(57)【要約】【課題】  付着確率の異なる粒子の混入割合を、たとえば、製膜作業と関連してリアルタイムで計測できる膜質評価装置を提供することを目的とする。【解決手段】  それぞれ第一取入口部５５あるいは第二取入口部６７を通って進入して第一水晶振動子５１あるいは第二水晶振動子６７に付着する粒子の付着量を計測する第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７と、第一製膜速度計測部４５の第一取入口部５５にそれを覆うように設置され、第一取入口部５５を通過する粒子の一部を付着させるフィルタ部５３と、を備えていることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ取入口部を通って進入して検出部に付着する粒子の付着量を計測する第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段と、
前記第一の製膜速度計測手段の前記取入口部にそれを覆うように設置され、前記取入口部を通過する前記粒子の一部を付着させる選別手段と、
を備えていることを特徴とする膜質評価装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記粒子の付着量に応じて発振周波数が変化する水晶振動子を用いていることを特徴とする請求項１に記載された膜質評価装置。
【請求項３】
前記選別手段には、前記粒子の通路が前記粒子の進行方向に沿って曲折して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された膜質評価装置。
【請求項４】
前記選別手段は、それぞれ前記粒子が通過する複数の開口部が形成され、前記粒子の進行方向に沿って所定の間隔を空けて重ねられた複数の板状のフィルタ部材で構成され、
隣り合う該フィルタ部材における前記開口部は、前記進行方向に交差する方向にずれるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された膜質評価装置。
【請求項５】
前記第一の製膜速度計測手段および前記第二の製膜速度計測手段の前記取入口部側に、それらを選択的に覆うように取り付けられた遮蔽手段が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載された膜質評価装置。
【請求項６】
前記第一の製膜速度計測手段および前記第二の製膜速度計測手段と略同様な構造をし、前記取入口部が閉鎖された第三の製膜速度計測手段が備えられていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された膜質評価装置。
【請求項７】
基板を保持するように設けられている基板テーブルと、
該基板テーブルに対向して間隔を空けて設けられた放電電極と、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された膜質評価装置と、
を備えていることを特徴とする真空処理装置。
【請求項８】
前記膜質評価装置は複数備えられていることを特徴とする請求項７に記載された真空処理装置。
【請求項９】
前記膜質評価装置の各製膜速度計測手段は、前記基板テーブルに取り付けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載された真空処理装置。
【請求項１０】
前記膜質評価装置の各製膜速度計測手段は、前記放電電極に取り付けられていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載された真空処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜質評価装置およびこれを用いた真空処理装置に関し、特にプラズマを用いて基板に処理を行う真空処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体、電子部品、太陽電池等における薄膜形成等は、プラズマを用いて基板に処理を行う真空処理装置が利用されている。
このような真空処理装置としては、製膜装置、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、ドライエッチング装置、スパッタリング装置等がある。
たとえば、プラズマＣＶＤ装置で形成されるアモルファスシリコンや微結晶シリコン等の膜質を決める要因のひとつとして、ＣＶＤプロセス中に発生するナノクラスタの膜中への混入があげられる。
たとえば、アモルファスシリコンの膜質の指標としては、膜中Ｓｉ−Ｈ２結合量が挙げられ、このＳｉ−Ｈ２結合はナノクラスタの混入によるものと考えられている。アモルファスシリコン中のＳｉ−Ｈ２結合量はアモルファスシリコンの光劣化と相関があることが分かっており、プロセス中の膜へのナノクラスタの混入の抑制が求められている。
このためには、ナノクラスタの挙動や製膜条件毎の混入量などを把握しておく必要がある。
【０００３】
従来の代表的な計測方法として、パーティクルカウンタを用いた計測法（特許文献１参照）、レーザ散乱法（特許文献２参照）などが提案されている。
特許文献１に示されるものは、製膜作業前にパーティクルカウンタを備えた室内に基板を搬入し、予備運転を行った後、基板上のパーティクルの数を計測するものである。
また、特許文献２に示されるものは、製膜作業中に、プラズマの所望の領域にレーザを照射し、照射された領域から発せられる発光の強度を計測し、その領域における粒子状物質の特性を求めるものである。
【特許文献１】特開２００４−２８９０３５号公報
【特許文献１】特開２００５−６９７６８号公報
【発明の開示】
【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に示されるものは、製膜作業中の状況を計測できないし、また、パーティクルカウンタの計測限界がマイクロメータサイズであり、ナノメータサイズの計測には適していないという問題がある。
また、特許文献２に示されるものは、計測後に画像処理等のデータ解析が必要であり、そのデータ処理に時間がかかるためリアルタイムでの計測が困難であった。加えて、迷光等の影響もあり、生産装置への適用が進んでいないのが実情である。
また、これらの計測技術を大面積（たとえば、１辺が１ｍを超えるもの）の基板に製膜する装置へ適用する場合、パーティクルコレクタを用いた場合には設置位置や設置可能空間の問題、レーザを用いた場合には視野角の問題、などにより面内分布の計測はできない。
【０００５】
このような背景により、これまで生産装置などに適用可能な計測システムはなく、生産装置では製膜条件の最適化は試行錯誤的に行われており、簡易的なクラスター計測装置が求められている。
また、たとえば太陽電池の製造においては、製膜作業中、経時的な変化などによりプロセスが変動することがあり、その結果、製膜後に製品を計測する段階で不良品が発見される等、製造管理の面でも課題があった。
このように、膜質に影響するナノクラスタをリアルタイムで監視するシステムが求められている。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、付着確率の異なる粒子の混入割合を、たとえば、製膜作業と関連してリアルタイムで計測できる膜質評価装置およびこれを用いて製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを容易に行い得る真空処理装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる膜質評価装置は、それぞれ取入口部を通って進入して検出部に付着する粒子の付着量を計測する第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段と、前記第一の製膜速度計測手段の前記取入口部にそれを覆うように設置され、前記取入口部を通過する前記粒子の一部を付着させる選別手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段には、製膜プロセスに伴い生成される粒子が取入口部を通って侵入し、検出部に付着する。その付着量を計測することによってそれぞれの製膜速度を計測することができるので、リアルタイムで製膜速度を計測することができる。
このとき、第二の製膜速度計測手段では、取入口部は単なる開口であるので、第二の製膜速度計測手段の検出部へ到達する粒子は、基板へ到達するものと略同一となる。このため、第二の製膜速度計測手段では、基板への製膜速度と略比例した関係にある（あるいは略同一の）製膜速度を計測することができる。
【０００９】
一方、第一の製膜速度計測手段では、取入口部を覆うように通過する粒子の一部を付着する選別手段が設置されているので、選別手段に付着した粒子の分だけ検出部に到達する粒子が減少することになる。このため、第一の製膜速度計測手段の検出部に付着する粒子の付着速度は、第二の製膜速度計測手段の付着速度よりも小さくなる。
そして、選別手段では、付着確率の大きな粒子は付着確率の小さな粒子よりも多く付着することになる。このため、付着確率の大きな粒子は、付着確率の小さな粒子に比べて第一の製膜速度計測手段の検出部に到着し難くなるので、第一の製膜速度計測手段の検出部に付着する粒子は、付着確率の小さい粒子がより多くの割合を占めることになる。言い換えると、選別手段は検出部に到達する粒子を選別することができる。
したがって、評価の対象とする粒子の付着確率とその粒子の混入による膜質への寄与度を把握していれば、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の製膜速度によって両者の割合を判定することができるので、膜質を評価することができる。
【００１０】
たとえば、製膜プロセスで生成されるナノクラスタは、粒子が大きく、かつ、物体への付着確率は略１であり、アモルファスシリコンの主な製膜種であるＳｉＨ３の物体への付着確率は略０．３である。このように、付着確率が大きく異なると、選別手段でナノクラスタの大部分を付着させ、検出部に到達できないようにできるので、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の製膜速度によってナノクラスタとＳｉＨ３との割合を検出することができる。
このため、製膜中のナノクラスタの割合をリアルタイムで確実に把握できるので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを容易に行うことができ、製膜品質を確保し、生産性を向上させることができる。
【００１１】
また、上記発明では、前記検出部は、前記粒子の付着量に応じて発振周波数が変化する水晶振動子を用いていることが好適である。
このようにすると、水晶振動子の発振周波数の変化を検出することによって粒子の付着量を精度よく計測することができる。
【００１２】
また、上記発明では、前記選別手段には、前記粒子の通路が前記粒子の進行方向に沿って曲折して形成されていることが好適である。
このようにすると、選別手段において粒子が物体に接触する確率を増加できるし、その確率を調節することができる。
たとえば、曲折の回数を増加させれば粒子が物体に接触する確率を増加できるので、付着確率の相違が小さい粒子でも選別することができる。このため、付着確率の相違が小さい粒子でも、それらの製膜中における存在割合を評価することができる。
【００１３】
また、本発明にかかる膜質評価装置では、前記選別手段は、それぞれ前記粒子が通過する複数の開口部が形成され、前記粒子の進行方向に沿って所定の間隔を空けて重ねられた複数の板状のフィルタ部材で構成され、隣り合う該フィルタ部材における前記開口部は、前記進行方向に交差する方向にずれるように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、開口部の位置が相互にずれた板状のフィルタ部材が粒子の進行方向に沿って所定の間隔を空けて重ねられているので、進行する粒子の一部は最初のフィルタ部材の開口部以外の部分に当接し、付着確率に基づいて付着あるいは拡散する。
この拡散した粒子および進行する粒子の他の部分は、開口部を通って進行し、二枚目のフィルタ部材の開口部以外の部分に当接し、付着確率に基づいて付着あるいは拡散し、拡散したものの一部は開口部を通過する。このとき、粒子同士の衝突によって進行方向がずれて開口部を通過する粒子もあるので、選別したい粒子がこのように進行方向をずらす確率を考慮してフィルタ部材同士の間隔を所定の値に設定するのが好ましい。
また、フィルタ部材の枚数を増加させれば、粒子が物体に接触する確率を増加できるので、付着確率の相違が小さい粒子でも選別することができる。このため、付着確率の相違が小さい粒子でも、それらの製膜中における存在割合を評価することができる。
【００１５】
また、本発明にかかる膜質評価装置では、前記第一の製膜速度計測手段および前記第二の製膜速度計測手段の前記取入口部側に、それらを選択的に覆うように取り付けられた遮蔽手段が備えられていることを特徴とする。
【００１６】
このように、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の取入口部側に、それらを選択的に覆うように取り付けられた遮蔽手段が備えられているので、遮蔽手段によって第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段を覆うようにすると、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段に粒子生成側の環境変動、たとえば、熱が第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段に伝達されないし、粒子の進入もほとんどなくなる。
したがって、検出部に粒子を付着させた後で遮蔽手段によって第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段を覆って粒子生成側の環境変動、たとえば、熱等の影響のない状態として付着量を計測できるので、外乱の影響を除去でき、計測の精度を向上させることができる。
また、製膜速度および膜質を検出したい時にのみ、粒子を検出部に進入させることができるので、検出部等への不必要な粒子の付着を抑制することができ、メンテナンスサイクルを長くすることができる。
この場合、たとえば、遮蔽手段を所定サイクルで間欠的に作動させれば、製膜作業の全期間に亘り検出でき、好適である。
【００１７】
また、本発明にかかる膜質評価装置では、前記第一の製膜速度計測手段および前記第二の製膜速度計測手段と略同様な構造をし、前記取入口部が閉鎖された第三の製膜速度計測手段が備えられていることを特徴とする。
【００１８】
製膜作業の進展に伴い、第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の計測環境が変動し、計測に誤差を生じる恐れがある。
本発明によれば、取入口部が閉鎖された第三の製膜速度計測手段が備えられているので、第三の製膜速度計測手段の検出部には粒子が付着しないことになる。このため、第三の製膜速度計測手段は計測環境の変動に伴う検出部の変動を計測することになる。
言い換えると、その時点における第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の検出部の粒子が付着されていない状態を示すことになるので、これを用いることによって第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段の計測結果から計測環境の変動に伴う影響を除くことができ、計測の精度を向上させることができる。
【００１９】
また、本発明にかかる真空処理装置では、基板を保持するように設けられている基板テーブルと、該基板テーブルに対向して間隔を空けて設けられた放電電極と、上記したいずれかに記載された膜質評価装置と、を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の真空処理装置によれば、リアルタイムで製膜速度および膜質を計測できる膜質評価装置を用いているので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを容易に行うことができ、製膜品質を確保し、生産性を向上させることができる。
【００２１】
また、上記発明では、前記膜質評価装置は複数備えられていることが好適である。
このようにすると、複数箇所における製膜速度および膜質を計測できるので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを一層精度よく行うことができる。
たとえば、製膜装置やプラズマＣＶＤ装置において、大面積の基板に対して製膜する場合に有効である。
【００２２】
また、上記発明では、前記膜質評価装置の各製膜速度計測手段は、前記基板テーブルに取付けられていることが好適である。
このようにすると、基板の製膜作業に影響することなく製膜速度および膜質を計測することができる。
【００２３】
また、本発明にかかる真空処理装置では、前記膜質評価装置の各製膜速度計測手段は、前記放電電極に取付けられていることを特徴とする。
【００２４】
このように、膜質評価装置の各製膜速度計測手段は、放電電極に取付けられているので、基板に対応する位置に設置することができる。このため、基板に対する製膜状況に対応した製膜速度および膜質を計測することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の膜質評価装置によれば、それぞれ取入口部を通って進入して検出部に付着する粒子の付着量を計測する第一の製膜速度計測手段および第二の製膜速度計測手段と、前記第一の製膜速度計測手段の前記取入口部にそれを覆うように設置され、前記取入口部を通過する前記粒子の一部を付着させる選別手段と、を備えているので、リアルタイムで製膜速度および膜質を計測することができる。
また、本発明の真空処理装置によれば、上記膜質評価装置を用いているので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを容易に行うことができ、製膜品質を確保し、生産性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第一実施形態〕
本発明の第一実施形態にかかる高速製膜を行うことが可能な薄膜製造装置（真空処理装置）１について図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、薄膜製造装置１の概略構成を示す断面図である。
薄膜製造装置１は、製膜室６、対向電極（基板テーブル）２、均熱板５、均熱板保持機構１１、放電電極３、防着板４、支持部７、高周波給電伝送路１２、整合器１３、高真空排気用ポンプ３１、弁３２、弁３４、低真空排気用ポンプ３５、保持部３６、台３７および膜質評価装置４１を具備する。
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。
【００２７】
製膜室６は、真空容器であり、その内部で基板８にアモルファスシリコンｉ層などを製膜する。製膜室６は、台３７上に設けられた保持部３６に、Ｚ方向（鉛直方向）に対してθ＝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の製膜処理面が、Ｚ方向に対して７°〜１２°傾斜した状態で保持される。
基板８としては、たとえば、ガラスが用いられる。
基板８を垂直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。
【００２８】
対向電極２は、基板８を保持可能な保持手段（図示省略）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の観点からニッケル合金やアルミやアルミ合金の使用が望ましい。
対向電極２は、放電電極３に対向する電極（例示：接地側）となる。対向電極２は、一方の面を均熱板５の表面に密接させ、製膜時に他方の面を基板８の表面と密接させる。
【００２９】
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を組み込むことで、自身の温度を制御して、全体が概ね均一な温度を有し、接触している対向電極２の温度を均一化する機能を有する。
熱媒体は、非導電性媒体であり、水素やヘリウムなどの高熱伝導性ガス、フッ素系不活性液体、不活性オイル、および純水等が使用でき、中でも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（たとえば商品名：ガルデン、Ｆ０５など）の使用が好適である。
均熱板保持機構１１は、均熱板５および対向電極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。製膜時は、均熱板５、対向電極２および基板８を、放電電極３へ近づける。それにより、基板８と放電電極３との距離は、たとえば、３ｍｍ〜２０mmとすることができる。
【００３０】
放電電極３は、各棒状の縦電極を略平行に組み合わせて構成され、更に複数の電極単位に分割構成しても良い。放電電極３を分割構成する場合は、好ましくは電極の数に合わせて給電点を各放電電極へ分割形成する。高周波給電伝送路１２ａ、１２ｂを接続する給電点５３、５４から、それぞれ高周波電力を供給して、放電電極３と対向電極２との間に原料ガスのプラズマを発生させ基板８上に薄膜を製膜する。
【００３１】
防着板４は、接地され、プラズマの広がる範囲を抑えて、膜が製膜される範囲を制限する。防着板４の対向電極２側端部には、対向電極２と接触して接地される接続部４ａが設けられている。
支持部７は、放電電極３を防着板４と製膜室６の側面（図１の左側）に対して略平行となるように絶縁的に保持する。
【００３２】
整合器１３（１３ａ、１３ｂ）は、出力側のインピーダンスを整合し、図示されない高周波電源から高周波給電伝送路１４（１４ａ、１４ｂ）、および高周波給電伝送路１２を介して高周波電力を放電電極３へ給電する。
【００３３】
放電電極３の温度調節を行う場合、高周波給電伝送路１２は、たとえば、その円管の中心部分に設けた細管を用いて熱媒体を通し、その周辺部を用いて電力を給電することが可能である。
放電電極３の給電点５４側へ熱媒体を供給し、放電電極３の給電点５３側から熱媒体供給装置へ熱媒体を送出する。熱媒体の温度を熱媒体供給装置で制御することで、放電電極３の温度を所望の温度に制御して製膜室６内のヒートバランスを適切に保つことで、基板８の表裏温度差にともなうソリ変形を抑制することができる。
【００３４】
高真空排気用ポンプ３１は、製膜室６内の気体を排気する高真空排気用の真空ポンプである。弁３２は、高真空排気用ポンプ３１と製膜室６との経路を開閉する。低真空排気用ポンプ３５は、製膜室６内の気体を排気する粗引き排気用の真空ポンプである。弁３４は、低真空排気用ポンプ３５と製膜室６との経路を開閉する。
【００３５】
次に、膜質評価装置４１について、図２〜図５により説明する。
図２は、図１の膜質評価装置４１の部分を示す模式図である。図３は第一製膜速度計測部を示す斜視図である。図４は、図３のＸ−Ｘ断面図である。
膜質評価装置４１は、本体部４３と、第一製膜速度計測部（第一の製膜速度計測手段）４５と、第二製膜速度計測部（第二の製膜速度計測手段）４７とで主として構成されている。
【００３６】
第一製膜速度計測部４５は、第一筐体４９と、第一水晶振動子（検出部）５１と、フィルタ部（選別手段）５３とで構成されている。
第一筐体４９は、中空で一面が開放され第一取入口部（取入口部）５５を形成する略長方体形状をした箱体である。第一筐体４９は第一取入口部５５が放電電極３に対向するように対向電極２の放電電極３側の面に取り付けられている。
第一水晶振動子５１は、略矩形状の板部材であり、第一筐体４９の内部に面部が放電電極３側へ向くように取付けられている。
【００３７】
フィルタ部５３は、第一フィルタ（フィルタ部材）５７と、第二フィルタ（フィルタ部材）５９とで構成されている。
第一フィルタ５７および第二フィルタ５９は、略矩形状をしたステンレス製の板部材であり、所定の間隔Ｌを空けて第一取入口部５５を覆うように第一筐体４９に取り付けられている。材料は、アルミ合金としてもよい。
この所定の間隔Ｌは、選別したい粒子によって適宜選定される。本実施形態では、ナノクラスタを分離、選別するため、たとえば、１ｍｍ未満とされている。
【００３８】
第一フィルタ５７には、その長辺に沿う方向に延在する複数の貫通したスリット（開口部）６１が、所定の間隔を空けて備えられている。
第二フィルタ５９には、その長辺に沿う方向に延在する複数の貫通したスリット（開口部）６３が、所定の間隔を空けて備えられている。スリット６３は、図４に示されるように隣り合うスリット６１の間に位置するように形成されている。
本実施形態では、スリット６１，６３の幅Ｂは、たとえば、０．５〜５ｍｍとされている。
【００３９】
スリット６１、第一フィルタ５７および第二フィルタ５９の隙間並びにスリット６３によって、放電電極３および基板８の間に生成されるプラズマ中の粒子が第一水晶振動子５１に進入する通路を構成している。
この通路は、スリット６１，６３の位置が粒子の進行方向に交差する方向にずれているので、曲折して形成されていることになる。
【００４０】
第二製膜速度計測部４７は、第二筐体６５と、第二水晶振動子（検出部）６７とで構成されている。
第二筐体６５は、中空で一面が開放され第二取入口部（取入口部）６９を形成する略長方体形状をした箱体である。第二筐体６５は第二取入口部６９が放電電極３に対向するように対向電極２の放電電極３側の面に取り付けられている。
第二水晶振動子６７は、略矩形状の板部材であり、第二筐体６５の内部に面部が放電電極３側へ向くように取付けられている。
【００４１】
本体部４３は、膜質評価装置４１の第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７と信号線で連結され、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７からの信号に基づいて膜厚および製膜速度等を算出して、たとえばそれらを表示するものである。
本体部４３には、信号増幅器、周波数カウンタ、各種処理を行う処理部材、処理結果等を表示する表示部等が備えられている。
【００４２】
以上のように構成された本実施形態にかかる薄膜製造装置１の製膜動作について説明する。
薄膜製造装置１の対向電極２に基板８をセットする。
ついで、均熱板保持機構１１を操作して対向電極２および均熱板５を放電電極３に向けて移動させる。防着板４の先端が対向電極２に当接したら対向電極２の移動を停止させる。
【００４３】
製膜室６を密封し、弁３４を開いて低真空排気用ポンプ３５を作動させ、次いで、弁３２を開いて高真空排気用ポンプ３１を作動させ、製膜室６を所定の真空度、たとえば、１０−６Ｐａにする。
図示しない原料ガス配管から供給される原料ガスを放電電極３の表面の複数の穴から、放電電極３と基板８との間に供給する。原料ガスは、たとえば、ＳｉＨ４＋Ｈ２である。
【００４４】
整合器１３の出力側のインピーダンスの整合をとりながら、出力側に接続された高周波給電伝送路１２を介して放電電極３へ所定の高周波電力を供給する。
これにより、放電電極３と対向電極２との間に原料ガスのプラズマ（粒子：たとえば、ＳｉＨ３等）Ｐが発生し、基板８上にシリコン薄膜が製膜される。
このとき、プラズマＰ中ではＳｉＨ２等が凝集し、粒状のナノクラスタ（粒子）が発生し、このナノクラスタも基板８上に到達し膜に含有される。
なお、この製膜時に、高周波給電伝送路１２の内部に設けられた図示しない熱媒体供給管を介して、放電電極３の内部に設けられた図示しない熱媒体流通管へ熱媒体を流通させ、放電電極３の温度を制御する。
【００４５】
そして、プラズマＰは基板８よりも広く形成されているので、プラズマＰは第一取入部５５および第二取入部６９を通って第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の内部に進入し、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７の表面に付着する。
このとき、第二製膜速度計測部４７では、第二取入口部６９が開放されているので、第二水晶振動子６７には基板８と略同様な条件で膜が形成されることとなる。
一方、第一製膜速度計測部４５では、第一取入口部５５がフィルタ部５３で覆われているので、第一水晶振動子５１にはフィルタ部５３を通過した粒子、言い換えると、フィルタ部５３に付着しなかった粒子によって膜が形成されることになり、その膜厚、すなわち、粒子の付着量は第二水晶振動子のそれよりも小さくなる。
【００４６】
ここで、水晶振動子の計測原理について説明する。
水晶振動子の共振周波数ｆｑは、水晶振動子の厚さをｔｑ、音速をｖｑとすると、式（１）により決まる。
ｆｑｔｑ＝ｖｑ／２                          （１）
水晶振動子の内部損失は十分低いので、水晶振動子を用いた発振器の発振周波数は式（１）で与えられる。
【００４７】
水晶振動子に堆積した膜厚が十分薄いとき、発振周波数は、膜厚を水晶の厚みに換算した分、周波数が低くなる方向にずれ、ｆｃとなる。
このとき、密度をρとして、水晶、膜についての量を添字ｑ、ｆで表すと、式（２）が成り立つ。
ρｆｔｆ＝ρｑｔｑ（ｆｑ−ｆｃ）／ｆｑ          （２）
膜厚が形成されたときの発振周波数ｆｃを計測することによって、式（２）を用いて膜厚ｔｆを演算することができる。
【００４８】
第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７の発振周波数は連続して、リアルタイムで計測できる。
基板８と略同条件で製膜されている第二水晶振動子６７の発信周波数をモニタしている第二製膜速度計測部４７は、基板８での製膜量を連続して、リアルタイムで計測することができる。
また、これを製膜時間あたりに換算すると、製膜速度ＤＲ１（ｎｍ／ｓ）が連続して、リアルタイムで計測することができる。
また、第一製膜速度計測部４５は、フィルタ部５３を通過した粒子の膜厚および製膜速度ＤＲ２（ｎｍ／ｓ）を連続して、リアルタイムで計測することができる。
【００４９】
フィルタ部５３の選別動作について説明する。
アモルファスシリコンの主な製膜種であるＳｉＨ３の物体への付着確率は略０．３である。ナノクラスタの物体への付着確率は略１であり、物体に接触するとほとんど拡散せず、略全て付着する。また、ナノクラスタは製膜種に比べてサイズが大きく、言い換えれば質量が大きいので、製膜種に比較して直進性が大きい。
フィルタ部５３は、両者の付着確率が大きく相違していることを利用して付着確率の大きなナノクラスタを通過させないようにしている、すなわち、第二水晶振動子６７に到達する粒子にナノクラスタが含まれないように選別している。
【００５０】
ＳｉＨ３等およびナノクラスタ等の粒子は、まず、第一フィルタ５７に到達し、一部はスリット６１以外の部分に当接する。
このとき、ナノクラスタは付着確率が略１であるので、その大部分は第一フィルタ５７に付着するが、ＳｉＨ３等の大部分は拡散する。
拡散した粒子の相当部分およびスリット６１の部分に進行した粒子は、スリット６１を通過して進行する。
【００５１】
そして、直進性の大きなナノクラスタは、第二フィルタ５９のスリット６３以外の部分に当接する。
このとき、ナノクラスタ同士の衝突によってナノクラスタの進行方向がずれてスリット６３を通過する粒子もある。ナノクラスタのサイズは種々であり、小さいものは特に曲がり易くなるので、その曲がる確率を考慮して第一フィルタ５７および第二フィルタ５９の間隔Ｌを設定するとよい。
【００５２】
一方、ＳｉＨ３等は、進行方向が容易に変わるので、一部は第二フィルタ５９のスリット６３以外の部分に当接し、他の部分はスリット６３を通過する。
第二フィルタ５９のスリット６３以外の部分に当接した粒子の内、ナノクラスタの大部分は第二フィルタ５９に付着し、ＳｉＨ３等は相当分が拡散する。拡散した粒子の相当部分およびスリット６３の部分に進行した粒子は、スリット６３を通過し、第一水晶振動子５１に到達する。
【００５３】
このように、ナノクラスタの大部分はフィルタ部５３に付着して第一水晶振動子５１に到達しない。一方、ＳｉＨ３等は相当部分が第一水晶振動子５１に到達する。
すなわち、フィルタ部５３はＳｉＨ３等を選別して通過させることになり、第一水晶振動子５１ではプラズマＰ中のナノクラスタおよび途中でフィルタ部５３に付着したＳｉＨ３等を除くＳｉＨ３等で製膜されることになる。
【００５４】
次に、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７で計測した製膜速度を用いて基板８における製膜中に含まれるナノクラスタの体積分率の算出について説明する。
第一製膜速度計測部４５で計測された製膜速度ＤＲ２は、フィルタ部５３に付着するナノクラスタによる製膜速度およびフィルタ部５３の透過率に比例したＳｉＨ３等による製膜速度分だけ、第二製膜速度計測部４７で計測される製膜速度ＤＲ１よりも小さくなる。
【００５５】
したがって、フィルタ部５３の透過率の逆数をＡとすると、膜中のナノクラスタの堆積分率ＶＦは、式（３）で表すことができる。
【数１】
2008288407.tif 000003
式（３）を整理すると、
【数２】
2008288407.tif 000004
【００５６】
通常、膜中のナノクラスタの体積分率ＶＦは、１より非常に小さい（たとえば、１／１００以下）ため、式（４）の右辺は式（５）のように近似される。
【数３】
2008288407.tif 000005
式（５）を整理すると、体積分率ＶＦは、式（６）で表される。
【数４】
2008288407.tif 000006
【００５７】
第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の製膜速度が計測できれば、式（６）を用いて基板８上に製膜された膜に含まれるナノクラスタの体積分率を算出することができる。
このように、製膜中のナノクラスタの割合をリアルタイムで確実に把握できるので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを容易に行うことができ、製膜品質を確保し、生産性を向上させることができる。
また、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７は対向電極２に取付けられているので、基板８の製膜作業に影響することなく製膜速度および膜質を計測することができる。
【００５８】
図６は、原料ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）ガス３０（１０〜３００ｓｃｃｍ）ｓｃｃｍと水素（Ｈ２）ガス１２０（３０〜１２００ｓｃｃｍ）ｓｃｃｍを供給し、製膜室６内の圧力を６６．５Ｐａに調整し、放電電極へ６０（１３．５６〜２００ＭＨｚ）ＭＨｚの高周波電力を供給して製膜作業をしたときの、膜中ナノクラスタ体積分率と膜中Ｓｉ−Ｈ２結合量との関係をプロットしたものである。
なお、同一条件でも各種パラメータによりナノクラスタの発生量が変動することが考えられるが、図６をみると、アモルファスシリコンの膜質の指標としての膜中Ｓｉ−Ｈ２結合量と、膜中ナノクラスタ体積分率とは比例しており、膜中ナノクラスタ体積分率を計測することで、アモルファスシリコンの膜質を評価できることがわかる。
【００５９】
なお、本実施形態では、フィルタ部５３は、第一フィルタ５７および第二フィルタ５９の２枚で構成されているが、これに限定されるものではない。
たとえば、３枚以上と枚数を増やしても良い。このようにフィルタの枚数を増やすと、粒子が物体に接触する確率を増加できるので、付着確率の相違が小さい粒子でも選別することができる。このため、付着確率の相違が小さい粒子でも、それらの製膜中における存在割合を評価することができる。
また、１枚としてもよい。この場合、ナノクラスタのように付着確率が大きな粒子であれば、スリット以外の部分に当接するものは選別できるので、製膜中に評価の精度をあまり求めない場合には、採用することができる。
【００６０】
また、膜質評価装置１を複数備えるようにしてもよい。
このようにすると、複数箇所における製膜速度および膜質を計測できるので、製膜プロセスの条件適正化や、プロセスの管理などを一層精度よく行うことができる。
たとえば、製膜装置やプラズマＣＶＤ装置において、大面積の基板に対して製膜する場合に有効である。
この場合、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の組を複数設置し、本体部４３は１台としてもよい。
【００６１】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る薄膜製造装置１について、図７を用いて説明する。
本実施形態は、膜質評価装置４１の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００６２】
本実施形態では、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の放電電極２側に遮蔽板（遮蔽部材）７１が備えられている。
遮蔽板７１は、矩形状の板部材であり、面部が対向電極２に向くように設置されている。
遮蔽板７１の一端部は、製膜室６に立設され、自転可能に支持された軸部材７３の先端部に固定して取りつけられている。
軸部材７３は本体部４３によって回転されるように構成されている。
【００６３】
軸部材７３の回転によって遮蔽板７１は回転し、図７に示される第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７を覆う閉位置と、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７を覆わない開位置との間を移動するように構成されている。
遮蔽板７１が閉位置に位置すると、遮蔽板７１は第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７をプラズマＰから遮断し、プラズマＰの環境変動、たとえば、高温に伴う熱量やプラズマからの光等を伝播しないようにする。また、このとき、遮蔽板７１は粒子の進入も防止する機能を奏する。
また、第二水晶振動子６７には、図示しない温度センサが装着されている。
【００６４】
このように構成された本実施形態にかかる薄膜製造装置１の製膜動作等については第一実施形態と同様であるので、ここでは重複した説明を省略する。
本実施形態では、膜質評価装置４１は次のように動作する。本体部４３は、軸部材７３を間欠的に回転させ、遮蔽板７１を所定時間毎に、開位置と閉位置とに位置させるようにさせる。
この所定時間としては、たとえば、数秒とされる。なお、この所定時間は、必要に応じ適宜な長さにしてもよいし、閉位置と開位置との滞在時間を異なるようにしてもよい。
【００６５】
遮蔽板７１が開位置に位置すると、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７はプラズマＰに直接対向することになるので、第一実施形態で説明したように第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７に膜が形成される。
このとき、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７には、高温のプラズマＰによる熱が作用し温度が変化するため、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７は膨張し、その発振振動数が変化することになる。
【００６６】
所定時間後、遮蔽板７１は開位置から閉位置に移動される。遮蔽板７１が閉位置に至ると、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７はプラズマＰから遮断され、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７への粒子進入および流熱が遮断される。
図示しない温度センサの検出温度が所定温度以下になったところで、本体部４３は第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７の発振周波数を検出して製膜量を算出し、製膜速度を演算する。
所定温度としては、たとえば、２５０℃以下で、適宜設定される。
所定時間後、遮蔽板７１を再度開位置に戻し、上記作業を製膜作業の全期間に亘り繰り返す。これにより、間欠的ではあるが、製膜作業の全期間に亘り膜厚速度および膜質を計測することができる。
【００６７】
このように、遮蔽板７１で第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７を覆い、高温のプラズマＰが影響しない状態とし、所定温度になった時点で製膜量を測定するようにしているので、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７の発振周波数が略同一条件で計測できる。
このため、製膜量の計測は、計測時点に拘わらず略同一条件で計測できるので、製膜速度および膜質評価の精度を向上させることができる。
【００６８】
第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７への製膜量が多くなると、測定精度に対する影響が大きくなるので、水晶振動子を交換する、あるいは、膜を除去する等のメンテナンスを行う。また、フィルタ部５３への付着量が多くなると、選別される粒子の状況が変化することもあるので、交換したり、膜を除去したりする等のメンテナンスが行なわれる。
【００６９】
本実施形態によれば、遮蔽板７１が閉位置に位置している間、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７には、製膜種、ナノクラスタ等の粒子が進入しないので、その期間分だけ第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７への粒子の付着量が抑制される。
したがって、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の各部への粒子付着量が少なくなるので、上記したメンテナンスを行うメンテナンスサイクルを長くすることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、遮蔽部材として、遮蔽板７１を用いているが、これに限定されるものではなく、たとえば、噴射するエアによって遮蔽するエアシャッタ等、遮蔽機能を有する適宜な部材を用いてもよい。
【００７１】
〔第三実施形態〕
次に、本発明の第三実施形態にかかる薄膜製造装置１について、図８〜図９を用いて説明する。
本実施形態は、膜質評価装置４１の構成が第一実施形態および第二実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態および第二実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態および第二実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００７２】
本実施形態では、第三製膜計測部７５が備えられている。
第三製膜速度計測部７５は、第三筐体７７と、第三水晶振動子（検出部）７９と、キャプ８１とで構成されている。
第三筐体７７は、中空で三面が開放され第三取入口部（取入口部）８３を形成する略長方体形状をした箱体である。第三筐体７７は第三取入口部８３が放電電極３に対向するように対向電極２の放電電極３側の面に取り付けられている。
第三水晶振動子７９は、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７と同じものが、第三筐体７７の内部に取り付けられている。
【００７３】
キャップ８１は、略矩形状をした板部材であり、第三取入口部８３を覆うように第三筐体７７に取り付けられている。
キャップ８１は、製膜種、ナノクラスタ等の粒子が第三筐体７７の内部に進入するのを防止する機能、プラズマからの光を防止する機能を有する。キャップ８１は、プラズマからの光を防止する観点から、不透明かつプラズマ耐性があることが望ましい。例えばアルミ、アルミ合金やステンレスなどが挙げられる。
遮蔽板７１は、第一製膜速度計測部４５、第二製膜速度計測部４７および第三製膜速度計測部７５を覆う大きさとされている。
【００７４】
このように構成された本実施形態にかかる薄膜製造装置１の製膜動作については第一実施形態および第二実施形態と同様であるので、ここでは重複した説明を省略する。
本実施形態では、第三製膜速度計測部７５の第三取入口部８３はキャップ８１によって閉鎖されているので、第三水晶振動子７９には、製膜種、ナノクラスタ等の粒子が到達しない。このため、第三製膜速度計測部７５は、第三水晶振動子７９に製膜されない状態、言い換えると、入熱や光等の環境変化に対応して第三水晶振動子７９が変動した状態の発振周波数を計測することとなる。
【００７５】
したがって、第三製膜速度計測部７５で計測された第三水晶振動子７９の発振周波数は、その時点における第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７の粒子が付着されていない状態の発振周波数、すなわち、式（１），（２）の発振周波数ｆｑを計測していることになる。
第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７で計測された発振周波数ｆｃと第三製膜速度計測部７５で計測された発振周波数ｆｑとを用いて、第一水晶振動子５１および第二水晶振動子６７に製膜された膜厚ｔｆを算出すると、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の計測結果から計測環境の変動に伴う影響を除くことができるので、製膜速度の計測の精度を向上させることができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、遮蔽板７１を用いているが、第一実施形態のように省略してもよい。
【００７７】
〔第四実施形態〕
次に、本発明の第四実施形態に係る薄膜製造装置１について、図１０〜図１２を用いて説明する。
本実施形態は、膜質評価装置４１の設置位置が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
図１０は、放電電極３の部分を示す斜視図である。図１１は、フィルタ部を示す斜視図である。図１２は図１１のＹ−Ｙ断面図である。
【００７８】
本実施形態では、放電電極３は、複数の板状に分割され、たとえば、８個の放電電極３ａ〜３ｈを備える。各々の放電電極３ａ〜３ｈは、互いに略平行に横方向へ伸びる二本の横電極２０と、二本の横電極２０の間に設けられ互いに略平行に上下方向へ伸びる複数の棒状の縦電極２１とを備える。
放電電極３ａ〜３ｈの各々に対して、電力を供給する整合器１３ａ、高周波給電伝送路１４ａおよび高周波給電伝送路１２ａが給電点５３側にそれぞれ設けられ、整合器１３ｂ、高周波給電伝送路１４ｂおよび高周波給電伝送路１２ｂが給電点５４側にそれぞれ設けられている。
ただし、図１０では、放電電極３ａに関する整合器１３、高周波給電伝送路１４および高周波給電伝送路１２についてのみ示している。
【００７９】
放電電極３ａ〜３ｈの各々は、給電点５３と給電点５４の近傍に接続された原料ガス配管１６ａ，１６ｂから原料ガスを供給され、放電電極３から対向電極２側へ略均一に放出する。
なお、放電電極３ａ〜３ｈへの電力供給を、８個を超えるまたは８個未満の整合器１３ａ、１３ｂおよび高周波給電伝送路１４ａ、１４ｂとの組みで行うことも可能である。
また各々個別の高周波電源部から電力を供給しても良い。
【００８０】
各放電電極３ａ〜３ｈの対向電極２側の面には、長手方向に複数組、たとえば、８組の第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７が間隔を空けて埋め込まれている。
第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の構成は、第一実施形態のそれと同じであるが、第一筐体４９および第二筐体６５は、長円柱形状とされている。
このため、フィルタ部５３の第一フィルタ５７および第二フィルタ５９は、図１１に示されるように長円形状とされている。
図示しない本体部４３は、全ての組の第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７に対して１台で対応するように構成されている。なお、本体部４３が１台で対応できない場合には、複数台設置するようにしてもよい。
【００８１】
このように構成された本実施形態にかかる薄膜製造装置１の製膜動作および膜質評価装置４１の計測動作については第一実施形態と同様であるので、ここでは重複した記載を省略する。
本実施形態では、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７が、放電電極２に取付けられているので、基板８に対応する位置に設置することができる。
このため、基板８に対する製膜状況に対応した製膜速度および膜質を計測することができる。
【００８２】
なお、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７が放電電極３に取付けられているので、基板８面の製膜状態と同一状況を計測しているとは言えない。しかし、同じプラズマＰが作用して製膜されるので、第一製膜速度計測部４５および第ニ製膜速度計測部４７および基板８面の製膜状態とに一定の関係が認められる。したがって、あらかじめ試験して、この関係を補正データとして把握、あるいは蓄積しておく。この補正データにより、第一製膜速度計測部４５および第二製膜速度計測部４７の計測結果を補正するようにしておけば、実用上問題なく製膜速度、膜質の計測を行うことができる。
【００８３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる薄膜製造装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる膜厚評価装置の部分を示す断面図である。
【図３】本発明の第一実施形態にかかる第一製膜速度計測部を示す斜視図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態にかかる第二製膜速度計測部を示す斜視図である。
【図６】製膜中ナノクラスタ体積分率と膜中Ｓｉ−Ｈ２結合量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の第二実施形態にかかる膜厚評価装置の部分を示す断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態にかかる膜厚評価装置の部分を示す断面図である。
【図９】本発明の第三実施形態にかかる第三製膜速度計測部を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第四実施形態にかかる基板電極部分を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第四実施形態にかかるフィルタ部を示す斜視図である。
【図１２】図１１のＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  薄膜製造装置
２  対向電極
３  放電電極
８  基板
４１  膜質評価装置
４５  第一製膜速度計測部
４７  第二製膜速度計測部
５１  第一水晶振動子
５３  フィルタ部
５５  第一取入口部
５７  第一フィルタ
５９  第二フィルタ
６１  スリット
６３  スリット
６７  第二水晶振動子
６９  第二取入口部
７１  遮蔽板
７９  第三水晶振動子
８３  第三取入口部
【図１】
2008288407.tif 000007
【図２】
2008288407.tif 000008
【図３】
2008288407.tif 000009
【図４】
2008288407.tif 000010
【図５】
2008288407.tif 000011
【図６】
2008288407.tif 000012
【図７】
2008288407.tif 000013
【図８】
2008288407.tif 000014
【図９】
2008288407.tif 000015
【図１０】
2008288407.tif 000016
【図１１】
2008288407.tif 000017
【図１２】
2008288407.tif 000018