(57)【要約】【課題】大面積成膜を行う大型のプラズマＣＶＤ装置においても、給電線の温度上昇を抑制し、かつ電極への接続が容易な、プラズマ処理装置の給電構造を提供する。【解決手段】真空容器２ａ内の基板８に対向して配置される高周波電極６及び接地電極７を備え、高周波電極６と接地電極７との間に、高周波電源３から給電線５を経た高周波給電によって電圧を印加するとともにガスを流すことによってプラズマを生成し、基板８の表面にプラズマ処理を行うようにしたプラズマ処理装置において、給電線５は、上流側の高周波電源３接続側の断面積を大きく、下流側の高周波電極６接続側の断面積を高周波電源３接続側の断面積よりも小さく形成している。【選択図】図１
2008019470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内の基板に対向して配置される高周波電極及び接地電極を備え、これら高周波電極と接地電極との間に高周波電源から給電線を経た高周波給電によって電圧を印加するとともにガスを流すことによってプラズマを生成し、前記基板の表面に製膜、エッチング等のプラズマ処理を行うようにしたプラズマ処理装置において、前記給電線は、上流側の前記高周波電源接続側の断面積を大きく、下流側の前記高周波電極接続側の断面積を前記高周波電源接続側の断面積よりも小さく形成したことを特徴とするプラズマ処理装置の給電構造。
【請求項２】
前記給電線は、前記高周波電源側に接続される給電フランジと、該給電フランジの下流側に接続される給電フランジ接続側給電線と、前記高周波電極に接続される電極接続側給電線と、前記給電フランジ接続側給電線及び電極接続側給電線を接続する主給電線とにより構成され、前記電極接続側給電線の表面積を前記主給電線の表面積と同等、または、大きく形成したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置の給電構造。
【請求項３】
前記給電線の上流側の前記真空容器に取付けられる給電フランジに、前記給電線を冷却する冷却水が通流する冷却水通水路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置の給電構造。
【請求項４】
前記給電線の下流側の前記高周波電極側端部に、ガイドピンを有する角形状フランジを設けて、前記高周波電極の背面側に設けた角溝部に埋め込むとともに、前記ガイドピンが挿入可能なガイドピン挿入孔を有するフランジと前記角形状フランジとで前記高周波電極を挟持して、前記高周波電極の正面側から前記給電線と前記電極を接続可能に構成したガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置の給電構造。
【請求項５】
複数の高周波電極及び複数の接地電極を設けたプラズマＣＶＤ装置において、前記給電線の前記ガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部を、前記複数の高周波電極の間の空間に配置したことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置の給電構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを利用して、基板の表面に薄膜堆積、エッチング等の処理を行うようにしたプラズマ処理装置における給電構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空容器内の基板に対向して配置される２つの電極の間に電圧を印加するとともにガスを流すことによってプラズマを生成し、このプラズマを利用して薄膜形成やエッチングを行うプラズマ処理技術は、従来から、多くの技術分野で適用されている。
かかるプラズマ処理技術の装置としては、例えば容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ装置もしくはエッチング装置が挙げられる。
この平行平板プラズマＣＶＤ装置もしくはエッチング装置においては、基板が配置される真空容器内に流すガスを、例えばＳｉＨ4に代表される製膜ガスとすれば、当該基板に薄膜が堆積され、また、例えばＣＦ4に代表されるエッチングガスとすれば、当該基板に対してエッチングが行われることになる。
ここでは、ＳｉＨ4を主体としたガスで基板上にＳｉ系薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法によって、薄膜太陽電池を製造する例を挙げることとする。
【０００３】
図５は、容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ方法によるプラズマ処理装置の模式図である。
図５において、プラズマ処理装置１の真空容器２の内部に形成された真空室２ａには、外部の高周波電源３から整合回路４及び給電線５を通して高周波電力が供給される高周波電極６と、基板８を挟んで当該高周波電極６と対向する位置に接地電極７とが配置されている。真空容器２と給電線５とは、電気的に絶縁されている。なお、接地電極７は必ずしも接地電位である必要はなく、目的に応じて直流、もしくは高周波電力の印加が可能な機構を有していても良い。
【０００４】
上記接地電極７の上部には基板８を設置する機構（図示省略）が設けられ、当該接地電極７内には基板８を加熱する加熱機構が内蔵されている。基板８の設置位置は真空室２ａ内の任意の場所、例えば高周波電極６上でも良い。また、接地電極７内の加熱機構の有無、もしくは加熱機構の設置場所も限定されるものではない。
上記給電線５と上記高周波電極６との接触位置は、通常、高周波電極６の中心にあり、また、これら高周波電極６と給電線５とは垂直に接触しており、高周波電極６側から見て給電線５は対称な配置となっている。
【０００５】
図６及び図７は、上記高周波電極と上記給電線との配置関係の他の例を示すプラズマ処理装置の模式図である。
図６に示されるプラズマＣＶＤ法によるプラズマ処理装置においては、給電線５と高周波電極６との接触部位が、図５の装置のような高周波電極６の中心部ではなく、高周波電極６の上部周縁部に配置されている。その他の構成は図５と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【０００６】
また、図７に示されるプラズマ処理装置においては、給電線５と高周波電極６との接触部位が高周波電極６の中心部に配置されているとともに（中心部から若干ずれることもある）、外部の高周波電源３が真空容器２の上部に配置され、高周波電源３から電力を導入する給電線５が真空容器２の上壁から真空室２ａ内に導入するように構成されている。従って、外部の高周波電源３側と高周波電極６とを繋ぐ給電線５は直線状でなくＬ字状の形状となり、高周波電極６側から見て非対称な配置となっている。
かかる構造は、例えば装置レイアウト等の問題で外部の高周波電源３からの電力導入形式が図５のような構成を取れない場合に採用されている。
その他の構成は図５と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【０００７】
図８に示されるプラズマ処理装置は、真空室２ａ内に複数の高周波電極及び接地電極を設置するように構成されている。
即ち図８において、真空室２ａ内には、２個の高周波電源３ａ，３ｂから給電線５ａ，５ｂを通して高周波電力が供給される高周波電極６ａ，６ｂと、該高周波電極６ａ，６ｂとそれぞれ対向する位置に接地電極７ａ，７ｂ（当該接地電極７ａ，７ｂに代えて、目的に応じて直流もしくは高周波電力の印加が可能な機構でも良い）とが設置されている。接地電極７ａ，７ｂの上方には基板８ａ，８ｂを設置する機構（図示省略）が設けられ、また、接地電極７ａ，７ｂ内には基板８ａ，８ｂを加熱するための加熱機構が設けられている。
かかるプラズマ処理装置においては、真空室２ａ内に、高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂの組が２組設置されており、各々の高周波電極６ａ，６ｂに対して配置された高周波電源３ａ，３ｂにより、それぞれ独立に電力を印加することが可能となっている。
このような構成を取ることにより、図５〜図７に示すような高周波電極６及び接地電極７が１組設けられるプラズマ処理装置に比べて、処理能力を２倍にすることができる。
図８のようなプラズマ処理装置を用いて、長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属材料からなる可撓性基板上に薄膜太陽電池を製造することにより、薄膜太陽電池の生産性を向上することが可能となる。その他の構成は図５と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【０００８】
次に、図５〜図８に示されるようなプラズマ処理装置を用いて基板に薄膜を形成する手順を図５の装置を例にとって説明する。
先ず、図示しない排気手段によって、真空室２ａ内を所要の真空度まで真空引きを行う。次いで、必要に応じ接地電極７３内のヒータによって基板８の加熱を行う。
真空引き直後においては、真空室２ａ内や基板８の表面等に水分等の不純物が吸着している場合が多く、これらの不純物が十分に脱ガスされない状態で薄膜形成を行うと、薄膜中に大量の不純物が含まれるため膜質の低下につながる。そこで、真空室２ａ内の脱ガスを促進する目的で、薄膜形成前にガス導入ラインからガスを導入し、圧力制御器と製膜ガス排気ラインによって真空室２ａ内を一定の圧力に保持したまま該真空室２ａ内の加熱(ベーキング)を行う。
上記ベーキング中に流すガスは、Ｈ2等の熱伝導性が比較的良好なガス、Ｈｅ，Ａｒ等の不活性ガス、あるいは製膜を行う際に流す製膜ガス等を採用している。また、ベーキング中の基板温度は、実際に製膜を行う時の基板温度よりも高めに設定する場合がある。これは、ベーキング中の基板温度を製膜時の基板温度よりも高めに設定することにより脱ガスを促進し、製膜時における脱ガス量を低減するためである。
上記脱ガス後、基板温度を製膜する際の基板温度に設定し、必要に応じて数種類の製膜ガスを所定の流量比で混合してなる混合ガスを真空室２ａ内に流して所要圧力に保持し、しかる後、高周波電極６に電圧を印加し、高周波電極６〜接地電極７間にプラズマを発生させて基板８上に薄膜形成を行う。種々の製膜条件で基板８上に多層膜を形成することにより、薄膜太陽電池等を作製することが可能となる。
【０００９】
図５〜図７に示される従来技術において、給電線５と高周波電極６との接続態様については、給電線５と高周波電極６との接続部位は、図５及び図７に示す例のように、高周波電極６の中心部である場合と、図６に示す例のように、給電線５と高周波電極６とが垂直に接続される場合とがある。図５に示す例の場合には、外部から真空室２ａ内に電力を供給する機構（前記高周波電源３と整合回路４を含む）が真空容器２に対して側部位置に配置されている。
一方、図６及び図７に示す例の場合は、外部から真空室２ａ内に電力を供給する機構が真空容器２に対して上部位置に配置されている。特に図７に示す例では、給電線５と高周波電極６との接続部位は、高周波電極６の中心部であるが、外部から真空室２ａ内に電力を供給する機構が真空容器２に対して上部位置に配置され、外部から真空室２ａ内に電力を供給する機構と高周波電極６とを互いに繋げる給電線５は、図５や図６の場合に比較すると長くなる。
【００１０】
図５〜図７に示す例のように、真空室２ａ内に１組の高周波電極６と接地電極７とを設置するものに対して、図８に示す例では複数の高周波電極６及び複数の接地電極７を設置している。
即ち、図８に示す例では、真空室２ａ内には、高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂが２組設置されており、各々の高周波電極６ａ，６ｂに対して配置された高周波電源３ａ，３ｂ及び整合回路４ａ，４ｂにより、それぞれ独立に電力を供給することが可能な構成とされている。
【００１１】
即ち、図８に示す例においては、給電線５ａ、５ｂが高周波電極６ａ，６ｂの中心部近傍で接続配置される場合には、給電線５ａ，５ｂの形状は、構成上の制約により、図５に示すような直線状の形状にすることができず、図７に示す例と同様にＬ字状の形状となされている。
然るに図８に示す例においては、給電線５ａ，５ｂの形状は、外部から真空室２ａ内に電力を供給する機構を設置する箇所、並びに、給電線５ａ，５ｂと高周波電極６ａ，６ｂとの接続位置で決まるが、高周波電力を用いる場合には、給電線５ａ，５ｂの長さや形状に応じたインダクタンス成分が存在し、整合回路４ａ，４ｂと給電線５ａ，５ｂとの接続点で過大な電圧が発生することから、給電線５ａ，５ｂをできるだけ広く短くして接続することが好ましい。
【００１２】
一方、上記給電線５（５ａ，５ｂ）の材質としては銀や銅等、抵抗率の低い金属が選択されることが多く、その形状は線状，板状，或いは円柱状のものが選択されることが多い。
図８に示す例のように、電源として高周波電力を用い、給電線５（５ａ，５ｂ）が長くなる場合、給電線５（５ａ，５ｂ）には高電圧が生じ、真空容器２内外で様々な影響が出ることになる。例えば給電線５（５ａ，５ｂ）が、プラズマが印加される反応室内に存在する場合には、給電線５（５ａ，５ｂ）の周囲も反応ガスで満たされており、給電線５（５ａ，５ｂ）と適当な距離だけ離れた部位に接地電位を有する反応室壁体（真空容器１の壁体）等があると、給電線５（５ａ，５ｂ）と反応室壁体との間で放電が生じやすくなり、パワーロスやプラズマが生じた領域近傍における薄膜の付着やエッチングが生じる等の不具合が発生することになる。また、整合回路４に高電圧が印加され、整合回路４内で絶縁破壊が生じやすくなるという不具合が発生することになる。
なお、この真空容器２ａ内の不要な放電対策としては、図９に示す例のように、シールド板１２を高周波電圧が印加される高周波電極６と給電線５との間に挿入し、シールド板１２の両端を接地電位部に接続させ、電磁気的な干渉を弱くすることで、良好なプラズマ処理を行うことが提案されている。
【００１３】
図１０は、図７に示されるプラズマ処理装置の給電構造を示す概略断面図である。
図１０において、板状、または円筒状の給電線５は、整合回路４の端子に接続され、絶縁シール材２１を介して真空容器２を貫通した後、真空室２ａ内に入り、高周波電極６の背面側に接続され、高周波給電が行われるようになっている。かかる構成においては、高周波電極６の背面側の給電線５の接続作業を行う為のサービスハッチ２２が必要となる。その他の構成は図７と同様で、図７と同一の部材は同一の符号で示されている。
【００１４】
また、特許文献１（特開平８−２９３４９１号公報）には、プラズマ処理装置を備えたステッピングロール方式による多列基板搬送製膜装置が提案されている。
かかるプラズマ処理装置において、真空容器の内部に形成した真空室内に並行して搬送される２列の基板の間には、それぞれ対向配置された電圧を印加する高周波電極及び接地電極が設けられており、真空容器の外部に設置された高周波電源からの高周波電流を給電線を通して前記高周波電極に通電して、成膜時に気密状態となる成膜室に電圧が印加され、基板の表面に薄膜を形成するためのプラズマが当該成膜室内に生成されるようになっている。
【特許文献１】特開平８−２９３４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
図８に示される従来技術のような、真空室２ａ内に、複数の高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂを設置したプラズマ処理装置（プラズマＣＶＤ装置）においては、高周波電極６ａ，６ｂに給電線５ａ，５ｂを通して高周波電力を供給する場合、電磁的な干渉が発生し易くなり、給電エネルギーを十分に高周波電極６ａ，６ｂへ供給できなくなるという問題を生じるおそれがあった。
かかる問題に対処する手段として、給電線５ａ，５ｂ（中心導体）の外周に、シールド体（外周導体）を設けた、同軸ケーブル等を使用することにより、電磁気的な干渉を低減して、良好なプラズマ処理を行う手段が知られている。
このような外周導体と中心導体との同軸ケーブルからなる給電線５ａ，５ｂにおいて、従来は、中心導体の形状を、糸状、角状、円筒状の形状とし、また外周導体の形状を、円管形状、角管形状としている。然るに前記給電線５ａ，５ｂは、インピーダンスマッチングを図る必要があることから、適切な導体サイズの選定及び適切な中心導体〜外周導体間距離を確保することにより、最適なインダクタンス、キャパシタンスとする必要がある。
【００１６】
一方、近年、大型基板上に薄膜を形成する大面積成膜技術が急速に進歩しており、生産性の向上を目的として、１ｍ級の基板上へ薄膜を形成する大面積成膜の研究もなされている。図８に示されるような、真空室２ａ内に複数の高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂを設置したプラズマＣＶＤ装置において、幅寸法が１ｍを超える基板８ａ，８ｂ上に薄膜を形成するためには、高周波電極６ａ，６ｂの幅寸法も１ｍ超に大型化することになる。
その結果、給電線５ａ，５ｂも長くなり、損失が大きくなる傾向にあるとともに、供給電力も数ｋＷ〜５ｋＷ程度までの電力投入が必要となる。
このため、給電線５ａ，５ｂは、シールド機能を有する外周導体の内部に、銀や銅からなる中心導体を通す構造とすることにより、シールド機能を持たせて電磁的な干渉を防止するとともに、同軸ケーブルとすることにより低損失な給電線が得られる。
【００１７】
一方、良好な膜質を有する薄膜を得るためには、高周波電極６の温度は２００℃超まで昇温せしめる必要がある。一方、前記給電線５は、前記図５、図７及び図８に示す例のように、高周波電極６の背面中心部近傍に、あるいは図６に示す例のように高周波電極６の端部にそれぞれ接続されている必要がある。
このため、かかる従来技術にあっては、高周波電極６からの熱伝導により給電線５が温度上昇により加熱状態となるという問題が発生する。
【００１８】
また、図８に示されるような、真空室２ａ内に、複数の高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂを設置したプラズマＣＶＤ装置においては、装置スペース節減の要求から、高周波電極６ａ，６ｂ間の距離を短くすることが必要な場合がある。
かかる場合において、高周波電極６ａ，６ｂ及び接地電極７ａ，７ｂの背面側スペースを削減するためには、予め給電線５ａ，５ｂを接続した状態で高周波電極６ａ，６ｂを組込み、上部空間で真空容器２の外部からの給電線５ａ，５ｂと接続する必要が生じる。
かかる従来技術にあっては、長尺で不安定な形態にある給電線５ａ，５ｂを高周波電極６ａ，６ｂに組付けた状態での、真空容器２内への取付けが必要となることから、給電線５ａ，５ｂと高周波電極６ａ，６ｂとの接続部に過大応力が発生するおそれがあるとともに、組立て時に給電線５ａ，５ｂと高周波電極６ａ，６ｂとの接続部を、目視点検したり、増し締めしたりすることが困難であるため、メンテナビリティーが悪い給電構造となってしまう、等の問題がある。
【００１９】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、大面積成膜を行う大型のプラズマＣＶＤ装置においても、給電線の温度上昇を抑制し、かつ電極への接続が容易な、プラズマ処理装置の給電構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、真空容器内の基板に対向して配置される高周波電極及び接地電極を備え、これら高周波電極と接地電極との間に高周波電源から給電線を経た高周波給電によって電圧を印加するとともにガスを流すことによってプラズマを生成し、前記基板の表面に製膜、エッチング等のプラズマ処理を行うようにしたプラズマ処理装置において、前記給電線は、上流側の前記高周波電源接続側の断面積を大きく、下流側の前記高周波電極接続側の断面積を前記高周波電源接続側の断面積よりも小さく形成している。
【００２１】
本発明において、具体的には次のように構成することが好ましい。
即ち、前記給電線は、前記高周波電源側に接続される給電フランジと、該給電フランジの下流側に接続される給電フランジ接続側給電線と、前記高周波電極に接続される電極接続側給電線と、前記給電フランジ接続側給電線及び電極接続側給電線を接続する主給電線とにより構成され、前記電極接続側給電線の表面積を前記主給電線の表面積と同等、または、大きく形成している。
【００２２】
また、本発明は、前記給電線の上流側の前記真空容器に取付けられる給電フランジに、前記給電線を冷却する冷却水が通流する冷却水通水路を設けている。
【００２３】
さらに、本発明は、前記給電線の下流側の前記高周波電極側端部に、ガイドピンを有する角形状フランジを設けて、前記高周波電極の背面側に設けた角溝部に埋め込むとともに、前記ガイドピンが挿入可能なガイドピン挿入孔を有するフランジと前記角形状フランジとで前記高周波電極を挟持して、前記高周波電極の正面側から前記給電線と前記電極を接続可能に構成したガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部を備えている。
【００２４】
この発明に加えて次のように構成することが可能である。
即ち、複数の高周波電極及び複数の接地電極を設けたプラズマＣＶＤ装置において、前記給電線の前記ガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部を、前記複数の高周波電極の間の空間に配置している。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高周波電極が２００℃超の高温になった場合でも、給電線における、上流側の前記高周波電源接続側の断面積を大きく、下流側の前記高周波電極接続側の断面積を前記高周波電源接続側の断面積よりも小さく形成し、具体的には電極接続側給電線の断面積を主給電線の断面積よりも小さく、かつ給電フランジ接続側給電線の断面積を主給電線の断面積よりも大きく形成したので、給電線の電極接続側給電線の断面積をこれの入口端子に接続される主給電線の断面積よりも小さくすることにより熱抵抗を増大して、高周波電極側から給電線側への伝熱量を低減することが可能となる。
また、前記給電線における真空容器側の給電フランジ接続側給電線の断面積を主給電線の断面積よりも大きくすることにより、高周波電極からの伝熱量及び高周波給電に伴う給電線の自己発熱量を、真空容器の外部の給電フランジ側へ伝熱させて放熱を促進することが可能となる。これにより、給電線の最高温度を許容値の２００〜２５０℃以下に抑制することができる。
【００２６】
加えて、上記のような給電線の温度降下によって、給電線の主給電線と給電線を覆う外周導体の内面との間に挿入される絶縁材からなる間隔片に、加工性の良好な耐熱樹脂材料を使用することが可能となり、当該間隔片の製作コストを低減できるとともに、冷却水等の冷媒を真空容器内に通水せずに、給電線における電気抵抗の増大を抑制することが可能となり、真空容器内での漏水の懸念がない信頼性の高い給電構造が得られる。
【００２７】
また、前記給電線における高周波電極接続側の電極接続側給電線の板厚、直径等を低減することによってこれの断面積を小さくした場合には、給電線の可撓性が上昇する。かかる給電線の可撓性の上昇により、給電線と高周波電極との接続作業性が向上するとともに、成膜時の温度上昇に伴う熱膨張量を、断面積が小さく柔軟な電極接続側給電線の部分で吸収することも可能となり、高周波電極及び給電線に過大な熱応力が発生するのを防止することができ、高周波電極及び給電線の耐久性が向上する。
【００２８】
さらに、本発明によれば、給電線の給電フランジに設けた冷却水通水路を通流する冷却水にて給電線を冷却することにより、給電線からの放熱を抑制して、かかる放熱による周囲温度への影響を低減でき、より安定した給電線の温度管理が可能となるとともに、冷却水温度及び冷却水量を調整することにより、給電線を低温に維持することが可能となり、給電線の抵抗値の増加を抑制して給電線の自己発熱量を低減できる。
これにより、給電線の温度上昇による給電線周りの絶縁部材の損傷、炭化を防止でき、長期間良好な絶縁性を維持できる。
また、前記冷却水通水路は、真空容器の外部にある給電フランジにのみ設けられているので、冷却水通水路からの真空容器内への漏水の懸念がなく、信頼性の高いプラズマＣＶＤ装置となる。
【００２９】
そして、本発明によれば、高周波電極の正面側から、ガイドピンが仮固定された角形状フランジとガイドピン挿入孔を有するフランジにより高周波電極を挟み込む形態で、高周波電極の正面側から給電線と高周波電極とを接続するガイドピン式接続構造からなる電極接続フランジ部を備えたことにより、高周波電極の正面側から高周波電極と給電線との接続が可能となるため、高周波電極背面側の給電線の接続スペースを節減でき、真空容器の小型化を図ることができる。
しかも、高周波電極の背面側に設けた角溝部に角形状フランジを嵌め込むことにより、該角形状フランジの共回りを防止することができ、かかる共回りに伴うトルクにより給電線が変形あるいは切断するのを防止できる。
【００３０】
また、本発明によれば、複数の高周波電極の背面側の電極設置スペースを節減することができ、複数の高周波電極間の距離を短くすることが可能となるとともに、高周波電極の組立後に、該高周波電極の正面側から給電線を接続可能となるため、高周波電極への給電線の接続作業性を向上させることができる。また、給電線の接続状態の目視確認及び増し締めも容易となり、メンテナビリティーが良好な給電構造が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、本発明に係るプラズマ処理装置の絶縁構造について、その実施形態に基づき詳細に説明する。
【００３２】
［第1実施形態］
図１は本発明の第1実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
図１において、１はプラズマＣＶＤ装置、２は真空容器であり、該真空容器２の内部には真空室２ａが形成されている。この真空室２ａ内には、基板８が搬送され、かつ基板８を間において、対向配置された電圧を印加する高周波電極６及び接地電極７が設けられ、これら高周波電極６及び接地電極７によって、成膜時に気密状態となる成膜室２ｂに電圧が印加され、基板８の表面に薄膜を形成するためのプラズマが当該成膜室２ｂ内に生成されるようになっている。
【００３３】
上記高周波電極６には給電線５が接続されており、該給電線５は、外部に設置された整合回路４を介して高周波電源３に接続され、該高周波電源３からの高周波電流は、整合回路４及び給電線５を経て高周波電極６に印加されるようになっている。
給電線５は、板状に形成されており、整合回路４の出口端子に接続される給電フランジ５４、該給電フランジ５４の出口端子に接続され、かつＬ字状に形成された給電フランジ接続側給電線５３、該給電フランジ接続側給電線５３の出口端子に接続される主給電線５２、及び該主給電線５２の出口端子と高周波電極６の背面中央部とを接続する電極接続側給電線５１によって構成されている。
また、給電線５は、電極接続側給電線５１の断面積を主給電線５２の断面積よりも小さく、給電フランジ接続側給電線５３の断面積を主給電線５２の断面積よりも大きくした構成となっている。しかも、電極接続側給電線５１は、高周波電極６及び主給電線５２との両端締付け片部が平行で、中間部が主給電線５２から高周波電極６へ向かって下り傾斜面の略クランク形状に形成されている。
なお、給電フランジ５４の外周と真空容器２との間には、絶縁シール材２１が介装されている。
【００３４】
上記真空容器２内には、絶縁性材料からなる中空の外周導体９が設けられており、該外周導体９は、上端部が接地状態で真空容器２の内面に固定され、真空室２ａ内に突出して配置されている。そして、給電線５の給電フランジ５４よりも下部の部分、つまり給電フランジ接続側給電線５３、主給電線５２、及び電極接続側給電線５１は、当該外周導体９により覆われて、真空室２ａ内に配置されている。
また、給電線５の主給電線５２と外周導体９の内面との間には、複数（本実施形態では２個）の絶縁材からなる間隔片９１が介装されており、該間隔片９１は、加工性の良好な耐熱樹脂材料、例えば、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の材料から形成されている。しかも、間隔片９１の厚さｔを調整することにより、給電線５の外周導体９内への取付け位置が調整可能となっている。
【００３５】
次に、本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ処理装置での成膜時の作用について、その概略を説明する。
図１において、成膜時には、図示しないアクチュエータによって、真空容器２の真空室２ａ内に搬送され、接地電極７及び成膜室２ｂで停止された基板８が図示しない接地電極支持枠まで移動し、気密状態の成膜室２ｂが高周波電極６と基板８との間に形成される。
そして、高周波電源３の出力電圧が整合回路４及び給電線５を介して高周波電極６の中央部に給電され、これら高周波電極６及び接地電極７の間に高周波電圧が印加される。これによって、成膜室２ｂ内にプラズマが発生し、図示しない導入管から導入された反応ガスが分解され、接地電極７に内蔵されたヒータ（図示せず）によって加熱された基板８の表面上に薄膜が形成されることになる。
【００３６】
このように、本発明の第１実施形態によれば、高周波電極６が２００℃超の高温になった場合でも、給電線５の電極接続側給電線５１の断面積をこれの入口端子に接続される主給電線５２の断面積よりも小さくすることによって、高周波電極６側から給電線５側への伝熱量を低減することが可能となる。
また、給電線５における給電フランジ接続側給電線５３の表面積を主給電線５２の表面積と同等、または、大きくすることにより、高周波電極６からの高周波給電に伴う給電線５の自己発熱量を、低減することが可能となる。
これにより、給電線５の最高温度を２００〜２５０℃以下に抑制することができる。
【００３７】
従って、上記のような給電線５の温度降下によって、給電線５の主給電線５２と外周導体９の内面との間に挿入される絶縁材からなる間隔片９１に、加工性の良好な耐熱樹脂材料、例えば、テフロン（登録商標）（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の材料を使用することが可能となり、間隔片９１の製作コストを低減できるとともに、冷却水等の冷媒を真空容器２内に通水せずに、給電線５における電気抵抗の増大を抑制することが可能となり、真空容器２内での漏水の懸念がない信頼性の高い給電構造が得られる。
【００３８】
また、給電線５における電極接続側給電線５１の板厚、直径等を低減することによってこれの断面積を小さくした場合には、給電線５の可撓性が上昇することになる。例えば、この第１実施形態のような板状の給電線５において、板厚が減少する場合、電極接続側給電線５１の板厚を０．５ｍｍから１．５ｍｍ程度とすることにより、十分な可撓性が得られる。
かかる給電線５の可撓性の上昇により、給電線５と高周波電極６との接続作業性が向上するとともに、成膜時の温度上昇に伴う熱膨張量を、断面積が小さく柔軟な電極接続側給電線５１の部分で吸収することも可能となり、高周波電極６及び給電線５に過大な熱応力が発生するのを防止することができ、高周波電極６及び給電線５の耐久性が向上する。
【００３９】
［第２実施形態］
図２は本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略断面図である。
本発明の第２実施形態においては、給電フランジ５４に冷却水通水路１０が設けられており、該冷却水通水路１０中を流れる冷却水によって、給電線５が冷却されるように構成されている。その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４０】
かかる第２実施形態によれば、給電線５の給電フランジ５４に設けた冷却水通水路１０を通流する冷却水にて給電線５を冷却することにより、給電線５からの放熱を抑制し、放熱による周囲温度への影響を低減できて、より安定した給電線５の温度管理が可能となるとともに、冷却水温度及び冷却水量を調整することにより、給電線５を低温に維持することが可能となり、給電線５の抵抗値の増加を抑制して給電線５の自己発熱量を低減できる。
これにより、給電線５の温度上昇による給電線５周りの絶縁部材の損傷、炭化を防止でき、長期間良好な絶縁性を維持できる。
また、冷却水通水路１０は、真空容器２の外部にある給電フランジ５４にのみ設けられているので、冷却水通水路１０からの真空容器２内への漏水の懸念がなく、信頼性の高いプラズマＣＶＤ装置が得られることになる。
【００４１】
［第３実施形態］
図３は本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示し、（Ａ）は概略断面図（図１に対応した図）、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部拡大図である。
本発明の第３実施形態においては、給電線５と高周波電極６との接続部がガイドピン式連結構造の電極接続フランジ部１１によって構成されている。
即ち、図３（Ａ）、（Ｂ）において、かかるガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部１１においては、給電線５の電極接続側給電線５１の端部に複数（本実施形態では２本）のガイドピン１１ｂが端部に仮固定された角形状フランジ１１ａを複数のビス５１ａで固定して設けられ、角形状フランジ１１ａは高周波電極６の背面側に設けた角溝部６１に嵌め込まれている。
また、ガイドピン１１ｂが挿入されるガイドピン挿入孔１１ｆを有するフランジ１１ｃは、高周波電極６の正面側（基板８に対向する側）に設けた角溝部６２に嵌め込まれるようになっている。
【００４２】
そして、角形状フランジ１１ａとフランジ１１Ｃとは、ガイドピン１１ｂをガイドピン挿入孔１１ｆに挿入することにより位置決めされ、角形状フランジ１１ａとフランジ１１ｃとで高周波電極６を挟持し、高周波電極６の正面側から締付けねじ１１ｅによって角形状フランジ１１ａとフランジ１１Ｃとを締め付けることにより、給電線５と高周波電極６とが接続されている。
その他の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４３】
かかる第３実施形態によれば、ガイドピン１１ｂが仮固定された角形状フランジ１１ａとガイドピン挿入孔１１ｆを有するフランジ１１ｃとにより高周波電極６を挟み込む形態で、高周波電極６の正面側から締付けねじ１１ｅを締め付けて、給電線５と高周波電極６とを接続することにより、高周波電極６の正面側から高周波電極６と給電線５との接続が可能となるため、高周波電極６の背面側における給電線５の接続スペースを節減できて、真空容器２を小型化できる。
また、高周波電極６の背面側に設けた角溝部６１に角形状フランジ１１ａを嵌め込むことにより、角形状フランジ１１ａの共回りを防ぐことが可能となるため、かかる共回りに伴うねじりトルクにより給電線５が変形するのを防止できる。
【００４４】
更に、本発明の第３実施形態によれば、高周波電極６及びフランジ１１ｃを、給電線５側の角形状フランジ１１ａに固定されたガイドピン１１ｂの長さ調節を行うことにより、ガイドピン１１ｂに沿って高周波電極６の正面側に抜き出すことが可能となるとともに、角形状フランジ１１ａとガイドピン挿入孔１１ｆを有するフランジ１１ｃとの芯合わせを容易に行うことができる。
しかも、ガイドピン１１ｂは、角形状フランジ１１ａの端部に仮固定されており、角形状フランジ１１ａとフランジ１１ｃにより高周波電極６を挟み込む形態で高周波電極６の正面側から締付けねじ１１ｅを締め付けて給電線５と高周波電極６とを接続していることから、ガイドピン１１ｂをガイドにして高周波電極６と給電線５との接続完了後に、プラズマ処理を行う際には、ガイドピン１１ｂを抜き出すことが可能となるので、ガイドピン１１ｂの設置による電解集中等により、成膜に影響を及ぼすのを回避できる。また、ねじ接続等によりガイドピン１１ｂが着脱可能な構成とすれば、取外すことができ、メンテナンス性が良好となる。
【００４５】
［第４実施形態］
図４は本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図である。
本発明の第４実施形態においては、複数の高周波電極６，６及び複数の接地電極７，７を設けたプラズマＣＶＤ装置において、上記第３実施形態と同様に、給電線と高周波電極との接続部がガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部１１によって構成されている。
即ち、この第４実施形態の基本構成は、図８に示されるプラズマＣＶＤ装置と同様に、真空室2ａ内に、高周波電極６，６及び接地電極7，7が２組設置されており、各々の高周波電極６，６に対して配置された高周波電源３，３及び整合回路４，４及び給電線５，５により、それぞれ独立に電力を供給することが可能な構成となっている。そして、かかる第４実施形態では、この基本構成に対して、給電線５，５と高周波電極６，６との接続部が上記第３実施形態と同様なガイドピン式連結構造１１，１１にて構成されている。このようなガイドピン式連結構造からなる電極接続フランジ部１１，１１の構造は、図３（Ｂ）と同一である。
なお、図４において、図３と同一の部材は同一の符号で示されている。
【００４６】
かかる第４実施形態によれば、高周波電極６，６の背面側の電極設置スペースを節減することができ、高周波電極６〜６間の距離を短くすることが可能となるとともに、高周波電極６，６の組立後に、高周波電極６，６の正面側から給電線５，５を接続可能となるため、高周波電極６，６への給電線５，５の接続作業性を向上させることができる。また、給電線５，５の接続状態の目視確認及び増し締めも容易となり、メンテナビリティーが良好な給電構造が得られる。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第1実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示し、（Ａ）は概略断面図（図１に対応した図）、（Ｂ）は（Ａ）におけるＹ部拡大図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図である。
【図５】従来技術に係る容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ方法によるプラズマ処理装置を示す模式図である。
【図６】従来技術における前記高周波電極と給電線との配置関係の他の例を示すプラズマ処理装置の模式図（その１）である。
【図７】従来技術における高周波電極と給電線との配置関係の他の例を示すプラズマ処理装置の模式図（その２）である。
【図８】従来技術における前記高周波電極と給電線との配置関係の他の例を示すプラズマ処理装置の模式図（その３）である。
【図９】従来技術における前記高周波電極と給電線との配置関係の他の例を示すプラズマ処理装置の模式図（その４）である。
【図１０】従来技術に係る容量結合型の平行平板プラズマＣＶＤ方法によるプラズマ処理装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  プラズマＣＶＤ装置
２  真空容器
２ａ  真空室
３  高周波電源
４  整合回路
５  給電線
５１  電極接続側給電線
５２  主給電線
５３  給電フランジ接続側給電線
５４   給電フランジ
６  高周波電極
６１  角溝部（電極背面側）
６２  角溝部（電極正面側）
７  接地電極
８  基板
９  外周導体
９１  間隔片
１０  冷却水通水路
１１  電極接続フランジ部
１１ａ  角形状フランジ
１１ｂ  ガイドピン
１１ｃ  フランジ
１１ｅ  締付けねじ
【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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