(57)【要約】【課題】紫外線が装置外に放出されることを抑制しつつ、被処理物が処理される電極間を視認することができる、プラズマ装置を提供する。【解決手段】筐体と、筐体内において、基板２００を間に挟んで互いに間隔を置いて対向配置された一対の電極１５０，１６０を含む電極部とを備えている。筐体は、側面に、外部から電極部の少なくとも一対の電極１５０，１６０間を視認可能な窓部３８０を有している。窓部３８０は、プラズマから発生した紫外線に対して非透過性を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物をプラズマ処理するプラズマ装置であって、
筐体と、
前記筐体内において、被処理物を間に挟んで互いに間隔を置いて対向配置された一対の電極を含む電極部と
を備え、
前記筐体は、側面に、外部から前記電極部の少なくとも前記一対の電極間を視認可能な窓部を有し、
前記窓部は、プラズマから発生した紫外線に対して非透過性を有する、プラズマ装置。
【請求項２】
前記窓部は、可視光線を透過させる透明体と、該透明体に塗布された紫外線透過防止部材とを含む、請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項３】
前記窓部は、可視光線を透過させる透明体と、該透明体に分散含有された紫外線透過防止部材とを含む、請求項１に記載のプラズマ装置。
【請求項４】
前記透明体がファインセラミックスを含む、請求項２または３に記載のプラズマ装置。
【請求項５】
前記透明体がＡｌＯＮを含む、請求項４に記載のプラズマ装置。
【請求項６】
前記紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて発色する感光材料を含む、請求項２から５のいずれかに記載のプラズマ装置。
【請求項７】
前記感光材料が、フォトクロミック化合物である、請求項６に記載のプラズマ装置。
【請求項８】
前記紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて可視光線を発光する波長変換材料を含む、請求項２から５のいずれかに記載のプラズマ装置。
【請求項９】
前記波長変換材料がナノ粒子蛍光体である、請求項８に記載のプラズマ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板などの被処理物をプラズマ処理するプラズマ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電の有無および放電異常を監視可能なプラズマ装置を開示した先行文献として、特許文献１がある。特許文献１に記載のプラズマ装置においては、処理室内を視認するための窓部が設けられている。
【０００３】
図５は、従来のプラズマ装置の外観を示す斜視図である。図５に示すように、従来のプラズマ装置であるプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)装置１００においては、開閉部１１０および本体部１２０からなる筐体が、土台１４０上に載置されている。筐体の背面１３０に図示しない窓部が設けられている。開閉部１１０が矢印で示す方向に開閉されて、被処理物である基板が出し入れされる。
【０００４】
図６は、従来のプラズマ装置の構成を示す断面図である。図６に示すように、筐体の内部の処理室１９０に１対の電極を含む電極部が配置されている。電極部は、基板２００が上面に載置される下部電極１５０と、下部電極１５０に所定の間隔Ｌを置いて対向配置された上部電極１６０とを含む。
【０００５】
下部電極１５０は、筐体の本体部１２０の内壁に取付けられた複数のピンからなる棚部１５１上に跨るように載置されている。下部電極１５０の内部には、ヒータ１７０が設けられている。下部電極１５０は接地されている。
【０００６】
上部電極１６０は、内部および下面に図示しない開口部が形成されており、その開口部からプラズマ発生用ガスが吐出されるようになっている。上部電極１６０の側面に、プラズマ発生用ガスが供給されるガス配管１６１が接続されている。また、上部電極１６０には、高周波電力が供給される図示しない配線が接続されている。上部電極１６０は、筐体の本体部１２０の内壁に取付けられた複数のピンからなる棚部１６２上に跨るように載置されている。
【０００７】
図示しない排気部により処理室１９０の内部が排気されつつ、上部電極１６０からプラズマ発生用ガスが吐出されることにより、処理室１９０の内部の圧力が一定に保たれる。ヒータ１７０により加熱された状態において、上部電極１６０と下部電極１５０との間に電圧が印加されることにより、上部電極１６０と下部電極１５０との間においてプラズマが発生される。
【０００８】
基板２００を均一に処理するためには、上部電極１６０と下部電極１５０との間隔Ｌが、電極の全面において一定であることが必要である。間隔Ｌにばらつきがある場合には、電極間の一部においてプラズマが発生しないことがある。この場合、基板２００の処理が不均一となり、処理された基板２００は不良品となる。
【０００９】
間隔Ｌにばらつきが生じる原因の一つとして、棚部１５１または棚部１６２を構成する複数のピンの一部における変形または折損などの破壊がある。プラズマＣＶＤ装置１００内は、高温状態でプラズマに曝されるため、基板２００の処理中に上記ピンが破壊することがある。その場合、上部電極１６０または下部電極１５０の固定が不安定となり、上部電極１６０と下部電極１５０との間隔Ｌが局所的に変化する。
【００１０】
図７は、従来のプラズマ装置に投入される基板の状態を示す斜視図である。図７に示すように、プラズマＣＶＤ装置１００に投入される基板２００は、周囲をセラミックスで形成された基板支持板により覆われている。
【００１１】
具体的には、基板２００の縁を構成する一の対向する辺の両方において、基板２００の上面側に上側基板支持板２１０が配置され、基板２００の下面側に下側基板支持板２２０が配置される。上側基板支持板２１０と下側基板支持板２２０とは、ボルト２５０と図示しないナットにより固定されている。
【００１２】
また、基板２００の縁を構成する他の対向する辺の両方において、基板２００の上面側に上側基板支持板２３０が配置され、基板２００の下面側に下側基板支持板２４０が配置される。上側基板支持板２３０と下側基板支持板２４０とは、ボルト２５０および図示しないナットにより固定されている。
【００１３】
プラズマＣＶＤ装置１００において、基板２００を均一に処理するためには、基板２００を水平に固定することが必要である。基板２００の上下方向の位置にばらつきがある場合、電極と基板２００との間の距離がばらつくため、基板２００上の全面においてプラズマによる反応状態を一定にすることができない。
【００１４】
基板支持板を固定しているボルトおよびナットは、プラズマＣＶＤ装置１００内において基板２００が処理されている際に、高温状態でプラズマに曝されるため破損することがある。この場合、基板２００の固定が不十分となり、基板２００の位置ずれまたはたわみが発生する。その結果、基板２００の処理が不均一となり、処理された基板２００は不良品となる。
【００１５】
また、プラズマ処理装置においては、プラズマ処理中に絶縁不良、電圧印加不良および真空度不良などの様々な要因によりアーキングが発生することがある。この場合、基板２００にアーキングによって生成した副生成物が付着して不良品となる場合がある。
【００１６】
図８は、従来のプラズマ装置を背面側から見た側面図である。図８に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００の背面１３０側には、下部に処理室内を視認するための透明ガラスからなる窓部１８０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００９−４８８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記のように、プラズマ装置においては、プラズマ処理中に、位置ずれなど視認することにより異常を確認することが可能な状況が発生する。ただし、プラズマから紫外線が発生するため、従来のプラズマ装置に設けられた透明ガラスからなる窓部は、窓部から外部に放出される紫外線を抑制するために、処理室内の電極間以外の場所を視認することができるものであった。
【００１９】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、紫外線が装置外に放出されることを抑制しつつ、被処理物が処理される電極間を視認することができる、プラズマ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】
【００２０】
本発明の基づくプラズマ装置は、被処理物をプラズマ処理するプラズマ装置である。プラズマ装置は、筐体と、筐体内において、被処理物を間に挟んで互いに間隔を置いて対向配置された一対の電極を含む電極部とを備えている。筐体は、側面に、外部から電極部の少なくとも一対の電極間を視認可能な窓部を有している。窓部は、プラズマから発生した紫外線に対して非透過性を有している。
【００２１】
本発明の一形態においては、窓部は、可視光線を透過させる透明体と、この透明体に塗布された紫外線透過防止部材とを含む。
【００２２】
本発明の一形態においては、窓部は、可視光線を透過させる透明体と、この透明体に分散含有された紫外線透過防止部材とを含む。
【００２３】
好ましくは、透明体がファインセラミックスを含む。
本発明の一形態においては、透明体がＡｌＯＮを含む。
【００２４】
本発明の一形態においては、上記紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて発色する感光材料を含む。
【００２５】
好ましくは、上記感光材料が、フォトクロミック化合物である。
本発明の一形態においては、上記紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて可視光線を発光する波長変換材料を含む。
【００２６】
好ましくは、上記波長変換材料がナノ粒子蛍光体である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、紫外線が装置外に放出されることを抑制しつつ、被処理物が処理される電極間を視認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を背面側から見た側面図である。
【図２】同実施形態の窓部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】同実施形態の第１の変形例の窓部の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】同実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置において、プラズマ処理している状態を背面側から見た側面図である。
【図５】従来のプラズマ装置の外観を示す斜視図である。
【図６】従来のプラズマ装置の構成を示す断面図である。
【図７】従来のプラズマ装置に投入される基板の状態を示す斜視図である。
【図８】従来のプラズマ装置を背面側から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明に係るプラズマ装置の一実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰返さない。なお、プラズマ装置としてプラズマＣＶＤ装置について説明するが、プラズマ装置はこれに限られず、プラズマを用いて被処理物を処理するプラズマ装置について本発明を適用することができる。
【００３０】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を背面側から見た側面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置３００においては、筐体の本体部３２０の背面３３０に窓部３８０が形成されている。他の構成については、従来のプラズマＣＶＤ装置１００と同様であるため説明を繰返さない。
【００３１】
プラズマＣＶＤ装置３００は、被処理物である基板２００がプラズマ処理される処理室３９０が内部に形成される筐体を有している。筐体内の処理室３９０には、基板２００を間に挟んで互いに間隔を置いて対向配置された一対の上部電極１６０と下部電極１５０とを含む電極部が設けられている。本実施形態のプラズマＣＶＤ装置３００においては、電極部は一対の電極を含んでいるが、電極対の数はこれに限られず、電極部が複数の電極対を含んでいてもよい。
【００３２】
筐体を構成する本体部３２０の背面３３０側の側面に、外部から電極部の少なくとも一対の電極間を視認可能な窓部３８０が形成されている。本実施形態においては、電極部の全体を視認可能にするために、窓部３８０を背面３３０の周縁部以外の部分全体に設けた。
【００３３】
ただし、基板２００が処理される上部電極１６０と下部電極１５０との間の領域のみを視認可能なように、上部電極１６０と下部電極１５０との間の位置に対応した位置に窓部３８０を設けてもよい。
【００３４】
筐体の開閉部および本体部３２０は、鉄などの金属で形成されている。窓部３８０は、プラズマから発生した紫外線に対して非透過性を有し、かつ、可視光線に対して透過性を有する材料で形成されている。また、窓部３８０を構成する材料は、プラズマ処理中の高温に耐える耐熱性を有している。
【００３５】
図２は、本実施形態の窓部３８０の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態の窓部３８０は、可視光線を透過させる透明体３８１と、透明体３８１に塗布された紫外線透過防止部材３８２とを含む。透明体３８１として、１７００℃まで使用可能な耐熱性を有するファインセラミックスを用いた。具体的には、透明体３８１は、ＡｌＯＮ(酸窒化アルミニウム)を含むファインセラミックスで形成されている。この構成により、窓部３８０が十分な耐熱性及び強度を有するため、プラズマＣＶＤ装置３００の筐体の一部として使用することが可能になる。
【００３６】
透明体３８１は、窓部３８０の構造体であり、筐体の外表面側に配置される透明体３８１の一方の主面に、紫外線透過防止部材３８２が塗布されている。本実施形態においては、紫外線透過防止部材３８２として、紫外線を吸収するメトキシケイ皮酸オクチルなどのケイ皮酸誘導体を塗布した。透明体３８１は、塗布された紫外線透過防止部材３８２が化学的に分解する温度まで上昇しないように、所定の厚さ以上に形成されている。窓部３８０としては、透明体３８１に紫外線透過防止部材３８２を塗布したものに限られない。
【００３７】
図３は、本実施形態の第１の変形例の窓部の構成を模式的に示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の第１の変形例の窓部４８０は、可視光線を透過させる透明体４８１に紫外線透過防止部材４８３が分散含有されて形成されている。このような窓部４８０を形成した場合にも、紫外線に対して非透過性を有し、かつ、可視光線に対して透過性を有する窓部４８０を形成することができる。または、窓部は、紫外線に対して非透過性を有し、かつ、可視光線に対して透過性を有する材料からなる透明体のみから形成されていてもよい。
【００３８】
図４は、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置において、プラズマ処理している状態を背面側から見た側面図である。図４においては、プラズマが発生している領域４００をハッチングを入れて示している。
【００３９】
図４に示すように、プラズマＣＶＤ装置３００のプラズマ処理時には、プラズマが生成される電極間において、特定の色を有する可視光線および紫外線が発生する。可視光線の色は、プラズマ発生に用いられるガス種に含まれる原子によって異なる。
【００４０】
基板２００上に薄膜太陽電池を製造する場合には、半導体層を形成する際および電極層を形成する際などの薄膜形成工程において、種々のプラズマ発生用ガスが用いられる。たとえば、プラズマ発生用ガスに、ＳｉＮxが含まれる場合、シランおよびアンモニアが含まれる場合、および、燐が含まれる場合など、それぞれの場合において色の異なる可視光線が発生する。
【００４１】
窓部３８０は可視光線を透過させるため、プラズマから発生した可視光線を外部から視認することができる。そのため、電極部または基板の支持状態に異常が発生した場合には、外部から容易に確認することができる。
【００４２】
一方、窓部３８０は紫外線を透過しないため、プラズマから発生した紫外線は外部に放出されない。よって、プラズマＣＶＤ装置３００の近傍にいる人が、プラズマから発生した紫外線に曝されることを防止することができる。
【００４３】
上述の通り、電極間の間隔、真空度および印加電圧が電極の全面において一定である場合には、電極間において均一にプラズマが発生する。その場合には、電極間の全体から可視光線が発生する。図４においては、電極対の一部において、可視光線が発光していない領域がある。この可視光線が発光していない領域では、電極間の間隔、真空度および印加電圧などの条件のうちのいずれかが、所定の条件を満たしていない。
【００４４】
窓部３８０を設けて一対の電極間を視認可能にしたことにより、この可視光線が発光していない領域において、何らかの異常が発生していることを容易に確認することができる。異常が確認された場合には、基板２００の処理を即時に停止して、プラズマＣＶＤ装置３００の点検を行なう。
【００４５】
従来のプラズマＣＶＤ装置１００においては、基板２００の処理途中に異常が発生した場合においても、基板２００の処理終了後に開閉部１１０を開けてプラズマＣＶＤ装置１００の内部を確認するまで、異常が発生したことを確認することは難しかった。基板処理終了時のプラズマＣＶＤ装置１００は３００℃程度の高温になっているため、基板２００を取出すためには半日以上の冷却時間が必要となる。そのため、装置の異常発生から発見までのタイムラグが大きい。また、先行文献に記載されているような放電検出センサを用いた場合には、複雑な制御装置が必要となり装置コストが大幅に増加する。
【００４６】
窓部３８０を設けたことにより、装置の異常発生を早期に発見して対処することができるため、プラズマＣＶＤ装置３００のメンテナンス性が向上されるとともに、プラズマＣＶＤ装置３００の無駄な稼働時間を短縮することができる。
【００４７】
本実施形態の第２の変形例の窓部においては、紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて発色する感光材料を含む。具体的には、紫外線透過防止部材がフォトクロミック化合物を含んでいる。
【００４８】
フォトクロミック化合物は、紫外線を受けると分子構造が変化して発色する。そのため、プラズマから発生した紫外線を受けた部分の窓部は発色し、それ以外の窓部は発色しない。この発色の違いを外部から視認することにより、プラズマＣＶＤ装置に異常が発生していないかどうかを確認することができる。
【００４９】
なお、フォトクロミック化合物は、プラズマからの紫外線の発生が停止すると、自らの熱運動によって元の分子構造に戻り無色となるため、窓部の発色していた箇所が無色に変わったことを視認することにより、その箇所において異常が発生したことを確認することができる。
【００５０】
本実施形態の第３の変形例においては、紫外線透過防止部材が、紫外線を受けて可視光線を発光する波長変換材料を含む。具体的には、紫外線透過防止部材がナノ粒子蛍光体を含む。
【００５１】
ナノ粒子蛍光体は、粒子径が５０ｎｍ以下の場合、可視光線を散乱しにくくなるため、ナノ粒子蛍光体は可視光線に対してほぼ透明になる。ナノ粒子蛍光体は、紫外線を受けて励起されて、紫外線より波長の長い可視光線を発光する。そのため、プラズマから発生した紫外線を受けた部分の窓部は発光し、それ以外の窓部は発光しない。この発光の違いを外部から視認することにより、プラズマＣＶＤ装置に異常が発生していないかどうかを確認することができる。
【００５２】
また、上記の窓部３８０の変化をプラズマＣＶＤ装置の稼動中に常時監視するモニターを設置し、異常発生時に窓部３８０の変化を探知した場合に、プラズマＣＶＤ装置を自動停止する制御部を設けてもよい。この場合、モニターはプラズマＣＶＤ装置の外部に配置できるため、先行文献に記載されているように、プラズマＣＶＤ装置自体に取付けられる耐熱性を有する高価な放電検出センサが必要ない。そのため、モニターとしては耐熱性を有さない通常のものを使用することが可能となり、装置コストの増加を抑制することができる。
【００５３】
なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１００，３００  プラズマＣＶＤ装置、１１０  開閉部、１５０  下部電極、１６０  上部電極、２００  基板、１２０，３２０  本体部、３３０  背面、３８０，４８０  窓部、３８１，４８１  透明体、３８２，４８３  紫外線透過防止部材、１９０，３９０  処理室、４００  プラズマが発生している領域。
【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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