JP3999465B2 - プラズマcvd装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマcvd装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、シリコン太陽電池等の半導体を製造する際に用いられるプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、アモルファスシリコン太陽電池等の半導体を製造する際に、その製膜を施す装置として、プラズマCVD装置が用いられている。
例えば、アモルファスシリコン太陽電池を製造する際に用いられるプラズマCVD装置は、減圧された製膜室内へSiH4からなる原料ガスを含む製膜ガスを送り込み、高周波電流によってプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施すようになっている。
【0003】
ところで、上記プラズマCVD装置において、Si系の製膜を繰り返し行うと、製膜室の内面や製膜室内の部材の表面にSi系の膜や粉からなる付着物が付着し、それらが脱落してアモルファスシリコンの半導体膜中に混入すると、半導体特性が劣化してしまうため、Si系の付着物を定期的に除去する必要がある。
装置を開放して清掃等により除去することも可能であるが、装置を一旦立ち下げる必要があり、装置稼働率を低下させる大きい要因となる。
このため、この種のプラズマCVD装置には、製膜室を開放することなく、付着物を除去するセルフクリーニング機能が設けられている。
【0004】
このセルフクリーニング機能は、製膜室内にNF3ガスなどのフッ素系ガスを導入してプラズマを発生させることにより、製膜室内にてフッ素ラジカルを生成させ、このフッ素ラジカルと付着物とを反応させてSiF4ガスとして外部へ排出することにより行われる。
但し、このフッ素ラジカルは腐蝕性が非常に高い為、装置を構成している部材をも腐蝕させる。
この為、装置を構成している部材の表面に付着したSi系の膜や粉のみを除去し、その下にある装置構成材が表面に出てきた際にはセルフクリーニングを停止させることが望まれる。
以上より、このセルフクリーニング機能は、付着物が除去された時点にて終了する必要があるため、従来では、そのタイミングを検出する方式として、プラズマ中のSiF4を分圧計でモニタする方式、分光計でNF3、SiF4からの発光をモニタする方式あるいは製膜室内部の圧力変動をモニタする方式を採用していた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方式は、製膜室内部の平均的なクリーニングの完了状態をモニタする方式であり、図6に示すように、圧力変動方式の場合は、クリーニングの終了のタイミングが適正完了時間tよりも遅くなってしまったり、発光方式の場合は、発光の変動が不明瞭であるためクリーニングの終了のタイミングを適切に検出することができなかった。
つまり、いずれの方式にあっても感度が悪く、このため、付着物の除去の完了後にもクリーニングが持続されて過剰にクリーニングされてしまう恐れがあった。
【0006】
例えば、クリーニングの終了タイミングが遅れて、過剰にクリーニングが行われると、金属材料(SUS材、Al材、高Ni材、Cu材等)等から形成された製膜室及びその内部の構成部材がフッ素ラジカルと化合して金属フッ化物が生成されることにより、構成部材が腐食されて減肉され、且つ減肉時に生成される腐蝕生成物がアモルファスシリコン半導体膜の特性を劣化させる要因となるという問題があった。
【0007】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、不要な膜や粉からなる付着物が除去された時点を的確に検出して、過剰なクリーニングによる構成部材の腐食、減肉を確実に防止して、装置の長寿命化を図るとともに製造する半導体膜の特性劣化を防止することが可能なプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1記載のプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法は、製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマCVD装置において、前記基板への製膜によって前記製膜室内の構成部材に付着した付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記電極カバーに熱電対よりなる温度センサを設けて、前記電極カバーの温度を検出し、該検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断することを特徴としている。
【0009】
つまり、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による電極カバーの温度上昇が終了した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【0012】
請求項2記載のプラズマCVD装置は、製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマCVD装置であって、前記基板への製膜によって製膜室内の構成部材に付着した付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられ、前記付着物検出手段は、前記電極カバーの温度を検出する熱電対からなる温度センサであり、前記付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記温度センサによって検出された温度の検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断されることを特徴としている。
【0013】
つまり、基板に製膜を施すことにより付着した付着物をクリーニングにより除去する際に、付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が電極カバーに設けられているので、この付着物検出手段からの検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができ、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を防止することができる。
【0015】
また、付着物検出手段として設けられた熱電対である温度センサからなる構成部材の温度検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができる。
【0016】
請求項3記載のプラズマCVD装置は、請求項2記載のプラズマCVD装置において、前記熱電対は、プラズマに対して耐食性に優れたインコネル製のシース管に挿通されていることを特徴としている。
【0017】
つまり、付着物検出手段として、電極カバーの温度を検出する熱電対を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。また、耐食性に優れたシース管に熱電対が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対の腐食を確実に防止することができる。耐食性に優れたシース管の具体的例としては、耐蝕性の高いNi合金であるインコネル材で構成されたものがある。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例のプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置を図面を参照して説明する。
(第1実施形態例)
図1において、符号1は、プラズマCVD装置である。このプラズマCVD装置1は、内部が製膜室2とされた真空チャンバ3と、この真空チャンバ3内の製膜室2に配設された製膜ユニット4と、この製膜ユニット4の対向位置に設けられた基板加熱ヒータ5とを有している。
【0021】
真空チャンバ3には、排気管6を介して真空ポンプ7が接続されており、この真空ポンプ7によって真空チャンバ3の製膜室2内が減圧されるようになっている。
また、真空ポンプ7には、それぞれ開閉バルブ8a、8bが設けられた排気管9a、9bが接続されており、一方の排気管9aがクリーニングガス排気用とされ、他方の排気管9bが製膜ガス排気用とされている。
【0022】
製膜ユニット4は、非接地電極としてのラダー型の放電用電極11と、この放電用電極11の背面側を覆うように設けられた箱型の電極カバー12とを有している。
放電用電極11には、真空チャンバ3の外部に引き出されたRFケーブル13が接続されており、このRFケーブル13に接続された高周波電源14からインピーダンス整合器15を介して高周波電流が給電されるようになっている。
【0023】
また、電極カバー12には、その内部側に開口して連通する製膜用ガス導入管16が接続されており、この製膜用ガス導入管16から電極カバー12の内部側に、原料ガスが供給されるようになっている。
さらに、電極カバー12には、真空チャンバ3の外部に引き出された熱電対20からなる温度センサ(付着物検出手段)21が設けられており、この温度センサ21に接続された図示しない測定器にて電極カバー12の温度が検出されるようになっている。
【0024】
また、この温度センサ21を構成する熱電対20は、耐食性に優れたニッケル系材料であるインコネル製のシース管に挿通されている。
また、真空チャンバ3には、クリーニングガス導入管22が接続されており、このクリーニングガス導入管22から真空チャンバ3内の製膜室2内に、クリーニング用のガスが供給されるようになっている。
【0025】
基板加熱ヒータ5は、ヒータ23と、このヒータ23の周囲を覆う接地電極とされるヒータカバー24とを有しており、ヒータカバー24の製膜ユニット4と対向する面に基板Kが支持されるようになっている。
そして、この基板加熱ヒータ5のヒータ23に電力が供給されることにより、ヒータカバー24に支持された基板Kが均一に加熱されるようになっている。
【0026】
なお、この基板加熱ヒータ5には、駆動シリンダ25が設けられており、この駆動シリンダ25によって基板加熱ヒータ5が、製膜ユニット4に対して近接離間方向に移動されるようになっている。
つまり、基板加熱ヒータ5への基板Kの供給、取り外し時には、基板加熱ヒータ5が製膜ユニット4から離間され、基板Kへ製膜を施す際には、基板加熱ヒータ5が製膜ユニット4側へ近接されてヒータカバー24に支持された基板Kが製膜ユニットの放電用電極11の近接位置に配置されるようになっている。
【0027】
なお、上記プラズマCVD装置1を構成する真空チャンバ3、電極カバー12及びヒータカバー24等の構成部材としては、インコネル等の耐食性に優れたニッケル系合金を用いるのが好ましい。
【0028】
そして、上記構成のプラズマCVD装置1によって基板Kに製膜を施す場合は、ヒータ23によって加熱された基板加熱ヒータ5のヒータカバー24の表面に支持させた母材となる基板Kを製膜ユニット4の放電用電極11に近接させて配設させ、真空ポンプ7の開閉バルブ8bを開口させ、排気管9bから排気させることにより、真空チャンバ3の製膜室2内を減圧させ、この状態において、製膜用ガス導入管16から製膜ガスを導入するとともに放電用電極11へインピーダンス整合器15を介して高周波電源14から高周波電流を給電する。
【0029】
このようにすると、製膜室2内にてプラズマが発生し、これにより、基板加熱ヒータ5によって加熱されている基板Kの表面に製膜が施される。
そして、上記製膜作業を繰り返すことにより、複数の基板Kに製膜が施されて太陽電池が製造される。
ここで、前述したように、基板Kへの製膜を繰り返し行うと、基板K以外の製膜室2の内面や電極カバー12などの金属材料等から形成された構成部材の表面にもSi系の膜や粉が付着物として付着してしまう。
【0030】
したがって、上記プラズマCVD装置1では、定期的に、次のようにしてセルフクリーニング作業を行う。
まず、開閉弁8bを閉鎖させるとともに開閉弁8aを開口させて、製膜ガス排気用の排気管9bを閉じてクリーニングガス排気用の排気管9aを開く。
また、製膜用ガス導入管16からの製膜ガスの導入を停止させ、クリーニングガス導入管22からNF3ガスなどのフッ素系ガスを製膜室2内へ導入するとともに放電用電極11へインピーダンス整合器15を介して高周波電源14から高周波電流を給電する。
【0031】
このようにすると、プラズマが発生して製膜室2内にてフッ素ラジカルが生成され、このフッ素ラジカルが、構成部材の表面に付着したSi系の付着物と反応してSiF4ガスとなり、排気管9aから排出され、これにより、構成部材の表面の付着物が除去される。
また、温度センサ21では、クリーニング時の電極カバー12の温度が検出される。
【0032】
ここで、このフッ素ラジカルによって不要なSi系の付着物を除去する際の反応は次式の反応式で表される。
【0033】
4Fラジカル+Si→SiF4ガス+1439KJ/mol
【0034】
つまり、この反応式のように、フッ素ラジカルによって不要なSi系付着物を除去する際の反応は発熱反応であり、したがって、このクリーニングを行うことによって、製膜室2及び電極カバー12などの構成部材は、不要な付着物が完全に除去されるまで上昇する。
そして、付着物が除去されると、フッ素ラジカルと付着物との反応がなくなるため、構成部材の温度上昇が終わり、次第に温度が下降される。
【0035】
すなわち、上記のプラズマCVD装置1によれば、クリーニング作業を行う際に、温度センサ21にて検出された温度を監視し、図2に示すように、温度上昇が終了した時点にて不要なSi系付着物の除去、つまり、クリーニングが完了したと判断することができる。
【0036】
このように、上記プラズマCVD装置1におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置1によれば、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による構成部材の温度上昇が終了した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【0037】
また、付着物検出手段として、構成部材の温度を検出する熱電対20からなる温度センサ21を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。
また、耐食性に優れたシース管に熱電対20が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対20の腐食を確実に防止することができる。
【0038】
(第2実施形態例)
図3に示すプラズマCVD装置1は、第1実施形態例のプラズマCVD装置1の温度センサ21に代えて、付着物検出手段として電気抵抗を検出する抵抗検出センサ31を電極カバー12の内面側に設けたものである。
この抵抗検出センサ31は、セラミックスから成形された非導電性部材32と、この非導電性部材32の表面に所定間隔だけあけて設けられた接点33とを有しており、接点33に接続されたリード線34が、真空チャンバ3の外部へ引き出され、図示しない測定器に接続されている。
【0039】
ここで、基板Kへの製膜を繰り返し行うことにより、基板K以外の製膜室2の内面や電極カバー12などの金属材料等から形成された構成部材の表面にSi系の膜や粉からなる付着物が付着すると、抵抗検出センサ31にも同様にSi系の付着物が付着する。
そして、このSi系の付着物が抵抗検出センサ31に付着すると、接点33間において、僅かに導通することとなり、その付着量に応じて電気抵抗値が減少する。
【0040】
そして、上記のプラズマCVD装置1では、クリーニング作業を行う際に、抵抗検出センサ31にて検出された電気抵抗を監視し、図4に示すように、接点33間の電気抵抗値が予め求めた所定値(Si系付着物が十分に除去された時点tにおける電気抵抗値として予め求めておいた電気抵抗値であり、例えば、100MΩ)に達した時点にて不要なSi系付着物の除去、つまり、クリーニングが完了したと判断することができる。
【0041】
また、この電気抵抗センサ31を備えたプラズマCVD装置1によれば、電気抵抗値が予め設定した他の所定値(Si系付着物の付着量が基板Kの製膜に影響を与える前の限度の量に達した時点における電気抵抗値として予め求めておいた電気抵抗値であり、例えば1MΩ)に達した時点にてクリーニングを開始させるようにして、クリーニングの開始のタイミングを把握するセンサとしても用いることができる。
【0042】
このように、上記プラズマCVD装置1によれば、クリーニングを行う際に、付着物が付着して表面にて導電性が生じた非導電性部材32の表面における電気抵抗値が予め設定した所定値に達した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
また、抵抗検出センサ31からの電気抵抗値から、付着物の付着量を容易に割り出すことができ、これにより、クリーニングの開始のタイミングも容易に判断することができる。
【0043】
(第3実施形態例)
図5に示すプラズマCVD装置1は、上記第1実施形態例の温度センサ21及び第2実施形態例の電気抵抗センサ31の両方を備えたもので、これら温度センサ21及び電気抵抗センサ31によって確実にクリーニングの完了のタイミングを把握することができる。
また、電気抵抗センサ31によってクリーニングの開始のタイミングを把握し、温度センサ21によってクリーニングの終了のタイミングを把握するようにしても良い。
【0044】
なお、上記第1〜3の実施形態例に、それぞれ製膜室2の内圧及び発光強度などを検出してクリーニングの完了を把握する従来方式をそれぞれ組み合わせても良く、このように他の方式を組み合わせることにより、さらに確実にクリーニングの完了時点を把握して、信頼性を高めることができる。
【0045】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置によれば、下記の効果を得ることができる。請求項1記載のプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法によれば、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による電極カバーの温度上昇が終了した時点にて製膜室内のクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【0047】
請求項2記載のプラズマCVD装置によれば、基板に製膜を施すことにより付着した付着物をクリーニングにより除去する際に、付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられているので、この付着物検出手段からの検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができ、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を防止することができる。
【0048】
また、付着物検出手段として設けられた温度センサからなる電極カバーの温度の検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができる。
【0049】
請求項3記載のプラズマCVD装置によれば、付着物検出手段として、電極カバーの温度を検出する熱電対を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。また、耐食性に優れたシース管に熱電対が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対の腐食を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態例のプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマCVD装置を説明するプラズマCVD装置の概略構成図である。
【図2】 本発明の第1実施形態例のプラズマCVD装置におけるクリーニングの完了のタイミングの検出の仕方について説明するグラフ図である。
【図3】 本発明の第2実施形態例のプラズマCVD装置の構成及び構造を説明するプラズマCVD装置の概略構成図である。
【図4】 本発明の第2実施形態例のプラズマCVD装置におけるクリーニングの完了のタイミングの検出の仕方について説明するグラフ図である。
【図5】 本発明の第3実施形態例のプラズマCVD装置の構成及び構造を説明するプラズマCVD装置の概略構成図である。
【図6】 クリーニングの完了のタイミングの検出の仕方の従来例を説明するグラフ図である。
【符号の説明】
1 プラズマCVD装置
2 製膜室
11 放電用電極(非接地電極)
12 電極カバー(構成部材)
20 熱電対
21 温度センサ(付着物検出手段)
24 ヒータカバー(接地電極)
31 抵抗検出センサ(付着物検出手段)
32 非導電性部材
33 接点
K 基板
Claims (3)
- 製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマCVD装置において、前記基板への製膜によって前記製膜室内の構成部材に付着した付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記電極カバーに熱電対よりなる温度センサを設けて、前記電極カバーの温度を検出し、該検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断することを特徴とするプラズマCVD装置におけるクリーニングモニタ方法。
- 製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマCVD装置であって、前記基板への製膜によって製膜室内の構成部材に付着した付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられ、前記付着物検出手段は、前記電極カバーの温度を検出する熱電対からなる温度センサであり、前記付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記温度センサによって検出された温度の検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断されることを特徴とするプラズマCVD装置。
- 前記熱電対は、プラズマに対して耐食性に優れたインコネル製のシース管に挿通されていることを特徴とする請求項2記載のプラズマCVD装置。
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