誘電体ボード６５１と、この誘電体ボード６５１の下側にリング状に設けられた誘電体部材６５２と、を備えている。誘電体ボード６５１の裏面側には、誘電体ボード６５１の中心部を挟んで直径方向に相対向するように伸びると共に先端部同士が離間する２本の導体からなるマイクロストリップライン６５３が形成されている。
【００６９】
誘電体ボード６５１の側周面に位置するマイクロストリップライン６５３の端部には、各々コネクタ６５４が取り付けられており、これらのコネクタ６５４には、各々既述のアンプ部６３１が接続されている。そのため、チューナ６１には、２つのコネクタ６５４を介して電力合成（空間合成）されたマイクロ波が給電されることになる。また図中６５５はマイクロ波を反射するための反射板である。
【００７０】
誘電体部材６５２の下面には、例えば銅メッキなどがなされ、平面形状が円弧状の２つのスロット６５７が相対向するように形成された円板状のスロットアンテナ６５６が設けられている。当該マイクロ波アンテナ６は、スロット６５７の長さ寸法が例えば１／２×λｇ（λｇ：マイクロ波の管内波長）となるように形成されている。この誘電体部材６５２は、スロットアンテナ６５６と共に共振器として機能するものであり、中心部には誘電体ボード６５１の下面側とスロットアンテナ６５６とを接続するように中心導体６５８が上下方向に誘電体部材６５２を貫通するように設けられている。
【００７１】
かかる構成を備えたマイクロ波アンテナ６のマイクロ波出力部６３から所定電力のマイクロ波例えば周波数２．４５ＧＨｚ、電力２０００Ｗ〜１００００Ｗのマイクロ波を供給すると、マイクロ波は、アンプ６３１で増幅された後、不図示の分配器により各々のマイクロ波アンテナ６に分配される。そして、増幅されたマイクロ波は、各々のマイクロ波アンテナ６では２本のマイクロストリップライン６５３を介して入力され、合成された後、平面スロットアンテナ６２１を介してプラズマ生成空間４０１に供給されることになる。
【００７２】
この結果、図１６に示すようにプラズマ生成空間４０１内に供給されたＨ２はマイクロ波アンテナ６から供給されたマイクロ波によりプラズマ化して活性種であるＨラジカルを生成し、プラズマ生成空間４０１の下部側に供給されたＳｉＨ４と反応して基板Ｓ表面に高濃度のＳｉＨ３を供給することができる。そして、これらＨラジカルとＳｉＨ４との混合ガスは円筒形状の仕切り壁４１の外周側の空間（排気空間４０２）へ流れ込み、当該排気空間４０２内を側方側へと流れ、天板１８１と外周壁２２との間の隙間を介して外周壁２２の外側へと排出される。この観点においては、天板１８１と外周壁２２との間の隙間は本実施の形態の真空排気口に相当する。ここで、当該成膜装置１ｃに設置されるマイクロ波アンテナ６は、図１５に示したものに限定されず、マイクロ波出力部６３に接続された通常の導波管を用いてもよい。
【００７３】
ここでプラズマ生成空間４０１の上方側に設けられる活性化手段は、上述の成膜装置１ｃに示したマイクロ波アンテナ６により構成する場合に限定されない。例えば図１７〜図２０に示す第４の実施の形態に係る成膜装置１ｄの如く、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）アンテナ７を活性化手段としてもよい。
【００７４】
本例に係る成膜装置１ｄは、例えば図１７、図１８に示すように、各プラズマ生成空間４０１の上方の天板１８１で区画された収納部１８内に、当該プラズマ生成空間４０１の伸びる方向に沿って伸びる例えば直棒状のＩＣＰアンテナ７を設けた点が、各仕切り壁４１を高周波電源部５１に接続し、または接地して平行電極を形成した第１の実施の形態に係る成膜装置１ａと異なっている。また図１９に示すように天板１８１の上面にはプラズマ生成空間４０１の伸びる方向に沿って第１のガス流路３３が配設されており、この第１のガス流路３３を介してＨ２の供給が行われる点がプラズマ生成空間４０１の上方に配置された空間である第１のガス流路３３を介してＨ２を供給する既述の成膜装置１ａと異なっている。
【００７５】
本例に係る成膜装置１ｄによれば、収納部１８内には各プラズマ生成空間４０１に沿って４本のＩＣＰアンテナ７が配置されており、これらのＩＣＰアンテナ７の一端側は例えば１３．５６ＭＨｚ、５０００Ｗの電力を供給する共通の高周波電源部５１に並列に接続される一方、各ＩＣＰアンテナ７の他端側は接地されている。そして高周波電源部５１からＩＣＰアンテナ７に高周波電力を印加することによりプラズマ生成空間４０１内に誘導電磁界を形成して、図２０に示すように第１のガス流路３３から供給されたＨ２を誘導結合プラズマ化し、また仕切り壁４１の下部にＳｉＨ４を供給することにより基板Ｓ表面に高濃度のＳｉＨ３を供給することができる。
【００７６】
また排気空間４０２に流れ込んだ混合ガスを排気空間４０２に沿って処理容器１０の側方側へ案内し、また仕切り壁４１の下端よりも高い位置に設けられた排気口２３を介して混合ガスを排気することで当該ガスの流れ方向を基板Ｓの上方側へ向けて変化させ、基板Ｓ表面での混合ガスの滞留時間を短くして良質な膜質のμｃ-Ｓｉ膜を成膜することができる。
【００７７】
プラズマ生成空間４０１の上方側にマイクロ波アンテナ６を設ける既述の第３の実施の形態に係る成膜装置１ｃでは、マイクロ波アンテナ６は天板１８１状に島状に分散して配置する場合に限定されず、第４の実施の形態に係る成膜装置１ｄと同様に、平板状の仕切り壁４１を前後方向に等間隔で複数枚配置し、例えば基板Ｓの長辺と直交する方向に伸びるプラズマ生成空間４０１に沿って複数個のマイクロ波アンテナ６を配置してもよい。
【００７８】
また第４の実施の形態に係るＩＣＰアンテナ７についても直棒状に形成する場合に限定されず、例えば各ＩＣＰアンテナ７を一部が切り欠かれた円環形状に形成して、この円環形状のＩＣＰアンテナ７を第３の実施の形態に係る成膜装置１ｃのように天板１８１上に島状に分散して配置してもよい。この場合には、切り欠かれた円環形状のＩＣＰアンテナ７の一端に高周波電源部５１を接続し、他端を接地することにより当該円環形状の下部側に誘導結合プラズマを形成することができる。従って、当該例においてもＩＣＰアンテナ７の下方側のプラズマ形成領域を囲むように円筒形状の仕切り壁４１を設けてもよいことはもちろんである。
【００７９】
また、第１、第３、第４の実施の形態に係る成膜装置１ａ、１ｃ、１ｄでは、基板Ｓの周囲に外周壁２２を設け、この外周壁２２に形成した排気口２３や外周壁２２と天板１８１との間の隙間を基板Ｓ状のガスの真空排気口としたが、載置台２上に外周壁２２を設けない構成としてもよい。この場合には処理容器１０の側壁面に設けられた排気路１３との接続部が真空排気口となる。
【００８０】
次いで図２１、図２２を参照しながら第５の実施の形態に係る成膜装置１ｅの構成について説明する。本例の成膜装置１ｅは、プラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とが交互に配置される点において、図８〜図１０を用いて説明した第２の実施の形態に係る成膜装置１ｂと共通の特徴を備えている。一方で、本例に係る成膜装置１ｅは、対向する２枚の仕切り壁４１の間に形成される空間をプラズマ生成空間４０１→排気空間４０２→プラズマ生成空間４０１→…と、経時的に変化させることができる点が、既述の第２の実施の形態に係る成膜装置１ｂと異なっている。
【００８１】
図２１、図２２に示すように、成膜装置１ｅは、載置台２に載置された基板Ｓの上方の空間を例えば手前側（図に向かって左手側）から奥手側（同じく右手側）に向けて横方向に分割する複数枚の仕切り壁４１を備えており、これらの仕切り壁４１は、例えば絶縁部材からなる共通の天板１８１に保持されている。図２１、図２２においては、図示の便宜上、６枚の仕切り壁４１を設けた例を示しているが、仕切り壁４１の枚数はこれに限られるものではない。
【００８２】
各仕切り壁４１の内部には、上下方向に伸びる内壁板４１４によって、手前側と奥手側とに区画された２つの空間が形成されており、各々の空間は、吐出孔４１２を介して仕切り壁４１の例えば下端部にＳｉＨ４を供給するための第２のガス流路４１１を構成している。なお、図２１、図２２に示した例では、最前端及び最後端の仕切り壁４１内には第２のガス流路４１１を各々１つだけ形成した例を示したが、これらの仕切り壁４１についても、他の仕切り壁４１と同様に第２のガス流路４１１を２つずつ設けてもよいことは勿論である。
【００８３】
図２２に示すように仕切り壁４１内に形成された第２のガス流路４１１は、第２のガス供給管１５ａ、１５ｂを介してＳｉＨ４供給源１５０に接続されている。そして各仕切り壁４１内の２つの第２のガス流路４１１は、各々異なる系統の第２のガス供給管１５ａ、１５ｂに接続されている。本例では、一方側の第２のガス供給管１５ａには、仕切り壁４１を手前側から数えて２枚目の奥手側、３枚目の手前側、４枚目の奥手側及び５枚目の手前側の第２のガス流路４１１が接続されている。また他方側のガス供給管１５ｂには、同じく１枚目、２枚目の手前側、３枚目の奥手側、４枚目の手前側、５枚目の奥手側及び６枚目の第２のガス流路４１１が接続されている。
【００８４】
また天板１８１内には、前後に対向する２枚の仕切り壁４１のほぼ中央位置に、これら仕切り壁４１と並行に伸びる第１のガス流路３３が形成されており、２枚の仕切り壁４１で前後を挟まれた空間内に、吐出孔３２１を介してＨ２を供給することができる。これらの第１のガス流路３３についても、第１のガス供給管１４ａ、１４ｂを介してＨ２供給源１４０に接続されているが、各第１のガス流路３３は異なる系統の第１のガス供給管１４ａ、１４ｂに接続されている。本例では、手前側から数えて２-３枚目、４-５枚目の仕切り壁４１の間に設けられた第１のガス流路３３が第１のガス供給管１４ａに接続されており、１-２枚目、３-４枚目、５-６枚目の仕切り壁４１の間に設けられた第１のガス流路３３が第１のガス供給管１４ｂに接続されている。また、第１のガス流路３３に設けられた吐出孔３２１は、下方側へ向けて開口しており、載置台２に載置された基板Ｓへ向けて、対向する仕切り壁４１の間に形成される空間内にＨ２を供給することができるようになっている。
【００８５】
第２のガス供給管１５ａ、１５ｂ、第１のガス供給管１４ａ、１４ｂには、各々開閉バルブＶ１〜Ｖ４が設けられており、ＳｉＨ４やＨ２の給断を系統毎に行うことができる。これらの開閉バルブＶ１〜Ｖ４は本実施の形態のガス供給切り替え部を構成している。以下、本例の説明では、「ａ」の符号を付した供給管１５ａ、１４ａを１系統、「ｂ」の符号を付した供給管１５ｂ、１４ｂを２系統と呼んで互いに区別する。
【００８６】
次に排気系統について説明すると、仕切り壁４１を支持する天板１８１には、上下方向に向けて当該天板１８１を貫通する多数の排気孔１８２が設けられている。そしてこの天板の上面には、例えば扁平な形状に構成され、内部が空洞になっている排気部材１６０が配置されている。また排気部材１６０の底面には、天板１８１側の各排気孔１８２と対応する位置にガス導入孔１６１が設けられており、これら排気孔１８２とガス導入孔１６１とを接続することにより、天板１８１の下方側のガスを排気部材１６０内の空洞へ向けて排出することができる。当該空洞は、例えば不図示の排気路に接続されており、基板Ｓに供給された後のＨ２やＳｉＨ４を排気する集合排気部１６としての役割を果たす。
【００８７】
次に電力系統について説明すると、本例の成膜装置１ｅでは、手前側から数えて１枚目及び５枚目の仕切り壁４１は高周波電源部５１と常時接続されている一方、３枚目の仕切り壁４１は常時接地されている。そして２枚目、４枚目、６枚目の仕切り壁４１は、接続切り替え部であるスイッチ部５２ａ〜５２ｃにより、高周波電源部５１の電源端子側と接地側とのいずれにも接続先を切り替えることができるようになっている。図２２に示したスイッチ部５２ａ〜５２ｃの接続先は、接点５２１が高周波電源部５１側、接点５２２が接地側となっている。
【００８８】
かかる構成を備えた成膜装置１ｅにおいて、図２３（ａ）に示すようにスイッチ部５２ａ、５２ｃを高周波電源部５１側の接点５２１に接続する一方、スイッチ部５２ｂを接地側の接点５２２に接続する。これにより、１枚目、２枚目、５枚目、６枚目の仕切り壁４１に高周波電力が供給され、また３枚目、４枚目の仕切り壁４１は接地された状態となる。
【００８９】
そして、対向する仕切り壁４１の一方に高周波電源部５１が接続され、他方が接地されると、前記一方側をカソード電極４３とし、他方側をアノード電極４２とする平行電極が形成される。したがって平行電極間の空間に第１のガス流路３３からＨ２を供給すると、当該空間はＨ２をプラズマ化するプラズマ生成空間４０１となる。図２３（ａ）に示した例においては、２-３枚目、４-５枚目の仕切り壁４１の間がプラズマ生成空間４０１となっている。
【００９０】
これに対して、１-２枚目及び５-６枚目の仕切り壁４１は、いずれも高周波電源部５１と接続されており、また３-４枚目の仕切り壁４１は接地されている。したがってこれら１-２枚目、３-４枚目、５-６枚目の仕切り壁４１の間の空間は等電位となっていて、Ｈ２を供給してもプラズマは形成されない。
【００９１】
そしてこのときスイッチ部５２ａ〜５２ｃによる接続先の選択に同期して、１系統側の第１のガス供給管１４ａのバルブＶ３及び第２のガス供給管１５ａのバルブＶ１を開とすると（図２３中に「Ｏ」と記してある）、第１のガス流路３３からは下方側へ向けてプラズマ生成空間４０１内にＨ２が供給され、当該Ｈ２がプラズマ化されてＨラジカルを生成する。そして当該プラズマ生成空間４０１の下方側にＳｉＨ４を供給することにより、ＨラジカルとＳｉＨ４とが混合されてμｃ-Ｓｉ膜の成長に必要なＳｉＨ３を基板Ｓの表面に高濃度で供給することができる。
【００９２】
一方で、プラズマの形成されない空間に接続された２系統側の第１のガス供給管１４ｂのバルブＶ４及び第２のガス供給管１５ｂのバルブＶ２は閉となっている（図２３中に「Ｓ」と記してある）。そして集合排気部１６を介して排気路へ向けて排気を行うことにより、プラズマ生成空間４０１の下方側にて基板Ｓと接触したＨラジカルとＳｉＨ４との混合ガスは上方側へ向けて流れ方向を変え、排気孔１８２（及びガス導入孔１６１）を介して集合排気部１６内に流れ込み排気される。
【００９３】
したがって対向する仕切り壁４１が等電位となっており、第１、第２のガス流路３３、４１１からＨ２やＳｉＨ４が供給されていない空間は、基板Ｓの表面に供給された混合ガスを排気するための排気空間４０２を構成していることになる。本例においても基板Ｓの表面に供給された混合ガスは集合排気部１６へ向けて排気空間４０２内を上方側へ流れていくので、基板Ｓ上の混合ガスの滞留時間が短くなり、良質なμｃ-Ｓｉ膜を成膜することができる。
【００９４】
ここで排気空間４０２と同様に各プラズマ生成空間４０１についても排気孔１８２を介して集合排気部１６に接続されているので、第１のガス流路３３から供給されたＨ２が集合排気部側へ流れて載置台２上の基板Ｓの表面に到達できないのではないかとの懸念も予想される。しかしながら、既述のように第１のガス流路３３の吐出孔３２１を下方側へ向けて開孔させ、Ｈ２がプラズマ生成空間４０１内へ向けて吐出されるように構成することにより、吐出孔３２１から供給されたＨ２の大部分を下方向へ向けた流れに乗せて基板Ｓに到達させることが可能であることは、流体シミュレータを用いたシミュレーションにより確認している。
【００９５】
このようにして図２３（ａ）に示す状態にて例えば数秒間〜数分間といった予め設定された時間だけ成膜を行ったら、図２３（ｂ）に示すようにスイッチ部５２ａ、５２ｃを接地側の接点５２２に接続し、スイッチ部５２ｂを高周波電源部５１側の接点５２１に接続するように切り替える。この結果、１-２枚目、３-４枚目、５-６枚目の仕切り壁４１間に平行電極が形成される一方、２-３枚目、４−５枚目の仕切り壁４１間は等電位となる。
【００９６】
そこで、スイッチ部５２ａ〜５２ｃの切り替え動作に同期して、平行電極の形成される空間に接続された２系統側の第１のガス供給管１４ｂのバルブＶ４、第２のガス供給管１５ｂのバルブＶ２を開とし、１系統側の第１のガス供給管１４ａのバルブＶ３、第２のガス供給管１５ａのバルブＶ１を閉とすることで、平行電極の形成されている空間をプラズマ生成空間４０１、等電位の空間を排気空間４０２に切り替えることができる。
【００９７】
この結果、図２３（ａ）の状態でプラズマ形成空間４０１であった領域が図２３（ｂ）の状態では排気空間４０２に切り替わり、反対に図２３（ａ）で排気空間４０１であった領域が図２３（ｂ）ではプラズマ生成空間４０１に切り替わることになる。そこで、図２３（ａ）に示す状態と図２３（ｂ）に示す状態とを交互に繰り返すことにより、プラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とが予め設定した時間間隔で切り替わることとなり、時間平均で均一な混合ガスの供給を実現できる。これにより、基板Ｓの表面に、膜厚及び膜質がより均一なμｃ-Ｓｉ膜を成膜することができる。
【００９８】
このようにプラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とを経時的に切り替えて構成する手法は、Ｈ２を第１のガス流路３３からプラズマ生成空間４０１の上方側の領域に供給し、ＳｉＨ４を第２のガス流路４１１からプラズマ生成空間４０１の下方側の領域に、Ｈ２とは分離して供給する例への適用に限定されない。例えば図２４に示すように各仕切り壁４１内に第２のガス流路を設けず、天板１８１内に設けた第１のガス流路３３に向けて、２つの系統の混合ガス供給管１７ａ、１７ｂから、Ｈ２とＳｉＨ４との混合ガスを供給してもよい。この場合にも、スイッチ部５２ａ〜５２ｂ及び混合ガス供給管１７ａ、１７ｂに設けられたバルブＶ１、Ｖ２の切り替えにより、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示した例と同様に、対向する仕切り壁４１の間にプラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とを切り替えて形成し、基板Ｓの表面に時間平均で均一な混合ガスを供給できる。
【００９９】
また対向する仕切り壁４１の間をプラズマ生成空間４０１とする手法は、仕切り壁４１の一方を高周波電源部５１に接続してカソード電極４３とし、他方側を接地してアノード電極４２することにより平行電極を形成する手法に限定されない。例えば図２５に示すように、天板１８１の上方の集合排気部１６内などに、ＩＣＰアンテナ７ａ、７ｂを配置してもよい。ここでＩＣＰアンテナ７ａ及びＩＣＰアンテナ７ｂへは、接続切り替え部を成す不図示のスイッチ部などを利用して、高周波電源部５１から切り替えて電力を供給することができるようになっている。そしてＩＣＰアンテナ７ａ、７ｂへの電力供給により誘導電磁界が形成された領域に、第１のガス流路３３及び第２のガス流路４４１からＨ２及びＳｉＨ４を供給することにより、当該領域をプラズマ生成空間４０１とすることができる。一方、電力が供給されていないＩＣＰアンテナ７ｂ、７ａの下方側の空間には、Ｈ２やＳｉＨ４の供給を行わないことにより、当該空間を排気空間４０２として作用させる。そしてこれらプラズマ生成空間４０１の形成と排気空間４０２の形成とを経時的に交互に行うことにより、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示した成膜装置１ｅと同様の動作を実行することができる。
【０１００】
このほか、プラズマ生成空間４０１を形成するために、対向する仕切り壁４１の上方に設けられる活性化手段は、ＩＣＰアンテナ７ａ、７ｂ及び高周波電源部５１により構成する場合に限定されない。例えば既述のマイクロ波アンテナ６を対向する仕切り壁４１の間に形成される空間に沿って直線状に複数個配置してマイクロ波アンテナ６の列を形成し、この列毎に電源部であるマイクロ波出力部６３からのマイクロ波供給を不図示のスイッチ部（接続切り替え部）などにより切り替えて実行することにより、プラズマ生成空間４０１と排気空間４０２との位置を入れ替えるようにしてもよい。
【０１０１】
以上に説明した、対向する２枚の仕切り壁４１の間にプラズマ生成空間４０１と排気空間４０２とを経時的に交互に形成するタイプの成膜装置１ｅにおいて、集合排気部１６は図２１に示した単一の空洞へ向けて混合ガスを排気する例に限定されるものではない。例えば仕切り壁４１の設けられている位置に対応させて集合排気部１６内に区画壁を設けて当該集合排気部１６内を区画するようにしてもよい。そしてプラズマ生成空間４０１の上方の集合排気部１６については排気を停止し、排気空間４０２から集合排気部１６へ向けての排気のみを実行するように集合排気部１６の排気位置を切り替えるようにしてもよい。
【０１０２】
また排気空間４０２からの混合ガスの排気は、図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示したように排気空間４０２の上方側から行う場合に限定されず、例えば図４に示した例と同様に排気空間４０２の側方から実施してもよい。
【０１０３】
そして平行電極を成す仕切り壁４１は、一方側を高周波電源部５１に接続し、他方側を接地する場合に限定されない。例えば一方側に印加される高周波電力に対して位相を反転させた高周波電力を他方側の仕切り壁４１に印加するように平行電極を構成してもよい。
【０１０４】
さらにまた図２３（ａ）に示した状態（第１の状態という）と、図２３（ｂ）に示した状態（第２の状態という）の実行時間は、互いに同じ時間だけ実行することが好ましいが、これは必須の条件ではない。第１、第２の状態の実行時間が互いに異なる場合であっても、プラズマ生成空間４０１及び排気空間４０２の位置が固定されている場合に比べて、時間平均で見たときの混合ガスの供給状態の偏りを改善し、膜厚や膜質の均一性を向上させることができる。
【０１０５】
上述の各実施の形態に係る成膜装置１ａ〜１ｅは基板Ｓにμｃ-Ｓｉ膜を成膜する場合に限らず、Ｈ２とＳｉＨ４との供給比を変更すること、具体的にはＳｉＨ４の供給割合を増やすことによりａ-Ｓｉ膜の成膜にも適用することができる。  
また本発明は、Ｈ２とＳｉＨ４とによるＳｉ膜の成膜に適用する場合に限定されるものではない。例えば第１の反応ガスをＨ２とし、第２の反応ガスをＳｉＨ４以外のシリコン化合物ガス、例えばＳｉＨ２Ｃｌ２として微結晶Ｓｉを成膜する場合などにも適用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
Ｓ          基板
１ａ〜１ｅ  成膜装置
１０        処理容器
１４、１４ａ、１４ｂ
第１のガス供給管
１５、１５ａ、１５ｂ
第２のガス供給管
２          載置台
２２        外周壁
２３        排気口
３３        第１のガス流路
４０１      プラズマ生成空間
４０２      排気空間
４１        仕切り壁
４１１      第２のガス流路
４２        アノード電極
４３        カソード電極
５          制御部
５１        高周波電源部
６          マイクロ波アンテナ
７、７ａ、７ｂ
ＩＣＰアンテナ
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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