JPWO2010110099A1 - プラズマ処理装置およびこれを用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法 - Google Patents

プラズマ処理装置およびこれを用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法 Download PDF

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Abstract

プラズマ生成電極が、基板保持機構に保持される基板に対向する面から前記プラズマ生成電極を貫通しガス排気室へ至る複数のガス排気孔を有し、ガス導入管に接続して設けられたガス供給管が、前記複数のガス排気孔の内部に向けて原料ガスを吐出するためのガス供給口を有し、前記ガス供給管および前記ガス供給口が、該ガス供給口から吐出される前記原料ガスの流れ方向の延長線が前記ガス排気孔の前記ガス排気室との境界面における端面開口領域と交差するように配置されているプラズマ処理装置。このプラズマ処理装置を用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法。

Description

本発明は、プラズマ処理装置、特にプラズマを利用した化学的気相蒸着（ＣＶＤ）により薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ装置、および、これを用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法に関する。
近年、環境意識の高まりにより、太陽光発電が注目されている。そこにおいて、各種の太陽電池が開発され、あるものは実用化されている。中でも、シリコン原料の使用量が少なく、大量生産に向いている薄膜シリコン型太陽電池は、その生産規模が拡大されつつある。
しかし、薄膜シリコン型太陽電池には光照射により経時的に発電効率が低下する、いわゆる光劣化という克服されていない問題があり、エネルギー変換効率向上へ向けた更なる改善が求められている。
薄膜シリコン型太陽電池に用いられるアモルファスシリコン薄膜は、シランガスを原料としたプラズマＣＶＤ法により成膜されることが多い。しかし、成膜中に、プラズマ内で副次的に生成される高次シランやパーティクルといった不要物質が膜中に混入することが原因となり、光劣化を引き起こすと云われている。このような不要物質が膜中に混入すると、膜中のＳｉ−Ｈ２結合濃度が増加する。膜中のＳｉ−Ｈ２結合濃度と光劣化の度合いとは、相関関係があり、光劣化を防ぐためには、膜中のＳｉ−Ｈ２結合濃度を小さくする必要がある。そのため、光劣化の防止には、高次シランやパーティクルといった不要物質を膜中に混入させない工夫が必要である。
図１３は、従来の一般的なプラズマＣＶＤ装置の概略従断面図である。図１３に示されるプラズマＣＶＤ装置ＰＡ１３の真空容器Ｐ１内には、プラズマ生成電極Ｐ２と接地電極Ｐ２３が間隔をおいて対向して配置されている。真空容器Ｐ１には、排気管Ｐ１０の一端が結合され、排気管Ｐ１０の他端は、ガス排気装置Ｐ９に結合されている。ガス排気装置Ｐ９により、排気管Ｐ１０を通じて、真空容器Ｐ１内が低圧に保たれる。プラズマ生成電極Ｐ２には、シャワーヘッド状のガス供給口Ｐ１６が設けられ、真空容器Ｐ１内に、ガス供給口Ｐ１６から、シランガスなどの原料ガスが供給される。ガス供給口Ｐ１６へは、ガス導入管Ｐ１４から原料ガスが供給される。基板Ｐ３を支持する接地電極Ｐ２３には、基板加熱機構Ｐ１１が設けられ、排気管Ｐ１０には、圧力調整バルブＰ２０が設けられている。
プラズマ生成電極Ｐ２に接続された電源Ｐ６により、プラズマ生成電極Ｐ２に電力が供給され、プラズマＰ７が発生する。発生したプラズマＰ７によって、原料ガスが分解されることにより発生した成膜種により、接地電極Ｐ２３上に保持された基板Ｐ３上に薄膜が形成される。
プラズマ処理装置内で生成される不要物質の除去方法の一つとして、プラズマ生成電極に設けたガス排気孔から不要物質を吸引除去する手法が知られている。
特許文献１に、電極の基板と対向する表面の全面に亘って分布して開口する内径がデバイ長以下の多数の排気孔が、開示されている。特許文献１には、この電極の表面に開口する多数の排気孔による不要物質の除去についての言及はないが、これにより、成膜面へのガスの均等供給および成膜面からのガスの均等排気が達成されることにより、均一なプラズマ処理や均一な成膜を実現しようとしている。
特許文献２に、多数の凹凸を持つ電極の凸部および凹部の一方にガス供給孔、他方にガス吸引孔を備えた電極が開示されている。
特許文献３に、電極にガス導入穴とガス排出穴の両方を設け、更に多数の凹部が電極表面に設けられた電極が開示されている。電極表面の凹部には、高密度のプラズマが生成され、凹部内に設けられたガス導入穴により、原料ガスの高効率分解を図っている。また、凹部内に設けられたガス排出穴により、高密度プラズマ内で生成される分解種が反応により高次シランやクラスターなどに成長する前に、分解種を除去することが出来るとされている。
特開平６−１２４９０６号公報 特開２００６−２３７４９０号公報 特開２００７−２１４２９６号公報
しかしながら、特許文献１に開示されている技術は、ガスの供給については、通常のシャワー電極と同じである。従って、発生した高次シランやパーティクルは、供給ガスの流れに乗って基板方向に運ばれる。そのため、開示されている多数の排気孔は、電極からの排気による不要物質の除去という点においては、その能力を十分に発揮できる状態にあるとは云えない。
特許文献２に開示されている技術においては、ガス供給孔から吐出されたガスは、直接基板方向へ向かうため、プラズマ内で生成した不要物質もその流れに乗って、基板側へ向かう。従って、開示されているガス吸引孔は、特許文献１の場合と同様に、電極からの排気による不要物質除去の能力を十分に発揮できる状態にあるとは云えない。
特許文献３に開示されている技術は、ガスの供給方向については、従来のシャワー電極の場合と同様で、考慮していない。従って、供給ガスの流れに乗って高次シランなどが基板方向に飛んでくるため、ガスの流れに関して、改善の余地があると云える。
本発明の目的は、プラズマ処理において発生する不要物質を効率よく除去することが可能なプラズマ処理装置、および、そのようなプラズマ処理装置を用いたプラズマを利用した化学的気相蒸着（ＣＶＤ）により、高次シランやパーティクルといった不要物質の混入が少ない高品質なアモルファスシリコン薄膜を製造する方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係るプラズマ処理装置は、次の通りである。
（ａ）真空容器、
（ｂ）該真空容器の内部に設けられたプラズマ生成電極、
（ｃ）前記真空容器の内部において、前記プラズマ生成電極に対向して間隔をおいて位置せしめられる基板を保持するための基板保持機構、
（ｄ）前記真空容器の内部を減圧に保持するため、前記真空容器の内部において、前記プラズマ生成電極と前記真空容器の内壁面との間に形成されたガス排気室に開口して前記真空容器に接続されたガス排気装置、
（ｅ）前記プラズマ生成電極に接続され、該プラズマ生成電極に電力を供給する電源、および、
（ｆ）プラズマ処理用の原料ガスを前記真空容器の内部に導入するために、前記真空容器に接続されたガス導入管を備えたプラズマ処理装置において、
（ｇ）前記プラズマ生成電極が、前記基板保持機構に基板が保持されたときに、該基板に対向する面から該プラズマ生成電極を貫通し前記ガス排気室へ至る複数のガス排気孔を有し、
（ｈ）前記ガス導入管に接続して設けられたガス供給管が、前記複数のガス排気孔の内部に向けて前記原料ガスを吐出するためのガス供給口を有し、
（ｉ）前記ガス供給管および前記ガス供給口が、該ガス供給口から吐出される前記原料ガスの流れ方向の延長線が前記ガス排気孔の前記ガス排気室との境界面における端面開口領域と交差するように配置されているプラズマ処理装置。
本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス排気室が、前記プラズマ生成電極の内部に設けられていることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給口が、前記ガス排気孔の内壁面に開口していることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給管および前記ガス供給口が、前記ガス排気孔の内部に位置していることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記基板保持機構に基板が保持されたときに、該基板に対向する前記プラズマ生成電極の面に対して、間隔を置いて略平行に設けられたプラズマ閉じ込め電極を備え、かつ、該プラズマ閉じ込め電極が、前記プラズマ生成電極の複数のガス排気孔に対応する位置に、貫通孔を有するようにしても良い。
本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給口が、前記プラズマ閉じ込め電極の前記貫通孔の内壁面に開口していることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記ガス供給管および前記ガス供給口が、前記プラズマ閉じ込め電極の前記貫通孔の内部に位置していることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記プラズマ閉じ込め電極が、プラズマ閉じ込め電極加熱機構を有し、前記プラズマ閉じ込め電極の内部に、ガスバッファ空間が設けられていることが好ましい。
本発明のプラズマ処理装置において、前記プラズマ処理装置におけるプラズマ処理が、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）であっても良い。
本発明に係るプラズマ処理装置を用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法は、次の通りである。
本発明に係る上記のプラズマ処理装置のいずれか一つが用いられ、当該プラズマ処理装置における前記ガス排気装置により、前記真空容器内が減圧状態に維持され、前記ガス導入管から、シランを含む原料ガスが導入され、前記電源から、前記プラズマ生成電極に、プラズマを発生するための電力が供給され、前記プラズマ生成電極により生成したプラズマにより、前記原料ガスが分解され、前記基板上にアモルファスシリコン薄膜が形成されてなるアモルファスシリコン薄膜の製造方法。
本発明によれば、プラズマ処理において発生する不要物質を効率良く除去可能なプラズマ処理装置が提供される。本発明のプラズマ処理装置をプラズマＣＶＤ装置として用いることにより、不要な高分子量物質やパーティクルなどの成膜される膜への混入が抑制された環境で成膜できるため、欠陥の少ない高品質な薄膜を得ることができる。本発明のプラズマＣＶＤ装置を用いて製造されたアモルファスシリコン薄膜は、高次シランやパーティクルといった不要物質の膜中への混入が十分抑制されているため、構造欠陥が少なく、また、光劣化が少ない薄膜である。このアモルファスシリコン薄膜を太陽電池に用いることにより、光劣化による変換効率の低下が低減された太陽電池が得られる。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一例の概略従断面図である。 図２は、本発明のプラズマ処理装置の別の一例の概略従断面図である。 図３は、図２に示すプラズマ処理装置のプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図である。 図４は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。 図５は、図４に示すプラズマ処理装置のプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図である。 図６は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。 図７は、図６に示すプラズマ処理装置のプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図である。 図８は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。 図９は、図８に示すプラズマ処理装置のプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図である。 図１０は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。 図１１は、図１０に示すプラズマ処理装置のプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図である。 図１２は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。 図１３は、従来の一般的なプラズマＣＶＤ装置の概略従断面図である。 図１４は、比較例で用いたプラズマＣＶＤ装置の概略従断面図である。
本発明のいくつかの実施態様を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の一例の概略従断面図である。図１において、本発明のプラズマ処理装置Ｅ１は、真空容器１を有する。真空容器１の内部には、プラズマを発生させるためのプラズマ生成電極２が備えられている。プラズマ処理装置Ｅ１におけるプラズマ生成電極２は、電極板２ａから形成されている。電極板２ａの図における下面に対向して間隔をおいて基板３が位置するように、基板３を保持するための基板保持機構４が設けられている。電極板２ａの基板３に対向する面の大きさ（広さ）は、基板保持機構４に取り付けられ、薄膜が形成される基板３の大きさを考慮して、選定される。
プラズマ生成電極２（電極板２ａ）は、絶縁物５により、真空容器１とは電気的に絶縁されて、真空容器１に固定されている。プラズマ生成電極２は、真空容器１の外部にある電源６に接続されている。電源６からプラズマ生成電極２に電力が供給されることにより、真空容器１内にプラズマ７が生成する。電極板２ａの図における上面の上側の真空容器１の内部空間に、ガス排気室８が形成されている。真空容器１の内部を減圧に保持するため、ガス排気室８に、一端が開口し、他端がガス排気装置９に結合された排気配管１０が、真空容器１に設けられている。
基板保持機構４には、ヒーターなどの基板加熱機構１１が備えられていても良い。真空容器１には、ガス排気装置９とは別の補助ガス排気装置１２が接続されていても良い。
電源６としては、高周波電源、パルス電源、ＤＣ電源など任意のものを使用することができる。高周波電源を用いる場合の周波数も任意のものとすることができる。ＶＨＦ帯の高周波電源は、低電子温度かつ高密度のプラズマが生成し易いため、用いる高周波電源として好適である。高周波電源の出力に、パルス変調や振幅変調などをかけても良い。
プラズマ生成電極２の電極板２ａには、基板３に対向する面（図において、電極板２ａの下面）からガス排気室８側の面（図において、電極板２ａの上面）へと貫通した複数のガス排気孔１３が形成されている。複数のガス排気孔１３は、電極板２ａの基板３に対向する面（図において、電極板２ａの下面）において、互いに間隔をおいて、すなわち、所定のピッチで、配列されている。
電極板２ａを貫通する複数のガス排気孔１３は、各ガス排気孔１３にプラズマ７を入り込ませた上で、ガス排気孔１３内で生成した、あるいは、ガス排気孔１３内へ侵入してきた高次シランやパーティクルといった不要物質を、ガス排気孔１３内に形成されるガス排気の流れにより、ガス排気室８方向へと流動させ、除去するために、設けられている。
従って、各ガス排気孔１３は、その中にプラズマ７が入り込むのに十分な大きさであることが好ましい。具体的には、プラズマ生成電極２の電極板２ａの基板３に対向する面（図において、電極板２ａの下面）におけるガス排気孔１３の開口の大きさが、電極板２ａの基板３に対向する面（図において、電極板２ａの下面）の前面で生成されるプラズマ７のデバイ長を半径に持つ仮想円を内包することが可能であれば良い。
ガス排気孔１３の開口形状としては、三角形、四角形などの多角形、円形、楕円形、星型など任意の形状を選ぶことができるが、プラズマの安定性やガス排気孔１３の内壁面のメンテナンスおよび電極製作時のコストの面から、円形であることが好ましい。
ガス排気孔１３の深さ方向における断面形状、すなわち、ガス排気孔１３の従断面形状は、プラズマ生成電極２の電極板２ａの基板３に対向する面（図において、電極板２ａの下面）からガス排気室８に至るまで、同一形状であっても、また、深さ方向に相似形で大きさに変化があっても構わない。例えば、横断面形状が円形のガス排気孔１３の場合、ガス排気孔１３内に侵入するプラズマ７を、ガス排気室８の内部へは侵入させない目的で、ガス排気孔１３の直径を、ガス排気室８側に近づくにつれて連続的に小さくし、あるいは、ガス排気孔１３の深さ方向のある地点からガス排気室８側へ至る孔径を絞る、すなわち、ガス排気孔１３の直径を、ガス排気室８に至るまでの間において、段階的に小さくすると良い。
プラズマ生成電極２の電極板２ａにおける複数のガス排気孔１３の配置は、任意に設定することができる。しかし、生成されるプラズマ７の電極板２ａの基板３に対する面（図において、電極板２ａの下面）における均一性の観点から、複数のガス排気孔１３は、等間隔正方形格子状あるいは等間隔正三角形格子状に配置されていることが好ましい。
原料ガスは、ガス導入管１４から真空容器１内に位置するガス供給管１５へと導入される。しかし、ガス供給管１５およびガス供給管１５のガスの吐出端であるガス供給口１６の構造は、通常のＣＶＤ装置などで用いられるシャワー電極とは異なる。すなわち、複数のガス排気孔１３の内部に向けてガスが供給されるように、ガス供給管１５およびガス供給口１６が配置されている。しかも、ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９（図３参照）と交差するように、ガス供給管１５およびガス供給口１６が配置されている。
ここで、「ガスの流れ方向の延長線１７」とは、ガス供給管１５内におけるガス流路のガス供給口１６を含む最後の直線部分の方向を持ち、ガス供給口１６の開口中心を通る直線のことを云う。また、「端面開口領域１９」とは、ガス排気孔１３の内壁面とガス排気室８との境界面との交線が形成する平面閉領域のことを云う。
プラズマ生成電極２における全てのガス供給口１６をこのような構成にすることで、ガス供給口１６から吐出されたガスが、ガス排気孔１３内にある高次シランやパーティクル等の不要物質を、効率良くガス排気室８へと吹き流す状態が形成される。他方、ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、端面開口領域１９と交差せずに、ガス排気孔１３の壁面に衝突する場合は、吐出されたガスの流れが、当該壁面への衝突により、乱されて乱雑になるため、結果として、不要物質の基板３方向への逆流が起きる場合がある。
ガス排気室８は、例えば、図１に示すような真空容器１の内壁面の一部とプラズマ生成電極２の電極板２ａの図における上面に囲まれた領域（空間）として形成される。ガス排気室８を形成する壁面が同電位であれば、ガス排気室８内での異常放電の発生が抑制される。従って、ガス排気室８は、プラズマ生成電極２の内部に、すなわち、プラズマ生成電極２で囲まれた領域（空間）により、形成されていることが好ましい。
ガス排気室８がプラズマ生成電極２の内部に形成されているプラズマ処理装置の一例の概略従断面図が、図２に示される。図２に示されるプラズマ処理装置Ｅ２は、真空容器１内に、プラズマ生成電極２Ａを有する。このプラズマ生成電極２Ａの構造は、図１におけるプラズマ生成電極２の構造とは異なる。すなわち、プラズマ生成電極２Ａは、その内部に、ガス排気室８を有するタイプである。プラズマ生成電極２Ａは、電極板２Ａａ、その周辺から伸び、電極基材から形成された側壁２Ａｂ、および、側壁２Ａｂにより囲まれた空間を塞ぐように側壁２Ａｂに結合されて設けられ、電極基材から形成された天板２Ａｃとからなる。換言すれば、プラズマ生成電極２Ａは、電極基材から形成された筐体からなり、その内部に、ガス排気室８を有する。
図２のプラズマ処理装置Ｅ２において、プラズマ生成電極２Ａは、絶縁物５を介して、真空容器１に固定されている。プラズマ生成電極２Ａの側面には、数ミリメートルの空間ギャップを介して、アースシールド１８が配置されている。このアースシールド１８により、プラズマ生成電極２Ａの側面での不必要な放電生成が防止される。ガス排気室８の壁面は、プラズマ生成電極２Ａにより形成されているため、ガス排気室８の全壁面が同電位となり、ガス排気室８内部での電界生成が防止され、その結果、ガス排気室８内部での異常放電の発生が防止される。
プラズマ生成電極２Ａにおける電極板２Ａａは、図１における電極板２ａと同じ構造を有している。図２のプラズマ処理装置Ｅ２における他の構成要素は、図１のプラズマ処理装置Ｅ１の構成要素と同じため、あるいは、実質的に同じであるため、図１における要素符号と同じ符号が、図２において、用いられている。以下、他の図の相互間においても同じ。
図３は、図２におけるプラズマ生成電極２Ａの一部の拡大従断面図である。図３に、ガス供給口１６の構成の一例が示される。図３において、端面開口領域１９の一つの例が点線で示される。図３において、ガス排気孔１３の内壁面にガス供給口１６が設けられ、ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、ガス排気孔１３のガス排気室８の境界面における端面開口領域１９と交差するように、ガス供給管１５の方向が設定されている。
プラズマ処理装置の他の一例の従断面図が、図４に示される。図４のプラズマ処理装置Ｅ４におけるプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図が、図５に示される。図４および図５において、プラズマ処理装置Ｅ４におけるガス排気孔１３は、その内径が、ガス排気孔１３の長手方向（深さ方向）に変化している場合の一例である。具体的に、図５には、入口側の内径が、出口側（ガス排気室８側）の内径より大きく、内径が２段階に変化しているガス排気孔１３が、示されている。この場合においても、ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９と交差するように、ガス供給管１５の方向が設定されている。
プラズマ処理装置の更に他の一例の従断面図が、図６に示される。図６のプラズマ処理装置Ｅ６におけるプラズマ生成電極の一部の拡大従断面図が、図７に示される。図６および図７において、プラズマ処理装置Ｅ６におけるガス供給管１５は、ガス排気孔１３の内部を通過する状態で、設けられている。ガス排気孔１３を過ぎるガス供給管１５の管壁に、ガス供給口１６が設けられている。このガス供給口１６から、ガス排気孔１３を通ってガス排気室８に至るように、ガスがガス排気孔１３へと吹き込まれる。
図６および図７において、ガスの流れ方向の延長線１７における「ガス供給管１５内におけるガス流路のガス供給口１６を含む最後の直線部分」とは、ガス供給管１５の管壁に形成された貫通孔の管壁の厚み方向の直線部分のことを云う。このようにガス供給管１５およびガス供給口１６をガス排気孔１３の内部に設けると、ガスの流れ方向の調節の自由度が増す。また、ガス供給口１６の形状の微細加工が可能となり、より効果的なガス吹き込み特性を持つガス供給口１６の形状を選定することができる。
図３、図５および図７において、ならびに、後に説明する図９および図１１において、ガス排気孔１３の深さ（長手方向の長さ）を、深さ（長さ）ｄとする。ガス排気孔１３の深さｄの範囲は、特に限定されない。しかし、浅すぎると、ガス排気室８に送り込んだ不要物質が基板３の方向へ逆流する恐れがあり、また、ガス排気室８内までプラズマ７が入り込むことを防ぐため、ある程度深い方がよい。他方、深すぎるとガス排気孔１３による排気コンダクタンスが小さくなり、排気能力が低下する恐れがある。よって、ガス排気孔１３の深さｄは、１０ｍｍ乃至６０ｍｍであることが好ましく、２０ｍｍ乃至４０ｍｍであることがより好ましい。
ガス排気孔１３の内壁面にガス供給口１６が設けられる場合、ガス排気孔１３の深さ方向におけるガス供給口１６の位置は、適宜選定することができる。しかし、ガス排気孔１３内のプラズマはガス排気孔１３内の基板３側において強く生成されるため、ガス供給口１６はできる限りガス排気孔１３内の基板３側に近い位置に設けられることが好ましい。その位置は、プラズマ生成電極２、２Ａの基板３側表面から見たガス排気孔１３の深さ方向において、基板３側から１０ｍｍ以内であることが好ましく、５ｍｍ以内であることがより好ましい。
ガス排気室８は、ガス排気室８内に送り込まれた不要物質が基板３側へ逆流することを防ぐという観点から、ガス排気室８がガス排気孔１３に比べて十分に大きい空間で形成されていることが望ましい。ガス排気孔１３の深さ方向で見たガス排気室８の高さＨは、２０ｍｍ以上、かつ、ガス排気孔１３の深さｄ以上であることが好ましい。また、ガス排気室８とガス排気装置９とを接続する排気配管１０の内径は、できるだけ大きい方が、排気能力確保の点から好ましい。排気配管１０は、複数並列して設けられていても良い。真空容器１内の圧力を調整するために、排気配管１０の途中に、圧力調整バルブ２０が設けられていることが好ましい。
図８は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。図８のプラズマ処理装置Ｅ８において、プラズマ生成電極２Ａは、絶縁物５を介して、真空容器１に固定されている。プラズマ生成電極２Ａの側面には、数ミリメートルの空間ギャップを介して、アースシールド１８が配置されている。このアースシールド１８により、プラズマ生成電極２Ａの側面での不必要な放電生成が防止される。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａの基板３に対向する面側には、プラズマ閉じ込め電極２１が設けられている。
プラズマ閉じ込め電極２１は、プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａの複数のガス排気孔１３に対向する位置に、貫通孔２２を有する。プラズマ閉じ込め電極２１を用いることにより、プラズマの発生場所をガス排気孔１３の内部に制限し、プラズマ閉じ込め電極２１と基板３との間の空間に生じるプラズマを弱くすることが出来、あるいは、プラズマ閉じ込め電極２１と基板３との間の空間にプラズマが発生しないようにすることが出来る。これにより、プラズマ内部で生成される不要物質が基板３の表面に到達する機会を激減させることが出来る。
プラズマ閉じ込め電極２１は、プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａと空間を隔ててほぼ平行に配置される。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａとプラズマ閉じ込め電極２１との間隔は、狭すぎると、電極に付着した膜などによる短絡や異常放電が生じる恐れがある。また、広すぎると、プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａとプラズマ閉じ込め電極２１との間の空間で、不要なプラズマが生じることがある。そのため、プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａとプラズマ閉じ込め電極２１との間隔は、０．３ｍｍ乃至５ｍｍであることが好ましく、０．５ｍｍ乃至３ｍｍであることが更に好ましく、０．８ｍｍ乃至１．５ｍｍであることがより好ましい。
プラズマ閉じ込め電極２１の電位は、状況に応じて、任意に選定することが出来る。しかし、電極の構造が簡単でかつ安定にプラズマを閉じ込めるという観点からは、プラズマ閉じ込め電極２１を接地電位とすることが好ましい。その方法としては、例えば、プラズマ閉じ込め電極２１をアースシールド１８に接続固定する手法、あるいは、プラズマ閉じ込め電極２１を真空容器１の壁面に接続して固定する手法がある。また、プラズマ閉じ込め電極２１をアースシールド１８や真空容器１から電気的に絶縁して固定し、プラズマ閉じ込め電極２１に図示しない電源を接続して、プラズマ閉じ込め電極２１に任意の電位を印加し、プラズマの閉じ込め状態を制御することも可能である。
図９は、図８におけるプラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａおよびプラズマ閉じ込め電極２１の一部の拡大従断面図である。図９において、ガス供給口１６をプラズマ閉じ込め電極２１の貫通孔２２の内壁面に設けて、プラズマ閉じ込め電極２１からガスを供給することで、プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａのガス排気孔１３の内壁面にガス供給口１６を設けたときに比べて、プラズマに対して、より基板３側からガスの強い流れを作ることができる。この構成は、不要物質排出効率の観点から好ましい。
図１０に、更に別のプラズマ処理装置の従断面図が示される。図１０のプラズマ処理装置Ｅ１０は、プラズマ閉じ込め電極２１からガスを供給する場合の別の態様である。図１１は、図１０におけるプラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａおよびプラズマ閉じ込め電極２１の一部の拡大従断面図である。図１１において、ガス供給管１５は、プラズマ閉じ込め電極２１の貫通孔２２の内部に設けられ、ガス供給管１５の管壁に、ガス供給口１６が設けられている。ガス流れ方向の延長線１７が、貫通孔２２を抜けて、ガス排気孔１３に向かうように設定されている。このようにガス供給管１５およびガス供給口１６をプラズマ閉じ込め電極２１の貫通孔２２の内部に設けると、ガスの流れ方向の調節の自由度が増す。また、ガス供給口１６の形状の微細加工が可能となり、より効果的なガス吹き込み特性を持つガス供給口１６の形状を選定することができる。
図１２は、本発明のプラズマ処理装置の更に別の一例の概略従断面図である。図１２のプラズマ処理装置Ｅ１２において、プラズマ閉じ込め電極２１には、プラズマ閉じ込め電極加熱機構２４が備えられている。プラズマ閉じ込め電極加熱機構２４としては、抵抗加熱ヒーター、熱媒流通管、赤外線ランプなど任意の加熱手段を用いることが出来るが、電極の組み立て易さや温度制御性の観点から、抵抗加熱ヒーターを用いるのが好ましい。加熱の温度は、行おうとするプロセスにより、最適値は異なるが、約１００℃乃至約３５０℃であることが好ましい。
プラズマ閉じ込め電極２１の内部には、ガスバッファ空間２５が設けられている。ガスバッファ空間２５は、プラズマ閉じ込め電極２１の内部に設けたガス供給管１５の途中に配置され、流れ込んできたガスを一時的に滞留させておくことができる空間である。このようにプラズマ閉じ込め電極２１に、プラズマ閉じ込め電極加熱機構２４とガスバッファ空間２５を装備することにより、プラズマ閉じ込め電極２１内をガスが通過する間に、ガスを効果的に加熱することが出来る。このガスの加熱により、反応効率の向上や不要物質の形成抑制などの効果が得られる。
本発明に係るプラズマ処理装置は、成膜、エッチング、表面処理など、各種プラズマ処理を行う装置として用いられる。特に、処理中に不要な副生成物が形成されてしまう工程において、その威力を発揮する。例えば、ハロゲンガスを用いたドライエッチングでは、処理中の膜剥がれや内部構造物の劣化によるパーティクルの発生があり、プロセスに悪影響を及ぼすため、その除去手段として、本発明に係るプラズマ処理装置を活用することが出来る。特に、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマＣＶＤ装置として好適に用いることが出来る。プラズマＣＶＤでは、プラズマ中で生成した活性種の反応を膜形成表面のみに制限することは困難であり、気相中での活性種の結合反応が避けられず、微粒子などの不要物質が発生し易い。このような状況下では、本発明に係るプラズマ処理装置における不要物質の除去効果が顕著に発揮される。
次に、上で述べたプラズマＣＶＤ装置を用いたアモルファスシリコン薄膜の製造方法について説明する。本発明のプラズマ処理装置からなるプラズマＣＶＤ装置は、基板へのアモルファスシリコン薄膜の形成過程において発生する高次シランやパーティクルの薄膜への混入を極力防止し、これらの薄膜への混入による膜質の低下を極力防止して、良好な膜質を有するアモルファスシリコン薄膜を製造するのに、特に有効に機能する。高品質のアモルファスシリコン薄膜を製造する方法の具体例のいくつかを次に説明する。
アモルファスシリコン薄膜形成の第１の実施形態は、図４に示すプラズマ処理装置Ｅ４を使用したアモルファスシリコン薄膜の製造方法である。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａに形成されたガス排気孔１３の横断面形状は、円形であり、深さｄは、２０ｍｍである。電極板２Ａａは、一辺の長さが１８５ｍｍの正四角形からなる電極板で形成されている。
電極板２Ａａの表面に、８１個のガス排気孔１３が、１７ｍｍピッチの正方形格子状に配置されている。ガス排気孔１３の直径は、図５に示されるように、ガス排気室８側で、小さくなっている。ガス排気孔１３の深さｄ１は、１５ｍｍ、ガス排気孔１３の入口側の直径Ｄ１は、１０ｍｍ、ガス排気孔１３の出口側の直径Ｄ２は、６ｍｍである。
ガス供給口１６は、電極板２Ａａの基板３側の面からの深さｄ２が３ｍｍの位置に設けられ、ガス供給口１６に至るガス供給管１５の内径は、０．５ｍｍである。ガス供給管１５の長さ方向は、電極板２Ａａの形成する主平面の法線方向に対する角度θが２０度となるように、傾いている。ガス供給口１６は、各ガス排気孔１３において、その円周方向に等間隔で４個設けられている。ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９と交差するように、ガス供給口１６が配置されている。ガス排気室８の高さＨ（電極板２Ａａと天板２Ａｃとの間の距離）は、３５ｍｍである。
このようなプラズマ処理装置Ｅ４を用いて、ガラス基板上に、アモルファスシリコン薄膜を形成する。プラズマ処理装置Ｅ４の基板保持機構４に、ガラスの基板３をセットし、基板加熱機構１１により基板３を加熱する。補助ガス排気装置１２により、真空容器１内のガスを十分排気した後、すなわち、真空容器１内を所望のプラズマ処理が可能な程度に減圧した後、補助ガス排気装置１２による排気作用からガス排気装置９よる排気作用に切り替える。
原料ガスとしてシランガスを、ガス導入管１４から導入するとともに、圧力調整バルブ２０により、真空容器１内の圧力を調整する。電源６からプラズマ生成電極２Ａに電力を供給し、真空容器１内にプラズマを生成して原料ガスを分解し、基板３上にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
このようにして基板３上に形成されたアモルファスシリコン薄膜は、膜中の欠陥密度が非常に低く、電気的特性が良好である。特に、このアモルファスシリコン薄膜を太陽電池の発電層に適用する場合、膜の光劣化が少なく、光電変換効率が高い太陽電池を得ることが出来る。
この場合の原料ガスは、少なくともシランガスを含むガスであれば良く、シランガス１００％であっても、あるいは、水素やアルゴン等の希ガスにより希釈されているシランガスでも良い。
アモルファスシリコン薄膜形成の第２の実施形態は、図６に示すプラズマ処理装置Ｅ６を使用したアモルファスシリコン薄膜の製造方法である。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａに形成されたガス排気孔１３の横断面形状は、円形である。ガス排気孔１３の直径Ｄ１は、１０ｍｍで、深さｄは、３０ｍｍである。電極板２Ａａは、一辺の長さが１８５ｍｍの正四角形からなる電極板で形成されている。
電極板２Ａａの表面に、８１個のガス排気孔１３が、１７ｍｍピッチの正方形格子状に配置されている。ガス排気孔１３を過って、ガス排気孔１３の中心軸に対し垂直な方向（すなわち、図において、水平方向）にガス供給管１５が設けられている。ガス供給管１５の外径は、３ｍｍで、内径は、１．５ｍｍである。ガス供給口１６は、ガス排気孔１３の中心軸付近において、ガス供給管１５の管壁に設けられた穴により形成されている。ガス供給口１６の直径は、０．５ｍｍである。ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９と交差するように、ガス供給口１６が配置されている。これにより、ガス供給口１６から吐出されたガスは、ガス排気孔１３の壁面に衝突することなく、ガス排気室８に到達する。ガス排気室８の高さＨ（電極板２Ａａと天板２Ａｃとの間の距離）は、３０ｍｍである。
このようなプラズマ処理装置Ｅ６を用いて、ガラス基板上に、アモルファスシリコン薄膜を形成する。プラズマ処理装置Ｅ６の基板保持機構４に、ガラスの基板３をセットし、基板加熱機構１１により基板３を加熱する。ガス排気装置９により、真空容器１内のガスを排気した後、すなわち、真空容器１内を所望のプラズマ処理が可能な程度に減圧した後、原料ガスとしてシランガスを、ガス導入管１４から導入するとともに、圧力調整バルブ２０により、真空容器１内の圧力を調整する。電源６からプラズマ生成電極２Ａに電力を供給し、真空容器１内にプラズマを生成して原料ガスを分解し、基板３上にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
このようにして基板３上に形成されたアモルファスシリコン薄膜も、第１の実施形態と同様に、膜中の欠陥密度が非常に低い。
アモルファスシリコン薄膜形成の第３の実施形態は、図８に示すプラズマ処理装置Ｅ８を使用したアモルファスシリコン薄膜の製造方法である。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａに形成されたガス排気孔１３の横断面形状は、円形である。ガス排気孔１３の直径Ｄ１は、１０ｍｍであり、深さｄは、３０ｍｍである。電極板２Ａａは、一辺の長さが１８５ｍｍの正四角形からなる電極で形成されている。
電極板２Ａａの表面に、８１個のガス排気孔１３が１７ｍｍピッチの正方形格子状に配置されている。電極板２Ａａの基板３に対向する面側には、プラズマ閉じ込め電極２１が設けられている。プラズマ閉じ込め電極２１には、電極板２Ａａの複数のガス排気孔１３に対向する位置に、貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２の直径は、１０ｍｍである。プラズマ閉じ込め電極２１の厚さは、１５ｍｍである。プラズマ閉じ込め電極２１と電極板２Ａａとの間隔は、１ｍｍである。
プラズマ閉じ込め電極２１は、電気的に導通するように、アースシールド１８に固定されて、接地電位とされている。ガス導入管１４から延びたガス供給管１５は、その一部が、プラズマ閉じ込め電極２１に埋設されている。プラズマ閉じ込め電極２１に埋設されているガス供給管１５の先端は、貫通孔２２の内壁面において開口し、ガス供給口１６を形成している。ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、プラズマ閉じ込め電極２１の貫通孔２２および電極板２Ａａのガス排気孔１３の内部を通過して、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９と交差して、ガス排気室８に到達するように、ガス供給口１６が配置されている。ガス排気室８の高さＨ（電極板２Ａａと天板２Ａｃとの間の距離）は、３０ｍｍである。
このようなプラズマ処理装置Ｅ８を用いて、ガラス基板上に、アモルファスシリコン薄膜を形成する。プラズマ処理装置Ｅ８の基板保持機構４に、ガラスの基板３をセットし、基板加熱機構１１により基板３を加熱する。ガス排気装置９により、真空容器１内のガスを排気した後、すなわち、真空容器１内を所望のプラズマ処理が可能な程度に減圧した後、原料ガスとしてシランガスを、ガス導入管１４から導入するとともに、圧力調整バルブ２０により、真空容器１内の圧力を調整する。電源６からプラズマ生成電極２Ａに電力を供給し、真空容器１内にプラズマを生成して原料ガスを分解し、基板３上にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
このようにして基板３上に形成されたアモルファスシリコン薄膜は、第１の実施形態および第２の実施形態の結果を更に上回り、膜中の欠陥密度が非常に低い。
アモルファスシリコン薄膜形成の第４の実施形態は、図１０に示すプラズマ処理装置Ｅ１０を使用したアモルファスシリコン薄膜の製造方法である。プラズマ生成電極２Ａの電極板２Ａａに形成さえたガス排気孔１３の横断面形状は、円形である。ガス排気孔１３の直径Ｄ１は、１０ｍｍで、深さｄは、３０ｍｍである。電極板２Ａａは、一辺の長さが１８５ｍｍの正四角形からなる電極板で形成されている。
電極板２Ａａの表面に、８１個のガス排気孔１３が１７ｍｍピッチの正方形格子状に配置されている。電極板２Ａａの基板３に対向する面側には、プラズマ閉じ込め電極２１が設けられている。プラズマ閉じ込め電極２１には、電極板２Ａａの複数のガス排気孔１３に対向する位置に、貫通孔２２が設けられている。貫通孔２２の直径は、１０ｍｍである。プラズマ閉じ込め電極２１の厚さは、１５ｍｍである。プラズマ閉じ込め電極２１と電極板２Ａａとの間隔は、１ｍｍである。
プラズマ閉じ込め電極２２は、電気的に導通するように、アースシールド１８に固定されて、接地電位とされている。ガス導入管１４から延びたガス供給管１５は、その一部が、プラズマ閉じ込め電極２１に埋設されている。プラズマ閉じ込め電極２１に埋設されているガス供給管１５は、更に延びて、貫通孔２２を通過し、再度、プラズマ閉じ込め電極２１内を通過する。ガス供給管１５の外径は、３ｍｍで、内径は、１．５ｍｍである。
ガス供給管１５の貫通孔２２を通過する部分は、ガス排気孔１３の中心軸に対し垂直な方向（すなわち、図において、水平方向）に設けられている。ガス供給口１６は、ガス排気孔１３の中心軸付近において、ガス供給管１５の管壁に設けられた穴により形成されている。ガス供給口１６の直径は、０．５ｍｍである。ガス供給口１６から吐出されたガスの流れ方向の延長線１７が、プラズマ閉じ込め電極２１の貫通孔２２および電極板２Ａａのガス排気孔１３の内部を通過して、ガス排気孔１３のガス排気室８との境界面における端面開口領域１９と交差して、ガス排気室８に到達するように、ガス供給口１６が配置されている。ガス排気室８の高さＨ（電極板２Ａａと天板２Ａｃとの間の距離）は、３０ｍｍである。
このようなプラズマ処理装置Ｅ１０を用いて、ガラス基板上に、アモルファスシリコン薄膜を形成する。プラズマ処理装置Ｅ１０の基板保持機構４に、ガラスの基板３をセットし、基板加熱機構１１により基板３を加熱する。ガス排気装置９により、真空容器１内のガスを排気した後、すなわち、真空容器１内を所望のプラズマ処理が可能な程度に減圧した後、原料ガスとしてシランガスを、ガス導入管１４から導入するとともに、圧力調整バルブ２０により、真空容器１内の圧力を調整する。電源６からプラズマ生成電極２Ａに電力を供給し、真空容器１内にプラズマを生成して原料ガスを分解し、基板３上にアモルファスシリコン薄膜を形成する。
このようにして形成したアモルファスシリコン薄膜は、第３の実施形態と同様に、膜中の欠陥密度が非常に低い。
図４および図５に示すプラズマ処理装置Ｅ４を用いて、上記のアモルファスシリコン薄膜形成の第１の実施形態に基づき、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成し、得られた薄膜の膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を求め、それに基づき、得られた薄膜の質を評価した。
基板３として、単結晶シリコンを用いた。基板３を基板保持機構４にセットし、基板加熱機構１１により、基板３を温度２２０℃に加熱した。補助ガス排気装置１２により、真空容器１内の圧力が１×１０−４Ｐａ以下になるまで、真空容器１内のガスを排気した後、真空容器１内のガスの排気作用を、補助ガス排気装置１２からガス排気装置９に切り替えた。原料ガスとしてシランガス３００ｓｃｃｍを、ガス導入管１４から、ガス供給管１５を通じて、ガス供給口１６へと導入するとともに、圧力調整バルブ２０により、真空容器１内の圧力を３０Ｐａに調整した。電源６として、周波数６０ＭＨｚの高周波電源を用い、プラズマ生成電極２Ａに５０Ｗの電力を供給してプラズマを発生させ、基板３上にアモルファスシリコン薄膜を形成した。
得られたアモルファスシリコン薄膜の膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を、ＦＴ−ＩＲ測定により求めた。ＦＴ−ＩＲ測定には、ＨＯＲＩＢＡ社製ＦＴ−７２０を使用した。この測定における分解能は、４ｃｍ−１とし、積算回数は、１６回とした。Ｓｉ−Ｈ２結合濃度は、次の手順で求めた。
２０００ｃｍ−１付近のピークから、式１に示すガウス関数を用いて、２０９０ｃｍ−１のピークを分離した。式１において、ｈはピーク高さ、σはピーク幅、ωｐはピーク波数である。
Figure 2010110099
次に、分離したピークから、式２により算出される吸収係数αを用いて、式３に基づき、結合水素濃度ＮＨ２を求めた。
式２において、Ｔｓは単結晶シリコンの透過率（％）、ΔＴはベースラインを引いたアモルファスシリコン薄膜の透過率（％）、ｄは膜厚（ｃｍ）をそれぞれ示し、式３において、ωは波数（ｃｍ−１）、Ａは比例定数１．４×１０２０ｃｍ−２をそれぞれ示す。
Figure 2010110099
Figure 2010110099
次に、Ｓｉ原子数密度を５．０×１０２２ｃｍ−３で近似し、式３により求められたＮＨ２を用いて、式４に基づき、Ｓｉ−Ｈ２結合密度ＣＨ２を算出した。
Figure 2010110099
その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、０．７％であり、得られたアモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥密度が低い膜であることが確認された。
図６および図７に示すプラズマ処理装置Ｅ６を用いて、上記のアモルファスシリコン薄膜形成の第２の実施形態に基づき、実施例１と同様の手順によって、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成した。得られたアモルファスシリコン薄膜について、実施例１と同様の手法に基づき、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を算出した。その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、０．６％であり、アモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥密度が低い膜であることが確認された。
図８および図９に示すプラズマ処理装置Ｅ８を用いて、上記のアモルファスシリコン薄膜形成の第３の実施形態に基づき、プラズマ生成電極２Ａに８０Ｗの電力を供給した以外は、実施例１と同様の手順によって、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成した。得られたアモルファスシリコン薄膜について、実施例１と同様の手法に基づき、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を算出した。その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、０．３％であり、得られたアモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥密度が低い膜であることが確認された。
図１０および図１１に示すプラズマ処理装置Ｅ１０を用いて、上記のアモルファスシリコン薄膜形成の第４の実施形態に基づき、プラズマ生成電極２Ａに８０Ｗの電力を供給した以外は、実施例１と同様の手順によって、基板にアモルファスシリコン薄膜を形成した。得られたアモルファスシリコン薄膜について、実施例１と同様の手法に基づき、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を算出した。その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、０．１％であり、得られたアモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥密度が十分低い膜であることが確認された。
 比較例１
図１３に示す従来の一般的な平行平板型プラズマＣＶＤ装置ＰＡ１３を用いて、基板Ｐ３にアモルファスシリコン薄膜を形成した。原料ガスとしてシランガス５０ｓｃｃｍを、ガス導入管Ｐ１４を経由して、プラズマ生成電極Ｐ２に設けられたシャワーヘッド状のガス供給口Ｐ１６から真空容器Ｐ１内に導入した。圧力調整バルブＰ２０により真空容器Ｐ１内の圧力を３０Ｐａに調整した。
電源Ｐ６として周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電源を用い、プラズマ生成電極Ｐ２に３０Ｗの電力を供給してプラズマを発生させ、基板Ｐ３上にアモルファスシリコン薄膜を形成した。得られたアモルファスシリコン薄膜について、実施例１と同様の手法に基づき、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を算出した。その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、１．５％であり、アモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥濃度の多い膜であることが確認された。
比較例２
図１４に示すプラズマＣＶＤ装置Ｃ１４を用いて、アモルファスシリコン薄膜を形成した。プラズマＣＶＤ装置Ｃ１４は、図１に示すプラズマ処理装置Ｅ１に対し、放電電極２に複数の排気孔１２が設けられているものの、ガス供給口が従来のシャワーヘッド状の配置であり、ガスの流れ方向の延長線１７が、基板３の方向となっているプラズマＣＶＤ装置である。原料ガスとしてシランガス１５０ｓｃｃｍを、ガス導入管１４を経由して、プラズマ生成電極２に設けられたシャワーヘッド状のガス供給口１６から真空容器１内に導入した。
プラズマ生成電極２に５０Ｗの電力を供給してプラズマを発生させた以外は、実施例１と同様の手順によって、基板２にアモルファスシリコン薄膜を形成した。得られたアモルファスシリコン薄膜について、実施例１と同様の手法に基づき、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合濃度を算出した。その結果、得られたアモルファスシリコン薄膜のＳｉ−Ｈ２結合濃度は、１．０％であり、得られたアモルファスシリコン薄膜は、膜中欠陥濃度が十分低いとは言い難い膜であることが確認された。
本発明に係るプラズマ処理装置は、良好な膜質を有する薄膜の形成に、好ましく用いられる。本発明に係るプラズマ処理装置は、エッチング装置やプラズマ表面改質装置としても利用される。
１： 真空容器
２、２Ａ： プラズマ生成電極
２ａ、２Ａａ： 電極板
２Ａｂ： 電極の側壁
２Ａｃ： 電極の天板
３： 基板
４： 基板保持機構
５： 絶縁物
６： 電源
７： プラズマ
８： ガス排気室
９： ガス排気装置
１０： 排気配管
１１： 基板加熱機構
１２： 補助ガス排気装置
１３： ガス排気孔
１４： ガス導入管
１５： ガス供給管
１６： ガス供給口
１７： ガスの流れ方向の延長線
１８： アースシールド
１９： 端面開口領域
２０： 圧力調整バルブ
２１： プラズマ閉じ込め電極
２２： 貫通孔
２３： 接地電極
２４： プラズマ閉じ込め電極加熱機構
２５： ガスバッファ空間
Ｃ１４： プラズマＣＶＤ装置
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ４、Ｅ６、Ｅ８、Ｅ１０、Ｅ１２： プラズマ処理装置
Ｐ１： 真空容器
Ｐ２： プラズマ生成電極
Ｐ３： 基板
Ｐ６： 電源
Ｐ７： プラズマ
Ｐ９： ガス排気装置
Ｐ１０： 排気配管
Ｐ１１： 基板加熱機構
Ｐ１４： ガス導入管
Ｐ１６： ガス供給口
Ｐ２０： 圧力調整バルブ
ＰＡ１３： プラズマＣＶＤ装置

Claims (10)

  1. （ａ）真空容器、
    （ｂ）該真空容器の内部に設けられたプラズマ生成電極、
    （ｃ）前記真空容器の内部において、前記プラズマ生成電極に対向して間隔をおいて位置せしめられる基板を保持するための基板保持機構、
    （ｄ）前記真空容器の内部を減圧に保持するため、前記真空容器の内部において、前記プラズマ生成電極と前記真空容器の内壁面との間に形成されたガス排気室に開口して前記真空容器に接続されたガス排気装置、
    （ｅ）前記プラズマ生成電極に接続され、該プラズマ生成電極に電力を供給する電源、および、
    （ｆ）プラズマ処理用の原料ガスを前記真空容器の内部に導入するために、前記真空容器に接続されたガス導入管を備えたプラズマ処理装置において、
    （ｇ）前記プラズマ生成電極が、前記基板保持機構に基板が保持されたときに、該基板に対向する面から該プラズマ生成電極を貫通し前記ガス排気室へ至る複数のガス排気孔を有し、
    （ｈ）前記ガス導入管に接続して設けられたガス供給管が、前記複数のガス排気孔の内部に向けて前記原料ガスを吐出するためのガス供給口を有し、
    （ｉ）前記ガス供給管および前記ガス供給口が、該ガス供給口から吐出される前記原料ガスの流れ方向の延長線が前記ガス排気孔の前記ガス排気室との境界面における端面開口領域と交差するように配置されているプラズマ処理装置。
  2. 前記ガス排気室が、前記プラズマ生成電極の内部に設けられている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  3. 前記ガス供給口が、前記ガス排気孔の内壁面に開口している請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  4. 前記ガス供給管および前記ガス供給口が、前記ガス排気孔の内部に位置している請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  5. 前記基板保持機構に基板が保持されたときに、該基板に対向する前記プラズマ生成電極の面に対して、間隔を置いて略平行に設けられたプラズマ閉じ込め電極を備え、該プラズマ閉じ込め電極が、前記プラズマ生成電極の複数のガス排気孔に対応する位置に、貫通孔を有する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  6. 前記ガス供給口が、前記プラズマ閉じ込め電極の前記貫通孔の内壁面に開口している請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  7. 前記ガス供給管および前記ガス供給口が、前記プラズマ閉じ込め電極の前記貫通孔の内部に位置している請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  8. 前記プラズマ閉じ込め電極が、プラズマ閉じ込め電極加熱機構を有し、前記プラズマ閉じ込め電極の内部に、ガスバッファ空間が設けられている請求項５に記載のプラズマ処理装置。
  9. 前記プラズマ処理装置におけるプラズマ処理が、化学的気相蒸着（ＣＶＤ）である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
  10. 請求項１乃至９のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置が用いられ、当該プラズマ処理装置における前記ガス排気装置により、前記真空容器内が減圧状態に維持され、前記ガス導入管から、シランを含む原料ガスが導入され、前記電源から、前記プラズマ生成電極に、プラズマを発生するための電力が供給され、前記プラズマ生成電極により生成したプラズマにより、前記原料ガスが分解され、前記基板上にアモルファスシリコン薄膜が形成されてなるアモルファスシリコン薄膜の製造方法。
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