JP2011151183A - プラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄ成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマＣＶＤ法において、シャワー板及び不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するために設けられる部材であるアースシールドに適用可能であり、かつクリーニング時にサンドブラスト処理を行ってシャワー板及びアースシールドが変形しても、初期の形状に戻して再利用が可能であり、電極用部材の交換コストを低減させることが可能なプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ成膜方法を提供することにある。
【解決手段】真空容器２２中に、基板保持電極５０と高周波電極４０とを対向して設け、高周波電極４０の表面側に複数の小孔２を有するシャワー板１を設け、いずれかの電極５０，４０に高周波電圧を印加し、小孔２を通して原料ガスを導入して基板３をプラズマＣＶＤ法で成膜処理するプラズマＣＶＤ装置において、シャワー板１は、形状記憶合金で形成されているとともに、シャワー板１は、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコン合金薄膜、アモルファスシリコン薄膜、アモルファスシリコン合金薄膜等を用いた半導体デバイスの製造に利用されるプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ成膜方法に関する。

微結晶シリコン薄膜、微結晶シリコン合金薄膜、アモルファスシリコン薄膜、アモルファスシリコン合金薄膜等を用いた半導体デバイスの製造プロセスとして、平行平板電極を使用した容量結合型のプラズマＣＶＤ法が用いられることが多い。
この方法は、真空容器中に、基板を保持する基板保持電極と高周波電源に接続される高周波電極とを対向して設けるとともに、高周波電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、ガス導入管を通して板状の部材の開口部から原料ガスを供給し、これら電極間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、原料ガスを分解した後、基板上に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ法により基板を成膜処理するものである。

かかるプラズマＣＶＤ装置の１例として、図４に示すような特許文献１（特開平６−５３１４８号公報）の装置が提供されている。
図４で示すように、この成膜装置においては、真空に保持された反応室１４内に、基板保持電極１５に支持された基板１１が設置され、原料ガスＧのガス供給口１２と基板１１との間に、ガス通路を整流するコリメータ１３が配置されている。
コリメータ１３は、原料ガスＧの流れ１６に対して直角に配置し、多数の通路を形成するための格子状の壁面５を設けることによって構成され、形状記憶合金あるいは超弾性合金等により形成されている。

一方、基板保持電極１５等の電極の面積が大きくなる場合には、基板１１に形成される膜の均一性を確保するために、ガス拡散機構を備えたシャワーヘッド型の高周波電極を設け、シャワーヘッドに装着したシャワー板の開口部から原料ガスを導入することが多い（特許文献２（特開昭５６−１６９１１６号公報））。この場合には、成膜によってシャワー板にも膜が形成されるため、定期的なメンテナンスが必要となる。

特開平６−５３１４８号公報 特開昭５６−１６９１１６号公報

このようなプラズマＣＶＤ装置において、シャワー板のクリーニング方法としては、低コストであるサンドブラスト処理と水洗浄処理とを組み合わせて行うことが多い。しかしながら、従来のＡｌ製やＳＵＳ製などのシャワー板は、サンドブラスト処理などによって塑性変形してしまい、機械的に平滑度を調整しても残留歪が残ってしまうという問題がある。
これは、不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するために設けられる部材であるアースシールドにも共通する問題である。

また、プラズマＣＶＤ装置において、上記特許文献１のように、全く異なる機能を有するもので、形状記憶合金あるいは超弾性合金等よりなるコリメータを配置した発明がある。
しかしながら、特許文献１のコリメータ１３（同図の符号を用いて説明する）は、堆積物の飛来方向をコリメートするものであり、原料ガスＧを均一に分散させる機能は備えていない。
また、特許文献１におけるコリメータ１３の垂直方向の長さは、平行流を維持するためには原料ガスＧの平均自由行程よりも長くし、さらに基板保持電極と高周波電極との間の距離、つまり電極間の距離よりも長いことが好ましいので、コリメータとして使用するには、垂直方向の長さが２ｃｍ程度必要となる。そのため、板の厚さが２ｍｍ程度の薄いシャワー板には、特許文献１のコリメータを使用することができない。
さらに、特許文献１におけるコリメータ１３のように、アスペクト比の高い板状の精密部材に付着した成膜による付着物を除去するためのクリーニング方法としては、サンドブラスト処理は適用できない。

すなわち、板の厚さが薄いシャワー板では、成膜によって堆積した膜（付着物）をサンドブラスト処理等の機械的な方法で除去すると、シャワー板が塑性変形してしまう。このため、サンドブラスト処理等の機械的な方法が採れず、サンドブラスト処理等の機械的な方法を適用した場合には、シャワー板の塑性変形を元に戻すことができないという問題がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、プラズマＣＶＤ法において、シャワー板及び不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するために設けられる部材であるアースシールドに適用可能であり、かつクリーニング時にサンドブラスト処理を行ってシャワー板及びアースシールドが変形しても、初期の形状に戻して再利用が可能であり、電極用部材の交換コストを低減させることが可能なプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ成膜方法を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ装置において、前記板状の部材は、形状記憶合金で形成されているとともに、前記板状の部材は、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものである。

また、本発明は、少なくとも真空容器中に、可撓性基板を保持する基板保持電極と基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ装置において、前記真空容器中には、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドが設けられ、前記アースシールドは、形状記憶合金で形成されているとともに、前記アースシールドは、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものである。

さらに、本発明は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記板状の部材を形状記憶合金で形成し、前記板状の部材に付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記板状の部材に対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記板状の部材を初期の形状に戻して再利用している。

そして、本発明は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記真空容器中に、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドを設け、前記アースシールドを形状記憶合金で形成し、前記アースシールドに付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記アースシールドに対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記アースシールドを初期の形状に戻して再利用している。

上述の如く、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するものであって、前記板状の部材は、形状記憶合金で形成されているとともに、前記板状の部材は、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものであるので、板状の部材つまり板の厚さが薄いシャワー板に付着した成膜による付着物（膜）をサンドブラスト処理等の機械的方法で除去するクリーニング時に、シャワー板が塑性変形しても、洗浄工程後の乾燥処理工程における熱処理手段でシャワー板に対して熱処理を施すことにより、シャワー板の塑性変形が解消されてシャワー板を元の形状に戻すことができる。
すなわち、クリーニング時において、板の厚さが薄いシャワー板をサンドブラスト処理工程における機械的手段で除去しても、形状記憶合金で形成されたシャワー板を熱処理することにより、シャワー板の塑性変形の影響を排除でき、平滑な高品質のシャワー板を繰り返し使用でき、部品コストの低減を図ることができる。

また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するものであって、前記真空容器中には、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドが設けられ、前記アースシールドは、形状記憶合金で形成されているとともに、前記アースシールドは、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものであるので、クリーニング時において、アースシールドをサンドブラスト処理工程における機械的手段で除去しても、形状記憶合金で形成されたアースシールドを熱処理することにより、アースシールドの塑性変形の影響を排除でき、アースシールドを繰り返し使用でき、部品コストの低減を図ることができる。

さらに、本発明に係るプラズマＣＶＤ成膜方法は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するものであって、前記板状の部材を形状記憶合金で形成し、前記板状の部材に付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記板状の部材に対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記板状の部材を初期の形状に戻して再利用しているので、板状の部材つまり板の厚さが薄いシャワー板に付着した成膜による付着物（膜）をサンドブラスト処理等の機械的方法で除去するクリーニング時に、シャワー板が塑性変形しても、洗浄工程後の乾燥処理工程における熱処理手段でシャワー板に対して、例えば加熱温度１５０℃で２時間程度の加熱処理を施すことにより、シャワー板の塑性変形が解消されてシャワー板を元の形状に戻すことができる。

そして、本発明に係るプラズマＣＶＤ成膜方法は、少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するものであって、前記真空容器中に、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドを設け、前記アースシールドを形状記憶合金で形成し、前記アースシールドに付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記アースシールドに対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記アースシールドを初期の形状に戻して再利用しているので、アースシールドに付着した成膜による付着物（膜）をサンドブラスト処理等の機械的方法で除去するクリーニング時に、アースシールドが塑性変形しても、洗浄工程後の乾燥処理工程における熱処理手段でアースシールドに対して、例えば加熱温度１５０℃で２時間程度の加熱処理を施すことにより、アースシールドの塑性変形が解消されてアースシールドを元の形状に戻すことができる。

本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を示す概略図である。 上記実施形態におけるシャワー板を示す平面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 従来技術におけるプラズマＣＶＤ装置を示す概略図である。

以下、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置について、その実施形態に基づき図面を参照しながら詳細に説明する。また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、太陽電池等の薄膜製造装置に関するものである。
ここで、図１は本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の概略図、図２は本実施形態におけるシャワー板の平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ線断面図である。

図１において、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置は、基板３を搬送する真空容器２１を備えており、該真空容器２１中の成膜室（プラズマＣＶＤ室）２２内には、外部の高周波電源１０に接続される高周波電極４０と、基板３を保持する基板保持電極５０とが平行に対向して配設され、高周波電極４０には、高周波電源１０からケーブルなどを介して高周波電力（ＲＦ電力）が供給されるように構成されている。
高周波電極４０の表面側には、図２及び図３に示すような複数の小孔（開口部）２を有するシャワー板（板状の部材）１が設けられており、成膜ガスである原料ガスＧは、高周波電極４０からシャワー板１の小孔２を通ってシャワー状に放出され、基板３に供給されるようになっている。このため、原料ガスＧは、図示しないマスフローコントローラによって流量を調整されながら、一端がガス供給源に接続された原料ガス供給管２０を介して、成膜室２２に導入されている。

そして、真空容器２１の内壁面には、成膜による付着物の壁面への固着を防ぐための防着板６０が取付けられている。また、成膜室２２内には、プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールド７０が設けられている。そのため、当該アースシールド７０は、表面側のシャワー板１の設置箇所を除いて、高周波電極４０の周囲を覆う位置に配設されている。なお、真空容器２１の側壁には、成膜室２２内の原料ガスＧを外部へ排出するガス排出管３０が接続されている。

このような本実施形態のプラズマＣＶＤ装置を用いて、プラズマＣＶＤ法により基板３を成膜処理するプラズマＣＶＤ成膜方法においては、高周波電極４０に高周波電圧が印加されると、真空容器２１中の成膜室２２内における高周波電極４０と基板保持電極５０との間の放電空間にプラズマが発生し、原料ガス供給管２０よりシャワー板１の小孔２を通ってシャワー状に分散供給された原料ガスＧが分解及び反応して、当該電極４０，５０間に搬送された基板３の表面に薄膜が形成されることになる。

一方、本発明の実施形態の特徴部分であるシャワー板１は、形状記憶合金を用いて形成されており、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ系合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ系合金またはＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系合金等から構成されている。Ｔｉ−Ｎｉ系合金は、水素を吸収して形状記憶性に影響を与えることがあるので、Ｃｕを添加したり、水素吸収に対する障壁を設けたりしても良い。
そして、図２及び図３に示すように、原料ガスＧを均一に分散させるための構造として、シャワー板１の小孔２の径は、φ１ｍｍ程度であって、隣り合う小孔２間の距離ｆは、高周波電極４０と基板保持電極５０との距離ｇ（図１参照）と同等かそれ以下であることが好ましい。さらに、シャワー板１は薄い板状の部材であり、その厚さｈは、１〜２ｍｍ程度が好ましい。
また、本発明の実施形態の特徴部分であって、プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールド７０も、Ｔｉ−Ｎｉ系合金等から構成されている。

次に、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ成膜方法の作用、効果について説明する。
本発明の実施形態におけるシャワー板１及びアースシールド７０は、形状記憶合金からなり、これらシャワー板１及びアースシールド７０は、基板３の成膜後において、成膜よる付着物をサンドブラスト処理等の機械的方法で除去した後、一定の加熱温度と加熱時間での熱処理を行う。かかる熱処理は、加熱温度１５０℃で加熱時間は２時間程度が好ましい。

ここで、本発明の実施形態におけるシャワー板１のように、板の厚さが１〜２ｍｍ程度と薄いシャワー板１は、成膜によって付着した付着物をサンドブラスト処理等の機械的な方法で除去すると、該シャワー板１が塑性変形してしまうが、本発明の実施形態においては、形状記憶合金からなるシャワー板１に対して、ヒータなどの熱処理手段で１５０℃の加熱温度で２時間程度の熱処理を施すことによって、シャワー板１が平滑化される。かかる熱処理によりシャワー板１の塑性変形が解消され、シャワー板１は、初期の形状に戻されることになるため、シャワー板１を繰り返し使用することができるようになった。

また、図１において、アースシールド７０は、プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するものであるが、このアースシールド７０も形状記憶合金で形成されているため、上記加熱温度１５０℃で２時間程度の熱処理を施すことにより、アースシールド７０の塑性変形が解消され、アースシールド７０は初期の形状に戻されることになる。したがって、アースシールド７０を繰り返し使用することができるようになった。

本発明の実施形態における形状記憶合金よりなるシャワー板１を容量結合型プラズマＣＶＤ装置に適用して成膜した。
直径が３０ｃｍの電極を１対設け、電極間距離を１０ｍｍとし、シャワー板１の小孔２の径をφ１ｍｍとし、隣り合う小孔間の距離ｆは５ｍｍ、厚さｈは１ｍｍとした。なお、本実施例のシャワー板１にはＴｉ−Ｎｉ系合金よりなるものを用いた。
また、成膜条件として、シランガスを３０ｓｃｃｍ、水素ガスを２０００ｓｃｃｍで流し、圧力を６Ｔｏｒｒ、放電電力を３００Ｗとし、成膜温度を２００℃として成膜した。
３００μｍの薄膜シリコンを堆積した後メンテナンスを行い、本実施例のシャワー板１をクリーニングするため、サンドブラスト処理と水洗浄処理を行った。サンドブラスト処理後のシャワー板１は、変形していた。
この状態のシャワー板１を平らな台の上に載置したときの一番高い位置の高さを測ったところ４ｍｍであった。この変形したシャワー板１を高周波電極４０に取付け、電極間距離を測定したところ±１．５ｍｍのばらつきがあり、均一な膜を成膜することはできなかった。

次に、変形したシャワー板１を、さらに乾燥処理として加熱温度１５０℃で加熱時間が２時間程度の加熱という熱処理を行った後、前記と同様に高さを測ったところ、１．５ｍｍであった。これも前記と同様に高周波電極４０に取付け、電極間距離を測定したところ±０．２５ｍｍのばらつきがあったが、この程度のばらつきであれば、基板３にほぼ均一な膜を成膜することが可能である。
また、本実施例では、アースシールド７０についても、クリーニング時のサンドブラスト処理後に変形したが、乾燥処理として前記と同様に加熱温度１５０℃で加熱時間が２時間程度の加熱という熱処理を行うことで、元の形状に戻すことができ、再利用することが可能となった。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変更及び変形が可能である。
例えば、本発明は、既述の実施の形態における基板３として、帯状長尺可撓性基板の場合にも適用することが可能である。

１ シャワー板（板状の部材）
２ 小孔（開口部）
３ 基板
１０ 高周波電源
２０ 原料ガス供給管
２１ 真空容器
２２ 成膜室
４０ 高周波電極
５０ 基板保持電極
７０ アースシールド
Ｇ 原料ガス
ｆ 小孔間の距離
ｇ 高周波電源と基板保持電極との距離
ｈ 厚さ

Claims (4)

1. 少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ装置において、
   前記板状の部材は、形状記憶合金で形成されているとともに、前記板状の部材は、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
2. 少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ装置において、
   前記真空容器中には、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドが設けられ、前記アースシールドは、形状記憶合金で形成されているとともに、前記アースシールドは、成膜による付着物が機械的手段によって除去され、かつ熱処理手段によって初期の形状に戻るものであることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
3. 少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの可電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
   前記板状の部材を形状記憶合金で形成し、前記板状の部材に付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記板状の部材に対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記板状の部材を初期の形状に戻して再利用することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
4. 少なくとも真空容器中に、基板保持電極とそれに対向してもう一つの電極が設けられ、いずれかの電極に高周波を印加するとともに、前記もう一つの電極の表面側に複数の開口部を有する板状の部材を設け、前記板状の部材の開口部を通して原料ガスを導入して前記基板をプラズマＣＶＤ法により成膜処理するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
   前記真空容器中に、前記プラズマＣＶＤ法において不必要な部分でのプラズマ発生を抑制するアースシールドを設け、前記アースシールドを形状記憶合金で形成し、前記アースシールドに付着した成膜による付着物を機械的手段によって除去するとともに、前記アースシールドに対して所定の加熱温度及び加熱時間で熱処理手段による熱処理を施し、前記アースシールドを初期の形状に戻して再利用することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。

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