JP2011181832A - Thin film forming device - Google Patents

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Kazuki Takizawa
一樹 滝澤
Naomasa Miyatake
直正 宮武
Kazutoshi Murata
和俊 村田
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a thin film in a short time by improving a generation concentration of plasma when forming the thin film on a substrate using the plasma. <P>SOLUTION: A thin film forming device which forms the thin film on the substrate includes a film forming container including a film forming space where the thin film is formed on the substrate in a pressure-reduced state, a material gas introduction portion which introduces a material gas for the thin film into the film forming space in the film forming container, and a plasma electrode portion which generates the plasma in the film forming space using the material gas for the thin film. The plasma electrode portion includes as an electrode for plasma generation a plate member where a current flows from one end surface to the other end surface, the plate member being arranged with a first main surface thereof directed to the film forming space and being provided with an uneven portion, which extends in a direction orthogonal to a current direction, on the second main surface opposed to the first main surface. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマを用いて基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。   The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate using plasma.

従来より、基板に薄膜を形成するためにCVD(Chemical Vapor Deposition)装置が用いられる。特に、CVD装置を用いて薄膜太陽電池に用いるアモルファスSi薄膜をガラス基板に形成するプロセスが注目されている。アモルファスSi薄膜の形成では、例えば、モノシラン(SiH4)をプラズマ化して、ガラス基板上にアモルファスSi薄膜を形成する。近年、薄膜太陽電池用パネルは大型化しており、大型のパネルに均一なアモルファスSi薄膜を形成することが望まれている。このために、プラズマCVD装置では、高密度なプラズマが均一に形成されること必要である。 Conventionally, a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus is used to form a thin film on a substrate. In particular, a process of forming an amorphous Si thin film used for a thin film solar cell on a glass substrate by using a CVD apparatus has attracted attention. In the formation of the amorphous Si thin film, for example, monosilane (SiH 4 ) is turned into plasma to form the amorphous Si thin film on the glass substrate. In recent years, thin-film solar cell panels have become larger, and it is desired to form a uniform amorphous Si thin film on a large panel. For this reason, in a plasma CVD apparatus, it is necessary to form a high-density plasma uniformly.

例えば、プラズマCVD装置の一例として、プラズマ生成室内に複数本の高周波アンテナを設置し、該高周波アンテナにて該プラズマ生成室内ガスに高周波電力を印加して誘導結合型プラズマを発生させるプラズマ生成方法およびプラズマ生成装置が知られている(特許文献1)。
当該プラズマ生成方法およびプラズマ生成装置は、複数本の高周波アンテナのうち少なくとも一部の複数本の高周波アンテナについては、順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置する。さらに、この複数本の高周波アンテナは、該順次隣り合わせて、且つ、各隣り合うもの同士が互いに向かい合った並列配置となるように設置する。この高周波アンテナのそれぞれに印加する高周波電圧の位相を制御することで誘導結合プラズマにおける電子温度を制御する。
For example, as an example of a plasma CVD apparatus, a plasma generation method in which a plurality of high-frequency antennas are installed in a plasma generation chamber, and inductively coupled plasma is generated by applying high-frequency power to the plasma generation chamber gas with the high-frequency antenna; A plasma generator is known (Patent Document 1).
In the plasma generation method and the plasma generation apparatus, at least some of the plurality of high-frequency antennas are sequentially arranged adjacent to each other, and the adjacent ones are arranged in parallel with each other facing each other. Install. Further, the plurality of high-frequency antennas are installed adjacent to each other in such a manner that the adjacent antennas are arranged in parallel with each other facing each other. The electron temperature in the inductively coupled plasma is controlled by controlling the phase of the high frequency voltage applied to each of the high frequency antennas.

また、真空容器と、前記真空容器の壁面に設けられた開口部と、前記開口部を気密に覆うように取り付けられる板状の高周波アンテナ導体と、を備えるプラズマ生成装置が知られている(特許文献2)。
当該プラズマ生成装置は、プラズマ生成装置の開口部に高周波アンテナ導体が取り付けられた構造のため、広い範囲に亘って均一性が高いプラズマを生成することができる。
There is also known a plasma generation device including a vacuum vessel, an opening provided on a wall surface of the vacuum vessel, and a plate-like high-frequency antenna conductor attached so as to cover the opening in an airtight manner (patent) Reference 2).
Since the plasma generation apparatus has a structure in which a high-frequency antenna conductor is attached to the opening of the plasma generation apparatus, it is possible to generate plasma with high uniformity over a wide range.

特開2007−149639号公報JP 2007-149639 A WO2009/142016A1WO2009 / 142016A1

図6(a)は、板状の高周波アンテナ導体を用いたプラズマ成膜装置の一例の構成を簡略化して説明する図である。図5(a)に示すプラズマ成膜装置100は、電極板102が成膜容器104の成膜室外に、隔壁106を隔てて設けられ、隔壁106の、成膜空間に面する側の面には、誘電体108が設けられる。誘電体108の対向する位置には、薄膜を形成するためのガラス基板Gが配置される。ガラス基板Gは、ヒータ110上に設けられたサセプタ112に載置される。   FIG. 6A is a diagram illustrating a simplified configuration of an example of a plasma film forming apparatus using a plate-like high-frequency antenna conductor. In the plasma film forming apparatus 100 shown in FIG. 5A, an electrode plate 102 is provided outside the film forming chamber of the film forming container 104 with a partition wall 106 therebetween, and on the surface of the partition wall 106 facing the film forming space. Is provided with a dielectric 108. A glass substrate G for forming a thin film is disposed at a position facing the dielectric 108. The glass substrate G is placed on a susceptor 112 provided on the heater 110.

図6(b)は、成膜空間に磁場を生成する電極板102の概略斜視図である。電極板102は、図6(b)に示すように、板状の電極である。電極板102の一方の端面は、数10MHzの高周波電源に接続され、電極板102の他方の端面は接地されている。電極板102では、電流がX方向に流れる。この電極板102を用いてプラズマを生成する方式では、上述の互いに隣り合わせた複数の高周波アンテナにより生成された高電圧を用いてプラズマを生成する装置と異なり、生成された磁場を用いてプラズマが生成される。
しかし、この電極板102により生成されるプラズマの密度は、アモルファスSi薄膜を形成するには十分でなく、成膜速度が遅いといった問題がある。また、複数本の高周波アンテナに高周波電力を給電することにより誘導結合型プラズマを発生させる上述の公知のプラズマ生成方法およびプラズマ生成装置についても十分なプラズマ密度を均一に生成することができないといった問題がある。
FIG. 6B is a schematic perspective view of the electrode plate 102 that generates a magnetic field in the film formation space. The electrode plate 102 is a plate-like electrode as shown in FIG. One end face of the electrode plate 102 is connected to a high frequency power supply of several tens of MHz, and the other end face of the electrode plate 102 is grounded. In the electrode plate 102, current flows in the X direction. In the method of generating plasma using the electrode plate 102, the plasma is generated using the generated magnetic field, unlike the above-described apparatus that generates plasma using high voltage generated by a plurality of adjacent high frequency antennas. Is done.
However, the density of the plasma generated by the electrode plate 102 is not sufficient for forming an amorphous Si thin film, and there is a problem that the film forming speed is slow. In addition, the above-described known plasma generation method and plasma generation apparatus that generate inductively coupled plasma by supplying high-frequency power to a plurality of high-frequency antennas have a problem that a sufficient plasma density cannot be generated uniformly. is there.

そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、プラズマを用いて基板に薄膜を形成するとき、プラズマ密度を向上させて薄膜の形成を効率よく行うことのできる薄膜形成装置を提供することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a thin film forming apparatus capable of efficiently forming a thin film by improving the plasma density when forming a thin film on a substrate using plasma. With the goal.

本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に、薄膜用原料ガスを導入する原料ガス導入部と、
前記成膜空間において、前記薄膜用原料ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れる板部材であって、前記板部材の第1の主面が前記成膜空間に向くように配置され、前記第1の主面と対向する第2の主面には、電流方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が設けられている電極板を、プラズマ生成用電極として備える、ことを特徴とする薄膜形成装置である。
One aspect of the present invention is a thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate,
A film formation container having a film formation space for forming a thin film on a substrate in a reduced pressure state;
A raw material gas introduction section for introducing a raw material gas for a thin film into the film formation space of the film formation container;
A plasma electrode unit for generating plasma using the thin film source gas in the film formation space;
The plasma electrode portion is a plate member in which an electric current flows from one end surface to the other end surface, and is arranged so that a first main surface of the plate member faces the film formation space, and the first main surface The thin film forming apparatus is characterized in that an electrode plate provided with a concavo-convex portion extending along a direction orthogonal to the current direction is provided as a plasma generation electrode on the second main surface facing the surface.

その際、前記凹凸部は、前記電流方向と直交する方向に沿って前記第2の主面から立設する薄板部材により形成されている、ことが好ましい。   In that case, it is preferable that the said uneven | corrugated | grooved part is formed of the thin-plate member standingly arranged from the said 2nd main surface along the direction orthogonal to the said electric current direction.

なお、前記電極板を、第1の電極板というとき、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れる板部材であって、前記板部材の第3の主面が前記成膜空間に向くように配置され、前記第3の主面に対向する第4の主面には、電流方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が設けられている第2の電極板を、プラズマ生成用電極として前記第1の電極板に離間して備える。このとき、前記第2の電極板は、前記第1の電極板に並行するように配置され、前記第1の電極板および前記第2の電極板のそれぞれの前記凹凸部のうち、前記第1の電極板及び前記第2の電極板同士が隣り合う側の端部における凸部の高さが、それ以外の位置における高さに比べて高い、ことが好ましい。
When the electrode plate is referred to as a first electrode plate,
The plasma electrode portion is a plate member in which an electric current flows from one end surface to the other end surface, and is arranged such that a third main surface of the plate member faces the film formation space, and the third main surface A second electrode plate provided with a concavo-convex portion extending along a direction orthogonal to the current direction is spaced apart from the first electrode plate as a plasma generation electrode. Prepare. At this time, the second electrode plate is disposed so as to be parallel to the first electrode plate, and the first electrode plate and the second electrode plate among the concavo-convex portions of the first electrode plate. It is preferable that the height of the convex portion at the end portion on the side where the electrode plate and the second electrode plate are adjacent to each other is higher than the height at other positions.

また、前記前記第1の電極板および前記第2の電極板のそれぞれの前記凹凸部のうち、凸部の高さが、前記第1の電極板及び前記第2の電極板の隣り合う側の端部から離れるにしたがって低くなっている、ことが好ましい。   In addition, among the concavo-convex portions of the first electrode plate and the second electrode plate, the height of the convex portion is on the side adjacent to the first electrode plate and the second electrode plate. It is preferable that it becomes low as it leaves | separates from an edge part.

前記凹凸部は、前記第2の主面の全体に設けられている、ことが好ましい。   The uneven portion is preferably provided on the entire second main surface.

上述の薄膜形成装置では、生成されるプラズマ密度を高くし、薄膜の形成を効率よく行うことができる。   In the above-described thin film forming apparatus, the generated plasma density can be increased and the thin film can be formed efficiently.

本発明の一実施形態である薄膜形成装置の構成を表す概略図である。It is the schematic showing the structure of the thin film forming apparatus which is one Embodiment of this invention. 図1に示す薄膜形成装置に用いる電極板の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the electrode plate used for the thin film forming apparatus shown in FIG. 図1に示す薄膜形成装置に用いる電極板の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the electrode plate used for the thin film forming apparatus shown in FIG. 図1に示す薄膜形成装置に用いる電極板の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the electrode plate used for the thin film forming apparatus shown in FIG. 電極板を流れる電流の大小を説明する図である。It is a figure explaining the magnitude of the electric current which flows through an electrode plate. (a),(b)は、従来の薄膜形成装置に用いる電極板の例を説明する図である。(A), (b) is a figure explaining the example of the electrode plate used for the conventional thin film formation apparatus.

以下、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態である薄膜形成装置10の構成を示す概略図である。
Hereinafter, the thin film forming apparatus of the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a thin film forming apparatus 10 according to an embodiment of the present invention.

図1に示す薄膜形成装置10は、生成されるプラズマを用いて、基板に薄膜を形成するCVD装置である。薄膜形成装置10は、電極板を流れる電流によって生成される磁界により、プラズマを生成する方式である。この方式は、モノポールアンテナ等のアンテナ素子等の共振により発生する高電圧によりプラズマを生成する方式と異なる。   A thin film forming apparatus 10 shown in FIG. 1 is a CVD apparatus that forms a thin film on a substrate using generated plasma. The thin film forming apparatus 10 is a system that generates plasma by a magnetic field generated by a current flowing through an electrode plate. This method is different from a method in which plasma is generated by a high voltage generated by resonance of an antenna element such as a monopole antenna.

(薄膜形成装置)
以下、薄膜としてアモルファスSi薄膜を形成する例を用いて、薄膜形成装置10について説明する。
薄膜形成装置10は、給電ユニット12と、成膜容器14と、ガス供給部16と、ガス排気部18と、を有する。
(Thin film forming equipment)
Hereinafter, the thin film forming apparatus 10 will be described using an example of forming an amorphous Si thin film as a thin film.
The thin film forming apparatus 10 includes a power supply unit 12, a film forming container 14, a gas supply unit 16, and a gas exhaust unit 18.

給電ユニット12は、高周波電源22と、高周波ケーブル24と、マッチングボックス26と、伝送線28,29と、電極板30と、を有する。
高周波電源22は、例えば、100〜1000Wで数10MHzの高周波電力を電極板30に給電する。マッチングボックス26は、高周波ケーブル24を通して提供される電力が電極板30に効率よく供給されるように、インピーダンスを整合する。マッチングボックス26は、キャパシタおよびインダクタ等の素子を設けた公知の整合回路を備える。
マッチングボックス26から延びる伝送線28は、例えば、一定の幅を備える銅板状の伝送線路であり、電極板30へ数アンペアの電流を流すことができる。
伝送線29は、電極板30から延び接地されている。
The power supply unit 12 includes a high frequency power supply 22, a high frequency cable 24, a matching box 26, transmission lines 28 and 29, and an electrode plate 30.
The high frequency power supply 22 supplies high frequency power of several tens of MHz to the electrode plate 30 at 100 to 1000 W, for example. The matching box 26 matches impedance so that power supplied through the high-frequency cable 24 is efficiently supplied to the electrode plate 30. The matching box 26 includes a known matching circuit provided with elements such as a capacitor and an inductor.
The transmission line 28 extending from the matching box 26 is, for example, a copper plate-like transmission line having a certain width, and can pass a current of several amperes to the electrode plate 30.
The transmission line 29 extends from the electrode plate 30 and is grounded.

電極板30は、後述する隔壁32上に固定された一方向に長い板部材であって、この板部材の第1の主面が成膜容器14内の成膜空間に向いて並行に配置されている。電極板30は、伝送線28が接続されている端面と伝送線29が接続されている端面との間の、板部材の長手方向に沿って電流を流す。電極板30は、第1の主面と対向する第2の主面には、電流の流れる方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が複数設けられている。この点は、後述する。   The electrode plate 30 is a plate member that is long in one direction fixed on a partition wall 32 to be described later, and the first main surface of the plate member is arranged in parallel toward the film formation space in the film formation container 14. ing. The electrode plate 30 allows current to flow along the longitudinal direction of the plate member between the end face to which the transmission line 28 is connected and the end face to which the transmission line 29 is connected. The electrode plate 30 is provided with a plurality of concavo-convex portions extending along a direction orthogonal to the direction of current flow on the second main surface facing the first main surface. This point will be described later.

成膜容器14は、内部空間38を容器内に有し、内部空間38は、隔壁32により上部空間と下部の成膜空間40に区分けされている。成膜容器14は、例えば、アルミニウム等の材質で形成されて内部空間38を1〜100Paの減圧状態にできるように、密閉された筐体である。成膜容器14の上部空間には、マッチングボックス26と、伝送線28,29と、電極板30と、を有する。隔壁32の上部空間に面する側には、電極板30が固定されている。電極板30の周囲には、周囲の隔壁32と電気的に絶縁するための絶縁部材34が設けられている。一方、隔壁32の成膜空間40に面する側には、誘電体36が設けられている。誘電体36には、例えば石英板が用いられる。誘電体36を設けるのは、プラズマによる電極板30の腐食を防ぎ、かつ効率よくプラズマへ電力を伝播させるためである。   The film formation container 14 has an internal space 38 in the container, and the internal space 38 is divided into an upper space and a lower film formation space 40 by a partition wall 32. The film forming container 14 is a case that is made of a material such as aluminum and sealed so that the internal space 38 can be in a reduced pressure state of 1 to 100 Pa. A matching box 26, transmission lines 28 and 29, and an electrode plate 30 are provided in the upper space of the film forming container 14. An electrode plate 30 is fixed to the side of the partition wall 32 facing the upper space. An insulating member 34 for electrically insulating the surrounding partition wall 32 is provided around the electrode plate 30. On the other hand, a dielectric 36 is provided on the side of the partition wall 32 facing the film formation space 40. For the dielectric 36, for example, a quartz plate is used. The reason why the dielectric 36 is provided is to prevent the electrode plate 30 from being corroded by plasma and efficiently propagate power to the plasma.

成膜容器14の成膜空間40には、ヒータ42と、サセプタ44と、昇降機構46と、が設けられている。
ヒータ42は、サセプタ44に載置するガラス基板20を所定の温度、例えば250℃程度に加熱する。
サセプタ44は、ガラス基板20を載置する。
昇降機構46は、ガラス基板20を載置したサセプタ44をヒータ42ともに、成膜空間40内を自在に昇降する。成膜プロセス段階では、電極板30に近接するように、ガラス基板20を所定の位置にセットする。
In the film formation space 40 of the film formation container 14, a heater 42, a susceptor 44, and an elevating mechanism 46 are provided.
The heater 42 heats the glass substrate 20 placed on the susceptor 44 to a predetermined temperature, for example, about 250 ° C.
The susceptor 44 places the glass substrate 20 thereon.
The elevating mechanism 46 moves the susceptor 44 on which the glass substrate 20 is placed together with the heater 42 freely in the film forming space 40. In the film forming process stage, the glass substrate 20 is set at a predetermined position so as to be close to the electrode plate 30.

ガス供給部16は、ガスタンク48と、マスフローコントローラ50と、を有する。
ガスタンク48は、薄膜用原料ガスであるモノシランガス(SiH4)を貯蔵する。
マスフローコントローラ50は、モノシランガスの流量を調整する部分である。例えば
形成される膜の膜厚や膜質等の結果に応じてモノシランガスの流量を調整することができる。モノシランガスは、成膜容器14の成膜空間40の側壁から成膜空間40内に供給される。
The gas supply unit 16 includes a gas tank 48 and a mass flow controller 50.
The gas tank 48 stores monosilane gas (SiH 4 ), which is a raw material gas for a thin film.
The mass flow controller 50 is a part that adjusts the flow rate of the monosilane gas. For example, the flow rate of the monosilane gas can be adjusted according to the results of the film thickness and film quality of the formed film. The monosilane gas is supplied into the film formation space 40 from the side wall of the film formation space 40 of the film formation container 14.

ガス排気部18は、成膜空間40内の側壁から延びる排気管と、ターボ分子ポンプ52と、ドライポンプ54と、を有する。ドライポンプ54は、成膜空間40内を粗引きし、ターボ分子ポンプ52は、成膜空間40内の圧力を1×10-4Pa以下に高精度に減圧維持する。ターボ分子ポンプ52とドライポンプ54とは、排気管で接続されている。 The gas exhaust unit 18 includes an exhaust pipe extending from a side wall in the film formation space 40, a turbo molecular pump 52, and a dry pump 54. The dry pump 54 roughens the inside of the film forming space 40, and the turbo molecular pump 52 maintains the pressure in the film forming space 40 at a reduced pressure of 1 × 10 −4 Pa or less with high accuracy. The turbo molecular pump 52 and the dry pump 54 are connected by an exhaust pipe.

(電極板)
図2は、給電ユニット12に用いられる電極板30の一例の斜視図である。
電極板30は、電極板30の第1の主面30aが内部空間40に向くように、隔壁32に固定されている。第1の主面30aは、板状部材の平面そのものである。一方、第1の主面30aに対向する第2の主面30bには、電流方向(図中、X方向)に直交する方向に沿って第2の主面30bから立設する薄板部材30cにより凹凸部が形成されてフィン形状を成している。薄板部材30cは、電極板30の電流の流れる方向(図中、X方向)に直交する方向の端から端まで延びている。また、薄板部材30cは、電極板30の電流の流れる方向に沿って端から端まで、一定の間隔で立設している。薄板部材30cの厚さは、例えば1〜10mmである。
電極板30および薄板状部材30cは、例えば、銅、アルミニウム等が用いられる。
(Electrode plate)
FIG. 2 is a perspective view of an example of the electrode plate 30 used in the power supply unit 12.
The electrode plate 30 is fixed to the partition wall 32 so that the first main surface 30 a of the electrode plate 30 faces the internal space 40. The first main surface 30a is the flat surface of the plate member. On the other hand, the second main surface 30b facing the first main surface 30a is formed by a thin plate member 30c erected from the second main surface 30b along a direction orthogonal to the current direction (X direction in the figure). Concave and convex portions are formed to form a fin shape. The thin plate member 30c extends from end to end in a direction orthogonal to the direction of current flow in the electrode plate 30 (X direction in the figure). Further, the thin plate member 30c is erected at a constant interval from end to end along the direction of current flow of the electrode plate 30. The thickness of the thin plate member 30c is, for example, 1 to 10 mm.
For the electrode plate 30 and the thin plate member 30c, for example, copper, aluminum or the like is used.

このように、第2の主面20bに複数の薄板部材30cを立設するのは、第1の主面30aの表層に流れる電流を高めるためである。
具体的には、電極板30を流れる高周波の電流は表面効果により、第1の主面30a,第2の主面30bの表層に集まる。しかし、第2の主面30bは、薄板部材30cにより、電流の流れる方向に沿って断面積が大きく変化しているので、第2の主面30bの表層を流れる抵抗(インピーダンス)は、第1の主面30aの表層を流れる電流の受ける抵抗に比べて大きい。このため、第1の主面30aの表層を流れる電流は、第2の主面30bに薄板部材30cを設けない場合に比べて大きい。このため、第1の主面30aの表層を流れる大きな電流により、成膜空間40内に形成される磁場は、薄板部材30cが設けられていない電極板(図6(b)参照)に比べて大きくなる。このため、従来に比べて磁場により生成されるプラズマは高密度化される。しかも、電極板30を用いて磁場を生成するので、薄膜形成装置10は広範囲に均一な磁場を生成することができ、その結果、広範囲に高密度のプラズマを生成することができる。
The reason why the plurality of thin plate members 30c are erected on the second main surface 20b is to increase the current flowing in the surface layer of the first main surface 30a.
Specifically, the high-frequency current flowing through the electrode plate 30 gathers on the surface layers of the first main surface 30a and the second main surface 30b due to surface effects. However, since the cross-sectional area of the second main surface 30b varies greatly along the direction of current flow due to the thin plate member 30c, the resistance (impedance) flowing through the surface layer of the second main surface 30b is the first This is larger than the resistance received by the current flowing through the surface layer of the main surface 30a. For this reason, the electric current which flows through the surface layer of the 1st main surface 30a is large compared with the case where the thin plate member 30c is not provided in the 2nd main surface 30b. For this reason, the magnetic field formed in the film formation space 40 due to the large current flowing through the surface layer of the first main surface 30a is larger than that of the electrode plate (see FIG. 6B) where the thin plate member 30c is not provided. growing. For this reason, the plasma generated by the magnetic field is densified as compared with the conventional case. Moreover, since the magnetic field is generated using the electrode plate 30, the thin film forming apparatus 10 can generate a uniform magnetic field over a wide range, and as a result, can generate high-density plasma over a wide range.

なお、電極板30を流れる電流の表層は、電極板30の電気抵抗率、電流の周波数、および、電極板30の透磁率に依存して定まるが、銅あるいはアルミニウムを材質とし、電流の周波数を数10MHzとする場合、表層の深さはおよそ0.1mm程度である。したがって、第1の主面30aと第2の主面30bの表層を流れる電流を考慮して、電極板20(薄板部材30cを除く)の厚さは、0.2mmより厚いことが好ましい。   The surface layer of the current flowing through the electrode plate 30 is determined depending on the electrical resistivity of the electrode plate 30, the frequency of the current, and the magnetic permeability of the electrode plate 30, but copper or aluminum is used as a material, and the current frequency is In the case of several tens of MHz, the depth of the surface layer is about 0.1 mm. Therefore, the thickness of the electrode plate 20 (excluding the thin plate member 30c) is preferably greater than 0.2 mm in consideration of the current flowing through the surface layers of the first main surface 30a and the second main surface 30b.

図2に示す電極板30の薄板部材30cは、いずれも同じ高さであるが、薄板部30cの高さは一定である必要はなく、1つの薄板部材30cの中で分布を持たせることもできる。例えば、電極板30の幅方向(X方向と直交する方向)の中央部で高さを高くしてもよいし、電極板30の幅方向の両側で薄板部材30cの高さを高くしてもよい。また、X方向に沿った各位置に応じて、薄板部材30cの高さに分布を持たせることもできる。電極板30は、薄板部材30cの高さの代わりに、凹部の深さを変えてもよい。少なくとも、第2の主面30bのX方向に沿った位置に応じて電流の流れる方向の断面の面積が変化していればよい。第2の主面30bに設ける薄板部材30cの数も限定されない。   The thin plate members 30c of the electrode plate 30 shown in FIG. 2 are all the same height, but the height of the thin plate portion 30c does not have to be constant, and may be distributed in one thin plate member 30c. it can. For example, the height may be increased at the center in the width direction (direction orthogonal to the X direction) of the electrode plate 30, or the height of the thin plate member 30 c may be increased on both sides in the width direction of the electrode plate 30. Good. Further, the height of the thin plate member 30c can be distributed according to each position along the X direction. The electrode plate 30 may change the depth of the recess instead of the height of the thin plate member 30c. It suffices that at least the cross-sectional area in the direction in which the current flows changes according to the position along the X direction of the second main surface 30b. The number of thin plate members 30c provided on the second main surface 30b is not limited.

また、薄板部材30cは、電極板30を電流が流れることにより発生する熱を放熱する点でも、有効である。なお、電極板30の第2の主面30bには、フィン形状の薄板部材30cが設けられることに限定されず、電流の流れる方向と直交する方向に沿って伸びる凹凸を備えればよい。電極板30には、少なくとも、第2の主面30bの表層を流れる電流の抵抗を大きくするような凹凸が設けられるとよい。   The thin plate member 30c is also effective in dissipating heat generated by the current flowing through the electrode plate 30. The second main surface 30b of the electrode plate 30 is not limited to being provided with the fin-shaped thin plate member 30c, but may be provided with unevenness extending along a direction perpendicular to the direction of current flow. The electrode plate 30 may be provided with at least irregularities that increase the resistance of the current flowing through the surface layer of the second main surface 30b.

(第1変形例)
図3は、電極板30とは異なる電極板60の斜視図である。
電極板60の、成膜空間40を向く第1の主面60aには、電流の流れる方向(図中、X方向)に沿って延びる溝状の凹部60dが複数設けられている。第2の主面60bには、図2に示す薄板部材30cと同様の薄板部材60cが設けられている。第2の主面60bには、薄板部材60cが設けられているので、第2の主面60bの表層を電流は流れ難い。このため、第1の主面60aの表層に大きな電流が流れる。
(First modification)
FIG. 3 is a perspective view of an electrode plate 60 different from the electrode plate 30.
On the first main surface 60a of the electrode plate 60 facing the film formation space 40, a plurality of groove-shaped recesses 60d extending along the direction of current flow (X direction in the figure) are provided. The second main surface 60b is provided with a thin plate member 60c similar to the thin plate member 30c shown in FIG. Since the thin plate member 60c is provided on the second main surface 60b, it is difficult for current to flow through the surface layer of the second main surface 60b. For this reason, a large current flows through the surface layer of the first main surface 60a.

図3に示す例では、第1の主面60aに設けられる凹部60dとして、直線的に傾斜した傾斜面で凹部が形成されたX方向に延びる溝が設けられている。このため、電極板60は、第1の主面30aの表面積が、溝がない場合に比べて大きい。電極板60を流れる高周波の電流は表面効果により、第1の主面30a,第2の主面30bの表層に集まる。しかし、第1の主面60aは、溝がない場合に比べて表面積が大きいので、第1の主面60aの表層を流れる電流は、溝がない場合に比べて大きい。このため、第2の主面60bの表層を電流は流れ難いことと合わせて、第1の主面60aの表層を流れる電流は一層大きくなる。これにより、成膜空間40内に形成される磁場は、凹部60dが設けられていない電極板(図5(b)参照)に比べてより大きくなる。このため、従来に比べて磁場により生成されるプラズマは高密度化される。しかも、電極板60を用いて磁場を生成するので、広範囲に均一な磁場が生成され、その結果、広範囲に高密度のプラズマを生成することができる。   In the example illustrated in FIG. 3, a groove extending in the X direction in which a concave portion is formed on a linearly inclined surface is provided as the concave portion 60 d provided on the first main surface 60 a. For this reason, as for the electrode plate 60, the surface area of the 1st main surface 30a is large compared with the case where there is no groove | channel. The high-frequency current flowing through the electrode plate 60 gathers on the surface layers of the first main surface 30a and the second main surface 30b due to surface effects. However, since the first main surface 60a has a larger surface area than when there is no groove, the current flowing through the surface layer of the first main surface 60a is larger than when there is no groove. For this reason, the current flowing through the surface layer of the first main surface 60a is further increased together with the fact that current does not easily flow through the surface layer of the second main surface 60b. Thereby, the magnetic field formed in the film forming space 40 becomes larger than that of the electrode plate (see FIG. 5B) not provided with the recess 60d. For this reason, the plasma generated by the magnetic field is densified as compared with the conventional case. Moreover, since the magnetic field is generated using the electrode plate 60, a uniform magnetic field is generated over a wide range, and as a result, high-density plasma can be generated over a wide range.

(第2変形例)
図4は、大面積のプラズマを生成するために、電極板62,64を設ける場合の例を説明する図である。
電極板62,64は、図1に示す隔壁32に固定される。このとき、電極板62,64は電流の流れる方向に並列するように配置される。電極板62,64は、電極板30の薄板部材30cと同様に、成膜空間40の側に向く第1の主面62a,64aと対向する第2の主面62b,64bの側に薄板部材62c,64cが一定の間隔で第2の主面62b,64bから立設しフィン形状を成している。
さらに、電極板62および電極板64のそれぞれの薄板部材62c,64cは、X方向と直交する方向において、立設する高さが変化する。具体的には、電極板62と電極板64同士が隣り合う側の端部における薄板部材62c、64cの高さが、それ以外の位置における高さに比べて高くなっている。より具体的には、最も高い位置、すなわち、電極板62と電極板64とが隣り合う薄板部材62c,64cの端部の位置から離れるにしたがって、高さが徐々に低くなっている。
(Second modification)
FIG. 4 is a diagram for explaining an example in which electrode plates 62 and 64 are provided in order to generate a large-area plasma.
The electrode plates 62 and 64 are fixed to the partition wall 32 shown in FIG. At this time, the electrode plates 62 and 64 are arranged in parallel in the direction in which the current flows. Similarly to the thin plate member 30c of the electrode plate 30, the electrode plates 62 and 64 are thin plate members on the second main surfaces 62b and 64b facing the first main surfaces 62a and 64a facing the film formation space 40. 62c and 64c are erected from the second main surfaces 62b and 64b at regular intervals to form a fin shape.
Further, the height of the thin plate members 62c and 64c of the electrode plate 62 and the electrode plate 64 varies in the direction orthogonal to the X direction. Specifically, the height of the thin plate members 62c and 64c at the end portion on the side where the electrode plate 62 and the electrode plate 64 are adjacent to each other is higher than the height at other positions. More specifically, the height gradually decreases as the electrode plate 62 and the electrode plate 64 move away from the positions of the end portions of the adjacent thin plate members 62c and 64c.

このように、薄板部材62c,64cの高さを、電極板62と電極板64とが隣り合う側の端部で最も高くし、この位置から離れるにしたがって、徐々に低くするのは、電極板62,64の第1の主面62a,64aの表層に均一な電流を流すためである。
図5に示すように、電極板30を2つ並列して配置した場合、2つの電極板30が隣り合う側の端部では電流が流れ難い場合がある。このため、この部分の電流により生成される磁場は低く、その結果、2つの電極板が隣り合う部分でのプラズマ密度は低下する場合がある。そのため、場合によっては、均一なプラズマが生成されない。
しかし、薄板部材62c,64cのように、電極板62と電極板64同士が隣り合う側の薄板部材62c,64cの端部の高さを最も高くすることにより、第1の主面62a,64aにおける、電極板62と電極板64同士が隣り合う側の端部で電流を流れ易くすることができる。これにより、電極板62,64を用いて均一な磁場を形成することができ、均一かつ高密度なプラズマを生成することができる。
As described above, the height of the thin plate members 62c and 64c is highest at the end on the side where the electrode plate 62 and the electrode plate 64 are adjacent to each other, and gradually decreases as the distance from the position increases. This is because a uniform current flows through the surface layers of the first main surfaces 62a and 64a of 62 and 64.
As shown in FIG. 5, when two electrode plates 30 are arranged in parallel, current may not easily flow at the end portion on the side where the two electrode plates 30 are adjacent to each other. For this reason, the magnetic field produced | generated by the electric current of this part is low, As a result, the plasma density in the part which two electrode plates adjoin may fall. Therefore, in some cases, uniform plasma is not generated.
However, like the thin plate members 62c and 64c, the first main surfaces 62a and 64a are made higher by setting the height of the end portions of the thin plate members 62c and 64c on the side where the electrode plates 62 and 64 are adjacent to each other. The current can easily flow at the end of the electrode plate 62 and the electrode plate 64 adjacent to each other. Thereby, a uniform magnetic field can be formed using the electrode plates 62 and 64, and uniform and high-density plasma can be generated.

以上のように、プラズマを生成するために用いる電極板では、電流が一方の端面から他方の端面に流れる。この電極板の第1の主面が成膜空間に向き、この第1の主面と対抗する第2の主面に、電流の流れる方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が複数設けられている。このため、薄膜形成装置は、第1の主面に流れる電流を増大することができ、従来に比べて成膜空間内の磁場を高くすることができる。その結果、薄膜形成装置は、プラズマを高密度に生成することができる。   As described above, in the electrode plate used for generating plasma, current flows from one end face to the other end face. A first main surface of the electrode plate faces the film formation space, and a plurality of concave and convex portions extending along a direction perpendicular to the direction of current flow are provided on the second main surface facing the first main surface. ing. For this reason, the thin film forming apparatus can increase the current flowing through the first main surface, and can increase the magnetic field in the deposition space as compared with the conventional case. As a result, the thin film forming apparatus can generate plasma with high density.

以上、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。   The thin film forming apparatus of the present invention has been described in detail above. However, the thin film forming apparatus of the present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and modifications may be made without departing from the gist of the present invention. Of course.

10 薄膜形成装置
12 給電ユニット
14,104 成膜容器
16 ガス供給部
18 ガス排気部
20 ガラス基板
22 高周波電源
24 高周波ケーブル
26 マッチングボックス
28,29 伝送線
30,60,62,64,102 電極板
30a,60a,62a,64a 第1の主面
30b,60b,62b,64b 第2の主面
30c,60c,62c,64c 薄板部材
60d 溝部
32,106 隔壁
34 絶縁部材
36,108 誘電体
38 内部空間
40 成膜空間
42,110 ヒータ
44,112 サセプタ
46 昇降機構
48 ガスタンク
50 マスフローコントローラ
52 ターボ分子ポンプ
54 ドライポンプ
100 プラズマ成膜装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin film forming apparatus 12 Power supply unit 14,104 Film formation container 16 Gas supply part 18 Gas exhaust part 20 Glass substrate 22 High frequency power supply 24 High frequency cable 26 Matching box 28, 29 Transmission line 30, 60, 62, 64, 102 Electrode plate 30a , 60a, 62a, 64a First main surface 30b, 60b, 62b, 64b Second main surface 30c, 60c, 62c, 64c Thin plate member 60d Groove portion 32, 106 Partition wall 34 Insulating member 36, 108 Dielectric 38 Internal space 40 Deposition space 42, 110 Heater 44, 112 Susceptor 46 Elevating mechanism 48 Gas tank 50 Mass flow controller 52 Turbo molecular pump 54 Dry pump 100 Plasma film formation apparatus

Claims (5)

基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に、薄膜用原料ガスを導入する原料ガス導入部と、
前記成膜空間において、前記薄膜用原料ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れる板部材であって、前記板部材の第1の主面が前記成膜空間に向くように配置され、前記第1の主面と対向する第2の主面には、電流方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が設けられている電極板を、プラズマ生成用電極として備える、ことを特徴とする薄膜形成装置。
A thin film forming apparatus for forming a thin film on a substrate,
A film formation container having a film formation space for forming a thin film on a substrate in a reduced pressure state;
A raw material gas introduction section for introducing a raw material gas for a thin film into the film formation space of the film formation container;
A plasma electrode unit for generating plasma using the thin film source gas in the film formation space;
The plasma electrode portion is a plate member in which an electric current flows from one end surface to the other end surface, and is arranged so that a first main surface of the plate member faces the film formation space, and the first main surface A thin film forming apparatus comprising: an electrode plate provided with a concavo-convex portion extending along a direction orthogonal to the current direction on a second main surface facing the electrode as a plasma generating electrode.
前記凹凸部は、前記電流方向と直交する方向に沿って前記第2の主面から立設する薄板部材により形成されている、請求項1に記載の薄膜形成装置。   2. The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the concavo-convex portion is formed by a thin plate member standing from the second main surface along a direction orthogonal to the current direction. 前記電極板を、第1の電極板というとき、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れる板部材であって、前記板部材の第3の主面が前記成膜空間に向くように配置され、前記第3の主面に対向する第4の主面には、電流方向と直交する方向に沿って延びる凹凸部が設けられている第2の電極板を、プラズマ生成用電極として前記第1の電極板に離間して備え、
前記第2の電極板は、前記第1の電極板に並行するように配置され、
前記第1の電極板および前記第2の電極板のそれぞれの前記凹凸部のうち、前記第1の電極板及び前記第2の電極板同士が隣り合う側の端部における凸部の高さが、それ以外の位置における高さに比べて高い、請求項1または2項に記載の薄膜形成装置。
When the electrode plate is referred to as a first electrode plate,
The plasma electrode portion is a plate member in which an electric current flows from one end surface to the other end surface, and is arranged such that a third main surface of the plate member faces the film formation space, and the third main surface A second electrode plate provided with a concavo-convex portion extending along a direction orthogonal to the current direction is spaced apart from the first electrode plate as a plasma generation electrode. Prepared,
The second electrode plate is arranged in parallel with the first electrode plate,
Of the concavo-convex portions of the first electrode plate and the second electrode plate, the height of the convex portion at the end on the side where the first electrode plate and the second electrode plate are adjacent to each other is The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the thin film forming apparatus is higher than a height at other positions.
前記前記第1の電極板および前記第2の電極板のそれぞれの前記凹凸部のうち、凸部の高さが、前記第1の電極板及び前記第2の電極板の隣り合う側の端部から離れるにしたがって低くなっている、請求項3に記載の薄膜形成装置。   Of the concavo-convex portions of the first electrode plate and the second electrode plate, the height of the convex portion is an end portion on the adjacent side of the first electrode plate and the second electrode plate. The thin film formation apparatus of Claim 3 which becomes low as it leaves | separates from. 前記凹凸部は、前記第2の主面の全体に設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の薄膜形成装置。
The thin film forming apparatus according to claim 1, wherein the uneven portion is provided on the entire second main surface.
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