JP2006032553A - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 生産性の向上及び生産コストの大幅な低減並びに品質の向上を効果的に図ることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源１と、被処理基板１００をプラズマ発生源１と対向配置させた状態で搬送するローラ２とを備え、プラズマ発生源１から発生したプラズマを用いて、被処理基板１００に処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマ発生源１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器から発せられたマイクロ波が伝播する導波管と、導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、チャンバ内へ導くギャップとを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】 真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源１と、被処理基板１００をプラズマ発生源１と対向配置させた状態で搬送するローラ２とを備え、プラズマ発生源１から発生したプラズマを用いて、被処理基板１００に処理を行うプラズマ処理装置であって、プラズマ発生源１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、マイクロ波発生器から発せられたマイクロ波が伝播する導波管と、導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、チャンバ内へ導くギャップとを備える。
【選択図】 図１
Description
本発明は、プラズマを用いて、例えば、エッチング、スパッタリング、又はＣＶＤ（化学気相成長）等の種々の処理を被処理基板に施すプラズマ処理装置に係り、特に、大面積の基板を処理するのに適したプラズマ処理装置に関するものである。
従来、半導体や電子部品における薄膜形成やエッチング等は、プラズマを用いて行われることが多く、特に、太陽電池等の薄膜形成には、プラズマ処理の代表例であるＣＶＤ手法を用いたプラズマＣＶＤ装置等が利用されている。
ＣＶＤ手法とは、電磁波等のエネルギーを特定物質に加えて放電させることにより、特定物質を化学的に活性なラジカルとし、さらに、ラジカルを被処理基板等に接触させることにより、被処理基板上に薄膜を形成させる手法をいう。
このＣＶＤ手法を用いたプラズマＣＶＤ装置として、例えば、特開２００３−１０９９０８号公報（特許文献１）に開示されるものがある。
上記特許文献１には、電極を複数の部分電極により構成し、この部分電極の各々に、所定の位相の高周波電力を給電するプラズマＣＶＤ装置が開示されている。
特開２００３−１０９９０８号公報（段落［００４４］〜［００８４］、及び図３）
ＣＶＤ手法とは、電磁波等のエネルギーを特定物質に加えて放電させることにより、特定物質を化学的に活性なラジカルとし、さらに、ラジカルを被処理基板等に接触させることにより、被処理基板上に薄膜を形成させる手法をいう。
このＣＶＤ手法を用いたプラズマＣＶＤ装置として、例えば、特開２００３−１０９９０８号公報（特許文献１）に開示されるものがある。
上記特許文献１には、電極を複数の部分電極により構成し、この部分電極の各々に、所定の位相の高周波電力を給電するプラズマＣＶＤ装置が開示されている。
近年、太陽電池の生産性の向上及び生産コストの大幅な低減を効果的に実現させるために、被処理基板の大面積化、処理速度の向上等が求められている。
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような平行平板型の電極を用いるプラズマＣＶＤ装置により、被処理基板の大面積化を図ろうとすると、被処理基板の全面に、プラズマを発生させるための電極を配置する必要があり、装置全体が大型化し、装置自体も高額となる。
特に、本発明のプラズマ処理装置では、３ｍ角クラスの非常に大きな被処理基板を処理対象としているため、上述のような従来のプラズマＣＶＤ装置では、電極の数等からしても、コストダウンを効果的に図ることは難しい。
しかしながら、上記特許文献１に開示されているような平行平板型の電極を用いるプラズマＣＶＤ装置により、被処理基板の大面積化を図ろうとすると、被処理基板の全面に、プラズマを発生させるための電極を配置する必要があり、装置全体が大型化し、装置自体も高額となる。
特に、本発明のプラズマ処理装置では、３ｍ角クラスの非常に大きな被処理基板を処理対象としているため、上述のような従来のプラズマＣＶＤ装置では、電極の数等からしても、コストダウンを効果的に図ることは難しい。
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、生産性の向上及び生産コストの大幅な低減、並びに処理品質の向上を効果的に図ることができるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生源は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波が伝播する導波管と、前記導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、前記チャンバ内へ導くギャップとを備えるプラズマ処理装置を提供する。
本発明は、真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ処理装置であって、前記プラズマ発生源は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波が伝播する導波管と、前記導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、前記チャンバ内へ導くギャップとを備えるプラズマ処理装置を提供する。
本発明によれば、マイクロ発生源におけるマイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波は固定長の導波管を伝播するとともに、導波管に設けられたギャップにおいてプラズマを発生させる。このようにして、プラズマ発生源から発せられたプラズマは、プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に連続的に作用し、結果的に、被処理基板全面に、エッチング、スパッタリング、薄膜形成等の処理を施すことが可能となる。
これにより、被処理基板と同等の大きさのプラズマ発生源を設けることなく、大面積の被処理基板に、効果的に処理を施すことが可能となる。
プラズマ発生源は、例えば、導波管の長手方向が被処理基板の搬送方向に直交するように設けられている。
また、マイクロ波を利用することにより、長距離（例えば、３ｍ程度）にわたり、安定した高密度プラズマを発生させることが可能となる。
上記マイクロ波発生手段は、例えば、マグネトロン等である。このような安価な装置を使用することによって、一層のコスト低減を図ることが可能となる。
上記プラズマ発生源は、処理の程度に応じて、同一チャンバに対して複数台設けられていても良い。
また、複数台設ける場合には、前記マイクロ波発生手段の位置が、被処理基板の搬送方向に対して、左右交互になるように設置することが好ましい。このように設置することにより、被処理基板一面に作用するマイクロ波の強度をより均一にすることができる。
これにより、被処理基板と同等の大きさのプラズマ発生源を設けることなく、大面積の被処理基板に、効果的に処理を施すことが可能となる。
プラズマ発生源は、例えば、導波管の長手方向が被処理基板の搬送方向に直交するように設けられている。
また、マイクロ波を利用することにより、長距離（例えば、３ｍ程度）にわたり、安定した高密度プラズマを発生させることが可能となる。
上記マイクロ波発生手段は、例えば、マグネトロン等である。このような安価な装置を使用することによって、一層のコスト低減を図ることが可能となる。
上記プラズマ発生源は、処理の程度に応じて、同一チャンバに対して複数台設けられていても良い。
また、複数台設ける場合には、前記マイクロ波発生手段の位置が、被処理基板の搬送方向に対して、左右交互になるように設置することが好ましい。このように設置することにより、被処理基板一面に作用するマイクロ波の強度をより均一にすることができる。
本発明のプラズマ処理装置において、前記導波管は、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管とを備えており、前記ギャップは、前記２次側導波管に設けられ、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部には、スロットが設けられ、前記スロットは、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、開口幅が広く設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波は１次側導波管を伝播するとともに、２次側導波管との結合部に設けられているスロットを通過して、２次側導波管へリーク（漏洩）する。２次側導波管へリークしたマイクロ波は、上記ギャップ部においてプラズマを発生させる。
この場合において、導波管を伝播するマイクロ波電力は前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど減衰するが、スロットの開口幅をマイクロ波発生手段から遠ざかるほど広くしたので、１次側導波管から２次側導波管へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。
この場合において、導波管を伝播するマイクロ波電力は前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど減衰するが、スロットの開口幅をマイクロ波発生手段から遠ざかるほど広くしたので、１次側導波管から２次側導波管へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。
本発明のプラズマ処理装置において、前記導波管は、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管とを備えており、前記ギャップは、前記２次側導波管に設けられ、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部には、スロットが設けられ、前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、幅が狭くなっていることが好ましい。
このような構成によれば、マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波は、１次側導波管を伝播するとともに、２次側導波管との結合部に設けられているスロットを通過して、２次側導波管へリークする。２次側導波管へリークした電磁波は、上記ギャップにおいてプラズマを発生させる。
この場合において、導波管を伝播するマイクロ波電力は前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど減少するものの、１次側導波管及び２次側導波管の幅をマイクロ波発生手段から遠ざかるほど狭く、かつ前記スロット幅を一定としたので、１次側導波管から２次側導波管へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。
この場合において、導波管を伝播するマイクロ波電力は前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど減少するものの、１次側導波管及び２次側導波管の幅をマイクロ波発生手段から遠ざかるほど狭く、かつ前記スロット幅を一定としたので、１次側導波管から２次側導波管へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。
本発明のプラズマ処理装置において、前記導波管は、例えば、可変短絡板により、当該導波管を伝播するマイクロ波が定在波となり、かつ電場強度の強い腹の位置が半波長の範囲内で時間的に変化するよう、長さが変化することが好ましい。
導波管の長さを可変長とし、導波管内のマイクロ波を定在波とするので、導波管を固定長とした場合に比べて、電界強度を強くすることが可能となる。さらに、導波管の長さを連続的に変化させることにより、電場強度の強い腹の位置が時間的に移動するため、進行波の場合と同様に時間平均では均一な電場強度分布を実現することができる。
これにより、マイクロ波発生手段から離れたところにおいても、マイクロ波発生手段に近いところと略同等の電界強度を確保することが可能となるので、プラズマを均一に発生させることができる。
これにより、マイクロ波発生手段から離れたところにおいても、マイクロ波発生手段に近いところと略同等の電界強度を確保することが可能となるので、プラズマを均一に発生させることができる。
本発明のプラズマ処理装置において、前記スロットは、磁場強度が強く、電場強度が強くない場所に設けられることが好ましい。
電場が弱く、かつ磁場の集中するところにスロットを設けるので、スロットでの異常放電を生じることなく、効果的に電磁波を２次側導波管に導くことができ、前記ギャップにて、プラズマを発生させることが可能となる。
本発明は、真空処理可能なチャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ薄膜形成装置であって、前記プラズマ発生源は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される２次側導波管と、成膜ガスを前記２次側導波管に供給する成膜ガス供給管と、前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを前記チャンバ内へ導くギャップと、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットとを備えるプラズマ薄膜形成装置を提供する。
本発明によれば、マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波は第１の導波管を伝播するとともに、２次側導波管との結合部に設けられているスロットを通過して、２次側導波管へリークする。２次側導波管へリークしたマイクロ波は、上記ギャップにおいてプラズマを発生させる。
このようにして、プラズマ発生源から発せられたプラズマにより、成膜ガス供給管から供給される成膜ガスが励起されて解離し、プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に連続的に作用し、結果的に、被処理基板全面に、薄膜を形成する。
このように、相対的に移動する被処理基板に対してプラズマ発生源が処理を行うので、大型なプラズマ発生源を設けることなく、大面積の被処理基板に均一に薄膜を形成することが可能となる。この結果、薄膜形成の高速化、高品質化を図ることができるという効果を奏する。
このようにして、プラズマ発生源から発せられたプラズマにより、成膜ガス供給管から供給される成膜ガスが励起されて解離し、プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に連続的に作用し、結果的に、被処理基板全面に、薄膜を形成する。
このように、相対的に移動する被処理基板に対してプラズマ発生源が処理を行うので、大型なプラズマ発生源を設けることなく、大面積の被処理基板に均一に薄膜を形成することが可能となる。この結果、薄膜形成の高速化、高品質化を図ることができるという効果を奏する。
本発明のプラズマ薄膜形成装置は、太陽電池を構成する薄膜を形成するのに好適である。
本発明の薄膜形成装置によって、太陽電池の薄膜を形成させることにより、大面積の薄膜の形成が可能となるので、太陽電池の品質の向上、生産性の向上、大幅なコスト低減等を実現させることができるという効果を奏する。
太陽電池としては、例えば、以下のような構造のものが一例として挙げられる。
ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を少なくとも１層有する太陽電池。
ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層を少なくとも１層有する太陽電池。
ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層と、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層とを積層して２層構造とした太陽電池。
ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造とした太陽電池。
本発明の薄膜形成装置によって、太陽電池の薄膜を形成させることにより、大面積の薄膜の形成が可能となるので、太陽電池の品質の向上、生産性の向上、大幅なコスト低減等を実現させることができるという効果を奏する。
太陽電池としては、例えば、以下のような構造のものが一例として挙げられる。
ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層を少なくとも１層有する太陽電池。
ｐ型シリコン層、ｎ型シリコン層及びｉ型シリコン層からなるｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層を少なくとも１層有する太陽電池。
ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層と、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層とを積層して２層構造とした太陽電池。
ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造またはｎｉｐ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造とした太陽電池。
本発明は、真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源により発生されたプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ処理方法であって、前記プラズマ発生源は、導波管にマイクロ波を伝播させることにより、導波管の長手方向に延在して設けられたギャップにてプラズマを生成させて、プラズマを前記チャンバ内へ導くプラズマ処理方法を提供する。
本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットとを備え、前記スロットは、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、開口幅が広く設けられているプラズマ発生源を提供する。
本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットとを備え、前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、幅が狭くなっているプラズマ発生源を提供する。
本発明は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットとを備え、前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、当該導波管を伝播するマイクロ波が定在波となり、かつ定在波の電場強度の強い位置が時間的に常時変化するように、長さが変化するプラズマ発生源を提供する。
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、大型の電極を用いることなく、大面積の被処理基板に均一に処理を施すことが可能となるので、生産性の向上、生産コストの大幅な低減を図ることができるという効果を奏する。
更に、スロットの幅又は導波管の幅を調整することにより、或いは、導波管長さを連続的に変化させることにより、プラズマを均一に発生させることができるので、高品質な処理を実現できるという効果を奏する。
更に、スロットの幅又は導波管の幅を調整することにより、或いは、導波管長さを連続的に変化させることにより、プラズマを均一に発生させることができるので、高品質な処理を実現できるという効果を奏する。
以下に、本発明にかかるプラズマＣＶＤ装置（プラズマ薄膜形成装置）の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式断面図、図２は、図１に示したチャンバ１０の要部を拡大して示した斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空処理可能なチャンバ１０を備えている。チャンバ１０には、図２に示すように、チャンバ１０内でプラズマを発生させるプラズマ発生源１が配置されている。このプラズマ発生源１は、例えば、長手方向が後述する被処理基板１００の搬送方向に直交するように設けられている。
被処理基板１００の下方には、プラズマ発生源１に対向した状態で被処理基板１００を搬送するためのローラ２が設けられている。ローラ２は、図１、図２に示すように、被処理基板１００を所定の方向（図中、矢印の方向）へ所定の速度にて搬送する。
被処理基板１００は、基板キャリア３上に配置され、ローラ２の下部に設置されたヒータにより所定の温度に加熱されて、基板キャリア３と一体となって、ローラ２上を移動する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す模式断面図、図２は、図１に示したチャンバ１０の要部を拡大して示した斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置は、真空処理可能なチャンバ１０を備えている。チャンバ１０には、図２に示すように、チャンバ１０内でプラズマを発生させるプラズマ発生源１が配置されている。このプラズマ発生源１は、例えば、長手方向が後述する被処理基板１００の搬送方向に直交するように設けられている。
被処理基板１００の下方には、プラズマ発生源１に対向した状態で被処理基板１００を搬送するためのローラ２が設けられている。ローラ２は、図１、図２に示すように、被処理基板１００を所定の方向（図中、矢印の方向）へ所定の速度にて搬送する。
被処理基板１００は、基板キャリア３上に配置され、ローラ２の下部に設置されたヒータにより所定の温度に加熱されて、基板キャリア３と一体となって、ローラ２上を移動する。
以上説明したように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、プラズマ発生源１から発せられたプラズマが、プラズマ発生源に対向した状態で搬送される被処理基板１００に連続的に作用するので、被処理基板１００の全面に、エッチング、スパッタリング、薄膜形成等の処理を施すことが可能となる。
これにより、被処理基板１００と同等の大きさのプラズマ発生源１を設けることなく、例えば、３ｍ角クラスの大面積の被処理基板１００の全面に渡り、均一に処理を施すことが可能となる。この結果、生産性の向上、生産コストの大幅な低減を図ることができる。
これにより、被処理基板１００と同等の大きさのプラズマ発生源１を設けることなく、例えば、３ｍ角クラスの大面積の被処理基板１００の全面に渡り、均一に処理を施すことが可能となる。この結果、生産性の向上、生産コストの大幅な低減を図ることができる。
なお、図１、図２では、被処理基板１００の搬送方向を１方向としたが、これに限定されず、前後方向に反復して被処理基板１００を移動させても良い。また、被処理基板１００とプラズマ発生源とが相対的に移動すればよいため、被処理基板１００を固定させ、プラズマ発生源１を移動させるような構成としても良い。更に、両者が移動するような構成としても良い。
次に、上述したプラズマＣＶＤ装置に使用されるのに適したプラズマ発生源の実施形態について、〔第１の実施形態〕、〔第２の実施形態〕の順に図面を参照して詳細に説明する。
〔第１の実施形態〕
図３は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生源の構成を示す模式図である。この図は、例えば、図２のＡ−Ａ線から見たときのプラズマ発生源１と被処理基板１００との配置関係を示している。
図３に示されるように、本実施形態に係るプラズマ発生源１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器（マイクロ波発生手段）１１と、マイクロ波発生器１１から発せられたマイクロ波が伝播する導波管１２とを備える。
導波管１２の終端Ｅには、マイクロ波の反射を防止するためのダミーロード１３が設けられている。
マイクロ波発生器１１と導波管１２との間には、サーキュレータ１４、チューナ１５が設けられている。
上記マイクロ波発生器１１、サーキュレータ１４、チューナ１５、導波管１２は、この順で同一直線上に配置されている。
図３は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生源の構成を示す模式図である。この図は、例えば、図２のＡ−Ａ線から見たときのプラズマ発生源１と被処理基板１００との配置関係を示している。
図３に示されるように、本実施形態に係るプラズマ発生源１は、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生器（マイクロ波発生手段）１１と、マイクロ波発生器１１から発せられたマイクロ波が伝播する導波管１２とを備える。
導波管１２の終端Ｅには、マイクロ波の反射を防止するためのダミーロード１３が設けられている。
マイクロ波発生器１１と導波管１２との間には、サーキュレータ１４、チューナ１５が設けられている。
上記マイクロ波発生器１１、サーキュレータ１４、チューナ１５、導波管１２は、この順で同一直線上に配置されている。
サーキュレータ１４は、導波管１２からのマイクロ波の反射波がマイクロ波発生器１１へ流入するのを防止するためのダミーロード１６を備えている。
上記マイクロ波発生器１１は、例えば、１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波を発生させるものであり、好ましくは、２．４５ＧＨｚ程度の高周波を発生させるものが良い。
このマイクロ波発生器１１としては、例えば、マグネトロンが使用される。マグネトロンは安価であるため、一層のコストダウンを図ることが可能となる。
上記マイクロ波発生器１１は、例えば、１ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの高周波を発生させるものであり、好ましくは、２．４５ＧＨｚ程度の高周波を発生させるものが良い。
このマイクロ波発生器１１としては、例えば、マグネトロンが使用される。マグネトロンは安価であるため、一層のコストダウンを図ることが可能となる。
導波管１２は、図４に示されるように、マイクロ波発生器１１（図３参照）からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管１２１と、１次側導波管１２１の側部に結合されて、１次側導波管１２１を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管１２２とを備えている。１次側導波管１２１、２次側導波管１２２としては、主に、金属製のものが使用される。
２次側導波管１２２には、長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップ１２３、成膜ガスを当該２次側導波管１２２に供給する後述の成膜ガス供給管（図示略）、及び誘電体窓１２５が設けられている。
また、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２との結合部には、１次側導波管１２１から電力（磁場）を２次側導波管へ導くスロット１２６が設けられている。
上記誘電体窓１２５は、マイクロ波を２次側導波管１２２へ効率よく透過し、且つ、２次側導波管１２２へ供給される成膜ガスの１次側導波管１２１への流入を阻止するためのものであり、例えば、石英ガラス、アルミナセラミックス等で形成されている。
２次側導波管１２２には、長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップ１２３、成膜ガスを当該２次側導波管１２２に供給する後述の成膜ガス供給管（図示略）、及び誘電体窓１２５が設けられている。
また、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２との結合部には、１次側導波管１２１から電力（磁場）を２次側導波管へ導くスロット１２６が設けられている。
上記誘電体窓１２５は、マイクロ波を２次側導波管１２２へ効率よく透過し、且つ、２次側導波管１２２へ供給される成膜ガスの１次側導波管１２１への流入を阻止するためのものであり、例えば、石英ガラス、アルミナセラミックス等で形成されている。
上述したような上記導波管１２の構成は、以下に示すような経緯により為されたものである。
まず、図５（ａ）に示すように、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２を矩形導波管の短辺を共有するように結合し、更に、その結合部にスロット１２６を設ける。これにより、１次側導波管１２１を伝播するマイクロ波の電力を２次側導波管１２２に導くことが可能となる。この場合において、スロット１２６は、磁場強度が強く、電場強度が強くない場所に設けられることが好ましい。このように、電場が弱く、かつ磁場の集中するところにスロットを設けることにより、スロットでの異常放電を生じることなく、効果的に電磁波を２次側導波管に導くことができ、後述のギャップ１２３にて、プラズマを効果的に発生させることが可能となる。
まず、図５（ａ）に示すように、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２を矩形導波管の短辺を共有するように結合し、更に、その結合部にスロット１２６を設ける。これにより、１次側導波管１２１を伝播するマイクロ波の電力を２次側導波管１２２に導くことが可能となる。この場合において、スロット１２６は、磁場強度が強く、電場強度が強くない場所に設けられることが好ましい。このように、電場が弱く、かつ磁場の集中するところにスロットを設けることにより、スロットでの異常放電を生じることなく、効果的に電磁波を２次側導波管に導くことができ、後述のギャップ１２３にて、プラズマを効果的に発生させることが可能となる。
続いて、図５（ｂ）に示すように、２次側導波管１２２の中央付近の電場強度が強いところに突起、例えば、リッジ部１２７を設ける。これにより、２次側導波管１２２内の電場強度を増強させることが可能となる。
続いて、図５（ｃ）に示すように、２次側導波管１２２のリッジ部１２７より下側を開放する。このように構成しても、リッジ部１２７により形成されるギャップ１２３に電場が集中するため、この部分でのプラズマ生成が可能となる。更に、スロット１２６に誘電体窓１２５を設ける。これにより、２次側導波管１２２に供給される成膜ガスが１次側導波管１２１へ流入することを防ぐことが可能となる。
また、上記リッジ部１２７に代わって、図５（ｄ）に示すように、２次側導波管１２２の幅を下方へ向けて除々に小さくし、先端部にギャップ１２３を設けることにより、ここに電場を集中させることが可能となる。
続いて、図５（ｃ）に示すように、２次側導波管１２２のリッジ部１２７より下側を開放する。このように構成しても、リッジ部１２７により形成されるギャップ１２３に電場が集中するため、この部分でのプラズマ生成が可能となる。更に、スロット１２６に誘電体窓１２５を設ける。これにより、２次側導波管１２２に供給される成膜ガスが１次側導波管１２１へ流入することを防ぐことが可能となる。
また、上記リッジ部１２７に代わって、図５（ｄ）に示すように、２次側導波管１２２の幅を下方へ向けて除々に小さくし、先端部にギャップ１２３を設けることにより、ここに電場を集中させることが可能となる。
また、図４及び図５において図示を省略した成膜ガス供給管１２４は、例えば、図６及び図７に示すように、２次側導波管１２２内部に設けられている。この成膜ガス供給管１２４は、好ましくは、２次側導波管１２２の内壁に接する位置に、より好ましくは、誘導体窓１２５に接する位置に設けるのが良い。誘電体窓１２５の付近の電場強度は、極めてゼロに近いため、ここに成膜ガス供給管１２４を設置しても、放電が発生するおそれがなく、効果的に成膜ガスを供給することが可能となるからである。
また、図８及び図９に示すように、成膜ガス供給管１２４を２次側導波管１２２の外側に溶接等の方法により一体化させて設置し、導波管壁を貫通する穴を多数形成することにより、成膜ガス供給管１２４から２次側導波管１２２内へ成膜ガスを供給しても良い。
なお、上記図６から図９において、成膜ガス供給管１２４の断面を円形としたが、管の形状については、特に限定されない。
なお、上記図６から図９において、成膜ガス供給管１２４の断面を円形としたが、管の形状については、特に限定されない。
次に、上記構成からなる本実施形態に係るプラズマ発生源１の作用について説明する。
図３において、マイクロ波発生器１１から出力されるマイクロ波は、サーキュレータ１４を介してチューナ１５へ導かれ、ここで導波管１２からの反射がほぼゼロとなり、マイクロ波電力伝送効率が最良となるよう整合(マッチング)をとり、導波管１２へ導入される。
導波管１２へ導かれたマイクロ波は、図４に示すように、１次側導波管１２１を伝播する。これにより、１次側導波管１２１に電場（図中の実線矢印を参照）が発生し、この電場に応じて磁場（図中の点線矢印を参照）が形成され、進行波として伝播される。導波管１２の終端にはダミーロード（図３参照）が設置されており、反射波を発生させない。従って、導波管１２を伝播する電磁波は、電場強度が最も強い位置が時間とともに変化し、一箇所に局在することがない。
形成された電磁場は、スロット１２６から磁場の形で、２次側導波管１２２へリークし、このリークした磁場により、２次側導波管１２２に電場が形成される。そして、この電場により、ギャップ１２３においてプラズマが発生する。
このようにして発生したプラズマにより、成膜ガス供給管１２４から供給される成膜ガスが励起されて解離し、例えば、図３に示すように、プラズマ発生器１の下部を所定速度で搬送される被処理基板１００上に連続的に作用し、薄膜を形成する。
図３において、マイクロ波発生器１１から出力されるマイクロ波は、サーキュレータ１４を介してチューナ１５へ導かれ、ここで導波管１２からの反射がほぼゼロとなり、マイクロ波電力伝送効率が最良となるよう整合(マッチング)をとり、導波管１２へ導入される。
導波管１２へ導かれたマイクロ波は、図４に示すように、１次側導波管１２１を伝播する。これにより、１次側導波管１２１に電場（図中の実線矢印を参照）が発生し、この電場に応じて磁場（図中の点線矢印を参照）が形成され、進行波として伝播される。導波管１２の終端にはダミーロード（図３参照）が設置されており、反射波を発生させない。従って、導波管１２を伝播する電磁波は、電場強度が最も強い位置が時間とともに変化し、一箇所に局在することがない。
形成された電磁場は、スロット１２６から磁場の形で、２次側導波管１２２へリークし、このリークした磁場により、２次側導波管１２２に電場が形成される。そして、この電場により、ギャップ１２３においてプラズマが発生する。
このようにして発生したプラズマにより、成膜ガス供給管１２４から供給される成膜ガスが励起されて解離し、例えば、図３に示すように、プラズマ発生器１の下部を所定速度で搬送される被処理基板１００上に連続的に作用し、薄膜を形成する。
なお、上述した本実施形態に係るプラズマ発生源１において、より高品質な薄膜を形成させるために、以下のように、導波管１２を構成することが好ましい。
高品質の薄膜を形成させるためには、プラズマを均一に生成させることが条件となる。プラズマを均一に生成させるためには、１次側導波管１２１から２次側導波管１２２（図４参照）へリークさせる磁場の電力分布を均一にする必要がある。
しかしながら、１次側導波管１２１を伝播するマイクロ波は、除々に減衰するため、２次側導波管１２２へリークする電力も除々に減衰し、導波管１２の長手方向における電力強度分布にむらができ、均一なプラズマの生成が難しくなる。
高品質の薄膜を形成させるためには、プラズマを均一に生成させることが条件となる。プラズマを均一に生成させるためには、１次側導波管１２１から２次側導波管１２２（図４参照）へリークさせる磁場の電力分布を均一にする必要がある。
しかしながら、１次側導波管１２１を伝播するマイクロ波は、除々に減衰するため、２次側導波管１２２へリークする電力も除々に減衰し、導波管１２の長手方向における電力強度分布にむらができ、均一なプラズマの生成が難しくなる。
そこで、本実施形態では、（Ａ）スロット１２６の開口幅を変化させる、又は（Ｂ）導波管１２の幅を変化させることにより、２次側導波管１２２にリークさせる磁場の量を調整して電力分布を均一化し、プラズマ生成の均一化を図る。
以下、詳しく説明する。
まず、２次側導波管１２２へリークさせるマイクロ波の電力を均一にするためには、以下の（１）式に示される関係を満たす必要がある。
まず、２次側導波管１２２へリークさせるマイクロ波の電力を均一にするためには、以下の（１）式に示される関係を満たす必要がある。
δ（ｚ）＝δ０／（１−（δ０×ｚ）） （１）
上記（１）において、ｚは導波管１２の始端Ｓ（図３参照）から長手方向における距離、δ（ｚ）は、距離ｚにおける１次側導波管１２１と2次側導波管１２２との結合度、δ０は、導波管１２の始端Ｓ（ｚ＝０）における結合度である。
結合度δ（ｚ）は、１次側導波管１２１の電力Ｅ１(ｚ)と２次側導波管１２２へのリークする電力Ｅ２(ｚ)を用いて、
δ（ｚ）＝Ｅ２(ｚ)/Ｅ１(ｚ) （２）
と表される。
また、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２の結合度δ（ｚ）は、以下の（３）式によっても表すことができる。
δ（ｚ）＝ｈ（ｚ）／ｂ（ｚ） （３）
ここで、図１０に示すように、ｈ（ｚ）は、スロット１２６の開口幅、ｂ（ｚ）は距離ｚにおける導波管１２の幅である。
上記（１）において、ｚは導波管１２の始端Ｓ（図３参照）から長手方向における距離、δ（ｚ）は、距離ｚにおける１次側導波管１２１と2次側導波管１２２との結合度、δ０は、導波管１２の始端Ｓ（ｚ＝０）における結合度である。
結合度δ（ｚ）は、１次側導波管１２１の電力Ｅ１(ｚ)と２次側導波管１２２へのリークする電力Ｅ２(ｚ)を用いて、
δ（ｚ）＝Ｅ２(ｚ)/Ｅ１(ｚ) （２）
と表される。
また、１次側導波管１２１と２次側導波管１２２の結合度δ（ｚ）は、以下の（３）式によっても表すことができる。
δ（ｚ）＝ｈ（ｚ）／ｂ（ｚ） （３）
ここで、図１０に示すように、ｈ（ｚ）は、スロット１２６の開口幅、ｂ（ｚ）は距離ｚにおける導波管１２の幅である。
以上のことから、図１１及び図１２に示すように、（ａ）スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）、又は（ｂ）導波管１２の幅ｂ（ｚ）を変化させるとよい。
図１１は、図１０のＣ−Ｃ断面図である。この図に示すように、導波管１２の幅ｂ（ｚ）を一定とした場合には、以下の（４）式を満たすように、スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）を始端Ｓ（ｚ＝０）から終端Ｅ（ｚ＝ｎ）へ向かうほど、徐々に広くなるように形成するとよい。
ｈ（ｚ）＝ｂ×δ（ｚ） （４）
ｈ（ｚ）＝ｂ×δ（ｚ） （４）
図１２は、図１０のＣ−Ｃ断面図である。この図に示すように、スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）を一定とした場合には、以下の（５）式を満たすように、導波管１２の幅ｂ（ｚ）を始端Ｓ（ｚ＝０）から終端Ｅ（ｚ＝ｎ）へ向かうほど、除々に狭くなるように形成するとよい。
ｂ（ｚ）＝ｈ／δ（ｚ） （５）
ｂ（ｚ）＝ｈ／δ（ｚ） （５）
ここで、スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）及び導波管の幅ｂ（ｚ）を一定としたときの１次側導波管の電力分布及び２次側導波管１２２への電力リーク量を図１３、図１４にそれぞれ示す。
図１３において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は、１次側導波管の電力Ｅ1（ｚ）を示している。
図１４において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は２次側導波管１２２へのリーク電力量Ｅ２（ｚ）を示している。
この図から、当該場合には、導波管１２の始端Ｓから遠ざかるほど、電力、リーク電力量がともに低下していることがわかる。従って、生成されるプラズマも、始端から遠ざかるほど、弱いものとなる。
図１３において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は、１次側導波管の電力Ｅ1（ｚ）を示している。
図１４において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は２次側導波管１２２へのリーク電力量Ｅ２（ｚ）を示している。
この図から、当該場合には、導波管１２の始端Ｓから遠ざかるほど、電力、リーク電力量がともに低下していることがわかる。従って、生成されるプラズマも、始端から遠ざかるほど、弱いものとなる。
他方、図１１に示したように、スロット１２６の幅を除々に変化させたときの１次側導波管１２１の電力分布及び２次側導波管１２２へのリーク電力量を図１５、図１６にそれぞれ示す。
図１５において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は、１次側導波管１２１の電力Ｅ１（ｚ）を示している。図１６において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸はリーク電力量、並びにスロット１２６の幅を示している。
図１５に示すように、１次側導波管１２１の電力量は、距離ｚに応じて除々に低下するが、図１６に示すように、スロット１２６の開口幅を距離に応じて広くすることにより、２次側導波管１２２へのリーク電力量が一定となることがわかる。
これにより、２次側導波管１２２に延在して設けられているギャップ１２３にて生成されるプラズマを均一化させることができる。
図１５において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸は、１次側導波管１２１の電力Ｅ１（ｚ）を示している。図１６において、横軸は、導波管１２の始端Ｓからの距離ｚを示しており、縦軸はリーク電力量、並びにスロット１２６の幅を示している。
図１５に示すように、１次側導波管１２１の電力量は、距離ｚに応じて除々に低下するが、図１６に示すように、スロット１２６の開口幅を距離に応じて広くすることにより、２次側導波管１２２へのリーク電力量が一定となることがわかる。
これにより、２次側導波管１２２に延在して設けられているギャップ１２３にて生成されるプラズマを均一化させることができる。
以上、説明してきたように、本発明の第１の実施形態に係るプラズマ発生源１によれば、以下のような効果が得られる。
第１に、スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）をマイクロ波発生器１１から遠ざかるほど広くする、又は、導波管１２（１次側導波管１２１及び２次側導波管１２２）の幅ｂ（ｚ）をマイクロ波発生器１１から遠ざかるほど狭くするので、１次側導波管１２１から２次側導波管１２２へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。これにより、薄膜形成の品質を向上させることができるという効果を奏する。
第２に、１次側導波管１２１の終端にダミーロード１３を設置することで、導波管１２１を伝播する電磁波を進行波とする。これにより、定在波の場合に問題となる電場強度の腹が局在することを防止することが可能となる。
第１に、スロット１２６の開口幅ｈ（ｚ）をマイクロ波発生器１１から遠ざかるほど広くする、又は、導波管１２（１次側導波管１２１及び２次側導波管１２２）の幅ｂ（ｚ）をマイクロ波発生器１１から遠ざかるほど狭くするので、１次側導波管１２１から２次側導波管１２２へリークする電力を均一にすることが可能となり、プラズマを均一に発生させることができる。これにより、薄膜形成の品質を向上させることができるという効果を奏する。
第２に、１次側導波管１２１の終端にダミーロード１３を設置することで、導波管１２１を伝播する電磁波を進行波とする。これにより、定在波の場合に問題となる電場強度の腹が局在することを防止することが可能となる。
なお、図１においてチャンバ１０内に、複数台のプラズマ発生源１を設ける場合には、被処理基板１００の搬送方向に対して、左右交互になるように、マイクロ波発生器１１の位置を設置することが好ましい。このように設置することにより、２次側導波管１２２へのリーク電力を均一にするための前記手段にも関らず生じる可能性があるマイクロ波の微小な不均一さに起因するプラズマの不均一さを解消し、被処理基板一面に作用するマイクロ波の強度をより均一にすることが可能となり、品質の更なる向上を図ることができる。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源の構成について、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源１´の構成を示す模式図である。この図は、例えば、図２のＡ−Ａ線から見たときのプラズマ発生源１´と被処理基板１００との配置関係を示している。
この図において、第１の実施形態に係るプラズマ発生源（図３参照）と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源の構成について、図１７を参照して説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源１´の構成を示す模式図である。この図は、例えば、図２のＡ−Ａ線から見たときのプラズマ発生源１´と被処理基板１００との配置関係を示している。
この図において、第１の実施形態に係るプラズマ発生源（図３参照）と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。
図１７に示すように、本実施形態に係るプラズマ発生源１´は、導波管１２の長さを可変長にした点において、導波管１２がダミーロード１３で終端され固定長である第１の実施形態に係るプラズマ発生源１と異なる。
本実施形態では、導波管１２を伝播するマイクロ波が定在波となるように、マイクロ波の周波数や位相等に応じて、導波管１２の長さを変更させる。
これにより、始端Ｓから終端Ｅへ向かう進行波に、導波管１２の終端Ｅにより反射されて、終端Ｅから始端Ｓへ向かう反射波が重畳されて、定常波が形成される。
このように、本実施形態にかかるプラズマ発生源１´によれば、導波管１２を可変長にすることにより、導波管１２内に定在波を形成させるので、導波管１２内における電力（電界強度）を増大させることができる。
しかし、定在波を利用する場合、電場強度が最大となる腹と電場強度が最小となる節が一定間隔で分布するため、発生するプラズマにも明確な分布が生じてしまう。
そこで、本実施形態では、導波管１２の長さを定在波の半波長の範囲で反復変化させることにより、定在波による電場強度の腹の位置を時間的に連続的に変化させる。こうすることにより、電場強度の強い部分が一箇所に局在することがないため、発生するプラズマも略均一にすることができる。
本実施形態では、導波管１２を伝播するマイクロ波が定在波となるように、マイクロ波の周波数や位相等に応じて、導波管１２の長さを変更させる。
これにより、始端Ｓから終端Ｅへ向かう進行波に、導波管１２の終端Ｅにより反射されて、終端Ｅから始端Ｓへ向かう反射波が重畳されて、定常波が形成される。
このように、本実施形態にかかるプラズマ発生源１´によれば、導波管１２を可変長にすることにより、導波管１２内に定在波を形成させるので、導波管１２内における電力（電界強度）を増大させることができる。
しかし、定在波を利用する場合、電場強度が最大となる腹と電場強度が最小となる節が一定間隔で分布するため、発生するプラズマにも明確な分布が生じてしまう。
そこで、本実施形態では、導波管１２の長さを定在波の半波長の範囲で反復変化させることにより、定在波による電場強度の腹の位置を時間的に連続的に変化させる。こうすることにより、電場強度の強い部分が一箇所に局在することがないため、発生するプラズマも略均一にすることができる。
上記導波管１２を可変長とする手法としては、例えば、図１７に示すように、導波管１２の終端Ｅに導波管１２と一体となるように可変ショート１７を設ける手法がある。導波管１２を伝播するマイクロ波の位相等に応じて、この可変ショート１７を長手方向に摺動させることにより、上述の作用・効果を実現させることが可能となる。
なお、この場合、可変ショート１７は、マイクロ波の周波数及び成膜時間に応じて決定される周波数（例えば、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）で、かつ定在波の半波長の振幅で導波管１２の長手方向に対して平行に反復摺動制御される。
なお、この場合、可変ショート１７は、マイクロ波の周波数及び成膜時間に応じて決定される周波数（例えば、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）で、かつ定在波の半波長の振幅で導波管１２の長手方向に対して平行に反復摺動制御される。
以上述べてきたように、第２の実施形態に係るプラズマ発生源によれば、導波管１２を伝播するマイクロ波を定在波とするので、上述した第１の実施形態に係るプラズマ発生源１に比べて、導波管の長手方向のマイクロ波電力密度を均一にすることが可能となる。これにより、マイクロ波の減衰を補償するためにスロット１２６の開口幅や、導波管１２の幅を特に調節することなく（図１０から図１６参照）、均一なプラズマを生成させることが可能となる。
以下、図１に示したプラズマＣＶＤ装置の実施例について説明する。
〔実施例１〕
本実施例においては、図１に示したプラズマＣＶＤ装置に、上述した本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源１´を使用し、太陽電池用発電層となるシリコン膜の製膜を実施した。
本実施例では、被処理基板１００として、幅５０ｃｍ×長さ４０ｃｍのガラスを用い、５０ｃｍ幅のプラズマ発生源１´の下を移動しながら製膜し、膜厚及び膜質分布を検証することを目的とした。
〔実施例１〕
本実施例においては、図１に示したプラズマＣＶＤ装置に、上述した本発明の第２の実施形態に係るプラズマ発生源１´を使用し、太陽電池用発電層となるシリコン膜の製膜を実施した。
本実施例では、被処理基板１００として、幅５０ｃｍ×長さ４０ｃｍのガラスを用い、５０ｃｍ幅のプラズマ発生源１´の下を移動しながら製膜し、膜厚及び膜質分布を検証することを目的とした。
シリコン膜の成膜処理工程では、まず、被処理基板１００をガラス基板上に配置し、更に、これを基板キャリア３上に配置したものをチャンバ１０内のローラ２上に配置後、真空排気装置(図示略)によってチャンバ１０内を減圧する。例えば、真空ポンプ（図示略）を作動させ、真空排気する。
続いて、チャンバ１０内に成膜ガス供給源から成膜ガスを送り込むとともに、高周波電力を供給することで、プラズマ発生源１と被処理基板１００との間にプラズマを発生させる。
この結果、このプラズマがプラズマ発生源１と対向した状態で所定の速さで搬送される被処理基板１００に連続的に作用し、結果的に、被処理基板全面に成膜が施された。
この場合において、被処理基板１００は、基板キャリア３により、例えば１６０℃以上に加熱される。
続いて、チャンバ１０内に成膜ガス供給源から成膜ガスを送り込むとともに、高周波電力を供給することで、プラズマ発生源１と被処理基板１００との間にプラズマを発生させる。
この結果、このプラズマがプラズマ発生源１と対向した状態で所定の速さで搬送される被処理基板１００に連続的に作用し、結果的に、被処理基板全面に成膜が施された。
この場合において、被処理基板１００は、基板キャリア３により、例えば１６０℃以上に加熱される。
〔ｉ型シリコン層の形成〕
ここで、太陽電池を構成する多結晶のｉ型シリコン層を薄膜形成する場合、製膜ガスとして、シラン(SiH4)ガス１００sccmと水素(H2)ガス１ksccmを供給し、チャンバ内圧力を１kPaに調整し、基板キャリアを移動させながら基板全面に多結晶ｉ型シリコン層薄膜を形成した。基板の周辺を除いた４５ｃｍ×３５ｃｍの範囲内では、シリコン膜厚が±１０％、膜質を示す結晶性(ラマン分光による結晶シリコンのピーク強度Icとアモルファスシリコンのピーク強度Iaの比のIc/Iaで評価)Ic/Iaは３〜５と良好な膜厚及び膜質均一性が確認された。
ここで、太陽電池を構成する多結晶のｉ型シリコン層を薄膜形成する場合、製膜ガスとして、シラン(SiH4)ガス１００sccmと水素(H2)ガス１ksccmを供給し、チャンバ内圧力を１kPaに調整し、基板キャリアを移動させながら基板全面に多結晶ｉ型シリコン層薄膜を形成した。基板の周辺を除いた４５ｃｍ×３５ｃｍの範囲内では、シリコン膜厚が±１０％、膜質を示す結晶性(ラマン分光による結晶シリコンのピーク強度Icとアモルファスシリコンのピーク強度Iaの比のIc/Iaで評価)Ic/Iaは３〜５と良好な膜厚及び膜質均一性が確認された。
アモルファスシリコンの製膜に関しても、製膜ガスとして、シラン(SiH4)ガス１００sccmと水素(H2)ガス２００sccmを供給し、チャンバ内圧力を１００Paに調整し、基板キャリアを移動させながら基板全面に多結晶ｉ型シリコン層薄膜を形成した。基板の周辺を除いた４５ｃｍ×３５ｃｍの範囲内では、シリコン膜厚が±１０％、水素含有量が１４〜１６％と良好な膜厚及び膜質均一性が確認された。
上述のように、均一性が確認出来たので、膜厚は必要量に応じ、基板の移動速度調節及び複数回の往復動作、プラズマ発生源の数量増加等に手段により設定可能である。また、太陽電池のｐ型層、n型層も適正なｐ型不純物ガス(B2H6等)、ｎ型不純物ガス(PH3等)を加えることで、作製できる。
またリニア電極であるがゆえ、５０ｃｍの広幅化を更に広幅化することも容易であり、３ｍ幅化も本技術で可能である。基板の長さは、実施例では４０ｃｍとしたが基板搬送長を変えることで任意に設定できる。
上述のように、均一性が確認出来たので、膜厚は必要量に応じ、基板の移動速度調節及び複数回の往復動作、プラズマ発生源の数量増加等に手段により設定可能である。また、太陽電池のｐ型層、n型層も適正なｐ型不純物ガス(B2H6等)、ｎ型不純物ガス(PH3等)を加えることで、作製できる。
またリニア電極であるがゆえ、５０ｃｍの広幅化を更に広幅化することも容易であり、３ｍ幅化も本技術で可能である。基板の長さは、実施例では４０ｃｍとしたが基板搬送長を変えることで任意に設定できる。
また、本手法は、ガラス/透明電極上に、ｐ型アモルファスシリコン/ｉ型アモルファスシリコン/ｎ型アモルファスシリコン及び裏面電極を積層したアモルファスシリコン太陽電池、ガラス/透明電極上に、ｐ型結晶性シリコン/ｉ型結晶性シリコン/ｎ型結晶性シリコン及び裏面電極を積層した結晶性シリコン太陽電池、アモルファスシリコンｐｉｎと結晶性シリコンｐｉｎを積層したタンデム型太陽電池及びトリプル型太陽電池の製造装置に適用できる。
この製造装置は、図１８に示されるように、ｐ層、ｉ層、ｎ層を、連続処理するよう、ｐ室、ｉ室、ｎ室を並べて配置することができる。このときは、不純物ガスの他室への混入を防止する為、各室間にゲートバルブ２０を設ける又は作動排気室を設けることが必要である。
図１８では、ｉ型シリコン層のチャンバ１０では、プラズマ発生源１が３台設けられている。これは、ｉ型シリコン層の膜厚が、他のシリコン層に比べて厚いためである。このように、形成する膜厚等に応じて、複数のプラズマ発生源１を設けることも可能である。
図１８では、ｉ型シリコン層のチャンバ１０では、プラズマ発生源１が３台設けられている。これは、ｉ型シリコン層の膜厚が、他のシリコン層に比べて厚いためである。このように、形成する膜厚等に応じて、複数のプラズマ発生源１を設けることも可能である。
なお、図１８では、ｐ層、ｉ層、ｎ層をそれぞれ形成するチャンバ１０を３個設けた場合を示したが、例えば、これらのチャンバ１０を更に反復して設け６個とし、それぞれの成膜ガスを導入することにより、ｐｉｎ構造の多結晶シリコン層と、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層とを積層して２層構造としたタンデム構成の太陽電池を作成することが可能となる。
更に、チャンバ１０を更に反復して設け、９個とすることにより、ｐｉｎ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造としたトリプル構成の太陽電池を作成することも可能となる。
また、図１では、ｐ層、ｉ層、ｎ層の順に薄膜を形成する場合について述べたが、これに限定されることなく、ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に薄膜を形成しても良い。つまり、形成する薄膜に応じて、成膜ガス等を調整することにより、種々の薄膜を形成することが可能となる。
また、太陽電池の薄膜形成に限られることなく、液晶ディスプレイや半導体素子の薄膜形成にも適用することが可能であり、また、その用途も、薄膜形成に限定されることなく、エッチング、スパッタリング等、幅広く利用することが可能である。
更に、チャンバ１０を更に反復して設け、９個とすることにより、ｐｉｎ構造の多結晶シリコン層、ｐｉｎ構造のアモルファスシリコン層、ｐｉｎ構造の別の多結晶シリコン層を積層して３層構造としたトリプル構成の太陽電池を作成することも可能となる。
また、図１では、ｐ層、ｉ層、ｎ層の順に薄膜を形成する場合について述べたが、これに限定されることなく、ｎ層、ｉ層、ｐ層の順に薄膜を形成しても良い。つまり、形成する薄膜に応じて、成膜ガス等を調整することにより、種々の薄膜を形成することが可能となる。
また、太陽電池の薄膜形成に限られることなく、液晶ディスプレイや半導体素子の薄膜形成にも適用することが可能であり、また、その用途も、薄膜形成に限定されることなく、エッチング、スパッタリング等、幅広く利用することが可能である。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
１、１´ プラズマ発生源
２ ローラ
３ 基板キャリア
１０ チャンバ
１１ マイクロ波発生器
１２ 導波管
１７ 可変ショート
１００ 被処理基板
１２１ １次側導波管
１２２ 二次側導波管
１２３ ギャップ
１２４ 成膜ガス供給管
１２５ 誘電体窓
１２６ スロット
２ ローラ
３ 基板キャリア
１０ チャンバ
１１ マイクロ波発生器
１２ 導波管
１７ 可変ショート
１００ 被処理基板
１２１ １次側導波管
１２２ 二次側導波管
１２３ ギャップ
１２４ 成膜ガス供給管
１２５ 誘電体窓
１２６ スロット
Claims (12)
- 真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記プラズマ発生源は、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段から発せられたマイクロ波が伝播する導波管と、
前記導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、前記チャンバ内へ導くギャップと
を備えるプラズマ処理装置。 - 前記導波管は、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と
を備えており、
前記ギャップは、前記２次側導波管に設けられ、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部には、スロットが設けられ、
前記スロットは、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、開口幅が広く設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 前記導波管は、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と
を備えており、
前記ギャップは、前記２次側導波管に設けられ、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部には、スロットが設けられ、
前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、幅が狭くなっている請求項１に記載のプラズマ処理装置。 - 前記導波管は、当該導波管を伝播するマイクロ波が定在波となり、かつ定在波の電場強度の強い位置が時間的に常時変化するように、長さが変化する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記スロットは、磁場強度が強く、かつ電場強度が弱い場所に設けられる請求項１から請求項４のいずれかの項に記載のプラズマ処理装置。
- 真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源と、前記プラズマ発生源から発生したプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に対して薄膜の形成を行うプラズマ薄膜形成装置であって、
前記プラズマ発生源は、
マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される２次側導波管と、
成膜ガスを前記２次側導波管に供給する成膜ガス供給管と、
前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させ、前記チャンバ内へ導くギャップと、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットと
を備えるプラズマ薄膜形成装置。 - 請求項６に記載のプラズマ薄膜形成装置により形成された薄膜を備える太陽電池。
- 請求項６に記載のプラズマ薄膜形成装置を用いた太陽電池の製造方法。
- 真空処理可能なチャンバ内でプラズマを発生させるプラズマ発生源により発生されたプラズマを用いて、前記プラズマ発生源に対向した状態で相対的に移動する被処理基板に処理を行うプラズマ処理方法であって、
前記プラズマ発生源は、導波管にマイクロ波を伝播させることにより、導波管の長手方向に延在して設けられたギャップにてプラズマを生成させて、プラズマを前記チャンバ内へ導くプラズマ処理方法。 - マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、
前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットと
を備え、
前記スロットは、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、開口幅が広く設けられているプラズマ発生源。 - マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、
前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットと
を備え、
前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、前記マイクロ波発生手段から遠ざかるほど、幅が狭くなっているプラズマ発生源。 - マイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、
前記マイクロ波発生手段からマイクロ波が供給される固定長の１次側導波管と、
前記１次側導波管の側部に結合されて、前記１次側導波管を伝播するマイクロ波の一部が導入される固定長の２次側導波管と、
前記２次側導波管の長手方向に延在して設けられ、プラズマを発生させるギャップと、
前記１次側導波管と前記２次側導波管との結合部に設けられるスロットと
を備え、
前記１次側導波管及び前記２次側導波管は、当該導波管を伝播するマイクロ波が定在波となり、かつ定在波の電場強度の強い位置が時間的に常時変化するように、長さが変化するプラズマ発生源。
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| CN111492720A (zh) * | 2017-12-18 | 2020-08-04 | 国立大学法人东海国立大学机构 | 等离子体产生装置 |
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