(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、この真空容器内に原料ガスを導入し、排出する手段と、前記真空容器内に配置され、被処理物を支持するとともに被処理物を加熱する支持兼加熱部材と、前記真空容器内に配置された高周波放電電極とを具備したプラズマ化学蒸着装置において、
前記高周波放電電極は主面が網目状であり、かつ給電点を前記高周波放電電極面の中央とした構成であることを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
【請求項２】
真空容器と、この真空容器内に原料ガスを導入し、排出する手段と、前記真空容器内に配置され、被処理物を支持するとともに被処理物を加熱する支持兼加熱部材と、前記真空容器内に配置された高周波放電電極とを具備したプラズマ化学蒸着装置において、
前記高周波放電電極は主面が網目状であり、かつ給電点を前記高周波放電電極面の対角線の交点を中心とする対称な４箇所以上に配置したことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ化学蒸着装置に関し、特にアモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、薄膜トランジスタ、光センサ、半導体保護膜等各種電子デバイスに使用される非晶質薄膜及び微結晶薄膜の製造に適用されるプラズマ化学蒸着装置（以下、ＰＣＶＤ装置と呼ぶ）に関し、詳しくは高周波放電電極形状及び高周波放電電極への高周波電力の給電点配置に改良を施したものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＣＶＤ装置としては、図１に示すものが知られている。
図中の付番１は真空容器である。この真空容器１内には、原料ガス供給管２、及び支持兼加熱部材３が互いに対向して配置されている。前記支持兼加熱部材３は、裏面側に基板４を支持しながら基板４を加熱する働きを有している。前記原料ガス供給管２と支持兼加熱部材３間には、高周波電源５に接続された板状の高周波放電電極６が配置されている。前記真空容器１には真空ポンプ７が接続されている。
【０００３】
こうしたＰＣＶＤ装置による非晶質薄膜及び微結晶薄膜の製造は次のように行う。
まず、支持兼加熱部材３に、例えばガラス、ステンレス、耐熱性分子材料等からなる基板４を固定し、所定の温度（例えば２００℃）まで加熱する。また、真空容器１内を、真空ポンプ７にて真空排気（例えば１×１０-6Ｔｏｒｒ程度）する。次に、原料ガス（例えばＳｉＨ4 ガス）を原料ガス供給管２から真空容器１内に導入する。ここで、真空容器１内の原料ガスが圧力及び流量が所定の値（例えば０．１Ｔｏｒｒで８００ｓｃｃｍ）になるように導入流量と排気流量を調整する。
【０００４】
次に、高周波放電電極６に高周波電源５より高周波電力（例えば６０ＭＨｚで８００Ｗ）を入力し、高周波放電電極６の周辺に原料ガスのプラズマ８を発生させる。この結果、原料ガスはプラズマ８により活性化され、ラジカルな状態（例えばＳｉＨ2 やＳｉＨ3 、以下ラジカルガスと呼ぶ）になる。基板４表面まで到達したラジカルは、互いに化学的な結合をしながら基板４表面に堆積して、薄膜（例えばアモルファスシリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜）を形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、アモルファスシリコン太陽電池、微結晶シリコン太陽電池、薄膜トランジスタを用いた液晶表示装置等は、大面積化の要求が高まっており、製造装置であるＰＣＶＤ装置も大面積化の方向に進んでいる。
【０００６】
しかし、大面積化すると、薄膜の均一な蒸着（例えば物性、膜厚）が困難になるという問題がある。これは、1)基板面上への供給ガスの流量分布の不均一性、2)放電電極面上の電圧分布の不均一性が主な原因と考えられる。
【０００７】
また、成膜速度や膜質向上のための一手段として、電源周波数の高周波化の方向にも進んでおり、従来良く用いられている１３．５６ＭＨｚから更に高い周波数領域（例えば４０〜２００ＭＨｚ）への高周波化が行われている。しかし、この領域では波長が基板サイズと同程度のオーダーとなるため、安在波の影響等による電極面上の電圧分布の不均一性が更に顕著となり、大面積での均一な成膜を妨げる新たな要因となっている。
【０００８】
図２は、従来のＰＣＶＤ装置における原料ガス供給管11、高周波放電電極12、基板13の配置を各部材の形状が分かるようにした展開図を示す。前記原料ガス供給管11は、基板13全面に原料をガスを均一に供給できるように、多数のガス吹き出し穴14を設けたガス管15をはしご状に配置した形状となっており、基板13と平行に配置されている。また、高周波放電電極12も、基板13全面にプラズマを発生させ、かつ、原料ガス供給管11からの原料ガスの流れを遮ることなく、一様に供給できるように、電極棒16をはしご状に配置した形状となっており、基板13と平行に配置されている。この電極構成については、例えば特許（特願平３−５３２９）に報告されている。
【０００９】
本方法は、一般に用いられている平行平板型の電極を用いた方法と比べると供給ガスの流量分布の均一性を高めることができるため、従来の１３．５６ＭＨｚの電源周波数での成膜では、大面積での薄膜の均一性は良好であった。
【００１０】
しかし、高速高品質成膜などのために従来よりも高い周波数領域の電源周波数を用いる場合、従来の技術では高周波放電電極12の形状に対する配慮が欠けており、高周波放電電極12面内の電圧分布が不均一になりやすく、高周波放電電極12全面に均一なプラズマを発生させることが困難であった。
【００１１】
図３は、図２の配置構成をした高周波放電電極12等を有したＰＣＶＤ装置の電圧分布を示す。図３より、中央の給電点17及び給電点17のある電極棒18の電圧が高い不均一な電圧分布になっており、プラズマが不均一になることが分かる。
【００１２】
一方、一般に用いられている平行平板型ＰＣＶＤ装置では、例えば文献Ｐlasma Ｓources  Ｓci. Ｔechnol. 6(1997)170-178に示されているように、電極面上の中央もしくは中央を中心とする対称な４点に給電することによって、電源周波数７０ＭＨｚでも比較的均一な電圧分布が得られ、比較的均一な薄膜が得られている。しかしながら、この方法では、供給ガスの流量分布の不均一性が克服されていないこともあり、膜厚の不均一性は±１８％あり、充分均一な薄膜（±１０％以下）は得られない。
【００１３】
本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、高周波放電電極の主面を網目状にするとともに、給電点を前記高周波放電電極面の中央とした構成とすることにより、プラズマの不均一性を改善して均一な薄膜を形成しえるプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、高周波放電電極の主面を網目状とするとともに、給電点を前記高周波放電電極面の対角線の交点を中心とする対称な４箇所以上に配置した構成とすることにより、プラズマの不均一性を改善して均一な薄膜を形成しえるプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本願第１の発明は、真空容器と、この真空容器内に原料ガスを導入し、排出する手段と、前記真空容器内に配置され、被処理物を支持するとともに被処理物を加熱する支持兼加熱部材と、前記真空容器内に配置された高周波放電電極とを具備したプラズマ化学蒸着装置において、前記高周波放電電極は主面が網目状であり、かつ給電点を前記高周波放電電極面の中央とした構成であることを特徴とするプラズマ化学蒸着装置である。
【００１６】
本願第２の発明は、真空容器と、この真空容器内に原料ガスを導入し、排出する手段と、前記真空容器内に配置され、被処理物を支持するとともに被処理物を加熱する支持兼加熱部材と、前記真空容器内に配置された高周波放電電極とを具備したプラズマ化学蒸着装置において、前記高周波放電電極は主面が網目状であり、かつ給電点を前記高周波放電電極面の対角線の交点を中心とする対称な４箇所以上に配置したことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置である。
【００１７】
本発明において、真空容器内に原料ガスを導入する手段としては、例えば原料ガス供給管が挙げられる。一方、原料ガスの排出は例えば真空ポンプによって行なわれる。
【００１８】
本発明において、高周波放電電極の形状は、例えば複数の電極棒を平行に並べた電極群を２つ互いに直交させて配置したもので、物理的かつ電気的に結合して電極主面を網目状にしたもの、あるいは平板を型の打ち抜きで網目状にしたものが挙げられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
（実施例１）
図４、図５を参照する。但し、図４は本発明に係るプラズマ化学蒸着装置（ＰＣＶＤ装置）の全体図、図５は図４の装置の一構成である高周波放電電極の概略的な形状を示す斜視図である。なお、本実施例１は請求項１に対応する。
【００２１】
図中の付番21は真空容器である。この真空容器21内には、原料ガス供給管22、及び支持兼加熱部材23が互いに対向して配置されている。前記支持兼加熱部材23は、裏面側に被処理物としての基板24を支持しながら基板24を加熱する働きを有している。前記原料ガス供給管22と支持兼加熱部材23間には、高周波電源25に接続された高周波放電電極26が配置されている。前記真空容器21には真空ポンプ27が接続されている。高周波放電電極26は、複数の電極棒28を平行に並べて電極群を２つ互いに直交させて配置したもので、物理的かつ電気的に結合して図５に示すように給電点29が電極26面の中央に配置されている。
【００２２】
こうしたＰＣＶＤ装置による非晶質薄膜及び微結晶薄膜の製造は次のように行う。まず、支持兼加熱部材23に例えばガラス、ステンレス、耐熱性分子材料等からなる基板24を固定し、所定の温度（例えば２００℃）まで加熱する。また、真空容器１内を、真空ポンプ27にて真空排気（例えば１×１０-6Ｔｏｒｒ程度）する。次に、原料ガス（例えばＳｉＨ4 ガス）を原料ガス供給管22から真空容器21内に導入する。ここで、真空容器21内の原料ガスが圧力及び流量が所定の値（例えば０．１Ｔｏｒｒで８００ｓｃｃｍ）になるように導入流量と排気流量を調整する。
【００２３】
次に、高周波放電電極26に高周波電源25より高周波電力（例えば６０ＭＨｚで８００Ｗ）を入力し、高周波放電電極26の周辺に原料ガスのプラズマ28を発生させる。この結果、原料ガスはプラズマ28により活性化され、ラジカルな状態（例えばＳｉＨ2 やＳｉＨ3 、以下ラジカルガスと呼ぶ）になる。基板24表面まで到達したラジカルは、互いに化学的な結合をしながら基板24表面に堆積して、アモルファスシリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜等を形成する。
【００２４】
上記実施例１に係るＰＣＶＤ装置によれば、高周波放電電極26が複数の電極棒28を平行に並べて電極群を２つ互いに直交させて配置されて網目状をなし、かつ給電点29が電極26面の中央（電極26の対角線の交点）に配置された構成となっているため、給電点29から高周波放電電極26面内各点への通電距離が短くなり、電圧分布が図６のように改善される。これにより、プラズマの不均一性が改善され、従来と比べより均一薄膜が形成できる。
【００２５】
（比較例１）
図７に示すように電極棒31を網目状に配置した高周波放電電極32であっても、給電点33を高周波放電電極32の端部に配置すると、電圧分布が図８に示すようになり、プラズマが不均一になる。従って、給電点の配置は図５に示すように中央に設定する。
【００２６】
（実施例２）
本実施例２（請求項１に対応）に係る高周波放電電極42は、図９に示すように電極棒41を実施例１と同様に網目状に配置しかつ給電点43を中央に配置したものであり、前記電極42が大面積化した構成となっている。実施例２の場合、電圧分布が図１０のようになり、従来と比べてプラズマの不均一性は改善されるが、図６（実施例１）と比べてプラズマの不均一性が増大する。
【００２７】
（実施例３）
本実施例３（請求項２に対応）に係る高周波放電電極52は、図１１に示すように、図９の高周波放電電極42と比べ、高周波放電電極52面の対角線54の交点55を中心とする対称な４箇所（対角線上）に給電点53を配置した構成となっている。実施例３によれば、図１２に示すように、電圧分布の不均一性が改善され、プラズマの不均一性が改善される。
【００２８】
（本発明に係り本発明者が検討した検討例）本検討例は、図１３に示すように、高周波放電電極62面の対角線54の交点55を中心とする対称的な２箇所に給電点63を配置した構成となっている。
【００２９】
（実施例４）本実施例４（請求項２に対応）は、図１４に示すように、高周波放電電極72面の対角線54の交点55を中心とする対称的な４箇所に給電点73を配置した構成となっている。実施例４によれば、電圧分布の不均一性が改善され、プラズマの不均一性が改善される。
【００３０】
（実施例５）本実施例５（請求項２に対応）は、図１５に示すように、高周波放電電極82面の対角線54の交点55を中心とする対称的な８箇所（対角線上及び対角線上以外の箇所）に給電点83を配置した構成となっている。実施例５によれば、電圧分布の不均一性が改善され、プラズマの不均一性が改善される。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、高周波放電電極の主面を網目状にするとともに、給電点を前記高周波放電電極面の中央とした構成とすることにより、プラズマの不均一性を改善して均一な薄膜を形成しえるプラズマ化学蒸着装置を提供できる。
【００３２】
また、本発明によれば、高周波放電電極の主面を網目状とするとともに、給電点を前記高周波放電電極面の対角線の交点を中心とする対称な４箇所以上に配置した構成とすることにより、プラズマの不均一性を改善して均一な薄膜を形成しえるプラズマ化学蒸着装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のＰＣＶＤ装置の全体図。
【図２】従来のＰＣＶＤ装置における原料ガス供給管、高周波放電電極及び基板の配置状態を示す展開図。
【図３】図２の電極を用いた場合の電圧分布を示す特性図。
【図４】本発明の実施例１に係るＰＣＶＤ装置の全体図。
【図５】図４の装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【図６】図５の高周波放電電極を用いた場合の電圧分布を示す特性図。
【図７】比較例に係る高周波放電電極の説明図。
【図８】図７の高周波放電電極を用いた場合の電圧分布を示す特性図。
【図９】本発明の実施例２に係るＰＣＶＤ装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【図１０】図９の高周波放電電極を用いた場合の電圧分布を示す特性図。
【図１１】本発明の実施例３に係るＰＣＶＤ装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【図１２】図１１の高周波放電電極を用いた場合の電圧分布を示す特性図。
【図１３】  本発明に係り本発明者が検討した検討例のＰＣＶＤ装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【図１４】  本発明の実施例４に係るＰＣＶＤ装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【図１５】  本発明の実施例５に係るＰＣＶＤ装置に使用される高周波放電電極の説明図。
【符号の説明】
21…真空容器、
22…原料ガス供給管、
23…支持兼加熱部材、
24…基板（被処理物）、
25…高周波電源、
26、42、52…高周波放電電極、
27…真空ポンプ、
28、41、51…電極棒、
29、43、53、63、73、83…給電点、
54…対角線、
55…交点。
【図１】
0003912868.tif 000002
【図２】
0003912868.tif 000003
【図３】
0003912868.tif 000004
【図４】
0003912868.tif 000005
【図５】
0003912868.tif 000006
【図６】
0003912868.tif 000007
【図７】
0003912868.tif 000008
【図８】
0003912868.tif 000009
【図９】
0003912868.tif 000010
【図１０】
0003912868.tif 000011
【図１１】
0003912868.tif 000012
【図１２】
0003912868.tif 000013
【図１３】
0003912868.tif 000014
【図１４】
0003912868.tif 000015
【図１５】
0003912868.tif 000016