JP5721362B2 - Vacuum processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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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。 The present invention relates to a vacuum processing apparatus, and more particularly to a vacuum processing apparatus and a plasma processing method for processing a substrate using plasma.
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。 Generally, in order to improve the productivity of a thin film solar cell, it is important to form a high-quality silicon thin film at a high speed and in a large area. As a method for performing such high-speed and large-area film formation, a film formation method by plasma CVD (chemical vapor deposition) is known.
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、効率良くプラズマを発生させる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、同文献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)と、これらの変換器の間に接続される放電室(有効空間)とを備えて構成されている。
In order to perform film formation by the plasma CVD method, a plasma generation apparatus (vacuum processing apparatus) that generates plasma is necessary. As a plasma generation apparatus that generates plasma efficiently, for example, a ridge disclosed in Patent Document 1 A plasma generating apparatus using a waveguide is known. As shown in FIG. 10 of the
放電室の内部には、互いに対向する上下一対の平面状のリッジ電極が設けられており、この間にプラズマが発生する。したがって、ガラス基板等に製膜処理を施す場合には、このようなリッジ電極の間に基板を設置して製膜処理を施すことが考えられる。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。そして、放電室の内部を真空状態に近づけると同時に、製膜材料となるガスを供給し、リッジ電極の間にプラズマを発生させると、基板に膜等が形成される。 A pair of upper and lower planar ridge electrodes facing each other are provided inside the discharge chamber, and plasma is generated therebetween. Therefore, when a film forming process is performed on a glass substrate or the like, it is conceivable to perform the film forming process by installing a substrate between such ridge electrodes. Specifically, the entire apparatus is installed so that the upper and lower ridge electrodes are horizontal, a substrate is loaded between the upper and lower electrodes, and this substrate is placed on the upper surface of the lower ridge electrode. Then, when the inside of the discharge chamber is brought close to a vacuum state, and at the same time, a gas as a film forming material is supplied to generate plasma between the ridge electrodes, a film or the like is formed on the substrate.
このようなリッジ導波管を利用した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)。 Such a plasma generation apparatus using a ridge waveguide has a structure in which microwave power is supplied from the lateral direction to the ridge waveguide. That is, the electric field intensity distribution in the longitudinal direction along the ridge waveguide is a part of the ridge waveguide called a distribution chamber and a coupling hole for supplying microwaves from the distribution chamber to the ridge waveguide. It depends on the configuration. For this reason, the ridge waveguide and the distribution chamber must have the same length, and if the possible arrangements in the distribution chamber and the coupling hole are limited, the uniformity of the electric field strength distribution is also limited, so that the plasma is uniformized. There is a problem that it becomes difficult (see Patent Document 1).
さらに、リッジ導波管を利用したプラズマ生成装置において、基板に製膜処理を施す場合は、必要な膜質を得る製膜条件を整えるために、基板が載置される下側のリッジ電極を予熱する必要がある。また、プラズマ発生時には、プラズマのエネルギーによって上下のリッジ電極が加熱される。このため、基板の板厚方向に生じる熱流束により基板の表裏面に温度差が生じ、リッジ電極および基板がそれぞれ反り等の熱変形を起こしやすくなる。リッジ電極と基板のいずれか一方でも熱変形を起こせばリッジ電極同士の間隔およびリッジ電極と基板との間隔が不均等になり、均一なプラズマ特性が得られなくなって、結果として高品質で均一な製膜処理を行うことができなくなる。この問題のため、特に面積が1m2以上、さらには2m2級の大型基板においては、プラズマCVD法による製膜処理を施すのが困難であり、リッジ導波管による製膜処理の実用化に向けて解決が望まれていた。 Furthermore, in a plasma generator using a ridge waveguide, when a film is formed on the substrate, the lower ridge electrode on which the substrate is placed is preheated in order to adjust the film forming conditions for obtaining the required film quality. There is a need to. When plasma is generated, the upper and lower ridge electrodes are heated by the plasma energy. For this reason, a temperature difference occurs between the front and back surfaces of the substrate due to the heat flux generated in the thickness direction of the substrate, and the ridge electrode and the substrate are liable to undergo thermal deformation such as warpage. If either one of the ridge electrode and the substrate is thermally deformed, the distance between the ridge electrodes and the distance between the ridge electrode and the substrate become uneven, and uniform plasma characteristics cannot be obtained. The film forming process cannot be performed. Because of this problem, it is difficult to perform film forming processing by the plasma CVD method particularly for large substrates having an area of 1 m 2 or more, and even 2 m 2 class. A solution was desired.
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、リッジ導波管を利用したリッジ電極間でプラズマを発生させて基板にプラズマ処理を施す真空処理装置において、リッジ電極および基板の熱変形を抑制し、大型の基板にも安定したプラズマ処理が行え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。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a vacuum processing apparatus for generating plasma between ridge electrodes using a ridge waveguide to perform plasma processing on a substrate. An object of the present invention is to provide a vacuum processing apparatus and a plasma processing method capable of suppressing thermal deformation of the substrate and performing stable plasma processing even on a large substrate.
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、平板状に形成されて互いに平行に対向配置され、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する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、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部を有する非リッジ部導波管からなり、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、前記他方のリッジ電極の外面側に間隔を空けて平行に設置されて、プラズマ処理が施される基板がセットされ、該基板の温度を制御する均熱温調器と、前記一方のリッジ電極の外面側に設置され、該一方のリッジ電極の温度を制御する熱吸収温調ユニットと、前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、前記基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
That is, the vacuum processing apparatus according to the present invention is formed in a flat plate shape and disposed opposite to each other in parallel, and a discharge chamber comprising a ridge waveguide having one and other ridge electrodes between which plasma is generated, disposed adjacent to both ends of the discharge chamber, of a non-ridge portion waveguide having a pair of ridge portions which are parallel to face each other, the fundamental transmission mode of the radio-frequency power supplied from the high frequency power source the rectangular waveguide A pair of converters for generating a plasma between the one and the other ridge electrode, and being arranged in parallel with an interval on the outer surface side of the other ridge electrode, A substrate to be subjected to plasma treatment is set, a soaking temperature controller that controls the temperature of the substrate, and a heat absorption temperature that is installed on the outer surface side of the one ridge electrode and controls the temperature of the one ridge electrode. Tone , Exhaust means for exhausting the gas inside the discharge chamber and the converter, and a mother gas for supplying a mother gas necessary for performing plasma treatment to the substrate between the one and the other ridge electrodes And a supply means.
上記構成によれば、前記熱吸収温調ユニットと均熱温調器によって一方および他方のリッジ電極の温度を制御して、基板の板厚方向を通過する熱流束が制御されるため、基板の表裏温度差による変形(反り)を抑制して、均一で高品質なプラズマ処理を行うことができる。したがって、この真空処置装置を基板にプラズマ製膜処理を施す製膜装置として適用した場合には、高品質で均一な製膜処理を行うことができる。 According to the above configuration, the heat flux passing through the thickness direction of the substrate is controlled by controlling the temperature of the one and the other ridge electrodes by the heat absorption temperature adjusting unit and the soaking temperature controller. Deformation (warping) due to the temperature difference between the front and back surfaces can be suppressed, and uniform and high-quality plasma treatment can be performed. Therefore, when this vacuum treatment apparatus is applied as a film forming apparatus for performing a plasma film forming process on a substrate, a high quality and uniform film forming process can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記熱吸収温調ユニットが前記一方のリッジ電極に対向する平面部を有し、該平面部に前記一方のリッジ電極が密着するように保持されていることを特徴とする。本構成によれば、一方のリッジ電極が、これを通過する熱流束によって変形する(反る)ことを確実に防止して均一なプラズマ特性を確保し、高品質で均一なプラズマ処理を行うことができる。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the heat absorption temperature control unit has a flat part facing the one ridge electrode, and the one ridge electrode is held in close contact with the flat part. It is characterized by that. According to this configuration, one of the ridge electrodes is surely prevented from being deformed (warped) by the heat flux passing therethrough to ensure uniform plasma characteristics and perform high-quality and uniform plasma processing. Can do.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記一方および他方のリッジ電極は厚さ0.5mm以上3mm以下の金属板であることを特徴とする。このようにリッジ電極を薄く形成することにより、リッジ電極を通過する熱流束によりリッジ電極がプラズマ分布に影響する程度に変形するような表裏温度差が生じないため、リッジ電極の反りを防止でき、均一なプラズマ特性を確保して高品質なプラズマ処理を行うことができる。 The vacuum processing apparatus according to the present invention is characterized in that the one and the other ridge electrodes are metal plates having a thickness of 0.5 mm or more and 3 mm or less. By thinly forming the ridge electrode in this way, the heat flux passing through the ridge electrode does not cause a temperature difference between the front and back, which deforms the ridge electrode to the extent that it affects the plasma distribution. High quality plasma processing can be performed while ensuring uniform plasma characteristics.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記他方のリッジ電極の重量を分配して前記一方のリッジ電極に対して平行かつ平坦に支持するリッジ電極対向間隔調整手段をさらに有することを特徴とする。この構成により、他方のリッジ電極の平坦度を高めて、放電室における均一なプラズマ特性を確保し、高品質なプラズマ処理を行うことができる。 The vacuum processing apparatus according to the present invention further includes a ridge electrode facing distance adjusting unit that distributes the weight of the other ridge electrode and supports the ridge electrode in parallel and flat with respect to the one ridge electrode. . With this configuration, the flatness of the other ridge electrode can be increased, uniform plasma characteristics in the discharge chamber can be ensured, and high-quality plasma treatment can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記リッジ電極対向間隔調整手段が、前記他方のリッジ電極を上方から複数の吊持部材を介して吊持するように構成されていることを特徴とする。本構成によれば、熱吸収温調ユニットによって他方のリッジ電極が平坦に吊持されるため、他方のリッジ電極の平坦度を高めて、放電室における均一なプラズマ特性を確保し、高品質なプラズマ処理を行うことができる。 The vacuum processing apparatus according to the present invention is characterized in that the ridge electrode facing distance adjusting means is configured to suspend the other ridge electrode from above via a plurality of suspension members. . According to this configuration, since the other ridge electrode is suspended flat by the heat absorption temperature control unit, the flatness of the other ridge electrode is increased to ensure uniform plasma characteristics in the discharge chamber, and high quality. Plasma treatment can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記リッジ電極対向間隔調整手段が、前記放電室の非リッジ部導波管の断面形状を変化させることなく、前記一方のリッジ電極と他方のリッジ電極との間を平行に保った状態で、該両リッジ電極間の間隔を調整可能にすることを特徴とする。本構成によれば、非リッジ部導波管の伝送特性を変化させずに、リッジ電極の間隔を最適値に設定でき、これによって高品質なプラズマ処理を行うことができる。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the ridge electrode facing distance adjusting means may change the one ridge electrode and the other ridge electrode without changing the cross-sectional shape of the non-ridge waveguide of the discharge chamber. The distance between the ridge electrodes can be adjusted in a state where the distance between them is kept parallel. According to this configuration, the interval between the ridge electrodes can be set to an optimum value without changing the transmission characteristics of the non-ridge portion waveguide, whereby high-quality plasma processing can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記一方および他方のリッジ電極の熱膨張を吸収する熱膨張吸収手段をさらに有することを特徴とする。これにより、一方および他方のリッジ電極が熱膨張により変形(反る)ことを確実に防止して均一なプラズマ特性を確保し、高品質で均一なプラズマ処理を行うことができる。 The vacuum processing apparatus according to the present invention further includes thermal expansion absorption means for absorbing thermal expansion of the one and the other ridge electrodes. Accordingly, it is possible to reliably prevent the one and the other ridge electrodes from being deformed (warped) due to thermal expansion, to ensure uniform plasma characteristics, and to perform high quality and uniform plasma processing.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記熱膨張吸収手段が、前記一方および他方のリッジ電極に設けられて該両リッジ電極を電極保持部に締結保持するための締結部材挿通孔と、この締結部材挿通孔に挿通される締結部材とを有し、前記締結部材挿通孔は、前記電極保持部に対する前記リッジ電極の熱膨張方向に延びる長孔形状とされるとともに、前記締結部材の締結力は、前記リッジ電極が熱膨張した際に該リッジ電極と前記電極保持部との間の相対移動を許容できる強度に設定されていることを特徴とする。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the thermal expansion absorbing means is provided on the one and the other ridge electrodes, and a fastening member insertion hole for fastening and holding the ridge electrodes to the electrode holding portion, A fastening member that is inserted into the fastening member insertion hole, and the fastening member insertion hole has a long hole shape extending in a direction of thermal expansion of the ridge electrode with respect to the electrode holding portion, and a fastening force of the fastening member Is characterized in that the strength is set to allow the relative movement between the ridge electrode and the electrode holding portion when the ridge electrode is thermally expanded.
上記構成によれば、一方および他方のリッジ電極が熱膨張を起こして面方向に寸法が延びても、リッジ電極の締結部材挿通孔の位置が電極保持部に対して相対移動できるため、各リッジ電極を通過する熱流束により、各リッジ電極が反る等の変形を確実に防止して、これによって一方および他方のリッジ電極間を平行に保って均一なプラズマを発生させ、高品質なプラズマ処理を行うことができる。 According to the above configuration, the position of the fastening member insertion hole of the ridge electrode can be moved relative to the electrode holding portion even when one and the other ridge electrodes are thermally expanded to extend in the surface direction. The heat flux passing through the electrodes ensures that each ridge electrode is prevented from warping and other deformations, so that one and the other ridge electrodes are kept parallel to generate a uniform plasma, resulting in high-quality plasma processing. It can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記一方および他方のリッジ電極には複数の通気孔が穿設され、前記熱吸収温調ユニットは該通気孔を介して前記放電室に連通するマニホールド状に形成されるとともに、前記熱吸収温調ユニットの内部に温調媒体が流通する温調媒体流通路を有し、前記排気手段は前記熱吸収温調ユニットのヘッダー部に接続されて、該熱吸収温調ユニットのマニホールド形状を介して前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させることを特徴とする。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the one and the other ridge electrodes are provided with a plurality of vent holes, and the heat absorption temperature control unit communicates with the discharge chamber through the vent holes. And a temperature adjustment medium flow passage through which the temperature adjustment medium flows, and the exhaust means is connected to a header portion of the heat absorption temperature adjustment unit, The gas inside the discharge chamber and the converter is discharged through the manifold shape of the absorption temperature control unit.
上記構成によれば、前記熱吸収温調ユニットのマニホールド形状により、前記放電室の一方のリッジ電極面の広い範囲から放電室内部の排気ができるので、放電室内部における母ガスの分布を均一化してプラズマを安定化させ、高品質なプラズマ処理を行うことができる。 According to the above configuration, the manifold shape of the heat absorption temperature control unit allows the inside of the discharge chamber to be exhausted from a wide range of one ridge electrode surface of the discharge chamber, so that the distribution of the mother gas in the inside of the discharge chamber is made uniform. This stabilizes the plasma and enables high-quality plasma treatment.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記一方および他方のリッジ電極における単位面積当たりの前記通気孔の開口率が、前記排気手段に対して前記母ガス供給手段に近い位置範囲に比べて、前記母ガス供給手段に遠い位置範囲の方が高いことを特徴とする。これにより、母ガスを放電室内の中央付近までに均等に行き渡らせて安定したプラズマ処理を行うことができる。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the aperture ratio of the vent per unit area in the one and the other ridge electrodes is compared with a position range close to the mother gas supply unit with respect to the exhaust unit, The position range far from the mother gas supply means is higher. Thereby, it is possible to perform stable plasma processing by evenly distributing the mother gas to the vicinity of the center in the discharge chamber.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記母ガス供給手段が、前記放電室の非リッジ部導波管の内部に収容され、該導波管の内部の長手方向に沿って配設された母ガス供給管と、この母ガス供給管から前記一方および他方のリッジ電極の間に母ガスを噴き出させる複数の母ガス噴出孔とを備えてなることを特徴とする。本構成によれば、非リッジ部導波管の内部スペースを有効に利用して真空処理装置のコンパクト化を図りつつ、放電室の両端にある非リッジ部導波管から母ガスを均等に放電室内部へと行き渡らせてプラズマを均一化し、高品質で安定したプラズマ処理を行うことができる。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the mother gas supply means is accommodated in a non-ridge portion waveguide of the discharge chamber, and is disposed along the longitudinal direction of the inside of the waveguide. It is characterized by comprising a mother gas supply pipe and a plurality of mother gas ejection holes through which the mother gas is ejected from the mother gas supply pipe between the one and the other ridge electrodes. According to this configuration, the internal space of the non-ridge waveguide is effectively used to make the vacuum processing apparatus compact, and the mother gas is uniformly discharged from the non-ridge waveguide at both ends of the discharge chamber. The plasma can be made uniform by spreading to the inside of the room, and high-quality and stable plasma treatment can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記母ガス供給手段が前記熱吸収温調ユニットの内部に収容され、前記母ガス供給手段は、該熱吸収温調ユニットの内部に張り巡らされた母ガス分配部と、この母ガス分配部から前記熱吸収温調ユニットの内部を経て前記一方および他方のリッジ電極の間に母ガスを噴き出させる複数の母ガス噴出孔とを備えてなることを特徴とする。 In the vacuum processing apparatus according to the present invention, the mother gas supply means is accommodated in the heat absorption temperature control unit, and the mother gas supply means is installed in the mother of the heat absorption temperature adjustment unit. A gas distribution section, and a plurality of mother gas ejection holes for ejecting a mother gas from the mother gas distribution section through the heat absorption temperature control unit and between the one and the other ridge electrodes. Features.
この構成によれば、前記一方のリッジ電極の平面面積と略同じ平面面積を持つ熱吸収温調ユニットから母ガスを放電室内に供給できるため、母ガスを均一に供給することができ、これによってプラズマを均一化し、高品質なプラズマ処理を行うことができる。 According to this configuration, since the mother gas can be supplied into the discharge chamber from the heat absorption temperature control unit having a plane area substantially the same as the plane area of the one ridge electrode, the mother gas can be supplied uniformly. Plasma can be made uniform and high-quality plasma treatment can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記母ガス噴出孔には、噴出した母ガスを早期に拡散させずに前記一対のリッジ電極の間の空間に供給する母ガス導入ガイド手段が備えられたことを特徴とする。これにより、一方および他方のリッジ電極の間に母ガスを均等に行き渡らせてプラズマを均一化し、高品質で安定したプラズマ処理を行うことができる。 Further, in the vacuum processing apparatus according to the present invention, the mother gas ejection hole is provided with mother gas introduction guide means for supplying the ejected mother gas to the space between the pair of ridge electrodes without early diffusion. It is characterized by that. Thereby, the mother gas is evenly distributed between the one and the other ridge electrodes to make the plasma uniform, and high-quality and stable plasma treatment can be performed.
また、本発明に係る真空処理装置は、前記排気手段が前記放電室の非リッジ部導波管の少なくとも1箇所に接続されたことを特徴とする。これにより、放電室の幅方向両端からバランスをとりながら排気を行えるので、放電室の内部で母ガスが澱みにくくなり、母ガスの分布を均一化して高品質なプラズマ処理を行うことができる。 Moreover, the vacuum processing apparatus according to the present invention is characterized in that the exhaust means is connected to at least one location of the non-ridge waveguide of the discharge chamber. Accordingly, exhaust can be performed while balancing from both ends in the width direction of the discharge chamber, so that the mother gas is less likely to stagnate inside the discharge chamber, and the distribution of the mother gas can be made uniform and high-quality plasma treatment can be performed.
そして、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。 The plasma processing method according to the present invention is characterized in that the substrate is subjected to plasma processing using the vacuum processing apparatus in each of the above aspects. Thereby, high quality plasma processing can be performed.
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、リッジ電極を有するリッジ導波管を利用した放電室内でプラズマを発生させて、リッジ電極間の外側に設置した基板にプラズマ処理を施す真空処理装置において、リッジ電極および基板の熱変形を抑制して、リッジ電極間に均一なプラズマを発生させ、大型の基板にも安定した高品質なプラズマ処理が行うことができる。 As described above, according to the vacuum processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, the plasma is generated in the discharge chamber using the ridge waveguide having the ridge electrodes, and the substrate placed outside the ridge electrodes is applied to the substrate. In a vacuum processing apparatus that performs plasma processing, thermal deformation of a ridge electrode and a substrate is suppressed, uniform plasma is generated between the ridge electrodes, and stable and high-quality plasma processing can be performed even on a large substrate.
以下、本発明の各実施形態について、図1〜図15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S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、ダブルリッジ型の製膜装置(真空処理装置)に適用した場合について説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to a crystalline silicon such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, etc. used for an amorphous solar cell, a microcrystalline solar cell, etc. with respect to a large-area substrate S having a side exceeding 1 m. A case where the film forming process of a film made of silicon nitride or the like is applied to a double ridge type film forming apparatus (vacuum processing apparatus) capable of performing the plasma CVD method will be described.
〔第1実施形態〕
まず、本発明の第1実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態における製膜装置1の概略構成を説明する模式的な斜視図であり、図2は特に製膜装置1の放電室付近における、より詳細かつ模式的な分解斜視図である。また、図3は図2のIII-III矢視断面により、本発明の第1実施形態に係る製膜装置を示す縦断面図である。
[First Embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a schematic configuration of a
この製膜装置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電源ラインとしての同軸ケーブル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と、同軸ケーブル4A,4Bの中間部に接続された整合器6A,6Bおよびサーキュレータ7A,7Bと、放電室2に接続される排気手段9および材料ガスを含む母ガス供給手段10を主な構成要素として備えている。排気手段9としては、公知の真空ポンプ等を用いることができ、本発明において特に限定されるものではない。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。
The
この場合の高周波電源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)である。これは、13.56MHzより、周波数が低いとダブルリッジ導波管(後述するリッジ電極21と非リッジ部導波管22)のサイズが基板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、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するためである。なお、上述した排気手段9および母ガス供給手段10は図2に示されている。
In this case, the high
図1、図2および図3において、製膜装置1は図示しない真空容器に収納されるものである。図示しない真空容器は圧力差に耐え得る構造とされている。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)などから形成され、リブ材などで補強された構成を用いることができる。
In FIGS. 1, 2 and 3, the
図示しない真空容器には排気手段9が接続されている。そのため、真空容器の内部や、放電室(プロセス室)2、変換器3Aおよび変換器3Bの内部は、排気手段9により真空状態とされる。この排気手段9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。
An exhaust means 9 is connected to a vacuum container (not shown). Therefore, the inside of the vacuum vessel and the inside of the discharge chamber (process chamber) 2, the converter 3 </ b> A, and the converter 3 </ b> B are evacuated by the
放電室2は、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、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。放電室2および変換器3A,3Bの内部は、排気手段9により0.1kPaから10kPa程度の真空状態とされるため、放電室2および変換器3A,3Bはその内外の圧力差に耐え得る構造とされている。
The
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に電気力線が延びる方向を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。
In the present embodiment, the direction in which the
図1〜図4に示すように、放電室2には、上下一対の放電用の排気側リッジ電極21a(一方のリッジ電極)と、基板側リッジ電極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。リッジ電極21a,21bは、電極板の表裏温度差によるソリ量が小さくなるように、線膨張率αが小さくて熱伝達率λの大きい特性を有し、板厚tが薄い金属の板材が望ましい。リッジ電極21a,21bの材質としては、具体的にはSUS304等が好適であるが、線膨張率が大きい反面、熱伝達率が格段に大きいアルミニウム系金属を用いてもよい。これらのリッジ電極21a,21bには複数の通気孔23a,23bが穿設されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
板厚tは0.5mm以上で3mm以下が好ましい。0.5mm以下では素材の表面残留応力のために排気側リッジ電極21aおよび基板側リッジ電極21bの平面度を維持することが難しくなる、また通過する熱流束と板厚の積で表裏温度差が生じるので、熱伝達率λが大きいアルミニウムやアルミニウム合金においても、一辺が1mを越える大型の電極サイズでは、3mm以上では略1mm以上の凸変形に至る表裏温度差が生じ易くなる。さらには、板厚tは薄いながらも構造的な取扱強度を確保するためには、1mm以上で2mm以下が更に好ましい。
The plate thickness t is preferably 0.5 mm or more and 3 mm or less. Below 0.5 mm, it becomes difficult to maintain the flatness of the exhaust
図2に示すように、一方の排気側リッジ電極21aから他方の基板側リッジ電極21bまでの距離がリッジ対向間隔d1(mm)と定められる。このリッジ対向間隔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。そして、これら一対のリッジ電極21a,21bの両側に、一対の非リッジ部導波管22a,22bが設けられている。上下のリッジ電極21a,21bと、左右の導波管22a,22bによって、放電室2の縦断面形状が略「H」字形状に形成されている。
As shown in FIG. 2, the distance from one exhaust
図4に示すように、リッジ電極21a,21bは、それぞれ左右の非リッジ部導波管22a,22bに設けられた上下一対の重ね代状の電極保持部22cに、ボルト14とナット15等の締結部材によって分解可能に締結される。リッジ電極21a,21bの周部には、ボルト14を挿通させるための少なくとも6箇所の締結部材挿通孔24a〜24fが穿設されている。これらの締結部材挿通孔24a〜24fは、電極保持部22cに対するリッジ電極21a,21bの熱膨張方向に長孔形状が設けている。また、電極保持部22cにも、締結部材挿通孔24a〜24fと同様に締結部材挿通孔25a〜25fが形成されている。ボルト14、ナット15、締結部材挿通孔24a〜24f、締結部材挿通孔25a〜25fは熱膨張吸収手段を構成している。
As shown in FIG. 4, the
ここでは、例えばリッジ電極21a,21bの片側の辺の中央部に設けられた締結部材挿通孔24aのみが位置決め孔として円孔状に形成され、他の締結部材挿通孔24b〜24fは、締結部材挿通孔24aから熱伸方向である放射方向に延びる長孔状に形成されている。そして、ボルト14とナット15の締結力は、リッジ電極21a,21bが熱膨張した際に、ボルト14が長円状の締結部材挿通孔24b〜24fの長手方向に相対スライドして、リッジ電極21a,21bの熱伸びを許容できる強度にトルク管理される。あるいは、スプリングワッシャを介装し、このスプリングワッシャが潰れきらない程度にボルト14とナット15が締め込まれる。
Here, for example, only the fastening
このように締結部材挿通孔24b〜24fの形状を位置決め孔である締結部材挿通孔24aから熱伸び方向である放射方向に延びる長孔状に形成したことにより、リッジ電極21a,21bの熱膨張時には、締結部材挿通孔24aの位置におけるリッジ電極21a,21bと電極保持部22cとの相対位置は変化しないが、他の締結部材挿通孔24b〜24fの位置ではリッジ電極21a,21bが電極保持部22cに対して締結部材挿通孔24b〜24fの長手方向に相対移動することができ、熱膨張によるリッジ電極21a,21bの水平方向への拡がりがスムーズに吸収され、リッジ電極21a,21bの変形を拘束しないので凹凸変形や反りや歪み等の変形が抑制される。
In this way, the shape of the fastening member insertion holes 24b to 24f is formed as a long hole extending in the radial direction which is the heat extension direction from the fastening
なお、締結部材挿通孔24b〜24fは必ずしも長孔状でなくてもよく、リッジ電極21a,21bと電極保持部22cとの相対位置だけを変化しないようにする場合は、単にボルト14の外径よりも十分に大きく余裕を持った内径の円孔状にしても同様な作用効果が得られる。また、電極保持部22c側の締結部材挿通孔25a〜25fは真円状でもよい。また、締結材であるボルト14の頭が電極面内側(プラズマ生成側)へ突出しないよう、ボルト14の頭を薄くして曲面を持たせるなどの工夫がされていると好ましい。さらに、長孔24b〜24fは、位置決め孔である締結部材挿通孔24aから離れた位置にある長孔ほど長孔形状が長くなるよう拡大されると、不要な長孔設置による電極強度低下を防止できるのでさらに好ましい。
The fastening member insertion holes 24b to 24f do not necessarily have a long hole shape. When only the relative position between the
一方、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と同じくダブルリッジ導波管状に形成されている。変換器3A,3Bの内部は、放電室2と同様に排気手段9により0.1kPaから10kPa程度の真空状態とされるため、変換器3A,3Bはその内外の圧力差に耐え得る構造とされている。
On the other hand, the
変換器3A,3Bには、図1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。また、これら一対のリッジ部31a,31bの両側に、一対の非リッジ部導波管32a,32bが設けられている。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対向間隔d2(mm)と定められる(図1参照)。
As shown in FIG. 1, the
このリッジ対向間隔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。即ち、変換器3A,3Bにおけるリッジ部31a,31b間のリッジ対向間隔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(図1参照)が存在している。
The ridge facing distance d2 is set in a range of about 50 to 200 mm according to the frequency of the high
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および変換部3A,3Bを介して放電室2のリッジ電極21a,21bに伝送され、リッジ電極21a,21bの間隔を狭く設けることで強い電界が発生し、リッジ電極21a,21bの間に母ガスを導入することでプラズマを生成させ、母ガスの材料ガスが分解や活性化して製膜種が生成される。生成された製膜種のうち基板Sに向かって拡散で移動したものは、基板Sにて膜が形成され、製膜処理が施される。
The high frequency power supplied from the high
ところで、同軸ケーブル4A,4Bは、外部導体41および内部導体42を有しており、外部導体41が変換器3A,3Bの例えば上側のリッジ部31aに電気的に接続され、内部導体42が上側のリッジ部31aと変換器3A,3Bの内部空間を貫通して下側のリッジ部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、本発明において特に限定されるものではない。そして、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2に伝送し、リッジ電極21a,21bの間にプラズマを発生させる。
By the way, the
導波管の特性により、一対のリッジ電極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。さらに、リッジ導波管を用いることにより、この一対のリッジ電極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。放電室2、変換器3Aおよび変換器3Bは、ダブルリッジ導波管により構成されていてもよいし、シングルリッジ導波管により構成されていてもよい。
Due to the characteristics of the waveguide, the electric field intensity distribution in the direction along the ridge electrode (H direction) is substantially uniform between the pair of
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、一対のリッジ電極21a,21bにおける放電室2が延びる方向である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、一対のリッジ電極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。
On the other hand, a standing wave is formed in the
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などを挙げることができる。そして、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,B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。
Specifically, the position of the standing wave is supplied from the high-
図2、図3に示すように、基板側リッジ電極21bの下方(−E方向)には均熱温調器11が設けられている。この均熱温調器11の上面11aは平坦で、基板側リッジ電極21bに平行しており、基板側リッジ電極21bの下面に対して数mmから数十mm程度の間隔が空いている。均熱温調器11には熱媒体流通路11bが接続されている。そして、この均熱温調器11の上面11aに、プラズマ製膜処理が施される基板Sが載置される。つまり、基板Sは放電室2の外部に配置され、均熱温調器11によって均等に加熱される。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のものが挙げられる。
As shown in FIGS. 2 and 3, a soaking
一方、母ガス供給手段10は、放電室2の両端に設けられた非リッジ部導波管22a,22bの内部に収容され、その内部空間の長手方向に沿って配設された母ガス供給管10aと、この母ガス供給管10aから放電室2の内部においてリッジ電極21a,21bの間に、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母ガス(例えば、SiH4ガス等の材料ガス)噴き出させる複数の母ガス噴出孔10bとを備えている。ガス噴出孔10bは、リッジ電極21a,21bの間に母ガスを略均一に噴き出すように、ガス噴出孔10bが噴出し径を適正化して複数設けられている。なお、母ガス噴出孔10bから噴出した母ガスがすぐに拡散せずに、上下のリッジ電極21a,21bの間を奥まで進んで均等に拡散するように、母ガス供給管10aの側面に一列に形成された複数の母ガス供給管10aの上下に、庇状のガイド板10cが設けられている。これら母ガス供給管10aおよびガス噴出孔10bおよびガイド板10cにより母ガス供給手段10が構成されている。
On the other hand, the mother gas supply means 10 is accommodated in the
例えば、各ガス噴出孔10aが噴出すガス流速は、音速を超えることによりチョーク現象を発生させることで均一なガス流速になるので好ましい。母ガス流量と圧力条件によるが、このような噴出し径としてφ0.3mm〜φ0.5mmを用いてガス噴出孔10aの数量を設定することが例示される。また、庇状のガイド板10cは、そのスリット状のガイド板対の間隔が0.5mmから2mm程度で、ガス助走長となるガイド板10cの幅(図3ではH方向)は、母ガス供給管10の径の1倍から3倍程度が例示される。
For example, the gas flow velocity ejected from each
熱吸収温調ユニット12は、真空排気の均一化が可能なマニホールド12aと、熱吸収が可能な温調器12bとを一体化させた構造であり、排気側リッジ電極21aの外面側(上部)に密着して設置され、リッジ電極21aの温度を制御することで、プラズマ処理が施される基板Sの板厚方向を通過する熱流束を制御するものであり、基板Sの反り変形が抑制できる。
The heat absorption
熱吸収温調ユニット12のマニホールド12aと温調器12bは、アルミ合金の機械加工やダイキャスト製法等によって剛性のある一体構造物として形成され、その平面形状が排気側リッジ電極21aの平面形状と略同一の平面形状を有している。熱吸収温調ユニット12の下面には排気側リッジ電極21aに対向する平坦な平面部12cが形成され、この平面部12cに排気側リッジ電極21aが強く熱的に接触されつつ保持されている。排気側リッジ電極21aは、熱吸収温調ユニット12の平面部に密着して一体となり、排気側リッジ電極21aが変形しないよう固定される。もしくは、排気側リッジ電極21aは平面部12cから離れないように図示しない固定部材によって保持され、その熱膨張時には平面部12cに対して面方向に相対移動可能に保持され、寸法差を吸収可能にされていてもよい。
The manifold 12a and the
即ち、排気側リッジ電極21aと熱吸収温調ユニット12の熱膨張率が大きく異なる場合には、排気側リッジ電極21aは、基板Sの一端辺側中央に設けた位置決め孔24aと、熱膨張差を吸収するように角部や周辺位置に設けた複数箇所(図示の例では5箇所)のスライド長孔24b〜24fの方向を熱膨張方向に適切に設けることにより、熱膨張した排気側リッジ電極21aは、水平方向にスムーズに変形して凹凸を生じることはなく、高剛性の熱吸収温調ユニット12に密着しながら変形を抑制する。
That is, when the
また、排気側リッジ電極21aの中央付近に熱吸収温調ユニット12と密着させるよう、±H方向のスライド長穴24gが設けられているとさらに好ましいが、締結材の頭が電極面より内側(プラズマ生成側)へ突出しないよう、締結材の頭が薄く曲面をもつ、もしくはスライド長穴24gは、板厚の略半分に締結材の頭が入る段差部を設けるなどの工夫がされていると好ましい。さらに、スライド長孔24b〜24f,24gは、位置決孔24aから離れた位置にある長孔ほど、熱膨張方向に長孔形状が長くなるよう拡大されると、不要な長穴設置による電極強度低下を防止できるのでさらに好ましい。
Further, it is more preferable that a slide
図3に示すように、マニホールド12aの内部には水平方向に拡がる広い共通空間12dが形成されている。そして、マニホールド12aの上面中央部に、マニホールド12aのヘッダー部となる排気管12eが立設され、この排気管12eに排気手段9、即ち図示しない真空ポンプ等が接続される。さらに、図7(a),(b)にも示すように、マニホールド12aの下面(平面部12c)には複数の吸引口12fが開口形成されている。これらの吸引口12fは共通空間12dを介して排気管12eに連通する。なお、図7(a)は熱吸収温調ユニット12単体の横断面図であり、図7(b)は熱吸収温調ユニット12に排気側リッジ電極21aが重ねられた状態を示す平面図である。
As shown in FIG. 3, a wide
熱吸収温調ユニット12の共通空間12dは、吸引口12fと、排気側リッジ電極21aに設けられた多数の通気孔23aを経て放電室2に連通している。さらに、熱吸収温調ユニット12の内部には、温調器12bの主要部となる熱媒(温調媒体)が流通する温調媒体流通路(熱媒流路)12gが配設されている。この温調媒体流通路12gは、図7に示すように、平面視で熱吸収温調ユニット12の一端部の中央付近に設けた熱媒流路入口より導入され、熱吸収温調ユニット12の外周側から内側に延びて各吸引口12fの周囲を取り巻き、再び外周側に出るようにレイアウトされ、その内部には純水やフッ素系オイル等の熱媒が循環する。このため、平面部12bに密着して設けられた排気側リッジ電極21aの温度の均一化が図られる。
The
この場合の熱媒は、熱吸収温調ユニット12の温調器12bの外周側から内側へと通過させて熱媒流路出口から流出させることにより、周囲構造との伝熱影響を受け易い外周側から所定温度に制御された熱媒導入し、これを内側へと導くことで全面にわたって排気マニホールド12aの温度を均一化している。この場合、熱媒流路12gは全体をより均一な温度にするために、2系統に分割され、各熱媒流路12gは排気口12fを避けて設けられているが、これに限定されることはない。なお、温調媒体流通路(熱媒流路)12gに供給される熱媒は、図示しない加熱装置および冷却装置を製膜装置1と離れた図示しない熱媒循環流路中に用いることにより、所定の温度に昇温または降温したものである。
In this case, the heat medium is easily affected by heat transfer with the surrounding structure by passing the heat medium from the outer peripheral side of the
さらに、熱吸収温調ユニット12は、セルフクリーニング時の反応(Si(膜や粉)+4F→SiF4(ガス)+1439kcal/mol)による発熱を吸収するので、構造物の温度が高温化して構成材料がセルフクリーニング時にF系ラジカルで腐食が加速されないためにも有効である。熱吸収温調ユニット12は、放電室2内のヒートバランスを考慮して所定の温度に制御した熱媒を所定の流量で循環することなどによる熱吸収や加熱を行うことで、排気側リッジ電極21aの温調が可能となっている。従って、熱吸収温調ユニット12は、高周波電源5A,5Bから供給されプラズマで発生するエネルギーを適切に吸収するとともに、リッジ電極21a,21bのプラズマから基板Sを設置する均熱温調器11への通過熱量や、均熱温調器11から基板Sを通過して熱吸収温調ユニット12へ通過する熱量に伴って基板Sの表裏に生じる温度差の発生を低減するので、基板Sが凹や凸に熱変形することの抑制に有効である。
Furthermore, since the heat absorption
ところで、図5、図6に示すように、排気側リッジ電極21aに形成された通気孔23aの内径は、基板側リッジ電極21bに形成された通気孔23bの内径よりも大きく設定されている。排気側リッジ電極21aの通気孔23aの内径は、均一な排気ができることと、排気抵抗が大きくならないことを考慮して、例えばφ2〜5mmの範囲に設定される。また、基板側リッジ電極21bの通気孔23bの内径は、φ1〜3mmの範囲に設定され、かつ23aの内径>23bの内径とされている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the inner diameter of the
そして、排気側リッジ電極21aの貫通孔23aは、均一な排気ができることを考慮し、基板側リッジ電極21bの通気孔23bは、均一な製膜ができることを考慮する。各リッジ電極21a,21bにおける単位面積当たりの通気孔23a,23bの開口率は、各リッジ電極21a,21bの平面の中央部が密でかつ周囲部が粗いピッチとする。このようにすれば、材料ガスの供給が排気側リッジ電極21aの周辺方向から、即ち、非リッジ部導波管22a,22b内の母ガス供給管10aから基板側リッジ電極21bの面中央部に向うように材料ガスの供給が行われるとともに、基板側リッジ電極21bから製膜種の拡散を得る基板Sの面中央部にも製膜種が行き届き、基板Sの面内で均一に製膜種が拡散されるようにするための工夫である。
Then, considering that the through-
従って、排気側リッジ電極21aから排気手段9により母ガスが真空排気されるにあたり、少なくとも排気側リッジ電極21aにおける貫通孔23a、もしくは基板側リッジ電極21bにおける通気孔23bにおいて、その単位面積当たりの開口率は、排気手段9に対して、母ガス供給管10aに近い位置範囲に比べて、排気手段9に近い位置範囲(母ガス供給管10aから遠い位置範囲)の方が高くなっている。即ち、具体的にはリッジ電極21a,21bの縦横の辺の30%〜50%となる中央付近の範囲では通気孔23a,23bのピッチ間隔が10〜30mm程度と密に設定され、その周囲の範囲ではピッチ間隔が30〜100mm程度と粗く設定される。あるいは、通気孔23a,23bのピッチ間隔を全域に亘って等間隔に設定し、通気孔23a,23bの内径を中央付近の範囲で大きく、その周囲の範囲で小さくすることによって単位面積当たりの開口率を変化させてもよい。少なくとも排気側リッジ電極21aにおける貫通孔23a、もしくは基板側リッジ電極21bにおける通気孔23bにおいて、リッジ電極面内に有効な孔サイズとピッチに分布を設けて、排気コンダクタンスに分布を設けることで、排気抵抗が大きくならずに、母ガスが放電室2内に均等に行き渡り、安定した製膜を行うことができる。
Therefore, when the mother gas is evacuated from the exhaust
図7(b)に示すように、熱吸収温調ユニット12の吸引口12fと、上側のリッジ電極21aに設けられた通気孔23aは、必ずしも整合するように形成しなくてもよいが、各吸引口12fに整合する通気孔23aの数がほぼ均等になるように通気孔23aを形成する必要がある。
As shown in FIG. 7B, the
先述のように、一対のリッジ電極21a,21bは厚さ0.5mm〜3mmの薄い金属板である。排気側リッジ電極21aは熱吸収温調ユニット12の下面(平面部12c)に密着保持されているため、この排気側リッジ電極21aが撓んだり、反ったりする懸念は少ない。しかし、基板側リッジ電極21bは、その両面が何にも接していないため、そのままでは特に中央部が自重により下方に撓んでしまう。このため、熱吸収温調ユニット12から下方に垂下させた複数の索状吊持部材27により、下側のリッジ電極21bを吊持する構成となっている。吊持部材27の材質は、放電室2内における電界を乱さないように、セラミックス等の誘電体か、金属棒の周囲を誘電体で覆った径の細いものにするのが望ましい。吊持部材27は、リッジ電極21bの周囲および中央部を含む複数の点を保持し、各々の長さを調整できるようになっている。このため、基板側リッジ電極21bが排気側リッジ電極21aに対して平行かつ平坦に支持されている。
As described above, the pair of
図3に示すように、基板側リッジ電極21bと、均熱温調器11とを下方(−E方向から+E方向へ)から囲む形状の防着板29が設けられている。この防着板29は均熱温調器11の下面から延びる支持柱30に対して軸方向(±E方向)に摺動可能に設けられるとともに、支持柱30の中間部に形成された鍔状のストッパ30a,30b間に介装された防着板押圧部材31との間に弾装されたスプリング33によってリッジ電極21b側に常時付勢されている。なお、支持柱30は、均熱温調器11を支持し基板Sの搬送時などにおいて±E方向へ移動させるとともに、均熱温調器11へ熱媒など循環供給するための配管を内部に設置することが可能である。
As shown in FIG. 3, an
この防着板29を設けることにより、均熱温調器11の上面11aに載置された基板Sへの製膜時に拡散する製膜ラジカルや粉類が付着や蓄積される場所を限定し、製膜装置1の製膜に関与しない領域への製膜材料の付着が抑制される。防着板29は、スプリング33の付勢力に抗して下方(−E方向へ)スライドして押し下げることで、基板搬送時など必要に応じて均熱温調器11との位置関係を変更ができ、これによって防着板29と下側のリッジ電極21bとの間に間隔が空くので、均熱温調器11の上面11aに載置する基板Sの搬入・搬出を容易にすることができる。
By providing this
なお、上述した均熱温調器11は、所定温度と所定流量の熱媒の循環により温度を制御された均熱板と基板テーブルとにより構成される従来構造を採用してもよい。また、均熱温調器11を一定の温度に加熱維持し、吸熱が不要な製膜条件で運用する製膜装置には、熱媒循環ではなく電気ヒータを保有した均熱板であってもよく、コスト削減と制御の簡易化が可能となる。
The above-described
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。
In the
まず、排気手段9により放電室2、変換器3A,3Bの内部から空気が排出される。この時には、放電室2、変換器3A,3B、および防着板29の内部の空気が、一対のリッジ電極21a,21bに穿設された通気孔23a,23bを経て熱吸収温調ユニット12(マニホールド12a)の吸引孔12fに吸引され、さらに共通空間12dと排気管12eを通り、図示しない圧力調整弁と真空ポンプを経て外部に排気される。次に、防着板29が下方(−E方向)に押し下げられて、基板Sが均熱温調器11の上面11aに載置される(図3)。
First, air is discharged from the
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の高周波電力がサーキュレータ7A,7Bおよび整合器6A,6Bおよび同軸ケーブル4A,4Bおよび整合器6A,6B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、母ガス供給手段10からリッジ電極21a,21b間に、例えばSiH4ガス等の母ガスが供給される。この時、排気手段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の間の圧力が0.1kPaから10kPa程度の真空状態に保たれる。
Further, high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz or more, preferably 30 to 400 MHz, is discharged from the high-
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モードに変換される。
The high frequency power supplied from the high
このような状態において、リッジ電極21a,21bの間で母ガスが電離されてプラズマが発生する。このプラズマにより生成された製膜種が拡散により、基板側リッジ電極21bに穿設された通気孔23bを経て基板Sの上に到達して、基板S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。
In such a state, the mother gas is ionized between the
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。
Since the
本実施形態における真空処理装置1では、放電室2における排気側リッジ電極21aの上部に熱吸収温調ユニット12を設置し、この熱吸収温調ユニット12によって排気側リッジ電極21aの温度および基板Sの板厚方向を通過する熱流束を制御するようにしたため、排気側リッジ電極21aと基板Sの熱膨張による変形(反り)を抑制して均一なプラズマ特性を確保し、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
In the
即ち、熱吸収温調ユニット12は、放電室2内のヒートバランスを考慮して所定の温度に制御した熱媒を所定の流量で循環することなどによる熱吸収や加熱を行い、排気側リッジ電極21aの温調を可能にしている。従って、熱吸収温調ユニット12は、高周波電源5A,5Bから供給されプラズマで発生するエネルギーを適切に吸収するとともに、リッジ電極21a,21bのプラズマから基板Sを設置する均熱温調器11への通過熱量や、均熱温調器11から基板Sを通過して熱吸収温調ユニット12へ通過する熱量に伴って基板Sの表裏に生じる温度差の発生を低減するので、基板Sが凹や凸に熱変形することの抑制に有効である。
That is, the heat absorption
また、熱吸収温調ユニット12(マニホールド12a)が剛体として形成されており、この熱吸収温調ユニット12の下面に形成された平面部12cに排気側リッジ電極21aが密着するように保持されているため、排気側リッジ電極21aが熱膨張による変形する(反る)ことをさらに確実に防止して均一なプラズマ特性を確保し、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, the heat absorption temperature control unit 12 (manifold 12a) is formed as a rigid body, and the exhaust
さらに、基板側リッジ電極21bを、熱吸収温調ユニット12から複数の吊持部材27を介して吊持し、この基板側リッジ電極21bを排気側リッジ電極21aに対して平行かつ平坦に支持したため、剛体として形成された熱吸収温調ユニット12によって基板側リッジ電極21bが平坦に吊持されており、これによって基板側リッジ電極21bの平坦度を高めるとともに、排気側リッジ電極21aに対する平行精度を高め、放電室2における均一なプラズマ特性を確保して高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, the substrate
また、一対のリッジ電極21a,21bを、厚さ0.5mm〜3mmの薄い金属板で形成したため、リッジ電極21a,21bの温度が制御される時に、その通過熱流束により生じる表裏温度が少なく、また素早く均一になる。したがって、リッジ電極21a,21bの反りを防止でき、均一なプラズマ特性を確保して高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
In addition, since the pair of
その上、放電室2および変換器3A,3Bの内部の気体を排出させる排気手段9と、基板Sにプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを一対のリッジ電極21a,21bの間に供給する母ガス供給手段10とを設けたため、常に材料ガス流量が制御された母ガスを放電室2内に略均一に供給するとともに、プラズマ発生時に発生するSiナノクラスターなど膜質低下要素を排気側リッジ電極21bから排気手段9により素早く外部に排出して、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
In addition, the exhaust means 9 for exhausting the gas inside the
さらに、リッジ電極21a,21bに複数の通気孔23a,23bが穿設され、熱吸収温調ユニット12がこれらの通気孔23a,23bを介して放電室2に連通するマニホールド状に形成されるとともに、その内部に温調媒体が流通する温調媒体流通路12gが形成され、排気手段9は熱吸収温調ユニット12のヘッダー部である排気管12eに接続されて、この熱吸収温調ユニット12のマニホールド形状を介して放電室2および変換器3A,3Bの内部の気体を排出するように構成されているため、熱吸収温調ユニット12のマニホールド形状により、リッジ電極21a,21bの広い範囲で放電室2内部の排気ができる。したがって、放電室2内部における母ガスの分布を均一化してプラズマを安定化させ、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, a plurality of
また、リッジ電極21a,21bにおける単位面積当たりの通気孔23a,23bの開口率が、排気手段9に対して母ガス供給手段10(母ガス供給管10a)に近い範囲位置に比べて、排気手段9(排気管12e)に近い範囲位置の方が高くされているため、母ガスを放電室2内に均等に行き渡らせて、リッジ電極21a,21bの間で母ガスからプラズマにより生成された製膜種が、拡散により基板側リッジ電極21bの通気孔23bを経て基板Sの上に到達して、基板Sに安定したプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, the evacuation means has an opening ratio of the vent holes 23a and 23b per unit area in the
さらに、母ガス供給手段10が、放電室2の両端に設けられる非リッジ部導波管22a,22bの内部に収容されて長手方向に延びる母ガス供給管10aと、この母ガス供給管10aから上下のリッジ電極21a,21bの間に母ガスを噴き出させる複数の母ガス噴出孔10bと庇状のガイド板10cを備えてなるため、非リッジ部導波管22a,22bの内部スペースを有効に利用して真空処理装置1のコンパクト化を図りつつ、放電室2の両端にある非リッジ部導波管22a,22bから母ガスを均等に放電室2の内部に行き渡らせてプラズマを均一化し、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, the mother gas supply means 10 is accommodated in the
また、リッジ電極21a,21bを非リッジ部導波管22a,22bの電極保持部に22cにボルト14とナット15で締結するための締結部材挿通孔24a〜24fが、締結部材挿通孔24aを位置決め点として、電極保持部22cに対するリッジ電極21a,21bの熱膨張方向に沿って長孔に形状が拡大されるとともに、ボルト14とナット15の締結力が、リッジ電極21a,21bの熱膨張時に、その伸びを許容できる強度に設定されているため、各リッジ電極21a,21bが熱膨張を起こして面方向に寸法が延びても、電極保持部22cに対するリッジ電極21a,21bの締結部材挿通孔24a〜24fの位置が相対位置を管理しながら相対移動できるため、リッジ電極21a,21bに拘束する応力が加わらず、反り等の変形を起こさなくなり、これによって上下のリッジ電極21a,21bの間を平行に保って均一なプラズマを発生させ、高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Further, fastening
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態を図8、図9に基づいて説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係る製膜装置41を示す縦断面図であり、図9は製膜装置41の放電室2およびリッジ電極対向間隔調整機構42周りの分解斜視図である。なお、この図8および図9において、図3および図4に示す第1実施形態の製膜装置1と同様な構成の部分には、符号を付さない、または同じ符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing a
この製膜装置41では、放電室2における一対のリッジ電極21a,21bの間を平行に保った状態で、これら両方のリッジ電極21a,21b間の間隔(リッジ対向間隔d1)を調整可能にするリッジ電極対向間隔調整機構42(リッジ電極対向間隔調整手段)が設けられている。このリッジ電極対向間隔調整機構42は、基板側リッジ電極21bを、上方から複数の吊持部材43により吊持して排気側リッジ電極21aに対し平行に支持し、基板側リッジ電極21bを排気側リッジ電極21aに対し平行に移動させる構成となっている。
In the
また、リッジ電極対向間隔調整機構42は、非リッジ部導波管22a,22bのL方向断面形状を変化させることなく導波管特性を維持をすることで、伝送特性を変化しないよう保持しながら、排気側リッジ電極21aに対して基板側リッジ電極21bを平行に保った状態で移動させ、両方のリッジ電極21a,21b間の対向間隔を調整可能にしている。
Further, the ridge electrode facing
例えば熱吸収温調ユニット12の上部には、枠状に形成された吊持枠材44が設けられており、この吊持枠材44は図示しない上下スライド機構によって上下(±E方向)にスライドするようになっている。そして、この吊持枠材44に、例えば総数8本の吊持部材43の上端部が接続され、これらの吊持部材43は吊持枠材44から下方(−E方向)に延びて、熱吸収温調ユニット12と排気側リッジ電極21aと放電室2の内部空間を貫通して、その下端部が基板側リッジ電極21bの、少なくとも中央部付近を、好ましくは中央付近と周囲部付近を含む8箇所以上に接続さている。吊持部材43の数は、基板側リッジ電極21bが自重に対して平面度が確保できるよう適宜増減させてもよい。吊持部材43は実施形態1における吊持部材27と同様である。
For example, a
吊持部材43の材質は、放電室2内における電界を乱さないように、セラミックス等の誘電体、もしくは金属棒の周囲を誘電体で覆い径が細いものが望ましい。たとえば、吊持部材43はφ0.3〜φ1mmのSUS304線材の表面にアルミナセラミックスの誘電体で覆ったものが利用可能である。こうして、基板側リッジ電極21bが複数の細い吊持部材43で保持されているので、基板側リッジ電極21bが熱膨張で熱伸びをしても、リッジ電極面方向で拘束する応力が生じないため、湾曲や反り等の変形が起こらないので、好ましい。
The material of the
吊持部材43が熱吸収温調ユニット12を貫通する部分には、熱吸収温調ユニット12の内部の排気手段9に通じるマニホールド形状との気密を保ちつつ、吊持部材43を軸方向にスライド自在に保持するシール支持部材45が設けられていてもよい。また、排気側リッジ電極21aには吊持部材43を貫通させるための貫通孔46(図9参照)が穿設されているが、この貫通孔46の内径は、放電室2内における電界を乱さないように、吊持部材43が無干渉で通れるだけの最小限の大きさにすることが望ましい。また排気側リッジ電極21aに穿設された複数の通気孔23aを用いて、吊持部材43を通してもよい。
In the portion where the
一方、基板側リッジ電極21bのH方向の両辺部は、非リッジ部導波管22a,22bの電極保持部22cに締結固定されるが、基板側リッジ電極21bを上下移動可能にするため、図8に示すように、電極保持部22cの位置を非リッジ部導波管22a,22bに対して上下(±E方向)にスライドさせるスライド調整部47が設けられている。このスライド調整部47もリッジ電極対向間隔調整機構42の構成要素である。
On the other hand, both sides in the H direction of the substrate
このスライド調整部47は、電極保持部22cを非リッジ部導波管22a,22bとは別体として非リッジ部導波管22a,22bに重ね合わせてE方向にスライド可能にし、締結部材48で締結してその高さを固定するようにしたものである。このため、電極保持部22cの位置をスライドさせても、非リッジ部導波管22a,22bのL方向断面形状を変化させることがなく、導波管特性を維持するので伝送特性は変化しない。締結部材48は頭が非リッジ部導波管22a,22bの内面側へ突出しないよう、締結部材48の頭が薄く曲面をもつものが好ましい。このように、電極保持部22cおよびスライド調整部47および締結部材48もリッジ電極対向間隔調整機構42を構成している。
The
以上のように構成された製膜装置41において、基板側リッジ電極21bの高さを調整してリッジ電極対向間隔を調整する場合には、締結部材48を緩めてリッジ電極21bと電極固定部22cの高さを移動できるようにした後、図示しない上下スライド機構により吊持枠材44を上下に移動させて、リッジ電極21bの高さを変化させ、所定の高さに基板側リッジ電極21bが到達したら締結部材48で締結して固定する。これによりリッジ電極対向間隔が所定の間隔:d1となる。
In the
このように、この製膜装置41によれば、リッジ電極支持機構42により、一対のリッジ電極21a,21bの間を平行に保ちながら基板側リッジ電極21bを上下に位置調整してリッジ対向間隔d1を最適値に設定できる。また、下基板側リッジ電極21bが8本の吊持部材43によって水平かつ平面度を維持した状態で吊持されるため、基板側リッジ電極21bの厚みが薄くても、自重による湾曲や反り等の変形が起こらず、これによって基板側リッジ電極21bを薄板化させて熱伝達率を高め、表裏温度差や熱膨張による変形を抑制することができる。さらに、基板側リッジ電極21bの表裏面には細い吊持部材43を除いて構造物がないため、放電室2内でプラズマを発生させ、製膜種を基板Sへと拡散させるのに影響がない。これらのため、放電室2内において均一なプラズマを発生させ、基板Sに高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
Thus, according to the
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態を図10、図11に基づいて説明する。図10は、本発明の第3実施形態に係る製膜装置51を示す縦断面図であり、図11は製膜装置51の放電室2およびリッジ電極対向間隔調整機構52周りの分解斜視図である。なお、この図10および図11において、図8および図9に示す第2実施形態の製膜装置41と同様な構成の部分には、同じ符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a
この製膜装置51にも、放電室2における一対のリッジ電極21a,21bの間を平行に保った状態で、これら両方のリッジ電極21a,21b間の間隔(リッジ対向間隔d1)を調整可能にするリッジ電極対向間隔調整機構52が設けられている。このリッジ電極対向間隔調整機構52は、基板側リッジ電極21bを下方(−E方向)から支える電極支持部材53を有している。この電極支持部材53は、例えば外枠部53aと、この外枠部53aの内側にて十字状に架設された桟部53bとを有して、平面視で略「田」の字形に形成されており、その上面の平面度が正確に出されている。
Also in this
そして、この電極支持部材53の上面に、基板側リッジ電極21bが載置され、複数のスライドピン54によって電極支持部材53に保持されている。基板側リッジ電極21bにはスライドピン54を挿通させる複数のピン孔55が穿設されており、このピン孔55は、電極支持部材53上における基板側リッジ電極21bの熱膨張を許容するべく長孔状に形成されている。複数のピン孔55は、基板側リッジ電極21bの片側の辺の中央部に設けられたピン孔のみが位置決めピン孔として円孔状に形成され、他のピン孔55は、位置決めピン孔から熱伸方向である放射方向に延びる長孔状に形成されている。このため、リッジ電極21bは電極支持部材53上に相対位置を保ちながら密着するように平面度を維持して保持された状態で熱膨張を起こしても拘束されないので、反ったり、歪んだりすることがない。なお、スライドピン54の頭が電極面内側(プラズマ生成側)へ突出しないよう、スライドピン54の頭が薄く曲面をもつなどの工夫がされていると好ましい。桟部53bは、スライドピン54を固定できる範囲で幅が狭いことが好ましい。
The substrate-
平面視で略「田」の字形に形成された電極支持部材53により、基板側リッジ電極21bの下面の、周囲部分と中央部分の重量が支持される。このため、基板側リッジ電極21bは、その自重により下方に撓むことが阻止され平面度を維持される。また、基板側リッジ電極21bの上面は全面的に露出しており、下面も、少なくとも基板Sのプラズマ処理(製膜処理)に差し支えない程度に露出している。電極支持部材53の平面形状は必ずしも「田」の字形でなくてもよいが、基板側リッジ電極21bの少なくとも周囲部分と中央部分の重量を支持でき、かつ基板側リッジ電極21bの下面を過剰に覆って放電室2内における電界を乱すことのない形状であり、製膜種が基板側リッジ電極21bに設けられた多数の通気孔23bを通過して基板Sに到達する拡散を妨げることのない形状にする必要がある。
The weight of the peripheral portion and the central portion of the lower surface of the substrate-
電極支持部材53のH方向の両辺部は、第2実施形態の製膜装置41と同じく、非リッジ部導波管22a,22bに設けられた電極固定部22cに締結固定され、電極固定部22cはスライド調整部47によって±E方向にスライド可能に保持されていて、電極支持部材53と基板側リッジ電極21bは、製膜装置41と同様に上下(±E方向)に位置調整することができる。
Both sides in the H direction of the
以上のように構成された製膜装置51によれば、基板側リッジ電極21bが排気側リッジ電極21aに対して平行かつ平坦に支持され、しかも基板側リッジ電極21bの表裏面がプラズマ処理に差し支えない程度に露出しているため、薄い金属板でなる基板側リッジ電極21bが自重により撓むことを防止して平面度を高い精度で保ち、放電室2内において均一なプラズマを発生させ、基板Sに高品質なプラズマ製膜処理を行うことができる。
According to the
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態を図12、図13に基づいて説明する。図12は、本発明の第4実施形態に係る製膜装置61を示す縦断面図であり、図13は製膜装置61の放電室2、リッジ電極対向間隔調整機構62および母ガス供給手段としての母ガス分配部63周りの分解斜視図である。なお、この図12および図13において、図3および図4に示す第1実施形態の製膜装置1と同様な構成の部分には、符号を付さない、または同じ符号を付して説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, 4th Embodiment of this invention is described based on FIG. 12, FIG. FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a
この製膜装置61では、母ガス分配部63が熱吸収温調ユニット12の内部の共通空間12d内に収容されている。この母ガス分配部63は、共通空間12d内にてリッジ電極21aの面方向に沿って複数本平行に張り巡らされた母ガス供給管63aと、これら各母ガス供給管63aの両端部が集合するヘッダー管63bと、各母ガス供給管63aの下面に穿設された複数の母ガス噴出孔63cと、両ヘッダー管63bにそれぞれ接続される母ガス導入管63dとを備えて構成されている。複数の母ガス供給管63aと一対のヘッダー部63bはラダー状に組み立てられている。母ガス導入管63dは図示しない主配管から分岐して均一に母ガスが供給され、この母ガスが母ガス噴出孔63cから熱吸収温調ユニット12の内部を経て上下のリッジ電極21a,21bの間に噴き出される。
In the
母ガス噴出孔63bは放電室2の内部の排気側リッジ電極21aの背面に略均等に配置可能となるので、放電室2の内部に母ガスを均等に行きわたらせることができる。ヘッダー管63bと、これから分岐している各母ガス供給管63aの間にはオリフィスを設置するなど適切な分配処理がなされて、各母ガス供給管63aへ均等に母ガスが分配されることが好ましい。また、複数の母ガス噴出孔63cは、先述の第1実施形態と同様に、噴出すガス流速は音速を超えることにより、チョーク現象を発生させることで均一なガス流速になるので好ましい。母ガス流量と圧力条件によるが、このような噴出し径としてφ0.3mm〜φ0.5mmを用いて母ガス噴出孔63bの数量を設定することが例示される。なお、母ガス分配部63は、複数の母ガス供給管63aとヘッダー管63bとを有するラダー状に限定されるものでなく、同様の機能を有する構造であれば良い。
Since the mother gas ejection holes 63b can be disposed substantially evenly on the back surface of the exhaust-
また、この第4実施形態では、排気手段が放電室2の両端に設けられる非リッジ部導波管22a,22bに接続されている。具体的には、各々の非リッジ部導波管22a,22bの上面に排気管64a,64bが設けられ、ここに図示しない真空ポンプ等の排気手段9が接続されている。この場合、非リッジ部導波管22a,22bは、その供給する高周波周波数と伝送モードから適切なサイズが決定されるので、非リッジ部導波管22a,22bの内部に所定の容量に仕切る導波管区画用のメッシュ65a,65bを設ける。このメッシュ65a,65bは導電性のある金属製であり、ガスの排気を妨げることなく、電位場を区画することが可能である。メッシュ65a、65bより下部方向(−E方向)にある下部分は、適切な伝送用サイズを確保する。また、メッシュ65a,65bより上部方向(+E方向)にある上部分は均一な真空排気に必要な空間としてサイズや形状を自由に選定することができる。メッシュ65a,65bの開口部の大きさは3〜20mm程度が望ましい。
In the fourth embodiment, the exhaust means is connected to the
さらに、排気手段9の排気管64は各非リッジ部導波管22a,22bへの接続において、1箇所でもよいが、複数箇所に存在すると更に好ましい。放電室2の両端にある非リッジ部導波管22a,22bの上面には、複数の排気管64a,64bが設けられ、ここに図示しない真空ポンプ等の排気手段9が接続されている。図13では、非リッジ部導波管22a,22bの上面には、L方向の両端付近に各2個の排気管64a,64bが設けられている。この場合、非リッジ部導波管22a,22bに接続した各排気管64a,64bの排気能力を、各排気配管途中に設けたコントロール弁によりバランスを変更することができる。製膜種は基板Sへの拡散によるので、複数の排気管64の排気流のバランスを調整することで、基板S付近の製膜種の±H方向と±L方向のガス拡散を制御して、より均一な製膜処理をすることができる。
Further, in the exhaust pipe 64 of the exhaust means 9 connected to the
なお、リッジ電極対向間隔調整機構62は、第2実施形態のリッジ電極対向間隔調整機構42と同様であり、基板側リッジ電極21bを吊持する複数の吊持部材43と、これらの吊持部材43を上方から保持する吊持枠材44と、吊持枠材44を上下動させる図示しない上下スライド機構とを備えて構成されている。また、基板側リッジ電極21bを上下移動可能にするためのスライド調整部47の構成も同様である。
The ridge electrode facing
この製膜装置61では、排気手段9の真空ポンプの作動により、放電室2の内部の気体が、一対のリッジ電極21a,21bの間を通り、非リッジ部導波管22a,22bの内部を抜けて、導波管区画用のメッシュ65a,65bを通過して、排気管64a,64bから排気される。同時に、母ガス供給管63aの母ガス噴出孔63bから母ガスが一対のリッジ電極21a,21bの間に供給される。
In the
本構成によれば、放電室2の上部の排気側リッジ電極21aの略全面の広い面積から母ガスが均一に供給されるため、プラズマを均一化することに適する。また、放電室2の両側(±H方向)から排気がなされるため、放電室2の内部で母ガスを澱みにくくし、母ガスの分布を均一化して高品質なプラズマ処理を行うとともに、複数の排気管64a,64bから真空ポンプ等の排気手段に至る排気経路の一部にコントロール弁(絞り機構)を設けて±H方向と±L方向の全面にわたり排気量のバランスを取ることにより、基板Sへの膜厚分布を最適に調整することができる。したがって、大面積な基板Sに適した高品質な製膜処理を施すことができる。
According to this configuration, since the mother gas is uniformly supplied from a large area of the substantially entire surface of the exhaust-
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態を図14、図15に基づいて説明する。図14は、本発明の第5実施形態に係る製膜装置71を示す縦断面図であり、図15は製膜装置71における母ガス供給手段としての母ガス分配部63の構造例を示す斜視図である。なお、この図14において、図12および図13に示す第4実施形態の製膜装置61と同様な構成の部分には、符号を付さない、または同じ符号を付して説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 is a longitudinal sectional view showing a
この製膜装置71では、第4実施形態の製膜装置61と同様に、母ガス分配手段63が熱吸収温調ユニット12の内部の、共通空間12d内に収容されている。但し、各母ガス噴出孔63cには、図15(a)に示すように、排気側リッジ電極21aまで母ガスを逆流させずに導通させる母ガス導入ガイド手段がある。母ガス導入ガイド手段は、具体的には、それぞれ熱吸収温調ユニット12の吸引口12fを通って下方に延びるガイドパイプ63eか、図15(b)に示すように、複数の母ガス噴出孔63cをまとめて囲うスリットガイド板63fが設けられている。このため、母ガス噴出孔63cから噴出する母ガスが、真空排気ガスが通過する吸引孔12fや排気側リッジ電極21aの通気孔23aにおいても、拡散しないでリッジ電極21aと21bとの間の空間に入ることができ、均一なプラズマ分布と均一な製膜種の形成が行なわれる。一方、排気手段は、第1〜第3実施形態の製膜装置1,41,51と同様に、熱吸収温調ユニット12の上部に設けられた排気管12eから行われる。
In the
本構成によれば、プラズマ生成時にリッジ電極21a,21bの間で生成されるSiナノクラスター等の高次シランガス成分を、その流れ方向をそのままUターンさせて素早く製膜雰囲気から排出できるため、SiH3ラジカル拡散主体とした高性能、高品質製膜を得ることができる。ここで、排気側リッジ電極21aでは、母ガスを各ガス噴出孔63cから略均等に噴出す孔部分と、排気手段9による真空排気を行なう通気孔23aとは、必ずしも同一である必要はない。各孔は、基板Sに対して均一な製膜が行なえるよう各孔ピッチをずらして設けても良い。この場合、各ガス噴出孔63cから噴出した母ガスは、一端に排気側リッジ電極21aより確実に排出された後に、通気孔23aから吸引孔12fを経由し排気口12eより排気手段9による真空排気が行なえるので、基板Sの全面にわたり製膜条件を維持し管理できるので、さらに好ましい。
According to this configuration, since higher-order silane gas components such as Si nanoclusters generated between the
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、上記各実施形態においては、放電室(プロセス室)2が水平に設置された製膜装置1,41,51,61,71に本発明を適用した例について説明したが、プロセス室が鉛直上下方向へ傾斜させて設置する縦型の製膜装置にも本発明を適用することができる。傾斜させて設置する場合は、基板Sは鉛直方向からθ=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、本発明はダブルリッジ導波管状の製膜装置のみには限定されず、シングルリッジ導波管状の製膜装置にも適用することができる。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in each of the above embodiments, the example in which the present invention is applied to the
1,41,51,61,71 製膜装置(真空処理装置)
2 放電室
3A,3B 変換器
9 排気手段
10 母ガス供給手段
10a 母ガス供給管
10b 母ガス噴出孔
10c ガイド板
11 均熱温調器
12 熱吸収温調ユニット
12c 平面部
12e 排気管(ヘッダー部)
12g 温調媒体流通路
14 ボルト(熱膨張吸収手段)
15 ナット(熱膨張吸収手段)
21a,21b リッジ電極
22a,22b 非リッジ部導波管
23a,23b 通気孔
24a〜24f 締結部材挿通孔(熱膨張吸収手段)
25a〜25f 締結部材挿通孔(熱膨張吸収手段)
27 吊持部材
31a,31b リッジ部
32a,32b 非リッジ部導波管
42,52,62 リッジ電極対向間隔調整機構(リッジ電極対向間隔調整手段)
63e ガイドパイプ(母ガス導入ガイド手段)
63f スリットガイド板
S 基板
1, 41, 51, 61, 71 Film-forming equipment (vacuum processing equipment)
2
12g temperature control
15 Nut (thermal expansion absorption means)
21a,
25a-25f Fastening member insertion hole (thermal expansion absorbing means)
27
32a, 32b
63e Guide pipe (mother gas introduction guide means)
63f Slit guide plate S Substrate
Claims (15)
前記放電室の両端に隣接して配置され、互いに平行に対向配置された一対のリッジ部を有する非リッジ部導波管からなり、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、
前記他方のリッジ電極の外面側に間隔を空けて平行に設置されて、プラズマ処理が施される基板がセットされ、該基板の温度を制御する均熱温調器と、
前記一方のリッジ電極の外面側に設置され、該一方のリッジ電極の温度を制御する熱吸収温調ユニットと、
前記放電室および前記変換器の内部の気体を排出させる排気手段と、
前記基板にプラズマ処理を施すのに必要な母ガスを前記一方および他方のリッジ電極の間に供給する母ガス供給手段と、
を有することを特徴とする真空処理装置。 A discharge chamber formed of a ridge waveguide formed in a flat plate shape and disposed opposite to each other in parallel, and having one and the other ridge electrodes between which plasma is generated;
Wherein disposed adjacent to both ends of the discharge chamber, of a non-ridge portion waveguide having a pair of ridge portions which are parallel to face each other, the high frequency power supplied from the high frequency power supply basic transmission of the rectangular waveguide A pair of converters that convert to mode and transmit to the discharge chamber to generate plasma between the one and the other ridge electrodes;
A substrate on which the plasma treatment is performed, set in parallel on the outer surface side of the other ridge electrode, is set, and a soaking temperature controller for controlling the temperature of the substrate;
A heat absorption temperature control unit installed on the outer surface side of the one ridge electrode and controlling the temperature of the one ridge electrode;
Exhaust means for discharging the gas inside the discharge chamber and the converter;
Mother gas supply means for supplying a mother gas necessary for performing plasma treatment to the substrate between the one and the other ridge electrodes;
A vacuum processing apparatus comprising:
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