JP5585294B2 - Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same - Google Patents
Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP5585294B2 JP5585294B2 JP2010184700A JP2010184700A JP5585294B2 JP 5585294 B2 JP5585294 B2 JP 5585294B2 JP 2010184700 A JP2010184700 A JP 2010184700A JP 2010184700 A JP2010184700 A JP 2010184700A JP 5585294 B2 JP5585294 B2 JP 5585294B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- cathode electrode
- electrode
- anode electrode
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、プラズマ中で発生した不要物質の影響を抑制したプラズマ処理装置およびそれを用いた薄膜の製造方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that suppresses the influence of unnecessary substances generated in plasma, and a thin film manufacturing method using the same.
近年、環境意識の高まりにより太陽光発電が注目されてきており、各種の太陽電池が開発、実用化されてきている。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さらなる改善が求められている。 In recent years, solar power generation has attracted attention due to increasing environmental awareness, and various types of solar cells have been developed and put into practical use. In particular, the production scale of thin-film silicon solar cells, which use less silicon raw materials and are suitable for mass production, is being expanded. However, thin-film silicon solar cells have an unsolved problem of so-called photodegradation in which power generation efficiency decreases with time due to light irradiation, and further improvements for improving energy conversion efficiency are required.
薄膜シリコン型太陽電池に用いられる水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)薄膜は、シランガス(SiH4)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。シランガスはプラズマ内で分解され、主要成膜種であるSiH3ラジカルなどが生成し、成膜種が基板に到達することにより薄膜が形成される。ところが、プラズマ内ではSiH3ラジカルなどの成膜種以外に、高次シラン(SimHn、m≧4)やパーティクルといった不要物質も生成される。このような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いわれている。このような不要物質が膜中に混入すると、結合手を4個持つシリコン原子1つにつき2つの水素原子および2つのシリコン原子と結合しているシリコン原子の数が増加する。すなわち、いわゆるSi−H2結合濃度が膜中で増加する。非特許文献1によると、膜中のSi−H2結合濃度と光劣化の度合いには相関関係があり、光劣化を防ぐためには膜中Si−H2結合濃度を小さくする必要があるとされている。よって、光劣化を防止するため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。
A hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) thin film used for a thin film silicon type solar cell is often formed by a plasma CVD method using silane gas (SiH 4 ) as a raw material. Silane gas is decomposed in the plasma, SiH 3 radicals, which are the main film formation species, are generated, and the film formation species reaches the substrate to form a thin film. However, unnecessary substances such as higher-order silane (Si m H n , m ≧ 4) and particles are also generated in the plasma in addition to the film-forming species such as SiH 3 radicals. It is said that such unnecessary substances are mixed into the film and cause photodegradation. When such an unnecessary substance is mixed in the film, the number of silicon atoms bonded to two hydrogen atoms and two silicon atoms increases per one silicon atom having four bonds. That is, the so-called Si—H 2 bond concentration increases in the film. According to Non-Patent
図10は従来の一般的な平行平板型プラズマCVD装置の概略断面図である。真空容器1の内部にはカソード電極3と接地電極22が対向して配置され、真空容器1に接続した真空排気装置6により容器内を低圧に保つ。カソード電極3にはシャワーヘッド状のガス供給口8が設けられ、真空容器1内にガス供給口8からシランガスなどの原料ガスを供給した上で、カソード電極3に接続した電源10により電力を供給してプラズマ2を発生させる。プラズマ2によって原料ガスを分解することにより発生した成膜種を用いて、接地電極21上に保持した基板4上に薄膜を形成する。
FIG. 10 is a schematic sectional view of a conventional general parallel plate type plasma CVD apparatus. Inside the
図10のような一般的な平行平板型プラズマCVD装置の場合、接地電極22上に設置した基板4表面の近傍までプラズマ2が広がって存在する。上述した高次シランやパーティクルといった不要物質は主にプラズマの内部で生成されるため、不要物質が膜中に混入する頻度は高くなってしまう。そのため、プラズマを基板表面近傍から遠ざけることや発生した不用物質を速やかに排気するなどといった改良がこれまでになされてきた。
In the case of a general parallel plate type plasma CVD apparatus as shown in FIG. 10, the
例えば特許文献1では、カソード電極と基板との間に接地電位のメッシュ電極を配置する構成をとり、プラズマをカソード電極とメッシュ電極との間に閉じ込めている。これにより、基板近傍にはプラズマが存在せず、プラズマからの正イオンによる基板へのイオン衝撃を避けることができるため、得られる薄膜の膜質を向上できるとしている。さらにプラズマ内で生成された不要物質の膜中への混入も避けることができる。また特許文献2では、カソード電極の基板側に多数の凹部を設け、その凹部が所定パターンで配置されたスポット型凹部およびスポット型凹部を相互に連通する溝型凹部から構成され、さらにガス導入用の穴およびガス排気用の穴の両方を設けた構成について述べている。これにより、電極表面の各スポット型凹部付近でスポット状の高密度プラズマが生成され、一方基板表面近傍のプラズマは弱くなるため、膜中への不要物質の混入を低減することができる。また、カソード電極のガス排気用の穴へのガスの流れにより、不要物質の除去を可能としている。
For example,
しかしながら、特許文献1の方法ではカソード電極と基板との間のメッシュ電極に膜が付着することが避けられず、付着した膜が剥がれて落下して異常放電を起こしたり、基板への異物混入の原因になったりなどする。また、メッシュ電極の開口率が大きすぎるとプラズマの閉じ込めが不十分となるため、メッシュ電極の開口率をあまり大きくできない。このために成膜速度が制限され、またメッシュ電極への膜付着により成膜速度がさらに低下してしまうという問題もあった。また、特許文献2の方法ではプラズマが完全に電極近傍に閉じ込められるわけではなく、基板近傍にも弱いながらプラズマが発生してしまうため、膜中への不要物質の混入を完全には防ぐことができなかった。
However, in the method of
そこで我々は鋭意検討の結果、図11および図12に示すように、カソード電極3と基板4との間にアノード電極14を設け、複数の凹部23あるいは複数の排気孔18を備えたカソード電極3と、カソード電極3の凹部23あるいは排気孔18に対向する位置に貫通孔15を備えたアノード電極14とを近接して対向させ、凹部23あるいは排気孔18の内部にプラズマ2を安定に形成することにより、カソード電極3の近傍にのみプラズマ2を発生させ、基板4の近傍にはプラズマを発生させない状態が実現できることを見出した。図11はカソード電極3に凹部23を設けた場合、図12はカソード電極3に排気孔18を設けた場合についてそれぞれ示す。その結果、アノード電極3の作用によりプラズマ2を凹部23あるいは排気孔18の内部に局在させることが可能となり、膜中への不要物質の低減効果があることが明らかとなった。しかし、カソード電極3に設けた全ての凹部23あるいは全ての排気孔18の内部に再現性良く均一にプラズマを点灯させることが難しいという問題点が浮上した。同様の問題点については特許文献2でも取り上げられており、特許文献2ではスポット型凹部を相互に溝型凹部により連結することにより、解決しようとしている。このような溝型凹部を用いて凹部同士あるいは排気孔同士を連結する手段を適用した場合、凹部あるいは排気孔へのプラズマ点灯状態の均一性は若干改善されるが、完全に均一点灯させることは困難であった。
Therefore, as a result of intensive studies, as shown in FIGS. 11 and 12, the
本発明の目的は、複数の凹部または複数の排気孔を備えるカソード電極の近傍のみにプラズマを発生させ、基板近傍のプラズマ発生を抑制し、かつカソード電極の全ての凹部または全ての排気孔に均一にプラズマを生成させることが可能なプラズマ処理装置、およびそれを用いた薄膜の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to generate plasma only in the vicinity of a cathode electrode having a plurality of recesses or a plurality of exhaust holes, to suppress the generation of plasma in the vicinity of the substrate, and to be uniform in all the recesses or all the exhaust holes of the cathode electrode. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of generating plasma and a method of manufacturing a thin film using the same.
上記目的を達成するために、本発明は、内部を減圧に保持する真空排気装置を備えた真空容器内に、カソード電極と、該カソード電極に対向して基板を保持する基板保持機構と、該カソード電極と該基板保持機構との間にアノード電極とを備え、該カソード電極に電源が接続されたプラズマ処理装置であって、前記カソード電極は被成膜基板側に開口したプラズマ保持部と該プラズマ保持部を連結する連結部とからなり、前記アノード電極は前記カソード電極のプラズマ保持部に対向する位置に貫通孔が形成されており、前記カソード電極および/または前記アノード電極は両電極間の距離を増減する可動機構を有し、前記可動機構はプラズマ点火時にカソード電極とアノード電極との距離を広げ、プラズマ処理中はカソード電極とアノード電極を近接させて配置させる可動機構であるプラズマ処理装置を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cathode electrode, a substrate holding mechanism for holding a substrate facing the cathode electrode, and a substrate holding mechanism in a vacuum container equipped with an evacuation device that holds the inside at a reduced pressure. A plasma processing apparatus comprising an anode electrode between a cathode electrode and the substrate holding mechanism, wherein a power source is connected to the cathode electrode, wherein the cathode electrode has a plasma holding portion opened to a film formation substrate side and the plasma holding unit The anode electrode has a through hole formed at a position facing the plasma holding portion of the cathode electrode, and the cathode electrode and / or the anode electrode is between the two electrodes. distance have a movable mechanism to increase or decrease, the movable mechanism is spread distance between the cathode electrode and the anode electrode during plasma ignition, the plasma processing cathode electrode and an anode To provide a plasma processing apparatus which is a movable mechanism which is disposed in close proximity to pole.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記プラズマ保持部が被成膜基板側のみが開口した凹形状である、プラズマ処理装置を提供する。 Moreover, according to the preferable form of this invention, the said plasma holding | maintenance part provides the plasma processing apparatus which is the concave shape opened only to the film-forming substrate side.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記カソード電極が中空であり、前記プラズマ保持部が中空の部分に連通した筒状であり、前記真空排気装置が前記カソード電極の中空の部分に接続されている、プラズマ処理装置を提供する。 According to a preferred embodiment of the present invention, the cathode electrode is hollow, the plasma holding part is in a cylindrical shape communicating with the hollow part, and the vacuum exhaust device is connected to the hollow part of the cathode electrode. A plasma processing apparatus is provided.
また、本発明の好ましい形態によれば、前記いずれかのプラズマ処理装置の基板保持機構に被成膜基板を配置し、真空容器内にガスを導入して、前記カソード電極と前記アノード電極を遠ざけた状態でプラズマを点火した後、前記カソード電極と前記アノード電極を接近させる、薄膜の製造方法を提供する。 Further, according to a preferred embodiment of the present invention, a deposition target substrate is disposed on the substrate holding mechanism of any of the plasma processing apparatuses, and a gas is introduced into a vacuum vessel to keep the cathode electrode and the anode electrode away from each other. A method for producing a thin film is provided in which the cathode electrode and the anode electrode are brought close to each other after the plasma is ignited in a heated state.
本発明によれば、以下に説明するとおり、カソード電極近傍にのみプラズマを発生させ基板近傍でのプラズマ発生を抑制することにより膜中への不要物質の混入を防止し、またカソード電極面内で安定かつ均一にプラズマを生成可能であるため均一性に優れた薄膜を形成することができるプラズマ処理装置および薄膜の製造方法を得ることができる。 According to the present invention, as described below, plasma is generated only in the vicinity of the cathode electrode to suppress the generation of plasma in the vicinity of the substrate, thereby preventing unwanted substances from being mixed into the film. Since plasma can be generated stably and uniformly, a plasma processing apparatus and a thin film manufacturing method capable of forming a thin film with excellent uniformity can be obtained.
以下、本発明の最良の実施形態の例を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, examples of the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明のプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。本発明のプラズマ処理装置は、真空容器1の内部に、プラズマ2を発生させるためのカソード電極3と、カソード電極3に対向して基板4を保持するための基板保持機構5を備える。真空容器1には真空排気装置6が接続されており、真空容器1の内部を減圧に保持することができる。ガス供給管7から供給される原料ガスは、カソード電極3に設けたガス供給口8から真空容器1の内部へ供給される。カソード電極3は絶縁物9により真空容器1とは電気的に絶縁して固定されている。カソード電極3には電源10が電気的に接続されており、電源10によってカソード電極3に供給される電力により、プラズマ2を発生させる。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the plasma processing apparatus of the present invention. The plasma processing apparatus of the present invention includes a
カソード電極3と基板保持機構5との間には、アノード電極14を備える。カソード電極3には基板4側に開口したプラズマ保持部13が形成され、またアノード電極14にはカソード電極3のプラズマ保持部13に相対する位置に貫通孔15が形成されている。プラズマ保持部13はアノード電極14の貫通孔15とで形成される空間内(以降単に「プラズマ保持部内」と記す)にプラズマ2を生成及び保持する役割を持つ。プラズマ処理中はカソード電極3とアノード電極14を接近させて配置することで、プラズマ2をプラズマ保持部内に入り込ませた状態で局在させることができる。すなわち、カソード電極3近傍にのみプラズマ2を発生させ、基板4近傍でのプラズマ発生を抑制することが可能となる。しかし、カソード電極3とアノード電極14を接近させて配置した場合、プラズマ点火時に全てのプラズマ保持部内に均一にプラズマ2を生成することが難しいという問題が生じる。そこで本発明では、プラズマ点火時にカソード電極3とアノード電極14との間の距離を変化させることにより、この問題を解決する。すなわち、プラズマ点火時にはカソード電極3とアノード電極14との間の距離を広げた状態として、カソード電極3とアノード電極14との間に単一のプラズマを生成し、その後カソード電極3とアノード電極14とを近接させることで、全てのプラズマ保持部内にプラズマ2が入り込んでいき、最終的にプラズマ2は各プラズマ保持部内に分散された状態で保持される。
An
基板保持機構5にはヒーターなどの基板加熱機構11を備えていてもよい。また、カソード電極3の側面にはカソード電極と1mm程度の空間を挟んでアースシールド12を設けることが好ましい。アースシールド12を設けることにより、カソード電極3の側面での不要なプラズマ生成を防ぐことができる。電源10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してよく、高周波電源を用いる場合の周波数も任意のものを選択して構わないが、VHF帯の高周波電源を用いると低電子温度かつ高密度のプラズマを生成しやすいため好適である。また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。
The
図1は、カソード電極3が平板状の導体からなり、プラズマ保持部がカソード電極3に設けた複数の貫通穴により形成される場合の例を示すものである。図2は、前記カソード電極3の一例を示す平面図である。図2に示すように、前記カソード電極3は、基板4側に開口したプラズマ保持部13と、プラズマ保持部13を連結する連結部21とからなる。プラズマ保持部13の開口形状は図2のような円形の他、楕円形、正方形、長方形、渦巻き型など、任意の形状で構わない。またプラズマ保持部13は図1の場合基板4側に開口を持つ貫通孔からなるが、被成膜基板側に開口を備えるものであればこのような形状に限定されるものではない。また、連結部21はカソード電極3の基板4側におけるプラズマ保持部13以外の部分である。
FIG. 1 shows an example in which the
また、本発明においては、図3に示すように前記プラズマ保持部13は被成膜基板側のみが開口した凹形状であることが好ましい。このような形状にすることで、カソード電極3における被成膜基板とは反対側での不要なプラズマ生成が防止でき、また前記プラズマ保持部内での安定なプラズマの生成状態の保持が可能となる。プラズマ保持部13の形状は加工のしやすさおよび放電安定生成の観点から断面形状が円形である円筒状凹部が好ましいが、プラズマ保持部13の断面形状が三角形や四角形などの多角形、楕円形状や星型など、任意の形状であっても構わない。また、プラズマ保持部13の断面形状がプラズマ保持部13の深さ方向で異なっていても構わない。プラズマ保持部13の寸法については任意のものを選ぶことができるが、例えばプラズマ保持部13の形状が円筒状の場合、プラズマ保持部13の内径は好ましくは2mm以上30mm以下、より好ましくは5mm以上20mm以下がよい。プラズマ保持部内にプラズマ2を安定かつ均一に生成するという観点から、プラズマ保持部13の内径が小さすぎるとプラズマ2がプラズマ保持部内に入り込まないため好ましくなく、またプラズマ保持部13の内径が大きすぎるとプラズマ保持部13の内部でプラズマ2を均一に生成することが難しくなるため好ましくない。また、プラズマ保持部13の深さについては浅すぎるとプラズマ保持部内にプラズマ2が入り込まず、また深すぎると電極サイズが大きくなりすぎてしまうため、好ましくは5mm以上30mm以下、より好ましくは10mm以上20mm以下がよい。プラズマ保持部13の配置についても任意の並べ方を選択できるが、プラズマ2をカソード電極3の面内で均一に生成できるという観点から、プラズマ保持部13を図2に示すような正方形格子状あるいは図示はしないが正三角形格子状に均等に配置することが好ましい。また、プラズマ2のカソード電極3面内における均一性を調整するためにプラズマ保持部13の配置を意図的に不均一にすることもなんら差し支えない。
Further, in the present invention, as shown in FIG. 3, it is preferable that the
前記カソード電極3と前記基板保持機構5との間には、アノード電極14を備える。アノード電極14は電気的に接地電位とすることが好ましい。アノード電極14の厚さとしては薄すぎると使用中に反りが発生したりプラズマの局在化が不十分になったりするため好ましくなく、また厚すぎるとプラズマ処理に必要な活性種が十分基板へ供給されないため好ましくない。よって、アノード電極14の厚さは3mm以上15mm以下、好ましくは5mm以上10mm以下がよい。アノード電極14はカソード電極3および基板保持機構5とは略平行に配置する。また、アノード電極14にはカソード電極3のプラズマ保持部13に相対する位置に貫通孔15が形成されている。アノード電極14に形成された貫通孔15の断面形状は、カソード電極3のプラズマ保持部13の断面形状と同じで構わないが、異なっていてもよい。また、アノード電極14の厚さ方向において貫通孔15の断面形状が同一でも、また変化していても構わない。本発明におけるプラズマ処理装置では、プラズマ処理中はカソード電極3とアノード電極14を接近させて配置することで、プラズマ保持部内に発生したプラズマ2を局在させることができる。このときアノード電極14を接地電位としておけば、カソード電極3からの高周波電界はアノード電極14によりシールドされるため、アノード電極14と基板3との間の空間にプラズマ2を生成させないことが可能となり、好ましい。
An
しかし、カソード電極3とアノード電極14を近接させて配置した場合、その状態でプラズマを点火しようとすると全てのプラズマ保持部内に均一にプラズマ2を生成することが困難であり、一部のプラズマ保持部内にプラズマ2が発生しなかったり、位置によってプラズマ2の発光強度が異なったりしてしまう。そこで本発明におけるプラズマ処理装置では、カソード電極3と前記アノード電極14との間の距離を変化させるためのアノード電極位置可変機構16を備えることを特徴とする。アノード電極位置可変機構16としては、アノード電極14の位置をカソード電極3と基板4との間で移動させることができるものであれば本発明に適用することができるが、例えば図1に示すように、ベローズを用いた直線導入機構の軸にアノード電極14を固定し、図示しないエアシリンダやボールネジを用いた直線運動機構などを用いて駆動し、アノード電極14の位置を変化させるものなどをあげることができる。このようなアノード電極位置可変機構16を備えていると、次に述べる方法でプラズマの均一生成が実現できる。
However, when the
プラズマを全てのプラズマ保持部内において均一な生成状態とするためには、まずアノード電極14を図1の装置の場合、図4に示すようにカソード電極3から遠ざけてカソード電極3とアノード電極14との間の距離を広げる(図3、図6、図8の装置の場合は、図1の装置の場合の図4に当たるのは、それぞれ、図5、図7、図9である。以降の説明についても同じ)。このとき、プラズマ点火時におけるアノード電極14とカソード電極3との距離は5mm以上、好ましくは10mm以上離すことがプラズマ均一点火の点から好ましい。カソード電極3とアノード電極14とを離した状態でプラズマを生成すると、プラズマはカソード電極3とアノード電極14との間の空間で単一の連結された状態となる。プラズマが個々に分断された状態ではないため、プラズマは自律的に均一化された状態で生成される。その後、アノード位置可変機構16を作動させて、図1のようにカソード電極3とアノード電極14との間の距離を近接させる。このときのカソード電極3とアノード電極14との間の距離は、0.5mm以上3mm以下、より好ましくは0.7mm以上2mm以下であることが、プラズマをプラズマ保持部内(カソード電極3のプラズマ保持部13とアノード電極14の貫通孔15とで形成される空間)に局在化させるという観点から好ましい。なお、アノード電極14を可動状態においても確実に電気的に接地された状態を保つために、真空容器壁面等の固定接地電位面とアノード電極を電気的に接続する可撓性接地部材17により接続すれば、より好ましい。
In order to make the plasma uniform in all plasma holding portions, first, in the case of the apparatus of FIG. 1, the
図6は本発明におけるプラズマ処理装置の別の一例を示す概略断面図である。カソード電極3は中空であり、この中空空間により排気室19を形成している。また、前記プラズマ保持部13は排気室19に連通した筒状である。さらに、前記真空排気装置6はカソード電極3の中空の部分、すなわち排気室19に接続されている。このとき、プラズマ保持部13の形状は加工のしやすさおよび放電安定生成の観点から断面形状が円形である円筒状が好ましいが、プラズマ保持部13の断面形状が三角形や四角形などの多角形、楕円形状や星型など、任意の形状であっても構わない。また、プラズマ保持部13の断面形状がプラズマ保持部13の深さ方向で異なっていても構わない。プラズマ保持部13の寸法については任意のものを選ぶことができるが、例えばプラズマ保持部13の形状が円筒状の場合、プラズマ保持部13の内径は好ましくは2mm以上30mm以下、より好ましくは5mm以上20mm以下がよい。プラズマ保持部内にプラズマ2を安定かつ均一に生成するという観点から、プラズマ保持部13の内径が小さすぎるとプラズマ2がプラズマ保持部内に入り込まないため好ましくない。また、プラズマ保持部13の内径が小さすぎると排気コンダクタンスが小さくなってカソード電極2からの排気能力が低下してしまうため、好ましくない。また、プラズマ保持部13の内径が大きすぎるとカソード電極3の面内でプラズマ2を均一に生成することが難しくなるため好ましくない。プラズマ保持部13の深さについては、浅すぎると排気室19の内部までプラズマ2が入り込み、排気室19内部の壁面が汚れたり、電源10から投入した電力の損失が増えたりするため好ましくない。またプラズマ保持部13の深さが深すぎると、プラズマ保持部13の排気コンダクタンスが小さくなり排気能力が低下したり、カソード電極3のサイズが大きくなりすぎたりするため好ましくない。よって、プラズマ保持部13の深さは好ましくは8mm以上40mm以下、より好ましくは13mm以上30mm以下がよい。プラズマ保持部13の配置については任意の並べ方を選択できるが、プラズマ2をカソード電極3の面内で均一に生成できるという観点から、プラズマ保持部13を正方形格子状あるいは正三角形格子状に均等に配置することが好ましい。また、プラズマ2のカソード電極3における面内均一性を調整するためにプラズマ保持部13の配置を意図的に不均一にすることもなんら差し支えない。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another example of the plasma processing apparatus in the present invention. The
カソード電極3にプラズマ保持部13を形成し、プラズマ保持部内(カソード電極3のプラズマ保持部13とアノード電極14の貫通孔15とで形成される空間)にプラズマ2を形成することにより、プラズマ内で発生した不用物質をプラズマ保持部13へ向かう排気流れにより速やかに真空容器1内から排出可能であるということは、不要物質の膜中への混入防止の観点から好ましい構成である。
The
図6に示すプラズマ処理装置においても、カソード電極3とアノード電極14との間の距離を変化させるためのアノード電極位置可変機構16を備える。アノード電極位置可変機構16により、次に述べる方法でプラズマの均一生成の実現が可能となる。プラズマ2を全ての貫通孔15において均一に生成するためには、まずアノード電極14を図7に示すようにカソード電極3から遠ざけてカソード電3とアノード電極14との間の距離を広げる。プラズマ点火時におけるアノード電極14とカソード電極3との距離は5mm以上、好ましくは10mm以上離すことがプラズマ均一点火の点から好ましい。カソード電極3とアノード電極14とを離した状態でプラズマを生成すると、プラズマ2はカソード電極3とアノード電極14との間の空間で単一の連結された状態となる。プラズマ2が個々に分断された状態ではないため、プラズマ2は自律的に均一化された状態で生成される。その後、アノード位置可変機構16を作動させて、図6のようにカソード電極3とアノード電極14との間の距離を近接させる。このときのカソード電極3とアノード電極14との間の距離は、0.5mm以上3mm以下、より好ましくは0.7mm以上2mm以下であることが、プラズマ2をカソード電極3のプラズマ保持部内に局在化させるという観点から好ましい。なお、アノード電極14を可動状態においても確実に電気的に接地された状態を保つために、真空容器1の壁面等の固定接地電位面とアノード電極14を電気的に接続する可撓性接地部材17により接続すれば、より好ましい。
The plasma processing apparatus shown in FIG. 6 also includes an anode electrode
図8および図9は本発明のプラズマ処理装置におけるアノード電極位置可変機構16の他の一例を示す概略断面図である。図1および図3〜7における電極位置可変機構16はカソード電極3の方向からアノード電極14を支持する構造であったが、例えば図8に示すように基板4の方向からアノード電極14を支持する構造であってもよい。図8はカソード電極3とアノード電極14とを接近させたとき、また図9はカソード電極3とアノード電極14を遠ざけたときの状態を示す。なお、電極位置可変機構16はこのような構成に限ったものではない。
8 and 9 are schematic sectional views showing another example of the anode electrode
本発明は、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に適用することが可能であるが、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活用できる。しかし、特にプラズマCVD装置に適用することが好適である。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が難しく気相中での活性種の結合反応が生じて、微粒子などの不要物質が発生しやすい。このような状況下では、本発明のようにカソード電極近傍にのみプラズマを発生させ基板近傍でのプラズマ発生を抑制することにより不要物質の膜中への混入を防ぐ効果が顕著に現れてくると考えられる。 The present invention can be applied to an apparatus that performs various plasma treatments such as film formation, etching, and surface treatment. However, it is particularly effective in a process in which unnecessary by-products are formed during the treatment. For example, in dry etching using a halogen gas, there is a film peeling during processing or generation of particles due to deterioration of internal structures, which adversely affects the process. However, it is particularly suitable to apply to a plasma CVD apparatus. In plasma CVD, it is difficult to limit the reaction of active species generated in the plasma to only the film-forming surface, and a binding reaction of active species in the gas phase occurs, and unnecessary substances such as fine particles are likely to be generated. Under such circumstances, when the plasma is generated only in the vicinity of the cathode electrode and the generation of the plasma in the vicinity of the substrate is suppressed as in the present invention, the effect of preventing the mixing of unnecessary substances into the film becomes prominent. Conceivable.
(実施例1)
次に、上で述べたプラズマ処理装置をプラズマCVDによるアモルファスシリコン薄膜の形成に適用した場合について説明する。
Example 1
Next, the case where the plasma processing apparatus described above is applied to the formation of an amorphous silicon thin film by plasma CVD will be described.
図3および図5に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数のプラズマ保持部13を設けたカソード電極3において、プラズマ保持部13の形状を円筒状凹部とし、プラズマ保持部13の内径を10mm、深さを15mmとした。厚さ10mmのアノード電極14を用い、アノード電極14の表面におけるカソード電極3の複数のプラズマ保持部13に対向する位置に貫通孔15を設けた。貫通孔15の内径は10mmとした。基板4としてガラス基板を基板保持機構5に設置し、カソード電極3と基板4表面との間の距離を45mmとした。原料ガスとしてシランガス30sccmをガス供給管7を通じてカソード電極3に設けたガス供給口8から真空容器1の内部へ供給し、真空容器1内部の圧力を30Paに調節した。電源10は周波数60MHzの高周波電源を用いた。まず、図2のようにアノード電極位置可変機構16を用いてカソード電極3とアノード電極14との間隔を広げ、間隔を30mmに設定した。カソード電極3に50Wの電力を供給したところ、プラズマ2がカソード電極3とアノード電極14の間の空間に形成された。その後、アノード電極位置可変機構16を用いてカソード電極3とアノード電極14との間隔を狭め、間隔を1mmに設定した。このとき、プラズマ2はカソード電極3のプラズマ保持部13とアノード電極14の貫通孔15とで形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で存在するように変化し、全てのプラズマ保持部内において均一かつ安定にプラズマ2を発生させることができた。
(実施例2)
図6および図7に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数のプラズマ保持部13を設けたカソード電極3において、カソード電極3の内部に中空の排気室19を設け、プラズマ保持部13の形状を排気室19に連通した円筒状とし、プラズマ保持部13の内径を10mm、深さを15mmとした。厚さ10mmのアノード電極14を用い、アノード電極14の表面におけるカソード電極3の複数のプラズマ保持部13に対向する位置に貫通孔15を設けた。貫通孔15の内径は10mmとした。基板4としてガラス基板を基板保持機構5に設置し、カソード電極3と基板4との間の距離を45mmとした。原料ガスとしてシランガス30sccmをガス供給管7を通じてカソード電極3に設けたガス供給口8から真空容器1の内部へ供給し、真空容器1内部の圧力を30Paに調節した。電源10は周波数60MHzの高周波電源を用いた。まず、図2のようにアノード電極位置可変機構16を用いてカソード電極3とアノード電極14との間隔を広げ、間隔を30mmに設定した。カソード電極3に50Wの電力を供給したところ、プラズマがカソード電極3とアノード電極14の間の空間に形成された。その後、アノード電極位置可変機構16を用いてカソード電極3とアノード電極14との間隔を狭め、間隔を1mmに設定した。このとき、プラズマ2はカソード電極3のプラズマ保持部13とアノード電極14の貫通孔15との間に挟まれて形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で存在するように変化し、全てのプラズマ保持部内において均一かつ安定にプラズマを発生させることができた。
(比較例)
図11に示す装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を形成した。複数の凹部23を設けたカソード電極3において、凹部23の形状を円筒状とし、凹部23の内径を10mm、深さを15mmとした。厚さ10mmのアノード電極14を用い、アノード電極14の表面におけるカソード電極3の複数の凹部23に対向する位置に貫通孔15を設けた。アノード電極14の貫通孔15の内径は10mmとした。基板4としてガラス基板を基板保持機構5に設置し、カソード電極3と基板4との間の距離を45mmとした。原料ガスとしてシランガス30sccmをガス供給管7を通じてカソード電極3に設けたガス供給口8から真空容器1の内部へ供給し、真空容器1内部の圧力を30Paに調節した。電源10は周波数60MHzの高周波電源を用いた。カソード電極3とアノード電極14との間隔は1mmで固定である。カソード電極3に50Wの電力を供給したところ、プラズマはカソード電極3の凹部23とアノード電極14の貫通孔15との間に挟まれて形成される多数の独立した空間に入り込んで分散した状態で発生した。しかし、一部の貫通孔15においてプラズマが点灯していなかった。電力を変化させたり圧力を変化させたりするなどの変動を与えてみたが、最終的に圧力30Pa、電力50Wに戻したとき、全ての凹部23および貫通孔15で均一にプラズマを形成することはできなかった。
An amorphous silicon thin film was formed using the apparatus shown in FIGS. In the
(Example 2)
An amorphous silicon thin film was formed using the apparatus shown in FIGS. In the
(Comparative example)
An amorphous silicon thin film was formed using the apparatus shown in FIG. In the
本発明は、プラズマ処理装置のうちのプラズマCVD装置に限られるものではなく、プラズマエッチング装置やプラズマ表面改質装置などその他の装置にも応用することができるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。
The present invention is not limited to the plasma CVD apparatus among the plasma processing apparatuses, but can be applied to other apparatuses such as a plasma etching apparatus and a plasma surface modification apparatus, but the application range is limited thereto. It is not a thing.
1 真空容器
2 プラズマ
3 カソード電極
4 基板
5 基板保持機構
6 真空排気装置
7 ガス供給管
8 ガス供給口
9 絶縁物
10 電源
11 基板加熱機構
12 アースシールド
13 プラズマ保持部
14 アノード電極
15 貫通孔
16 アノード電極位置可変機構
17 可撓性接地部材
18 排気孔
19 排気室
20 排気配管
21 連結部
22 接地電極
23 凹部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記カソード電極は被成膜基板側に開口したプラズマ保持部と該プラズマ保持部を連結する連結部とからなり、前記アノード電極は前記カソード電極のプラズマ保持部に対向する位置に貫通孔が形成されており、前記カソード電極および/または前記アノード電極は両電極間の距離を増減する可動機構を有し、前記可動機構はプラズマ点火時にカソード電極とアノード電極との距離を広げ、プラズマ処理中はカソード電極とアノード電極を近接させて配置させる可動機構である前記プラズマ処理装置。 Inside a vacuum vessel equipped with a vacuum exhaust device that holds the inside at a reduced pressure, a cathode electrode, a substrate holding mechanism that holds the substrate facing the cathode electrode, and an anode between the cathode electrode and the substrate holding mechanism And a plasma processing apparatus having a power source connected to the cathode electrode,
The cathode electrode includes a plasma holding portion opened to the film formation substrate side and a connecting portion for connecting the plasma holding portion, and the anode electrode has a through hole formed at a position facing the plasma holding portion of the cathode electrode. and said cathode electrode and / or the anode electrode have a moving mechanism for increasing or decreasing the distance between the electrodes, wherein the movable mechanism is spread distance between the cathode electrode and the anode electrode during plasma ignition, the plasma processing cathode The said plasma processing apparatus which is a movable mechanism which arrange | positions an electrode and an anode electrode closely .
前記真空排気装置が前記カソード電極の中空の部分に接続されている
請求項1に記載のプラズマ処理装置。 The cathode electrode is hollow, and the plasma holding part is in a cylindrical shape communicating with a hollow part,
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the vacuum exhaust apparatus is connected to a hollow portion of the cathode electrode.
A plasma deposition substrate is disposed in the substrate holding mechanism of the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3 and gas is introduced into a vacuum vessel so that the cathode electrode and the anode electrode are separated from each other. After igniting, the cathode electrode and the anode electrode are brought close to each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010184700A JP5585294B2 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010184700A JP5585294B2 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012044023A JP2012044023A (en) | 2012-03-01 |
JP5585294B2 true JP5585294B2 (en) | 2014-09-10 |
Family
ID=45899981
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010184700A Expired - Fee Related JP5585294B2 (en) | 2010-08-20 | 2010-08-20 | Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5585294B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9144858B2 (en) * | 2011-11-18 | 2015-09-29 | Recarbon Inc. | Plasma generating system having movable electrodes |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63175427A (en) * | 1987-01-16 | 1988-07-19 | Nec Corp | Dry etching apparatus |
JPH04297578A (en) * | 1991-03-26 | 1992-10-21 | Shimadzu Corp | Plasma treating device |
JP4859472B2 (en) * | 2006-02-08 | 2012-01-25 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Plasma process equipment |
-
2010
- 2010-08-20 JP JP2010184700A patent/JP5585294B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012044023A (en) | 2012-03-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8518284B2 (en) | Plasma treatment apparatus and method for plasma-assisted treatment of substrates | |
JP5589839B2 (en) | Plasma processing apparatus and method for producing amorphous silicon thin film using the same | |
JP4212210B2 (en) | Surface treatment equipment | |
US8097082B2 (en) | Nonplanar faceplate for a plasma processing chamber | |
KR101839414B1 (en) | Plasma processing apparatus and plasma control method | |
US20100024729A1 (en) | Methods and apparatuses for uniform plasma generation and uniform thin film deposition | |
JP4292002B2 (en) | Plasma processing equipment | |
KR101496841B1 (en) | Compound plasma reactor | |
JP2006120926A (en) | Plasma processing equipment | |
JP5089669B2 (en) | Thin film forming equipment | |
JP4212215B2 (en) | Surface treatment equipment | |
WO2011104803A1 (en) | Plasma generator | |
JP5614180B2 (en) | Plasma CVD equipment | |
JP5585294B2 (en) | Plasma processing apparatus and thin film manufacturing method using the same | |
JP5030850B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JP5329796B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JP2008248281A (en) | Plasma generator and thin film deposition apparatus using the same | |
JP3144165B2 (en) | Thin film generator | |
JP4194466B2 (en) | Plasma process apparatus and electronic device manufacturing method using the same | |
KR101775361B1 (en) | Plasma process apparatus | |
CN210469844U (en) | Electrode assembly and plasma generator using the same | |
JP5691740B2 (en) | Plasma processing equipment | |
JP2005353636A (en) | Plasma processing apparatus | |
KR20120025656A (en) | Apparatus for generation plasma | |
JP2011222991A (en) | Plasma cvd device and thin-film substrate manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130611 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140128 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140131 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140307 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140624 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140707 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5585294 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |