(57)【要約】      （修正有）【課題】電極の熱膨張によるプラズマ処理の不均一性への影響を防止することができ、成膜の均一性を向上させて、安定した処理が可能となるプラズマ化学気相堆積装置を提供する。【解決手段】カソード電極２の一方の面が大気に露出したダイレクトプラズマＣＶＤ装置１であって、カソード電極２は、カソード電極２の他方の面に配置された複数の電極スペーサ３と、電極スペーサ３を介してカソード電極２に配置された複数の電極板４とを備えており、グランド電位部材７が、電極スペーサ３及び電極板４の周囲に配置されている。電極スペーサ３は、互いに所定の間隔の隙間を介して配設され、電極スペーサ３のそれぞれが所定の位置でカソード電極２に固定されており、加熱された際隙間方向に熱膨張するように構成されている。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極の一方の面が大気に露出したダイレクトプラズマ化学気相堆積装置であって、
前記一方の電極は、該一方の電極の他方の面に配置された複数の電極スペーサと、前記電極スペーサを介して前記一方の電極に配置された複数の電極板とを備え、
グランド電位部材が、前記電極スペーサ及び前記電極板の周囲に配置されており、
前記電極スペーサは、互いに所定の間隔の隙間を介して配設され、前記電極スペーサのそれぞれが所定の位置で前記一方の電極に固定されており、加熱された際前記隙間方向に熱膨張するように構成されたことを特徴とするプラズマ化学気相堆積装置。
【請求項２】
前記電極板は、前記一方の電極に固定された固定部材を介して前記電極スペーサ上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ化学気相堆積装置。
【請求項３】
前記電極板は、前記電極スペーサの前記所定の位置で前記電極スペーサを介して前記一方の電極に固定され、加熱された際少なくとも前記一方の電極の中央方向に熱膨張するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ化学気相堆積装置。
【請求項４】
前記グランド電位部材は、前記電極スペーサ及び前記電極板の外側側面部を所定の間隔を設けて覆っていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ化学気相堆積装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、プラズマ化学気相堆積装置に関し、特に、エクスターナル型電極を備えたダイレクトプラズマ化学気相堆積装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ；Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置（以下で、「プラズマＣＶＤ装置」という。）として、平行平板型電極を用いたダイレクトプラズマＣＶＤ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このダイレクトプラズマＣＶＤ装置は、容量結合型プラズマＣＶＤ装置ともいわれ、高品質な薄膜が比較的低温で得られ、大面積化が可能となることから、液晶ディスプレイや太陽電池等の薄膜デバイスの製造に適用するための開発がなされている。
【０００３】
図４（ａ）に、従来のダイレクトプラズマＣＶＤ装置の一例を示した。この装置は、真空処理空間を形成する反応室４３と、反応室４３内に基板等の被処理体３６が載置されるアノード電極３５と、アノード電極３５に対向して配置されたカソード電極３２を備えており、カソード電極３２の一方の面が大気に露出した、いわゆるエクターナル型といわれる構造を有している。カソード電極３２は、絶縁支持部材３８を介して反応室４３と接続されている。
【０００４】
カソード電極３２には、他方の面（アノード電極３５側）に電極スペーサ３３を介して、複数のガス噴出孔４４が形成された電極板３４が配置されており、カソード電極３２と電極板３４との間に中空が形成されている。プラズマ処理（成膜処理）の大面積化に伴い、電極スペーサ３３の中空部及びそれに対応する電極板３４は、分割して構成される。そして、電極スペーサ３３及び電極板３４の側面部近傍には、グランド電位部材３７が配置され、側面部からの放電を防止している。
【０００５】
カソード電極３２には、マッチング回路３９を介して高周波電力を供給する高周波電源４０が接続されている。また、カソード電極３２には、反応性ガス供給源４２に接続されたガス導入系４１が接続されており、カソード電極３２に導入された反応性ガスは、中空部に入った後、ガス噴出孔４４からアノード電極３５に向けて均一に噴出される。なお、反応室４３は真空排気系４５により所定の真空度が設定される。
【０００６】
プラズマ処理は次のようにして行われる。被処理体３６をアノード電極３５上に置き、ガス導入系４１を通して供給される反応性ガスをカソード電極３２に導入し、電極板３４に設けられた多数のガス噴出孔４４から反応室４３内にシャワー状に均一に導入する。そして高周波電源４０からカソード電極３２に高周波電力を投入して、両電極３２，３５間の反応性ガスをプラズマ化し、この反応性ガスを被処理体３６に堆積して膜を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１４４０６０号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、プラズマ処理時の加熱により、電極スペーサ３３や電極板３４が熱膨張する。このため、図４（ｂ）に示すように、グランド電位部材３７との間隔ｄが減少して電極コンデンサ容量を変化させ、プラズマ処理に不均一性を生じさせるといった問題があった。さらにひどいときにはグランド電位部材３７と接触し地絡を引き起こすおそれがあった。
本考案の目的は、電極の熱膨張によるプラズマ処理の不均一性への影響を防止することができ、成膜の均一性を向上させて、安定した処理が可能となるプラズマ化学気相堆積装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の考案は、一方の電極の一方の面が大気に露出したダイレクトプラズマ化学気相堆積装置であって、前記一方の電極は、該一方の電極の他方の面に配置された複数の電極スペーサと、前記電極スペーサを介して前記一方の電極に配置された複数の電極板とを備え、グランド電位部材が、前記電極スペーサ及び前記電極板の周囲に配置されており、前記電極スペーサは、互いに所定の間隔の隙間を介して配設され、前記電極スペーサのそれぞれが所定の位置で前記一方の電極に固定されており、加熱された際前記隙間方向に熱膨張するように構成されたことを特徴とするプラズマ化学気相堆積装置である。
【００１０】
また、請求項２に記載の考案は、前記電極板は、前記一方の電極に固定された固定部材を介して前記電極スペーサ上に配置されたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ化学気相堆積装置である。
【００１１】
また、請求項３に記載の考案は、前記電極板は、前記電極スペーサの前記所定の位置で前記電極スペーサを介して前記一方の電極に固定され、加熱された際少なくとも前記一方の電極の中央方向に熱膨張するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ化学気相堆積装置である。
【００１２】
また、請求項４に記載の考案は、前記電極スペーサ及び前記電極板の外側側面部は、所定の間隔を設けてグランド電位部材に覆われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ化学気相堆積装置である。
【考案の効果】
【００１３】
本考案によれば、電極の熱膨張によるプラズマ処理の不均一性への影響を防止することができ、成膜の均一性を向上させて、安定した処理が可能となるプラズマ化学気相堆積装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の模式的横断面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線の模式的断面図。
【図３】カソード電極への電極スペーサ及び電極板の取り付け構造の一例を説明する模式的斜視図。
【図４】従来のプラズマＣＶＤ装置を説明する図であって、（ａ）模式的横断面図、（ｂ）（ａ）のＩ−Ｉ線の模式的断面図。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本考案の実施の形態によるプラズマ化学気相堆積装置（以下で、「プラズマＣＶＤ装置）という。）を説明する。以下の図面の記載において、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なり、また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることに留意すべきである。
【００１６】
本考案の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すように、カソード電極２の一方の面が大気に露出したダイレクトプラズマＣＶＤ装置１であって、カソード電極２は、カソード電極２の他方の面に配置された複数の電極スペーサ３と、電極スペーサ３を介してカソード電極２に配置された複数の電極板４とを備えており、グランド電位部材７が、電極スペーサ３及び電極板４の周囲に配置されている。電極スペーサ３は、図２に示すように、互いに所定の間隔の隙間２３を介して配設されており、電極スペーサ３のそれぞれが所定の位置で固定され、加熱された際隙間２３方向に熱膨張するように構成されている。
【００１７】
本実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置１は、上述したように、カソード電極２の一方の面が大気に露出した、いわゆるエクスターナル型電極を有する。
【００１８】
カソード電極２は、絶縁支持部材８を介して金属製のシールド部材９に接続されており、大気に露出した面（上面）には、反応性ガスを導入するガス導入系１１、及びマッチング回路２１を介して高周波電力供給源２２が接続されている。シールド部材９はプラズマ処理空間（反応室）の隔壁を兼ねており、接地されている。カソード電極２の下面（アノード電極５側）には、中空の空間を形成するための開口部１０を形成するように電極スペーサ３が配置され、この電極スペーサ３を介して複数のガス噴出孔１４が形成された電極板４が配置されている。電極スペーサ３及び電極板４はカソード電極２の一部として機能している。
【００１９】
グランド電位部材７は、図２に示すように、電極スペーサ３及び電極板４の外側側面（シールド部材９の壁面に対向する面）部を所定の間隔ｄを設けて囲んでおり、シールド部材９等を介して接地されている。グランド電位部材７は、間隔ｄを管理することによりカソード電極２及びアノード電極５間での放電を効率よく行うと共に、電極スペーサ３及び電極板４の外側側面部で生じる異常放電を低減するためのものである。間隔ｄは、両電極２，５間にかかる電圧等に応じて適宜設定することができる。例えば、約０．５〜５ｍｍ程度である。グランド電位部材７の材質としては、導電性であれば特に限定されないが、例えば、金属等を挙げることができる。
【００２０】
本実施の形態に係る電極スペーサ３は、カソード電極２の一部を構成し、図２に示すように、カソード電極２の下面に複数個配置されている。図２では、電極スペーサ３を隙間２３を介して略矩形状に配置し、４つの開口部１０を形成した例を示した。開口部１０の数は２個以上であれば、特に限定されない。また、電極スペーサ３の形状及び配置、隙間２３の数、並びに開口部１０の形状も、特に限定されるものではない。
【００２１】
電極スペーサ３の開口部１０の１つの大きさは、カソード電極２の大きさ等に応じて適宜設定すればよい。例えば、開口部１０を４つ形成し、その形状が矩形状である場合、開口部１０の１つの大きさは、縦×横が、１５ｃｍ×１５ｃｍ〜１４０ｃｍ×１４０ｃｍ程度、好ましくは、２５ｃｍ×２５ｃｍ〜９５ｃｍ×９５ｃｍ程度であるのがよい。電極スペーサ３の厚さは、例えば、約５〜５０ｃｍ程度である。
【００２２】
電極スペーサ３は、例えば、電極スペーサ３の形状がＬ字形の場合、その角に、Ｔ字形の場合、辺の交差する中央に、十字形の場合、辺の交差する中央に、それぞれネジ穴１５が形成されており、ネジ穴１５に螺合されるネジ１９を介してカソード電極２に固定される。通常、辺方向（ｘ又はｙ方向）に、辺方向に沿って長くなった長穴を複数設けて、電極スペーサ３の熱膨張の際、辺方向に摺動可能なように長穴を介してカソード電極２にネジで接合する。長穴の数は１辺に、例えば、５〜２０個程度形成するのがよい。
【００２３】
電極スペーサ３の材質としては、反応性ガスと反応しにくい金属等であれば、特に限定されない。例えば、ステンレススチール（ＳＵＳ３０４等）を用いるのがよい。
【００２４】
隙間２３の間隔は、電極スペーサ３が熱膨張した際でも隙間２３が消滅しないよう設定するのが好ましく、用いる電極スペーサ３の長さや熱膨張率、加熱温度等に応じて適宜設定するのがよい。例えば、開口部１０の辺の長さが１ｍの場合、約１〜４ｍｍ程度である。
【００２５】
上記構成により、電極スペーサ３はプラズマ処理時における加熱で熱膨張する際、角が固定されているので、角を起点として隙間２３方向（ｘ又はｙ方向）に膨張し、隙間２３で吸収される。また、Ｔ字形および十字形の電極スペーサ３の膨張も隙間２３で吸収されるので、電極スペーサ３の外側への膨張が抑制される。これにより、電極スペーサ３とグランド電位部材７間の間隔ｄは、加熱される前の状態と略同じ状態を維持することができる。
【００２６】
電極板４は、カソード電極２の一部を構成し、複数のガス噴出孔１４を有しており、反応性ガスをガス噴出孔１４からアノード電極５に向けて均一に放出するためのものである。電極板４の数は電極スペーサ３の開口部１０の数に応じて設定すればよい。本実施の形態において電極板４は４枚を配置した。電極板４の材質としては、反応性ガスと反応しにくい金属等であれば、特に限定されない。例えば、ステンレススチール（ＳＵＳ４３０等）を用いるのがよい。
【００２７】
本実施の形態において、電極板４の大きさは、電極スペーサ３の開口部１０より大き目の大きさとし、開口部１０が矩形状である場合、例えば、縦×横が、２０ｃｍ×２０ｃｍ〜１５０ｃｍ×１５０ｃｍ程度、好ましくは、３０ｃｍ×３０ｃｍ〜１００ｃｍ×１００ｃｍであるのがよい。厚さは、例えば、約５〜５０ｃｍ程度である。
【００２８】
本実施の形態に係る電極板４は、図３に示すように、カソード電極２に固定された固定部材２０を介して電極スペーサ３を覆うように配置されている。なお、図３では、電極板４はガス噴出孔１４を省略して記載してある。
【００２９】
固定部材２０は、例えば、ネジカラーからなり、電極板４の中心部に対向するカソード電極２の位置に固定され、ネジカラーに対向する位置に設けられた中央ネジ穴１８を介してネジカラーにネジを螺合して電極板４をカソード電極２に固定する。さらに、電極板４の周縁部に長穴若しくは大径穴を複数設けて、電極スペーサ３及び電極板４の熱膨張の際互いに摺動可能なように、ネジで電極スペーサ３に固定してもよい。
【００３０】
上記構成により、電極板４は、熱膨張の際、中心部が固定されているので、中心部を起点として外側に向けて膨張するので、電極板４の外側への膨張が緩和される。電極板４に、例えば、熱膨張率の小さいＳＵＳ４３０等を用いた場合、電極板４の熱膨張は一層緩和される。これにより、電極板４とグランド電位部材７間の間隔ｄは、加熱される前の状態と略同じ状態を維持することができる。
【００３１】
また、本実施の形態に係る電極板４は、電極スペーサ３の角近傍のネジ穴１５に対向する電極板４のそれぞれの位置にネジ穴を設けて、このネジ穴を介してネジでカソード電極２に固定してもよい。この場合、ネジカラーで固定する部分の電極板４の中央ネジ穴１８及び電極板４の周縁部のネジ穴は、長穴若しくは大径穴とし、電極板４と電極スペーサ３とが互いに摺動可能なように接合するのがよい。
【００３２】
これにより、電極板４は、熱膨張の際、角が固定されているので、角を起点として、中央に向けて膨張し、電極板４の外側への膨張が抑制される。したがって、電極板４とグランド電位部材７間の間隔ｄは、加熱される前の状態と略同じ状態を維持することができる。
【００３３】
絶縁支持部材８は、カソード電極２をシールド部材９と絶縁すると共にシールド部材９内の気密性を確保するためのものである。また、カソード電極２を支持固定する機能を有する。絶縁支持部材８の材質としては、絶縁性を有し、気密性を保持できるものであれば、特に限定されないが、例えば、樹脂やセラミックス材等を挙げることができる。
【００３４】
（動作原理）
本実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の動作原理は、以下の通りである。
成膜される基板等の被処理体６をアノード電極５上に置き、反応性ガス供給源１２から反応性ガスをガス導入系１１を介してカソード電極２に導入する。この反応性ガスは電極スペーサ３により形成された開口部１０に導入され、電極板４に設けられた多数のガス噴出孔１４を通して、真空排気系１３により所望の真空度に設定されたシールド部材（反応室）９内にシャワー状に均一に放出される。
【００３５】
一方、高周波電源２２からマッチング回路２１を介してカソード電極２に高周波電力を投入し、カソード電極２及びアノード電極５間の反応性ガスをプラズマ化し、正イオンである成膜ガスイオンと電子とに分離する。このうち成膜ガスイオンが被処理体６に堆積することにより所望の薄膜が形成される。
【００３６】
（製造方法）
本実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置１の製造方法を以下に説明する。図３は、本実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置１におけるカソード電極２への電極スペーサ３及び電極板４の取り付け構造を説明する図である。
（ａ）まず、カソード電極２を準備する。このカソード電極２に電極板４を固定するためのネジカラー等の固定部材２０を形成すると共に、電極スペーサ３及び／又は電極板４を固定するためのネジ穴１６を形成する。なお、図３では、図の煩雑さを避けるために、ネジ穴やネジは一部のみ記載し、他は省略してある。
【００３７】
（ｂ）次に、角部にＬ字形の電極スペーサ３、辺中央部にＴ字形の電極スペーサ３、中心部に十字形の電極スペーサ３、をそれぞれ隙間２３を介して所定の位置に配置して、４つの開口部１０を形成する。そして、Ｌ字形の電極スペーサ３の角、Ｔ字形の電極スペーサ３の辺の交差する中央、十字形の電極スペーサ３の辺の交差する中央、にそれぞれ形成されたネジ穴１５を介してネジでカソード電極２に固定する。また、各電極スペーサ３の辺方向に等間隔に、辺方向に沿って長くなった長穴を複数設けて、電極スペーサ３の熱膨張の際、辺方向に摺動可能なようにカソード電極２にネジで接合する。
【００３８】
（ｃ）次に、４つの電極板４をそれぞれ対応する電極スペーサ３の開口部１０を覆うように所定の位置に配置し、ネジカラー２０に対向する位置に設けられた中央ネジ穴１８を介してネジカラー２０にネジを螺合して電極板４をカソード電極２に固定する。さらに、電極板４の周縁部に長穴若しくは大径穴を複数設けて、電極スペーサ３及び電極板４の熱膨張の際互いに摺動可能なように、ネジで電極スペーサ３に固定する。
【００３９】
なお、電極板４の角にネジ穴を形成し、電極スペーサ３の角に形成されたネジ穴１５を介して、ネジを螺合することによりカソード電極２に固定してもよい。このとき、ネジカラー２０に対向する中央ネジ穴１８は長穴若しくは大径穴とし、角以外の周縁部には長穴若しくは大径穴を設けて、熱膨張の際電極スペーサ３及び電極板４が互いに摺動可能なように、ネジで電極スペーサ３に固定する。
【００４０】
（ｄ）次に、絶縁支持部材８を介して、アノード電極５及び真空排気系１３の配設されたシールド部材９に接合する。次いで、カソード電極２に、反応性ガス供給源１２をガス導入系１１を介して接続し、さらに高周波電力供給源２２をマッチング回路２１を介して接続することにより、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１が完成する。
【００４１】
本実施の形態によれば、複数の電極スペーサ３を用いて、電極スペーサ３それぞれの角を固定し、隣接する電極スペーサ３間に隙間２３を設けたので、加熱してプラズマ処理を行う際に生じる熱膨張は隙間２３に吸収され、均一なプラズマ処理が可能となる。
【００４２】
また、本実施の形態によれば、複数の電極板４を用いて、電極板４のそれぞれを固定部材２０を介してカソード電極２に固定したので、加熱してプラズマ処理を行う際に生じる熱膨張を緩和でき、均一なプラズマ処理が可能となる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、電極スペーサ３及び電極板４の熱膨張による影響が低減されることにより、カソード電極２側の側面部とグランド電位部材７との間隔ｄを予め管理された間隔に維持できるので、加熱しても安定したプラズマ処理を行うことが可能となる。
【００４４】
[その他の実施の形態]
以上、第１の実施の形態によって本考案を詳細に説明したが、当業者にとっては、本考案が本明細書中に説明した第１の実施の形態に限定されるものではないということは明らかである。本考案は、実用新案登録請求の範囲の記載により定まる本考案の趣旨及び範囲を逸脱することなく修正及び変更形態として実施することができる。従って、本明細書の記載は、例示説明を目的とするものであり、本考案に対して何ら制限的な意味を有するものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１・・・プラズマＣＶＤ装置
２・・・カソード電極
３・・・電極スペーサ
４・・・電極板
５・・・アノード電極
６・・・被処理体
７・・・グランド電位部材
８・・・絶縁支持部材
９・・・シールド部材
１０・・・開口部
１１・・・ガス導入系
１２・・・反応性ガス供給源
１３・・・真空排気系
１４・・・ガス噴出孔
１５，１６，１７・・・ネジ穴
１８・・・中央ネジ穴
１９・・・ネジ
２０・・・固定部材（ネジカラー）
２１・・・マッチング回路
２２・・・高周波電力供給源
２３・・・隙間
【図１】
0003151364.tif 000003
【図２】
0003151364.tif 000004
【図３】
0003151364.tif 000005
【図４】
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