(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a) 真空容器と、
b) 前記真空容器の内部空間内に突出するように設けられたプラズマ生成手段支持部と、
c) 前記真空容器内に前記プラズマ生成手段支持部を挟んで設けられた、平面状被処理基体を保持するための２個の基体保持部と、
d) 前記２個の基体保持部のそれぞれと等距離にある面内に配置され、前記プラズマ生成手段支持部に取り付けられた複数の平面状の誘導結合型高周波アンテナからなるプラズマ生成手段と、
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記基体保持部が、前記平面状被処理基体を立てた状態で保持するものであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記基体保持部が太陽電池用ガラス基板を保持するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを生成し、そのプラズマを用いて平面状被処理基体に堆積処理やエッチング処理等を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理装置は半導体基板、太陽電池用基板、ディスプレイ用基板等を製造するために幅広く用いられている。例えば、ガラス基板の表面にシリコンを含有するプラズマを生成し、ガラス基板上にシリコン薄膜を堆積させることにより太陽電池用基板が得られる。以後、プラズマ処理が施される基体（上述の例ではガラス基板）を被処理基体と呼ぶ。
【０００３】
近年、上記各種基板の大型化が進んでいるが、これらの基板では、１枚の基板の全面に亘って均等な処理を施す必要がある。例えば、太陽電池用基板の場合、１枚の基板は多数のセルに区分されるが、各セルにおけるシリコン薄膜の膜厚等の品質は限られた所定の範囲内に収めなければならない。そのため、プラズマ処理装置内に生成されるプラズマの密度分布は、被処理基体の大型化、すなわちプラズマ生成領域の大型化に拘わらず、一定の範囲内に収めることが要求されている。
【０００４】
プラズマ処理装置には、ECR(電子サイクロトン共鳴)プラズマ方式のもの、マイクロ波プラズマ方式のもの、誘導結合型プラズマ方式のもの、容量結合型プラズマ方式のもの等がある。例えば、特許文献１には、真空容器の外側である天井上面に渦巻き状の誘導コイルが１個載置された誘導結合型プラズマ処理装置が記載されている。誘導結合型プラズマ処理装置では、真空容器の内部にガスを導入し、高周波アンテナ（誘導コイル）に高周波電流を流すことにより真空容器の内部に誘導電界を生成する。この誘導電界により電子を加速し、その電子とガス分子を衝突させることにより、ガス分子を電離させてプラズマを生成する。特許文献１に記載のプラズマ処理装置においては、基板の大型化に合わせて渦巻き状コイルを大きくする必要がある。しかし、単に大きくするだけでは、中心部と周辺部のプラズマ密度の差も単純に拡大するだけであるため、前記のような全面に亘る均一性の基準を満たさなくなってしまう。更に、アンテナを大型化すると、アンテナの導体が長くなり、それによりアンテナに定在波が形成されて高周波電流の強度分布が不均一になり、結果的にプラズマ密度分布が不均一になるおそれがある（非特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献２及び非特許文献１には、複数個の高周波アンテナが真空容器の内壁に取り付けられたマルチアンテナ方式の誘導結合型プラズマ処理装置が記載されている。この装置によれば、複数のアンテナの配置を適切に設定することにより、真空容器内のプラズマの分布を制御することができる。また、個々のアンテナの導体の長さを短くすることができるため、定在波による悪影響を防ぐことができる。これらの理由により、特許文献２及び非特許文献１に記載のプラズマ処理装置は従来のものよりも均一性が高いプラズマを生成することができる。
【０００６】
【特許文献１】特開2000-058297号公報（[0026]〜[0027]、図1）
【特許文献２】特開2001-035697号公報（[0050]、図11）
【非特許文献１】節原裕一著、「次世代メートルサイズ大面積プロセス用プラズマ源」、Journal of Plasma and Fusion Reserch、第81巻第2号85〜93頁、2005年2月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２及び非特許文献１に記載のプラズマ処理装置により、真空容器内のプラズマの密度の均一性は高まるが、生成されたプラズマの約半分は真空容器の中心側ではなくそのアンテナを取り付けた内壁に向かって拡散するためプラズマ処理に利用されない。更に、被処理基体に対して成膜を行うプラズマCVD装置においては、プラズマにより生成されたラジカル（膜前駆体）の約半分が真空容器内壁に付着してパーティクルとなり、それが落下して膜の品質を低下させる原因となる。そのため、定期的に真空容器内のクリーニングを行う必要が生じ、それにより装置の稼働率が低下する。また、高価なクリーニング用のガスを大量に用いる必要があることによりランニングコストが上昇する。
【０００８】
また、処理すべき基体がますます大面積化する一方、被処理基体の全面に亘る処理品質（堆積厚さ、密度等）の均一性に対する基準が厳しくなると、より一層、プラズマの均一性を高める必要が生じる。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、平面状被処理基体に対してプラズマ処理を行う装置であって、プラズマの利用効率及び均一性がよく、コストを抑えることができ、且つ生産性が高い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】
【００１０】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置は、
a) 真空容器と、
b) 前記真空容器の内部空間内に突出するように設けられたプラズマ生成手段支持部と、
c) 前記真空容器内に前記プラズマ生成手段支持部を挟んで設けられた、平面状被処理基体を保持するための２個の基体保持部と、
d) 前記２個の基体保持部のそれぞれと等距離にある面内に配置され、前記プラズマ生成手段支持部に取り付けられた複数の平面状の誘導結合型高周波アンテナからなるプラズマ生成手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
プラズマ生成手段は真空容器内のガス分子を電離させることによりプラズマを生成するものである。プラズマ生成手段には種々のものを用いることができるが、その代表例として高周波アンテナを挙げることができる。また、マイクロ波導波管にスリットを設けたものや高周波電極等もプラズマ生成手段として用いることができる。
【００１２】
本発明において、「内部空間内に突出するように設けられたプラズマ生成手段支持部」には、内部空間を縦（横）断するプラズマ生成手段支持部も含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るプラズマ処理装置では、真空容器の内部空間に突出するように設けられたプラズマ生成手段支持部にプラズマ生成手段が取り付けられるため、特許文献２及び非特許文献１に記載のプラズマ処理装置のように真空容器の内壁にプラズマ生成手段（高周波アンテナ）が取り付けられる場合よりも、プラズマ生成手段が取り付けられる部分の総面積を小さくすることができる。そのため、プラズマの利用効率が向上すと共に、プラズマCVD装置では真空容器の内壁に付着する堆積物を少なくすることができる。その結果、内壁のクリーニングの頻度を少なくすることができ、装置の稼働率を向上させることができると共にランニングコストを抑えることができる。
【００１４】
また本発明では、プラズマ生成手段支持部を用いることにより、プラズマ生成手段を内部空間の任意の位置に取り付けることができる。そのため、特許文献２及び非特許文献１に記載の装置のように内部空間の周辺に限られることなく、内部空間の中心付近にまでプラズマ生成手段を配置することができる。これにより、大面積の半導体装置用基板、太陽電池用基板、ディスプレイ用基板等の平面状被処理基体の全面に亘ってプラズマ生成手段をより均等に配置することができるため、より均一性の高いプラズマをより広い空間に形成することが可能になる。そのため、大面積の被処理基体の全面に亘って均一性の高いエッチングや堆積処理などのプラズマ処理を行うことができる。
【００１５】
更に本発明では、それぞれ平面状被処理基体を保持する１対の基体保持部を用いるため、平面状被処理基体を２枚同時に処理することができ、従来よりも生産性を高めることができる。また、プラズマ生成手段支持部の両側に平面状被処理基体を配置するため、従来のように平面状被処理基体を１枚のみ配置する場合よりも真空容器内壁で消費されるプラズマが少なくなるため、プラズマの無駄を一層抑制することができ、エネルギーや資源の利用効率を高めることができる。
【００１６】
本発明のプラズマ処理装置は、太陽電池用ガラス基板（被処理基体）上にシリコンの薄膜を製造するために好適に用いることができる。
現在、太陽電池用のシリコン薄膜は１辺が1m以上のガラス基板上に作製することが求められている。マルチアンテナ方式以外の従来型プラズマ処理装置では、この基板の大きさと同程度の長さを持つアンテナを用いる必要がある。その場合、一般的に用いられている周波数13.56MHzの高周波を用いると、アンテナ導体に定在波が形成され、それにより真空容器内にプラズマ密度のばらつきが生じるおそれがある。それに対して、マルチアンテナ方式では、個々のアンテナの導体が従来のものよりも短いため、定在波の形成を確実に防ぐことができる。
このように、本発明により、マルチアンテナ方式において、より均一性の高いプラズマをより広い空間内に形成することができるため、膜厚の均一性などの点で品質がより高く且つより大面積の太陽電池用シリコン薄膜を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１及び図２を用いて、本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例を説明する。本実施例に係るプラズマ処理装置は大面積の平面状被処理物を処理するためのものであり、そのため、平面状被処理物のたわみを防止すべく、平面状被処理物を垂直に立てた状態で処理する。
【００１８】
本実施例のプラズマ処理装置１０は従来と同様の真空容器１１を有し、図１に示すように、この真空容器１１の上下からその内部空間１１１内に突出するように、アンテナ支持部（プラズマ生成手段支持部）１２が４個設けられている。各アンテナ支持部１２には高周波アンテナ（プラズマ生成手段）１３が４個、合計１６個の高周波アンテナ１３が真空容器１１内に設けられている。これにより、図１の面（これを「アンテナ設置面」と呼ぶ）内では１６個の高周波アンテナ１３が縦・横共にほぼ等間隔に配置される。各高周波アンテナ１３は線状の導体を「コ」の字状に曲げた平面状のものであり、その平面がアンテナ設置面に一致するように配置する。
【００１９】
各アンテナ支持部１２は薄い直方体形状をなしており、内部は空洞となっている。本実施例では、各アンテナ支持部１２毎に電源１４が１個設けられ、各アンテナ支持部１２に取り付けられた高周波アンテナ１３は、その電源１４に並列に接続される。また、各電源１４毎に、高周波アンテナ１３との間にインピーダンス整合器１５が１個設けられる。インピーダンス整合器１５と各高周波アンテナ１３を接続する配線は、アンテナ支持部１２の空洞内に設けられている。アンテナ支持部１２の空洞内は、真空容器１１と連通していてもよいし、逆に外部（大気）と連通していてもよい。
【００２０】
図２に示すように、高周波アンテナ１３及びアンテナ支持部１２を挟んで、２個の基体保持部１６が設けられる。各基体保持部１６には１枚の平面状被処理基体２１が垂直に保持される。これにより、両平面状被処理基体２１はアンテナ設置面及び高周波アンテナ１３の平面に平行になり、本プラズマ処理装置１０の厚さを薄くすることができる。
【００２１】
その他、本プラズマ処理装置１０には、内部空間１１１を排気するための真空ポンプや、プラズマ原料ガスを導入するためのガス導入口などが設けられる。
【００２２】
本実施例のプラズマ処理装置１０の動作を、ガラス基板上に太陽電池用のシリコン薄膜を製造する場合を例に説明する。まず、ガラス基板（平面状被処理基体）２１を両基体保持部１６に１枚ずつ取り付ける。次に、真空ポンプにより内部空間１１１を排気したうえで、ガス導入口からプラズマ原料ガスとしてシランと水素の混合ガスを導入する。そして、電源１４から高周波アンテナ１３に周波数13.56MHzの高周波電力を供給し、真空容器１１内にプラズマを生成する。これにより、プラズマ原料ガスの分子が電離したプラズマ分子がガラス基板に堆積し、シリコン薄膜が生成される。
【００２３】
本実施例のプラズマ処理装置１０では、アンテナ支持部１２に高周波アンテナ１３を取り付けているため、高周波アンテナ１３をその中央付近にまで配置することができる。これにより、従来のように高周波アンテナを真空容器の内壁のみに設けた場合と比較して、より一層均一性の高いプラズマを形成することができる。また、アンテナを取り付ける部分の面積を比較的小さくすることができるため、真空容器１１の壁面に高周波アンテナ１３を取り付ける場合よりも、取り付け面側に向かうプラズマのロスを抑えることができる。
【００２４】
アンテナ支持部１２を挟んで２枚の平面状被処理基体２１を配置することにより、同時に２枚の平面状被処理基体２１に対してプラズマ処理を行うことができ、生産効率が高くなる。また、これら２枚の平面状被処理基体２１のプラズマ処理条件はほぼ同一であるため、両平面状処理基体２１の品質の差も小さい。更に、平面状の高周波アンテナ１３の両側に生成されるプラズマが、それぞれ平面状処理基体２１の処理に用いられるため、プラズマ利用効率及びエネルギー効率を一層高めることができる。それと共に、平面状被処理基体２１が１枚のみである場合よりも真空容器１１の内壁に到達するプラズマが少なくなるため、プラズマの無駄を一層抑制することができ、エネルギーや資源の利用効率を高めることができる。
【００２５】
本発明に係るプラズマ処理装置は上記実施例のものには限られない。
例えば、アンテナ支持部１２の個数は本実施例では２個としたが、被処理基体の形状や大きさ等に応じて１個のみとしてもよいし、３個以上としてもよい。また、１個の電源１４に取り付ける高周波アンテナ１３の個数及び装置全体で使用する電源１４の個数は、高周波アンテナ１３の消費電力などを考慮して適宜定めることができる。高周波アンテナ１３は上記コの字形のものの他に、線状の導体をＵ字形や半円形に曲げた平面状のものなどを用いることができる。
【００２６】
上記実施例では平面状の高周波アンテナ１３を平面状被処理基体２１に平行に配置したが、平面状高周波アンテナを平面状被処理基体２１に対して傾斜するように配置してもよい。
【００２７】
また、上記実施例では基体保持部１６には平面状被処理基体２１を垂直に保持するものを用いたが、平面状被処理基体２１が垂直から多少傾いていてもよいし、垂直以外の向き（例えば水平）に保持するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の一実施例の縦断面図。
【図２】本実施例のプラズマ処理装置に係る、図１の断面と直交する縦断面の図。
【符号の説明】
【００２９】
１０…プラズマ処理装置
１１…真空容器
１１１…内部空間
１２…アンテナ支持部（プラズマ生成手段支持部）
１３…高周波アンテナ（プラズマ生成手段）
１４…電源
１５…インピーダンス整合器
１６…基体保持部
２１…平面状被処理基体
【図１】
0005329796.tif 000002
【図２】
0005329796.tif 000003