(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開孔が設けられた中空の第１電極とこれに対向する第２電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中に原料ガスを前記開孔を介して前記第１電極内から供給し、前記第２電極に設けた基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板の表面温度を中央部と周辺部とで均一となるように前記第１電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度を前記第１電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度より高くするために、前記原料ガスを加熱すべくなしてある加熱手段を前記第１電極の内部に備えることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
複数の開孔が設けられた中空の第１電極とこれに対向する第２電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中に原料ガスを前記開孔を介して前記第１電極内から供給し、前記第２電極に設けた基板に膜を形成する膜形成方法において、前記基板の表面温度を中央部と周辺部とで均一となるように前記第１電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度を前記第１電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度より高くするために、前記原料ガスを加熱することを特徴とする膜形成方法。
【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ＣＶＤ装置、及び、プラズマＣＶＤ方法を用いた膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池，ＴＦＴ等における薄膜を形成する方法として、対向電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、そのプラズマ中に膜材料の原料ガスを一方の電極側から供給し、原料ガスのプラズマ分解によって、他方の電極に設けた基板に薄膜を形成するようにしたプラズマＣＶＤ法が利用されている。
【０００３】
図３は、このようにして薄膜を基板に形成するためのプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。図において、１は真空排気系２によって内部の真空排気が可能な真空槽である。真空槽１内には、アノード電極３とカソード電極４とが適長な間隔を隔てて対向配置されている。アノード電極３は、接地されており、カソード電極４との対向面側に成膜対象の基板Ｓが載置されている。また、アノード電極３には、基板Ｓを加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【０００４】
カソード電極４のアノード電極３との対向面は、多数の開孔が分散配置された多孔板4aとなっている。また、カソード電極４の内部は、原料ガスを供給する原料ガス供給管５と連通しており、更に、真空槽１外部のヒータ電源６に接続されたヒータ７がカソード電極４内に設けられている。このような構成により、原料ガス供給管５を介して外部から供給された原料ガスは、ヒータ７にて加熱された後、多孔板4aの開孔を通って、アノード電極３側へ噴射されるようになっている。カソード電極４は、真空槽１外部の高周波電源８に接続されている。
【０００５】
このような構成において、真空排気系２にて真空槽１内を真空排気しながら、原料ガス供給管５を介して原料ガスを真空槽１内に供給する。そして、高周波電源８にてアノード電極３，カソード電極４間に高周波電圧を印加して、両電極３，４間にプラズマを発生させる。原料ガスは、ヒータ７にて加熱され、多孔板4aの開孔を通ってプラズマ中に供給され、原料ガスのプラズマ分解によって、基板Ｓに薄膜を形成する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマＣＶＤ装置を用いて、大型の基板に膜を高速に形成しようとするためには、基板表面に多量の原料ガスを供給する必要がある。多量の原料ガスを基板表面に供給した場合、この原料ガスが基板表面の熱エネルギを奪ってしまうので、アノード電極内のヒータからの熱エネルギの供給が間に合わなくなる。大型の基板では、その中央部と周辺部とでは単位温度上昇させるために必要な熱エネルギーが異なるので、膜形成時に基板温度が中央部と周辺部とで不均一となり、その結果、得られる膜の特性も中央部と周辺部とで不均一になってしまうという問題がある。このような問題は、熱伝導率が低いガラスのような材質の基板に成膜を行う場合に顕著となる。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、カソード電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度と、カソード電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度とを異ならせることにより、大型の基板にあっても、基板表面の温度の均一性を向上でき、均一した特性の膜を基板に形成できるプラズマＣＶＤ装置及び膜形成方法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】
本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、複数の開孔が設けられた中空の第１電極とこれに対向する第２電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中に原料ガスを前記開孔を介して前記第１電極内から供給し、前記第２電極に設けた基板に膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板の表面温度を中央部と周辺部とで均一となるように前記第１電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度を前記第１電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度より高くするために、前記原料ガスを加熱すべくなしてある加熱手段を前記第１電極の内部に備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る膜形成方法は、複数の開孔が設けられた中空の第１電極とこれに対向する第２電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、発生させたプラズマ中に原料ガスを前記開孔を介して前記第１電極内から供給し、前記第２電極に設けた基板に膜を形成する膜形成方法において、前記基板の表面温度を中央部と周辺部とで均一となるように前記第１電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度を前記第１電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度より高くするために、前記原料ガスを加熱することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、例えば、カソード電極（第１電極）の中央部から供給される原料ガスを選択的に加熱するか、または、カソード電極の中央部から供給される原料ガスをその周辺部から供給される原料ガスよりも強く加熱することにより、カソード電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度を、カソード電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度より高くする。このようにすることにより、ガラス等の熱伝導率が低い材料からなる大型の基板を用いる場合でも、低温の原料ガス噴射に伴う基板表面の中央部での温度低下が防がれ、基板表面全域における温度は均一化され、その結果、得られる膜の特性の均一性も向上する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。図において、１は真空排気系２によって内部の真空排気が可能な真空槽である。真空槽１内には、アノード電極３とカソード電極４とが適長な間隔を隔てて対向配置されている。アノード電極３は、接地されており、カソード電極４との対向面側に成膜対象のガラス製の基板Ｓが載置されている。また、アノード電極３には、基板Ｓを加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００１６】
カソード電極４のアノード電極３との対向面は、多数の開孔が分散配置された多孔板4aとなっている。カソード電極４の内部は、原料ガスを供給する原料ガス供給管５と連通している。カソード電極４の内部には、その内部空間を中央部領域と周辺部領域との２つの領域に分割する分割部材９が設けられており、原料ガス供給管５を介して供給される原料ガスが、この分割部材９により、カソード電極４内の中央部領域と周辺部領域とに分離導入されるようになっている。真空槽１外部のヒータ電源６に接続されたヒータ７が、カソード電極４内の中央部領域に設けられている。
【００１７】
原料ガス供給管５を介して外部から供給された原料ガスは、分割部材９にて二方向に分離され、中央部領域に導入された原料ガスは、ヒータ７にて加熱された後、多孔板4aの開孔を通って、アノード電極３側へ噴射され、一方、周辺部領域に導入された原料ガスは、加熱されることなく、多孔板4aの開孔を通って、アノード電極３側へ噴射されるようになっている。カソード電極４は、真空槽１外部の高周波電源８に接続されている。
【００１８】
このような構成において、真空排気系２にて真空槽１内を真空排気しながら、原料ガス供給管５を介して原料ガスを真空槽１内に供給する。そして、高周波電源８にてアノード電極３，カソード電極４間に高周波電圧を印加して、両電極３，４間にプラズマを発生させる。カソード電極４の中央部からは、ヒータ７にて加熱された高温の原料ガスが多孔板4aの開孔を通ってプラズマ中に供給され、カソード電極４の周辺部からは、加熱されない低温の原料ガスが多孔板4aの開孔を通ってプラズマ中に供給され、原料ガスのプラズマ分解によって、基板Ｓに薄膜を形成する。
【００１９】
熱伝導率が低いガラス製の基板Ｓでは、その中央部と周辺部とで単位温度上昇させるために必要な熱エネルギーが異なっており、原料ガスの噴射によって、基板Ｓの中央部が周辺部より低温になることが考えられる。しかしながら、この第１実施の形態では、カソード電極４の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度が、周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度よりも高くなるようにしたので、この基板Ｓの中央部の温度低下を防止して、基板Ｓの表面温度を中央部と周辺部とで均一にできる。
【００２０】
（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。図において、１は真空排気系２によって内部の真空排気が可能な真空槽である。真空槽１内には、アノード電極３とカソード電極４とが適長な間隔を隔てて対向配置されている。アノード電極３は、接地されており、カソード電極４との対向面側に成膜対象のガラス製の基板Ｓが載置されている。また、アノード電極３には、基板Ｓを加熱するためのヒータ（図示せず）が内蔵されている。
【００２１】
カソード電極４のアノード電極３との対向面は、多数の開孔が分散配置された多孔板4aとなっている。カソード電極４の内部は、原料ガスを供給する原料ガス供給管５と連通しており、更に、真空槽１外部のヒータ電源６に接続されたヒータ７がカソード電極４の内部に設けられている。このヒータ７にあっては、カソード電極４の中央部で密、その周辺部で疎となるように密度に分布を持たせている。このような構成により、原料ガス供給管５を介して外部から供給された原料ガスは、中央部が周辺部に比べて高温となるようにヒータ７にて加熱された後、多孔板4aの開孔を通って、アノード電極３側へ噴射されるようになっている。カソード電極４は、真空槽１外部の高周波電源８に接続されている。
【００２２】
このような構成において、真空排気系２にて真空槽１内を真空排気しながら、原料ガス供給管５を介して原料ガスを真空槽１内に供給する。そして、高周波電源８にてアノード電極３，カソード電極４間に高周波電圧を印加して、両電極３，４間にプラズマを発生させる。原料ガスは、中央部が周辺部に比べて高温となるようにヒータ７にて加熱され、多孔板4aの開孔を通ってプラズマ中に供給され、原料ガスのプラズマ分解によって、基板Ｓに薄膜を形成する。
【００２３】
この第２実施の形態でも、第１実施の形態と同様に、カソード電極４の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度が、周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度よりも高くなるようにしたので、原料ガスの噴射に伴う基板Ｓの中央部の温度低下を防止して、基板Ｓの表面温度を中央部と周辺部とで均一にできる。
【００２４】
次に、第１実施の形態のプラズマＣＶＤ装置，第２実施の形態のプラズマＣＶＤ装置，従来例のプラズマＣＶＤ装置（図３に示す構成のプラズマＣＶＤ装置）を用いて基板への膜形成を行った場合の結果について説明する。
【００２５】
各プラズマＣＶＤ装置を用いて、基板温度200 ℃，高周波パワー密度0.1 Ｗ／ｃｍ2 ，ＳｉＨ4 ガス流量500 ｓｃｃｍ，放電圧力150 Ｐａの条件で、35ｃｍ角のガラス基板上に厚さ0.3 μｍの非晶質シリコン膜の形成を行った。なお、何れのプラズマＣＶＤ装置も、カソード電極４は50ｃｍ角、アノード電極３，カソード電極４間の距離は30ｍｍとした。
【００２６】
第１実施の形態のプラズマＣＶＤ装置では、カソード電極４の内部の空間を２分割し、中央部にのみ配置したヒータ７の温度を200 ℃とした。第２実施の形態のプラズマＣＶＤ装置では、カソード電極４の内部に配置したヒータ７の温度を、中央部で220 ℃、周辺部で120 ℃とした。従来例のプラズマＣＶＤ装置では、ヒータ７の温度は170 ℃で均一とした。
【００２７】
得られた非晶質シリコン膜の形成速度は、何れのプラズマＣＶＤ装置においても、略0.5 ｎｍ／秒であり、面内分布は見られなかった。しかしながら、膜の品質の指標となる欠陥密度については、第１，第２実施の形態では中央部も周辺３ｃｍの部分でも２×1015ｃｍ-3であったが、従来例では中央部が５×1015ｃｍ-3となっていて特性劣化が見られた。
【００２８】
なお、第１実施の形態では、カソード電極４の内部空間を２分割しているが、その分割数は任意であって良く、より大きな基板を使用する場合には、その分割数が多いほど制御性は向上する。また、中央部だけでなく周辺部にも原料ガス加熱用のヒータを設けるようにしても良い。更に、中央部領域と周辺部領域とで原料ガス導入を分離しているが、圧力差ができるほどではないので、領域を分離するための分割部材９は必ずしも気密構造にする必要はない。
【００２９】
また、第２実施の形態では、カソード電極４に設けるヒータ７の密度分布によって、中央部で供給される原料ガスの平均的な温度が周辺部で供給される原料ガスの平均的な温度より高くなることを実現したが、中央部におけるヒータへ流す電流を周辺部におけるヒータへ流す電流よりも大きくする、または、板ヒータの場合に中央部でのヒータ幅を周辺部でのヒータ幅よりも狭くすることにより、このような温度の違いを実現することも可能である。
【００３１】
また、本発明では、カソード電極の中央部から供給される原料ガスの平均的な温度と、カソード電極の周辺部から供給される原料ガスの平均的な温度とを異ならせることができるので、その温度差を利用した成膜制御（基板の中央部と周辺部とで膜の厚さが異なる成膜処理、基板の中央部と周辺部とで膜の成分が異なる成膜処理等）が可能となる。
【００３２】
なお、上記例では、基板としてガラス製の基板を用いたが、他の材質の基板であっても良いことは言うまでもない。熱伝導率が低い材質からなる大型の基板を用いる場合に、本発明は特に有効である。また、非晶質シリコン膜を形成する場合について説明したが、他の構成元素の膜を形成する場合にも本発明を適用できることは勿論である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明では、対向する基板表面に向けてプラズマ中に供給される原料ガスの平均的な温度を、中央部と周辺部とで異なるようにしたので、基板表面での温度の均一性を向上させることができ、この結果、形成される膜の特性の均一性も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【図２】第２実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【図３】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１  真空槽
３  アノード電極
４  カソード電極
4a  多孔板
５  原料ガス供給管
６  ヒータ電源
７  ヒータ
８  高周波電源
９  分割部材
Ｓ  基板
【図１】
0004386493.tif 000002
【図２】
0004386493.tif 000003
【図３】
0004386493.tif 000004