JP2001032078A - プラズマcvd製膜方法 - Google Patents

プラズマcvd製膜方法

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JP2001032078A
JP2001032078A JP11206215A JP20621599A JP2001032078A JP 2001032078 A JP2001032078 A JP 2001032078A JP 11206215 A JP11206215 A JP 11206215A JP 20621599 A JP20621599 A JP 20621599A JP 2001032078 A JP2001032078 A JP 2001032078A
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plasma
substrate
electrode
film forming
forming method
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JP11206215A
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Tatsufumi Aoi
辰史 青井
Yasuhiro Yamauchi
康弘 山内
Taizo Fujiyama
泰三 藤山
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面ヒータの製膜速度に及ぼす影響を可
能な限り抑制することができ、所望の製膜速度に制御す
ることができるプラズマCVD製膜方法を提供する。 【解決手段】 基板を保持し加熱する工程と、電極と基
板との間に反応性ガスを供給する工程と、電極に高周波
電力を印可し、電極と基板との間に反応性ガスのプラズ
マを生成する工程と、プラズマ生成中において基板に対
面配置された基板表面ヒータを用いて被処理基板の製膜
面を加熱しているときに、該基板表面ヒータの電源回路
を介してプラズマ情報を検出する工程と、プラズマ情報
として検出された高周波誘導電圧Vrfおよび高周波バ
イアス電圧Vbのうち少なくとも一方の情報に基づい
て、電極に供給される入射電力をフィードバック制御す
ることにより、電極面全体で実質的に均一なプラズマ密
度分布とし、基板上に製膜する工程と、を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面ヒータを
用いたPCVD装置における製膜速度を制御するプラズ
マCVD製膜方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プラズマCVD製膜用の装置はヒータ上
の基板とガス供給機構との間に電極を備え、電極と基板
との間に反応性ガスを供給しながら電極に高周波電力を
印可することにより電極と基板との間にプラズマを生成
させる。電極には複数個の端子を有する多端子給電方式
の多チャンネル電極を用いる。多端子給電方式の電極で
は各チャンネルのインピーダンスが均等になるように電
力分配器を介して各端子に給電する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラズ
マCVD装置には基板と放電電極との間に基板表面加熱
用の網状の基板表面ヒータ(メッシュヒータ)が存在す
るので、プラズマ生成領域内でのプラズマ密度と製膜を
支配する基板付近のプラズマ密度との間に違いを生じ
る。このため、電極に同じ高周波電力を印可したとして
も、製膜室のメンテナンス前と後とでは製膜速度が異な
り、一定の安定した品質の膜質を得ることが困難であっ
た。
【0004】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであって、基板表面ヒータの製膜速度に及ぼす
影響を可能な限り抑制することができ、所望の製膜速度
に制御することができるプラズマCVD製膜方法を提供
することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマC
VD製膜方法は、生成プラズマにより反応性ガスを分解
反応させて基板上に製膜するプラズマCVD製膜方法に
おいて、被処理基板を保持し加熱する工程と、電極と被
処理基板との間に反応性ガスを供給する工程と、前記電
極に高周波電力を印可し、電極と被処理基板との間に前
記反応性ガスのプラズマを生成する工程と、プラズマ生
成中において被処理基板に対面配置された基板表面ヒー
タを用いて被処理基板の製膜面を加熱しているときに、
該基板表面ヒータの電源回路を介してプラズマ情報を検
出する工程と、前記プラズマ情報として検出された高周
波誘導電圧Vrfおよび高周波バイアス電圧Vbのうち
少なくとも一方の情報に基づいて、前記電極に供給され
る入射電力をフィードバック制御することにより、前記
電極面全体で実質的に均一なプラズマ密度分布とし、被
処理基板上に製膜する工程と、を具備することを特徴と
する。
【0006】この場合に、プラズマ情報として検出され
た高周波誘導電圧Vrfを電極への入射電力のフィード
バック制御に用いるようにしてもよいし、またプラズマ
情報として検出された高周波バイアス電圧Vbを電極へ
の入射電力のフィードバック制御に用いるようにしても
よいし、またプラズマ情報として検出された高周波誘導
電圧Vrfおよび高周波バイアス電圧Vbの両方を電極
への入射電力のフィードバック制御に用いるようにして
もよい。
【0007】ここで「高周波誘導電圧Vrf」とは、プ
ラズマの交流成分を表わすパラメータのことをいう。V
rfの値が大きい場合はプラズマ生成領域内の電界が強
く、逆にVrfの値が小さい場合はプラズマ生成領域内
の電界が弱くなる。このVrfの値はプラズマ密度と直
接的な関係を有するものであり、プラズマ密度を増大さ
せるためにはVrfの値を大きくする必要がある。
【0008】また「高周波バイアス電圧Vb」とは、プ
ラズマの直流成分を表わすパラメータのことをいう。V
bの値が大きい場合はプラズマの電位(電圧)は高く、
逆にVbの値が小さい場合はプラズマの電位(電圧)は
低くなる。この高周波バイアス電圧Vbの値は、プラズ
マ密度と直接の関係はもたないが、プラズマ生成領域に
おけるプラズマの状態を把握するための1つの目安とな
る。
【0009】なお、製膜速度が0.5nm/秒を超える
ように電極への入射電力をフィードバック制御すること
が好ましい。さらに好ましくは製膜速度が1.0nm/
秒の程度となるように電極に対する入射電力をフィード
バック制御する。この理由は、pinジャンクション型
太陽電池の製造における製膜速度の目標値が0.5〜
1.0nm/秒とされるからである。すなわち、この目
標値より製膜速度が遅くなると、単にスループットが低
下するばかりでなく、太陽電池に必要な性能を満たす所
望の膜質が得られ難くなるからである。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【0011】図1及び図2を参照しながら本発明の実施
形態のプラズマCVD製膜方法について説明する。PC
VD装置1は製膜室7を備え、製膜室7は排気通路8を
介して真空ポンプ9により真空排気されるようになって
いる。また、製膜室7にはガス供給機構6の吹出し口が
連通し、図示しない供給源からシランを主成分とするプ
ロセスガスが製膜室7内に供給されるようになってい
る。
【0012】また、製膜室7はガラス基板3を所定の目
標温度に加熱するためのヒータ2を備えている。このヒ
ータ2は両面加熱型とすることも可能でこの場合は図示
しない他面側にも基板3が保持されている。各基板3は
例えば図示しないポジショナーによりヒータ2の加熱面
にそれぞれ押し付け保持されている。なお、ヒータ2は
接地されている。
【0013】多端子給電方式のラダー電極5がヒータ2
上の基板3に対面配置されている。ラダー電極5は平行
格子状の金属線グリッドからなり、複数の端子を介して
高周波電源14に接続されている。ラダー電極5と高周
波電源14との間にはマッチング回路をもつ整合器15
が設けられ、プラズマが確実かつ安定に生成されるよう
に給電動作が制御されるようになっている。この高周波
電源14は例えば13.56MHzの高周波電力(電
圧)を電極5に印可する。
【0014】さらに、ガス供給機構6が電極5の背面側
に配置され、更にガス供給機構6の背面に防着板7が配
置されている。ガス供給機構6の配管は図示しないガス
供給源に連通接続され、反応性ガスとしてシランを主成
分とするプロセスガスが供給されるようになっている。
【0015】基板3と電極5との相互間距離は例えば約
35mmに設定され、基板3とガス供給機構6との相互
間距離は例えば40〜90mmに設定されている。プラ
ズマは基板3と電極5とで挟まれた狭い領域に生成され
る。このプラズマ生成領域に基板表面ヒータ4が設けら
れ、プラズマ生成中に基板3の表面(製膜面)を所望温
度に加熱するようになっている。基板表面ヒータ4は矩
形のフレーム4aに網状のメッシュヒータエレメント4
bを張りわたしてなるものである。直流電源12がフレ
ーム4aに接続され、フレーム4aを介してメッシュヒ
ータエレメント4bに給電し、これを抵抗発熱させるよ
うになっている。
【0016】基板表面ヒータ4用の直流電源回路にはフ
ィードバック制御回路が接続されている。このフィード
バック制御回路はモニタ16および制御器17を介して
高周波電源14に接続されている。モニタ16は、プラ
ズマ生成中の情報として高周波誘導電圧Vrfおよび高
周波バイアス電圧Vbを基板表面ヒータ用直流回路から
検出し、制御器17に送るようになっている。さらに制
御器17の出力側は高周波電源14に接続されている。
【0017】次に、上記装置の動作について説明する。
【0018】真空排気された製膜室7内にプロセスガス
の導入を開始するとともに、高周波電源14から整合器
15を介してラダー電極5に給電を開始する。これによ
り電極5と基板3との間にプラズマが生成される。この
ときの初期の入射電力量は、例えば電極5の各端子(各
チャンネル)におけるインピーダンスが均等になるよう
にそれぞれ設定されている。
【0019】制御器17は、生成プラズマが安定したと
ころで、モニタ16で検出された高周波誘導電圧Vrf
および高周波バイアス電圧Vbに関する入力データに基
づき電源14にフィードバック制御信号を送る。すなわ
ち、プラズマ情報のデータ入力が行われると、制御器1
7のCPUはメモリから所定の演算式を呼び出し、この
演算式および入力データを用いてプラズマの最適制御を
行なうために必要な各チャンネルへの入射電力(給電
量)の値をそれぞれ求める。さらに制御器17のCPU
は求めた入射電力値に対応するフィードバック制御信号
を図示しない電力分配器に送る。これに応じて電力分配
器(図示せず)は各チャンネルの端子(図示せず)に電
源14からの入射電力を再分配する。すなわち、プラズ
マ分布密度が低い部分にあたる端子への入射電力を増大
させる一方で、プラズマ分布密度が高い部分にあたる端
子への入射電力を減少させ、プラズマ生成領域全体とし
て一様なプラズマ分布密度とする。これにより電極5の
各端子ごとに最適量の給電がなされ、電極面全体にわた
り均一なプラズマ分布密度となり、膜厚均一性の高い製
膜が得られるようになる。
【0020】図3は横軸に高周波誘導電圧Vrfおよび
高周波バイアス電圧Vbをとり、縦軸に製膜速度をとっ
て、プラズマ生成中における両者の相関について調べた
結果を定性的に示す特性線図である。図から明らかなよ
うに、高周波誘導電圧Vrfおよび高周波バイアス電圧
Vbが増大するに従って製膜速度が増大する。特に高周
波誘導電圧Vrfの上昇に伴なう製膜速度の増加率は顕
著であり、高周波誘導電圧Vrfに対して製膜速度が二
次関数的に増加することが判明した。一方、高周波バイ
アス電圧Vbのほうは製膜速度とほぼ正比例関係にあ
り、高周波バイアス電圧Vbが大きくなるに従って製膜
速度が漸次増大することが判明した。
【0021】上記のPCVD装置を用いて基板3上に実
際にa−Si膜を形成し、得られたa−Si膜から各々
の製膜速度を評価したところ目標製膜速度の0.5〜1
nm/秒を上回る良好な結果が得られた。この場合に、
被処理基板3として500mm×500mmサイズのガ
ラス基板を供試した。原料プロセスガスとして純シラン
ガスを用いた。また、製膜雰囲気の圧力は0.1Tor
rとした。
【0022】なお、上記実施形態では500mm×50
0mmサイズの基板に製膜する場合について説明した
が、本発明はこれのみに限られることなく例えば100
0mm×1000mmサイズの大型基板に製膜すること
も可能である。
【0023】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、基
板表面ヒータの製膜速度に及ぼす影響を可能な限り抑制
することができ、所望の製膜速度に制御することができ
る。これにより一定の安定した膜質の太陽電池を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るプラズマCVD製膜方
法に用いられる装置のブロック回路図。
【図2】プラズマCVD装置の概要を示す斜視図。
【図3】高周波誘導電圧Vrf・高周波バイアス電圧V
bと製膜速度との相関を示す特性線図。
【符号の説明】
1…PCVD装置、2…主ヒータ、3…基板、4…基板
表面ヒータ(ラジカルヒータ)、5…電極、6…ガス供
給機構、7…防着板、12…基板表面ヒータ用電源(直
流電源)、14…高周波電源、15…整合器、16…モ
ニタ、17…制御器。
フロントページの続き (72)発明者 藤山 泰三 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Fターム(参考) 4K030 AA06 BA30 FA03 JA12 KA15 KA20 KA24 KA30 KA39 KA41 5F045 AA08 AB04 AC01 AE19 AF07 BB02 CA13 EH04 EH12 EH20 EK08 EK27 GB08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 生成プラズマにより反応性ガスを分解反
    応させて基板上に製膜するプラズマCVD製膜方法にお
    いて、 被処理基板を保持し加熱する工程と、 電極と被処理基板との間に反応性ガスを供給する工程
    と、 前記電極に高周波電力を印可し、電極と被処理基板との
    間に前記反応性ガスのプラズマを生成する工程と、 プラズマ生成中において被処理基板に対面配置された基
    板表面ヒータを用いて被処理基板の製膜面を加熱してい
    るときに、該基板表面ヒータの電源回路を介してプラズ
    マ情報を検出する工程と、 前記プラズマ情報として検出された高周波誘導電圧Vr
    fおよび高周波バイアス電圧Vbのうち少なくとも一方
    の情報に基づいて、前記電極に供給される入射電力をフ
    ィードバック制御することにより、前記電極面全体で実
    質的に均一なプラズマ密度分布とし、被処理基板上に製
    膜する工程と、を具備することを特徴とするプラズマC
    VD製膜方法。
  2. 【請求項2】 プラズマ情報として検出された高周波誘
    導電圧Vrfを電極への入射電力のフィードバック制御
    に用いることを特徴とする請求項1記載のプラズマCV
    D製膜方法。
  3. 【請求項3】 プラズマ情報として検出された高周波バ
    イアス電圧Vbを電極への入射電力のフィードバック制
    御に用いることを特徴とする請求項1記載のプラズマC
    VD製膜方法。
  4. 【請求項4】 プラズマ情報として検出された高周波誘
    導電圧Vrfおよび高周波バイアス電圧Vbの両方を電
    極への入射電力のフィードバック制御に用いることを特
    徴とする請求項1記載のプラズマCVD製膜方法。
  5. 【請求項5】 製膜速度が0.5nm/秒を超えるよう
    に電極への入射電力をフィードバック制御することを特
    徴とする請求項1記載のプラズマCVD製膜方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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