(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマＣＶＤ装置において、前記基板への製膜によって前記製膜室内の構成部材に付着した付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記電極カバーに熱電対よりなる温度センサを設けて、前記電極カバーの温度を検出し、該検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断することを特徴とするプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法。
【請求項２】
製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板への製膜によって製膜室内の構成部材に付着した付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられ、前記付着物検出手段は、前記電極カバーの温度を検出する熱電対からなる温度センサであり、前記付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記温度センサによって検出された温度の検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断されることを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
前記熱電対は、プラズマに対して耐食性に優れたインコネル製のシース管に挿通されていることを特徴とする請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、シリコン太陽電池等の半導体を製造する際に用いられるプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、アモルファスシリコン太陽電池等の半導体を製造する際に、その製膜を施す装置として、プラズマＣＶＤ装置が用いられている。
例えば、アモルファスシリコン太陽電池を製造する際に用いられるプラズマＣＶＤ装置は、減圧された製膜室内へＳｉＨ4からなる原料ガスを含む製膜ガスを送り込み、高周波電流によってプラズマを生じさせ、製膜室内に支持されて加熱されたガラス等の基板に製膜を施すようになっている。
【０００３】
ところで、上記プラズマＣＶＤ装置において、Ｓｉ系の製膜を繰り返し行うと、製膜室の内面や製膜室内の部材の表面にＳｉ系の膜や粉からなる付着物が付着し、それらが脱落してアモルファスシリコンの半導体膜中に混入すると、半導体特性が劣化してしまうため、Ｓｉ系の付着物を定期的に除去する必要がある。
装置を開放して清掃等により除去することも可能であるが、装置を一旦立ち下げる必要があり、装置稼働率を低下させる大きい要因となる。
このため、この種のプラズマＣＶＤ装置には、製膜室を開放することなく、付着物を除去するセルフクリーニング機能が設けられている。
【０００４】
このセルフクリーニング機能は、製膜室内にＮＦ3ガスなどのフッ素系ガスを導入してプラズマを発生させることにより、製膜室内にてフッ素ラジカルを生成させ、このフッ素ラジカルと付着物とを反応させてＳｉＦ4ガスとして外部へ排出することにより行われる。
但し、このフッ素ラジカルは腐蝕性が非常に高い為、装置を構成している部材をも腐蝕させる。
この為、装置を構成している部材の表面に付着したＳｉ系の膜や粉のみを除去し、その下にある装置構成材が表面に出てきた際にはセルフクリーニングを停止させることが望まれる。
以上より、このセルフクリーニング機能は、付着物が除去された時点にて終了する必要があるため、従来では、そのタイミングを検出する方式として、プラズマ中のＳｉＦ4を分圧計でモニタする方式、分光計でＮＦ3、ＳｉＦ4からの発光をモニタする方式あるいは製膜室内部の圧力変動をモニタする方式を採用していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方式は、製膜室内部の平均的なクリーニングの完了状態をモニタする方式であり、図６に示すように、圧力変動方式の場合は、クリーニングの終了のタイミングが適正完了時間ｔよりも遅くなってしまったり、発光方式の場合は、発光の変動が不明瞭であるためクリーニングの終了のタイミングを適切に検出することができなかった。
つまり、いずれの方式にあっても感度が悪く、このため、付着物の除去の完了後にもクリーニングが持続されて過剰にクリーニングされてしまう恐れがあった。
【０００６】
例えば、クリーニングの終了タイミングが遅れて、過剰にクリーニングが行われると、金属材料（ＳＵＳ材、Ａｌ材、高Ｎｉ材、Ｃｕ材等）等から形成された製膜室及びその内部の構成部材がフッ素ラジカルと化合して金属フッ化物が生成されることにより、構成部材が腐食されて減肉され、且つ減肉時に生成される腐蝕生成物がアモルファスシリコン半導体膜の特性を劣化させる要因となるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、不要な膜や粉からなる付着物が除去された時点を的確に検出して、過剰なクリーニングによる構成部材の腐食、減肉を確実に防止して、装置の長寿命化を図るとともに製造する半導体膜の特性劣化を防止することが可能なプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法は、製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマＣＶＤ装置において、前記基板への製膜によって前記製膜室内の構成部材に付着した付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記電極カバーに熱電対よりなる温度センサを設けて、前記電極カバーの温度を検出し、該検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断することを特徴としている。
【０００９】
つまり、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による電極カバーの温度上昇が終了した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【００１２】
請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置は、製膜室内に、接地電極と、非接地電極と、該非接地電極を覆うとともに内部に製膜ガスが供給され、製膜を施す際に表面に膜や粉からなる付着部が付着する金属製の電極カバーと、が設けられ、前記接地電極に基板を支持させて前記製膜室内に製膜ガスを導入するとともに前記非接地電極に高周波電流を給電することにより、製膜室内にてプラズマを生じさせて前記基板に製膜を施すプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板への製膜によって製膜室内の構成部材に付着した付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられ、前記付着物検出手段は、前記電極カバーの温度を検出する熱電対からなる温度センサであり、前記付着物を除去すべく、前記製膜室内へクリーニングガスを導入して前記非接地電極に高周波電流を給電してプラズマを発生させ、前記付着物を反応させてガス化させて排出するクリーニングを行う際に、前記温度センサによって検出された温度の検出結果に基づいて、前記付着物の反応時に発生する熱による温度上昇が終了した時点にて前記クリーニングが完了したと判断されることを特徴としている。
【００１３】
つまり、基板に製膜を施すことにより付着した付着物をクリーニングにより除去する際に、付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が電極カバーに設けられているので、この付着物検出手段からの検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができ、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を防止することができる。
【００１５】
また、付着物検出手段として設けられた熱電対である温度センサからなる構成部材の温度検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができる。
【００１６】
請求項３記載のプラズマＣＶＤ装置は、請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置において、前記熱電対は、プラズマに対して耐食性に優れたインコネル製のシース管に挿通されていることを特徴としている。
【００１７】
つまり、付着物検出手段として、電極カバーの温度を検出する熱電対を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。また、耐食性に優れたシース管に熱電対が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対の腐食を確実に防止することができる。耐食性に優れたシース管の具体的例としては、耐蝕性の高いＮｉ合金であるインコネル材で構成されたものがある。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態例のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置を図面を参照して説明する。
（第１実施形態例）
図１において、符号１は、プラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣＶＤ装置１は、内部が製膜室２とされた真空チャンバ３と、この真空チャンバ３内の製膜室２に配設された製膜ユニット４と、この製膜ユニット４の対向位置に設けられた基板加熱ヒータ５とを有している。
【００２１】
真空チャンバ３には、排気管６を介して真空ポンプ７が接続されており、この真空ポンプ７によって真空チャンバ３の製膜室２内が減圧されるようになっている。
また、真空ポンプ７には、それぞれ開閉バルブ８ａ、８ｂが設けられた排気管９ａ、９ｂが接続されており、一方の排気管９ａがクリーニングガス排気用とされ、他方の排気管９ｂが製膜ガス排気用とされている。
【００２２】
製膜ユニット４は、非接地電極としてのラダー型の放電用電極１１と、この放電用電極１１の背面側を覆うように設けられた箱型の電極カバー１２とを有している。
放電用電極１１には、真空チャンバ３の外部に引き出されたＲＦケーブル１３が接続されており、このＲＦケーブル１３に接続された高周波電源１４からインピーダンス整合器１５を介して高周波電流が給電されるようになっている。
【００２３】
また、電極カバー１２には、その内部側に開口して連通する製膜用ガス導入管１６が接続されており、この製膜用ガス導入管１６から電極カバー１２の内部側に、原料ガスが供給されるようになっている。
さらに、電極カバー１２には、真空チャンバ３の外部に引き出された熱電対２０からなる温度センサ（付着物検出手段）２１が設けられており、この温度センサ２１に接続された図示しない測定器にて電極カバー１２の温度が検出されるようになっている。
【００２４】
また、この温度センサ２１を構成する熱電対２０は、耐食性に優れたニッケル系材料であるインコネル製のシース管に挿通されている。
また、真空チャンバ３には、クリーニングガス導入管２２が接続されており、このクリーニングガス導入管２２から真空チャンバ３内の製膜室２内に、クリーニング用のガスが供給されるようになっている。
【００２５】
基板加熱ヒータ５は、ヒータ２３と、このヒータ２３の周囲を覆う接地電極とされるヒータカバー２４とを有しており、ヒータカバー２４の製膜ユニット４と対向する面に基板Ｋが支持されるようになっている。
そして、この基板加熱ヒータ５のヒータ２３に電力が供給されることにより、ヒータカバー２４に支持された基板Ｋが均一に加熱されるようになっている。
【００２６】
なお、この基板加熱ヒータ５には、駆動シリンダ２５が設けられており、この駆動シリンダ２５によって基板加熱ヒータ５が、製膜ユニット４に対して近接離間方向に移動されるようになっている。
つまり、基板加熱ヒータ５への基板Ｋの供給、取り外し時には、基板加熱ヒータ５が製膜ユニット４から離間され、基板Ｋへ製膜を施す際には、基板加熱ヒータ５が製膜ユニット４側へ近接されてヒータカバー２４に支持された基板Ｋが製膜ユニットの放電用電極１１の近接位置に配置されるようになっている。
【００２７】
なお、上記プラズマＣＶＤ装置１を構成する真空チャンバ３、電極カバー１２及びヒータカバー２４等の構成部材としては、インコネル等の耐食性に優れたニッケル系合金を用いるのが好ましい。
【００２８】
そして、上記構成のプラズマＣＶＤ装置１によって基板Ｋに製膜を施す場合は、ヒータ２３によって加熱された基板加熱ヒータ５のヒータカバー２４の表面に支持させた母材となる基板Ｋを製膜ユニット４の放電用電極１１に近接させて配設させ、真空ポンプ７の開閉バルブ８ｂを開口させ、排気管９ｂから排気させることにより、真空チャンバ３の製膜室２内を減圧させ、この状態において、製膜用ガス導入管１６から製膜ガスを導入するとともに放電用電極１１へインピーダンス整合器１５を介して高周波電源１４から高周波電流を給電する。
【００２９】
このようにすると、製膜室２内にてプラズマが発生し、これにより、基板加熱ヒータ５によって加熱されている基板Ｋの表面に製膜が施される。
そして、上記製膜作業を繰り返すことにより、複数の基板Ｋに製膜が施されて太陽電池が製造される。
ここで、前述したように、基板Ｋへの製膜を繰り返し行うと、基板Ｋ以外の製膜室２の内面や電極カバー１２などの金属材料等から形成された構成部材の表面にもＳｉ系の膜や粉が付着物として付着してしまう。
【００３０】
したがって、上記プラズマＣＶＤ装置１では、定期的に、次のようにしてセルフクリーニング作業を行う。
まず、開閉弁８ｂを閉鎖させるとともに開閉弁８ａを開口させて、製膜ガス排気用の排気管９ｂを閉じてクリーニングガス排気用の排気管９ａを開く。
また、製膜用ガス導入管１６からの製膜ガスの導入を停止させ、クリーニングガス導入管２２からＮＦ3ガスなどのフッ素系ガスを製膜室２内へ導入するとともに放電用電極１１へインピーダンス整合器１５を介して高周波電源１４から高周波電流を給電する。
【００３１】
このようにすると、プラズマが発生して製膜室２内にてフッ素ラジカルが生成され、このフッ素ラジカルが、構成部材の表面に付着したＳｉ系の付着物と反応してＳｉＦ4ガスとなり、排気管９ａから排出され、これにより、構成部材の表面の付着物が除去される。
また、温度センサ２１では、クリーニング時の電極カバー１２の温度が検出される。
【００３２】
ここで、このフッ素ラジカルによって不要なＳｉ系の付着物を除去する際の反応は次式の反応式で表される。
【００３３】
4Ｆラジカル＋Ｓｉ→ＳｉＦ4ガス＋１４３９KJ/mol
【００３４】
つまり、この反応式のように、フッ素ラジカルによって不要なＳｉ系付着物を除去する際の反応は発熱反応であり、したがって、このクリーニングを行うことによって、製膜室２及び電極カバー１２などの構成部材は、不要な付着物が完全に除去されるまで上昇する。
そして、付着物が除去されると、フッ素ラジカルと付着物との反応がなくなるため、構成部材の温度上昇が終わり、次第に温度が下降される。
【００３５】
すなわち、上記のプラズマＣＶＤ装置１によれば、クリーニング作業を行う際に、温度センサ２１にて検出された温度を監視し、図２に示すように、温度上昇が終了した時点にて不要なＳｉ系付着物の除去、つまり、クリーニングが完了したと判断することができる。
【００３６】
このように、上記プラズマＣＶＤ装置１におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置１によれば、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による構成部材の温度上昇が終了した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【００３７】
また、付着物検出手段として、構成部材の温度を検出する熱電対２０からなる温度センサ２１を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。
また、耐食性に優れたシース管に熱電対２０が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対２０の腐食を確実に防止することができる。
【００３８】
（第２実施形態例）
図３に示すプラズマＣＶＤ装置１は、第１実施形態例のプラズマＣＶＤ装置１の温度センサ２１に代えて、付着物検出手段として電気抵抗を検出する抵抗検出センサ３１を電極カバー１２の内面側に設けたものである。
この抵抗検出センサ３１は、セラミックスから成形された非導電性部材３２と、この非導電性部材３２の表面に所定間隔だけあけて設けられた接点３３とを有しており、接点３３に接続されたリード線３４が、真空チャンバ３の外部へ引き出され、図示しない測定器に接続されている。
【００３９】
ここで、基板Ｋへの製膜を繰り返し行うことにより、基板Ｋ以外の製膜室２の内面や電極カバー１２などの金属材料等から形成された構成部材の表面にＳｉ系の膜や粉からなる付着物が付着すると、抵抗検出センサ３１にも同様にＳｉ系の付着物が付着する。
そして、このＳｉ系の付着物が抵抗検出センサ３１に付着すると、接点３３間において、僅かに導通することとなり、その付着量に応じて電気抵抗値が減少する。
【００４０】
そして、上記のプラズマＣＶＤ装置１では、クリーニング作業を行う際に、抵抗検出センサ３１にて検出された電気抵抗を監視し、図４に示すように、接点３３間の電気抵抗値が予め求めた所定値（Ｓｉ系付着物が十分に除去された時点ｔにおける電気抵抗値として予め求めておいた電気抵抗値であり、例えば、１００ＭΩ）に達した時点にて不要なＳｉ系付着物の除去、つまり、クリーニングが完了したと判断することができる。
【００４１】
また、この電気抵抗センサ３１を備えたプラズマＣＶＤ装置１によれば、電気抵抗値が予め設定した他の所定値（Ｓｉ系付着物の付着量が基板Ｋの製膜に影響を与える前の限度の量に達した時点における電気抵抗値として予め求めておいた電気抵抗値であり、例えば１ＭΩ）に達した時点にてクリーニングを開始させるようにして、クリーニングの開始のタイミングを把握するセンサとしても用いることができる。
【００４２】
このように、上記プラズマＣＶＤ装置１によれば、クリーニングを行う際に、付着物が付着して表面にて導電性が生じた非導電性部材３２の表面における電気抵抗値が予め設定した所定値に達した時点にてクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
また、抵抗検出センサ３１からの電気抵抗値から、付着物の付着量を容易に割り出すことができ、これにより、クリーニングの開始のタイミングも容易に判断することができる。
【００４３】
（第３実施形態例）
図５に示すプラズマＣＶＤ装置１は、上記第１実施形態例の温度センサ２１及び第２実施形態例の電気抵抗センサ３１の両方を備えたもので、これら温度センサ２１及び電気抵抗センサ３１によって確実にクリーニングの完了のタイミングを把握することができる。
また、電気抵抗センサ３１によってクリーニングの開始のタイミングを把握し、温度センサ２１によってクリーニングの終了のタイミングを把握するようにしても良い。
【００４４】
なお、上記第１〜３の実施形態例に、それぞれ製膜室２の内圧及び発光強度などを検出してクリーニングの完了を把握する従来方式をそれぞれ組み合わせても良く、このように他の方式を組み合わせることにより、さらに確実にクリーニングの完了時点を把握して、信頼性を高めることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置によれば、下記の効果を得ることができる。請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法によれば、クリーニングを行う際に、付着物の反応熱による電極カバーの温度上昇が終了した時点にて製膜室内のクリーニングが完了したと判断することにより、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を生じさせることなく、極めて的確にクリーニングを終わらせることができる。
【００４７】
請求項２記載のプラズマＣＶＤ装置によれば、基板に製膜を施すことにより付着した付着物をクリーニングにより除去する際に、付着物の付着状態を検出する付着物検出手段が設けられているので、この付着物検出手段からの検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができ、クリーニング不足や過剰クリーニングによる付着物の残留や構成部材の腐食による減肉などの不具合を防止することができる。
【００４８】
また、付着物検出手段として設けられた温度センサからなる電極カバーの温度の検出結果に基づいて、クリーニングの完了を確実に判断することができる。
【００４９】
請求項３記載のプラズマＣＶＤ装置によれば、付着物検出手段として、電極カバーの温度を検出する熱電対を用いたので、極めて低コストにて、クリーニングの完了を容易にかつ的確に判断することが可能な装置とすることができる。また、耐食性に優れたシース管に熱電対が挿通されているので、製膜時及びクリーニング時における熱電対の腐食を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態例のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングモニタ方法及びプラズマＣＶＤ装置を説明するプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】  本発明の第１実施形態例のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングの完了のタイミングの検出の仕方について説明するグラフ図である。
【図３】  本発明の第２実施形態例のプラズマＣＶＤ装置の構成及び構造を説明するプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図４】  本発明の第２実施形態例のプラズマＣＶＤ装置におけるクリーニングの完了のタイミングの検出の仕方について説明するグラフ図である。
【図５】  本発明の第３実施形態例のプラズマＣＶＤ装置の構成及び構造を説明するプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図６】  クリーニングの完了のタイミングの検出の仕方の従来例を説明するグラフ図である。
【符号の説明】
１  プラズマＣＶＤ装置
２  製膜室
１１  放電用電極（非接地電極）
１２  電極カバー（構成部材）
２０  熱電対
２１  温度センサ（付着物検出手段）
２４  ヒータカバー（接地電極）
３１  抵抗検出センサ（付着物検出手段）
３２  非導電性部材
３３  接点
Ｋ  基板
【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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