JP2014041760A - 真空処理装置及び膜厚分布調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に製膜処理を実施する際に、基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にする、ことを目的とする。
【解決手段】高周波電力によりプラズマを形成し、基板をプラズマ処理する薄膜製造装置１は、高周波電力を出力する高周波電源３１と、高周波電力の位相を変調する位相変調器３３と、基板を保持する対向電極と、放電電極に設けた複数の給電点を有し、高周波電力により対向電極との間にプラズマを形成する放電電極３と、を備え、放電電極３が有する複数の給電点のうち少なくとも一つの給電点に対して、位相変調器３３による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の給電点と異なるように高周波電力を供給する。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空処理装置及び膜厚分布調整方法に関し、特に大電力を投入してプラズマを発生させて処理を行う真空処理装置に関する。

近年、大面積（例えば縦１ｍ以上、横１ｍ以上の大きさ）を有する基板に対して、シリコン等の物質を製膜するのにプラズマ化学蒸着（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＣＶＤ）法を用いたプラズマＣＶＤ装置が使用されている。
従来のＰＣＶＤ装置の製膜方法として、例えば特許文献１には、各放電電極の長手方向の両端から高周波電力を供給し、その位相を揃えて時間的に変化させ、合成波の位相を変化させる位相変調法により、放電電極の長手方向のプラズマ分布を均一化させ、基板の膜厚分布を均一にする方法が開示されている。

特開２００１−２５７０９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製膜方法を大面積基板に適用した場合においてでも、放電電極周囲の構造物の影響等から放電電極の最外側に位置する電極の長手方向端部に対応する箇所で、局所的に膜厚が薄くなる部分が発生する場合があるという課題がある。
そして、供給するガスの圧力、高周波電力の大きさ、及び高周波電力の位相変化条件等のプラズマ発生に係る製膜パラメータを変化させることにより、基板全体の膜厚分布を変化させることができるが、放電電極全体の均一性を確保しながら、一部の電極のみのプラズマ発生条件を変更することが難しく、局所的な膜厚分布を改善することは困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板に製膜処理を実施する際に、基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる、真空処理装置及び膜厚分布調整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、本発明の真空処理装置及び膜厚分布調整方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る真空処理装置は、高周波電力によりプラズマを形成し、基板をプラズマ処理する真空処理装置であって、高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、前記基板を保持する対向電極と、複数の給電点を有し、前記高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、を備え、前記放電電極が有する複数の前記給電点のうち少なくとも一つの前記給電点に対して、前記位相変調器による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の前記給電点と異なるように前記高周波電力を供給する。

本構成に係る真空処理装置は、高周波電力によりプラズマを形成し、プラズマにより基板をプラズマ処理するものであって、高周波電力を出力する高周波電源と、高周波電力の位相を変調する位相変調器と、基板を保持する対向電極と、複数の給電点を有し、高周波電力により対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、を備える。

そして、放電電極に高周波電力を供給する際に、放電電極が有する複数の給電点のうち少なくとも一つの給電点に対して、位相変調器による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の給電点と異なるように高周波電力が供給されるので、放電電極上において局所的にプラズマ発生条件を変えて適正化することができる。このため、基板に製膜処理を実施する際に、例えば放電電極周囲の構造物や原料ガス流れの影響を受け易いような放電電極の位置に対応する基板製膜の膜厚を、基板の他部分とは別に調整できるようになるので、基板全面にわたり製膜される膜厚分布の調整が可能となる。

従って、本構成は、基板に製膜処理を実施する際に、基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

上記第一態様では、前記放電電極が、各々前記給電点を有する長尺状の分割電極が長手方向と直交する方向に複数配列されており、前記給電点に給電する前記高周波電力の位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方を、側部の前記分割電極と中央部の前記分割電極とで異ならせることが好ましい。

各々給電点を有する長尺状の分割電極が長手方向と直交する方向に複数配列された放電電極では、放電電極周囲の構造物の影響を受け易い放電電極の最外側に位置する側部の分割電極の端部に対応する基板製膜の膜厚が他の部分に比べて薄くなっていた。
本構成によれば、高周波電力の位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方を、側部の分割電極と中央部の分割電極とで異ならせることで、側部の分割電極と中央部の分割電極とにおけるプラズマ発生条件を変えることができるので、基板に製膜処理を実施する際に、側部の分割電極の端部に対応する基板製膜の膜厚が他の部分に比べて薄くなることを抑制し、基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

上記第一態様では、前記放電電極に供給される前記高周波電力の位相変調波形が、各前記給電点で三角波又は正弦波の何れかに選定されることが好ましい。

上記第一態様では、放電電極に供給される高周波電力の位相変調波形を正弦波とした場合と、三角波とした場合とでは、製膜時間が同じであっても基板製膜の膜厚が異なることが発明者により新たに判明している。
本構成によれば、基板に製膜処理を実施する際に、放電電極に供給される高周波電力の位相変調波形を放電電極の各給電点で三角波又は正弦波のいずれかを適正に選定することで、簡易に基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

上記第一態様では、前記放電電極に供給される前記高周波電力の位相変調波形は、前記高周波電力の位相差毎に、前記高周波電力の供給時間が異なることが好ましい。

本構成によれば、基板に製膜処理を実施する際に、放電電極の各給電点で高周波電力の位相差毎に、高周波電力の供給時間を異ならせることによって、基板製膜の膜厚の調整が可能となるので、簡易に基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

本発明の第二態様に係る膜厚分布調整方法は、高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、基板を保持する対向電極と、複数の給電点を有し、前記高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、を備えた真空処理装置において、プラズマにより前記基板に製膜する膜厚分布調整方法であって、前記放電電極が有する複数の前記給電点のうち少なくとも一つの前記給電点に対して、前記位相変調器による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の前記給電点と異なるように前記高周波電力を供給する。

上記第二態様では、前記放電電極が、各々前記給電点を有する長尺状の分割電極が長手方向と直交する方向に複数配列され、複数の前記分割電極に供給する前記高周波電力の位相変調波形を決定する第１工程と、複数の前記分割電極に供給する前記高周波電力の位相変調角度を決定する第２工程と、決定した位相変調波形及び位相変調角度の前記高周波電力を前記分割電極毎に供給する第３工程と、を含むことが好ましい。

本発明によれば、基板に製膜処理を実施する際に、基板全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る薄膜製造装置の構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態に係る放電電極に対する電力の供給を説明する概略図である。 従来の放電電極に対する電力の供給を説明する概略図である。 従来の薄膜製造装置で製膜した場合の製膜速度の分布を示す模式図である。 位相差を固定した場合の放電電極上の電圧分布を示す模式図である。 放電電極に供給する高周波電力の位相変調角度のみを変化させた場合の膜厚分布を示す模式図である。 放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波及びｓｉｎ波を用いた場合の位相差分布を示す模式図である。 放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波を用いた場合とｓｉｎ波を用いた場合の膜厚分布を示す模式図である。 第１実施形態に係る膜厚分布調整工程の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る側部電極調整工程の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る膜厚分布調整工程を実施した場合の膜厚分布を示す模式図である。 位相差を０°，±９０°，±１８０°とした場合における膜厚分布を示す模式図である。 第２実施形態に係る任意波形の一例を示す模式図である。

以下に、本発明に係る真空処理装置及び膜厚分布調整の一実施形態について、図面を参照して説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

真空処理装置として、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池や液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン、窒化シリコン等からなる膜の高速製膜処理を行うことが可能な薄膜製造装置、基板の表面処理を行うプラズマ処理装置の他、大面積のプラズマ処理が必要な表面改質装置やオゾナイザ等、真空から大気圧の広い圧力領域でのプラズマ生成装置等が挙げられる。本実施形態においては、真空処理装置の一例として、基板に製膜処理を実施する薄膜製造装置について説明する。

図１は、太陽電池パネルに用いられるシリコン薄膜の製膜に用いる薄膜製造装置の構成を示す概略構成図である。薄膜製造装置１は、真空容器である製膜室６、導電性の板である対向電極２、対向電極２の温度分布を均一化する均熱板５、均熱板５及び対向電極２を保持する均熱板保持機構１１、対向電極２との間にプラズマを発生させる放電電極３、膜が形成される範囲を制限する防着板４、防着板４を支持する支持部７、後述する高周波電源からの高周波電力を放電電極３に供給する同軸給電部１２ａ，１２ｂ、整合器１３、製膜室６内の気体を排気する高真空排気部２０、低真空排気部２１及び製膜室６を保持する台２２を備えている。なお、本図において、ガス供給に関する構成は省略している。

製膜室６は、真空容器であり、その内部で基板８に微結晶シリコン膜等を製膜する。製膜室６は、台２２上で鉛直方向に対してα＝７°〜１２°傾けて保持されている。このため、対向電極２の基板８の製膜処理面の法線が、水平方向に対して７°〜１２°上に向く。基板８を鉛直方向から僅かに傾けることは、装置の設置スペースの増加を抑えながら基板８の自重を利用して少ない手間で基板８を保持し、更に基板８と対向電極２の密着性を向上して基板８の温度分布と電位分布を均一化することができて好ましい。
また、製膜室６は、鉛直方向に対してα＝９０°、すなわち水平方向に保持されていてもよい。この場合、装置の設置スペースは基板サイズに応じて必要となるものの、基板８の自重を全部利用して基板８を対向電極２へ密着性させるので、基板８の温度分布と電位分布を更に均一化させる場合には好ましい。

対向電極２は、基板８を保持可能な保持手段（図示せず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性を備えることが好ましく、ニッケル合金、アルミやアルミ合金の板を使用することが望ましい。対向電極２は、放電電極３に対向する電極（例えば、接地側電極）となる。対向電極２は、一方の面が均熱板５の表面に密接し、製膜時に他方の面が基板８の表面と密接するようになっている。

均熱板５は、内部に温度制御された熱媒体を循環させたり、または温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身の温度を制御して、全体を概ね均一な温度とし、接触している対向電極２の温度を所定温度に均一化する機能を有する。ここで、熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウム等の高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用でき、特に、１５０℃〜２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５等）の使用が好適である。

均熱板保持機構１１は、均熱板５及び対向電極２を製膜室６の側面（図１の右側）に対して略平行となるように保持すると共に、均熱板５、対向電極２及び基板８を、放電電極３に接近離間可能に保持する。また、均熱板保持機構１１は、製膜時に均熱板５等を放電電極３に接近させて、基板８を放電電極３から、例えば３ｍｍから１０ｍｍの範囲内に位置させることができる。

防着板４は、接地されプラズマの広がる範囲を抑えることにより、膜が製膜される範囲を制限するものであり、放電電極３における対向電極２と反対側の空間を覆うように支持部７で保持されている。本実施形態の場合、図１に示すように、製膜室６の内側における防着板４の後ろ側（基板８と反対の側）の壁に膜が製膜されないようにしている。

支持部７は、製膜室６の側面（図１における左側の側面）から内側へ垂直に延びる部材であり、支持部７は防着板４と結合され、放電電極３における対向電極２と反対側の空間を覆うように防着板４を保持している。また、支持部７は放電電極３と絶縁的に結合され、放電電極３を製膜室６の側面（図１における左側の側面）に対して略平行に保持している。

高真空排気部２０は、粗引き排気された製膜室６内の気体をさらに排気して、製膜室６内を高真空とする高真空排気用の真空ポンプである。弁２３は、高真空排気部２０と製膜室６との経路を開閉する弁である。
低真空排気部２１は、初めに製膜室６内の気体を排気して、製膜室６内を低真空とする粗引き排気用の真空ポンプである。弁２４は、低真空排気部２１と製膜室６との経路を開閉する。

台２２は、上面に配置された保持部２５を介して製膜室６を保持するものである。台２２の内部には低真空排気部２１が配置される領域が形成されている。

図２は、放電電極３に対する電力の供給を説明する概略図である。
放電電極３は、各々給電点を有する長尺状の分割電極３０が長手方向と直交する方向に複数配列されている。本第１実施形態に係る放電電極３は、両端部が給電点であり、一例として、６個の長尺状の分割電極３０（分割電極３０＿１〜３０＿６）で構成されている。以下の説明において、側部電極とは分割電極３０＿１，３０＿６を示し、中央部電極とは分割電極３０＿２〜３０＿５を示す。

なお、本第１実施形態においては、１つの製膜室６について６個の分割電極３０を備えた薄膜製造装置１に適用して説明するが、分割電極３０の数は６個よりも多くてもよいし、少なくてもよく、特に限定するものではない。
また、分割電極３０の数は、真空中及びプラズマ生成時の高周波波長による定在波の影響をなくすよう各分割電極３０の幅を決めることが好ましく、複数の分割電極３０を並べて設置した状態で基板８の幅よりも少し大きくなるように配置することがプラズマの均一化に好ましい。
また、側部電極及び中央部電極の分け方も一例であり、分割電極３０＿１，３０＿２，３０＿５，３０＿６を側部電極とし、分割電極３０＿３，３０＿４のみを中央部電極としてもよい。

各分割電極３０の給電点（両端部）には、高周波電力を出力する高周波電源３１、及び高周波電源３１と分割電極３０とのインピーダンスを整合させる整合器１３が設けられている。

そして、各分割電極３０の給電点には、高周波電源３１が出力する高周波電力の電圧波形の位相が時間的に変化して各々供給される。これにより、図１に示されるように放電電極３と平行な位置には、基板８を載置すると共に設置されている対向電極２が配置されているので、放電電極３と対向電極２との間には、高周波電力が給電され、また図示しない製膜用原料ガスが放電電極３から噴出して供給されることにより、プラズマが生成されて基板８に製膜処理が行われる。

なお、高周波電源３１は、発振器３２から出力された所定の周波数（例えば、略１０ＭＨｚから略１００ＭＨｚまでの間であって、好ましくは６０ＭＨｚ）の信号であって、位相変調器３３によって位相が変調された信号に基づいて、高周波電力を出力する。

そして、図２に示されるように、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、２つの位相変調器３３（位相変調器３３Ａ，３３Ｂ）を備えている。位相変調器３３Ａは、側部電極に高周波電力を供給する高周波電源３１から出力される高周波電力の位相を変調し、位相変調器３３Ｂは、中央部電極に高周波電力を供給する高周波電源３１から出力される高周波電力の位相を変調する。

このように、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、放電電極３を構成する複数の分割電極３０のうち側部電極と中央部電極で別々に位相変調器３３が設けられている。従って、側部電極と中央部電極とで異なる位相変調角度や位相変調波形の選定が可能とされている。
また、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、放電電極３が複数の分割電極３０で構成されているが、１つの放電電極３に複数の給電点が存在するものでもよい。この場合、放電電極３の側部に対応する給電点と、放電電極３の中央部に対応する給電点で別々に位相変調器３３が設けられている。従って、放電電極側部と放電電極中央部とで異なる位相変調角度や位相変調波形の選定が可能とされている。

ここで、図３を参照して、従来の放電電極３に対する電力の供給について説明する。
図３に示されるように、従来の薄膜製造装置５０は、位相変調器を一つのみ備え、一つの位相変調器３３Ｃによって、複数の高周波電源３１が出力する高周波電力に対して、同一の電圧波形の位相を変調していた。

図４は、従来の薄膜製造装置５０で製膜した場合の製膜速度の分布を示す模式図である。図４において、上下方向が放電電極３を構成する分割電極３０＿１〜３０＿６の配列方向に対応する。また、左右方向が放電電極３の長手方向、すなわち基板８の長手方向に対応する。
なお、図４に示される製膜を行った際の放電電極３のサイズは、例えば、長さ：略１５００ｍｍ×幅：略１９０ｍｍ×６個の分割電極３０である。また、製膜条件は、表１に示されるとおりである。

従来の薄膜製造装置５０で製膜した場合には、図４に示されるように、基板８の中央部分では比較的良好な均一製膜速度を得ることができるが、側部電極の長手方向端部（図４の円で囲まれた領域）に対応する基板製膜の製膜速度が遅く、側部電極の長手方向端部に膜厚が薄い部分が生じるという問題があった。

表２は、従来の薄膜製造装置５０で製膜した場合の分割電極３０＿１〜３０＿６毎に対応する基板製膜の膜厚分布の均一性（以下、「膜厚分布率」という。）を比較した表である。

なお、膜厚分布率は、下記（１）式から求められる。

表２に示されるように中央部電極（分割電極３０＿２〜３０＿５）に対応する基板製膜は膜厚分布率が±７．５％〜±１０．１％であるのに対して、側部電極（分割電極３０＿１，３０＿６）に対応する基板製膜の膜厚分布率は±１８．５％〜±２１．７％であり、側部電極の膜厚分布率は中央部電極に比べて、約２倍ほど大きな分布となっている。この原因としては防着板４やアース電路等の放電電極３の周囲における構造物の影響や原料ガス流れの濃度変化の影響によると考えられる。

次に、放電電極３に供給される高周波電力の位相や電圧波形により基板製膜への膜厚分布について検討する。

図５は、整合器１３の端部から中央部までの距離（電気長）を１／４波長とした長さの放電電極３で、位相差を固定した場合の放電電極３上の電圧分布を示す模式図であり、図５の左右方向が放電電極３の長手方向である。図５では、位相差として０°の場合と±１８０°の場合を示している。
図５に示されるように、高周波の電圧分布は、放電電極３の中央を境界にして対称的な電圧定在波分布となる。位相差が０°の場合において放電電極３の長手方向の中央が、電圧定在波の腹となり、放電電極３の長手方向端部（給電点）が、電圧定在波の節となる。一方、位相差が１８０°の場合において放電電極３の長手方向の中央部が、電圧定在波の節となり、放電電極３の長手方向端部（給電点）が、電圧定在波の腹となる。

図６は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調角度のみを変化させた場合の膜厚分布を示す模式図である。なお、図６において、分割電極３０＿１〜３０＿６が図６の下上方向に配列されており、図６の左右方向が基板８（放電電極３）の長手方向である。
図６の例では、位相変調角度±１６５°を基準とし、位相変調角度±１４５°における膜厚変化量及び位相変調角度±１８５°における膜厚変化量を示している。

図６に示されるように、位相変調角度を広げる（±１６５°から±１８５°へ変化）と基板８の長手方向端部における膜厚が厚くなり、基板８の中央部における膜厚が薄くなる。これは位相変調角度を広げることで電圧定在波の腹の位置が基板８の長手方向端部に移動するためと考えられる。

一方、位相変調角度を狭める（±１６５°から±１４５°へ変化）と基板８の長手方向端部における膜厚が薄くなり、基板８の中央部における膜厚が厚くなる。これは位相変調角度を狭めることで電圧定在波の腹の位置が基板８の中央部に移動するためと考えられる。

図７は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形として、三角波及び正弦波（以下、「ｓｉｎ波」という。）を用いた場合の位相差分布を示す模式図である。

位相変調波形を三角波とした場合は、位相差０°から位相差９０°の変化に要する時間と位相差９０°から位相差１８０°の変化に要する時間が同じ時間ａである。このように、位相変調波形を三角波とした場合は、各位相差における位相差の変化に要する時間（位相変化速度）は一定のため、各位相差角度に対応する放電電極３の長手方向の各位置における高周波電圧の腹部分が滞在する時間（頻度）は一定となる。

一方、位相変調波形をｓｉｎ波とした場合は、位相差０°から位相差９０°の変化に要する時間ｂに比べ、位相差９０°から位相差１８０°の変化に要する時間ｃが長化しているように、位相差が大きくなるほど位相差の変化に要する時間が長くなる。このため、位相変調波形をｓｉｎ波とした場合は、位相差１８０°における高周波の電圧の腹に相当する位置では、放電電極３の長手方向端部で高周波電圧の腹部分が滞在する時間（頻度）が長くなる。

図８は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波を用いた場合とｓｉｎ波を用いた場合の膜厚分布を示す模式図である。
図８に示されるように、三角波に比べてｓｉｎ波の方が放電電極３の長手方向端部の膜厚が厚くなる。これは上述のように、三角波と比較してｓｉｎ波の方が、大きな位相差の電圧部分の滞在時間が増加し、放電電極３の端部に高周波電圧の腹部分が滞在する時間が長くなるためである。

このように、放電電極３に供給される高周波電力の位相変調波形をｓｉｎ波とした場合と、三角波とした場合とでは、製膜時間が同じであっても、基板８に製膜処理した際の膜厚が異なることが、発明者により新たに判明した。

以上説明したような図５〜８に示される結果から、側部電極の位相変調波形として三角波及びsin波の何れか適正なものを用い、かつ適切な位相変調角度を選定することで、側部電極の電圧の腹の滞在時間を調整し、側部電極の長手方向端部の膜厚を増加できることが分かった。

そこで、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、放電電極３が有する複数の給電点のうち少なくとも一つの給電点に対して、位相変調器３３による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の給電点と異なるように高周波電力を供給する。これにより、放電電極３上において局所的にプラズマ発生条件を変えることができ、製膜される膜厚分布の調整が可能となる。従って、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、基板８に製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

特に本第１実施形態に係る放電電極３は、各々給電点を有する長尺状の分割電極３０が長手方向と直交する方向に複数配列されているので、高周波電力の位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方を、側部電極と中央部電極とで異ならせる。これにより、側部電極と中央部電極とにおけるプラズマ発生条件を変えることができるので、側部電極の端部に対応する基板製膜の膜厚が他の部分に比べて薄くなること（図４の円で囲まれた領域に示した側部電極の長手方向端部に対応する基板製膜の製膜速度が遅いこと）を抑制し、基板８全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にすることができる。

図９，図１０は、本第１実施形態に係る膜厚分布調整工程の流れを示すフローチャートである。なお、本第１実施形態では、一例として、高周波電力の位相変調波形及び位相変調角度の両方を、側部電極と中央部電極とで異ならせる。また、膜厚分布調整工程では、適宜基板８に製膜した膜厚の測定が行われる。

まず、ステップ１００では、各高周波電源３１の反射電力の調整を行う。反射電力の調整は、整合器１３を調整することにより行われる。

次のステップ１０２では、平均反射率が５％以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０４へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１００へ戻り、引き続き反射電力の調整を行う。なお、平均反射率とは、高周波電源３１から供給される高周波電力（投入電力）で反射電力を除算（反射電力／投入電力）した値である。

次のステップ１０４では、製膜条件を選定する。なお、この製膜条件の選定では、中央部電極及び側部電極共に、位相変調波形及び位相変調角度として同じものが選定される。

次のステップ１０６では、位相変調角度の調整を行い、基板８に製膜を行う。

次のステップ１０８では、膜全体における膜厚分布率が±２５％以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１１０へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０６へ戻り、位相変調角度の調整を行い、再び製膜を行う。

ステップ１１０では、中央部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率が±１０％以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１１２へ移行し、否定判定の場合は、ステップ１０６へ戻り、位相変調角度の調整を行い、再び製膜を行う。

ステップ１１２では、側部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率が±１０％以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１１４へ移行し、否定判定の場合は、後述する側部電極調整工程へ移行する。

ステップ１１４では、基板８全面にわたる膜全体における膜厚分布率が±１０％以下であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、膜厚分布調整工程を終了し、否定判定の場合は、ステップ１１６へ移行し、膜厚分布率が±１０％以下となるまで、側部電極及び中央部電極の位相変調角度調整、及び分割電極３０毎の供給電力を調整する。

次に、ステップ１１２において否定判定となった場合に移行する側部電極調整工程について図１０を参照して説明する。

まず、ステップ２００では、側部電極の位相変調波形を選定する。すなわち、それまでの側部電極の位相変調波形が三角波である場合は、ｓｉｎ波が選定される一方、それまでの側部電極の位相変調波形がｓｉｎ波である場合は、三角波が選定される。

次のステップ２０２では、側部電極の位相変調角度の調整を行う。例えば、放電電極３の長手方向端部に対応する基板製膜の膜厚が薄い場合は、位相変調角度をより広くする。

次のステップ２０４では、側部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率が±１０％以下であるか否かが判定され、肯定判定の場合は、ステップ２０６へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２００へ戻る。

ステップ２０６では、中央部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率が±１０％以下であるか否かが判定され、肯定判定の場合は、ステップ１１４へ移行し、否定判定の場合は、ステップ２０８へ移行する。

ステップ２０８では、中央部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率が±１０％以下となるまで、中央部電極の位相変調角度が調整される。

なお、位相変調波形をｓｉｎ波と三角波とで変更する方が、位相変調角度を調整するよりも、薄厚に与える影響が大きい。そのため、側部電極調整工程では、位相変調波形を各給電点で三角波又は正弦波の何れかに選定した後に、側部電極や中央部電極の位相変調角度を調整し、膜厚を微調整することにより、膜厚を均一化させる。

図１１は、図９，１０に示される膜厚分布調整工程を実施した場合の膜厚分布を示す模式図である。

図１１に示される膜厚分布を得た製膜では、側部電極の端部に対応する基板製膜の薄膜を厚くするために、側部電極の位相変調波形としてｓｉｎ波を用い、中央部電極の位相変調波形として三角波を用いた。また、位相変調角度については側部電極を±１２０°に選定し、中央部電極を±１８５°に選定した。なお、位相変調角度については膜厚分布結果を確認しながら膜厚分布が良くなるように選定すればよく、上記の値に限定されない。

さらに、位相変調周波数を側部電極と中央部電極とで同一とし、全ての分割電極３０＿１〜３０＿６に対して２０ｋＨｚとした。これは側部電極と中央部電極とで異なった位相変調周波数を用いた場合、側部電極と中央部電極とで大きな位相差が生じることで定在波の干渉が生じて膜厚分布が不均一になる可能性が生じるためである。

図１１に示される製膜を行った際の製膜条件は、表３に示されるとおりである。

表４は、図１１に示される膜厚分布において分割電極３０＿１〜３０＿６毎の膜厚分布の均一性（以下、「膜厚分布率」という。）を比較した表である。

表４に示されるように、本第１実施形態に係る膜厚分布調整工程で製膜した場合、側部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率を±９．５％〜９.８％まで改善することができ、中央部電極に対応する基板製膜の膜厚分布率についても±７．２％〜８．１％と従来（表２に示される結果）と同等の結果が得ることができた。
このように、本第１実施形態に係る膜厚分布調整工程では、分割電極３０において側部電極と中央部電極で別々に位相変調を行うために、位相変調角度及び位相変調波形を個別に設定することにより、大面積基板周囲においても、局所的な薄部を無くし膜厚分布を改善できるので、基板８に製膜処理を実施する際に、基板８全面にわたり製膜される膜厚分布を均一にする。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

なお、本第２実施形態に係る薄膜製造装置１の構成は、図１，２に示す第１実施形態に係る薄膜製造装置１の構成と同様であるので説明を省略する。

上述した第１実施形態では、側部電極の長手方向端部に対応する基板製膜の膜厚が薄い場合に、側部電極の長手方向端部の膜厚が厚くなるように位相変調波形としてｓｉｎ波を用いたが、放電電極３の長手方向の中央部に対応する基板製膜が薄い場合や厚い部分と薄い部分の膜厚差が大きい場合、位相変調波形をｓｉｎ波とすることでは、膜厚を十分に均一にできない可能性がある。

そこで、本第２実施形態では、位相変調波形として、以下に説明するような任意に作成した波形を用いる。

まず、予めいくつかの位相差における放電電極３の長手方向に対応する基板製膜の製膜速度分布又は膜厚分布を計測する。
図１２は、一例として位相差を０°，±９０°，±１８０°とした場合における膜厚分布を示す模式図である。図１２に示されるように、位相差に応じて膜厚分布は異なっていおり、位相差が大きいほど膜厚は厚くなる。

次に、上記膜厚分布の結果に基づいて、放電電極３の長手方向に対応する基板製膜の膜厚分布を均一にするために必要となる各位相差での製膜時間割合を計算し、その時間割合で周期的に変化する任意波形を作成する。
図１３は、作成した任意波形の一例を示すグラフである。図１３に示されるように、上記膜厚分布の結果に基づいて、膜厚が薄い部分の位相差での時間が長くなるような波形が作成される。図１３の例では、位相差が大きいほど製膜時間が短くなるように任意波形が作成される。

そして、本第２実施形態に係る薄膜製造装置１は、作成した任意波形を位相変調波形として用いて製膜を行う。
これにより膜厚が薄い部分に相当する位相差での製膜時間が長くなり、薄い部分の膜厚が相対的に厚くなるため、基板８全面にわたり膜厚分布が改善される。

以上説明したように、本第２実施形態では、放電電極３に供給される高周波電力の位相変調波形は、放電電極３に供給される高周波電力の位相差毎に、高周波電力の供給時間が異なることによって、基板製膜の膜厚の調整が可能となり、簡易に基板８に製膜される膜厚分布を基板８全面に渡り均一にすることができる。

なお、任意波形は、側部電極と中央部電極とで異なるものとしてもよいし、分割電極３０毎に異なるものとしてもよい。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、放電電極３として、各々給電点を有する長尺状の分割電極３０が長手方向と直交する方向に複数配列されている電極とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、放電電極は、給電点が複数あればよく、例えば、放電電極を、各々給電点を有する複数の電極がマトリクス状に配列された平面電極とする形態としてもよい。

また、位相変調波形は、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池等、製膜する膜質に応じて異なるものとしてもよい。
さらに製膜処理する膜種は薄膜シリコン系を主体とした実施形態を示したが、これに限定するものではない。なおここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）やシリコンオキサイド（ＳｉＯｘ）等を含む総称であり、アモルファスシリコン系と結晶質シリコン系と含むものである。

また、上記各実施形態で説明した膜厚分布調整工程の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１ 薄膜製造装置
２ 対向電極
３ 放電電極
８ 基板
３０ 分割電極
３１ 高周波電源
３３ 位相変調器

Claims (6)

1. 高周波電力によりプラズマを形成し、基板をプラズマ処理する真空処理装置であって、
   高周波電力を出力する高周波電源と、
   前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、
   前記基板を保持する対向電極と、
   複数の給電点を有し、前記高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、
   を備え、
   前記放電電極が有する複数の前記給電点のうち少なくとも一つの前記給電点に対して、前記位相変調器による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の前記給電点と異なるように前記高周波電力を供給する真空処理装置。
2. 前記放電電極は、各々前記給電点を有する長尺状の分割電極が長手方向と直交する方向に複数配列されており、前記給電点に給電する前記高周波電力の位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方を、側部の前記分割電極と中央部の前記分割電極とで異ならせる請求項１記載の真空処理装置。
3. 前記放電電極に供給される前記高周波電力の位相変調波形は、各前記給電点で三角波又は正弦波の何れかに選定される請求項１又は請求項２記載の真空処理装置。
4. 前記放電電極に供給される前記高周波電力の位相変調波形は、前記高周波電力の位相差毎に、前記高周波電力の供給時間が異なる請求項１又は請求項２記載の真空処理装置。
5. 高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、基板を保持する対向電極と、複数の給電点を有し、前記高周波電力により前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、を備えた真空処理装置において、プラズマにより前記基板に製膜する膜厚分布調整方法であって、
   前記放電電極が有する複数の前記給電点のうち少なくとも一つの前記給電点に対して、前記位相変調器による位相変調波形及び位相変調角度の少なくとも一方が他の前記給電点と異なるように前記高周波電力を供給する膜厚分布調整方法。
6. 前記放電電極は、各々前記給電点を有する長尺状の分割電極が長手方向と直交する方向に複数配列され、
   複数の前記分割電極に供給する前記高周波電力の位相変調波形を決定する第１工程と、
   複数の前記分割電極に供給する前記高周波電力の位相変調角度を決定する第２工程と、
   決定した位相変調波形及び位相変調角度の前記高周波電力を前記分割電極毎に供給する第３工程と、
   を含む請求項５記載の膜厚分布調整方法。
   

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