(57)【要約】【課題】製膜に寄与しなかったガスが基板周辺へ向かう排気ガス流れを低減して放電電極間スリットから排気する排気ガス流量を増加させることにより、製膜条件の分布による基板周辺の膜質低下を抑制した真空処理装置を提供する。【解決手段】放電電極６から製膜ガスを噴出し、放電電極６のプラズマ雰囲気で製膜ガスの分解及びラジカル生成を行って基板に真空プラズマ処理を行う真空処理装置１Ａが、基板テーブルと放電電極６との面間距離を狭めるガスブロックバリア材３０を基板から所定の距離が離れた前記基板テーブルの周縁部に取り付け、プラズマ雰囲気から基板の端部を経て防着板７の背面へ、または真空排気部へ流出するガス流れの流路面間幅を狭めて、ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を備えている。【選択図】図１
2011129703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器である製膜室と、基板を載置する基板テーブルとなる導電性の平板である対向電極と、前記対向電極との間にプラズマを発生させる放電電極と、プラズマ発生範囲と膜が形成される範囲とを制限する防着板と、前記製膜室内の気体を排気する真空排気部と、を具備し、前記放電電極のプラズマ雰囲気へ前記放電電極から製膜ガスを噴出し、前記基板に製膜処理を行う真空処理装置であって、
前記放電電極は、互いに平行に配置された複数の板状の縦電極を含み、前記縦電極間に前記防着板の背面へとガスが流れるスリットを形成し、
前記基板テーブルと前記放電電極との面間距離（Ｗ）を狭めるガスブロックバリア材を前記基板から所定の距離が離れた前記基板テーブルの周縁部に取り付け、前記プラズマ雰囲気から前記基板の端部を経て前記防着板の背面へ、または前記真空排気部へ流出するガス流れの流路面間幅を狭めて、前記ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を備えていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項２】
前記ガスブロックバリア材は、前記放電電極側または前記基板テーブル側のいずれか一方に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記ガスバリアブロック材は、固定設置面を除いた少なくとも一面に、排気ガス流れ方向と交差する凹溝部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の真空処理装置。
【請求項４】
前記ガスブロックバリア材が分割構造とされ、前記流路面間幅が前記放電電極側及び前記基板テーブル側にそれぞれ取り付けた分割ガスブロックバリア材の対向面間に形成されていることを特徴とする請求項１または３に記載の真空処理装置。
【請求項５】
前記分割ガスブロックバリア材の対向面間に形成された前記流路面間幅が前記基板より外向きに向かって傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の真空処理装置。
【請求項６】
前記真空排気部の上流側に連通する排気延長流路を形成し、前記真空排気部へ吸入するガス流れのガス入口を前記防着板の背面付近に開口させたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置に関し、特にプラズマを用いて基板に処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体、電子部品、太陽電池等における薄膜形成等は、プラズマを用いて基板に処理を行う真空処理装置が利用されている。
このような真空処理装置としては、プラズマCVD（Chemical Vapor Deposition）装置、ドライエッチング装置、スパッタリング装置等がある。
【０００３】
一方、太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系太陽電池が知られている。薄膜シリコン系太陽電池では、たとえば、非晶質シリコンからなるｉ層（非晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層と結晶質シリコンからなるｉ層（結晶質シリコンｉ層）を含む光電変換層とが積層されたタンデム型太陽電池として、変換効率の向上が図られている。
【０００４】
薄膜シリコン系太陽電池の変換効率を向上させるためには、結晶質シリコン層、特に結晶質シリコンｉ層の膜質を向上させることが必要不可欠である。結晶質シリコンｉ層の膜質を表す指標の１つに、結晶性が挙げられる。
【０００５】
特許文献１には、製膜後の結晶質シリコンｉ層の結晶性と太陽電池の変換効率との相関が開示されている。特許文献１において、結晶質シリコンｉ層の結晶性は、ラマンスペクトルにおける非晶質シリコン相のピーク強度（周波数４８０ｃｍ−１付近でのピーク強度）Ｉａに対する結晶質シリコン相のピーク強度（周波数５２０ｃｍ−１付近でのピーク強度）Ｉｃの比（ラマンピーク比Ｉｃ／Ｉａ）として表される。結晶質シリコンを主として有する光電変換層を形成したシングル構造の太陽電池においては、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が３．５以上８以下の範囲で、太陽電池セルの発電効率が向上するとされている。
【０００６】
特許文献２には、基板載置台の外周に、全周にわたって所定の間隔で、排気孔を設けた「基板処理装置」が開示されている。この場合の排気ガスは、排気孔を通ってアノードヒータ下の排気槽から排気室へ排気され、排気ガスの均一化を行うことが記載されている。また、基板周辺でのガス流れを均一化するヘッダ構造に関する記載もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６６３４４号公報
【特許文献２】特開平８−２６０１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の真空処理装置においては、結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比を、特許文献１に記載される範囲のように低くすることで、結晶質シリコン太陽電池セルの出力を高くすることが可能である。これは、結晶質シリコンｉ層において、適度な量の非晶質相の存在が、結晶質シリコン相の粒界上の欠陥を電気的に不活性化するためと考えられる。
しかしながら、１ｍ２を超える大面積基板を用いて、ラマンピーク比の平均値が３．５以上８以下の範囲となる条件で結晶質シリコンｉ層を製膜したところ、部分的に高輝度反射領域が現れることが判明した。この高輝度反射領域は、結晶質シリコンｉ層表面の凹凸の大きさが可視光近傍になり、可視光が散乱されるため輝度が高く見える領域である。
また、上記高輝度反射領域は、結晶質シリコンｉ層の結晶性が低いときに発生する現象であり、高輝度反射領域における結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比が２．５以下と、周囲に比べて低い。
【０００９】
本出願人は、高輝度反射領域の低減対策につき１ｍ２を超える大面積基板について、要因を検討した結果、太陽電池特性（発電効率）を向上させるため、基板全面にわたって高輝度反射領域を抑制するには、図１５に示すように適正なラマン比（３．５以上８以下）の膜質を基板全面に設けることが重要であることを確認している。
しかし、これを実現するためには、下記の二つの条件Ａ及び条件Ｂをともに満足する必要がある。
【００１０】
１ｍ２を超える大面積基板に製膜が可能なプラズマＣＶＤ装置に６０ＭＨｚの高高周波電力を供給し、結晶質シリコンｉ層を含む結晶質太陽電池の特性について、高周波電力密度などの製膜条件を＃１から＃５に変化させた結果を調査している。
第１の条件Ａは、モジュール出力（Ｐmax）の向上に適正な高周波電力密度（ＲＦ  Ｐｏｗｅｒ）に関するものである。
図１６に、８本の放電電極に高高周波電力を分割給電するときの放電電極（電極８本合計）に印加される高周波電力密度と、太陽電池パネルの性能との関係を表すグラフを示す。同図において、横軸は高周波電力密度の合計、左側の縦軸は、太陽電池モジュールの最大出力及び開放電圧、右側の縦軸は短絡電流である。最大出力、開放電圧、及び短絡電流は、それぞれ、条件＃３の時の最大出力、開放電圧、及び短絡電流で規格化した。高周波電力密度は入射波電力から反射波電力を除いた実効高周波電力密度である。
【００１１】
結晶質シリコンｉ層薄膜では、膜中の欠陥によるキャリア損失の低減と光電流の低下との関係により、短絡電流が増大するに最適な高周波電力密度の範囲が存在する。図１６より、高周波電力密度が０．９５Ｗ／ｃｍ２より大きいと出力が低下し、高周波電力密度０．９４Ｗ／ｃｍ２より小さくすると、出力が低下することが想定できる。このことから、高周波電力密度は、０．９５Ｗ／ｃｍ２以下、好ましくは０．９４Ｗ／ｃｍ２〜０．９５Ｗ／ｃｍ２が適正値と考えられ、この値が条件Ａとなる。
【００１２】
第２の条件Ｂは、高輝度反射領域の低減に適正な高周波電力密度に関するものである。
図１８に、高輝度反射領域の面積割合と太陽電池パネルの性能との関係を表すグラフを示す。同図において、横軸は高輝度反射領域の面積割合、左側の縦軸は、太陽電池パネルの最大出力及び開放電圧、右側の縦軸は短絡電流である。最大出力、開放電圧、及び短絡電流は、それぞれ、条件＃３の時の最大出力、開放電圧、及び短絡電流で規格化した。このように、高輝度反射領域の面積割合が低くなるほど、特に短絡電流が増加し、太陽電池パネルの最大出力は増加する。高輝度反射領域の発生を抑制し、面積割合を３％以下とすることが必要である。
【００１３】
図１７は、分割した放電電極１本当りの高周波電力密度が高輝度反射領域の面積割合に与える影響を示すグラフである。同図において、横軸は電極１本当りの高周波電力密度、縦軸は高輝度反射領域の面積割合である。図１７に示すように、各プラズマ条件について、高周波電力密度を低減させると、高輝度反射領域の面積が急激に増加する傾向が見られる。このことから、モジュール出力（Ｐmax）の増加には、高輝度反射領域の発生を抑制し、面積割合を３％以下とするには、電極１本当りの高周波電力密度を０．９４Ｗ／ｃｍ２以上とすることが有効である。従って、この値が条件Ｂとなる。
【００１４】
すなわち、高輝度反射領域低減に最も適正な高周波電力密度を選定しようとすれば、図１６より条件Ａとして、高周波電力密度は、（０．９４Ｗ／ｃｍ２）〜０．９５Ｗ／ｃｍ２以下が適正値となり、一方では図１７より、条件Ｂとして高周波電力密度を０．９４Ｗ／ｃｍ２以上とする必要がある。
この結果、条件Ａ及び条件Ｂの両方を満足する適正な高周波電力密度が必要となり、従って、０．０１Ｗ／ｃｍ２単位の調整で両条件を満足させるという困難が生じる。
さらに、大面積基板を用いることで、装置構成の都合などから製膜ガスの分布があると、上記の条件を満足することはより一層困難になると予想される。
【００１５】
しかしながら、従来の大面積基板を用いる真空処理装置においては、微結晶Ｓｉ（ｉ層）の基板面内の製膜条件（ガス、高周波電力密度）を厳密に均一化できず、従って、膜質分布により太陽電池モジュールの発電特性に影響を与えていた。すなわち、従来の真空処理装置においては、基板上に想定以上のガス流れがあるため、これに起因する製膜条件の分布があると考えられる。このように、高輝度反射領域をなくすための各種対策を検討した結果、原料ガスの均一な供給では不十分であり、基板上のガス流れを、特に排気ガス流れを改善して均一流れを得ることが有効との知見を得た。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製膜に寄与しなかったガスが基板周辺へ向かう排気ガス流れを低減して電極間スリットから排気する排気ガス流量を増加させることにより、製膜条件の分布による基板周辺の膜質低下を抑制した真空処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る真空処理装置は、真空容器である製膜室と、基板を載置する基板テーブルとなる導電性の平板である対向電極と、前記対向電極との間にプラズマを発生させる放電電極と、プラズマ発生範囲と膜が形成される範囲とを制限する防着板と、前記製膜室内の気体を排気する真空排気部と、を具備し、前記放電電極のプラズマ雰囲気へ前記放電電極から製膜ガスを噴出し、前記基板に製膜処理を行う真空処理装置であって、前記放電電極は、互いに平行に配置された複数の板状の縦電極を含み、前記縦電極間に前記防着板の背面へとガスが流れるスリットを形成し、前記基板テーブルと前記放電電極との面間距離（Ｗ）を狭めるガスブロックバリア材を前記基板から所定の距離が離れた前記基板テーブルの周縁部に取り付け、前記プラズマ雰囲気から前記基板の端部を経て前記防着板の背面へ、または前記真空排気部へ流出するガス流れの流路面間幅を狭めて、前記ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
このような本発明の真空処理装置によれば、前記放電電極は、互いに平行に配置された複数の板状の縦電極を含み、前記縦電極間に前記防着板の背面へとガスが流れるスリットを形成し、基板テーブルと放電電極との面間距離（Ｗ）を狭めるガスブロックバリア材を基板から所定の距離が離れた基板テーブルの周縁部に取り付け、プラズマ雰囲気から基板の端部を経て防着板の背面へ、または真空排気部へ流出するガス流れの流路面間幅を狭めて、ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を備えているので、圧力損失の大きいガスブロックバリア構造部を通過して真空室から真空排気部へ流出するガス流れの流量を低減することができる。なお、この場合のガスブロックバリア材は絶縁材であり、たとえばアルミナセラミックス材の板材等を使用することが望ましい。
【００１８】
上記の発明において、前記ガスブロックバリア材は、前記放電電極側または前記基板テーブル側のいずれか一方に取り付けられていることが好ましい。
このうち、前記ガスブロックバリア材を基板テーブル側に取り付けると、放電電極側に取り付けた場合よりもガスブロックバリア材に膜が付着しにくくなり、異常放電を抑制できるとともに、ガスブロックバリア材の温度変化が緩やかになって熱膨張による破損が抑制され、さらに、メンテナンスも容易になる。
【００１９】
上記の発明において、前記ガスバリアブロック材は、固定設置面を除いた少なくとも一面に、排気ガス流れ方向と交差する凹溝部を備えていることが好ましく、これにより、ガスブロックバリア構造部の圧力損失をさらに増大させることができる。
【００２０】
上記に発明において、前記ガスブロックバリア材が分割構造とされ、前記流路面間幅が前記放電電極側及び前記基板テーブル側にそれぞれ取り付けた分割ガスブロックバリア材の対向面間に形成されていることが好ましく、これにより、各分割ガスブロックバリア材が薄くなるとともに、絶縁材による対向面により、異常プラズマ放電を抑制することができる。
この場合、前記分割ガスブロックバリア材の対向面間に形成された前記流路面間幅は前記基板より外向きに向かって傾斜していることが好ましく、これにより、放電電極の最も外側の周囲が凸状態となるので、プラズマの異常発生が抑制されるとともに、プラズマ異常による基板製膜への影響を抑制できる。またガス流れの入口部分で圧力損失が増大することになるため、放電電極の周囲より漏れ出す排気ガス流れを抑制できる。
【００２１】
上記の発明においては、前記真空排気部の上流側に連通する排気延長流路を形成し、前記真空排気部へ吸入するガス流れのガス入口を前記防着板の背面付近に開口させ流ことが好ましく、これにより、真空排気部までの排気ガスの流れは、理想的な流れである放電電極の間のスリットから防着板の背面へ流出する流れの圧力損失が小さくなる。
【発明の効果】
【００２２】
上述した本発明によれば、基板テーブルと放電電極との面間距離（Ｗ）を狭めるガスブロックバリア材を基板から所定の距離が離れた基板テーブルの周縁部に取り付け、プラズマ雰囲気から基板の端部を経て前記防着板の背面へ、または高真空排気部へ流出するガス流れの流路面間幅を狭めて、ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を設けたので、圧力損失の大きいガスブロックバリア構造部を通過して真空室から高真空排気部へ流出するガス流れの流量を低減することができる。このため、放電電極間のスリットを通過して流れる理想的なガス流れの流量が増加し、特に排気ガス流れを改善して均一流れを得ることができる。
【００２３】
すなわち、製膜に寄与しなかったガスが基板周辺へ向かう排気ガス流れを低減し、電極間スリットから排気する排気ガス流量を増加させることは、基板の全面にわたって製膜に寄与する各原料ガスの濃度分布がより均一なガス流れを形成するので、このようなガス流れの均一化は、高輝度反射領域をなくすために有効であるから、製膜条件の分布による基板周辺の膜質低下を抑制した真空処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る真空処理装置（製膜装置）について、ガスブロックバリア構造に関する第１の実施形態を示す放電電極の配置及び排気ガス流れを説明する模式図である。
【図２】図１に示す真空処理装置（製膜装置）について、放電電極周囲のガスブロックバリア構造を示す上面視の模式図である。
【図３】図１に示す真空処理装置（製膜装置）について、放電電極周囲のガスブロックバリア構造を示す側面視の模式図である。
【図４】図１に示す真空処理装置（製膜装置）について、基板押え板部分の放電電極周囲に適用されるガスブロックバリア構造を示す上面視の模式図である。
【図５】放電電極と基板押え板との位置関係例を示す正面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ端面図である。
【図７】本発明に係る真空処理装置（製膜装置）について、ガスブロックバリア構造に関する第２の実施形態を示す放電電極周囲の模式図（上面視）である。
【図８】本発明に係る真空処理装置（製膜装置）について、ガスブロックバリア構造に関する第３の実施形態を示すガスブロックバリア材の模式図（斜視視）である。
【図９】本発明に係る真空処理装置（製膜装置）について、ガスブロックバリア構造に関する第４の実施形態を示す放電電極周囲の模式図（上面視）である。
【図１０】図９のガスブロックバリア構造に関する第４の実施形態について、変形例を示す放電電極周囲の模式図（上面視）である。
【図１１】本発明に係る真空処理装置（製膜装置）について、ガスブロックバリア構造に関する第５の実施形態を示す構成例及び排気ガス流れを示す概略図であり、製膜装置の側面から見た図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る真空処理装置（製膜装置）の構成例及び排気ガス流れを示す概略図であり、製膜装置の側面から見た図である。
【図１３】図１２に示す真空処理装置（製膜装置）について、放電電極の配置及び排気ガス流れを説明する模式図（図１２のＢ−Ｂ断面図）である。
【図１４】図１２に示す真空処理装置（製膜装置）について、製膜室横断面の排気ガス流れ（放電電極からの流線例）を示す模式図（上面視）である。
【図１５】小面積セルにおける結晶質シリコンｉ層のラマンピーク比と変換効率との関係を示すグラフである。
【図１６】８本の放電電極に印加される高周波電力密度と太陽電池パネルの性能との関係を表すグラフである。
【図１７】電極１本当りの高周波電力密度と高輝度反射領域の面積割合との関係を示すグラフである。
【図１８】高輝度反射領域の面積割合と太陽電池パネルの性能との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る真空処理装置ついて、図面を参照しながら説明する。なお、真空処理装置は、たとえばプラズマＣＶＤ装置、ドライエッチング装置及びスパッタリング装置等のように、プラズマを用いて基板または製膜済の基板に真空プラズマ処理を行う製膜装置である。
また、本発明の真空処理装置は、たとえば太陽電池用の大面積プラズマＣＶＤ装置であり、特に、ガス組成が膜質分布に影響が大きい微結晶ｉ層製膜室に適用される。
【００２６】
本実施形態においては、本発明を、一辺が１ｍを越える大面積な基板に対して、アモルファス太陽電池や結晶質太陽電池や液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコンなどの結晶質シリコン、窒化シリコン等からなる膜の製膜処理を行うことが可能な真空処理装置に適用して説明する。
以下では、真空処理装置として製膜処理する装置（以下、「製膜装置」と呼ぶ）の構成について、図１２から図１４を参照して説明する。なお、図１２は製膜装置を側面から見た概略図、図１３は図１２に示した製膜装置の放電電極及び給電コネクタの配置を説明する模式図、図１４は製膜室横断面の排気ガス流れ（放電電極からの流線例）を示す模式図（上面視）である。
【００２７】
図示の製膜装置１には、真空容器である製膜室２と、導電性の平板である対向電極３と、対向電極３の温度分布を均一化する均熱板４と、均熱板４及び対向電極３を保持する均熱板保持機構５と、対向電極３との間にプラズマを発生させる放電電極６と、プラズマ発生範囲と膜が形成される範囲を制限する防着板（電極支持板）７と、防着板７を支持する保持部８と、高周波電力を放電電極６に供給する給電コネクタ（同軸給電部）９ａ，９ｂ及び整合器１０ａ，１０ｂと、製膜室２内の気体を排気する高真空排気部１１及び低真空排気部１２と、製膜室２を保持する台１３と、が設けられている。
なお、本図において、ガス供給に関する構成は省略している。
【００２８】
製膜室２は真空容器であり、その内部で基板Ｓに微結晶シリコン膜など製膜するものである。製膜室２は、鉛直方向から角度αだけ傾けて台１３上に保持される。傾きの角度αは鉛直方向に対して７°から１２°までの範囲内の所定角度である。
基板Ｓとしては、たとえば縦横の大きさが１．４ｍ×１．１ｍであり、厚さが３．５ｍｍから４．５ｍｍの透光性ガラス基板が例示される。
【００２９】
製膜室２を傾けて保持することで、対向電極３における基板Ｓにおける製膜処理面の法線が、水平方向（Ｘ方向）に対して角度αだけ上（Ｚ方向）に向く。このように基板Ｓを鉛直から僅かに傾けることは、装置の設置スペースの増加を抑えながら基板Ｓの自重を利用して少ない手間で基板Ｓを保持することができ、更に基板Ｓと対向電極３の密着性を向上して基板Ｓの温度分布と電位分布とを均一化することができて好ましい。
【００３０】
対向電極３は、基板Ｓを保持可能な保持手段（図示せず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性を備えることが好ましく、ニッケル合金やアルミやアルミ合金の板を使用することが望ましい。
対向電極３は、放電電極６に対向する電極（たとえば接地側電極）となる。対向電極３は、一方の面が均熱板４の表面と密接し、製膜時に他方の面が基板Ｓの表面と密接して基板テーブルとなる。
【００３１】
均熱板４は、内部に温度制御された熱媒体を循環したり、または温度制御されたヒータを組み込んだりすることで、自身の温度を制御して、全体が概ね均一な温度を有し、接触している対向電極３の温度を所定の温度に均一化する機能を有する。
上述の熱媒体は非導電性媒体であり、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が熱媒体として使用できる。中でも、１５０℃から２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（たとえば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。
【００３２】
均熱板保持機構５は、均熱板４及び対向電極３を製膜室２の側面（図１２における右側の側面）に対して略平行となるように保持するとともに、均熱板４、対向電極３及び基板Ｓを、放電電極６に接近離間可能に保持するものである。
均熱板保持機構５は、基板搬入搬出時は基板Ｓの移動が可能なよう対向電極３と放電電極６との距離は広がっているのに対し、製膜時には対向電極３と均熱板４等を放電電極６に接近させて、基板Ｓを放電電極６から、たとえば３ｍｍから３０ｍｍの範囲内の所定値だけ離れて位置させることができる。
【００３３】
防着板７は、製膜室２の真空容器で共通電位に接地された状態で保持されていて、プラズマの広がる範囲を抑えることにより、膜が製膜される範囲を制限するものである。本実施形態の場合、図１２に示すように、製膜室２の内側における防着板７の後ろ側（基板Ｓと反対の側）の壁に膜が製膜されないようにしている。
【００３４】
保持部８は、図１２に示すように、製膜室２の側面（図１２における左側の側面）から内側へ垂直に延びている部材である。保持部８は防着板７と結合され、放電電極６における対向電極３と反対側の空間を覆うように防着板７を保持している。
ここで、防着板７は、共通電位に接地された電極支持板としての機能も保有している。放電電極６は後述するように、防着板７と高周波電流に対して非導通状態を維持して保持して、放電電極６を製膜室２の側面（図１２における左側の側面）に対して略平行に保持している。
【００３５】
なお、防着板７の有無に関わらず、電極支持板として防着板７ではなく、共通電位に接地された製膜室２の側面（壁面）を利用して、放電電極６との間で高周波電流に対して非導通状態を維持して保持するようにしてもよい。
【００３６】
高真空排気部１１は、粗引き排気された製膜室２内の気体をさらに排気して、製膜室２内を高真空とする高真空排気用の真空ポンプである。弁１４は、高真空排気部１１と製膜室２との経路を開閉する弁である。
低真空排気部１２は、初めに製膜室２内の気体を排気して、製膜室２内を低真空とする粗引き排気用の真空ポンプである。製膜時における製膜排出ガスは、低真空排気部１２もしくは高真空排気部１１より排気される。弁１５は、低真空排気部１２と製膜室２との経路を開閉する。
【００３７】
台１３は、上面に配置された保持部１６を介して製膜室２を保持するものである。台１３の内部には低真空排気部１２が配置される領域が形成されている。低真空排気部１２は必ずしも台１３の内部でなくてもよく、機側に設置しても良いし、高真空排気部１１と同様に製膜室２の上部から排気しても良い。
【００３８】
放電電極６は、図１３に示すように、製膜室２に、たとえば、８個備えられている。放電電極６は、Ｙ方向へ伸びるとともに、互いに略平行に上下に配された２本の横電極と、この横電極の間に、Ｚ方向へ伸びるとともに互いに略平行に配置された複数の板状の縦電極とを組み合わせて構成されたものである。
なお上述のように、放電電極６は必ずしも８個に分割されている必要は無く、８個以外の個数でもよいし、分割されていない１個でもよい。
【００３９】
図１３では放電電極６の上側にある給電点側には、整合器１０ａと、高周波給電伝送路２１ａと、同軸給電部９ａと、熱媒体供給管２２ａ及び原料ガス配管２３ａが設けられている。また、図１３では放電電極の下側にある給電点側には、整合器１０ｂと、高周波給電伝送路２１ｂと、同軸給電部９ｂと、熱媒体供給管２２ｂ及び原料ガス配管２３ｂが設けられている。整合器１０ａ,１０ｂ、高周波給電伝送路２１ａ,２１ｂ、同軸給電部９ａ,９ｂ、熱媒体供給管２２ａ,２２ｂ、及び、原料ガス配管２３ａ,２３ｂは、分割された各放電電極６（図１３では８個の放電電極）に対して個別に設けられていてもよい。
【００４０】
同軸給電部９ａ，９ｂには、絶縁体を介して、芯線である高周波給電伝送路２１ａ，２１ｂと同軸に配置された略円筒状の同軸シールドが設けられている。
この同軸シールドは、導電性を有する材料から構成されるとともに、接地された部材である。
【００４１】
放電電極６の給電点の近傍には、原料ガス配管２３ａが接続されている。同様に、放電電極６の給電点の近傍には、原料ガス配管２３ｂが接続されている。原料ガス配管２３ａ，２３ｂからは、放電電極６に原料ガスが供給され、放電電極６は、この原料ガスを対向電極３側（図２中の右側）へ略均一に放出している。
放電電極６の上側及び下側の給電点には、それぞれの高周波電源から高周波電力が供給されている。
【００４２】
このように構成された製膜装置１では、放電電極６から製膜ガスを噴出し、放電電極６のプラズマ雰囲気で製膜ガスの分解及びラジカル生成を行い、基板Ｓ上に微結晶Ｓｉ膜を形成する。製膜に寄与しなかった排気ガスは、放電電極６間のスリットＳｔを通過して防着板７に設けた多くの孔（不図示）から防着板外側へ排気される。
このような製膜に寄与しなかった排気ガスを早く排気することで、高次シランやクラスタや微粒子が形成されて、膜中に取り込まれて膜質が低下することを抑制する。
【００４３】
上述した排気ガスの流れとしては、図１２から図１４に示すように、３つのパターンが考えられる。図では便宜上、製膜室２の上部に設置した真空排気部１１から排気している場合を記載している。
図中に破線矢印ａで示す「排気ガス流れａ」は、放電電極６間のスリットＳｔから防着板７の背面へ流出する流れであり、理想的な流れである。しかし、現実には放電電極６間のスリットＳｔが２〜４ｍｍ程度と狭いため、圧損が大きくなって実際の排気流量は少ない。なお、図中の符号Ｔは基板テーブルであり、対向電極３と同一である。
図中に破線矢印ｂで示す「排気ガス流れｂ」は、基板Ｓの端部付近から防着板７の内面を経由して防着板７の背面へ流出する流れであり、排気ガス流れの圧損及び流量は中程度となる。
図中に破線矢印ｃで示す「排気ガス流れｃ」は、基板Ｓに沿ってそのまま防着板７の側部付近から流出する流れである。この場合、排気ガス流れの流路は圧損が小さいため、実際の流量は大である。このため、基板Ｓの周辺付近では、特に図１３に示す流域Ｆａにおいて製膜ガスに排気ガス流量が多く混入すると予想され、この結果、プラズマ密度が相対的に小さい製膜状況となる。
【００４４】
微結晶Ｓｉ製膜条件は、水素希釈率が２０〜３０倍以上あり、排気ガスは主に水素ガスになることから、「排気ガス流れｂ」の影響は、製膜ガスに少しの排気ガス（主に水素）が混入し、水素希釈率は上がり、結晶質シリコン膜が形成され易い条件の状況にあるので、全体ガス流量が増大することで相対的にプラズマ密度が低下してもラマン比が急に小さくなり、アモルファス化することはない。
しかし、「排気ガス流れｃ」の影響は、製膜ガスに多くの排気ガス（主に水素）が混入して水素希釈率を上げる効果以上に、全体ガス量が増大するので、相対的にプラズマ密度の低下が影響してラマン比は急に小さくなり、Ｓｉ膜質分布が発生しやすくなり、この状況が進むとアモルファス化する。このとき、基板Ｓの周囲における膜質低下を抑制するために、プラズマ密度を増加させることは有効であるが、Ｓｉ膜厚が厚くなる。従って、膜厚分布が崩れるので、プラズマ密度による調整には限界がある。
【００４５】
そこで、以下に説明する本発明の実施形態では、基板Ｓ上の製膜ガス及び排気ガスの流れについて、基板Ｓ周辺への「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」の抑制対策を施した製膜装置を提供する。すなわち、高輝度反射領域をなくすために、基板上のガス流れについて、基板Ｓ周辺における「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」の抑制対策を施すことで、排気ガス流れを改善して、製膜に寄与する各原料ガスの濃度分布をより均一流れにした製膜装置を提供する。
【００４６】
＜第１の実施形態＞
図１から図３に示す第１の実施形態では、ガスブロックバリア構造を追加して排気ガス流れを改善した製膜装置１Ａとする。
製膜装置１Ａにおいて、基板テーブルＴの放電電極６に向かう側に基板Ｓが設置され、放電電極６の周囲から背面（非基板側）には、防着板７が設けられている。防着板７と基板テーブルＴの間には、アース接続材１７を設けてあり、プラズマ発生に放電電極６へ供給した高周波電力のリターン経路を形成している。
基板Ｓの搬入・搬出時には基板テーブルＴと放電電極６との距離が広がり、製膜時には基板テーブルＴを所定位置に接近させ、アース接続材１７は基板テーブルＴに接触する。このアース接続材１７は、スリットが切られ、弾性力をもつ板バネ状になっている。このため、防着板７側のアース接続材１７と基板テーブルＴとの間は、完全なガス密閉状態ではなく、防着板７の内側（放電電極６側）から外側（真空容器２の壁面側）へとガスが流通可能な構造になっている。
【００４７】
製膜装置１Ａに追設したガスブロックバリア構造は、基板テーブルＴと放電電極６との面間距離Ｗよりも若干（０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度）薄い厚さのガスブロックバリア材３０を用意し、基板Ｓの全周を取り囲むようにして、放電電極６側に配置して取り付けられている。具体的には、たとえば厚さが１０ｍｍ〜６ｍｍ程度の絶縁材の板をガスブロックバリア材３０として用意し、基板Ｓの全周囲位置に設置する。
ガスブロックバリア材３０は、角材状の長尺部品（たとえば長さ５００ｍｍ）を組み合わせてなり、各長尺部品どうしの間には、熱膨張差の干渉を抑制するために、１ｍｍから２ｍｍ程度内の隙間があっても構わない。この隙間を排ガスが通過する流量は、圧力損出のために少流量に限られるため、基板Ｓへの製膜影響は生じない。
【００４８】
このため、ガスブロックバリア材３０と基板テーブルＴとの面間距離（隙間）Ｗａは０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度となり、基板テーブルＴと放電電極６との面間距離Ｗよりも大幅に減少する。従って、面間距離Ｗａを通過する排気ガスの流れは、すなわち、真空室２内から真空排気部１１へ基板Ｓの面に沿ってそのまま流出する「排ガス流れｃ」は、流路面間幅を面間距離Ｗａに狭めた流路を経由することになり、流路の圧損が増加したことにより流量は減少する。
すなわち、上述した「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」のように、ガスが基板Ｓの周辺へと向かう排気ガス流れを抑制することができる。
【００４９】
この場合、面間距離Ｗａを完全に埋めていないのは、すなわち小さな面間距離Ｗａを確保しているのは、ガスブロックバリア材３０の周囲に膜が付着した場合にも、ガスブロックバリア材３０を経由して放電電極６と基板テーブルＴの間で地絡が生じないようにするためである。
また、ガスブロックバリア材３０は絶縁材からなり、たとえばプラズマ乱れが少ないアルミナセラミックス板や、窒化アルミニウム板などが好ましい。なお、図２及び図３において、ガスブロックバリア材３０の断面形状は矩形となっているが、角部分については、プラズマ集中が生じないようにするため、丸み（Ｒ１ｍｍからＲ２ｍｍ程度）を設けておくことが好ましい。
【００５０】
また、上述したガスブロックバリア材３０は、たとえば図４から図６に示すように、基板周囲の一部を基板テーブルＴへ押さえ付けるための基板抑え具２４（図示の例では、基板Ｓのコーナー部や辺の中央部付近にある）と干渉する位置にある場合、基板抑え具２４と干渉しないようさらに薄いガスブロックバリア材３０′を設ける。しかし、基板テーブルＴと放電電極６との面間距離Ｗが１０ｍｍ以下のものでは、基板抑え具２４の厚さでガスブロックバリアの機能を果たすため、薄いガスブロックバリア材３０′を設ける必要は特にない。
なお、図６においては、実線が製膜中の状態を示し、想像線が製膜前の状態を示している。
【００５１】
このように、ガスブロックバリア構造を備えた製膜装置１Ａは、ガスブロックバリア材３０を放電電極６の基板全周囲位置に設置したことにより、ガスが基板Ｓの周辺へと向かう「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」の流路を面間距離（隙間）Ｗａに狭めて圧力損失を増大させる。この結果、「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」は、排気ガス流れの排気ガス量が低減し、同時に、この低減分だけ理想的な「排気ガス流れａ」の排気ガス量が増加する。従って、基板Ｓ上のガス流れは、基板Ｓの周辺において、上述した図１４に示す流域Ｆａ周辺での排気ガス流れが改善され、基板周辺の膜質低下が抑制される。
【００５２】
すなわち、基板Ｓの周辺においては、特に図１４に示す流域Ｆａにおいては、製膜ガスに排気ガス流量が多く混入することを防止でき、この結果、排気ガス流れを改善して、製膜に寄与する各原料ガスの濃度分布をより均一にした流れを得ることができる。換言すれば、高輝度反射領域をなくすために、基板Ｓ上のガス流れについて、基板Ｓ周辺における「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」の流量を低減する抑制対策を施すことによって、理想的な「排気ガス流量ａ」の流量を増加させるように排気ガス流れを改善し、全面にわたって均一な流れを形成して製膜することができる。
従って、製膜に寄与しなかった排気ガスは、「排気ガス流れａ」として早く排気されるようになる。このため、基板Ｓ付近で高次シランやクラスタや微粒子が形成されて膜中に取り込まれることに起因して膜質が低下することも抑制できる。
【００５３】
＜第２の実施形態＞
図７に示す第２の実施形態では、ガスブロックバリア構造を追加して排気ガス流れを改善した製膜装置１Ｂとする。なお、図７は放電電極周囲の上視図であり、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
この実施形態では、たとえば図７に示すように、ガスブロックバリア材３１を基板テーブルＴ側に配置して取り付けている。すなわち、基板テーブルＴの基板周囲位置にガスブロックバリア材３１を取り付けることにより、真空室２内から真空排気部１１へ基板Ｓの面に沿ってそのまま流出する「排ガス流れｃ」は、流路面間幅が面間距離Ｗｂに狭めた流路を通過することとなり、流路の圧損が増加したことにより流量は減少する。
【００５４】
また、ガスブロックバリア材３１は、基板Ｓと干渉しないように、所定寸法以上の離間距離Ｌを確保して設置する。
離間距離Ｌは、製膜時のプラズマへの影響を十分に抑制するために、基板Ｓと放電電極６との間の距離以上であることが望ましいが、装置の大型化を避けるために、少なくとも所定の精度（たとえば３ｍｍ）以上とすることでもよい。この場合、面間距離Ｗｂの数値は、基板Ｓの熱膨張（約１ｍｍ）と、基板搬入・搬出時の基板テーブルＴと基板反出入装置（図示せず）を可動した際の位置決め精度（約１ｍｍ）とにより決定される。
【００５５】
このようにして、ガスブロックバリア材３１を基板テーブルＴ側に配設することで、放電電極６側に設置した場合よりもガスブロックバリア材３１の表面に膜が付着しにくくなり、異常放電を抑制できる。また、プラズマＯＮとＯＦＦとの間で生じる温度変化も緩やかになるため、セラミックス製のガスブロックバリア材３１の熱膨張による破損を抑制できる。
さらに、ガスブロックバリア材３１は、固定相手が基板テーブルＴという板材なので、皿ボルトなどによる固定が容易であり、放電電極６側に設置した場合と比較すれば、メンテナンス性の面でも優れている。
【００５６】
＜第３の実施形態＞
図８に示す第３の実施形態では、ガスブロックバリア構造を追加して排気ガス流れを改善した製膜装置１Ｃとする。なお、図８はガスブロックバリア材を拡大して隙間面形状を示す斜視図であり、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、たとえば図８に示すように、ガスブロックバリア材３２の基板テーブルＴ〜放電電極６間で隙間が開く側、すなわち、ガスブロックバリア材３２の固定面とは反対側のガスが若干流れる面（面間距離Ｗａ，Ｗｂを形成する面）について、たとえば面中央部に凹溝３２ａを形成した断面形状（凹凸形状）とする。この場合の凹凸形状は、基板Ｓの端面と平行になる方向の溝形状を採用することが望ましい。
【００５７】
このようなガスブロックバリア材３２は、ガスが若干流れる隙間に排気ガス流れ方向と交差する凹凸が形成されているので、この凹凸により流路の圧力損失が増大する。このため、放電電極６の周囲から漏れ出す「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」の流れをさらに抑制し、理想的な「排気ガス流れａ」の排気ガス量をより一層増加させることができる。
【００５８】
さらに、凹溝３２ａによる凹凸面を有するガスブロックバリア材３２は、ガスブロックバリア材３２の表面への膜付着が凹凸面に分断されて連続膜とならないため、付着膜による短絡や異常プラズマ放電が発生しにくいという利点もある。
また、たとえば凹溝３２ｂのように、側面など固定側の面以外にも溝形状を設けると、膜付着が分断されて連続しないため、さらに短絡を抑制できて好ましい。すなわち、ガスブロックバリア材３２は、固定設置面を除いた少なくとも一面に凹溝３２ａ，３２ｂを設けることが望ましい。なお、凹溝の溝幅については、凹溝３２ａ，３２ｂの底に膜が付着しにくく連続膜とならないように、約１ｍｍから２ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５９】
＜第４の実施形態＞
図９に示す第４の実施形態では、ガスブロックバリア構造を追加して排気ガス流れを改善した製膜装置１Ｄとする。なお、図９は放電電極周囲の上視図であり、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
この実施形態では、たとえば図９に示すように、ガスブロックバリア材３３を放電電極６側と基板テーブルＴ側とに分割して設ける。すなわち、放電電極６側に取り付けたガスブロックバリア材３３ａと、基板テーブルＴ側に取り付けたガスブロックバリア材３３ｂとの間に面間距離Ｗｃの隙間を形成している。
【００６０】
このような構成のガスブロックバリア材３３は、個々のガスブロックバリア材３３ａ，３３ｂが薄くなること、そして面間距離Ｗｃを形成して対向する材質が互いに絶縁材（セラミック材）になることから、さらにプラズマの異常放電が発生しにくくなる。
また、分割したガスブロックバリア材３３は、たとえば図１０に示す変形例のように、二分割したガスブロックバリア材３４ａ，３４ｂの断面が傾斜した面間距離Ｗｃを形成するガスブロックバリア材３４としてもよい。この場合の傾斜方向は、放射電極６の内周側から基板テーブルＴへ向かうように、外向きの傾斜とすることが望ましい。このような傾斜のガスブロックバリア材３４は、その凸部分が放電電極６の最も外側となる周囲にあるので、プラズマの異常発生が抑制されるとともに、プラズマ異常による基板製膜への影響を抑制できる。また、ガス流れの入口部分で圧力損失が増大することになるため、放電電極６の周囲より漏れ出す排気ガス流れを抑制できる。
【００６１】
＜第５の実施形態＞
図１１に示す第５の実施形態では、ガスブロックバリア構造を追加して排気ガス流れを改善した製膜装置１Ｅとする。この図１１は、ガスブロックバリア構造に関する第５の実施形態を示す概略図であり、製膜装置１Ｅの構成例及び排気ガス流れが示されている。なお、上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
この実施形態では、たとえば図１１に示すように、上述した各実施形態のガスブロックバリア構造に加えて、真空排気部１１の真空排気ポンプに至る通路を防着板７の背面まで近づけている。すなわち、真空排気部１１の上流側に連通する排気延長流路２５を形成し、真空排気部１１へ吸入するガス流れのガス入口２６を、防着板７の真空容器２側の背面付近に開口させている。
【００６２】
この場合の排気延長流路２５は、たとえば複数本のベローズなど、狭い隙間でもガス流れの抵抗を少なくして取り回すことが可能なものを使用すればよい。また、排気延長流路２５には、真空容器２全体の排気も可能なように、排気延長流路２５の途中に図示しない複数箇所の孔や隙間が設けられている。
このように構成された製膜装置１Ｅは、真空排気部１１までの「排気ガスの流れａ」において、「排気ガス流れｂ」及び「排気ガス流れｃ」より圧力損失が小さくなるので、理想的な流れとなる放電電極６間のスリットＳｔから防着板７の背面へ流出する流れである「排気ガス流れａ」の流量を増加することが可能となる。
【００６３】
このように、上述した本実施形態によれば、基板Ｓを載置する基板テーブルＴと放電電極６との面間距離（Ｗ）を狭めるガスブロックバリア材３０を基板Ｓの全周を取り囲むように取り付け、真空室２内から真空排気部１１へ基板面に沿ってそのまま流出するガス流れの流路面間幅を狭めることにより、ガス流れ流路の圧力損失を増加させるガスブロックバリア構造部を設けたので、圧力損失の大きいガスブロックバリア構造部を通過して真空室２から真空排気部１１へ流出するガス流れの流量は低減する。このため、放電電極６間のスリットＳｔを通過して流れる理想的なガス流れの流量が増加し、特に排気ガス流れを改善して、製膜に寄与する各原料ガスの濃度分布がより均一な流れを得ることができる。
【００６４】
この結果、製膜に寄与しなかったガスが基板Ｓの周辺へ向かう排気ガス流れを低減し、放電電極６間のスリットＳｔから排気する排気ガス流量を増加させることにより、基板Ｓの全面にわたる均一なガス流れが形成されるので、このようなガス流れの均一化により、高輝度反射領域を低減またはなくすことができる。従って、製膜条件の分布による基板周辺の膜質低下を抑制できるようになり、基板Ｓの全面にわたって良好な膜質を製膜することが可能な製膜装置となる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１，１Ａ〜１Ｅ    真空処理装置（製膜装置）
２    製膜室
３    対向電極
４    均熱板
６    放電電極
７    防着板
１１    高真空排気部、真空排気部
１２    低真空排気部
１７    アース接続材
２４    基板抑え具
２５    排気延長流路
３０〜３４    ガスブロックバリア材
Ｓ    基板
Ｔ    基板テーブル
Ｗ    面間距離
Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ    面間距離（流路面間幅）
【図１】
2011129703.tif 000003
【図２】
2011129703.tif 000004
【図３】
2011129703.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011129703.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011129703.tif 000009
【図８】
2011129703.tif 000010
【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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