JP5523977B2 - 真空処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空処理装置に関し、特にプラズマを用いて基板に処理を行う真空処理装置およびプラズマ処理方法に関する。

一般的に、薄膜太陽電池の生産性を向上させるためには、高品質なシリコン薄膜を、高速に、かつ、大面積で製膜することが重要である。このような高速かつ大面積な製膜を行う方法としては、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法による製膜方法が知られている。

プラズマＣＶＤ法による製膜を行うためには、プラズマを発生させるプラズマ生成装置（真空処理装置）が必要であり、効率良く製膜を行うプラズマ生成装置として、例えば特許文献１に開示されているリッジ導波管を利用したプラズマ生成装置が知られている。この種のプラズマ生成装置は、特許文献１の図１０に示されるように、高周波電源（ＲＦ電源）を強い電界に変換させる左右一対の変換器（分配室４０）と、これらの変換器の間に接続される放電室（有効空間１）とを備えて構成されている。

変換器は、互いに対向する上下一対の平板状のリッジ部を有するリッジ導波管からなる。また、放電室も、互いに対向する上下一対の平坦なリッジ電極板を有するリッジ導波管であり、変換器に連結されている。このように構成されたプラズマ生成装置において、変換器と放電室の内部を減圧し、この中に、プラズマの生成と薄膜の形成に必要な母ガスを供給し、電源から高周波電力を供給すると、放電室内にて近接対向するリッジ電極板の間にプラズマを発生させることができる。そして、このプラズマを利用してガラス基板等に製膜処理を施すことができる。基板は、放電室におけるリッジ電極板の間に配置されるのが一般的である。具体的には、上下のリッジ電極が水平になるように装置全体を設置し、上下の電極の間に基板を搬入して、この基板を下側のリッジ電極の上面に載置する。

従来のこのようなプラズマ生成装置では、リッジ導波管に対して、横方向からマイクロ波電力を供給する構造になっていて、リッジ導波管に沿った長手方向における電界強度分布に偏りが生じていた。即ち、リッジ導波管に沿った長手方向における電界強度分布は、分配室と称されるリッジ導波管に併設された部分および分配室からリッジ導波管にマイクロ波を供給するための結合穴の構成により定まる。そのため、リッジ導波管と分配室は同じ長さが必要であり、かつ分配室や結合穴における取りうる構成が制限されると、電界強度分布の均一性も制限されることからプラズマの均一化が困難になるという問題があった（特許文献１参照）。

また、従来のこのようなプラズマ生成装置では、変換器のリッジ部のリッジ対向間隔に対して、放電室のリッジ電極のリッジ対向間隔が狭く設定されており、リッジ部からリッジ電極にかけて上記リッジ対向間隔が急激に狭まっていたため、この部分にリッジ段差が存在していた。このリッジ段差を繋ぐ板材とリッジ部面とのなす角度である段差角度（傾斜角度）は、これまでほぼ直角（９０度）とされてきたが、従来は基板サイズが小さくプラズマ供給電力も限られていたため、課題が顕在化しなかった。

特表平４−５０４６４０号公報

しかしながら、１ｍ^２を越える大きな面積の基板へ製膜を行うにあたっては、変換器におけるリッジ部の対向間隔が凡そ５０〜２００ｍｍ程度に設定され、放電室におけるリッジ電極板の対向間隔が凡そ３〜３０ｍｍ程度に設定されるため、変換器から放電室へと移行する境界部においては、数十〜百数十ｍｍの大きなリッジ段差が存在し、且つこのリッジ段差の段差角度がほぼ直角にされていたため、変換器から放電室にかけての特性インピーダンスが急激に減少または増加するする傾向が生じ、これまでは高周波電源から整合器で調整する対応が実施されていたが、インピーダンス不整合に伴う反射波発生の抑制は十分ではなかった。

さらに、製膜処理等でプラズマ発生付近に膜が付着成長し始めると、特性インピーダンスがさらに変動し、これによって特性インピーダンスの変動箇所からの反射波の発生が増加することが懸念されていた。特に、１ｍ^２を越える大きな面積の製膜を行うにあたっては、１ｍ^２あたり１ｋＷを越える大電力が投入されるため、反射波に起因して高周波電源系統の変調、故障の発生や、場合によっては高周波電源系統の一部の焼損に至る場合があり、このような反射波の抑制対策の確立は非常に重要な課題として急務になっていた。一方では、電源周波数の高高周波化に伴い、反射波は極短時間に急速に大きくなることがあり、この反射波の発生を抑制するような電気的な構成をプラズマ生成装置に付加することは、技術的にも難しいだけでなく、装置構成の複雑化および価格上昇を招来するため、好ましくない。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、対向するリッジ電極板を有するリッジ導波管を利用してプラズマを発生させる真空処理装置において、簡素かつコンパクトで安価な構造により、変換器と放電室との境界部における反射波の発生を抑制し、高品質なプラズマ処理を行うことのできる真空処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係る真空処理装置は、互いに平行に対向して配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極を有したリッジ導波管からなる放電室と、前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向して配置された一対の平板状のリッジ部を有したリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、高周波電力を前記リッジ部に供給する電源手段と、を有し、前記変換器における前記リッジ部の対向間隔よりも、前記放電室における前記リッジ電極の対向間隔の方が狭く設定されて前記リッジ部と前記リッジ電極との境界部にリッジ段差が存在し、前記リッジ段差の部分に、前記一対のリッジ部と前記一方および他方のリッジ電極の間を、それら各々の対向間隔を漸減させて接続する漸減部を有し、前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部にＲ形状を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、リッジ導波管からなる変換器のリッジ部と、同じくリッジ導波管からなる放電室のリッジ電極との接続部に存在するリッジ段差の部分に設けられた漸減部により、対向間隔の大きな変換器の一対のリッジ部と、対向間隔の小さな放電室の一対のリッジ電極とを接続する部分において、対向間隔が一定の傾斜率でなだらかに狭くなるように接続される。このため、変換器から放電室にかけての特性インピーダンスが急激に減少または増加変化することがなく、変換器と放電室との境界部における急激な特性インピーダンス変化に伴う不整合による反射波の発生を抑制し、高周波電源系統の変調や故障等を有効に防止して、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
しかも、漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部にＲ形状を設けたことにより、漸減部からリッジ電極に移行する部分において、対向間隔の変化がより緩やかになり、反射波の発生を一層効果的に防止することができる。このようにＲ形状を設けることにより、漸減部の傾斜角度をある程度急な角度に設定しても、緩やかな角度に設定したのと同様な反射波抑制効果が得られるため、漸減部の傾斜角度を急勾配にしてその長さを短くし、反射波の抑制と、真空処理装置のコンパクト化とを両立させることができる。

また、本発明に係る真空処理装置は、前記漸減部が、前記一対のリッジ部と前記一方および他方のリッジ電極の間を一定の傾斜率で前記対向間隔が狭くなる斜面状に形成されたことを特徴とする。こうすることにより、変換器から放電室にかけての特性インピーダンスの急激な変化に伴う不整合による反射波の発生を抑制し、漸減部の構造を簡素かつ安価なものにして、真空処理装置の価格上昇を抑えることができる。

さらに、本発明に係る真空処理装置は、前記漸減部の傾斜率が、前記リッジ部の面方向に対する前記漸減部の傾斜角度で３０度以上６０度以下の角度であることを特徴とする。漸減部の角度は緩やかな方が特性インピーダンスの変化を小さくすることができるが、３０度以下の角度にしてしまうと、傾斜角度が小さくなることで漸減部のサイズが長くなり、真空処理装置全体のコンパクト性が損なわれてしまう。このため、漸減部の角度を３０度以上６０度以下の角度にすることにより、反射波の抑制と、真空処理装置のコンパクト化とを両立させることができる。

そして、本発明に係る真空処理装置は、前記漸減部と前記一対のリッジ部との接続部、および前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部にＲ形状を設けたことを特徴とする。こうすれば、変換器のリッジ部から漸減部に接続する部分と、漸減部から放電室のリッジ電極に接続する部分との両方において対向間隔の変化を緩やかにし、反射波の発生を最も効果的に防止することができる。これにより、漸減部の傾斜角度をより急角度に設定し、その分さらに漸減部の長さを短くして、反射波の抑制と、真空処理装置のコンパクト化とを高次元で両立させることができる。

また、本発明に係る真空処理装置は、前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部に設けたＲ形状の半径は、前記漸減部と前記一対のリッジ部との接続部に設けたＲ形状の半径よりも大きく設定されたことを特徴とする。こうすることにより、変換器から放電室のリッジ電極に向って滑らかにリッジ対向間隔を狭めて反射波を抑制するとともに、プラズマ発生領域の境界をより明確にし、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。

さらに、本発明に係るプラズマ処理方法は、前記各態様における真空処理装置を用いて基板にプラズマ処理を施すことを特徴とする。これにより、高品質なプラズマ処理を行うことができる。

以上のように、本発明に係る真空処理装置およびプラズマ処理方法によれば、対向する一対のリッジ電極板を有するリッジ導波管を利用してプラズマを発生させる真空処理装置において、簡素かつコンパクトで安価な構造により、変換器と放電室との境界部における反射波の発生を抑制し、高品質なプラズマ処理を行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係るダブルリッジ型の製膜装置の概略構成を説明する模式図である。 図１に示す製膜装置の斜視図である。 図１の放電室の構成を示すIII-III断面視図である。 図１の変換器の構成を示すIV-IV断面視図である。 図１のＶ部を拡大して本発明の参考実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。 シングルリッジ型の製膜装置の放電室を示す斜視図である。

〔参考実施形態〕
以下、本発明の参考実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。本実施形態においては、本発明を、一辺が１ｍを越える大面積な基板に対して、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン等の結晶質シリコン、窒化シリコン等からなる膜の製膜処理をプラズマＣＶＤ法によって行うことが可能な製膜装置（真空処理装置）１に適用した場合について説明する。

図１は製膜装置１の概略構成を説明する模式図であり、図２は製膜装置１の斜視図である。製膜装置１は、放電室（プロセス室）２と、この放電室２の両端に隣接して配置された変換器３Ａ，３Ｂと、これらの変換器３Ａ，３Ｂに一端が接続される同軸ケーブル４Ａ，４Ｂと、これらの同軸ケーブル４Ａ，４Ｂの他端に接続される高周波電源５Ａ，５Ｂ（電源手段）と、同軸ケーブル４Ａ，４Ｂの中間部に接続されたサーキュレータ７Ａ，７Ｂを介して接続された整合器６Ａ，６Ｂと、排気部９およびガス供給部１０を主な構成要素として備えている。

サーキュレータ７Ａ，７Ｂは、それぞれ高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力を放電室（プロセス室）２に導くとともに、高周波電源５Ａ，５Ｂに対して進行方向が違う高周波電力が入力されることを防止するものである。なお、図２では、構造を判り易くするために、一方の変換器３Ａが放電室２から切り離された状態が示されている。

図１に示すように、放電室２および変換器３Ａ，３Ｂは、函状の真空容器８に収納されている。真空容器８には排気部９が接続され、真空容器８および放電室２、変換器３Ａ，３Ｂの内部が排気部９により０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態とされる。このため、放電室２および変換器３Ａ，３Ｂならびに真空容器８は内外の圧力差に耐え得る構造とされる。排気部９としては、本発明において特に限定されることはなく、たとえば公知の真空ポンプ、圧力調整弁と真空排気配管等を用いることができる。

真空容器８の材質としては、例えばステンレス鋼（ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ材）や、一般構造用圧延材（ＪＩＳ規格におけるＳＳ材）等から形成し、リブ材等で補強された構成を用いることができる。また、放電室２は、非磁性または弱磁性を有し、且つ導電性を有する、アルミニウム合金材料等の材料から形成された容器状の部品であって、所謂ダブルリッジ型の導波管状に形成されたものである。

図１〜図３に示すように、放電室２には、上下方向（後述のＥ方向）に配列された上下一対のリッジ電極２１ａ（一方のリッジ電極）とリッジ電極２１ｂ（他方のリッジ電極）が設けられている。これら一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂは、ダブルリッジ導波管である放電室２における主要部分となるリッジ形状を構成するものであり、互いに平行に対向配置された平板状の部分である。そして、この放電室２に、プラズマ製膜処理が施される基板Ｓが収容される。この基板Ｓは、例えば下側のリッジ電極２１ｂの上に載置される。

また、下側のリッジ電極２１ｂにおいて、上側のリッジ電極２１ａと反対側の面にあたるリッジ電極２１ｂの外側面には、図示しない均熱温調器を設けて、基板Ｓの温度を制御してもよい。なお、基板Ｓは必ずしも一対の放電用のリッジ電極２１ａ，２１ｂの間に配置する必要はなく、例えば下側のリッジ電極２１ｂに製膜ガスが通過できる多数の通気孔を設け、この下側のリッジ電極２１ｂの下面から所定の間隔を空けて上述の均熱温調器を設け、その上面に基板Ｓを載置して、基板Ｓの温度を制御しながら製膜処理を行ってもよい。

本実施形態では、放電室２が延びる方向をＬ方向（図１における左右方向）とし、リッジ電極２１ａ，２１ｂの面に直交してプラズマ放電時の電界が生じる方向をＥ方向（図１における上下方向）とし、一対のリッジ電極２１ａ，２１ｂに沿い、かつＥ方向と直交する方向をＨ方向（図１における紙面に対して直交する方向）とする。さらに、図５に示すように、一方のリッジ電極２１ａから他方のリッジ電極２１ｂまでの距離がリッジ電極対向間隔ｄ１（ｍｍ）と定められる。このリッジ電極対向間隔ｄ１は、高周波電源５Ａ，５Ｂの周波数、基板Ｓの大きさやプラズマ製膜処理の種類等に応じて、凡そ３〜３０ｍｍ程度の範囲に設定される。

基板Ｓとしては透光性ガラス基板を例示することができる。例えば、太陽電池パネルに用いられるものでは、縦横の大きさが１．４ｍ×１．１ｍ、厚さが３．０ｍｍから４．５ｍｍのものを挙げることができる。

図４は、変換器３Ａ，３Ｂの構成を説明する模式図である。変換器３Ａ，３Ｂは、放電室２と同様に、アルミニウム合金材料等の導電性を有し非磁性または弱磁性を有する材料から形成された容器状の部品であって、放電室２と同様にダブルリッジ導波管状に形成されている。

図１に示すように、変換器３Ａ，３Ｂは、それぞれ高周波電源５Ａ，５Ｂから供給される高周波電力が導入される部分であって、供給された高周波電力を放電室２側に伝送する役割を担っている。これらの変換器３Ａ，３Ｂは、放電室２の、Ｌ方向の端部に連結され、電気的に接続されている。なお、変換器３Ａ，３Ｂを放電室２に対して一体的に設けてもよい。

変換器３Ａ，３Ｂには、図１、図２および図４に示すように、それぞれ上下一対の平板状のリッジ部３１ａ，３１ｂが設けられている。これらのリッジ部３１ａ，３１ｂは、ダブルリッジ導波管である変換器３Ａ，３Ｂにおけるリッジ形状を構成するものであり、互いに平行に対向して配置されている。変換器３Ａ，３Ｂは、高周波電力の伝送モードを同軸伝送モードであるＴＥＭモードから方形導波管の基本伝送モードであるＴＥモードに変換して、放電室（プロセス室）２に伝送する。

変換器３Ａ，３Ｂにおける一方のリッジ部３１ａから他方のリッジ部３１ｂまでの距離がリッジ部対向間隔ｄ２（ｍｍ）と定められる（図５参照）。このリッジ部対向間隔ｄ２は、高周波電源５Ａ，５Ｂの周波数、基板Ｓの大きさやプラズマ製膜処理の種類等に応じて、凡そ５０〜２００ｍｍ程度の範囲に設定される。

図１、図２および図４に示すように、変換器３Ａ，３Ｂに接続されている同軸ケーブル４Ａ，４Ｂは、例えばその外部導体４１が上側のリッジ部３１ａに電気的に接続され、内部導体４２が下側のリッジ部３１ｂに電気的に接続されている。同軸ケーブル４Ａ，４Ｂは、それぞれ、高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力を、変換器３Ａ，３Ｂに導くものである。なお、高周波電源５Ａ，５Ｂとしては、公知のものを用いることができる。

本発明において、高周波電源５Ａ，５Ｂは、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上、好ましくは３０ＭＨｚから４００ＭＨｚ（ＶＨＦ帯からＵＨＦ帯）に設定されている。これは、１３．５６ＭＨｚよりも周波数が低いと、ダブルリッジ導波管である放電室２と変換器３Ａ，３Ｂのサイズが基板Ｓのサイズに対して大型化するために装置設置スペースが増加し、逆に周波数が４００ＭＨｚより高いと、放電室（プロセス室）２が延びる方向（Ｌ方向）に生じる定在波の影響が増大してプラズマの均一性が低下するためである。さらに、リッジ導波管の特性により、リッジ電極２１ａ，２１ｂの間ではリッジ電極に沿う方向（Ｈ方向）の電界強度分布がほぼ均一になる。そして、リッジ電極２１ａ，２１ｂの間ではプラズマを生成可能な程度の強い電界強度を得ることができる。

その一方で、放電室２には、高周波電源５Ａから供給された高周波電力と、高周波電源５Ｂから供給された高周波電力により、定在波が形成される。このとき、電源５Ａおよび電源５Ｂから供給される高周波電力の位相が固定されていると、定在波の位置（位相）が固定され、リッジ電極２１ａ，２１ｂにおける放電室２の長さ方向（Ｌ方向）の電界強度の分布に偏りが生じる。そこで、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂの少なくとも一方から供給される高周波電力の位相を調節することにより、放電室２に形成される定在波の位置の調節が行われる。これにより、リッジ電極２１ａ，２１ｂにおけるＬ方向の電界強度の分布が時間平均的に均一化される。

具体的には、定在波の位置が、時間の経過に伴いＬ方向に、ｓｉｎ波状や、三角波状や、階段（ステップ）状に移動するように高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂから供給される高周波電力の位相が調節される。定在波が移動する範囲や、定在波を移動させる方式（ｓｉｎ波状、三角波状、階段状等）や、位相調整の周期の適正化は、電力の分布や、プラズマからの発光の分布や、プラズマ密度の分布や、製膜された膜に係る特性の分布等に基づいて行われる。膜に係る特性としては、膜厚や、膜質や、太陽電池等の半導体としての特性等を挙げることができる。リッジ部を形成したリッジ導波管の特性と、高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力の位相変調により、基板Ｓに対してＨ方向とＬ方向のいずれの方向にも均一なプラズマを広い範囲に生成することができ、大面積基板へ製膜するにあたり、高品質な膜を均一に製膜することができる。

一方、ガス供給部１０は、放電室２等から離れた位置に配置され、基板Ｓの表面にプラズマ製膜処理を施すのに必要な原料ガスを含む材料ガス（例えば、ＳｉＨ_４ガス等）を、放電室２の内部においてリッジ電極２１ａ，２１ｂの間に供給するものである。

図５に示すように、変換器３Ａ，３Ｂにおけるリッジ部３１ａ，３１ｂ間のリッジ部対向間隔ｄ２（凡そ５０〜２００ｍｍ）よりも、放電室２におけるリッジ電極２１ａ，２１ｂ間のリッジ電極対向間隔ｄ１（凡そ３〜３０ｍｍ）の方が狭く設定されているため、リッジ部３１ａ，３１ｂとリッジ電極２１ａ，２１ｂとの境界部に数十〜百数十ミリのリッジ段差Ｄが存在している。そして、このリッジ段差Ｄの部分には漸減部３２ａ，３２ｂが設けられている（図１、図２も参照）。この漸減部３２ａ，３２ｂは、リッジ部３１ａ，３１ｂからリッジ電極２１ａ，２１ｂにかけて、そのリッジ対向間隔を漸減させて接続するものである。

本実施形態において、漸減部３２ａ，３２ｂは、リッジ部３１ａ，３１ｂからリッジ電極２１ａ，２１ｂに向って一定の傾斜率でリッジ対向間隔を狭くする斜面状に形成されている。漸減部３２ａ，３２ｂが、リッジ部３１ａ，３１ｂの面方向（本実施形態ではＬ方向とＨ方向に広がる水平面）に対してなす角度である傾斜角度θは、３０度以上６０度以下の角度に設定するのが望ましい。ここでは漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θが３５度程度に設定されている。

傾斜角度θが３０度以下では、反射波を小さく抑えられる反面、漸減部３２ａ，３２ｂのＬ方向の長さ（図５のＬ１）が長くなるため製膜装置１が大型化するとともに、リッジ電極２１ａ，２１ｂと漸減部３２ａ，３２ｂとの境界部においてプラズマの発生範囲の境界部分が曖昧になり、プラズマの不安定要因になってしまう。一方、傾斜角度θが６０度以上になると、リッジ段差Ｄが大きくなるほど漸減部３２ａ，３２ｂで発生する反射波成分が高周波電源５Ａ，５Ｂへと戻る反射波として加わり、全体の反射波が増大するために好ましくない。

以上のように構成された製膜装置１において、放電室２の内部に設置された基板Ｓには、以下の手順によりプラズマ製膜処理が施される。

まず、図１および図３に示すように、図示しない基板搬送装置により、基板Ｓが、放電室２におけるリッジ電極２１ｂの上に配置される。その後、図１に示す排気部９により真空容器８、放電室２、変換器３Ａ，３Ｂの内部から空気等の気体が排気される。

さらに、高周波電源５Ａ，５Ｂから、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上、好ましくは３０ＭＨｚから４００ＭＨｚの高周波電力が変換器３Ａ，３Ｂを経て放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに供給されるとともに、ガス供給部１０からリッジ電極２１ａ，２１ｂの間に、例えばＳｉＨ_４ガス等の母ガスが供給される。この時、真空容器８内を排気する排気部９の排気量が制御されて、放電室２等の内部、即ちリッジ電極２１ａ，２１ｂの間の気圧が０．１ｋＰａから１０ｋＰａ程度の真空状態に保たれる。

一方、高周波電源５Ａ，５Ｂから供給された高周波電力は、同軸ケーブル４Ａ，４Ｂと整合器６Ａ，６Ｂを介して変換器３Ａ，３Ｂに伝送される。整合器６Ａ，６Ｂでは高周波電力を伝送する系統におけるインピーダンス等の値が調節される。そして、変換器３Ａ，３Ｂにおいて、高周波電力の伝送モードが、同軸伝送モードであるＴＥＭモードから方形導波管の基本伝送モードであるＴＥモードに変換され、変換部３Ａ，３Ｂから放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに伝送される。リッジ電極２１ａ，２１ｂでは、そのリッジ電極対向間隔ｄ１が狭く設定されたことで強い電界が発生し、このリッジ電極２１ａ，２１ｂの間に母ガスを導入することで母ガスが電離されてプラズマが生成される。

このような状態において、リッジ電極２１ａ，２１ｂの間で材料ガスが分解や活性化して製膜種が発生する。材料ガスにＳｉＨ_４とＨ_２を主成分に用い、このプラズマを基板Ｓの面内において均一に形成することにより、基板Ｓの上に均一な膜、例えばアモルファスシリコン膜や結晶質シリコン膜が形成される。

放電室２は、リッジ部（リッジ電極２１ａ，２１ｂ）を形成したリッジ導波管であるため、その特性により、リッジ電極２１ａ，２１ｂの間ではＨ方向の電界強度分布がほぼ均一になる。さらに、高周波電源５Ａおよび高周波電源５Ｂの少なくとも一方から供給される高周波電力の位相を時間的に変調することにより、放電室２に形成される定在波の位置を変化させ、リッジ電極２１ａ，２１ｂにおけるＬ方向の電界強度の分布が時間平均的に均一化される。リッジ導波管を用いることにより、伝送損出が小さい効果も加わり、Ｈ方向とＬ方向ともに電界強度分布がほぼ均一化された領域を容易に大面積化できる。

そして、先述した通り、変換器３Ａ，３Ｂのリッジ部３１ａ，３１ｂと、放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂとの境界部に存在するリッジ段差Ｄの部分に漸減部３２ａ，３２ｂが設けられており、この漸減部３２ａ，３２ｂがリッジ部３１ａ，３１ｂからリッジ電極２１ａ，２１ｂにかけてのリッジ対向間隔を漸減させる斜面状に形成されているため、この部分におけるリッジ対向間隔が一定の傾斜率でなだらかに狭くなっている。

このため、変換器３Ａ，３Ｂから放電室２にかけて特性インピーダンスが急激に大きく減少あるいは増加することがなく、変換器３Ａ，３Ｂと放電室２との境界部における急激な特性インピーダンス不整合による反射波の発生を抑制することができる。その結果、高周波電源５Ａ，５Ｂの系統における変調や故障、焼損等を有効に防止するとともに、リッジ電極２１ａ，２１ｂ間の、放電室２の長さ方向（Ｌ方向）の電界の伝送の減衰を抑制して時間平均的に均一化することができ、基板Ｓに対してプラズマを均一かつ広範囲に分布させて、大面積基板へ製膜するにあたり、均一かつ高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。

また、漸減部３２ａ，３２ｂが、リッジ部３１ａ，３１ｂからリッジ電極２１ａ，２１ｂに向って一定の傾斜率でリッジ対向間隔が狭くなる斜面状に形成されているため、漸減部３２ａ，３２ｂの構造を簡素かつ安価なものにして、製膜装置１の価格上昇を抑えるとともに、漸減部３２ａ，３２ｂを強度的に堅固なものにして、内外の圧力差にも変形しにくいものにすることができる。

しかも、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを、リッジ部３１ａ，３１ｂの面方向（本実施形態ではＬ方向とＨ方向に広がる水平面）に対して３０度以上６０度以下の角度に設定したため、上述した反射波の抑制と、製膜装置１のコンパクト化とを両立させることができる。即ち、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θは緩やかな方が特性インピーダンスの変化を小さくして反射波の発生を抑制することができるが、３０度以下の角度に寝かせてしまうと、リッジ電極２１ａ，２１ｂと漸減部３２ａ，３２ｂとの境界部においてプラズマの発生する範囲が曖昧化してプラズマの不安定要因になってしまう。しかも、漸減部３２ａ，３２ｂのＬ方向の長さＬ１（＝Ｄ／ｔａｎθ）は、傾斜角度θが小さくなるとともに長くなり、これによって製膜装置１全体のコンパクト性が損なわれてしまう。このため、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを３０度以上６０度以下の角度にすることにより、反射波の抑制と、製膜装置１のコンパクト化とを両立させることができる。

〔第１実施形態〕
次に、本発明の第１実施形態について、図６を参照して説明する。本実施形態において、図５に示す参考実施形態の構成と異なるのは、漸減部３２ａ，３２ｂとリッジ電極２１ａ，２１ｂとの接続部にＲ形状が設けられている点と、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θが参考実施形態の場合よりも大きな角度で設置されて漸減部３２ａ，３２ｂが急角度に立っている点であり、他の部分の構成は参考実施形態と同一である。

Ｒ形状の半径寸法は、製膜装置１の大きさや用途等によって異なるが、半径１０ｍｍ以上であることが望ましい。また、Ｒ形状の半径寸法の上限値は、Ｒ＜（ｄ２−ｄ１）／２の式により導き出すことができる。例えば、リッジ電極２１ａと２１ｂとのリッジ電極対向間隔ｄ１が１０ｍｍに設定され、リッジ部３１ａと３１ｂとの対向間隔ｄ２が８０ｍｍに設定されている場合には、（８０−１０）／２＝３５ｍｍとなる。したがって、Ｒの値を１０ｍｍ以上３５ｍｍ未満に設定するのが好ましい。

このようなＲ形状を設けることにより、漸減部３２ａ，３２ｂからリッジ電極２１ａ，２１ｂに移行する部分において、リッジ対向間隔の変化（リッジ段差の変化）がより緩やかになり、特性インピーダンスの増加または減少による不整合による反射波の発生を一層効果的に防止することができる。しかも、このＲ形状を設けることにより、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを参考実施形態で示した３０度〜６０度よりも大きな角度に設定しても、緩やかな角度に設定したのと同様な反射波抑制効果が得られる。

このため、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを３０度〜６０度よりも大きな範囲、例えば４０度〜７０度の間に設定でき、その分Ｌ方向の長さＬ２（＝Ｄ／ｔａｎθ）は傾斜角度θが大きくなるとともに短くなるため、反射波の抑制と、製膜装置１のコンパクト化とを両立させることができる。この第１実施形態では、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを４５度に設定している。こうすれば、傾斜角度θを３５度に設定した参考実施形態における漸減部３２ａ，３２ｂのＬ方向の長さＬ１に比べて、漸減部３２ａ，３２ｂのＬ方向の長さＬ２を短縮することができ、製膜装置１がコンパクト化する。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。本実施形態において、図６に示す第１実施形態の構成と異なるのは、漸減部３２ａ，３２ｂとリッジ電極２１ａ，２１ｂとの接続部にＲ形状（Ｒ１）が設けられていることに加えて、漸減部３２ａ，３２ｂと変換器３Ａ，３Ｂのリッジ部３１ａ，３１ｂとの接続部にもＲ形状（Ｒ２）が設けられている点である。Ｒ１とＲ２の大きさの関係は、Ｒ１＞Ｒ２に設定するのが好ましい。

このように、漸減部３２ａ，３２ｂの両端にそれぞれＲ形状（Ｒ１，Ｒ２）を設けたことにより、変換器３Ａ，３Ｂのリッジ部３１ａ，３１ｂから漸減部３２ａ，３２ｂに移行する部分と、漸減部３２ａ，３２ｂから放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに移行する部分との両方においてリッジ対向間隔の変化（リッジ段差の変化）を緩やかにし、特性インピーダンスの増加または減少による不整合による反射波の発生を最も効果的に防止することができる。

その上、漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θを、参考実施形態で例示した３０度〜６０度よりもさらに急角度な範囲、例えば４５度〜７５度の間に設定して、漸減部３２ａ，３２ｂのＬ方向の長さＬ３を、第１実施形態における長さＬ２に比べてさらに短縮し、製膜装置１のＬ方向の長さをよりコンパクト化することができる。因みにここでは漸減部３２ａ，３２ｂの傾斜角度θが６０度程度に設定されている。

そして、Ｒ１とＲ２の寸法関係を、Ｒ１＞Ｒ２としたことにより、変換器３Ａ，３Ｂから放電室２のリッジ電極２１ａ，２１ｂに向って滑らかにリッジ対向間隔（リッジ段差）を狭めて反射波を抑制するとともに、リッジ電極２１ａ，２１ｂと漸減部３２ａ，３２ｂとの境界部におけるＲ形状（Ｒ２）を小さくすることでリッジ対向間隔（リッジ段差）を急速に所定値まで狭め、プラズマ発生領域の境界をより明確にし、プラズマを安定化させ、基板Ｓに対してプラズマを均一かつ広範囲に分布させて、大面積基板へ製膜するにあたり、均一かつ高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。この第２実施形態では、Ｒ２を１０ｍｍ〜１５ｍｍの間に設定し、Ｒ１を２０ｍｍ〜３５ｍｍの間に設定している。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記の各実施形態においては、本発明をダブルリッジ導波管状に形成された放電室２および変換器３Ａ，３Ｂを備えた製膜装置１に適用した例について説明したが、図８に示すように、所謂シングルリッジ導波管状に形成された放電室２および変換器を備えた製膜装置にも本発明を適用することができる。

また、上記の各実施形態においては、基板Ｓを水平に設置する横型の製膜装置１に適用した構成例を説明したが、基板Ｓを鉛直上下方向に傾斜させて設置する縦型の製膜装置にも適用することができる。この場合は、基板Ｓを鉛直方向から７°〜１２°傾斜させることで、基板自重のｓｉｎ(θ)成分により基板を安定して支持させるとともに、基板搬送時のゲート弁通過幅や製膜装置の設置床面積を少なく出来るので、好ましい。

また、上記の各実施形態においては、本発明をプラズマＣＶＤ法による製膜装置１に適用して説明したが、この発明は製膜装置に限られることなく、プラズマエッチング等のプラズマ処理を行う装置等、その他各種の装置にも広範囲に適用可能なものである。

１ 製膜装置（真空処理装置）
２ 放電室（プロセス室）
３Ａ，３Ｂ 変換器
５Ａ，５Ｂ 高周波電源（電源手段）
９ 排気部
２１ａ，２１ｂ リッジ電極
３１ａ，３１ｂ リッジ部
３２ａ，３２ｂ 漸減部
ｄ１ リッジ電極対向間隔
ｄ２ リッジ部対向間隔
Ｄ リッジ段差
Ｒ，Ｒ１，Ｒ２ Ｒ形状
Ｓ 基板
θ 漸減部の傾斜角度

Claims (6)

1. 互いに平行に対向して配置され、その間にプラズマが生成される一方および他方のリッジ電極を有したリッジ導波管からなる放電室と、
   前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向して配置された一対の平板状のリッジ部を有したリッジ導波管からなり、高周波電源から供給された高周波電力を方形導波管の基本伝送モードに変換して前記放電室に伝送し、前記一方および他方のリッジ電極の間にプラズマを発生させる一対の変換器と、
   高周波電力を前記リッジ部に供給する電源手段と、を有し、
   前記変換器における前記リッジ部の対向間隔よりも、前記放電室における前記リッジ電極の対向間隔の方が狭く設定されて前記リッジ部と前記リッジ電極との境界部にリッジ段差が存在し、
   前記リッジ段差の部分に、前記一対のリッジ部と前記一方および他方のリッジ電極の間を、それら各々の対向間隔を漸減させて接続する漸減部を有し、
   前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部にＲ形状を設けたことを特徴とする真空処理装置。
2. 前記漸減部は、前記一対のリッジ部と前記一方および他方のリッジ電極の間を一定の傾斜率で前記対向間隔が狭くなる斜面状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の真空処理装置。
3. 前記漸減部の傾斜率は、前記リッジ部の面方向に対する前記漸減部の傾斜角度が３０度以上６０度以下の角度であることを特徴とする請求項２に記載の真空処理装置。
4. 前記漸減部と前記一対のリッジ部との接続部、および前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部にＲ形状を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の真空処理装置。
5. 前記漸減部と前記一方および他方のリッジ電極との接続部に設けたＲ形状の半径は、前記漸減部と前記一対のリッジ部との接続部に設けたＲ形状の半径よりも大きく設定されたことを特徴とする請求項４に記載の真空処理装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の真空処理装置を用いて基板にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。

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