(57)【要約】【課題】基板面内での処理の均一性を確保できるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】プラズマ成膜装置１００では、下部電極５の非載置領域Ｒ２のほぼ全体に、凸状部としての補助プレート９が装着されている。補助プレート９は、枠状をなし、矩形の載置領域Ｒ１の全体を囲むように配置されている。補助プレート９は、下部電極５に着脱可能な板状部材であり、例えば、石英、セラミックス、耐熱性の合成樹脂などの誘電体又はアルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の導電体によって構成されている。補助プレート９によって、基板Ｓと下部電極５との段差８０を縮小もしくは解消し、ガスＧの流れが基板Ｓのコーナー部へ向かいやすくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引き可能な処理容器と、
前記処理容器内において、互いに対向して配置される上部電極及び下部電極と、
前記上部電極又は前記下部電極の少なくとも片方に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備え、
前記下部電極は、矩形の基板を載置する矩形の載置領域と、該載置領域を囲むようにその外側に隣接して設けられ、前記基板を載置しない非載置領域と、を有しており、
前記非載置領域の一部分又は全体に、凸状部を設けたプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記凸状部は、前記矩形の載置領域の角部の周囲に部分的に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記上部電極又は前記下部電極は、平面視矩形をなしており、
前記上部電極又は前記下部電極において、前記高周波電源から高周波電力が供給される給電部位が、前記矩形の長辺をなす側部に設けられており、
前記凸状部は、前記給電部位と同じ側の前記矩形の載置領域の長辺の外側に部分的に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記上部電極又は前記下部電極は、平面視矩形をなしており、
前記上部電極又は前記下部電極において、前記高周波電源から高周波電力が供給される給電部位が、前記矩形の長辺をなす側部に設けられており、
前記凸状部は、前記給電部位とは反対側の前記矩形の載置領域の長辺の外側に部分的に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記凸状部は、前記矩形の載置領域の全体を囲むように設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記凸状部の高さが、前記載置領域に載置される前記基板の厚みと同じである請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記凸状部の高さが、前記載置領域に載置される前記基板の厚みよりも小さい請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記凸状部の高さが、相対的に、前記矩形の載置領域の角部の周囲で高く、前記矩形の載置領域の短辺もしくは長辺の中央部分に隣接する部分で低く形成されている請求項５に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記凸状部は、前記下部電極と一体に設けられている請求項１から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記凸状部は、前記下部電極に着脱可能な板状部材である請求項１から８のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記凸状部は、誘電体によって構成されている請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記凸状部は、導電体によって構成されている請求項１０に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記基板が太陽電池用のガラス基板である請求項１から１２のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記載置領域に前記基板を載置してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法。
【請求項１５】
前記基板に対し、プラズマＣＶＤ法による成膜処理を行う請求項１４に記載のプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）、太陽電池などの製造過程においては、基板に対し、エッチングや成膜等の所定の処理が施される。このような処理に用いるプラズマ処理装置として、平行平板型プラズマ処理装置が知られている。
【０００３】
基板に対し、プラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング装置では、基板の外周部付近のプラズマの状態を制御するため、基板の周囲にフォーカスリングを配置することが行われる。例えば、特許文献１では、ＦＰＤ用基板にプラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング装置において、基板の周囲に石英製のフォーカスリングを配置する提案がなされている。また、特許文献２では、半導体基板にプラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング装置において、フォーカスリングのインピーダンス調整を行う提案がなされている。さらに、特許文献３では、半導体基板にプラズマエッチング処理を行うプラズマエッチング装置において、エッチングレートがフォーカスリングの高さに依存することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２００５−１３６３５０号公報（図１など）
【特許文献２】特開平２００２−１１０６５２号公報（図１（ｂ）など）
【特許文献３】特開平２００６−１７３２２３号公報（段落０００３など）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
平行平板型のプラズマ処理装置を用いて大型で大面積の基板に対してプラズマ処理を行う場合、基板の面内での処理の均一性を確保することが重要である。しかし、例えば太陽電池用基板は、矩形であるため、円形の半導体基板とは異なり、基板のコーナー部の堆積レートが中央部に比べて低下しやすくなったり、微結晶シリコンの成膜においては、結晶化度が不均一になりやすくなったりする、という問題があった。また、太陽電池用基板は、液晶ディスプレイの製造に用いるＬＣＤ用基板と比べて数倍程度の厚みを有するため、基板と載置台との間に段差が生じる。この段差によって、コーナー部へのガス供給が不十分となったり、プラズマの拡がりが抑制されたりして、基板のコーナー部の堆積レートが中央部に比べて、さらに低下してしまうという問題や、微結晶シリコンの成膜においては、結晶化度が低下してしまうという問題があった。特に、微結晶シリコンの作製に用いられる太陽電池用プラズマ処理装置は、４００Ｐａ以上の比較的高い圧力で用いられるので、ガスの流れが遅くなり、より影響が大きいという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、基板面内での処理の均一性を確保できるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ処理装置は、真空引き可能な処理容器と、前記処理容器内において、互いに対向して配置される上部電極及び下部電極と、前記上部電極又は前記下部電極の少なくとも片方に高周波電力を供給する高周波電源と、を備えている。本発明のプラズマ処理装置は、前記下部電極は、矩形の基板を載置する矩形の載置領域と、該載置領域を囲むようにその外側に隣接して設けられ、前記基板を載置しない非載置領域と、を有しており、前記非載置領域の一部分又は全体に、凸状部を設けている。
【０００８】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部は、前記矩形の載置領域の角部の周囲に部分的に設けられていてもよい。
【０００９】
本発明のプラズマ処理装置において、前記上部電極又は前記下部電極は、平面視矩形をなしていてもよく、前記上部電極又は前記下部電極において、前記高周波電源から高周波電力が供給される給電部位が、前記矩形の長辺をなす側部に設けられていてもよい。この場合、前記凸状部は、前記給電部位と同じ側の前記矩形の載置領域の長辺の外側に部分的に設けられていてもよく、あるいは、前記給電部位とは反対側の前記矩形の載置領域の長辺の外側に部分的に設けられていてもよい。
【００１０】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部は、前記矩形の載置領域の全体を囲むように設けられていてもよい。
【００１１】
本発明のプラズマ処理装置は、前記凸状部の高さが、前記載置領域に載置される前記基板の厚みと同じであってもよいし、あるいは、前記基板の厚みよりも小さくてもよい。
【００１２】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部の高さが、相対的に、前記矩形の載置領域の角部の周囲で高く、前記矩形の載置領域の短辺もしくは長辺の中央部分に隣接する部分で低く形成されていてもよい。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部は、前記下部電極と一体に設けられていてもよい。
【００１４】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部は、前記下部電極に着脱可能な板状部材であってもよい。
【００１５】
本発明のプラズマ処理装置において、前記凸状部は、誘電体又は導電体によって構成されていてもよい。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置は、前記基板が太陽電池用のガラス基板であってもよい。
【００１７】
本発明のプラズマ処理方法は、上記いずれかのプラズマ処理装置において、前記載置領域に前記基板を載置してプラズマ処理を行う。この場合、前記基板に対し、プラズマＣＶＤ法による成膜処理を行うものであってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、下部電極において、基板を載置しない非載置領域の一部分又は全体に、凸状部を設けたので、矩形の基板を処理する場合でも、特にコーナー部の堆積レートや結晶化度などの低下が改善され、基板面内での処理の均一性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置の概略構成例を示す断面図である。
【図２】図１のプラズマ成膜装置における下部電極に基板を載置した状態の平面図である。
【図３】図２のIII−III線矢視における断面図である。
【図４】従来のプラズマ成膜装置における基板上のガスの流れを説明する模式図である。である。
【図５】従来のプラズマ成膜装置における基板上のガスの流れを説明する模式図である。である。
【図６】第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置における基板上のガスの流れを説明する模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置における基板上のガスの流れを説明する模式図である。
【図８】第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置における補助プレートの高さの説明に供する図面である。
【図９】第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置における補助プレートの高さの説明に供する図面である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ成膜装置において、下部電極に基板を載置した状態の平面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ成膜装置において、下部電極に補助プレートを設置した状態を示す要部斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ成膜装置において、下部電極に基板を載置した状態の平面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ成膜装置における下部電極の断面図である。
【図１４】実験例における基板上の測定ポイントと補助プレートの配置を説明する図面である。
【図１５】実験例１における堆積レートの結果を示すグラフである。
【図１６】実験例１における結晶化度の結果を示すグラフである。
【図１７】実験例２における堆積レートの結果を示すグラフである。
【図１８】実験例２における結晶化度の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態に係るプラズマ成膜装置について説明する。
【００２１】
＜第１の実施の形態＞
図１〜３を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ成膜装置１００の概略構成例を示す断面図である。また、図２は、プラズマ成膜装置１００における下部電極５に被処理体である基板Ｓを載置した状態の平面図であり、図３は、図２のIII−III線矢視における断面図である。
【００２２】
図１に示すように、プラズマ成膜装置１００は、矩形の基板Ｓを収容する真空引き可能な処理容器１と、処理容器１内において、互いに対向して配置されるカソード電極としての上部電極３及びアノード電極としての下部電極５と、上部電極３に高周波電力を供給する高周波電源７と、下部電極５に設けられた凸状部としての板状部材である補助プレート９と、プラズマ成膜装置１００の各構成部を制御する制御部６０と、を備えている。プラズマ成膜装置１００は、複数の基板Ｓに対して、同時に、例えばプラズマＣＶＤ法による成膜を行なうバッチ式の平行平板型プラズマ成膜装置として構成されている。なお、基板Ｓとしては、太陽電池用のガラス基板を挙げることができる。
【００２３】
＜処理容器＞
処理容器１は、真空引き可能な箱型をなしている。この処理容器１は接地されている。処理容器１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属が用いられる。処理容器１は、天井部１１、角筒状の側壁部１３及び底壁部１５を備えている。側壁部１３には、基板Ｓの搬入搬出時に開閉される図示しない開口が設けられており、該開口はゲートバルブによって開閉される。また、底壁部１５には、排気口１５ａが形成されている。この排気口１５ａは、排気管２３を介して排気装置２１に接続されている。
【００２４】
＜平行平板電極＞
上部電極３及び下部電極５は、互いに平行に配置され、対をなして平行平板電極を構成している。上部電極３及び下部電極５は、いずれも、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属によって形成されている。上部電極３又は下部電極５は、いずれも平面視矩形をなしている。
【００２５】
上部電極３は、処理容器１内にガスを導入するシャワーヘッドとしての機能を有している。すなわち、上部電極３は中空状をなし、その内部には、ガス拡散空間３１が設けられている。また、上部電極３の下面には、処理ガスを吐出する複数のガス吐出孔３３が形成されている。さらに、上部電極３の側部には、ガス拡散空間３１に連通するガス導入部３５が設けられている。また、上部電極３の下面は、下部電極５との対向面３７を形成している。なお、上部電極３は、シャワーヘッドとしての機能を有さなくてもよく、例えば、ガス拡散空間３１やガス吐出孔３３を有しない平板状の金属プレートでもよい。なお、上部電極３の長辺の側部には、高周波電源７からの高周波電力が供給される給電部（図示省略）が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、下部電極５は、全体として矩形をなし、長辺５ａと短辺５ｂとを有している。下部電極５は、処理容器１の側壁部１３に固定されている。従って、下部電極５は接地電位となっている。下部電極５の上面、すなわち、上部電極３と対向する面には、基板Ｓを載置する基板載置面となっている。下部電極５の基板載置面は、矩形の基板Ｓを載置する矩形の載置領域Ｒ１と、基板Ｓを載置しない非載置領域Ｒ２と、を有している。非載置領域Ｒ２は、載置領域Ｒ１を囲むようにその外側に隣接して設けられている。また、下部電極５は、その基板載置面に対して突没可能な複数の基板支持ピン（図示省略）を有しており、この基板支持ピンを利用して外部の搬送装置との間で基板Ｓの受け渡しを行うことができる。なお、図２では、非載置領域Ｒ２のうち、矩形の載置領域Ｒ１の角部の周囲を符号Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４で表し、矩形の載置領域Ｒ１の短辺もしくは長辺の中央部の周囲を符号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４で表している。
【００２７】
＜凸状部＞
本実施の形態のプラズマ成膜装置１００では、下部電極５の非載置領域Ｒ２のほぼ全体に、凸状部としての補助プレート９が装着されている。本実施の形態では、補助プレート９は、枠状をなし、矩形の載置領域Ｒ１の全体を囲むように配置されている。補助プレート９は、下部電極５に着脱可能な板状部材である。なお、補助プレート９は、複数の部分に分割されていてもよく、枠状でなくてもよい。
【００２８】
補助プレート９は、誘電体又は導電体によって構成されている。誘電体としては、例えば、石英、セラミックス、耐熱性の合成樹脂などを挙げることができる。導電体としては、例えば下部電極５と同じ材質、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等の金属材料を挙げることができる。
【００２９】
＜プラズマ処理部＞
本実施の形態のプラズマ成膜装置１００では、一つの上部電極３と一つの下部電極５とが対をなして一つのプラズマ処理部１０を構成している。処理容器１内には、複数のプラズマ処理部１０が多段に積層されて配置されている。これにより、プラズマ成膜装置１００では、複数枚の基板Ｓを同時にバッチ処理することが可能になっている。処理容器１内におけるプラズマ処理部１０の数は、例えば３〜１０の範囲内とすることができる。
【００３０】
＜高周波電源＞
上部電極３には、図示しない給電部が設けられており、該給電部に給電線７１が接続されている。この給電線７１には、整合器７３を介してプラズマ形成用の高周波電源７が接続されている。これにより、高周波電源部７から例えば１１ＭＨｚの高周波電力が、上部電極３に供給される。なお、給電線７１は、処理容器１の側壁部１３に形成された給電用開口１３ａを介して処理容器１内に導入されている。なお、給電用開口１３ａの周囲は図示しないベローズなどの真空保持手段が設けられている。
【００３１】
整合器７３内には、一端側が例えば同軸ケーブルを介して高周波電源７に接続された整合回路（図示省略）が設けられており、この整合回路の他端側は給電線７１を介して上部電極３の長辺の側部に接続されている。整合回路はプラズマのインピーダンスに合わせて負荷（プラズマ）と高周波電源７との間におけるインピーダンス調整（マッチング）を行い、プラズマ成膜装置１００の回路内に発生した反射波を減衰させる役割を果たす。
【００３２】
＜排気機構＞
プラズマ成膜装置１００は、さらに、処理容器１内を減圧排気する排気機構２０を備えている。排気機構２０は、例えば、ドライポンプ等の真空ポンプを有する排気装置２１と、この排気装置２１と排気口１５ａとを接続する排気管２３とを備えている。排気装置２１の真空ポンプを作動させることにより、処理容器１の内部空間が所定の真空度まで減圧排気される。
【００３３】
＜ガス供給装置＞
プラズマ成膜装置１００は、さらに、処理容器１内にガスを供給するガス供給装置４０を備えている。ガス供給装置４０は、ガス供給源４１と、ガス供給源４１に接続され、処理容器１内に処理ガスを導入する複数の配管４３（１本のみ図示）と、これら配管４３に設けられた複数のバルブ４５（２つのみ図示）と、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）４７とを備えている。複数の配管４３は、処理容器１の側壁部１３のガス導入部１３ｂを介して、上部電極３の側部に設けられたガス導入部３５に接続されている。従って、ガス供給源４１から、配管４３、ガス導入部１３ｂ、及びガス導入部３５を介して、ガス拡散空間３１へ処理ガスを供給できるように構成されている。ガス拡散空間３１に供給されるガスの種類や、これらのガスの流量等は、マスフローコントローラ４７およびバルブ４５の開閉によって制御される。なお、ガス供給装置４０の代りに、プラズマ成膜装置１００の構成には含まれない外部のガス供給装置を使用してもよい
【００３４】
＜制御部＞
プラズマ成膜装置１００の各構成部は、それぞれ制御部６０に接続されて、制御部６０によって制御される。制御部６０は、典型的にはコンピュータである。制御部６０は、ＣＰＵを備えたコントローラ６１と、このコントローラ６１に接続されたユーザーインターフェース６２および記憶部６３とを備えている。
【００３５】
コントローラ６１は、プラズマ成膜装置１００において、例えば高周波出力、整合器７３によるインピーダンス整合、処理容器１内の圧力、ガス流量等のプロセス条件に関係する各構成部（例えば、高周波電源７、整合器７３、排気装置２１、ガス供給装置４０等）を統括して制御する制御手段である。
【００３６】
ユーザーインターフェース６２は、工程管理者がプラズマ成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードやタッチパネル、プラズマ成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有している。
【００３７】
記憶部６３には、プラズマ成膜装置１００で実行される各種処理をコントローラ６１の制御によって実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や、処理条件データ等が記録されたレシピ等が保存されている。コントローラ６１は、ユーザーインターフェース６２からの指示等、必要に応じて、任意の制御プログラムやレシピを記憶部６３から呼び出して実行する。これにより、コントローラ６１による制御下で、プラズマ成膜装置１００の処理容器１内において所望の処理が行われる。
【００３８】
上記の制御プログラムおよびレシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリ、ＤＶＤ等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用することができる。また、上記のレシピは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用することも可能である。
【００３９】
ここで、図４〜図７を参照しながら、本実施の形態のプラズマ成膜装置１００の作用について説明する。図４及び図５は、従来のプラズマ成膜装置における基板Ｓ上のガスの流れを説明する模式図である。図４は、基板Ｓのコーナー部付近の断面を示している。太陽電池用の基板Ｓは、その厚みＴが２ｍｍ〜４ｍｍ程度あり、例えば０．３ｍｍ〜０．７ｍｍ程度の厚みのＦＰＤ用ガラス基板に比べて数倍から１０倍程度の厚さを有している。そのため、例えば図４に示すように、基板Ｓの端部と下部電極５の上面との間には、段差８０が生じ、上部電極３と下部電極５との間隔が実質的に変化する。
【００４０】
この段差８０は、基板Ｓの面上から、基板Ｓの周縁部へ向かうガスＧの流れを不均一にする。すなわち、図５に示すように、ガスＧの流れは、より流路抵抗が低い段差８０の方向へ向かいやすいため、基板Ｓの中央付近から、最短距離で段差８０の方へ向かう流れが強まり、基板Ｓのコーナー部への流れが小さくなってしまう。図５において、白矢印の太さはガスＧの流量を示している。基板Ｓのコーナー部は、元々、基板Ｓの中心からの距離が最も遠いため、ガスＧが届きにくい領域であるが、基板Ｓと下部電極５の上面との段差８０によって、基板Ｓのコーナー部へのガスＧの流れがさらに縮小する。その結果、堆積レートが低下したり、また、微結晶シリコンの成膜においては、４００Ｐａ以上の圧力領域で成膜が行われるので、ガスの流れが遅くなり、微結晶シリコンの結晶化の進行が低下する傾向が強くなる。
【００４１】
また、基板Ｓの厚みに起因する段差８０は、平行平板電極間に形成されるプラズマＰの横方向への拡がりを抑制する。すなわち、基板Ｓの周縁部では、基板Ｓもしくは下部電極５から、上部電極３までの距離（ギャップ）が段差８０の存在によって大きく変化するため、平行平板電極間のインピーダンスが変化し、プラズマ密度が低下する。その結果、図４に示すように、基板Ｓの周縁部、特に、基板Ｓの中心からの距離が最も大きくなるコーナー部にまでプラズマＰが拡がらなくなる。その結果、堆積レートが低下したり、微結晶シリコンの成膜においては、４００Ｐａ以上の圧力領域で成膜が行われるので、プラズマＰがより拡がりにくく、微結晶シリコンの結晶化の進行が低下する傾向が強くなる。
【００４２】
以上のような段差８０による堆積レートの低下や微結晶Ｓｉの結晶化度の低下は、円形の半導体基板や、厚みが小さいＦＰＤ基板を被処理体とする場合には、ほとんど生じなかった問題である。
【００４３】
図６及び図７は、非載置領域Ｒ２に凸状部としての補助プレート９を設けた本実施の形態のプラズマ成膜装置１００における基板Ｓ上のガスの流れを説明する模式図である。図６は、非載置領域Ｒ２に凸状部としての補助プレート９を設けた本実施の形態の下部電極５の断面図である。なお、図６は、図２におけるVI−VI線矢視の断面を示している。補助プレート９によって、基板Ｓと下部電極５との段差８０を縮小もしくは解消することができる。段差８０の縮小もしくは解消によって、図７に示したように、ガスＧの流れが基板Ｓのコーナー部へ向かいやすくなる。なお、図７において、白矢印の太さはガスＧの流量を示している。また、補助プレート９は、上記段差８０を縮小もしくは解消することによって、平行平板電極間でのプラズマＰの拡がりを促し、図６に示したように、基板Ｓのコーナー部の上方にもプラズマＰが拡がるように促す作用を有している。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の補助プレート９による作用は、補助プレート９の材質よりも高さが重要であると考えられる。そのため、本実施の形態の補助プレート９による作用は、従来のプラズマエッチング装置に使用されていたフォーカスリングとは作用機序が異なるものと考えられる。また、本実施の形態のプラズマ成膜装置１００は、例えば短辺の長さが１ｍを超える大型の基板Ｓの処理に適しており、特に厚みＴが２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内の太陽電池用基板の処理に適している。
【００４５】
次に、図６、８及び９を参照しながら、基板Ｓの厚みと補助プレート９の高さとの関係について説明する。図８及び図９は、プラズマ成膜装置における補助プレートの高さの説明に供する下部電極５の表面付近の要部断面図である。
【００４６】
図６では、補助プレート９の高さＨ１は、載置領域Ｒ１に載置される基板Ｓの厚みＴとほぼ同じである（つまり、Ｈ１＝Ｔ）。この場合、シャワーヘッドとしての機能を有する上部電極３のガス吐出孔３３から基板Ｓの上面に向けて噴射された成膜用のガスＧは、図６中に白矢印で示すように、基板Ｓの中央部側から、周縁部へ向けてスムーズに流れることができる。また、段差８０の解消によってプラズマＰも横方向に拡大し、基板Ｓの周縁部に十分に到達する。このように、補助プレート９は、成膜用のガスＧとプラズマＰが、基板Ｓの周縁部、特にコーナー部に行き届くように促す作用を有している。しかし、補助プレート９の高さは、基板Ｓの厚みよりも小さく、あるいは大きく、設定することもできる。
【００４７】
図８に示す例では、補助プレート９の高さＨ２を、載置領域Ｒ１に載置される基板Ｓの厚みＴよりも小さく設定している（つまり、Ｈ２＜Ｔ）。この場合、段差８０は完全には解消しないが、補助プレート９の高さＨ２分だけ段差が縮小する。その結果、基板Ｓの中央付近からコーナー部へ向かわず、最短距離で基板Ｓの長辺もしくは短辺の段差８０の方へ逃げていくガスＧの流れは、図４及び図５の場合よりも小さくなる。また、基板Ｓのコーナー部におけるプラズマＰの横方向への拡がりも図４の場合よりは拡大する。
【００４８】
図９に示す例では、補助プレート９の高さＨ３を載置領域Ｒ１に載置される基板Ｓの厚みよりも大きく設定している（つまり、Ｈ３＞Ｔ）。この場合、図４とは逆の段差８１が生じるが、補助プレート９が堰の役割を果たすため、基板Ｓ上にガスＧが滞留する結果、ガスＧが基板Ｓの周縁部へも行き渡るものと考えられる。一方、基板Ｓのコーナー部におけるプラズマＰの横方向への拡がりは、基板Ｓと補助プレート９との段差８１によって、若干抑制されるものと考えられる。
【００４９】
以上のように、補助プレート９の高さを変化させることによって、基板Ｓ上でのガスＧの流れとプラズマＰの拡がりを微調整することが可能である。例えば、非載置領域Ｒ２のうち、矩形の載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４では補助プレート９の高さを相対的に高く設定し、非載置領域Ｒ２のうち、矩形の載置領域Ｒ１の短辺もしくは長辺の中央部の周囲Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４では低く設定することができる。具体的には、補助プレート９の高さを、載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４では上記Ｈ１に設定し（図６参照）、載置領域Ｒ１の短辺もしくは長辺の中央部分の周囲Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４では上記Ｈ２に設定する（図８参照）。このようにして、補助プレート９の部位に応じて高さを変化させることによって、基板Ｓ上でのガスＧの流れとプラズマＰの拡がりを均一化し、基板Ｓの面内での成膜処理の均一化を図ることが可能になる。
【００５０】
［処理手順］
次に、プラズマ成膜装置１００によって基板Ｓに対してプラズマＣＶＤ法による成膜処理を施す際の処理手順について説明する。まず、例えばユーザーインターフェース６２から、プラズマ成膜装置１００において成膜処理を行うように、コントローラ６１に指令が入力される。次に、コントローラ６１は、この指令を受けて、記憶部６３またはコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に保存されたレシピを読み出す。次に、レシピに基づく条件によって成膜処理が実行されるように、コントローラ６１からプラズマ成膜装置１００の各エンドデバイス（例えば、高周波電源７、整合器７３、排気装置２１、ガス供給装置４０等）に制御信号が送出される。
【００５１】
次に、ゲートバルブ（図示省略）が開状態にされて、外部の搬送装置によって、複数の基板Ｓが、ゲートバルブおよび側壁部１３の開口（図示省略）を通って処理容器１内に搬入される。それぞれの基板Ｓは、複数の基板支持ピン（図示省略）を介して下部電極５の上に載置される。次に、ゲートバルブが閉状態にされて、排気装置２１によって、処理容器１内が減圧排気される。次に、ガス供給装置４０によって、所定の流量の処理ガスが上部電極３のガス吐出孔３３から基板Ｓの上面に向けて噴射される。処理容器１の内部空間は、排気量およびガス供給量を調整することによって、所定の圧力に調整される。
【００５２】
次に、高周波電源７から各上部電極３へ高周波電力が供給されることによって、各プラズマ処理部１０において、平行平板電極をなす上部電極３と下部電極５との間に処理ガスのプラズマが生成される。生成したプラズマによって、基板Ｓの表面に所定の薄膜が堆積させられる。このプラズマ処理の間は、補助プレート９によって、基板Ｓの面上でのガスＧの流れやプラズマＰの拡がりが適切に調節されることから、基板Ｓにおける面内の成膜処理の均一化を図ることができる。
【００５３】
コントローラ６１からプラズマ成膜装置１００の各エンドデバイスに成膜処理を終了させる制御信号が送出されると、高周波電源７からの高周波の供給が停止されると共に、処理ガスの供給が停止されて、基板Ｓに対する成膜処理が終了する。次に、ゲートバルブが開状態にされて、基板支持ピンによって各基板Ｓの高さ位置を調整した後、外部の搬送装置によって、複数の基板Ｓが処理容器１内から搬出される。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、下部電極５に補助プレート９を配置することによって、基板Ｓの面内における成膜処理の均一性を高めることができる。従って、プラズマ成膜装置１００は、例えば太陽電池の製造工程において、基板Ｓに対して成膜処理を行う目的で好ましく利用可能である。
【００５５】
［第２の実施の形態］
次に、図１０及び図１１を参照しながら、本発明の第２の実施の形態のプラズマ成膜装置について説明する。図１０及び図１１は、第２の実施の形態における下部電極５上の補助プレート９１の配置を示す説明図である。ここでは、第１の実施の形態との相違点について説明する。
【００５６】
＜凸状部＞
本実施の形態では、凸状部を構成する板状部材としての補助プレート９１は、矩形の載置領域Ｒ１の角部の周囲に部分的に配置されている。すなわち、下部電極５の非載置領域Ｒ２の中で、矩形の載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４にのみ、補助プレート９１が配置されている。上記のとおり、基板Ｓのコーナー部は、基板Ｓの面内でもっともガスＧが到達しにくい部分である。そこで、本実施の形態では、非載置領域Ｒ２のうち、矩形の載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４にのみ補助プレート９１を配置することによって、基板Ｓのコーナー部における堆積レートの低下などの成膜不良を改善し、基板Ｓの面内における成膜処理の均一化を実現できる。
【００５７】
本実施の形態において、補助プレート９１は、矩形の部分補助プレート９１Ａ及び矩形の部分補助プレート９１Ｂによって構成されている。つまり、補助プレート９１は、２枚の部分補助プレート９１Ａ，９１Ｂの組み合わせを含んでいる。部分補助プレート９１Ａ，９１Ｂは、いずれも、下部電極５に着脱可能な板状部材である。なお、各補助プレート９１は、一体に形成されていてもよいし、あるいは、３枚以上の部分プレートによって構成されていてもよい。
【００５８】
本実施の形態のプラズマ成膜装置における他の構成及び効果は、第１の実施の形態のプラズマ成膜装置１００と同様であるので説明を省略する。なお、補助プレート９１は、非載置領域Ｒ２において、載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４の４箇所すべてに設ける必要はなく、任意の箇所に設けることができる。
【００５９】
［第３の実施の形態］
次に、図１２を参照しながら、本発明の第３の実施の形態のプラズマ成膜装置について説明する。図１２は、第３の実施の形態における下部電極５上の凸状部の配置を示す説明図である。ここでは、第１の実施の形態との相違点について説明する。
【００６０】
＜凸状部＞
本実施の形態では、凸状部を構成する板状部材としての補助プレート９３は、矩形の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の外側に部分的に配置されている。上部電極３には、高周波電源７から高周波電力が供給される。図１２では、上部電極３において給電線７１が接続される給電部に対応する下部電極５の位置を矢印Ｐ１で示す（以下、給電位置Ｐ１と表記する）。給電位置Ｐ１は、上部電極３において、矩形の長辺をなす側部に設けられている。本実施の形態では、凸状部を構成する板状部材としての補助プレート９３は、上部電極３における給電位置Ｐ１を考慮して、下部電極５の長辺５ａの中央付近の非載置領域Ｒ２にのみ配置されている。すなわち、補助プレート９３は、非載置領域Ｒ２において、給電位置Ｐ１と同じ側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の周囲Ｅ３、及び、給電位置Ｐ１とは反対側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の周囲Ｅ４にそれぞれ設けられている。
【００６１】
図１２に示したように、上部電極３における給電位置Ｐ１が、下部電極５の長辺５ａの中央に対向して設けられている場合、平行平板電極間での電界分布に偏りが生じ、給電位置Ｐ１に近い領域または給電位置Ｐ１の反対側の領域（つまり、基板Ｓの周縁部のうち、長辺における中央付近）で堆積レートが低下したり、微結晶シリコン膜の場合は結晶化度が低くなったりすることがある。そこで、本実施の形態のプラズマ成膜装置では、給電位置Ｐ１と同じ側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の外側、並びに、給電部Ｐ１とは反対側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の外側に、それぞれ補助プレート９３を配備した。補助プレート９３によって、基板Ｓの周縁部のうち、長辺における中央付近おけるガスの流れを、局所的に他の部位よりも大きくしたり、局所的にプラズマＰの拡大を促したりすることができるので、堆積レートの低下などの成膜不良を改善し、基板Ｓの面内における成膜処理の均一化を実現できる。
【００６２】
なお、補助プレート９３は、給電位置Ｐ１と同じ側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の周囲Ｅ３、又は、給電位置Ｐ１とは反対側の載置領域Ｒ１の長辺の中央部分の周囲Ｅ４のいずれか片方に設けてもよい。
【００６３】
本実施の形態のプラズマ成膜装置における他の構成及び効果は、第１の実施の形態のプラズマ成膜装置１００と同様であるので説明を省略する。
【００６４】
［第４の実施の形態］
次に、図１３を参照しながら、本発明の第４の実施の形態のプラズマ成膜装置について説明する。図１３は、第４の実施の形態における下部電極５の断面図である。ここでは、第１の実施の形態との相違点について説明する。
【００６５】
本実施の形態では、凸状部９５が、下部電極５と一体に設けられている。この場合、平板状の下部電極５に対して、例えば切削加工、研磨加工などの加工を行うことによって、凸状部９５を形成することができる。また、平板状の下部電極５に、例えば凸状部９５を溶射法によって形成することも可能である。この場合、凸状部９５は、例えばプラズマエロージョン耐性を有するセラミックス溶射膜によって形成することもできる。
【００６６】
なお、本実施の形態における凸状部９５は、第１の実施の形態と同様に、下部電極５の載置領域Ｒ１の全周に亘って設けてもよいし、第２の実施の形態のように、載置領域Ｒ１の角部の周囲Ｃ１〜Ｃ４や、第３の実施の形態のように、載置領域Ｒ１の長辺の中央部の周囲Ｅ３，Ｅ４に設けてもよい。また、凸状部９５の高さも、基板Ｓの厚みＴを基準にして同等に、又は、厚みＴよりも大きく、もしくは小さく設定できる。本実施の形態のプラズマ成膜装置における他の構成及び効果は、第１の実施の形態のプラズマ成膜装置１００と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
［実験例］
次に、図１４〜図１８を参照して、本発明の効果を確認した実験結果について説明する。第２の実施の形態のプラズマ成膜装置と同様の構成のプラズマ成膜装置を用い、基板Ｓ上にプラズマＣＶＤ法によって微結晶シリコン薄膜を形成する成膜実験を行った。
【００６８】
（実験例１）
この実験では、原料ガスとしてＳｉＨ４およびＨ２ガスを用い、ＳｉＨ４ガスの流量[ＳｉＨ４]と、Ｈ２ガスの流量[Ｈ２]との比[Ｒ]＝[Ｈ２]／[ＳｉＨ４]が５０以上になるような流量比で処理容器１内に導入した。成膜圧力は、１４００Ｐａとした。そして、高周波電源７から１１ＭＨｚの高周波電力を上部電極３に供給することによって、上部電極３と下部電極５との間でプラズマを生成させ、基板Ｓの表面に約１μｍの厚さの微結晶シリコン薄膜を成膜した。上部電極３は、長辺１５００ｍｍ×短辺１１６０ｍｍの大きさとし、ガラス基板のサイズを１４００×１０００×４．０ｍｍとした。上部電極３と下部電極５との間隔（ギャップ）は１５ｍｍとした。補助プレートとしては、図１４に示した補助プレート９１と同様のものを用いた。補助プレート９１Ａは長辺２１５ｍｍ×短辺４０ｍｍ、補助プレート９１Ｂは長辺１６５ｍｍ×短辺５０ｍｍの大きさとした。補助プレート９１Ａ，９１Ｂの高さは、いずれも４ｍｍであり、基板Ｓの厚みと同じものを用いた。また、補助プレート９１として、セラミックス製プレートとアルミニウム製プレートについてそれぞれ実験を行った。
【００６９】
実験例１における微結晶シリコン膜の堆積レートと結晶化度を、図１４に示すように基板Ｓ上の２１箇所のポイントで測定した。堆積レートの結果を図１５、結晶化度のデータを図１６に示した。なお、結晶化度は、ラマン分光光度計によって測定されたアモルファスシリコンピークＩａ（４８０ｃｍ−１）と微結晶シリコンピークＩｃ（５２０ｃｍ−１）の比Ｉｃ／Ｉａで表した。図１５より、セラミックス製の補助プレート９１及びアルミニウム製の補助プレート９１を設置することによって、基板Ｓのコーナー部（測定ポイントＡ０、Ｅ０、Ｕ０、Ｙ０）の堆積レートが顕著に改善した。一方、図１６より、基板Ｓのコーナー部（測定ポイントＡ０、Ｅ０、Ｕ０、Ｙ０）の結晶化度は低下する傾向を示した。
【００７０】
図１５と図１６から、基板Ｓのコーナー部では、堆積レートは増加したが、結晶化度は低下しており、相反する傾向を示した。一般に、ガスの供給流量が増加すると堆積レートが増加する反面、結晶化度が低下する傾向があり、高周波電力の供給が増加すると堆積レート、結晶化度ともに増加する傾向がある。従って、本実験例では、補助プレート９１による作用は、基板Ｓのコーナー部におけるガスの流れを改善する作用が支配的であり、その結果、コーナー部における堆積レートの改善及び結晶化度の低下が引き起こされたものと考えられる。なお、基板Ｓのコーナー部における結晶化度の低下は、高周波電源７から上部電極３へ供給する高周波電力を大きくすることによって補正可能である。
【００７１】
（実験例２）
この実験では、補助プレートとして、アルミニウム製の補助プレート９１を用い、高周波電源７から一般にプラズマが拡がりにくいとされる２７ＭＨｚの高周波電力を上部電極３に供給した以外は、実験例１と同様の条件で行った。堆積レートの測定結果を図１７、結晶化度の測定結果を図１８に示した。図１７より、アルミニウム製の補助プレート９１を設置することによって、基板Ｓのコーナー部（測定ポイントＡ０、Ｅ０、Ｕ０、Ｙ０）の堆積レートが顕著に改善した。また、図１８より、基板Ｓのコーナー部（測定ポイントＡ０、Ｅ０、Ｕ０、Ｙ０）の結晶化度についても顕著に改善した。
【００７２】
図１７と図１８から、基板Ｓのコーナー部では、堆積レート、結晶化度はともに改善される傾向を示した。本実験例では、補助プレート９１によって、基板Ｓのコーナー部におけるガスの流れ及びプラズマが拡がることにより高周波電力の供給が改善されたため、コーナー部における堆積レート及び結晶化度が改善されたものと考えられる。
【００７３】
以上の実験結果から、下部電極５に補助プレート９を配置することによって、基板Ｓの面内での成膜処理の速度（堆積レート及び結晶化の進行度）をコントロールできること、並びに、基板Ｓの面内で堆積レート及び結晶化度の均一性が改善されることが確認された。
【００７４】
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態のプラズマ成膜装置では、上部電極３に高周波電力を供給する構成としたが、一対の平行平板電極の下部電極５をカソード電極として高周波電力を印加してもよい。
【００７５】
また、プラズマ成膜装置は、一対の平行平板電極に対し、周波数が異なる複数の高周波電力を供給する構成でもよい。
【００７６】
また、上記実施の形態では、複数のプラズマ処理部１０を多段に積層したバッチ式の図１のプラズマ成膜装置１００を例に挙げたが、本発明は枚葉式のプラズマ成膜装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００７７】
１…処理容器、３…上部電極、５…下部電極、７…高周波電源、９…補助プレート、１０…プラズマ処理部、１１…天井部、１３…側壁部、１３ｂ…ガス導入部、１５…底壁部、１５ａ…排気口、２０…排気機構、２１…排気装置、２３…排気管、３１…ガス拡散空間、３３…ガス吐出孔、３５…ガス導入部、３７…対向面、４０…ガス供給装置、４１…ガス供給源、４３…配管、４５…バルブ、４７…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、６０…制御部、６１…コントローラ、６２…ユーザーインターフェース、６３…記憶部、７１…給電線、７３…整合器、１００…プラズマ成膜装置、Ｓ…基板、Ｐ…プラズマ
【図１】
2015005634.tif 000003
【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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