CN101971292B - 等离子体cvd用阴电极和等离子体cvd装置 - Google Patents

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Abstract

在通过施加高频而形成高频电容耦合型等离子体的等离子体CVD用阴电极的结构中，该阴电极与阳电极对向配置，同时与阳电极对向的对向面构成为凹凸形状，该凹凸形状通过由底面构成的凹部和由从该凹部的底面向阳电极侧突出的多个突出部形成的凸部构成。凸部的至少任意一个的突出部在侧面至少具有一个能够喷出反应气体的反应气体喷孔，该反应气体喷孔的反应气体喷出方向与凹部底面大致平行。通过使阴电极最优化而产生高密度的等离子体。

Description

等离子体CVD用阴电极和等离子体CVD装置
技术领域
本发明涉及高频电容耦合型等离子体CVD，涉及利用空心阴极放电的等离子体CVD用阴电极和具有该等离子体CVD用的阴电极的等离子体CVD装置。
背景技术
通过在基板上进行成膜而制造薄膜等的成膜装置是已知的。等离子体CVD装置作为这样的成膜装置，被应用于太阳能电池用薄膜、感光鼓、用于液晶显示器等的TFT阵列等各种半导体制造中。
目前，已知利用电容耦合型平行平板电极的等离子体CVD装置。在该利用电容耦合型平行平板电极的等离子体CVD装置中，在反应容器内配置阴极和阳极放电用的平行平板电极，采用低频或高频电源对这些电极提供电力，同时导入反应气体而产生等离子体，从而利用该等离子体进行成膜。
在半导体制造中，期望薄膜的大面积化。例如，在液晶显示器中使用的液晶面板中，为了显示大图像，期望画面大型化，在太阳能电池中为了提高发电能力和生产效率，也期望大型化。
在电容耦合型等离子体CVD装置中，为了提高成膜效率，提出了利用空心阴极放电的方案(例如，专利文献1、2)。
图18是用于说明利用空心阴极放电的现有的电容耦合型等离子体CVD装置的结构例的图。
在图18中示出的等离子体CVD装置110中，在真空室111内对向地配置阴电极101和阳电极102，在两电极之间由电源115a提供低频或高频交流电。阳电极102可以由内置的加热器117进行加热，并且配置有处理对象的基板100。
真空室111内由真空泵113排气，同时由反应气体导入管112导入反应气体。
阴电极101与将反应气体导入到基板表面上的喷头型导入口一体化，将阴极板表面构成为由槽连接格子状排列的长圆筒状凹部而构成的凹凸形状，在长圆筒状凹部上制造小直径的孔作为反应气体导入口。从反应气体导入管112导入的反应气体通过凹部的孔导入基板侧。
专利文献1：日本特开2002-237459号公报(0015段)
专利文献2：日本特开2004-296526号公报(0008段)
目前提出的空心阴极放电中使用的阴电极通过对构成平板阴电极的板材等进行切削等加工而形成孔，由此形成构成空心阴电极的凹凸部。在阴电极的凹部的底面上，例如需要加工多个0.4mm左右的极细的反应气体喷孔。此外，反应气体喷孔的喷出方向为相对于基板表面垂直的方向。
如上所述，目前的阴电极由于构成为从在阴极板的凹部底面上形成的多个极细的孔沿相对于基板垂直的方向喷出反应气体，所以从各反应气体喷孔喷出的反应气体的气体喷出量不均匀，因此存在所成膜的薄膜的膜厚和/或膜质在同一基板表面内不均匀的问题。
此外，由于所成膜的薄膜膜厚的均匀性与反应气体喷孔有密切的关系，所以存在与在阴极板上形成的反应气体喷孔的配置位置、反应气体喷孔的设置个数等反应气体喷孔的设定条件相适应的气体流量、各种气体的流量比、压力、投入的电力、基板温度等处理条件的最优范围窄的问题。例如，存在在基板的处理条件下，难以选择由在阴极上形成的反应气体喷孔的设定条件确定的最优压力范围内的最优压力的问题。
此外，由于通过切削等加工形成构成空心阴电极的凹凸形状，所以存在阴电极的加工困难，制作所需要的费用高的问题。
此外，由于在阴极板的底面上形成多个细孔，所以存在阴电极的维护困难的问题。
此外，专利文献1中示出的凹部的孔构成为由槽连接。在该结构中，虽然孔内部构成产生高密度等离子体的空心阴极放电电极空间，但是即使电子密度足够，连接各孔的槽也不能供应充足的反应气体，所以不能产生高密度的等离子体。因此，在成膜的均匀性方面可能会产生问题。
此外，空心阴极放电的有效面积窄，存在不能充分提高成膜速度的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是解决上述现有技术的阴电极包含的问题，使阴电极最优化，产生高密度的等离子体。
更详细地，本发明的目的是通过使阴电极最优化而扩大等离子体条件的最优范围，以及通过扩大对放电作出贡献的电极的有效面积而提高成膜速度。
此外，本发明的目的是构成为通过使阴电极最优化而使阴极的加工变得容易且价廉，以及构成为使阴极的维护变得容易。
本发明构成为通过施加高频而形成高频电容耦合型等离子体的等离子体CVD用的阴电极，其中，该阴电极与阳电极对向配置，与阳电极对向的对向面构成为凹凸形状，该凹凸形状通过由底面形成的凹部和由从该凹部的底面向阳电极侧突出的多个突出部形成的凸部构成。
凸部的至少任意一个突出部在侧面上具有至少一个能够喷出反应气体的反应气体喷孔，该反应气体喷孔的反应气体喷出方向与凹部底面大致平行。
通过将阳电极构成为凹凸形状，形成空心阴极，将通过向阴极表面射入离子而释放的电子关闭在由凸部和凹部构成的阴电极间，可以形成高密度的电子空间。通过使反应气体喷出到该高密度电子空间中，而产生高密度的等离子体。此时，通过使反应气体的喷出方向构成为与阳电极的凹部的底面平行的方向，可以将反应气体均匀地导入高密度电子空间中。
由此，提高高能电子和反应气体的碰撞概率，同时在凸部的突出部之间均匀地产生高密度等离子体。
构成阴电极的凸部的突出部在突出部内部具有用于将反应气体提供给反应气体喷孔的反应气体通路。反应气体通路由沿突出部的轴向设置的第一通路和从该第一通路分枝而连接到反应气体喷孔的设置在与底面大致平行的方向上的第二通路构成。
反应气体由第一通路沿突出部的轴向导入之后，被分枝到第二通路，从反应气体喷孔喷出到由凹凸部形成的空间部分中。反应气体喷孔的喷出方向相对于凹部的底面和基板表面大致平行。通过使反应气体喷孔的喷出方向相对于凹部的底面和基板表面大致平行，可以在形成在阴电极间的高密度电子空间内使反应气体均匀。
阴电极的突出部邻接的间隔可以基于电子的平均自由程确定，例如通过确定为电子的平均自由程的1～1.5倍左右的距离，配置为不存在等离子体为中空状态的空间部分，可以提高产生高密度等离子体的面积效率。该阴电极间距的数值例子例如可以是在0.5mm～7mm的范围内。
阴电极的突出部具有的反应气体喷孔的孔径可以确定在0.1mm～1.0mm的范围内，此外，阴电极的突出部距底面的高度可以确定在3mm～15mm的范围内。
此外，在阴电极的底面和突出部的侧面上，通过陶瓷喷射处理和/或药液处理而将表面形成为梨皮面等微细的凹凸面，由此可以增大阴电极的电极面积，提高电子的释放效率。
此外，如果是铝电极，则即使进行了铝阳极化(alumite)处理和封孔处理等表面处理，也可以增大电子释放有效面积。同时，这还可以实现提高对蚀刻气体的耐受性。
在空心阴极放电中，阴极间距是决定其特性的重大因素。本发明通过在阴电极的配置中形成多种电极间距，进行最密配置，以便能够较宽地设定作为处理参数的压力、温度、气体种类等最优条件的设定范围。根据本发明的最密配置，在各电极之间可以设定多个距离，并且可以适应宽范围的处理条件。
并且，阴电极间的配置距离，在该最密配置中，如上述这样邻接的突出部的邻接距离为电子的平均自由程的1～1.5倍左右的距离。
作为最密配置，可以是正方形最密排列或六边形最密排列。在正方形最密排列中，阴电极的突出部在凹部的底面上排列在正方形的四个顶点的位置和由四个顶点包围的中心的位置上。此外，在六边形最密排列中，阴电极的突出部在凹部的底面上排列在正六边形的六个顶点的位置和由六个顶点包围的中心的位置上。
阴电极的突出部包含形成有反应气体喷孔的突出部和未形成反应气体喷孔的突出部，这些突出部可以在凹部的底面上以规定的分布配置。
在突出部的配置中，形成有反应气体喷孔的突出部和未形成反应气体喷孔的突出部的分布比率可以为1∶4的比率，可以提供在六边形最密排列中。
此外，阴电极的突出部的形状例如可以是水平截面为圆形的圆筒状或水平截面为多边形的多棱柱状等任意形状。
此外，阴电极的突出部可以构成为至少具有一个反应气体喷孔，并且还可以构成为所有的突出部都具有反应气体喷孔。
阴电极具有将突出部包围在内侧的外周壁，该外周壁的壁面高度可以设定为与突出部的高度大致相等。阴极放电空间除了突出部间形成的空间以外，还可以构成为突出部与外壁外形成的空间。
此外，本发明的阴电极可以通过如下这样形成：由支柱形成突出部，在阴极基板上形成开口部，并在该开口部中嵌入构成突出部的支柱。通过该支柱和阴极基板的结构，可以省掉微细加工阴极板所需要的加工的劳力，缩短加工时间。
此外，本发明的等离子体CVD装置，是通过施加高频而形成高频电容耦合型等离子体的等离子体CVD装置，可以构成为包括具有阴电极和阳电极的真空室，将反应气体供应到在真空室内的所述阴电极的上流侧的反应气体供应部，将反应气体从真空室内排出到处理室外的排气部，将真空室内的压力控制在规定压力的控制部，对阴电极和阳电极之间提供电力的电力供应部，和在阴电极和阳电极之间配置处理基板的基板保持件。
等离子体CVD装置通过采用本发明的阴电极，可以将由反应气体供应部供应到阴电极上流侧的反应气体从阴电极包括的反应气体喷孔喷出到阴电极和阳电极之间。
此外，本发明的等离子体CVD装置可以制作包含硅半导体薄膜、氮化硅薄膜、氧化硅薄膜、氮氧化硅薄膜、碳薄膜中的任何一种薄膜的太阳能电池。
根据本发明，可以使阴电极最优化，产生高密度的等离子体。此外，根据本发明，可以通过使阴电极最优化而扩宽等离子体条件的最优范围，以及可以通过扩大对放电作出贡献的电极的有效面积而提高成膜速度。
通过使阴电极最优化，可以使阴极的加工变得容易且使结构价廉，并且可以构成为使阴极的维护变得容易。
附图说明
图1是用于说明空心阴电极的阴电极和阳电极的位置关系和供电的简要图。
图2是示出配置多个空心阴电极的例子的图。
图3是示出配置多个空心阴电极的例子的图。
图4是示出环境温度为373K、673K和773K下的氮气(N2)的压力(Pa)和平均自由程(MFP)的关系的图。
图5是示出环境温度为673K的氮气的压力和阴电极间距的图。
图6是示出环境温度为673K下的SiH4、NH3、N2各气体的压力(Pa)和平均自由程(MFP)的关系的图。
图7是用于简要说明本发明的等离子体CVD装置的图。
图8是用于简要说明本发明的等离子体CVD装置的阴电极部分的说明图。
图9是用于说明本发明的阴电极的俯视图和截面图。
图10是用于说明本发明的阴电极的立体图。
图11是示出由外壁部包围本发明的阴电极的状态的图。
图12是用于说明六边形最密排列和正方形最密排列的图。
图13是用于说明在所有的各突出部(阴极支柱)上设置反应气体喷孔的结构例的图。
图14是用于说明在所有的各突出部(阴极支柱)上设置反应气体喷孔的结构例的图。
图15是用于说明在所有的各突出部(阴极支柱)上设置反应气体喷孔的结构例的图。
图16是用于说明以规定的分布混合具有反应气体喷孔的突出部和不具有反应气体喷孔的突出部的结构例的图。
图17是用于说明本发明的阴电极的突出部(阴极支柱)的形状例的图。
图18是用于说明利用空心阴极放电的现有的电容耦合型等离子体CVD装置的结构例的图。
符号说明
1   阴电极
1A  凸部
1B  凹部
1a  突出部
1b  嵌入部
1c  阴极支柱
1d  孔
1e  气体通路
1f  开口部
1g  底面
1h  阴极基板
1i  外壁部
1j  壁面
1k  开口部
2   阳电极
10  等离子体CVD装置
11  真空室
12  气体供应部
13   排气部
14   压力控制部
14a  阀控制部
14b  排气速度控制阀
15   电力供应部
15a  电源
15b  匹配器
16   基板保持器
17   加热器
20   反应气体
21   阴极位降(陰
Figure BPA00001245472200081
降下)
22   负辉光
23   正电柱(陽光柱)
24   中空部分
100  基板
101  阴电极
102  阳电极
110  装置
111  真空室
112  反应气体导入管
113  真空泵
115a 电源
117  加热器
MFP  平均自由程
ne   电子密度
S1   最短距离
S2   最长距离
T    板厚
Te   电子温度
λd    德拜长度
λe    平均自由程
λg    平均自由程
具体实施方式
下面，参考附图详细说明本发明的实施方式。
首先，采用图1～图7说明空心阴电极的结构和动作。图1是用于说明空心阴电极的阴电极和阳电极的位置关系和供电的简要图。
在空心阴电极中，在阴电极1和阳电极2之间连接有电源15a，从而施加低频或高频交流电。阴电极1的电极表面通过离子照射而释放电子。空心阴电极通过将该释放出的电子关闭在阴电极1之间，而形成高密度电子空间。通过在该高密度电子空间内导入反应气体20而产生高密度等离子体。
在阴电极1和阳电极2之间，形成从阴电极1侧起电场强度直线降低的阴极位降21、电场强度为零的负辉光22、离子和电子的密度相等由此整体在外部不表现电荷的均匀发光的正电柱23。正电柱23是等离子体状态。在空心阴电极中，通过使阴电极1相对向，在两个阴电极1上分别形成阴极位降21和负辉光22。
电子的封闭是通过在阴电极1的侧面产生的阴极位降21，使电子不会入射到阴电极1的表面而被德拜遮断，在阴电极1的侧面上重复被称为钟摆(Pendulum)效应的推斥、反冲而形成高密度电子空间。
与反应气体的气体分子碰撞的电子大多是弹性散射电子，维持高能量。由于这些电子在阴电极的电极侧面之间反冲并散射，所以当宏观观察时，形成在面内均匀的高电子密度空间。
等离子体的产生由反应气体和封闭的高能电子的碰撞而维持。因此，由电子被封闭的空间和反应气体的喷出位置之间的位置关系确定高密度等离子体产生的区域。
在图1中，阴极位降21中的“λd”是德拜长度，由于该德拜长度λd，电子被回弹而不能浸入内侧(阴电极侧)。此外，图1中的“b”是电子的平均自由程(mean free pass)，“c”示出邻接的负辉光22间的距离。
邻接的阴电极1之间的距离由“a+λd”表示，在德拜长度λd与a相比非常小的情况下，以“a”表示。并且，“a”是电子的平均自由程(mean freepass)b的2倍与c的和(2b+c)。
从阴电极1释放的电子在电子的平均自由程(mean free pass)b附近与反应气体碰撞，使气体分子离子化而产生等离子体。由于等离子体贴附在阴电极1的电极表面上产生，所以在负辉光22之间的距离c长的情况下，该部分构成没有等离子体的中空部分24。
在此，德拜长度λd、电子温度Te和电子密度ne的关系由下式(1)表示。
λd＝7.4*103*√(Te/ne)    (1)
表1示出采用上述式(1)计算的一般高密度辉光放电等离子体的电子温度Te和电子密度ne的例子。
表1
Figure BPA00001245472200101
图2、图3示出配置多个在图1中示出的空心阴电极的例子。通过在表面上配置多个空心阴电极，可以应对大面积的成膜。
图2示出等离子体的中空部分c多的情况，图3示出等离子体的中空部分c极少的情况。当邻接的阴电极1之间的距离e为电子的平均自由程的1～1.5倍左右时，在邻接的阴电极1之间充满等离子体。通过在表面内将多个阴电极设置为这样的结构，而产生面积效率高的高密度等离子体。
电子的平均自由程由环境温度、压力和气体分子的大小确定。因此，为了面积效率最高地产生空心阴极放电，将构成空心阴电极的阴电极的电极表面之间的距离构成为从电子的平均自由程的1倍到1.5倍左右，在此间隔下配置构成阴电极的凸部的突出部，从而得到最优的配置。
图4示出环境温度为373K、673K和773K下的氮气(N2)的压力(Pa)和平均自由程(MFP)之间的关系。
气体分子的平均自由程λg由下式(2)表示。
λg＝3.11×10-24×T4/(P×d2)...(2)
此外，电子的平均自由程λe由下式(3)表示。
λe＝λg×4√2...(3)
其中，T(K)表示环境温度，P(Pa)表示压力，d(m)表示气体分子的直径。在氮气、400℃、67Pa(0.5Torr)的情况下，电子的平均自由程λe为1.22mm。
图5示出环境温度为673K的氮气的压力和阴电极间距。并且，其中，阴电极间距假定为电子的平均自由程λe的1倍和1.5倍。图5中的空心三角点示出阴电极间距为平均自由程λe的1倍的情形，实心三角点示出阴电极间距为平均自由程λe的1.5倍的情形。电子的平均自由程λe可以由上述的图4求得。
图6示出环境温度为673K下的SiH4、NH3、N2各气体的压力(Pa)和平均自由程(MFP)的关系。
在上述图3中示出的多个空心阴电极的配置中，通过将阴电极间距构成为从电子的平均自由程λe的1倍到1.5倍左右，而构成为使等离子体的中空部分c变少，并且可以通过向高密度电子空间高效地供应反应气体而产生高密度等离子体。
本发明提供了在上述阴电极的结构中使阴电极间距构成为从电子的平均自由程λe的1倍到1.5倍左右，从而形成高密度电子空间，同时向该高密度电子空间内高效地供应反应气体的结构。
图7、图8是用于简要说明本发明的等离子体CVD装置的图。图8主要示出阴电极部分。
在等离子体CVD装置10中，在真空室11内对向地配置阴电极1和阳电极2，在两电极之间由电源15a提供低频或高频的交流电。在阳电极2中内置有加热器17，可以进行加热，并且在基板保持件16上配置处理对象的基板100。在电源15a和阴电极1之间，连接匹配阻抗的匹配器15b，使由反射功率导致的向阴电极1的供电损失降低。
真空室11内由真空泵等排气部13排气，同时由气体供应部12导入反应气体。此外，真空室11内的压力由压力控制部14控制。压力控制部14例如可以由控制排气部13的排气速度的排气速度控制阀14b和阀控制部14a构成。
阴电极1通过在阴极基板1h的底面1g上朝向阳电极2侧突出地安装多个突出部1a而构成，并且通过由阴极基板1h的底面1g构成的凹部1B和由多个突出部1a构成的凸部1A形成凹凸形状。突出部1a在其内部形成通过反应气体的气体通路1e，反应气体从设置在侧面部分上的反应气体喷孔1d喷出到突出部1a间的空间部分。此时，从反应气体喷孔1d喷出的反应气体相对于阴极基板1h的底面1g的表面大致平行，从而由多个突出部1a夹着的空间部分由反应气体充分充满。
并且，反应气体从在与阴极基板1h的底面1g相反侧的表面上形成的开口部1f导入气体通路1e内。
图9、图10是用于说明阴电极的结构的图，图9是用于说明阴电极的平面图和截面图，图10是用于说明阴电极的立体图。
本发明的阴电极1包括构成凸部的多个突出部1a和保持这些突出部1a的阴极基板1h。各突出部1a和嵌入阴极基板1h内的嵌入部1b共同构成阴极支柱1c。阴极支柱1c通过将嵌入部1b嵌入在阴极基板1h上开口的开口部1k内而安装构成。
阴极支柱1c在突出部1a和嵌入部1b内形成通过反应气体的气体通路1e，在突出部1a的前端侧，连接到在突出部1a的侧面上形成的反应气体喷孔1d。此外，在气体通路1e的另一端侧上形成开口部1f，将从气体供应部12供应的反应气体导入气体通路1e内。
反应气体喷孔1d沿与阴极基板1h的底面1g的表面大致平行的方向在喷出反应气体的方向上开口。通过在一个突出部1a上设置多个反应气体喷孔1d的结构，将气体通路1e分枝而连接到各反应气体喷孔1d。
图9(a)、(b)示出突出部1a的配置状态。在该配置中，邻接的突出部1a的侧面间的距离构成为最短距离S1和最长距离S2之间的距离。并且，其中，突出部1a的直径为D。
由多个突出部1a构成的凸部1A和由阴极基板1h的底面1g构成的凹部1B由在阴极基板1h的侧面部分上形成的外壁部1i包围，凸部1A的外侧部分在突出部1a和外壁部1i的壁面1j之间形成空心阴极放电空间。图11示出由多个突出部1a构成的凸部1A和由阴极基板1h的底面1g构成的凹部1B的凹凸包围在外壁部1i内的状态。
气体通路1e的直径在0.5mm到阴极支柱1c的直径D的范围内，反应气体喷孔1d的直径为0.1mm到1.0mm左右的孔径，阴极基板1h的板厚T为3mm到20mm左右，阴极支柱1c的直径D为2mm到6mm左右，突出部1a的突出长度H为3mm到15mm左右。
在一个实施例中，T＝5mm和7mm，D＝3mm、S1＝1.0mm和1.5mm、H＝5mm和7mm，气体通路直径为1.0mm，反应气体喷孔直径为0.4mm。此外，反应气体假定为SiH4，压力假定为70Pa，环境温度假定为673K。
其中，阴电极的突出部之间的距离S1可以基于图4～图6进行假定。例如，在图6中，得到在环境温度为673K，压力67Pa下，SiH4的平均自由程MFP为1.06mm，NH3的平均自由程MFP为2.10mm。在上述实施例中，基于考虑作为主原料气体的SiH4而得到的平均自由程MFP的值1.06mm，设定S1＝1.0mm或S1＝1.5mm。
接下来，说明排列在阴极基板1h的底面1g上的阴极支柱1c的排列。
在空心阴极放电中，阴极间距是决定其特性的重大因素，通过在阴电极的配置中形成多种电极间距，可以广泛地设定作为处理参数的压力、温度、气体种类等最优条件的设定范围。在最密地配置阴电极的情况下，可以在各电极间设定多个距离，并且即使在由处理条件导致的最优电极间距不同的情况下也能够应对。
下面说明六边形最密排列和正方形最密排列的例子。图12是用于说明六边形最密排列和正方形最密排列的图。
在图12(a)示出的六边形最密排列中，在正六边形的六个顶点的位置和由六个顶点包围的中心位置上排列。通过将阴电极的突出部(阴极支柱)配置在这些顶点位置和中心位置上，邻接的突出部1a的侧面间的距离构成为最短距离S1和最长距离S2之间的距离。
此外，在图12(b)示出的正方形最密排列中，在正方形的四个顶点的位置和由四个顶点包围的中心位置上排列。通过将阴电极的突出部1a(阴极支柱1c)配置在这些顶点位置和中心位置上，邻接的突出部1a的侧面间的距离构成为最短距离S1和最长距离S2之间的距离。
并且，图12(a)和图12(b)的最短距离S1和最长距离S2的距离是与各排列距离对应的值，不是表示同一值。
此外，所排列的各突出部1a(阴极支柱1c)不限于在所有的各突出部1a(阴极支柱1c)上设置反应气体喷孔1d的结构，也可以是以规定的分布混合具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)和不具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)的结构。
图13～图15是在所有的各突出部1a(阴极支柱1c)上设置反应气体喷孔1d的结构例，图13示出六边形最密排列的例子，图14、图15示出正方形最密排列的例子。
在图13示出的例子中，对突出部1a(阴极支柱1c)进行六边形最密排列，同时所有的突出部1a(阴极支柱1c)具有反应气体喷孔1d，相互邻接的突出部1a(阴极支柱1c)的最长距离S2的方向为喷出方向。
在图14示出的例子中，对突出部1a(阴极支柱1c)进行正方形排列，同时所有的突出部1a(阴极支柱1c)具有反应气体喷孔1d，相互邻接的突出部1a(阴极支柱1c)的最长距离S2的方向为喷出方向。此外，在图15示出的例子中，对突出部1a(阴极支柱1c)进行正方形排列，同时所有的突出部1a(阴极支柱1c)具有反应气体喷孔1d，组合相互邻接的突出部1a(阴极支柱1c)的最长距离S2的方向为喷出方向和最短距离S1的方向为喷出方向。
图16是以规定的分布混合具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)和不具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)的结构例，示出具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)和不具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)的比率为1∶3的例子。
通过以规定的分布混合具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)和不具有反应气体喷孔1d的突出部1a(阴极支柱1c)，可以进行与气体种类、压力和/或温度等处理条件相适应的反应气体的导入。
通过上述配置，使邻接的突出部1a的电极间距具有多样性，同时反应气体可以均匀地喷出到电极间的空间中。
此外，虽然在上述图13～图16的例子中，由反应气体喷孔1d喷出反应气体的方向在平面上为相同方向，或者垂直方向或者45°方向，但是反应气体的喷出方向在各突出部1a(阴极支柱1c)中是任意的，可以构成为使喷出方向分散。
阴电极的突出部1a(阴极支柱1c)的形状不限于截面形状为圆形的圆筒形，也可以是截面形状为椭圆或多边形的柱形。
图17是用于说明阴电极的突出部1a(阴极支柱1c)的形状例的图。
图17(a)是截面形状为圆形的圆筒形状的例子，图17(b)是截面形状为椭圆形的筒状形状的例子。此外，图17(c)是截面形状为矩形的柱状体的例子，图17(d)是截面形状为三角形的柱状体的例子。在图17(c)、(d)的柱状体的例子中，可以在各平面的所有表面或任意表面上形成反应气体喷孔。
根据本发明的实施方式，可以起到以下效果。
(a)在空心阴极放电中，通过对凸部的突起部(阴极支柱)进行最密配置，沿与凹部的底面和基板平行的方向喷出反应气体，可以使均匀的高密度等离子体的产生面积增大。
(b)通过沿与凹部的底面和基板平行的方向喷出反应气体，由于反应气体的气体密度分布偏差降低，所以可以抑制等离子体均匀性的恶化，并且可以实现成膜膜压和膜质的均匀性。
(c)通过构成为将构成凸部的阴极支柱嵌入在凹部底面上形成的开口部中，可以降低阴电极的制作费用和缩短加工时间。在通过在阴极基板上开口多个细孔，形成用于空心阴极放电的凹凸形状的情况下，加工费用增大，同时需要更多加工时间，并且加工生产率低，但是如果构成为将突起部(阴极支柱)嵌入底面，则可以不需要细孔加工，缩短加工时间，加工生产率大幅提高。
(d)通过构成为将构成凸部的阴极支柱嵌入在凹部底面上形成的开口部中，阴极支柱可以更换，提高了可维护性。
(e)通过构成为将构成凸部的阴极支柱嵌入在凹部底面上形成的开口部中，可以根据处理条件更换为最优形状的阴极支柱。
(f)通过使高密度等离子体均匀化，可以提高成膜速度。
(g)通过以六边形最密排列或正方形最密排列来排列多个阴极支柱，可以使阴电极间的距离保持多样性，可以增大最优处理压力范围和最优处理温度范围等最优处理条件范围。
(h)在现有的平行平板电极的结构中，为了进行高密度、大面积的电容耦合高频放电，为了提高等离子体密度和消除由驻波导致的等离子体密度的不均匀，例如需要从13.56MHz的RF带的频率切换到VHF带的频率，但是在本发明中，可以与电源的频率无关地产生大面积、均匀的高密度等离子体。
(i)在空心阴电极中，通过将导入凹部的气体相对于凹部的底面和基板平行地导入而使气体密度均匀化，从而即使在相同处理压力下，由低排气速度和小流量气体导入而使气体流量少量化的情况下，也可以产生稳定的均匀的高密度等离子体。
产业上的可利用性
本发明不限于太阳能电池用薄膜，也可以应用于溅射装置、CVD装置、灰化装置、蚀刻装置、MBE装置、蒸镀装置等。

Claims (16)

1.一种等离子体CVD用阴电极，其是通过施加高频而形成高频电容耦合型等离子体的电极，其特征在于，
该阴电极与阳电极对向配置，
该阴电极与阳电极对向的对向面具有凹凸形状，该凹凸形状通过由底面形成的凹部和由从该凹部的底面向阳电极侧突出的多个突出部形成的凸部构成，
所述凸部的至少任意一个突出部在侧面具有至少一个能够喷出反应气体的反应气体喷孔，
所述反应气体喷孔的反应气体喷出方向与凹部底面平行。
2.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，
所述阴电极的突出部在突出部的内部具有用于将反应气体提供给反应气体喷孔的反应气体通路，
所述反应气体通路由沿突出部的轴向设置的第一通路、和设置在与底面平行的方向上的从所述第一通路分枝而连接到所述反应气体喷孔的第二通路构成。
3.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部的邻接间隔在0.5mm～7mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部具有的反应气体喷孔的孔径在0.1mm～1.0mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部距底面的高度在3mm～15mm的范围内。
6.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的底部和突出部的侧面是微细的凹凸面。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部在凹部的底面上以正方形的四个顶点的位置和由四个顶点包围的中心的位置构成的正方形最密排列进行排列。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部在凹部的底面上以正六边形的六个顶点的位置和由六个顶点包围的中心的位置构成的六边形最密排列进行排列。
9.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部在凹部的底面上以规定的分布配置有形成有所述反应气体喷孔的突出部和未形成有所述反应气体喷孔的突出部。
10.根据权利要求9所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，在所述阴电极的突出部中，形成有所述反应气体喷孔的突出部和未形成有所述反应气体喷孔的突出部的比例为1∶4，
在凹部的底面上，所述阴电极的突出部以正六边形的六个顶点的位置和由六个顶点包围的中心的位置构成的六边形最密排列进行排列。
11.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部是水平截面为圆形的圆筒状。
12.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部是水平截面为多边形的多棱柱状。
13.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极的突出部至少具有一个所述反应气体喷孔。
14.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极具有将所述突出部包围在内侧的外周壁，
所述外周壁的壁面高度与突出部的高度相等。
15.根据权利要求1所述的等离子体CVD用阴电极，其特征在于，所述阴电极通过将构成突出部的支柱嵌入在构成底面的阴极基板上设置的开口部中而形成。
16.一种等离子体CVD装置，其是通过施加高频而形成高频电容耦合型等离子体的等离子体CVD装置，包括：
具有阴电极和阳电极的真空室，
将反应气体提供到所述真空室内的所述阴电极的上流侧的反应气体供应部，
将反应气体从所述真空室内排出到处理室外的排气部，
将所述真空室内的压力控制在规定压力的控制部，
对所述阴电极和所述阳电极之间提供电力的电力供应部，以及
在所述阴电极和所述阳电极之间配置处理基板的基板保持件；
其特征在于，
所述阴电极是根据权利要求1至权利要求15中任意一项所述的阴电极，
将由所述反应气体供应部提供到阴电极上流侧的反应气体从阴电极具有的反应气体喷孔喷出到阴电极和阳电极之间。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102098863B (zh) * 2009-12-14 2013-09-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 用于等离子体加工设备的电极板和清除工艺沉积物的方法
KR101612741B1 (ko) * 2010-03-08 2016-04-18 주성엔지니어링(주) 가스분배수단 및 이를 포함한 기판처리장치
US10658161B2 (en) * 2010-10-15 2020-05-19 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for reducing particle defects in plasma etch chambers
WO2013008344A1 (ja) * 2011-07-14 2013-01-17 株式会社島津製作所 プラズマ処理装置
CN103422075B (zh) * 2012-05-14 2015-09-02 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 形成膜层的方法
WO2016195984A1 (en) * 2015-06-05 2016-12-08 Applied Materials, Inc. Improved apparatus for decreasing substrate temperature non-uniformity
EP3136419B1 (en) * 2015-08-31 2018-04-18 Total S.A. Plasma generating apparatus and method of manufacturing patterned devices using spatially resolved plasma processing
AT518081B1 (de) * 2015-12-22 2017-07-15 Sico Tech Gmbh Injektor aus Silizium für die Halbleiterindustrie
KR102455239B1 (ko) 2017-10-23 2022-10-18 삼성전자주식회사 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조방법
KR20210098798A (ko) * 2020-02-03 2021-08-11 주성엔지니어링(주) 기판처리장치 및 기판처리방법
CN111893455B (zh) * 2020-09-08 2023-10-03 河北美普兰地环保科技有限公司 金属基材碳纳米膜材料制造设备及其制备方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1153673A (en) * 1967-01-18 1969-05-29 Mullard Ltd Improvements in or relating to Electrical Discharge Display Devices
US3588565A (en) * 1968-05-20 1971-06-28 John G Trump Low dose rate high output electron beam tube
FR2550681B1 (fr) * 1983-08-12 1985-12-06 Centre Nat Rech Scient Source d'ions a au moins deux chambres d'ionisation, en particulier pour la formation de faisceaux d'ions chimiquement reactifs
US4637853A (en) * 1985-07-29 1987-01-20 International Business Machines Corporation Hollow cathode enhanced plasma for high rate reactive ion etching and deposition
JPH01247574A (ja) * 1988-03-30 1989-10-03 Nippon Kooteingu Center Kk プラズマｃｖｄ装置
JPH02294482A (ja) * 1989-05-08 1990-12-05 Fujitsu Ltd 薄膜形成装置
JPH0850997A (ja) * 1994-08-04 1996-02-20 Minoru Sugawara 高周波放電用電極及び高周波プラズマ基板処理装置
US5896196A (en) * 1997-08-15 1999-04-20 Lockheed Martin Energy Research Corporation Plasma mixing glow discharge device for analytical applications
US5892788A (en) * 1997-08-15 1999-04-06 Lockheed Martin Energy Research Corporation Gas laser with dual plasma mixing
TW452606B (en) * 1997-12-05 2001-09-01 Samsung Electronics Co Ltd Method for cleaning inside of chamber using RF plasma
JP2001093843A (ja) * 1999-09-27 2001-04-06 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd プラズマｃｖｄ装置およびシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
KR20010062209A (ko) * 1999-12-10 2001-07-07 히가시 데쓰로 고내식성 막이 내부에 형성된 챔버를 구비하는 처리 장치
JP4212215B2 (ja) * 2000-03-24 2009-01-21 株式会社小松製作所 表面処理装置
TW527436B (en) * 2000-06-23 2003-04-11 Anelva Corp Chemical vapor deposition system
JP4650919B2 (ja) * 2000-06-23 2011-03-16 キヤノンアネルバ株式会社 Ｃｖｄ装置
US6700329B2 (en) * 2001-04-10 2004-03-02 California Institute Of Technology Method and apparatus for providing flow-stabilized microdischarges in metal capillaries
JP3837539B2 (ja) * 2003-03-25 2006-10-25 独立行政法人産業技術総合研究所 プラズマｃｖｄ装置
WO2004088729A1 (en) * 2003-03-26 2004-10-14 Tokyo Electron Limited Chemical processing system and method
EP1629522A4 (en) * 2003-05-30 2008-07-23 Aviza Tech Inc GAS DISTRIBUTION SYSTEM
US8083853B2 (en) * 2004-05-12 2011-12-27 Applied Materials, Inc. Plasma uniformity control by gas diffuser hole design

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