JP2004288984A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の薄膜形成空間にガス供給する場合でも、総ガス消費量を大幅に低減でき、装置全体構造の簡略化、更に、装置の低価格化を図れる成膜装置を提供する。
【解決手段】同一の薄膜を形成する複数の薄膜形成空間２０を有し、複数の薄膜形成空間２０の夫々に、少なくとも原料ガスを供給可能な原料ガス供給口１０を設け、複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの薄膜形成空間２０ａの排気ガスを、他の少なくとも１つの薄膜形成空間２０ｂに、排気ガス流路１４を通して供給可能に構成する。そして、前者の薄膜形成空間２０ａに希釈ガスを供給し、他の薄膜形成空間２０ｂの外部排出口９から排気ガスを外部に排出する。
【選択図】 図１
【解決手段】同一の薄膜を形成する複数の薄膜形成空間２０を有し、複数の薄膜形成空間２０の夫々に、少なくとも原料ガスを供給可能な原料ガス供給口１０を設け、複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの薄膜形成空間２０ａの排気ガスを、他の少なくとも１つの薄膜形成空間２０ｂに、排気ガス流路１４を通して供給可能に構成する。そして、前者の薄膜形成空間２０ａに希釈ガスを供給し、他の薄膜形成空間２０ｂの外部排出口９から排気ガスを外部に排出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜装置及び成膜方法に関し、特に、成膜装置及び成膜方法におけるガスの供給及び排気に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜装置として、プラズマ化学技術において複数の放電空間に反応性ガスを並行して供給するプラズマ反応装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に開示されたプラズマ反応装置は、複数の放電空間に同じ反応性ガスを同時に供給する装置となっている。そのため、ガスの流量は放電空間の数Ｎに比例し、例えば、１つの放電空間に必要な反応性ガスがＳｉＨ４／Ｈ２＝５／５００（ｓｃｃｍ）とすれば、ガスの総流量はＳｉＨ４：５×Ｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２：５００×Ｎ（ｓｃｃｍ）となる。
【０００４】
また、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜方法として反応性ガスと未反応性ガスを別系統で供給する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示された成膜方法は、反応性ガスを基板表面に、平行ないし傾斜して噴射するとともに、基板に向かって押圧拡散ガスを噴射することを特徴とする半導体膜の結晶成長方法である。この成膜方法では、反応性ガスと拡散ガスを別系統で供給する方法が提案されている。また、この成膜方法では、反応性ガスを基板直上に基板に対して平行に供給するとともに、基板に向かって別系統の拡散ガスを噴射し、基板加熱による熱滞留を抑え、基板付近に均一にガスを供給することで、結晶成長を飛躍的に促進させている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４２６４３９３号明細書
【特許文献２】
特開平４−１６４８９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の成膜装置及び成膜方法では、次のような幾つかの問題点がある。
【０００７】
特許文献１に開示されたプラズマ反応装置では、複数の放電空間に反応性ガスが均一に供給されているが、放電空間ごとに反応性ガスを十分に供給する必要があり、ガスの総流量は、放電空間当りの反応性ガス流量のＮ倍となる。このことは、全体で処理するガス流量が飛躍的に増加することを示しており、これに伴い、排気系の構成（排気配管系やバルブ径、ポンプの排気容量）が大型化し、装置コストの増加を招く。反応ガス系が、除害装置等の処理設備を伴う場合においては、処理設備の大型化は避けられず更なるコスト増加の要因になる。
【０００８】
特許文献２の成膜方法には、反応性ガスと拡散ガスを分離し、別系統で供給する方法、詳しくは、直径２インチ（約５０．８ｍｍ）のサファイヤ基板上にＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させる方法が開示されている。しかしながら、基板面積が１ｍ角に近付いているような大面積の液晶や太陽電池の成膜行程においては、基板中央部と端部が数１０ｃｍも離れているため、特許文献２に開示されている成膜方法では、反応性ガスを基板全面に均一に供給することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑みて、液晶や太陽電池等の大面積基板上への成膜行程において、反応性ガスの有効利用と総ガス消費量の低減を目指したものであり、その目的は、複数の薄膜形成空間にガス供給する場合でも、総ガス消費量を大幅に低減させることができ、装置全体構造の簡略化、更に、装置の低価格化を図れる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る成膜装置の特徴構成は、同一の薄膜を形成する複数の薄膜形成空間を有し、前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給可能な原料ガス供給口を設け、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給可能に構成している点にある。
【００１１】
更に、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に加えて希釈ガス供給口を設け、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする。また、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に希釈ガスを供給可能に構成し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする。
【００１２】
上記特徴構成によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用を図ることができ、総ガス消費量の削減に寄与できる。
【００１３】
更に、本発明に係る成膜装置は、前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つに排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出する外部排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
当該特徴構成によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用された排気ガスのみが系外に排出される構成となり、確実にガス消費量の削減が図れる。
【００１５】
また、本発明に係る成膜装置は、前記第１薄膜形成空間が１つであり、前記外部排出口が設けられている前記第２薄膜形成空間が１つであることを特徴とする。
【００１６】
当該特徴構成によれば、希釈ガスの入り口と出口が１つに限定されるため、最も効率的にガス消費量の削減が図れる。
【００１７】
更に、前記複数の薄膜形成空間が３以上の場合、前記外部排出口が設けられていない前記第２薄膜形成空間の排気ガスが他の前記第２薄膜形成空間に供給可能に構成されている。
【００１８】
当該特徴構成によれば、薄膜形成空間が３以上の場合であっても、同様にガス消費量の削減効果が得られる。
【００１９】
また、本発明に係る成膜装置は、前記原料ガス供給口が成膜面に対向して複数分散して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明に係る成膜装置において、前記複数の薄膜形成空間の夫々が、互いに対向するカソード電極とアノード電極の間に形成されているのも好ましい。また、前記原料ガス供給口が前記カソード電極に設けられているのも好ましい。
【００２１】
当該成膜装置の特徴構成によれば、膜厚及び膜質に大きな影響を及ぼす面内の原料ガス（希釈ガスを含む）供給量の均一化に役立つ。更に、複数の薄膜形成空間の夫々が、互いに対向するカソード電極とアノード電極の間に形成されることにより、プラズマ反応を利用した薄膜形成が実現できる。
【００２２】
ここで、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間が１つの反応室内に形成されていても、或いは、前記複数の薄膜形成空間の夫々が各別に１つの反応室内に形成されていても、同様に、本発明の特徴構成による作用効果を奏することができる。
【００２３】
この目的を達成するための本発明に係る成膜装置の特徴構成は、複数の薄膜形成空間において同一の薄膜を並行して形成する成膜方法であって、前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給し、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給する点にある。
【００２４】
更に、本発明に係る成膜方法は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスとは別に希釈ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る成膜方法は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスと希釈ガスの混合ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする。更に、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給し、前記第１薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度が、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを供給される前記第２薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度と異なることを特徴とする。
【００２６】
上記特徴の本発明に係る成膜方法によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用を図ることができ、総ガス消費量の削減に寄与できる。
【００２７】
更に、本発明に係る成膜方法は、前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つから排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出することを特徴とする。
【００２８】
当該特徴の本発明に係る成膜方法によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用された排気ガスのみが系外に排出される構成となり、確実にガス消費量の削減が図れる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る成膜装置及び成膜方法（以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」という。）の一実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００３０】
〈第１実施形態〉
本発明に係る成膜装置の第１実施形態につき図１を用いて説明する。図１に、本発明装置３０の概略縦断面図を示す。
【００３１】
図１に示すように、本発明装置３０は、同一のチャンバー（反応室）１１内に複数（本第１実施形態では２つ）の薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を複数設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え、一方の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）に希釈ガスを導入する希釈ガス供給口７を設け、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスを、排気ガス流路１４を通して他方の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。以下、詳細に説明する。
【００３２】
チャンバー（反応室）１１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等で作製されている。チャンバー１１の嵌合部分はＯリング等によって完全に密閉されている。チャンバー１１には、排気管１６、圧力制御器２２及び真空ポンプ２１が接続されており、チャンバー１１内を任意の真空度に制御することができるように構成されている。真空ポンプ２１の下流側には、チャンバー１１に導入された反応性ガス（原料ガス）が反応した後の排気ガス中に含まれる有害物質を除去するための除害装置２３が接続されている。
【００３３】
チャンバー１１の底部には、アノード電極４を支持するためのアノード支持体６が設置されている。アノード支持体６の材料は、導電性のステンレス鋼あるいはアルミニウム合金を使用してもよいが、基板の電位を制御する場合には、絶縁部品（例えばセラミック）を使用してもよい。
【００３４】
アノード電極４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボン等の、導電性及び耐熱性を備えた材料で製作されている。アノード電極４の寸法は、薄膜を形成するためのガラス基板１の寸法に合わせて適当な値に決定されている。ここでは、基板の寸法（長辺×短辺：（９００〜１２００ｍｍ）×（４００〜９００ｍｍ））に対して、アノード電極４の寸法を（１０００〜１５００ｍｍ）×（６００〜１０００ｍｍ）として設計した。
【００３５】
アノード電極４は、薄膜形成空間２０に対して背面側にヒータ２４を内蔵しており、このヒータ２４によって、アノード電極４は室温〜３００℃に加熱制御される。アノード電極４は、ここでは、アルミニウム合金中にシースヒータ等の密閉型加熱装置と熱電対等の密閉型温度センサとを内蔵したものを用いており、室温〜３００℃の間で加熱制御される。
【００３６】
カソード電極２は、シャワープレートとしての機能を有しており、アノード電極４に対向する面に複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）が分散して設けられ、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５からカソード電極２へ供給された原料ガスを、原料ガス供給口１０から均一に分散させて薄膜形成空間２０へ供給可能に構成されている。また、カソード電極２には、プラズマ励起用の高周波電源１２とインピーダンス整合器１３が接続されている。
【００３７】
以下、本発明装置３０を用いた本発明方法により、非単結晶のＳｉ結晶膜を作製する場合について説明する。
【００３８】
各薄膜形成空間２０への原料ガスの導入は、夫々のカソード電極２に設けられた複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）から行うが、第１薄膜形成空間２０ａへの原料ガス（ＳｉＨ４ガス）はシャワープレート２から供給するのに対して、希釈ガス（Ｈ２）は別系統の希釈ガス供給口７から供給し、第２薄膜形成空間２０ｂへの供給ガスは原料ガス（ＳｉＨ４ガス）のみとする。
【００３９】
非単結晶のＳｉ結晶膜を作製するのに最適な条件は、例えば、ＳｉＨ４／Ｈ２＝１〜１０／３００（ｓｃｃｍ）というガス比である。このうち、原料ガスはＳｉＨ４であり、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスは、原料ガスであるＳｉＨ４が略１００％消費されるため、希釈ガスのＨ２のみと考えてよい。そこで、間仕切り１を設けて、排気ガス流路１４を制限するとともに、第２薄膜形成空間２０ｂにも外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けて、消費された分の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）をシャワープレート２内に補えばよい。この場合も、希釈ガス供給口７は第１薄膜形成空間２０ａ側にのみ存在し、排気ガスを系外に排出する外部排気口９は第２薄膜形成空間２０ｂ側のみに存在することで、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００４０】
〈第２実施形態〉
次に、本発明に係る成膜装置の第２実施形態につき、図２を用いて説明する。図２に、第２実施形態に係る本発明装置４０の概略縦断面図を示す。尚、第１実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。
【００４１】
図２に示すように、本発明装置４０は、第１実施形態の本発明装置３０と基本的な構成は共通しており、同一のチャンバー（反応室）１１内に複数（本第２実施形態では２つ）の薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を複数設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え一方の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）の排気ガスを、排気ガス流路１４を通して他方の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。第１実施形態との相違点は、第１薄膜形成空間２０ａに希釈ガス専用の供給口を別途設けていない点である。
【００４２】
本第２実施形態では、本発明装置４０を用いた本発明方法により、アモルファスＳｉ膜を作製する場合について説明する。
【００４３】
アモルファスＳｉ膜を作製する場合、各薄膜形成空間２０への原料ガスの導入は、夫々のカソード電極２に設けられた複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）から行う。アモルファスＳｉ膜を作製する最適条件は、例えば、ＳｉＨ４／Ｈ２＝３０〜３００／３００（ｓｃｃｍ）というガス比である。当該条件下では、第１実施形態のように、第１薄膜形成空間２０ａにおいて、薄膜形成空間２０の周囲から希釈ガスが供給されると、ガス内の１０〜２０％の原料ガス（ＳｉＨ４）が消費されるだけになり、定常的に希釈ガス供給口７側から排気口（排気ガス流路１４）側に向かってガス濃度勾配ができる。これが原因で、排気口側に高濃度の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）が存在することになるため、面内に均一な成膜を行うことはできない。従って、アモルファスＳｉ膜を作製する場合では、図２に示すように、第１薄膜形成空間２０ａへの供給ガスは原料ガスと希釈ガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）の混合ガスとし、シャワープレート２から面内に均一に供給するようにする。
【００４４】
次に、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスを第２薄膜形成空間２０ｂの供給ガスとして用いる場合は、第２薄膜形成空間２０ｂの供給ガスとしては第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスに、第１薄膜形成空間２０ａで消費された原料ガス（ＳｉＨ４ガス）を補って用いればよい。そこで、間仕切り１を設けて、排気ガス流路１４を制限するとともに、第２薄膜形成空間２０ｂにも外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けて、消費された分の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）をシャワープレート２内に補えばよい。
【００４５】
第２実施形態においても、排気ガスを系外に排出する外部排気口９は第２薄膜形成空間２０ｂ側のみに存在することで、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００４６】
〈第３実施形態〉
次に、本発明に係る成膜装置の第３実施形態につき、図３を用いて説明する。図３に、第３実施形態に係る本発明装置５０の概略縦断面図を示す。尚、第１及び第２実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。
【００４７】
図３に示すように、本発明装置５０は、複数（本第３実施形態では２つ）のチャンバー（反応室）１１内に薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を夫々各別に設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え、一方のチャンバー１１（第１チャンバー１１ａ）の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）の排気ガスを、排気ガス流路１４（各チャンバー１１間を連絡するガス供給管３）を通して他方のチャンバー１１（第２チャンバー１１ｂ）の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。第２実施形態との相違点は、各薄膜形成空間２０が、夫々独立したチャンバー（反応室）１１内に形成されている点であり、第２実施形態の本発明装置４０と基本的な構成は共通している。
【００４８】
各チャンバー１１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等で製作されている。チャンバー１１の嵌合部分はＯリング等によって完全に密閉されている。各チャンバー１１には、夫々の排気ガスを室外に排出するために、ガス供給管３または排気管１６が接続されており、夫々の管に圧力制御器２２が装備されており、各チャンバー１１内を任意の真空度に制御することができるように構成されている。但し、真空ポンプ２１は、第２チャンバー１１ｂの排気管１６にのみ設けている。第１チャンバー１１ａのガス供給管３は大量の排気ガスを第２チャンバー１１ｂのカソード電極２に送出する必要があるため、十分な径を有し、且つ、管路長も最短で設置されなければならない。真空ポンプ２１の下流側には、各チャンバー１１に導入された反応性ガス（原料ガス）が反応した後の排気ガス中に含まれる有害物質を除去するための除害装置２３が接続されている。
【００４９】
各チャンバー１１の構成は以下の通りである。アノード電極４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボン等の、導電性及び耐熱性を備えた材料で製作されている。アノード電極４の寸法は、薄膜を形成するためのガラス基板１の寸法に合わせて適当な値に決定されている。ここでは、基板の寸法（長辺×短辺：（９００〜１２００ｍｍ）×（４００〜９００ｍｍ））に対して、アノード電極４の寸法を（１０００〜１５００ｍｍ）×（６００〜１０００ｍｍ）として設計した。
【００５０】
アノード電極４は、薄膜形成空間２０に対して背面側にヒータ２４を内蔵しており、このヒータ２４によって、アノード電極４は室温〜３００℃に加熱制御される。アノード電極４は、ここでは、アルミニウム合金中にシースヒータ等の密閉型加熱装置と熱電対等の密閉型温度センサとを内蔵したものを用いており、室温〜３００℃の間で加熱制御される。
【００５１】
カソード電極２は、シャワープレートとしての機能を有しており、アノード電極４に対向する面に複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）が分散して設けられ、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５からカソード電極２へ供給された原料ガスを、原料ガス供給口１０から均一に分散させて薄膜形成空間２０へ供給可能に構成されている。また、カソード電極２には、プラズマ励起用の高周波電源１２とインピーダンス整合器１３が接続されている。
【００５２】
第１チャンバー１１ａのシャワープレート２には、原料ガス導入口１５から、原料ガスと希釈ガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）の混合ガスが供給され、第１チャンバー１１ａの排気ガスはガス供給管３（排気ガス流路１４）を通じて、第２チャンバー１１ｂのシャワープレート２に供給される。
【００５３】
第２チャンバー１１ｂは、図２に示す第２実施形態と同様に、原料ガス（ＳｉＨ４ガス）を第２薄膜形成空間２０ｂに補足するために、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けてある。これによって、第２チャンバー１１ｂの第２薄膜形成空間２０ｂでも、第１薄膜形成空間２０ａと同一の薄膜を形成でき、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００５４】
以下に、本発明に係る成膜装置の別実施形態につき説明する。
〈１〉上記各実施形態において、説明の簡単のために、薄膜形成空間２０が２つの場合を例にしたが、薄膜形成空間２０の数は、これに限定されるものではない。また、各部の寸法や材質等も、上記各実施形態のものに限定されるものではない。
【００５５】
〈２〉上記各実施形態において、薄膜形成空間２０が３以上の場合、各薄膜形成空間２０間を、排気ガス流路１４で連絡して直列に接続し、上記各実施形態のように、希釈ガスを導入する薄膜形成空間２０を１つに限定し、更に、排気ガスを外部排気口、排気管１６等を通して系外に排出する薄膜形成空間２０も１つに限定するのが好ましい。このように構成することで、１つの薄膜形成空間２０の排気ガスを、別の１つの薄膜形成空間２０に排気ガス流路１４を通して供給することで、上記各実施形態と同様に、希釈ガスを次の薄膜形成空間２０で流用することができ、薄膜形成空間２０の数が増えても、希釈ガスの使用量を増やすことなく、希釈ガス使用量の大幅な節減が図れる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、本発明に係る成膜装置によれば、成膜装置で消費されるガス量（特に、希釈ガス）の大幅な低減が可能となり、その結果、排気系や除害系統の装置コストの低減も可能となり、半導体薄膜或いは光学的薄膜を用いた太陽電池、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、感光体等の半導体素子を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の第１実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【図２】本発明に係る成膜装置の第２実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【図３】本発明に係る成膜装置の第３実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【符号の説明】
１ 間仕切り
２ カソード電極（シャワープレート）
３ チャンバー間を連絡するガス供給管
４ アノード電極
５ 絶縁物
６ アノード支持体
７ 希釈ガス供給口
８ 内部構造体
９ 外部排気口
１０ 原料ガス供給口
１１ チャンバー（反応室）
１２ プラズマ励起電源
１３ インピーダンス整合器
１４ 排気ガス流路
１５ 原料ガス供給口１５
１６ 排気管
２０ 薄膜形成空間
２１ 真空ポンプ
２２ 圧力制御器
２３ 除害装置
２４ ヒータ
３０、４０、５０ 本発明に係る成膜装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜装置及び成膜方法に関し、特に、成膜装置及び成膜方法におけるガスの供給及び排気に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜装置として、プラズマ化学技術において複数の放電空間に反応性ガスを並行して供給するプラズマ反応装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に開示されたプラズマ反応装置は、複数の放電空間に同じ反応性ガスを同時に供給する装置となっている。そのため、ガスの流量は放電空間の数Ｎに比例し、例えば、１つの放電空間に必要な反応性ガスがＳｉＨ４／Ｈ２＝５／５００（ｓｃｃｍ）とすれば、ガスの総流量はＳｉＨ４：５×Ｎ（ｓｃｃｍ）、Ｈ２：５００×Ｎ（ｓｃｃｍ）となる。
【０００４】
また、半導体素子等の薄膜形成に用いる成膜方法として反応性ガスと未反応性ガスを別系統で供給する方法がある（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示された成膜方法は、反応性ガスを基板表面に、平行ないし傾斜して噴射するとともに、基板に向かって押圧拡散ガスを噴射することを特徴とする半導体膜の結晶成長方法である。この成膜方法では、反応性ガスと拡散ガスを別系統で供給する方法が提案されている。また、この成膜方法では、反応性ガスを基板直上に基板に対して平行に供給するとともに、基板に向かって別系統の拡散ガスを噴射し、基板加熱による熱滞留を抑え、基板付近に均一にガスを供給することで、結晶成長を飛躍的に促進させている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４２６４３９３号明細書
【特許文献２】
特開平４−１６４８９５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の成膜装置及び成膜方法では、次のような幾つかの問題点がある。
【０００７】
特許文献１に開示されたプラズマ反応装置では、複数の放電空間に反応性ガスが均一に供給されているが、放電空間ごとに反応性ガスを十分に供給する必要があり、ガスの総流量は、放電空間当りの反応性ガス流量のＮ倍となる。このことは、全体で処理するガス流量が飛躍的に増加することを示しており、これに伴い、排気系の構成（排気配管系やバルブ径、ポンプの排気容量）が大型化し、装置コストの増加を招く。反応ガス系が、除害装置等の処理設備を伴う場合においては、処理設備の大型化は避けられず更なるコスト増加の要因になる。
【０００８】
特許文献２の成膜方法には、反応性ガスと拡散ガスを分離し、別系統で供給する方法、詳しくは、直径２インチ（約５０．８ｍｍ）のサファイヤ基板上にＧａＮ（窒化ガリウム）を成長させる方法が開示されている。しかしながら、基板面積が１ｍ角に近付いているような大面積の液晶や太陽電池の成膜行程においては、基板中央部と端部が数１０ｃｍも離れているため、特許文献２に開示されている成膜方法では、反応性ガスを基板全面に均一に供給することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記の従来技術における問題点に鑑みて、液晶や太陽電池等の大面積基板上への成膜行程において、反応性ガスの有効利用と総ガス消費量の低減を目指したものであり、その目的は、複数の薄膜形成空間にガス供給する場合でも、総ガス消費量を大幅に低減させることができ、装置全体構造の簡略化、更に、装置の低価格化を図れる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る成膜装置の特徴構成は、同一の薄膜を形成する複数の薄膜形成空間を有し、前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給可能な原料ガス供給口を設け、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給可能に構成している点にある。
【００１１】
更に、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に加えて希釈ガス供給口を設け、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする。また、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に希釈ガスを供給可能に構成し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする。
【００１２】
上記特徴構成によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用を図ることができ、総ガス消費量の削減に寄与できる。
【００１３】
更に、本発明に係る成膜装置は、前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つに排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出する外部排出口が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
当該特徴構成によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用された排気ガスのみが系外に排出される構成となり、確実にガス消費量の削減が図れる。
【００１５】
また、本発明に係る成膜装置は、前記第１薄膜形成空間が１つであり、前記外部排出口が設けられている前記第２薄膜形成空間が１つであることを特徴とする。
【００１６】
当該特徴構成によれば、希釈ガスの入り口と出口が１つに限定されるため、最も効率的にガス消費量の削減が図れる。
【００１７】
更に、前記複数の薄膜形成空間が３以上の場合、前記外部排出口が設けられていない前記第２薄膜形成空間の排気ガスが他の前記第２薄膜形成空間に供給可能に構成されている。
【００１８】
当該特徴構成によれば、薄膜形成空間が３以上の場合であっても、同様にガス消費量の削減効果が得られる。
【００１９】
また、本発明に係る成膜装置は、前記原料ガス供給口が成膜面に対向して複数分散して設けられていることを特徴とする。
【００２０】
更に、本発明に係る成膜装置において、前記複数の薄膜形成空間の夫々が、互いに対向するカソード電極とアノード電極の間に形成されているのも好ましい。また、前記原料ガス供給口が前記カソード電極に設けられているのも好ましい。
【００２１】
当該成膜装置の特徴構成によれば、膜厚及び膜質に大きな影響を及ぼす面内の原料ガス（希釈ガスを含む）供給量の均一化に役立つ。更に、複数の薄膜形成空間の夫々が、互いに対向するカソード電極とアノード電極の間に形成されることにより、プラズマ反応を利用した薄膜形成が実現できる。
【００２２】
ここで、本発明に係る成膜装置は、前記複数の薄膜形成空間が１つの反応室内に形成されていても、或いは、前記複数の薄膜形成空間の夫々が各別に１つの反応室内に形成されていても、同様に、本発明の特徴構成による作用効果を奏することができる。
【００２３】
この目的を達成するための本発明に係る成膜装置の特徴構成は、複数の薄膜形成空間において同一の薄膜を並行して形成する成膜方法であって、前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給し、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給する点にある。
【００２４】
更に、本発明に係る成膜方法は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスとは別に希釈ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る成膜方法は、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスと希釈ガスの混合ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする。更に、前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給し、前記第１薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度が、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを供給される前記第２薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度と異なることを特徴とする。
【００２６】
上記特徴の本発明に係る成膜方法によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用を図ることができ、総ガス消費量の削減に寄与できる。
【００２７】
更に、本発明に係る成膜方法は、前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つから排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出することを特徴とする。
【００２８】
当該特徴の本発明に係る成膜方法によれば、１つの薄膜形成空間と他の薄膜形成空間の間で希釈ガスの共用された排気ガスのみが系外に排出される構成となり、確実にガス消費量の削減が図れる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る成膜装置及び成膜方法（以下、適宜「本発明装置」及び「本発明方法」という。）の一実施の形態につき、図面に基づいて説明する。
【００３０】
〈第１実施形態〉
本発明に係る成膜装置の第１実施形態につき図１を用いて説明する。図１に、本発明装置３０の概略縦断面図を示す。
【００３１】
図１に示すように、本発明装置３０は、同一のチャンバー（反応室）１１内に複数（本第１実施形態では２つ）の薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を複数設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え、一方の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）に希釈ガスを導入する希釈ガス供給口７を設け、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスを、排気ガス流路１４を通して他方の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。以下、詳細に説明する。
【００３２】
チャンバー（反応室）１１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等で作製されている。チャンバー１１の嵌合部分はＯリング等によって完全に密閉されている。チャンバー１１には、排気管１６、圧力制御器２２及び真空ポンプ２１が接続されており、チャンバー１１内を任意の真空度に制御することができるように構成されている。真空ポンプ２１の下流側には、チャンバー１１に導入された反応性ガス（原料ガス）が反応した後の排気ガス中に含まれる有害物質を除去するための除害装置２３が接続されている。
【００３３】
チャンバー１１の底部には、アノード電極４を支持するためのアノード支持体６が設置されている。アノード支持体６の材料は、導電性のステンレス鋼あるいはアルミニウム合金を使用してもよいが、基板の電位を制御する場合には、絶縁部品（例えばセラミック）を使用してもよい。
【００３４】
アノード電極４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボン等の、導電性及び耐熱性を備えた材料で製作されている。アノード電極４の寸法は、薄膜を形成するためのガラス基板１の寸法に合わせて適当な値に決定されている。ここでは、基板の寸法（長辺×短辺：（９００〜１２００ｍｍ）×（４００〜９００ｍｍ））に対して、アノード電極４の寸法を（１０００〜１５００ｍｍ）×（６００〜１０００ｍｍ）として設計した。
【００３５】
アノード電極４は、薄膜形成空間２０に対して背面側にヒータ２４を内蔵しており、このヒータ２４によって、アノード電極４は室温〜３００℃に加熱制御される。アノード電極４は、ここでは、アルミニウム合金中にシースヒータ等の密閉型加熱装置と熱電対等の密閉型温度センサとを内蔵したものを用いており、室温〜３００℃の間で加熱制御される。
【００３６】
カソード電極２は、シャワープレートとしての機能を有しており、アノード電極４に対向する面に複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）が分散して設けられ、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５からカソード電極２へ供給された原料ガスを、原料ガス供給口１０から均一に分散させて薄膜形成空間２０へ供給可能に構成されている。また、カソード電極２には、プラズマ励起用の高周波電源１２とインピーダンス整合器１３が接続されている。
【００３７】
以下、本発明装置３０を用いた本発明方法により、非単結晶のＳｉ結晶膜を作製する場合について説明する。
【００３８】
各薄膜形成空間２０への原料ガスの導入は、夫々のカソード電極２に設けられた複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）から行うが、第１薄膜形成空間２０ａへの原料ガス（ＳｉＨ４ガス）はシャワープレート２から供給するのに対して、希釈ガス（Ｈ２）は別系統の希釈ガス供給口７から供給し、第２薄膜形成空間２０ｂへの供給ガスは原料ガス（ＳｉＨ４ガス）のみとする。
【００３９】
非単結晶のＳｉ結晶膜を作製するのに最適な条件は、例えば、ＳｉＨ４／Ｈ２＝１〜１０／３００（ｓｃｃｍ）というガス比である。このうち、原料ガスはＳｉＨ４であり、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスは、原料ガスであるＳｉＨ４が略１００％消費されるため、希釈ガスのＨ２のみと考えてよい。そこで、間仕切り１を設けて、排気ガス流路１４を制限するとともに、第２薄膜形成空間２０ｂにも外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けて、消費された分の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）をシャワープレート２内に補えばよい。この場合も、希釈ガス供給口７は第１薄膜形成空間２０ａ側にのみ存在し、排気ガスを系外に排出する外部排気口９は第２薄膜形成空間２０ｂ側のみに存在することで、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００４０】
〈第２実施形態〉
次に、本発明に係る成膜装置の第２実施形態につき、図２を用いて説明する。図２に、第２実施形態に係る本発明装置４０の概略縦断面図を示す。尚、第１実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。
【００４１】
図２に示すように、本発明装置４０は、第１実施形態の本発明装置３０と基本的な構成は共通しており、同一のチャンバー（反応室）１１内に複数（本第２実施形態では２つ）の薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を複数設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え一方の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）の排気ガスを、排気ガス流路１４を通して他方の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。第１実施形態との相違点は、第１薄膜形成空間２０ａに希釈ガス専用の供給口を別途設けていない点である。
【００４２】
本第２実施形態では、本発明装置４０を用いた本発明方法により、アモルファスＳｉ膜を作製する場合について説明する。
【００４３】
アモルファスＳｉ膜を作製する場合、各薄膜形成空間２０への原料ガスの導入は、夫々のカソード電極２に設けられた複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）から行う。アモルファスＳｉ膜を作製する最適条件は、例えば、ＳｉＨ４／Ｈ２＝３０〜３００／３００（ｓｃｃｍ）というガス比である。当該条件下では、第１実施形態のように、第１薄膜形成空間２０ａにおいて、薄膜形成空間２０の周囲から希釈ガスが供給されると、ガス内の１０〜２０％の原料ガス（ＳｉＨ４）が消費されるだけになり、定常的に希釈ガス供給口７側から排気口（排気ガス流路１４）側に向かってガス濃度勾配ができる。これが原因で、排気口側に高濃度の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）が存在することになるため、面内に均一な成膜を行うことはできない。従って、アモルファスＳｉ膜を作製する場合では、図２に示すように、第１薄膜形成空間２０ａへの供給ガスは原料ガスと希釈ガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）の混合ガスとし、シャワープレート２から面内に均一に供給するようにする。
【００４４】
次に、第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスを第２薄膜形成空間２０ｂの供給ガスとして用いる場合は、第２薄膜形成空間２０ｂの供給ガスとしては第１薄膜形成空間２０ａの排気ガスに、第１薄膜形成空間２０ａで消費された原料ガス（ＳｉＨ４ガス）を補って用いればよい。そこで、間仕切り１を設けて、排気ガス流路１４を制限するとともに、第２薄膜形成空間２０ｂにも外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けて、消費された分の原料ガス（ＳｉＨ４ガス）をシャワープレート２内に補えばよい。
【００４５】
第２実施形態においても、排気ガスを系外に排出する外部排気口９は第２薄膜形成空間２０ｂ側のみに存在することで、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００４６】
〈第３実施形態〉
次に、本発明に係る成膜装置の第３実施形態につき、図３を用いて説明する。図３に、第３実施形態に係る本発明装置５０の概略縦断面図を示す。尚、第１及び第２実施形態と共通する部分及び箇所には同じ符号を付して説明する。
【００４７】
図３に示すように、本発明装置５０は、複数（本第３実施形態では２つ）のチャンバー（反応室）１１内に薄膜形成空間２０を、カソード電極２とアノード電極４に挟まれた放電空間を夫々各別に設けることにより形成している。各薄膜形成空間２０に原料ガス供給口１０をそれぞれ備え、一方のチャンバー１１（第１チャンバー１１ａ）の薄膜形成空間２０（第１薄膜形成空間２０ａ）の排気ガスを、排気ガス流路１４（各チャンバー１１間を連絡するガス供給管３）を通して他方のチャンバー１１（第２チャンバー１１ｂ）の薄膜形成空間２０（第２薄膜形成空間２０ｂ）に供給可能に構成してある。また、第２薄膜形成空間２０ｂの排気ガスは、第２薄膜形成空間２０ｂに設けられた外部排気口９より、排気管１６を通して、圧力制御器２２、真空ポンプ２１、除害装置２３を経由して系外に排出されるようになっている。第２実施形態との相違点は、各薄膜形成空間２０が、夫々独立したチャンバー（反応室）１１内に形成されている点であり、第２実施形態の本発明装置４０と基本的な構成は共通している。
【００４８】
各チャンバー１１は、ステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等で製作されている。チャンバー１１の嵌合部分はＯリング等によって完全に密閉されている。各チャンバー１１には、夫々の排気ガスを室外に排出するために、ガス供給管３または排気管１６が接続されており、夫々の管に圧力制御器２２が装備されており、各チャンバー１１内を任意の真空度に制御することができるように構成されている。但し、真空ポンプ２１は、第２チャンバー１１ｂの排気管１６にのみ設けている。第１チャンバー１１ａのガス供給管３は大量の排気ガスを第２チャンバー１１ｂのカソード電極２に送出する必要があるため、十分な径を有し、且つ、管路長も最短で設置されなければならない。真空ポンプ２１の下流側には、各チャンバー１１に導入された反応性ガス（原料ガス）が反応した後の排気ガス中に含まれる有害物質を除去するための除害装置２３が接続されている。
【００４９】
各チャンバー１１の構成は以下の通りである。アノード電極４は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、カーボン等の、導電性及び耐熱性を備えた材料で製作されている。アノード電極４の寸法は、薄膜を形成するためのガラス基板１の寸法に合わせて適当な値に決定されている。ここでは、基板の寸法（長辺×短辺：（９００〜１２００ｍｍ）×（４００〜９００ｍｍ））に対して、アノード電極４の寸法を（１０００〜１５００ｍｍ）×（６００〜１０００ｍｍ）として設計した。
【００５０】
アノード電極４は、薄膜形成空間２０に対して背面側にヒータ２４を内蔵しており、このヒータ２４によって、アノード電極４は室温〜３００℃に加熱制御される。アノード電極４は、ここでは、アルミニウム合金中にシースヒータ等の密閉型加熱装置と熱電対等の密閉型温度センサとを内蔵したものを用いており、室温〜３００℃の間で加熱制御される。
【００５１】
カソード電極２は、シャワープレートとしての機能を有しており、アノード電極４に対向する面に複数のシャワー口（原料ガス供給口１０）が分散して設けられ、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５からカソード電極２へ供給された原料ガスを、原料ガス供給口１０から均一に分散させて薄膜形成空間２０へ供給可能に構成されている。また、カソード電極２には、プラズマ励起用の高周波電源１２とインピーダンス整合器１３が接続されている。
【００５２】
第１チャンバー１１ａのシャワープレート２には、原料ガス導入口１５から、原料ガスと希釈ガス（ＳｉＨ４＋Ｈ２）の混合ガスが供給され、第１チャンバー１１ａの排気ガスはガス供給管３（排気ガス流路１４）を通じて、第２チャンバー１１ｂのシャワープレート２に供給される。
【００５３】
第２チャンバー１１ｂは、図２に示す第２実施形態と同様に、原料ガス（ＳｉＨ４ガス）を第２薄膜形成空間２０ｂに補足するために、外部からカソード電極（シャワープレート）２内へ原料ガスを導入する原料ガス導入口１５を設けてある。これによって、第２チャンバー１１ｂの第２薄膜形成空間２０ｂでも、第１薄膜形成空間２０ａと同一の薄膜を形成でき、第１薄膜形成空間２０ａの希釈ガスを、第２薄膜形成空間２０ｂで流用することができ、希釈ガスの使用量を大幅に削減できる。
【００５４】
以下に、本発明に係る成膜装置の別実施形態につき説明する。
〈１〉上記各実施形態において、説明の簡単のために、薄膜形成空間２０が２つの場合を例にしたが、薄膜形成空間２０の数は、これに限定されるものではない。また、各部の寸法や材質等も、上記各実施形態のものに限定されるものではない。
【００５５】
〈２〉上記各実施形態において、薄膜形成空間２０が３以上の場合、各薄膜形成空間２０間を、排気ガス流路１４で連絡して直列に接続し、上記各実施形態のように、希釈ガスを導入する薄膜形成空間２０を１つに限定し、更に、排気ガスを外部排気口、排気管１６等を通して系外に排出する薄膜形成空間２０も１つに限定するのが好ましい。このように構成することで、１つの薄膜形成空間２０の排気ガスを、別の１つの薄膜形成空間２０に排気ガス流路１４を通して供給することで、上記各実施形態と同様に、希釈ガスを次の薄膜形成空間２０で流用することができ、薄膜形成空間２０の数が増えても、希釈ガスの使用量を増やすことなく、希釈ガス使用量の大幅な節減が図れる。
【００５６】
【発明の効果】
以上、本発明に係る成膜装置によれば、成膜装置で消費されるガス量（特に、希釈ガス）の大幅な低減が可能となり、その結果、排気系や除害系統の装置コストの低減も可能となり、半導体薄膜或いは光学的薄膜を用いた太陽電池、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）、感光体等の半導体素子を低コストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る成膜装置の第１実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【図２】本発明に係る成膜装置の第２実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【図３】本発明に係る成膜装置の第３実施形態の概略構成を示す概略縦断面図
【符号の説明】
１ 間仕切り
２ カソード電極（シャワープレート）
３ チャンバー間を連絡するガス供給管
４ アノード電極
５ 絶縁物
６ アノード支持体
７ 希釈ガス供給口
８ 内部構造体
９ 外部排気口
１０ 原料ガス供給口
１１ チャンバー（反応室）
１２ プラズマ励起電源
１３ インピーダンス整合器
１４ 排気ガス流路
１５ 原料ガス供給口１５
１６ 排気管
２０ 薄膜形成空間
２１ 真空ポンプ
２２ 圧力制御器
２３ 除害装置
２４ ヒータ
３０、４０、５０ 本発明に係る成膜装置
Claims (16)
- 同一の薄膜を形成する複数の薄膜形成空間を有し、前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給可能な原料ガス供給口を設け、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給可能に構成していることを特徴とする成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に加えて希釈ガス供給口を設け、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガス供給口に希釈ガスを供給可能に構成し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給可能に構成していることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
- 前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つに排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出する外部排出口が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の成膜装置。
- 前記第１薄膜形成空間が１つであり、前記外部排出口が設けられている前記第２薄膜形成空間が１つであることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間が３以上の場合、前記外部排出口が設けられていない前記第２薄膜形成空間の排気ガスが他の前記第２薄膜形成空間に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の成膜装置。
- 前記原料ガス供給口が成膜面に対向して複数分散して設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間の夫々が、互いに対向するカソード電極とアノード電極の間に形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の成膜装置。
- 前記原料ガス供給口が前記カソード電極に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間が１つの反応室内に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の成膜装置。
- 前記複数の薄膜形成空間の夫々が各別に１つの反応室内に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の成膜装置。
- 複数の薄膜形成空間において同一の薄膜を並行して形成する成膜方法であって、
前記複数の薄膜形成空間の夫々に少なくとも原料ガスを供給し、前記複数の薄膜形成空間の少なくとも１つの前記薄膜形成空間の排気ガスを、他の少なくとも１つの前記薄膜形成空間に供給することを特徴とする成膜方法。 - 前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスとは別に希釈ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
- 前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間にのみ前記原料ガスと希釈ガスの混合ガスを供給し、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給することを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。
- 前記複数の薄膜形成空間の一部である１または複数の第１薄膜形成空間の排気ガスを、前記複数の薄膜形成空間の一部であって前記第１薄膜形成空間でない第２薄膜形成空間の少なくとも１つに供給し、
前記第１薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度が、前記第１薄膜形成空間の排気ガスを供給される前記第２薄膜形成空間に供給する少なくとも前記原料ガスを含むガスの流量と原料ガス濃度と異なることを特徴とする請求項１２に記載の成膜方法。 - 前記第２薄膜形成空間の少なくとも１つから排気ガスを前記複数の薄膜形成空間以外の外部に排出することを特徴とする請求項１３〜１５の何れか１項に記載の成膜方法。
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