(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、
前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、
前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、
基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、
を有し、
前記一方及び他方のリッジ電極の対向する面間の距離をｄ１、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をａ０、
前記放電室のリッジ導波管の長さをｌ１、及び
前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλ、
と定義した場合に、前記ｄ１、前記ａ０、及び前記ｌ１がそれぞれ±２％の変動を許容する範囲で以下の式
ｄ１＝０．００４λ・・・（１）
ａ０＝０．７２λ・・・・（２）
ｌ１＝０．５２λ・・・・（３）
を満たす真空処理装置。
【請求項２】
比誘電率８．０から１０．０の間の材質からなり、半径が０．０８８λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、
前記変換器のリッジ導波管の長さｌ２が、±２％の変動を許容するよう以下の式
ｌ２＝０．３６λ
を満たし、
前記放電室の非リッジ部及び前記変換器の非リッジ部の高さｂ０が０．１３λ以上λ／６以下とされる請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項３】
比誘電率８．６の材質からなり、半径が０．０８８λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、
前記変換器のリッジ導波管の長さｌ２が、±２％の変動を許容するよう以下の式
ｌ２＝０．３６λ
を満たし、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の高さｂ０が０．１３λ以上λ／３以下とされ、且つ、
前記リッジ電極及びリッジ部の横幅ｒ０と、前記放電室及び変換器の前記非リッジ部の横幅ｎ０との比ｒ０／ｎ０が３．４以上８．８以下である請求項１に記載の真空処理装置。
【請求項４】
平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、
前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、
前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、
基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、
を有する真空処理装置の設計方法であって、
前記一方及び他方のリッジ電極の対向する面間の距離をｄ１、
前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をａ０、
前記放電室のリッジ導波管の長さをｌ１、及び
前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλ、
と定義し、
前記ｄ１、前記ａ０、及び前記ｌ１を、それぞれ±２％の変動を許容する範囲で以下の式
ｄ１＝０．００４λ・・・（１）
ａ０＝０．７２λ・・・・（２）
ｌ１＝０．５２λ・・・・（３）
を満たすよう設定する真空処理装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、薄膜太陽電池の生産性を向上させるためには、高品質なシリコン薄膜を、高速に、かつ、大面積で製膜することが重要である。このような高速かつ大面積な製膜を行う方法としては、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法による製膜方法が知られている。
【０００３】
プラズマＣＶＤ法による製膜を行うためには、プラズマを発生させるプラズマ生成装置（真空処理装置）が必要である。効率良くプラズマを発生させるプラズマ生成装置として、例えば特許文献１に開示されているリッジ導波管を利用したプラズマ生成装置が知られている。この種のプラズマ生成装置は、特許文献１の図１０に示されるように、高周波電力（ＲＦ電力）を強い電界に変換させる左右一対の変換器（分配室）と、これらの変換器の間に接続される放電室（プロセス室）とを備えて構成されている。
【０００４】
放電室の内部には、互いに対向する上下一対の平面状のリッジ電極が設けられており、この間にプラズマが発生する。したがって、ガラス基板等に製膜処理を施す場合には、このようなリッジ電極の間に基板を設置して製膜処理を施すことが考えられる。具体的には、上下のリッジ電極が水平になるように装置全体を設置し、上下の電極の間に基板を搬入して、この基板を下側のリッジ電極の上面に載置する。そして、放電室の内部を真空状態に近づけると同時に、製膜材料となるガスを供給し、リッジ電極の間にプラズマを発生させると、基板表面に膜が形成される。
上述した従来のリッジ導波管を利用したプラズマ生成装置では、リッジ導波管に対して、横方向からマイクロ波電力を供給する構造になっている。高周波電源からリッジ電極へ電力を供給する際に、高い高周波電力を用いるとことで基板表面に形成される膜の膜質を向上できるとともに、製膜速度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表平４−５０４６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波電源からリッジ電極へ電力を供給する際に、３０ＭＨｚを超える高い高周波を用いると、定在波の影響でプラズマ分布が不均一になり、一辺が１ｍを超える大面積の基板への製膜には課題がある。上記課題を解決するための方法の１つとして、位相変調方式によりプラズマを制御することで、プラズマを時間平均として均一化する手法があるが、更なる製膜速度の向上と膜分布の均一化が求められている。
【０００７】
一方、リッジ導波管を用いたプラズマ生成装置では、マイクロ波の伝送経路が膜形成の対象とされている。特許文献１では電界発生にリッジ導波管を利用したものの、リッジ導波管に沿った長手方向へマイクロ波分配室が必要であり、電界の均一化が困難である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電界分布及びプラズマ分布をより均一化させ、大面積の基板にも安定した製膜処理が行える真空処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、前記基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段とを有し、前記一方及び他方のリッジ電極の対向間隔をｄ１、前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をａ０、前記放電室のリッジ導波管の長さをｌ１、及び前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλと定義した場合に、前記ｄ１、前記ａ０、及び前記ｌ１がそれぞれ±２％の変動を許容する範囲で前記λとの一次関数式の関係を満たす真空処理装置を提供する。
【００１０】
従来、リッジ導波管を用いた製膜などの真空処理装置において、リッジ電極の対向間隔や導波管サイズを、波長（周波数）で論じたものがなかった。
放電室のリッジ電極間のみで強い電界のもとプラズマを生成させることが好ましく、かつ非リッジ部や変換器内の空間では強い電界が発生しないことが求められる。
本願発明者らは、鋭意研究の結果、プラズマ生成のための高周波の周波数に対してリッジ電極間隔ｄ１のサイズを、高周波の真空中波長：λの関数として規定することが有効であることを見出し、このλの関数で選定することにより、リッジ電極のプラズマ生成領域でプラズマを生成可能な強度の電界が得られる基本的な寸法を算出することが容易になることを見出した。上記発明によれば、リッジ電極間隔ｄ１を簡易に設定することができる。これにより、リッジ型電極のプラズマ生成領域でプラズマを生成可能な強度の電界が得られるような電極寸法（リッジ導波管の横幅ａ０、及びリッジ導波管の長さをｌ１）の算出が容易になる。このように設計されたリッジ電極を備えることで、１ｍ２以上、更には２ｍ２以上の大面積基板であっても均質性の高い膜を製膜することが可能な真空処理装置となる。
【００１１】
上記発明の参考態様において、前記ｄ１は、±２％の変動を許容する範囲で以下の式
ｄ１＝ｘλ
を満たし、前記ｘが０．００３以上０．０１以下の数値であることが好ましく、０．００４であることが更に好ましい。
【００１２】
上記発明の一態様において、前記ｄ１と、前記ａ０と、前記ｌ１とが、±２％の変動を許容する範囲で以下の式
ｄ１＝０．００４λ・・・（１）
ａ０＝０．７２λ・・・・（２）
ｌ１＝０．５２λ・・・・（３）
を満たすことが好ましい。
【００１３】
上記発明の一態様において、比誘電率８．０から１０．０間の材質からなり、半径が０．０８８λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、前記変換器のリッジ導波管の長さｌ２が、±２％の変動を許容するよう以下の式
ｌ２＝０．３６λ
を満たし、前記放電室の非リッジ部及び前記変換器の非リッジ部の高さｂ０が０．１３λ以上λ／６以下とされることが好ましい。
【００１４】
上記発明の一態様によれば、変換器に比誘電率が８．０から１０．０間であり半径が０．０８８λの誘電体を挿入することで、変換器の長さｌ２を短くすることができる。また、非リッジ部の高さｂ０を上記範囲とすることにより、電界強度分布を±５％以下に抑えることができ、均一性の高い製膜処理が可能な真空処理装置となる。
【００１５】
上記発明の一態様において、比誘電率８．６の材質からなり、半径が０．０８８λの誘電体が前記変換器の内部空間に挿入され、前記変換器のリッジ導波管の長さｌ２が、±２％の変動を許容するよう以下の式
ｌ２＝０．３６λ
を満たし、前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の高さｂ０が０．１３λ以上λ／３以下とされ、且つ、前記放電室及び変換器のリッジ部の横幅ｒ０と、前記放電室及び変換器の前記非リッジ部の横幅ｎ０との比ｒ０／ｎ０が３．４以上８．８以下であっても良い。
【００１６】
上記発明の一態様によれば、変換器に比誘電率が８．６であり半径が０．０８８λの誘電体を挿入することで、変換器の長さｌ２を短くすることができる。また、非リッジ部の高さｂ０を上記範囲とし、且つ、リッジ電極及びリッジ部の横幅ｒ０と非リッジ部の横幅ｎ０との比ｒ０／ｎ０を上記範囲とすることで、電界強度分布を±５％以下に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明は、平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極及び前記リッジ電極に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなる放電室と、前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部及び前記リッジ部に接続される非リッジ部を有するリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、前記基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、を有する真空処理装置の設計方法であって、前記一方及び他方のリッジ電極の対向する面間の距離をｄ１、前記放電室のリッジ導波管及び前記変換器のリッジ導波管の横幅をａ０、前記放電室のリッジ導波管の長さをｌ１、前記高周波電源から供給される高周波電力の真空中波長をλ、と定義し、前記ｄ１、前記ａ０、及び前記ｌ１を、それぞれ±２％の変動を許容する範囲で前記λとの一次関数式の関係、すなわち以下の式
ｄ１＝０．００４λ・・・（１）
ａ０＝０．７２λ・・・・（２）
ｌ１＝０．５２λ・・・・（３）
を満たすよう設定する真空処理装置の設計方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、リッジ電極間隔ｄ１、リッジ導波管の横幅ａ０、及びリッジ導波管の長さｌ１、リッジ導波管の高さｂ０を放電室に供給される高周波電力の真空中の波長λの関数として規定することで１ｍ２以上、更には２ｍ２以上の大面積基板であっても均質性の高い膜を製膜することが可能な真空処理装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るダブルリッジ型の製膜装置の概略構成を説明する模式的な斜視図である。
【図２】図１に示した製膜装置の放電室付近における、より詳細な概略構成を説明する模式的な分解斜視図である。
【図３】図２のIII-III矢視断面により、本発明の第１実施形態に係る製膜装置を示す縦断面図である。
【図４】ｌ１／λと反射損失との関係を示す図である。
【図５】放電室におけるＨ軸上の電界強度分布を示す図である。
【図６】ＨＬ平面上での電界強度分布を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るダブルリッジ型の製膜装置の概略構成を説明する模式的な斜視図である。
【図８】電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照して説明する。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Ｓに対して、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン等の結晶質シリコン、窒化シリコン等からなる膜の製膜処理をプラズマＣＶＤ法によって行うことが可能な、ダブルリッジ型の製膜装置（真空処理装置）に適用した場合について説明する。
【００２１】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態における製膜装置１の概略構成を説明する模式的な斜視図である。図２は、特に製膜装置１の放電室付近における、より詳細かつ模式的な分解斜視図である。図３は、図２のIII-III矢視断面により、本発明の第１実施形態に係る製膜装置を示す縦断面図である。
【００２２】
本実施形態では、放電室が延びる方向をＬ方向（図１における左右方向）とする。また、リッジ電極の面に直交してプラズマ放電時に電気力線が延びる方向をＥ方向（図１における上下方向）とする。また、一対のリッジ電極に沿い、かつＥ方向と直交する方向をＨ方向（図１における紙面に対して直交する方向）とする。
【００２３】
図１、図２および図３において、製膜装置１は図示しない真空容器に収納されるものである。図示しない真空容器は圧力差に耐え得る構造とされている。例えば、ステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ材）や、一般構造用圧延材（ＪＩＳ規格におけるＳＳ材）などから形成され、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
【００２４】
製造装置１は、放電室（プロセス室）２、一対の変換器３Ａ，３Ｂ、同軸ケーブルもしくは同軸管４Ａ，４Ｂ、高周波電源５Ａ，５Ｂ、整合器６Ａ，６Ｂ、サーキュレータ７Ａ，７Ｂ、排気手段９および母ガス供給手段１０を主な構成要素として備えている。
【００２５】
放電室２は、導電性を有し、且つ、非磁性または弱磁性を有する材料から形成された容器状の部品である。放電室２を形成する材料としては、アルミニウムやアルミニウム合金系金属材料や、ＳＵＳ３０４などのステンレス系金属材料等が挙げられる。放電室２は、内部が０．０１Ｐａから１０ｋＰａ程度の真空状態とされた場合に、その内外の圧力差に耐え得る構造とされている。
【００２６】
放電室２は、リッジ電極及びリッジ電極に接続される非リッジ部を有し、所謂ダブルリッジ型のリッジ導波管状（以降ダブルリッジ導波管と称す）に形成されたものである。リッジ電極は、排気側リッジ電極２１ａ（一方のリッジ電極）と、基板側リッジ電極２１ｂ（他方のリッジ電極）とから構成された上下一対の放電用の電極である。リッジ電極２１ａ，２１ｂは、ダブルリッジ導波管である放電室２における主要部分となるリッジ形状を構成するものであり、互いに平行に対向配置された平板状の部分である。リッジ電極２１ａ，２１ｂの材質としては、具体的にはＳＵＳ３０４等が好適であるが、線膨張率が大きい反面、熱伝達率が格段に大きいアルミニウム系金属を用いてもよい。リッジ電極２１ａ，２１ｂには、複数の貫通孔が設けられていると良い。
【００２７】
リッジ電極２１ａ，２１ｂの板厚ｔは０．５ｍｍ以上で３ｍｍ以下が好ましい。０．５ｍｍ以下では素材の表面残留応力のために排気側リッジ電極２１ａおよび基板側リッジ電極２１ｂの平面度を維持することが難しくなる、また通過する熱流束と板厚の積で表裏温度差が生じるので、熱伝達率λが大きいアルミニウムやアルミニウム合金においても、一辺が１ｍを越える大型の電極サイズでは、３ｍｍ以上では略１ｍｍ以上の凸変形に至る表裏温度差が生じ易くなる。さらには、板厚tは薄いながらも構造的な取扱強度を確保するためには、１ｍｍ以上で２ｍｍ以下が更に好ましい。
【００２８】
図２に示すように、一方の排気側リッジ電極２１ａから他方の基板側リッジ電極２１ｂまでの距離がリッジ電極間隔ｄ１（ｍｍ）と定められる真空中の高周波の波長を用いた一次式で表す。すなわち、式ｄ１＝ｘλを満たし、±２％の変動を許容する。ｘは０．００３以上０．０１以下の数値とされる。
本実施形態ではこのリッジ電極間隔ｄ１は、式ｄ１＝０．００４λを満たす値に設定され、±２％の変動を許容する。λは、高周波電源５Ａ，５Ｂから変換器３Ａ，３Ｂへと供給される高周波電力の真空中の波長である。
【００２９】
リッジ電極は、Ｅ方向に電界が発生する構成である。このことから、リッジ電極間隔ｄ１に印加するプラズマ生成のための高周波電力の周波数が高くなると、電子が高周波電界により揺さ振られる振幅が小さくなるため、プラズマ内に電子が補足され易くなり、高電子密度が得られる。電子密度が高いほど電離レートや解離レートも高くなるため、周波数が高いと狭いプラズマ空間でも製膜に必要な反応種が得られるということになる。これにより、周波数が高いほど、つまり、供給される高周波電力の真空中での波長λが短いほどリッジ電極間隔ｄ１を狭くすることが可能であり、ｄ１をλの関数で規定可能とすることで、製膜に影響するプラズマ発生状態を表記できるものとした。
【００３０】
高周波電力の周波数は、プラズマの均一性があるとともにプラズマによる材料ガス分解が十分にえられ高品質な製膜を得られるよう、３０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚを対象とし、その時の真空中の波長λは１０００ｍｍ〜６００ｍｍとなる。ここで、リッジ電極間距離ｄ１は一辺が１ｍを越える大面積な基板Ｓを対応可能なことから、リッジ電極が保有する実質的な強度や工作精度から、リッジ電極間距離ｄ１は最小でも約２ｍｍ以上を確保することを考慮する必要がある。このとき、高周波電力の周波数を最大の５００ＭＨｚを考えると、リッジ電極間隔ｄ１の式の係数は、（ｄ１：２ｍｍ）／（λ：６００ｍｍ）≒０．００３となる。
【００３１】
一方、リッジ電極間距離ｄ１が広くなると、リッジ電極間の電界強度が低下して製膜速度が低下することから、リッジ電極間距離ｄ１は最大でも１００ｍｍ以下とするひつようがある。このとき、高周波電力の周波数を最小の３０ＭＨｚを考えると、リッジ電極間隔ｄ１の式の係数は、（ｄ１：１００ｍｍ）／（λ：１００００ｍｍ）＝０．０１となる。
【００３２】
一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂの両側には、一対の非リッジ部２２ａ，２２ｂが接続されている。上下のリッジ電極２１ａ，２１ｂと、左右の非リッジ部２２ａ，２２ｂによって、放電室２のダブルリッジ導波管の縦断面形状は略「Ｈ」字形状に形成されている。
【００３３】
高次モードでの高周波伝播を防ぐため、導波管の横幅ａ０は高周波電源周波数の真空中波長：λに対してλより短く、導波管の高さはλ／２より低くする。
【００３４】
リッジ電極間隔ｄ１をλの関数で規定しているため、リッジ導波管の横幅および高さに対する高周波伝播上の条件範囲内において、高周波電力の反射波損失や電界強度分布が所定の値内に収まるように考慮され、投入高周波電力の大きさに合せた最適な導波管サイズが選定可能となる。
ダブルリッジ導波管において、図１のＨ方向を向く、一方の非リッジ部２２ａの端から他方の非リッジ部２２ｂまでの距離が、ダブルリッジ導波管の横幅ａ０と定められる。また、ダブルリッジ導波管において、導波管の軸方向（図１のＬ方向）に沿った長さを、ダブルリッジ導波管の長さｌ１と定められる。ダブルリッジ導波管の横幅ａ０は、ａ０＝０．７２λを満たすよう設定される。ａ０とｌ１は、ダブルリッジ電極のサイズに影響し、電界を発生させてプラズマ生成する高周波電力の周波数が主に影響することから、λの一次関数として表すことが可能となる。ダブルリッジ導波管の長さｌ１は、ｌ１＝０．５２λを満たすよう設定される。横幅ａ０及び長さｌ１は、それぞれ±２％の変動を許容する。
【００３５】
上記ｄ１、ａ０、及びｌ１の係数は、リッジ電極間距離をプラズマ生成可能かつ装置構造上成立し得る長さとなるような範囲として、高周波電源周波数に対する反射損失が−２０ｄＢ未満となるように、電磁界シミュレーションにより各寸法を調整して決定した。
【００３６】
図４に、ｌ１／λと反射損失との関係を示す。同図において、横軸がｌ１／λ、縦軸が反射損失である。図４によれば、ｌ１／λの値が０．５２である場合に反射損失は−３０ｄＢ程度となるが、同値の±２．５％の場合では、反射損失は−２０ｄＢを超える。そのため、各寸法は概ね±２％程度であれば変動しても反射損失や電界強度分布に大きな影響はないとした。
【００３７】
なお、導波管の断面形状はダブルリッジ型でもシングルリッジ型でも良い。
【００３８】
一対の変換器３Ａ，３Ｂは、放電室２の両端にそれぞれ隣接して配置されている。変換器３Ａ，３Ｂは、放電室２と同様に、アルミニウム合金材料等の導電性を有し、且つ、非磁性または弱磁性を有する材料から形成された容器状の部品である。変換器３Ａ，３Ｂは、放電室２と同じくダブルリッジ導波管状に形成されている。変換器３Ａ，３Ｂは、内部が０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態とされた場合に、その内外の圧力差に耐え得る構造とされている。
【００３９】
変換器３Ａ，３Ｂには、図１に示すように、それぞれ上下一対の平板状のリッジ部３１ａ，３１ｂが設けられている。リッジ部３１ａ，３１ｂは、ダブルリッジ導波管である変換器３Ａ，３Ｂにおけるリッジ形状を構成するものであり、互いに平行に対向して配置されている。これら一対のリッジ部３１ａ，３１ｂの両側に、一対の非リッジ部３２ａ，３２ｂが接続されている。
【００４０】
変換器３Ａ，３Ｂのダブルリッジ導波管において、図１のＨ方向を向く、一方の非リッジ部３２ａの端から他方の非リッジ部３２ｂまでの距離が、ダブルリッジ導波管の横幅ａ０と定められる。変換器３Ａ，３Ｂのダブルリッジ導波管の横幅ａ０は、ａ０＝０．７２λを満たすよう設定され、且つ、±２％の変動を許容する。
【００４１】
変換器３Ａ，３Ｂにおける一方のリッジ部３１ａから他方のリッジ部３１ｂまでの距離がリッジ対向間隔ｄ２（ｍｍ）と定められる（図１参照）。
リッジ対向間隔ｄ２は、高周波電源５Ａ，５Ｂの周波数、基板Ｓの大きさやプラズマ製膜処理の種類等に応じて適宜設定されている。リッジ対向間隔ｄ２は、放電室２におけるリッジ電極２１ａ，２１ｂ間のリッジ電極間隔ｄ１よりも広く設定されている。よって、リッジ部３１ａ，３１ｂとリッジ電極２１ａ，２１ｂとの境界部に数〜数百ミリのリッジ段差Ｄ（図１参照）が存在している。
【００４２】
高周波電源５Ａ，５Ｂは、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上、好ましくは３０ＭＨｚから５００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯）である。周波数が１３．５６ＭＨｚより低いと、ダブルリッジ導波管（リッジ電極２１と非リッジ部２２）のサイズが大型化するために装置設置スペースが増加する。周波数が５００ＭＨｚより高いと放電室（プロセス室）２が延びる方向（Ｌ方向）に生じる定在波の影響が増大する。なお、高周波電源５Ａ，５Ｂとしては、公知のものを用いることができ、本発明において特に限定されるものではない。
【００４３】
高周波電源５Ａ，５Ｂは、同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂを介して変換器３Ａ，３Ｂに接続されている。同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂは、それぞれ、高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力を変換器３Ａ，３Ｂに導くものである。同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂと変換器３Ａ，３Ｂの接続構造は、公知の同軸‐導波管変換器の構造を用いることができ、本発明において特に限定されるものではない。
【００４４】
同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂの中間部には、変換器３Ａ，３Ｂ側から順に整合器６Ａ，６Ｂおよびサーキュレータ７Ａ，７Ｂが接続されている。サーキュレータ７Ａ，７Ｂは、それぞれ高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力を放電室（プロセス室）２に導くとともに、高周波電源５Ａ，５Ｂに対して進行方向が違う高周波電力が入力されることを防止するものである。整合器６Ａ，６Ｂは、高周波電力を伝送する系統におけるインピーダンス等の値を調節することができる。
【００４５】
排気手段９は、真空容器の内部や、放電室（プロセス室）２、変換器３Ａおよび変換器３Ｂの内部から気体を排気できるよう図示しない真空容器に接続されている。排気手段９は、本発明において特に限定されることはなく、たとえば公知の真空ポンプ、圧力調整弁と真空排気配管等を用いることができる。
【００４６】
母ガス供給手段１０は、例えばＳｉＨ４ガス等の基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを、リッジ電極２１ａ，２１ｂ間に供給できるよう放電室２に接続されている。
【００４７】
図２、図３に示すように、基板側リッジ電極２１ｂの下方（−Ｅ方向）には均熱温調器１１が設けられている。この均熱温調器１１の上面１１ａは平坦で、基板側リッジ電極２１ｂに平行しており、基板側リッジ電極２１ｂの下面に対して数ｍｍから数十ｍｍ程度の間隔が空いている。均熱温調器１１には熱媒体流通路１１ｂが接続されている。そして、この均熱温調器１１の上面１１ａに、プラズマ製膜処理が施される基板Ｓが載置される。つまり、基板Ｓは放電室２の外部に配置され、均熱温調器１１によって均等に加熱される。基板Ｓとしては透光性ガラス基板を例示することができる。例えば、太陽電池パネルに用いられるものでは、縦横の大きさが１．４ｍ×１．１ｍ、厚さが３．０ｍｍから４．５ｍｍのものが挙げられる。
【００４８】
次に、製膜装置１を用いたプラズマ処理方法について説明する。
まず、排気手段９により放電室２、変換器３Ａ，３Ｂの内部から空気が排出され、基板Ｓが均熱温調器１１の上に載置される。なお、図２および図３では、基板Ｓはプラズマ発生領域とのガス通過が可能としたリッジ電極の外側に設置してあるが、リッジ電極間に設置してもよい。
【００４９】
次に、高周波電源５Ａ，５Ｂからの高周波電力が、放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに供給されるとともに、母ガス供給手段１０からリッジ電極２１ａ，２１ｂ間に、例えばＳｉＨ４ガス等の母ガスが供給される。この時、排気手段９の排気量が制御されて、放電室２等の内部、即ちリッジ電極２１ａ，２１ｂの間の圧力が０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態に保たれる。具体的には、複数の貫通孔を設けた一対のリッジ電極の間にはＳｉＨ４等の母ガスが供給されるとともに、製膜に寄与しなかったガスは真空排気される。
【００５０】
高周波電力の周波数は、１３．５６ＭＨｚ以上、好ましくは３０ＭＨｚから５００ＭＨｚとされる。サーキュレータ７Ａ，７Ｂおよび整合器６Ａ，６Ｂおよび同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂを経て変換器３Ａ，３Ｂに伝送される。整合器６Ａ，６Ｂでは高周波電力を伝送する系統におけるインピーダンス等の値が調節される。そして、変換器３Ａ，３Ｂにおいて高周波電力の伝送モードが同軸伝送モードであるＴＥＭモードから方形導波管の基本伝送モードであるＴＥ１０モードに変換される。
【００５１】
変換された高周波電力は、変換器３Ａ，３Ｂから放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに伝送され、リッジ電極２１ａ，２１ｂ間に強い電界を発生させる。リッジ電極２１ａ，２１ｂの間には母ガス供給手段により母ガスが導入され、プラズマが生成される。このとき、母ガスの材料ガスが分解または活性化して製膜種が生成される。生成された製膜種のうち基板Ｓに向かって拡散で移動したものにより、基板Ｓに膜が形成され、製膜処理が施される。
【００５２】
導波管の特性により、一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂの間ではリッジ電極に沿う方向（Ｈ方向）の電界強度分布がほぼ均一になる。図５に、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂから高周波電力を同位相供給した場合をシミュレーションして得た放電室２のＬ方向中央におけるＨ軸上の電界強度分布を示す。同図において、横軸がＨ軸上における規格化した長さ、縦軸が電界強度である。プラズマ生成領域のＨ軸上における最大電界強度をＥｍａｘ、最小電界強度をＥｍｉｎとすると、電界強度分布率は（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／（Ｅｍａｘ＋Ｅｍｉｎ）と表すことができる。図５においては、電界強度分布率は約５％の状態を示している。
【００５３】
従来、リッジ導波管を用いた製膜の観点について、導波管サイズ及び波長（周波数）を論じたものがなかった。
製膜装置１を用いたプラズマ処理において、放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂ間のみでプラズマを生成させることが好ましい。そのためには、リッジ電極２１ａ，２１ｂ間の領域で放電可能な強度以上の強い電界、つまり放電開始電圧に相当する電界強度以上の電界が発生し、かつ非リッジ部や変換器内の空間では強い電界が発生しないことが求められる。
【００５４】
本願発明者らは、鋭意研究の結果、リッジ型導波管を用いて上記のような電界強度となるリッジ型電極を設計するには、最初にリッジ電極間隔ｄ１をリッジ電極に供給する高周波電力の真空中波長：λの関数として規定することが有効であることを見出した。
【００５５】
本実施形態では、ダブルリッジ導波管を用いることにより、この一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂの間ではプラズマを生成可能な程度の強い電界強度を得ることができる。
【００５６】
放電室２には、高周波電源５Ａから供給された高周波電力と、高周波電源５Ｂから供給された高周波電力により、定在波が形成される。このとき、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂから供給される高周波電力の位相が固定されていると、定在波の位置（位相）が固定され、一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂにおける放電室２が延びる方向であるＬ方向の電界強度の分布に偏りが生じる。例として、適切なサイズの導波管及び放電室において、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂから高周波電力を同位相供給した場合をシミュレーションして得たＨＬ平面上での電界強度分布を図６に示す。
図６のような電界強度の分布の偏りをなくすため、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂの少なくとも一方から供給される高周波電力の位相を時間に対して調節する位相変調を行うことにより、放電室２に形成される定在波の位置の調節が行われる。これにより、一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂにおけるＬ方向の電界強度の分布が時間平均的に均一化される。
【００５７】
具体的には、定在波の位置が、時間の経過に伴いＬ方向に、Ｓｉｎ波状や、三角波状や、階段（ステップ）状に移動するように高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂから供給される高周波電力の位相が調節される。定在波が移動する範囲や、定在波を移動させる方式（Ｓｉｎ波状、三角波状、階段状等）や、位相調整の周期の適正化は、電力の分布や、プラズマからの発光の分布や、プラズマ密度の分布や、製膜された膜に係る特性の分布等に基づいて行われる。膜に係る特性としては、膜厚や、膜質や、太陽電池等の半導体としての特性などを挙げることができる。そして、リッジ部を形成したリッジ導波管の特性と、高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力の位相変調により、基板Ｓに対してＨ方向とＬ方向のいずれの方向にも均一なプラズマを広い範囲に生成することができ、大面積基板へ製膜するにあたり、高品質な膜を均一に製膜することができる。
【００５８】
〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態における製膜装置１００の概略構成を説明する模式的な斜視図である。第１実施形態と共通する構成については、同じ参照番号を使用し、その説明は省略する。
【００５９】
本実施形態に係る製膜装置１００は、変換器３Ａ，３Ｂに誘電体５１Ａ，５１Ｂが挿入されている。誘電体５１Ａ，５１Ｂは、比誘電率が８．０〜１０．０であり、この材質としては、窒化アルミニウム、アルミナなどが挙げられる。本実施形態では誘電体５１Ａ，５１Ｂは円筒状としているが、これに限定するものではなく、例えば直方体でも良い。誘電体５１Ａ，５１Ｂは例えば変換器３Ａ，３Ｂの内部空間に位置する同軸ケーブル（同軸管）４Ａ，４Ｂおよびリッジ部３１ａ，３１ｂに密着して固定される。本実施形態では、誘電体５１Ａ，５１Ｂの比誘電率が８．６の材質からなり、半径が０．０８８λとされ、この場合、変換器３Ａ，３Ｂの長さｌ２はｌ２＝０．３６λを満たし、±２％の変動を許容する。リッジ電極間隔ｄ１、ダブルリッジ導波管の横幅ａ０、及びダブルリッジ導波管の長さｌ１は、第１実施形態と同様とする。
【００６０】
放電室２及び変換器３Ａ，３Ｂにおけるダブルリッジ導波管の非リッジ部２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂの高さはｂ０と定められる。ｂ０は、０．１３λ以上λ／６以下、または、０．１３λ以上λ／３以下とされる。ｂ０が０．１３λ以上λ／３以下である場合、比ｒ０／ｎ０が３．４以上８．８以下とされる。ここで、ｒ０はリッジ電極２１ａ，２１ｂ及びリッジ部３１ａ，３１ｂの横幅であり、ｎ０は放電室２及び変換器３Ａ，３Ｂの非リッジ部２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂの横幅である。
後述の表１に示すように、高周波電力の周波数として１００ＭＨｚを選定する場合、ｒ０は１３６０ｍｍ〜１７６０ｍｍとなり、ｎ０は４００ｍｍ〜２００ｍｍとなり、比ｒ０／ｎ０が３．４〜８．８となる。
【００６１】
非リッジ部２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂの高さｂ０、リッジ対向間隔ｄ２、比ｒ０／ｎ０に対する電界強度分布をシミュレーションにより算出した。非リッジ部の高さｂ０は、０．１３λからλ／３の間とした。比ｒ０／ｎ０は、８．８、１１．５、または１６とした。他の条件のｄ１、ａ０、ｌ１、ｌ２などは、上記実施形態の範囲に従って一定とした。
図８〜図１１にシミュレーション結果を示す。同図において、横軸がｄ２／λ、縦軸が電界強度分布率である。図８〜図１１は、ｂ０をぞれぞれ０．１３λ、λ／６、０．２３λ、またはλ／３とした場合のグラフである。
【００６２】
図８および図９を参照すると、ｂ０が０．１３λ以上λ／６以下であった場合、比ｒ０／ｎ０およびｄ２／λの値によらず、電界強度分布率が±５％以内となった。図１０及び図１１を参照すると、比ｒ０／ｎ０が１１．５または１６であった場合、ｄ２／λの値によっては電界強度分布率が±５％を超えたが、比ｒ０／ｎ０が８．８ではｄ２／λの値によらず電界強度分布率がほぼ±５％以内となった。
【００６３】
表１に、高周波電源周波数を３０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ（真空中の波長λが１０ｍ〜０．６ｍ）とした場合に選定できるリッジ型製膜装置の寸法を示す。
【表１】
0005822658.tif 000002
【符号の説明】
【００６４】
１  製膜装置（真空処理装置）
２  放電室（プロセス室）
３Ａ，３Ｂ  変換器
４Ａ，４Ｂ  同軸ケーブル（同軸管）
５Ａ，５Ｂ  高周波電源
６Ａ，６Ｂ  整合器
７Ａ，７Ｂ  サーキュレータ
９  排気手段
１０  母ガス供給手段
１１  均熱温調器
２１ａ，２１ｂ  リッジ電極
２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ  非リッジ部
３１ａ，３１ｂ  リッジ部
５１Ａ，５１Ｂ  誘導体
【図１】
0005822658.tif 000003
【図２】
0005822658.tif 000004
【図３】
0005822658.tif 000005
【図４】
0005822658.tif 000006
【図５】
0005822658.tif 000007
【図６】
0005822658.tif 000008
【図７】
0005822658.tif 000009
【図８】
0005822658.tif 000010
【図９】
0005822658.tif 000011
【図１０】
0005822658.tif 000012
【図１１】
0005822658.tif 000013