JP2001274101A

JP2001274101A - 棒状電極を有するプラズマ化学蒸着装置

Info

Publication number: JP2001274101A
Application number: JP2000087257A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Murata; 正義村田; Yoshiaki Takeuchi; 良昭竹内; Hideo Yamakoshi; 英男山越
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-05

Abstract

(57)【要約】【課題】大面積基板に対して周波数の大きい超高周波
を用いて高速かつ膜厚均一性に優れた製膜を行なうこと
ができる棒状電極を有するプラズマ化学蒸着装置を提供
する。【解決手段】高周波電源より電極に電力を供給し、該
電極と被処理基板との間に製膜用ガスの放電プラズマを
生成させて被処理基板上に製膜するプラズマ化学蒸着装
置であって、電極は、該電源の出力回路に接続された電
力供給端と、該電力供給端が取り付けられた棒状の第１
および第２電極群と、を具備し、第１の棒状電極群は実
質的に平行かつ等ピッチ間隔に電力供給端から同方向に
延び出し、第２の棒状電極群は実質的に平行かつ等ピッ
チ間隔に第１の電極群に向かって前記電力供給端から逆
方向に延び出し、さらに第１及び第２の棒状電極群は実
質的に同一平面内で互い違いに配置されている。ことを
特徴とする棒状電極を有するプラズマ化学蒸着装置。

Description

【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、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、薄膜多結晶シリコン太陽電池、薄膜半
導体、光センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに
使用される薄膜の製造に適用されるプラズマ化学蒸着装
置（以下、プラズマＣＶＤ装置と呼ぶ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ
と記す）薄膜や窒化シリコン（以下、ＳｉＮｘと記す）
薄膜を製膜するために、従来から用いられているプラズ
マＣＶＤ装置には２つの方式が知られている。すなわち
放電プラズマ生成に用いる電極として、放電用はしご型
電極即ちラダーインダクタンス電極あるいはラダーアン
テナ型電極とも呼ばれる電極を用いる方式、および平行
平板電極を用いる方式の２つである。

【０００３】先ず、はしご型電極を用いる方式に関する
公知文献としては例えば特開平４−２３６７８１号公報
がある。これには、はしご状平面型コイル電極として各
種形状の電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が開示されて
いる。本方式の代表的な例について図７を参照して説明
する。図中の付番１は反応容器であり、この反応容器１
内に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３とが平
行に配置されている。放電用はしご型電極２には、高周
波電源４からインピーダンス整合器５を介してたとえば
１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。図８に示
すように、放電用はしご型電極２は、一端がインピーダ
ンス整合器５を介して高周波電源４に接続されており、
他端はアース線７に接続され、反応容器１とともに接地
されている。

【０００４】放電用はしご型電極２に供給された高周波
電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒー
タ３と前記電極２との間にグロー放電プラズマを発生さ
せ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また放電用はし
ご型電極２のアース線７を介してアースへ流れる。な
お、このアース線７には同軸ケーブルが用いられてい
る。

【０００５】反応容器１内には、図示しないボンベから
反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水素と
の混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、放電
用はしご型電極２により発生したグロー放電プラズマに
より分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、所定
の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反応容
器１内のガスは、排気管１０を通して真空ポンプ１１に
より排気される。

【０００６】以下、上記装置を用いて薄膜を製造する場
合について説明する。まず、真空ポンプ１１を駆動して
反応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通し
て、例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、
反応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保
つ。

【０００７】この状態で、高周波電源４から放電用はし
ご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラ
ズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と
基板加熱用ヒータ３に生じるグロー放電プラズマによっ
て分解され、この結果ＳｉＨ ₃、ＳｉＨ₂などのＳｉを含
むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓｉ薄
膜が形成される。

【０００８】次に、平行平板電極を用いる方法について
図９を参照して説明する。図中の付番２１は反応容器で
あり、この反応容器２１内に高周波電極２２と基板加熱
用ヒータ２３とが平行に配置されている。高周波電極２
２には、電源２４からインピーダンス整合器２５を介し
て例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。
基板加熱用ヒータ２３は、反応容器２１とともに接地さ
れ、接地電極となっている。従って、高周波電極２２と
基板加熱用ヒータ２３との間でグロー放電プラズマが発
生する。

【０００９】反応容器２１内には図示しないボンベから
反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水素と
の混合ガスが供給される。反応容器２１内のガスは、排
気管２７を通して真空ポンプ２８により排気される。基
板２９は、基板加熱用ヒータ２３上に保持され、所定の
温度に加熱される。

【００１０】こうした装置を用いて、以下のようにして
薄膜を製造する。まず、真空ポンプ２８を駆動して反応
容器２１内を排気する。次に、反応ガス導入管２６を通
して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反
応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保
ち、高周波電源２４から高周波電極２２に電圧を印加す
ると、グロー放電プラズマが発生する。

【００１１】反応ガス導入管２６から供給されたガスの
うち、モノシランガスは高周波電極２２から基板加熱用
ヒータ２３までの間に生じるグロー放電プラズマによっ
て分解される。この結果、ＳｉＨ₃、ＳｉＨ₂等のＳｉを
含むラジカルが発生し、基板２９表面に付着して、ａ−
Ｓｉ薄膜が形成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
放電用ラダーアンテナ型電極を用いる方式および平行平
板電極を用いる方式は、いずれも次の（１），（２）の
問題点がある。

【００１３】（１）図７に示す装置において、放電用は
しご型電極２近傍に発生した電界により反応ガス、例え
ばＳｉＨ₄は、Ｓｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ₂、ＳｉＨ₃、Ｈ、
Ｈ₂等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成す
る。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るため
に、高周波電源４から電極２に印加する高周波の周波数
を現状の１３．５６ＭＨｚよりも上昇させ、例えば３０
ＭＨｚ乃至１５０ＭＨｚに周波数を高くすると、電極２
の近傍領域において電界分布の一様性がくずれ、その結
果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。

【００１４】図１０は、横軸にプラズマ電源から印加す
る高周波の周波数（ＭＨｚ）、縦軸に平均膜厚からのず
れ量を示す膜厚分布（％）とした、基板面積３０ｃｍ×
３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布の関係を示
す特性線図である。図１０の特性線Ｃから、周波数が１
３．５６ＭＨｚ以上になると膜厚分布の一様性を確保す
ることが困難であることが判明した。また図示していな
い他のデータの特性線図より膜厚分布の一様性（±１０
％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は５ｃｍ×
５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度であることが判明
している。

【００１５】放電用はしご型電極を用いる方式による高
周波電源４の高周波数化が困難な理由は次の通りであ
る。図１１に示すように、放電用はしご型電極の構造に
起因したインピーダンスの不均一性が存在するために、
局部的にプラズマ発光の強い部分が発生する。例えば、
上記電極の周辺部に強いプラズマが発生し、中央部には
発生しない。特に６０ＭＨｚ以上の高周波数化に伴って
その減少は顕著になる。

【００１６】従って、量産性向上や低コスト化に必要な
１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍサイズ級の大面積基板に対し
てプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上を図
ることは非常に困難といわれている。なお、ａ−Ｓｉ膜
の成膜速度はプラズマ電源周波数に比例するので、関連
技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大
面積化への成功例は未だ報告されていない。

【００１７】（２）図９において、高周波電極２２と基
板加熱用ヒータ２３との間に発生する電界により、反応
ガス、例えばＳｉＨ₄は、Ｓｉ、ＳｉＨ、ＳｉＨ₂、Ｓｉ
Ｈ₃、Ｈ、Ｈ₂等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜
を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を
図るため、高周波電源２４の周波数を現状の１３．５６
ＭＨｚより、３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚへ高くする
と、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３間に発生す
る電界分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓ
ｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図１０は、基板面積
３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布
（平均膜厚からのずれ）の関係を示す特性線図である。
図１０の特性線Ｄから、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上
になると膜厚分布の一様性を確保することが困難である
ことが判明した。また、図示していない他のデータの特
性線図より、ＶＨＦ電源を用いたプラズマＣＶＤによる
製膜では、膜厚分布の一様性（±１０％以内）を確保で
きる基板の大きさ即ち面積は、５ｃｍ×５ｃｍないし２
０ｃｍ×２０ｃｍ程度であることが判明している。

【００１８】平行平板電極を用いる方法による高周波電
源２４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。平
行平板電極は、電極周辺部と中央部との電気特性が異な
るため、図１２（ａ）に示すように電極周辺部に強いプ
ラズマが発生するか、あるいは図１２（ｂ）に示すよう
に中央部のみに強いプラズマが発生するという現象があ
る。

【００１９】従って、量産性向上や低コスト化には必要
な１ｍ×１ｍないし２ｍ×２ｍサイズ級の大面積基板に
関するプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上
は非常に困難であると言われている。なお、ａ−Ｓｉ膜
の成膜速度はプラズマ電源周波数に比例するので、関連
技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大
面積化への成功例は未だ報告されていない。

【００２０】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、従来と比べてサイズが格段に大きな基
板、例えば１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２ｍサイズ級の大面積
基板に対しても周波数の大きい超高周波（ＶＨＦ）を用
いて高速かつ膜厚均一性に優れた製膜を実現することが
できるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とす
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る棒状電極を
有するプラズマ化学蒸着装置は、高周波電源より電極に
電力を供給し、該電極と被処理基板との間に製膜用ガス
の放電プラズマを生成させて被処理基板上に製膜するプ
ラズマ化学蒸着装置であって、前記電極は、該電源の出
力回路に接続された電力供給端と、該電力供給端が取り
付けられた棒状の第１および第２電極群と、を具備し、
前記第１の棒状電極群は実質的に平行かつ等ピッチ間隔
に前記電力供給端から同方向に延び出し、前記第２の棒
状電極群は実質的に平行かつ等ピッチ間隔に第１の電極
群に向かって前記電力供給端から逆方向に延び出し、さ
らに前記第１及び第２の棒状電極群は実質的に同一平面
内で互い違いに配置されていることを特徴とする。

【００２２】上記電力供給端は上記第１及び第２の棒状
電極群の各電極棒部材の一方端部にそれぞれ取り付けら
れ、第１の棒状電極群に属する電力供給端と第２の棒状
電極群に属する電力供給端とは互いに遠くに離れている
ことが望ましい。

【００２３】電源周波数が３０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの
範囲内とされることが好ましい。

【００２４】ａ−Ｓｉ系薄膜、微結晶系薄膜、及び多結
晶系薄膜を製膜することが好ましい。

【００２５】上記第１及び第２の棒状電極群に電力を供
給する電源は独立した２台の高周波電源を用いることを
特徴とする。

【００２６】上記２台の電源の出力をそれぞれ電力分配
器を用いて複数個に分割し、上記棒状電極群に電力を分
配供給することが好ましい。

【００２７】上記電源の出力をＴ型コネクタと同軸ケー
ブルを用いて複数個に分割し、上記棒状電極に電力を分
配供給することが好ましい。

【００２８】本発明では、反応容器と、この反応容器に
反応ガスを供給する手段と、反応ガスを反応容器内から
排出する手段と、反応容器内に配置された放電用棒状電
極と、この放電用棒状電極に周波数３０ＭＨｚ乃至２０
０ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源と、反
応容器内に放電用棒状電極と離間して平行に配置され、
被処理基板を支持する加熱用ヒータとを有し、電源から
供給された電力によりグロー放電を発生し、被処理基板
の表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結
晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、前記
棒状電極を複数個、ほぼ同一平面内に、ほぼ平行に配置
させ、その棒状電極の端部に、隣り合う電極の１本ごと
に交互に電力供給端子を配置し、それぞれ独立した２台
のＶＨＦ（Very High Frequency：３０ＭＨｚ乃至２０
０ＭＨｚ）級電源から近似する２つの周波数、例えば５
８ＭＨｚと６０ＭＨｚの電力を供給するようにした。

【００２９】また、上記ＶＨＦ級電源から上記複数個の
電力供給端子への電力供給には、インピーダンス整合
器、電力分配器、及び真空用同軸ケーブルなどを用い
た。

【００３０】なお、上記電力分配器に代えて、Ｔ型コネ
クタで上記電力供給端子の個数に等しい数の同軸ケーブ
ルを配置させることも試みた。

【００３１】

【作用】本発明者らは、上記複数本の棒状電極を図３の
（ｂ）に示すように配置し、その棒状電極の一端に、１
本ごとにすなわち図３の（ｂ）に示す符号４４ａ乃至４
４ｈ、あるいは４５ａ乃至４５ｈに１台のＶＨＦ級電源
より電力供給端を介して電力を供給すると、超高周波数
（ＶＨＦ）であることから、電極上の電圧分布は図５中
の特性線Ａに示すように、電力供給端から遠く離れるに
従って棒状電極上の電圧が徐々に降下するという知見を
得た。この電圧降下は、表皮効果というＶＨＦ特有の現
象に起因しているものと推察される。

【００３２】また、本発明者らは、図３（ｂ）の電力供
給端子４４ａ乃至４４ｈにＶＨＦ電力を供給し、大面積
のガラス基板に非結晶質シリコンの製膜を行った結果、
図６の（ａ）に示す膜厚分布が得られるという知見を得
た。また、図３の（ｂ）の電力供給端子４５ａ乃至４５
ｈにＶＨＦ電力を供給すると、図６の（ｂ）に示す分布
が得られ、この分布は図６の（ａ）に示す分布と対称形
状となるという知見を得た。

【００３３】さらに、図３（ｂ）の電力端子４４ａ乃至
４４ｈ及び４５ａ乃至４５ｈに、それぞれ独立した２台
のＶＨＦ電源からほぼ同一の周波数の電力を供給させ、
大面積のガラス基板に非結晶質シリコンを製膜すると、
図６の（ａ）に示す分布と図６の（ｂ）に示す分布とが
合成され、図６の（ｃ）に示すように良好な膜厚分布が
得られるという知見を得た。

【００３４】なお、上記２台のＶＨＦ電源が独立でない
場合、例えば１台のＶＨＦ電極により棒状電極の電力供
給端子４４ａ乃至４４ｈ及び４５ａ乃至４５ｈに電力を
供給して、大面積ガラス基板に非結晶質シリコンを製膜
した場合、その膜厚分布は図６の（ｃ）に示すように、
均一でなく、膜厚が著しくばらついて膜厚分布が悪化す
るという知見も得た。その理由は、互いに異なる二方向
よりＶＨＦ電力が供給されるので、複数個の棒状電極で
発生する電界が互いに干渉を起こし、その結果、図６の
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような単純な形の分布を
形成できないからであると推察される。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の種々の好ましい実施の形態について説明する。

【００３６】（実施例１）図１乃至図３を参照しながら
実施例１の装置について説明する。図中にて付番３１は
反応容器である。この反応容器３１内には、グロー放電
プラズマを発生させるためのステンレス鋼（ＳＵＳ３０
４）製の放電用電極３２と、被処理基板としてのガラス
基板９を支持するとともに、基板９の温度を制御する基
板加熱用ヒータ３４が配置されている。

【００３７】放電用電極３２は、図３の（ａ），（ｂ）
に示すように、対向する２つの棒状電極群３２ａ，３２
ｂで構成されており、これら第１及び第２の電極群３２
ａ，３２ｂは基板加熱用ヒータ３４と実質的に平行な面
内に配置されている。すなわち、第１の棒状電極群３２
ａは平行かつ等ピッチ間隔に同方向に延び出し、第２の
棒状電極群３２ｂは平行かつ等ピッチ間隔に第１の電極
群３２ａに向かって逆方向に延び出し、さらに第１及び
第２の棒状電極群３２ａ，３２ｂは互い違いに配置され
ている。本実施例では第１及び第２の棒状電極群３２
ａ，３２ｂのピッチ間隔Ｌ１を５２ｍｍにそれぞれ設定
するので、隣り合う棒状電極の中心間距離はその半分の
２６ｍｍ（＝Ｌ１／２）となる。この場合に直径１０ｍ
ｍの棒状電極を配列するので、隣り合う棒状電極の相互
間隙は約１６ｍｍとなる。

【００３８】棒状電極の一端には図３の（ｂ）に示すよ
うに、交互に電力供給端子４４ａ〜４４ｈおよび４５ａ
〜４５ｈが配置されており、そして図１及び図２に示す
ように該電力供給端子４４ａ〜４４ｈには、第１の超高
周波電源３６ａの電力が、第１のインピーダンス整合器
３５ａ、第１の電力分配器６０ａ、同軸ケーブル４０ａ
〜４０ｈ、電力導入端子６１ａ〜６１ｈおよび真空用同
軸ケーブル４３ａ〜４３ｈを介して供給される。また、
図１及び図２に示すように棒状電極３２の電力供給端子
４５ａ〜４５ｈには、第２の超高周波電源３６ｂの電力
が、第２のインピーダンス整合器３５ｂ、第２の電力分
配器６０ｂ、同軸ケーブル４１ａ〜４１ｈ、電力導入端
子６１ｉ〜６１ｑおよび真空用同軸ケーブル４３ｉ〜４
３ｑを介して供給される。

【００３９】反応容器３１内には、反応ガスを放電用電
極３２の周辺に導入する反応ガス吐出孔３７ａを有した
反応ガス導入管３７が配置されている。

【００４０】反応容器３１には、反応容器３１内の反応
ガス等のガスを排気する排気管３８を介して真空ポンプ
３９が接続されている。反応容器３１内にはアースシー
ルド４０が配置されている。このアースシールド４０
は、不必要な部分での放電を抑制し、かつ、排気管３８
及び真空ポンプ３９と組み合わせて使用されることによ
り、反応ガス導入管３７より導入されたＳｉＨ₄等の反
応ガスを電極３２によりプラズマ化した後、反応ガス及
びその他生成物等を排気管３８から排出する機能を有し
ている。なお、反応容器３１内の圧力は、図示しない圧
力計によりモニタされ、真空ポンプ３９の排気量を調整
することにより制御されている。

【００４１】放電用棒状電極３２で例えばＳｉＨ₄プラ
ズマを発生させると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ
₃、ＳｉＨ₂、ＳｉＨなどのラジカルが拡散現象により拡
散し、基板９表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜
あるいは微結晶Ｓｉ膜あるいは多結晶Ｓｉが堆積する。
なお、ａ−Ｓｉ膜、微結晶Ｓｉ及び多結晶Ｓｉは、製膜
条件の中の、ＳｉＨ₄、Ｈ₂の流量比、圧力、基板温度、
及びプラズマ発生用電力等を適正化することで製膜でき
る公知の技術であるので、ここではＳｉＨ₄ガスを用い
たａ−Ｓｉ製膜を例にとり説明する。当然ながら、微結
晶Ｓｉ及び多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。

【００４２】次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用
いて、ａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。ま
ず、真空ポンプ３９を稼働させて、反応容器３１内を排
気し、到達真空度を２〜３×１０^-7Ｔｏｒｒとする。次
いで、反応ガス導入管３７より反応ガス、例えばＳｉＨ
₄ガスを1500〜2000ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。こ
の後、反応容器３１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒ
ｒに保ちながら、第１及び第２の超高周波電源３６ａ，
３６ｂから第１及び第２のインピーダンス整合器３５
ａ，３５ｂ、第１及び第２の電力分配器６０ａ，６０
ｂ、同軸ケーブル４０ａ〜４０ｈ、４１ａ〜４１ｈ、電
力導入端子６１ａ〜６１ｑおよび真空用同軸ケーブル４
３ａ〜４３ｑを介して、電力供給端子４４ａ〜４４ｈ及
び４５ａ〜４５ｈに、例えば５８ＭＨｚおよび６０ＭＨ
ｚの電力を供給する。その結果、放電用棒状電極３２の
近傍にＳｉＨ₄のグロー放電プラズマが発生する。この
プラズマは、ＳｉＨ₄ガスを分解し、基板９の表面にａ
−Ｓｉ膜を形成する。上記の例では、棒状電極のサイズ
は、直径１０ｍｍ、長さ２１００ｍｍ、間隔（隣り合う
棒状電極中心の間隔）２６ｍｍで８０本を用い、基板９
はサイズ２０００ｍｍ×２０００ｍｍ、厚さ５ｍｍで、
製膜温度は２００℃であった。

【００４３】実施例１の成膜試験結果の一例を、表１に
示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１に示すデータは、放電用電源を１台と
し、例えば図１及び図２の第１の超高周波電源３６ａと
して、その出力を第１及び第２インピーダンス整合器３
５ａ、３５ｂに入力し、そして、それぞれ、第１及び第
２の電力分配器６０ａ、６０ｂ、同軸ケーブル４０ａ〜
４０ｈ、４１ａ〜４１ｈ、電力導入端子６１ａ〜６１
ｈ、６１ｉ〜６１ｑ、真空用同軸ケーブル４３ａ〜４３
ｈ、４３ｉ〜４３ｑを介して、棒状電極３２の電力供給
端子４４ａ〜４４ｈ、４５ａ〜４５ｈに電力供給した場
合、並びに、図１及び図２に示した方法すなわち独立し
た２台の電源３６ａ、３６ｂを用いて、それぞれ周波数
５８ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの電力を電力供給端子４４ａ
〜４４ｈおよび４５ａ〜４５ｈに供給した場合の比較デ
ータである。前者の場合、製膜速度１．５ｎｍ／秒で、
膜厚分布±６０％、後者の場合、製膜速度１．５ｎｍ／
秒で、膜厚分布±９％を示しており、膜厚分布が著しく
良好であった。

【００４６】また、上記２台の電源３６ａ、３６ｂの周
波数は、両者がほぼ同じ例えば６０ＭＨｚの場合でも、
両者が例えば６０ＭＨｚ及び５０ＭＨｚと大幅に異なる
場合でも、膜厚分布は著しく良好であることが実験で確
認された。

【００４７】なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジス
タ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布として±１
０％以内であれば性能上問題はない。

【００４８】上記実施例１によれば、２台の電源３６
ａ、３６ｂの周波数は５８ＭＨｚ、６０ＭＨｚである
が、従来の装置及び方法に比べて著しく良好な膜厚分布
を得ることが可能になった。本実施例では電源周波数は
６０ＭＨｚ級であるが第１及び第２の電力分配器６０
ａ、６０ｂ及び第１及び第２のインピーダンス整合器３
５ａ、３５ｂ及び同軸ケーブルなどは８０ＭＨｚ〜２０
０ＭＨｚにも十分応用可能であるから、ａ−Ｓｉ成膜も
８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数範囲で十分に応用可
能であるといえる。

【００４９】一方、従来のプラズマ化学蒸着装置では、
３０ＭＨｚ以上での超高周波電源を用いると、膜厚分布
が著しく悪く、膜厚分布±１０％以内が得られる基板面
積は、５ｃｍ×５ｃｍ乃至３０ｃｍ×３０ｃｍ程度であ
り、それ以上は不可能視されていた。

【００５０】（実施例２）図１、図２及び図４を参照す
る。図１及び図２に示す装置構成において、第１及び第
２の電力分配器６０ａ、６０ｂを図４に示すように、同
軸ケーブル用Ｔ型コネクタ７１ａ〜７１ｇ及び７２ａ〜
７２ｇに代えて、それぞれ同軸ケーブル４０ａ〜４０ｈ
及び４１ａ〜４１ｈなどを介して、電力供給端子４４ａ
〜４４ｈ、４５ａ〜４５ｈに電力を供給する。

【００５１】上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてａ
−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。まず、真空
ポンプ３９を稼働させて、反応容器３１内を排気し、到
達真空度を２〜３×１０^-7Ｔｏｒｒとする。つづいて、
反応ガス導入管３７より反応ガス、例えばＳｉＨ₄ガス
を１５００〜２０００ｓｃｃｍ程度の流量で供給する。

【００５２】その後、反応容器３１内の圧力を０．０５
〜０．５Ｔｏｒｒに保ちながら、第１及び第２の超高周
波電源３６ａ、３６ｂから第１及び第２のインピーダン
ス整合器３５ａ、３５ｂ、Ｔ型コネクタ７１ａ〜７１ｇ
及び７２ａ〜７２ｇ、同軸ケーブル４０ａ〜４０ｈ、４
１ａ〜４１ｈ、電力導入端子６１ａ〜６１ｈ及び真空用
同軸ケーブル４３ａ〜４３ｑを介して、電力供給端子４
４ａ〜４４ｈ及び４５ａ〜４５ｈに、近似する２つの周
波数５８ＭＨｚおよび６０ＭＨｚの高周波電力を供給す
る。

【００５３】その結果、放電用棒状電極３２の近傍にＳ
ｉＨ₄のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマ
は、ＳｉＨ₄ガスを分解し、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜
を形成する。上記の例では、棒状電極のサイズは、直径
１０ｍｍ、長さ２１００ｍｍ、間隔（隣り合う棒状電極
中心の間隔）２６ｍｍで８０本を用いて、基板９はサイ
ズ２０００ｍｍ×２０００ｍｍ、厚さ５ｍｍで、製膜温
度は２００℃であった。

【００５４】実施例２の製膜試験結果の一例を、下記表
２に示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】表２に示すデータは、放電用電源を１台と
し、例えば図４の第１の超高周波電源３６ａとして、そ
の出力を第１及び第２インピーダンス整合器３５ａ、３
５ｂに入力し、そして、それぞれ、Ｔ型コネクタ７１ａ
乃至７１ｇ及び７２ａ乃至７２ｇ、同軸ケーブル４０ａ
乃至４０ｈ、４１ａ乃至４１ｈ、電力導入端子６１ａ乃
至６１ｈ、６１ｉ乃至６１ｑ、真空用同軸ケーブル４３
ａ〜４３ｈ、４３ｉ乃至４３ｑを介して、棒状電極３２
の電力供給端子４４ａ乃至４４ｈ、４５ａ乃至４５ｈに
電力供給した場合、並びに、図１及び図２に示した方法
すなわち独立した２台の電源３６ａ、３６ｂを用いて、
それぞれ５８ＭＨｚ及び６０ＭＨｚの電力を電力供給端
子４４ａ〜４４ｈ、４５ａ〜４５ｈに供給した場合のデ
ータである。前者の場合、製膜速度１．８ｎｍ／秒で、
膜厚分布±６５％、後者の場合、製膜速度１．８ｎｍ／
秒で、膜厚分布±１０％を示しており、膜厚分布が著し
く良好である。

【００５７】また、上記２台の電源３６ａ、３６ｂの周
波数は、両者がほぼ同じ例えば６０ＭＨｚの場合でも、
両者が例えば６０ＭＨｚ及び５０ＭＨｚと大幅に異なる
場合でも、膜厚分布は著しく良好であることが実験で確
認された。

【００５８】なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジス
タ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布としては±
１０％以内であれば性能上問題はない。

【００５９】上記実施例２によれば、２台の電源３６
ａ、３６ｂの周波数は５８ＭＨｚ、６０ＭＨｚである
が、従来の装置及び方法に比べて著しく良好な膜厚分布
を得ることが可能になった。本実施例では電源周波数は
６０ＭＨｚ級であるが、Ｔ型コネクタ７１ａ〜７１ｇ、
及び７２ａ〜７２ｇ、第１及び第２のインピーダンス整
合器３５ａ、３５ｂ及び同軸ケーブルなどは８０ＭＨｚ
〜２００ＭＨｚにも十分応用可能であるから、ａ−Ｓｉ
成膜も８０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの周波数範囲で十分に
応用可能であるといえる。

【００６０】一方、従来のプラズマ化学蒸着装置では、
３０ＭＨｚ以上での超高周波電源を用いると、膜厚分布
が著しく悪く、膜厚分布±１０％以内が得られる基板面
積は、５ｃｍ×５ｃｍ乃至３０ｃｍ×３０ｃｍ程度であ
り、それ以上は不可能視されていた。

【００６１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
放電用電極として、複数個の棒状の電極を基板ヒータに
ほぼ同一平面内に互いに平行に配置させ、その端部に交
互に電力供給端子を配置し、それぞれ独立した２台のＶ
ＨＦ（３０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚ）級の電源から、ほぼ
同じ周波数の電力を供給するようにしたことにより、従
来技術では不可能視されていた１ｍ×１ｍ乃至２ｍ×２
ｍサイズ級の大面積基板へ著しく良好な膜厚分布でａ−
Ｓｉや微結晶Ｓｉ等を製膜可能なプラズマ化学蒸着装置
を提供できる。

【００６２】上記の効果は、ａ−Ｓｉ薄膜応用に限ら
ず、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ級の高周波数電源を用
いるプラズマＣＶＤ技術が、微結晶Ｓｉ及び多結晶Ｓｉ
の製造方法としての用途があることから、太陽電池、薄
膜トランジスタ及び感光ドラム等の産業上の価値は著し
く大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るフォーク型電極を有す
るプラズマ化学蒸着装置（装置Ａ）の概要を示す構成ブ
ロック図。

【図２】本発明の実施形態に係るフォーク型電極を有す
るプラズマ化学蒸着装置を示すブロック斜視図。

【図３】（ａ）は実施形態のフォーク型電極の一方側の
みを示す斜視図、（ｂ）は実施形態の組合せ１対のフォ
ーク型電極を示す斜視図

【図４】他の実施形態に係る装置（装置Ｂ）の給電回路
を示すブロック斜視図。

【図５】電極棒の長さ方向距離と電極棒上の電圧との相
関を示す特性線図。

【図６】（ａ）はフォーク型電極の一方側（基準極）に
ＶＨＦ電力を供給したときの非結晶質シリコンの膜厚分
布の三次元分布図、（ｂ）はフォーク型電極の他方側
（対向極）にＶＨＦ電力を供給したときの非結晶質シリ
コンの膜厚分布の三次元分布図、（ｃ）は（ａ）と
（ｂ）を合成した非結晶質シリコンの膜厚分布の三次元
分布図。

【図７】比較例の装置（装置Ｃ）を示すブロック断面
図。

【図８】比較例装置の給電回路図。

【図９】比較例の装置（装置Ｄ）を示すブロック断面
図。

【図１０】プラズマ電源周波数と膜厚分布との相関を示
す特性線図。

【図１１】比較例装置の給電回路図及びプラズマ発光状
態の模式図。

【図１２】（ａ）は平行平板型電極により生成される典
型的なプラズマ分布を示す模式図、（ｂ）は平行平板型
電極により生成される他の典型的なプラズマ分布を示す
模式図。

【符号の説明】

９…基板、３１…反応器、３２…棒状電極、３２ａ…第１の棒状電極群、３２ｂ…第２の棒状電極
群、３４…ヒータ、３５ａ，３５ｂ…インピーダンス整合器、３６ａ，３６ｂ…高周波電源、３７，３７ａ…反応ガス供給管、３８…供給管、３９…真空ポンプ、４０…アースシールド、４０ａ〜４０ｈ，４１ａ〜４１ｈ，４３ａ〜４３ｈ…同
軸ケーブル、４４〜４７，４８〜５１…電力供給端、６０ａ，６０ｂ…電力分配器、６１ａ，６１ｂ…端子、７１ａ〜７６ｇ…Ｔ型コネクタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山越英男神奈川県横浜市金沢区幸浦一丁目８番地１三菱重工業株式会社基盤技術研究所内Ｆターム(参考） 4K030 AA06 BA30 CA06 FA01 KA15 KA24 KA30 LA16 LA17 5F045 AA08 AB03 AB04 BB02 CA13 EH04 EH09 EH13 5F051 AA03 AA04 AA05 BA12 CA16 CB12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波電源より電極に電力を供給し、該
電極と被処理基板との間に製膜用ガスの放電プラズマを
生成させて被処理基板上に製膜するプラズマ化学蒸着装
置であって、前記電極は、該電源の出力回路に接続された電力供給端
と、該電力供給端が取り付けられた棒状の第１および第
２電極群と、を具備し、前記第１の棒状電極群は実質的に平行かつ等ピッチ間隔
に前記電力供給端から同方向に延び出し、前記第２の棒
状電極群は実質的に平行かつ等ピッチ間隔に第１の電極
群に向かって前記電力供給端から逆方向に延び出し、さ
らに前記第１及び第２の棒状電極群は実質的に同一平面
内で互い違いに配置されていることを特徴とする棒状電
極を有するプラズマ化学蒸着装置。
【請求項２】上記電力供給端は上記第１及び第２の棒
状電極群の各電極棒部材の一方端部にそれぞれ取り付け
られ、第１の棒状電極群に属する電力供給端と第２の棒
状電極群に属する電力供給端とは互いに遠くに離れてい
ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】上記第１及び第２の棒状電極群に、それ
ぞれ独立した２台の高周波電源より電力を供給し、かつ
電源周波数が３０ＭＨｚ〜２００ＭＨｚの範囲内とされ
ることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】非結晶質シリコン系膜、微結晶系膜、及
び多結晶系膜を製膜することを特徴とする請求項３記載
の装置。
【請求項５】電源出力を電力分配器を用いて複数個に
分割し、上記棒状電極に電力を分配供給することを特徴
とする請求項２記載の装置。
【請求項６】電源出力をＴ型コネクタと同軸ケーブル
を用いて複数個に分割し、上記棒状電極に電力を分配供
給することを特徴とする請求項２記載の装置。