(57)【要約】【課題】水晶発振素子のパルスの立ち上がり時の不安定な発振状態に固体差がある場合においても、プラズマ電極への高周波の給電を複数個所から安定してパルス的に行うこと。【解決手段】高周波発振器１１２、１１６は、発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出し、高周波増幅器１１１、１１５は、高周波発振器１１２、１１６にて抽出された所定の振幅以上の発振信号をそれぞれ増幅することにより、パルス状の高周波電圧を生成し、複数の給電点１０９、１１３に印加する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気と隔離可能な成膜室と、
前記成膜室に配設されたステージと、
前記ステージに対向するプラズマ電極と、
前記成膜室に成膜ガスを供給するガス供給部と、
発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ前記発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出し、前記プラズマ電極に複数箇所から印加されるパルス状の高周波電圧を生成する複数の高周波電源とを備えることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記高周波電源は、
前記発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ前記発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出する高周波発振器と、
前記高周波発振器にて抽出された所定の振幅以上の発振信号を増幅することにより、前記パルス状の高周波電圧を生成する高周波増幅器とを備えることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記高周波発振器は、
前記発振素子と、
前記発振素子を駆動することで生成した発振信号が所定の振幅以上であるかどうかを判定する電圧比較器と、
前記所定の振幅以上の発振信号を出力し、前記所定の振幅に満たない発振信号を遮断する高周波スイッチとを備えることを特徴とする請求項２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記発振素子は、水晶発振素子またはセラミクス系発振素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
プラズマ電極が設けられた成膜室に成膜ガスを導入する工程と、
発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ前記発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出させ、複数のパルス状の高周波電圧を生成させる工程と、
前記複数のパルス状の高周波電圧を前記プラズマ電極に複数箇所から印加させることにより前記成膜ガスをプラズマ化させ、前記成膜室内で薄膜を成膜させる工程とを備えることを特徴とする薄膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は成膜装置および薄膜製造方法に関し、特に、太陽電池に用いられる微結晶シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄膜シリコン太陽電池の発電層として、真性（ｉ型）の微結晶シリコン薄膜が広く用いられており、微結晶シリコン薄膜の製造方法としては、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により基板上に堆積させるのが一般的である。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された微結晶シリコン薄膜の堆積方法では、真空容器にはプラズマ電極と基板ステージが平行に設置され、高周波電源から高周波電圧がプラズマ電極に印加される。成膜用ガスには、通常ＳｉＨ４とＨ２の混合ガスが用いられ、プラズマ電極に設けられたガスシャワーヘッドから真空容器内に導入される。真空容器内に導入された混合ガスは、高周波電圧でプラズマ化されることで、化学的に活性なＳｉＨ３、ＳｉＨ２、ＳｉＨ、Ｓｉ、Ｈ等の原子分子が生成される。そして、これらの粒子が基板上に入射して付着することにより、非晶質あるいは結晶質のシリコン膜が基板上に堆積される。
【０００４】
一方、シリコン薄膜太陽電池の量産においては、生産コストの低減とシリコン薄膜の膜質の向上が重要な課題となっている。生産コストの低減に対しては、基板の大面積化（メーターサイズ）が必須となるため、大型基板に対応した大面積用のＣＶＤ装置が開発されている。この大面積用のＣＶＤ装置では、大面積のプラズマ電極に複数個所から高周波の給電を行う方法が提案されている。
【０００５】
また、シリコン薄膜の膜質の向上に対しては、特許文献２に開示されているように、プラズマ電極への高周波の給電をパルス的に行うパルスプロセスが提案されている。さらに、成膜時に発生するダスト（微粒子、ゴミ）による膜質欠陥を低減させる方法として、特許文献３に開示されているように、プラズマ電極への高周波の給電をパルス的に行うパルスプロセスも提案されている。
【０００６】
これらのパルスプロセスを実現するには、一般的には高周波電源の出力部で高周波電力をオン／オフさせてチョッピングさせる方法と、高周波電源の発振部で高周波発振信号をオン／オフさせる方法がある。発振部でオン／オフさせる方法では、特許文献４に開示されているように、水晶発振器にパルス信号を与えてパルス動作させるので、簡単な構成で安価に実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３７４５９号公報
【特許文献２】特開平１０−３１３１２５号公報
【特許文献３】特公平７−４７８２３号公報
【特許文献４】特開２００６−２１６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、水晶発振素子は、パルスの立ち上がり時に高周波電圧の振幅および周波数が不安定になる期間が生じる。また、この不安定な発振状態は、水晶発振素子により固体差がある。このため、プラズマ電極への高周波の給電を複数個所から行う場合、同一のパルス条件で複数の水晶発振器をオン／オフさせた場合においても、パルスオン時間中に占める不安定期間の割合が給電箇所によって異なり、プロセスに悪影響を与えるという問題があった。特に、パルス動作の周期を短くすると、パルスオン期間に占める不安定期間の割合が大きくなるので、給電箇所によるばらつきが顕著になり、プロセス特性としての成膜速度、膜質、パーティクルの抑制に悪影響を与えるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水晶発振素子のパルスの立ち上がり時の不安定な発振状態に固体差がある場合においても、プラズマ電極への高周波の給電を複数個所から安定してパルス的に行うことが可能な成膜装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の成膜装置は、大気と隔離可能な成膜室と、前記成膜室に配設されたステージと、前記ステージに対向するプラズマ電極と、前記成膜室に成膜ガスを供給するガス供給部と、発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ前記発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出し、前記プラズマ電極に複数箇所から印加されるパルス状の高周波電圧を生成する複数の高周波電源とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、水晶発振素子のパルスの立ち上がり時の不安定な発振状態に固体差がある場合においても、プラズマ電極への高周波の給電を複数個所から安定してパルス的に行うことが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明に係る成膜装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１の成膜装置の高周波発振器１１２、１１６の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、図２の水晶発振素子２０２の立ち上がり時の発振波形を示す図である。
【図４】図４は、図２の発振モジュール出力端子２０３のパルス発振波形を示す図である。
【図５】図５は、図２の発振モジュール出力端子２０３のパルス発振波形を拡大して示す図である。
【図６】図６は、図１の高周波発振器１１２、１１６から出力されるパルス発振波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る成膜装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る成膜装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、成膜装置には、大気と隔離可能な成膜室１０１が設けられている。そして、成膜室１０１には、基板１０３を載置するステージ１０２が設けられるとともに、ステージ１０２に対向して配置されたプラズマ電極１０４が設けられている。なお、ステージ１０２は、薄膜シリコン太陽電池の生産性を考慮したメータ級の大面積の基板１０３を載置可能な大きさに設定することができる。また、プラズマ電極１０４も、メータ級の大面積の基板１０３上にプラズマを生成させるため、ステージ１０２と同程度の大きさに設定することができる。また、プラズマ電極１０４は、成膜室１０１からは絶縁部材１０５にて高周波的に絶縁され且つ真空封止されている。また、プラズマ電極１０４には、プラズマ電極１０４にパルス状の高周波電圧を印加する給電点１０９、１１３が複数個所に設けられている。また、基板１０３としては、ガラス基板やセラミック基板でもよいし、ポリイミドなどの樹脂シートやテープ基板でもよいし、Ｓｉなどの半導体基板であってもよい。
【００１５】
また、成膜室１０１には、成膜ガスを内部に導入するガス導入口１０８、内部を排気するガス排気口１０７、ガス導入口１０８を介して内部に導入された成膜ガスを拡散するシャワープレート１０６が設けられている。なお、シャワープレート１０６には細孔を面内に多数設けることができ、大面積の基板１０３上へ成膜ガスを均一に供給できるよう細孔を配置することができる。また、成膜ガスとしては、例えば、微結晶シリコン薄膜を基板１０３上に成膜する場合、シラン（ＳｉＨ４）と水素（Ｈ２）の混合ガスを用いることができる。なお、基板１０３上に成膜される薄膜は、微結晶シリコン薄膜に限定されることなく、ＧａＡｓやＩｎＰなどの半導体薄膜であってもよいし、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などの絶縁膜であってもよいし、ＷやＣｕなどの金属膜であってもよい。
【００１６】
また、成膜装置には、高周波電源１１８、１１９をパルス動作させるパルス信号を発生するパルス発生器１１７、パルス発生器１１７にて発生されたパルス信号に基づいてパルス状の高周波電圧を生成する高周波電源１１８、１１９および高周波電源１１８、１１９にて生成された高周波電力を給電点１０９、１１３に対してそれぞれ整合させる整合器１１０、１１４が設けられている。
【００１７】
ここで、高周波電源１１８、１１９には、高周波増幅器１１１、１１５および高周波発振器１１２、１１６がそれぞれ設けられている。ここで、高周波発振器１１２、１１６は、発振素子を駆動する電圧をオン／オフさせつつ発振素子を駆動することで生成した発振信号から所定の振幅以上の発振信号を抽出することができる。高周波増幅器１１１、１１５は、高周波発振器１１２、１１６にて抽出された所定の振幅以上の発振信号をそれぞれ増幅することにより、パルス状の高周波電圧を生成することができる。
【００１８】
なお、高周波発振器１１２、１１６の発振周波数は、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚなどのＲＦ帯に設定するようにしてもよいし、プラズマ密度を増加させ堆積速度の向上が期待できる数１０ＭＨｚから数１００ＭＨｚのＶＨＦ帯に設定するようにしてもよい。
【００１９】
そして、基板１０３上に薄膜を成膜する場合、基板１０３が成膜室１０１に搬入され、ステージ１０２上に載置される。そして、ガス排気口１０７を介して成膜室１０１内が排気されながら、成膜ガスがガス導入口１０８を介して成膜室１０１内に導入され、シャワープレート１０６を介して基板１０３上に拡散される。
【００２０】
そして、パルス発生器１１７にて発生されたパルス信号が高周波発振器１１２、１１６に供給されると、発振素子を駆動する電圧がオン／オフされることでパルス状の発振信号が生成されるとともに、そのパルス状の発振信号から所定の振幅以上の発振信号が抽出され、高周波増幅器１１１、１１５にそれぞれ出力される。そして、高周波増幅器１１１、１１５において、高周波発振器１１２、１１６から出力された所定の振幅以上の発振信号がそれぞれ増幅されることにより、パルス状の高周波電圧が生成され、整合器１１０、１１４をそれぞれ介して給電点１０９、１１３に出力される。
【００２１】
そして、パルス状の高周波電圧が給電点１０９、１１３に出力されると、パルス状の高周波電圧がプラズマ電極１０４に複数箇所から印加され、プラズマ電極１０４とステージ１０２との間で成膜ガスがプラズマ化されることで、基板１０３上に薄膜が成膜される。
【００２２】
図２は、図１の成膜装置の高周波発振器１１２、１１６の概略構成を示すブロック図である。図２において、高周波発振器１１２、１１６には、水晶発振素子２０２、高周波発振モジュール２０１、比較電圧設定部２０８、電圧比較器２０９および高周波スイッチ２０６が設けられている。なお、水晶発振素子２０２の代わりに、セラミクス系発振素子を用いるようにしてもよい。
【００２３】
ここで、水晶発振素子２０２は、図３に示すように、パルスの立ち上がり時には高周波電圧の振幅および周波数が不安定になる期間が生じる。
【００２４】
また、高周波発振モジュール２０１は、水晶発振素子２０２を駆動する電圧をオン／オフさせることでパルス状の発振信号を生成することができる。比較電圧設定部２０８は、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅を判定する参照電圧を設定することができる。電圧比較器２０９は、比較電圧設定部２０８にて設定された参照電圧と高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅とを比較することができる。高周波スイッチ２０６は、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅が参照電圧以上の場合、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号を通過させ、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅が参照電圧に満たない場合、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号を遮断することができる。
【００２５】
そして、図１のパルス発生器１１７にて発生されたパルス信号に従って、高周波発振モジュール２０１の電源２０４の電圧２０５がオン／オフされることで、水晶発振素子２０２を駆動する電圧がオン／オフされ、図４に示すように、発振モジュール出力端子２０３にパルス状の発振信号が出力される。
【００２６】
そして、発振モジュール出力端子２０３にパルス状の発振信号が出力されると、高周波スイッチ２０６および電圧比較器２０９に入力される。そして、パルス状の発振信号が電圧比較器２０９に入力されると、比較電圧設定部２０８にて設定された参照電圧と高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅とが比較され、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅が参照電圧以上の場合、電圧比較器出力端子２１０に‘１’が出力され、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号の振幅が参照電圧に満たない場合、電圧比較器出力端子２１０に‘０’が出力される。
【００２７】
そして、電圧比較器出力端子２１０に出力された信号にて高周波スイッチ２０６に切り替えが行われ、電圧比較器出力端子２１０に出力された信号が‘１’の場合、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号が高周波スイッチ２０６を介して高周波スイッチ出力端子２０７に出力される。一方、電圧比較器出力端子２１０に出力された信号が‘０’の場合、高周波発振モジュール２０１にて生成された発振信号が高周波スイッチ２０６にて遮断され、高周波スイッチ出力端子２０７に出力されるのが防止される。
【００２８】
図５は、図２の発振モジュール出力端子２０３のパルス発振波形を拡大して示す図である。図５において、発振モジュール出力端子２０３に出力されるパルス状の発振信号には、非発振期間Ａと発振期間Ｂが存在する。ここで、図３に示すように、水晶発振素子２０２は、パルスの立ち上がり時には高周波電圧の振幅および周波数が不安定になる期間が生じることから、図５の発振期間Ｂには、発振不安定期間Ｃと発振安定期間Ｄとが含まれる。
【００２９】
この発振不安定期間Ｃでは、発振安定期間Ｄに比べて発振信号の振幅が小さいことから、発振信号の振幅を監視することにより、発振不安定期間Ｃと発振安定期間Ｄとを判別することができる。例えば、発振安定期間Ｄの発振信号の振幅がＥであるとすると、振幅Ｅよりも小さな振幅Ｆに対応するように比較電圧設定部２０８の参照電圧を設定することにより、発振期間Ｂの発振信号から発振不安定期間Ｃの発振信号を除去することができる。
【００３０】
図６は、図１の高周波発振器１１２、１１６から出力されるパルス発振波形を示す図である。なお、図６（ａ）は、高周波発振器１１２から出力されるパルス発振波形、図６（ｂ）は、高周波発振器１１６から出力されるパルス発振波形を示す。
【００３１】
図６において、図２の高周波スイッチ出力端子２０７に出力されるパルス状の発振信号では、非発振期間がＡ＋Ｃ、発振期間Ｂ−Ｃになる。このため、発振不安定期間Ｃのパルス状の高周波電圧が給電点１０９、１１３に印加されるのを防止することができ、高周波発振器１１２、１１６に設けられる水晶発振素子２０２のパルスの立ち上がり時の不安定な発振状態に固体差がある場合においても、プラズマ電極１０４への高周波の給電を複数個所から安定してパルス的に行うことが可能となる。
【００３２】
また、複数個所から高周波を給電する場合、比較電圧設定部２０８の参照電圧を調整することにより、高周波発振器１１２、１１６間のパルス状の高周波電圧のオン／オフ期間を一致させたり、オン／オフ期間のタイミングをずらしたりすることができる。
【００３３】
なお、高周波電源１１８、１１９にて生成されたパルス状の高周波電圧のパルス幅が発振不安定期間Ｃの分だけ増減されるのが補償されるように、高周波発振モジュール２０１の電源２０４の電圧２０５のオン／オフ時間を調整するようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施の形態では、高周波電源１１８、１１９にて生成されたパルス状の高周波電圧をプラズマ電極１０４に２箇所から印加させる方法について説明したが、パルス状の高周波電圧を生成する高周波電源を３個以上設け、それらの高周波電源にて生成されたパルス状の高周波電圧をプラズマ電極１０４に３以上の箇所から印加させるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
以上のように本発明に係る成膜装置は、水晶発振素子のパルスの立ち上がり時の不安定な発振状態に固体差がある場合においても、プラズマ電極への高周波の給電を複数個所から安定してパルス的に行うことが可能となり、大型基板に対応した大面積用のプラズマＣＶＤ装置の膜質を向上させる方法に適している。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  成膜室
１０２  ステージ
１０３  基板
１０４  プラズマ電極
１０５  絶縁部材
１０６  シャワープレート
１０７  ガス排気口
１０８  ガス導入口
１０９、１１３  給電点
１１０、１１４  整合器
１１１、１１５  高周波増幅器
１１２、１１６  高周波発振器
１１７  パルス発生器
１１８、１１９  高周波電源
２０１  高周波発振モジュール
２０２  水晶発振素子
２０３  発振モジュール出力端子
２０４  電源
２０６  高周波スイッチ
２０７  高周波スイッチ出力端子
２０８  比較電圧設定部
２０９  電圧比較器
２１０  電圧比較器出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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