(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが供給される反応容器の内部に回転可能に設けられた円筒状をした回転電極の近傍を通るように被処理基材を移動させるとともに、該回転電極と被処理基材との間にプラズマを発生させて被処理基材に表面処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、
該回転電極の外表層部に設けられた電極層と、
該電極層に渦電流を発生させて該電極層を加熱する電磁誘導加熱手段とを具備し、
前記電磁誘導加熱手段は、回転電極の内側から径外方を通って内側に戻る環状磁気回路と、該環状磁気回路の一部を励磁する、交流電力が与えられる電磁誘導コイルとを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記電磁誘導コイルにより励磁される環状磁気回路部分が、前記回転電極の軸心部に取付けられた回転軸であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記回転軸は、その両端のうちの少なくとも一方が回転電極から突出し、その突出部分の外側を取り囲むように前記電磁誘導コイルが同心状に配設されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記回転電極の軸心部に回転軸を有し、その回転軸の内部に空洞が形成され、その空洞内に、前記電磁誘導コイルにて外側が取り囲まれた、前記環状磁気回路の一部として機能するコアが設けられていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記空洞が回転軸の片方の端面に開口を有すると共に、前記反応容器の壁部を貫通する状態で前記開口を介して上記空洞に挿入されている、端面が閉じた筒状体を備え、該筒状体の内部に前記コアが挿入されていることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記回転電極における前記電極層の内側部分が非導電性材料からなることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
原料ガスが供給される反応容器の内部に回転可能に設けられた円筒状をした回転電極の近傍を通るように被処理基材を移動させるとともに、該回転電極と被処理基材との間にプラズマを発生させて被処理基材に表面処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、
該回転電極の外表層部に設けられた電極層と、
該電極層に渦電流を発生させて該電極層を加熱する電磁誘導加熱手段とを具備し、
前記電磁誘導加熱手段が、前記回転電極の外側に該回転電極に接近させて配置された、交流電力が印加される電磁誘導コイルを有し、かつ、前記電極層が、強磁性材質の下層部と該下層部よりも低導電性材質の上層部とを含む積層構造であることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば耐摩耗性、耐腐食性、自潤滑性をもつハードコーティングをはじめ光起電力素子や各種センサー等の機能性表面を製作するために用いられ、プラズマを利用して被処理基材表面に成膜、加工、クリーニング等の処理を施すプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、工業的には反応容器内に平行平板型電極を設置したプラズマＣＶＤ装置が一般的に用いられている。このプラズマＣＶＤ装置として、平行に設けた一対の電極の一方に高周波電力または直流電力を印加し、接地された他方の電極との間でプラズマを発生させ、発生させたプラズマ内に反応ガスを供給し、プラズマにより反応ガスを分解することにより基板上に所望の薄膜を得るものが提案されている（特公平３−６５４３２）。
【０００３】
このプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマ空間に均一かつ効率よく反応ガスを供給することが基板上に大面積かつ均一な薄膜を得るためには必要となる。一般に、平行平板方式では、一対の電極の間のガス流れを均一にするために圧力を数百ミリトール程度以下にしなければならず、この場合高エネルギー粒子の基材表面への衝突を避けるため、良品質膜の作製においてはプラズマに大電力を投入して表面処理速度を早くすることはできない。一方、反応ガス濃度を高くして高速成膜を行う場合には、圧力の上昇とともに両電極間のギャップも狭くなりプラズマ空間に対するガス供給が不均一になるため、均一な成膜は困難となる。このため、例えば太陽電池として機能する、良好な膜質を有するアモルファスシリコン薄膜を得るためには、一般に成膜速度を０．１〜０．３ｎｍ／秒程度と非常に遅くして薄膜を形成する必要があり、結果としてスループットは低くとどまってしまう。また、太陽電池として必要な積層構造を達成するための製造装置として用いる場合には、設置場所における製造装置の占有面積が大きくなり、結果としてアモルファスシリコン太陽電池の製造コスト増大を招くことになる。
【０００４】
そこで、このような背景のもと、均一な薄膜を高速かつ大面積で行う画期的な方式が提案された（特開平９−１０４９８５）。
【０００５】
この方式は、図９に示すように、高速回転する断面円形の回転電極１００に電源１０３から高周波電力（または直流電力）を印加することによってプラズマを発生させると共にそのプラズマ中に反応ガスを供給して化学的に反応させ、ステージ１０４に保持された基板１０１を白抜矢符方向に移動させてその基板１０１上に薄膜１０２を形成する方式である。
【０００６】
この方式によるプラズマＣＶＤ装置の場合には、回転電極１００を利用することにより、高濃度のガスの供給と、それに伴う回転電極１００の温度上昇を防ぐことができる。また、均一な薄膜１０２を、高速でかつ大面積で得ることができ、従来では不可能であった１気圧以上でプラズマを発生させることが可能である。更に、このような圧力下でのプラズマは平均自由行程が小さく、電子温度が低いため、イオンなどによる損傷が少なく、高品質な薄膜を高速（高生産性）で得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽電池に用いる薄膜の代表例は、現状、アモルファスＳｉ薄膜である。その光電変換効率は量産レベルで８％程度であり、バルク単結晶系の１８％や、バルク多結晶系の１４％に比べて、かなり低い値である。このため、光電変換効率の値を少しでも向上させる薄膜として、Ｓｉ微結晶薄膜が注目されている。
【０００８】
かかるＳｉ微結晶薄膜は、従来の低圧の平行平板型プラズマＣＶＤ装置において、基板温度を３００℃以上の比較的高い温度に保ち、成膜速度を小さくするなどの成膜条件を調整することで、その成膜が実現されている。
【０００９】
そこで、回転電極を用いる大気圧のプラズマＣＶＤ装置においても同様に、基板温度を適用すべく、図９に示すようにステージ１０４に抵抗体ヒータ１０５を埋め込み、そのヒータ１０５により基板１０１を加熱して高温に保持することを試みたが、若干の結晶化傾向はあるが顕著な向上は期待できない結果となった。また、基板１０１の温度を実測すると、回転電極１００の近傍では著しく温度が低下していることが確認された。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、回転電極近傍での基材温度の向上を図れるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願出願人らは、回転電極近傍で基材温度が何故低下するか検討を行った。即ち、上述したように回転電極近傍で基材温度が低下する現象は、回転電極を用いる大気圧のプラズマＣＶＤ装置による場合には、原料ガスとしての希釈ガス、特に通常使用される伝熱率の高いヘリウムガスが、従来の低圧のプラズマＣＶＤ装置に比較して大気圧下で密度が濃い分、回転電極の回転によって回転電極と基板との間隙に、大量に供給及び排出され、そのヘリウム分子により熱が失われることにより起こることが解析的に究明された。
【００１２】
そのため、プラズマ放電により実際に成膜反応が生じている回転電極直下の雰囲気温度を高温に保つためには、ステージのみならず、回転電極自体も加熱・高温保持することが必要であることが実験的に確かめられた。
【００１３】
そこで、このような検討結果に基づき、回転電極を用いる大気圧のプラズマＣＶＤ装置において、回転電極を加熱して回転電極近傍での基板温度を高温に保持する手法を種々検討した。
【００１４】
その手法として、真空容器内の金属電極を加熱する常套手段として用いられ、発熱抵抗体（ヒータ）を電極に埋め込む第１手法と、図９に示したように、回転電極１００に近接させてヒータ１１０を設けたり、或いは反応容器（図示せず）の内側または外側に赤外ランプなどの高温熱源１１１を設け、熱輻射により加熱する第２手法が考えられる。
【００１５】
しかしながら、第１手法を回転電極に適用することは、回転電極が高速回転することなどの理由から、埋め込まれたヒータに電力を供給することが容易ではない故に困難である。一方、第２手法による場合には、熱輻射により加熱するので、非接触で回転電極を加熱することが可能であるものの、高温熱源自体の表面、熱輻射を透過させる光学窓内面、または乱反射熱輻射で暖められる周囲部材など、加熱対象物である回転電極の表面より高温部になる部分が、プラズマＣＶＤ装置で一般に使用される原料ガスであるシランの雰囲気中に生じることになり、そこでシラン分子の熱分解が生じてＳｉ微粒子が生成され、そのＳｉ微粒子が反応容器内に舞い上がって基材表面に付着し、膜質を劣化させるという問題が招来される。
【００１６】
そこで、反応容器内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位を存在させないように、回転電極の表面自体を発熱体として用い、これによりＳｉ微粒子等の発生を理論的に皆無とすることができる方式を検討し、本発明に至った。
【００１７】
本発明のプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスが供給される反応容器の内部に回転可能に設けられた円筒状をした回転電極の近傍を通るように被処理基材を移動させるとともに、該回転電極と被処理基材との間にプラズマを発生させて被処理基材に表面処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、該回転電極の外表層部に設けられた電極層と、該電極層に渦電流を発生させて該電極層を加熱する電磁誘導加熱手段とを具備し、前記電磁誘導加熱手段は、回転電極の内側から径外方を通って内側に戻る環状磁気回路と、該環状磁気回路の一部を励磁する、交流電力が与えられる電磁誘導コイルとを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明装置にあっては、回転電極の外表層部に設けられた電極層に電磁誘導加熱手段により渦電流を発生させて電極層を加熱するので、回転電極自体が発熱して回転電極近傍での基材温度を向上させ得る。また、回転電極自体が発熱するため、反応容器内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位が存在せず、これにより微粒子、例えばＳｉ微粒子等の発生を理論的に皆無とすることができ、良膜質の成膜が可能となる。更に、電磁誘導加熱手段にて加熱する方式である故に、クリーンな成膜環境が得られる。更にまた、本発明装置にあっては、環状磁気回路、電磁誘導加熱手段及び電極層は、電磁誘導コイルを一次コイル、回転電極の電極層をワンターンの二次コイルと見なされるトランス構造として機能し、電磁誘導コイルにより環状磁気回路の一部が励磁されることにより、電極層の周方向に渦電流が生じて電極層の全体が均一に発熱する。
【００２１】
本発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記電磁誘導コイルにより励磁される環状磁気回路部分が、前記回転電極の軸心部に取付けられた回転軸である構成とすることができる。
【００２２】
この構成にあっては、回転軸が環状磁気回路の一部として機能する。このため、その回転軸の両端部を回転可能に支持する軸受けを強磁性材料で構成し、かつ両軸受けを保持する機能と両軸受けの間を電気的に接続する機能とを有するヨークを備える構成とすることで、回転軸−軸受け−ヨーク−軸受け−回転軸と相互に電気的に繋がって環状磁気回路が構成されるので、回転電極を有するプラズマＣＶＤ装置に本来的に備わる回転軸及び軸受けを環状磁気回路に利用することが可能となり、コンパクトな構造となる。なお、ヨークは一体のものである必要はなく、強磁性材料からなる複数の部材が相互に連結されたものであってもよい。また、両軸受けとヨークとは別体のものである必要はなく、両者が一体化されたものを使用することができる。特に、両軸受けをヨークの内部に組み込んで一体化された場合には、両軸受けは強磁性材料を用いる必要はない。
【００２３】
本発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記回転軸は、その両端のうちの少なくとも一方が回転電極から突出し、その突出部分の外側を取り囲むように前記電磁誘導コイルが同心状に配設されている構成とすることができる。
【００２４】
この構成にあっては、電磁誘導コイルが回転電極の外側に位置するので、保守・点検を容易に行い得る。
【００２５】
本発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記回転電極の軸心部に回転軸を有し、その回転軸の内部に空洞が形成され、その空洞内に、前記電磁誘導コイルにて外側が取り囲まれた、前記環状磁気回路の一部として機能するコアが設けられている構成とすることができる。
【００２６】
この構成にあっては、コアの両端部が回転軸の両端部を支持する一対の軸受けの近傍に位置するように設けておくことにより、電磁誘導コイルにて励磁されたコアの一端部から出た磁束が、軸受け、ヨーク、軸受けをこの順に経てコアの他端部に戻る環状磁気回路が構成される。よって、電磁誘導コイルによりコアが励磁されることにより、電極層の周方向に渦電流が生じて電極層の全体が均一に発熱する。また、回転軸の内部に電磁誘導コイルが内蔵されているので、よりコンパクトな構造となる。
【００２７】
本発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記空洞が回転軸の片方の端面に開口を有すると共に、前記反応容器の壁部を貫通する状態で前記開口を介して上記空洞に挿入されている、端面が閉じた筒状体を備え、該筒状体の内部に前記コアが挿入されている構成とすることができる。
【００２８】
この構成にあっては、電磁誘導コイルを原料ガス雰囲気から隔離することができるので、保守性の良い装置が実現される。
【００２９】
本発明のプラズマＣＶＤ装置において、前記回転電極における前記電極層の内側部分が非導電性材料からなる構成とすることができる。
【００３０】
この構成にあっては、電極層と回転軸との間の回転電極部分が非導電性材料からなるので、回転軸による電極層への励磁状態が邪魔され難くなり、良好な発熱性が確保される。この場合において、上記の電極層と回転軸との間の回転電極部分は、非導電性だけでなく、非磁性の材料を用いるのが、より発熱性を向上させ得る点で好ましい。
【００３１】
本発明のプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスが供給される反応容器の内部に回転可能に設けられた円筒状をした回転電極の近傍を通るように被処理基材を移動させるとともに、該回転電極と被処理基材との間にプラズマを発生させて被処理基材に表面処理を施すプラズマＣＶＤ装置であって、該回転電極の外表層部に設けられた電極層と、該電極層に渦電流を発生させて該電極層を加熱する電磁誘導加熱手段とを具備し、前記電磁誘導加熱手段が、前記回転電極の外側に該回転電極に接近させて配置された、交流電力が印加される電磁誘導コイルを有し、かつ、前記電極層が、強磁性材質の下層部と該下層部よりも低導電性材質の上層部とを含む積層構造である構成とすることができる。
【００３２】
この発明にあっては、回転電極の外表層部に設けられた電極層に電磁誘導加熱手段により渦電流を発生させて電極層を加熱するので、回転電極自体が発熱して回転電極近傍での基材温度を向上させ得る。また、回転電極自体が発熱するため、反応容器内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位が存在せず、これにより微粒子、例えばＳｉ微粒子等の発生を理論的に皆無とすることができ、良膜質の成膜が可能となる。更に、電磁誘導加熱手段にて加熱する方式である故に、クリーンな成膜環境が得られる。加えて、回転電極表面のうち電磁誘導コイルに近接する部位にのみ渦電流が誘起されて加熱される。瞬間的には回転電極表面の回転角方向に温度差が生じるが、その温度差は回転電極の回転に伴う被加熱部位の移動によって平均化される。また、下層部の強磁性金属で電磁誘導コイルから発生した磁束を、電極層よりも深い部分に通すようにでき、導電性の低い金属からなる上層部における加熱温度の向上化が図れる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を具体的に説明する。なお、以下の実施形態における成膜条件としては、太陽電池の発電層（ｉ層）に用いる微結晶薄膜を成膜する場合を例に挙げる。
【００３６】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す正面図、図２はそのプラズマＣＶＤ装置の詳細を示す正面断面図、図３（ａ）は図２の右側面図、図３（ｂ）は電磁誘導コイルを示す正面図である。
【００３７】
このプラズマＣＶＤ装置は、図１に示すように、原料ガス等が供給される反応容器１と、反応容器１内に回転可能に設けられた円筒状をした回転電極１０と、回転電極１０の軸心部に設けられた回転軸１１と、回転電極１０の下方に白抜矢符方向（Ｂ方向）に移動可能に設けられたステージ４とを有する。
【００３８】
反応容器１の内部には、従来の低圧のプラズマＣＶＤ装置に比べて遙かに高い０．１気圧〜１気圧以上でガス、例えばＨｅおよび希薄な原料シランを主体とするガスが供給される。
【００３９】
回転電極１０は、図１において反時計回りのＡ方向に最高５０００ｒｐｍで高速回転し、この回転電極１０には、電源２から回転軸１１を介して、例えば１５０ＭＨｚの高周波電力が供給される。
【００４０】
ステージ４は回転軸１１の回転に伴って白抜矢符方向（Ｂ方向）に移動できるように構成されている。具体的には、図２及び図３に示すように、一対の高さ調整装置２１に２本の棒状リニアガイド２０が掛け渡され、これらリニアガイド２０が内部を貫通する状態に設けられたステージ４は、リニアガイド２０に沿って水平移動する。なお、リニアガイド２０の下部には刻み溝２０ａが刻設されていて、ステージ４にはその刻み溝２０ａに噛合する図示しない歯車が回転可能に設けられ、その歯車の回転に伴い移動する。
【００４１】
また、このステージ４には、図１〜図３に示すように、その上に保持される被処理基材、例えば基板５を加熱する発熱抵抗体式ヒータ６および基板５の温度を制御するための図示しない温度センサが基板５の直下部分に設けられている。なお、ステージ４とヒータ６との間には、断熱材料からなる断熱板６ａが設けられている。
【００４２】
上記回転電極１０と基板５との隙間９の寸法は、例えば１ｍｍ以下に設定されている。この隙間９の調整は、前記高さ調整装置２１にて行われる。ステージ４および基板５は、接地電位に保たれており、このため上記隙間９において回転電極１０との間に高周波放電が起こってプラズマが発生し、そのプラズマ発生領域８で原料シランが分解してＳｉ膜７が基板５の表面に堆積する。このとき、回転電極１０の回転に伴ってステージ４を白抜矢符方向に移動させることで、基板５は一定速度でプラズマ発生領域８内を移動し、その基板５の上表面全面にわたって成膜が遂行される。
【００４３】
上記回転電極１０は、非磁性・非導電性の断熱材、例えば機械加工可能なセラミックスからなる円筒状をした回転体１２と、その外表層部の全域に形成された熱伝導性の良い導電性の金属、例えばステンレス等からなる電極層１３とを有し、回転体１２の内側には導電材料からなる前記回転軸１１がはめ込まれている。回転軸１１と電極層１３との間には、上記非磁性・非導電性の回転体１２が存在し、回転軸１１から電極層１３への導電を図るべく、回転体１２を貫通する棒状の導電部材１４が設けられており、上述した回転軸１１に、反応容器１を貫通するように設けた電流導入子３２を介して前記電源２から供給された高周波電力は前記導電部材１４を介して電極層１３に与えられる。なお、導電部材１４としては、回転軸１１と電極層１３との間における磁気特性に悪影響をあまり及ぼさない状態で回転軸１１と電極層１３との間を電気的に接続できれば、どのような形態で設けても構わない。
【００４４】
上記回転体１２としては、断面積の比較的小さな複数のスポークからなる梁構造、または対称配置の複数中空孔による肉抜き構造にすることが望ましい。このような梁構造や肉抜き構造とした場合には、円周方向への熱伝導性を向上させ得、径方向への断熱保温性を向上させ得るので、電極層１３における径方向および周方向ともに均一な温度分布を確保することが可能になる。なお、電極層１３の表面には、実際にはプラズマ放電を安定させるために、絶縁性の誘電体セラミックスからなる薄膜１５が塗布等により形成されているが、数百ミクロンと十分に薄いため、熱伝導性に影響を与えることはない。
【００４５】
次に、回転電極１０の加熱機構を、図４に基づき説明する。本実施形態の加熱機構は、単なる電磁誘導加熱ではなく、電磁誘導コイル２７、２８を一次コイル、回転電極１０の電極層１３をワンターンの二次コイルとみなしたトランス構造を形成することで、電極層１３の周方向に渦電流を生じせしめ、全体を均一に加熱させる機構としている。
【００４６】
即ち、回転電極１０の回転軸１１自体、さらに、その両端に設けた軸受け２２、２３自体、およびその軸受け２２、２３の支持部材２４及びその周辺部材としての取付板２５、２６も強磁性材質としている。なお、支持部材２４は中央部に回転電極１０の下部が入る開口部２４ａが設けられ（図３参照）、開口部２４ａは回転電極１０の回転に支障がない大きさに形成されている。取付板２５、２６は、それぞれ別体のもので、軸受け２２と支持部材２４の間、軸受け２３と支持部材２４の間に配され、支持部材２４は両取付板２５と２６に掛け渡されている。
【００４７】
これにより、図４に示すように、軸受け２２、２３と取付板２５、２６と支持部材２４とがヨークとして機能し、回転軸１１−軸受け２２−取付板２５−支持部材２４−取付板２６−軸受け２３−回転軸１１が閉じた環状磁気回路が構成される。
【００４８】
この環状磁気回路の一部、図３に示す例では回転軸１１における両端部のそれぞれの外側を取り囲むように電磁誘導コイル２７、２８が略同心状に配置されている。よって、これら電磁誘導コイル２７と２８、環状磁気回路及び電極層１３は、図４に示すように、電磁誘導コイル２７、２８を一次コイル、電極層１３をワンターンの二次コイルとみなしたトランス構造を形成する。このため、電源３６からの交流電力を電磁誘導コイル２７、２８に付与することにより、電極層１３にはその周方向に渦電流が生じ、電極層１３は全体が均一に発熱する。
【００４９】
なお、図３中の３０は反応容器１の外部に設けた電動モータ、３１は電動モータ３０の回転駆動力を回転軸１１に伝達・非伝達状態にする磁気カップリングである。
【００５０】
したがって、第１実施形態による場合には、回転電極１０の電極層１３に電磁誘導コイル２７、２８にて渦電流を発生させて電極層１３を加熱するので、回転電極１０自体が発熱して回転電極１０近傍での基材温度を向上させ得る。また、回転電極１０自体が発熱するため、反応容器１内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位が存在せず、これによりＳｉ微粒子の発生を理論的に皆無とすることができ、良膜質の成膜が可能となる。更に、電磁誘導コイル２７、２８にて加熱する方式である故に、クリーンな成膜環境が得られる。
【００５１】
また、本実施形態においては、環状磁気回路を介して電磁誘導コイル２７、２８を一次コイル、回転電極１０の電極層１３をワンターンの二次コイルと見なされるトランス構造が構成されるので、電磁誘導コイル２７、２８により環状磁気回路の一部である回転軸１１が励磁されることにより、電極層１３の周方向に渦電流が生じて電極層１３の全体が均一に発熱する。また、回転軸１１−軸受け２２−取付板２５−支持部材２４−取付板２６−軸受け２３−回転軸１１が閉じた環状磁気回路が構成されるので、回転電極を有するプラズマＣＶＤ装置に本来的に備える回転軸１１及び軸受け２２、２３を環状磁気回路に利用することが可能となり、コンパクトな構造となる。また、電磁誘導コイル２７、２８が回転電極１０の外側に位置するので、保守・点検を容易に行い得る。また、電極層１３と回転軸１１との間の回転体１２が、非磁性かつ非導電性の断熱材であるセラミックスからなるので、回転軸１１による電極層１３への励磁状態が邪魔され難くなり、良好な発熱性が確保される。
【００５２】
但し、上述した電磁誘導コイル２７、２８は、図３（ｂ）に示すように、コイルボビン２７ａ、２８ａに、これを分断するスリット２７ｂ、２８ｂを形成しておくのが好ましい。このスリット２７ｂ、２８ｂにより、コイルボビン２７ａ、２８ａまでが加熱されるのを防止できるからである。
【００５３】
なお、上述した第１実施形態における環状磁気回路として、回転軸１１の他に、軸受け２２、２３と取付板２５、２６と支持部材２４とからなるヨークを備えているが、本発明はこれに限らない。例えば、取付板２５、２６と支持部材２４とを一体化した、つまり図５に示すように取付板２５、２６に相当する部分２４ｂ、２４ｃを両端部に有するヨーク構造２４Ａとしてもよく、或いは、図示は省略するが、その一体化されたヨーク構造に軸受け２２、２３を組み込んだ構成としてもよい。後者の場合、軸受け２２、２３の外側のヨーク構造部分に磁束が通るように構成すると、軸受け２２、２３自体は非導電性材質のものを使用しても構わない。
【００５４】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す図である。
【００５５】
この第２実施形態は、よりコンパクトな構造、かつ耐久性、保守性の良い装置の実現を図る場合である。なお、回転電極及びステージなどの部分は、第１実施形態と同様になっている。
【００５６】
本実施形態の回転軸４０は、非磁性・非導電性材料、例えばセラミックスからなり、一端側（図右側）の端面が塞がった円筒状に形成されている。回転軸４０の内側の空洞４０ａには、反応容器１の壁部に設けた貫通孔１ａに基端側が支持され、先端側端面が塞がれた非磁性・非導電性材料、例えばセラミックスからなる筒状体４１のほぼ全長が挿入されている。
【００５７】
前記回転軸４０は、電動モータ３０からの回転駆動力が磁気カップリング３１を介して伝達されて回転可能となっている。また、回転軸４０は、前記支持部材２４に相当する、中央部に開口部４８ａを有する支持部材４８に取付けられた軸受け４６、４７に、その両端部が回転可能に支持され、軸心位置を一定にして回転可能となっており、回転電極１０を回転させる。
【００５８】
一方、筒状体４１は、その先端部（図の右側端部）に設けたベアリング４３が、回転軸４０の内側に設けた突起（円錐部）４４を回転自在に受けるようになっている。これにより回転軸４０が回転しても筒状体４１は回転せず、筒状体４１が回転しなくても回転軸４０は回転できる。また、回転軸４０は上述したように軸心位置を一定にして回転するので、筒状体４１と接触することなく回転する。
【００５９】
前記筒状体４１の内部には、内径を一定にしたほぼ円筒状の中央部４５ａが両端部４５ｂ、４５ｃよりも小径に形成された、ほぼ管状をしたコア４５が挿入されており、そのコア４５の中央部４５ａには、その外側を取り囲むように電磁誘導コイル５０が設けられている。コア４５は、端部４５ｂが軸受け４６の近傍に位置し、端部４５ｃが軸受け４７の近傍に位置するようになっており、電磁誘導コイル５０の長さは、回転電極１０の長さよりも長い寸法に設定されている。
【００６０】
本実施形態での環状磁気回路は、上述したように回転軸４０及び筒状体４１が共に非磁性・非導電性材料からなる故に磁気回路を構成せず、電磁誘導コイル５０によりコア４５が励磁されて発生した磁束が、例えばコア４５の一端部（左側端部）から軸受け４６、支持部材４８、軸受け４７とこの順に経てコア４５の他端部（右側端部）に戻る環状磁気回路となる。
【００６１】
よって、電磁誘導コイル５０、環状磁気回路及び電極層１３は、図７に示すように、電磁誘導コイル５０を一次コイル、電極層１３をワンターンの二次コイルとみなしたトランス構造を形成する。このため、電源３６から交流電力を電磁誘導コイル５０に付与すると、電極層１３にはその周方向に渦電流が生じ、電極層１３は全体が均一に発熱する。
【００６２】
なお、コア４５には、加熱されるのを防ぐべく、ほぼ管状をしたコア４５を周方向に分断するスリット（図示せず）が形成されている。また、コア４５の他端部には、コア４５の内部空洞４５ｄと連通する空冷用の管４９が連結されており、管４９に冷却用エアを供給すると、前記スリット（図示せず）を通過したエアにより電磁誘導コイル５０等が冷却される。
【００６３】
したがって、この第２実施形態による場合には、第１実施形態と同様の効果（但し、電磁誘導コイルが回転電極の外側に位置することに伴う保守・点検の容易性を除く）が得られることに加え、回転軸４０の内部に電磁誘導コイル５０が設けられているので、よりコンパクトな構造にできる。また、電磁誘導コイル５０が筒状体４１の内部に設けられているので、電磁誘導コイル５０を原料ガス雰囲気から隔離でき、耐久性、保守性の良い装置が実現される。
【００６４】
なお、上述した第２実施形態では回転軸４０及び筒状体４１は非磁性・非導電性材料を用いているが、本発明はこれに限らない。例えば、回転軸４０は、円周方向に渦電流が流れないように、絶縁物を充填したスリットを設ける場合には導電性材料を使用できる。また、筒状体４１も、同様の工夫をすることにより導電性材料を使用できる。更に、回転軸４０及び筒状体４１の材質は、必ずしも非磁性である必要はないものの、コア４５と軸受け４６、４７の間における磁束密度の低下の抑制を考慮すると非磁性である方が好ましい。
【００６５】
（第１、第２実施形態における冷却機構）
第１および第２実施形態は、電気回路的にトランスとして扱えることから、発熱効率を簡単な式で表現できる。ここで、回転電極１０の電極層１３および電磁誘導コイルの消費電力を、それぞれＰｒ，Ｐｃとおく。同様に、各々の電気抵抗率をρｒ、ρｃとし、有効断面積をＳｒ，Ｓｃとし、平均直径をＤｒ，Ｄｃとすると、下記（１）式の関係がある。
【００６６】
Ｐｒ／Ｐｃ＝（ρｒ／ρｃ）・（Ｄｒ／Ｄｃ）・（Ｓｃ／Ｓｒ）…（１）
電磁誘導コイルは当然銅を、電極層をステンレスとすると、ρｒ＝１０×ρｃと表せる。また、常識的な寸法として、Ｄｒ≧３×Ｄｃ、Ｓｃ≧３×Ｓｒとなるように設計すると、Ｐｒ≧１００×Ｐｃとなり、投入電力の９９％以上が電極層１３の発熱となることが解る。もっとも１％以下とはいえ、投入電力の一部が電磁誘導コイルの発熱に消費されるため、電磁誘導コイルを冷却する冷却機構を備えるのが好ましく、特に第２実施形態では電磁誘導コイル５０が設けられたコア４５の内部に冷却用エアを供給するようにしている。
【００６７】
（第３実施形態）
第３実施形態は、最も簡単な構造にすることができる場合である。
【００６８】
図８は、この第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の要部である回転軸近傍部分を模式的に示す図である。
【００６９】
回転電極１０の近傍に電磁誘導コイル６０を設置し、その電磁誘導コイル６０に、例えば数ｋＨｚ以下の交流電力を付与することにより、その結果発生する交流磁束を回転電極１０の電極層６１に貫通させる構成となっている。なお、電磁誘導コイル６０及び電極層６１を除く部分は、第１実施形態と同様の構成としている。
【００７０】
上記電極層６１として、その全体を比較的良導電性の強磁性金属（例えば純鉄）で構成することができ、電極層６１に渦電流が誘起されて、回転電極１０が加熱される。上記電磁誘導コイル６０における回転電極１０の軸長方向（紙面に垂直方向）の長さは、回転電極１０の軸長方向長さと同等またはそれよりも長く形成しておくことが好ましい。
【００７１】
より電極層６１で高い磁束密度を得るためには、上記電極層６１は、全体を比較的良導電性の強磁性金属（例えば純鉄）で構成するよりも、強磁性金属（例えば純鉄など）からなる下層部６３と、非磁性であって、純鉄等からなる下層部６３よりも導電性の低い金属（例えばステンレスやアルミニウムなど）からなる上層部６２とを含む積層構造とすることが望ましい。その理由は、電極層６１の全体が比較的良導電性の強磁性金属で構成されている場合には、電極層６１の深部に磁束が届かずに表面近傍を流れて加熱温度の向上を図れ難くなる虞れがある。これに対して、積層構造にした場合には、図８に破線にて示すように、下層部６３の強磁性金属で電磁誘導コイル６０から発生した磁束を、下層部６３よりも深い部分に通すようにでき、導電性の低い金属からなる上層部６２における加熱温度の向上化が図れるからである。但し、上層部６２の材質は、必ずしも非磁性である必要はないものの、加熱温度の向上性を考慮すると非磁性である方が好ましい。
【００７２】
但し、電磁誘導コイル６０により加熱される際、電極層６１の回転角方向に温度差が生じるが、回転電極１０の回転に伴う被加熱部位の移動、特に回転電極１０の高速回転に伴う高速移動によって平均化することができる。また、回転電極１０の周方向での表面温度が均一となったか否かを判定するためには、表面温度を測定する非接触温度センサ、例えば放射温度計等を回転電極１０の表面を検出域として設置しておくことが好ましい。その温度センサの配置位置としては、回転電極１０と基板５との間隙９よりも上流側であって、その間隙９に接近する位置が、基板５の温度を管理する上で望ましい。
【００７３】
したがって、この第３実施形態による場合には、回転電極１０の電極層６１に電磁誘導コイル６０にて渦電流を発生させて電極層６１を加熱するので、回転電極１０自体が発熱して回転電極１０近傍での基材温度を向上させ得る。また、回転電極１０自体が発熱するため、反応容器１内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位が存在せず、これによりＳｉ微粒子の発生を理論的に皆無とすることができ、良膜質の成膜が可能となる。更に、電磁誘導コイル６０にて加熱する方式である故に、クリーンな成膜環境が得られる。
【００７４】
なお、上述した第１〜第３実施形態では太陽電池の発電層（ｉ層）に用いる微結晶薄膜を成膜する場合を例に挙げているが、本発明はこれに限らず、他の微結晶薄膜を成膜する場合にも適用できる。その場合には、成膜に相応しい成膜条件を設定することが望ましい。
【００７５】
また、上述した実施形態では基板等の基材表面に膜を成膜する場合を説明しているが、本発明はこれに限らず、基材表面を加工したり、或いはクリーニングすることなど、種々の処理が可能である。
【００７６】
また、上述した第１〜第３実施形態では回転電極１０の下方を、基板５が水平方向に移動する構成としているが、本発明はこれに限らず、回転電極の任意の位置に対して基板５が移動する構成としてもよいことは勿論である。
【００７７】
また、上述した第１〜第３実施形態では回転電極の回転体として、梁構造または肉抜き構造を採用し、かつセラミックスを素材として用いているが、本発明はこれに限らない。例えば、回転電極の円周方向への熱伝導性を向上させ得、径方向への断熱保温性を向上させ得れば、どのような回転体構造としてもよく、またどのような素材を使用してもよい。
【００７８】
また、上述した第１〜第３実施形態では電源２から回転電極１０に高周波電力を付与しているが、本発明はこれに限らない。例えば、回転電極に直流電力を付与してもよい。また、ステージ及び基材の電位は、接地電位にする必要はない。
【００７９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明による場合には、回転電極の外表層部に設けられた電極層に電磁誘導加熱手段にて渦電流を発生させて電極層を加熱するので、回転電極自体が発熱して回転電極近傍での基材温度を向上させ得る。また、回転電極自体が発熱するため、反応容器内に回転電極の表面以上の温度を持つ部位が存在せず、これにより微粒子の発生を理論的に皆無とすることができ、良膜質の成膜が可能となる。更に、電磁誘導加熱手段にて加熱する方式である故に、クリーンな成膜環境が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を模式的に示す正面図である。
【図２】図１のプラズマＣＶＤ装置の詳細を示す正面断面図である。
【図３】（ａ）は図２の右側面図、（ｂ）は電磁誘導コイルを示す正面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置における加熱機構の等価回路図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置における他の環状磁気回路を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置における加熱機構の等価回路図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す図である。
【図９】従来の回転電極を用いる大気圧のプラズマＣＶＤ装置の原理説明図であり、併せて常套的な非接触電極加熱手段も示す図である。
【符号の説明】
１  反応容器
４  ステージ
５  基板
７  Ｓｉ膜
１０  回転電極
１１、４０  回転軸
１２  回転体
１３  電極層
２２、２３  軸受け（ヨーク）
２４  支持部材（ヨーク）
２５、２６  取付板（ヨーク）
２７、２８、５０、６０  電磁誘導コイル
４１  筒状体
６１  電極層
６２  上層部
６３  下層部
【図１】
0004763896.tif 000002
【図２】
0004763896.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004763896.tif 000005
【図５】
0004763896.tif 000006
【図６】
0004763896.tif 000007
【図７】
0004763896.tif 000008
【図８】
0004763896.tif 000009
【図９】
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