プラズマＣＶＤ方法及びその装置
【課題】大気圧プラズマＣＶＤでは、成膜レートがプラズマギャップ（電極−成膜用基板間距離）に非常に敏感である。１ｍ角を越える大型基板に大気圧プラズマＣＶＤで薄膜を形成する場合、基板のうねり等のために電極−成膜用基板間距離が変動すると、成膜レート、膜厚が変動し、それによって太陽電池の出力が変動するしてしまう。
【解決手段】
大気圧プラズマＣＶＤ装置において、ガス供給手段で電極とテーブルとの間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら電極とテーブルとの間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極をテーブル手段に沿って移動させている間に電極とテーブルとの両方を制御して電極とテーブルとの間隔を制御することにより、基板にうねりがあっても基板上に均一な膜厚の薄膜を形成できるようにした。
【解決手段】
大気圧プラズマＣＶＤ装置において、ガス供給手段で電極とテーブルとの間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら電極とテーブルとの間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極をテーブル手段に沿って移動させている間に電極とテーブルとの両方を制御して電極とテーブルとの間隔を制御することにより、基板にうねりがあっても基板上に均一な膜厚の薄膜を形成できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ化学気相成長法を用いた成膜方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜Ｓｉ太陽電池や液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）用の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）パネル等は１ｍ四方を越えるような大型のガラス基板を用いて製造される。薄膜Ｓｉ太陽電池は、メタル膜、Ｓｉ膜等を形成する成膜工程、セルパターン形成工程の一連工程の繰り返しにより作製される。また、ＬＣＤ−ＴＦＴパネルは成膜、所望の形状に加工するためのレジストパターンを形成する露光工程、形成されたレジストパターンに基づいて不要な膜を除去するエッチング工程、エッチング後に残ったレジストを除去する剥離工程の一連工程の繰り返しにより作製される。各工程を基板１枚が通過する時間は、薄膜Ｓｉ太陽電池やＬＣＤ−ＴＦＴパネルの製造コストに大きく影響する。
【０００３】
薄膜Ｓｉ太陽電池やＬＣＤ−ＴＦＴパネルの製造で用いられる成膜方法の一つにプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＰＥＣＶＤプロセスでは、反応容器内部を真空に排気した後、所望のガスを導入して、基板とほぼ同寸法の平行平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、成膜を行う。
【０００４】
ところで、大型基板を扱うＰＥＣＶＤ装置では反応容器の容量が大きいため、小排気量の真空ポンプでは排気に長時間を要し、タクトタイムが長くなる。一方、大排気量の真空ポンプを用いて排気時間を短縮することは可能であるが、小排気量の真空ポンプを使った場合に比べて、装置価格やメンテナンス費用が増加する。すなわち、大型基板を処理するＰＥＣＶＤ装置では、タクトタイム短縮と装置価格やメンテナンス費用の低減がトレードオフの関係になる。
【０００５】
この課題を解決するため、処理圧力を大気圧まで高めた大気圧プラズマＣＶＤプロセスが提案されている。特許文献１には、大気圧プラズマＣＶＤによりＳｉ膜のエピタキシャル成長を従来の方法よりも低温かつ高速で実現するための方法が開示されている。また、非特許文献１では、大気圧プラズマＣＶＤにより微結晶Ｓｉ成膜を従来法よりも低温かつ高速で実現するための方法が開示されている。
【０００６】
大気圧下でのプロセスとすることの効果は、真空ポンプに要するコストを圧縮できることである。また、大気圧プロセスとすることで従来のプロセスに比べて桁違いに多いラジカルを発生させることができるため、高速プロセスが期待される。すなわち、大気圧プラズマＣＶＤを用いることで上記トレードオフを解消できる。
【０００７】
大気圧プラズマにはダイレクト型とリモート型と呼ばれる２種類の発生方式がある。特許文献２には、上記２つの大気圧プラズマの発生方式が開示されている。ダイレクト型は狭い間隔で２枚の平行平板電極を対向させ、電極間に電力を印加してプラズマを発生させてプロセスを行うものである。基板は一方の電極上に載置される。リモート型は２枚の平行平板電極を基板表面と垂直な面内で対向させ、この電極間に電力を印加してプラズマを発生させる。プロセスガスが電極に平行な面内で流れることによって、その下流側に設置された基板表面へプラズマまたはラジカル種を輸送してプロセスを行うものである。
【０００８】
大気圧プラズマは電子の平均自由行程が小さいため、電極間隔は従来の低圧プラズマに比べて非常に小さくなる。そのため、リモート型は特に顕著であるが、長尺電極を用いて基板の幅と同等の長さのライン状プラズマを発生させ、基板の長さ方向に走査することにより、大型基板の処理を可能にしている。ダイレクト型においても、大気圧下で大面積かつ均一なプラズマを発生させることは困難であるため、ライン状プラズマを走査することが一般的に行われている。
【０００９】
基板の表面を平坦にする方法は、特許文献３に開示がある。Ｓｉ基板の平坦度を維持するため、多数の面要素で構成されたステージ上に載置される。各面要素はアクチュエータでそれぞれ独立に上下させることが可能となっており、基板裏面に異物が付着している場合は、その部分の面要素を加工させることによって平坦度を保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１２９００９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１５７３１号公報
【特許文献３】特開平８−３２１４５７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｈｉｒｏａｋｉ Ｋａｋｉｕｃｈｉ，他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． １０４， ０５３５２２ （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記非特許文献１に開示された技術によれば、大気圧プラズマＣＶＤでは低温、かつ高速で微結晶Ｓｉ成膜を実現できるものの、成膜レートはプラズマギャップ（電極−成膜用基板間距離）に非常に敏感であることが示されている。非特許文献１に開示された図によれば、プラズマギャップが０．５ｍｍから２５μｍ増加または減少すると、成膜レートは±１０％の変動が生じる。
【００１３】
太陽電池用のガラス基板は、一般に一辺の長さが１ｍを越える大きな基板を用いる。このような大型基板を用いる場合、いかに電極間隔の調整を正確に行ったとしても、電極表面、ガラス基板表面、基板ステージ表面の傾き、うねり、表面粗さによりプラズマギャップが変動する。特に、電極表面とそれに対向して設置された基板ステージ及びガラス基板表面の傾きとうねりは、１００μｍ以上となり、無視できない。
上述の成膜レートの変動により、成膜後の膜厚も変動する。例えば平均的なプラズマギャップが０．５ｍｍで、基板の平均面に対して±２５μｍの凹凸があると、成膜後の膜厚は平均値に対して±１０％の変動が生じると推定される。
【００１４】
このようにして作製した微結晶Ｓｉ膜を、例えば太陽電池として応用した場合、ガラス基板の場所によって±１０％の膜厚むらが生じる。膜厚が薄い場合、光が十分吸収されず、得られる電流値が小さくなる。そのため、太陽電池パネルとして、出力が不足して仕様を満たさない場合がある。
【００１５】
特許文献３に示された基板平坦度の維持方法は、露光工程においてステップアンドリピートで回路パターンを高精度に焼き付けるためのものである。この方式は、光学系の焦点深度が極めて浅いため、１ショットの露光領域内でのフォーカスずれが生じないように、基板面を極めて平坦にすることを目的としている。そのため、ライン状プラズマを走査して１ｍ四方を超えるような大面積基板に均一な膜厚で成膜をする場合には適さない。なぜならば、基板面を平坦にすることだけではなく、電極の基板との対向面のうねり等を考慮する必要があるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明では、プラズマＣＶＤ装置を、試料である基板を載置するテーブル手段と、テーブル手段と対向して配置された多孔質電極を有する電極手段と、電極手段をテーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、電極手段の多孔質電極からテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、電極手段とテーブル手段との間隔を制御する制御手段とを備えて構成し、制御手段は、ガス供給手段で電極手段の多孔質電極からテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら高周波電力印加手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極手段と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極手段をテーブル手段に沿って移動させている間に電極手段とテーブル手段との間隔を制御するようにした。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明では、プラズマＣＶＤ装置を、試料である基板を載置するテーブル手段と、テーブル手段と対向して配置された電極手段と、電極手段をテーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、電極手段とテーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、電極手段とテーブル手段との間に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、電極手段とテーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えて構成し、制御手段は、ガス供給手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給して高周波電力印加手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極手段と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極手段をテーブル手段に沿って移動させている間に電極手段とテーブル手段との両方を制御して電極手段とテーブル手段との間隔を制御するようにした。
【００１８】
さらに、上記課題を解決するために、本発明では、テーブルに載置された基板とテーブルと対向して配置された電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でＣＶＤ原料ガスを供給してテーブルと電極との間に高周波電力を印加させてテーブルと電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でプラズマを発生させた状態で電極をテーブルに沿って移動させることにより基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ方法において、テーブルと電極との間にプラズマを発生させた状態で電極を前記テーブルに沿って移動させている間にテーブルに載置された基板の表面に対する電極の高さと傾きとを調整してテーブルと電極との間隔を一定に維持しながら基板上に薄膜を形成するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、基板−電極間距離を一定に維持しながら大気圧プラズマＣＶＤにより成膜することにより、膜厚変動を抑制して均一な膜厚の薄膜を形成することができるようになった。これにより、薄膜Ｓｉ太陽電池パネル内の出力ばらつきを抑制することができ、出力が不十分な太陽電池パネルの作りこみを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の電極とステージ及びリニアガイドとの関係を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例における電極構造体とギャップセンサとの関係を示す側面の断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１におけるステージの平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＣ−Ｃ断面の矢視図である。
【図４】本発明の実施例１の処理の流れを示すフロー図である。
【図５】基板のうねりの形状を説明する基板の断面図である。
【図６】本発明の実施例１における基板−電極間距離の調整方法の処理の流れを示すフロー図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体の正面の断面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体の下面の平面図である。
【図８】本発明の実施例１における基板面高さの調整をする前の状態を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図９】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図１０】本発明の実施例１における基板面高さの測定手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【図１１】本発明の実施例１における基板面高さの調整を行った後の状態を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図１２】本発明の実施例１における基板と電極とを相対的に移動させる手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置本体の概略構成を示すブロック図である。
【図１４Ａ】本発明の実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置の電極とステージ及びリニアガイドとの関係を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＣ−Ｃ断面矢視図である。
【図１５Ａ】本発明の実施例２における電極面及び基板面高さの調整を行う前の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施例２における電極面高さの調整を行った後の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施例２における電極面と基板面との高さの調整を行った後の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施例２における基板と電極とを相対的に移動させる手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤによる成膜装置の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
第１の実施例に係るダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤ装置の構成を、図１に示す。図１において、１００は大気圧プラズマＣＶＤ装置本体で、電極構造物３、ガラス基板６を載置するためのステージ７、装置フレーム２０、電極構造物３の移動を案内するリニアガイド２１、２２、電極構造物３を支持してリニアガイド２１及び２２の固定子２１−１，２２−１に沿って移動可能であり、かつ電極構造物３の高さや傾きを調整する支持部２４−１及び２４−２、電極構造物３とガラス基板６とのギャップを検出するギャップセンサ３１−３７を備えて構成されている。２６は成膜チャンバーで大気圧プラズマＣＶＤ装置本体１００を覆っている。
【００２３】
１５０は制御手段で、電極構造物３を駆動するテーブル駆動手段１５１、電極構造物３の高さと傾きとを制御する支持部２３及び２４を駆動する傾き調整手段１５２、ギャップセンサ３１−３７を制御するギャップセンサコントローラ１５３、ステージ７に載置されたガラス基板６を突き上げる突き上げピンを駆動する突き上げピン駆動手段１５４、ステージ７に載置されたガラス基板６を真空吸着するための真空排気を制御する真空排気制御部１５５、ガス供給部１５６から電極構造物３の内部に供給されるガスの流量や圧力を調整するための流量調整バルブ１５８を制御するガス供給制御手段１５７、高周波電力印加手段２７をそれぞれ制御する。
【００２４】
また、制御手段１５０の内部には、演算部１５０−１、記憶部１５０−２、制御部１５０−３が含まれている。
【００２５】
電極構造物３及び電極構造物３の高さや傾きを調整する支持部２３と２４の詳細な構成を図２Ａに示す。
【００２６】
電極構造物３は、多孔質電極２と多孔質電極支持体１とで構成されており、内部に空間３−１があり、空間３−１には多孔質電極支持体１に設けられたガス供給ポート４から原料ガスが供給される。多孔質電極２は、金属又は半金属又はそれらの合金の粒子を焼結して成形することにより作成され、気孔率が２０−４０％程度で形成されている。
【００２７】
支持部２４−１は、リニアガイド２１の固定子２１−１に沿って移動可能なリニアガイドの可動子２１−２と、可動子２１−２に支持されているブロック体２４−１と、可動子２１−２に固定されてブロック体２４−１の高さ方向（紙面の上下方向）の位置を調整する駆動部２３−１で構成されており、ブロック体２４−１で電極構造体３の多孔質電極支持体１の一方の面を固定支持している。
【００２８】
支持部２４−２も支持部２４−１と同様に、リニアガイドの固定子２２−１に沿って移動可能なリニアガイドの可動子２２−２と、可動子２２−２に支持されているブロック体２４−２と、可動子２２−２に固定されてブロック体２４−２の高さ方向（紙面の上下方向）の位置を調整する駆動部２３−２で構成されており、ブロック体２４−２で電極構造体３の多孔質電極支持体１の他方の面を固定支持している。
【００２９】
リニアガイドの固定子２１−１と可動子２１−２及びリニアガイドの固定子２２−１と可動子２２−２とはテーブル駆動手段１５２により制御され、可動子２１−２と２２−２とを固定子２１−１と２２−１に沿って同期して駆動することにより電極構造体３をガラス基板６の表面に沿って移動させる。
【００３０】
ガラス基板６を載置するためのステージ７の構成について、図３Ａ，Ｂを用いて説明する。
【００３１】
図３Ａはステージ７を上（電極構造物３側）から見た平面図、図３ＢはそのＡ−Ａ断面図である。ステージ７には突き上げピン９と真空吸着溝８が一定の間隔で全面に配されている。基板表面高さの調整機構は、それぞれ１つの突き上げピン９とその周囲を取り巻くように配置された真空吸着溝８が対を成すことで構成されている。突き上げピン９には基板を保持するための真空吸着穴１０が設けられている。各突き上げピン９は、制御手段１５０で制御されている突き上げピン駆動手段１５４によりピン駆動部９−１でステージ７の上面からの突き出し量が個別に制御される。
【００３２】
また、真空排気溝８は各突き上げピンの周囲を取り囲むように形成されているが、それらはステージ７の内部でつながっており、排気ポート８−１から真空排気部１５５により真空排気されている。
【００３３】
次に図１に示した構成で、大気圧プラズマＣＶＤ法により基板６上に薄膜を形成する工程を図４を用いて説明する。
【００３４】
まず、ステージ７に基板６を載置する（基板ロード：Ｓ４０１）。次に、制御部１５０で真空排気部１５５を作動させてステージ７の真空排気溝８を排気して基板６をステージ７に真空吸着させる（Ｓ４０２）。次に、ギャップセンサ３１−３７でステージ７に真空吸着されている基板６の表面の高さを検出し、制御部１５０で突き上げピン駆動手段１５４を制御して基板６の表面の高さが一定となるように突き上げピン９のステージ７の上面からの突き出し量を調整する（Ｓ４０３）。
【００３５】
次に、制御部１５０でガス供給手段１５７を制御してガス供給部１５６から電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガス（例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）又はジシランガス（Ｓｉ２Ｈ６）又はそれらにアルシン（ＡｓＨ３）やホスフィン（ＰＨ３）などの添加ガスを微量添加したもの）を供給する。次に、電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガスが十分に供給されて多孔質電極２から基板６の側にＣＶＤ原料ガスが噴出した状態で多孔質電極２とステージ７との間に高周波電力印加手段２７からケーブル２７１を介して高周波電力を印加して（Ｓ４０５）、多孔質電極２と基板６との間にプラズマを発生させる。次に、多孔質電極２と基板６との間にプラズマを発生させた状態でガス供給部１５６から電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガスを供給し、ギャップセンサ３１−３７でステージ７に真空吸着されている基板６の表面の高さを検出しながらリニアガイド２１を作動させて電極構造物３を一定の速度でリニアガイド２１に沿って移動させる（Ｓ４０６）。
【００３６】
電極構造物３が移動端に到達したらリニアガイド２１の作動を停止し（Ｓ４０７），高周波電力の印加を停止し（Ｓ４０８），ガス供給手段１５７を作動させて電極構造物３の内部３−１へのＣＶＤ原料ガスの供給を停止し、真空排気部１５５を作動させて基板６のステージ７への真空吸着を停止する。その後、基板６をステージから取り出して（基板アンロード：Ｓ４１１）一連の捜査を終了する。
【００３７】
前記プラズマＣＶＤ装置は電極構造物３の長手方向に渡って、５箇所以上の位置において基板−電極間距離の測定手段３１を備えている。５箇所以上とした根拠については以下の通りである。薄膜Ｓｉ太陽電池やＴＦＴパネルは、ガラス基板などに２層以上の薄膜を積層することにより作製される。
【００３８】
その場合、図５に示すように、基板上に形成された膜１１の応力により、１〜２．５周期程度のうねりが想定される。１周期構造となるのは、ほぼ均一に圧縮応力または引っ張り応力が働いている場合、１．５または２周期構造になるのは膜の端部の応力が中心部と異なる場合または１周期構造の中心部が自重でたわんだ場合、２．５周期構造になるのは、１．５周期または２周期構造の中心部が自重でたわんだ場合などが考えられる。微細な凹凸はさらに多周期構造を持つが、ガラス基板の製法上及び膜の特性上、成膜プロセスに影響を及ぼすほど大きなうねりが２．５周期より多周期になることは考えにくい。測定点数の最小値は、２．５周期構造をもつ基板であっても、うねりの頂上、谷底付近の基板面高さ測定に対応するため、５箇所以上とした。
【００３９】
ステージ７上に配された基板６の表面高さの調整機構（真空吸着穴１０を備えた突き上げピン９と真空吸着溝８が対になったもの）の点数は、基板の幅方向（長尺電極の長手方向）には前記測定点数と同数以上が必要である。電極構造物３を基板６およびステージ７に対して相対的に走査する際には、調整を容易にするため、測定点の直下付近を突き上げピン９が通過するように配置する。
【００４０】
以下では電極面高さ、基板面高さの測定点及び基板表面高さの調整機構は７箇所に設けたとして説明する。
【００４１】
基板の長さ方向（長尺電極の幅方向）の調整機構の設置ピッチは特に指定はないが、設置ピッチが小さいと調整機構を駆動しても十分な基板変形量を得ることができず、効果が小さい。
次に、Ｓ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップの詳細について、図６乃至１２を用いて説明するは以下のようにして行われる。まず、図４に示した処理フローに先立って、予め図７に示すように、予め電極構造物３表面の特徴的な位置における表面高さ（電極面高さ）Ｅ１〜Ｅ７を測定し（Ｓ６０１）、記憶手段１５０−２に入力しておく（Ｓ６０２）。ここで、電極構造物３表面の特徴的な位置とは、図７に示すような多孔質電極２の長手方向に沿った線分上の位置である。図６では一例として、多孔質電極２の中心線上でＥ１〜Ｅ７を測定した。
【００４２】
また、ギャップセンサ３１の検出面と多孔質電極２の基板６に対向する面との間隔Ｈ（図２Ｂ参照）を予め計測して記憶手段１５０−２に記憶させておく。ギャップセンサ３１で検出するガラス基板６の表面の高さは（Ｈ＋Ｄ）であり、成膜中に管理したい寸法はＤであるので、成膜中にギャップセンサ３１で検出したガラス基板６の表面の高さ（Ｈ＋Ｄ）から記憶手段１５０−２に記憶させておいた寸法Ｈを差し引くことで成膜中の管理したい寸法Ｄを求めることができる。
【００４３】
次に図４に示した処理フローを実行し、Ｓ４０２において、真空吸着溝８及び真空吸着穴１０から真空排気を行うことにより、ガラス基板６をステージ７に吸着した状態にする。このとき、図８に示すようにガラス基板６の裏面がステージ７の表面形状に倣う。この状態でＳ４０３において、電極構造物３の前記Ｅ１〜Ｅ７に正対するガラス基板６の表面の位置の高さ(基板面高さ) Ｓ１０〜Ｓ７０をギャップセンサ３１−３７で測定する（図９：Ｓ６０３）。
【００４４】
上記は、基板−電極間距離の測定手段３１−３７が、図１に示すように、測定点毎に一つずつある場合について説明を行ったが、図１０に示すように電極の長手方向に測定手段３０を走査手段２８により左右に往復運動をさせつつ所定の位置、点数の測定を行っても同様の効果が得られる。例えば図１３の走査手段２８上に●で示した点を測定手段３０が通過するときに基板面高さを測定する。測定を行うタイミングは、●で示された点が突き上げピン９の直上付近を通過するときである。
【００４５】
次に、制御部１５０の演算手段１５０−１において、記憶手段１５０−２に記録された電極面高さデータとＳ６０３において測定手段３１−３７で測定して得られた計測データを用いて、Ｅｎ−Ｓｎ０（ｎは１〜７の整数：図８参照）を計算し（Ｓ６０４）、基板−電極間距離および傾きを求める。
【００４６】
次に、この求めた基板−電極間距離および傾きのデータに基づいて制御手段１５０−３で傾き調整手段１５２を制御して駆動部２３−１と２３−２とを個別に駆動し、ブロック体２４−１と２４−２との高さを調整することにより電極構造体３の基板６との間隔及び傾きを調整する（Ｓ６０５）。
【００４７】
傾き調整手段１５２で駆動部２３−１と２３−２とを制御して電極構造体３の基板６との間隔及び傾きを調整した後、その結果を演算手段１５０−１で基板−電極間距離の設定値と比較し（Ｓ６０６）、所定の値と異なる場合には、制御手段１５０−３が基板６の表面高さ調整機構（突き上げピン駆動手段１５４）を制御して、ピン駆動部９−１で駆動される個々の突き上げピン９のステージ７の上面からの突き出し量が所定の値となるように調整する（Ｓ６０７）。たとえば、図８でＥ１−Ｓ１０は所定の基板−電極間距離よりも大きいため、図１１に示すように突き上げピン９が上方へ伸び、基板６の表面を押し上げて、基板表面のうねりや傾きを低減する。一方、Ｅ２−Ｓ２０は所定の基板−電極間距離となっているため、突き上げピン１３は駆動されない。
【００４８】
以上の動作で、成膜開始前のＳ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップを終了する。
【００４９】
次に、Ｓ４０６において、電極構造体３と基板６との間に原料ガスを供給しプラズマを発生させながら電極構造体３が一定の速度で移動している最中に行う電極構造体３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法について説明する。
【００５０】
Ｓ４０６において行う電極構造体３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法は、基本的に先に説明したＳ４０３における方法と同じであり、Ｓ４０６においてはこの操作を、電極構造物３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させながら、基板６の表面上の測定位置Ｓ１１〜Ｓ７１、Ｓ１２〜Ｓ７２、……、Ｓ１ｎ〜Ｓ７ｎ（ｎは自然数）に対して繰り返し行う。これらの測定を行う位置は、Ｓ１０〜Ｓ７０の測定時と同様、突き上げピンの直上であることが望ましい。
【００５１】
電極構造物３に対して基板及びステージを相対的に移動させるための他の方法として、図１２に示すように高さ・傾き調整機構２２、２３を装置フレーム２０に固定し、基板６及びステージ７を移動させても良い。その場合には、基板６及びステージ７の移動機構２９を備える。移動機構２９は、例えば、多連のローラーからなり、基板及びステージを水平に等速で移動させる機能を持つ。
【００５２】
本実施例によれば、電極構造物３を支持するブロック体２４−１と２４−２との高さを個別に調整可能な構成とし、かつ、基板表面の高さを小領域ごとに調整できる構成としたことにより、基板６が電極構造物３の進行方向に対して傾きやうねりを持っている場合でも、電極側の高さ調整機構と基板表面高さ調整機構とを組合せて用いることによって、基板−電極間距離の調整を効率的に実施することができる。
【実施例２】
【００５３】
第２番目の実施例として、実施例１で説明した電極構造体３を複数に分割して、分割した個々の電極構造体の高さ及び傾きを調整して成膜する方法及びその講師構成について、１３乃至１６を用いて説明する。
【００５４】
図１３に実施例２に係る装置の全体構成を示す。全体の構成は、実施例１で説明した図１に記載した構成と類似している。図１に示した構成と相違する点は、実施例１では電極構造体３が１つで構成されていたが、本実施例では、電極構造体を１０３，２０３及び３０３の３つに分割し、それぞれの高さと傾きとを個別に調整できるように構成した点である。図１３においては、図１に示した構成と共通している制御部や駆動、調整手段の記載を省略している。
【００５５】
図１４Ａは電極の長手方向（基板幅方向）の断面図、図１４Ｂは図１４ＡのＣ−Ｃ断面矢視図である図１４Ａでは、電極構造物が３つに分割された例として多孔質電極１０２、２０２、３０２と多孔質電極支持体１０１、２０１、３０１からなる電極構造物１０３、２０３、３０３を示している。また、図１４Ｂに示すように、隣り合った電極同士は千鳥配置になっている。
【００５６】
さらに、多孔質電極１０２、２０２、３０２とステージ７間に高周波電力を印加し、プラズマを発生させるためにそれぞれの電極構造物１０３、２０３、３０３は高周波電力印加手段２２７にケーブル２２７１,２２７２及び２２７３を介して接続されている。電極構造物１０３〜３０３は多孔質電極１０２〜３０２から噴出させるＣＶＤ用の原料ガスを供給するためのポート１０４〜３０４をそれぞれ備える。前記プラズマを発生手段は多孔質電極１０２〜３０２から基板−電極間に噴出したガスをプラズマ化する。
【００５７】
ステージ７の構成は実施例１で図３Ａ及びＢを用いて説明したものと同じなので省略する。
【００５８】
各電極構造物１０３〜３０３はその支持部１４２４に駆動部を含む高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２を介して支持されている。電極構造物１０３は駆動部を含む高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２により支持部１４２４に支持されており、制御手段１５０で高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２を個々に制御することにより電極構造物１０３の高さと傾きとが調整される。電極構造物２０３及び３０３についても同様にして高さと傾きとが調整される。
【００５９】
また、支持部１４２４はリニアガイド２２１及び２２２の可動子２２１−２及び２２２−２に固定されており、制御手段１５０で制御されて可動子２２１−２及び２２２−２が固定子２２１−１及び２２２−１に沿って移動することにより基板６上を移動する。
【００６０】
ステージ７上に配された基板表面高さの調整機構の構成及び動作は実施例１で説明したものと同じなので説明を省略する。
【００６１】
また、電極構造物１０３〜３０３の長さは、少なくとも３対の基板表面高さの調整機構にかかるように設計する。このようにすることで、電極下の０．５〜１周期の基板うねりに対して、基板−電極間距離を調整することが可能となる。図８及び１５では、電極構造物は１０３から３０３の３つで構成されているとしたが、基板幅全体にわたっては少なくとも３つ以上の電極構造物で構成されていることが必要である。
【００６２】
基板の幅方向の基板面高さの調整機構は、電極の分割数をｎとすると、２ｎ＋１箇所以上備えられている。図８では電極の分割数が３のため、７点の調整機構が必要となる。
【００６３】
図９に示すように、電極構造物を３つ以上で構成し、基板面高さの調整機構の点数を７箇所（電極構造物数をｎとしたときに２ｎ＋１箇所）以上である本構造は、基板面高さの調整機構を設置しにくい外周部にうねりが集中している基板に対して、特に有効である。すなわち、基板両端の電極を水平面から傾けることによって、基板表面高さの調整機構のない最外周のうねりを調整できる。
【００６４】
電極構造物３の支持部は高さ・傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２を備える。基板表面高さ調整機構のストロークが足りない場合や基板が長尺電極の進行方向に対して傾きを持っている場合に、電極側の高さ調整機構を用いることによって、基板−電極間距離の調整を効率的に実施することができる。
【００６５】
以下では測定点数及び基板表面高さの調整機構の点数は６点として説明する。
【００６６】
基板の長さ方向（長尺電極の幅方向）の調整機構の設置ピッチは特に指定はないが、設置ピッチが小さいと調整機構を駆動しても十分な基板変形量を得ることができず、効果が小さい。
【００６７】
本実施例の図１３に示した構成の大気圧プラズマＣＶＤ装置を用いて、大気圧プラズマＣＶＤ法により基板６上に薄膜を形成する工程は、実施例１で図４を用いて説明したものと同じであるので、記載を省略する。
【００６８】
次に、図４のフローのＳ４０３に対応する基板表面高さ計測・調整ステップについて説明する。
【００６９】
基板−電極間距離の調整は次のようにして行われる。まず、予め電極構造物１０３，２０３および３０３の表面の特徴的な位置における表面高さ（電極面高さ）Ｅ１〜Ｅ６をギャップセンサ２３１〜２３６で測定し（図１５Ａ：Ｓ６０１）、図示していない記憶手段に入力する（図１の１５０−２に相当：Ｓ６０２）。ここで、電極構造物１０３，２０３および３０３の表面の特徴的な位置とは、電極構造物１０３，２０３および３０３の長手方向に沿った線分上の位置である。例えば、千鳥配置されている電極構造物１０３，２０３および３０３の中心線上でＥ１〜Ｅ６を測定した。
【００７０】
次に実施例１の図３ＡおよびＢに示したのと同じ構成のステージ７を用いて、真空吸着溝８及び真空吸着穴１０から真空排気を行うことにより、ガラス基板６をステージ７に吸着した状態にする。このとき、図１５Ａに示すように基板の裏面がステージの表面形状に倣う。この状態で基板表面上の高さを測定する（Ｓ６０３）。
【００７１】
さらに図示していない演算手段（図１の１５０−１に相当）において、記憶手段（図１の１５０−２に相当）に記録された電極面高さデータとギャップセンサ２３１〜２３６から得られた計測データを用いて、Ｅｎ−Ｓｎ０（ｎは１〜６の整数）を計算し、基板−電極間距離を求める（Ｓ６０４）。
【００７２】
図１５Ａに示すように多孔質電極１０２の下に相当する基板６の表面は、基板表面高さ調整機構９３付近から９１付近にかけて右上がりの傾向がある。一方、多孔質電極３０２の下に相当する基板６の表面は、基板表面高さ調整機構９５付近から９６付近にかけて右下がりの傾向がある。また多孔質電極２０２の下に相当する部分は中央が低い構造となっている。そこで多孔質電極１０２を備えた電極構造物１０３は、その下の基板の傾向にあわせるために高さ及び傾き調整機構１０３１を作動させて左側を下げ、多孔質電極３０２を備えた電極構造物３０３は、その下の基板の傾向に合わせるために高さ及び傾き調整機構３０３２を作動させて右側を下げる。多孔質電極２０２を備えた電極構造物２０３については、左端、右端の上下では調整することができないため、水平を保ったままにする（Ｓ６０５）。
【００７３】
このようにして高さ・傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２による電極面の移動量を補正すると、基板−電極間距離はＥｎ’−Ｓｎ０となる。この値を基板−電極間距離の設定値と比較し（Ｓ６０６）、所定の値と異なる場合には、制御手段が基板表面高さ調整機構を駆動して、所定の値となるように調整する（Ｓ６０７）。たとえば、図１５ＢでＥ１’−Ｓ１０は所定の基板−電極間距離よりも大きいため、図１５Ｃに示すように突き上げピン９１が上方へ伸び、基板表面を押し上げて、基板表面のうねりや傾きを低減する。一方、Ｅ２’−Ｓ２０は所定の基板−電極間距離となっているため、突き上げピン９２は駆動されない。
【００７４】
以上の動作で、成膜開始前のＳ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップを終了する。
【００７５】
次に、Ｓ４０６に相当するステップおいて、電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間に原料ガスを供給しプラズマを発生させながら電極構造体１０３，２０３および３０３が一定の速度で移動している最中に行う電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法について説明する。
【００７６】
Ｓ４０６において行う電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法は、基本的に先に説明したＳ４０３における方法と同じであり、Ｓ４０６においてはこの操作を、電極構造体１０３，２０３および３０３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させながら、基板６の表面上の測定位置に対して繰り返し行う。
【００７７】
電極構造体１０３，２０３および３０３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させる方法は次の通りである。図１３に示すように、高さ調整機構１４２４はガイド２１−１及び２２−１に沿って等速で移動可能な構造となっており、基板６及びステージ７上で電極構造体１０３，２０３および３０３を走査する目的で使用される。ガイド２１−１及び２２−１は装置フレーム２０上に設置されている。
【００７８】
他の方法として、図１６に示すように高さ・傾き調整機構１６２２を装置フレーム２０に固定し、基板６及びステージ７を移動させても良い。その場合には、基板及びステージの移動機構２９を備える。移動機構２９は、例えば、多連のローラーからなり、基板及びステージを水平に等速で移動させる機能を持つ。
【００７９】
なお、上記した実施例１及び２においては、大気圧プラズマＣＶＤ法について説明したが、チャンバー２６の内部の圧力を大気圧よりの多少低く（例えば１０５〜１０４Ｐａ）維持した状態で実施しても良い。また、大気圧プラズマＣＶＤ法を大気中で行っても良く、不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ２）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガス）雰囲気中で行っても良い。
【００８０】
更に、上記した実施例１及び２においては、ダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤ法を実現する装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リモート型の大気圧プラズマＣＶＤ法を実現する装置についても適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００８１】
１、１０１、２０１、３０１・・・多孔質電極支持体 ２、１０２、２０２、３０２
・・・多孔質電極 ３、１０３、２０３、３０３・・・電極構造物 ４、１０４、２０４、３０４：ガス導入ポート ６・・・基板 ７・・・ステージ ８、１２
・・・真空吸着溝 ９、１３・・・突き上げピン １０、１４・・・真空吸着穴
２０・・・装置フレーム ２１、２２・・・リニアガイド ２１−１，２２−１
・・・リニアガイドの固定子 ２１−２，２２−２・・・リニアガイドの可動子 ２３−１，２３−２,１０３１,１０３２,２０３１，２０３２，３０３１，３０３２・・・駆動部 ３１,３２,３３,３４,３５,３６,３７，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６・・・ギャップセンサ ２６：チャンバー ２７：高周波電力印加手段 １５０・・・制御部 １５０−１・・・演算手段 １５０−２・・・記憶手段 １５０−３・・・制御手段 １５１・・・テーブル駆動手段 １５２・・・傾き調整手段 １５３・・・ギャップコントローラ １５４・・・突き上げピン駆動手段 １５５・・・真空排気部 １５６・・・ガス供給部 １５７・・・ガス供給制御手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ化学気相成長法を用いた成膜方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜Ｓｉ太陽電池や液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ；ＬＣＤ）用の薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＴＦＴ）パネル等は１ｍ四方を越えるような大型のガラス基板を用いて製造される。薄膜Ｓｉ太陽電池は、メタル膜、Ｓｉ膜等を形成する成膜工程、セルパターン形成工程の一連工程の繰り返しにより作製される。また、ＬＣＤ−ＴＦＴパネルは成膜、所望の形状に加工するためのレジストパターンを形成する露光工程、形成されたレジストパターンに基づいて不要な膜を除去するエッチング工程、エッチング後に残ったレジストを除去する剥離工程の一連工程の繰り返しにより作製される。各工程を基板１枚が通過する時間は、薄膜Ｓｉ太陽電池やＬＣＤ−ＴＦＴパネルの製造コストに大きく影響する。
【０００３】
薄膜Ｓｉ太陽電池やＬＣＤ−ＴＦＴパネルの製造で用いられる成膜方法の一つにプラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ；Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法がある。ＰＥＣＶＤプロセスでは、反応容器内部を真空に排気した後、所望のガスを導入して、基板とほぼ同寸法の平行平板電極に高周波電力を印加してプラズマを発生させ、成膜を行う。
【０００４】
ところで、大型基板を扱うＰＥＣＶＤ装置では反応容器の容量が大きいため、小排気量の真空ポンプでは排気に長時間を要し、タクトタイムが長くなる。一方、大排気量の真空ポンプを用いて排気時間を短縮することは可能であるが、小排気量の真空ポンプを使った場合に比べて、装置価格やメンテナンス費用が増加する。すなわち、大型基板を処理するＰＥＣＶＤ装置では、タクトタイム短縮と装置価格やメンテナンス費用の低減がトレードオフの関係になる。
【０００５】
この課題を解決するため、処理圧力を大気圧まで高めた大気圧プラズマＣＶＤプロセスが提案されている。特許文献１には、大気圧プラズマＣＶＤによりＳｉ膜のエピタキシャル成長を従来の方法よりも低温かつ高速で実現するための方法が開示されている。また、非特許文献１では、大気圧プラズマＣＶＤにより微結晶Ｓｉ成膜を従来法よりも低温かつ高速で実現するための方法が開示されている。
【０００６】
大気圧下でのプロセスとすることの効果は、真空ポンプに要するコストを圧縮できることである。また、大気圧プロセスとすることで従来のプロセスに比べて桁違いに多いラジカルを発生させることができるため、高速プロセスが期待される。すなわち、大気圧プラズマＣＶＤを用いることで上記トレードオフを解消できる。
【０００７】
大気圧プラズマにはダイレクト型とリモート型と呼ばれる２種類の発生方式がある。特許文献２には、上記２つの大気圧プラズマの発生方式が開示されている。ダイレクト型は狭い間隔で２枚の平行平板電極を対向させ、電極間に電力を印加してプラズマを発生させてプロセスを行うものである。基板は一方の電極上に載置される。リモート型は２枚の平行平板電極を基板表面と垂直な面内で対向させ、この電極間に電力を印加してプラズマを発生させる。プロセスガスが電極に平行な面内で流れることによって、その下流側に設置された基板表面へプラズマまたはラジカル種を輸送してプロセスを行うものである。
【０００８】
大気圧プラズマは電子の平均自由行程が小さいため、電極間隔は従来の低圧プラズマに比べて非常に小さくなる。そのため、リモート型は特に顕著であるが、長尺電極を用いて基板の幅と同等の長さのライン状プラズマを発生させ、基板の長さ方向に走査することにより、大型基板の処理を可能にしている。ダイレクト型においても、大気圧下で大面積かつ均一なプラズマを発生させることは困難であるため、ライン状プラズマを走査することが一般的に行われている。
【０００９】
基板の表面を平坦にする方法は、特許文献３に開示がある。Ｓｉ基板の平坦度を維持するため、多数の面要素で構成されたステージ上に載置される。各面要素はアクチュエータでそれぞれ独立に上下させることが可能となっており、基板裏面に異物が付着している場合は、その部分の面要素を加工させることによって平坦度を保つ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１２９００９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１５７３１号公報
【特許文献３】特開平８−３２１４５７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｈｉｒｏａｋｉ Ｋａｋｉｕｃｈｉ，他、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． １０４， ０５３５２２ （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記非特許文献１に開示された技術によれば、大気圧プラズマＣＶＤでは低温、かつ高速で微結晶Ｓｉ成膜を実現できるものの、成膜レートはプラズマギャップ（電極−成膜用基板間距離）に非常に敏感であることが示されている。非特許文献１に開示された図によれば、プラズマギャップが０．５ｍｍから２５μｍ増加または減少すると、成膜レートは±１０％の変動が生じる。
【００１３】
太陽電池用のガラス基板は、一般に一辺の長さが１ｍを越える大きな基板を用いる。このような大型基板を用いる場合、いかに電極間隔の調整を正確に行ったとしても、電極表面、ガラス基板表面、基板ステージ表面の傾き、うねり、表面粗さによりプラズマギャップが変動する。特に、電極表面とそれに対向して設置された基板ステージ及びガラス基板表面の傾きとうねりは、１００μｍ以上となり、無視できない。
上述の成膜レートの変動により、成膜後の膜厚も変動する。例えば平均的なプラズマギャップが０．５ｍｍで、基板の平均面に対して±２５μｍの凹凸があると、成膜後の膜厚は平均値に対して±１０％の変動が生じると推定される。
【００１４】
このようにして作製した微結晶Ｓｉ膜を、例えば太陽電池として応用した場合、ガラス基板の場所によって±１０％の膜厚むらが生じる。膜厚が薄い場合、光が十分吸収されず、得られる電流値が小さくなる。そのため、太陽電池パネルとして、出力が不足して仕様を満たさない場合がある。
【００１５】
特許文献３に示された基板平坦度の維持方法は、露光工程においてステップアンドリピートで回路パターンを高精度に焼き付けるためのものである。この方式は、光学系の焦点深度が極めて浅いため、１ショットの露光領域内でのフォーカスずれが生じないように、基板面を極めて平坦にすることを目的としている。そのため、ライン状プラズマを走査して１ｍ四方を超えるような大面積基板に均一な膜厚で成膜をする場合には適さない。なぜならば、基板面を平坦にすることだけではなく、電極の基板との対向面のうねり等を考慮する必要があるためである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明では、プラズマＣＶＤ装置を、試料である基板を載置するテーブル手段と、テーブル手段と対向して配置された多孔質電極を有する電極手段と、電極手段をテーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、電極手段の多孔質電極からテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、電極手段とテーブル手段との間隔を制御する制御手段とを備えて構成し、制御手段は、ガス供給手段で電極手段の多孔質電極からテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら高周波電力印加手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極手段と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極手段をテーブル手段に沿って移動させている間に電極手段とテーブル手段との間隔を制御するようにした。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明では、プラズマＣＶＤ装置を、試料である基板を載置するテーブル手段と、テーブル手段と対向して配置された電極手段と、電極手段をテーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、電極手段とテーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、電極手段とテーブル手段との間に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、電極手段とテーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えて構成し、制御手段は、ガス供給手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給して高周波電力印加手段で電極手段とテーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより電極手段と試料との間にプラズマを発生させた状態で駆動手段で電極手段をテーブル手段に沿って移動させている間に電極手段とテーブル手段との両方を制御して電極手段とテーブル手段との間隔を制御するようにした。
【００１８】
さらに、上記課題を解決するために、本発明では、テーブルに載置された基板とテーブルと対向して配置された電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でＣＶＤ原料ガスを供給してテーブルと電極との間に高周波電力を印加させてテーブルと電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でプラズマを発生させた状態で電極をテーブルに沿って移動させることにより基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ方法において、テーブルと電極との間にプラズマを発生させた状態で電極を前記テーブルに沿って移動させている間にテーブルに載置された基板の表面に対する電極の高さと傾きとを調整してテーブルと電極との間隔を一定に維持しながら基板上に薄膜を形成するようにした。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、基板−電極間距離を一定に維持しながら大気圧プラズマＣＶＤにより成膜することにより、膜厚変動を抑制して均一な膜厚の薄膜を形成することができるようになった。これにより、薄膜Ｓｉ太陽電池パネル内の出力ばらつきを抑制することができ、出力が不十分な太陽電池パネルの作りこみを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に係るプラズマＣＶＤ装置の電極とステージ及びリニアガイドとの関係を示す断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１の実施例における電極構造体とギャップセンサとの関係を示す側面の断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例１におけるステージの平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡのＣ−Ｃ断面の矢視図である。
【図４】本発明の実施例１の処理の流れを示すフロー図である。
【図５】基板のうねりの形状を説明する基板の断面図である。
【図６】本発明の実施例１における基板−電極間距離の調整方法の処理の流れを示すフロー図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体の正面の断面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体の下面の平面図である。
【図８】本発明の実施例１における基板面高さの調整をする前の状態を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図９】本発明の実施例１における基板面高さの測定位置を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図１０】本発明の実施例１における基板面高さの測定手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【図１１】本発明の実施例１における基板面高さの調整を行った後の状態を説明する電極構造体と基板及びステージの断面図である。
【図１２】本発明の実施例１における基板と電極とを相対的に移動させる手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【図１３】本発明の実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置本体の概略構成を示すブロック図である。
【図１４Ａ】本発明の実施例２に係るプラズマＣＶＤ装置の電極とステージ及びリニアガイドとの関係を示す断面図である。
【図１４Ｂ】図１４ＡのＣ−Ｃ断面矢視図である。
【図１５Ａ】本発明の実施例２における電極面及び基板面高さの調整を行う前の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施例２における電極面高さの調整を行った後の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施例２における電極面と基板面との高さの調整を行った後の複数の電極構造体と基板及びステージの関係を示す図である。
【図１６】本発明の実施例２における基板と電極とを相対的に移動させる手段の変形例の構成を説明する大気圧プラズマＣＶＤ装置本体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤによる成膜装置の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２２】
第１の実施例に係るダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤ装置の構成を、図１に示す。図１において、１００は大気圧プラズマＣＶＤ装置本体で、電極構造物３、ガラス基板６を載置するためのステージ７、装置フレーム２０、電極構造物３の移動を案内するリニアガイド２１、２２、電極構造物３を支持してリニアガイド２１及び２２の固定子２１−１，２２−１に沿って移動可能であり、かつ電極構造物３の高さや傾きを調整する支持部２４−１及び２４−２、電極構造物３とガラス基板６とのギャップを検出するギャップセンサ３１−３７を備えて構成されている。２６は成膜チャンバーで大気圧プラズマＣＶＤ装置本体１００を覆っている。
【００２３】
１５０は制御手段で、電極構造物３を駆動するテーブル駆動手段１５１、電極構造物３の高さと傾きとを制御する支持部２３及び２４を駆動する傾き調整手段１５２、ギャップセンサ３１−３７を制御するギャップセンサコントローラ１５３、ステージ７に載置されたガラス基板６を突き上げる突き上げピンを駆動する突き上げピン駆動手段１５４、ステージ７に載置されたガラス基板６を真空吸着するための真空排気を制御する真空排気制御部１５５、ガス供給部１５６から電極構造物３の内部に供給されるガスの流量や圧力を調整するための流量調整バルブ１５８を制御するガス供給制御手段１５７、高周波電力印加手段２７をそれぞれ制御する。
【００２４】
また、制御手段１５０の内部には、演算部１５０−１、記憶部１５０−２、制御部１５０−３が含まれている。
【００２５】
電極構造物３及び電極構造物３の高さや傾きを調整する支持部２３と２４の詳細な構成を図２Ａに示す。
【００２６】
電極構造物３は、多孔質電極２と多孔質電極支持体１とで構成されており、内部に空間３−１があり、空間３−１には多孔質電極支持体１に設けられたガス供給ポート４から原料ガスが供給される。多孔質電極２は、金属又は半金属又はそれらの合金の粒子を焼結して成形することにより作成され、気孔率が２０−４０％程度で形成されている。
【００２７】
支持部２４−１は、リニアガイド２１の固定子２１−１に沿って移動可能なリニアガイドの可動子２１−２と、可動子２１−２に支持されているブロック体２４−１と、可動子２１−２に固定されてブロック体２４−１の高さ方向（紙面の上下方向）の位置を調整する駆動部２３−１で構成されており、ブロック体２４−１で電極構造体３の多孔質電極支持体１の一方の面を固定支持している。
【００２８】
支持部２４−２も支持部２４−１と同様に、リニアガイドの固定子２２−１に沿って移動可能なリニアガイドの可動子２２−２と、可動子２２−２に支持されているブロック体２４−２と、可動子２２−２に固定されてブロック体２４−２の高さ方向（紙面の上下方向）の位置を調整する駆動部２３−２で構成されており、ブロック体２４−２で電極構造体３の多孔質電極支持体１の他方の面を固定支持している。
【００２９】
リニアガイドの固定子２１−１と可動子２１−２及びリニアガイドの固定子２２−１と可動子２２−２とはテーブル駆動手段１５２により制御され、可動子２１−２と２２−２とを固定子２１−１と２２−１に沿って同期して駆動することにより電極構造体３をガラス基板６の表面に沿って移動させる。
【００３０】
ガラス基板６を載置するためのステージ７の構成について、図３Ａ，Ｂを用いて説明する。
【００３１】
図３Ａはステージ７を上（電極構造物３側）から見た平面図、図３ＢはそのＡ−Ａ断面図である。ステージ７には突き上げピン９と真空吸着溝８が一定の間隔で全面に配されている。基板表面高さの調整機構は、それぞれ１つの突き上げピン９とその周囲を取り巻くように配置された真空吸着溝８が対を成すことで構成されている。突き上げピン９には基板を保持するための真空吸着穴１０が設けられている。各突き上げピン９は、制御手段１５０で制御されている突き上げピン駆動手段１５４によりピン駆動部９−１でステージ７の上面からの突き出し量が個別に制御される。
【００３２】
また、真空排気溝８は各突き上げピンの周囲を取り囲むように形成されているが、それらはステージ７の内部でつながっており、排気ポート８−１から真空排気部１５５により真空排気されている。
【００３３】
次に図１に示した構成で、大気圧プラズマＣＶＤ法により基板６上に薄膜を形成する工程を図４を用いて説明する。
【００３４】
まず、ステージ７に基板６を載置する（基板ロード：Ｓ４０１）。次に、制御部１５０で真空排気部１５５を作動させてステージ７の真空排気溝８を排気して基板６をステージ７に真空吸着させる（Ｓ４０２）。次に、ギャップセンサ３１−３７でステージ７に真空吸着されている基板６の表面の高さを検出し、制御部１５０で突き上げピン駆動手段１５４を制御して基板６の表面の高さが一定となるように突き上げピン９のステージ７の上面からの突き出し量を調整する（Ｓ４０３）。
【００３５】
次に、制御部１５０でガス供給手段１５７を制御してガス供給部１５６から電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガス（例えば、モノシランガス（ＳｉＨ４）又はジシランガス（Ｓｉ２Ｈ６）又はそれらにアルシン（ＡｓＨ３）やホスフィン（ＰＨ３）などの添加ガスを微量添加したもの）を供給する。次に、電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガスが十分に供給されて多孔質電極２から基板６の側にＣＶＤ原料ガスが噴出した状態で多孔質電極２とステージ７との間に高周波電力印加手段２７からケーブル２７１を介して高周波電力を印加して（Ｓ４０５）、多孔質電極２と基板６との間にプラズマを発生させる。次に、多孔質電極２と基板６との間にプラズマを発生させた状態でガス供給部１５６から電極構造物３の内部３−１にＣＶＤ原料ガスを供給し、ギャップセンサ３１−３７でステージ７に真空吸着されている基板６の表面の高さを検出しながらリニアガイド２１を作動させて電極構造物３を一定の速度でリニアガイド２１に沿って移動させる（Ｓ４０６）。
【００３６】
電極構造物３が移動端に到達したらリニアガイド２１の作動を停止し（Ｓ４０７），高周波電力の印加を停止し（Ｓ４０８），ガス供給手段１５７を作動させて電極構造物３の内部３−１へのＣＶＤ原料ガスの供給を停止し、真空排気部１５５を作動させて基板６のステージ７への真空吸着を停止する。その後、基板６をステージから取り出して（基板アンロード：Ｓ４１１）一連の捜査を終了する。
【００３７】
前記プラズマＣＶＤ装置は電極構造物３の長手方向に渡って、５箇所以上の位置において基板−電極間距離の測定手段３１を備えている。５箇所以上とした根拠については以下の通りである。薄膜Ｓｉ太陽電池やＴＦＴパネルは、ガラス基板などに２層以上の薄膜を積層することにより作製される。
【００３８】
その場合、図５に示すように、基板上に形成された膜１１の応力により、１〜２．５周期程度のうねりが想定される。１周期構造となるのは、ほぼ均一に圧縮応力または引っ張り応力が働いている場合、１．５または２周期構造になるのは膜の端部の応力が中心部と異なる場合または１周期構造の中心部が自重でたわんだ場合、２．５周期構造になるのは、１．５周期または２周期構造の中心部が自重でたわんだ場合などが考えられる。微細な凹凸はさらに多周期構造を持つが、ガラス基板の製法上及び膜の特性上、成膜プロセスに影響を及ぼすほど大きなうねりが２．５周期より多周期になることは考えにくい。測定点数の最小値は、２．５周期構造をもつ基板であっても、うねりの頂上、谷底付近の基板面高さ測定に対応するため、５箇所以上とした。
【００３９】
ステージ７上に配された基板６の表面高さの調整機構（真空吸着穴１０を備えた突き上げピン９と真空吸着溝８が対になったもの）の点数は、基板の幅方向（長尺電極の長手方向）には前記測定点数と同数以上が必要である。電極構造物３を基板６およびステージ７に対して相対的に走査する際には、調整を容易にするため、測定点の直下付近を突き上げピン９が通過するように配置する。
【００４０】
以下では電極面高さ、基板面高さの測定点及び基板表面高さの調整機構は７箇所に設けたとして説明する。
【００４１】
基板の長さ方向（長尺電極の幅方向）の調整機構の設置ピッチは特に指定はないが、設置ピッチが小さいと調整機構を駆動しても十分な基板変形量を得ることができず、効果が小さい。
次に、Ｓ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップの詳細について、図６乃至１２を用いて説明するは以下のようにして行われる。まず、図４に示した処理フローに先立って、予め図７に示すように、予め電極構造物３表面の特徴的な位置における表面高さ（電極面高さ）Ｅ１〜Ｅ７を測定し（Ｓ６０１）、記憶手段１５０−２に入力しておく（Ｓ６０２）。ここで、電極構造物３表面の特徴的な位置とは、図７に示すような多孔質電極２の長手方向に沿った線分上の位置である。図６では一例として、多孔質電極２の中心線上でＥ１〜Ｅ７を測定した。
【００４２】
また、ギャップセンサ３１の検出面と多孔質電極２の基板６に対向する面との間隔Ｈ（図２Ｂ参照）を予め計測して記憶手段１５０−２に記憶させておく。ギャップセンサ３１で検出するガラス基板６の表面の高さは（Ｈ＋Ｄ）であり、成膜中に管理したい寸法はＤであるので、成膜中にギャップセンサ３１で検出したガラス基板６の表面の高さ（Ｈ＋Ｄ）から記憶手段１５０−２に記憶させておいた寸法Ｈを差し引くことで成膜中の管理したい寸法Ｄを求めることができる。
【００４３】
次に図４に示した処理フローを実行し、Ｓ４０２において、真空吸着溝８及び真空吸着穴１０から真空排気を行うことにより、ガラス基板６をステージ７に吸着した状態にする。このとき、図８に示すようにガラス基板６の裏面がステージ７の表面形状に倣う。この状態でＳ４０３において、電極構造物３の前記Ｅ１〜Ｅ７に正対するガラス基板６の表面の位置の高さ(基板面高さ) Ｓ１０〜Ｓ７０をギャップセンサ３１−３７で測定する（図９：Ｓ６０３）。
【００４４】
上記は、基板−電極間距離の測定手段３１−３７が、図１に示すように、測定点毎に一つずつある場合について説明を行ったが、図１０に示すように電極の長手方向に測定手段３０を走査手段２８により左右に往復運動をさせつつ所定の位置、点数の測定を行っても同様の効果が得られる。例えば図１３の走査手段２８上に●で示した点を測定手段３０が通過するときに基板面高さを測定する。測定を行うタイミングは、●で示された点が突き上げピン９の直上付近を通過するときである。
【００４５】
次に、制御部１５０の演算手段１５０−１において、記憶手段１５０−２に記録された電極面高さデータとＳ６０３において測定手段３１−３７で測定して得られた計測データを用いて、Ｅｎ−Ｓｎ０（ｎは１〜７の整数：図８参照）を計算し（Ｓ６０４）、基板−電極間距離および傾きを求める。
【００４６】
次に、この求めた基板−電極間距離および傾きのデータに基づいて制御手段１５０−３で傾き調整手段１５２を制御して駆動部２３−１と２３−２とを個別に駆動し、ブロック体２４−１と２４−２との高さを調整することにより電極構造体３の基板６との間隔及び傾きを調整する（Ｓ６０５）。
【００４７】
傾き調整手段１５２で駆動部２３−１と２３−２とを制御して電極構造体３の基板６との間隔及び傾きを調整した後、その結果を演算手段１５０−１で基板−電極間距離の設定値と比較し（Ｓ６０６）、所定の値と異なる場合には、制御手段１５０−３が基板６の表面高さ調整機構（突き上げピン駆動手段１５４）を制御して、ピン駆動部９−１で駆動される個々の突き上げピン９のステージ７の上面からの突き出し量が所定の値となるように調整する（Ｓ６０７）。たとえば、図８でＥ１−Ｓ１０は所定の基板−電極間距離よりも大きいため、図１１に示すように突き上げピン９が上方へ伸び、基板６の表面を押し上げて、基板表面のうねりや傾きを低減する。一方、Ｅ２−Ｓ２０は所定の基板−電極間距離となっているため、突き上げピン１３は駆動されない。
【００４８】
以上の動作で、成膜開始前のＳ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップを終了する。
【００４９】
次に、Ｓ４０６において、電極構造体３と基板６との間に原料ガスを供給しプラズマを発生させながら電極構造体３が一定の速度で移動している最中に行う電極構造体３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法について説明する。
【００５０】
Ｓ４０６において行う電極構造体３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法は、基本的に先に説明したＳ４０３における方法と同じであり、Ｓ４０６においてはこの操作を、電極構造物３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させながら、基板６の表面上の測定位置Ｓ１１〜Ｓ７１、Ｓ１２〜Ｓ７２、……、Ｓ１ｎ〜Ｓ７ｎ（ｎは自然数）に対して繰り返し行う。これらの測定を行う位置は、Ｓ１０〜Ｓ７０の測定時と同様、突き上げピンの直上であることが望ましい。
【００５１】
電極構造物３に対して基板及びステージを相対的に移動させるための他の方法として、図１２に示すように高さ・傾き調整機構２２、２３を装置フレーム２０に固定し、基板６及びステージ７を移動させても良い。その場合には、基板６及びステージ７の移動機構２９を備える。移動機構２９は、例えば、多連のローラーからなり、基板及びステージを水平に等速で移動させる機能を持つ。
【００５２】
本実施例によれば、電極構造物３を支持するブロック体２４−１と２４−２との高さを個別に調整可能な構成とし、かつ、基板表面の高さを小領域ごとに調整できる構成としたことにより、基板６が電極構造物３の進行方向に対して傾きやうねりを持っている場合でも、電極側の高さ調整機構と基板表面高さ調整機構とを組合せて用いることによって、基板−電極間距離の調整を効率的に実施することができる。
【実施例２】
【００５３】
第２番目の実施例として、実施例１で説明した電極構造体３を複数に分割して、分割した個々の電極構造体の高さ及び傾きを調整して成膜する方法及びその講師構成について、１３乃至１６を用いて説明する。
【００５４】
図１３に実施例２に係る装置の全体構成を示す。全体の構成は、実施例１で説明した図１に記載した構成と類似している。図１に示した構成と相違する点は、実施例１では電極構造体３が１つで構成されていたが、本実施例では、電極構造体を１０３，２０３及び３０３の３つに分割し、それぞれの高さと傾きとを個別に調整できるように構成した点である。図１３においては、図１に示した構成と共通している制御部や駆動、調整手段の記載を省略している。
【００５５】
図１４Ａは電極の長手方向（基板幅方向）の断面図、図１４Ｂは図１４ＡのＣ−Ｃ断面矢視図である図１４Ａでは、電極構造物が３つに分割された例として多孔質電極１０２、２０２、３０２と多孔質電極支持体１０１、２０１、３０１からなる電極構造物１０３、２０３、３０３を示している。また、図１４Ｂに示すように、隣り合った電極同士は千鳥配置になっている。
【００５６】
さらに、多孔質電極１０２、２０２、３０２とステージ７間に高周波電力を印加し、プラズマを発生させるためにそれぞれの電極構造物１０３、２０３、３０３は高周波電力印加手段２２７にケーブル２２７１,２２７２及び２２７３を介して接続されている。電極構造物１０３〜３０３は多孔質電極１０２〜３０２から噴出させるＣＶＤ用の原料ガスを供給するためのポート１０４〜３０４をそれぞれ備える。前記プラズマを発生手段は多孔質電極１０２〜３０２から基板−電極間に噴出したガスをプラズマ化する。
【００５７】
ステージ７の構成は実施例１で図３Ａ及びＢを用いて説明したものと同じなので省略する。
【００５８】
各電極構造物１０３〜３０３はその支持部１４２４に駆動部を含む高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２を介して支持されている。電極構造物１０３は駆動部を含む高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２により支持部１４２４に支持されており、制御手段１５０で高さ及び傾き調整機構１０３１,１０３２を個々に制御することにより電極構造物１０３の高さと傾きとが調整される。電極構造物２０３及び３０３についても同様にして高さと傾きとが調整される。
【００５９】
また、支持部１４２４はリニアガイド２２１及び２２２の可動子２２１−２及び２２２−２に固定されており、制御手段１５０で制御されて可動子２２１−２及び２２２−２が固定子２２１−１及び２２２−１に沿って移動することにより基板６上を移動する。
【００６０】
ステージ７上に配された基板表面高さの調整機構の構成及び動作は実施例１で説明したものと同じなので説明を省略する。
【００６１】
また、電極構造物１０３〜３０３の長さは、少なくとも３対の基板表面高さの調整機構にかかるように設計する。このようにすることで、電極下の０．５〜１周期の基板うねりに対して、基板−電極間距離を調整することが可能となる。図８及び１５では、電極構造物は１０３から３０３の３つで構成されているとしたが、基板幅全体にわたっては少なくとも３つ以上の電極構造物で構成されていることが必要である。
【００６２】
基板の幅方向の基板面高さの調整機構は、電極の分割数をｎとすると、２ｎ＋１箇所以上備えられている。図８では電極の分割数が３のため、７点の調整機構が必要となる。
【００６３】
図９に示すように、電極構造物を３つ以上で構成し、基板面高さの調整機構の点数を７箇所（電極構造物数をｎとしたときに２ｎ＋１箇所）以上である本構造は、基板面高さの調整機構を設置しにくい外周部にうねりが集中している基板に対して、特に有効である。すなわち、基板両端の電極を水平面から傾けることによって、基板表面高さの調整機構のない最外周のうねりを調整できる。
【００６４】
電極構造物３の支持部は高さ・傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２を備える。基板表面高さ調整機構のストロークが足りない場合や基板が長尺電極の進行方向に対して傾きを持っている場合に、電極側の高さ調整機構を用いることによって、基板−電極間距離の調整を効率的に実施することができる。
【００６５】
以下では測定点数及び基板表面高さの調整機構の点数は６点として説明する。
【００６６】
基板の長さ方向（長尺電極の幅方向）の調整機構の設置ピッチは特に指定はないが、設置ピッチが小さいと調整機構を駆動しても十分な基板変形量を得ることができず、効果が小さい。
【００６７】
本実施例の図１３に示した構成の大気圧プラズマＣＶＤ装置を用いて、大気圧プラズマＣＶＤ法により基板６上に薄膜を形成する工程は、実施例１で図４を用いて説明したものと同じであるので、記載を省略する。
【００６８】
次に、図４のフローのＳ４０３に対応する基板表面高さ計測・調整ステップについて説明する。
【００６９】
基板−電極間距離の調整は次のようにして行われる。まず、予め電極構造物１０３，２０３および３０３の表面の特徴的な位置における表面高さ（電極面高さ）Ｅ１〜Ｅ６をギャップセンサ２３１〜２３６で測定し（図１５Ａ：Ｓ６０１）、図示していない記憶手段に入力する（図１の１５０−２に相当：Ｓ６０２）。ここで、電極構造物１０３，２０３および３０３の表面の特徴的な位置とは、電極構造物１０３，２０３および３０３の長手方向に沿った線分上の位置である。例えば、千鳥配置されている電極構造物１０３，２０３および３０３の中心線上でＥ１〜Ｅ６を測定した。
【００７０】
次に実施例１の図３ＡおよびＢに示したのと同じ構成のステージ７を用いて、真空吸着溝８及び真空吸着穴１０から真空排気を行うことにより、ガラス基板６をステージ７に吸着した状態にする。このとき、図１５Ａに示すように基板の裏面がステージの表面形状に倣う。この状態で基板表面上の高さを測定する（Ｓ６０３）。
【００７１】
さらに図示していない演算手段（図１の１５０−１に相当）において、記憶手段（図１の１５０−２に相当）に記録された電極面高さデータとギャップセンサ２３１〜２３６から得られた計測データを用いて、Ｅｎ−Ｓｎ０（ｎは１〜６の整数）を計算し、基板−電極間距離を求める（Ｓ６０４）。
【００７２】
図１５Ａに示すように多孔質電極１０２の下に相当する基板６の表面は、基板表面高さ調整機構９３付近から９１付近にかけて右上がりの傾向がある。一方、多孔質電極３０２の下に相当する基板６の表面は、基板表面高さ調整機構９５付近から９６付近にかけて右下がりの傾向がある。また多孔質電極２０２の下に相当する部分は中央が低い構造となっている。そこで多孔質電極１０２を備えた電極構造物１０３は、その下の基板の傾向にあわせるために高さ及び傾き調整機構１０３１を作動させて左側を下げ、多孔質電極３０２を備えた電極構造物３０３は、その下の基板の傾向に合わせるために高さ及び傾き調整機構３０３２を作動させて右側を下げる。多孔質電極２０２を備えた電極構造物２０３については、左端、右端の上下では調整することができないため、水平を保ったままにする（Ｓ６０５）。
【００７３】
このようにして高さ・傾き調整機構１０３１,１０３２,２０３１,２０３２,３０３１及び３０３２による電極面の移動量を補正すると、基板−電極間距離はＥｎ’−Ｓｎ０となる。この値を基板−電極間距離の設定値と比較し（Ｓ６０６）、所定の値と異なる場合には、制御手段が基板表面高さ調整機構を駆動して、所定の値となるように調整する（Ｓ６０７）。たとえば、図１５ＢでＥ１’−Ｓ１０は所定の基板−電極間距離よりも大きいため、図１５Ｃに示すように突き上げピン９１が上方へ伸び、基板表面を押し上げて、基板表面のうねりや傾きを低減する。一方、Ｅ２’−Ｓ２０は所定の基板−電極間距離となっているため、突き上げピン９２は駆動されない。
【００７４】
以上の動作で、成膜開始前のＳ４０３における基板表面高さ計測・調整のステップを終了する。
【００７５】
次に、Ｓ４０６に相当するステップおいて、電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間に原料ガスを供給しプラズマを発生させながら電極構造体１０３，２０３および３０３が一定の速度で移動している最中に行う電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法について説明する。
【００７６】
Ｓ４０６において行う電極構造体１０３，２０３および３０３と基板６との間隔と傾きの調整及び基板表面のうねりや傾きを低減する方法は、基本的に先に説明したＳ４０３における方法と同じであり、Ｓ４０６においてはこの操作を、電極構造体１０３，２０３および３０３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させながら、基板６の表面上の測定位置に対して繰り返し行う。
【００７７】
電極構造体１０３，２０３および３０３に対して基板６及びステージ７を相対的に移動させる方法は次の通りである。図１３に示すように、高さ調整機構１４２４はガイド２１−１及び２２−１に沿って等速で移動可能な構造となっており、基板６及びステージ７上で電極構造体１０３，２０３および３０３を走査する目的で使用される。ガイド２１−１及び２２−１は装置フレーム２０上に設置されている。
【００７８】
他の方法として、図１６に示すように高さ・傾き調整機構１６２２を装置フレーム２０に固定し、基板６及びステージ７を移動させても良い。その場合には、基板及びステージの移動機構２９を備える。移動機構２９は、例えば、多連のローラーからなり、基板及びステージを水平に等速で移動させる機能を持つ。
【００７９】
なお、上記した実施例１及び２においては、大気圧プラズマＣＶＤ法について説明したが、チャンバー２６の内部の圧力を大気圧よりの多少低く（例えば１０５〜１０４Ｐａ）維持した状態で実施しても良い。また、大気圧プラズマＣＶＤ法を大気中で行っても良く、不活性ガス（例えば、窒素（Ｎ２）ガスまたはヘリウム（Ｈｅ）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガス）雰囲気中で行っても良い。
【００８０】
更に、上記した実施例１及び２においては、ダイレクト型の大気圧プラズマＣＶＤ法を実現する装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、リモート型の大気圧プラズマＣＶＤ法を実現する装置についても適用できることは明らかである。
【符号の説明】
【００８１】
１、１０１、２０１、３０１・・・多孔質電極支持体 ２、１０２、２０２、３０２
・・・多孔質電極 ３、１０３、２０３、３０３・・・電極構造物 ４、１０４、２０４、３０４：ガス導入ポート ６・・・基板 ７・・・ステージ ８、１２
・・・真空吸着溝 ９、１３・・・突き上げピン １０、１４・・・真空吸着穴
２０・・・装置フレーム ２１、２２・・・リニアガイド ２１−１，２２−１
・・・リニアガイドの固定子 ２１−２，２２−２・・・リニアガイドの可動子 ２３−１，２３−２,１０３１,１０３２,２０３１，２０３２，３０３１，３０３２・・・駆動部 ３１,３２,３３,３４,３５,３６,３７，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６・・・ギャップセンサ ２６：チャンバー ２７：高周波電力印加手段 １５０・・・制御部 １５０−１・・・演算手段 １５０−２・・・記憶手段 １５０−３・・・制御手段 １５１・・・テーブル駆動手段 １５２・・・傾き調整手段 １５３・・・ギャップコントローラ １５４・・・突き上げピン駆動手段 １５５・・・真空排気部 １５６・・・ガス供給部 １５７・・・ガス供給制御手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料である基板を載置するテーブル手段と、
該テーブル手段と対向して配置された多孔質電極を有する電極手段と、
該電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、
前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
制御手段は、前記ガス供給手段で前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら前記高周波電力印加手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより前記電極手段と前記試料との間にプラズマを発生させた状態で前記駆動手段で前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電極手段と前記テーブル手段との両方を制御して前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記電極手段は複数の分割電極を並べて構成されており、該複数の分割電極ごとに前記制御手段で前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
試料である基板を載置するテーブル手段と、
該テーブル手段と対向して配置された電極手段と、
該電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
制御手段は、前記ガス供給手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給して前記高周波電力印加手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより前記電極手段と前記試料との間にプラズマを発生させた状態で前記駆動手段で前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との両方を制御して前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記電極手段は該電極手段の前記テーブル手段に載置された基板の表面に対する高さと傾きとを調整する高さ・傾き調整部を有し、前記テーブル手段は前記電極手段に対する前記基板の部分領域ごとの間隔を調整する基板の小領域高さ調整部を有し、前記制御手段で前記電極手段の高さ・傾き調整部と前記テーブル手段の小領域高さ調整部とを制御することにより前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記小領域高さ調整部は、前記テーブル手段に載置された基板を前記テーブル手段に真空吸着する真空吸着部と、前記基板の前記テーブル手段側の面を前記小領域ごとに押し上げる複数の押し上げピンとを有していることを特徴する請求項５記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記電極手段は前記テーブル手段の幅よりも狭く前記基板の幅よりも大きい幅を有し、前記電極手段の前記幅方向の複数の箇所に前記電極手段と前記テーブル手段に載置された基板との間隔を計測する計測手段を設け、前記制御手段は、計測手段で計測した前記電極手段と前記基板との間の複数の箇所の間隔の情報に基づいて前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記電極手段は多孔質電極を有し、前記ガス供給手段は大気圧中で前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給することを特徴とする請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
テーブルに載置された基板と前記テーブルと対向して配置された電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でＣＶＤ原料ガスを供給して前記テーブルと前記電極との間に高周波電力を印加させて前記テーブルと前記電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でプラズマを発生させた状態で前記電極を前記テーブルに沿って移動させることにより前記基板上に薄膜を形成する方法であって、前記テーブルと前記電極との間にプラズマを発生させた状態で前記電極を前記テーブルに沿って移動させている間に前記テーブルに載置された基板の表面に対する前記電極の高さと傾きとを調整して前記テーブルと前記電極との間隔を一定に維持しながら前記基板上に薄膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１０】
前記テーブルと前記電極との間隔を制御することを、前記テーブルに載置された基板の表面対する前記電極の高さと傾きとを調整するとともに、前記電極に対する前記基板の部分領域ごとの間隔を調整することを特徴とする請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１１】
前記部分領域ごとの間隔を調整することを、前記テーブルに載置された基板を前記テーブルに真空吸着し、前記基板の前記テーブルに真空吸着されている側の面を前記小領域ごとに複数のピンで押し上げることにより行うことを特徴する請求項１０記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１２】
前記電極は前記テーブルの幅よりも狭く前記基板の幅よりも大きい幅を有し、前記電極の前記幅方向の複数の箇所で前記電極と前記テーブルに載置された基板との間隔を計測し、該計測した前記電極と前記基板との間の複数の箇所の間隔の情報に基づいて前記電極と前記テーブルとの間隔を制御することを特徴する請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１３】
電極は多孔質電極で形成されており、大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中で該多孔質電極から前記テーブルに載置された基板との間にＣＶＤ原料ガスを供給することを特徴する請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１】
試料である基板を載置するテーブル手段と、
該テーブル手段と対向して配置された多孔質電極を有する電極手段と、
該電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、
前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
制御手段は、前記ガス供給手段で前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給しながら前記高周波電力印加手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより前記電極手段と前記試料との間にプラズマを発生させた状態で前記駆動手段で前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電極手段と前記テーブル手段との両方を制御して前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記電極手段は複数の分割電極を並べて構成されており、該複数の分割電極ごとに前記制御手段で前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
試料である基板を載置するテーブル手段と、
該テーブル手段と対向して配置された電極手段と、
該電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させる電極駆動手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間に高周波電力を印加する高周波電力印加手段と、
前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御する制御手段と
を備えたプラズマＣＶＤ装置であって、
制御手段は、前記ガス供給手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中でＣＶＤ原料ガスを供給して前記高周波電力印加手段で前記電極手段と前記テーブル手段との間に大気圧中で高周波電力を印加することにより前記電極手段と前記試料との間にプラズマを発生させた状態で前記駆動手段で前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との両方を制御して前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
前記電極手段は該電極手段の前記テーブル手段に載置された基板の表面に対する高さと傾きとを調整する高さ・傾き調整部を有し、前記テーブル手段は前記電極手段に対する前記基板の部分領域ごとの間隔を調整する基板の小領域高さ調整部を有し、前記制御手段で前記電極手段の高さ・傾き調整部と前記テーブル手段の小領域高さ調整部とを制御することにより前記電極手段を前記テーブル手段に沿って移動させている間に前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
前記小領域高さ調整部は、前記テーブル手段に載置された基板を前記テーブル手段に真空吸着する真空吸着部と、前記基板の前記テーブル手段側の面を前記小領域ごとに押し上げる複数の押し上げピンとを有していることを特徴する請求項５記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
前記電極手段は前記テーブル手段の幅よりも狭く前記基板の幅よりも大きい幅を有し、前記電極手段の前記幅方向の複数の箇所に前記電極手段と前記テーブル手段に載置された基板との間隔を計測する計測手段を設け、前記制御手段は、計測手段で計測した前記電極手段と前記基板との間の複数の箇所の間隔の情報に基づいて前記電極手段と前記テーブル手段との間隔を制御することを特徴する請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項８】
前記電極手段は多孔質電極を有し、前記ガス供給手段は大気圧中で前記電極手段の多孔質電極から前記テーブル手段との間にＣＶＤ原料ガスを供給することを特徴とする請求項１又は４に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】
テーブルに載置された基板と前記テーブルと対向して配置された電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でＣＶＤ原料ガスを供給して前記テーブルと前記電極との間に高周波電力を印加させて前記テーブルと前記電極との間に大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中でプラズマを発生させた状態で前記電極を前記テーブルに沿って移動させることにより前記基板上に薄膜を形成する方法であって、前記テーブルと前記電極との間にプラズマを発生させた状態で前記電極を前記テーブルに沿って移動させている間に前記テーブルに載置された基板の表面に対する前記電極の高さと傾きとを調整して前記テーブルと前記電極との間隔を一定に維持しながら前記基板上に薄膜を形成することを特徴とするプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１０】
前記テーブルと前記電極との間隔を制御することを、前記テーブルに載置された基板の表面対する前記電極の高さと傾きとを調整するとともに、前記電極に対する前記基板の部分領域ごとの間隔を調整することを特徴とする請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１１】
前記部分領域ごとの間隔を調整することを、前記テーブルに載置された基板を前記テーブルに真空吸着し、前記基板の前記テーブルに真空吸着されている側の面を前記小領域ごとに複数のピンで押し上げることにより行うことを特徴する請求項１０記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１２】
前記電極は前記テーブルの幅よりも狭く前記基板の幅よりも大きい幅を有し、前記電極の前記幅方向の複数の箇所で前記電極と前記テーブルに載置された基板との間隔を計測し、該計測した前記電極と前記基板との間の複数の箇所の間隔の情報に基づいて前記電極と前記テーブルとの間隔を制御することを特徴する請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【請求項１３】
電極は多孔質電極で形成されており、大気圧中又は大気圧に近い雰囲気中で該多孔質電極から前記テーブルに載置された基板との間にＣＶＤ原料ガスを供給することを特徴する請求項８記載のプラズマＣＶＤ方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−１８１７４９（Ｐ２０１１−１８１７４９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５５１４（Ｐ２０１０−４５５１４）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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