JP3697110B2 - プラズマ化学蒸着装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ化学蒸着装置に関し、アモルファスシリコン太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用されるプラズマ化学蒸着装置（以下、プラズマＣＶＤ装置と呼ぶ。）として有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）薄膜や窒化シリコン（以下、ＳｉＮｘと記す）薄膜を製造するために、従来より用いられているプラズマＣＶＤ装置の構成について、２つの代表的例について説明する。即ち、放電発生に用いる電極として、放電用はしご型電極即ちラダーインダクタンス電極あるいはラダーアンテナ型電極とも呼ばれる電極を用いる方法、及び平行平板電極を用いる方法について説明する。
【０００３】
まず、はしご型電極を用いる方法については、特開平４−２３６７８１号にはしご状平面形コイル電極として各種形状の電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が開示されている。本方法の代表例について図９を用いて説明する。図中の付番１は反応容器であり、この反応容器１内に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３とが平行に配置されている。前記放電用はしご型電極２には、高周波電源４からインピーダンス整合器５を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。前記放電用はしご型電極２は、図１０に示すように一端がインピーダンス整合器５を介して高周波電源４に接続されており、他端はアース線７に接続され、反応容器１とともに接地されている。
【０００４】
放電用はしご型電極２に供給された高周波電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒータ３と放電用はしご型電極２との間にグロー放電プラズマを発生させ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また放電用はしご型電極２のアース線７を介してアースへ流れる。なお、このアース線７には同軸ケーブルが用いられている。
【０００５】
前記反応容器１内には、図示しないボンベから反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水素との混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、放電用はしご電極２により発生したグロー放電プラズマにより分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、所定の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反応容器１内のガスは、排気管１０を通して真空ポンプ１１により排気される。
【０００６】
以下、上記装置を用いて薄膜を製造する場合について説明する。まず、真空ポンプ１１を駆動して反応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通して、例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、反応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保つ。
【０００７】
この状態で、高周波電源４から放電用はしご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３間に生じるグロー放電プラズマによって分解され、この結果ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓｉ薄膜が形成される。
【０００８】
次に、平行平板電極を用いる方法について図１１を参照して説明する。図中の付番２１は反応容器であり、この反応容器２１内に高周波電極、即ちカソード電極２２と基板加熱用ヒータ２３とが平行に配置されている。前記高周波電極２２には、高周波電源２４からインピーダンス整合器２５を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。基板加熱用ヒータ２３は、反応容器２１とともに接地されて接地電極、即ちアノード電極となっている。従って、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３との間でグロー放電プラズマが発生する。
【０００９】
前記反応容器２１内には図示しないボンベから反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水素との混合ガスが供給される。反応容器２１内のガスは、排気管２７を通して真空ポンプ２８により排気される。基板２９は、基板加熱用ヒータ２３上に保持され、所定の温度に加熱される。
【００１０】
こうした装置を用いて、以下のようにして薄膜を製造する。まず、真空ポンプ２８を駆動して反応容器２１内を排気する。次に、反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源２４から高周波電極２２に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。
【００１１】
反応ガス導入管２６から供給されたガスのうち、モノシランガスは高周波電極２２〜基板加熱用ヒータ２３間に生じるグロー放電プラズマによって分解される。この結果、ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、基板２９の表面に付着して、ａ−Ｓｉ薄膜が形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術、即ちはしご型電極を用いる方法及び平行平板電極を用いる方法は、いずれも次のような問題を有している。
【００１３】
(1) 図９において、放電用はしご型電極２近傍に発生した電界により反応ガス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨ3 ，Ｈ，Ｈ2 等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るため、高周波電源の周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚないし１５０ＭＨｚへ高くすると、放電用はしご型電極２近傍の電界分布が一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図１２は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布の関係を示す。膜厚分布の一様性（±１０％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
【００１４】
放電用はしご型電極を用いる方法による高周波電源４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。図１３に示すように、放電用はしご型電極の構造に起因したインピーダンスの不均一性が存在するために、プラズマ発光の強い部分が局部的になる。例えば、上記電極の周辺部に強いプラズマが発生し、中央部には発生しない。特に６０ＭＨｚ以上の高周波数化に伴なってその減少は顕著になる。
【００１５】
従って、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上は非常に困難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大面積化への成功例はまだない。
【００１６】
(2) 図１１において、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３との間に発生する電界により、反応ガス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨ3 ，Ｈ，Ｈ2 等に分解され、基板２９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るため、高周波電源２４の周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚへ高くすると、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３間に発生する電界分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図１２は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布（平均膜厚からのずれ）の関係を示す特性図である。膜厚分布の一様性（±１０％以内）が確保できる基板の大きさ即ち面積は、５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
【００１７】
平行平板電極を用いる方法による高周波電源２４の高周波数化が困難な理由は、次の通りである。平行平板型電極は、電極周辺部と中央部の電気特性が異なるため、図１４（Ａ）に示すように電極周辺部に強いプラズマが発生するか、あるいは図１４（Ｂ）に示すように中央部分のみに強いプラズマが発生するという現象がある。
【００１８】
したがって、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上は、非常に困難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大面積化への成功例はまだ無い。
【００１９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、電極に対する給電を多点給電方式とすることにより、供給電力の高周波化を図った場合でも、従来に比べて格段に膜厚分布の均一化を図り得るプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、電極に周波数３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する複数の供給点と前記電力分配器間に、これらに夫々電気的に接続するインピーダンス変換器を配置した構成とすることにより、さらに優れた膜厚分布が得られるプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００２２】
１）反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置された複数個のカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記各カソード電極へ高周波電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記各カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記複数のカソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを具備すること。
【００２３】
２）反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置されたカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記カソード電極へ高周波数電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記カソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを有すること。
【００２４】
３）上記１）又は２）に記載する発明において、インピーダンス変換器は、磁性体に導線を２本巻きつけて形成したトランスとコンデンサとを組み合わせた伝送線路トランス方式のものとしたこと。
【００２５】
４）上記１）又は２）に記載する発明において、インピーダンス変換器は、コイルの両端に可変コンデンサを並列に接続し、全体としてπ型に形成したπ回路方式のものとしたこと。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図である。同図に示すように、反応容器２１内には、被処理物としての基板２９を支持する一方、該基板２９を支持し、温度を制御する基板加熱用ヒータを内蔵したアノード電極２３が配置されている。また、この反応容器２１内には、基板加熱用ヒータ２３と平行でかつ３０ｍｍ乃至５０ｍｍ離れた面内にグロー放電プラズマを発生させるためのＳＵＳ３０４製の複数の高周波電極、即ちカソード電極２２ａ乃至２２ｈが配置されている。図では上側のカソード電極２２ａ乃至２２ｄのみが明示されているが、各カソード電極２２ａ乃至２２ｄの下方には同様の４枚のカソード電極２２ｅ乃至２２ｈが配置されており、合計８枚でカソード電極２２ａ乃至２２ｈを形成している。
【００２８】
前記反応容器２１内には、反応ガスを各カソード電極２２ａ乃至２２ｈと基板加熱用ヒータ２３の間に導入する反応ガス導入管３７，３８，３９が配置されている。前記反応容器２１には、反応容器２１内の反応ガスなどのガスを排気する排気管２７を介して真空ポンプ２８が接続されている。前記反応容器２１内にはアースシールド４０ａ乃至４０ｈが配置されている。これらのアースシールド４０ａ乃至４０ｈは不必要な部分での放電を抑制する。なお、反応容器２１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、前記真空ポンプ２８の排気量を調整することにより制御される。
【００２９】
各カソード電極２２ａ乃至２２ｈとアノード電極２３でＳｉＨ4 プラズマを発生すると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨなどのラジカルが拡散現象により拡散し、基板２９表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜あるいは微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜あるいは微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条件の中の、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 の原料比、圧力及びプラズマ発生用電力を適正化することで成膜できる公知の技術であるので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ成膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
【００３０】
各カソード電極２２ａ乃至２２ｈには、後に詳述する真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電力分配器６０、インピーダンス整合器２５を介して高周波電源２４が接続されている。
【００３１】
図２は図１に示す装置の電極及び電源部を抽出して示す電気配線系統図である。同図に示すように、本形態においては、８枚（この枚数には特別な限定はない。）のカソード電極２２ａ乃至２２ｈの夫々に高周波電力を独立に供給する多点給電方式を採用している。すなわち、本形態のプラズマＣＶＤ装置においては、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、高周波電源２４よりインピーダンス整合器２５、電力分配器６０、真空用給電線としての真空用同軸ケーブル４１ａ乃至４１ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電流導入端子４２ａ乃至４２ｄ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈを介して、上記カソード電極２２ａ乃至２２ｈに溶着された８個の電力供給端子４４乃至５１へそれぞれ供給する。
【００３２】
前記電力分配器６０は、図３に示すように、電力２分配器６２及び２個の電力４分配器６３，６４により構成され、入力された高周波電力を均等に８分割する機能を持っている。この電力分配器６０は、一般に用いられている高周波数用電力分配器を用いることもできるが、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの高周波数用トランスと抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成することもできる。この場合、当該ＣＶＤ装置に適用して好適なものとなる。
【００３３】
前記インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、電力分配器６０と真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈとカソード電極２２ａ乃至２２ｈのインピーダンスの整合をとるために、図４に示すようなフェライト製環状体６５に絶縁被覆導線を２本、トランス巻線比が１対４となるように巻きつけて製作されたものを用いた。その等価回路は図５に示す通りである。同図に示すように、当該インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、トランスとコンデンサとを組み合わせた、伝送線路トランス方式である。
【００３４】
次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。まず、真空ポンプ２８を稼働させて、反応容器２１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒとする。つづいて、反応ガス導入管３７より反応ガス、例えばＳｉＨ4 ガスを５００〜８００ＳＣＣＭ程度の流量で供給する。この後、反応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源２４からインピーダンス整合器２５、電力分配器６０、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈを介して、カソード電極２２ａ乃至２２ｈに高周波数、例えば７０ＭＨｚの電力を供給する。その結果、カソード電極２２ａ〜２２ｈと基板加熱ヒータ２３の間にＳｉＨ4 のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ4 ガスを分解し、基板２９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、成膜速度は高周波電源２４の周波数及び出力にも依存するが、０．５〜３ｎｍ／ｓ程度である。
【００３５】
下記表１は、図１、図２に示したカソード電極２２ａ乃至２２ｈを用いて高周波電源２４の周波数を７０ＭＨｚとし、面積４０ｃｍ×８０ｃｍのガラス基板（商品名：コーニング＃７０５９、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ4 ガス流量８００ＳＣＣＭ、圧力０．３Ｔｏｒｒ、高周波電力７００Ｗであった。
【００３６】
【表１】
（電源周波数７０ＭＨｚ、基板面積４０ｃｍ×８０ｃｍ）
表１に示されるデータから、電源周波数７０ＭＨｚ，基板面積４０ｃｍ×８０ｃｍで、インピーダンス変換器が無い場合、膜厚分布±１４％、インピーダンス変換器がある場合、膜厚分布±１０％と、従来装置では実現できなかった良好な結果が得られていることが判る。
【００３７】
なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布としては±１０％以内であれば性能上問題はない。
【００３８】
上記実施例によれば、高周波電極、即ちカソード電極２２ａ乃至２２ｈをサイズ２２ｃｍ×２２ｃｍ程度に分割し、それらを複数個同一面内に設置し、電力を夫々別々に真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電力分配器６０及びインピーダンス整合器２５を介して、高周波電源２４から供給するようにしたことで、従来技術では困難視されていた７０ＭＨｚの高周波電力を用いても、従来の装置及び方法に比べ、著しく良好な膜厚分布を得ることが可能になった。特に、高周波電源２４の周波数７０ＭＨｚの場合、基板サイズ４０ｃｍ×８０ｃｍにて、膜厚分布±１０％を実現できた。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイ及びａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上及び低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００３９】
ちなみに、従来のプラズマ蒸着装置では、３０ＭＨｚ以上での高周波電源を用いると、膜厚分布が著しく悪く、３０ｃｍ×３０ｃｍ乃至５０ｃｍ×５０ｃｍ程度以上の大面積基板では実用化されていなかった。
【００４０】
上述の如く、上記第１の実施の形態においては、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈとして図４及び図５に示す伝送線路トランス方式のものを用いている。この場合、高周波電源２４の出力周波数が７０ＭＨｚ程度の場合には、従来に比べ極めて良好な成膜状態を実現することができるが、電源周波数をさらに上昇させた場合、１２０ＭＨｚ程度の周波数で生成されるプラズマが不安定になることが分かった。そこで、１２０ＭＨｚ程度以上の高周波数領域でもプラスマの安定化を図り、良好な成膜状態を得るべく、実験を重ねた結果、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈにπ回路方式を採用することにより、所望の特性が得られることが分かった。このπ回路方式のインピーダンス変換器とは、その等価回路を図７に示すように、コイルの両端に可変コンデンサを並列に接続し、全体としてπ型に形成したインピーダンス変換器である。
【００４１】
図７は入力パワー１５０Ｗあたりの反射パワーを、伝送線路トランス方式のインピーダンス変換器を用いた場合と、π回路方式のインピーダンス変換器を用いた場合のＣＶＤ装置で計測した結果を示す特性図である。同図の横軸は電源周波数、縦軸は反射パワーである。同図を参照すれば、伝送線路トランス方式の場合、電源周波数が１００ＭＨｚを越えたあたりから反射パワーが急激に増加しているのに対し、π回路方式では２００ＭＨｚを越えても反射パワーは十分小さいことが分かる。ちなみに、反射パワーが小さい方が電力が効率よく負荷へ供給されていることを意味している。
【００４２】
上記第１の実施の形態においては、８枚に分割したカソード電極２２ａ乃至２２ｈでカソード電極を形成することにより多点給電方式を実現したが、これに限定するものではない。はしご型電極を用いてカソード電極を形成した場合でも多点給電方式を実現することができ、この場合でも第１の実施の形態における分割形のカソード電極２２ａ乃至２２ｈと同様の作用・効果を得ることができる。
【００４３】
そこで、はしご型電極を用いたＣＶＤ装置を本発明の第２の実施の形態として説明しておく。図８ははしご型電極を用いたＣＶＤ装置における電極及び電源部を抽出して示す電気配線系統図である。同図は第１の実施の形態の図２に対応するものであり、電極部を除き、他の構成は図２に示す電気配線系統図と同様である。そこで、図２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図８に示すように、本形態におけるはしご型電極７０には、その上辺及び下辺の対応する位置で８個の電力供給端子７１乃至７８が分散して配設してあり、各電力供給端子７１乃至７８に、インピーダンス整合器２５、電力分配器６０、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ等を介して高周波電源２４からの高周波電力をそれぞれ供給するようになっている。ここで、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、図５に示す伝送線路トランス方式又は図６に示すπ回路方式の何れをものでも良い。この点で、第１の実施の形態と何ら変わるものではない。同様の理由で、１２０ＭＨｚ程度以上の高周波電力の場合には、π回路方式のものが好適である。
【００４５】
かかる第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の態様でａ−Ｓｉ膜を製作することができる。この場合の成膜状態も同様である。
【００４６】
上述の第１及び第２の実施の形態は、カソード電極を、複数に分割した小電極の集合体として構成した場合（第１の実施の形態）、及びはしご型電極として構成した場合（第２の実施の形態）に関するものであるが、当該カソード電極は、勿論これらに限定する必要はない。要は、多点給電方式の電源部からカソード電極の複数の点に給電することができるようにしたものであれば電極の種類に特別な限定はない。
【００４７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によれば、放電用高周波電極、即ちカソード電極を、複数個の小面積電極に分割して各小面積電極を一平面内に配置するか、又は複数の給電点を有するはしご型電極を用いて多点給電方式とし、夫々のカソード電極にインピーダンス整合器、電力分配器、インピーダンス変換器、電流導入端子及び真空用同軸ケーブルを介して３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの高周波電源が出力する高周波電力を供給することにより、従来技術に比べ、著しく均一性が向上した良好な膜厚分布が得られるという効果を奏する。
【００４８】
上述の如き効果は、ａ−Ｓｉ薄膜応用に限らず、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ級の高周波電源を用いるプラズマＣＶＤ技術が、微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉの製造方法としての用途があることから、太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラムなどの産業上の利用価値は著しく大きい。
【００４９】
また、インピーダンス変換器を設けた場合には、さらに膜厚分布の均一化を図ることができる。しかも、このとき１２０ＭＨｚ程度以上の高周波領域では、π回路方式のインピーダンス変換器を用いることにより、安定なプラズマを生成させることができ、従来は不可能とされていた高周波領域での所望の薄膜を高効率で形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図２】図１の装置における分割電極の各カソード電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図３】図１の装置の一構成要素である電力分配器の説明図である。
【図４】図１の装置の一構成要素である伝送線路方式のインピーダンス変換器の説明図である。
【図５】図４の等価回路を示す回路図である。
【図６】図１の装置の一構成要素であるπ回路方式のインピーダンス変換器の説明図である。
【図７】図５に示す伝送線路方式と図６に示すπ回路方式のインピーダンス変換器を用いた場合の供給電源周波数に対するそれぞれの反射パワーを示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る装置におけるはしご型電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図９】はしご型電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図１０】図９に示す装置におけるはしご型電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図１１】平行平板電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図１２】従来装置におけるプラズマ電源周波数と膜厚分布との関係を示す特性図である。
【図１３】図９の従来装置におけるインピーダンスの不均一性を説明するための図である。
【図１４】図１１の従来装置における電極周辺部と中央部分の電気特性の相違を説明するための図。
【符号の説明】
２１ 反応容器
２２ａ〜２２ｈ カソード電極
２３ アノード電極
２４ 高周波電源
２５ インピーダンス整合器
２７ 排気管
２８ 真空ポンプ
２９ 基板（被処理物）
３７ 反応ガス導入管
４０ａ〜４０ｈ アースシールド
４１ａ〜４１ｈ 真空用同軸ケーブル（電力供給線）
４２ａ〜４２ｄ 電流導入端子
６０ 電力分配器
６１ａ〜６１ｈ インピーダンス変換器
７０ はしご型電極
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマ化学蒸着装置に関し、アモルファスシリコン太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜等の各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適用されるプラズマ化学蒸着装置（以下、プラズマＣＶＤ装置と呼ぶ。）として有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉと記す）薄膜や窒化シリコン（以下、ＳｉＮｘと記す）薄膜を製造するために、従来より用いられているプラズマＣＶＤ装置の構成について、２つの代表的例について説明する。即ち、放電発生に用いる電極として、放電用はしご型電極即ちラダーインダクタンス電極あるいはラダーアンテナ型電極とも呼ばれる電極を用いる方法、及び平行平板電極を用いる方法について説明する。
【０００３】
まず、はしご型電極を用いる方法については、特開平４−２３６７８１号にはしご状平面形コイル電極として各種形状の電極を用いたプラズマＣＶＤ装置が開示されている。本方法の代表例について図９を用いて説明する。図中の付番１は反応容器であり、この反応容器１内に放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３とが平行に配置されている。前記放電用はしご型電極２には、高周波電源４からインピーダンス整合器５を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。前記放電用はしご型電極２は、図１０に示すように一端がインピーダンス整合器５を介して高周波電源４に接続されており、他端はアース線７に接続され、反応容器１とともに接地されている。
【０００４】
放電用はしご型電極２に供給された高周波電力は、反応容器１とともに接地された基板加熱用ヒータ３と放電用はしご型電極２との間にグロー放電プラズマを発生させ、放電空間経由で反応容器１の壁へ、また放電用はしご型電極２のアース線７を介してアースへ流れる。なお、このアース線７には同軸ケーブルが用いられている。
【０００５】
前記反応容器１内には、図示しないボンベから反応ガス導入管８を通して、例えばモノシランと水素との混合ガスが供給される。供給された反応ガスは、放電用はしご電極２により発生したグロー放電プラズマにより分解され、基板加熱用ヒータ３上に保持され、所定の温度に加熱された基板９上に堆積する。また、反応容器１内のガスは、排気管１０を通して真空ポンプ１１により排気される。
【０００６】
以下、上記装置を用いて薄膜を製造する場合について説明する。まず、真空ポンプ１１を駆動して反応容器１内を排気した後、反応ガス導入管８を通して、例えば、モノシランと水素との混合ガスを供給し、反応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保つ。
【０００７】
この状態で、高周波電源４から放電用はしご型電極２に高周波電力を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。反応ガスは、放電用はしご型電極２と基板加熱用ヒータ３間に生じるグロー放電プラズマによって分解され、この結果ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、基板９表面に付着してａ−Ｓｉ薄膜が形成される。
【０００８】
次に、平行平板電極を用いる方法について図１１を参照して説明する。図中の付番２１は反応容器であり、この反応容器２１内に高周波電極、即ちカソード電極２２と基板加熱用ヒータ２３とが平行に配置されている。前記高周波電極２２には、高周波電源２４からインピーダンス整合器２５を介して例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給される。基板加熱用ヒータ２３は、反応容器２１とともに接地されて接地電極、即ちアノード電極となっている。従って、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３との間でグロー放電プラズマが発生する。
【０００９】
前記反応容器２１内には図示しないボンベから反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水素との混合ガスが供給される。反応容器２１内のガスは、排気管２７を通して真空ポンプ２８により排気される。基板２９は、基板加熱用ヒータ２３上に保持され、所定の温度に加熱される。
【００１０】
こうした装置を用いて、以下のようにして薄膜を製造する。まず、真空ポンプ２８を駆動して反応容器２１内を排気する。次に、反応ガス導入管２６を通して例えばモノシランと水素との混合ガスを供給して反応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保ち、高周波電源２４から高周波電極２２に電圧を印加すると、グロー放電プラズマが発生する。
【００１１】
反応ガス導入管２６から供給されたガスのうち、モノシランガスは高周波電極２２〜基板加熱用ヒータ２３間に生じるグロー放電プラズマによって分解される。この結果、ＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 などのＳｉを含むラジカルが発生し、基板２９の表面に付着して、ａ−Ｓｉ薄膜が形成される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術、即ちはしご型電極を用いる方法及び平行平板電極を用いる方法は、いずれも次のような問題を有している。
【００１３】
(1) 図９において、放電用はしご型電極２近傍に発生した電界により反応ガス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨ3 ，Ｈ，Ｈ2 等に分解され、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るため、高周波電源の周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚないし１５０ＭＨｚへ高くすると、放電用はしご型電極２近傍の電界分布が一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図１２は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布の関係を示す。膜厚分布の一様性（±１０％以内）を確保できる基板の大きさ即ち面積は５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
【００１４】
放電用はしご型電極を用いる方法による高周波電源４の高周波数化が困難な理由は次の通りである。図１３に示すように、放電用はしご型電極の構造に起因したインピーダンスの不均一性が存在するために、プラズマ発光の強い部分が局部的になる。例えば、上記電極の周辺部に強いプラズマが発生し、中央部には発生しない。特に６０ＭＨｚ以上の高周波数化に伴なってその減少は顕著になる。
【００１５】
従って、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上は非常に困難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大面積化への成功例はまだない。
【００１６】
(2) 図１１において、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３との間に発生する電界により、反応ガス、例えばＳｉＨ4 はＳｉ，ＳｉＨ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨ3 ，Ｈ，Ｈ2 等に分解され、基板２９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。しかしながら、ａ−Ｓｉ膜形成の高速化を図るため、高周波電源２４の周波数を現状の１３．５６ＭＨｚより、３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚへ高くすると、高周波電極２２と基板加熱用ヒータ２３間に発生する電界分布の一様性がくずれ、その結果として、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が極端に悪くなる。図１２は、基板面積３０ｃｍ×３０ｃｍでのプラズマ電源周波数と膜厚分布（平均膜厚からのずれ）の関係を示す特性図である。膜厚分布の一様性（±１０％以内）が確保できる基板の大きさ即ち面積は、５ｃｍ×５ｃｍないし２０ｃｍ×２０ｃｍ程度である。
【００１７】
平行平板電極を用いる方法による高周波電源２４の高周波数化が困難な理由は、次の通りである。平行平板型電極は、電極周辺部と中央部の電気特性が異なるため、図１４（Ａ）に示すように電極周辺部に強いプラズマが発生するか、あるいは図１４（Ｂ）に示すように中央部分のみに強いプラズマが発生するという現象がある。
【００１８】
したがって、量産性向上や低コスト化に必要な大面積基板に関するプラズマ電源の高周波数化による成膜速度の向上は、非常に困難で、不可能視されている。なお、ａ−Ｓｉの成膜速度はプラズマ電源周波数の２乗に比例するので、関連技術分野の学会においても研究が活発化しているが、大面積化への成功例はまだ無い。
【００１９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、電極に対する給電を多点給電方式とすることにより、供給電力の高周波化を図った場合でも、従来に比べて格段に膜厚分布の均一化を図り得るプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００２０】
また、本発明は、電極に周波数３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する複数の供給点と前記電力分配器間に、これらに夫々電気的に接続するインピーダンス変換器を配置した構成とすることにより、さらに優れた膜厚分布が得られるプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【００２２】
１）反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置された複数個のカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記各カソード電極へ高周波電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記各カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記複数のカソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを具備すること。
【００２３】
２）反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置されたカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記カソード電極へ高周波数電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記カソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを有すること。
【００２４】
３）上記１）又は２）に記載する発明において、インピーダンス変換器は、磁性体に導線を２本巻きつけて形成したトランスとコンデンサとを組み合わせた伝送線路トランス方式のものとしたこと。
【００２５】
４）上記１）又は２）に記載する発明において、インピーダンス変換器は、コイルの両端に可変コンデンサを並列に接続し、全体としてπ型に形成したπ回路方式のものとしたこと。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２７】
図１は本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図である。同図に示すように、反応容器２１内には、被処理物としての基板２９を支持する一方、該基板２９を支持し、温度を制御する基板加熱用ヒータを内蔵したアノード電極２３が配置されている。また、この反応容器２１内には、基板加熱用ヒータ２３と平行でかつ３０ｍｍ乃至５０ｍｍ離れた面内にグロー放電プラズマを発生させるためのＳＵＳ３０４製の複数の高周波電極、即ちカソード電極２２ａ乃至２２ｈが配置されている。図では上側のカソード電極２２ａ乃至２２ｄのみが明示されているが、各カソード電極２２ａ乃至２２ｄの下方には同様の４枚のカソード電極２２ｅ乃至２２ｈが配置されており、合計８枚でカソード電極２２ａ乃至２２ｈを形成している。
【００２８】
前記反応容器２１内には、反応ガスを各カソード電極２２ａ乃至２２ｈと基板加熱用ヒータ２３の間に導入する反応ガス導入管３７，３８，３９が配置されている。前記反応容器２１には、反応容器２１内の反応ガスなどのガスを排気する排気管２７を介して真空ポンプ２８が接続されている。前記反応容器２１内にはアースシールド４０ａ乃至４０ｈが配置されている。これらのアースシールド４０ａ乃至４０ｈは不必要な部分での放電を抑制する。なお、反応容器２１内の圧力は、図示しない圧力計によりモニタされ、前記真空ポンプ２８の排気量を調整することにより制御される。
【００２９】
各カソード電極２２ａ乃至２２ｈとアノード電極２３でＳｉＨ4 プラズマを発生すると、そのプラズマ中に存在するＳｉＨ3 ，ＳｉＨ2 ，ＳｉＨなどのラジカルが拡散現象により拡散し、基板２９表面に吸着されることにより、ａ−Ｓｉ膜あるいは微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉが堆積する。なお、ａ−Ｓｉ膜あるいは微結晶Ｓｉあるいは薄膜多結晶Ｓｉは、成膜条件の中の、ＳｉＨ4 ，Ｈ2 の原料比、圧力及びプラズマ発生用電力を適正化することで成膜できる公知の技術であるので、ここではＳｉＨ4 ガスを用いたａ−Ｓｉ成膜を例にとり説明する。当然ながら、微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉを成膜することも可能である。
【００３０】
各カソード電極２２ａ乃至２２ｈには、後に詳述する真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電力分配器６０、インピーダンス整合器２５を介して高周波電源２４が接続されている。
【００３１】
図２は図１に示す装置の電極及び電源部を抽出して示す電気配線系統図である。同図に示すように、本形態においては、８枚（この枚数には特別な限定はない。）のカソード電極２２ａ乃至２２ｈの夫々に高周波電力を独立に供給する多点給電方式を採用している。すなわち、本形態のプラズマＣＶＤ装置においては、例えば周波数７０ＭＨｚの電力を、高周波電源２４よりインピーダンス整合器２５、電力分配器６０、真空用給電線としての真空用同軸ケーブル４１ａ乃至４１ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電流導入端子４２ａ乃至４２ｄ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈを介して、上記カソード電極２２ａ乃至２２ｈに溶着された８個の電力供給端子４４乃至５１へそれぞれ供給する。
【００３２】
前記電力分配器６０は、図３に示すように、電力２分配器６２及び２個の電力４分配器６３，６４により構成され、入力された高周波電力を均等に８分割する機能を持っている。この電力分配器６０は、一般に用いられている高周波数用電力分配器を用いることもできるが、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの高周波数用トランスと抵抗とコンデンサとを組み合わせて構成することもできる。この場合、当該ＣＶＤ装置に適用して好適なものとなる。
【００３３】
前記インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、電力分配器６０と真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈとカソード電極２２ａ乃至２２ｈのインピーダンスの整合をとるために、図４に示すようなフェライト製環状体６５に絶縁被覆導線を２本、トランス巻線比が１対４となるように巻きつけて製作されたものを用いた。その等価回路は図５に示す通りである。同図に示すように、当該インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、トランスとコンデンサとを組み合わせた、伝送線路トランス方式である。
【００３４】
次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置を用いてａ−Ｓｉ膜を製作する方法について説明する。まず、真空ポンプ２８を稼働させて、反応容器２１内を排気し、到達真空度を２〜３×１０-7Ｔｏｒｒとする。つづいて、反応ガス導入管３７より反応ガス、例えばＳｉＨ4 ガスを５００〜８００ＳＣＣＭ程度の流量で供給する。この後、反応容器２１内の圧力を０．０５〜０．５Ｔｏｒｒに保ちながら、高周波電源２４からインピーダンス整合器２５、電力分配器６０、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈを介して、カソード電極２２ａ乃至２２ｈに高周波数、例えば７０ＭＨｚの電力を供給する。その結果、カソード電極２２ａ〜２２ｈと基板加熱ヒータ２３の間にＳｉＨ4 のグロー放電プラズマが発生する。このプラズマは、ＳｉＨ4 ガスを分解し、基板２９の表面にａ−Ｓｉ膜を形成する。但し、成膜速度は高周波電源２４の周波数及び出力にも依存するが、０．５〜３ｎｍ／ｓ程度である。
【００３５】
下記表１は、図１、図２に示したカソード電極２２ａ乃至２２ｈを用いて高周波電源２４の周波数を７０ＭＨｚとし、面積４０ｃｍ×８０ｃｍのガラス基板（商品名：コーニング＃７０５９、コーニング社製造）にａ−Ｓｉ膜を成膜した結果を示す。ここで、成膜条件は、ＳｉＨ4 ガス流量８００ＳＣＣＭ、圧力０．３Ｔｏｒｒ、高周波電力７００Ｗであった。
【００３６】
【表１】
表１に示されるデータから、電源周波数７０ＭＨｚ，基板面積４０ｃｍ×８０ｃｍで、インピーダンス変換器が無い場合、膜厚分布±１４％、インピーダンス変換器がある場合、膜厚分布±１０％と、従来装置では実現できなかった良好な結果が得られていることが判る。
【００３７】
なお、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラムなどの製造では、膜厚分布としては±１０％以内であれば性能上問題はない。
【００３８】
上記実施例によれば、高周波電極、即ちカソード電極２２ａ乃至２２ｈをサイズ２２ｃｍ×２２ｃｍ程度に分割し、それらを複数個同一面内に設置し、電力を夫々別々に真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ、電力分配器６０及びインピーダンス整合器２５を介して、高周波電源２４から供給するようにしたことで、従来技術では困難視されていた７０ＭＨｚの高周波電力を用いても、従来の装置及び方法に比べ、著しく良好な膜厚分布を得ることが可能になった。特に、高周波電源２４の周波数７０ＭＨｚの場合、基板サイズ４０ｃｍ×８０ｃｍにて、膜厚分布±１０％を実現できた。このことは、ａ−Ｓｉ太陽電池、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）駆動液晶ディスプレイ及びａ−Ｓｉ感光体等の製造分野での生産性向上及び低コスト化に係る工業的価値が著しく大きいことを意味している。
【００３９】
ちなみに、従来のプラズマ蒸着装置では、３０ＭＨｚ以上での高周波電源を用いると、膜厚分布が著しく悪く、３０ｃｍ×３０ｃｍ乃至５０ｃｍ×５０ｃｍ程度以上の大面積基板では実用化されていなかった。
【００４０】
上述の如く、上記第１の実施の形態においては、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈとして図４及び図５に示す伝送線路トランス方式のものを用いている。この場合、高周波電源２４の出力周波数が７０ＭＨｚ程度の場合には、従来に比べ極めて良好な成膜状態を実現することができるが、電源周波数をさらに上昇させた場合、１２０ＭＨｚ程度の周波数で生成されるプラズマが不安定になることが分かった。そこで、１２０ＭＨｚ程度以上の高周波数領域でもプラスマの安定化を図り、良好な成膜状態を得るべく、実験を重ねた結果、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈにπ回路方式を採用することにより、所望の特性が得られることが分かった。このπ回路方式のインピーダンス変換器とは、その等価回路を図７に示すように、コイルの両端に可変コンデンサを並列に接続し、全体としてπ型に形成したインピーダンス変換器である。
【００４１】
図７は入力パワー１５０Ｗあたりの反射パワーを、伝送線路トランス方式のインピーダンス変換器を用いた場合と、π回路方式のインピーダンス変換器を用いた場合のＣＶＤ装置で計測した結果を示す特性図である。同図の横軸は電源周波数、縦軸は反射パワーである。同図を参照すれば、伝送線路トランス方式の場合、電源周波数が１００ＭＨｚを越えたあたりから反射パワーが急激に増加しているのに対し、π回路方式では２００ＭＨｚを越えても反射パワーは十分小さいことが分かる。ちなみに、反射パワーが小さい方が電力が効率よく負荷へ供給されていることを意味している。
【００４２】
上記第１の実施の形態においては、８枚に分割したカソード電極２２ａ乃至２２ｈでカソード電極を形成することにより多点給電方式を実現したが、これに限定するものではない。はしご型電極を用いてカソード電極を形成した場合でも多点給電方式を実現することができ、この場合でも第１の実施の形態における分割形のカソード電極２２ａ乃至２２ｈと同様の作用・効果を得ることができる。
【００４３】
そこで、はしご型電極を用いたＣＶＤ装置を本発明の第２の実施の形態として説明しておく。図８ははしご型電極を用いたＣＶＤ装置における電極及び電源部を抽出して示す電気配線系統図である。同図は第１の実施の形態の図２に対応するものであり、電極部を除き、他の構成は図２に示す電気配線系統図と同様である。そこで、図２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４４】
図８に示すように、本形態におけるはしご型電極７０には、その上辺及び下辺の対応する位置で８個の電力供給端子７１乃至７８が分散して配設してあり、各電力供給端子７１乃至７８に、インピーダンス整合器２５、電力分配器６０、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈ及び真空用同軸ケーブル４３ａ乃至４３ｈ等を介して高周波電源２４からの高周波電力をそれぞれ供給するようになっている。ここで、インピーダンス変換器６１ａ乃至６１ｈは、図５に示す伝送線路トランス方式又は図６に示すπ回路方式の何れをものでも良い。この点で、第１の実施の形態と何ら変わるものではない。同様の理由で、１２０ＭＨｚ程度以上の高周波電力の場合には、π回路方式のものが好適である。
【００４５】
かかる第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の態様でａ−Ｓｉ膜を製作することができる。この場合の成膜状態も同様である。
【００４６】
上述の第１及び第２の実施の形態は、カソード電極を、複数に分割した小電極の集合体として構成した場合（第１の実施の形態）、及びはしご型電極として構成した場合（第２の実施の形態）に関するものであるが、当該カソード電極は、勿論これらに限定する必要はない。要は、多点給電方式の電源部からカソード電極の複数の点に給電することができるようにしたものであれば電極の種類に特別な限定はない。
【００４７】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに詳細に説明した通り、本発明によれば、放電用高周波電極、即ちカソード電極を、複数個の小面積電極に分割して各小面積電極を一平面内に配置するか、又は複数の給電点を有するはしご型電極を用いて多点給電方式とし、夫々のカソード電極にインピーダンス整合器、電力分配器、インピーダンス変換器、電流導入端子及び真空用同軸ケーブルを介して３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚの高周波電源が出力する高周波電力を供給することにより、従来技術に比べ、著しく均一性が向上した良好な膜厚分布が得られるという効果を奏する。
【００４８】
上述の如き効果は、ａ−Ｓｉ薄膜応用に限らず、３０ＭＨｚ乃至２００ＭＨｚ級の高周波電源を用いるプラズマＣＶＤ技術が、微結晶Ｓｉ及び薄膜多結晶Ｓｉの製造方法としての用途があることから、太陽電池、薄膜トランジスタ及び感光ドラムなどの産業上の利用価値は著しく大きい。
【００４９】
また、インピーダンス変換器を設けた場合には、さらに膜厚分布の均一化を図ることができる。しかも、このとき１２０ＭＨｚ程度以上の高周波領域では、π回路方式のインピーダンス変換器を用いることにより、安定なプラズマを生成させることができ、従来は不可能とされていた高周波領域での所望の薄膜を高効率で形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図２】図１の装置における分割電極の各カソード電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図３】図１の装置の一構成要素である電力分配器の説明図である。
【図４】図１の装置の一構成要素である伝送線路方式のインピーダンス変換器の説明図である。
【図５】図４の等価回路を示す回路図である。
【図６】図１の装置の一構成要素であるπ回路方式のインピーダンス変換器の説明図である。
【図７】図５に示す伝送線路方式と図６に示すπ回路方式のインピーダンス変換器を用いた場合の供給電源周波数に対するそれぞれの反射パワーを示す特性図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る装置におけるはしご型電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図９】はしご型電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図１０】図９に示す装置におけるはしご型電極に高周波数電力を供給するための電気配線系統図である。
【図１１】平行平板電極を用いた従来のプラズマＣＶＤ装置の全体図である。
【図１２】従来装置におけるプラズマ電源周波数と膜厚分布との関係を示す特性図である。
【図１３】図９の従来装置におけるインピーダンスの不均一性を説明するための図である。
【図１４】図１１の従来装置における電極周辺部と中央部分の電気特性の相違を説明するための図。
【符号の説明】
２１ 反応容器
２２ａ〜２２ｈ カソード電極
２３ アノード電極
２４ 高周波電源
２５ インピーダンス整合器
２７ 排気管
２８ 真空ポンプ
２９ 基板（被処理物）
３７ 反応ガス導入管
４０ａ〜４０ｈ アースシールド
４１ａ〜４１ｈ 真空用同軸ケーブル（電力供給線）
４２ａ〜４２ｄ 電流導入端子
６０ 電力分配器
６１ａ〜６１ｈ インピーダンス変換器
７０ はしご型電極
Claims (4)
- 反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置された複数個のカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記各カソード電極へ高周波電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記各カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記複数のカソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを具備することを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。 - 反応容器と、この反応容器に反応ガスを導入する手段と、前記反応ガスを前記反応容器内から排出する手段と、前記反応容器内に配置され、被処理物を支持するヒータ内蔵アノード電極と、このアノード電極に対向して設置されたカソード電極と、このカソード電極に周波数３０ＭＨｚないし２００ＭＨｚのグロー放電発生用電力を供給する電源とを有し、この電源から供給された電力によりグロー放電を発生し、前記被処理物表面上に非晶質薄膜あるいは微結晶薄膜あるいは多結晶薄膜を形成するプラズマ化学蒸着装置において、
前記カソード電極へ高周波数電力を供給する複数の真空用給電線と、各真空用給電線を介して前記カソード電極に接続され前記給電電力を均等に分配する電力分配器と、この電力分配器と前記電源との間に配設され、これらに電気的に接続するインピーダンス整合器と、前記カソード電極と前記電力分配器との間に配設され、これらに電気的に接続する複数のインピーダンス変換器とを有することを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。 - 請求項１又は２に記載する発明において、インピーダンス変換器は、磁性体に導線を２本巻きつけて形成したトランスとコンデンサとを組み合わせた伝送線路トランス方式のものとしたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
- 請求項１又は２に記載する発明において、インピーダンス変換器は、コイルの両端に可変コンデンサを並列に接続し、全体としてπ型に形成したπ回路方式のものとしたことを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
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