JPS60208474A - 表面処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は，所定の気体を，光化学的反応により活性化す
るかグロー放電によシ分解するかの少なくとも一方の状
態下で基板表面に対し薄膜の作成。

食刻，清浄化あるいは表面改質などの固体表面処ｆｇ！
を行う表面処理装置の改良に関する。

〔従来技術〕

気体を光化学的反応により活性化し，固体に神々の表面
処理をする方法は，次のような利点から最近急速な進展
をみせている。すなわち、■処理過程が低温で可能であ
ること，■荷電粒子の衝撃による損傷がないこと，■光
化学的選択性により従来に無い処理が可能となること，
■反応過程の選択および制御が容易であることなどであ
る。利用される光源としては，２００〜４　０　０　ｎ
ｍ　の近紫外光のみならず５０〜２　０　０　ｎｒｎ　
の遠紫外光も重要視されてき一Ｃいる。そして、従来は
第１図に示すような装置が使用されている。第１図にて
。

２は光源，３は光源支持台，４は光学窓，５は反応気体
導入系、６は反応室排気系、７は支持台。

８はその上に置かれた被処理物、９は反応室である。

ところが、光源２と反応室の光学窓４との間に空気１０
が存在するこの第１図の装置では、光源２より発せられ
た遠紫外光を利用する事ができない。これは空気１０中
の気体の中で特に酸素の７ユーマンールング吸収帯は１
９５　ｎｍ　（」近から始まり、１７５　ｎｍ　より短
波長側では強い連続吸収帯となっていて、しかも、この
吸収帯に相当する波長領域は反応室９内にて所望の光化
学的反応を生せしめる場合において極めて重要な領域で
あるだめである。空気１０の存在は光源の利用効率を著
しく低下せしめ大きな障害となる。また従来の装置では
、空気１０中の酸素が紫外線を吸収してオゾンを発生す
るなどがあり異臭の発生２人体への悪影響が生、じてい
る。

更に、光学窓４はその材質によっては最短透過波長が限
定され、光化学反応に有効な短波長帯の輻射線が全く利
用できないという事態も生ずる。

かつ２反応室９の分解生成物等がこの光学窓４の内面に
付着し、輻射線の透過率を１得速に低下せしめ、頻繁な
清拭・交換が必要になるなどの欠点もある。

〔発明の目的〕

本発明の第１の目的はこれらの欠点を除去することにあ
り、光源２と反応室９との間の光路の各部材を完全に省
略することにより、光源から発せられた輻射線を能率良
く反応室に投入する新規の表面処理装置を提供するもの
である。

〔従来技術〕

一方、第２図は従来のグロー放電分解法による表面処理
を説明するだめの図で、平行平板容量結合型グロー放電
装置の模式図である。図において。

２１は真空室、２２は真空排気系、２３は反応ガス供給
系、２４は高周波印加電極、２５はシールド板、２６は
絶縁拐、２７は基板設置電極、２８は基板、２９は高周
波電源を示している。通常。

高周波印加電極２４には反応ガスを真空室２１内に均等
に導入するため多数の細孔が設けられており、対向する
基板設置電極２７には基板加熱機構（図示省略）が具備
され、接地電位となっている。

従来の表面処理は高周波印加電極２４と基板設置電極２
７の間で発生したグロー放電プラズマにより基板２８上
に膜を堆積する等の処理をするのが一般的な方法であっ
た。上記のような従来の方法は簡便ではあるが２次のよ
うな問題点がある。即ち、　ｆｌｌえばこの問題点を基
板２８上にアモルファス半導体膜を堆積させる場合で代
表させ具体的に説明すると。

■　基板２８は直接プラズマに曝されるため。

アモルファス半導体膜はその堆積過程においてプラズマ
中の電子やイオンの衝撃を受け、ダングリングボンド、
ボイドｒ　Ｓ＋Ｈ２結合などアモルファス半導体に好１
しくない構造欠陥の密度を大きくシ。

その結果、半導体緒特性を低下させる原因のひとつとな
る。

■　通常、真空室２１はステンレス等の金属材料より構
成されているが、真空室内面と高周波印加電極２４との
間で不必要な放電を防止するため接地電位とされたシー
ルド板２５が設置される。

しかしながら、ガス圧力や高周波電力等の条件によりシ
ールド板２５と高周波印加電極２４との間で放電が発生
し、プラズマの中心部分と外周部分とでプラズマの性質
に差異が生じる。これが、基板設置電極２７の位置によ
り膜堆積速度や膜の性質が不均一となる原因となる。

■　この製造方法では、グロー放電プラズマは平行平板
状二極の間で発生されるので膜堆積面は単一の平面に限
定され、装置の占有面積が処理能力の点で有効に利用さ
れていない。

〔発明の目的〕

本発明の第２の目的はこれらの問題点の解決を図ろうと
するもので、グロー放電空間と基板が位置する表面処理
空間とを分離し、良質かつ均一で大面積の処理を可能に
する新規の表面処理装置を提供するものである。

更に２本発明は次の如き装置を提供しようとするもので
ある。

現在、真空放電を利用する表面処理が盛んに行われてい
るが、その表面処理は光化学的活性化とグロー放電分解
による活性化が未知の形で混在するブラックボックス的
な装置でなされている。更に、その上に電子やイオンに
よる衝撃が加わって一層現象を複雑にし理解し難いもの
にしている。

このような理由で、大きい不純要因である荷電粒子の衝
撃全除去すると共に、あるときはほとんど純粋に光化学
作用のみの処理を行い、あるときけはとんど純粋にグロ
ー放電分解のみの処理を行い。

捷だあるときはこの両者を共働せしめ、もしくは光化学
とグロー放電分解の両活性化の相対強度を所望値に調整
して基板処理を行うことの出来る装置があれば、それは
当業者に寄与する効果大である。しかも、このような装
置は２表面処理の理想的条件を探し出す上で、また表面
処理現象を理論的に解明する上で大きい役割りを果すと
考えられる。

本発明の第３の目的はかかる理想的な表面処理装置を提
供することにある。

しかし、このような装置が単なる実験装置で終るもので
あってはならず１発光強度において充分強力であり、放
電分解効率においても充分高度のものでなければならな
い。また、太陽電池として使用するアモルファスンリコ
ン膜の製造においては、量産性、低温性、成膜の高品質
及び均質性。

経済性が特に要求される。

本発明の第４の目的はこれらの要請にも充分応えること
のできる表面処理装置を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明によれば、所定の気体を、光化学的に活性化する
かグロー放電によシ分解するかの少なくとも一方の状態
下で基板表面に所定の処理を施す装置であって、真空容
器内に同軸状に互いに近接には被処理基板を配置して成
る表面処理装置が得られる。

以下余日 〔実施例〕 以下１図を用いて本発明の詳細な説明する。

第３図にて、３０は円筒形の真空容器、３７はそれに接
続する円筒状金属メツシュ電極、３８は底面３８１をも
つ高電圧印加用の円筒状金属メツシュ電極、４１，４２
．５２は絶縁性の支持体。

５０は浮遊電位の円筒形の基板ホルダであって基板５１
ａ、５１ｂ、・・・を保持するもので、基板間隙に位置
して多数の通気孔５３を有する。６０は基板ホルダ５０
の外周側に配置されたコイル状の加熱用ヒータである。

これら金属メッシュ電極３７　、３８　、基板ホルダ５
０．ヒータ６０は同軸状に配置される。３５は高電圧電
源、６１は加熱用電源である。ガスの種類を選んで発光
室ガス導入系３１．反応室ガス導入系３２からのガスを
導入し９発光室がス排出系３３９反応室ガス排出系３４
からのガス排出を適当に行って真空容器３０内の力゛ス
圧を適値に保ち、中央部の放電発光空間４０に放電を発
生させる。金属メツシュ電極３７゜３８間の間隔を小さ
くしてこの部分では放電せしめず、−１−−中 空空間には中空陰極放電を発生させる。電極３８を放電
発光空間４０の中央に置いた通常の放電と較べるとき、
中空陰極放電は２周知の如く格段の高エネルギーを有し
強力に発光する。そして導入ガスを選ぶことで所望の光
化学的反応に適する波長の、遠・近の紫外光等を得る。

浮遊電位遮蔽金属メッシュ３９は゛この放電を安定にし
かつ均一にする効果をもつ。中空陰極放電は高エネルギ
ーであるためプラズマの分解効率は極めて高い。

さて、電極３８は電極３７よりも小表面積であるため、
直流的にはやや負に帯電するが、正・負の電位をもつ二
つの金属メツ／：、、　３７　ｒ　：３８は放電フ０ラ
ズマ中の電子やイオンの荷電粒子を捕捉し。

これらを基板ホルダ５０の置かれた反応室空間に洩らさ
ないか、洩らしてもその量は少ない。荷電粒子が洩れて
も基板ホルダ５０を浮遊電位にしであるためその衝撃は
小さい。この装置では、基板ホルダ５０をアース電位に
しても衝撃の小さいことが実験で確かめられている。

反応室空間に到達するのはフ０ラズマ中の、中性のラジ
カル、分子、原ｆ及びメッシュの目を通過した放射光で
ある。基板５１ａ、５１ｂ等の表面ではこれらによって
所望の表面処理が行われる。

荷電粒子による衝撃のおそれがないため１表面処Ｊ１１
！速度の増Ｋｔめざして、投入電力は大幅に大きくとる
ことができる。捷だ２例えば真空容器３（）の周囲に磁
場発生コイル７０を巻回してグラズマ密度を一■−げ、
処理速度を−Ｌ昇させることができる。

この装置を２例えば光ＣＶＤ装置等、即ち専ら光化学的
表面処理装置として使うときには２発光室ガス導入系３
１からは発光用ガスを２反応室ガス導入量：３２からは
反応用ガスをそれぞれ導入し。

発光室ガス排出系３３から排気し２反応室ガス排出系３
４を閉鎖すればよい。反応ガスは専ら反応室を流れ、−
二つのメツシュ電極を素通りして到達する強力な放射光
で活性化されて基板５１ａ等の表面で光化学的処理が行
われる。

この装置を２例えばプラズマＣＶＤ等、即ち専らノ°う
でマ的表面処理装置として使うときには２発光室ガス導
入系３１から反応ガスを導入し１反応室ガス排出系３４
から排出して、他の系を閉鎖すればよい。反応ガスの分
解生成物から有害な荷電粒子を除去したものが基板５１
ａ等の表面で衝撃損傷を伴わない処理を行う。但し、こ
の１１では処理には光化学的処理が随伴する。光化学の
要素を払拭したいときには、電極のメッシュを１人して
発光室の放射光が反応室に洩れないようにする必要があ
る。光を遮蔽するのは簡単である。

図（ｃ）のように電極メッシュをｎＩ　Ｈｎ２　ｐ　ｎ
３の三枚設けるときは遮光は更に完全となる。なお、メ
ッシュｍ２又はｎ２の上下動で透光量を調節できる。勿
論。

周方向にずらすようにしても良い。その駆動装置は単純
であり小さい力で足りる。

これら第４図のメツシュは１例えば電極３７を多重のメ
ッ７ュに置きかえたものである。メッシュとしては２編
組した金網、エキス・ゼンドノタル。

打抜き金網等が選択利用できる。

本装置を用いることにより、光化学反応、プラズマ化学
反応の少なくとも一方の基礎過程を調べることができ、
これらを複合した７０ロセスを開発する為の手段として
も本装置は極めて有能である。

この実施例の装置を用いて行った成膜の具体例を以下に
示す。発光室ガス導入系３１よりアルゴンガスを２００
　ＳＣＣＭ　、反応室ガス導入系３２より７ランガスを
２００３ＣＣＭ導入し２反応室ガス排気系３４で排気し
て真空容器３０内の圧力ｆ：３６０ｍＴｏ　ｒ　ｒに設
定する。捷だ、高電圧電源３５よシ商用交流５０　Ｈｚ
　ｅ　５５０　Ｖの電圧を印加して放電発光空間４０内
に強い放電発光を起こし、被処理物である基板５１．　
ａ等を照射した。このとき加熱ヒータ６０により基板５
１ａ等を１００℃に加熱しておくことで、その上にアモ
ルファス水素化シリコン膜が成長した。作成された膜の
赤外線吸収ス（クトルを測定したものが第５図である。

第５図では、　ＳｉＨの吸収ピークＡ、Ｂが観測され、
その波長からＡはＳｉＨの伸縮モード、Ｂは５ｉｌｌの
揺れモードによる吸収であることがわかる。

第６図は第５図のＡ部の拡大図である。こｔｌから。

本装置によって、１００℃という低温においても。

Ｓ　＋　Ｈ２結合の少ない良質のアモルファス水素化／
リコン膜が成長することが判明した。

〔発明の効果〕

本発明の表面処理装置は上述の通りであって。

上記した諸口的を達成するものである。特にこの装置は
上記したように太陽電池用の゛アモルソ、スソリコン膜
の製造に適している。すなわち、同１抽円筒の最外周部
に基板が位置する構成のため、長尺大幅員の、薄板状の
ステンレス板又に１耐熱性゛ｆラスチツクフイルムをこ
の最外周部にて連続的に移動せしめるという量産的手法
が採用できる。光化学反応を活用すれば基板フィルムを
充分低感状態で表面処理できることは有利である。処理
速度が大であることに加えて成膜の品質は高く、シかも
均一である。したがって１本発明が半導体製品分野に寄
与するところは甚大である。

なお本発明の構成及び使用法は上述の実施例に拘束され
ない。例えば基板ホルダの形状、ヒータの位置、磁場装
置の配置、ガス導入位置、ガス排出位置、電源３５の周
波数、電圧、波形等々は本発明の主旨の下に容易に設計
変更が可能である。

壕だ１本装置にあっては放電発生空間４０の内部にフ０
ラズマ電位に浮遊する電位の基板を設けることで、ここ
でも荷電粒子の衝撃の少ない表面処理を行うことができ
る。この処理を外部の基板５１ａ等の処理と同時に行う
ことも可能であり。

このこともまた本装置の万能的性能を印象づけるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光化学的表面処理装置の構成図第２図は
従来のグロー放電分解法による表面処理装置の構成図、
第３図は本発明の中空陰極放電型表面処理装置の実施例
の構成図、第４図はその金属メッシュ電極部を変形した
ものの図、第５図は本発明の装置で作成されたアモルフ
ァス水素化／リコン膜の赤外線吸収スペクトルの図、第
６図はその一部の拡大図。 ３０：真空容器、３１：発光室ガス導入系。 ３２：反応室ガス導入系、３３：発光室ガス排出系、３
４：反応室ガス排出系、３５：高圧電源。 ３７：接地金属メツ７ユ電極、３８：高圧印加金属メツ
シー電極、４０：放電発光空間、４１゜４２．５２：絶
縁支持体、５０．基板ホルダ。 ５１　ａ　、　５　ｌ　ｂ　、　−：基板、５３：通気
孔、６０：加熱用ヒータ、６１：加熱用電源、７０：磁
場発生用コイル。 第１図 第２図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 】　所定の気体を、光化学的に活性化するかグロー放電
   により分解する°かの少なくとも一方の状態下で基板表
   面に所定の処理を施す装置であって。 真空容器内に同軸状に互いに近接させて筒状の導処理基
   板を配置したことを特徴とする表面処理装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の表面処理装置において
   、前記接地極、高電圧印加電極のいずれか一方を少なく
   とも２つの筒状メツシュで構成し。 一方の筒状メツツユの目を他方に対してずらし得るよう
   にしたことを特徴とする表面処理装置。