(57)【要約】【課題】製膜時に、アースシールドと高周波電極との隙間に反応生成物が付着するのを抑制し、さらに付着が生じても容易に除去可能な薄膜形成方法と装置ならびに装置のクリーニング処理方法を提供する。【解決手段】高周波電極は、その中空部から前記接地電極に向けて反応ガスを排出する反応ガス流路（主流路１５）を形成したものとし、かつ電極の側面および裏面を所定の間隙をおいて囲むアースシールド３を設けてなる薄膜形成装置において、前記主流路１５に加えて、高周波電極側面および／または裏面とアースシールドとの間の隙間に反応ガスを導入して、前記側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて排出する反応ガスの補助流路１６を形成し、薄膜形成時に、主流路から反応ガスを排出すると共に、さらに補助流路の前記隙間から接地電極に向けて反応ガスを排出して、薄膜形成を行なう。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理室内に高周波電極と接地電極とからなる一対の平行平板状電極を備え、前記高周波電極は、中空部を設けてなり、この中空部から前記接地電極に向けて反応ガスを排出する反応ガス流路（主流路）を形成したものとし、かつ電極の側面および裏面を所定の間隙をおいて囲むアースシールドを設けてなる薄膜形成装置を用いて、前記一対の平行平板状電極間に電圧を印加することにより放電プラズマを生成し、プラズマＣＶＤ処理により、基板表面に薄膜形成を行なう方法において、
薄膜形成時に、前記主流路から接地電極に向けて反応ガスを排出すると共に、さらに前記高周波電極の側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極に向けて反応ガスを排出して、薄膜形成を行なうことを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の薄膜形成方法において、前記高周波電極側面とアースシールドとの間の隙間から排出する反応ガス流量と、前記主流路から接地電極に向けて排出する反応ガス流量との比は、０．１〜０．５とすることを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の薄膜形成方法を実施するための装置であって、前記反応ガスの主流路に加えて、さらに前記高周波電極側面および／または裏面とアースシールドとの間の隙間に反応ガスを導入して、前記側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて排出する反応ガスの補助流路を形成し、前記補助流路への反応ガスの導入は、高周波電極の側面または裏面に設けた開孔から行なう構成とすることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
請求項３に記載の薄膜形成装置において、前記補助流路への反応ガスの導入は、前記開孔から行なう構成に代えて、前記主流路への反応ガスの導入ラインとは別に設けた補助ガス導入ラインから行なう構成とすることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の薄膜形成装置の前記高周波電極側面とアースシールドとの間に付着した反応生成物を除去するためのクリーニング処理方法であって、前記クリーニング処理の際、真空処理室内を減圧した状態あるいは大気圧下において、前記補助流路に不活性ガスを導入して、前記高周波電極側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて不活性ガスを排出することを特徴とする薄膜形成装置のクリーニング処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、フィルム基板にアモルファスシリコン，多結晶シリコン，微結晶シリコン等の薄膜太陽電池や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の薄膜半導体デバイスを形成する薄膜形成方法および装置ならびに高周波電極等に付着する反応生成物を除去するためのクリーニング処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空処理室内に設けた高周波電極と接地電極とからなる一対の平行平板状電極に、電圧を印加することにより放電プラズマを生成し、プラズマＣＶＤ処理により、基板表面に薄膜形成を行なう方法はよく知られている。特に、製膜用ガスとして、水素もしくは水素化物を用いることにより、特性のよい薄膜太陽電池が得られる。
【０００３】
上記薄膜太陽電池用の薄膜半導体としては、製造コストの観点から、特にシリコン系の非単結晶薄膜であるアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）が使用され、プラズマ放電によって薄膜形成がなされる。前記アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）やアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等の合金膜を、プラズマ放電によって形成した薄膜半導体デバイスは、単結晶シリコンデバイスと比較して、大面積に、低温で、安価に作製できることから、電力用の大面積薄膜太陽電池以外に、ディスプレイ用の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等への適用も期待されている。
【０００４】
上記プラズマ放電によって形成する薄膜は、一般に、例えば下記のような装置により形成される（例えば、特許文献１参照）。前記特許文献１に記載された装置を、部番を一部変更して、図６に示す。
【０００５】
図６に示すプラズマＣＶＤ装置は、前記公報の記載によれば、排気系を備えた処理容器１９と、処理容器１９内の所定位置に基板２０を配置するための基板ホルダー２０と、反応性ガスである所定の製膜用ガスを処理容器１９内に導入する製膜用ガス導入系２３と、導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを発生させる電力供給手段２４とから主に構成されている。
【０００６】
製膜用ガス導入系２３は、基板ホルダー２０に対向して配設された円盤状のガス導入ヘッド２５によって製膜用ガスを導入するようになっている。ガス導入ヘッド２５は内部が中空であり、前面に多数のガス吹き出し孔２６を多数有している。そして、製膜用ガスを導入する配管２７の先端はガス導入ヘッド２５に接続され、ガス吹き出し孔２６から製膜用ガスを吹き出させて基板２０に向けて導入するようになっている。
【０００７】
また、電力供給手段２４は、プラズマ発生用エネルギーとして高周波電力を供給するよう構成されており、ガス導入ヘッド２５は、高周波の導入部に兼用されている。即ち、ガス導入ヘッド２５は導体で形成され、不図示の整合器を介して高周波電源２８が接続されている。この結果、ガス導入ヘッド２５に所定の高周波が励振され、前方の放電空間に所定の高周波電界が設定される様になっている。
【０００８】
図６ののプラズマＣＶＤ装置では、製膜用ガス導入系２３によって所定の製膜用ガスを所定の流量で処理容器１９内に導入した後、高周波電源２８を動作させて高周波電界を設定する。この高周波電界によって製膜用ガスに気体放電が生じてプラズマ化し、プラズマによって生ずる所定の反応を利用して基板２０の表面に所定の薄膜が作成される。
【０００９】
ところで、前述のようなプラズマＣＶＤ装置を用いて基板上にａ−Ｓｉに代表される薄膜を形成する場合、装置としては一般に、接地電極と高周波電極との電極間距離をＤ、前記反応室壁体と高周波電極との最近接距離をＡとした場合、Ａ／Ｄ＞１の構成が用いられる。
【００１０】
図５は、前記図６に示した装置を、説明の便宜上簡略化したプラズマＣＶＤ装置の模式図で、高周波電極ｄ１と接地電極ｄ２との間の電極間距離Ｄと、接地電極ｄ２以外で接地電位を有する導電性部位ｄ３と高周波電極ｄ１との最小距離Ａを示す。即ち、従来の装置は、反応室壁体と高周波電極との最近接距離Ａを、電極間距離Ｄよりも大きくとることにより、電極間以外の領域での放電を防止するようにしており、通常、Ａ／Ｄは１．５〜３程度に設計されている。
【００１１】
上記のような装置構成の場合、下記のような問題がある。即ち、反応室の容積は放電空間の１０〜２０倍と大きくなり、設置スペースが大きくなって装置コストが高くなる問題、圧力制御や真空引きに時間がかかる問題、ガス収率の向上が困難となる問題等である。
【００１２】
前記問題を解決する方法として、Ａ／Ｄを１以下とし、反応室壁体との高周波電極との最近接距離を小さくすることにより装置をコンパクトにし、前記電極間以外の領域での放電は、アースシールドにより抑制する方式が考えられている（例えば、特許文献２または特許文献３参照）。
【００１３】
図４は、前記アースシールドを備えたプラズマＣＶＤ装置の模式図を示す。図４において、１は真空処理室としての反応容器、２は高周波電極、３はアースシールド、５はヒータ、６は接地電極かつ基板ホルダーとしてのサセプター、７は基板、８はガス導入ライン、９は絶縁碍子、１０は真空排気口を示す。
【００１４】
高周波電極２は、中空の電極構造を有し、この中空部からサセプタ上の基板に向けて反応ガスを排出するように、多数のガス排出口が、電極対向面に形成されている。また、アースシールド３は、高周波電極２の側面および裏面を所定の間隙をおいて囲むように構成されている。図４において、例えば、両電極間距離は、１０〜４０ｍｍに対して、高周波電極２とアースシールド３との間隙距離は１〜５ｍｍ程度に設定される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平１０−８３９８８号公報（第１−３頁、図６）
【特許文献２】
特開平８−９２７４６号公報（第１−２頁、図１）
【特許文献３】
特開平７−３３０４８８号公報（第１−３頁、図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図４のようなアースシールドを備えたプラズマＣＶＤ装置により製膜する場合、下記のような問題があった。
【００１７】
高スループット化を目的として、投入ＲＦ電力を大きくして製膜速度を上げようとすると、気層中で重合反応が発生して高次シランが生成される。これはガス流によって排出されるが、途中で反応室壁面や電極やアースシールドに付着する。比較的温度の高い部分では膜となって堆積するがアースシールド周辺や反応室壁面のような比較的温度の低い部分には茶褐色のパウダーになって付着する。長時間製膜を行うとパウダーがアースシールドと高周波電極との隙間を塞ぐようになり、電極とアースシールドとの間の静電容量が変化する。その結果、▲１▼製膜速度が変化する、▲２▼プラズマ発生のためのマツチング条件が変化してオートマツチングの所要時間が長くなる、▲３▼反射電力が増大するといった問題が発生する。
【００１８】
また、装置運転中あるいは運転終了後大気に戻した際に、電極表面に付着した膜が内部応力により剥離して、微小なフレークが発生し、これが高周波電極とアースシールドとの隙間に入って前述のパウダーと同様の悪影響を及ぼす。
【００１９】
真空処理室を大気開放すると、残留したガスを十分に取り除くために時間がかかるため、メンテナンス時間が長くなり、製造効率が低減してしまう問題があるので、できる限り、大気開放しないことが望ましい。そのためには、製膜中に、パウダーや膜が、前記アースシールドと高周波電極との隙間に付着するのを防止することが必要である。
【００２０】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、本発明の課題は、製膜時に、パウダーや電極表面に付着した膜が、アースシールドと高周波電極との隙間に付着するのを防止し、さらに隙間に付着が生じた場合であっても、クリーニング処理時に反応生成物の付着物を容易に除去可能とし、もって製造効率の向上と高品質の膜の形成が可能な薄膜形成方法と装置ならびに装置のクリーニング処理方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、この発明においては、真空処理室内に高周波電極と接地電極とからなる一対の平行平板状電極を備え、前記高周波電極は、中空部を設けてなり、この中空部から前記接地電極に向けて反応ガスを排出する反応ガス流路（主流路）を形成したものとし、かつ電極の側面および裏面を所定の間隙をおいて囲むアースシールドを設けてなる薄膜形成装置を用いて、前記一対の平行平板状電極間に電圧を印加することにより放電プラズマを生成し、プラズマＣＶＤ処理により、基板表面に薄膜形成を行なう方法において、
薄膜形成時に、前記主流路から接地電極に向けて反応ガスを排出すると共に、さらに前記高周波電極の側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極に向けて反応ガスを排出して、薄膜形成を行なうこととする（請求項１の発明）。
【００２２】
また、前記発明の実施態様としては、下記請求項２の発明が好ましい。即ち、前記請求項１に記載の薄膜形成方法において、前記高周波電極側面とアースシールドとの間の隙間から排出する反応ガス流量と、前記主流路から接地電極に向けて排出する反応ガス流量との比は、０．１〜０．５とする。
【００２３】
プラズマＣＶＤプロセス時のガス圧は２０〜１０００Ｐａと比較的高く、ガスの流れは粘性流となっている。したがって、高周波電極とアースシールドとの間の隙間から接地電極に向けて流れ出す反応ガス流により、パウダーや膜の付着を抑制することができる。なお、反応ガス流量比を０．１以上とすれば、付着抑制効果が得られる。但し、流量比をあまり大きくすると、前記主流路において多数のガス吹き出し孔から排出するシャワー状ガス流に悪影響を与えるので、反応ガス流量比は、前記０．１〜０．５が望ましい。
【００２４】
さらに、前記薄膜形成方法を実施するための装置としては、下記請求項３ないし４の発明が好ましい。即ち、請求項１または２に記載の薄膜形成方法を実施するための装置であって、前記反応ガスの主流路に加えて、さらに前記高周波電極側面および／または裏面とアースシールドとの間の隙間に反応ガスを導入して、前記側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて排出する反応ガスの補助流路を形成し、前記補助流路への反応ガスの導入は、高周波電極の側面または裏面に設けた開孔から行なう構成とする（請求項３の発明）。
【００２５】
また、請求項３に記載の薄膜形成装置において、前記補助流路への反応ガスの導入は、前記開孔から行なう構成に代えて、前記主流路への反応ガスの導入ラインとは別に設けた補助ガス導入ラインから行なう構成とする（請求項４の発明）。
【００２６】
さらにまた、上記発明の装置のメンテナンスに関わる発明としては、下記請求項５の発明が好ましい。即ち、請求項３または４に記載の薄膜形成装置の前記高周波電極側面とアースシールドとの間に付着した反応生成物を除去するためのクリーニング処理方法であって、前記クリーニング処理の際、真空処理室内を減圧した状態あるいは大気圧下において、前記補助流路に不活性ガスを導入して、前記高周波電極側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて不活性ガスを排出することを特徴とする薄膜形成装置のクリーニング処理方法。
【００２７】
プロセス中や電極メンテナンス時にフレークが隙間に入り込んだ際には、補助流路から不活性ガスを噴出することにより、フレークが簡単に除去できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下に述べる。
【００２９】
図１は、本発明の実施例に関わる薄膜形成装置の模式的概略構成図であり、図２は、図１の装置における反応ガス流の模式的概念図を示す。図１および図２において、図４に示す部材と同一機能を有する部材には同一番号を付し、詳細説明を省略する。
【００３０】
図１に示す装置は、請求項３の発明に係る薄膜形成装置の模式的概略構成図であり、反応容器１の中には中空箱型の高周波電極２およびアースシールド３が設置されており、高周波電極２とアースシールド３の隙間は１〜５ｍｍとなっている。高周波電極２の表面にはシャワー穴状の多数の穴が設けられており、反対面にも少なくとも１個（図１においては２個）の開孔４が設けられている。高周波電極２と対向して設けられたサセプタ６に、基板７が支持され、ヒータ５によって１５０〜３００℃に加熱される。尚、ヒータ５、サセプタ６、基板７は一体となって接地電極となっており、高周波電極２との電極間距離は１０〜４０ｍｍとなっている。
【００３１】
上記装置において、高周波電極２から原料ガスとなるモノシラン（ＳｉＨ４）、水素等の混合ガスを、反応ガスとして導入し、圧力を２０〜１０００Ｐａ程度にコントロールした状態で高周波電圧を印加する。その結果、プラズマが発生し、その中で原料ガスが分解してＳｉＨ３等の反応性のラジカルが形成され膜となって基板上に堆積する。
【００３２】
上記薄膜形成時に、図２に示すように、主流路１５から接地電極に向けて反応ガスを排出すると共に、さらに補助流路１６からも、高周波電極４の側面とアースシールド３との間の隙間から接地電極に向けて反応ガスを排出する。その際、補助流路と主流路とのガス流量比（補助流路ガス流量／主流路ガス流量）を０．１以上とすればパウダーの付着防止効果が得られる。但し、あまり大きくするとシャワー状電極の効果を損なうので、前述のように、通常０．１〜０．５とすることが望ましい。
【００３３】
上記実施例の効果を確認するため、補助流路の有無と製膜状態とを調べる実験を行った。電極間隔を３０ｍｍ、高周波電極とアースシールドの隙間を２ｍｍとして製膜速度３０ｎｍ／分で１μｍの膜作製を１００回繰り返して行う実験を行った。補助流路なしの場合、製膜後の高周波電極とアースシールドの隙間はパウダーで完全に塞がっており、１００回の製膜の中でプラズマ発生のためのマッチングの不良が４５回発生した。これに対し、補助流路と主流路とのガス流量比を０．２として補助流路から反応ガスを流した場合、高周波電極とアースシールドの隙間へのパウダー付着はなく、１００回の製膜の中でマツチング不良は全く発生しなかった。
【００３４】
次に、図３の実施例について述べる。図３に示す装置は、請求項４の発明に係る薄膜形成装置の模式的概略構成図である。図３の実施例においては、反応容器１およびアースシールド３を貫通して補助ガス導入ライン１１が設けられている。図示しないマスフローコントローラーを介してガス導入することにより、補助流路のガス流量を精度よくコントロールできる。
【００３５】
また、Ａｒ、Ｎ２等の不活性ガスラインと切換式とすることにより、メンテナンス時のフレーク排出作業も行うことができる。図３の装置により、不活性ガス圧力を０．２〜０．５Ｐａとして、補助流路から高周波電極２の側面とアースシールド３との間の隙間から接地電極側に向けてガスを噴出させることにより、メンテナンス中に隙間に入り込んだフレークを除去することができた。
【００３６】
【発明の効果】
前述のように、この発明によれば、真空処理室内に高周波電極と接地電極とからなる一対の平行平板状電極を備え、前記高周波電極は、中空部を設けてなり、この中空部から前記接地電極に向けて反応ガスを排出する反応ガス流路（主流路）を形成したものとし、かつ電極の側面および裏面を所定の間隙をおいて囲むアースシールドを設けてなる薄膜形成装置において、前記反応ガスの主流路に加えて、さらに前記高周波電極側面および／または裏面とアースシールドとの間の隙間に反応ガスを導入して、前記側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極側に向けて排出する反応ガスの補助流路を形成し、
薄膜形成時に、前記主流路から接地電極に向けて反応ガスを排出すると共に、さらに前記高周波電極の側面とアースシールドとの間の隙間から接地電極に向けて反応ガスを排出して、薄膜形成を行なうこととしたので、
製膜時にパウダーが前記隙間に付着することを抑止できる。さらに、プロセス中あるいはメンテナンス時に高周波電極とアースシールドとの間の隙間に入り込んだフレークを容易に除去できる。その結果、長時間安定した製膜を行うことが可能となり、もって製造効率の向上と高品質の膜の形成が可能な薄膜形成方法と装置ならびに装置のクリーニング処理方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の薄膜形成装置の実施例の模式的概略構成図
【図２】図１の装置における反応ガス流の模式的概念図
【図３】図１とは異なるこの発明の薄膜形成装置の実施例の模式的概略構成図
【図４】従来の薄膜形成装置の一例を示す模式的概略構成図
【図５】簡略化した従来のプラズマＣＶＤ薄膜形成装置の模式図
【図６】図４とは異なる従来のプラズマＣＶＤ薄膜形成装置の一例を示す図
【符号の説明】
１：反応容器、２：高周波電極、３：アースシールド、４：開孔、５：ヒータ、６：サセプタ、７：基板、８：ガス導入ライン、９：碍子、１０：排気口、１１：補助ガス導入ライン、１５：主流路、１６：補助流路。
【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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