(57)【要約】【課題】  安定な高速成膜化が可能なＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置を提供すること。【解決手段】  本発明のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置は、原料ガスの少なくとも１つを熱触媒体により加熱する加熱励起部と、前記加熱された原料ガスをプラズマで活性化させて成膜する薄膜形成部とを備え、前記薄膜形成部には、基板を載置するための載置台と、前記加熱された水素ガスおよびシラン系ガスをそれぞれ分離した状態で噴出するための複数のガス噴出口が、前記載置台に対向するように配置される、プラズマ発生電極を兼ねるシャワーヘッドとが設けられる、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置であって、前記加熱励起部には、外部と連通可能な連通部が形成され、前記連通部の外部側の開口部に嵌合可能な、前記熱触媒体を配設する熱触媒体交換ユニットが備えられることを特徴とする。【選択図】図１
2010103292.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスおよびシラン系ガスからなる原料ガスの少なくとも１つを熱触媒体と接触させる加熱励起部と、
前記原料ガスをプラズマで活性化させて成膜する薄膜形成部とを備え、
前記薄膜形成部には、基板を載置するための載置台と、前記原料ガスを噴出するための複数のガス噴出口が、前記載置台に対向するように配置される、プラズマ発生電極を兼ねるシャワーヘッドとが設けられる、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置であって、
前記加熱励起部には、外部と連通可能な連通部が形成され、前記連通部の外部側の開口部に嵌合可能な、前記熱触媒体を配設する熱触媒体交換ユニットが備えられることを特徴とする、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置。
【請求項２】
前記薄膜形成部において、熱触媒体と接触させる原料ガスが水素ガスであり、そして前記熱触媒体に接触した水素ガスと、前記シラン系ガスとがそれぞれ分離した状態で前記複数のガス噴出口から噴出される、請求項１に記載のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記加熱励起部が、前記シャワーヘッド内部に形成される、請求項１または２に記載のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置。
【請求項４】
前記加熱励起部が、さらに前記ガス噴出口に近接するように形成される、請求項３に記載のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置。
【請求項５】
さらに、前記加熱励起部内に不活性ガスを導入するガス供給機構を備える、請求項１から４のいずれかの項に記載のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置（熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜シリコン（Ｓｉ）系太陽電池の低コスト化には、シリコン系薄膜の成膜を高速化すること、およびシリコン系薄膜を高品質化することが不可欠である。本発明者らは、高品質のＳｉ系薄膜を得る低温成膜方法としては、水素ガスを熱触媒体で活性化させ、得られる活性水素ガスを用いてプラズマＣＶＤ法で成膜を行う熱触媒体内蔵プラズマＣＶＤ装置を提案している（例えば、特許文献１）。この装置により高品質のＳｉ系薄膜を高速で成膜する目的が達成されている。
【特許文献１】特開２００３−１７３９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上記熱触媒体内蔵プラズマＣＶＤ装置において、さらに安定で、かつ高速成膜可能なＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置は、水素ガスおよびシラン系ガスからなる原料ガスの少なくとも１つを熱触媒体と接触させる加熱励起部と、前記原料ガスをプラズマで活性化させて成膜する薄膜形成部とを備え、前記薄膜形成部には、基板を載置するための載置台と、前記原料ガスを噴出するための複数のガス噴出口が、前記載置台に対向するように配置される、プラズマ発生電極を兼ねるシャワーヘッドとが設けられる、Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置であって、前記加熱励起部には、外部と連通可能な連通部が形成され、前記連通部の外部側の開口部に嵌合可能な、前記熱触媒体を配設する熱触媒体交換ユニットが備えられることを特徴とする。
【０００５】
ある実施態様においては、前記薄膜形成部において、熱触媒体と接触させる原料ガスが水素ガスであり、そして前記熱触媒体に接触した水素ガスと、前記シラン系ガスとがそれぞれ分離した状態で複数のガス噴出口から噴出される。
【０００６】
ある実施態様においては、前記加熱励起部が、前記シャワーヘッド内部に形成される。
【０００７】
ある実施態様においては、前記加熱励起部が、さらに前記ガス噴出口に近接するように形成される。
【０００８】
ある実施態様においては、さらに、前記加熱励起部内に不活性ガスを導入するガス供給機構を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のＣａｔ−ＰＥＣＶＤ装置は、熱触媒体を配設する熱触媒体交換ユニットが、装置外部から取り外し可能に構成されているため、熱触媒体の交換作業にともなう時間を最小限にすることができ、効率的な生産が可能である。さらに、従来の装置に比べて、薄膜形成室に侵入する大気による水分付着量が低減される結果、熱触媒体交換後に行う成膜プロセス開始の際に行う真空ベーク時間を短縮することができる。さらに、従来の熱触媒体交換作業に比べて、シャワーヘッド（シャワー電極）を取り外す必要がないため、熱触媒体交換後に生じるシャワー電極の位置ズレなどによる膜品質のばらつきが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置（Ｃａｔ−ＰＥＣＶＤ装置）の一例を示す断面図である。図１に示す熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置は、開閉自由な天板が取り付けられた薄膜形成室内に、熱触媒体を備える加熱励起部１と、薄膜を形成するためにプラズマを発生させる薄膜形成部２とを備えている。この薄膜形成部２には、基板を載置するための載置台２１と、前記載置台２１の上部に位置し、複数のガス噴出口が載置台２１に対向するように配置されているシャワーヘッド２２とが設けられ、このシャワーヘッド２２内部に上記加熱励起部１が形成されている。
【００１２】
図１に示す装置は、まず、水素ガスが熱触媒体を備える加熱励起部１を経由することによって加熱され、プラズマ生成電極を兼ねるシャワーヘッド２２に設けられた複数のガス噴出口２２１から薄膜形成部２内(成膜空間内)に噴出される。同時に、シリコン系ガスは、シリコン系ガス導入経路を経由し、シャワーヘッド２２に設けられた複数のガス噴出口２２２から薄膜形成部２内の成膜空間に噴出される。次いで、これらのガスは、薄膜形成部２内で混合され、高周波電源２３に接続されるシャワーヘッド（シャワー電極）２２によって発生されたプラズマによって分解・活性化されて、載置台２１に載置される被成膜基体に膜が堆積される。本発明においては、加熱励起部１に備えられる熱触媒体を簡易に交換できる熱触媒体交換ユニット３を備えることを特徴の一つとする。この特徴によって、熱触媒体の交換時間を最小限にすることができ、効率的な成膜が可能となる。図２は、図１の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置において、熱触媒体交換ユニット３を取り外した態様を示す断面図である。
【００１３】
本発明においては、上述のように、原料ガスとして水素ガスおよびシリコン系ガスが用いられる。シリコン系ガスとしては、例えば、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＦ４、Ｓｉ２Ｆ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２などが挙げられる。高品質な成膜が可能な観点から、熱触媒体により加熱される原料ガスは、水素ガスであることが好ましい。
【００１４】
薄膜形成室は、通常、ステンレス鋼などの金属により製造される。薄膜形成室の大きさは、被成膜基体の大きさに応じて設計される。例えば、被成膜基体として１ｍ×１．５ｍ角のガラス基板を用いる場合、このガラス基板の表面に、原料ガスを均等に噴射できるプラズマ生成電極の大きさ（ガラス基板とほぼ同じ大きさ）を考慮して、薄膜形成室の大きさは、幅約２〜２．５ｍ、高さ約０．５〜２ｍ、および奥行き約１．５〜２ｍである。
【００１５】
加熱励起部１は、原料ガス導入口４（４ａおよび４ｂ）からシャワーヘッド２２に設けられた複数のガス噴出口２２１および２２２までの間（原料ガス導入経路）に設けられる。この原料ガス導入経路は、原料ガスの種類毎に分離された構造であってもよいし、あるいは複数の原料ガスを混合する構造であってもよい。使用される原料ガスのうち、熱触媒体によって悪影響を与える原料ガスを含む場合、熱触媒体を備えていない原料ガス導入経路と、熱触媒体を備える原料ガス導入経路とに分離すること（二系統のガス導入経路を有すること）が好ましい。図１においては、熱触媒体を備えていないシリコン系ガス導入経路と、熱触媒体を備える水素ガス導入経路（加熱励起部１）とに分離されている。なお、加熱励起部１（具体的には、加熱励起部に備えられる熱触媒体）は、さらにガス噴出口に近接するように形成されることが好ましい。
【００１６】
加熱励起部１には、図２に示すように、外部と連通可能な連通部１１が形成されている。この連通部１１には、図１に示すように、熱触媒体交換ユニット３が外部から嵌合可能に取り付けられる。連通部１１の開口部の形状および大きさは、膜形成室内の真空が保持できるように、熱触媒体交換ユニット３の大きさおよび形状に応じて適宜設計される。なお、連通部１１の内壁は、１〜５゜程度の傾斜角を有するテーパー状であってもよい。
【００１７】
薄膜形成部２は、基板を載置するための載置台２１と、前記載置台２１の上部に位置し、複数のガス噴出口が載置台２１に対向するように配置されているシャワーヘッド２２とが設けられている。シャワーヘッド２２は、通常、クロムを含有する鉄（ステンレス鋼）などの金属により製造される。幅および奥行きは、被成膜基体の大きさと同程度であり、高さは、５０〜３００ｍｍ程度である。
【００１８】
熱触媒体交換ユニット３は、熱触媒体を電気的に導通するように配設させること、および装置内部に備えられる熱触媒体を装置外部に容易に取り出せることを目的として構成される。熱触媒体は、例えば、原料ガス成分が表面に付着することを避ける観点から、１６００℃以上の高温下に曝される場合がある。そのため、タングステン、タンタルなどの高融点材料を用いることが好ましい。熱触媒体の形状は、線状（例えば、直径０．１〜１ｍｍ程度のタングステンワイヤー、タンタルワイヤーなど）でもよく、面状でもよい。
【００１９】
熱触媒体交換ユニット３の詳細について図３〜図６を用いて説明する。図３は、熱触媒体交換ユニット３の一実施態様を下面側からみた図である。図４は、図３に示す熱触媒体交換ユニット３上のＡ−Ａ線における断面図である。熱触媒体交換ユニット３は、装置に形成される連通部１１に嵌合するユニット基体３１、および該ユニット基体３１に立設される熱触媒体を保持するための熱触媒体支持体３２を含む。
【００２０】
ユニット基体３１の形状は、装置に形成される連通部１１の開口部に嵌合するような形状であればよく、特に制限されない。例えば、図３に示すような矩形状であってもよく、円形状、楕円形状などであってもよい。ユニット基体３１は、ステンレス鋼などの金属が用いられる。連通部１１の開口部との嵌合をより強固にする観点から、ユニット基体３１の外周部には、例えば、Ｏリングなどが配置されること、また外周部の嵌合部分を段差構造とすることが好ましい。
【００２１】
ユニット基体３１は、成膜時に高温となるため、取り外し時に冷却する観点から、ユニット基体３１に冷却手段を設けることが好ましい。冷却手段としては、例えば、ユニット基体３１の内部に冷却水を循環させる空洞を設けるなどの手段が採用される。
【００２２】
熱触媒体支持体３２は、例えば、図３に示すように、ユニット基体３１上に複数立設され、これらの支持体３２間に熱触媒体が適宜配設される。熱触媒体を配設し易いように、支持体３２の先端部に溝などが形成されていることが好ましい。配設方法については特に制限されないが、加熱時に熱触媒体の熱膨張を考慮すると、例えば、支持体３２の先端部の溝に一周以上巻き付けることが好ましい。
【００２３】
熱触媒体支持体３２は、例えば、熱触媒体を電気的に導通させるための通電部３３を有している。例えば、図４においては、支持体３２の内部に導電体３３が貫通して存在し、支持体３２の先端部に導電体３３のネジ構造が露出するように形成されている。そしてこの導電体３３に熱触媒体が接続されている。通電部３３としては、真空中において８００℃程度の耐熱温度を有する金属材料を使用することが好ましく、例えば、鉄にクロムを含有させたような合金などが用いられる。なお、プラズマ生成電極（シャワーヘッド）に接続される高周波電源からの電力との絶縁性を確保する観点から、導電体３３とユニット基体３１が電気的に接触しないような構造にすることが好ましい。例えば、図４においては、導電体の周囲および導電体と接触し得るユニット基体３１の部分に、絶縁部材３４が配置されている。絶縁部材としては、例えば、アルミナ、石英などが用いられる。
【００２４】
図５は、熱触媒体交換ユニット３の別の実施態様を示す図である。図５においては、熱触媒体が、ユニット基体３１に立設される熱触媒体支持体３２間を往復するように配設されている。このような配設は、複数の熱触媒体を用いる必要がなく、交換が簡便である点で好適である。この場合、熱触媒体の両端以外の熱触媒体支持体３２は、例えば、図６に示すような通電部を有さない構造のものであってもよい。熱触媒体支持体３２は、いずれも同じような高さでユニット基体３１に立設される。
【００２５】
上記熱触媒体交換ユニット３は、加熱励起部１に設けられる連通部１１の開口部に取り外し可能に嵌合される。嵌合される熱触媒体交換ユニット３の数は特に制限されない。１個のみでもよいし、例えば、図１に示すように複数であってもよい。嵌合をより強固にする観点から、例えば、図４に示すように、取付ネジなどによって取り付けられる。
【００２６】
本発明の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置は、図１に示すように、さらに加熱励起部１に不活性ガスを導入するガス供給手段５を備えることが好ましい。熱触媒体交換ユニットを装置の加熱励起部１から取り外す際に、ガス供給手段５から不活性ガスを、例えば、連通部から外部に向かって送ることによって、装置外部からの大気による水分などの浸入を抑制することが可能である。不活性ガスとしては、例えば、ドライ窒素、アルゴンガスなどが用いられる。
【００２７】
ガス供給手段は、排出速度Ｖが０．０１〜０．５（ｍ／ｓｅｃ）となるように設定することが好ましい。ここで、排出速度Ｖは
Ｖ＝ａ・Ｑ／Ｓ
式中、ａは９．８７×１０−６（Ｐａ−１）であり、Ｑは不活性ガスの供給速度（Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ）であり、そしてＳは連通部１１の開口部の断面積（ｍ２）である。
【００２８】
本発明の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置は、熱触媒体を配設する熱触媒体交換ユニットが、装置外部から取り外し可能に構成されているため、熱触媒体の交換作業にともなう時間を最小限にすることができ、効率的な生産が可能である。例えば、図１に示す熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置において、熱触媒体交換ユニットを取り外し、熱触媒体を交換してから再度熱触媒体交換ユニットを嵌合した場合、交換後のベーキングに要する時間（例えば、薄膜形成室４内部が１．０×１０−４Ｐａ程度まで減圧されるまでの時間）は６時間程度であった。他方、従来の装置ではベーキングに１０時間程度要した。
【００２９】
本発明の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置は、上述のように、熱触媒体を交換する上で、従来まで必要であった薄膜形成室の天板を開くなどの大掛かりな作業を必要とせず、さらに薄膜形成部の外部との接触も最小限にすることができることから、薄膜形成部に侵入する外気の量を飛躍的に低減することが可能である。また、薄膜形成部に侵入する外気の量が低減される結果、薄膜形成部内への水分付着量も減少し、成膜プロセス開始前に必要な真空ベーク時間を短縮することが可能となる。また、外気中に含まれる不純物質の侵入も低減されることから、成膜されるシリコン薄膜の特性劣化を抑制でき、高品質の膜を安定に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置（Ｃａｔ−ＣＶＤ装置）の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す熱触媒体内蔵型プラズマＣＶＤ装置において、熱触媒体交換ユニットを取り外した態様を示す断面図である。
【図３】熱触媒体交換ユニットの一実施態様を示す図面である。
【図４】図３に示す熱触媒体交換ユニット３上のＡ−Ａ線における断面図である。
【図５】熱触媒体交換ユニットの一実施態様を示す図面である。
【図６】熱触媒体支持体の一実施態様を示す図面である。
【符号の説明】
【００３１】
１：加熱励起部
２：薄膜形成部
３：熱触媒体交換ユニット
４ａ：水素ガス導入口
４ｂ：シラン系ガス導入口
５：ガス供給手段
１１：連通部
２１：載置台
２２：シャワーヘッド
２２１：水素ガス噴出口
２２２：シラン系ガス噴出口
３１：ユニット基体
３２：熱触媒体支持体
３３：通電部
３４：絶縁部材
【図１】
2010103292.tif 000003
【図２】
2010103292.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010103292.tif 000006
【図５】
2010103292.tif 000007
【図６】
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