(57)【要約】【課題】基板に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にする、ことを目的とする。【解決手段】高周波電力によりプラズマを形成する薄膜製造装置は、高周波電力を出力する高周波電源３１、高周波電力の位相を変調する位相変調器３３、対向電極、高周波電力が供給され、対向電極との間にプラズマを形成する複数の放電電極３、及び放電電極３における高周波電力の位相滞在時間分布、及び放電電極３における電圧分布を計測するＲＦモニタ３４を備える。そして、薄膜製造装置は、位相滞在時間分布と電圧分布との積が所定の範囲内となるように、位相滞在時間分布及び電圧分布の少なくとも一方が調整される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電力によりプラズマを形成する真空処理装置であって、
高周波電力を出力する高周波電源と、
前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、
対向電極と、
前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、
前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、
を備え、
前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する真空処理装置。
【請求項２】
前記滞在時間分布の調整は、前記位相変調器の位相変調波形を調整することによって行われる請求項１記載の真空処理装置。
【請求項３】
前記電圧分布の調整は、前記高周波電源のインピーダンス、及び前記位相変調器の位相角度の変化範囲の少なくとも一方を調整することで行われる請求項１又は請求項２記載の真空処理装置。
【請求項４】
プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、
前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方が微調整される請求項２又は請求項３記載の真空処理装置。
【請求項５】
プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、
前記計測手段は、前記滞在時間分布を計測し、
前記電圧分布は、前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて推定される請求項１記載の真空処理装置。
【請求項６】
高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、対向電極と、前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、を備えた真空処理装置において、プラズマにより前記基板に製膜する膜厚分布調整方法であって、
前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する膜厚分布調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空処理装置及び膜厚分布調整方法に関し、特に大電力を投入してプラズマを発生させて処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大面積（例えば縦１ｍ以上、横１ｍ以上の大きさ）を有する基板に対して、シリコン等の物質を製膜するのにプラズマ化学蒸着（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＣＶＤ）法を用いたプラズマＣＶＤ装置が使用されている。
特許文献１には、均一な製膜を行うために、放電電極の長手方向の左右両端である２系統の給電系から高周波電力を放電電極へ供給し、その位相差を時間的に変化させることにより定在波を移動させ、時間積分において均一な膜厚分布を得ることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５７０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている膜厚分布の調整方法では、放電電極に供給される高周波の位相変調角度や高周波の電力を変化させる高周波電力の供給調整と製膜結果の確認を繰り返しながら、膜厚分布が均一となる高周波電力の供給条件を選定する必要があった。このような調整の繰り返しは、高周波電力の供給条件の選定に時間を要し、また、基板、原料ガス、電力等の資源も要していた。
また、製膜圧力、ガス流量、基板電力間距離等の製膜条件を変化させると、負荷である放電電極のインピーダンス変化に伴う反射電力が変化する。このため、製膜条件を変化させることによっても、膜厚分布が均一となる最適条件が変化し、再度、高周波電力の供給条件を選定する必要があった。また、装置のメンテナンスを行う度に、製膜条件と高周波電力の供給条件を選定する必要があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、基板に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にできる、真空処理装置及び膜厚分布調整方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の真空処理装置及び膜厚分布調整方法は以下の手段を採用する。
【０００７】
本発明の第一態様に係る真空処理装置は、高周波電力によりプラズマを形成する真空処理装置であって、高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、対向電極と、前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、を備え、前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する。
【０００８】
本構成に係る真空処理装置は、高周波電力によりプラズマを形成するものであって、高周波電力を出力する高周波電源と、高周波電力の位相を変調する位相変調器と、対向電極と、高周波電力により対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、を備える。また、放電電極に供給される高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び電圧分布の少なくとも一方が計測手段によって計測される。
【０００９】
ここで、発明者らは、製膜条件の多方面からの分析を実施した結果として、基板に製膜される膜厚分布は、放電電極に供給される高周波の各位相差での滞在時間分布と、電圧分布の積に比例するという、新しい高周波電力の供給条件を発見している。
そこで、各位相差での滞在時間分布及び電圧分布の少なくとも一方が、滞在時間分布と電圧分布との積が所定の範囲内となるように制御される。例えば、ある位相差で電圧が低いところほど、当該位相差での滞在時間が長くされ、滞在時間分布及び電圧分布の積が所定の範囲内とされる。これにより、各位相差での滞在時間分布及び電圧分布という２つのパラメータを調整することによって、基板に製膜される膜厚分布が一定となる。
【００１０】
従って、本構成は、基板に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にできる。
【００１１】
上記第一態様では、前記滞在時間分布の調整が、前記位相変調器の位相変調波形を調整することによって行われることが好ましい。
【００１２】
本構成によれば、簡易に滞在時間分布を調整できる。
【００１３】
上記第一態様では、前記電圧分布の調整が、前記高周波電源のインピーダンス、及び前記位相変調器の位相角度の変化範囲の少なくとも一方を調整することで行われることが好ましい。
【００１４】
本構成によれば、簡易に電圧分布を調整できる。
【００１５】
上記第一態様では、プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方が微調整されることが好ましい。
【００１６】
本構成によれば、簡易に膜厚分布を均一化できる。
【００１７】
上記第一態様では、プラズマにより前記対向電極に保持した前記基板をプラズマ処理し、前記計測手段が、前記滞在時間分布を計測し、前記電圧分布が、前記基板に製膜された膜厚分布に基づいて推定されることが好ましい。
【００１８】
本構成によれば、計測手段が、放電電極における高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び放電電極における電圧分布の何れか一方のみを計測すればよいので、装置構成をより簡素化できる。
【００１９】
本発明の第二態様に係る膜厚分布調整方法は、高周波電力を出力する高周波電源と、前記高周波電力の位相を変調する位相変調器と、対向電極と、前記高周波電力が供給され、前記対向電極との間にプラズマを形成する放電電極と、前記放電電極における前記高周波電力の各位相差での滞在時間分布、及び前記放電電極における電圧分布の少なくとも一方を計測する計測手段と、を備えた真空処理装置において、プラズマにより前記基板に製膜する膜厚分布調整方法であって、前記滞在時間分布と前記電圧分布との積が所定の範囲内となるように、前記滞在時間分布及び前記電圧分布の少なくとも一方を調整する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にする、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る薄膜製造装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る放電電極に対する電力の供給を説明する概略図である。
【図３】位相差を固定した場合の放電電極上の電圧分布を示す模式図である。
【図４】放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波を用いた場合の位相差分布を示す模式図である。
【図５】放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形にｓｉｎ波を用いた場合の位相差分布を示す模式図である。
【図６】放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波を用いた場合の膜厚分布を示す図である。
【図７】放電電極に供給する高周波電力の位相変調波形にｓｉｎ波を用いた場合の膜厚分布を示す図である。
【図８】位相差を０°及び±１８０°に固定した状態で製膜した場合の膜厚分布の例を示す図である。
【図９】放電電極に供給される高周波電力の各位相差における電圧値の例を示す図である。
【図１０】本第１実施形態にかかる膜厚分布調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】本第１実施形態にかかる放電電極における電圧分布の例を示す図である。
【図１２】本第１実施形態にかかる膜厚分布調整処理で計測された電圧分布に応じた位相滞在時間分布の例を示す図である。
【図１３】本第２実施形態にかかる膜厚分布調整処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る真空処理装置及び膜厚分布調整方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２４】
真空処理装置として、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池や液晶ディスプレイ用ＴＦＴ（Thin Film Transistor）等に用いられる非晶質シリコン、微結晶シリコン、窒化シリコン等からなる膜の高速製膜処理を行うことが可能な薄膜製造装置、スパッタリング装置、ドライエッチング装置、基板の表面処理を行うプラズマ処理装置の他、大面積のプラズマ処理が必要な表面改質装置やオゾナイザ等、真空から大気圧の広い圧力領域でのプラズマ生成装置等が挙げられる。本実施形態においては、真空処理装置の一例として、基板に製膜処理を実施する薄膜製造装置について説明する。
【００２５】
図１は、太陽電池パネルに用いられるシリコン薄膜の製膜に用いる薄膜製造装置の構成を示す概略構成図である。薄膜製造装置１は、真空容器である製膜室６、導電性の板である対向電極２、対向電極２の温度分布を均一化する均熱板５、均熱板５及び対向電極２を保持する均熱板保持機構１１、対向電極２との間にプラズマを発生させる放電電極３、膜が形成される範囲を制限する防着板４、防着板４を支持する支持部７、後述する高周波電源からの高周波電力を放電電極３に供給する同軸給電部１２ａ，１２ｂ、整合器１３、製膜室６内の気体を排気する高真空排気部２０、低真空排気部２１及び製膜室６を保持する台２２を備えている。なお、本図において、ガス供給に関する構成は省略している。
【００２６】
製膜室６は、真空容器であり、その内部で基板８に微結晶シリコン膜等を製膜する。製膜室６は、台２２上で鉛直方向に対してα＝７°〜１２°傾けて保持されている。このため、対向電極２の基板８の製膜処理面の法線が、水平方向に対して７°〜１２°上に向く。基板８を鉛直方向から僅かに傾けることは、装置の設置スペースの増加を抑えながら基板８の自重を利用して少ない手間で基板８を保持し、更に基板８と対向電極２の密着性を向上して基板８の温度分布と電位分布を均一化することが出来て好ましい。
また、製膜室６は、鉛直方向に対してα＝９０°、すなわち水平方向に保持されていてもよい。この場合、装置の設置スペースは基板サイズに応じて必要となるものの、基板８の自重を全部利用して基板８を対向電極２へ密着性させるので、基板８の温度分布と電位分布を更に均一化させる場合には好ましい。
【００２７】
対向電極２は、基板８を保持可能な保持手段（図示せず）を有する非磁性材料の導電性の板である。セルフクリーニングを行う場合は耐フッ素ラジカル性を備えることが好ましく、ニッケル合金、アルミやアルミ合金の板を使用することが望ましい。対向電極２は、放電電極３に対向する電極（例えば、接地側電極）となる。対向電極２は、一方の面が均熱板５の表面に密接し、製膜時に他方の面が基板８の表面と密接するようになっている。
【００２８】
均熱板５は、内部に温度制御された熱媒体を循環させたり、または温度制御されたヒーターを組み込むことで、自身の温度を制御して、全体を概ね均一な温度とし、接触している対向電極２の温度を所定温度に均一化する機能を有する。ここで、熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウム等の高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、及び純水等が使用でき、特に、１５０℃〜２５０℃の範囲でも圧力が上がらずに制御が容易であることから、フッ素系不活性液体（例えば商品名：ガルデン、Ｆ０５等）の使用が好適である。
【００２９】
均熱板保持機構１１は、均熱板５及び対向電極２を製膜室６の側面（図１の右側）に対して略平行となるように保持すると共に、均熱板５、対向電極２及び基板８を、放電電極３に接近離間可能に保持する。また、均熱板保持機構１１は、製膜時に均熱板５等を放電電極３に接近させて、基板８を放電電極３から、例えば３ｍｍから１０ｍｍの範囲内に位置させることができる。
【００３０】
防着板４は、接地されプラズマの広がる範囲を抑えることにより、膜が製膜される範囲を制限するものであり、放電電極３における対向電極２と反対側の空間を覆うように支持部７で保持されている。本実施形態の場合、図１に示すように、製膜室６の内側における防着板４の後ろ側（基板８と反対の側）の壁に膜が製膜されないようにしている。
【００３１】
支持部７は、製膜室６の側面（図１における左側の側面）から内側へ垂直に延びる部材であり、支持部７は防着板４と結合され、放電電極３における対向電極２と反対側の空間を覆うように防着板４を保持している。また、支持部７は放電電極３と絶縁的に結合され、放電電極３を製膜室６の側面（図１における左側の側面）に対して略平行に保持している。
【００３２】
高真空排気部２０は、粗引き排気された製膜室６内の気体をさらに排気して、製膜室６内を高真空とする高真空排気用の真空ポンプである。弁２３は、高真空排気部２０と製膜室６との経路を開閉する弁である。
低真空排気部２１は、初めに製膜室６内の気体を排気して、製膜室６内を低真空とする粗引き排気用の真空ポンプである。弁２４は、低真空排気部２１と製膜室６との経路を開閉する。
【００３３】
台２２は、上面に配置された保持部２５を介して製膜室６を保持するものである。台２２の内部には低真空排気部２１が配置される領域が形成されている。
【００３４】
図２は、放電電極３に対する電力の供給を説明する概略図である。
放電電極３は、各々給電点を有する長尺状の分割電極３０が長手方向と直交する方向に複数の分割電極３０が配列されることで放電電極３を構成している。本第１実施形態に係る放電電極３は、両端部が給電点であり、一例として、６個の長尺状の分割電極３０（分割電極３０＿１〜３０＿６）で構成されている。以下の説明において、側部電極とは分割電極３０＿１，３０＿６を示し、中央部電極とは分割電極３０＿２〜３０＿５を示す。
【００３５】
なお、本第１実施形態においては、１つの製膜室６について６個の分割電極３０を備えた薄膜製造装置１に適用して説明するが、分割電極３０の数は６個よりも多くてもよいし、少なくてもよく、また一つでもよく、特に限定するものではない。
また、分割電極３０の数は、真空中及びプラズマ生成時の高周波波長による定在波の影響をなくすよう各分割電極３０の幅を決めることが好ましく、複数の分割電極３０を並べて設置した状態で基板８の幅よりも少し大きくなるように配置することがプラズマの均一化に好ましい。
また、側部電極及び中央部電極の分け方も一例であり、分割電極３０＿１，３０＿２，３０＿５，３０＿６を側部電極とし、分割電極３０＿３，３０＿４のみを中央部電極としてもよい。
【００３６】
各分割電極３０の給電点（両端部）には、高周波電力を出力する高周波電源３１、及び高周波電源３１と分割電極３０とのインピーダンスを整合させる整合器１３が設けられている。
【００３７】
また、各分割電極３０と整合器１３との間には、分割電極３０毎にＲＦモニタ３４が設けられている。ＲＦモニタ３４は、分割電極３０の両端に設けられ、分割電極３０における高周波電力の各位相差での滞在時間分布（以下「位相滞在時間分布」という。）及び電圧分布を計測するための計測点となる。ＲＦモニタ３４により、高周波電力の電圧が計測されると共に、ＲＦモニタ３４に、タイムインターバルアナライザ（以下「ＴＩＡ」という。）が接続されることで、位相滞在時間分布が計測される。ＴＩＡは、被測定時信号（分割電極３０の両端に供給する高周波電力）間の位相差を測定し、各位相差が発生する頻度の分布を計測する。この度数分布が位相滞在時間分布（後述する図４，５参照）となる。
【００３８】
そして、各分割電極３０の給電点には、高周波電源３１が出力する高周波電力の電圧波形の位相が時間的に変化して各々供給される。これにより、図１に示されるように放電電極３と平行な位置には、基板８を載置すると共に設置されている対向電極２が配置されているので、放電電極３と対向電極２との間には、高周波電力が給電され、また図示しない製膜用原料ガスが放電電極３から噴出して供給されることにより、プラズマが生成されて基板８に製膜処理が行われる。
【００３９】
なお、高周波電源３１は、発信器３２から出力された所定の周波数（例えば、略１０ＭＨｚから略１００ＭＨｚまでの間であって、好ましくは６０ＭＨｚ）の信号であって、位相変調器３３によって位相が変調された信号に基づいて、高周波電力を出力する。
【００４０】
図３は、位相差を固定した場合の放電電極３上の電圧分布を示す模式図である。放電電極３の長さは、高周波電力の１／２波長とする。図３は、左右方向が放電電極３の長手方向であり、放電電極３の長手方向（左右方向）の両端部分には高周波電力が給電されており、位相差として０°の場合と±１８０°の場合を示している。
図３に示されるように、高周波の電圧分布は、放電電極３の中央を境界にして対称的な電圧定在波分布となる。位相差が０°の場合において放電電極３の長手方向の中央が、電圧定在波の腹となり、電圧が最も高い位置となる。また、このとき、放電電極３の長手方向端部（給電点）が、電圧定在波の節となり、電圧は０となる。一方、位相差が１８０°の場合において放電電極３の長手方向の中央部が、電圧定在波の節となり、放電電極３の長手方向端部（給電点）が、電圧定在波の腹となる。
【００４１】
図４は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形として、三角波を用いた場合の位相差分布の例を示す模式図である。
【００４２】
位相変調波形を三角波とした場合は、位相差０°から位相差９０°の変化に要する時間と位相差９０°から位相差１８０°の変化に要する時間が同じ時間ａである。このように、位相変調波形を三角波とした場合、各位相差における位相差の変化に要する時間（位相変化速度）が一定である。このため、位相変調波形を三角波とした場合、各位相差角度に対応する放電電極３の長手方向の各位置における高周波電圧の腹部分が滞在する頻度（時間）である位相滞在時間分布が一定となる。
【００４３】
図５は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形として、正弦波（以下、「ｓｉｎ波」という。）を用いた場合の位相差分布の例を示す模式図である。
【００４４】
位相変調波形をｓｉｎ波とした場合は、位相差０°から位相差９０°の変化に要する時間ｂに比べ、位相差９０°から位相差１８０°の変化に要する時間ｃが長化しているように、位相差が大きくなるほど位相差の変化に要する時間が長くなる。このため、位相変調波形をｓｉｎ波とした場合、位相差１８０°における高周波の電圧の腹に相当する位置である放電電極３の長手方向端部で、位相滞在時間分布が長くなる。
【００４５】
図６は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形に三角波を用いた場合の膜厚分布の例を示すグラフである。一方、図７は、放電電極３に供給する高周波電力の位相変調波形にｓｉｎ波を用いた場合の膜厚分布を示すグラフである。なお、図６，７における縦軸は、膜厚を示しているが、平均値を１．０として規格化された値である。
位相変調波形がｓｉｎ波の場合は、位相変調波形が三角波の場合に比べて、位相差が大きい領域において位相滞在時間が長いので、放電電極３の長手方向端部での位相滞在時間が長くなる。このため、図３の位相差が±１８０°のときの電圧分布の影響が大きくなり、図７からわかるように、位相変調波形がｓｉｎ波の場合は、放電電極３の長手方向端部での膜厚が厚くなる。
【００４６】
このことから、放電電極３に供給される高周波電力の電圧分布が均一な場合には、高周波電力の位相滞在時間と放電電極３の長手方向の膜厚分布には比例関係があることが分かった。
なお、位相変調波形が三角波の場合は、位相滞在時間分布が均一であるが、図６の例では、膜厚分布が一定でない。この理由は、各位相差で供給される高周波電力が不均一であったためである。
【００４７】
図８は、位相差を０°及び±１８０°に固定した状態で製膜した場合の膜厚分布の例を示す。なお、図８における縦軸は、膜厚を示しているが、位相差０°における膜厚の最大値を１．０として規格化された値である。
図９は、放電電極３に供給される高周波電力の各位相差における電圧値の例を示す。ここで、供給される高周波に位相変調を施すため、整合器１３のインピーダンス整合は、位相差を０°とした整合状態で固定されている。なお、図９における縦軸は、電圧値を示しているが、位相差０°における電圧値を１．０として規格化された値である。電圧値は、ＲＦモニタ３４で計測されたものである。
図９に示されるように、放電電極３に供給される高周波電力の電圧値は、位相差が０°の場合に最大となり、位相差が±１８０°の場合に最少の約０．５となる。この理由は、位相差を０°に固定した条件で、反射電力が小さくなるように整合器１３でインピーダンスの整合調整をしているので、整合調整を行った位相差０°から位相差が大きくなるにつれて反射電力が増加したためである。
そして、図８，９に示されるように、位相差が０°の場合に電圧値は１．０となり、膜厚は計測位置０ｍｍにおいて最大の１．０となる。一方、位相差が±１８０°の場合に電圧値は約０．５となり、膜厚は計測位置±約５５０ｍｍにおいて約０．５となる。
【００４８】
このことから、放電電極３に供給される高周波電力の電圧分布と放電電極３の長手方向に対応する膜厚分布には比例関係があることが分かった。
【００４９】
上述のように、図９の位相差が±１８０°の場合に電圧値は約０．５であるので、この±１８０°の位相差の影響が大きく出るのは、図３を参照すれば放電電極３の両端部分になる。このため、放電電極３の両端部分での位相滞在時間を長くするように位相変調波形を制御すれば、放電電極両端部分の膜厚分布を改善できる。
また、図８の放電電極３の両端部分に近い位置にある計測位置±約５５０ｍｍにおいての膜厚は約０．５となることから、計測位置０ｍｍにおいての膜厚である１．０に近づけるには２倍の位相滞在時間が必要と判断される。一方、図９の位相差が±１８０°の場合の電圧値である約０．５を位相差が０°の場合の電圧値である１．０とするには約２倍とする必要がある。
【００５０】
以上、図６〜９に示される結果から、発明者らは、製膜条件の多方面からの分析を実施した結果として、基板８に製膜される膜厚分布は、放電電極３に供給される高周波の各位相差での滞在時間分布と、電圧分布の積に比例するという、新しい高周波電力の供給条件を発見した。
【００５１】
そこで、本実施形態にかかる薄膜製造装置１は、基板８に製膜を行う場合に、位相滞在時間分布及び電圧分布の積を所定の範囲内とすることで、基板８に製膜される膜厚を均一にする膜厚分布調整処理を行う。
図１０は、本第１実施形態にかかる膜厚分布調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、本第１実施形態にかかる膜厚分布調整処理は、膜厚分布が均一になる条件を得るために基板８に単膜を製膜する場合に行われる。
【００５２】
まず、ステップ１００では、製膜条件を選定する。製膜条件は、例えば、ＳｉＨ４ガス流量、Ｈ２ガス流量、製膜圧力、投入高周波電力、基板電極間距離、位相変調角度、位相変調波形、及び位相変調周波数等である。
【００５３】
次のステップ１０２では、ＲＦモニタ３４によって、位相差を各値で設定した場合の放電電極３における電圧分布を計測する。図１１は、放電電極３における計測された電圧分布の例を示す。図１１の例では、位相差が０°の場合に電圧値が最大となり、位相差が±１８０°の場合に電圧値が最少となる。
【００５４】
次のステップ１０４では、（１）式に示されるように位相滞在時間分布Ｐ（ｘ）と電圧分布Ｖ（ｘ）との積が所定の範囲内にある定数となるような、位相変調波形を選定する。
【数１】
2015119103.tif 000003
ｘは位相差である。Ａは所定の範囲にある定数であり、特定の製膜条件で形成される膜の膜厚に相当する値である。（１）式で算出される積は、定数Ａは選定した値を中心値とした許容膜厚分布を考慮した所定範囲内（例えば±１０％）となればよい。
（１）式のＶ（ｘ）に計測した電圧分布が入力されることによって、位相滞在時間分布が算出され、算出された位相滞在時間分布となる位相変調波形が選定される。
【００５５】
図１２は、図１１に示される各位相差に対する電圧分布に応じた位相滞在時間分布の例を示す図である。図１２の例では、位相差が０°の場合に位相滞在時間が最少となり、位相差が±１８０°の場合に位相滞在時間が最大となる。
図１２のような位相滞在時間分布を満たすように選定される位相変調波形は、例えば、ｓｉｎ波又は三角波だけでなく、方形波等の他の波形であってもよい。
なお、位相変調波形の選定は、例えば、ＲＦモニタ３４の計測結果が位相変調器３３に入力され、位相変調器３３によって行われる。これにより、膜厚分布調整処理では、簡易に位相滞在時間分布を調整できる。
【００５６】
次のステップ１０６では、基板８に単膜を製膜する。
【００５７】
次のステップ１０８では、製膜した単膜の膜厚分布が所定範囲内（例えば±１０％）であるか否かを判定し、肯定判定の場合は膜厚分布調整処理を終了する一方、否定判定の場合はステップ１１０へ移行する。なお、膜厚分布調整処理が終了したのちには、選定した位相変調波形によって、例えば太陽電池パネルに用いられるシリコン薄膜の製膜が行われる。
【００５８】
薄膜製造装置１の放電電極３の周辺構造や製膜ガス流れ分布などによる膜厚分布の乱れが発生することがある。
そこでステップ１１０では、膜厚分布が所定範囲内となるように、位相変調器３３によって位相角度の変化範囲を０°から±１８０°の間でより適正な変化範囲となるような調整で電圧分布の微調整が行われる。または、位相滞在時間分布を微調整するために位相変調波形の微調整が行われる。その後ステップ１０６へ戻り、単膜の製膜が行われる。なお、膜厚分布が所定範囲内となるように、電圧分布及び位相滞在時間分布の両方が微調整されてもよい。
【００５９】
以上説明したように、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、放電電極３における高周波電力の位相滞在時間分布、及び放電電極３における電圧分布を計測するＲＦモニタ３４を備え、位相滞在時間分布と電圧分布との積が所定の範囲内となるように、位相滞在時間分布及び電圧分布の少なくとも一方が調整される。
従って、本第１実施形態に係る薄膜製造装置１は、位相滞在時間分布及び電圧分布という２つのパラメータを調整することによって、基板８に製膜される膜厚分布を一定とできるので、基板８に製膜処理を実施する際に、高周波電力の供給条件の選定を適正化して、簡易かつ短時間で製膜される膜厚分布を均一にできる。
【００６０】
なお、本第１実施形態にかかる膜厚分布調整処理では、位相滞在時間分布を調整することによって、位相滞在時間分布と電圧分布との積を所定の範囲内とする場合について説明したが、これに限らず、ＲＦモニタ３４によって測定された位相滞在時間分布に基づいて、電圧分布を調整することで上記積を所定の範囲内としてもよい。
この場合、電圧分布の調整は、高周波電源３１のインピーダンスを調整することによって行われる。具体的には、整合器１３を構成する抵抗及びコンデンサやコイルの値を調整することでその電圧値が調整される。また、位相変調器３３の位相角度の変化範囲を変更することによって、電圧分布の分布形状が調整される。これにより、膜厚分布調整処理では、簡易に電圧分布を調整できる。
【００６１】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６２】
本第２実施形態に係る薄膜製造装置１の構成は、図１，２に示す第１実施形態に係る薄膜製造装置１の構成と同様であるので説明を省略する。
本第２実施形態に係るＲＦモニタ３４は、放電電極３における電圧分布を計測せずに、位相滞在時間分布のみを計測する。
【００６３】
図１３は、本第２実施形態に係る膜厚分布調整処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１３における図１０と同一のステップについては図１０と同一の符号を付して、その説明を一部又は全部省略する。
【００６４】
本第２実施形態に係る膜厚分布調整処理は、ステップ１００によって製膜条件が選定されると、ステップ２００へ移行する。
【００６５】
ステップ２００では、ＲＦモニタ３４によって、放電電極３における位相滞在時間分布を計測する。
【００６６】
ステップ２０２では、基板８に単膜を製膜する。
【００６７】
次のステップ２０４では、計測した位相滞在時間分布と製膜した単膜の膜厚とから、放電電極３における電圧分布を推定し、ステップ１０４’へ移行する。すなわち、放電電極３の長手方向における単膜の膜厚分布から位相滞在時間分布を除した値が、電圧分布に比例した値となる。
【００６８】
ステップ１０４’では、計測された位相滞在時間分布と推定された電圧分布との積が所定の範囲内となるような、位相変調波形を選定する。
【００６９】
このように、本第２実施形態にかかる薄膜製造装置１では、ＲＦモニタ３４が放電電極３における高周波電力の位相滞在時間分布のみを計測するので、装置構成が簡素化される。
【００７０】
上述したようにＲＦモニタ３４は、放電電極３の給電部分の電圧を計測する。このため、放電電極３の周辺構造や製膜ガス流れ分布等による膜厚分布の乱れが発生することにより、位相変調波形の微調整が必要になる場合がある。一方、本第２実施形態では膜厚分布から直接的に放電電極３の電圧分布を推定する。このため、位相変調波形の微調整がより少なくなり、高周波電力の供給条件の選定をより適正化して、製膜される膜厚分布をより簡易に均一にすることができる。
【００７１】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００７２】
例えば、位相変調波形は、アモルファス太陽電池や微結晶太陽電池等、製膜する膜質に応じて異なるものとしてもよい。
さらに製膜処理する膜種は薄膜シリコン系を主体とした実施形態を示したが、これに限定するものではない。なおここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）、シリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）、シリコンナイトライド（ＳｉＮｘ）やシリコンオキサイド（ＳｉＯｘ）等を含む総称であり、アモルファスシリコン系と結晶質シリコン系と含むものである。
【００７３】
また、上記各実施形態で説明した膜厚分布調整処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１    薄膜製造装置
２    対向電極
３    放電電極
８    基板
３０  分割電極
３１    高周波電源（ＲＦ電源）
３３    位相変調器
３４    ＲＦモニタ
【図１】
2015119103.tif 000004
【図２】
2015119103.tif 000005
【図３】
2015119103.tif 000006
【図４】
2015119103.tif 000007
【図５】
2015119103.tif 000008
【図６】
2015119103.tif 000009
【図７】
2015119103.tif 000010
【図８】
2015119103.tif 000011
【図９】
2015119103.tif 000012
【図１０】
2015119103.tif 000013
【図１１】
2015119103.tif 000014
【図１２】
2015119103.tif 000015
【図１３】
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