JPH051383A

JPH051383A - 大面積マイクロ波プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH051383A
Application number: JP15317491A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Echizen; 裕越前
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1991-06-25
Publication date: 1993-01-08

Abstract

(57)【要約】【目的】大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置を、帯
状部材に均一な堆積膜を形成することができるようにす
る。【構成】大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１００
が従来の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置と異なる
点は、マイクロ波電力投入手段が導波管１１０と導波管
１１０の一面に一列に取付けられた小アンテナ列とを含
み、また、導波管１１０と小アンテナ列とがマイクロ波
透過性部材で形成された分離管１０９に収納されてお
り、小アンテナ列から成膜室１１３にマイクロ波透過性
部材を介してマイクロ波電力が投入されることである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大面積マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置に関し、特に、マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ法により帯状部材に堆積膜を堆積する大面積マイクロ
波プラズマＣＶＤ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ法とは、電磁波などのエ
ネルギーを特定物質に加えて放電させることにより、特
定物質を化学的に活性なラジカルとし、さらに、ラジカ
ルを基体に接触させることにより、基体上へ堆積膜を形
成させる方法をいう。そして、プラズマＣＶＤ装置と
は、プラズマＣＶＤ法を実施するために設計，製作され
た装置をいう。

【０００３】従来、プラズマＣＶＤ装置は、成膜ガス導
入口および成膜ガス排気口を有する真空容器である成膜
室と、成膜室に成膜ガス導入口を介して成膜ガスを供給
するガス供給手段と、成膜室内の成膜ガスを成膜ガス排
気口を介して排出するガス排出手段と、成膜室に供給さ
れた成膜ガスを放電（プラズマ状態）するための電磁波
などのエネルギーを供給するエネルギー供給手段と、堆
積膜形成用の基体を成膜室内へ搬送する基体搬送手段と
から構成されている。

【０００４】ところで、プラズマＣＶＤ法はラジカルの
強い活性に依拠するものであり、ラジカルの生成密度や
基体の温度などを適宜選択することにより所望の堆積膜
形成を行うものであるが、プラズマＣＶＤ法において処
理速度を高めたり、大面積に亘って均一な堆積膜形成を
する上で必要なことは、ラジカルを大面積に亘って均一
かつ大量に生成させるプラズマ条件の選択である。

【０００５】従来、成膜ガスを放電させるためのエネル
ギーとしては、１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）が使
用されていたが、近年、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
用いることにより、高密度プラズマを効率的に生成する
ことができ、プラズマＣＶＤ法において堆積膜形成速度
の向上が図れる可能性があることから、マイクロ波を用
いたプラズマＣＶＤ法が注目され、そのためのプラズマ
ＣＶＤ装置が数多く提案されている。たとえば、半導体
デバイス，電子写真用感光体，画像入力用センサー，撮
像デバイス，光起電力素子，その他の各種エレクトロニ
クス素子，光学素子などに用いる素子材料としてのアモ
ルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」と記す。）やポ
リシリコン（以下、「ｐ−Ｓｉ」と記す。）、あるいは
ＳｉＯ₂，ＳｉＮなどの絶縁性堆積膜を、大面積の基体
上にマイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法により形成す
る大面積プラズマＣＶＤ装置が各種提案されている。具
体的には、特公平２−４３１号公報に開示された、連続
的に搬送される帯状部材（大面積の基体）へプラズマＣ
ＶＤを行う大面積プラズマＣＶＤ装置を代表的なものと
して挙げることができる。

【０００６】図７は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
り帯状部材に堆積膜を堆積する大面積マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の一従来例の説明図である。

【０００７】この大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
７００は、帯状部材７０１をその長手方向に連続的に搬
送する搬送手段と、搬送手段により搬送されてきた帯状
部材７０１への堆積膜の堆積が行われる成膜室７１３
と、成膜室７１３内へ成膜ガスを供給するガス供給手段
と、成膜室７１３内の成膜ガスを排出するガス排出手段
と、成膜室７１３内に供給された成膜ガスを放電するた
めのマイクロ波電力を投入するマイクロ波電力投入手段
とから構成されている。

【０００８】ここで、搬送手段は、送出しリール７０２
と、成膜室７１３内に設けられた、帯状部材７０１を折
返す第１の案内ローラ７０５，帯状部材７０１が巻付け
られるガイド枠７０４および帯状部材７０１を折返す第
２の案内ローラ７０６と、巻取りリール７０３とからな
る。ガス供給手段は、成膜ガス用のガスボンベ（不図
示）と、ガスボンベと成膜室７１３とを連通するパイプ
の途中に設けられた供給用バルブ７０７とからなる。ガ
ス排出手段は、真空排気系（不図示）と、真空排気系と
成膜室７１３とを連通するパイプの途中に設けられた排
出用バルブ７０８とからなる。マイクロ波電力投入手段
は、成膜室７１３の中心部に設けられた同軸型中心電極
７０９と、高周波電源７１０とから概ね構成されてい
る。

【０００９】大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置７０
０を作動させると、帯状部材７０１が送出しリール７０
２と巻取りリール７０３とにより連続的に搬送される。
次に、供給用バルブ７０７が開かれて、成膜室７１３内
にガスボンベから成膜ガスが供給されると同時に、排出
用バルブ７０８が開かれて、成膜室７１３内の成膜ガス
が真空排気系によって排出されることにより、成膜室７
１３内の圧力が一定に保たれる。さらに、高周波電源７
１０から成膜室７１３へ同軸型中心電極７０９を介して
投入されたマイクロ波電力により、成膜ガスが放電して
プラズマ状態となる。そして、ガイド枠７０４，第１お
よび第２の案内ローラ７０５，７０６を介して連続的に
搬送される帯状部材７０１上に所望の堆積膜が形成され
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置７００に
おいては、高周波電源７１０から同軸型中心電極７０９
へマイクロ電力を給電する給電点と同軸型中心電極７０
９の端部との間で，マイクロ波の放射強度が一定ではな
く、同軸型中心電極７０９の端部に向ってマイクロ波の
放射強度が単調減少するため、帯状部材７０１の幅方向
にわたって均一な堆積膜を形成することが困難であると
いう問題がある。

【００１１】本発明の目的は、帯状部材に均一な堆積膜
を形成することができる大面積マイクロ波プラズマＣＶ
Ｄ装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の大面積マイクロ
波プラズマＣＶＤ装置は、帯状部材をその長手方向に連
続的に搬送する搬送手段と、該搬送手段により搬送され
てきた前記帯状部材への堆積膜の堆積が行われる成膜室
と、該成膜室内へ成膜ガスを供給するガス供給手段と、
前記成膜室内の前記成膜ガスを排出するガス排出手段
と、前記成膜室内に供給された前記成膜ガスを放電する
ためのマイクロ波電力を投入するマイクロ波電力投入手
段とを含み、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により前記帯
状部材に前記堆積膜を堆積する大面積マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置において、前記マイクロ波電力投入手段
が、導波管および該導波管の一面に一列に取付けられた
小アンテナ列を含み、該小アンテナ列から前記成膜室に
マイクロ波透過性部材を介してマイクロ波電力が投入さ
れる。

【００１３】ここで、前記小アンテナ列がｎ個（３≦ｎ
≦１０の自然数）の小アンテナで構成され、前記導波管
中を伝搬するマイクロ波の進行方向順に数えて第ｋ番目
の前記小アンテナにおける、前記マイクロ波が前記導波
管の内部から該導波管の外部へ伝搬する比率を振幅透過
率Ｔ_K としたときに、該振幅透過率Ｔ_K が、Ｔ_k ＝１／（ｎ＋１−ｋ）ここで、ｋ＝，２，…，ｎとなるようそれぞれ調整されていてもよい。

【００１４】また、前記導波管および前記小アンテナ列
が、マイクロ波透過性部材で形成された分離管に収納さ
れていてもよい。

【００１５】さらに、前記小アンテナ列が、複数個の小
ループアンテナを含んでもよいし、前記小アンテナ列
が、複数個のロッドアンテナを含んでもよい。

【００１６】

【作用】本発明の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
では、マイクロ波電力投入手段が、導波管および導波管
の一面に一列に取付けられた小アンテナ列を含み、ま
た、小アンテナ列から成膜室にマイクロ波透過性部材を
介してマイクロ波電力が投入されることにより、マイク
ロ波電力を成膜室に均一に投入することができる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１８】図１は、本発明の大面積マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の第１の実施例を示す模式的透視図であ
る。なお、図１においては、装置内部を理解しやすいよ
うに、第１の電磁石１０６₁ と分離管１０９と導波管１
１０と第２の中空状ヨーク１１４₂ とは、所定の位置か
らずらして描いてある。

【００１９】この大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
１００は、帯状部材１０１をその長手方向に連続的に搬
送する搬送手段と、搬送手段により搬送されてきた帯状
部材１０１への堆積膜の堆積が行われる成膜室１１３
と、成膜室１１３内へ成膜ガスを供給するガス供給手段
と、成膜室１１３内の成膜ガスを排出するガス排出手段
と、成膜室１１３内に供給された成膜ガスを放電するた
めのマイクロ波電力を投入するマイクロ波電力投入手段
とを含み、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により帯状部材
１０１に堆積膜を堆積する点については、従来の大面積
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置と同じであるが、マイク
ロ波電力投入手段が、導波管１１０と導波管１１０の一
面に一列に取付けられた小アンテナ列とを含み、また、
導波管１１０と小アンテナ列とがマイクロ波透過性部材
で形成された分離管１０９に収納されており、小アンテ
ナ列から成膜室１１３にマイクロ波透過性部材を介して
マイクロ波電力が投入される点については、従来のもの
と異なる。

【００２０】以下、大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置１００の各構成要素について詳しく説明する。

【００２１】（１）搬送手段搬送手段は、繰出しボビン（不図示）と、成膜室１１３
内に設けられた、帯状部材１０１を折返す第１の支持搬
送ローラ１０２₁ ，帯状部材１０１の両側端近傍がそれ
ぞれ巻付けられる第１，第２の支持搬送円板１０４₁，
１０４₂および帯状部材１０１を折返す第２の支持搬送
ローラ１０２₂と、巻取りボビン（不図示）とからな
る。ここで、第１および第２の支持搬送ローラ１０
２₁，１０２₂は、帯状部材１０１の幅とほぼ同じ長さを
有し、帯状部材１０１の搬送方向に互いにほぼ平行に近
接して、第１および第２の支持搬送円板１０４₁，１０
４₂の図示下側と接するように設けられている。また、
第１および第２の支持搬送円板１０４ ₁，１０４₂は、帯
状部材１０１の幅よりもやや狭い間隔で、互いに対向さ
れて、かつその中心線が第１および第２の支持搬送ロー
ラ１０２₁，１０２₂の各中心線とほぼ平行となるように
配設されている。

【００２２】（２）成膜室１１３成膜室１１３は、帯状部材１０１が第１の支持搬送ロー
ラ１０２₁ で折返され、その両側端近傍が第１および第
２の支持搬送円板１０４₁，１０４₂にそれぞれ巻付けら
れ、第２の支持搬送ローラ１０２₂で再度折返されて形
成される柱状空間からなる。

【００２３】（３）ガス供給手段ガス供給手段は、成膜ガス用のガスボンベ（不図示）
と、ガスボンベからガス供給用バルブ（不図示）を介し
て成膜室１１３内へ成膜ガスを供給するガス導入管１１
２とからなる。ここで、ガス導入管１１２は、第１の支
持搬送ローラ１０２₁ と第２の支持搬送ローラ１０２₂
との間隙から、該２つの支持搬送ローラ１０２₁，１０
２₂と平行に成膜室１１３内へ挿入されている。また、
ガス導入管１１２には、ガス噴出口となるノズル（不図
示）が多数個形成されている。

【００２４】（４）ガス排出手段ガス排出手段は、補助ポンプ（不図示）および主ポンプ
（不図示）からなる真空排気系と排気配管（不図示）と
からなり、第１および第２の支持搬送ローラ１０２₁，
１０２₂の図示下方に設けられた、分離管１０９挿入用
の間隙１１１を介して成膜室１１３内の成膜ガスを排出
する。なお、補助ポンプはロータリーポンプおよびメカ
ニカルブースタポンプからなり、主ポンプは油拡散ポン
プからなる。

【００２５】（５）マイクロ波電力投入手段マイクロ波電力投入手段は、本発明の特徴部であり、マ
イクロ波電源（不図示）と、アイソレータ（不図示）
と、方向性結合器（不図示）と、チューナ（不図示）
と、それらを適宜連結させる矩形状の導波管１１０と、
導波管１１０の図示上面に一列に取付けられた小アンテ
ナ列とからなる。なお、導波管１１０および小アンテナ
列は、マイクロ波透過性部材で形成された分離管１０９
に収納されて成膜室１１３内に挿入されている。導波管
１１０は縦長の矩形断面を有するとともに、図２（ｅ）
に示すように、末端部２０３を有し、上面に小アンテナ
列である４個の小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄が長
手方向に並んで挿入されている。ここで、各小ループア
ンテナ２０４₁〜２０４₄はそれぞれ実効長が異なってお
り、各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄のループを形
成していない方の各端部はロッド形状をなし、導波管１
１０に形成された円形の各孔に各テフロン２０８ ₁ 〜２
０８₄ を介してそれぞれ挿入されている。各小ループア
ンテナ２０４₁〜２０４₄の他端の周囲には、マイクロ波
の同軸線路を構成する各マイクロ波管２０９₁ 〜２０９
₄ が、一端が導波管１１０に取付けられ、他端が緩い角
度で拡がりながら開口し、電磁ホーンを形成するように
してそれぞれ設けられている。そして、導波管１１０の
内部には、開口面積が漸次変化した３個の金属絞り２１
０ ₁ 〜２１０₃ が各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄
の間にそれぞれ形成されており、インピーダンス整合が
とれるようになっている。さらに、各小ループアンテナ
２０４₁〜２０４₄は、そのループの作る面が導波管１１
０を伝搬するマイクロ波の進行方向に対して９０°，５
５°，４５°，３０°の角度θになるようにそれぞれ取
付けられている。各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄
の実効長と上記角度θを調整することによって、導波管
１１０の長手方向に配列された各小ループアンテナ２０
４₁〜２０４₄の一端から放射される各マイクロ波が均一
化される。

【００２６】図１に示した大面積マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置１００おいて、第１および第２の電磁石１０６
₁，１０６₂は、磁界の向きが同一でコアがリング形状の
ものである。また、該２つの電磁石１０６₁，１０６
₂は、前記２つの支持搬送円板１０４₁，１０４₂の同軸
上でこれらに近接させ、同時に成膜室１１３内部を磁界
が貫通するように帯状部材１０１の幅方向に対称とされ
て配置されている。ただし、前述したように、図１にお
いては成膜室１１３内部を説明するため、第１の電磁石
１０６₁ は所定の位置から移動させて描かれている。

【００２７】前記２つの電磁石１０６₁，１０６₂は、鉄
製の第１および第２の中空状ヨーク１１４₁，１０４₂と
ともに磁気回路を構成する。ここで、前記２つの中空状
ヨーク１１４₁，１０４₂は、成膜室１１３を取囲み、か
つ成膜室１１３と極力近接して配置されるとともに、帯
状部材１０１が通過できる第１および第２の帯状部材用
間隙１１６₁，１１６₂がそれぞれ形成されている。ま
た、分離管１０９を前記２つの支持搬送ローラ１０
２₁，１０２₂の間隙に近接して配設させるため、分離管
用の間隙１１１が前記２つの中空状ヨーク１１４₁，１
１４₂の図示下方の接合部に形成されている。

【００２８】次に、本発明の特徴部であるマイクロ波電
力投入手段について、さらに詳しく説明する。

【００２９】マイクロ波電力投入手段は、マイクロ波電
源より供給されるマイクロ波電力を成膜室１１３の内部
に投入して、ガス供給手段から導入される成膜ガスを放
電させ、それを維持させることができる構造を有するも
のである。具体的には、末端部が閉口端となっている導
波管に小アンテナ列が取付けられたものが好ましく用い
られる。小アンテナ列としては、図２（ａ）〜（ｄ）に
示したような小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄のほ
か、ロッドアンテナ，ヘリカルアンテナ，誘電体アンテ
ナ，同軸アンテナを挙げることができる。また、導波管
としては、図１に示したような矩形状の導波管１１０の
ほか、円形状の導波管，楕円状の導波管などのマイクロ
波伝送用の各種導波管を挙げることができる。

【００３０】マイクロ波電力投入手段に好適に用いられ
る矩形状の導波管１１０の寸法は、使用されるマイクロ
波の周波数帯（バンド）およびモードによって適宜設計
される。設計にあたっては、矩形状の導波管１１０内で
の伝送ロスが少なく、また、なるべく多重モードが発生
しないように配慮されることが好ましく、具体的には、
ＥＩＡＪ規格の矩形状の導波管などのほか、２．４５Ｇ
Ｈｚ用の自社規格として内寸が９６ｍｍ×２４ｍｍのも
のを挙げることができる。

【００３１】マイクロ波電力投入手段は、帯状部材１０
１に直接マイクロ波を放射して、マイクロ波電力が効率
よく成膜室１１３内に投入できるようにする。具体的に
は、導波管１１０上に小アンテナ列が同一方向に向かっ
て一列となって配設される。、ここで、同一方向とは、
帯状部材１０１の少なくとも一部にほぼ垂直な方向であ
る。このため、成膜室１１３内部に導入される成膜ガス
がマイクロ波を効率よく吸収することができる。

【００３２】また、小アンテナ列をｎ個（３≦ｎ≦１０
の自然数）の小アンテナで構成し、導波管１１０中を伝
搬するマイクロ波の進行方向順に数えて第ｋ番目の小ア
ンテナにおける、マイクロ波が導波管１１０の内部から
導波管１１０の外部へ伝搬する比率を振幅透過率Ｔ_K と
したときに、振幅透過率Ｔ_K が、Ｔ_k ＝１／（ｎ＋１−ｋ）（１）ここで、ｋ＝，２，…，ｎとなるようそれぞれ調整する場合には、小アンテナの個
数ｎの上限は、各小アンテナ間の振幅透過率Ｔ_K の測定
精度で決まる。たとえば、本発明者らが使用した、測定
精度１％のＲＦネットワークアナライザー（ヒューレッ
ト・パッカード社製，ＨＰ８７５３Ｃ）の場合には、ｎ
≦１０である。なぜならば、式（１）において、ｎ＝１
０，ｋ＝１，２，３，…，９，１０とすると、振幅透過
率Ｔ_k は、Ｔ₁ ＝１／１０，Ｔ₂ ＝１／９，Ｔ₃ ＝１／
８，…，Ｔ₉ ＝１／２，Ｔ₁₀＝１となり、隣接する小ア
ンテナ間での振幅透過率の差Ｔ_k−Ｔ_k-1は、Ｔ₂−Ｔ₁＝
０．０１１，Ｔ₃−Ｔ₂＝０．０１４，…，Ｔ₁₀−Ｔ₉＝
０．５となるため、振幅透過率の差Ｔ_k−Ｔ_k-1の最小値
Ｔ₂−Ｔ₁＝０．０１１（約１．１％）が、ＲＦネットワ
ークアナライザーの測定精度１％ぎりぎりになるからで
ある。

【００３３】マイクロ波電力投入手段において、均一な
マイクロ波電力を小アンテナ列を介して成膜室１１３内
部に投入する給電方法について、以下に説明する。

【００３４】簡単のため、図２（ａ）〜（ｄ）に示した
４個の小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄を有する場合
について説明する。この４個の小ループアンテナ２０４
₁〜２０４₄から均一なマイクロ波電力を成膜室１１３内
部に投入する給電方法としては、次に示す２通りの給電
方法（給電方法１および給電方法２）がある。

【００３５】（１）給電方法１（調整によりインピーダ
ンス整合可能な場合）導波管１１０内部のマイクロ波と、各小ループアンテナ
２０４₁〜２０４₄より放射される各小ループアンテナ２
０４₁〜２０４₄近辺でのマイクロ波との振幅比を振幅透
過率Ｔ_K （ｋ＝１，２，３，４）と定義し、導波管１１
０内部のマイクロ波の進行方向の順に、Ｔ₁ ＝１／４，
Ｔ₂ ＝１／３，Ｔ₃ ＝１／２，Ｔ＝１／１とする。ま
た、４個の小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄と導波管
１１０とのインピーダンスを整合させ、マイクロ波の反
射を打ち消す。さらに、マイクロ波電力投入手段内部
に、マイクロ波の吸収体を配設しない。

【００３６】（２）給電方法２（調整してもインピーダ
ンス整合不能な場合）第ｋ番目の小ループアンテナからの反射率（測定値）を
Ｒ_k （ｋ＝１，２，３，４）とし、第ｋ番目以降の全小
ループアンテナに達するマイクロ波のうち第ｋ番目の小
ループアンテナに分配する比率をＤ_k （ｋ＝１，２，
３，４）とすると、各振幅透過率Ｔ_k は、Ｔ₁=Ｄ₁×（１−Ｒ₁）Ｔ₂=Ｄ₂×（１−Ｄ₁）×（１−Ｒ₁）×（１−Ｒ₂）Ｔ₃=Ｄ₃×（１−Ｄ₁）×（１−Ｄ₂）×（１−Ｒ₁）×
（１−Ｒ₂）×（１−Ｒ₃）Ｔ₄=Ｄ₄×（１−Ｄ₁）×（１−Ｄ₂）×（１−Ｄ₃）×
（１−Ｒ₁）×（１−Ｒ₂）×（１−Ｒ₃）×（１−Ｒ₄）でそれぞれ表されるので、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝Ｔ₃ ＝Ｔ₄ とな
るように、各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄に分配
する比率Ｄ_k を計算で求める。また、マイクロ波電力投
入手段内部に、マイクロ波の吸収体を配設しない。

【００３７】まず、給電方法１において、均一なマイク
ロ波電力を投入する機能について説明する。

【００３８】第１番目の小ループアンテナ２０４₁ への
マイクロ波の振幅透過率Ｔ₁ は、Ｔ ₁ ＝１／４、すなわ
ち、導波管１１０内部を伝搬するマイクロ波の振幅の１
／４である。ここで、各小ループアンテナ２０４₁〜２
０４₄からの反射波は予め調整によって打ち消されてお
り、マイクロ波電力投入手段内部にマイクロ波の吸収体
もないことから、第１番目の小ループアンテナ２０４₁
に伝搬した残りのマイクロ波の振幅（１−Ｔ₁ ）のすべ
てを第２番目以降の各小ループアンテナ２０４₂〜２０
４₄ に伝搬することができる。そして、第２番目の小ル
ープアンテナ２０４₂ へのマイクロ波の振幅透過率Ｔ₂
は、第１番目の小ループアンテナ２０４₁に吸収されず
に導波管１１０内部を伝搬するマイクロ波の振幅（（１
−Ｔ₁ ）＝３／４）のうち、第２番目の小ループアンテ
ナ２０４₂ に伝搬するマイクロ波の振幅（Ｔ₂ ＝１／
３）であるから、最初の導波管１１０内部を伝搬するマ
イクロ波を基準に考えると、第２番目の小ループアンテ
ナ２０４₂ へのマイクロ波振幅透過率Ｔ₂ はＴ₂ ＝（３
／４）×（１／３）＝１／４となる。同様にして、第３
番目の小ループアンテナ２０４₃ へのマイクロ波振幅透
過率Ｔ₃ はＴ₃ ＝（３／４）×（２／３）×（１／２）
＝１／４となり、第４番目の小ループアンテナ２０４₄
へのマイクロ波振幅透過率Ｔ₄ はＴ₄＝（３／４）×
（２／３）×（１／２）×１＝１／４となる。したがっ
て、各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄には、同一の
振幅のマイクロ波が伝搬するため、各小ループアンテナ
２０４₁ 〜２０４₄ を介して成膜室１１３内部に均一な
マイクロ波電力が投入され、その結果、プラズマを均一
化することができる。

【００３９】給電方法１を実現するときの各小アンテナ
の組立および調整方法について、図２（ａ）〜（ｄ）に
示した４個の小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄を例と
して以下に説明する。

【００４０】（Ａ）第４番目の小ループアンテナ２０４
₄ の設置導波管１００内部のマイクロ波の進行方向に対して１番
奥すなわち第４番目の小ループアンテナ２０４₄ の振幅
透過率Ｔ₄ ＝１の意味は、第４番目の小ループアンテナ
２０４₄ まで伝搬してきたマイクロ波は、導波管１１０
内部から外部へ全て放射され、同時に反射が完全に打ち
消されることである。これは、導波管１１０と小ループ
アンテナ２０４₄ との結合度を十分よくすると同時に、
導波管１１０内部にインピーダンス整合素子を設けて整
合することによって達成できる。たとえば、矩形状のＴ
Ｅ₁₀モードでマイクロ波を伝搬させる導波管１１０内部
に小ループアンテナ２０４₄ を配設する方法は、次の通
りである。

【００４１】（ａ）導波管１１０の末端部２０３から管
内波長の１／４の距離であって、矩形状の導波管１１０
の短辺を構成する壁面のほぼ中央に、円状の孔をあけ
る。

【００４２】（ｂ）この孔より一回り小さい孔をもつ誘
電体リングであるテフロン２０８₄を壁面上の円状の孔
に挿入する。

【００４３】（ｃ）テフロン２０８₄ の孔に、一端がル
ープ状であって他端が棒状の金属部材で構成された小ル
ープアンテナ２０４₄ を、ループ状の部分が導波管１１
０内部に配置されるように挿入する。

【００４４】（ｄ）導波管１１０内部を伝搬するマイク
ロ波の磁束に対して、ループ状の部分が作る面を垂直に
配置する。

【００４５】（ｅ）導波管１１０内部を伝搬するマイク
ロ波の全磁束を囲むように、小ループアンテナ２０４₄
のループの大きさを決める。

【００４６】このようにすれば、導波管１１０と小ルー
プアンテナ２０４₄ との結合度を十分よくすることがで
きる。そして、反射を完全に打ち消すには、引続き次の
調整を行う。

【００４７】（ｆ）導波管１１０の末端部２０３から管
内波長の１／２の距離であって、導波管１１０内部に、
マイクロ波反射部材で構成された開口面積可変の絞り板
である金属絞り２１０₃ を設ける。

【００４８】（ｇ）金属絞り２１０₃ の開口面積の調整
方法は、導波管１１０の末端部２０３と反対側に適当な
変換マイクロ波導波管を介してネットワーク・アナライ
ザー（ヒューレット・パッカード社製）と接続し、金属
絞り２１０₃ の開口面積を変化させながら反射波をモニ
ターすることで、反射損失が０の状態を探り当てること
ができる。

【００４９】なお、第４番目の小ループアンテナ２０４
₄ に限っては、矩形状のマイクロ波導波管の一種である
Ｅコーナーの端面を塞ぐ端面板上にスリットを設けた、
いわゆるスロットアンテナでもよい。この場合には、こ
の端面板を、壁面に孔を開けてアンテナを取付ける位置
を測定する基準面とする。

【００５０】（Ｂ）第３番目の小ループアンテナ２０４
₃ の設置上記の第４番目の小ループアンテナ２０４₄ の設置，調
整を終えた状態で、第３番目の小ループアンテナ２０４
₃ を設置する。その設置，調整方法は、第４番目の小ル
ープアンテナ２０４₄ の設置で説明した（ａ）〜（ｇ）
のうち（ｄ），（ｅ），（ｆ）のみ異なるので、この点
について説明する。

【００５１】上記（ｆ）は上記（ｄ）および（ｅ）の状
態に影響を受けるため、まず（ｄ）（ｅ）から説明す
る。

【００５２】第３番目の小ループアンテナ２０４₃ につ
いてＴ₃ ＝１／２とする方法は、ループを横切るマイク
ロ波の磁束を制御すればよいことが知られている。導波
管１１０内部においてマイクロ波の磁束を制御した結果
ループより生ずる反射波の大きさによって、（ｆ）の調
整位置が変化する。これについて、表１に示すような実
験条件で反射損失の測定を行った結果を図３に示す。

【００５３】

【表１】この結果は、ループより生ずる反射波が小さくなると、
マイクロ波反射部材で構成された絞り板の開口面積は大
きくなり、それにつれて反射が最小となる周波数が低い
周波数側に移動していることを示している。すなわち、
導波管１１０の末端部２０３から管内波長に相当する距
離よりも短い位置に、マイクロ波反射部材で構成された
絞り板を設置しなければならないことが判明した。した
がって、上記のような実験を行い、その結果をもとにマ
イクロ波反射部材で構成された絞り板である金属絞り２
１０₂ を設置する位置を決定する。

【００５４】（Ｃ）第２番目および第１番目の小ループ
アンテナ２０４₂，２０４₁の設置上記３番目の小ループアンテナ２０４₃ の設置，調整と
同じ手順に従って調整すればよい。上記のように、成膜
室１１３内部に投入されたマイクロ波電力は、側壁を構
成する帯状部材１０１で反射，散乱され、成膜室１１３
内部に一様に充満し、同時にガス供給手段により導入さ
れた成膜ガスに効率よく吸収されるため、均一なプラズ
マを形成することができる。

【００５５】次に、給電方法２について、図２（ａ）〜
（ｄ）に示した４個の小ループアンテナ２０４₁ 〜２０
４₄ を例として説明する。

【００５６】この方法は給電方法１を発展させたもので
あり、調整してもインピーダンス整合がとれない場合に
適用できる。

【００５７】第１番目の小ループアンテナ２０４₁ への
マイクロ波の振幅透過率Ｔ₁ は、第１番目の小ループア
ンテナ２０４₁ で反射損失しなかった導波管１１０内部
を伝搬するマイクロ波（１−Ｒ₁）のうち第１番目の小
ループアンテナ２０４₁ へのマイクロ波（Ｄ₁ ）である
から、Ｔ₁ ＝Ｄ₁ ＊（１−Ｒ₁ ）で表される。また、第
２番目の小ループアンテナ２０４₂ へのマイクロ波の振
幅透過率Ｔ₂ は、第１番目の小ループアンテナ２０４₁
で反射損失しなかった導波管１１０内部を伝搬するマイ
クロ波（１−Ｒ₁ ）のうち第１番目の小ループアンテナ
２０４₁ に伝搬しないマイクロ波（１−Ｄ₁ ）であっ
て、同時に第２番目の小ループアンテナ２０４₂ で反射
損失しなかった導波管１１０内部を伝搬するマイクロ波
（１−Ｒ₂）のうち第２番目の小ループアンテナ２０４₂
に伝搬するマイクロ波（Ｄ₂ ）であるから、Ｔ₂ ＝
（１−Ｄ₁ ）×Ｄ₂ ×（１−Ｒ₁ ）×（１−Ｒ₂ ）で表
される。

【００５８】同様にして、第ｋ番目の小ループアンテナ
へのマイクロ波の振幅透過率Ｔ_K は、次式で表される。

【００５９】

【数１】ここで、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ ＝Ｔ₃ …＝Ｔ_k となるように、各小
ループアンテナ２０４ ₁〜２０４₄に分配する比率Ｄ_k を
計算で求める。たとえば、簡単のため、Ｒ₁ ＝Ｒ₂ ＝Ｒ
₃ ＝Ｒ₄ ＝０．１，Ｄ₁ ＝０．２とすると、Ｔ₁ ＝Ｔ₂ より、Ｄ₂ ＝Ｄ₁ ／（（１−Ｄ₁ ）×０．
９）Ｔ₂ ＝Ｔ₃ より、Ｄ₃ ＝Ｄ₂ ／（（１−Ｄ₂ ）×０．
９）Ｔ₃ ＝Ｔ₄ より、Ｄ₄ ＝Ｄ₃ ／（（１−Ｄ₃ ）×０．
９）であるから、Ｄ₁ ＝０．２Ｄ₂ ＝０．２７７７Ｄ₃ ＝０．４２７４Ｄ₄ ＝０．８２９２Ｔ₁ ＝０．１８００Ｔ₂ ＝０．１７９９Ｔ₃ ＝０．１８００Ｔ₄ ＝０．１８００となる。

【００６０】実際のマイクロ波電力投入手段を上記Ｄ_k
（ｋ＝１〜４）の値にするには、マイクロ波を放射する
各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄について、それぞ
れ公知のマイクロ波電力測定を導波管１１０内部と外部
とで行うことによって、試行錯誤的に調整する方法が挙
げられる。

【００６１】本発明では、マイクロ波電力投入手段に堆
積膜が付着して反射損失によって成膜室１１３へのマイ
クロ波投入電力が減少することを回避することが望まし
い。このため、マイクロ波電力投入手段と成膜室１１３
との間にマイクロ波透過性部材からなる分離管１０９を
設ける。そして、マイクロ波透過性部材は気密を保持さ
せることにより、開口面積可変の絞り板（各金属絞り２
１０₁〜２１０₃）の調整が容易になる。また、成膜室１
１３内部にマイクロ波電力を効率よく投入し、一旦投入
されたマイクロ波電力が成膜室１１３外部に漏洩しない
よう配慮する必要がある。

【００６２】次に、マイクロ波電力を成膜室１１３内部
に効率よく投入する方法について説明する。

【００６３】この方法においては、（ａ）各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄から放射さ
れる各マイクロ波の主ビームの半値幅が絞り込まれてお
り、該主ビームから派生的に生ずるサイドローブが抑制
されていること。

【００６４】（ｂ）各小ループアンテナ２０４₁〜２０
４₄間でクロストークがないこと。が同時に必要であ
る。

【００６５】ここで、マイクロ波電力投入手段から放射
されるマイクロ波の主ビームの半値幅を絞り、サイドロ
ーブを抑制するためには、マイクロ波反射板を設ければ
よい。また、クロストークを防止するためには、マイク
ロ波反射板で各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄間が
分離されていればよい。したがって、上記（ａ），
（ｂ）を同時に満足するためには、各小ループアンテナ
２０４₁〜２０４₄をそれぞれループ状に取囲むようにマ
イクロ波反射板を配設し、マイクロ波反射板の取付け方
向が導波管１１０に垂直になるようにする。

【００６６】次に、マイクロ波電力漏洩防止方法につい
て説明する。

【００６７】成膜室１１３内部に一旦投入されたマイク
ロ波電力を成膜室１１３外部に漏洩しないようにするに
は、（ａ）マイクロ波電力がマイクロ波電力投入手段近
傍で吸収されず成膜室１１３内部で吸収されればよい。

【００６８】このためには、「外部磁界」と「排気コン
ダクタンス」を利用する。すなわち、「外部磁界」は、
成膜室１１３内部では磁界が比較的強く（数百ガウ
ス）、成膜室１１３外部および成膜室１１３へのマイク
ロ波電力投入手段近傍では、成膜室１１３内部より相対
的に磁界が弱くなるように調整されていることが望まし
い。また、「排気コンダクタンス」は、成膜ガスの排気
口を小さくし、成膜室１１３４内部の圧力が成膜室１１
３外部の圧力の２倍以上とすることが望ましい。

【００６９】また、「外部磁界」と「排気コンダクタン
ス」との制御の相乗効果で、成膜室１１３内部では放電
維持電力が低く、成膜室１１３外部およびマイクロ波電
力投入手段近傍では放電維持電力が高いという事実が判
明した。

【００７０】ここで、「放電維持電力」を以下のように
定義する。

【００７１】所定の成膜ガスを成膜室１１３に流しなが
ら放電が開始されるまで成膜室１１３内部にマイクロ波
電力を投入する。次に、徐々にマイクロ波電力を低下さ
せながら、注目している各部においてフラッシングがな
くプラズマ発光が安定している下限のマイクロ波電力を
読取り、この下限のマイクロ波電力を各部における「放
電維持電力」とする。

【００７２】上述したような成膜室１１３内外において
放電維持電力に差があるということは、マイクロ波の吸
収されやすさに差があると見なすことができる、すなわ
ち、成膜室１１３内部ではマイクロ波は吸収しやすく、
そのため小さなマイクロ波電力で放電維持が可能とな
る。一方、成膜室１１３外部ではマイクロ波は吸収しに
くく、そのため大きなマイクロ波電力を必要としている
と言える。これは上述の（ａ）と合致しており、すなわ
ち、「外部磁界」と「排気コンダクタンス」とを制御す
ればよいことを示している。

【００７３】上述の「外部磁界」を得る磁界発生手段
は、次の通りである。

【００７４】外部磁界が成膜室１１３を貫通し、同時に
マイクロ波の導波管１１０内を伝搬するマイクロ波の進
行方向と平行になるようにすればよい。ここで、磁界発
生手段から発散する磁界が効率よく成膜室１１３を貫通
するよう、成膜室１１３を取囲むようにして中空状のヨ
ーク（第１および第２の中空状ヨーク１１４₁ ，１１４
₂）を配設することが望ましい。このヨークとしては、
高透磁率材が好ましく、パーマロイ，鉄，ニッケル，コ
バルトなどが好適である。そして、マイクロ波電力投入
手段を配設する位置でヨークを切欠くことにより、その
部分の「外部磁界」を相対的に弱めることができる。

【００７５】分離管１０９は、成膜室１１３に並設さ
れ、内部にマイクロ波電力投入手段が収納できる構造を
有する。したがって、分離管１０９は、成膜室１１３内
の真空雰囲気とマイクロ波電力投入手段の設置されてい
る外気とを分離し、その内外間に存在している圧力差に
耐え得るような構造に設計され、具体的には、好ましく
は円筒形または半円筒形であることが望ましく、他に全
体的に滑らかな曲面をもつ形状のものであってもよい。

【００７６】また、分離管１０９の周壁の厚さは、用い
られる材質によって多少の差はあるが、好ましくは０．
５ｍｍ〜５ｍｍであることが望ましい。その材質として
は、マイクロ波電力投入手段から放射されるマイクロ波
を最小の損失で成膜室１１３中へ透過させることがで
き、また、成膜室１１３内への大気の流入が生じない気
密性の優れたものが好ましく、具体的には、石英，アル
ミナ，窒化ケイ素，ベリリア，マグネシア，ジルコニ
ア，窒化ホウ素，炭化ケイ素などのガラスまたはファイ
ンセラミックスなどが挙げられる。分離管１０９が円筒
形または半円筒形である場合には、その直径（内径）
は、用いられるマイクロ波電力投入手段がその内部に含
まれ、かつマイクロ波電力投入手段が分離管１０９の内
周壁に接することがない必要最低限の寸法に設定される
ことが望ましい。また、分離管１０９において、帯状部
材１０１の幅からはみ出した両端部、すなわちマイクロ
波電力投入手段が挿入される側とその反対側の端部に
は、マイクロ波閉じ込め手段もしくはダミーロードを設
けることが望ましい。前者の手段においては帯状部材１
０１の端部から突出している部分のほとんどを金属，金
網などの導電性部材で覆い、アースすることが好まし
く、特に高パワーレベルでマイクロ波の整合に不都合を
生じる可能性がある場合には、後者の手段を設けること
が好ましい。さらに、分離管１０９において、マイクロ
波電力投入手段が挿入される側に突出している部分につ
いても金属，金網などの導電性部材で覆い、導波管１１
０および隔離容器などにアースすることが安全上好まし
い。また、分離管１０９は、マイクロ波電力またはプラ
ズマエネルギーによる加熱によって熱劣化（ヒビ割れ、
破壊）などを起こすことを防止するために、均一に冷却
されることが好ましい。このため、冷却手段は、具体的
には、分離管１０９の内周面に沿って流れる空気流であ
ってもよいし、分離管１０９とほぼ相似の形状で、分離
管１０９の内部に同心状に形成された囲いで分離管１０
９との間に導管を構成し、導管に水，オイル，フレオン
のような冷却流体を流すものであってもよい。

【００７７】分離管１０９の外周面のうち少なくともプ
ラズマ領域に接している部分には、帯状部材１０１と同
様に膜堆積が起こる。したがって、堆積する膜の種類，
特性にもよるが、堆積膜によってマイクロ波電力投入手
段から放射されるマイクロ波電力が吸収または反射さ
れ、帯状部材１０１によって形成され得る成膜室１１３
内へのマイクロ波電力の投入量が減少し、放電開始直後
に比較して著しくその変化量が増大した場合には、プラ
ズマの維持そのものが困難になるばかりでなく、形成さ
れる堆積膜の堆積速度の減少や特性などの変化を生じる
ことがある。このような場合には、分離管１０９に堆積
される膜をドライエッチング，ウエットエッチング，機
械的方法などにより除去すれば初期状態を復元できる。
特に、真空状態を維持したまま堆積膜の除去を行う方法
としては、ドライエッチングが好適に用いられる。ま
た、分離管１０９を真空保持のまま回転させ、プラズマ
に曝された部分をプラズマ領域外へ移動させ、プラズマ
領域とは異なる領域で、堆積した膜を除去し、再びプラ
ズマ領域まで回転させて用いるといった連続的手法を採
用することもできる。さらには、分離管１０９の外周面
に沿って、分離管１０９とほぼ同等のマイクロ波透過性
を有する材質からなるシートを連続的に送ることによっ
て、シートの表面上に堆積膜を付着、形成させ、プラズ
マ領域外へ排出するといった手法を採用することもでき
る。

【００７８】次に、図１に示した大面積マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ装置１００の動作について説明する。

【００７９】大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置１０
０の動作は、概ね次の手順に従って行われる。

【００８０】（１）所定の洗浄を完了した帯状部材１０
１の取付（２）大気中での帯状部材１０１の搬送，搬送確認およ
び搬送停止（３）帯状部材１０１および搬送手段を内蔵した真空チ
ャンバ（不図示）の排気（４）成膜用ガスの成膜室１１３内への導入（５）帯状部材１０１の温度制御（６）マイクロ波による放電（成膜工程その１）（７）帯状部材１０１の搬送（成膜工程その２）（８）帯状部材１０１の冷却および搬送停止（９）成膜用ガスの導入停止（１０）真空チャンバの窒素リーク（１１）帯状部材１０１の取出し以下、上記（１）〜（１１）の各手順について詳しく説
明する。

【００８１】（１）所定の洗浄を完了した帯状部材１０
１の取付繰出しボビン（不図示）に巻付けられた帯状部材１０１
を所定の位置に取付け、繰出しボビンで帯状部材１０１
を繰出しながら第１の支持搬送ローラ１０２₁で折返
し、第１および第２の支持搬送円板１０４₁，１０４₂に
巻付けて、ほぼ一周させたのち、第２の支持搬送ローラ
１０２₂ で再び折返して、成膜室１１３を形成する。ま
た、巻取りボビン（不図示）に帯状部材１０１の端部を
固定して、巻取りボビンで帯状部材１０１が巻取られる
よう準備する。

【００８２】（２）大気中での帯状部材１０１の搬送，
搬送確認および搬送停止帯状部材１０１の取付が完了したら、大気中において、
巻取りボビン回転機構（不図示）および支持搬送ローラ
駆動機構（不図示）などの帯状部材駆動手段で連続的に
支障なく帯状部材１０１を搬送できるか否かを確認す
る。ここで、帯状部材駆動手段は、前進機能と後進機能
とを兼備することが望ましく、また、帯状部材繰出し量
の表示器を具備することが望ましい。

【００８３】帯状部材１０１を支障なく搬送できること
が確認されたのち、帯状部材繰出し量の表示器をモニタ
しながら、帯状部材１０１を初期設定位置まで戻して、
その位置で停止させる。

【００８４】（３）帯状部材１０１および搬送手段を内
蔵した真空チャンバの排気帯状部材１０１および搬送手段を内蔵した真空チャンバ
の蓋を閉じ、ガス排出手段で真空チャンバ内の排気を行
う。すなわち、ロータリーポンプおよびメカニカルブー
スタポンプで粗引したのち、油拡散ポンプで本引すると
いう手順で、真空チャンバ内部の帯状部材１０１で囲ま
れた成膜室１１３の圧力が、２×１０^-5Ｔｏｒｒに達す
るまで連続的に排気を行う。

【００８５】（４）成膜用ガスの成膜室１１３内への導
入ガスボンベ（不図示）からステンレス製のパイプ（不図
示）を介してガスの混合およびガス流量の精密制御を行
うミキシングパネル（不図示）にガスを導き、ミキシン
グパネル内のマスフローコントローラ（不図示）で所定
の流量に制御された成膜用ガスをガス導入管１１２を介
して成膜室１１３内へ導入する。このとき、成膜室１１
３内の圧力が５×１０^-3Ｔｏｒｒ前後になるように、油
拡散ポンプの排気能力および排気管の排気コンダクタン
スを予め選択しておく。

【００８６】（５）帯状部材１０１の温度制御成膜用ガスを流しながら、温度制御機構（不図示）で帯
状部材１０１を所定の温度にする。ここで、ＲＦ（ラジ
オ周波数）を用いたプラズマＣＶＤ装置に比べてマイク
ロ波プラズマＣＶＤ装置では、電子密度および電子温度
がともに高いため、プラズマからの熱で帯状部材１０１
の温度が上昇しやすい。また、投入するマイクロ波電力
に応じて、帯状部材１０１の平衡温度が決る。たとえ
ば、帯状部材１０１：材質ＳＵＳ４３０ＢＡ（ブライトアニ
ール），幅４３０ｍｍ成膜室１１３：φ１６０ｍｍ×３９０ｍｍ成膜条件：Ｓ_iＨ₄ ２７０ｓｃｃｍ（５×１０
^-3Ｔｏｒｒ）の場合の帯状部材１０１の平衡温度は、表２に示す通り
である。

【００８７】

【表２】表２に示した平衡温度と同じかまたはそれ以上の温度
を所望の帯状部材１０１の成膜温度とすることができ
る。

【００８８】したがって、帯状部材１０１の材質，表面
処理，成膜室１１３の寸法，ガス流量，成膜室１１３内
の圧力が異なる場合には、適宜同様にして帯状部材１０
１の平衡温度を測定することにより、所望の帯状部材１
０１の成膜温度とすることができる。

【００８９】（６）マイクロ波による放電（成膜工程そ
の１）マイクロ波電源からマイクロ波を発振させ、アイソレー
タ，方向性結合器（電力計），チューナを介して、導波
管１１０上に設けられた各小ループアンテナ２０₁〜２
０４₄からマイクロ波を放射して、分離管１０９を介し
て成膜室１１３内部にマイクロ波電力を投入する。この
とき、円筒状の成膜室１１３の円板状の底面を形成する
第１および第２の支持搬送円板１０４₁，１０４₂からマ
イクロ波の漏洩があると、マイクロ波電力で成膜室１１
３内部に放電が生じない場合がある。したがって、第１
および第２の支持搬送円板１０４₁，１０４₂は、その外
周上にキズや凸凹がないように注意し、同時に、第１お
よび第２の支持搬送円板１０４₁，１０４₂の端部にもマ
イクロ波シールド板を設けることが望ましい。

【００９０】以上のような構造上の工夫を施したのち、
前述した給電方法１または給電方法２のいずれかの方法
で、成膜室１１３内にマイクロ波電力を投入し、成膜室
１１３内に放電を生起させて、その結果生じるラジカル
を利用して成膜室１１３の内側の壁の大部分を構成する
帯状部材１０１の表面に均一な堆積膜を形成する。な
お、放電生起および放電維持を容易にするため、第１お
よび第２の電磁石１０６ ₁，１０６₂によって成膜室１１
３を貫く磁界を発生させてもよい。

【００９１】（７）帯状部材１０１の搬送（成膜工程そ
の２）前述した「マイクロ波による放電」により成膜が開始さ
れ、放電で生ずるプラズマ発光が安定な状態に達したの
ち、帯状部材１０１の表面上に広く堆積膜を形成させる
ため、帯状部材１０１を搬送する。その搬送速度は、堆
積膜の膜厚，堆積速度および成膜室１１３の内周長で決
る。すなわち、堆積膜の膜厚が２０００Å，堆積速度が
１００Å／ｓｅｃの場合、成膜室１１３内の滞留時間が
２０００÷１００＝２０ｓｅｃであればよい。したがっ
て、直径φ１６０ｍｍの成膜室１１３の場合には、内周
長が約４８０ｍｍであるので、成膜室１１３の内周を２
０ｓｅｃかかって帯状部材１０１を搬送するには、搬送
速度を４８０ｍｍ÷２０ｓｅｃ＝２４ｍｍ／ｓｅｃ＝１４４ｃｍ／ｍｉｎ＝１．４ｍ／ｍｉｎとすればよい。

【００９２】ただし、実際には、第１および第２の支持
搬送ローラ１０２₁，１０２₂の部分の円周が欠損し、成
膜室１１３の実効長は短くなっているので、欠損部に相
当する分だけ帯状部材１０１をゆっくり搬送すればよ
い。すなわち、搬送速度，堆積膜の膜厚，堆積速度およ
び成膜室１１３の実効長は互いに相関があるので、適宜
それらの値を整合させればよい。

【００９３】以上のような手順で決めた搬送速度で帯状
部材１０１を連続的に搬送することにより、帯状部材１
０１の表面上に広く所望の膜厚の堆積膜を形成すること
ができる。

【００９４】（８）帯状部材１０１の冷却および搬送停
止前述のように帯状部材１０１を搬送しながら連続的に堆
積膜を形成し、繰出しボビンに巻付けられた帯状部材１
０１の残量がほとんどなくなったら、帯状部材１０１の
搬送，マイクロ波放電および温度制御を停止する。ここ
で、繰出しボビンに巻付けられた帯状部材１０１の残量
検知手段としては、前述した帯状部材１０１の繰出し長
表示器や繰出しボビンの外径検知などを用いればよい。
また、成膜が完了した帯状部材１０１を真空チャンバ外
部に取出すためには、予め帯状部材１０１を冷却しなけ
ればならない。この冷却による堆積膜の剥離を防止する
ためには、徐冷することが望ましく、マイクロ波放電を
止めたのちも暫く成膜用ガスを流しておく。

【００９５】（９）成膜用ガスの導入停止成膜用ガスを５分程度流したのち、成膜用ガスの導入を
停止して、Ａ_r ガスを５００ｓｃｃｍ程度の流量で流
す。帯状部材１０１の表面温度が７０℃程度になったと
ころで、Ａ_r ガスの導入を停止したのち、残留ガスを排
気して成膜室１１３内の圧力が２×１０^-5Ｔｏｒｒに達
するまで排気を続ける。

【００９６】（１０）真空チャンバの窒素リーク成膜室１１３内の圧力を２×１０^-5Ｔｏｒｒから大気圧
に戻すために、乾燥窒素を成膜室１１３内に導入し、成
膜室１１３内の圧力が大気圧になったことをブルドン管
式圧力計（不図示）で確認したのち、真空チャンバの蓋
を開き、成膜が完了した帯状部材１０１を真空チャンバ
から取出す。

【００９７】（１１）帯状部材１０１の取出し帯状部材１０１を取出し方法は、概ね次の２通りであ
る。

【００９８】（ａ）１ロール分の帯状部材１０１をすべ
て巻取りボビンに巻取り、繰出しボビンを空にしたの
ち、巻取りボビンと繰出しボビンとを取出す。

【００９９】（ｂ）繰出しボビンに未だ残量があるとき
には、帯状部材１０１を切断し、繰出しボビンを別の帯
状部材が巻かれている繰出しボビンと交換して、新規の
帯状部材の端部と、切断された帯状部材１０１の切断部
とを接合する。そして、この接合線が巻取りボビン近傍
にくるまで新規の帯状部材を搬送したのち、再びこの接
合線で帯状部材を切断する。切断後に、成膜後の帯状部
材１０１が巻取られた巻取りボビンを取出し、別の巻取
りボビンを取付ける。

【０１００】この２通りの取出し方法のいずれがよいか
は、装置の長さや円筒状の成膜室１１３の数によるた
め、適宜選択することが望ましい。

【０１０１】図４は、マイクロ波電力投入手段の他の例
を示す図で、同図（ａ）は矩形状の導波管３０２を側面
から見た模式図であり、同図（ｂ）は導波管３０２を上
面から見た模式図である。

【０１０２】この導波管３０２は断面が横長の矩形状で
あり、上面には、長手方向に円形の孔が４個形成され、
各孔に各ロッドアンテナ３０４₁〜３０４₄がそれぞれ挿
入されている。各ロッドアンテナ３０４₁〜３０４₄は、
導波管３０２の内部に、その一端の突出する長さがそれ
ぞれ異なるように取付けられている。

【０１０３】その他の部材である各テフロン３０８₁〜
３０８₄および各マイクロ波管３０９ ₁〜３０９₄は、図
２に示した例と同様に導波管３０２の上面にそれぞれ取
付けられており、各金属絞り３１０₁〜３１０₃も図２に
示した例と同様に導波管３０２の内部にそれぞれ設けら
れている。

【０１０４】このマイクロ波電力投入手段では、導波管
３０２の内部に突出する各ロッドアンテナ３０４₁〜３
０４₄の一端の長さをそれぞれ調整することによって、
放射されるマイクロ波を均一化する。

【０１０５】図５は、本発明の大面積マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の第２の実施例を示す模式的透視図であ
る。

【０１０６】この大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
４００が図１に示した大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ
装置１００と異なる点は、第１および第２の電磁石１０
６₁，１０６₂ の代わりに第１および第２の永久磁石４
０１₁，４０１₂を用いていることである。

【０１０７】ここで、第１の永久磁石４０１₁ は、８個
のサマリウムコバルト磁石が磁極の方向を揃えられて、
アルミニウム製の円筒形磁石ホルダに環状に形成された
８個の穴にそれぞれ挿入されて構成されている。また、
円筒形磁石ホルダは不図示の水冷機構を介して第１の支
持搬送円板１０４₁ に接しており、円筒形磁石ホルダの
周囲には、第１の鉄製ヨーク４０３₁が円筒形磁石ホル
ダを包込むようにして設けられている。そして、第１の
鉄製ヨーク４０３₁ には、第１および第２の支持搬送ロ
ーラ１０２₁，１０２₂の端部が当たる場所に第１の切欠
き４０４₁ が形成されており、これら端部を通すための
逃げにされている。なお、第２の永久磁石４０１₂ につ
いても同様である。なお、第１および第２の永久磁石４
０１₁ ，４０２₂ を図１に示した第１の実施例のように
ヨークでそれぞれ連結してもよい。また、サマリウムコ
バルト磁石の個数は、８個以外であってもよい。

【０１０８】この大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
４００は、磁界発生手段以外は図１に示した第１の実施
例と同一構成であり、動作も共通であるので詳しい説明
は省略する。なお、マイクロ波電力投入手段としては、
前述した第１および第２の例のどちらを用いてもよく、
マイクロ波電力投入手段として第１の例を用いた場合
は、各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄の実効長を揃
えてループ面の取付け角度θを変化させることで調整す
ることとしたものや、角度θをすべてマイクロ波の進行
方向に対して９０°に統一して実効長のみに違いを持た
せたものを用いることもできる。さらに、導波管１１０
は、断面が矩形のもののみではなく、楕円や円のもので
もよいが、この場合にはマイクロ波の伝搬モードとして
ＴＥ₁₁モードを採用する。

【０１０９】図６は、本発明の大面積マイクロ波プラズ
マＣＶＤ装置の第３の実施例を示す模式的透視図であ
る。なお、成膜室５１３の内部を理解しやすいように、
成膜室５１３の壁面の一部を取り除くとともに、マイク
ロ波電力投入手段の一構成要素である第１および第２の
導波管５１０₁，５１０₂を所定の位置から下にずらして
描いてある。

【０１１０】この大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
５００は、帯状部材５０１をその長手方向に連続的に搬
送する搬送手段と、搬送手段により搬送されてきた帯状
部材５０１への堆積膜の堆積が行われる成膜室５１３
と、成膜室５１３内へ成膜ガスを供給するガス供給手段
と、成膜室５１３内の成膜ガスを排出するガス排出手段
と、成膜室５１３内に供給された成膜ガスを放電するた
めのマイクロ波電力を投入するマイクロ波電力投入手段
とを含み、マイクロ波プラズマＣＶＤ法により帯状部材
５０１に堆積膜を堆積する点については、従来の大面積
マイクロ波プラズマＣＶＤ装置と同じであるが、マイク
ロ波電力投入手段が、後述するように、導波管および導
波管の一面に一列に取付けられた小アンテナ列を含み、
また、小アンテナ列から成膜室５１３にマイクロ波透過
性部材からなる窓６０１を介してマイクロ波電力が投入
される点については、従来のものと異なる。

【０１１１】以下、大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置５００の各構成要素について詳しく説明する。

【０１１２】（１）搬送手段搬送手段は、帯状部材５０１を支持するとともに、その
長手方向に帯状部材５０１を搬送するための、繰出しボ
ビン（不図示）と、成膜室５１３の図示両側面にそれぞ
れ設けられた第１および第２のスリット５１７₁，５１
７₂と、巻取りボビン（不図示）とからなる。

【０１１３】（２）成膜室５１３成膜室５１３は、箱状の形状を有するものである。

【０１１４】（３）ガス供給手段ガス供給手段は、成膜ガスのガスボンベ（不図示）と、
ガスボンベからガス供給用バルブ（不図示）を介して成
膜室５１３内へ成膜ガスを供給するガス導入管５１２
と、成膜室５１３の図示左側面の下方に一列に穿設され
た複数個のノズル５３０とからなる。

【０１１５】（４）ガス排出手段ガス排出手段は、補助ポンプ（不図示）および主ポンプ
（不図示）からなる真空排気系と、排気配管（不図示）
と、排気配管と接続された、成膜室５１３の図示奥側の
側面全面に穿設された複数個の排気口５３１とからな
る。なお、補助ポンプはロータリーポンプおよびメカニ
カルブースタポンプからなり、主ポンプは油拡散ポンプ
からなる。

【０１１６】（５）マイクロ波電力投入手段マイクロ波電力投入手段は、本発明の特徴部であり、マ
イクロ波電源（不図示）と、アイソレータ（不図示）
と、方向性結合器（不図示）と、チューナ（不図示）
と、それらを適宜連結させる、成膜室５１３の図示下方
に設けられた矩形状の第１および第２の導波管５１
０₁，５１０₂と、各導波管５１０₁，５１０₂の図示上面
に一列にそれぞれ取付けられれた各小アンテナ列と、成
膜室５１３の底面に設けられた、マイクロ波透過性部材
からなる窓６０１とで構成されている。なお、第１の導
波管５１０₁ は図２に示したものと同じ構造のものであ
り、縦長の矩形断面を有するとともに、末端部を有し、
上面に小アンテナ列である４個の小ループアンテナ（不
図示）が各マイクロ波管６０９₁₁〜６０９₁₄内に長手方
向に並んでそれぞれ挿入されている。第２の導波管５１
０₂ についても同様である。

【０１１７】大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置５０
０の動作は、基本的に図１に示した第１の実施例の動作
と同様であるので省略する。

【０１１８】なお、大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置５００は、図１に示した第１の実施例の磁界発生手段
に相当する手段を含んでいないが、本発明の趣旨に沿う
よう、必要に応じて磁界発生手段を配設してもよい。ま
た、本実施例においては、マイクロ波電力投入手段とし
て、２個の導波管（第１および第２の導波管５１０₁，
５１０₂ ）を並設したが、導波管の個数は２個以外であ
ってもよい。さらに、本実施例においては、図２で示し
たような４個の小ループアンテナを有するものを用いた
が、図４で示したような４個のロッドアンテナを有する
ものであってもよい。

【０１１９】次に、本発明の大面積マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置による具体的製造例を示すが、本発明はこれ
らの製造例によって限定されるものではない。

【０１２０】〔製造例１〕図１に示した大面積マイクロ
波プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、アモルファスシ
リコン膜の連続堆積を行った。ここで、マイクロ波電力
投入手段は図２に示したものを用いた。

【０１２１】まず、十分に脱脂，洗浄を行ったＳＵＳ４
３０ＢＡ製の帯状基板１０１（幅６０ｃｍ×長さ３００
ｍ×厚さ０．１５ｍｍ）を繰出しボビンに取付けたの
ち、第１の支持搬送ローラ１０２₁ ，第１および第２の
支持搬送円板１０４₁ ，１０４ ₂ ，第２の支持搬送ロー
ラ１０２₂ の順に帯状部材１０１を通し、たるみのない
ように張力を調整した。ここで、成膜室１１３および分
離管１０９のサイズは、成膜室：φ１８０［ｍｍ］×６００［ｍｍ］分離管：φ１２０［ｍｍ］×１０００［ｍｍ］×ｔ５
［ｍｍ］とした。

【０１２２】成膜室１１３の内部をロータリーポンプ，
メカニカルブースターポンプ，油拡散ポンプにより５×
１０^-6Ｔｏｒｒまで真空引きした。この状態で、帯状部
材１０１を不図示のヒーターで加熱し、脱ガスを行っ
た。脱ガスが十分行われた時点で、ガス導入管１１２よ
り、ＳｉＨ₄ ガスを流量６００ｓｃｃｍで，Ｈｅガスを
流量２００ｓｃｃｍでそれぞれ導入した。圧力調整バル
ブにより、成膜室１１３内の圧力を５ｍＴｏｒｒに保持
した。

【０１２３】その後、マイクロ波電源より導波管１１０
および各小ループアンテナ２０４₁〜２０４₄ を介し
て、実効電力で３．０ｋＷのマイクロ波電力を成膜室１
１３内部に投入して、放電を生起した。放電を維持しな
がら成膜室１１３内部に投入するマイクロ波電力の実効
電力を１．２ｋＷまで低減させ、暫くその状態を維持し
て、放電によるプラズマ発光強度にゆらぎがないか、発
光モニターにより測定した。発光モニターの出力は記録
計に接続されており、プラズマ発光強度が±５％以内で
あることを確認した。

【０１２４】帯状部材１０１を連続的に搬送し、その搬
送速度が１．０ｍ／ｍｉｎとなるよう調整した。

【０１２５】搬送を開始してから３０分間、連続して堆
積膜の形成を行った。その後、動作をすべて停止し、帯
状部材１０１を冷却したのち取出した。

【０１２６】以上のようにして帯状部材１０１の表面に
形成された堆積膜の膜厚分布を幅方向および長手方向に
ついて１ｍ間隔で測定した結果、膜厚分布は５％であっ
た。このときの平均堆積速度は１０５Å／ｓｅｃであっ
た。また、その一部を切出し、反射型ＦＴ−ＩＲ装置
（パーキン・エルマー社製，１７２０Ｘ）を用いて赤外
吸収スペクトルを測定した結果、２０００ｃｍ^-1および
６３０ｃｍ^-1に吸収が認められ、アモルファスシリコン
膜に特有の吸収パターンであった。

【０１２７】さらに、ＲＨＥＥＤ（日本電子製，ＪＥＭ
−１００ＳＸ）により堆積膜の結晶性を評価した結果、
ハローで非晶質であることが判明した。また、金属中水
素分析計（堀場製作所製，ＥＭＧＡ−１１００）を用い
て膜中水素量を計量したところ、２０±２原子％であっ
た。

【０１２８】〔製造例２〕製造例１と同じ装置を同じ手
順で操作し、ガス導入管１１２よりＳｉＨ₄ ガスを流量
１５０ｓｃｃｍで、ＧｅＨ₄ ガスを流量１２０ｓｃｃｍ
で、Ｈｅガスを流量８０ｓｃｃｍで成膜室１１３内にそ
れぞれ導入し、成膜室１１３内部の圧力を１１ｍＴｏｒ
ｒに保持し、マイクロ波の実効電力１．３ｋＷで成膜す
る以外は同様の堆積膜形成条件で、アモルファスシリコ
ンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）膜の連続堆積を行
った。そして、製造例１と同様、帯状部材１０１を取出
して各種測定を行った。その結果、膜厚分布：５％（１ｍ間隔で２８点測定）堆積速度：２６Ａ／ｓｅｃ赤外吸収スペクトル：２００ｃｍ^-1，１８８０ｃｍ^-1，
６３０ｃｍ^-1に吸収ＲＨＥＥＤ：ハロー膜中水素量：１４±２ａｔｏｍｉｃ％であり、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜特有の吸収パターンが認め
られた。

【０１２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は次の効果
がある。

【０１３０】マイクロ波電力投入手段が、導波管および
導波管の一面に一列に取付けられた小アンテナ列を含
み、また、小アンテナ列から成膜室にマイクロ波透過性
部材を介してマイクロ波電力が投入されることにより、
マイクロ波電力を成膜室に均一に投入することができる
ため、帯状部材に均一な堆積膜を形成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の第１の実施例を示す模式的透視図である。

【図２】マイクロ波電力投入手段の一例であを示す図で
あり、（ａ）〜（ｄ）は小ループアンテナの摸式図、
（ｅ）は全体の摸式図である。

【図３】マイクロ波電力投入手段の反射損失の一測定結
果を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は測定に用いた小ル
ープアンテナの摸式図、（ｄ）は測定結果を示すグラフ
である。

【図４】マイクロ波電力投入手段の他の例を示す図であ
り、（ａ）は矩形状の導波管を側面から見た模式図であ
り、（ｂ）は導波管を上面から見た模式図である。

【図５】本発明の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の第２の実施例を示す模式的透視図である。

【図６】本発明の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の第３の実施例を示す模式的透視図である。

【図７】マイクロ波プラズマＣＶＤ法により帯状部材に
堆積膜を堆積する大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の一従来例の説明図である。

【符号の説明】

１００，４００，５００大面積マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置１０１，５０１帯状部材１０２₁，１０２₂ 支持搬送ローラ１０４₁，１０４₂ 支持搬送円板１０６₁，１０６₂ 電磁石１０９分離管１１０，３０２，５１０₁，５１０₂ 導波管１１１間隙１１２，５１２ガス導入管１１３，５１３成膜室１１４₁，１１４₂ 中空状ヨーク１１６₁，１１６₂ 帯状部材用間隙２０３，３０３末端部２０４₁〜２０４₄ 小ループアンテナ２０８₁〜２０８₄，３０８₁〜３０８₄ テフロン２０９₁〜２０９₄，３０９₁〜３０９₄，６０９₁₁〜６０
９₁₄，６０９₂₁〜６０９ ₂₄ マイクロ波管２１０₁〜２１０₃，３１０₁〜３１０₃ 金属絞り３０４₁〜３０４₄ ロッドアンテナ４０１₁，４０１₂ 永久磁石４０３₁，４０３₂ 鉄製ヨーク４０４₁ 切欠き５１７₁，５１７₂ スリット５３０ノズル５３１排気口６０１窓

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】帯状部材をその長手方向に連続的に搬送
する搬送手段と、該搬送手段により搬送されてきた前記
帯状部材への堆積膜の堆積が行われる成膜室と、該成膜
室内へ成膜ガスを供給するガス供給手段と、前記成膜室
内の前記成膜ガスを排出するガス排出手段と、前記成膜
室内に供給された前記成膜ガスを放電するためのマイク
ロ波電力を投入するマイクロ波電力投入手段とを含み、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法により前記帯状部材に前記
堆積膜を堆積する大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置
において、前記マイクロ波電力投入手段が、導波管およ
び該導波管の一面に一列に取付けられた小アンテナ列を
含み、該小アンテナ列から前記成膜室にマイクロ波透過
性部材を介してマイクロ波電力が投入されることを特徴
とする大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】前記小アンテナ列がｎ個（３≦ｎ≦１０
の自然数）の小アンテナで構成され、前記導波管中を伝
搬するマイクロ波の進行方向順に数えて第ｋ番目の前記
小アンテナにおける、前記マイクロ波が前記導波管の内
部から該導波管の外部へ伝搬する比率を振幅透過率Ｔ_K
としたときに、該振幅透過率Ｔ_K が、Ｔ_k ＝１／（ｎ＋１−ｋ）ここで、ｋ＝，２，…，ｎとなるようそれぞれ調整されている請求項１記載の大面
積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】前記導波管および前記小アンテナ列が、
マイクロ波透過性部材で形成された分離管に収納されて
いる請求項１または請求項２記載の大面積マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】前記小アンテナ列が、複数個の小ループ
アンテナを含む請求項１乃至請求項３いずれか１項記載
の大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記小アンテナ列が、複数個のロッドア
ンテナを含む請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の
大面積マイクロ波プラズマＣＶＤ装置。