(57)【要約】【課題】製膜室内で発生したパーティクルに起因した製膜室における内部リークの発生が防止され、良好な面内均一性を長期間、安定に実現可能な半導体膜製造装置および半導体膜製造方法を得ること。【解決手段】製膜室５と、製膜室５の一側壁部に設けられて製膜室５へ基板２を搬入し且つ搬出するための搬入出ゲート１５と、搬入出ゲート１５を介して製膜室５と接続されて製膜室５へ基板２を搬入し且つ搬出するための減圧可能な搬送室２０と、一側壁部の搬送室２０側の側面における搬入出ゲート１５の周縁部の全周にシール材１１を挟んだ状態で搬入出ゲート１５を塞いで製膜室５を密閉可能な開閉自在のゲートバルブ１０と、搬入出ゲート１５に配置されて製膜室５内で発生したパーティクル８を捕捉するためのトラップ板９と、を備える。【選択図】図１
2012114293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被製膜面が水平且つ上向きとなるように被処理基板が保持され、前記被製膜面の上部から前記被製膜面に向けて原料ガスを供給した状態で前記原料ガスのプラズマを発生させて前記プラズマにより前記原料ガスを分解して前記被製膜面に堆積させることで薄膜の製膜が行われる排気可能とされた製膜室と、
前記製膜室の一側壁部に設けられて前記製膜室へ前記被処理基板を搬入し且つ搬出するための搬入出ゲートと、
前記搬入出ゲートを介して前記製膜室と接続されて前記製膜室へ前記被処理基板を搬入し且つ搬出するための減圧可能な搬送室と、
前記一側壁部の前記搬送室側の側面における前記搬入出ゲートの周縁部の全周にシール材を挟んだ状態で前記搬入出ゲートを塞いで前記製膜室を密閉可能な開閉自在のゲートバルブと、
前記搬入出ゲートに配置されて前記製膜室内で発生したパーティクルを捕捉するためのトラップ板と、
を備えることを特徴とする半導体膜製造装置。
【請求項２】
前記製膜室へ前記被処理基板を搬入し、または搬出する際の基板搬送に干渉しない位置に前記トラップ板を移動させるトラップ板移動手段を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の半導体膜製造装置。
【請求項３】
前記一側壁部に設けられて前記トラップ板を収納するトラップ板収納室を備えること、
を特徴とする請求項２に記載の半導体膜製造装置。
【請求項４】
前記基板の前記搬送室から前記製膜室への搬入時および前記製膜室から前記搬送室への搬出時に前記トラップ板を前記トラップ板収納室に移動させて収納すること、
を特徴とする請求項３に記載の半導体膜製造装置。
【請求項５】
前記トラップ板収納室にクリーニングガスを導入するクリーニングガス導入手段と、前記トラップ板収納室内で前記クリーニングガスのプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、を備えること、
を特徴とする請求項３または４に記載の半導体膜製造装置。
【請求項６】
前記トラップ板収納室にクリーニングガスのラジカルを導入するクリーニングガスラジカル導入手段を備えること、
を特徴とする請求項３または４に記載の半導体膜製造装置。
【請求項７】
排気可能とされた製膜室内に保持された被処理基板にプラズマＣＶＤ法により半導体膜を製膜する半導体膜製造方法であって、
前記被処理基板を前記製膜室の一側壁部に設けられた搬入出ゲートから前記製膜室内に搬入して保持する第１工程と、
前記一側壁部の前記製膜室の外側の側面における前記搬入出ゲートの周縁部の全周にシール材を挟んだ状態で前記搬入出ゲートを前記製膜室の外側からゲートバルブにより塞いで密閉する第２工程と、
前記製膜室内で発生したパーティクルを捕捉するためのトラップ板を前記搬入出ゲートに配置する第３工程と、
前記製膜室内においてＣＶＤ法により被処理基板上に半導体膜を製膜する第４工程と、
を含むことを特徴とする半導体膜製造方法。
【請求項８】
前記第４工程の後に、
前記半導体膜の製膜後に前記製膜室内を排気する第５工程と、
前記ゲートバルブを開ける第６工程と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の半導体膜製造方法。
【請求項９】
前記第６工程の後に、
前記トラップ板を前記一側壁部に設けられて前記トラップ板を収納するトラップ板収納室に移動させる第７工程と、
前記被処理基板を前記製膜室から搬出する第８工程と、
を有することを特徴とする請求項８に記載の半導体膜製造方法。
【請求項１０】
前記第８工程の後に、
前記製膜室内にクリーニングガスを流して前記製膜室内のクリーニングを行うとともに前記トラップ板収納室にクリーニングガスのプラズマを発生させて、前記トラップ板を前記プラズマに曝すことにより前記トラップ板に付着した前記パーティクルを除去する第９工程を有すること、
を特徴とする請求項９に記載の半導体膜製造方法。
【請求項１１】
前記第８工程の後に、
前記製膜室内にクリーニングガスを流して前記製膜室内のクリーニングを行うとともに前記トラップ板収納室にクリーニングガスのラジカルを導入して、前記トラップ板を前記ラジカルに曝すことにより前記トラップ板に付着した前記パーティクルを除去する第１０工程を有すること、
を特徴とする請求項９に記載の半導体膜製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体膜製造装置および半導体膜製造方法に関し、特に、薄膜太陽電池の光電気変換層（半導体層）の製造に好適な半導体膜製造装置および半導体膜製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から薄膜太陽電池では、太陽光スペクトルを幅広く有効利用すべく、バンドギャップの異なる材料からなる複数の光電気変換層（半導体層）を透光性絶縁基板上に積層したタンデム構造がとられている。特にシリコン系の薄膜太陽電池の場合、半導体層としてアモルファスシリコンセルと微結晶シリコンセルとを積層した構造が採られることが多い。ここで、各セルはｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜を順次積層した３層構造となっており、Ｉ型半導体膜は発電層、Ｐ型半導体膜およびＮ型半導体膜は内蔵電界を形成するための層である。
【０００３】
例えば微結晶シリコン太陽電池セルでは、発電層のｉ型微結晶半導体膜として膜厚１μｍ以上の厚膜が適用される。これは、微結晶半導体の吸収係数がアモルファスシリコンに比べて低く、必要な発電電流を得るのに十分な膜厚を必要とするためである。一般に、このような厚膜の半導体膜を形成した場合、製膜装置における製膜室の内壁面やシャワーヘッド表面に余分な膜（残渣膜）が多量に製膜される。これら残渣膜が剥がれると多数のパーティクルを発生し、製膜室内の広い範囲まで飛散する。このようなパーティクルが製膜室と搬送室との間のトランスファーゲートまで到達し、例えばゲートバルブのＯリング表面に付着した場合には、ゲートバルブの開閉部に噛みこんで内部リークを引き起こす恐れがある。
【０００４】
このような内部リークを起こした場合は、製膜プロセス中に製膜室内に供給される原料ガスがゲートバルブ方向に引かれて片流れし、作製される膜で膜厚および膜質において面内不均一性を起こすことが懸念される。薄膜太陽電池の場合、半導体層、特に発電層の面内不均一性は、モジュール化した際の発電効率の低下に直結するため回避する必要がある。
【０００５】
また、上記のようにＯリング表面に一旦付着したパーティクルは製膜室内のクリーニングでも除去することができない。このため、Ｏリング表面を修復するには、装置を停止させてゲートバルブのメンテナンスを行うしかない。したがって、このような内部リークが頻発すると、装置のダウンタイムが増大し、生産性の低下を招くことになる。
【０００６】
このため、従来の半導体膜の製膜装置では、ゲートバルブ内部に定期的に不活性ガスを噴射する配管が設けられており、ゲートバルブの開閉部にパーティクルが付着するのを抑制するような構成が採られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２６５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の技術のようにゲートバルブの開閉部に不活性ガスを噴射する方法を採った場合には、パーティクルが舞い上がって製膜室内に入り込み、作製した膜表面上に付着して膜物性を悪化させる恐れがあった。
【０００９】
また、薄膜太陽電池は通常、一辺の長さが１メートル以上のガラス基板上に作製される。このため、特許文献１の技術ではＣＶＤ装置のゲートバルブの開閉部の横幅寸法も１メートル以上となり、不活性ガスを噴射すべきエリア（Ｏリング表面）が膨大になり、パーティクル付着の抑制が不完全になるという問題もあった。
【００１０】
また、ゲートバルブのＯリング表面にパーティクルが付着して内部リークを起こした場合には。Ｏリング交換の作業が発生する。この交換の作業頻度が増加すると装置の停止期間が増大し、生産性が悪くなるといった問題もあった。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製膜室内で発生したパーティクルに起因した製膜室における内部リークの発生が防止され、良好な面内均一性を長期間、安定して実現可能な半導体膜製造装置および半導体膜製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体膜製造装置は、被製膜面が水平且つ上向きとなるように被処理基板が保持され、前記被製膜面の上部から前記被製膜面に向けて原料ガスを供給した状態で前記原料ガスのプラズマを発生させて前記プラズマにより前記原料ガスを分解して前記被製膜面に堆積させることで薄膜の製膜が行われる排気可能とされた製膜室と、前記製膜室の一側壁部に設けられて前記製膜室へ前記被処理基板を搬入し且つ搬出するための搬入出ゲートと、前記搬入出ゲートを介して前記製膜室と接続されて前記製膜室へ前記被処理基板を搬入し且つ搬出するための減圧可能な搬送室と、前記一側壁部の前記搬送室側の側面における前記搬入出ゲートの周縁部の全周にシール材を挟んだ状態で前記搬入出ゲートを塞いで前記製膜室を密閉可能な開閉自在のゲートバルブと、前記搬入出ゲートに配置されて前記製膜室内で発生したパーティクルを捕捉するためのトラップ板と、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、製膜室内で発生したパーティクルに起因した製膜室における内部リークの発生を防止して、良好な面内均一性を有する半導体膜を長期間、安定して実現できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体膜製造装置であるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理のプロセスフローを示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で基板を製膜室内に搬入して基板ステージ上に保持する際の断面構造を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を製膜している最中の断面構造を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜の製膜プロセスが終了した直後の断面構造を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜の製膜が終了して基板を製膜室から搬出する際の断面構造を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置とにより微結晶シリコン膜を連続製膜した場合の製膜枚数と微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布との関係を示す特性図である。
【図８】図８は、従来のプラズマＣＶＤ装置で作製した微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で作製した微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理のプロセスフローを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置により微結晶シリコン膜を連続製膜した場合の製膜枚数と微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布との関係を示す特性図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる半導体膜製造装置および半導体膜製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述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において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体膜製造装置であるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。図１では、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜終了時に製膜室内で飛散するパーティクルをパーティクルトラップ板が捕捉している状態を示している。実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置は、薄膜太陽電池セル（微結晶シリコンセル）のｉ型微結晶シリコン膜（発電層）の形成に用いることが可能である。以下では、本実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置により微結晶シリコン膜を形成する場合について説明する。
【００１７】
図１に示すように、製膜室５の内部には、被処理基板である透光性絶縁基板２（以下、基板２と呼ぶ）を保持する保持部材である基板ステージ１が設置されている。基板ステージ１は、接地されている。基板ステージ１上には、基板２が、被製膜面が水平且つ上向きとなるように保持される。
【００１８】
また、製膜室５の上面部には、基板ステージ１に対向して、原料ガスを基板ステージ１の上部領域に分散供給するためのシャワーヘッド４が設けられている。該シャワーヘッド４には、製膜室５内にシラン（ＳｉＨ４）、水素（Ｈ２）等の原料ガスを送り込むための原料ガス供給管７が接続されている。原料ガス供給管７は、図示しない例えばガスボンベ等のガス供給源に接続されている。製膜室５内への原料ガスの供給量は、原料ガス供給管７に取り付けられたバルブ７ａにより調整可能である。
【００１９】
また、シャワーヘッド４には、製膜室５内のクリーニングを行うためのクリーニングガスを製膜室５に供給するためのクリーニングガス供給管２６が接続されている。クリーニングガス供給管２６は、図示しない例えばガスボンベ等のガス供給源に接続されている。製膜室５内へのクリーニングガスの供給量は、クリーニングガス供給管２６に取り付けられたバルブ２６ａにより調整可能である。また、製膜室５は、排気管１９を介して排気部（図示せず）に接続されており、該排気部により製膜室５内を真空引き可能とされている。
【００２０】
また、シャワーヘッド４は、原料ガスのプラズマを発生させるための高周波電極を兼ねている。そして、シャワーヘッド４には、該シャワーヘッド４に高周波電力を印加する電源１７が接続されている。電源１７からシャワーヘッド４に高周波電力を印加することにより、シャワーヘッド４と基板ステージ１との間に高周波電力が印加されて基板２とシャワーヘッド４との間にプラズマが生成される。シャワーヘッド４から分散された原料ガスはプラズマで分解されて製膜前駆体が生成され、これが基板２上に堆積して基板２の上面に微結晶シリコン膜３が成長する。
【００２１】
製膜室５の一側面部には、製膜室５へ基板２を搬入し且つ搬出するための開口部として搬入出ゲートであるトランスファーゲート１５が設けられている。また、開閉自在とされたゲートバルブ１０が、トランスファーゲート１５を覆って配置される。ゲートバルブ１０は、製膜室５の側面のトランスファーゲート１５の周縁部の全周に配されたシール材であるＯリング１１を介してトランスファーゲート１５を覆って製膜室５の側壁部に押しつけられることにより製膜室５を密閉する。
【００２２】
また、トランスファーゲート１５を挟んで隣接する領域には、ゲートバルブ１０を介して製膜室５と接続され、製膜室５へ基板２を搬入し且つ搬出するための搬送室２０が設けられている。搬送室２０は、図示しない排気手段により任意の圧力に減圧可能とされている。
【００２３】
製膜終了後、基板ステージ１の上に設置された基板２の上には微結晶シリコン膜３が形成されており、シャワーヘッド４と製膜室の内壁５ａの表面には多量の残渣膜６が付着している。そして、製膜終了後に原料ガス供給管７からのガス供給を終了して製膜室５内を排気管１９を介して排気部により真空引きした際、製膜室５内の圧力の急激な変化に伴い、残渣膜６の表面から大量のパーティクル８が発生し、製膜室５内の広い範囲に飛散する。
【００２４】
そこで、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置では、製膜室５の一側面に配置されたゲートバルブ１０と製膜室５との間のトランスファーゲート１５の位置にパーティクルトラップ板９が設けられている。このパーティクルトラップ板９により、製膜室５内からゲートバルブ１０の方向に飛散したパーティクルを捕捉することができる。これにより、パーティクル８がゲートバルブ１０と製膜室５の一側面との間に配置されたＯリング１１の表面に付着するのを防止できる。
【００２５】
ここで、パーティクルトラップ板９の縦横寸法は、トランスファーゲート１５の縦横寸法よりも大きく設定されており、パーティクル８がパーティクルトラップ板９とトランスファーゲート１５との隙間をすり抜けることがないようになっている。また、パーティクルトラップ板９は、穴径が０．２μｍ以下の貫通穴が無数に設けられたスポンジ状もしくはメッシュ状の構造となっており、より多数のパーティクル８を内部に捕捉することが可能な構成となっている。
【００２６】
つぎに、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理における一連の動作の詳細について図２〜図６を用いて説明する。図２は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理のプロセスフローを示すフローチャートである。図３は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜のする際の製膜室５内部の様子を説明する図であり、基板２を製膜室５内に搬入して基板ステージ１上に保持する際の断面構造を示す図である。図４は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜のする際の製膜室５内部の様子を説明する図であり、微結晶シリコン膜を製膜している最中の断面構造を示す図である。図５は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜のする際の製膜室５内部の様子を説明する図であり、微結晶シリコン膜の製膜プロセスが終了した直後の断面構造を示す図である。図６は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜のする際の製膜室５内部の様子を説明する図であり、微結晶シリコン膜の製膜が終了して基板２を製膜室５から搬出する際の断面構造を示す図である。
【００２７】
微結晶シリコン膜の製膜処理を行う際には、まずゲートバルブ１０が開かれ（ステップＳ１０）、基板２が基板搬送アーム１２により搬送室２０から製膜室５に導入されて基板ステージ１の上に保持される（ステップＳ２０、図３）。この間、パーティクルトラップ板９は製膜室５とは別にトランスファーゲート１５に併設されたトラップ板収納室１３に収められるため、基板２の搬送の動作を妨げない。すなわち、パーティクルトラップ板９には該パーティクルトラップ板９の駆動機構である伸縮アーム１４が取り付けられており、この伸縮アーム１４を駆動させることによりパーティクルトラップ板９をトラップ板収納室１３に移動させることが可能な構成となっている。
【００２８】
基板２が製膜室５に導入されて基板ステージ１の上に保持されると、ゲートバルブ１０が閉められる（ステップＳ３０）。そして、伸縮アーム１４が伸びて、トラップ板収納室１３に収められたパーティクルトラップ板９が、ゲートバルブ１０と製膜室５との間のトランスファーゲート１５を塞ぐ位置まで運ばれる（ステップＳ４０）。その後、排気部（図示せず）により排気管１９を介して製膜室５内の排気を行い、製膜室５内を真空状態または減圧状態にする。つぎに、原料ガス供給管７により製膜室５内にシラン（ＳｉＨ４）、水素（Ｈ２）等の原料ガス１６が送りこまれ、該原料ガス１６がシャワーヘッド４を介して基板ステージ１の上部領域に分散供給される。原料ガス１６の供給量は、原料ガス供給管７に取り付けられたバルブ７ａにより調整される。
【００２９】
そして、上記のような状態において電源１７によりシャワーヘッド４に高周波電力を印加してシャワーヘッド４と基板ステージ１との間に電界が発生させると、プラズマ発生領域、すなわち基板２とシャワーヘッド４とが対向する領域において原料ガス１６が励起されてプラズマ１８が発生し、原料ガス１６はプラズマ１８により分解される。これにより製膜前駆体が生成され、この製膜前駆体が基板２上に堆積して微結晶シリコン膜３が成長する（ステップＳ５０、図４）。
【００３０】
ここで、微結晶シリコン膜３は、製膜室の内壁５ａやシャワーヘッド４の表面にも大量に付着する。これらの膜が製膜中に剥がれるとパーティクル８になり、ガス排気の流れに乗ってトランスファーゲート１５の近傍まで飛来する。しかしながら、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置では、ゲートバルブ１０と製膜室５との間のトランスファーゲート１５を塞ぐ位置にパーティクルトラップ板９が設けられており、飛来したパーティクル８は全てここで捕捉され、ゲートバルブ１０まで到達することはない。
【００３１】
そして、製膜処理が終了して原料ガス１６の供給が停止されると、製膜室５内は十分に真空引きされる（ステップＳ６０）。その後、基板２を搬送室２０に搬出するためにゲートバルブ１０が開かれる（ステップＳ７０、図５）。ゲートバルブ１０が開かれたタイミングで、製膜室５と搬送室２０との圧力差に起因して、製膜室５内においてパーティクル８の飛散が生じる。特に、搬送室２０の方が製膜室５よりも低圧である場合は、飛散したパーティクル８はトランスファーゲート１５の方向に引き寄せられる。ここでも、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置では、パーティクルトラップ板９によりパーティクル８はほぼ全て捕捉され、ゲートバルブ１０の近傍まで到達することはない。
【００３２】
その後、伸縮アーム１４が縮んでパーティクルトラップ板９がトラップ板収納室１３に収納され（ステップＳ８０、図６）、基板搬送アーム１２が伸びてきて基板ステージ１上の基板２を搬送室２０に搬出する（ステップＳ９０、図６）。このとき、パーティクルトラップ板９はトラップ板収納室１３に収納されているため、基板２を運び出す際に、パーティクルトラップ板９が基板２や基板搬送アーム１２に干渉することはない。
【００３３】
また、製膜終了後に基板２を製膜室５から搬出した後には、パーティクルトラップ板９がトラップ板収納室１３に収納された状態で、製膜室５の内部のクリーニングが可能である。クリーニングを行う場合は、製膜室５の内部にクリーニングガス供給管２６からシャワーヘッド４を介してクリーニングガスが導入される。そして、電源１７からシャワーヘッド４に高周波電力が印加されて、クリーニングガスプラズマが発生する。製膜室５内のパーティクル８は、クリーニングガスプラズマと反応して全て消失する。
【００３４】
図７は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置とにより微結晶シリコン膜を各々１２０枚連続で製膜した場合の製膜枚数と微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布との関係を示す特性図である。なお、本実施の形態における面内分布は、面内での膜厚の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）で、計算式：［（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）］×１００によりパーセントで定義している。
【００３５】
ここでは基板として縦横寸法が１．１ｍ×１．４ｍのガラス基板を用い、目標膜厚１μｍとして製膜を行って、基板面内の１００箇所の膜厚をエリプソメトリで測定した。図７では、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置により形成した微結晶シリコン膜（実施例１）の面内分布値を△印で示し、従来のプラズマＣＶＤ装置により形成した微結晶シリコン膜（比較例）の面内分布値を黒丸印で示している。
【００３６】
図７から、従来のプラズマＣＶＤ装置による製膜（比較例）では４０枚目以降から面内分布値が単調増加を開始し、１２０枚目で±４５％となり、面内分布を維持できていないことが分かる。一方、実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置による製膜（実施例１）では、製膜開始から８０枚目までは面内分布値は殆ど変化せず、１２０枚目でも±２３％の面内分布を維持できていることが分かる。なお、図７では膜厚に関する面内分布の挙動を示しているが、半導体の膜質（結晶率、結晶配向性、膜中水素量等）の面内分布に関しても同様の挙動が確認されている。
【００３７】
図８は、従来のプラズマＣＶＤ装置で作製した微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布を示す図である。図９は、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で作製した微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布を示す図である。図８および図９は、それぞれ図７に示した１２０枚中の８０枚目に作製した微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布を示している。
【００３８】
図８に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置により作製した微結晶シリコン膜は、基板の左側で極端に膜厚が厚くなっており、製膜中に原料ガスがこの方向に片流れしていると考えられる。これに対して、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で作製した微結晶シリコン膜は、図９に示すように膜厚の大きな偏りは見られず、良好な面内分布が得られていることが分かる。
【００３９】
上述したように、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置は、ゲートバルブ１０と製膜室５の間に製膜室５内で発生したパーティクル８を捕捉するためのパーティクルトラップ板９を備えている。この構成によれば、製膜中および製膜終了後の真空引き時に製膜室５内で飛散したパーティクル８を捕捉してパーティクル８の製膜室５外への飛散を防止することができ、飛散したパーティクル８がゲートバルブ１０のＯリング１１の表面に付着することを防止できる。これにより、製膜室５と搬送室２０との間のゲートバルブ１０へのパーティクル８の噛み込みが抑制され、製膜中に製膜室５内に供給された原料ガス１６が搬送室２０の方向に片流れすることが防止され、ゲートバルブ１０での内部リークの発生頻度が低減される。このため、長期間の連続製膜を実施しても膜厚と膜質の面内均一性が良好な半導体膜を安定して形成することができる。
【００４０】
また、パーティクルトラップ板９の大きさは特に制限されず、メータ規模の大面積ガラス基板上に半導体膜を基板面内で均一に作製することが可能となる。また、Ｏリング１１表面へのパーティクル８の付着が防止されるため、Ｏリング１１交換の作業頻度が低減される。これにより、プラズマＣＶＤ装置の稼働時間を従来よりも長くできることから、生産性を大きく向上させることが可能となる。
【００４１】
また、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置は、パーティクルトラップ板９は駆動機構として伸縮アーム１４を備えており、基板２を搬送室２０と製膜室５との間で搬送する際には、基板搬送に干渉しない位置に設けられたトラップ板収納室１３に収納される。
これにより、基板２を搬送室２０と製膜室５の間で移動させる際、パーティクルトラップ板９と基板２との干渉を防止することができる。
【００４２】
したがって、実施の形態１によれば、製膜室５内で発生したパーティクル８に起因した製膜室５における内部リークの発生を防止して、膜厚と膜質との面内均一性の良好な半導体膜を長期間、安定して実現できる。
【００４３】
また、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を形成して薄膜太陽電池を作製した場合、薄膜太陽電池の量産で一般に使用される大面積ガラス基板（１．１×１．４メートル）上においても、良好な発電効率を良好な面内分布で実現できることが見込まれる。
【００４４】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。図１０では、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜終了時に、製膜室５内およびパーティクルトラップ板９をクリーニングする状態を示している。実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置は、基本的に実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置と同じ構成を有し、ここでは、実施の形態１で示したように製膜中および製膜終了後に製膜室５内で飛散したパーティクル８はパーティクルトラップ板９でほぼ完全に捕捉されている。
【００４５】
そして、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置は、トラップ板収納室１３に対して、シャワーヘッド２１とクリーニングガス供給管２２と電源２３とが設けられており、製膜室５内とは別にトラップ板収納室１３にクリーニングガスプラズマ２４を発生させることが可能な構成となっている。パーティクルトラップ板９で捕捉されたパーティクル８は、クリーニングガスプラズマ２４と反応して全て消失する。これにより、パーティクルトラップ板９のクリーニングを行うことができる。
【００４６】
なお、上記のパーティクルトラップ板９のクリーニングは、製膜室５内のクリーニング処理と同時に実施することで、トラップ板収納室１３に供給したクリーニングガス２５は製膜室５を介して装置外に排気される。このように、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置では、製膜毎にパーティクルトラップ板９をクリーニング可能な構成となっており、捕捉したパーティクル８がパーティクルトラップ板９から脱離してゲートバルブ１０のＯリング１１の表面等に付着することが抑制される。
【００４７】
つぎに、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理における一連の動作について図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理のプロセスフローを示すフローチャートである。図１１のプロセスフローでは、図２に示した実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置によるプロセスフローに対して、クリーニングに関する項目が追加されている。ここでは、ステップ１０〜ステップ９０の説明は省略する。
【００４８】
製膜終了後に基板２を製膜室５から搬出した後、パーティクルトラップ板９がトラップ板収納室１３に収納された状態で、トラップ板収納室１３の内部にクリーニングガス供給管２２からシャワーヘッド２１を介してクリーニングガス２５が導入され、製膜室５の内部にクリーニングガス供給管２６からシャワーヘッド４を介してクリーニングガス２７が導入される（ステップＳ１００）。そして、トラップ板収納室１３では電源２３からシャワーヘッド２１に高周波電力が印加されて、クリーニングガスプラズマ２４が発生する（ステップＳ１１０）。パーティクルトラップ板９で捕捉されたパーティクル８は、クリーニングガスプラズマと反応して全て消失する。また、製膜室５では、電源１７からシャワーヘッド４に高周波電力が印加されて、クリーニングガスプラズマ２８が発生する（ステップＳ１１０）。製膜室５内のパーティクル８は、クリーニングガスプラズマと反応して全て消失する。
【００４９】
図１２は、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置により微結晶シリコン膜を各々１２０枚連続で製膜した場合の製膜枚数と微結晶シリコン膜の膜厚の面内分布との関係を示す特性図である。なお、面内分布は、図７の場合と同様に、面内での膜厚の最大値（Ｍａｘ）と最小値（Ｍｉｎ）で、計算式：［（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍｉｎ）］×１００によりパーセントで定義している。また、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置で連続製膜した微結晶シリコン膜の膜厚面内分布値も図１２に併せて示す。
【００５０】
ここでも、図７の場合と同様に、基板として縦横寸法が１．１ｍ×１．４ｍのガラス基板を用い、目標膜厚１μｍとして製膜を行って、基板面内の１００箇所の膜厚をエリプソメトリで測定した。図１２では、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置により形成した微結晶シリコン膜（実施例１）の面内分布値を△印で示し、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置により製膜した微結晶シリコン膜（実施例２）の膜厚の面内分布を黒四角印で示し、従来のプラズマＣＶＤ装置により形成した微結晶シリコン膜（比較例）の面内分布値を黒丸印で各々示している。
【００５１】
図１２から、従来のプラズマＣＶＤ装置による製膜（比較例）では４０枚目以降から面内分布値が単調増加を開始し、１２０枚目で±４５％となり、面内分布を維持できていないことが分かる。一方、実施の形態２のプラズマＣＶＤ装置による製膜（実施例２）では、製膜開始から１２０枚目までの間で面内分布値は殆ど増加せず、±１３−１６％でほぼ一定となっていること分かる。これは、従来のプラズマＣＶＤ装置および実施の形態１のプラズマＣＶＤ装置で連続製膜を行った際の膜厚面内分布値よりも低く、より良好な面内分布値が、より多くの連続製膜処理に対して得られていることを示している。すなわち、実施の形態２のプラズマＣＶＤ装置を使用することで、トランスファーゲート１５におけるゲートバルブ１０のＯリング１１交換の作業頻度が大きく低減される。これにより、プラズマＣＶＤ装置の稼働時間を従来よりも長くできることから、生産性を大きく向上させることが可能となる。
【００５２】
なお、図１２では膜厚に関する面内分布の挙動を例として示したが、半導体の膜質（結晶化率、結晶配向性、膜中水素量等）の面内分布に関しても同様の挙動が確認されている。
【００５３】
上述したように、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置は、ゲートバルブ１０と製膜室５の間に製膜室５内で発生したパーティクル８を捕捉するためのパーティクルトラップ板９を備えている。この構成によれば、製膜中および製膜終了後の真空引き時に製膜室５内で飛散したパーティクル８を捕捉してパーティクル８の製膜室５外への飛散を防止することができ、飛散したパーティクル８がゲートバルブ１０のＯリング１１の表面に付着することを防止できる。これにより、製膜室５と搬送室２０との間のゲートバルブ１０へのパーティクル８の噛み込みが抑制され、製膜中に製膜室５内に供給された原料ガス１６が搬送室２０の方向に片流れすることが防止され、ゲートバルブ１０での内部リークの発生頻度が低減される。このため、長期間の連続製膜を実施しても膜厚と膜質の面内均一性が良好な半導体膜を安定して形成することができる。また、パーティクルトラップ板９の大きさは特に制限されず、メータ規模の大面積ガラス基板上に半導体膜を基板面内で均一に作製することが可能となる。
【００５４】
また、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置は、トラップ板収納室１３でも製膜室５とは個別にクリーニングガスプラズマを発生させることが可能であるため、パーティクルトラップ板９を定期的にクリーニングすることが可能となり、捕捉したパーティクル８を定期的に消失させることができる。これにより、一旦捕捉したパーティクル８がパーティクルトラップ板９から脱離して製膜室５内に再飛散することを防止できる。
【００５５】
そして、パーティクルトラップ板９が常時清浄な状態となり、高いパーティクル捕捉率を維持することができ、ゲートバルブ１０へのパーティクル８の噛み込みが防止されて内部リークの発生を抑制できる。その結果、長期の連続製膜を実施しても、良好な膜厚、膜質の面内均一性を安定に実現することが可能となる。また、ゲートバルブ１０のメンテナンスサイクルの長期化を図ることが可能となり、プラズマＣＶＤ装置のダウンタイムが低減して生産性が向上する。
【００５６】
したがって、実施の形態２によれば、製膜室５内で発生したパーティクル８に起因した製膜室５における内部リークの発生を防止して、膜厚と膜質との面内均一性の良好な半導体膜を長期間、安定して実現できる。
【００５７】
また、実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を形成して薄膜太陽電池を作製した場合、薄膜太陽電池の量産で一般に使用される大面積ガラス基板（１．１×１．４メートル）上においても、良好な発電効率を良好な面内分布で実現できることが見込まれる。
【００５８】
実施の形態３．
図１３は、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置の構造を模式的に示す断面図である。図１３では、実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜終了時に、製膜室５内およびパーティクルトラップ板９をクリーニングする状態を示している。実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置は、基本的に実施の形態１にかかるプラズマＣＶＤ装置と同じ構成を有し、ここでは、実施の形態１で示したように製膜中および製膜終了後に製膜室５内で飛散したパーティクル８はパーティクルトラップ板９でほぼ完全に捕捉されている。
【００５９】
そして、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置は、トラップ板収納室１３に対して、クリーニングガスラジカル源２８が接続されており、トラップ板収納室１３内でプラズマを発生させることなくパーティクルトラップ板９をクリーニングすることができる構成となっている。すなわち、クリーニングガスラジカル源２８から供給されたクリーニングガスラジカル２９はシャワーヘッド２１を介してトラップ板収納室１３内に拡散され、パーティクルトラップ板９で捕捉したパーティクル８と反応して消失する。
【００６０】
なお、上記のパーティクルトラップ板９のクリーニングは、製膜室５内のクリーニング処理と同時に実施することで、トラップ板収納室１３に供給したクリーニングガスラジカル２９は製膜室５を介して装置外に排気される。このように、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置では、製膜毎にパーティクルトラップ板９をクリーニング可能な構成となっており、捕捉したパーティクル８がパーティクルトラップ板９から脱離してゲートバルブ１０のＯリング１１の表面等に付着することが抑制される。
【００６１】
実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理における一連の動作は、基本的に実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理のプロセスと同じである。実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理が実施の形態２にかかるプラズマＣＶＤ装置による微結晶シリコン膜の製膜処理とことなる点は、図１１のプロセスフローのステップＳ１００およびステップＳ１１０においてクリーニングガス２５の代わりにクリーニングガスラジカル２９をクリーニングガスラジカル源２８からシャワーヘッド２１を介してトラップ板収納室１３内に導入することである。そして、クリーニングガスラジカル２９がパーティクルトラップ板９で捕捉したパーティクル８と反応して消失することにより、パーティクルトラップ板９をクリーニングすることができる。
【００６２】
上述したように、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置は、ゲートバルブ１０と製膜室５の間に製膜室５内で発生したパーティクル８を捕捉するためのパーティクルトラップ板９を備えている。この構成によれば、製膜中および製膜終了後の真空引き時に製膜室５内で飛散したパーティクル８を捕捉してパーティクル８の製膜室５外への飛散を防止することができ、飛散したパーティクル８がゲートバルブ１０のＯリング１１の表面に付着することを防止できる。これにより、製膜室５と搬送室２０との間のゲートバルブ１０へのパーティクル８の噛み込みが抑制され、製膜中に製膜室５内に供給された原料ガス１６が搬送室２０の方向に片流れすることが防止され、ゲートバルブ１０での内部リークの発生頻度が低減される。このため、長期間の連続製膜を実施しても膜厚と膜質の面内均一性が良好な半導体膜を安定して形成することができる。また、パーティクルトラップ板９の大きさは特に制限されず、メータ規模の大面積ガラス基板上に半導体膜を基板面内で均一に作製することが可能となる。
【００６３】
また、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置は、トラップ板収納室１３にクリーニングガスラジカル２９を直接供給することが可能であるため、パーティクルトラップ板９を定期的にクリーニングすることができ、捕捉したパーティクル８を定期的に消失させることができる。これにより、一旦捕捉したパーティクル８がパーティクルトラップ板９から脱離して製膜室５内に再飛散することを防止できる。
【００６４】
そして、パーティクルトラップ板９が常時清浄な状態となり、高いパーティクル捕捉率を維持することができ、ゲートバルブ１０へのパーティクル８の噛み込みが防止されて内部リークの発生を抑制できる。その結果、長期の連続製膜を実施しても、良好な膜厚、膜質の面内均一性を安定に実現することが可能となる。また、ゲートバルブ１０のメンテナンスサイクルの長期化を図ることが可能となり、プラズマＣＶＤ装置のダウンタイムが低減して生産性が向上する。
【００６５】
したがって、実施の形態３によれば、製膜室５内で発生したパーティクル８に起因した製膜室５における内部リークの発生を防止して、膜厚と膜質との面内均一性の良好な半導体膜を長期間、安定して実現できる。
【００６６】
また、実施の形態３にかかるプラズマＣＶＤ装置で微結晶シリコン膜を形成して薄膜太陽電池を作製した場合、薄膜太陽電池の量産で一般に使用される大面積ガラス基板（１．１×１．４メートル）上においても、良好な発電効率を良好な面内分布で実現できることが見込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上のように、本発明にかかる半導体膜製造装置は、良好な面内均一性を長期間、安定して実現する場合に有用であり、特に、薄膜太陽電池の光電気変換層（半導体層）の製造に適している。
【符号の説明】
【００６８】
１  基板ステージ
２  透光性絶縁基板（基板）
３  微結晶シリコン膜
４  シャワーヘッド
５  製膜室
５ａ  製膜室の内壁
６  残渣膜
７  原料ガス供給管
７ａ  バルブ
８  パーティクル
９  パーティクルトラップ板
１０  ゲートバルブ
１１  Ｏリング
１２  基板搬送アーム
１３  トラップ板収納室
１４  伸縮アーム
１５  トランスファーゲート
１６  原料ガス
１７  電源
１８  プラズマ
１９  排気管
２０  搬送室
２１  シャワーヘッド
２２  クリーニングガス供給管
２３  電源
２４  クリーニングガスプラズマ
２５  クリーニングガス
２６  クリーニングガス供給管
２６ａ  バルブ
２７  クリーニングガス
２８  クリーニングガスラジカル源
２９  クリーニングガスラジカル
【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】
2012114293.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012114293.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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