JPH09104985A - 回転電極を用いた高速成膜方法及びその装置 - Google Patents

回転電極を用いた高速成膜方法及びその装置

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JPH09104985A
JPH09104985A JP8201722A JP20172296A JPH09104985A JP H09104985 A JPH09104985 A JP H09104985A JP 8201722 A JP8201722 A JP 8201722A JP 20172296 A JP20172296 A JP 20172296A JP H09104985 A JPH09104985 A JP H09104985A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質な薄膜を、高速でかつ大きな面積で形成
することができる高速成膜方法及び高速成膜装置を得
る。 【解決手段】 回転することにより基板４の表面の近傍
を移動しながら通過する電極表面を有する回転電極１を
設け、この回転電極１を回転させ基板４の表面の近傍を
電極表面が移動しながら通過することにより反応ガスを
基板４の表面と回転電極１の間に供給し、回転電極１に
高周波電力３を印加することにより、基板４の表面と回
転電極１の間にプラズマを発生させ、プラズマ中に供給
された反応ガスの化学反応により基板４上に薄膜を形成
する方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法
による成膜方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】アモルファスシリコン等の薄膜を比較的
高い圧力下でプラズマＣＶＤ法により形成するためのプ
ラズマＣＶＤ装置としては、反応容器内に平行平板型電
極を設置した装置が知られている。このような装置にお
いては、一方の電極に高周波電力または直流電力を印加
し、他方の電極を接地し、これらの電極間でプラズマを
発生させている。このようにして発生したプラズマ中に
反応ガスを供給し、反応ガスを化学反応で分解すること
により、基板の上に所望の薄膜を形成させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマＣ
ＶＤ法において、均質な薄膜を形成するためには、プラ
ズマ空間に均一にかつ効率よく反応ガスを供給すること
が必要となる。しかしながら、基板上に大面積の薄膜を
形成する場合、広い領域にわたって反応ガスを均一に効
率よく供給することは困難であった。特に、高い圧力下
で薄膜を形成する場合、反応ガス濃度が高くなるので、
プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不均一になる
と、均質な薄膜を形成することができなくなる。
【０００４】本発明の目的は、均質な薄膜を、高速でか
つ大きな面積で形成することができる高速成膜方法及び
その装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の高速成膜方法
は、電極に高周波電力または直流電力を印加することに
よりプラズマを発生させ、該プラズマ中に反応ガスを供
給して化学反応により基板上に薄膜を形成する方法であ
り、電極として、回転電極を用いることを特徴としてい
る。
【０００６】本発明に従う成膜方法は、さらに具体的に
は、反応容器内でプラズマ中に反応ガスを供給して化学
反応により基板上に薄膜を形成する方法であり、回転す
ることにより基板表面の近傍を移動しながら通過する電
極表面を有する回転電極を準備する工程と、回転電極を
回転させ基板表面の近傍を電極表面が移動しながら通過
することにより反応ガスを基板表面と回転電極の間に供
給する工程と、回転電極に高周波電力または直流電極を
印加することにより基板表面と回転電極の間にプラズマ
を発生させ、プラズマ中に供給された反応ガスの化学反
応により、基板上に薄膜を形成する工程とを備えてい
る。
【０００７】本発明の成膜装置は、電極に高周波電力ま
たは直流電力を印加することによりプラズマを発生さ
せ、該プラズマ中に反応ガスを供給して化学反応により
基板上に薄膜を形成するための装置であり、電極とし
て、回転電極が設けられていることを特徴としている。
【０００８】本発明に従う成膜装置は、さらに具体的に
は、反応容器内でプラズマ中に反応ガスを供給して化学
反応により基板上に薄膜を形成するための装置であり、
回転することにより基板表面の近傍を移動しながら通過
する電極表面を有する回転電極と、回転電極を回転させ
るための駆動手段と、反応容器内に反応ガスを供給する
ための反応ガス供給手段と、回転電極に高周波電力また
は直流電力を印加することにより基板表面と回転電極の
間にプラズマを発生させるための電源と、基板を保持す
る基板ホルダーとを備え、回転電極が回転し、基板表面
の近傍を電極表面が移動しながら通過することにより、
反応ガスが基板表面と回転電極の間に供給されることを
特徴としている。
【０００９】本発明において、回転電極は、その電極表
面が基板表面に対し略平行となるように設けられている
ことが好ましい。本発明に従う好ましい局面において
は、電極としてドラム状電極が設けられる。また本発明
において、回転電極は回転中心となる１つの軸を中心に
して回転する電極であることが好ましい。以下、この回
転中心となる軸を回転軸という。
【００１０】本発明に従えば、以下の（１）〜（３）の
効果を得ることができる。 （１）プラズマ空間に対して反応ガスを速い速度でかつ
均一に供給することができるので、成膜速度及び膜の均
質性を大幅に向上することができる。
【００１１】（２）回転電極の回転によりプラズマ空間
に反応ガスを効率よく供給することができるので、電極
と基板間のギャップを近づけても反応ガスをギャップ間
に供給することができ、反応ガスの利用効率を大幅に向
上させることができる。
【００１２】（３）電極表面を十分に冷却することがで
きるので、従来よりも大きな電力を投入することがで
き、成膜速度を大幅に向上することができる。 上記（１）についてさらに詳細に説明する。反応ガス
は、流体力学上、粘性を有する物質である。従って、静
置した表面の上にガスを流す場合、表面の上のガスの移
動速度は０である。従って、従来の固定された基板及び
電極のギャップ間にガスを流す場合、それらの表面上の
ガスは移動しない状態となっている。つまり、基板及び
電極はガスの流れに対する障害物となる。本発明に従え
ば、電極自体が回転するため、電極表面上のガスは、電
極表面の移動速度と同じ速度で移動している。従って、
電極は障害物どころか反応ガスをプラズマ空間内に供給
する原動力となる。従って、電極の回転によって、常に
反応ガスをプラズマ空間内に供給することができる。ま
た電極の回転によって反応ガスの流れを制御することに
より、均一な反応ガスの流れを形成することができ、均
質な薄膜を作製することができる。従って、本発明によ
れば、反応ガスを容易にプラズマ空間内に供給すること
ができ、成膜のための反応ガス中の原子や分子（反応
種）を大量にかつ均一に供給することが可能になる。
【００１３】上記（２）についてさらに詳細に説明す
る。上述のように、本発明に従えば、プラズマ空間内に
効率よく反応ガスを供給することができる。従って、回
転電極表面と基板間のギャップの距離を近づけても、有
効に反応ガスをこれらのギャップ間に供給することがで
きる。従って、基板表面と電極表面のギャップを、ガス
の平均自由行程からみたプラズマの発生可能なギャップ
に近づけることができ、比較的高い圧力の条件下におい
ても、反応ガス中の反応種の使用効率を高め、反応ガス
の利用効率を大幅に向上させることができる。従って、
回転電極表面の位置及び基板表面とのギャップを高精度
に制御し、比較的高い圧力条件下で高速度の成膜を行う
ことができる。
【００１４】上記（３）についてさらに詳細に説明す
る。成膜速度を高めるためには、反応ガスを十分に供給
するとともに、十分な電力を電極に供給する必要があ
る。従来、大電力を投入すると、電極が過剰に加熱さ
れ、電極を損傷するおそれがあった。本発明に従えば、
電極として回転電極を用いているので、プラズマ空間内
でプラズマにさらされている電極部分は、電極表面全体
の一部であり、プラズマ領域から離れた大部分の電極表
面は冷却された状態となる。従って、大電力を投入して
も、電極が過剰に加熱されることがないので、大電力を
投入し、高速成膜を行うことが可能になる。
【００１５】本発明においては、電極表面に凹凸を形成
することができる。このような電極表面の凹凸の形成に
より、さらに効率よくプラズマ空間に対し反応ガスを供
給することができる。
【００１６】このような電極表面の凹凸は、例えば、回
転軸の方向に沿ってストライプ状に凸部または凹部を電
極表面に形成することにより設けることができる。また
回転軸の方向に沿ってストライプ状に凸部または凹部を
形成することにより、断続的にプラズマを発生すること
が可能になる。すなわち、基板に対し凸部が接近したと
きにのみプラズマを発生させ、凹部が接近したときにプ
ラズマの発生を断つようにすることができる。このよう
な断続的なプラズマ放電により、成膜速度を制御し均質
な薄膜を形成することが可能になる。
【００１７】また、本発明においては、凸部または凹部
を、電極の回転方向に沿って連続するように電極表面に
形成してもよい。このような電極は、例えば、複数の円
板を回転軸の方向に互いに平行になるように並べて構成
される電極である。また、ドラム状電極の電極表面に周
方向にループ状に延びる凸部や、溝などの凹部を形成し
てもよい。このような電極にすることにより、凸部や、
凹部間の突出部が設けられた部分で優先的にプラズマが
放電され、所定の部分で薄膜の厚みを厚くするように制
御することができる。従って、薄膜を優先的に形成した
い領域にこのような凸部を形成し、膜厚を制御してパタ
ーンを形成することができる。
【００１８】また、本発明においては、電極表面に絶縁
性領域と導電性領域を形成し、これによってプラズマが
発生する電極領域を電極表面上に限定して設けることが
できる。絶縁性領域は、例えば、電極表面に溝または孔
を形成し、このような溝または孔に絶縁材料を埋め込む
ことにより形成することができる。このような導電性領
域及び絶縁性領域のパターンは、種々のパターンを採用
することができる。例えば、導電性領域を回転軸の方向
に沿ってストライプ状に形成することができる。このよ
うな電極は、例えば、回転軸方向に沿うストライプ状の
溝を電極表面に形成し、このような溝に絶縁材料を埋め
込むことにより、その他の領域をストライプ状の導電性
領域として形成することができる。このような電極を用
いることにより、上述のストライプ状凸部または凹部の
場合と同様に断続的なプラズマ発生を実現することがで
きる。
【００１９】また導電性領域及び絶縁性領域を回転方向
に沿って連続するように形成することもできる。このよ
うな電極は、例えば、電極表面に回転方向に沿うループ
状の溝を形成し、この溝に絶縁材料を埋め込むことによ
り形成することができる。これにより、上述の凸部また
は凹部を回転方向に沿って連続して形成した電極と同様
に、導電性領域に対応する基板上に優先的に薄膜を形成
することができる。
【００２０】また本発明においては、回転電極の周面部
に導電性の線材を張りつけ、このような導電性の線材を
プラズマ発生の印加電極部としてもよい。このような線
材は、例えば、回転電極の周面部において網目状に形成
される。
【００２１】本発明において、大きな面積の薄膜を形成
する場合には、電極を基板上で相対的に移動させ、プラ
ズマ発生領域を基板上で移動させながら薄膜を形成す
る。電極を基板に対して移動させてもよいし、基板を電
極に対して移動させてもよい。さらには電極と基板をと
もに移動させてもよい。
【００２２】このように電極を基板に対して相対的に移
動させる場合には、電極との間でプラズマを発生させる
ための接地電極をライン状の電極として設け、このライ
ン状の接地電極を回転電極の移動とともに移動させるこ
とができる。接地電極をライン状の電極とすることによ
り、プラズマを集中させて形成することができ、プラズ
マ空間が広がることによる問題、例えば、薄膜が大きな
粒子として堆積されるなどの問題を解消することができ
る。
【００２３】またプラズマを集中させるため、別の手段
として、基板の下側に磁石を設置してもよい。このよう
な磁石としては、ライン状の接地電極と同様に、ライン
状の磁石を設け、必要に応じてこの磁石を回転電極の移
動とともに移動させることができる。
【００２４】本発明においては、電極として、回転電極
を用いている。従って、電極の回転とともに、電極表面
の反応ガスがプラズマ発生領域に供給され、反応ガスの
供給効率が向上する。このため、均質な薄膜をより速い
速度で形成することができる。
【００２５】また電極表面に凸部または導電性領域を形
成することにより、断続的なプラズマ発生を行うことが
できる。従って、反応ガス分解生成物の気相中での凝集
を抑制し、より均質な薄膜形成が可能となる。
【００２６】上述のように本発明は、反応ガスをより均
一にプラズマ空間に供給することができる方法である。
従って、特に高い圧力下で薄膜を形成する場合に有用で
ある。例えば、雰囲気圧力、すなわち反応容器内の全圧
が１Ｔｏｒｒ以上の条件下で特に有用である。反応ガス
の分圧としては、０．０１Ｔｏｒｒ以上の条件が好まし
い。反応容器内の全圧は、より好ましくは１００Ｔｏｒ
ｒ〜１ａｔｍであり、さらに好ましくは約１ａｔｍであ
る。反応ガスの分圧は、より好ましくは０．１〜５０Ｔ
ｏｒｒであり、さらに好ましくは５〜５０Ｔｏｒｒであ
る。
【００２７】反応容器内には反応ガス以外に不活性ガス
を含有させることができる。このような不活性ガスとし
ては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、及びＸｅなどが挙げら
れる。
【００２８】反応容器内には、さらに水素ガスを含有さ
せることができる。水素ガスの分圧としては、１Ｔｏｒ
ｒ以上が好ましく、より好ましくは１〜５０Ｔｏｒｒで
ある。反応容器内に水素ガスを添加することにより、反
応ガスの分解により生じる微粒子の生成を減少させるこ
とができる。水素ガスを添加することにより微粒子の生
成が減少する詳細な理由については明らかでないが、以
下のように推測される。
【００２９】第１には、添加した水素ガスがプラズマ内
で分解することにより、原子状水素が生成し、この原子
状水素が、シランガス（ＳｉＨ4 ）などの反応ガスから
の分解生成物、例えばＳｉＨn （ｎ＝１〜３）と反応す
ることにより、分解生成物同士の凝集が妨げられるもの
と考えられる。
【００３０】第２には、水素ガスを添加することによ
り、投入電力の一部が水素の分解等に消費されるため、
シランガスなどの反応ガスの分解に利用される電力は実
質的に減少し、その結果シランガスなどの反応ガスの分
解量が減少するものと思われる。以上の理由により、反
応ガス分解物の凝集が減り、微粉末の発生が減少するも
のと推測される。
【００３１】電極表面の周速度としては、１０ｍ／秒以
上、音速以下が好ましい。周速度がこの範囲よりも小さ
いと、プラズマ空間に対する反応ガスの供給が不十分と
なる場合がある。また周速度が音速以上になると、音速
を超えることによる衝撃波等の問題が生じる。電極表面
の周速度として、より好ましくは、５０ｍ／秒〜音速で
あり、さらに好ましくは５０〜２００ｍ／秒である。
【００３２】回転電極と基板との間の距離は、反応ガス
の平均自由行程程度が好ましい。従って、シランガス等
を反応ガスとして用いる場合には、電極と基板との間の
距離は、０．０１〜１ｍｍ程度が好ましい。電極と基板
との間の距離は、より好ましくは０．０１〜０．３ｍｍ
であり、さらに好ましくは０．０５〜０．３ｍｍであ
る。
【００３３】本発明において、回転電極に高周波電力を
印加する場合、パルス状に印加することが好ましい。高
周波電力をパルス状に印加することにより、安定したプ
ラズマを広範囲に維持することができる。さらには、反
応ガス分解により微粒子の発生を抑制し、膜質を向上さ
せることができる。パルス状に印加する高周波電力のデ
ューティ比としては、１／１００以上が好ましい。また
パルス状に変調する変調周波数としては、１００ｋＨｚ
以上が好ましい。
【００３４】また、本発明において回転電極に高周波電
力を印加する場合の高周波電力の周波数としては、１
３．５６ＭＨｚ以上が好ましく、さらに好ましくは１５
０ＭＨｚ以上である。
【００３５】また、本発明おいて高周波電力の投入電力
密度としては、１０Ｗ／ｃｍ2 以上が好ましく、より好
ましくは１０〜１００Ｗ／ｃｍ2 であり、さらに好まし
くは３０〜１００Ｗ／ｃｍ2 である。
【００３６】本発明おいて薄膜形成の際の基板温度とし
ては、室温〜５００℃が好ましく、より好ましくは室温
〜３００℃である。本発明の成膜装置においては、回転
電極の表面全体が絶縁膜により被覆されていることが好
ましい。回転電極の表面全体を絶縁膜で被覆することに
より、基板が金属等の導電性材料であっても、安定して
プラズマを広範囲に発生し維持することができる。絶縁
膜の材質としては、絶縁性のセラミックスまたはダイヤ
モンド及びダイヤモンド状炭素被膜などの硬質炭素被膜
が好ましい。絶縁性のセラミックスとしては、Ａｌ2 Ｏ
3 、ＳｉＯ2 、ＺｒＯ2 、Ｙ2 Ｏ3 、ＣａＯ、ＭｇＯ、
ＢａＯなどの酸化物、ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 などのフッ化
物、ＣａＴｉＯ3 、ＢａＴｉＯ3 などのその他の化合
物、並びにＳｉの炭化物及び窒化物などが好ましい。
【００３７】絶縁膜の厚みとしては、１μｍ〜１ｍｍが
好ましい。絶縁膜の厚みが薄すぎると絶縁膜に破壊が生
じ、絶縁膜による被覆の効果が得られない場合があり、
絶縁膜が厚すぎると、安定したプラズマを発生すること
ができない場合がある。
【００３８】本発明に従う好ましい局面の成膜装置は、
さらに、反応容器内のガスを循環させ、ガス内の微粒子
を回収してガスから除去するためのガス循環系が反応容
器に接続されている。このようなガス循環系を備えるこ
とにより、反応容器内のガス中の微粒子を減少させるこ
とができ、より良好な膜を形成させることができる。
【００３９】ガス循環系において微粒子を除去する手段
としては、粉末除去フィルタを挙げることができる。粉
末除去フィルタは、例えば、アニオン交換繊維やカチオ
ン交換繊維などのアクリル繊維をフィルタ状に成型した
ものが用いられる。
【００４０】また、ガス循環系に送られる反応容器内の
ガスは、反応容器内に設けたダクトからガス循環系に送
ることができる。このようなダクトは、回転電極と基板
の間に存在する微粒子を除くため、回転電極と基板の間
に吸引口を位置させるように設けられることが好まし
い。また、このようなダクトの材質としては、高周波誘
電損失の少ない材質が好ましく、例えばテフロン、アル
ミナ等を用いることが好ましい。
【００４１】ダクトの吸引口における吸引速度として
は、電極表面の周速度と同じ速度以上であることが好ま
しく、より好ましくは電極表面の周速度の２倍以上であ
り、さらに好ましくは電極表面の周速度の１０倍以上で
ある。
【００４２】また循環系におけるガスの流量は、好まし
くは１〜１００ｍ3 ／分である。また本発明の成膜装置
においては、反応容器内の反応ガスの濃度を測定するた
めの手段が設けられていることが好ましい。このような
濃度センサーは、反応容器内に設けられていてもよい
し、上述のガス循環系に設けられていてもよい。このよ
うな濃度センサーとしては、例えば、ＦＴＩＲ（フーリ
エ変換赤外吸収スペクトル）を測定するセンサーなどが
挙げられる。
【００４３】上記のような反応ガスの濃度測定に応じ
て、反応ガスを供給する手段をさらに設け、反応容器内
の反応ガスの濃度を一定に保持することができる。また
本発明の成膜装置においては、反応ガスの温度を測定す
る手段及び回転電極の表面の温度を測定する手段などが
設けられることが好ましい。回転電極の表面の温度を測
定するセンサーとしては、例えば赤外放射温度計等が挙
げられる。このような回転電極の表面の温度を制御する
方法としては、センサーで測定した測定結果に応じて、
ガス循環系に設置した熱交換機により循環ガスを冷却
し、冷却した循環ガスを反応容器内に導入することによ
って、回転電極の表面温度を制御する方法が挙げられ
る。
【００４４】また本発明の成膜装置においては、回転電
極と基板表面の間のギャップを測定する手段が設けられ
ていることが好ましい。このようなギャップの測定装置
としては、例えばレーザー光量モニター等が挙げられ
る。具体的には、回転電極と基板表面の間のギャップ
に、側面からレーザーを照射し、対向する側に設置した
センサーで光量を検出し、この光量変化からギャップ間
の距離を測定するセンサーが挙げられる。このようなセ
ンサーの測定結果に応じて、例えば基板ホルダーを上下
動することにより回転電極と基板表面の間のギャップを
制御することができる。
【００４５】本発明の薄膜形成方法に従えば、電極の回
転とともに、反応ガスをプラズマ空間に供給することが
でき、プラズマ空間に対するガス供給の効率を向上させ
ることができる。従って、より均質な薄膜を形成するこ
とができる。
【００４６】また、電極の凸部または導電性領域等の電
極領域が周期的に基板に近づくように電極を回転運動さ
せる場合には、所定の周期で断続的にプラズマを発生さ
せることができる。
【００４７】本発明において、回転する電極の位置を基
板に対して移動させない場合には、回転軸に平行なライ
ン状に薄膜を形成することができる。また基板に対し電
極を移動させ、プラズマ発生領域を基板に対して移動さ
せる場合には、ライン状の薄膜形成領域を移動させなが
ら薄膜を形成することとなり、大きな面積の薄膜を形成
することができる。
【００４８】本発明に従い形成することが可能な薄膜と
しては、例えば、Ｓｉ、Ｃ（ダイヤモンドを含む）、Ｓ
ｉＣ、ＳｉＯ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮなど
を挙げることができる。またこれらの薄膜を形成するた
めの反応ガスとしては、ＳｉＨ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＴＥＯ
Ｓ（Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ）等のＳｉを含むガス、ＣＨ
4 、ＣＨ3 ＯＨ、ＣＯ、ＣＯ2 等のＣを含むガス、ＴＭ
Ａ（Ａｌ（ＣＨ3 ）3）等のＡｌを含むガス、及び
Ｏ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｎ2 等のＯまたはＮを含むガスなどが挙
げられる。これらの反応ガスを用いることにより、様々
な薄膜を形成することができる。
【００４９】具体的にはダイヤモンド薄膜を含む炭素被
膜を形成する場合には、ＣＨ4 、Ｃ 2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ6 、
ＣＨ3 ＯＨ、Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ、ＣＯ、ＣＯ2 などと、
Ｈ2 、Ｈ 2 Ｏなどとを組み合わせた反応ガスを用いるこ
とができる。
【００５０】ＳｉＯX 膜を形成する場合には、Ｓｉ
Ｈ4 、Ｓｉ2 Ｈ6 、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣｌ3 などと、
Ｏ2 、ＣＯ2 、Ｎ2 Ｏ、Ｈ2 Ｏなどとを組み合わせた反
応ガスを用いるか、あるいはＴＥＯＳ（ポリエトキシシ
ラン）を用いることができる。
【００５１】ＳｉＣ膜を形成する場合には、ＳｉＨ4 、
Ｓｉ2 Ｈ6 、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣｌ3 、Ｓｉ（Ｃ
Ｈ3 ）2 （ＯＣＨ3 ）2 などと、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ
2 Ｈ6 、ＣＯ、ＣＯ2 などとを組み合わせた反応ガスを
用いることができる。
【００５２】ＳｉＮ膜を形成する場合には、ＳｉＨ4 、
Ｓｉ2 Ｈ6 、ＳｉＣｌ4 、ＳｉＨＣｌ3 などと、Ｎ
Ｈ3 、Ｎ2 などとを組み合わせた反応ガスを用いること
ができる。
【００５３】ＡｌＮ膜を形成する場合には、Ａｌ（ＣＨ
3 ）3 、Ａｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 などと、Ｎ2 、ＮＨ3 など
とを組み合わせた反応ガスを用いることができる。Ａｌ
ＯX 膜を形成する場合には、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、Ａｌ
（Ｃ2 Ｈ5 ）3 などと、Ｏ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ、ＣＯ2
などとを組み合わせた反応ガスを用いることができる。
【００５４】ＴｉＮ膜を形成する場合には、ＴｉＣｌ4
などと、Ｎ2 、ＮＨ3 などとを組み合わせた反応ガスを
用いることができる。ＴｉＯX 膜を形成する場合には、
ＴｉＣｌ4 などと、Ｏ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ、ＣＯ2 など
とを組み合わせた反応ガスを用いることができる。
【００５５】ＴｉＣ膜を形成する場合には、ＴｉＣｌ4
などと、ＣＨ4 、Ｃ2 Ｈ2 、Ｃ2 Ｈ 6 、ＣＯ、ＣＯ2 な
どとを組み合わせた反応ガスを用いることができる。Ｚ
ｒＯX 膜を形成する場合には、ＺｒＣｌ4 、Ｚｒ（ＯＣ
3 Ｈ7 ）4 、Ｚｒ（ＣＨ2 ＣＯＣＨ2 ＣＯＣＦ3 ）4 な
どと、Ｏ2 、Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 Ｏ、ＣＯ2 などとを組み合わ
せた反応ガスを用いることができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に従う一実施形態
を説明するための斜視図である。図１を参照して、本実
施形態においては、回転軸を中心にして回転する電極と
して、ドラム状電極１を用いている。ドラム状電極１
は、回転軸２を中心として回転するように設けられてい
る。本実施形態においては、ドラム状電極１に印加する
電力として高周波電力が用いられており、回転軸２には
高周波電源３が電気的に接続されている。ドラム状電極
１は、基板４上に、その回転軸２が基板４の表面に対し
ほぼ平行になるように設けられている。基板４の下には
一般に接地電極（図示せず）が設けられており、この接
地電極に最も近いドラム状電極１の電極表面と、接地電
極との間でプラズマ放電がなされる。
【００５７】ドラム状電極１は、図１に矢印で示す方向
に回転しており、この回転にともない電極表面近傍のガ
スも電極表面とともに移動する。このため、プラズマ空
間に対して電極表面近傍のガスが常に供給される。従っ
て、反応ガスの供給効率を向上させることができる。ド
ラム状電極１と基板４の位置が相対的に固定された状態
では、ドラム状電極１の下方に、ライン状の薄膜が形成
される。ドラム状電極１を基板４に対して相対的に移動
させることにより、このようなライン状の薄膜を連続し
て回転軸２に対し略垂直方向に形成させることができ
る。従って、大面積の薄膜を形成することができる。
【００５８】図２は、図１に示す実施形態におけるドラ
ム状電極を示す斜視図である。上述のように、ドラム状
電極１の表面でプラズマ放電がなされるので、ドラム状
電極１に印加する電源が回転軸２に電気的に接続される
場合には、回転軸２と電極表面との間で電気的な接続が
なされている必要がある。このようなドラム状電極とし
ては、一般的に金属製ドラムを用い、回転軸２として
は、金属製の棒を用いることが好ましい。
【００５９】図３は、本発明に従う他の実施形態におけ
るドラム状電極を示す斜視図である。図３に示す実施形
態のドラム状電極１０においては、電極表面に回転軸１
２の方向に沿うストライプ状の凸部１１が複数一定間隔
で設けられている。
【００６０】図４は、図３に示すドラム状電極によりプ
ラズマを発生させる状態を示す模式図である。図４に示
すように、ドラム状電極１０の電極表面の凸部１１が基
板４に近づいたときにプラズマ１３が発生する。凸部１
１の先端と基板４との間は、上述のように反応ガスの平
均自由行程程度としておくことが好ましく、具体的には
０．０１〜１ｍｍの範囲内が好ましく、さらには０．０
１〜０．１ｍｍの範囲内としておくことが好ましい。
【００６１】従って、本実施形態によれば、凸部１１が
基板４に近づいたときにプラズマを発生させることがで
きるので、断続的にプラズマを発生させることができ
る。また条件の設定によっては、連続的にプラズマを発
生させ、プラズマの強度を周期的に変化させることがで
きる。
【００６２】例えば、ドラム状電極の表面に１０００個
の凸部（ドラム状電極の直径が３０ｃｍの場合約１ｍｍ
のピッチで凸部が形成されることに相当する）を形成し
たドラム状電極を、回転数１８，０００ｒｐｍ（３００
Ｈｚ）で回転させて断続的（３００ｋＨｚ）にプラズマ
を発生させることができる。この場合、印加電力とし
て、１５０ＭＨｚの周波数の電源を用いる場合には、１
５０ＭＨｚに３００ｋＨｚの変調がなされることにな
る。
【００６３】また直流（ＤＣ）電源を用いる場合には、
３００ｋＨｚの交流電圧を印加していることになる。ド
ラム状電極の直径をより大きく、あるいは表面の凸部の
パターンをより微細にすることにより、より高い変調
（交流）電圧の印加が可能となる。
【００６４】また、本実施形態に従えば、電極表面に凸
部１１が形成されているため、その回転による反応ガス
の供給も、より効率よく行うことができるようになる。
図５は、本発明に従うさらに他の実施形態を示す模式図
である。図５に示す実施形態においては、ドラム状電極
２０の表面に凸部２１が、図４に示す実施形態と同様に
形成されている。従って、この凸部２１は回転軸の方向
に沿うストライプ状に形成されている。本実施形態で
は、凸部２１の間のストライプ状の溝２４の部分に、ア
ルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、石英（ＳｉＯ2 ）、テフロンな
どの絶縁材２２が埋め込まれている。従って、本実施形
態においては、電極表面はフラットであり、その表面に
凹凸が形成されていない。しかしながら、電極表面には
凸部２１による導電性領域２１ａと、絶縁材２２による
絶縁性領域２２ａが形成されている。導電性領域２１ａ
は回転軸方向に沿うストライプ状に形成されており、同
様に絶縁性領域２２ａも回転軸方向に沿うストライプ状
に形成されている。
【００６５】本実施形態においても、図４に示す実施形
態と同様に、導電性領域２１ａが基板４に近づいたとき
にプラズマ２３が発生する。従って、断続的にプラズマ
を発生させることができる。また条件によっては、連続
的にプラズマを発生させ、導電性領域２１ａの近接に伴
い周期的に強くなるようにプラズマの強度に強弱の変化
をもたせることができる。
【００６６】なお、本発明において、導電性領域及び絶
縁性領域の形成方法は、図５に示す実施形態に限定され
るものではなく、導電性領域に電力が印加されるように
構成されていればよい。
【００６７】図６は、本発明に従うさらに他の実施形態
におけるドラム状電極を示す斜視図である。本実施形態
のドラム状電極３０においては、電極表面に螺旋状の溝
３１が形成されている。本実施形態のドラム状電極３０
も、回転軸３２の回転により回転するように設けられ
る。本実施形態においては、電極表面に螺旋状の溝３１
が形成されている。従って、電極表面の周面に沿って螺
旋状に凸部及び凹部が形成されている。このような電極
３０を基板の上で回転させると、基板表面に対して最も
接近している凸部は電極の回転によって、回転軸の方向
に連続的に移動する。従って、本実施形態のドラム状電
極を用いれば、プラズマ発生領域を回転軸の方向に沿っ
て連続的に移動させながら薄膜形成を行うことができ
る。
【００６８】本実施形態に従えば、プラズマ発生のため
の電極部分となる凸部が、回転電極に対して一定間隔で
周期的に存在している。従って、プラズマ発生箇所を制
限することができ、かつその発生箇所を周期的に移動さ
せることができる。従って、プラズマ発生領域を制限
し、均質な薄膜を形成することができる。
【００６９】また本実施形態に従えば、電極表面に螺旋
状の溝３１が形成されているので、このような溝の回転
により反応ガスをプラズマ空間に対し効率よく供給する
ことができる。また螺旋状の溝であるため、回転方向の
みならず回転軸方向に対しても反応ガスを移動させるこ
とができ、より効率よく反応ガスの供給を行うことがで
きる。
【００７０】図７は、本発明に従うさらに他の実施形態
における電極を示す斜視図である。図７に示す実施形態
においては、複数の円板電極４１を互いに平行になるよ
うに回転軸方向に並べることにより回転電極４０が構成
されている。複数の円板電極４１は回転軸４２に取り付
けられている。本実施形態においては、円板状電極４１
が所定の間隔で並べて設けられており、この円板状電極
４１と基板との間でプラズマ空間が形成される。従っ
て、プラズマ空間は円板状電極４１の間隔に対応して形
成され、対応の基板上の領域のみに薄膜形成がなされ
る。従って、基板上の特定の領域にのみ薄膜を形成する
場合に本実施形態の電極を用いることができる。
【００７１】また本実施形態のドラム状電極４０を基板
に対して移動させながら薄膜形成を行うことにより、そ
れぞれの円板状電極４１に対応した領域上を走査したよ
うなストライプ状の薄膜を形成することができる。ま
た、円板状電極の板面に対して直交する方向に電極全体
を動かすことで、面状に薄膜を形成することができる。
【００７２】本実施形態においては、円板状電極４１の
間にスペースが形成されることになる。従って、このよ
うなスペースを通しての反応ガスの供給も可能となる。
例えば、このような円板状電極４１のスペースの間に反
応ガスを供給することにより、このようなスペースを通
してプラズマ発生領域に反応ガスをより効率よく供給す
ることが可能になる。また本発明においては、このよう
なスペースに絶縁材を埋め込んだような電極も用いるこ
とができる。
【００７３】また図７に示す実施形態において、円板状
電極４１を回転軸４２に対して垂直方向からやや傾斜さ
せて取り付けることにより、図６に示す螺旋状の溝と同
様に、プラズマ発生領域を回転軸４２の方向に移動させ
ることができる。従って、円板状電極４１を傾斜させて
取り付けた場合には、全面に薄膜を形成させることが可
能になる。
【００７４】図８は、本発明に従うさらに他の実施形態
における電極を示す斜視図である。図８に示す実施形態
においては、回転軸５４に円板状の側板５１及び５２が
取り付けられており、この円板状側板５１及び５２の間
に線材５３が張りめぐらされている。線材５３は網目状
に張りめぐらされている。このような回転電極５０を用
いることにより、線材５３と基板との間でプラズマ空間
が形成される。このような回転電極の周面に網目状の線
材５３を設けた電極を用いることにより、断続的なプラ
ズマ発生が可能になる。さらには網目状に形成されてい
るため、回転電極５０中の空間を通して反応ガスをプラ
ズマ発生領域に供給することもできる。
【００７５】図９は、図１及び図２に示すようなドラム
状電極を用いて薄膜形成する状態を示す模式図である。
本実施形態においては、基板４の下に接地電極として金
属などからなるライン状電極５を設けている。図９に示
すように、ドラム状電極１に高周波電力または直流電力
を印加することにより、接地電極５に最も接近した電極
表面部分と接地電極５との間でプラズマ６が発生する。
ドラム状電極１は矢印Ａ方向に回転しているが、最も近
接する電極表面は常に同じ位置であるので、プラズマ６
は常に同じ位置で発生した状態となる。一方電極表面近
傍に存在する反応ガス分子は、電極表面の矢印Ａ方向の
回転とともに移動し、プラズマ発生領域６に供給され
る。従って、反応ガス分子が常に一定してプラズマ発生
領域６に供給されることとなり、均質な薄膜を、より速
い速度で形成することができる。
【００７６】図１０は、基板４に対してドラム状電極１
の位置を移動せずに薄膜形成した場合の薄膜形成領域を
示す平面図である。図１０に示すように、ライン状の薄
膜７が形成される。
【００７７】本実施形態においては、接地電極としてラ
イン状の電極を用いているため、発生したプラズマを集
中させることができる。そのため、より低い電力でプラ
ズマを発生させることが可能となる。
【００７８】実施例１ 図１１に示すようなドラム状電極を用いて、アモルファ
スシリコン薄膜を形成した。すなわち、本実施例では、
図９に示す装置において、ライン状接地電極を設けない
ような装置を用いている。反応ガスとしては、Ｈｅガス
を希釈ガスとして用いた０．１％のＳｉＨ4 ガスを用い
た。雰囲気圧力は１気圧とした。基板としてはガラス基
板を用いた。
【００７９】ドラム状電極の直径としては１００ｍｍ、
ドラム状電極の回転軸方向の長さとしては１００ｍｍの
ものを用いた。ドラム状電極と基板との間の距離は０．
１ｍｍとなるように設定した。なおＳｉＨ4 分子の平均
自由行程は約１００μｍである。
【００８０】ドラム状電極の回転数は１８，０００ｒｐ
ｍとし、周速度において９４ｍ／秒となるようにした。
投入電力としては、３００Ｗ、１５０ＭＨｚの高周波電
力を用いた。成膜は３分間行った。以上の結果、膜厚
１．５μｍのアモルファスシリコン薄膜が、図１０に示
すようなライン状薄膜として形成された。
【００８１】比較例 比較として、ドラム状電極１を回転せずに、その他の条
件は上記実施例１と同様にして薄膜を形成した。この結
果、形成されたアモルファスシリコン薄膜の膜厚は０．
２μｍであり、また膜厚が不均一であり、膜表面に凹凸
が存在していた。
【００８２】実施例２ 図９に示すようなドラム状電極及びライン状接地電極を
有する装置を用いて、アモルファスシリコン薄膜を形成
した。ライン状接地電極としては、アルミニウムからな
る電極（幅１ｍｍ、長さ１００ｍｍ）のものを用いた。
またドラム状電極に投入する電力としては、２００Ｗ、
１５０ＭＨｚの高周波電力を用いた。その他の条件は全
て上記の実施例１と同様の条件で成膜した。
【００８３】成膜時間３分間で、膜厚１．５μｍのアモ
ルファスシリコン薄膜が、図１０に示すようなライン状
薄膜として形成された。このことから明らかなように、
ライン状接地電極を設けることにより、電界を集中する
ことができ、実施例１の３００Ｗより低い２００Ｗで、
同等のアモルファスシリコン薄膜を形成することができ
た。
【００８４】実施例３ 図９に示すようなドラム状電極及びライン状接地電極を
用い、基板を移動させながらアモルファスシリコン薄膜
を形成した。基板を毎分１ｍｍの速度で、ドラム状電極
の回転軸方向と垂直方向に１０ｃｍ移動させながら成膜
を行った。成膜条件としては、上記実施例２と同様の条
件で行った。この結果、１０ｃｍ角の領域において、膜
厚５０００Åのアモルファスシリコン薄膜が形成され
た。薄膜の表面は平坦で、微粒子が認められず、均質で
良好な膜質であった。
【００８５】実施例４ 回転電極として、ドラム状電極の表面にスパイラル状の
溝を形成したものを用いた。図１２は、このようなドラ
ム状電極の表面の回転軸方向の断面を示している。図１
２に示すように、ドラム状電極６１の表面には、スパイ
ラル状の凸部６１ａとスパイラル状の溝６１ｂが形成さ
れている。凸部６１ａの高さｈは１ｍｍであり、スパイ
ラル状凸部６１ａ及びスパイラル状溝６１ｂの幅Ｗ1 及
びＷ2 はいずれも０．５ｍｍである。ドラム状電極６１
の直径は１００ｍｍであり、回転軸方向の長さは１００
ｍｍである。
【００８６】その他の条件は上記実施例２と同様にし、
ドラム状電極を回転させながらシリコン薄膜を形成し
た。３分間の成膜時間で膜厚１．８μｍのアモルファス
シリコン薄膜が形成された。薄膜の表面は平坦であり、
微粒子が認められない良好な薄膜が均一に形成された。
【００８７】実施例２との比較から明らかなように、ド
ラム状電極の表面に凹凸を設けることにより、より高速
に膜形成を行うことができる。図１３は、本発明に従う
実施例の成膜装置を示す側方から見た断面図であり、図
１４は正面から見た断面図である。図１３及び図１４を
参照して、反応容器７０内にはドラム状電極である回転
電極７１が設けられている。回転電極７１の中心の回転
軸７１ａは、その両側に設けられた軸受け部７２ａ及び
７２ｂにより支持されている。図１４に示すように、回
転軸７１ａは、駆動手段であるモーター７３により回転
するように設けられている。
【００８８】回転電極７１の下方には、基板を載せるた
めの基板ホルダー７４が設けられている。基板ホルダー
７４はテーブル７５の上に載せられている。テーブル７
５は図１３における左右方向（Ｘ軸方向）及び図１３に
おける上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能なテーブルであ
る。
【００８９】回転電極７１は直径３００ｍｍ、幅１００
ｍｍの寸法を有し、最高の回転速度は５０００ｒｐｍで
あり、その時の周速度は７９ｍ／秒である。図１９は、
回転電極７１の表面に形成される絶縁膜７１ｂを示す断
面図である。図１９に示すように、本実施例で用いる回
転電極７１の表面全体には、絶縁膜７１ｂが形成されて
いる。本実施例では、絶縁膜としてアルミナ膜が用いら
れ、膜厚は１００μｍに設定されている。
【００９０】回転電極７１に高周波電力を印加するため
の高周波電源７８は、反応容器７０の上方に設けられた
共振器７７に接続されている。高周波電源７８からの電
力は共振器７７、板状の電力伝達部材７６を通り、軸受
け部７２ａ及び７２ｂを介して回転軸７１ａに与えられ
る。このようにして高周波電力が印加された回転電極７
１と基板ホルダー７４との間でプラズマが発生する。
【００９１】回転電極７１の回転により反応ガスが回転
電極７１と基板との間に導かれ、これらの間で発生して
いるプラズマにより反応ガスが分解されて、基板上に薄
膜が形成される。テーブル７５をＸ軸方向に移動させる
ことにより、このような薄膜を基板上に連続して形成す
ることができる。
【００９２】図１５は、反応容器７０に接続されるガス
循環系８０を説明するための概略構成図である。ドライ
ポンプ８２により、反応容器７０内のガスが排出口８５
ａからガス循環系８０に送り出され、供給口８５ｂから
再び反応容器７０内に戻される。ガス循環系８０に送ら
れたガスは、まず粉末除去フィルタ８１により、ガス中
に含有される微粉末が除去される。この微粉末は、反応
容器内において反応ガスが分解することにより生成した
ものである。このような微粉末が反応容器内に含有され
ていると、基板上に形成する薄膜中にこのような微粉末
が取り込まれ、膜に凹凸が形成され、膜質が悪くなる。
粉末除去フィルタ８１では、このような微粉末を除去す
る。
【００９３】次にドライポンプ８２を通り水吸着筒８４
を通り、供給口８５ｂから反応容器７０内に戻される。
ドライポンプ８２から排出される排出ガスは、ＳｉＨ4
除外装置８３を通り外部に排出される。
【００９４】反応容器７０へは、Ｈｅ容器８６ａ、Ｈ2
容器８６ｂ、ＣＨ4 容器８６ｃ、ＳｉＨ4 容器８６ｄか
ら、ガスが供給される。なお、これらのガスはＳｉＣ薄
膜を形成する場合の原料ガスの組み合わせの一例であ
る。
【００９５】図１６は、反応容器内に設けられる、上述
のガス循環系へのガスの排出口となるダクトを示す斜視
図である。図１６に示すように、ダクト８７の先端は幅
の狭い領域に配置できるようにテーパー状に形成されて
おり、その先端に吸引口８７ａが形成されている。
【００９６】図１７は、図１６に示すダクトの反応容器
内における配置状態を説明するための正面図である。図
１７に示すように回転電極７１と基板８８の間にダクト
８７の先端の吸引口８７ａが近づくように配置される。
このように吸引口８７ａをプラズマ発生領域に近づける
ことにより、薄膜形成領域における微粒子をより効率的
に取り除くことができる。ダクトにおける吸引の流速
は、上述のように回転電極７１の周速度より速いことが
望ましく、本実施例では、２倍に設定している。
【００９７】図１８は、基板ホルダーに設ける加熱ヒー
ターを説明するための斜視図である。図１８に示すよう
に、基板ホルダー７４内には、加熱ヒーター７９が設け
られている。この加熱ヒーター７９は、円筒形のカート
リッジ型ヒーターである。このような加熱ヒーター７９
により、基板８８の温度を加熱することができる。
【００９８】図２０は、反応容器内に設けられる回転電
極と基板間のギャップを測定する装置の一例を示す概略
構成図である。図２０を参照して、反応容器７０内に
は、回転電極７１と基板８８のギャップを挟み対向する
ようにコリメータレンズ９２と集光レンズ９３が設けら
れている。コリメータレンズ９２には、光ファイバー９
１を介して光源９０が接続されている。光源９０として
は、例えばレーザー光源を用いることができる。具体的
には波長６３５ｎｍ、発光パワー５ｍＷのレーザー光源
などを用いることができる。集光レンズ９３には光ファ
イバー９４を介して検知器９５が接続されている。検知
器９５としては例えばフォトダイオードなどを用いるこ
とができる。
【００９９】光源９０から出射された光は、光ファイバ
ー９１を通りコリメータレンズ９２により整形され、回
転電極７１と基板８８の間のギャップに照射される。コ
リメータレンズ９２から照射される光は、回転電極７１
と基板８８のギャップよりも幅の広い光束であるため、
回転電極７１と基板８８で妨げられ、こられの間を通過
した、より幅の狭いレーザ光が集光レンズ９３により集
光され、光ファイバー９４を通り検知器９５で検知され
る。検知器９５で検知される光量は、回転電極７１と基
板８８のギャップ間の距離に応じて増減するため、この
光量を測定することにより、ギャップ間の距離を測定す
ることができる。
【０１００】以上のようにして測定したギャップ間の距
離の情報に応じて、本実施例では、図１３及び図１４に
示すテーブル７５を上下動させ、回転電極と基板間のギ
ャップを調整することができる。
【０１０１】実施例５ テフロン製のダクトを用い、循環ポンプとして排気速度
１ｍ3 ／分のドライポンプを用い、粉末除去フィルタと
して０．１μｍメッシュのフィルタを用いて図１５に示
すようなガス循環系を反応容器に接続し、Ｓｉ膜を形成
した。この結果、ガス循環系を接続しない場合に比べ、
膜中への微粒子の混入が著しく少なくなり、均質なＳｉ
膜が形成された。
【０１０２】実施例６ 周波数１５０ＭＨｚの高周波を、周期１０ｋＨｚ（１０
０μｓ）、デューティ比１／５０、電力５００Ｗで印加
し、Ｓｉ膜を形成した。パルス状でなく連続して高周波
を印加する場合に比べ、膜中上の微粒子の混入が少なく
なり、より均質なＳｉ膜を形成することができた。
【０１０３】実施例７ 反応容器内に水素ガスを１％添加し、水素ガス添加の効
果を検討したところ、水素ガスを添加しないものに比
べ、水素ガスを１％添加した場合には、微粒子の発生が
著しく減少し、膜中への微粒子の混入も少なく、均一な
Ｓｉ膜を形成することができた。
【０１０４】実施例８ 基板を３００℃に加熱してＳｉ膜を形成した。その他の
薄膜形成条件は、実施例１と同様にした。得られたＳｉ
膜の光伝導度は１０-5（Ωｃｍ）-1であり、基板を加熱
しなかった場合の光伝導度１０-9（Ωｃｍ）-1に比べ著
しく向上しており、良好な膜質のＳｉ膜が得られた。
【０１０５】実施例９ 反応ガスとして、０．１％のＳｉＨ4 、０．５％のＣＨ
4 にＨｅを加え１気圧とした混合ガスを用い、回転電極
に印加する電力を１０００Ｗとし、ガラス基板上に１０
秒間、ＳｉＣ薄膜を形成した。得られたＳｉＣ薄膜の膜
厚は２．４μｍであり、Ｃ／Ｓｉの比が９８％以上であ
る良好な膜質のＳｉＣ薄膜が形成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う一実施形態を示す斜視図。
【図２】図１に示す実施形態におけるドラム状電極を示
す斜視図。
【図３】本発明に従う他の実施形態におけるドラム状電
極を示す斜視図。
【図４】図３に示すドラム状電極を用いてプラズマ発生
させる状態を示す模式図。
【図５】本発明に従うさらに他の実施形態におけるプラ
ズマ発生の状態を示す模式図。
【図６】本発明に従うさらに他の実施形態のドラム状電
極を示す斜視図。
【図７】本発明に従うさらに他の実施形態の回転電極を
示す斜視図。
【図８】本発明に従うさらに他の実施形態の回転電極を
示す斜視図。
【図９】図１及び図２に示す実施形態におけるドラム状
電極を用いて薄膜を形成する状態を示す模式図。
【図１０】図９に示す薄膜形成により形成されたライン
状の薄膜を示す平面図。
【図１１】ライン状接地電極を設けずドラム状電極を用
いて薄膜を形成する状態を示す模式図。
【図１２】本発明に従う実施例において用いた、スパイ
ラル状の凸部及び溝が電極表面に形成されたドラム状電
極の回転軸方向の電極表面を示す断面図。
【図１３】本発明に従う実施例において用いられる成膜
装置の側方断面図。
【図１４】本発明に従う実施例において用いられる成膜
装置の正面断面図。
【図１５】本発明に従う実施例おけるガス循環系を説明
するための構成図。
【図１６】本発明に従う実施例におけるダクトを示す斜
視図。
【図１７】図１６に示すダクトの配置状態を示す正面
図。
【図１８】本発明に従う実施例における基板ホルダーの
加熱ヒーターを示す斜視図。
【図１９】本発明に従う実施例における回転電極表面の
絶縁膜を示す断面図。
【図２０】本発明に従う実施例における回転電極と基板
との間のギャップを測定するシステムを示すための概略
構成図。
【符号の説明】
１…ドラム状電極 ２…回転軸 ３…高周波電源 ４…基板 ５…ライン状接地電極 ６…プラズマ発生領域 ７…ライン状薄膜 １０，２０，３０…ドラム状電極 １１…ストライプ状凸部 １２…回転軸 １３…プラズマ発生領域 ２１…ストライプ状凸部 ２１ａ…導電性領域 ２２…絶縁材 ２２ａ…絶縁性領域 ２３…プラズマ発生領域 ２４…ストライプ状溝 ３１…螺旋状溝 ３２…回転軸 ４０…回転電極 ４１…円板状電極 ４２…回転軸 ５０…回転電極 ５１，５２…側板 ５３…線材 ５４…回転軸 ６１…ドラム状電極 ６１ａ…スパイラル状凸部 ６１ｂ…スパイラル状溝 ７０…反応容器 ７１…回転電極 ７１ａ…回転軸 ７１ｂ…絶縁膜 ７２ａ，７２ｂ…軸受け部 ７３…モーター ７４…基板ホルダー ７５…テーブル ７６…電力伝達部材 ７７…共振器 ７９…加熱ヒーター ８０…ガス循環系 ８１…粉末除去フィルタ ８２…ドライポンプ ８３…ＳｉＨ4 除外装置 ８７…ダクト ８７ａ…ダクトの吸引口 ８８…基板

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電極に高周波電力または直流電力を印加
    することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中に反
    応ガスを供給して化学反応により基板上に薄膜を形成す
    る方法において、 前記電極として、回転電極を用いることを特徴とする高
    速成膜方法。
  2. 【請求項２】 反応容器内でプラズマ中に反応ガスを供
    給して化学反応により基板上に薄膜を形成する方法であ
    って、 回転することにより前記基板表面の近傍を移動しながら
    通過する電極表面を有する回転電極を準備する工程と、 前記回転電極を回転させ、前記基板表面の近傍を前記電
    極表面が移動しながら通過することにより、前記反応ガ
    スを前記基板表面と前記回転電極との間に供給する工程
    と、 前記回転電極に高周波電力または直流電力を印加するこ
    とにより、前記基板表面と前記回転電極の間にプラズマ
    を発生させ、前記プラズマ中に供給された前記反応ガス
    の化学反応により、前記基板上に前記薄膜を形成する工
    程とを備える高速成膜方法。
  3. 【請求項３】 前記基板に対して相対的にプラズマ発生
    領域を移動させながら薄膜を形成することを特徴とする
    請求項１または２に記載の高速成膜方法。
  4. 【請求項４】 前記プラズマ発生領域の移動が、前記回
    転電極全体の移動、あるいは前記基板の移動、もしくは
    回転電極全体と基板の双方の移動によりなされる請求項
    ３に記載の高速成膜方法。
  5. 【請求項５】 前記回転電極の表面にスパイラル状の凸
    部が形成されており、前記プラズマ発生領域の移動が、
    前記回転電極の回転により前記基板表面に対し接近して
    いる前記回転電極表面の凸部が移動することによりなさ
    れる請求項３または４に記載の高速成膜方法。
  6. 【請求項６】 前記プラズマ発生領域の移動が、前記回
    転電極の回転とともに、前記基板の移動もしくは回転電
    極全体と基板の双方の移動によりなされる請求項５に記
    載の高速成膜方法。
  7. 【請求項７】 前記回転電極の電極表面の周速度が１０
    ｍ／秒〜音速である請求項１〜６のいずれか１項に記載
    の高速成膜方法。
  8. 【請求項８】 反応容器内の全圧が１Ｔｏｒｒ以上であ
    る請求項１〜７のいずれか１項に記載の高速成膜方法。
  9. 【請求項９】 前記反応容器内に、前記反応ガス以外に
    不活性ガスが含有されている請求項１〜８のいずれか１
    項に記載の高速成膜方法。
  10. 【請求項１０】 前記不活性ガスが、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａ
    ｒ、Ｋｒ、及びＸｅからなるグループより選ばれる少な
    くとも１種のガスである請求項９に記載の高速成膜方
    法。
  11. 【請求項１１】 前記反応ガスの分圧が０．０１Ｔｏｒ
    ｒ以上である請求項９または１０に記載の高速成膜方
    法。
  12. 【請求項１２】 前記反応容器内に水素ガスが含有され
    ている請求項１〜１１のいずれか１項に記載の高速成膜
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記水素ガスの分圧が１Ｔｏｒｒ以上
    である請求項１２に記載の高速成膜方法。
  14. 【請求項１４】 前記高周波電力がパルス状に印加され
    る請求項１〜１３のいずれか１項に記載の高速成膜方
    法。
  15. 【請求項１５】 前記パルス状に印加される前記高周波
    電力のデューティ比が１／１００以上である請求項１４
    に記載の高速成膜方法。
  16. 【請求項１６】 前記パルス状に印加される前記高周波
    電力の変調周波数が１００ｋＨｚ以上である請求項１４
    または１５に記載の高速成膜方法。
  17. 【請求項１７】 前記電極表面と前記基板表面との間の
    ギャップが０．０１〜１ｍｍである請求項１〜１６のい
    ずれか１項に記載の高速成膜方法。
  18. 【請求項１８】 前記基板の温度が室温〜５００℃の範
    囲内である請求項１〜１７のいずれか１項に記載の高速
    成膜方法。
  19. 【請求項１９】 電極に高周波電力または直流電力を印
    加することによりプラズマを発生させ、該プラズマ中に
    反応ガスを供給して化学反応により基板上に薄膜を形成
    する成膜装置において、 前記電極として、回転電極が設けられていることを特徴
    とする高速成膜装置。
  20. 【請求項２０】 反応容器内でプラズマ中に反応ガスを
    供給して化学反応により基板上に薄膜を形成するための
    装置であって、 回転することにより前記基板表面の近傍を移動しながら
    通過する電極表面を有する回転電極と、 前記回転電極を回転させるための駆動手段と、 前記反応容器内に前記反応ガスを供給するための反応ガ
    ス供給手段と、 前記基板表面と前記回転電極の間にプラズマを発生させ
    るため前記回転電極に高周波電力または直流電力を印加
    するための電源と、 前記基板を保持する基板ホルダーとを備え、 前記回転電極が回転し、前記基板表面の近傍を前記電極
    表面が移動しながら通過することにより、前記反応ガス
    が前記基板表面と前記回転電極の間に供給される高速成
    膜装置。
  21. 【請求項２１】 前記回転電極がドラム状電極である請
    求項１９または２０に記載の高速成膜装置。
  22. 【請求項２２】 前記回転電極の表面に凹凸が形成され
    ている請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の高速成
    膜装置。
  23. 【請求項２３】 前記回転電極の回転軸の方向に沿って
    ストライプ状の凸部または凹部が前記回転電極表面に形
    成されている請求項２２に記載の高速成膜装置。
  24. 【請求項２４】 凸部または凹部が回転方向に沿って連
    続するように前記回転電極表面に形成されている請求項
    ２２または２３に記載の高速成膜装置。
  25. 【請求項２５】 前記回転電極表面に絶縁性領域と導電
    性領域が形成されており、これによってプラズマが発生
    する電極領域が電極表面上で限定して設けられている請
    求項１９〜２４のいずれか１項に記載の高速成膜装置。
  26. 【請求項２６】 前記導電性領域が前記回転電極の回転
    軸の方向に沿ってストライプ状に形成されている請求項
    ２５に記載の高速成膜装置。
  27. 【請求項２７】 前記導電性領域が回転方向に沿って連
    続するように形成されている請求項２５に記載の高速成
    膜装置。
  28. 【請求項２８】 前記回転電極が、複数の円板を回転軸
    の方向に互いに平行になるように並べて構成されている
    電極である請求項１９に記載の高速成膜装置。
  29. 【請求項２９】 前記回転電極が、プラズマ発生の電極
    部となる導電性の線材を回転体の周面部に設けた電極で
    ある請求項１９に記載の高速成膜装置。
  30. 【請求項３０】 前記回転電極が、前記基板に対して相
    対的に移動しながら、前記基板上の薄膜形成が行われる
    ように設けられている請求項１９〜２９のいずれか１項
    に記載の高速成膜装置。
  31. 【請求項３１】 前記回転電極との間で発生するプラズ
    マを制御するため前記基板の前記回転電極と反対側に設
    けられるライン状の接地電極またはライン状の磁石をさ
    らに備える請求項１９〜３０のいずれか１項に記載の高
    速成膜装置。
  32. 【請求項３２】 前記回転電極を前記基板に対して相対
    的に移動させるための基板ホルダー移動手段をさらに備
    える請求項２０〜３１のいずれか１項に記載の高速成膜
    装置。
  33. 【請求項３３】 前記基板ホルダーが前記基板を加熱す
    るためのヒーターを備えている請求項２０〜３２のいず
    れか１項に記載の高速成膜装置。
  34. 【請求項３４】 前記回転電極の表面全体が絶縁膜によ
    り被覆されている請求項１９〜３３のいずれか１項に記
    載の高速成膜装置。
  35. 【請求項３５】 前記絶縁膜がセラミックスまたは硬質
    炭素から形成されている請求項３４に記載の高速成膜装
    置。
  36. 【請求項３６】 前記絶縁膜の厚みが１μｍ〜１ｍｍで
    ある請求項３４または３５に記載の高速成膜装置。
  37. 【請求項３７】 前記反応容器内のガスを循環させ、前
    記ガス内の微粒子を回収して前記ガスから除去するた
    め、前記反応容器に接続されるガス循環系をさらに備え
    る請求項１９〜３６のいずれか１項に記載の高速成膜装
    置。
  38. 【請求項３８】 前記ガス循環系に前記ガスを導くた
    め、前記反応容器内に設けられるダクトをさらに備える
    請求項３７に記載の高速成膜装置。
  39. 【請求項３９】 前記ガスから微粒子を除去するため、
    前記ガス循環系内に設けられる粉末除去フィルタをさら
    に備える請求項３７または３８に記載の高速成膜装置。
  40. 【請求項４０】 前記ガス循環系が、１〜１００ｍ3 ／
    分のガス循環流量のガス循環系である請求項３７〜３９
    のいずれか１項に記載の高速成膜装置。
  41. 【請求項４１】 前記反応ガスの濃度を測定するための
    手段をさらに備える請求項１９〜４０のいずれか１項に
    記載の高速成膜装置。
  42. 【請求項４２】 前記回転電極の表面の温度を測定する
    ための手段をさらに備える請求項１９〜４１のいずれか
    １項に記載の高速成膜装置。
  43. 【請求項４３】 前記回転電極と前記基板表面の間のギ
    ャップを測定するための手段をさらに備える請求項１９
    〜４２のいずれか１項に記載の高速成膜装置。
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