(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する電極を基板に対向させて両者間にプラズマを発生させながら、前記プラズマに反応ガスを供給して化学反応を起こさせることにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記基板を支持する基板支持部材と、前記電極を加熱する電極加熱手段と、その電極加熱により成膜中に当該電極の表面上に薄膜が形成されるのに伴って当該電極の回転中心と基板支持部材との距離を増加させることにより電極周面と基板表面との間の実効距離を目標値に保つ距離制御手段とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の薄膜形成装置において、前記距離制御手段として、通算成膜時間またはこれに相当する数値を計測、演算する成膜時間検出手段と、その検出された値の増加に伴って前記電極の回転中心と基板支持部材との距離を増加させる制御手段とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の薄膜形成装置において、前記電極加熱手段として加熱用ランプを備え、その発する光が前記電極の表面に照射されるように構成したことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
請求項３記載の薄膜形成装置において、前記加熱用ランプの光を電極表面に集光させる集光手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記電極の内部に高周波誘導により加熱可能な被加熱体を設けるとともに、この被加熱体を高周波誘導によって加熱する手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
請求項５記載の薄膜形成装置において、前記被加熱体を電極の側面から側方に露出させるとともに、この被加熱体の側方に高周波誘導加熱用導体を配置したことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の薄膜形成装置において、前記プラズマに供給されるガスをその供給前に加熱する供給ガス加熱手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項８】
請求項７記載の薄膜形成装置において、前記基板及び電極を収容するチャンバと、このチャンバ内にガスを送り込むためのガス供給通路とを備えるとともに、このガス供給通路の途中にヒーターを設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項９】
請求項１または２記載の薄膜形成装置において、前記基板及び電極を収容するチャンバと、このチャンバ内のガスを加熱するガス加熱手段とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１０】
請求項９記載の薄膜形成装置において、前記チャンバ内のガスを一旦導出してチャンバ内に返還する循環通路と、この循環通路内でガスを循環させるためのポンプとを備え、当該循環通路の途中にヒーターを設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記電極の表面温度もしくはこれに相当する温度を検出する温度検出手段と、その検出温度を予め設定された目標温度に維持するように前記電極加熱手段の作動を調節する温度制御手段とを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマによる化学反応を利用して基板上にアモルファスシリコン等からなる薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、前記のようなプラズマ式の薄膜形成装置として、高速回転する電極を基板上に対向させるものが開発されるに至っている（例えば特開平９−１０４９８５号公報参照）。その装置の概要を図８及び図９に示す。
【０００３】
図８において、密閉されたチャンバ１０内には、基板搬送台１２が設置され、その上に基板１４が載置されるとともに、これら基板搬送台１２及び基板１４はアースに接続されている。そして、この基板１４と僅かな隙間をもって対向するように電極１８が配設されている。この電極１８は、図の奥行き方向に延びる略円柱状をなし、その中心を回転軸１６が貫いており、この回転軸１６の両端が図略の支柱により回転可能に支持されている。回転軸１６の端部はチャンバ外面の共振器１９に電気的に接続され、この共振器１９がマッチング回路などを介して図略の高周波電源に接続されている。
【０００４】
この装置において、チャンバ１０内を排気し、電極１８を回転させながらこれに高周波電力または直流電力を印加して当該電極１８と基板１４との間にプラズマＰを発生させるとともに、図略の反応ガス供給源から反応ガス（図例ではＳｉＨ4とＨ2との混合ガス）及び希釈ガス（例えばＨｅ）をチャンバ１０内に導入すると、これらのガスは電極１８の回転によって当該電極１８と基板１４との間に巻き込まれてプラズマＰに導かれ、ここで前記反応ガスが化学反応を起こす。このような化学反応を起こさせながら基板１４を基板搬送台１２とともに所定方向（電極１８の回転軸方向と直交する方向）に走査する結果、図９に示すように、基板１４上に薄膜（図例ではアモルファスシリコンからなる薄膜）２３が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記装置は、均一な薄膜２３を大面積の領域に高速で連続的に形成することを可能にするとともに、従来では不可能とされていた１気圧以上の圧力下でのグロー放電プラズマの発生を可能にする画期的な手段であるが、このように高圧下でしかも高速で成膜を行うと、反応ガスの分解反応が気相で急激に起こることに起因して、図９に示すように成膜２３に寄与しなかったシリコン原子が相互に結びついて微粒子（いわゆるパーティクル）を形成することになる。このようなパーティクル２４が基板１４上に堆積すると、成膜２３の表面形態を乱し、高品質膜の形成を阻害する要因となる。
【０００６】
なお、前記公報には、電極回転方向の下流側にダクトを配置し、発生したパーティクル２４を除去する手段が開示されているが、かかるダクトの設置のみでパーティクル２４を完全に除去することは非常に困難である。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、基板上にパーティクルが堆積するのを有効に抑止して高品質膜の高速形成を可能にする薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記薄膜形成について詳細な検討と精密な実験を行った結果、前記の高速薄膜形成装置においては、電極表面またはその付近で発生した微細な核（薄膜材料からなる核）、さらには、電極表面で発生する柱状またはフレーク状の薄膜が、前記パーティクルの発生に大きく寄与していることを発見し、そのパーティクル発生を防ぐ手段として、回転電極の表面温度を上げることが非常に有効であることを突き止めた。
【０００９】
すなわち、電極表面温度が低い場合には、気相中の反応で生成された核が電極表面に対して単に付着を起こすのみであるため、このような吸着状態で電極とともに高速回転するうち、何らかのきっかけで簡単に電極から離脱して気相中に再放出され、これを核としてパーティクルが急速成長するおそれがある。
【００１０】
これに対し、最も薄膜材料の濃度が高い電極表面の温度が高められると、その表面上で原子または分子の運動が活発化されるとともに、化学反応が促進され、その結果、当該電極表面上に均一で安定した薄膜が形成されるため、パーティクル発生の要因となる核の成長がきわめて起こりにくい。また、たとえ気相中で反応が起こっても、その生成物は電極表面に対して単なる付着でなく強く結合（化学結合）されるため、新たな核発生の種となることが防がれる。すなわち、電極表面温度を高めて当該表面上での化学反応を促進することにより、薄膜材料の固まりであるパーティクルが発生するのを回避できるのである。
【００１１】
ただし、前記電極表面上に薄膜が形成されると、その分だけ当該電極と基板との間の実効距離が縮まるため、これを放置しておくと安定した質の薄膜を永続的に形成することが困難になる。
【００１２】
本発明は、このような観点からなされたものであり、回転する電極を基板に対向させて両者間にプラズマを発生させながら、前記プラズマに反応ガスを供給して化学反応を起こさせることにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記基板を支持する基板支持部材と、前記電極を加熱する電極加熱手段と、前記電極の周面への微粒子の付着に伴って（すなわち電極周面上での膜成長に伴って）当該電極の回転中心と基板支持部材との距離を増加させることにより電極周面と基板表面との間の実効距離を目標値に保つ距離制御手段とを備えたものである。
【００１３】
この装置によれば、電極が加熱されてその表面温度が高められることにより、上述の理由によってパーティクルの発生が有効に抑止される。
【００１４】
なお、この装置では、電極表面に薄膜が形成されていくことになるが、この電極表面上の薄膜自体は基板上への成膜に何ら悪影響を及ぼすものではない。また、電極表面上の薄膜が成長して当該薄膜分も含めた電極の実質半径が増加しても、その通算成膜時間の経過に伴って当該電極と基板との距離が自動的に増加されるこことにより、前記電極表面上の薄膜も含めた電極周面と基板表面との距離（実効距離）が常に好適な値に保たれるので、長期にわたって良好な成膜を続けることが可能である。
【００１５】
前記距離制御手段としては、通算成膜時間またはこれに相当する数値を計測、演算する成膜時間検出手段と、その検出された値の増加に伴って前記電極の回転中心と基板支持部材との距離を増加させる制御手段とを備えたものが、好適である。この構成によれば、特別に電極外周面と基板との距離を直接計測しなくても、当該距離の調整ができる。ただし、前記距離制御手段には、結果的に通算成膜時間の増加に伴って電極回転中心と基板支持部材との距離を増加させるもの、すなわち、前記実効距離を周期的に実測してこれを目標値に近づけるように距離調節するものも含まれるものとする。
【００１６】
前記電極加熱手段としては、種々のものが適用可能である。
【００１７】
例えば、前記電極加熱手段として加熱用ランプを備え、その発する光が前記電極の表面に照射されるように構成したものでは、電極が高速回転していてもこれに加熱用ランプの光が照射されることによって、電極が有効に加熱される。さらに、前記加熱用ランプの光を電極表面に集光させる集光手段を備えることにより、電極表面以外の領域で化学反応が促進されるのを回避し、パーティクル発生抑止効果をさらに高めることができる。
【００１８】
また、前記電極の内部に高周波誘導により加熱可能な被加熱体を設けるとともに、この被加熱体を高周波誘導によって加熱する手段を備えるようにしても、電極回転中に被加熱体ひいては電極を有効に加熱することができる。
【００１９】
例えば、前記被加熱体を電極の側面から側方に露出させるとともに、この被加熱体の側方に高周波誘導加熱用導体を配置すれば、この高周波誘導加熱用導体に高周波電力を印加するだけで、当該導体と被加熱体とを接触させることなく被加熱体及び電極の加熱ができる。
【００２０】
また、本発明では、前記電極の雰囲気ガスを加熱することにより、電極を間接的に加熱するようにしてもよい。
【００２１】
例えば、前記プラズマに供給されるガス（例えば反応ガスや希釈ガス）をその供給前に加熱する供給ガス加熱手段を備えるようにしてもよい。具体的には、前記基板及び電極を収容するチャンバと、このチャンバ内にガスを送り込むためのガス供給通路とを備えるとともに、このガス供給通路の途中にヒーターを設けたものが好適である。
【００２２】
また、前記基板及び電極を収容するチャンバと、このチャンバ内のガスを加熱するガス加熱手段とを備えたものも有効である。
【００２３】
ここで、チャンバ内に加熱手段を設けることが好ましくない場合には、前記チャンバ内のガスを一旦導出してチャンバ内に返還する循環通路と、この循環通路内でガスを循環させるためのポンプとを備え、当該循環通路の途中にヒーターを設けるようにすればよい。この構成によれば、ヒーターをチャンバ外部に設けながら、そのチャンバ内のガスを有効に加熱することができる。
【００２４】
本発明では、さらに、前記電極の表面温度もしくはこれに相当する温度を検出する温度検出手段と、その検出温度を予め設定された目標温度に維持するように前記電極加熱手段の作動を調節する温度制御手段とを備えることにより、電極表面温度を自動的に好適な温度に保つことができる。
【００２５】
この装置では、前記目標温度を８０℃以上に設定するのが特に好ましい。目標温度の上限値は、電極の材質の耐熱温度（例えばアルミニウムの場合には約300℃）などを考慮して設定すればよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これらの実施の形態で示す薄膜形成装置の基本原理及び基本構成は前記図８及び図９に示したものと同等であり、これらの図に示した構成要素と同等の構成要素には同一の参照符を付するものとする。ただし、本発明において形成する薄膜材料は前記のアモルファスシリコンに限られず、例えばＣ、ＳｉＣ、ＳｉＯ２など、プラズマを利用した化学反応により薄膜を形成できる材料に広く適用が可能である。
【００２７】
１）第１の実施の形態（図１，図２）
図1に示す装置は、内部が密閉されたチャンバ１０を備え、その内部に昇降台１１が昇降可能に設けられており、この昇降台１１の上にガイドレール１１ａを介して基板搬送台１２が水平方向にスライド可能に支持されており、これら昇降台１１及び基板搬送台１２によって基板支持部材が構成されている。すなわち、前記基板搬送台１２上に図２に示す基板１４が載置されるようになっており、この実施の形態では、これら基板搬送台１２及び基板１４がアースに接続されるようになっている。また、前記昇降台１１には送りねじ機構を介して昇降駆動モータ７の出力軸が連結されており、同モータ７の作動によって昇降台１１及び基板搬送台１２が微小量ずつ昇降駆動されるようになっている。
【００２８】
基板搬送台１２には側方からロッド２の一端がヒンジ連結され、その他端は、チャンバ外壁に固定された駆動変換機構４にヒンジ連結されている。この駆動変換機構４に基板走査用モータ６の回転駆動力が入力されることにより、基板搬送台１２がロッド２を介して水平方向に往復駆動され、その基板搬送台１２上の基板１４が走査（スキャン）されるようになっている。また、駆動変換機構４の近傍にはリミットスイッチ８Ａ，８Ｂが設けられ、そのオンオフ信号がスキャン回数計測回路９に入力されることにより、同回路９が基板搬送台１２の往復回数（つまりスキャン回数）をカウントするように構成されている。
【００２９】
前記基板搬送台１２の上方には、基板１４の表面と僅かな隙間をもって対向するように電極１８が配設されている。この電極１８は、図の奥行き方向に延びる略円柱状をなし、その中心を回転軸１６が貫いており、この回転軸１６の両端が図略の支柱により回転可能に支持されている。回転軸１６の端部はチャンバ外部の高周波電源２０に電気的に接続され、同電源２０から電極１８に成膜用の高周波電圧が印加されるようになっている。
【００３０】
この実施の形態では、チャンバ１０の底壁上に、絶縁セラミックス１３ａが介在する脚１３を介して導電材料からなる軸支部材１５が支持され、この軸支部材１５と前記回転軸１６とが電気的に接触した状態で当該回転軸１６が軸支部材１５に回転可能に支持される一方、その軸支部材１５に共振器１９及びマッチング回路ユニット１７を介して前記高周波電源２０が接続されている。
【００３１】
この実施の形態では、電極１８の上方に図２に示すようなランプ式の加熱装置が設けられている。この加熱装置は、赤外線を放射する赤外線ランプ２２と、その放射された赤外線を電極１８の表面に集光させる反射鏡２５とを備えている。図例では、反射鏡２５に前記赤外線ランプ２２を上方から包囲するような曲面状の反射面２６が形成され、この反射面２６で反射された赤外線が電極１８の表面（図では上面）に当てられるようになっている。
【００３２】
なお、図では回転軸１６に高周波電源２０を印加するものを示しているが、これに代えて直流電源を回転軸１６に印加するようにしてもよい。
【００３３】
チャンバ１０の外部には、制御回路６０が装備されている。この制御回路６０にはトリガー回路６２が接続されており、同回路６２から成膜開始信号が入力された時点で、制御回路６０から前記基板走査用モータ６のドライバ６４に制御信号が入力され、基板１４の走査が開始されるとともに、所定時間をおいてトリガー回路６２から制御回路６０に成膜終了信号が入力されることにより、同制御回路６０が前記走査動作を停止させるように構成されている。
【００３４】
さらに、前記制御回路６０には、基準時計５と前記スキャン回路計測回路９とが連動スイッチ５８Ａ，５８Ｂを介して択一的に接続されるようになっている。そして、制御回路６０は、その選択に応じて次の制御動作を行うように構成されている。
【００３５】
Ａ）制御回路６０に基準時計５が接続された場合
トリガー回路６２から成膜開始信号及び成膜終了信号が入力されたときに基準時計５で計測されている時刻を取り込み、これによって両信号入力の時間差（すなわち１回の成膜時間）を算出する。この成膜時間を成膜が行われる度に加算する（すなわち通算成膜時間を更新演算する）。そして、この通算成膜時間が所定時間増加するごとに昇降駆動モータ７のドライバ６６に制御信号を入力し、基板搬送台１２及び昇降台１１を僅かずつ下降させる。すなわち、電極１８の回転中心と基板搬送台１２との距離を僅かずつ増加させる。その増加割合については後に詳述する。
【００３６】
Ｂ）制御回路６０にスキャン回数計測回路９が接続された場合
同計測回路９で計測されたスキャン回数（すなわち成膜回数）を取り込み、同回数が所定値増加するごとに昇降駆動モータ７のドライバ６６に制御信号を入力し、基板搬送台１２及び昇降台１１を僅かずつ下降させる。すなわち、電極１８の回転中心と基板搬送台１２との距離を僅かずつ増加させる。その増加割合についても後に詳述する。
【００３７】
次に、この装置の作用を説明する。
【００３８】
チャンバ１０内を排気し、電極１８を回転させながらこれに高周波電力または直流電力を印加して当該電極１８と基板１４との間にプラズマを発生させるとともに、図略の反応ガス供給源から反応ガス（図例ではＳｉＨ4とＨ2との混合ガス）及び希釈ガス（例えばＨｅ）をチャンバ１０内に導入すると、これらのガスは電極１８の回転によって当該電極１８と基板１４との間に巻き込まれて前記プラズマに導かれ、ここで前記反応ガスが化学反応を起こす。このような化学反応を起こさせながら基板１４を基板搬送台１２とともに所定方向（電極１８の回転軸方向と直交する方向；図１では左右方向）に走査する結果、前記図９に示したような薄膜（図例ではアモルファスシリコンからなる薄膜）２３が基板１４上に形成される。
【００３９】
このとき、電極１８の表面は赤外線ランプ２２によって加熱されているため、その表面上で原子または分子の運動が活発化されるとともに、化学反応が促進され、電極１８の表面上に均一で安定した薄膜が形成される。その結果、前述の原理によってパーティクルの発生が有効に抑止され、高品質の薄膜が形成されることになる。
【００４０】
ただし、この電極加熱手段を備えた装置では、成膜回数を重ねると、電極１８の表面に形成される薄膜が積層されていくことにより当該電極１８の実質半径が増加するため、これを放置しておくと、電極１８の周面と基板１４の表面との実効距離が次第に狭くなり、安定した成膜ができなくなるおそれがあるが、スキャン回数計測回路９で計測される成膜回数あるいは基準時計５を用いて計測される通算成膜時間の増加に応じて制御回路６０の制御により昇降台１１及び基板搬送台１２を徐々に降下させ（すなわち基板搬送台１２と電極１８の回転中心との距離を徐々に増加させ）、その降下によって電極周面での薄膜形成による実効距離の短縮を相殺するように降下割合（すなわち距離増加割合）を設定するようにすれば、電極周面での薄膜形成にかかわらず、常に当該電極周面と基板表面との実効距離を適正な値に保つことができ、良好な成膜を長期にわたって続けることができる。その設定の具体例は後の実施例の項で説明する。
【００４１】
なお、基板搬送台１２及び昇降台１１を降下させるにあたり、スキャン回数（成膜回数）を取り込むか通算成膜時間を算出するかは、成膜対象となる基材の性質等に応じて適宜設定すればよい。例えば、予め寸法が定められた単体基板のみに対して成膜する場合、すなわち、１回の成膜に要する時間が一定している場合には、通算成膜時間に相当する値としてスキャン回数を取り込むことにより演算内容を簡略化できる。逆に、互いに寸法の異なる複数種の基板に対して成膜を行う場合や、長尺シート状の基材に対して連続成膜を行う場合のように、成膜回数のカウントで対応できない場合には、実際の通算成膜時間を計測するようにすればよい。
【００４２】
ただし、本発明では、必ずしも成膜回数と通算成膜時間の双方を計測できるようにしなくてもよく、通算成膜時間に相当する数値の少なくとも１種を計測できるものであればよい。
【００４３】
また、本発明では、結果的に通算成膜時間の増加に応じて電極回転中心−基板支持部材間距離を増加させるものであればよく、例えば、薄膜も含めた電極周面と基板表面との距離（実効距離）を光学装置などによって実測し、その実測値を目標値に近づけるように昇降駆動モータ７の駆動を制御するようにしてもよい。
【００４４】
電極加熱手段については、図２に示すような赤外線ランプ２２を用いることにより、電極１８が高速回転していても、その表面温度を有効に高めることができる。さらに、図示のように反射鏡２５によってランプ光を電極表面に集めることにより、電極以外の気相部分での化学反応を抑えることができ、パーティクルの抑止効果をさらに高めることができる。
【００４５】
このように加熱用ランプの光によって電極１８を加熱する場合、その加熱用ランプは赤外線ランプに限らず、例えばハロゲンランプなど、加熱に寄与できるものであれば広く適用が可能である。
【００４６】
なお、前記加熱用ランプは、好ましくはチャンバ１０の外部に設置するのがよいが、この場合には当該チャンバ１０の上部に透光可能な窓（例えば石英窓）を設け、この窓を通じて電極１８に集光させるようにすればよい。この場合、加熱用ランプを窓にあまり近づけると、当該窓が汚れるおそれがあるが、上記のようにランプ光を反射鏡２５によって電極１８に集光するようにすれば、窓を汚さずに効率よく電極１８を加熱することができる。
【００４７】
その他の加熱手段の例を以下の実施の形態において説明することにする。以下の実施の形態において、通算成膜時間の増加に伴う距離制御の内容は前記第１の実施の形態と全く同様である。
【００４８】
２）第２の実施の形態（図３，図４）
この実施の形態では、高周波誘導を利用して電極１８を加熱するようにしている。
【００４９】
具体的に、電極１８の内部には、円筒状の被加熱体２８が組み込まれている。この被加熱体２８は、高周波誘導によって加熱可能な材料（例えばグラファイト）からなり、その一方の軸方向端面（図３（ａ）（ｂ）では右側面）が側方に露出するように配置されている。
【００５０】
一方、この露出面と対向する位置には、図４（ａ）にも示すように回転軸１６を包囲するように形成された渦巻状の高周波誘導加熱用導体３０が配設され、この導体３０の両端に、プラズマ発生用電源２０とは別の高周波電源３２（図３（ａ）（ｂ））が接続されている。
【００５１】
この装置において、高周波電源３２により渦巻き状の導体３０に高周波電圧を印加すると、電磁誘導によって被加熱体２８の表面に渦電流が流れてジュール熱が発生し、その結果、被加熱体２８の温度が上昇する。すなわち、被加熱体２８が導体３０との非接触の状態のまま高周波誘導加熱される。従って、被加熱体２８が電極１８と一体に高速回転していても、被加熱体２８さらには電極１８を有効に加熱することができる。
【００５２】
なお、本発明において前記被加熱体２８の形状は前記円筒形に限られず、例えば図４（ｂ）に示すように複数の柱状被加熱体２８を周方向に並べて電極１８内に配設するようにしてもよいし、複数の被加熱体を電極１８の径方向に間欠的に並設するようにしてもよい。また、高周波誘導加熱用導体３０の形状も図示のような渦巻状に限られず、例えば単なる円形状にしてもよい。
【００５３】
この実施の形態のように高周波誘導加熱を利用する場合でも、その通算成膜時間もしくはこれに相当する数値の増加に伴って電極１８と基板１４との距離を徐々に増加させることにより、良好な成膜を長期にわたって続けることが可能である。
【００５４】
３）第３の実施の形態（図５）
この実施の形態では、反応ガスを加熱してからチャンバ１０内に導入することにより、電極１８を間接的に加熱するようにしている。
【００５５】
図において、ボンベ３６Ａ，３６Ｂにはそれぞれ反応ガス及び希釈ガスが充填されており、これらから導出されるガスがそれぞれマスフローコントローラ３８によって流量制御された状態で管４０Ａ，４０Ｂを各々通じてチャンバ１０内に導入されるようになっている。そして、この特徴として、前記管４０Ａ，４０Ｂの周囲にヒーター４２が配設され、このヒータ４２の作動によって管４０Ａ，４０Ｂ内のガスが加熱されるようになっている。この実施の形態では、前記ヒーター４２は、加熱用コイルを前記管４０Ａ，４０Ｂの周囲に巻回することにより構成され、この加熱用コイルはヒーター電源４４に接続されている。
【００５６】
一方、チャンバ１０の壁適所には透光可能な窓１１が設けられ、そのすぐ外側に温度検出手段である放射温度計４６が設けられている。この放射温度計４６は、電極１８から放射される光により電極表面温度を測定し、その温度についての検出信号を温度制御装置４８に入力するものである。温度制御装置４８は、入力された検出温度と予め設定された目標温度とを比較し、両者を近づけるようにヒーター電源４４の駆動を調節する（すなわちヒーター４２による加熱を調節する）ものである。
【００５７】
この装置によれば、電極１８の表面温度が自動制御されるため、その表面温度を適正な温度に自動的に保つことができる。具体的な目標温度は自由に設定可能であるが、その好ましい値については後に詳述する。そして、この装置にも前記図１に示した距離制御手段を装備することにより、長期にわたって良好な成膜を続けることが可能である
なお、この実施の形態で示した温度制御系が前記図１〜図４に示した装置にも適用できることはいうまでもない。
【００５８】
４）第４の実施の形態（図６）
この実施の形態では、チャンバ１０の適所に循環通路５０が設けられている。この循環通路５０は、略Ｕ字状をなし、その両端がチャンバ１０内に連通されている。
【００５９】
循環通路５０の途中にはポンプ５２が設けられている。このポンプ５２は、チャンバ１０内のガスを循環通路５０の一端から当該循環通路５０内に吸引し、この循環通路５０の他端からチャンバ１０内に還元するガス流れを形成するものである。そして、この循環通路５０において前記ポンプ５２の下流側の位置に、前記第３の実施の形態で示したと同様のヒーター４２が設けられ、これにヒーター電源４４が接続されている。この構成により、循環通路５０を流れる循環ガスが加熱され、その結果、チャンバ１０内の温度ひいては電極表面温度が上昇するようになっている。
【００６０】
チャンバ１０内には、回転軸１６の両端を枢支する一対の支柱５４が立設されるとともに、その一方の支柱５４にサーミスタ等からなる温度センサ５６が設けられている。そして、この温度センサ５６により作成される検出信号（支柱５４の温度に関する検出信号）が温度制御装置４８に入力されるようになっている。温度制御装置４８は、前記支柱５４の検出温度から電極１８の表面温度を推定し、この推定温度を予め設定された目標温度に近づけるようにヒーター電源４４の駆動を調節する。
【００６１】
この実施の形態に示すように、本発明において温度検出手段を備える場合、その手段は電極１８の温度を直接検出するものに限られない。
【００６２】
また、本発明では、電極１８の回転方向下流側にパーティクル除去用のダクトを設けることにより、成膜の品質をさらに高めることが可能である。さらに、このパーティクル除去用のダクトに前記循環通路５０の吸引口を設置することにより、ガスの流れがさらにスムーズになり、より好ましいものとなる。
【００６３】
なお、本発明では、チャンバ１０内に所定の比率の原料ガスを充填した後、原料ガスの供給を止め、循環ポンプなどによって循環通路５０内に原料ガスを循環させながら成膜を行うことも可能である。
【００６４】
【実施例】
薄膜材料としてアモルファスシリコンを選び、以下の成膜実験を行った。
【００６５】
１）本発明の実施例
▲１▼  装置条件
実験には、アルミ合金製のドラム電極（図１の電極１８）、高速回転モータ、基板搬送台（図１の基板搬送台１２）、インピーダンスマッチング装置などを備えた装置を用い、ドラム電極は、その振動を防ぐため、マグネットカップリング及び磁気流体シールを介して前記高速モータに連結した。加熱手段としては、チャンバ外部に前記図１に示した赤外線ランプを設置し、そのランプ光（赤外線）をチャンバ天壁の石英窓を通じて電極表面に集光するようにした。基板と電極とのギャップは200μｍとし、150MHzの高周波電源及びインピーダンスマッチング装置を用いて電極に高周波電力を印加することにより、前記ギャップにプラズマを発生させるようにするとともに、電極の回転方向下流側にはパーティクルを除去するためのダクトを設け、フィルタによりパーティクルを捕獲するようにした。また、前記図５に示した温度制御系を付加するとともに、その目標温度を８０℃〜２００℃の間で変化させた。
【００６６】
▲２▼  実施条件
洗浄を終えて乾燥させたガラス基板を試料台にセットし、成膜ギャップを設定した後、真空排気を行った。その後、ヘリウム（希釈ガス）と、水素及びシランの混合ガス（反応ガス）とをマスフローコントローラを通じてチャンバ内に導入し、雰囲気圧力を大気圧とした。この状態で電極を加熱し、さらに電極を回転させながらプラズマを発生させ、基板上にアモルファスシリコンの薄膜を形成した。成膜条件は、水素濃度を０〜10％、シラン濃度を0.01〜10％、雰囲気圧力を１気圧、基板温度を250℃、成膜時間を30秒、ドラム回転電極温度を80℃〜200℃に保つようにした。その結果、投入電力が300〜2500Ｗ、ドラム回転数が1000〜5000rpmという広い範囲で、パーティクルを発生させることなく均一の薄膜を得ることができ、かつ、その得られた薄膜がまさしくアモルファスシリコンであることがラマン分光分析により確認された。その後も実験を10バッチ継続したが、チャンバ内にパーティクルの発生は見られなかった。
【００６７】
２）比較例
次に、比較例として、電極の加熱を行わず成膜を行った（成膜中の電極表面温度は約50℃）。それ以外の成膜条件は実施例と全く同様である。この実験により次の結果が得られた。
【００６８】
▲１▼  電極を加熱しないと、投入電力が大きい場合やドラム回転数が遅い場合にパーティクルの発生が見られ、形成された薄膜の表面には著しい凹凸が発生した。これは、電極を加熱しない場合、ダクトによるパーティクルの除去性能がガス流速に大きく依存することとなり、特にガス流速が低い場合にパーティクルの除去が非常に困難となることを示すものである。
【００６９】
▲２▼  また、電極回転が速い場合でも、チャンバ内にはパーティクルの発生が確認された。しかも、全ての条件下で実験を行った後はチャンバ内が粉だらけとなって、チャンバを大気に開放してのクリーニングが必要となり、薄膜の連続形成は不可能となった。
【００７０】
３）電極温度とパーティクル発生との関係
前記実験装置において、電極表面の目標温度を50℃〜100℃の間で順次変化させ、各温度条件下で発生したパーティクル数を調べた。その結果を図７に示す。
【００７１】
この図に示されるように、電極表面温度が高いほど、発生するパーティクルは減少し、電極温度が８０℃に達するとパーティクル発生数が急激に低下することが確認できた。従って、本発明装置において電極温度の自動制御を行う場合には、その目標温度を８０℃以上に設定することが好ましい。
【００７２】
４）通算成膜時間と電極−基板間距離との関係について
直径10cmの回転電極を用いて長手方向100mのシート状プラスチック基板に5000Åのアモルファスシリコン薄膜を形成する場合の電極−基板間距離の調整について検討する。なお、他の成膜条件は上述と同様とする。
【００７３】
直径10cmの回転電極を用いてプラズマを発生させた場合、そのプラズマ長さは約1cmであり、また、その分布から、基板を走査したときの平均堆積速度は基板固定時の堆積速度の半分であることが分かっている。よって、アモルファスシリコン薄膜1cm幅分を5000Åの厚さに堆積するために必要な時間は、基板固定時の成膜速度が2500Å／秒の場合、5000Å÷(2500Å／秒÷２)＝４秒である。基板の長手方向の長さは100mであるので、その100m全域に成膜するためにかかる時間は、4秒×10000／１cm＝40000秒となる。
【００７４】
一方、回転電極の表面温度を150℃に加熱した場合、基板を固定した状態での基板への堆積速度の1/30の速さで電極にアモルファスシリコン薄膜が堆積するので、成膜時間40000秒間に電極に付着するアモルファスシリコン薄膜の厚さは、1250Å／秒×1/30×40000秒＝167μm、すなわち約0.17mmとなる。ここで、電極外周面と基板表面との実効距離(すなわち成膜中のギャップ)の目標値を500μmとし、そのギャップの変動を１％程度に抑えることとした場合、通算成膜時間が1176秒（約20分）増加する毎に電極回転中心と基板支持台との距離を5μm増加させることによって、均一な成膜を行うことが可能になる。すなわち、この実施例では、通算成膜時間に対する距離増加率を図１０に示すように設定することにより、電極周面と基板表面との間の実効距離を適正な値に維持することが可能となる。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、回転する電極を基板に対向させて両者間にプラズマを発生させながら、前記プラズマに反応ガスを供給して化学反応を起こさせることにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記電極を加熱する電極加熱手段を備えたものであるので、基板上にパーティクルが堆積するのを有効に抑止して高品質膜を高速で形成することができる。しかも、前記電極の周面への微粒子の付着に伴って当該電極の回転中心と基板支持部材との距離を増加させる距離制御手段とを備えているので、前記電極の加熱により当該電極の表面に薄膜が形成されるにもかかわらず、当該電極と基板との実効距離を常に適正な値に保って良好な成膜を続けることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる薄膜形成装置の全体構成図である。
【図２】前記薄膜形成装置の加熱手段を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施の形態にかかる薄膜形成装置の要部を示す斜視図、（ｂ）は断面正面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第２の実施の形態にかかる薄膜形成装置の要部を示す一部断面側面図、（ｂ）はその被加熱体の配置の変形例を示す一部断面側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態にかかる薄膜形成装置の構成図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態にかかる薄膜形成装置の構成図である。
【図７】本発明の実施例における電極表面温度と発生したパーティクル数との相関関係を示すグラフである。
【図８】従来の薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図９】図８に示す薄膜形成装置における回転電極と基板との間での薄膜形成のメカニズムを示す図である。
【図１０】本発明にかかる薄膜形成装置の通算成膜時間と距離増加分との関係の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
５  基準時計（成膜時間検出手段）
７  昇降駆動モータ（制御手段）
８Ａ，８Ｂ  リミットスイッチ（成膜時間検出手段）
９  スキャン回路計測回路（成膜時間検出手段）
１０  チャンバ
１１  昇降台（基板支持部材）
１２  基板支持台（基板支持部材）
１４  基板
１８  電極
２０  プラズマ発生用高周波電源
２２  赤外線ランプ
２５  反射鏡（集光手段）
２８  被加熱体
３０  高周波誘導加熱用導体
３２  高周波誘導加熱用電源
４０Ａ，４０Ｂ  ガス供給管
４２  ヒーター
４４  ヒーター電源
４６  放射温度計（温度検出手段）
４８  温度制御装置（温度制御手段）
５０  循環通路
５２  ポンプ（循環手段）
５６  温度センサ（温度検出手段）
６０  制御回路（成膜時間検出手段及び制御手段）
Ｐ  プラズマ
【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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