JP4894667B2

JP4894667B2 - 薄膜製造装置

Info

Publication number: JP4894667B2
Application number: JP2007196902A
Authority: JP
Inventors: 雄人和田
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-07-30
Also published as: JP2009033000A

Description

本発明は薄膜製造装置に関し、特に、反応性生成物がチャンバ内に付着するのを抑制する方法に適用して好適なものである。

薄膜光電変換素子を生産性よく製造する方法として、長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属からなる可撓性基板上に、ａ−Ｓｉを主材料とした光電変換層を含む各層を形成する方法がある。ここで、長尺の可撓性基板上に複数の層を成膜する方式として、各成膜室内を移動する可撓性基板上に成膜するロールツーロール方式と、成膜室内で停止させた可撓性基板上に成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分を成膜室外へ送り出すステッピングロール方式とがある。

従来のこの種の成膜装置では、可撓性基板面を水平にして搬送が行われるが、装置の設置スペースを節減するために、可撓性基板面を鉛直にして搬送する方法が提案されている。さらに、一つの薄膜光電変換素子製造装置での成膜効率を上げるために、複数の可撓性基板を並行して搬送し、それぞれの可撓性基板面上に成膜することも知られている。
ここで、可撓性基板面上にａ−Ｓｉを効率よく成膜する方法として、プラズマＣＶＤを用いる方法がある。このプラズマＣＶＤでは、チャンバ内を排気しながら、チャンバ内に反応ガスを導入し、電極間に高周波電圧を印加することにより、チャンバ内にプラズマを発生させ、チャンバ内の可撓性基板の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成することができる。

また、特許文献１には、ＣＶＤ反応炉の内部において、円錐状カバーの上端部から下端部に向かってＯ₂ガスを流すことにより、ＣＶＤ反応炉の内壁面における酸素濃度を均一化し、ＣＶＤ反応炉の内壁面に酸化物微粒子のフレークが付着するのを阻止する方法が開示されている。
また、特許文献２には、反応炉の内壁面に隣接して多孔板を配設し、内壁面と多孔板とにより形成される間隙内にＮ₂ガスに随伴されたＨ₂Ｏ分子を供給し、多孔板の炉内側表面に薄い水膜を形成させることにより、反応ガスが壁面付近で反応するのを防止する方法が開示されている。
特開昭６２−１５８８６７号公報特開昭６３−２４７３６９号公報

しかしながら、プラズマＣＶＤでは、反応ガスが排気ポートを介して排気される時に冷やされ、チャンバ内壁に不所望な反応生成物が付着する。そして、チャンバ内壁に付着した反応生成物が剥離すると、チャンバの底に落下して反応生成物が堆積し、堆積した反応生成物が可撓性基板に付着するという問題があった。
一方、特許文献１に開示された方法では、反応炉の内壁面にＯ₂ガスを隈なく行き渡らせるためには、反応炉に円錐状カバーを設ける必要があり、反応炉の形状が限定されるという問題があった。
一方、特許文献２に開示された方法では、反応炉の内壁面の温度が高温になったり、減圧下で処理をしようとすると、多孔板の炉内側表面に形成された薄い水膜が蒸発し、反応ガスが壁面付近で反応するのを防止することができなくなる、膜の中に水由来の不純物が混入するという問題があった。

また、ロールツーロール方式やステッピングロール方式の薄膜製造装置では、長尺の基板を搬送するための搬送ロールが必要となる。特に、長尺の基板を、その幅方向が鉛直方向を向く姿勢で縦型搬送する場合は、長尺の基板のだれを防止するために搬送ロールを成膜室に近いところに配置することが望ましいが、搬送ロールを成膜室に近いところに配置すると反応生成物が搬送ロールに付着し、さらに長尺の基板に付着するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、チャンバ内壁が高温に曝される、減圧下で処理をする場合においても、チャンバの外形を限定したり膜中の不純物を増加させることなく、チャンバ内壁に付着する反応生成物を低減することが可能な薄膜製造装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の薄膜製造装置によれば、内部を外界と隔離するチャンバと、前記チャンバ内を排気する排気ポートと、前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入管と、前記チャンバ内にプラズマを発生させる電極と、前記チャンバの内壁に所定の間隔を隔てて配設された多孔質状の防着板と、前記反応ガスが壁面上で反応するのを防止する防着ガスを前記チャンバの内壁と防着板との間に導入する防着ガス導入部とを備え、前記防着ガスはＨ ₂ ガスであり、前記反応ガスにはＨ ₂ ガスが含まれており、前記防着板は、その表裏面間を垂直に貫通することで前記防着ガスを前記チャンバ内に向かって噴出させる多数の開口部を、その一面全体に渡って均一に配置されるように散点状に形成することにより多孔質状となっていることを特徴とする。

また、請求項２記載の薄膜製造装置によれば、多孔質状の内壁を有する２重壁が設けられたチャンバと、前記チャンバ内を排気する排気ポートと、前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入管と、前記チャンバ内にプラズマを発生させる電極と、前記反応ガスが壁面上で反応するのを防止する防着ガスを前記チャンバの２重壁の隙間に導入する防着ガス導入部とを備え、前記防着ガスはＨ ₂ ガスであり、前記反応ガスにはＨ ₂ ガスが含まれており、前記チャンバの内壁は、その表裏面間を垂直に貫通することで前記防着ガスを前記チャンバ内に向かって噴出させる多数の開口部を、その一面全体に渡って均一に配置されるように散点状に形成することにより多孔質状となっていることを特徴とする。

また、請求項３記載の薄膜製造装置によれば、前記チャンバの２重壁の隙間に、長尺の基板を搬送する搬送ロールを備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、チャンバの内壁からチャンバ内に向かって防着ガスを噴出させながら、基板の成膜面に成膜を行うことが可能となり、チャンバ内壁が高温に曝される場合においても、チャンバの外形を限定することなく、チャンバ内壁に付着する反応生成物を低減することが可能となることから、基板面上に形成される薄膜の膜質に悪影響を及ぼすことなく、チャンバ内壁から剥離した反応生成物が基板に付着するのを防止することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る薄膜製造装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。
図１において、チャンバ１１には、チャンバ１１内にプラズマを発生させる高電圧電極１３および基板２２を載置するステージ１７が対向配置され、高電圧電極１３は高周波電圧を発生させる高周波電源１６に接続されている。また、チャンバ１１には、チャンバ１１内を排気する排気ポート１２が設けられるとともに、チャンバ１１内に反応ガスＧｓを導入する反応ガス導入管１５が設けられている。なお、高電圧電極１３は、反応ガス導入管１５を介して導入された反応ガスＧｓをチャンバ１１内に噴出するシャワー電極を用いることができる。また、ａ−Ｓｉ系の薄膜をプラズマＣＶＤで形成する場合、反応ガスＧｓとしてＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガスを主として使用することができる。

また、チャンバ１１内には、チャンバの内壁に所定の間隔を隔てて配置された多孔質状の防着板１８が設けられ、防着板１８には、チャンバの内壁からチャンバ１１内に向かって防着ガスＧｆを噴出させる開口部１９が散点状に形成されている。また、チャンバ１１には、チャンバ１１の内壁と防着板１８との間に防着ガスＧｆを導入する防着ガス導入管１４が設けられている。なお、防着ガスＧｆは反応ガスＧｓが壁面上で反応して反応生成物が生成されるのを防止するためのもので、例えば、Ｈ₂ガスを用いることができる。また、防着板１８の材料としては、例えば、ステンレスを用いることができる。また、開口部１９は防着板１８の一面全体に渡って均一に配置することができ、例えば、直径が１ｍｍφの開口部１９を１０ｍｍ間隔で均等に並べることができる。そして、防着板１８は、スペーサ２０を介してチャンバ１１の内壁と所定の間隔を隔てられながら、ねじ２１にてチャンバ１１に固定されている。

そして、基板２２の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する場合、基板２２をステージ１７上に載置する。そして、排気ポート１２を介してチャンバ１１内を排気するとともに、防着ガス導入管１４を介して防着ガスＧｆをチャンバ１１の内壁と防着板１８との間に導入し、開口部１９を介してチャンバの１１内壁からチャンバ１１内に向かって防着ガスＧｆを噴出させながら、反応ガス導入管１５を介してチャンバ１１内に反応ガスＧｓを導入する。そして、高電圧電極１３に高周波電圧を印加することにより、チャンバ１１内にプラズマを発生させ、チャンバ１１内の基板２２の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成することができる。

例えば、反応ガスＧｓとしてＳｉＨ₄ガスの流量を２００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガスの流量を２ＳＬＭとした場合、防着ガスＧｆとしてのＨ₂ガスの流量を１００ｓｃｃｍとすることができる。
これにより、チャンバ１１の内壁からチャンバ１１内に向かって防着ガスＧｆを噴出させながら、基板２２の成膜面に成膜を行うことが可能となり、チャンバ１１の内壁が高温に曝される場合においても、チャンバ１１の外形を限定することなく、チャンバ１１の内壁に付着する反応生成物を低減することが可能となることから、基板２２の面上に形成される薄膜の膜質に悪影響を及ぼすことなく、チャンバ１１の内壁から剥離した反応生成物が基板２２に付着するのを防止することが可能となる。
また、反応ガスＧｓとしてＳｉＨ₄とＨ₂の混合ガスを用いた場合、防着ガスＧｆとしてのＨ₂ガスを用いるとともに、防着ガスＧｆの希釈率を高くすることにより、防着ガスＧｆが反応ガスＧｓ内に混入した場合においても、基板２２の面上に成膜される膜質に悪影響が及ぶのを防止することができる。

図２は、本発明の第２実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。
図２において、チャンバ３１には、チャンバ３１内にプラズマを発生させる高電圧電極３３および基板４２を載置するステージ３７が対向配置され、高電圧電極３３は高周波電圧を発生させる高周波電源３６に接続されている。また、チャンバ３１には、チャンバ３１内を排気する排気ポート３２が設けられるとともに、チャンバ３１内に反応ガスＧｓを導入する反応ガス導入管３５が設けられている。
ここで、チャンバ３１には、多孔質状の内壁３８を有する２重壁にて構成され、内壁３８には、チャンバ３１内に向かって防着ガスＧｆを噴出させる開口部３９が散点状に形成されている。また、チャンバ３１には、チャンバ３１の２重壁の隙間に防着ガスＧｆを導入する防着ガス導入管３４が設けられている。

そして、基板４２の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する場合、基板４２をステージ３７上に載置する。そして、排気ポート３２を介してチャンバ３１内を排気するとともに、防着ガス導入管３４を介して防着ガスＧｆをチャンバ３１の２重壁の隙間に導入し、開口部３９を介してチャンバ３１内に向かって防着ガスＧｆを噴出させながら、反応ガス導入管３５を介してチャンバ３１内に反応ガスＧｓを導入する。そして、高電圧電極３３に高周波電圧を印加することにより、チャンバ３１内にプラズマを発生させ、チャンバ３１内の基板４２の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成することができる。

図３は、本発明の第３実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。
図３において、チャンバ３１には、長尺の基板４３が、幅方向が鉛直方向を向く姿勢で通過するためのスリット４４が２箇所に形成されており、内壁３８の外側（２重壁の隙間）には、長尺の基板４３を搬送するための搬送ロール４５が設けられている。その他の構成は、図２と同様である。

そして、長尺の基板４３の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する場合、長尺の基板４３は、図３の上方から下方に向かって、搬送ロール４５と接しつつ搬送され、図２の薄膜形成装置と同様に、チャンバ３１内にプラズマを発生させる。これにより、チャンバ３１内を搬送されている長尺の基板４３の面上に、ａ−Ｓｉ系の薄膜を形成することができる（ロールツーロール方式）。
このような構成により、搬送ロール４５を成膜室の近くに配置しても、搬送ロール４５への反応生成物の付着を低減することができる。
なお、本実施の形態は、ロールツーロール方式の薄膜製造装置に係るものであるが、本発明は、ステッピングロール方式にも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１１、３１チャンバ
１２、３２排気ポート
１３、３３高電圧電極
１４、３４防着ガス導入管
１５、３５反応ガス導入管
１６、３６高周波電源
１７、３７ステージ
１８防着板
１９、３９開口部
２０スペーサ
２１ねじ
２２、４２、４３基板
３８内壁
４４スリット
４５搬送ロール

Claims

内部を外界と隔離するチャンバと、
前記チャンバ内を排気する排気ポートと、
前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入管と、
前記チャンバ内にプラズマを発生させる電極と、
前記チャンバの内壁に所定の間隔を隔てて配設された多孔質状の防着板と、
前記反応ガスが壁面上で反応するのを防止する防着ガスを前記チャンバの内壁と防着板との間に導入する防着ガス導入部とを備え、
前記防着ガスはＨ ₂ ガスであり、前記反応ガスにはＨ ₂ ガスが含まれており、
前記防着板は、その表裏面間を垂直に貫通することで前記防着ガスを前記チャンバ内に向かって噴出させる多数の開口部を、その一面全体に渡って均一に配置されるように散点状に形成することにより多孔質状となっていることを特徴とする薄膜製造装置。
多孔質状の内壁を有する２重壁にて構成されたチャンバと、
前記チャンバ内を排気する排気ポートと、
前記チャンバ内に反応ガスを導入するガス導入管と、
前記チャンバ内にプラズマを発生させる電極と、
前記反応ガスが壁面上で反応するのを防止する防着ガスを前記チャンバの２重壁の隙間に導入する防着ガス導入部とを備え、
前記防着ガスはＨ ₂ ガスであり、前記反応ガスにはＨ ₂ ガスが含まれており、
前記チャンバの内壁は、その表裏面間を垂直に貫通することで前記防着ガスを前記チャンバ内に向かって噴出させる多数の開口部を、その一面全体に渡って均一に配置されるように散点状に形成することにより多孔質状となっていることを特徴とする薄膜製造装置。
前記チャンバの２重壁の隙間に、長尺の基板を搬送する搬送ロールを備えたことを特徴とする請求項２記載の薄膜製造装置。