(57)【要約】【課題】カート上に配置された基板の面内膜厚分布のばらつきを低減できる成膜装置を提供する。【解決手段】プラズマ化学気相成長方式の成膜装置であって、成膜処理対象の複数の基板が配列して搭載される矩形の搭載面を有するカートを備え、搭載面の四隅の各頂点からそれぞれ一定の範囲の表面が、搭載面の他の範囲の表面よりも表面粗さが大きい粗面である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ化学気相成長方式の成膜装置であって、
成膜処理対象の複数の基板が配列して搭載される矩形の搭載面を有するカートを備え、
前記搭載面の四隅の各頂点からそれぞれ一定の範囲の表面が、前記搭載面の他の範囲の表面よりも表面粗さが大きい粗面であることを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記粗面の算術平均粗さが、１５μｍ以上且つ２０μｍ以下であ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】
前記搭載面の形状が行方向の長さＬ、列方向の長さＷの矩形であるとき、前記粗面の形状が前記頂点の角が直角の直角三角形であって、前記粗面の行方向に沿った辺の長さが前記長さＬの１０％以上且つ２５％以下であり、前記粗面の列方向に沿った辺の長さが前記長さＷの１０％以上且つ２５％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量結合型プラズマを形成して成膜処理を行う成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ化学気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）成膜装置などの容量結合型プラズマ（ＣＣＰ）を形成して成膜処理を行う成膜装置では、高周波電極と基板ホルダ間の電極間距離、各ガス流量に依存する混合ガスの分圧、ガス温度、電極間に供給される高周波電圧などの各パラメータを調整することにより、成膜領域の膜厚分布の均一化が行われる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
ＣＣＰを形成して成膜処理を行う成膜装置を使用した製造ラインで製品を量産化するためには、（１）並行平板電極の電極サイズを大きくする方法、（２）基板を垂直に立てるようにして、接地させた基板ホルダ（アノード電極）と高周波電極（カソード電極）を交互に並べる多重電極方式を採用する方法、などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７１５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記（１）の方法では、生産量向上に伴い、成膜装置のフットプリント（設置面積）が大きくなる。したがって、成膜装置の設置面積の制限により、並行平板電極のサイズを無限に大きくすることはできず、電極の最外周に配置された基板の面内膜厚分布が悪化する傾向がある。例えば、搭載面が矩形のカート上に基板が配置された場合に、搭載面の四隅に配置された基板の面内膜厚分布が一様でなくなる。
【０００６】
具体的には、カート外周部においてチャンバー内壁との熱交換によりガス温度の低下を招いたり、高周波電圧印加によってエッジ部分に電界が集中することにより、外周部に近づくほど成膜レートが高くなる。その結果、カートに搭載された基板全体の膜厚分布のばらつきが大きくなると共に、カートの四隅に配置された基板の面内膜厚分布のばらつきが大きくなる。
【０００７】
太陽電池モジュールの製造で一例を挙げると、例えば８８枚（８枚×１１）の基板をカード上に搭載した場合に、カートの四隅に配置された４枚の面内膜厚分布が５％程度に劣化し、目視により判別できる色むらが発生する。更には、適正膜厚からのずれによって製品の特性が劣化し、製造歩留まりが低下するという問題が生じる。
【０００８】
上記問題点に鑑み、カート上に配置された基板の面内膜厚分布のばらつきを低減できる成膜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】
【０００９】
本発明の一態様によれば、プラズマ化学気相成長方式の成膜装置であって、成膜処理対象の複数の基板が配列して搭載される矩形の搭載面を有するカートを備え、搭載面の四隅の各頂点からそれぞれ一定の範囲の表面が、搭載面の他の範囲の表面よりも表面粗さが大きい粗面である成膜装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、カート上に配置された基板の面内膜厚分布のバラツキを低減できる成膜装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る成膜装置のカートの基板搭載面の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る成膜装置の構成例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る成膜装置により形成される膜厚の分布の例を示すグラフである。
【図４】図３に示した膜厚分布の膜厚を示すグラフである。
【図５】比較例のカートの基板搭載面の構成を示す模式図である。
【図６】比較例の成膜装置により形成される膜厚の分布の例を示すグラフである。
【図７】図６に示した膜厚分布の膜厚を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
本発明の実施形態に係る成膜装置はプラズマ化学気相成長（Ｐ−ＣＶＤ）方式の成膜装置であって、成膜処理対象の複数の基板が配列して搭載される矩形の搭載面を有するカート１０を備え、図１に示すように、搭載面１００の四隅の各頂点からそれぞれ一定の範囲の表面が、搭載面の他の範囲の表面よりも表面粗さが大きい粗面１０１である。図１において、ハッチングを施した領域が粗面１０１である。搭載面１００の粗面１０１以外の領域は、以下において「通常面１０２」という。なお、搭載面１００の行方向の長さをＬ、列方向の長さをＷとし、粗面１０１の行方向に沿った辺の長さをＬ１、列方向に沿った長さをＷ１とする。
【００１４】
搭載面１００に破線で示した複数の矩形の領域は、それぞれ基板が搭載される領域である。図１では、行方向に１１個、列方向に８個の基板が配置される例を示したが、カート１０の搭載面１００に配列して配置される基板の数が１１×８個に限られないのはもちろんである。
【００１５】
図２に、カート１０を高周波プラズマＣＶＤ方式の成膜装置１の基板ホルダとして使用した例を示す。図２に示した成膜装置１においては、チャンバー３１内のカート１０の搭載面１００上に処理対象の複数の基板２０を配列して搭載する。チャンバー３１の下部に配置された排気装置３２によりチャンバー３１内を減圧して所定のガス圧にした後、導入口３３から原料ガスをチャンバー３１内に導入する。挿入口３３は電極３４の内部に通じており、原料ガスは電極３４の内部を通過し、電極３４の表面に設けられた開口部からチャンバー３１内に導入される。即ち、図２の成膜装置１は、電極３４がシャワープレート型電極である例を示している。
【００１６】
接地されたカート１０と電極３４間に高周波電源３５から高周波電力を供給することにより、チャンバー３１内の原料ガスがプラズマ化される。形成されたプラズマに基板２０を曝すことにより、基板２０の露出した表面に膜が形成される。
【００１７】
カート１０には、例えば熱伝導性がよく、軽い材料であるカーボンが好適に使用される。
【００１８】
生産性を向上させるためにカート１０の搭載面１００を大きくした場合、搭載面１００の特に四隅とチャンバー３１との距離が狭くなる。その結果、カート１０とチャンバー３１の側壁との間で熱交換が起こり、搭載面１００の四隅で温度が低くなる。状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ、Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：物質量、Ｒ：気体定数、Ｔ：絶対温度）に示されるように、同一の圧力であっても温度が低下すると物質量が増大する。したがって、温度の低い搭載面１００の四隅にガスが集まりやすく、他の領域に比べて四隅の成膜レートが大きくなる。
【００１９】
更に、カート１０と電極３４間に高周波電力を供給したときに、エッジ効果によって搭載面１００の四隅に電子が局在化し、他の領域よりも四隅が高電圧になる。その結果、他の領域に比べて四隅の成膜レートが大きくなる。
【００２０】
上記のように、搭載面１００の四隅において成膜レートが他の領域に比べて大きくなるが、図１に示したように、搭載面１００の四隅に粗面１０１を形成することにより、四隅での成膜レートを低下させることができる。つまり、四隅において表面粗さを大きくすることにより、実効的な表面積が増大する。このため、粗面１０１におけるラジカルガスやイオンガスなどの単位面積あたりの吸着確率が減少する。その結果、搭載面１００の四隅での成膜レートが低下するのである。
【００２１】
本発明者らが多数の実験と鋭意研究を行った結果、粗面１０１での表面粗さは、算術平均粗さＲａ＝１５μｍ〜２０μｍが好適であることを見出した。算術平均粗さＲａが１５μｍよりも小さい場合は成膜レートを低下させる効果が見られない。一方、算術平均粗さＲａが２０μｍよりも大きい場合は吸着確率が小さくなりすぎてしまう。そのため、成膜レートが低くなりすぎて、四隅で形成された膜厚が通常面１０２で形成された膜厚よりも薄くなる。
【００２２】
粗面１０１は、例えば８０番の粒径のアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粒子を用いたブラスト処理などにより形成される。なお、表面積の適度な増大を実現するために、削り量は０．１ｍｍ以下であることが好ましい。削り量が大きすぎると、ガスの吸着確率が減少しすぎるためである。
【００２３】
図１には、粗面１０１の形状が搭載面１００の四隅の各頂点の角が直角の直角三角形である例を示した。これは、粗面１０１を形成しない場合には、四隅において膜厚が増大し、搭載面１００の中心から各頂点に向かうグラデーションが観察されるためである。
【００２４】
図３に、図１に示したカート１０を用いて成膜処理を行った結果を示す。カート１０の粗面１０１の算術平均粗さＲａは１５μｍ〜２０μｍである。一方、通常面１０２の算術平均粗さＲａは、１μｍ〜３μｍである。図３は、搭載面１００内の１３５の地点で基板に薄膜を形成し、その膜厚を測定した結果である。このとき、成膜時間は２００秒である。（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）で算出される膜厚のばらつきは、±５．１％である。図４に、図３に示した膜厚分布のうち、中央部及び両端部の行方向に沿った膜厚分布を示す。図３、図４に示すように、搭載面１００の粗面１０１で形成される膜の厚さと通常面１０２で形成される膜の厚さに差はみられない。
【００２５】
一方、搭載面１００の全面にブラスト処理を行った図５に示すカート１０Ａを用いて成膜処理を行った結果を図６に示す。図６は、搭載面１００内の１３５の地点で基板に薄膜を形成し、その膜厚を測定した結果である。（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）で算出される膜厚のばらつきは、±９．７％である。つまり、粗面１０１を形成することにより、膜厚のばらつきを半分程度にすることができる。図７に、図６に示した膜厚分布の中央部及び両端部の行方向に沿った膜厚分布を示す。図６及び図７に示すように、カート１０Ａを用いた場合には、搭載面１００の四隅において形成される膜の厚さは、他の領域において形成される膜よりも５〜１０％厚い。
【００２６】
図３〜図４及び図６〜図７の結果などに基づき、発明者らは粗面１０１の各辺の長さＬ１、Ｗ１は、搭載面の各辺の長さＬ、Ｗに対して、一定の比率であれば、搭載面１００内の膜厚分布を小さくすることを見出した。具体的には、搭載面１００の形状が行方向の長さＬ、列方向の長さＷの矩形であるとき、粗面１０１の形状が四隅の頂点の角が直角の直角三角形であって、粗面１０１の行方向に沿った辺の長さＬ１が長さＬの１０％以上且つ２５％以下であり、粗面１０１の列方向に沿った辺の長さＷ１が長さＷの１０％以上且つ２５％以下である場合に、搭載面１００に搭載された基板の膜厚分布を小さくすることができる。
【００２７】
これに対し、粗面１０１の領域が広すぎると、通常面１０２との境界で粗面１０１での成長レートが低くなりすぎ、他の領域に比べて膜厚が薄くなる。また、粗面１０１の領域が狭すぎると、通常面１０２との境界で粗面１０１での成長レートの低下が不十分になり、他の領域に比べて膜厚が厚くなる。
【００２８】
例えば、搭載面１００の行方向の長さＬが２０００ｍｍ、列方向の長さＷが１５００ｍｍの場合に、粗面１０１の行方向に沿った辺の長さＬ１を３０６．２５ｍｍとし、粗面１０１の列方向に沿った辺の長さＷ１を３２３．２５ｍｍとする。このとき、長さＬ１は長さＬの１５．３％であり、長さＷ１は長さＷの２１．５％である。また、例えば図１に示すように、四隅の各頂点の斜辺である粗面１０１の辺が四隅に配置される基板の中心を通るように、粗面１０１が形成される。つまり、粗面１０１の領域は、搭載面１００の四隅に配置された基板の半分が粗面１０１上にあるように設定される。なお、図３〜図４及び図６〜図７に示した測定結果は、上記サイズのカート１０、１０Ａを用いて得られたものである。
【００２９】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係るカート１０では、搭載面１００の四隅に粗面１０１が形成される。これにより、四隅での成膜レートが低減される。その結果、搭載面１００の四隅と他の領域との間で成膜レートが同等になり、カート１０内全基板の膜厚ばらつきを低減することができる。したがって、カート１０上に配置された基板の面内膜厚分布のばらつきを低減できる成膜装置を実現することができる。これにより、搭載面１００の四隅に配置された基板の不良率を大きく改善することができる。
【００３０】
特に、太陽電池では目視で判別できる色むらがある基板は製品として使用することはできず、粗面１０１を形成しない場合には、搭載面１００の四隅に配置された基板が太陽電池モジュールとして実用に耐えないことがある。
【００３１】
しかし、搭載面１００の四隅に粗面１０１を形成することによって、カート１０内全基板の膜厚ばらつきを低減して色むらの発生が抑制され、製品歩留まりが向上する。更に、適正膜厚からのずれによる飽和電流（Ｉｓｈ）低下の抑制、及びＩｓｈの低下に伴うエネルギー変換効率（Ｅｆｆ．）ロスが改善されるため、太陽電池に関して製品歩留まりが向上する。
【００３２】
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１…成膜装置
１０…カート
２０…基板
３１…チャンバー
３２…排気装置
３３…導入口
３４…電極
３５…高周波電源
１００…搭載面
１０１…粗面
１０２…通常面
【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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