JP5609661B2 - 誘導結合型の二重管電極及びアレイアンテナ式のｃｖｄプラズマ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アレイアンテナ式（誘導結合型）のＣＶＤプラズマ装置におけるアレイアンテナのアンテナ素子に用いられる誘導結合型の二重管電極等に関する。

近年、太陽電池等に用いられるガラス基板等の基板の大面積化（大型化）に伴い、大面積基板（大型基板）の成膜に適したアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置について種々の開発がなされている。そして、一般的なアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置の構成等に説明すると、次のようになる。

一般的なアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置は、内部を真空状態に減圧可能な真空チャンバーを具備しており、この真空チャンバーは、内部を真空状態に減圧可能である。また、真空チャンバーの外側の適宜位置には、真空チャンバーの内部側へ材料ガスを供給するガス供給源が設けられている。そして、真空チャンバーの内部には、プラズマを発生させるアレイアンテナが配設されており、このアレイアンテナは、鉛直状態で同一平面上に長さ方向に間隔を置いて配列された複数本のアンテナ素子（誘導結合型電極）を備えており、アレイアンテナの少なくとも片側には、鉛直状態の基板をセット可能な基板エリアが形成されている。そして、真空チャンバーの外側の適宜位置には、複数本のアンテナ素子に高周波電力を供給する高周波電源が配設されている。

従って、真空チャンバーの内部を真空状態に減圧して、基板エリアに基板をセットする。また、ガス供給源によって真空チャンバーの内部側へ材料ガスを供給する。そして、高周波電源によって複数本のアンテナ素子に高周波波電力を供給することにより、アレイアンテナの周辺にプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を基板の表面に付着させる。これにより、基板の表面に非結晶シリコン膜又は微結晶シリコン膜等の薄膜を成膜（形成）することができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１から特許文献４に示すものがある。

特開２００２−５０９６号公報 特開２００７−２６２５４１号公報 特開２００３−８６５８１号公報 特開２００３−１０９７９８号公報

ところで、薄膜の厚み及び膜質の均一性を十分に図るために、アンテナ素子に誘導結合型の二重管電極を用いることが有効であることが知られている（特許文献１参照）。ここで、誘導結合型の二重管電極は、ステンレス等の導電材料により構成された断面円形状の電極棒と、電極棒の外側に囲むように設けられかつセラミックス等の誘電材料により構成された断面環状の外筒とを具備している。

一方、通常、アンテナ素子に付着した被膜等の除去のために、アンテナ素子を真空チャンバー側から取り外して、アンテナ素子の洗浄メンテナンスが定期的に行われている。また、アンテナ素子に誘導結合型の二重管電極を用いた場合には、洗浄液が電極棒の外周面と外筒の内周面との間の隙間に残らないように、誘導結合型の二重管電極を分解した状態で、アンテナ素子の洗浄メンテナンスを行う必要がある。そのため、アンテナ素子の洗浄メンテナンスに誘導結合型の二重管電極の分解及び組立の作業が加わり、アンテナ素子の洗浄メンテナンスが煩雑化して、アンテナ素子の洗浄メンテナンスの作業時間が長くなるという問題ある。

つまり、薄膜の均一性を十分に図りつつ、アンテナ素子の洗浄メンテナンスの煩雑化を抑えて、アンテナ素子の洗浄メンテナンスの作業時間を短縮することは困難であるという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の誘導結合型の二重管電極等を提供することを目的とする。

本発明の第１の特徴は、真空雰囲気中でプラズマを発生させつつ基板の表面に薄膜を成膜（形成）するアレイアンテナ式（誘導結合型）のＣＶＤプラズマ装置におけるアレイアンテナのアンテナ素子に用いられる誘導結合型の二重管電極において、導電材料により構成された断面円形状の電極棒と、前記電極棒の外側に囲むように設けられ、誘電材料により構成された断面環状の外筒（シース）と、を備え、前記電極棒の外周面及び前記外筒の内周面のうちの少なくともいずれかに溝が形成され、前記溝が前記電極棒の基端側から先端側（前記外筒の基端側から先端側）にかけて連続して延びていることを要旨とする。

第１の特徴によると、前記誘導結合型の二重管電極の洗浄メンテナンスを行う場合には、例えば洗浄液に前記誘導結合型の二重管電極を浸漬させることにより、前記誘導結合型の二重管電極に対して洗浄を行う。続いて、前記誘導結合型の二重管電極の基端側又は先端側に向かってすすぎ液を噴射することにより、前記誘導結合型の二重管電極に対してすすぎを行う。これにより、前記誘導結合型の二重管電極に付着した被膜等を除去することができる。

ここで、前記電極棒の外周面及び前記外筒の内周面のうちの少なくともいずれかに前記溝が形成され、前記溝が前記電極棒の基端側から先端側にかけて連続して延びているため、前記電極棒の外周面と前記外筒の内周面との間の隙間をすすぎ液が流れ易くなり、前記隙間に対するすすぎ液の抜け性を高めることができる。これにより、前記誘導結合型の二重管電極を前記アレイアンテナの前記アンテナ素子に用いた場合でも、前記誘導結合型の二重管電極を分解することなく、前記アンテナ素子の洗浄メンテナンスを行うことができる。

本発明の第２の特徴は、真空雰囲気中でプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を基板の表面に付着させることにより、基板の表面に薄膜を形成するアレイアンテナ式（誘導結合型）のＣＶＤプラズマ装置において、内部を真空状態に減圧可能な真空チャンバーと、前記真空チャンバーの内部側へ材料ガスを供給するガス供給源と、前記真空チャンバーの内部に設けられ、鉛直状態で同一平面上に前記真空チャンバーの幅方向へ間隔を置いて配列（配設）された複数本のアンテナ素子を備え、少なくとも片側に鉛直状態の基板をセット可能な基板エリアが形成され、プラズマを発生させるアレイアンテナと、複数本の前記アンテナ素子に高周波電力を供給する高周波電源と、を備え、各アンテナ素子（の少なくとも一部）に第１の特徴からなる誘導結合型の二重管電極が用いられていることを要旨とする。

第２の特徴によると、前記真空チャンバーの内部を真空状態に減圧して、前記基板エリアに基板をセットする。また、前記ガス供給源によって前記真空チャンバーの内部側へ材料ガスを供給する。そして、前記高周波電源によって複数本のアンテナ素子に高周波波電力を供給することにより、前記アレイアンテナの周辺にプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を基板の表面に付着させる。これにより、基板の表面に薄膜を成膜（形成）することができる。なお、前記基板エリアに基板をセットした状態で、前記真空チャンバーの内部を真空状態に減圧しても構わない。

また、各アンテナ素子に第１の特徴からなる誘導結合型の二重管電極が用いられているため、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、前記誘導結合型の二重管電極を前記アレイアンテナの前記アンテナ素子に用いた場合でも、前記誘導結合型の二重管電極を分解することなく、前記アンテナ素子の洗浄メンテナンスを行うことができるため、薄膜の均一性を十分に図りつつ、前記アンテナ素子の洗浄メンテナンスの煩雑化を抑えて、前記アンテナ素子の洗浄メンテナンスの作業時間を大幅に短縮することができる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る誘導結合型の二重管電極の部分縦断面図、図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る誘導結合型の二重管電極の横断面図である。 図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る誘導結合型の二重管電極の部分縦断面図、図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る誘導結合型の二重管電極の横断面図である。 図３は、本発明の実施形態に係るアレイアンテナの部分縦断面図である。 図４は、本発明の実施形態に係るアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置の正面断面図である。 図５は、本発明の実施形態に係るアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置の側面断面図である。 図６（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態の作用を説明する図である。

本発明の実施形態について図１から図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は前方向、「ＦＲ」は後方向、「Ｌ」は左方向、「Ｒ」は右方向、「Ｕ」は上方向、「Ｄ」は下方向をそれぞれ指してある。

図４及び図５に示すように、本発明の実施形態に係るアレイアンテナ方式（誘導結合型）のＣＶＤプラズマ装置１は、真空雰囲気中でプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を基板Ｗの表面に付着させることにより、基板Ｗの表面に非結晶シリコン膜又は微結晶シリコン膜等の薄膜（図示省略）を成膜（形成）する装置である。

アレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置１は、箱型の真空チャンバー３を具備しており、この真空チャンバー３は、真空圧を発生させる真空ポンプ等の真空圧発生源５に接続されてあって、内部を真空状態に減圧可能である。また、真空チャンバー３は、チャンバー本体７を備えており、このチャンバー本体７は、正面側（前側）にフロント開口部７ａ、背面側（後側）にリア開口部７ｂ、両側面側（左側面側及び右側面側）にサイド開口部７ｃをそれぞれ有している。更に、チャンバー本体７の正面部（前部）には、フロント開口部７ａを開閉可能なフロント壁９が設けられており、チャンバー本体７の背面部（後部）には、リア開口部７ｂを開閉可能なリア壁１１が設けられている。そして、チャンバー本体７の両側部（左側部及び右側部）には、サイド開口部７ｃを開閉可能なサイド壁（ゲートバルブを含む）１３がそれぞれ設けられており、チャンバー本体７の上部には、天井壁１５が設けられている。

真空チャンバー３の外側の適宜位置には、真空チャンバー３の内部側へ材料ガスを供給するガス供給ボンベ等のガス供給源１７が配設されている。

真空チャンバー３の内部には、プラズマを発生させる複数のアレイアンテナ１９が真空チャンバー３の奥行き方向（前後方向）に間隔を置いて配設されており、各アレイアンテナ１９は、鉛直状態で同一平面上に真空チャンバー３の幅方向（左右方向）へ間隔を置いて配列（配設）されたＵ字形状の複数のアンテナ素子２１を備えている。また、各アレイアンテナ１９の片側又は両側には、基板Ｗをセット可能な基板エリアＡが形成されている。

真空チャンバー３の内部の床面には、左右方向へ延びた一対のガイドレール２３が設けられており、一対のガイドレール２３には、台車２５が左右方向へ移動可能に設けられている。換言すれば、真空チャンバー３の内部の床面には、台車２５が一対のガイドレール２３を介して左右方向へ移動可能に設けられている。また、台車２５は、チャンバー本体７のサイド開口部７ｃを介して真空チャンバー３の内部に送り出し及び引き出し可能である。そして、台車２５には、鉛直状態の１枚又は２枚の基板Ｗを保持する枠状の複数の基板ホルダ２７が前後方向に間隔を置いて立設されてある。なお、台車２５を真空チャンバー３の内部における基準の台車送り出し位置（図５に実線で示す台車２５の位置）に送り出すことによって、各基板エリアＡに基板Ｗがセットされるようになっている。

なお、本発明の実施形態にあっては、基板エリアＡに基板Ｗをセットするために台車２５等を用いているが、別のセット手段を用いて基板エリアＡに基板Ｗをセットするようにしても構わない。

図１（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、真空チャンバー３の外側の適宜位置には、複数のアンテナ素子２１に高周波電力を供給する高周波電源２９が配設されている。また、真空チャンバー３の天井壁１５には、第１天井側コネクタ３１と第２天井側コネクタ３３が真空チャンバー３の左右方向に交互に配設されており、換言すれば、真空チャンバー３の天井壁１５には、複数の天井側コネクタ（複数の第１天井側コネクタ３１と複数の第２天井側コネクタ３３）が左右方向に間隔を置いて配設されている。ここで、各第１天井側コネクタ３１は、高周波電源２９の供給側（非接地側）に電気的に接続されており、各第２天井側コネクタ３３は、高周波電源２９の接地側に電気的に接続されている。

続いて、本発明の実施形態の要部であるアンテナ素子２１の構成について説明する。

図１（ａ）（ｂ）及び図３に示すように、アンテナ素子２１は、誘導結合型の二重管電極（第１電極）３５を具備しており、この誘導結合型の二重管電極３５は、断面円形状の電極棒３７を備えており、この電極棒３７は、ステンレス等の電電材料により構成されている。また、電極棒３７の外側には、断面環状の外筒（シース）３９が囲むように設けられており、この外筒３９は、樹脂又はセラミックス等の誘電材料により構成されている。そして、電極棒３７の基端部（上端部）には、第１アンテナ側コネクタ４１が着脱可能に設けられており、第１アンテナ側コネクタ４１は、対応関係にある第１天井側コネクタ３１に接続可能である。更に、電極棒３７の先端部（下端部）には、電極棒３７からの外筒３９の離脱を防止（規制）するストッパ部材４３が着脱可能に設けられており、このストッパ部材４３は、例えば絶縁材料により構成されている。ここで、外筒３９の内周面と電極棒３７の外周面との間には、環状の隙間Ｃが形成されおり、この隙間Ｃは、誘導結合型の二重管電極３５の基端側及び先端側を経由して外部に連通してある。

そして、本発明の実施形態にあっては、図１（ａ）（ｂ）に示すように、電極棒３７の外周面には、複数本の直線溝４５が周方向に間隔を置いて形成されており、各直線溝４５は、電極棒３７の基端側から先端側（外筒３９の基端側から先端側）にかけて直線状に連続して延びている。また、電極棒３７の外周面に直線溝４５が形成される代わりに、図２（ａ）（ｂ）に示すように、電極棒３７の外周面に螺旋溝４７が形成され、螺旋溝４７が電極棒３７の基端部から先端部にかけて螺旋状に連続して延びるようにしても構わない。更に、電極棒３７の外周面に直線溝４５等が形成される代わりに或いは電極棒３７の外周面に直線溝４５等が形成されると共に、外筒３９の内周面に直線溝（図示省略）又は螺旋溝（図示省略）が形成されかつ直線溝又は螺旋溝が外筒３９の基端部から先端部にかけて直線状又は螺旋状に連続して延びるようにしても構わない。

図３に示すように、アンテナ素子２１は、誘導結合型の二重管電極３５に対して平行な誘導結合型の電極（第２電極）４９を具備しており、この電極４９は、ステンレス等の導電材料により構成されている。また、電極４９の基端部（上端部）には、第２アンテナ側コネクタ５１が着脱可能に設けられており、第２アンテナ側コネクタ５１は、対応関係にある第２天井側コネクタ３３に接続可能である。

アンテナ素子２１は、誘導結合型の二重管電極３５の先端部（下端部）と誘導結合型の電極４９の先端部（下端部）との間に接続するように設けられた接続金具５３を具備しており、この接続金具５３は、ステンレス等の導電材料により構成されている。また、接続金具５３の一端部は、誘導結合型の二重管電極３５における電極棒３７の先端部に着脱可能に連結されており、接続金具５３の他端部は、誘導結合型の電極４９の先端部に着脱可能に連結されている。

本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

成膜処理に関する作用
まず、真空圧発生源５によって真空チャンバー３の内部を真空状態に減圧する。次に、台車２５を真空チャンバー３の内部における基準の台車送り出し位置に送り出すことにより、各基板Ｗを対応関係にある基板エリアＡにセットする。また、ガス供給源１７によって真空チャンバー３の内部側へ材料ガスを供給する。そして、高周波電源２９によって複数本のアンテナ素子２１に高周波波電力を供給することにより、各アレイアンテナ１９の周辺にプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を各基板Ｗの表面に付着させる。これにより、各基板Ｗの表面に非結晶シリコン膜又は微結晶シリコン膜等の薄膜を成膜（形成）することができる。ここで、アンテナ素子２１に誘導結合型の二重管電極３５を用いているため、薄膜の厚み及び膜質の均一性を十分に図ることができる。

洗浄メンテナンスに関する作用
誘導結合型の二重管電極３５の洗浄メンテナンスを行う場合には、図６（ａ）に示すように、容器５５に貯留した洗浄液Ｌに誘導結合型の二重管電極３５を浸漬させることにより、誘導結合型の二重管電極３５に対して洗浄を行う。なお、誘導結合型の二重管電極３５の洗浄後に、誘導結合型の二重管電極３５を容器５５から取り出す。

続いて、図６（ｂ）に示すように、誘導結合型の二重管電極３５の先端側に向かってすすぎ液（例えば純水）をウォータージェットノズル５７から噴射することにより、誘導結合型の二重管電極３５に対してすすぎを行う。このとき、すすぎ液は、誘導結合型の二重管電極５５の先端側から電極棒３７の外周面と外筒３９の内周面との間の隙間Ｃに供給され、誘導結合型の二重管電極５５の基端側から排出されるようになっている。

以上により、誘導結合型の二重管電極３５に付着した被膜等を除去することができる。なお、誘導結合型の二重管電極３５の先端側に向かってすすぎ液を噴射する代わりに、誘導結合型の二重管電極３５の基端側に向かってすすぎ液を噴射するようにしても構わない。

ここで、電極棒３７の外周面に直線溝４５又は螺旋溝４７が形成され、直線溝４５又は螺旋溝４７が電極棒３７の基端側から先端側にかけて連続して延びているため、電極棒３７の外周面と外筒３９の内周面との間の隙間Ｃをすすぎ液が流れ易くなり、電極棒３７の外周面と外筒３９の内周面との間の隙間Ｃに対するすすぎ液の抜け性を高めることができる。これより、誘導結合型の二重管電極３５を分解することなく、アンテナ素子２１の洗浄メンテナンスを行うことができる。

本発明の実施形態の効果
以上の如き、本発明の実施形態によれば、誘導結合型の二重管電極３５を分解することなく、アンテナ素子２１の洗浄メンテナンスを行うことができるため、薄膜の厚み及び膜質の均一性を十分に図りつつ、アンテナ素子２１の洗浄メンテナンスの煩雑化を抑えて、アンテナ素子２１の洗浄メンテナンスの作業時間を大幅に短縮することができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば、アレイアンテナ１９にＵ字形状の複数本のアンテナ素子２１を用いる代わりに、Ｉ字形状の複数本のアンテナ素子を用いる等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ アレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置
３ 真空チャンバー
５ 真空圧発生源
１７ ガス供給源
１９ アレイアンテナ
Ａ 基板エリア
２１ アンテナ素子
２５ 台車
２７ 基板ホルダ
Ｗ 基板
２９ 高周波電源
３１ 第１天井側コネクタ
３３ 第２天井側コネクタ
３５ 誘導結合型の二重管電極
３７ 電極棒
３９ 外筒
Ｃ 隙間
４１ 第１アンテナ側コネクタ
４３ ストッパ部材
４５ 直線溝
４７ 螺旋溝
４９ 電極
５１ 第２アンテナ側コネクタ
５３ 接続金具
５５ 容器
Ｌ 洗浄液
５７ ウォータージェットノズル

Claims (4)

1. 真空雰囲気中でプラズマを発生させつつ基板の表面に薄膜を成膜するアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置におけるアレイアンテナのアンテナ素子に用いられる誘導結合型の二重管電極において、
   導電材料により構成された断面円形状の電極棒と、
   前記電極棒の外側に囲むように設けられ、誘電材料により構成された断面環状の外筒と、を備え、
   前記電極棒の外周面及び前記外筒の内周面のうちの少なくともいずれかに溝が形成され、前記溝が前記電極棒の基端側から先端側にかけて連続して延びていることを特徴とする誘導結合型の二重管電極。
2. 前記電極棒の基端部に設けられ、前記アレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置における真空チャンバーの天井壁に設けられかつ高周波電源に電気的に接続された天井側コネクタに接続可能なアンテナ側コネクタと、
   前記電極棒の先端部に設けられ、前記電極棒からの前記外筒の離脱を防止するストッパ部材と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の誘導結合型の二重管電極。
3. 前記溝は直線状に延びた直線溝又は螺旋溝であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の誘導結合型の二重管電極。
4. 真空雰囲気中でプラズマを発生させつつ、プラズマによって分解された材料ガスの成分を基板の表面に付着させることにより、基板の表面に薄膜を形成するアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置において、
   内部を真空状態に減圧可能な真空チャンバーと、
   前記真空チャンバーの内部側へ材料ガスを供給するガス供給源と、
   前記真空チャンバーの内部に設けられ、鉛直状態で同一平面上に前記真空チャンバーの幅方向へ間隔を置いて配列された複数本のアンテナ素子を備え、少なくとも片側に鉛直状態の基板をセット可能な基板エリアが形成され、プラズマを発生させるアレイアンテナと、
   複数本の前記アンテナ素子に高周波電力を供給する高周波電源と、を備え、
   各アンテナ素子に請求項１から請求項３のうちのいずれかの請求項に記載の誘導結合型の二重管電極が用いられていることを特徴とするアレイアンテナ式のＣＶＤプラズマ装置。

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