(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有するアンテナ部と、
前記アンテナ部に高周波電力を印加する電力供給部と、
絶縁性を有し、前記アンテナの外周を囲う第１のカバー部と、
前記アンテナ部と前記第１のカバー部との間に冷却液を供給する冷却液供給部と、
を備え、誘導結合プラズマを形成させるプラズマ形成装置であり、
絶縁性を有し、前記第１のカバー部の外周を囲う第２のカバー部をさらに有し、
前記第１のカバー部と前記第２のカバー部との間には冷却液は流さないことを特徴とする、プラズマ形成装置。
【請求項２】
前記第２のカバー部は、円形の断面を有することを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ形成装置。
【請求項３】
前記第１のカバー部と前記第２のカバー部は同じ材料から構成されていることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のプラズマ形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ形成装置を用い、プラズマＣＶＤ法によって基材に薄膜を形成することを特徴とする、薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導結合プラズマを生じさせるプラズマ形成装置およびプラズマＣＶＤ法により基材上に封止膜などの薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、プラスチックフィルムの表面に例えば酸化防止、水分浸入防止等を目的とした封止膜を形成した封止膜付きフィルムが使用されている。
【０００３】
このような封止膜付きフィルムは、下記特許文献１に示すような薄膜形成装置により形成される。薄膜形成装置の概略図を図１に示す。図１（ａ）に示すように薄膜形成装置１は、チャンバー部２を有し、チャンバー部２の内部にはプラズマ形成装置３および基材載置部４が設けられており、チャンバー部２の内部が減圧された状況下でプラズマ形成装置３がチャンバー部２内に供給された放電用ガスをプラズマ化させる。このプラズマ化した放電用ガスが用いられ、プラズマＣＶＤ法により薄膜Ｍが基材Ｗに形成される。
【０００４】
プラズマ形成装置３が有する電極ユニット１１は、図１（ｂ）に示すように略Ｕ字形状をなしており、この電極ユニット１１の断面は、図４に示すようにアンテナ部９１の周囲を絶縁性を有するカバー部９２が囲う形態を有している。このアンテナ部９１に高周波電力を印加することにより、互いに対向するアンテナ部９１の間で誘導結合プラズマが生じる。この際、加熱されるアンテナ部９１を冷却するために、アンテナ部９１とカバー部９２の間には冷却水が流される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のプラズマ形成装置３を備える薄膜形成装置１では、カバー部９２が破損し、チャンバー部２内に冷却水が漏洩するおそれがあった。具体的には、プラズマＣＶＤ法によって基材Ｗに薄膜Ｍが形成される場合、図５（ａ）に示すように、電極ユニット１１のカバー部９２の表面にも、基材Ｗに形成される薄膜Ｍが若干堆積する。この薄膜Ｍの膜応力によりカバー部９２には負荷がかかり、特にカバー部９２の表面に傷が存在した場合、カバー部９２は破損しやすくなる。カバー部９２が破損すると、図５（ｂ）に示すようにアンテナ部９１とカバー部９２の間に流していた冷却水が漏洩し、チャンバー部２に損傷を与えるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、薄膜形成装置に損傷を与えることを防ぐことができるプラズマ形成装置およびそのプラズマ形成装置を備える薄膜形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明のプラズマ形成装置は、導電性を有するアンテナ部と、前記アンテナ部に高周波電力を印加する電力供給部と、絶縁性を有し、前記アンテナの外周を囲う第１のカバー部と、前記アンテナ部と前記第１のカバー部との間に冷却液を供給する冷却液供給部と、を備え、誘導結合プラズマを形成させるプラズマ形成装置であり、絶縁性を有し、前記第１のカバー部の外周を囲う第２のカバー部をさらに有し、前記第１のカバー部と前記第２のカバー部との間には冷却液は流さないことを特徴としている。
【０００９】
上記プラズマ形成装置によれば、十分にアンテナ部を冷却することができると同時に、仮に第２のカバー部が破損しても冷却液の漏洩は起こらないため、薄膜形成装置の損傷を防ぐことができる。
【００１０】
また、前記第２のカバー部は、円形の断面を有するようにすることが好ましい。
【００１１】
こうすることにより、第２のカバー部に堆積する薄膜の膜応力を分散させやすくなり、第２のカバー部の破損を防ぐことができる。
【００１２】
また、前記第１のカバー部と前記第２のカバー部は同じ材料から構成されていることが好ましい。
【００１３】
こうすることにより、仮に第２のカバー部が破損した場合であっても、プラズマ特性を変えることなく薄膜の形成を続行することができる。
【００１４】
また、上記課題を解決するために本発明の薄膜形成装置は、請求項１に記載のプラズマ形成装置を用い、プラズマＣＶＤ法によって基材に薄膜を形成することを特徴としている。
【００１５】
上記薄膜形成装置によれば、仮にプラズマ形成装置のカバー部が破損した場合であっても冷却液の漏洩を防ぐことができるため、薄膜形成装置自身の損傷を防ぐことが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマ形成装置によれば、薄膜形成装置に損傷を与えることを防ぎ、薄膜形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】薄膜形成装置を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるプラズマ形成装置の断面図である。
【図３】薄膜が堆積した本実施形態におけるプラズマ形成装置である。
【図４】従来のプラズマ形成装置の断面図である。
【図５】薄膜が堆積した従来のプラズマ形成装置である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、プラズマ形成装置を備えた薄膜形成装置の概略図であり、図１（ａ）はチャンバー内部を示す正面図、図１（ｂ）はチャンバー内部を示す断面図（図１（ａ）におけるＡＡ断面図）である。
【００２０】
薄膜形成装置１は、基材Ｗ上に表面処理を行って薄膜を形成するためのものであり、例えば、プラスチックフィルム上に酸化防止、水分浸入防止を目的とした封止膜を形成し、食品用の保護フィルム、フレキシブル太陽電池等に使用される。具体的には、フレキシブル太陽電池の場合には、プラスチックフィルム等の基材上に各電極層及び光電変換層等で構成される太陽電池セルが形成された後、薄膜形成装置１により太陽電池セル上に後述のバッファ層とバリア層とを複数層形成して封止膜を形成する。これにより、太陽電池セルに水分の浸入が効果的に防止され、酸化特性に優れたフレキシブル太陽電池を形成することができる。
【００２１】
この薄膜形成装置１は、チャンバー部２を有し、チャンバー部２の内部には、プラズマ形成装置３と基材載置部４が設けられている。チャンバー部２の内部が減圧され、そこへ放電用ガスと原料ガスが供給されている状態において、プラズマ形成装置３に高周波電力が印加されることにより、放電用ガスがプラズマ化し、いわゆる誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）が発生する。このプラズマ化した放電用ガスが原料ガスを分解する。この分解された原料ガスが基材載置部４に載置された基材Ｗに堆積することにより、基材Ｗ上に薄膜が形成される。
【００２２】
ここで、基材Ｗは、たとえば厚み０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの板状体であり、材質として、特に限定しないが、ステンレス、銅等の金属材料の他、プラスチックフィルム等が好適に用いられる。
【００２３】
チャンバー部２は、基材Ｗ上に薄膜を形成するためのものである。チャンバー部２は、たとえば複数のステンレス板が直方体状に組み合わされて構成される中空の箱状体であり、このチャンバー部２の内部の空間にプラズマ形成装置３および基材載置部４が配置される。なお、このチャンバー部２が上下に分割されたり、もしくはチャンバー部２を形成する１つの外壁部に設けられたシャッターが開状態になることにより、チャンバー部２の内部にある基材載置部４へ基材Ｗを載置したり、基材載置部４から基材Ｗを取り出すことが可能となる。
【００２４】
チャンバー部２を形成する外壁部には、放電用ガス供給部５、原料ガス供給部６、および排気部７が設けられている。放電用ガス供給部５は図示しない放電用ガスの供給源と連結しており、チャンバー部２の内部空間に放電用ガスを供給する。また、原料ガス供給部６は図示しない原料ガスの供給源と連結しており、チャンバー部２の内部空間に原料ガスを供給する。また、排気部７は図示しない真空源と連結しており、この排気部７を通じてチャンバー部２の内部空間の排気が行われる。これにより、チャンバー部２の内部空間において減圧環境下でのプラズマ形成および成膜が可能となる。
【００２５】
また、放電用ガス供給部５はプラズマ形成装置３の近傍、原料ガス供給部６は基材載置部４の基材載置面の近傍に設けられている。
【００２６】
また、本実施形態では、プラズマ形成部３と基材載置部４との間には後述するイオントラップ８が設けられている。
【００２７】
プラズマ形成装置３は、電極ユニット１１、高周波電力供給部１２および冷却液供給部１３を有しており、電極ユニット１１の周辺に放電用ガスが供給されている環境下において高周波電力供給部１２が電極ユニット１１に高周波電力を印加することにより、絶縁破壊が生じて図１（ａ）に鎖線で示すように電極ユニット１１の周辺にプラズマが形成される。また、プラズマを形成させている最中、冷却液供給部１３は高周波電力の印加により加熱される電極ユニット１１を冷却する。
【００２８】
電極ユニット１１は図１（ｂ）に示すように略Ｕ字形状を有し、チャンバー部２の内部空間にて１本の電極ユニット１１が対向した形態を有している。この電極ユニット１１の両端部には高周波電力供給部１２が接続されており、高周波電力供給部１２が作動して電極ユニット１１に高周波電力が印加されることにより、チャンバー部２の内部空間にて対向する電極ユニット１１の間で絶縁破壊が生じる。ここで放電用ガス供給部５から電極ユニット１１の方へ放電ガスを供給している状態において上記絶縁破壊を生じさせることにより、電極ユニット１１の周辺で放電用ガスがプラズマ化され、誘導結合プラズマが生じる。
【００２９】
放電用ガスがプラズマ化すると、電子、イオンおよびラジカルに分解され、このラジカルと原料ガスとが反応して成膜粒子となり、基材Ｗ上に薄膜Ｍが形成される。
【００３０】
なお、本実施形態では、原料ガスとしてＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）ガスを用いている。これに対し、放電用ガスとしてアルゴンガスおよび水素ガスを供給することにより、基材Ｗ上には薄膜ＭとしてＳｉ化合物膜が形成され、放電用ガスとして酸素ガスが供給されることにより、薄膜ＭとしてＳｉＯ２膜が形成される。Ｓｉ化合物膜はＳｉＯ２膜よりも密着性が高く、ＳｉＯ２膜はＳｉ化合物膜よりもバリア性が高い。本実施形態では基材Ｗ上にＳｉ化合物膜とＳｉＯ２膜とが交互に形成されるよう複数回の成膜を行っており、高いバリア性と密着性の両方を具備する封止膜を基材Ｗに形成させている。
【００３１】
電極ユニット１１の断面図を図２に示す。
【００３２】
電極ユニット１１は、アンテナ部２１、第１のカバー部２２および第２のカバー部２３とを有している。
【００３３】
アンテナ部２１は、たとえば銅などの導電性を有する材料で構成され、略Ｕ字状の形状を有しており、チャンバー部２の壁面に固定され、また、アンテナ部２１の両端は高周波電力供給部１２に接続されている。
【００３４】
また、本実施形態ではアンテナ部２１は中心に中空部を有するパイプ状となっており、その中空部は冷却液供給部１３と冷却液配管１４を介して接続されており、プラズマ形成時に冷却液供給部１３から冷却液が流され、アンテナ部２１が冷却される。
【００３５】
第１のカバー部２２は、絶縁体から構成されてアンテナ部２１の周囲を囲う管状のカバーである。この第１のカバー２２の材料は、絶縁性を有するだけでなく耐熱性および熱伸びしにくい性質を有することが好ましく、本実施形態では石英管が用いられている。
【００３６】
第１のカバー部２２の内径はアンテナ部２１の外径より大きく、アンテナ部２１の全周にわたって隙間２４が設けられるよう、チャンバー部２の壁面に固定されている。隙間２４は冷却液供給部１３と冷却液配管１４を介して接続されており、プラズマ形成時には隙間２４に冷却液供給部１３から冷却液が流され、アンテナ部２１と第１のカバー部２２が冷却される。
【００３７】
なお、第１のカバー部２２は、隙間２４を通る冷却液が外部に漏洩することを防ぐため、後述の第２のカバー部２３のように分割可能な形態は有していない。
【００３８】
第２のカバー部２３は、絶縁体から構成された管状のカバーであり、少なくともチャンバー部２内において第１のカバー部２２の周囲を囲う。本実施形態では、第２のカバー部２３は第１のカバー部２２と同じく石英から構成されている。
【００３９】
また、本実施形態では第２のカバー部２３はカバー部品２３ａとカバー部品２３ｂの２つに分割されており、これらカバー部品２３ａとカバー部品２３ｂとが第１のカバー部２２を囲うようにはめ合わされて第２のカバー部２３が形成される。また、第２のカバー部２３の内径は、第１のカバー部２２の外径より若干大きく、第１のカバー部２２と干渉することなく第１のカバー部２２の周囲に第２のカバー部２３が設けられる。
【００４０】
ここで、第１のカバー部２２と第２のカバー部２３との間の隙間２５には冷却液は流さない。
【００４１】
また、本実施形態では、隙間２５は、カバー部品２３ａとカバー部品２３ｂとのはめ合わせ部に生じる若干の隙間を介して排気部７によるチャンバ部２の内部空間の減圧の影響を受け、減圧された状態となっている。このように隙間２５が減圧されることにより、たとえ第１のカバー部２２が加熱されたとしても、その熱が第２のカバー部２３へ伝達されにくくなる。ここで、本実施形態では排気部７を利用して隙間２５の減圧が行われるが、隙間２５を減圧するための専用の減圧手段が別に設けられていても良い。
【００４２】
また、本実施形態では、第２のカバー部２３を支持するためのカバー受け２６がチャンバー部２の内部の側壁面に設けられており、まずこのカバー受け２６と第１のカバー部２２の間にカバー部品２３ｂをくぐらせてこのカバー部品２３ｂをカバー受け２６に載置し、次に第１のカバー部２２にかぶせるようにカバー部品２３ａをカバー部品２３ｂにはめ合わせることにより、第２のカバー部２３が組み立てられる。このように組み立てられることにより、アンテナ部２１および第１のカバー部２２をチャンバー部２から取り外すことなく第２のカバー部２３の取り付けを行うことが可能となり、第２のカバー部２３が一体物で形成される場合と比べて第２のカバー部２３の取り付けおよび取り外しが容易となる。
【００４３】
高周波電力供給部１２は、一般的に用いられる高周波電源であり、たとえば１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗの高周波電力を電極ユニット１１のアンテナ部２１に印加して誘導結合プラズマを生じさせる。
【００４４】
冷却液供給部１３は、アンテナ部２１の内部およびアンテナ部２１と第１のカバー部２２との間の隙間２４に冷却液を供給する手段であり、冷却液配管１４を介してアンテナ部２１の内部および隙間２４と接続されており、誘導結合プラズマが形成されている最中はアンテナ部２１の内部および隙間２４へ絶えず冷却液を流し続ける。これにより、アンテナ部２１および第１のカバー部２２が加熱され過ぎることを防いでいる。
【００４５】
冷却液供給部１３は、たとえば冷却液を貯蔵するタンクと冷却液を電極ユニット１１の方へ送液するポンプなどから構成されている。なお、本実施形態では冷却水として水を用いているが、水に限らず他の液体であっても構わない。
【００４６】
基材載置部４は、チャンバー部２の中で基材Ｗを把持する台であり、電極ユニット１１と対向する面は平坦な基材載置面となっている。この基材載置面には吸着穴が多数設けられており、基材Ｗを吸着固定する。
【００４７】
以上の薄膜形成装置１により、プラズマＣＶＤ法によって基材Ｗに薄膜Ｍを形成させることができる。すなわち、プラズマ形成装置によってチャンバー部２内で誘導結合プラズマを発生させ、このプラズマと原料ガスとを反応させて生じた成膜粒子を基材Ｗ上に堆積させ、薄膜Ｍを形成することができる。
【００４８】
ここで先述の通り、原料ガス供給部６は、基材載置部４の基材載置面の近傍に設けられている。これにより、基材Ｗの近傍で原料ガスを反応させ、安定して薄膜Ｍを形成させることができる。これに対し、放電用ガス供給部５はプラズマ形成装置３の近傍に設けられており、基材載置部４に載置された基材Ｗと離れた場所でプラズマを形成することができるため、プラズマの熱エネルギーによって基材Ｗにダメージを与えることなく薄膜Ｍの形成を行うことが可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、プラズマ形成装置３と基材載置部４の間にはイオントラップ８が設けられている。このイオントラップ８は、金属製であり所定の編み目を有するメッシュ状に形成されている。そして、イオントラップ８がアースされていることにより、ラジカルを基材載置部４側に通過させ、他の不要な粒子を取り除くことができるようになっている。すなわち、放電用ガスがプラズマ化すると、ラジカルが生成されると同時に電子、イオン等（陽イオン等）の成膜に不要な粒子も生成される。ここで、アースされたイオントラップ８は、プラズマ電位に対して相対的にマイナスになるため、陽イオンはイオントラップ８に付着し、電子はイオントラップ８により電気的な力を受け、跳ね返される。すなわち、イオントラップ８からは主として電気的に中性なラジカルが基材載置部４側に排出され、原料ガスと反応して成膜粒子となり基材Ｗ上に堆積する。
【００５０】
次に、薄膜形成装置１に組み込まれてしばらく基材Ｗへの薄膜Ｍの形成に使用されたプラズマ形成装置３の様子を図３に示す。
【００５１】
プラズマ形成装置３がプラズマを生じさせ、そのプラズマを用いてプラズマＣＶＤ法によって基材Ｗに薄膜Ｍを形成する際、図３（ａ）に示すようにプラズマ形成装置３にも若干の薄膜Ｍが堆積する。本発明の場合、プラズマ形成装置３の電極ユニット１１の最外周には第２のカバー部２３が存在するため、第２のカバー部２３に薄膜Ｍが堆積する。
この薄膜Ｍと第２のカバー部２３には熱膨張率に差があるため、基材Ｗへの薄膜形成時には加熱されている電極ユニット１１および薄膜Ｍの温度（たとえば、電極ユニット１１の温度：約３００℃、薄膜Ｍの温度：１００〜１５０℃）が薄膜形成後に室温（約２０℃）に戻ったとき、図３（ａ）に矢印で示すように、薄膜Ｍに膜応力が生じる。この膜応力により第２のカバー部２３には負荷がかかる。また、第２のカバー部２３に堆積した薄膜Ｍの厚みが大きいほど膜応力も大きくなる。
【００５２】
膜応力が大きい場合、もしくは、第２のカバー部２３に傷などが存在していた場合、第２のカバー部２３が膜応力による負荷に耐えきれず図３（ｂ）のように破損するおそれがある。ここで、本発明では第２のカバー部２３とその内側にある第１のカバー部２２の間の隙間２５には冷却液は流していないため、万が一第２のカバー部２３が破損しても冷却液の漏洩は生じないため、チャンバー部２に大きな損傷を与えることはない。
【００５３】
また、本実施形態では、図３にも示す通り、第２のカバー部２３は円形の断面を有している。こうすることにより、第２のカバー部２３に堆積する薄膜Ｍの膜応力を分散させやすくなり、第２のカバー部２３の破損を防ぐことができる。
【００５４】
また、本実施形態では、第１のカバー部２２と第２のカバー部２３とは同じ材料から構成されているため、仮に薄膜形成中に第２のカバー部２３が破損した場合であっても、プラズマ特性を変えることなく薄膜の形成を続行することができる。
【００５５】
なお、図４に示したような従来の形態の電極ユニット１１では、堆積した薄膜Ｍの膜応力によりカバー部９２が破損することが起こらないよう、薄膜形成を所定時間実施するごとにカバー部９２のエッチング（プラズマクリーニング）を実施し、堆積した薄膜Ｍを削り落とす必要があった。このエッチング作業は薄膜形成装置１からカバー部９２を取り外すことなく実施することはできるが、エッチング作業中は基材への薄膜形成作業を行うことができない。具体的には、約５時間の薄膜形成作業を行うごとに約１時間のエッチング作業が必要であり、エッチング作業中は薄膜形成作業を中断していた。
【００５６】
これに対し本発明では、第２のカバー部２３を薄膜Ｍが堆積したものから薄膜Ｍが堆積していない別のものへ交換した後に、薄膜形成装置１とは別の環境でエッチング作業を実施することが可能である。ここで、先述の通り本実施形態では第２のカバー部２３はカバー部品２３ａとカバー部品２３ｂとに分離する形態となっており、交換作業は容易である。具体的には２０分程度で第２のカバー部２３の交換作業は完了するため、薄膜形成作業を中断する時間を短縮することができる。
【００５７】
また、本発明では万が一第２のカバー部２３が破損してもチャンバー部２に損傷を与えることなく薄膜形成を続行することができるため、エッチング作業の頻度を少なくすることもできる。具体的には、１０時間の薄膜形成作業を行うごとに約２０分の第２のカバー部２３の交換作業を行う程度で十分であり、従来の実施形態よりも高い稼働率で薄膜形成作業を行うことが可能である。
【００５８】
また、本実施形態であっても従来の実施形態であってもエッチングを実施することによりカバー部の表面が削れていくため、カバー部は厚みが薄くなり膜応力に弱くなっていく。したがって、図４の従来の実施形態ではカバー部９２の厚みが所定の厚みより小さくなった際にアンテナ部９１およびカバー部９２を一度薄膜形成装置１から取り外し、カバー部９２を交換する作業が必要であった。これに対し、本発明では、簡易な第２のカバー部２３の交換作業のみで済み、アンテナ部２１および第１のカバー部２２を取り外すことなく、長期間プラズマの形成を行わせることが可能である。
【００５９】
以上のプラズマ形成装置により、薄膜形成装置に損傷を与えることを防ぎ、薄膜形成を行うことができる。また、このプラズマ形成装置を備える薄膜形成装置により、高い稼働率で薄膜形成をおこなうことができる。
【符号の説明】
【００６０】
１  薄膜形成装置
２  チャンバー部
３  プラズマ形成装置
４  基材載置部
５  放電用ガス供給部
６  原料ガス供給部
７  排気部
８  イオントラップ
１１  電極ユニット
１２  高周波電力供給部
１３  冷却液供給部
１４  冷却液配管
２１  アンテナ部
２２  第１のカバー部
２３  第２のカバー部
２３ａ  カバー部品
２３ｂ  カバー部品
２４  隙間
２５  隙間
２６  カバー受け
９１  アンテナ部
９２  カバー部
Ｍ  薄膜
Ｗ  基材
【図１】
0006375225.tif 000002
【図２】
0006375225.tif 000003
【図３】
0006375225.tif 000004
【図４】
0006375225.tif 000005
【図５】
0006375225.tif 000006