(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置に用いられる成膜装置用金属材料部材であって、
金属材料の表面に、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したことを特徴とする成膜装置用金属材料部材。
【請求項２】
金属材料がオーステナイト系ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金のうちから選ばれたいずれか１種であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置用金属材料部材。
【請求項３】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置に用いられる成膜装置用金属材料部材であって、
銅芯線の表面を純アルミニウム又はアルミニウム合金で被覆し、該被覆した純アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したことを特徴とする成膜装置用金属材料部材。
【請求項４】
成膜装置がＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置のうちの１種であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の成膜装置用金属材料部材。
【請求項５】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
５００℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部が、金属材料の表面に表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したニッケル、純アルミニウムのうち少なくとも１種の材料で構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項６】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
４５０℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部が、金属材料の表面に表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したニッケル、ニッケル合金、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金のうちから選ばれた少なくとも１種の材料で構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
２５０℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部が、金属材料の表面に表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したオーステナイト系ステンレス鋼で構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項８】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
真空チャンバーの少なくとも一部もしくは排気管の少なくとも一部の表面が、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、オーステナイト系ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金のうちのいずれかで構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項９】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
ガスパイプ電極、基板ヒーターカバー,成膜表面ヒーター,基板ヒータ、ガス供給管の各部材の少なくとも一部の表面が、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、純ニッケル、ニッケル合金、純アルニウム、アルミニウム合金のうちいずれかで構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項１０】
ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、
ヒーターへ電力を供給するケーブルの少なくとも一部の表面が、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、アルミニウム被覆銅線で構成されてなることを特徴とする成膜装置。
【請求項１１】
ガス供給管を通して反応ガスを導入し排気管を通して反応後のガスを排出する手段を有する真空チャンバーと、該真空チャンバー内に収容された接地電極を兼ねた基板ヒーター、基板ヒーターカバー、防着容器、バイアス電極を兼ねた成膜表面ヒーター、反応ガス噴出孔を兼ねたガスパイプ電極、及び基板ヒーター、成膜表面ヒーター、ガスパイプ電極に高周波電力を印加するための電源ケーブル並びに各電極やヒーター電力を供給するための電源とを具備し、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われるプラズマＣＶＤ装置であって、該排気管及び該真空チャンバーはオーステナイト系ステンレス鋼で構成されており、該ガスパイプ電極、該成膜表面ヒーター、該ガス供給管、該基板ヒーター及び該基板ヒーターカバーはニッケル合金で構成されており、さらに該防着容器純アルミニウムで構成されており、該ケーブルが純アルミニウム被覆銅線から構成されていて、各構成部材の表面には表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理が施されてなることを特徴とするプラズマ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、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置等の真空気相成膜装置に関し、さらに詳しくはパーティクルの発生を抑制し、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性に優れた金属材料部材及びそれを使用した成膜装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池、ＬＳＩ（大規模集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等に使用される半導体装置の多くは、真空装置を使用して蒸着法、スパッタリング法あるいはＣＶＤ（化学気相析出）法などの手段によって、基板上にシリコン、アルミニウム、タンタル、タングステン、モリブデン等の金属薄膜、酸化シリコン等の酸化物薄膜あるいは窒化シリコン等の窒化物薄膜などを形成することによって製造されている。例えば、太陽電池等に多用されるアモルファスシリコンの成膜には、図１に一例を示すようなプラズマＣＶＤ装置が使用される。
【０００３】
図１に示すプラズマＣＶＤ装置は、ガス供給系４からガス供給管５を通して反応ガスを導入し排気管３を通して反応後のガスを排出する排気系２を有する真空チャンバー１と、該真空チャンバー１内に収容された接地電極を兼ねた基板ヒーター１０、基板ヒーターカバー８、防着容器７、バイアス電極を兼ねた成膜表面ヒーター１１、反応ガス噴出孔を兼ねたガスパイプ電極９、及び各種電極・ヒーターに電力を供給するための電源６−１，６−２，６−３とパイプ電極ケーブル１２、成膜表面ヒーターケーブル１３及び基板ヒーターケーブル１４等から構成されている。通常装置全体は耐熱・耐食性のステンレス鋼で造られている。
【０００４】
真空チャンバー１内には、基板ヒーターカバー８が有り、基板ヒーターカバー８の平板部には基板２０が固定されている。基板ヒーターカバー８の裏面には基板２０を加熱するための基板ヒーター１０が配置されており、電源６−３から電力を供給して、例えば基板温度が１００℃〜３００℃の温度になるように加熱する。
真空チャンバー１の上方から挿入されているガス供給管５は、原料ガスをガス供給系４から反応系内に導入し、ガスパイプ電極９を通して基板表面に供給するためのものである。ガスパイプ電極９は、反応原料ガスを基板表面に均一に分散させて基板上に均質な膜を得るために、基板両側に微細孔を一定間隔で配しており、パイプ電極内を通じて供給されたガスが微細孔から均一に雰囲気内へ放出される。さらに膜の均質化を進めるために、基板上方に多数のパイプを配列してある。
防着用器７は、真空チャンバー内壁に析出物が沈着するのを防止するためのカバー容器である。
【０００５】
さらに、ガスパイプ電極９にはプラズマ放電させるために高周波の電源６−１に接続してあり、ガスパイプ電極９はアノードとして機能する。また、基板ヒーターカバー８は、真空チャンバー１とともに設置されカソードとして機能する。基板２０とガスパイプ電極９の間には成膜表面ヒーター１１が配置されており、成膜表面ヒーター１１も電源６−２に接続されていて、プラズマを制御するとともに、膜の表面に熱エネルギーを与えて良質の膜を製造する機能を有している。
【０００６】
図１に示すこのようなプラズマ装置を使用して、例えば太陽電池用のアモルファスシリコン半導体膜を成膜するには、真空チャンバー内を減圧に排気し、基板２０を１００℃〜３００℃の所定の温度に加熱したところに、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、フォスフィン（ＰＨ3 ）、水素ガス（Ｈ2 ）等を所定流量の流量で導入し、ガスパイプ電極９と基板ヒーター１０間に、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を、３〜７Ｗ／ｃｍ2 程度印加してプラズマ状態を励起させる。これによって原料ガスが分解して反応し、基板２０上に目的とするシリコン半導体薄膜が沈着する。
【０００７】
このようにして半導体薄膜を成膜する時には、目的とする基板表面以外の真空チャンバー内に併設される各種の構造部材表面にも析出物が沈着するが、基板を交換して成膜成膜操作を繰り返すうちに厚い堆積物に成長し、ついには剥離脱落して真空チャンバー内に飛散し、基板表面に落下すると半導体装置の製品歩留まりを悪化させる結果となる。
この構造部材表面の析出物が剥離脱落するのを防ぐ対策として、析出物が剥離し易い構造部材の表面に、直径及び深さがともに１〜２ｍｍの窪みを設ける方法（特開平９−１２５６３公報参照）や、析出物が剥離し易い構造部材をアルミニウム系材料で構成し、その表面の酸処理を施す技術（特開平８−２７７４６０公報参照）等が提案されている。
【０００８】
上記のような剥離防止手段を講じた上で、さらに適当な間隔を置いて成膜操作を中止して真空装置内をクリーニングして、強制的に構造部材表面の析出物を除去する操作が行われている。クリーニング方法としては、機械的に除去する手段の他に、作業能率を上げるためにドライエッチングに使用するハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われている。使用するハロゲン系ガスとしては、例えば三フッ化窒素（ＮＦ3 ）、六フッ化硫黄（ＳＦ6 ）、四フッ化炭素（ＣＦ4 ）、フロン１３（ＣＣｌ１３）等がある。ガスクリーニング法は、ハロゲン系ガスを真空チャンバー内に導入し、温度を上げて高周波電力を印加してプラズマを発生させ、ハロゲン系ガスが分解して生じるハロゲンのラジカルやイオンを構造部材表面の析出物と反応させて、これらを気体として装置外に排出するものである。ガスクリーニング法は、成膜装置を大気解放する必要はなく、析出物の除去に人手を要しない等の利点があることから広く利用されている。
【０００９】
これらのガスクリーニングで使用するハロゲン系ガスのプラズマによって生じるハロゲンラジカルやハロゲンイオン等の活性種は、除去目的の析出物以外の成膜装置を構成する金属部材との反応性も大きく、成膜装置を構成する金属部材を腐食させるものである。特に、金属部材の表面粗さが粗い場合には、凹凸の尖頭部から急速に腐食が進行する。ガスクリーニングの際に、表面の析出物が脱落した箇所は金属部材の表面がむき出しになり、腐食が進行して肉厚が薄くなり、やがては部品交換が必要となる。このような事態が頻発するとメンテナンスに要する時間が長くなり、設備稼働率が低下して生産効率を大幅に低下させることとなる。
特に従来のように構成部材がステンレス鋼で造られている場合、がスクリーニング時に２５０℃以上に加熱される部分の腐食が顕著であり、実質的にはガスクリーニングを採用することが困難で、大気解放して機械的に除去する手段をとらざるを得ない状況にあった。
【００１０】
ハロゲン系ガスに対する耐食性を備えるため、成膜装置を構成する金属部材としてはステンレス鋼、ニッケル系金属、アルミニウム系金属あるいはチタン系金属を使用した上で、なおかつこれら金属材料の表面に耐食処理を施す方法が提唱されている。例えば特開平９−１０５７７号公報には、ニッケル基耐食合金の表面をアルミニウムで被覆して、そのアルミニウムの表面に陽極酸化皮膜又はフッ化アルミニウム皮膜を形成して耐食性を高める技術が開示されている。また、特開平１−１５６４９６号公報には、ステンレル鋼の表面にアルミニウムを溶射した後、酸化させて表面を酸化アルミニウムで被覆する技術が開示されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、気相成膜装置において製品歩留まりを高め、かつ生産能率を高めるためには、成膜時に成膜装置を構成する金属部材表面に沈着した析出物が剥離してパーティクルとして飛散しないように、強いアンカー効果を持たせること、及び成膜装置の内部を構成する部材を、ガスクリーニングするに際して耐食性の高い部材とすることが重要となる。
前述の通り、アンカー効果を高めるためには、構成部材表面の表面粗さを粗くすれば良いが、逆に構成部材表面の表面粗さが粗くなると耐食性が悪化するという問題点がある。
この相反する性質を考慮して、適度なアンカー効果を有し、かつガスクリーニングにも耐える優れた耐食性を有する成膜装置の構成部材は、未だ満足できるものが見当たらない。また、成膜装置内部の最高到達温度は幅広く分布しているので、装置内部全体をいたづらに高価な材料で構成するのは経済的にも得策ではない。
そこで本発明は、成膜中の析出物に対するアンカー効果に優れ、かつハロゲンエッチングガスに対する耐食性に優れた金属材料部材を提供し、あわせてそれらの部材を適材適所に使用した、優れたアンカー効果を有し、ガスクリーニング間隔が長く、しかも部材寿命の長い稼働率の高い成膜装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、金属材料の表面を適正な表面粗さに加工することにより、析出シリコンに対する良好なアンカー効果とハロゲンエッチングガスに対する耐食性を兼ね備えた金属材料部材とし、成膜装置の温度環境に応じて最適な材質を選択して成膜装置を構成することとした。
すなわち、本発明の第１は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置に用いられる成膜装置用金属材料部材であって、金属材料表面に表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した成膜装置用金属材料部材である。金属材料としてはオーステナイト系ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金のうちから選ばれたいずれか１種が使用できる。
【００１３】
ここで表面積増加率とは、滑らかな表面を持つ供試材に対し、ブラスト処理や目の粗いペーパー等による仕上げ処理を行って表面に微小な起伏を設け、金属部材断面の表面の総延長を測定して、仕上げ処理後の断面起伏総延長を仕上げ処理前の断面起伏総延長で除した値を二乗して求めた値である。このようにして求めた表面積増加率の値が１．１を超え４以下の時に、表面に析出するシリコンに対するアンカー効果に優れ、かつハロゲンエッチングガスに対する耐食性に優れた金属材料部材が得られる。
このような表面起伏付加材処理を施したオーステナイト系ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金のなかから、使用される環境温度に応じた材料を選択すればよい。
【００１４】
本発明の第２は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置内の各種電極に電力を供給するためのケーブル用の金属材料部材であって、銅芯線の表面を純アルミニウム又はアルミニウム合金で被覆し、該被覆した純アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に適正な表面粗さに加工を施すことにより、析出シリコンに対する良好なアンカー効果とハロゲンエッチングガスに対する耐食性を兼ね備えた電力供給ケーブル用の金属材料部材である。ケーブル用の金属材料部材にあっても、その表面に表面積増加率の値が１．１を超え４以下である表面起伏付加材処理を施しておけば、表面に析出するシリコンに対するアンカー効果に優れ、かつハロゲンエッチングガスに対する耐食性に優れた電力供給ケーブル用の金属材料部材が得られる。これらの成膜装置用金属材料部材は、ＣＶＤ装置、スパッタ装置、真空蒸着装置といった真空気相成膜装置に広く使用することができる。
【００１５】
本発明の第３は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、５００℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部に、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したニッケル、純アルミニウムのうち少なくとも１種の材料を使用した成膜装置である。これらの材料を使用すれば、耐熱強度、耐食性に優れかつ析出シリコンに対して強いアンカー効果を有する成膜装置とすることができる。
本発明の第４は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、４５０℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部に、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したニッケル、ニッケル合金、純アルミニウムもしくはアルミニウム合金のうちから選ばれた少なくとも１種の材料を使用した成膜装置である。環境温度が最高４５０℃に低下したので、新たにニッケル合金とアルミニウム合金が使用可能となる。これらの材料を使用すれば、耐熱強度、耐食性に優れかつ表面に析出するシリコンに対して強いアンカー効果を有する成膜装置とすることができる。
【００１６】
本発明の第５は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、２５０℃以下に曝される装置構成部材の少なくとも一部に、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施したオーステナイト系ステンレス鋼を使用した成膜装置である。オーステナイト系ステンレス鋼でもこのような表面起伏付加処理を施すことにより、析出シリコンに対して強いアンカー効果を有し、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性にも優れた材料となるので、真空チャンバーのように大きな部材で圧力のかかる構造部材に使用すると有利である。
【００１７】
本発明の第６は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、真空チャンバーの少なくとも一部もしくは排気管の少なくとも一部を、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、オーステナイト系ステンレス鋼、純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金のうちいずれかで構成した成膜装置である。真空チャンバーや排気管は温度環境が比較的低いので、このような表面起伏付加処理を施した部材を使用すれば、析出シリコンに対して強いアンカー効果を有し、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性にも優れた成膜装置とすることができる。
【００１８】
本発明の第７は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、ガスパイプ電極、基板ヒーターカバー,成膜表面ヒーター,基板ヒータ、ガス供給管の各部材の少なくとも一部を、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、純ニッケル、ニッケル合金、純アルニウム、アルミニウム合金のいずれかで構成した成膜装置である。成膜装置の内部でも最も高温度になる部分であるが、このような表面起伏付加処理を施した部材を使用すれば、析出シリコンに対して強いアンカー効果を有し、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性にも優れた成膜装置とすることができる。
【００１９】
本発明の第８は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置であって、ヒーターへ電力を供給するケーブルの少なくとも一部を、表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施した、アルミニウム被覆銅線で構成した成膜装置である。このような部材を使用することにより、真空チャンバー内に配線したケーブルでも、表面に析出するシリコンに対して強いアンカー効果を有し、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性にも優れた成膜装置とすることができる。
【００２０】
本発明の第９は、ハロゲン系ガスを利用したガスクリーニング法が行われる成膜装置の各構成部材に最適な材料を使用したものである。すなわち、プラズマＣＶＤ装置の該排気管及び該真空チャンバーはオーステナイト系ステンレス鋼で構成し、該ガスパイプ電極、該成膜表面ヒーター、該ガス供給管、該基板ヒーター及び該基板ヒーターカバーはニッケル合金で構成し、該防着容器は純アルミニウムで構成し、該ケーブルが純アルミニウム被覆銅線から構成されていて、各構成部材の表面には表面積増加率で定義される値が１．１を超え４以下に相当する表面起伏付加処理を施こした部材から構成したプラズマＣＶＤ装置である。
このように適材適所の部材を使用すれば、表面に析出するシリコンに対して強いアンカー効果を有するので、クリーニング作業をする間隔が長くなるので設備稼働率が飛躍的に向上し、また、ハロゲンエッチングガスに対する耐食性も優れているのでメンテナンス費用も大幅に削減することができ、より安価な材料を使用するので設備価格も下げることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
プラズマＣＶＤ装置のような半導体薄膜成膜装置において、基板以外の装置部材に付着した析出物が、いわゆるパーティクルとなって真空チャンバー内に飛散し基板上に沈着すると素子不良となるので、成膜中はクリーニング時期が来るまで析出物が基板以外の装置部材に付着したまま脱落しないようにしなければならない。それには装置部材の表面に表面起伏付加処理を施し、表面に微細な凹凸を設けていわゆるアンカー効果を具備させるのが有効である。このアンカー効果は部材表面の凹凸が深くなるほど大きくなる。しかし、析出物が脱落した装置部材の表面の凹凸の起伏があまり激しいと、クリーニング工程で凹凸の尖頭部からハロゲンガスによるエッチングが進み、部材の肉厚が減少して装置寿命が短くなる。また、ハロゲンガスによるエッチングは部材の環境温度や部材の材質によっても大きく影響される。従って、成膜不良の発生を防止し、かつクリーニング周期を長くし、しかも装置寿命を長くするには、部材表面の凹凸は適度の大きさにしなければならない。
【００２２】
本発明者らは、先ず金属材料部材の表面粗さとハロゲンエッチングガスに対する耐食性を検討し、成膜装置内の各部所で使用可能な材質を明らかにする試験を行った。試験は以下のようにして行った。
（  ガスクリーニング条件  ）
濃度調整したＮＦ3 ガスをプラズマＣＶＤ成膜装置内に流し、高周波電力を印加してプラスマを発生させた。装置構成部材上に堆積したＳｉのガスクリーニングを想定して、４００℃におけるクリーニング速度が０．３μｍ／ｍｉｎになるようにガス濃度、ガス流量、高周波印加条件等を設定した。腐食程度の判断基準は、装置構成部材の耐用年数（１０年を想定）や部材交換までの時間等のメンテナンスを考慮して、減肉厚量１０μｍ以下を使用可能と判断した。
（  供試材  ）
供試材としては、非磁性鋼の代表例としてオーステナイト系ステンレス鋼であるJIS SUS304、純ニッケル（JIS  NW2201）、ニッケル合金の代表例としてInconel alloy 600合金（ INCO社商品名）、純アルミニウム（JIS 1050 ）及びアルミニウム合金の代表例としてJIS 2219 合金を使用した。
【００２３】
（  表面起伏付加処理と表面積増加率  ）
供試材の表面には、市販の滑らかな表面を持つ供試材に対し、アルミナ質ブラスト材を使用したブラスト処理や目の粗いペーパーによる研磨仕上げ等を行って、各材料毎に処理条件を変えて表面に微小な起伏を付ける処理を施した。
表面積増加率は、滑らかな表面を持つ市販の供試材の表面に対して表面起伏付加処理を施して微小な起伏を付けることにより、どの程度表面積が増加したかを示す指標である。表面積増加率の値は表面近傍の断面組織の顕微鏡観察より表面起伏の総延長を求め、一定視野内で起伏の総延長が表面起伏付加処理前後でどの程度増加したかで表わすこととした。すなわち、下記の（１）式で示すように、処理後の断面起伏の総延長を処理前の断面起伏の総延で割り、得られた値を二乗して求めることとする。
表面積増加率 ＝
（ 処理後の断面起伏総延長／処理前の断面起伏総延長 )2  ・・・・・（１）
得られた結果を表１に示す。なお、表１において表面増加率が１．０の供試材は表面起伏付加処理をしていない、市販の材料である。
【００２４】
【表１】
0004095764.tif 000002
【００２５】
エッチング用のハロゲンガスに対する耐食性の点から材質を判断すると、表１の結果から各材料とも表面積増加率が大きくなるほど減肉厚量が大きくなることが判かる。また、環境温度が高くなるほど減肉厚量が大きくなることも判かる。そこで減肉厚量１０μｍ以下を目途に、適用可能温度範囲を設定すると表１の通りとなる。各材料とも表面積増加率が１．１を超え４以下になるように表面起伏付加処理を施しておけば、急激な肉厚減少は起こさないことが判る。表面積増加率が１．１を超え４以下になる表面起伏付加処理を施した材料につき、適用可能温度を見てみると、SUS304に代表例されるオーステナイト系ステンレス鋼は、２５０℃以下の環境温度で使用することができる。図１に示すプラズマＣＶＤ装置では、真空チャンバー１や排気管３に使用可能である。
純ニッケルは、５００℃以下の環境温度で使用することができる。従って、プラズマＣＶＤ装置にはほとんどの部材に使用可能であるが、高価であることからプラズマに曝されしかも最も温度が高くなる各電極部分、すなわちガスパイプ電極９、成膜表面ヒーター１１，基板ヒーター１０及び基板ヒーターカバー８に使用するのが有利である。
G4901 に代表されるニッケル合金では、４５０℃以下の環境温度で使用することができる。許容温度がやや低下するので、低いガスクリーニング温度で使用する場合は、各電極部分に純ニッケッルに変えて使用することが可能である。
【００２６】
純アルミニウムは５００℃以下の環境温度で使用することができる。また、JIS 2219合金に代表されるアルミニウム合金は、４５０℃以下の環境温度で使用することができる。温度的にも耐食性の点においても純ニッケルあるいはニッケル合金と同等の性能を有し素材コストも安いが、融点が低いので高温強度の点で難がある。そこで、比較的荷重が掛からない部分である防着容器といったような構造物に使用するのが有利である。
【００２７】
次に、上記腐食試験に供したと同じ供試材について、アンカー効果を評価した。評価方法は、供試材表面にプラズマＣＶＤ法によりＳｉ皮膜を厚さ５μｍ及び１０μｍに沈着させ、JIS H8504 に規定される「めっきの密着性試験方法」の引きはがし試験方法のうち、テープ試験方法に準じて試験を行い、試験後のテープをルーペを用いて観察して、テープを付着させた部分の１／５０以上が剥離したものを×印(不適)、1／５０以下の剥離の場合は△印（使用可）、剥離が認められなかったものを○印(良)として評価した。結果を表２に示す。
【００２８】
【表２】
0004095764.tif 000003
【００２９】
表２に示したとおり、各材料とも表面積増加率が大きくなるに従ってアンカー効果も大きくなることが判る。そして少なくとも表面起伏付加処理を施しておけば、５μｍ厚さの析出物は強固に部材表面に付着していることが判る。
【００３０】
以上、腐食試験及びアンカー効果の評価試験の結果から、各材料とも表面にショットブラストやペーパー研磨処理を施して、表面積増加率で定義される値が１を超え４以下になるように、微小な起伏を与えておけば、ハロゲンエッチングガスを使用したクリーニングに際しても良好な耐食性を有し、成膜中の析出物に対するアンカー効果を兼ね備えた成膜装置用の構成部材とすることができる。このような表面起伏付加処理を施した部材から、使用温度に適した材料を選択し、より安価な材料を選択して成膜装置を構成すれば良い。
【００３１】
次に、真空チャンバー内に付設された電力供給用のケーブルについても、表面に沈着した析出物が脱落しないようにアンカー効果を持たせるとともに、ハロゲンエッチングガスに対して耐食性を持たせるようにしなければならない。電力供給用のケーブルには導電率の高い銅を使用していることから、ハロゲンガスに対する耐食性が極端に悪い。そこでハロゲンガスに対する耐食性の良いアルミニウムを使用して銅線を被覆し、表面のアルミニウムに表面起伏付加処理を施して一層耐食性を高めることを試みた。
【００３２】
供試材としては、直径０．６ｍｍの銅線に０．１ｍｍ厚さのアルミニウムを被覆した直径０．８ｍｍのアルミニウム被覆銅ワイヤーを使用した。上記ワイヤーに前記と同じ表面起伏付加処理を施し、表面積増加率を１〜４．６の範囲で制御した試料を準備した。この試料について前記と同じガスクリーニング条件にて腐食試験を行った。試験結果を表３に示す。
【００３３】
【表３】
0004095764.tif 000004
【００３４】
表３に示すとおり、アルミニウム被覆銅ワイヤーについても表面積増加率が１．１を超え４以下成るような処理を施しておけば、５００℃以下の環境温度で使用することができる。
さらに、アンカー効果についても上記と同様にして評価した。結果を表４に示した。
【００３５】
【表４】
0004095764.tif 000005
【００３６】
表４に示すように、アルミニウム被覆銅ワイヤーについても、先の純アルミニウムと同様に表面積増加率が大きくなるに従ってアンカー効果も大きくなることが判る。
【００３７】
【作用】
本発明は、成膜装置に使用する金属部材の表面に適度の表面起伏付加処理を施して、部材表面に沈着する析出物に対して強いアンカー効果を有し、しかもクリーニング用のハロゲンガスに対する耐食性も兼ね備えた金属部材としたものである。表面起伏付加の程度は、従来のように表面粗さあるいは凹凸の深さや直径で規定するのではなくて、部材表面近傍の断面の総延長で示される表面積増加率で規定することとした。
【００３８】
【実施例】
以下実施例を用いて説明する。
（実施例１）
図１に示す基本構成のアモルファスシリコン太陽電池製造用のプラズマＣＶＤ装置を製作した。すなわち、プラズマＣＶＤ装置の基本構成は、ガス供給管を通して反応ガスを導入し排気管を通して反応後のガスを排出手段を有する真空チャンバーと、該真空チャンバー内に収容された接地電極を兼ねた基板ヒーター、基板ヒーターカバー、防着容器、バイアス電極を兼ねた成膜表面ヒーター、反応ガス噴出孔を兼ねたガスパイプ電極、及び基板ヒーター、成膜表面ヒーター、ガスパイプ電極に高周波電力を印加するための電源とケーブルを具備したプラズマＣＶＤ装置である。このプラズマＣＶＤ装置は、原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）、フォスフィン（ＰＨ3 ）、水素ガス（Ｈ2 ）を使用して、絶縁基板上に１００℃〜３００℃の基板温度でｐｎｉ型のアモルファスシリコン膜を成膜するためのものである。そして基板以外のプラズマＣＶＤ装置の構成部材表面に沈着したＳｉ析出物を定期的に強制除去するために、装置内を最高温度４５０℃に昇温し、ＮＦ3 を流してクリーニング速度０．３μｍ／ｍｉｎ〜１μｍ／ｍｉｎでガスクリーニングするプロセスを想定して製作したものである。各部品の最高到達温度、Ｓｉの付着程度は表５に示すとおりである。
【００３９】
【表５】
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【００４０】
このプラズマＣＶＤ装置の主要な各部所には、表５に示すような表面積増加率を有する SUS304オーステナイト系ステンレス鋼、Inconel Alloy600ニッケル合金、JIS 1050純アルミニウム及びJIS 1050 純アルミニウムで被覆した銅ケーブルを使用した。材料の決定にあたっては、各部材が到達する最高温度を基準として、まず耐食性の観点から使用可能なものを選定し、次いで素材コストを考慮して決定を行った。ただし、部品によっては構造上ある程度の荷重を支えるために高温強度が必要なものもあり、長期の使用にあたっての変形等が少なくなるように考慮して使用材料を決定したものである。例えば基板ヒーターカバーには、耐食性の観点から純ニッケル、ニッケル合金、純アルミニウム、アルミニウム合金が使用可能であり、素材コストは純アルミニウムが最も安いが、高温強度が不足して使用時に変形する可能性が高いため、高い高温強度を有するニッケル合金を採用した。
このように構成したプラズマＣＶＤ装置を使用して太陽電池用アモルファスシリコの成膜運転を行った結果、Ｓｉパーティクルの飛散もなく歩留まりが向上し、真空チャンバーを解放してのクリーニングの間隔も従来のオールステンレス製のプラズマＣＶＤ装置と比較して約２０倍に伸び、設備稼働率を大幅に向上させることができた。
【００４１】
（実施例２）
実施例１と同様に、図１に示す基本構造のプラズマＣＶＤ装置を製作した。実施例２においては、ガスクリーニング時の装置内の最高到達温度を５００℃の設定し、クリーニング速度を０．９μｍ／ｍｉｎと３倍にする運転条件を想定して製作した。そのため各部品を構成する材料は表６に示すように選定した。最高到達温度が高くなるので、実施例１と比較してガスパイプ電極、基板ヒーターカバー、成膜表面ヒーター及びガス供給管の材料を、ニッケル合金から純ニッケルに変更して耐食性を高めた。
材料を変更した部品は、その一部あるいは全部が最高到達温度が５００℃まで高まるため、耐食性の観点から純ニッケル、純アルミニウムしか使用できない。また、本実施例に用いた装置では、これらの部分は構造上ある程度の加重を支える必要があるため、これに耐えうる高温強度を有する純ニッケルを採用している。
このように構成したプラズマＣＶＤ装置を使用して太陽電池用アモルファスシリコンの成膜運転を行った結果、Ｓｉパーティクルの飛散もなく歩留まりが向上し、真空チャンバーを解放してのクリーニングの間隔も従来のオールステンレス製のプラズマＣＶＤ装置と比較して約２０倍に伸び、なおかつクリーニングに要する時間も従来の３分に１に短縮することができたため、設備稼働率を大幅に向上させることができた。
【００４２】
【表６】
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【００４３】
【発明の効果】
以上詳説したとおり、本発明によれば各構成部材の析出物に対するアンカー効果が優れているので、従来１〜２日に１回の割合で真空チャンバー内の解放クリーニングを行っていたのに対して、ガスクリーニングが採用できるようになりクリーニングの間隔を1ヶ月に1回程度と大幅に延長することが可能となる。
また、エッチングガスに対する耐食性にも優れているので、高速ガスクリーニングにも対応でき、ガスクリーニングに要する時間自体も従来の３分の１以下に短縮することが可能になる。
従って、設備稼働率が大幅に向上し、生産性を格段に向上させることが可能となる。その結果、メンテナンスコストの大幅な低減と併せて、太陽電池のコストダウンに大きく貢献することができるようになる。
【００４４】
また、本発明によれば、環境温度に応じて使用可能な材料を明らかにしたので、より安価な材料を選択することが容易となり、設備コストの低減に寄与するところが大きい。
なお、本明細書ではプラズマＣＶＤ装置の例を取りあげて説明したが、本発明はプラズマＣＶＤ装置に限らず、スパッタ装置、真空蒸着装置等の真空気相成膜装置にも広く適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プラズマＣＶＤ製膜装置の基本構成を説明する図である。
【符号の説明】
１・・・・・真空チャンバー、２・・・・・排気系、３・・・・・排気管、４・・・・・ガス供給系、５・・・・・ガス供給管、６−１，６−２，６−３・・・・・電源、７・・・・・防着容器、８・・・・・基板ヒーターカバー、９・・・・・ガスパイプ電極、１０・・・・・基板ヒーター、１１・・・・・成膜表面ヒーター、１２・・・・・パイプ電極ケーブル、１３・・・・・成膜表面ヒーターケーブル、１４・・・・・基板ヒーターケーブル、２０・・・・・基板
【図１】
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