(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、
前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生室と前記基板支持台を備えた基板処理室との間をアノード電極を介して二室に画成され、
前記基板処理室と前記プラズマ発生室とがアノード電極に形成された一以上のプラズマ吹出口を介して連通されてなり、
少なくとも一の前記プラズマ吹出口がホロー放電の発生域とされてなり、
前記プラズマ発生室には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなる、
ことを特徴とする表面処理装置。
【請求項２】
少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の開口幅Ｗ(1) は、Ｗ(1) ≦５Ｌ(e) 又はＷ(1) ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項１に記載の表面処理装置。
但し、Ｌ(e) ：所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生                する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原                子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程
Ｘ    ：所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
【請求項３】
前記ホロープラズマ発生電極は、プラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向面に一以上の凹部を有してなり、少なくとも一の前記凹部が前記ホロー放電発生域とされてなる請求項１又は２記載の表面処理装置。
【請求項４】
前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する１以上の貫通孔を有してなり、少なくとも一の前記貫通孔が前記ホロー放電発生域とされてなる請求項１又は２に記載の表面処理装置。
【請求項５】
前記凹部又は前記貫通孔における最小部分の開口幅Ｗ(2) は、Ｗ(2) ≦５Ｌ(e) 又はＷ(2) ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項３又は４記載の表面処理装置。
但し、Ｌ(e) ：所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生                する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原                子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程
Ｘ    ：所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
【請求項６】
前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する１以上の貫通孔を有してなり、空洞内部の少なくとも一部がホロー放電の発生域とされてなる請求項１又は４に記載の表面処理装置。
【請求項７】
前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の対面距離Ｈは、Ｈ≦５Ｌ(e) 又はＨ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項６に記載の表面処理装置。
但し、Ｌ(e) ：所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生                する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原                子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程
Ｘ    ：所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
【請求項８】
前記プラズマ吹出口の近傍、及び／又は凹部、貫通孔の近傍、及び／又は前記空洞内部に磁場が形成されてなる請求項１〜７のいずれかに記載の表面処理装置。
【請求項９】
前記基板に所望の電位を印加するための電位印加手段を備えてなる請求項 1〜８のいずれかに記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板への各種表面処理、特に基板への成膜処理に適した表面処理装置に関し、更に詳しくは、結晶質薄膜を高品質で且つ高速に成膜することが可能な表面処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から平行平板電極に高周波電力を印加して反応ガスをプラズマ状態にし、化学的に活性なイオンやラジカルに分解させて、エッチングや成膜などの表面処理を行う表面処理装置が知られている。
【０００３】
例えば、成膜処理を行う従来の平行平板型プラズマＣＶＤ (Chemical Vapor  Deposition) 装置は、ケーシング内に一対の平板状のプラズマ発生電極が平行に対向して設けられている。前記プラズマ発生電極のうち、一方の電極は基板支持台としての機能を兼ね備えており、更に、同装置は基板の温度を、気相成長に適した温度に調整するためにヒータが設けられている。前記一方の電極に基板を載置した状態で、両プラズマ発生電極間に高周波数の電源（１３. ５６ＭＨｚの電源）による電力が印加されると、これら電極間でプラズマが発生し、原料ガス、例えばモノシランガスが活性化され、前記基板表面にシリコン膜が形成される。
【０００４】
かかる従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置にあっては、基板を載置する平板状の前記プラズマ発生電極の面積を大きくすることで、大面積の基板を一度の成膜処理で成膜することができるといった利点を有している。しかしながら、従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置にあっては、両プラズマ発生電極によりプラズマ化された原料ガスは成膜ガス処理室内に均一に拡散され、その一部が前記電極上に載置された基板の成膜に寄与するだけである。このため原料ガスの利用効率が低く、例えばアモルファスシリコン薄膜や徴結晶シリコン薄膜を基板上に成膜しようとする場合、成膜速度が１〜２Å／sec.程度と、投入電力が大きいにもかかわらず、成膜速度は遅い。そのため太陽電池などの比較的膜厚の厚い半導体デバイスを製作するには、更に長時間を要し、低スループット、高コストの主要因となっていた。
【０００５】
そこで、成膜速度を上げるために、高周波電源による投入電力を増大させることも考えられる。しかしながら、投入電力を増大させることにより、プラズマ中の荷電粒子のもつエネルギーが大きくなる。この高エネルギーをもった荷電粒子の基板への衝突によるダメージで、同基板は膜質に劣化を来す。更には高周波電源による高周波電力の増大に伴い、気相中で微粉末が多量に発生することになり、微粉末による膜質の劣化も飛躍的に増大することとなる。
【０００６】
従って、従来の平行平板型のプラズマＣＶＤ装置にあっては、こうした高エネルギーの荷電粒子の衝突によるダメージや微粉末による膜質の劣化を避けるために、投入電力を抑えざるを得ない。即ち、実質的には投入電力の上限値が存在し、成膜速度を一定レベル以上に高めることができなかった。
【０００７】
また、平行平板型のプラズマによるエッチング装置にあっては、投入電力の増大による処理品質の劣化は成膜処理に比べれば少ないため、投入電力を増大させて処理速度をある程度は高めることができる。しかしながら、エッチング処理の品質向上や製造効率の向上、製造コストの削減などの目的から、更なる処理速度の向上が望まれているのが現状である。
【０００８】
これに対して、特開平１１−１４５４９２号公報に開示されている走行する被処理体である帯状部材への光起電力素子の形成装置は、高周波電力印加電極（カソード電極）の放電空間における表面積を、前記帯状部材を含むアノード電極全体の放電空間における表面積よりも大きくし、グロー放電生起時のカソード電極の電位を帯状部材を含む接地されたアノード電極に対して＋３０Ｖ以上の正電位を維持させている。更に、前記カソード電極には前記帯状部材の走行方向に直交して複数のしきり状電極を設置し、隣り合うしきり状電極の間にも放電を生起させている。このように、帯状部材及びアノード電極に対してカソード電極を＋３０Ｖ以上の正電位に維持すると共に、しきり状電極をもつ上述のようなカソード電極構造とすることにより、帯状部材を含むアノード電極側において材料ガスの励起、分解反応を促進している。
【０００９】
上記公報に開示された光起電力素子の形成装置は確かに、帯状部材を含むアノード電極側において材料ガスの励起、分解反応を促進することにより、成膜速度は向上すると考えられる。しかしながら、帯状部材とカソード電極との空間においてもグロー放電を発生させているため、相変わらず荷電粒子の衝突によるダメージは避けられない。
【００１０】
そこで、例えば特開昭６１−３２４１７号公報に開示されている薄膜形成装置は、基板に薄膜形成を行うための真空室内に、対向する一対のプラズマ発生電極を有する画成室からなる活性化気体発生装置が配されている。前記活性化気体発生装置の一壁部には活性化気体を真空室内へと噴出するための単一の細孔が形成されている。また、前記真空室内には前記細孔に対向する位置に基板が支持されている。
【００１１】
前記薄膜形成装置では前記一対のプラズマ発生電極に高周波電力を印加して、両電極間にグロー放電を発生させてプラズマを作る。前記活性化気体発生装置内に導入された原料ガスは、このプラズマによって分解される。このとき、真空室に配された真空ポンプと前記細孔のコンダクタンスとを調整することにより、前記真空室の真空度を前記活性化気体発生装置よりも２〜３桁低くなるようにして、活性化された原料ガスを基板に向けて前記細孔から噴出させる。
【００１２】
このように薄膜形成を行う真空室内において画成された活性化気体発生装置の内部にプラズマ発生電極を配し、同活性化気体発生装置において活性化された原料ガスを基板に向けて積極的に吹き付ける薄膜形成装置では、投入電力を増大させることなく、成膜速度を高めることができる。更には、投入電力を増大させてより強いプラズマを発生させた場合にも、プラズマ発生電極は画成された前記活性化気体発生装置内に設置されており、同電極間でのグロー放電により基板へダメージを与える虞れが全くない。そのため、投入電力を増大させて成膜速度を更に高めることが可能となる。また、成膜速度が高まるにもかかわらず、薄膜の結晶化も促進され、従来よりも速い成膜速度で高品質の薄膜を形成することができる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、プラズマ発生室と成膜処理室とを画成することにより成膜速度が高まってはいるが、更なる成膜速度の向上が望まれており、特に、太陽電池等の用途として微結晶薄膜の高速成膜が強く望まれている。
そこで本発明はかかる要望を達成すべく、更に高速且つ高品質に表面処理が可能な表面処理装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
かかる課題を解決するために、本件請求項１に係る発明は、プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置であって、前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生室と前記基板支持台を備えた基板処理室との間をアノード電極を介して二室に画成され、前記基板処理室と前記プラズマ発生室とがアノード電極に形成された一以上のプラズマ吹出口を介して連通されてなり、少なくとも一の前記プラズマ吹出口がホロー放電の発生域とされてなり、前記プラズマ発生室には一以上のホロー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配されてなることを特徴としている。
【００１５】
なお、本発明においてホロー放電とは、特に貫通孔や凹部、空洞部分において認められるプラズマが強く発生し、プラズマの密度が高くなる現象をいう。
プラズマ発生手段としては、カソード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極による放電や、三極以上の電極を有する放電、マイクロ波放電、容量結合型放電、誘導結合型放電、ヘリコン波放電、ＰＩＧ放電、電子線励起放電などの手段を採用できる。
【００１６】
前記プラズマ吹出口は、前記基板処理室とプラズマ発生室との隔壁に形成されている。このプラズマ吹出口に発生するホロー放電は、同プラズマ吹出口の電位によりホローアノード放電となる。
【００１７】
例えば、前記プラズマ発生手段としてカソード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極を採用する場合には、そのアノード電極を前記隔壁として採用する。前記隔壁としてアノード電極を使用し、前記プラズマ吹出口を同アノード電極に形成した場合には、前記ホロー放電はホローアノードグロー放電となる。なお、本発明においては、放電のための主たる電力を印加する側の電極をカソード電極とし、同カソード電極に対向する電極をアノード電極としている。
【００１８】
上記表面処理装置により表面処理を施すには、先ず、ガス供給管を通じてケーシング内に原料ガス及びキャリアガスを注入し、プラズマ発生手段によりプラズマ発生室内にプラズマを発生させる。このとき、本発明の表面処理装置では、前記プラズマ発生室と前記基板処理室とに画成されているため、キャリアガス及び原料ガスを効率良く利用することができ、キャリアガス及び原料ガスのプラズマ化が促進される。
【００１９】
前記プラズマ発生室において発生したプラズマは、前記基板処理室からの排気による内部ガスの流れや二室間の差圧によって、或いは拡散によって、前記プラズマ吹出口から前記基板処理室へと流れ出す。このとき、適切なガス流量、ガス圧力、プラズマパラメータを与えることにより、前記プラズマ発生室のプラズマが前記プラズマ吹出口から前記基板処理室内へと円滑に輸送される。
【００２０】
なお、原料ガスは、前記プラズマ発生室内で発生したプラズマが、基板処理室へと吹き出して基板表面へ到るまでの間で導入することもできる。プラズマ中の活性化された原料ガスは、前記プラズマの流れにより前記処理室内の基板表面へと到達し、同基板にエッチングや成膜等の表面処理が施される。
【００２１】
本件請求項１に係る発明にあっては、少なくとも一の前記プラズマ吹出口において、ホロー放電を発生させることが重要である。このホロー放電によって前記プラズマ吹出口において新たにプラズマが生成されるため、基板処理室へと導かれるプラズマの密度が高められる。更には、プラズマ発生室内で発生したプラズマは、ホロー放電の発生しているプラズマ吹出口を通過する際に、衝突などによる相互作用によって前記プラズマ内の荷電粒子 (電子又はイオン）のエネルギーが低下する。電子のエネルギーが低下することにより、電子は、原料ガスから表面処理に寄与する中性活性種を生成するに十分であり、しかも基板表面に衝突して損傷させるイオンは生成することの少ない適度な強度のエネルギーとなるため、結果としてイオンを増加させることなく中性活性種の数を増やすことができる。また、プラズマ内の高エネルギーイオンの数を減少させることにより、これらのイオンによる基板損傷の影響を減少できる。
【００２２】
このように、ホロー放電により、プラズマ密度が向上して表面処理に寄与する中性活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。また、プラズマ内に存在する、基板に衝突してダメージを与えるイオンのエネルギーを低下させることにより、基板表面の劣化を抑制でき、高品質の表面処理を高速で行うことができる。
【００２３】
前記プラズマ発生室内にホロープラズマ発生電極を配することが重要である。例えばプラズマ発生手段としてアノード及びカソードからなる一対のプラズマ発生電極を採用し、両電極においてそれぞれホロー放電が発生させることが必要である。前記ホロー放電を発生させることにより、そのホロー放電発生域において新たにプラズマが生成されるため、基板処理室へと導かれるプラズマの密度が大きくなり、表面処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が更に高められる。
【００２４】
更には、プラズマ吹出口におけるホロー放電だけでなく、ホロープラズマ発生電極でのホロー放電が生じることにより、上述したそれぞれの放電によるの作用効果に加え、以下のような相乗的な作用効果も得られるものである。すなわち、プラズマ吹出口におけるホロー放電に加え、ホロープラズマ発生電極でのホロー放電が生じることにより、電極でのホロー放電域での電子温度が低下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプラズマとしての性能が向上する。更に、例えばカソード電極がホロープラズマ発生電極であり、同カソード電極でホロー放電が発生する場合は、同カソード電極での高周波電圧が減少すると共に自己バイアス電圧が上昇するため、プラズマ発生室内に生じたプラズマの有する空間電位も上昇する。その結果、プラズマ吹出口におけるホロー放電が生じやすくなり、同プラズマ吹出口において高密度なプラズマを生成することが可能となる。また、同様の理由からプラズマ発生室内では電界集中も生じやすくなり、局所的に高密度プラズマ化された不均一な放電が生成可能となる。
【００２５】
前記ホロープラズマ発生電極の電極材料としては、また、プラズマ発生手段として一対のプラズマ発生電極を使用する場合にはその電極材料としては、ＳＵＳやＡｌなどの他に、Ｎｉ，Ｓｉ，Ｍｏ，Ｗなどを採用することができる。プラズマからのイオン衝撃による二次イオン放出係数が大きな電極材料を使用すると、プラズマがより高密度になるので、処理速度が向上する。また、特に、シリコンの成膜処理を行う表面処理装置である場合には、電極材料としてＳｉを使用すると、その電極自身が薄膜材料の供給源として機能するので、成膜速度が向上すると共にその安定性も増す。更に、Ｓｉからなる電極にボロンやリンを予めドーピングしておけば、薄膜へのドーピングを自動的に行うことが可能となり、特に極微量のドーピングを行うときに有利である。
【００２６】
前記基板としてはガラス、有機フィルム、或いはＳＵＳ等の金属を使用することができる。さらに本発明の表面処理装置は成膜やアッシング、エッチング、イオンドーピング等の各種表面処理に使用できるが、前記基板表面にアモルファスシリコンや、更には結晶質シリコンなどのシリコン薄膜や酸化膜を成膜する際に特に好適に使用される。
【００２７】
前記プラズマ吹出口を多数設ける場合に、特に、その全ての吹出口においてホロー放電を生じせしめれば、大面積の基板に対しても均一な薄膜を高速で成膜することができるため、好ましい。
【００２８】
前記原料ガス導入口は、前記プラズマ発生室内に開口させてもよく、或いは、前記プラズマ発生室内にはキャリアガスのみを導入し、前記原料ガス導入口は前記プラズマ吹出口の側面に開口させることもできる。更には、例えば原料ガス導入用のパイプなどの導入手段を用いて、前記原料ガス導入口を基板処理室内に開口させ、原料ガスを基板処理室内における前記プラズマ吹出口と基板との間に導入してもよい。前記原料ガス導入口を前記吹出口に開口させる場合や、基板処理室内に開口させる場合には、前記原料ガスは前記吹出口を通過するプラズマ化されたキャリアガスによりプラズマ化される。この場合には、前記プラズマ発生室の内壁面が前記原料ガスにより汚染されることがない。
【００２９】
なお、前記プラズマ発生電極には直流電源又は高周波電源を接続して直流〜高周波電力まで印加することが可能であるが、特に、高周波電力を投入することが好ましい。更に、カソード電極及びアノード電極にそれぞれ直流又は交流の電源、或いはパルス発生電源によってバイアスを印加することもできる。
【００３０】
前記プラズマ吹出口においてホロー放電を発生させるために、本件請求項２に係る発明では、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の開口幅Ｗ(1) を、Ｗ(1) ≦５Ｌ(e) 又はＷ(1) ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。また、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の前記開口幅Ｗ(1) は、Ｘ／２０≦Ｗ(1) をも満足する範囲、更にはＸ／５≦Ｗ(1) をも満足する範囲に設定することが好ましい。
【００３１】
なお、電子とガス分子（原子を含む）との散乱における電子の平均自由行程は、ガス圧、原子・分子の散乱断面積及び温度に依存するが、前記プラズマ発生条件には、これらガス圧、原子・分子の散乱断面積、及び温度などが含まれている。
【００３２】
前記プラズマ吹出口の前記開口幅Ｗ(1) を上記範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口において効果的にホロー放電を発生させることができると共に、前記吹出口から効率良くプラズマを吹出させることができる。
【００３３】
なお、本発明において前記プラズマ吹出口の開口幅Ｗ(1) とは、前記プラズマ吹出口の開口形状が円形の場合には直径であり、矩形状やスリット形状の場合には短辺の長さ寸法である。すなわち、開口形状における最短寸法部分を開口幅Ｗ(1) としている。
【００３４】
前記プラズマ吹出口の形状はプラズマ発生室のプラズマを積極的に吹出口内に引き込み、基板処理室においてプラズマを所望の角度で拡散させて噴出することのできる形状を採用することができる。例えば、円形断面の円柱形状や、プラズマ発生室から基板処理室に向けて拡径する載頭円錐形状、及びその組み合わせ、更には上流側の略半部が下流側に向けて縮径し、下流側の半部が下流側に向けて拡径する形状などが挙げられる。更には上述したように断面が矩形状の角柱状であってもよく、スリット形状とすることも可能である。
【００３５】
また、基板の広い面積にわたって表面処理を施す場合には、例えば円形の前記プラズマ吹出口を所要のパターンで複数、形成することができる。或いは、一筆書きできる実質的に連続した長尺なスリット形状、具体的には渦巻き形状や蛇行形状にしてもよい。
【００３６】
本件請求項３に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は、プラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向面に一以上の凹部を有してなり、少なくとも一の前記凹部がホロー放電の発生域とされている。
また、本件請求項４に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する１以上の貫通孔を有してなり、少なくとも一の前記貫通孔がホロー放電の発生域とされている。
【００３７】
このように、前記ホロープラズマ発生電極に凹部を形成したり、或いは前記ホロープラズマ発生電極を空洞体としその空洞内部に連通する貫通孔を形成し、それら凹部又は貫通孔をホロー放電の発生域とすることにより、実質的にプラズマと接触するホロープラズマ発生電極の表面積が増大する。例えばカソード電極をホロープラズマ発生電極とし、同カソード電極にカソード放電域を形成した場合には、グロー放電生成時におけるカソード電極の電位（自己バイアス）をプラスの方向へともっていくことができ、接地されているアノード電極近傍での投入電力の消費、すなわち原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度を向上させることができる。
【００３８】
このような自己バイアスの制御はプラズマ空間電位の制御にもつながり、イオンの基板への衝突によるダメージの大きさをも意図的に調整できる。従って、例えば成膜処理を施す場合に、その結晶性薄膜の結晶性を制御することができる。
【００３９】
前記凹部又は前記貫通孔において効果的にホロー放電を発生させるために、本件請求項５に係る発明では、前記凹部又は前記貫通孔における最小部分の開口幅Ｗ(2) を、Ｗ(2) ≦５Ｌ(e) 又はＷ(2) ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。
【００４０】
なお、前記凹部又は前記貫通孔の断面形状は円形や多角形などを採用でき、その開口形状における最短寸法部分を開口幅Ｗ(2) としている。更に、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の前記開口幅Ｗ(2) は、Ｘ／２０≦Ｗ(2) をも満足する範囲、更にはＸ／５≦Ｗ(2) をも満足する範囲に設定することが好ましい。
【００４１】
本件請求項６に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空洞内部に連通する１以上の貫通孔を有してなり、空洞内部の少なくとも一部がホロー放電の発生域とされている。
このように、空洞内部の少なくとも一部においてホロー放電を発生させることで、プラズマの密度を更に高めることができるため、原料ガスの励起、分解反応が著しく促進され表面処理の速度も向上する。また、前記ホロープラズマ発生電極がカソード電極である場合には、プラズマに接触するカソード電極の表面積を増大させることにより、自己バイアスを更に正方向の電位へと制御ができるため、原料ガスの励起、分解反応が更に促進され表面処理の速度も著しく向上する。
【００４２】
また、エッチングやアッシング、イオンドーピングなど、イオンの基板への衝突により悪影響を及ぼすことのない表面処理を行う装置に関しては、前記ホロープラズマ発生電極をアノード電極により構成し、そのアノード電極の内壁面を基板支持台とし、前記アノード電極内を前記基板処理室とすることもできる。この場合に、基板はホローアノード放電に直接曝されることになり、エッチングやアッシング、イオンドーピングなどの処理速度が向上する。但し、アノード電極の内部を基板処理室とするかかる表面処理装置では、イオンの基板への衝突ダメージが大きいため、成膜処理には不適である。
【００４３】
更に空洞体からなる前記ホロープラズマ発生電極は、その表面積を増やすために空洞内部の高さ方向に延びる１以上の隔壁を配することが好ましい。すなわち、前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部が前記隔壁により複数に画成されることが好ましい。この場合には、それぞれの画成された領域ごとに少なくとも１の前記貫通孔を形成する必要がある。  前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部においてホロー放電を効率よく発生させるために、本件請求項７に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の対面距離Ｈが、Ｈ≦５Ｌ(e) 又はＨ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定される。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。空洞体である前記ホロープラズマ発生電極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の対面距離Ｈは、Ｘ／２０≦Ｈをも満足する範囲、更にはＸ／５≦Ｈをも満足する範囲に設定することが好ましい。
【００４４】
また、本件請求項８に係る発明によれば、前記プラズマ吹出口の近傍、及び／又は凹部、貫通孔の近傍、及び／又は前記空洞内部に磁場が形成されている。
ここで「近傍」とは前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の内部や、同吹出口、凹部、貫通孔の開口周縁或いはその近傍を含む。また、前記磁石はその磁場の磁力線が前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の軸線方向と平行に、また、前記空洞内部では電極面と平行になるように配することが好ましい。
【００４５】
磁場の強さは前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の中心部、又は空洞内部で１〜２０００ｍＴとすることが好ましく、更には５〜５００ｍＴとすることが好ましい。また、プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔の内壁面及びその近傍、又は空洞内壁部の近傍では磁場の強さを２〜２０００ｍＴとすることが好ましく、更には５〜１０００ｍＴとすることが好ましい。
【００４６】
このように磁場を配することにより、電子の軌道を調整して、ホロー放電が生じている前記プラズマ吹出口内及びその近傍や、ホローカソード放電又はホローアノード放電が生じている前記凹部又は貫通孔の内部及びその近傍、或いは空洞内部に電子を長時間留まらせることができ、表面処理に寄与する活性種の生成が促進される。そのため、表面処理速度が更に向上する。なお、この磁場により電子のエネルギーには何ら変化はないため、電子エネルギーが大きくなって悪影響を及ぼすイオンを生成することもなく、高品質な表面処理を維持できる。
【００４７】
更に、本件請求項９に係る発明によれば、前記基板に所望の電位を印加するための電位印加手段を備えている。この電位印加手段とは、例えば、前記基板が載置されている前記基板支持台に対して所望の電位を印加することにより、前記基板にも同電位を印加することができる。また、同電位印加手段は、必要に応じて、前記基板に到達するプロセスプラズマの電位Ｖｓや基板の電位をモニターする手段を含む。前記プロセスプラズマの電位Ｖｓは、同プラズマの大部分が接触している電極の電位により決まる。従って、例えばプラズマ発生電極等の高周波電圧と自己バイアスとをモニターすることにより、前記プロセスプラズマの電位Ｖｓをモニターすることができる。
【００４８】
例えば基板に成膜処理を施す場合には、プラズマからのイオンダメージを抑制するため、同基板を前記プロセスプラズマの電位Ｖｓとの差電圧を小さくすることが望ましく、前記プラズマの電位Ｖｓと概ね同一の電位を印加することがより好ましい。成膜処理の場合の基板への印加電位は、前記プロセスプラズマの電位Ｖｓに対して１／２〜１倍の範囲であることが好ましい。また、例えばエッチング処理を施す場合には、前記プラズマの電位Ｖｓよりも小さい電位、特にマイナスの電圧を印加することにより、異方性を向上させることができる。
【００４９】
このように、基板に所望の電位を印加して、前記基板とプラズマとの差電圧を意図的に制御することにより、成膜処理の場合には処理速度を落とすことなくプラズマのダメージを低減されるなどの膜質の制御が可能となり、また、エッチング処理の場合には、異方性をなどのエッチング形状を制御できる。
【００５０】
また、前記プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔の少なくとも片側の開口縁にノズル体を突設させることが好ましい。同ノズル体はその中心線を前記プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔の軸線方向と一致させてもよく、或いは同ノズル体の中心線を前記プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔の同軸線方向に対して角度をもって配設してもよい。また、前記ノズル体の形状も、断面形状が一定の筒体や、断面寸法を漸減又は漸増させる筒体であってもよい。更には、チューブ状のノズル体をらせん状に配してもよい。
【００５１】
前記プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔に前記ノズル体を突設させることにより、前記プラズマ吹出口の形成されている部材や、前記ホロープラズマ発生電極の厚み寸法を不必要に厚くすることがなく、前記プラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔の長さ寸法を自由に設定でき、その長さを大きくすればそれらプラズマ吹出口及び／又は凹部、貫通孔でのホロー放電の発生域が広がるため、プラズマ密度も高まり表面処理速度も向上する。
【００５２】
更に、前記ノズル体のノズル長が不定長であることが好ましい。すなわち、プラズマ吹出口及び／又は凹部、或いはプラズマ吹出口及び／又は貫通孔において、その全てのノズル体が均一の長さとする必要はなく、適宜、変化させることができる。このようにノズル体の長さを変化させることにより、基板へ到達するプラズマの強度を、その基板の全表面において均一化することができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面及び好適な実施例を参照して具体的に説明する。
図１は本発明の第１実施例である表面処理装置１の概略図である。同装置１は外気と遮断され、接地されたケーシング２が、プラズマ発生室３と基板処理室４との２室に画成されている。
【００５４】
前記プラズマ発生室３内には一対のプラズマ発生電極５，６が上下に平行に配されている。一対の電極５，６のうち高周波電源Ｐに接続されている上方の電極（カソード電極）５は前記ケーシング２の絶縁体により形成されている上壁２ａに取り付けられており、一方、接地されている下方の電極（アノード電極）６は、前記プラズマ発生室３と前記基板処理室４とを画成している。なお、前記アノード電極６は接地されているケーシング２の周壁２ｂに取り付けられているが、これに限定されるものではなく、ケーシング２の任意の位置に取り付けることが可能である。
【００５５】
前記アノード電極６の中心には円形の通孔７が形成されており、同通孔７は本発明のプラズマ吹出口７を構成する。このプラズマ吹出口７を介して前記プラズマ発生室３と基板処理室４とが連通されている。なお、前記アノード電極６とは別途に前記プラズマ発生室３と基板処理室４とを画成するための仕切り板を配し、同仕切り板にプラズマ吹出口を形成することもできる。
【００５６】
本実施例においては、前記プラズマ吹出口７の断面形状を円形としているが、他にも例えば矩形状としたり、或いはプラズマ発生室３から基板処理室４に向けて拡径する載頭円錐形状や、載頭角錐形状、更には上流側の略半部が下流側に向けて縮径し、下流側の半部が下流側に向けて拡径する形状などとすることも可能である。また、前記プラズマ吹出口７をスリット形状とすることも可能である。
【００５７】
前記プラズマ吹出口７の開口幅Ｗ、すなわち直径Ｗは、Ｗ≦５Ｌ(e) 又はＷ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。かかる範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口７をホローアノード放電の発生域とすることができる。前記開口幅ＷをＸ／２０≦Ｗの範囲に設定することが好ましく、更には、前記開口幅ＷをＸ／５≦Ｗの範囲に設定することが好ましい。
【００５８】
上方のカソード電極５は本発明のホロープラズマ発生電極を構成し、同カソード電極５の前記アノード電極６との対向面に、断面が円形をなす複数の凹部５ａが形成されている。この凹部５ａの開口幅Ｗ、すなわち直径Ｗは、Ｗ≦５Ｌ(e) 又はＷ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘとは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。前記開口幅ＷをＸ／２０≦Ｗの範囲に設定することが好ましく、更には、前記開口幅ＷをＸ／５≦Ｗの範囲に設定することが好ましい。前記プラズマ発生条件のうちガス圧が１０〜１４００Ｐａの範囲内にあるときは、前記凹部５ａの直径は０．１〜１００ｍｍの範囲に設定され、より好ましくは１〜２０ｍｍである。前記凹部５ａの直径をかかる範囲に設定することにより、前記凹部５ａをホローカソード放電の発生域とすることができる。
【００５９】
前記複数の凹部５ａは図３２〜図３５に示すような配置で形成することが好ましい。図３２（ａ）に示す正６角形を基本とする配置や、図３２（ｂ）に示す４角形を基本とする配置、図３２（ｃ）に示す３角形を基本とする配置などが好ましい。更には、図３３（ａ）〜（ｃ）に示すように、これらの配置において中心部分、即ち、プラズマ吹出口７の直上位置には凹部５ａを形成しない配置が更に好ましい。また、図３４（ａ）及び図３４（ｂ）に示す放射状や、図３５（ａ）及び図３５（ｂ）に示す中心部分を除く配置とすることも好ましい。
【００６０】
また、前記プラズマ吹出口７の長さ方向（厚さ方向）の寸法Ｔ、及び前記凹部５ａの深さＤは概ねＸ／５０を下限とする。上限は装置寸法上の制約、すなわち前記アノード電極６の厚み、又は前記カソード電極５の厚みによって決定される。このプラズマ吹出口７の長さＴ及び前記凹部５ａの深さＤは、上述したガス圧及び直径の場合には０．１ｍｍ〜１００ｍｍが好ましい。なお、ホロー放電を効率良く発生させる観点からは、前記プラズマ吹出口７の長さＴや前記凹部５ａの深さＤは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。そのため、前記プラズマ吹出口７や前記凹部５ａの開口縁部にノズル体を取り付けて、前記プラズマ吹出口７の実質的な長さＴや前記凹部５ａの実質的な深さＤを大きくさせることもできる。
【００６１】
なお、本実施例にあっては前記凹部５ａは円形断面であるが、他にも多角形状としてもよい。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させ、例えば底面が開口よりも大きく、或いは小さい凹部であってもよい。更には、前記凹部５ａを矩形状や図３７に示すような渦巻き形状や蛇行形状などの溝構造とすることもできる。このような矩形状や渦巻き形状等の溝構造とする場合には、その凹部５ａの開口幅Ｗとは溝幅（溝壁間の寸法）であり、この溝幅を上述の範囲内で設定する。なお、この溝幅は一定でなくてもよく、カソード電極５の中心から外縁へ向けてその溝幅を漸減又は漸増させることもできる。また、前記凹部５ａの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記凹部５ａは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ凹部５ａを複数形成してもよい。
【００６２】
本実施例にあっては、前記ケーシング２の上壁２ａ及びカソード電極５を貫通してガス供給口８が形成されており、このガス供給口８からプラズマ発生室３内に、成膜処理の場合には例えばモノシラン等の原料ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを安定化し、且つ原料ガスを基板Ｓまで搬送するためのキャリアガスとの混合ガスを導入している。なお、このガス供給口８は円筒状に限定されるものではなく、矩形筒状であってもよい。
【００６３】
更に、同ガス供給口８の形成位置も上述の位置に限定されるものではなく、任意の位置に形成することが可能である。例えば図２に示すように、前記凹部５ａの底部に開口する位置に形成してもよく、或いは前記アノード電極６の周壁部に開口する位置に形成することもできる。また、前記ガス供給口８を複数形成することもできる。
【００６４】
なお、前記ガス供給口８からはプラズマ発生室３へキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生室３の内部、成膜処理室４の内部、或いは前記プラズマ吹出口７の途中へと導入することもできる。
【００６５】
前記基板処置室４内には前記プラズマ吹出口７に対向する位置に基板支持台９が配されている。本実施例においては前記基板支持台９は接地されているため、同支持台９上に載置された基板Ｓも同様に接地されることとなる。なお、前記基板支持台９、すなわち基板Ｓを接地せずに直流的又は交流的にバイアス印加することも、パルス的にバイアス印加することも可能である。或いは、前記基板支持台９に対して基板Ｓを電気的に絶縁することも可能である。また、前記基板支持台９にはヒータが内蔵されており、前記基板支持台９の上面に載置された基板Ｓの温度を、気相成長に適した温度に調整する。
なお、前記基板処理室４は図示せぬバルブ、圧力調整弁及び真空ポンプにより、前記プラズマ発生室３よりも低い室圧に調整されている。
【００６６】
上記表面処理装置１により成膜処理を施す場合に、前記カソード電極５に高周波電源Ｐにより高周波電力を投入すると、前記電極５，６間で放電が起こり、前記プラズマ発生室３内にプラズマが発生する。そのプラズマにより、同プラズマ発生室３内に導入された原料ガス及びキャリアガスが活性化され、成膜に寄与する活性種が生成される。このとき、前記基板処理室４は室圧を前記プラズマ発生室３よりも低圧に調整しているためその差圧と、さらに拡散とによって、同プラズマ発生室３内のプラズマは、前記プラズマ吹出口７から前記基板処理室４内へと流れ出る。このプラズマの流れにより前記処理室４内の基板Ｓ表面がプラズマ処理され、同基板４の表面に薄膜が形成される。
【００６７】
このとき、前記カソード電極５には複数の凹部５ａが形成されており、しかも同凹部５ａの開口幅Ｗが上述の範囲内に設定されているため、印加する高周波電力に応じて通常のグロー放電からホローカソード放電を含む放電に移行する。同凹部５ａにおいてホローカソード放電が発生し、同凹部５ａにおいて新たなプラズマが発生する。そのため、前記プラズマ発生室３内において発生するプラズマは密度の大きなプラズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。また、前記カソード電極５に凹部５ａを形成することにより、実質的にプラズマと接触するカソード電極５の表面積が増大する。それにより、放電生成時における自己バイアスをよりプラスの方向へともっていくことができ、接地されているアノード電極６近傍での原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度を向上させることができる。
【００６８】
更には、前記プラズマ吹出口７の開口幅Ｗを上述の範囲内に設定することにより、前記プラズマ吹出口７にはホローアノード放電が発生する。このホローアノード放電によって前記プラズマ吹出口７には新たにプラズマが生成されるため、基板処理室４へと導かれるプラズマの密度が高められる。更には、プラズマ発生室３内で発生したプラズマが、ホローアノード放電の発生域であるプラズマ吹出口７を通過する際に、前記プラズマ内の電子のエネルギーが、活性種を生成するに十分で、イオンを生成するには不充分な強度まで適度に低減されるため、基板処理室４へと導かれるプラズマは成膜に寄与する活性種が更に増大し、密度の大きなプラズマとなり、成膜速度が著しく向上する。更には、ホローアノード放電の発生しているプラズマ吹出口７を通過する際に、前記プラズマ内のイオンエネルギーも低下するため、基板処理室４へと導かれたプラズマには、基板に衝突してダメージを与えるイオンが少なく、高品質な成膜が可能となる。
【００６９】
更には、プラズマ吹出口７におけるホローアノード放電に加え、ホローカソード放電が生じることにより、両電極５，６間でのプラズマの電子温度が低下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプラズマとしての性能が向上する。更に、ホローカソード放電によりカソード電極５での高周波電圧が減少すると共に自己バイアス電圧が上昇するため、両電極５，６間に生じたプラズマの有する空間電位も上昇する。その結果、プラズマ吹出口７におけるホローアノード放電が生じやすくなり、同プラズマ吹出口７において高密度なプラズマを生成することができるといった相乗効果が得られる。また、同様の理由からプラズマ発生室３内では電界集中も生じやすくなり、局所的に高密度プラズマ化された不均一な放電が生成可能となる。
【００７０】
なお、上述したように本実施例では前記基板支持台９、即ち基板Ｓが接地されているが、同基板Ｓを接地せずに所望の電位を印加することも可能である。成膜処理にあたって、同基板Ｓに到達するプロセスプラズマの電位Ｖｓに対して１／２〜１倍の電位を前記基板Ｓに印加し、同基板と前記プロセスプラズマとの差電圧を小さくすることにより、プラズマからのイオンダメージを減少させて高品質の薄膜を成膜することが可能となる。
【００７１】
このとき、前記プロセスプラズマの電位Ｖｓは、同プラズマの大部分が接触している電極の電位により決まる。従って、例えばカソード電極等の高周波電圧と自己バイアスとをモニターすることにより、前記プロセスプラズマの電位Ｖｓをモニターすることができる。
【００７２】
更に、本実施例では、円形断面の単一のプラズマ吹出口７が形成されているが、基板Ｓの広い面積にわたって表面処理を施す場合には、前記プラズマ吹出口７を例えば図３２〜３５に示すような配置で複数形成することもできる。更には、一筆書きできる実質的に一続きのスリット形状、例えば図３６に示すような渦巻き状や蛇行状などの形状とすれば、大面積にわたって均一な処理が可能となる。
【００７３】
なお、複数孔にする場合も、スリット状にする場合も、それらの孔径やスリット幅Ｗは本発明の範囲内に設定することが好ましい。但し、複数の孔を一定の孔径とする必要はなく、またスリット幅もその長さ方向で一定である必要はない。均一にホローアノード放電を発生させるためには、各種条件に応じて前記孔径やスリット幅はアノード電極の中心部分から外縁部分へとその寸法を漸減又は漸増させることが望ましい。
【００７４】
また、上記実施例では前記アノード電極６を接地しているが、前記電極５，６にそれぞれ直流又は交流の電源又はパルス電源によってバイアスを印加することもできる。更には、上述の実施例ではアノード電極６によりプラズマ発生室３と基板処理室４とを画成しているが、前記アノード電極６とは別途にプラズマ吹出口を有する仕切り板を設けてプラズマ発生室３と基板処理室４とを画成することもできる。
【００７５】
なお、本実施例にあっては前記基板処理室４から内部ガスを排気すると共に、前記基板処理室４が前記プラズマ発生室３よりも低い室圧に調整されている。従って、前記表面処理装置内ではプラズマ発生室３から基板処理室４への内部ガスの流れが形成されているが、これに限定されるものではない。前記プラズマ発生室に内部ガスの排気口を設けて、内部ガスの流れを逆にすることもできる。但し、この場合には前記プラズマ発生室３から前記基板処理室４へのプラズマの輸送が拡散によってのみなされ、内部ガスの流れによるプラズマの輸送は期待できないため、表面処理速度が若干、低下するものの、従来よりも高速な処理は確保される。
【００７６】
更に、上述した装置を用いて、アッシングやエッチング、イオンドーピング等の他の表面処理を行う場合にも、従来よりも低温で且つ高速に表面処理を行うことが可能である。なお、例えばエッチング処理を施す場合には、前記基板Ｓに対して前記プロセスプラズマの電位Ｖｓよりも小さい電位、特にマイナスの電圧を印加することにより、異方性を向上させることができる。
【００７７】
以下、本発明の他の実施例について図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明において、上述の第１実施例と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７８】
図３は、第２実施例による表面処理装置２０の概略図である。同装置２０は、カソード電極５に形成された凹部５ａの内壁面及びプラズマ吹出口７の内壁面に磁石１０が配されている点で上述した第１実施例と異なるが、その他の構成は上記第１実施例の表面処理装置１と同一である。なお、前記磁石１０は、前記凹部５ａや前記プラズマ吹出口７に磁場を付与するように配されていればよい。したがって、前記磁石１０は同図３に示すように前記内壁面内に埋設する他にも、例えば、図４（ａ）に示すように前記カソード電極５内の前記凹部５ａの上方に埋設したり、或いは図４（ｂ）に示すように前記カソード電極５の外部に配することもでき、さらにはこれらの配置の組み合わせであってもよい。なお、これらの磁石１０の配置にあたっては、前記磁石１０がプラズマに直接晒されることがないように磁石１０を取り付けることが好ましい。
【００７９】
前記磁石１０の磁場は、磁力線の方向が上記凹部５ａ及びプラズマ吹出口７の各軸線方向と平行になるように印加されていることが好ましい。同磁石の強度は前記凹部５ａ及びプラズマ吹出口７のそれぞれの軸中心において１〜２０００ｍＴ、内壁面及びその近傍では２〜２０００ｍＴとし、より好ましくは軸中心で５〜５００ｍＴ、内壁面及びその近傍で５〜１０００ｍＴである。
【００８０】
このように凹部５ａ及びプラズマ吹出口７に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記凹部及びプラズマ吹出口７の内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー（電子温度）を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【００８１】
また、磁石１０を配して磁場を形成することにより、凹部５ａの開口幅Ｗや深さＤ又はプラズマ吹出口７の開口幅Ｗの寸法の許容範囲が、磁石１０を配していない場合に比べて概ね３０％程度広がる。
【００８２】
なお、本実施例では全ての凹部５ａ及びプラズマ吹出口７に磁石１０を配しているが、それら全てに磁石１０を配するのではなく、選択されたいずれかにのみ磁石１０を配することもできる。更には電磁石等の手段により磁場を形成することも可能である。また、磁石の極性を含めた磁場の配置と同磁場の強度とは、プラズマ密度を高めるよう任意に設定される。
【００８３】
図５は、第３実施例による表面処理装置２１の概略図である。同装置２１は、本発明のホロープラズマ発生電極であるカソード電極１１が中空円柱状の空洞体である点で上述した第１実施例と異なるが、その他の構成は上記第１実施例の表面処理装置１と同一である。
【００８４】
空洞体である前記カソード電極１１は、アノード電極６との対向部分、すなわち前記カソード電極１１の下壁部１１ａに、空洞内部に連通する円形断面をもつ複数の貫通孔１１ｂが形成されている。この貫通孔１１ｂは図３２〜３５に示すような配置で形成することが好ましい。なお、この貫通孔１１ｂは前記アノード電極６に形成されたプラズマ吹出口７の直上位置を避けた位置、即ち図３３又は図３５に示す配置で形成することがより望ましい。
【００８５】
この貫通孔１１ｂをホローカソード放電の発生域とし得るよう、その開口幅Ｗ、すなわち直径ＷをＷ≦５Ｌ(e) 又はＷ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。なお、前記開口幅ＷはＸ／２０≦Ｗの範囲に設定されることが好ましく、更には、Ｘ／５≦Ｗの範囲に設定されることがより好ましい。
【００８６】
また、複数の前記貫通孔１１ｂは開口幅Ｗが全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔１１ｂにおいて均一にホローカソード放電を発生させるために、適宜、異なる開口幅Ｗに設定することができる。特に、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近の貫通孔１１ｂは開口幅Ｗを小さくし外縁方向にその開口幅Ｗを漸増させ、或いは、中心付近で開口幅Ｗを大きくし外縁方向にその開口幅Ｗを漸減させることが好ましい。
【００８７】
前記プラズマ発生条件のうちガス圧が１０〜１４００Ｐａの範囲内にあるときは、前記貫通孔１１ｂの直径は０．１〜１００ｍｍの範囲に設定され、より好ましくは１〜２０ｍｍである。前記貫通孔１１ｂの直径をかかる範囲に設定することにより、前記貫通孔１１ｂにホローカソード放電が発生する。
【００８８】
また、前記貫通孔１１ｂの長さＴ、すなわち本実施例の場合には前記下壁部１１ａの厚みＴは概ねＸ／５０を下限とする。上限は装置寸法上の制約によって決定される。この貫通孔１１ｂの長さＴは上述したガス圧及び直径の場合には、０．３〜７０ｍｍが好ましい。
【００８９】
なお、本実施例にあっては前記貫通孔１１ｂは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔１１ｂを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図３７に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔１１ｂの開口幅Ｗとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。なお、このスリット幅は一定でなくてもよく、中心から外縁へ向けて漸増又は漸減させることもできる。また、前記貫通孔１１ｂの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔１１ｂは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔１１ｂを複数形成してもよい。
【００９０】
更に、本実施例にあっては、前記カソード電極１１の空洞内部をホローカソード放電の発生域とし得るよう、前記カソード電極１１の前記貫通孔１１ｂの形成方向に沿った空洞内部の対面距離、即ち図面では上下の高さＨを、Ｈ≦５Ｌ(e) 又はＨ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。前記空洞内部の高さＨは、Ｘ／２０≦Ｈの範囲に設定することが好ましく、更には、Ｘ／５≦Ｈの範囲に設定することが好ましい。前記プラズマ発生条件のうちガス圧が上述したように１０〜１４００Ｐａの範囲内にあり、且つ貫通孔１１ｂの寸法が上述の範囲に有る場合には、空洞内部の高さＨは０．１〜１００ｍｍに設定することが好ましく、更には空洞内部の高さＨは１〜２０ｍｍに設定することがより好ましい。
【００９１】
なお、図示例では前記空洞内部の高さＨを一定にしているが、前記高さＨは一定でなくてもよい。ホローカソード放電を空洞内部の略全域にわたって均一に発生させるために、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近での空洞内部の高さＨを小さくし外縁方向にその高さＨを漸増させ、或いは、中心付近で高さＨを大きくし外縁方向にその高さＨを漸減させることが好ましい。
【００９２】
また、図示例では前記カソード電極１１は壁部が略均一な厚みをもち、全体が中空になっている空洞体であるが、周壁部を厚くし、中心部分のみを中空状にしたり、或いは局部的な中空部分を形成することもできる。また、その中空部分に凹部を形成することもできる。
【００９３】
前記カソード電極１１の上壁部１１ｃの中心に円筒状のガス供給口１１ｄを形成し、このガス供給口１１ｄから前記カソード電極１１の空洞内部に、モノシラン等の原料ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを安定化し、且つ原料ガスを基板Ｓまで搬送するためのキャリアガスとの混合ガスを導入している。なお、このガス供給口１１ｄは円筒状に限定されるものではなく、矩形筒状であってもよい。更に、同ガス供給口１１ｄの形成位置も前記上壁部１１ｃの中心に限定されるものではなく、任意の位置に形成することが可能である。
【００９４】
かかるガス供給口１１ｄから前記カソード電極１１の内部に導入された混合ガスは、前記貫通孔１１ｂから前記プラズマ発生室３内にシャワー状に導入される。このように、混合ガスを一旦、前記カソード電極１１の内部に貯留したのち、前記貫通孔１１ｂからシャワー状に前記プラズマ発生室３内に導入することにより、前記混合ガスを均一の濃度及び圧力で前記プラズマ発生室３内に導入することができる。
【００９５】
なお、前記カソード電極１１の空洞内部にはキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生室３の内部、成膜処理室４の内部、或いはプラズマ吹出口７の途中へと導入することもできる。
【００９６】
前記カソード電極１１に高周波電源Ｐにより高周波電力を投入すると、前記電極１１，６間で放電が起こり、前記プラズマ発生室３内にプラズマが発生する。
印加する高周波電力に応じて通常のグロー放電からホローカソード放電を含む放電に移行する。このとき、前記カソード電極１１は、前記貫通孔１１ｂにホローカソード放電が発生し、同貫通孔１１ｂにおいて新たなプラズマが発生すると共に、同カソード電極１１の空洞内部においてもホローカソード放電が発生して新たなプラズマが発生している。そのため、前記プラズマ発生室３内において発生するプラズマは密度の大きなプラズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理の速度が高められる。
【００９７】
また、前記カソード電極１１は空洞体であり、貫通孔１１ｂを形成して同貫通孔１１ｂと空洞内部とにプラズマを発生させているため、実質的にプラズマと接触するカソード電極１１の表面積が、上述した第１実施例の場合よりも更に増大する。それにより、放電生成時における自己バイアスをよりプラスの側へともっていくことができ、接地されているアノード電極６近傍での原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度をより向上させることができる。
【００９８】
〈実験１〉
第３実施例による表面処理装置２１において、カソード電極１１の貫通孔１１ｂの直径を２〜２０ｍｍ、同貫通孔１１ｂの長さ寸法Ｔを２〜８ｍｍ、空洞内部の高さＨを２〜２０ｍｍに設定し、水素ガス圧を１３３Ｐａとして、周波数が１３．５６ＭＨｚのＲＦパワーを０．０２Ｗ／ｃｍ2 で印加した。その結果、プラズマ吹出口７ではホローアノード放電が発生し、また、前記カソード電極１１の貫通孔１１ｂ及びその空洞内部ではホローカソード放電が発生した。
【００９９】
更に、このときのカソード電極１１の自己バイアスは最も低い値であっても−９Ｖであった。これに対して、カソード電極１１の貫通孔１１ｂの径を１ｍｍとし、同貫通孔１１ｂ及び空洞内部においてホローカソード放電を発生させない、通常の正規放電型では、ガス圧及びＲＦパワーを同一とした場合のカソード電極の自己バイアスが−３０Ｖであり、また通常の平行平板型の場合には自己バイアスが−７４Ｖである。このことから、上記実施例の表面処理装置２１にあっては、カソード電極１１の自己バイアスは著しくプラスの側へと寄っていることがわかる。条件によって自己バイアスが正の電位へと極性を変えることも可能である。
【０１００】
また、上記条件下において、前記カソード電極１１の貫通孔１１ｂの長さ寸法Ｔを９ｍｍとしたところ、同貫通孔１１ｂにおいてホローカソード放電は発生せず、カソード電極１１の空洞内部においてもホローカソード放電は発生しなかった。そこで、前記貫通孔１１ｂの長さ寸法Ｔを９ｍｍとしたままでＲＦパワーを上げていくと、０．０５Ｗ／ｃｍ2 のときに同カソード電極１１の貫通孔１１ｂ及び空洞内部においてホローカソード放電が発生した。
【０１０１】
更に、前記カソード電極１１の貫通孔１１ｂの径を５ｍｍとし、同カソード電極１１の空洞内部の高さＨを２ｍｍとしたところ、ＲＦパワーが０．０２Ｗ／ｃｍ2 以下では同空洞内部にはホローカソード放電が発生しなかったが、同カソード電極１１の自己バイアスは−６Ｖと大きくプラスの側へと寄っていた。また、前記高さＨを９ｍｍとしたときには、ＲＦパワーが０．０５Ｗ／ｃｍ2 以下では同空洞内部にはホローカソード放電が発生しなかったが、この場合もカソード電極１１の自己バイアスは−９Ｖであり、上述の正規放電型や通常の平行平板型と比べて高い電圧となっていた。
【０１０２】
〈実験２〉
上記表面処理装置２１を使用して、原料ガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4)を７ cm3／min.の流量で、またキャリアガスとして水素ガスを１０５ cm3／min.の流量で導入すると共に、成膜室の圧力を２９Ｐａ、基板温度を１５０〜２６０℃に調整して、１３．５６ＭＨｚ、０．１Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を印加し、白板ガラスの基板に成膜処理を行った。その結果、基板温度が１５０℃と低い温度の場合でも前記基板表面には微結晶薄膜が形成されていた。また、上記温度範囲において、微結晶薄膜の成膜速度は最高で４０Å／sec.であり、従来達成できなかった高速での成膜が可能であった。更に上述の成膜条件を最適化し、前記基板温度を３００℃とすることにより、１５０Å／sec.と極めて高速での成膜が可能となり、このような高速成膜であって薄膜は微結晶化しており、太陽電池として十分に機能する薄膜であった。勿論、アモルファス薄膜を成膜する場合には、更に高速での成膜が可能である。
【０１０３】
〈実験３〉
上記表面処理装置２１を使用して高周波電源Ｐの周波数を１０５ＭＨｚに設定し、基板処理室３の圧力を１０〜１４００Ｐａ、基板の温度を１００〜４５０℃の範囲に設定したとき、キャリアガスである水素ガスの流量と原料ガスであるモノシランガス（ＳｉＨ4)の流量との比、水素ガス流量／モノシランガス流量をＲとすると、０．５＜Ｒの範囲内において非晶質ではない結晶性のシリコン薄膜を作成することができた。また、ｐ−ｉ−ｎ構造の太陽電池を試作したところ、太陽電池として動作することが確認できた。
【０１０４】
特に、０．５＜Ｒ＜２０の範囲にあるときには、従来は結晶化が困難であるといわれていたが、Ｒの大きい、即ち、モノシランガス流量に対して水素ガス流量の大きな場合と同等以上の良好な結晶性薄膜が得られることが、Ｘ線回折やラマン分光法によって確認できた。
なお、具体的な処理条件とその条件において結晶性の薄膜を形成可能な成膜速度とを以下の表１に例示する。
【表１】
0004212210.tif 000002
上述した試料１〜４の結晶性薄膜は、いずれもＸ線回折で（２２０）に配向する結晶性薄膜であることが確認された。
更に、これらの薄膜をｐ−ｉ−ｎ型の太陽電池に応用する場合には、ｎ型、ｉ型（上記条件）と積層した後、ｐ型を積層する前に上記条件よりも低パワー且つ低速で更に薄くｉ型の層を積層してからｐ型の層を成膜して電池とすることにより、太陽電池の効率が向上する。例えば、８０Ｐａ，１００〜４５０℃、Ｈ2 ；４０ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4 ；１．５ｓｃｃｍ、ＲＦパワー；０．２５Ｗ／ｃｍ2 の条件で且つ成膜速度を０．０１μｍ／ｍｉｎとして、厚さ５〜１００ｎｍのｉ層をバッファ層として挿入すると、太陽電池の効率が５０％向上した。
【０１０５】
このように成膜速度が向上した理由としては、先ず、プラズマ吹出口７におけるホローアノード放電、カソード電極１１の貫通孔１１ｂ及びその空洞内部でのホローカソード放電により高密度なプラズマが得られたことが挙げられる。更に、カソード電極１１のプラズマに接触する表面積を増大させたことにより、その自己バイアスをプラスの側にもっていくことができ、プラズマがアノード電極に近い領域でも発生するため、基板処理室４へのプラズマ吹出口７を通して効率良く基板表面へとプラズマを導くことができる。また、この自己バイアスの制御により、同時にプラズマ空間電位をも制御することが可能になったため、そのプラズマ空間電位を適度に設定し、成膜速度に応じた適度なイオンの衝撃を与えることができ、高速成膜での結晶化が可能となったものと考えられる。
【０１０６】
なお、上述の表面処理装置２１は、成膜以外のアッシングやエッチング、イオンドーピング等の他の表面処理を行った場合にも、従来よりも低温で且つ高速に表面処理を行うことが可能であった。
【０１０７】
図６は、第４実施例による表面処理装置２２の概略図である。同装置２２は、空洞体であるカソード電極１１に形成された貫通孔１１ｂの内壁面及びプラズマ吹出口７の内壁面に磁石１０が配されている点で上述した第３実施例と異なるが、その他の構成は上記第３実施例の表面処理装置２１と同一である。
【０１０８】
前記磁石１０の磁場は、磁力線の方向が上記貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７の各軸線方向と平行になるように印加されることが望ましい。同磁石の強度は前記貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７のそれぞれの軸中心において１〜２０００ｍＴ、内壁面及びその近傍で２〜２０００ｍＴとし、より好ましくは軸中心で５〜５００ｍＴ、内壁面及びその近傍で５〜１０００ｍＴとする。
【０１０９】
このように貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７の内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー（電子温度）を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【０１１０】
また、磁石１０を配して磁場を形成することにより、貫通孔１１ｂの開口幅Ｗや長さＴ及びプラズマ吹出口７の開口幅Ｗの寸法の許容範囲が、磁石１０を配していない場合に比べて概ね３０％程度広がる。
【０１１１】
なお、本実施例では全ての貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７に磁石１０を配しているが、それら全てに磁石１０を配するのではなく、選択されたいずれかにのみ磁石１０を配することもできる。また、電磁石等の手段により磁場を形成することも可能である。更には、前記磁石１０は、例えば前記貫通孔１１ｂ及び前記プラズマ吹出口７の内壁面内に埋設することもできる。或いは図７（ａ）に示すように空洞体である前記カソード電極１１の上壁部１１ｃ内に埋設したり、図７（ｂ）に示すように、前記カソード電極１１の外側、上壁部１１ｃの上方に配することもできる。このような磁石１０の極性を含めた配置と磁場の強度とはプラズマ密度を高めるよう、任意に設定される。
【０１１２】
また、空洞内部のホローカソード放電がより高密度になるよう、前記空洞内部にも磁場を形成すべく磁石を配置することも可能である。この場合には、空洞内部における磁力線が電極面と平行になるように、磁場を付与することが望ましい。例えば、図８（ａ）に示すように、カソード電極１１の上下壁部１１ｃ，１１ａの内部や同カソード電極１１の周壁部の外側に配したり、図８（ｂ）に示すように、カソード電極１１の外側、上壁部１１ｃの上方や、同カソード電極の下壁部１１ａの内部、周壁部の外側などに配してもよい。また、図８（ｃ）に示すように周壁部の内部に埋設することもできる。なお、同図８（ｃ）は各種配置を一図にまとめて記載したものである。
【０１１３】
これらの図は磁石の配置の単なる例示にすぎず、これら図面に開示された磁石１０の配置位置や配置個数に限定されるものではない。前記磁石１０をカソード電極１１の内部に埋設又は外部に配置し、或いはその組み合わせにより、前記空洞内部や貫通孔１１ｂでのホローカソード放電がより高密度になるよう、磁石の配置と磁場強度とを任意に設定することができる。なお、これらの磁石１０の配置にあたっては、前記磁石１０がプラズマに直接晒されることがないよう取り付けることが好ましい。
【０１１４】
〈実験４〉
この図６に示す第４実施例による表面処理装置２２を用いて、上述の第３実施例の実験２と同一の条件、すなわち、モノシランガス（ＳｉＨ4)を７ｃｍ3 ／ｍｉｎ．の流量で、また水素ガスを１０５ｃｍ3 ／ｍｉｎ．の流量で導入すると共に、成膜室の圧力を２９Ｐａ、基板温度を１５０〜２６０℃に調整して、１３．５６ＭＨｚ、０．１Ｗ／ｃｍ2 の高周波電力を印加し、白板ガラスの基板に成膜処理を行った。その結果、成膜速度が７０Å／ｓｅｃ．と上述の第３実施例の場合と比べて更に７５％も高速での成膜が可能となり、このような高速成膜であって薄膜は微結晶化しており、太陽電池として十分に機能する薄膜であった。
【０１１５】
更に、カソード電極１１における貫通孔１１ｂ又はその空洞内部でのホローカソード放電により生じるプラズマ密度を大きくする変形例を図９に示す。
先ず、前記貫通孔１１ｂにおいてホローカソード放電を効率良く発生させる観点からは、前記貫通孔１１ｂの長さＴは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。しかしながら、前記カソード電極の下壁部１１ａの厚みは、材料コストの観点からも空洞内部に導入されるガス圧及び印加電力に耐え得る最小の厚みにすることが望ましい。
【０１１６】
そのため、前記貫通孔１１ｂの長さＴを長くするためには、同貫通孔１１ｂの周縁にノズル体１２を取り付けることが望ましい。なお、このノズル体１２は前記貫通孔１１ｂからプラズマ発生室３側へ突設してもよく、或いは空洞内部へ突設することもできる。更には両側へ突設してもよい。また、同ノズル体１２を図９に示すように磁石１０により構成することもできる。但し、磁石１０が直接プラズマに晒されることのないようにすることが好ましい。
【０１１７】
なお、図９に示すノズル体１２はいずれも、その中心線を貫通孔１１ｂの線と一致させて配しているが、前記ノズル体１２の中心線を前記貫通孔１１ｂの軸線に対して角度をもって配する、即ち、ノズル体１２を斜めに配することもできる。また、図９に示すノズル体１２は断面積が一定の筒体であるが、かかる形状に限定されるものではなく、その断面積を漸増又は漸減させる形状をもつ筒体であってもよい。更にはチューブ状のノズル体をらせん状に配することもできる。
かかるノズル体の変形については、上述したプラズマ吹出口や凹部に取り付けられるノズル体にも適用が可能である。
【０１１８】
更に、プラズマが接触するカソード電極１１の表面積を増大させるために、同カソード電極１１の空洞内部をその高さ方向に延在する隔壁１１ｅにより仕切ることもできる。このように表面積を自在に調節することができるため、同カソード電極１１の自己バイアスを自由に制御できる。なお、前記隔壁１１ｅはカソード電極１１の上下の壁部１１ｃ，１１ａと密着していなくてもよく、隙間が形成され仕切られた各空間が連通していてもよい。
【０１１９】
仕切られた各空間には図１０に示すようにそれぞれにガス供給口１１ｄを設けることが望ましい。或いは、前記アノード電極６の周壁部に開口する位置にガス供給口８を形成することもでき、また、それら複数のガス供給口８，１１ｄを組み合わせて複数形成することもできる。前記カソード電極１１の前記ガス供給口１１ｄからはキャリアガスのみを導入して、原料ガスは前記アノード電極６のガス供給口８、或いは別途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生室３の内部、成膜処理室４の内部、或いは前記プラズマ吹出口７の途中へと導入することもできる。
【０１２０】
なお、図９は複数の貫通孔１１ｂの形態を例示するものであり、全ての貫通孔１１ｂが異なる形態である図示の実施例に限定されるものではない。全ての貫通孔１１ｂが同一の形態であってもよく、或いは複数種類の貫通孔１１ｂが混在していてもよい。ノズル体１２の長さ寸法も、全ての貫通孔１１ｂにおいて同一であってもよく、或いは適宜長さを変化させ、基板表面へと到達するプラズマの強さを基板の全表面において均一化させることもできる。また、隔壁の形成位置及び形成数も同図９に限定されるものではなく、表面処理に必要なプラズマの強さに応じて自由に設計が可能である。
【０１２１】
更に、プラズマの強さを左右する因子として、高周波励起電源周波数を高めると結晶化が進むことは知られている。そこで、周波数を変更する実験を行った。
〈実験５〉
上述した実験１、２及び４では高周波励起電源周波数を１３．５６ＭＨｚとしていたが、これを１０５ＭＨｚに変更し、同一の条件で成膜を行ったところ、それぞれの実験における効果に更に高周波化による効果が加わり、成膜速度が２６０Å／sec.であっても薄膜が結晶化していた。また、成膜速度が２４０Å／sec.の場合には太陽電池として十分に機能し得る結晶膜が得られた。
【０１２２】
カソード電極１１が空洞体である上述した第３、第４実施例及びそれらの変形例では、図５、６及び９に示すように、カソード電極１１の空洞内部のほぼ全域においてホローカソード放電が発生している。しかしながら、前記カソード電極１１の空洞内部の高さ寸法や、貫通孔１１ｄの形状、数、及び配置、更には磁石１０の配置などによって、前記空洞内部の全域にわたってホロー放電が発生しない場合もあり、前記空洞内部の一部にのみホローカソード放電が発生し、或いは前記空洞内部において不均一にホローカソード放電が発生することもある。一般的傾向として、ホロー放電を起こしている貫通孔近傍の中空部では、空洞内部でも他よりも明るいホロー放電が発生している。
【０１２３】
図１１は、第５実施例による表面処理装置２３の概略図である。同装置２３は、カソード電極１１′の空洞内部にホローカソード放電が発生しないように、同空洞内部の内壁面を絶縁体により構成している点で上述した第３実施例と異なるが、その他の構成は上記第３実施例の表面処理装置２１と同一である。
【０１２４】
ただし、前記カソード電極１１′の下壁部１１ａ内面において一部電極を露出させてもよく、その場合には前記プラズマ発生室３において発生したプラズマが貫通孔１１ｂを通って空洞内部へと侵入し、その露出した電極面を這うことができる。それにより、プラズマが実質的に接触し得るカソード電極１１′の表面積を増大させることができ、自己バイアスの増大を図ることができる。
【０１２５】
また、前記カソード電極１１′の空洞内部にホローカソード放電を発生させないためには、上述のように内壁面を絶縁体で構成することの他にも、同空洞内部の高さＨを高くする方法が挙げられるが、この高さＨは、ＲＦパワーやガス圧によっても変化するため、内壁面を絶縁体で構成する方法がより確実である。
【０１２６】
このようにプラズマの発生場所を制御できると共に、カソード電極１１′のプラズマと接触する表面積をも調節でき、自己バイアスをも制御できるため、用途に応じた強さのプラズマを発生させることができる。
【０１２７】
〈実験６〉
上記表面処理装置２３を使用して、上述した実験２と同一の条件で成膜をおこなったところ、前記貫通孔１１ｂにおいてホローカソード放電が発生し、プラズマ吹出口７においてはホローアノード放電が発生して、プラズマの密度が高まり、微結晶薄膜を高速で成膜することが可能であった。また、得られた薄膜は太陽電池としても十分に機能し得るものであった。
【０１２８】
図１２は第６実施例による表面処理装置２４の概略図であり、この表面処理装置２４は上述した第５実施例の表面処理装置２３におけるカソード電極１１′の貫通孔１１ｂ及びプラズマ吹出口７の内周壁に磁石１０を配したものである。
【０１２９】
〈実験７〉
第６実施例の表面処理装置２４を使用して、上述した実験２と同一の条件で成膜を行ったところ、上述の実験６と比較して、成膜速度や電池効率が１０％以上向上した。
【０１３０】
なお、上述した空洞体であるカソード電極１１の変形例として、例えば図１３（ａ）に示す空洞体であるカソード電極１５のように、空洞内部に連通する複数の貫通孔１５ｂを有する下壁部１５ａと、上壁部１５ｃとの間を、一以上の貫通孔１５ｄを有する一以上の仕切り壁１５ｅにより上下に複数段に仕切ることができる。また、このとき、図１３（ｂ）に示す空洞体であるカソード電極１５′のように、下壁部１５ａに形成された複数の貫通孔１５ｂと、仕切り壁１５ｅに形成された複数の貫通孔１５ｄとが、上下方向に互いに重ならないようにそれぞれの貫通孔１５ｂ，１５ｄを形成することが好ましい。
【０１３１】
また、各貫通孔１５ｂ，１５ｄの数を下壁部１５ａと仕切り壁１５ｅとの間で異ならせてもよい。また、各貫通孔１５ｂ，１５ｄの開口寸法も下壁部１５ａと仕切り壁１５ｅとで異ならせてもよく、更には、下壁部１５ａの複数の貫通孔１５ｂや、仕切り壁１５ｅの複数の貫通孔１５ｄにおいても、全て均一の開口寸法とする必要はなく、開口寸法を中心部分から外縁方向に漸減又は漸増させるように変化させることもできる。
【０１３２】
上述した空洞体であるカソード電極１１の更に他の変形例として、図１３（ｃ）に示す空洞体からなるカソード電極１６のように、複数の中空電極部材１６ａを連結口１６ｂにより上下に複数段に連結することもできる。
【０１３３】
図１４は本発明の第７実施例による表面処理装置２５の概略図である。この表面処理装置２５も、ケーシング２内がプラズマ発生室３と基板処理室４との２室に画成されている。前記プラズマ発生室３内にはカソード電極５とアノード電極６′とが配され、前記アノード電極６′が前記プラズマ発生室３と基板処理室４とを画成している。同アノード電極６′の中心には円形のプラズマ吹出口７′が形成されており、このプラズマ吹出口７′を介して前記プラズマ発生室３と基板処理室４とが連通されている。
【０１３４】
前記カソード電極５は前記アノード電極６′との対向面に、断面が円形をなす複数の凹部５ａが形成されており、この凹部５ａの開口幅Ｗは、Ｗ≦５Ｌ(e) 又はＷ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定されている。更に好ましくは、前記開口幅ＷはＸ／５≦Ｗの範囲に設定される。前記凹部５ａの直径をかかる範囲に設定することにより、前記凹部５ａにおいてホローカソード放電が発生する。
【０１３５】
本実施例の以上の構成は上述した第１実施例と同様であるが、前記アノード電極６′に形成されているプラズマ吹出口７′の開口幅Ｗが大きくため、又は長さ（厚み）Ｔが小さいため、同プラズマ吹出口７′においてホロー放電が発生していない点で上述した第１実施例の表面処理装置１とは異なるものである。
【０１３６】
本実施例では、プラズマ吹出口７′においてホロー放電が発生しないため、上述した第１実施例よりは表面処理の速度及び品質が若干劣るものの、カソード電極５の凹部５ａにおいてホローカソード放電が生じているため、従来の表面処理装置と比較すれば、その処理速度及び処理品質は向上している。
【０１３７】
なお、上述したいずれの実施例も表面処理装置の上方にプラズマ発生室３を、その下方に基板処理室４を設けているが、これら実施例とは逆に、下方にプラズマ発生室３を配して、その上方に基板処理室を設け、プラズマを下方から上方へと流出させるタイプの装置とすることも可能である。更には、表面処理装置のケーシングを左右二室に画成し、プラズマ発生室と基板処理室とを水平に配し、プラズマを横方向に流出させるタイプの装置とすることも可能である。いずれの場合にあっても、基板はプラズマ吹出口に対向させてプラズマの流出方向に直交して配することができ、或いは、基板をプラズマの流出方向と平行に配することも可能である。また、プラズマ発生手段も一対のプラズマ発生電極に限定されるものではなく、例えば三極以上の電極を有する放電、マイクロ波放電や容量結合型放電、誘導結合型放電、ＰＩＧ放電、電子線励起放電によるプラズマ発生手段なども採用できる。
【０１３８】
図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように、ホローカソード放電が発生するカソード電極５，１１のアノード電極側及び／又はその反対側の近傍に、他の電極１３を配することもできる。他の電極１３はカソード電極５に形成された凹部５ａ又は空洞体であるカソード電極１１に形成された貫通孔１１ｂの開口幅Ｗよりも小さな開口幅をもつ小孔１３ａが多数形成されている。或いは、前記他の電極１３はメッシュ状であってもよい。なお、ホローカソード放電が発生する貫通孔を有するカソード電極の場合であっても、同様に、前記貫通孔の開口幅Ｗよりも小さな小孔が多数形成された他の電極を配することもできる。
【０１３９】
他の電極１３はフローティング状態を含む任意の電圧にバイアスされており、特に好ましくは、接地されているアノード電極６の電圧とプラズマが有する空間電位の最大値との間の電圧値に設定され、或いは、ホローカソード放電が発生しているカソード電極５の電圧とプラズマの有する空間電位の最大値との間の電圧値に設定されている。
【０１４０】
更に、前記他の電極１３に形成されている小孔１３ａを図１５に示すように、カソード電極５，１１の凹部５ａ又は貫通孔１１ｂに対応する位置に形成すれば、電子が更にホローカソード放電域に閉じ込められて、いっそう大電流の放電である超高密度ホローカソード放電が可能になる。
【０１４１】
或いは、図１６（ａ）及び１６（ｂ）に示すように、カソード電極５″に形成された凹部５ａ″や、カソード電極１１″に形成された貫通孔１１ｂ″において、開口部分の面積が前記凹部５ａ″や貫通孔１１ｂ″の他の部分の断面積よりも十分小さく形成することにより、電子をホローカソード放電域である前記凹部５ａ″や前記貫通孔１１ｂ″内または中空部に効率よくに閉じ込めることができる。なお、同図では前記凹部５ａ″や貫通孔１１ｂ″はその上半部が円柱状で下半部が半球状であるが、円錐状や角錐状、更には紡錘形状としてもよい。
【０１４２】
図１７は本発明の第８実施例である表面処理装置２７の概略図である。同装置２７は、アノード電極１４がカソード電極５との対向部分が空洞体である点で上述した第１実施例と異なるが、その他の構成は上記第１実施例の表面処理装置１と略同一である。
【０１４３】
前記アノード電極１４は、カソード電極５との対向部分が空洞体１４ａとなっており、その空洞体１４ａの中心に、上壁部１４ｂと下壁部１４ｃとを一直線上に貫通する単一のプラズマ吹出口７が形成されている。更に、本実施例にあっては、前記アノード電極１４の空洞体１４ａの内部をホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記空洞体１４ａの前記プラズマ吹出口７の形成方向に沿った対面距離、即ち図では上下の高さＨを、Ｈ≦５Ｌ(e) 又はＨ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。前記空洞内部の高さＨは、Ｘ／２０≦Ｈの範囲に設定することが好ましく、更には、Ｘ／５≦Ｈの範囲に設定することが好ましい。
【０１４４】
本実施例においては、プラズマ吹出口７におけるホローアノード放電とカソード電極５の凹部５ａにおけるホローカソード放電とに加え、更に、アノード電極１４の空洞体１４ａの内部においてホローアノード放電が発生し、前記アノード電極１４の空洞体１４ａの内部においても新たなプラズマが発生している。そのため、基板Ｓへと到達するプロセスプラズマの密度が更に高まり、成膜処理に寄与する活性種が増加するため、表面処理速度が向上すると共に、その処理品質も更に向上する。
【０１４５】
なお、図示例では前記空洞体１４ａの内部高さＨを一定にしているが、前記高さＨは一定でなくてもよい。ホローアノード放電を空洞体１４ａの内部の略全域にわたって均一に発生させるために、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近での空洞内部の高さＨを小さくし外縁方向にその高さＨを漸増させ、或いは、中心付近で高さＨを大きくし外縁方向にその高さＨを漸減させることが好ましい。
【０１４６】
或いは、前記空洞体１４ａはその内部全体においてホローアノード放電を発生させる必要は無く、少なくとも一部においてホローアノード放電を発生させることができれば、表面処理の品質及び処理速度の向上が認められる。
【０１４７】
図１８は上述した空洞体であるアノード電極１４の変形例である。上述したアノード電極１４は空洞体１４ａの中心に単一のプラズマ吹出口７を貫通して形成していたが、図１８に示すアノード電極１４′のように、空洞体１４ａの上壁部１４ｂと下壁部１４ｃとにそれぞれ空洞内部に連通する、プラズマ吹出口としての複数の貫通孔１４ｄを形成することも可能である。なおこの場合、上壁部１４ｂの貫通孔１４ｄと下壁部１４ｃの貫通孔１４ｄとは上下に一直線上に並ばないように互いにずらして形成することが好ましい。更に、貫通孔１４ｄを図３２〜図３５の配列で形成することが好ましい。
【０１４８】
また、複数の前記貫通孔１４ｄは開口幅Ｗが全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔１４ｄにおいて均一にホローアノード放電を発生させるために、適宜、異なる開口幅Ｗに設定することができる。特に、印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付近の貫通孔１４ｄは開口幅Ｗを小さくし外縁方向にその開口幅Ｗを漸増させ、或いは、中心付近で開口幅Ｗを大きくし外縁方向にその開口幅Ｗを漸減させることが好ましい。
【０１４９】
また、前記貫通孔１４ｄの長さＴ、すなわち本実施例の場合には前記下壁部１４ｂの厚みＴは概ねＸ／５０を下限とする。上限は装置寸法上の制約によって決定される。この貫通孔１４ｄの長さＴは上述したガス圧及び直径の場合には、０．１〜７０ｍｍが好ましい。
【０１５０】
なお、本実施例にあっては前記貫通孔１４ｄは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔１４ｄを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図３６に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔１４ｄの開口幅Ｗとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。また、前記貫通孔１１ｂの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔１４ｄは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔１４ｄを複数形成してもよい。
【０１５１】
前記アノード電極１４′には、前記貫通孔１４ｄの内壁面や空洞体１４ａの内部に開口するガス供給口８′を形成することができる。例えば成膜処理の場合には、前記プラズマ発生室３へはキャリアガスのみを導入し、前記アノード電極１４′のガス供給口８′からはモノシラン等の原料ガスを導入することにより、同原料ガスの不要な空間での分解を防止し、原料ガスを効率よく成膜処理に寄与させることができる。なお、複数の貫通孔１４ｄの全てにガス供給口８′を設けることもでき、あるいは一部の貫通孔１４ｄにのみガス供給口８′を設けることもできる。更に、空洞体１４ａの内壁面には複数のガス供給口８′を開口させることもできる。
【０１５２】
更に、アノード電極１４′における空洞体１４ａ内部及び貫通孔１４ｄでのホローアノード放電により生じるプラズマ密度を大きくする変形例を、図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に示す。
先ず、前記貫通孔１４ｄにおいてホローアノード放電を効率良く発生させる観点からは、前記貫通孔１４ｄの長さＴは大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生させることができる。しかしながら、前記アノード電極の上下壁部１４ｂ，１４ｃの厚みは、材料コストの観点からも空洞内部に導入されるガス圧及び印加電力に耐え得る最小の厚みにすることが望ましい。
【０１５３】
そのため、前記貫通孔１４ｄの長さＴを長くするためには、下壁部１４ｃの貫通孔１４ｄの周縁にノズル体１２を取り付けることが望ましい。なお、このノズル体１２は前記貫通孔１４ｄから基板処理室４側へ突設してもよく、或いは空洞体１４ａの内部へ突設することもできる。更には両側へ突設してもよい。また、同ノズル体１２を図１９（ａ）に示すように磁石１０により構成することもできる。このとき、磁石１０は直接プラズマに晒されないように配することが好ましい。
【０１５４】
なお、図１９（ａ）に示すノズル体１２はいずれも、その中心線を貫通孔１４ｄの線と一致させて配しているが、前記ノズル体１２の中心線を前記貫通孔１４ｄの軸線に対して角度をもって配する、即ち、ノズル体１２を斜めに配することもできる。また、図１９（ａ）に示すノズル体１２は断面積が一定の筒体であるが、かかる形状に限定されるものではなく、その断面積を漸増又は漸減させる形状をもつ筒体であってもよい。更にはチューブ状のノズル体をらせん状に配することもできる。
【０１５５】
更に、プラズマが接触するアノード電極１４′の表面積を増大させるために、前記アノード電極１４′の空洞体１４ａの内部に、上下方向に延びる隔壁や、水平方向に延びる隔壁を設けて、内部を複数室に分割することもできる。なお、内部の分割された各室に形成されている貫通孔１４ｄは全て同一であってもよく、或いは異ならせることもできる。また、上下方向に延びる前記隔壁は、前記空洞体１４ａの上下壁部１４ｂ，１４ｃとの間に隙間が形成され、各室が連通していてもよい。
【０１５６】
また、前記アノード電極１４′には、図１９（ｂ）に示すように、プラズマ吹出口である前記貫通孔１４ｄや空洞体１４ａの内部に磁場を付与するように磁石１０を各貫通孔１４ｄの内周面、前記空洞体１４ａの上下壁部１４ｂ，１４ｃ、或いは周壁部に埋設したり、それらの近傍に配することができる。前記磁石１０は、その磁力線の方向が貫通孔１４ｄの軸線方向と平行になるように磁場が印加されるよう、或いは磁力線の方向が前記上下壁部１４ｂ，１４ｃと平行になるように磁場が印加されるよう、配されていることが好ましい。
【０１５７】
このように貫通孔１４ｄや空洞体１４ａの内部に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔１４ｄや空洞体１４ａの内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー（電子温度）を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【０１５８】
図２０〜図２２は上述した第８実施例の第１〜第３変形例による表面処理装置２８〜３０の概略図である。図２０に示す表面処理装置２８は、第８実施例のカソード電極５を空洞体のカソード電極１１に変更し、同カソード電極１１の空洞内部及び同カソード電極１１に形成された貫通孔１１ｂをホローカソード放電域としたものである。
【０１５９】
図２１に示す表面処理装置２９は、第８実施例のカソード電極５を空洞体をなし且つその空洞内部の内壁面を絶縁したカソード電極１１′に変更し、同カソード電極１１′に形成された貫通孔１１ｂをホローカソード放電域としたものである。また、図２２に示す表面処理装置３０は、第８実施例のカソード電極５を単なる平板状の電極５′に変更し、同カソード電極５′ではホローカソード放電は発生させず、ホローアノード放電のみを発生させている。
【０１６０】
これらの変形例はいずれも、第８実施例と上述した本発明の他の実施例との組み合わせであり、それぞれ、上述したような各実施例における作用効果を兼ね備えている。従って、いずれの変形例にあっても、ホローアノード放電やホローカソード放電によって、プロセスプラズマの密度が高まり、各種処理速度が著しく向上する。
【０１６１】
図２３は本発明の第９実施例である表面処理装置４０の概略図である。同表面処理装置４０は、空洞状のアノード電極１７の内部が基板処理室４′を構成している。
空洞状のアノード電極１７は上壁部１７ａの中心に貫通孔１７ｂが形成されており、この貫通孔１７ｂがプラズマ吹出口を構成している。また、同アノード電極１７の下壁部１７ｃの内面中央部分が基板支持台を構成すると共に、同下壁部１７ｃの周縁部分には複数の排気口１７ｄが形成されている。また、同下壁部１７ｃの中央部分には基板の加熱手段を内装させることもできる。なお、アノード電極１７内の基板の支持位置や排気口１７ｄの形成位置は上述のものに限定されるものではなく、任意の位置を選択できる。
【０１６２】
本実施例にあっては、前記アノード電極１７の貫通孔１７ｂをホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記貫通孔１７ｂの開口幅Ｗを、Ｗ≦５Ｌ(e) 又はＷ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。更に前記開口幅Ｗは、Ｘ／２０≦Ｗの範囲に設定することが好ましく、Ｘ／５≦Ｗの範囲に設定することがより好ましい。また、本施例にあっては、前記アノード電極１７の空洞内部をもホローアノード放電の発生域とし得るよう、前記空洞内部の高さＨを、Ｈ≦５Ｌ(e) 又はＨ≦２０Ｘのいずれかを満足する範囲に設定している。前記空洞内部の高さＨも、Ｘ／２０≦Ｈの範囲に設定することが好ましく、更には、Ｘ／５≦Ｈの範囲に設定することが好ましい。
【０１６３】
但し、Ｌ(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種（活性種）のうち最も直径の小さな原子又は分子種（活性種）に対する電子の平均自由行程であり、Ｘは所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みである。
【０１６４】
同基板処理装置４０では、基板処理室４′をアノード電極１７の空洞内部に形成し、このアノード電極１７の空洞内部にはホローアノード放電を発生させているため、基板Ｓの処理に寄与するプラズマの密度が極めて高まるため、処理速度も著しく向上する。但し、この基板処理装置４０では、プラズマによる基板Ｓへのイオンダメージが大きいため成膜処理には不適であり、同装置４０はエッチング、アッシング又はイオンドーピングの処理に適している。
【０１６５】
図２４（ａ）及び図２４（ｂ）は基板処理室４′を構成する空洞状のアノード電極の変形例である。図２４（ａ）に示すアノード電極１７′は上壁部１７ａにプラズマ吹出口を構成する複数の貫通孔１７ｂが形成されている点で上述のアノード電極１７とは異なる。なお、前記貫通孔１７ｂは図３２〜図３５に示すような配置で形成することが好ましい。
【０１６６】
この複数の貫通孔１７ｂは、本実施例にあっては円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させてもよい。更には、前記貫通孔１７ｂを断面が矩形状のスリット構造としたり、或いは図３６に示すような渦巻き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造とすることもできる。このようなスリット構造とする場合には、その貫通孔１７ｂの開口幅Ｗとはスリット幅であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。また、前記貫通孔１７ｂの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記貫通孔１７ｂは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔１７ｄを複数形成してもよい。
【０１６７】
また、図２４（ｂ）に示すアノード電極１７″は、プラズマ吹出口である前記貫通孔１７ｂや排気口１７ｄ、空洞内部に磁場を付与するように磁石１０を各貫通孔１７ｂや排気口１７ｄの内周面、前記空洞内部の上下壁部１７ａ，１７ｃ、或いは周壁部に埋設したり、それらの近傍に配することができる。前記磁石１０は、その磁力線の方向が貫通孔１７ｂや排気口１７ｄの軸線方向と平行になるように磁場が印加されるよう、或いは磁力線の方向が前記上下壁部１７ａ，１７ｄと平行になるように磁場が印加されるよう、配されていることが好ましい。
【０１６８】
このようにプラズマ吹出口である貫通孔１７ｂや空洞内部に磁場を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔１７ｂや空洞内部に電子を長く留まらせることができる。この電子の軌道調整により、電子のエネルギー（電子温度）を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が向上する。
【０１６９】
図２５は、各種貫通孔でのホロー放電を発生しやすくするための変形例を示している。同図２５ではアノード電極６に形成されたプラズマ吹出口７を例に説明する。
図２５（ａ）に示す変形例では、アノード電極６の下面にプレート状の絶縁体１８を密着されて配しており、更に、同絶縁体１８の下面に金属プレートからなる他の電極１９を配している。プラズマ吹出し口７はこれらアノード電極６、絶縁体１８、及び他の電極１９を貫通して形成されている。この他の電極１９には前記アノード電極の電位よりも低い電位となるように、直流バイアスや交流バイアス（高周波やパルスを含む）を印加している。
【０１７０】
ここで、プラズマの電位はそのプラズマの大部分が接する電極の電位、即ち、この場合、アノード電極６の電位によって決まる。このアノード電極６の面積に比べてプラズマ吹出口７はプラズマとの接触面積が極めて小さいが、このプラズマ吹出口７にバイアスを印加してプラズマの電位とプラズマ吹出口との間の電位差を自由に制御することが可能になる。従って、通常はプラズマの電位とアノード電極６との電位差が小さくて、プラズマ吹出口７においてホロープラズマが発生し得ない低パワーの放電であっても、前記他の電極１９にバイアスを印加してプラズマとプラズマ吹出口７との電位差を大きくすることができるため、同プラズマ吹出口７のホロープラズマの発生を誘起することができる。
【０１７１】
なお、プラズマ吹出口７の電位を自在に設定し得る他の電極の配置例としては、他にも図２５（ｂ）に示すように、アノード電極６のプラズマ吹出口７の形成部分の下面にのみ、リング状の絶縁体１８ａとリング状の他の電極１９ａとを重ねて配することもできる。
【０１７２】
また、図２５（ｃ）に示すように、アノード電極６のプラズマ吹出口７の内壁面にリング状の絶縁体１８ｂを介してリング状の他の電極１９ｂを配してもよく、或いは、図２５（ｄ）に示すように、アノード電極６のプラズマ吹出口７の内壁面にリング状の絶縁体１８ｂを介して円筒ノズル状の他の電極１９ｃを配することもできる。
なお、かかる構造はアノード電極に複数の貫通孔を形成した場合や、カソード電極に形成された貫通孔などの各種貫通孔に同様に適用が可能である。
【０１７３】
以上説明した本発明の各種実施例及び変形例では、プラズマ発生電極には高周波電源Ｐにより高周波電力を投入しているが、直流電源により直流電圧を印加することもできる。或いは、それぞれ直流や交流の電源又はパルス電源によってバイアスを印加してもよい。
また、表面処理室４に配された基板Ｓとプラズマ吹出口７との間にメッシュ状の電極を設置してトライオード型に構成し、また様々なバイアスを印加することも可能である。
【０１７４】
更には、上述した実施例ではいずれも、表面処理装置のケーシング２の内部をアノード電極６により上下に２分割して上方をプラズマ発生室３、下方を基板処理室４としているが、本発明はかかる装置に限定されるものではない。
【０１７５】
図２６〜図３１には本発明の他の実施例による表面処理装置の水平方向の断面図を示す。
図２６に示す本発明の第１０実施例である表面処理装置４１は、ケーシング３２が有底の円筒体からなり、その周壁内面を基板支持台９としている。この場合に、前記ケーシング３２の内部には、小径円柱体からなるカソード電極３５と、同カソード電極３５よりも大径の円筒体かならるアノード電極３６とを、中心軸線を一致させて配している。
【０１７６】
前記アノード電極３６には所定の形状と配置を有する複数のプラズマ吹出口３７が形成され、前記アノード電極３６と前記ケーシング３２との間の領域が本発明における基板処理室３４を構成すると共に、前記カソード電極３５と前記アノード電極３６との間の領域が本発明におけるプラズマ発生室３３を構成する。更に、前記カソード電極３５の周壁面には複数の軸線方向に平行な凹部３５ａが所定の位相差をもって形成されている。なお、前記カソード電極３５を空洞体とした場合には、前記凹部３５ａに変えて貫通孔を形成すると共に、その空洞内部にキャリアガス及び原料ガスを供給してもよい。
【０１７７】
或いは、図２７に示す本発明の第１１実施例による表面処理装置４２のように、最大径の円筒体をカソード電極３５とし、その内部に軸線を一致させて円筒体からなるアノード電極３６を配し、更にその中心に最小径の円柱体３９を配することもできる。この場合には中心の円柱体３９の外周面が基板Ｗの支持台を構成する。前記カソード電極３５の内周面には複数の軸線方向に平行な凹部３５ａが所定の位相差をもって形成されている。前記アノード電極３６には所定の形状と配置を有するプラズマ吹出口３７を形成する。なお、前記カソード電極３５の更に外側にケーシングを配することもできる。
【０１７８】
この図２６及び図２７に示す第１０及び第１１実施例にあっても、前記プラズマ吹出口３７の開口幅を本発明の規定する上記範囲内とすることにより、同吹出口３７においてホローアノード放電が発生する。また、前記凹部３５ａにおいても、その開口幅を本発明の範囲内とすることにより、同凹部３５ａにおいてホローカソード放電が発生する。
【０１７９】
更に、前記アノード電極３５やカソード電極３６を空洞体により形成し、互いの電極との対向面に貫通孔を形成してその貫通孔でホロー放電を発生させ、更には、空洞内部の少なくとも一部でホロー放電を発生させることもできる。その場合には、表面処理に寄与するプラズマがより高密度となり、表面処理の速度が向上する。
【０１８０】
かかるカソード電極３５及びアノード電極３６が円筒体からなる装置は、感光ドラムのような円筒形状の基板に表面処理を施す際に有用である。或いは、円筒の一部の曲面を利用することにより、帯状フィルム部材からなる基板にロール・ツー・ロールで連続的に成膜やエッチングなどの表面処理を施す場合に、装置スペースの低減が可能となるため、好ましい。
【０１８１】
また、各プラズマ発生電極を上述した図２６及び図２７に示すような断面形態をもつ球形状とすることもでき、或いは、図２８及び図２９に示す本発明の第１２及び第１３実施例による表面処理装置４３，４４のように、各プラズマ発生電極３５，３６を断面が半円形状の筒体や半球体など曲面の一部となる形状とすることもできる。このようにプラズマ発生電極を球形状や半球形状とし、或いは一部を曲面とすることにより、球面半導体のような特殊な形状の基板にも均一な表面処理を施すことが可能になる。
【０１８２】
更には、図３０及び図３１に示す本発明の第１４及び第１５実施例による表面処理装置４５，４６のように、プラズマ発生電極３５，３６を断面が正方形の筒体とすることもできる。或いは断面が多角形状の筒体や多面体形状とすることもできる。このようにプラズマ発生電極３５，３６を角形状とすることにより、装置スペースの低減が可能となる。また、それら多様な形状のプラズマ発生電極３５，３６を空洞体から構成し、互いの電極との対向面に貫通孔を形成してその貫通孔でホロー放電を発生させ、更には、空洞内部の少なくとも一部でホロー放電を発生させて、プラズマの高密度化を図ることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例である表面処理装置の概略図である。
【図２】  上記装置の変形例によるガス供給口の配置例を示す概略図である。
【図３】  本発明の第２実施例である表面処理装置の概略図である。
【図４】  カソード電極に対する磁石の他の配置態様を示す概略図である。
【図５】  本発明の第３実施例である表面処理装置の概略図である。
【図６】  本発明の第４実施例である表面処理装置の概略図である。
【図７】  空洞状のカソード電極に対する磁石の他の配置態様を示す概略図である。
【図８】  空洞状のカソード電極に対する磁石の更に他の配置態様を示す概略図である。
【図９】  上記第３及び第４実施例の装置の変形例によるカソード電極の概略図である。
【図１０】  上記変形例でのガス供給口の配置例を示す概略図である。
【図１１】  本発明の第５実施例である表面処理装置の概略図である。
【図１２】  本発明の第６実施例である表面処理装置の概略図である。
【図１３】  空洞状のカソード電極の他の態様を示す概略図である。
【図１４】  本発明の第７実施例である表面処理装置の概略図である。
【図１５】  本発明の他の実施例による表面処理装置におけるカソード電極部分の概略図である。
【図１６】  本発明の更に他の実施例による表面処理装置におけるカソード電極部分の概略図である。
【図１７】  本発明の第８実施例である表面処理装置の概略図である。
【図１８】  上記第８実施例におけるアノード電極の変形例を示す概略図である。
【図１９】  上記第８実施例におけるアノード電極の他の変形例を示す概略図である。
【図２０】  上記第８実施例の第１変形例である表面処理装置の概略図である。
【図２１】  上記第８実施例の第２変形例である表面処理装置の概略図である。
【図２２】  上記第８実施例の第３変形例である表面処理装置の概略図である。
【図２３】  本発明の第９実施例である表面処理装置の概略図である。
【図２４】  上記第９実施例におけるアノード電極の変形例を示す概略図である。
【図２５】  本発明の各種貫通孔における好適な変形態様を示す概略図である。
【図２６】  本発明の第１０実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図２７】  本発明の第１１実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図２８】  本発明の第１２実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図２９】  本発明の第１３実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図３０】  本発明の第１４実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図３１】  本発明の第１５実施例による表面処理装置の水平方向の概略断面図である。
【図３２】  多数の貫通孔又は凹部の配置例を示す図である。
【図３３】  多数の貫通孔又は凹部の他の配置例を示す図である。
【図３４】  多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示す図である。
【図３５】  多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示す図である。
【図３６】  渦巻き状の貫通孔又は凹部の説明図である。
【符号の説明】
１，20〜30，40〜46        表面処理装置
２                        ケーシング
２ａ                      上壁
２ｂ                      周壁
３                        プラズマ発生室
４                        基板処理室
５                        カソード電極
５ａ                      凹部
６                        アノード電極
７                        プラズマ吹出口
８                        ガス供給口
９                        基板支持台
１０                        磁石
１１                        カソード電極
１１ａ                      下壁部
１１ｂ                      貫通孔
１１ｃ                      上壁部
１１ｄ                      ガス供給口
１１ｅ                      隔壁
１２                        ノズル体
１３                        他の電極
１３ａ                      小孔
１４                        アノード電極
１４ａ                      空洞体
１４ｂ                      上壁部
１４ｃ                      下壁部
１４ｄ                      貫通孔
１５                        カソード電極
１５ａ                      下壁部
１５ｂ                      貫通孔
１５ｃ                      上壁部
１５ｄ                      貫通孔
１５ｅ                      仕切り壁
１６                        カソード電極
１６ａ                      中空電極部材
１６ｂ                      連結口
１７                        アノード電極
１７ａ                      上壁部
１７ｂ                      貫通孔
１７ｃ                      下壁部
１７ｄ                      排気口
１８                        プレート状の絶縁体
１８ａ                      リング状の絶縁体
１８ｂ                      リング状の絶縁体
１９                        プレート状の他の電極
１９ａ                      リング状の他の電極
１９ｂ                      リング状の他の電極
１９ｃ                      円筒ノズル状の他の電極
３２                        ケーシング
３３                        プラズマ発生室
３４                        基板処理室
３５                        カソード電極
３５ａ                      凹部
３６                        アノード電極
３７                        プラズマ吹出口
３９                        基板支持台
Ｓ                        基板
Ｐ                        高周波電源
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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