(57)【要約】【課題】  成膜室を効果的にクリーニングすることのできる薄膜製造装置を提供する。【解決手段】  薄膜製造装置の接地電極２を接地し、成膜室隔壁の平面部６ａを高周波電源１３に接続するとともに、電極３を電極駆動部１５によって接地電極２側と平面部６ａ側とに可動とする。電極３は、平面部６ａ側に移動すると平面部６ａを介して高周波電源１３に接続され、接地電極２側に移動すると接地電極２を介して接地される。これにより、電極３を高周波電極としても接地電極としても用いることができ、高周波電源１３に接続すれば接地電極２との間の放電によって成膜を行うことができ、また、接地して平面部６ａとの間で放電を行えばこれらの間に付着する反応副生成物を分解することが可能になる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、
薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置され接地された接地電極と、
前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置され高周波電源に接続された成膜室隔壁と、
前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極と、
を有することを特徴とする薄膜製造装置。
【請求項２】
前記電極は、前記接地電極側と前記成膜室隔壁側とに可動であって、前記接地電極側に移動して前記接地電極に電気的に接続され、前記成膜室隔壁側に移動して前記成膜室隔壁に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
【請求項３】
前記成膜室隔壁は、整合器を介して前記高周波電源に接続され、前記電極が前記成膜室隔壁に電気的に接続されるときには、前記電極は、前記整合器を介して前記高周波電源に接続されることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
【請求項４】
前記電極は、前記成膜室隔壁に電気的に接続されているときに前記電極内部からガスを吹き出すための第１の孔と、前記接地電極に電気的に接続されているときに前記電極内部からガスを吹き出すための第２の孔と、を有することを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
【請求項５】
前記第２の孔は、前記電極と前記成膜室隔壁とが接触する位置に設けられ、前記電極が前記成膜室隔壁と接触しているときには塞がれていることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
【請求項６】
基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法において、
薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置された接地電極を接地し、
前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置された成膜室隔壁を高周波電源に接続し、
前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極を前記成膜室隔壁に電気的に接続し、
前記接地電極と前記電極との間に高周波電力を印加して放電した後に前記電極を前記接地電極に電気的に接続し、
前記成膜室隔壁と前記電極との間に高周波電力を印加して放電することを特徴とする薄膜製造方法。
【請求項７】
基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置のクリーニング方法において、
薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置された接地電極を接地し、
前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置された成膜室隔壁を高周波電源に接続し、
前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極を前記接地電極に電気的に接続し、
前記成膜室隔壁と前記電極との間に高周波電力を印加して放電することを特徴とする薄膜製造装置のクリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は薄膜製造装置、薄膜製造方法および薄膜製造装置のクリーニング方法に関し、特に薄膜太陽電池等に用いられる薄膜を形成する薄膜製造装置、その薄膜製造装置を用いた薄膜製造方法およびそのような薄膜製造装置のクリーニング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファスシリコン（以下「ａ−Ｓｉ」）を主材料とした薄膜太陽電池を高分子材料やステンレス鋼などの金属材料からなる長尺の可撓性基板（以下「基板」）上に形成する方法は、生産性の点で優れている。薄膜太陽電池は、そのような基板上に複数の層が積層された構造を有し、それら各層の成膜を行う方法としては、各層を成膜するための成膜室に基板を連続的に移動させて所定の層を順に積層していくロールツーロール方式と、基板を成膜室内で一旦停止させて成膜した後、その成膜の終わった基板部分を次の成膜室へと送り出すステッピングロール方式とがある。
【０００３】
成膜にはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が広く用いられており、プラズマＣＶＤ法を用いたステッピングロール方式の場合、成膜室開放−基板の１フレーム移動−成膜室封止−原料ガス導入−圧力制御−放電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−成膜室開放、の一連の操作が繰り返される。ステッピングロール方式の薄膜製造装置は、成膜中も基板の搬送を停止しないロールツーロール方式の薄膜製造装置に比べ、成膜中は成膜室が密閉されるため成膜室間でガス相互拡散がない、成膜室間にガス拡散防止のガスカーテン部が不要であるため装置がコンパクトになる、といった利点がある。
【０００４】
図１０は従来のステッピングロール方式の薄膜製造装置の断面図の一例である。
図１０に示す薄膜製造装置１００は、同時に２枚の基板２００上に成膜が可能な構成になっており、離れて対向する２枚の基板２００をそれぞれ挟んで、高周波電極１０１と接地電極１０２とが対向して配置されている。高周波電極１０１の基板２００側の面には多数の小孔１０１ａが設けられていて、図中矢印で示したように、ガス導入管１０３から導入されたガスは、その小孔１０１ａから一様に吹き出されるようになっている。
【０００５】
この薄膜製造装置１００の成膜室は、接地電極１０２と成膜室隔壁１０４で囲まれてなり、その内部に高周波電極１０１が収められる。成膜室隔壁１０４は、平面部１０４ａ、側壁部１０４ｂおよびフランジ部１０４ｃを有し、側壁部１０４ｂとフランジ部１０４ｃとの間には絶縁枠体１０４ｄが設けられ、また、フランジ部１０４ｃにはシール材１０４ｅが嵌められている。接地電極１０２は、ヒータを兼ねるとともに、駆動装置１０５のアーム１０５ａによって図中上下方向に駆動され、接地電極１０２が成膜室隔壁１０４側に移動して基板２００をシール材１０４ｅに押し付けることによって、密閉された成膜室が形成される。図中上下に位置する２つの成膜室は、高周波電極１０１の裏面側（基板２００に対向する面と反対の面側）にある成膜室隔壁１０４の平面部１０４ａに設けられた排気管１０６によって連通され、同じく構成された他の成膜室や基板２００の搬送装置と共に共通室壁１０７により囲まれて共通室１０８内に収められ、大気と隔離される。
【０００６】
このほかにも、ガス導入管の配置を変更して小型化、軽量化を図った薄膜製造装置も提案されている（特許文献１参照）。
ここで、上記図１０の薄膜製造装置１００を例にとると、小孔１０１ａから吹き出された原料ガスは、高周波電極１０１と接地電極１０２との間に印加される高周波電力により分解され、基板２００上に反応生成物が堆積し、薄膜が形成される。また、その際には、高周波電極１０１の表面（基板２００に対向する面）にも薄膜が形成される。未反応ガスおよび反応副生成物の一部は、高周波電極１０１の周囲から平面部１０４ａとの間を流れて排気管１０６から排気される。残りの反応副生成物は、高周波電極１０１の裏面や成膜室隔壁１０４の平面部１０４ａ、側壁部１０４ｂ、フランジ部１０４ｃ等の内壁に付着するようになる。また、成膜中にパーティクルが発生してそれが成膜室内に付着するといったことも起こり得る。
【０００７】
このように高周波電極の表面に付着した反応生成物、高周波電極の裏面や成膜室の内壁に付着した反応副生成物等は、製品の品質や生産性を維持するためにも、定期的にクリーニングする必要があり、これまで成膜室内のクリーニング方法がいくつか提案されている。例えば、不活性ガスによって付着したパーティクル等を吹き飛ばしてクリーニングする方法や、フッ化物気体をプラズマ化して放電領域（成膜時にプラズマが達する領域）の付着物をクリーニングする方法などが提案されている（特許文献２，３参照）。また、成膜室の側壁や天板の電位を高周波電源や接地に切り替える手段を備え、成膜時は天板の電位を高周波電源、側壁を接地とし、クリーニング時は天板や側壁に負電位を与えてクリーニングする方法も提案されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特許第０３３１４７１１号公報（段落番号〔００１５〕〜〔００１８〕，図１）
【特許文献２】特開２００１−１３１７５３号公報（段落番号〔００２０〕〜〔００２１〕，図２）
【特許文献３】特許第２５７３１０８号公報（段落番号〔００２４〕，図１）
【特許文献４】特開平１０−３３５０９７号公報（段落番号〔００２７〕〜〔００４０〕，図５〜図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような構成を有する薄膜製造装置の場合、前述のように、高周波電極と接地電極との間の放電領域に反応生成物が付着するとともに、高周波電極の裏面や成膜室の内壁などの成膜時にプラズマが達しない非放電領域には反応副生成物が付着する。特に、成膜速度を速めるために高い放電パワー密度、高い圧力で成膜を行った場合には、非放電領域の反応副生成物の付着量は多くなる。
【０００９】
成膜室内に反応副生成物が大量に付着してしまった場合、高周波電極と成膜室隔壁との間、例えば高周波電極の裏面と成膜室隔壁の平面部との間が埋まって排気管に通じる排気経路が塞がってしまう。その結果、成膜室内のガスの流れには乱れが生じ、膜が基板上に均一に形成されなくなるといった問題が起こり得る。そして、排気経路が完全に塞がってしまうと、成膜室内の圧力制御ができなくなるため、成膜を続行することはできなくなる。したがって、その場合には、成膜室等を囲んでいる共通室を大気開放し、成膜室内の排気経路を塞いでいる反応副生成物を取り除くよりほかない。
【００１０】
薄膜製造装置の中にはその小型化を図るために高周波電極と成膜室隔壁との間の距離を短くしているものも存在する。しかし、そのような薄膜製造装置の場合には、高周波電極と成膜室隔壁との間がいっそう早く埋まってしまうようになるため、薄膜製造装置のメンテナンスサイクルが、高周波電極表面に付着する反応生成物ではなく、高周波電極と成膜室隔壁との間に付着する反応副生成物により律速され、薄膜製造装置のスループットが低下してしまう。
【００１１】
従来のクリーニング方法では、不活性ガスを吹き付けて除去できる程度の付着力で付着している反応副生成物を除去したり、放電領域に付着している反応副生成物を除去したりするのみであり、非放電領域に付着している反応副生成物を除去しきれずに、装置構造によっては、排気経路の確保、膜の均一性確保を十分に図れない場合があった。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、成膜と共に、成膜室内に付着した反応副生成物等を効果的にクリーニングすることができ、そのスループットを向上させることのできる薄膜製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、そのような薄膜製造装置を用いて薄膜を形成する薄膜製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、そのような薄膜製造装置の成膜室内をクリーニングする薄膜製造装置のクリーニング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】
【００１４】
本発明では上記問題を解決するために、基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置され接地された接地電極と、前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置され高周波電源に接続された成膜室隔壁と、前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極と、を有することを特徴とする薄膜製造装置が提供される。
【００１５】
このような薄膜製造装置によれば、電極が、接地された接地電極および高周波電源に接続された成膜室隔壁に電気的に接続可能になっているので、電極を必要に応じて高周波電極としても接地電極としても用いることができる。これにより、電極を成膜室隔壁に接続して接地電極との間で放電することによって成膜を行うことができ、また、電極を接地電極に接続して成膜室隔壁との間で放電して、これらの間に付着する反応副生成物を分解するといった成膜室内のクリーニングを行うことができるようになる。
【００１６】
また、本発明では、基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法において、薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置された接地電極を接地し、前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置された成膜室隔壁を高周波電源に接続し、前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極を前記成膜室隔壁に電気的に接続し、前記接地電極と前記電極との間に高周波電力を印加して放電した後に前記電極を前記接地電極に電気的に接続し、前記成膜室隔壁と前記電極との間に高周波電力を印加して放電することを特徴とする薄膜製造方法が提供される。
【００１７】
このような薄膜製造方法によれば、接地電極を接地し、電極を高周波電源に接続された成膜室隔壁に電気的に接続して、接地電極と電極との間の放電によって基板の成膜面に薄膜を形成した後、電極を接地電極に電気的に接続して、成膜室隔壁と電極との間の放電によってこれらの間に付着する反応副生成物を分解してクリーニングすることが可能になる。これにより、薄膜を均一性良く形成することができるようになる。
【００１８】
また、本発明では、基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置のクリーニング方法において、薄膜が形成される基板の成膜面と反対の面側に配置された接地電極を接地し、前記接地電極と絶縁されて前記基板の成膜面側に配置された成膜室隔壁を高周波電源に接続し、前記成膜室隔壁に囲まれて前記接地電極に対向して配置され前記接地電極および前記成膜室隔壁に電気的に接続可能な電極を前記接地電極に電気的に接続し、前記成膜室隔壁と前記電極との間に高周波電力を印加して放電することを特徴とする薄膜製造装置のクリーニング方法が提供される。
【００１９】
このような薄膜製造装置のクリーニング方法によれば、成膜室隔壁を高周波電源に接続し、電極を接地された接地電極に電気的に接続して、成膜室隔壁と電極との間の放電によってこれらの間に付着する反応副生成物を分解してクリーニングすることが可能になるので、薄膜を均一性良く形成することができるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明では、接地電極は接地し、成膜室隔壁は高周波電源に接続するとともに、電極は接地電極および成膜室隔壁に電気的に接続可能にし、電極を高周波電極としても接地電極としても用いることができるようにした。そのため、成膜時には、電極を成膜室隔壁に接続し、接地電極と電極との間の放電によって成膜が行え、クリーニング時には、電極を接地電極に接続し、電極と成膜室隔壁との間の放電によってこれらの間に付着する反応副生成物の分解が行え、反応副生成物を効果的に除去することが可能になる。したがって、例えば一定回数の成膜を行った後に電極の接続を切り替えてクリーニングを行うなど、定期的にクリーニングを行うことで、より長期にわたって装置を連続的に稼動させることができるようになり、装置のスループットを大幅に向上させることが可能になる。
【００２１】
また、このようなクリーニングが行える薄膜製造装置を用いて成膜を行うことにより、膜厚分布の良好な薄膜を形成することができるようになるので、薄膜太陽電池等の薄膜を用いた素子を高精度かつ均一性良く形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、ステッピングロール方式の薄膜製造装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１から図４はステッピングロール方式の薄膜製造装置の断面図の一例であって、図１は薄膜製造装置の成膜室開放状態の基板搬送方向に沿った断面図、図２は薄膜製造装置の成膜時の基板搬送方向に沿った断面図、図３は薄膜製造装置の成膜時の基板鉛直方向に沿った断面図、図４は薄膜製造装置のクリーニング時の基板搬送方向に沿った断面図である。
【００２３】
図１から図４に示す薄膜製造装置１は、同時に２枚の長尺フィルムの基板２０に成膜が可能な装置である。基板２０には、例えば貫通孔を通して基板２０表裏の金属電極層を電気的に接続して導通可能にしたものを用いることができる（要すれば特開２００２−２５２３６０号公報参照）。離れて対向する２枚の基板２０はそれぞれ、例えば基板２０を図１の左右いずれか一方から送り出して他方で巻き取っていく図示しない搬送装置により、図１の左右方向に搬送されるようになっている。このような２枚の基板２０をそれぞれ挟んで、ヒータを兼ねる接地電極２および電極３が対向して配置されている。
【００２４】
接地電極２は、基板２０と接触する部分に図示しないシール材が嵌め込まれたヒータ枠体４に取り付けられている。接地電極２およびヒータ枠体４は、接地電極駆動装置５によって駆動される接地電極駆動用アーム５ａに接続され、この接地電極駆動用アーム５ａの伸縮によって一体で図中上下方向に移動できるようになっている。なお、ヒータ枠体４は、接地電極２とは電気的に接続されている。
【００２５】
電極３は、ヒータ枠体４に対向して基板２０の成膜面（この成膜面を基板２０の表面とする）側に配置された成膜室隔壁６に囲まれて配置されている。電極３は、絶縁物７を介して、電極駆動装置５０によって駆動される電極駆動用アーム５０ａに接続され、この電極駆動用アーム５０ａの伸縮によって図中上下方向に移動できるようになっている。なお、電極３は、図中下方向へは後述する成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触するまで移動可能であり、図中上方向へは後述する成膜室隔壁６のフランジ部６ｃと同じ高さまで移動可能になっている。
【００２６】
電極３を取り囲む成膜室隔壁６は、金属等の導電性材料を用いて形成された平面部６ａ、側壁部６ｂ、フランジ部６ｃおよび支持体６ｄを有し、側壁部６ｂとフランジ部６ｃとの間には、両者を絶縁するための絶縁枠体６ｅが設けられている。フランジ部６ｃには基板２０と接触する部分に図示しないシール材が嵌め込まれている。ヒータ枠体４は、この成膜室隔壁６の絶縁枠体６ｅによってフランジ部６ｃを除く成膜室隔壁６と電気的に絶縁されるようになっている。
【００２７】
成膜室隔壁６の支持体６ｄは、電極３を図中上下に移動させる電極駆動用アーム５０ａの周囲に配置されており、電極３が図２に示したように成膜室隔壁６の平面部６ａ側いっぱいに移動したときには電極３と接触するように構成されている。したがって、電極３は、例えば図４に示したように接地電極２側いっぱいに移動して基板２０に接触している場合のように、成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触していないときには成膜室隔壁６と電気的に絶縁されるようになっている。
【００２８】
また、電極３には、その表面（基板２０に対向する面）に第１の孔として図示しない多数の小孔が設けられていて、図示しないガス導入管から電極３の内部に導入されたガスがその小孔から一様に吹き出されるようになっている。さらに、この電極３には、その裏面（成膜室隔壁６の平面部６ａに対向する面）の成膜室隔壁６の支持体６ｄと接触する位置にも第２の孔として孔３ａが設けられていて、図４に示したように電極３が接地電極２側へ移動して成膜室隔壁６の支持体６ｄから離れているときには導入ガスがその孔３ａから吹き出されるようになっている。
【００２９】
なお、この薄膜製造装置１において、ヒータ枠体４と成膜室隔壁６で囲まれた空間が成膜室となる。ただし、ここでは、基板２０にヒータ枠体４と成膜室隔壁６が共に密着しているか否かに関わらず、ヒータ枠体４と成膜室隔壁６で囲まれた空間を成膜室というものとする。
【００３０】
薄膜製造装置１は、成膜前は通常、接地電極２およびヒータ枠体４が基板２０から離され、図１に示したように、成膜室が開放された状態になっている。このような開放状態にて基板２０が搬送装置等によって搬送されるようになっている。成膜の際には、電極３を成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触させた状態で、接地電極２およびヒータ枠体４が接地電極駆動用アーム５ａによって基板２０側へ移動し、基板２０を成膜室隔壁６のフランジ部６ｃに押し付ける。これにより、図２および図３に示したように、成膜室は密閉された状態になる。
【００３１】
図１から図４にそれぞれ示した図中上下に並んだ２つの成膜室は、成膜室隔壁６の平面部６ａに設けられた排気管８により連通されている。この排気管８は少なくとも平面部６ａと連結する部分に絶縁体８ａを用いて形成され、それによって図中上下２つの成膜室の平面部６ａ間が電気的に絶縁されるようになっている。絶縁体８ａを含む排気管８は、図３に示したように、この成膜室を他の成膜室や基板２０の搬送装置などと共に共通室壁９で囲んだ共通室１０の外側まで伸延し、共通室１０の外部に設けた真空ポンプに接続されている。
【００３２】
さらに、この薄膜製造装置１は、接地電極２および成膜室隔壁６の平面部６ａが、共通室１０の外部に設けられた端子にそれぞれ電気的に接続されている。接地電極２に接続された端子は接地され、成膜室隔壁６の平面部６ａに接続された端子は高周波電源に接続されている。このような接地電極２および成膜室隔壁６に対し、電極３は、成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触することで高周波電源に接続され、接地電極２が接触している基板２０に接触することで接地されるようになっている。これにより、電極３は、高周波電極としても接地電極としても機能することができ、薄膜製造装置１で成膜を行うかまたは成膜室内に付着する反応副生成物のクリーニングを行うかによって、その機能を切り替えることができるようになっている。
【００３３】
図５は薄膜製造装置の機能ブロック図の一例である。
図５に示すように、薄膜製造装置１は、成膜かクリーニングか、あるいは成膜やクリーニングの際のガス流量、成膜室内圧力、温度、高周波電力値、放電時間等、各種条件の設定が行われる条件設定部１１を有している。また、薄膜製造装置１は、条件設定部１１によって設定された条件に基づき、マスフローコントローラ１２、高周波電源１３、整合器１４および電極駆動部１５を制御する制御部１６を有している。
【００３４】
ここで、マスフローコントローラ１２は、シラン（ＳｉＨ4）ガスや水素（Ｈ2）ガスといった成膜やクリーニングに必要な導入ガスの流量調整を行うものである。高周波電源１３は、成膜室隔壁６の平面部６ａに高周波電力を供給する。整合器１４は、プラズマの発生に伴う高周波電力の整合状態の調整を行う。高周波電源１３および整合器１４には、市販のプラズマ発生用高周波電源装置などを用いても構わない。また、電極駆動部１５は、本実施の形態では上記の電極駆動装置５０および電極駆動用アーム５０ａであり、電極３を成膜室隔壁６の支持体６ｄ側または接地電極２側に移動させ、電極３を高周波電源１３に接続するかまたは接地する。なお、制御部１６は、これら電極駆動部１５等の制御のほか、接地電極駆動装置５や排気システムの制御など、薄膜製造装置１における成膜およびクリーニングに必要な他の処理の制御も行えるようになっている。
【００３５】
また、薄膜製造装置１は、成膜室内や接地電極２の温度、成膜室内の圧力を測定するための測定手段を備える。
このように、薄膜製造装置１の接地電極２は接地されており、また、成膜室隔壁６の平面部６ａは整合器１４を介して高周波電源１３に接続されている。そして、電極３は、電極駆動部１５により、整合器１４を介して高周波電源１３に接続することも、接地することも可能になっている。これにより、電極３を図２に示したように成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触させ高周波電源１３に接続した場合には、接地電極２と電極３との間に高周波電力を印加することができ、電極３を図４に示したように接地電極２が接触している基板２０に接触させて接地した場合には、電極３と成膜室隔壁６の平面部６ａとの間や、電極３と側壁部６ｂ、支持体６ｄとの間に高周波電力を印加することができるようになっている。
【００３６】
電極３の高周波電源１３への接続または接地の切替えは、例えば薄膜製造装置１の制御部１６によって、所定のタイミング、例えば一定回数の成膜やクリーニングが終了したタイミングで、自動で切り替えられるようにあらかじめ条件設定部１１において設定しておくことができる。勿論、作業者が任意のタイミングでその都度切り替えられるように薄膜製造装置１を構成することも可能である。
【００３７】
以下、上記構成を有する薄膜製造装置１を用いて薄膜を形成する薄膜製造方法、および薄膜製造装置１の成膜室内に付着する反応副生成物のクリーニング方法について説明する。
【００３８】
まず、上記薄膜製造装置１を用いて反応副生成物のクリーニングを行わずに成膜を行う薄膜製造方法について、基板２０上にａ−Ｓｉを成膜する場合を例に、図６および図７を参照して説明する。ここで、図６は成膜時の電極の接続状態を示す図、図７はクリーニングを行わずに成膜を行う場合の薄膜製造フローを示す図である。
【００３９】
ａ−Ｓｉ成膜時には、図６に示すように、共通室１０内にある接地電極２を接地し、成膜室隔壁６の平面部６ａを共通室１０外部の整合器１４を介して高周波電源１３に接続するとともに、電極３を電極駆動装置５０によって成膜室隔壁６の支持体６ｄに接触させて平面部６ａを介して高周波電源１３に接続する（ステップＳ１）。このように電極３を高周波電源１３に接続することにより、成膜時には、電極３の裏面に設けられた孔３ａは成膜室隔壁６の支持体６ｄで塞がれ、電極３の表面側に設けられた小孔から吹き出された原料ガスが接地電極２と電極３との間の放電で分解され、基板２０上に成膜を行うことが可能になる。
【００４０】
電極３の高周波電源１３への接続が終了した後、図１に示したような開放状態の成膜室内を搬送して基板２０を所定の成膜位置に移動し、接地電極２およびヒータ枠体４を接地電極駆動装置５によって成膜室隔壁６側へ移動する（ステップＳ２）。それにより、基板２０は、その裏面（成膜面と反対側の面）に接地電極２が接触した状態で成膜室隔壁６のフランジ部６ｃに押し付けられ、その結果、図２および図３に示したような密閉状態の成膜室が形成されるようになる。
【００４１】
続いて、原料ガスとして、ＳｉＨ4ガスを例えば流量１００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で、Ｈ2ガスを例えば流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で、混合してガス導入管より導入する（ステップＳ３）。その際、成膜室内の圧力は例えば４００Ｐａとし、また、ヒータを兼ねる接地電極２の温度は例えば２００℃とする。
【００４２】
そして、接地電極２と電極３との間に、例えば１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの高周波電力を印加して５分間放電する（ステップＳ４）。ここに例示した成膜条件によれば、基板２０上に膜厚約１００ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成することができる。未反応ガスや反応副生成物は、電極３の周囲から成膜室隔壁６の平面部６ａとの間を流れて排気管８から排気される。あるいは反応副生成物は、成膜時の非放電領域である電極３の裏面、成膜室隔壁６の平面部６ａや側壁部６ｂといった成膜室の内壁に付着する。
【００４３】
放電終了後、原料ガスを停止し、真空ポンプで成膜室内を例えば０．０１Ｐａまで真空排気し（ステップＳ５）、その後、成膜室を開放する（ステップＳ６）。
以上のステップＳ１〜Ｓ６の一連の成膜ステップを一定回数繰り返し（ステップＳ７）、成膜を終了する。
【００４４】
ステップＳ１〜Ｓ６の成膜ステップを上記成膜条件で８００回繰り返した後に、共通室１０および成膜室を大気開放して電極３の周辺を観察したところ、電極３の表面には約７０μｍのａ−Ｓｉ膜が形成されていた。その際、ａ−Ｓｉ膜の剥離は発生していなかった。一方、電極３の裏面や成膜室の内壁には、反応副生成物が付着していた。特に、電極３の裏面と成膜室隔壁６との間には、成膜中に上部から剥がれ落ちたと思われるものも含め、多量の反応副生成物が付着していた。
【００４５】
このようにして基板２０上に形成されたａ−Ｓｉ膜について、その膜厚分布を評価したところ、成膜ステップが概ね５５０回を過ぎるまでは良好な膜厚分布のａ−Ｓｉ膜が形成されるが、その後はａ−Ｓｉ膜の膜厚分布が悪化していく。これは、成膜ステップがある程度の回数を上回ると、電極３と成膜室隔壁６の平面部６ａとの間に付着した反応副生成物が排気管８に通じる排気経路を次第に塞いでいき、その結果、成膜室内のガスの流れや内圧に乱れが生じるためである。
【００４６】
次いで、上記薄膜製造装置１を用いて反応副生成物のクリーニングを行いながら成膜を行う薄膜製造方法について、基板２０上にａ−Ｓｉを成膜する場合を例に、図８および図９を参照して説明する。ここで、図８はクリーニング時の電極の接続状態を示す図、図９はクリーニングを行いながら成膜を行う場合の薄膜製造フローを示す図である。
【００４７】
反応副生成物のクリーニングを行いながら成膜を行う場合には、上記ステップＳ１〜Ｓ６に示したのと同じ一連の成膜ステップを一定回数繰り返した後、クリーニングを行い、その後、引き続き一連の成膜ステップを一定回数繰り返す。
【００４８】
したがって、まずａ−Ｓｉ成膜時には、上記図６に示したように、接地電極２を接地し、成膜室隔壁６の平面部６ａを介して電極３を高周波電源１３に接続する（ステップＳ１０）。そして、基板２０を所定の成膜位置に移動してから接地電極２およびヒータ枠体４を成膜室隔壁６側へ移動し（ステップＳ１１）、成膜室を形成する。次いで、ＳｉＨ4ガスを例えば流量１００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で、Ｈ2ガスを例えば流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）で、混合してガス導入管より導入する（ステップＳ１２）。その際、例えば成膜室内の圧力は４００Ｐａとし、接地電極２の温度は２００℃とする。続いて、接地電極２と電極３との間に、例えば１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗの高周波電力を印加して５分間放電し（ステップＳ１３）、基板２０上に膜厚約１００ｎｍのａ−Ｓｉ膜を形成する。放電終了後は、原料ガスを停止し、真空ポンプで成膜室内を例えば０．０１Ｐａまで真空排気し（ステップＳ１４）、その後、成膜室を開放する（ステップＳ１５）。
【００４９】
以上のステップＳ１０〜Ｓ１５の一連の成膜ステップを一定回数、例えば５００回繰り返した後（ステップＳ１６）、成膜室のクリーニングに移行する。
クリーニング時には、まず、電極３を電極駆動装置５０によって成膜室隔壁６のフランジ部６ｃと同じ高さまで移動させる（ステップＳ１７）。
【００５０】
電極３の移動後、基板２０を成膜位置に移動し、接地電極駆動装置５によってヒータ枠体４を成膜室隔壁６側へ移動する（ステップＳ１８）。それにより、図４に示したように、成膜室を密閉状態にするとともに、電極３を接地電極２が接触する基板２０に接触させて接地する。これにより、電極３は、図８に示すような接続状態になる。
【００５１】
続いて、Ｈ2ガスを例えば流量２０００ｍｌ／ｍｉｎ（０℃，１０１．３ｋＰａ）でガス導入管より導入する（ステップＳ１９）。電極３は、接地電極２が接触する基板２０に密着することでその表面側の小孔が塞がれ、導入されるＨ2ガスはその裏面の孔３ａから吹き出される。その際、成膜室内の圧力は例えば４００Ｐａとし、接地電極２は例えば２００℃とする。
【００５２】
そして、電極３と成膜室隔壁６の平面部６ａとの間に１３．５６ＭＨｚ、３０００Ｗの高周波電力を印加し、電極３と平面部６ａとの間、電極３と側壁部６ｂ、支持体６ｄとの間を３０分間放電する（ステップＳ２０）。この放電により、電極３と成膜室隔壁６との間に付着していた反応副生成物は分解される。分解後の反応副生成物は、排気管８より排気され、成膜室内に付着していた反応副生成物の全部または一部が除去されるようになる。
【００５３】
放電終了後、Ｈ2ガスを停止し、真空ポンプにより成膜室内を例えば０．０１Ｐａまで真空排気し（ステップＳ２１）、成膜室を開放する（ステップＳ２２）。その後、引き続き成膜を行う場合にはステップＳ１０に戻ってそれ以降の処理を行い、成膜を行わない場合には処理を終了する（ステップＳ２３）。
【００５４】
ステップＳ１０〜Ｓ１５の成膜ステップを上記成膜条件で５００回繰り返してステップＳ１７〜Ｓ２２のクリーニングステップを上記クリーニング条件で１回行った後、再度ステップＳ１０〜Ｓ１５の成膜ステップを上記成膜条件で５００回繰り返してステップＳ１７〜Ｓ２２のクリーニングステップを上記クリーニング条件で１回行った。
【００５５】
２度目のクリーニング後に共通室１０および成膜室を大気開放して電極３の周辺を観察したところ、電極３の表面には約８５μｍのａ−Ｓｉ膜が形成されていた。その際、ａ−Ｓｉ膜の剥離は発生していなかった。一方、電極３の裏面や成膜室の内壁には、反応副生成物は付着していたものの、排気管８へ通じる排気経路を塞ぐほどではなく、クリーニングを行わずに成膜を行った場合に比べて反応副生成物の付着量は少なくなっていた。基板２０上に形成されたａ−Ｓｉ膜について、その膜厚分布を評価したところ、すべて良好な膜厚分布が得られた。
【００５６】
このように、反応副生成物のクリーニングを行いながらａ−Ｓｉを成膜することにより、途中で共通室１０を大気開放することなく成膜室内の反応副生成物の付着量を低減させることができ、例えば膜厚約１００ｎｍのａ−Ｓｉ膜を１０００回程度連続して成膜することも可能になる。その結果、クリーニングを行わない場合に比べて薄膜製造装置１のスループットを大幅に向上させることが可能になる。
【００５７】
また、上記の説明では、成膜室内の反応副生成物のクリーニングにＨ2ガスを用いた場合を例にして述べたが、四フッ化炭素（ＣＦ4）ガス等、他のガスを用いてクリーニングを行うこともできる。このようなＣＦ4ガスを用いた薄膜製造フローは、上記図９に示した薄膜製造フローのステップＳ１９においてＨ2ガスに代えてＣＦ4ガスを用いる点を除き、図９の薄膜製造フローと同じである。クリーニング時には、ＣＦ4ガスを導入した成膜室における電極３と成膜室隔壁６の平面部６ａとの間の放電により、電極３と成膜室隔壁６との間に付着していた反応副生成物が分解され、成膜室から除去される。その除去能力は、ＣＦ4ガスを用いた場合の方がＨ2ガスを用いた場合に比べて高い傾向が見られた。
【００５８】
なお、ここではＣＦ4ガスを用いたが、組成にフッ素を含むガスであれば、反応副生成物の分解、除去効果は得られる。また、反応副生成物のクリーニングには、組成にフッ素を含むガスとＨ2や酸素（Ｏ2）との混合ガスを用いることもできる。その場合のクリーニング時の温度、圧力、高周波電力値、放電時間については適宜最適化した条件を設定すればよい。
【００５９】
以上説明したように、本発明に係る薄膜製造装置１は、電極３を、高周波電源１３に接続された成膜室隔壁６の平面部６ａまたは接地された接地電極２に電気的に接続できるように構成し、必要に応じて高周波電極としても接地電極としても用いることができるようにした。これにより、成膜時には、電極３を高周波電源１３に接続し、所定の雰囲気下で接地電極２と電極３との間に高周波電力を印加して、これらの間にある基板２０に成膜を行うことができ、クリーニング時には、電極３を接地し、所定の雰囲気下で電極３と成膜室隔壁６の平面部６ａとの間に高周波電力を印加して、これらの間に付着した反応副生成物を分解することができる。このような薄膜製造装置１では、一定回数の成膜を行った後にクリーニングを行うことで、より長期にわたって装置を連続的に稼動させることができるようになるので、装置のスループットを大幅に向上させることが可能になる。
【００６０】
また、このような薄膜製造装置１を用いて成膜を行うことにより、膜厚分布の良好な薄膜を形成することができ、薄膜太陽電池等の薄膜を用いた素子を高精度かつ均一性良く形成することが可能になる。
【００６１】
なお、以上の説明において示した成膜およびクリーニングの際の各種条件、例えばガスの種類や流量、成膜室内の圧力、接地電極２の温度、印加する高周波電力の値、放電時間、ステップの繰り返し回数、接続切替えのタイミング等はすべて単なる例であって、条件は形成する薄膜の種類や膜厚等に応じて任意に変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ステッピングロール方式の薄膜製造装置のほか、同様の電極構成を備えたロールツーロール方式の薄膜製造装置にも適用可能である。また、プラズマを利用して成膜を行うプラズマ処理装置にも広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】薄膜製造装置の成膜室開放状態の基板搬送方向に沿った断面図である。
【図２】薄膜製造装置の成膜時の基板搬送方向に沿った断面図である。
【図３】薄膜製造装置の成膜時の基板鉛直方向に沿った断面図である。
【図４】薄膜製造装置のクリーニング時の基板搬送方向に沿った断面図である。
【図５】薄膜製造装置の機能ブロック図の一例である。
【図６】成膜時の電極の接続状態を示す図である。
【図７】クリーニングを行わずに成膜を行う場合の薄膜製造フローを示す図である。
【図８】クリーニング時の電極の接続状態を示す図である。
【図９】クリーニングを行いながら成膜を行う場合の薄膜製造フローを示す図である。
【図１０】従来のステッピングロール方式の薄膜製造装置の断面図の一例である。
【符号の説明】
【００６４】
１  薄膜製造装置
２  接地電極
３  電極
３ａ  孔
４  ヒータ枠体
５  接地電極駆動装置
５ａ  接地電極駆動用アーム
６  成膜室隔壁
６ａ  平面部
６ｂ  側壁部
６ｃ  フランジ部
６ｄ  支持体
６ｅ  絶縁枠体
７  絶縁物
８  排気管
８ａ  絶縁体
９  共通室壁
１０  共通室
１１  条件設定部
１２  マスフローコントローラ
１３  高周波電源
１４  整合器
１５  電極駆動部
１６  制御部
２０  基板
５０  電極駆動装置
５０ａ  電極駆動用アーム
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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