(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行うための反応容器と、
該反応容器内に配置され、被処理部材を支持する支持体と、
該反応容器内に配置され、高周波電力が印加される高周波印加電極と、
該高周波印加電極に該高周波電力を間欠的に印加する高周波電力印加手段と、
該反応容器内に配置され、プラズマによって発生するパウダーを収集するための集塵器と、
該集塵器に接地電位に対して正の電位を印加する正電位印加手段とを備え、
該集塵器に印加される電位は、時間的に変化するものであり、該高周波印加電極に印加される電力の時間的な変化に同期していることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記集塵器に印加される電位が、前記高周波印加電極にプラズマ励起強度が強くなる電力が印加されているときの値よりも、該高周波印加電極にプラズマ励起強度が弱くなる電力が印加されているときの値の方が、大きな正の電位である請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記集塵器の温度を、前記高周波印加電極および前記支持体の温度よりも低く設定する温度設定手段を備えた請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記高周波印加電極に印加される電力が、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周波電力である請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記集塵器が、前記高周波電極と前記支持体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置されている請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記集塵器が、前記反応容器内の被処理部材近傍に設けられた排気口部に配置されている請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記集塵器の集塵口が、メッシュ状に形成されている請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記集塵器の集塵口が、パンチングされた金属板からなる請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
プラズマ放電を用いた化学的処理として、被処理部材に対して膜の堆積を行うことを目的とした請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
プラズマ放電を用いた化学的処理として、被処理部材に対してエッチング処理を行うことを目的とした請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行うための反応容器と、該反応容器内に配置され、被処理部材を支持する支持体と、該反応容器内に配置され、高周波電力が印加される高周波印加電極と、該反応容器内に配置され、プラズマによって発生するパウダーを収集するための集塵器とを備えたプラズマ処理装置を用いて該処理部材を処理する処理ステップを含み、処理された該被処理部材を含む半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
該処理ステップは、該反応用器内に配置された該被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行う化学的処理ステップを含み、
該化学的処理ステップでは、該化学的処理を行う際に、高周波電力印加手段により、該高周波印加電極に該高周波電力を間欠的に印加するとともに、正電位印加手段により、該集塵器に接地電位に対して正の電位を印加し、
該集塵器に印加する該正の電位を時間的に変化させて該高周波印加電極に印加される電力の時間的な変化に同期させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理部材に対して膜の堆積やエッチングを行うために好適に用いられるプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日では、半導体装置の製造プロセスにおいて、プラズマ放電のエネルギーを用いた化学反応を利用して、薄膜の堆積やエッチング等の化学的処理を行うことが必要不可欠となっており、これらのプラズマ処理工程での歩留り、信頼性および量産性の向上が重要な課題となっている。
【０００３】
以下に、このようなプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、代表的なプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を例にとって説明する。プラズマＣＶＤ法で堆積される膜としては、シリコンの多結晶薄膜や非晶質（アモルファス）薄膜、酸化膜、窒化膜、金属膜等が挙げられる。プラズマＣＶＤ法において、量産性を向上させるためには、高周波電力を高めたり、原料ガスの供給量を増加させることにより、成膜速度を増大させることが考えられる。しかし、この場合には多量のパウダーが生成して、被処理部材（被処理基板）へのパウダー付着による膜質の低下が生じ、歩留りの低下を引き起こすため、著しい成膜速度の向上は実現困難であるのが現状である。
【０００４】
このようなパウダーの発生の問題を解決することができるプラズマＣＶＤ法による手法として、例えば特公平７−４７８２３号、特開平８−２２２５２０号、特開平８−２８８２２８号には、高周波発振回路と周期的にオン・オフを行う発振回路とを組み合わせて、図８に示すように周期的にオン・オフさせた変調高周波電源をプラズマ励起電源としたプラズマ処理装置を用いる方法が提案されている。このプラズマ処理装置は、反応容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設けられ、高周波電源（高周波発振回路）３および変調用電源（周期的にオン・オフを行う発振回路）４と整合回路５を介して接続されている。このカソード電極２と被処理部材１４の支持体であるアノード電極６との間の領域がプラズマ７生成領域となっている。カソード電極２およびアノード電極６にはヒーター１２が設けられ、独立して温度制御が可能となっている。被処理部材１４の近傍には排気口１５が設けられている。アノード電極６上には被処理部材１４として、例えばガラス基板が設置されている。
【０００５】
このような周期的にオン・オフを行った変調高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ法では、反応容器内のパウダー発生を抑制し、高い成膜速度でありながらも、従来の低い成膜速度と同等の高品質膜が得られるとされている。このような高速成膜で、かつ、パウダー発生を抑制できるプラズマＣＶＤ法によれば、膜の品質低下を抑制できる上に、装置のメンテナンス頻度を少なくして装置の安定稼働に寄与することができるため、製造プロセスにおけるプラズマ処理工程での歩留り、信頼性および量産性の向上に有効な方法であると言える。
【０００６】
さらに、例えば特開平７−８６２４１号や特開平１１−１２１４３７号には、反応容器内にガス排気流路に電気的にパーティクルを収集する集塵器を設けた処理装置が開示され、特開平１１−１２１４３５号には被処理基板の近傍に集塵用リングを設けて直流電力を印加する処理装置が開示されている。これらの処理装置は、反応容器内のパーティクルを低減し、被処理基板へのパーティクルの影響を低減するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シリコンを用いた薄膜太陽電池等のように、数千オングストローム以上の比較的厚い薄膜を必要とする半導体装置においては、さらなる成膜速度の向上による生産性の向上が必要である。このため、従来の周期的にオン・オフを行った変調高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ方法でも、未だ充分であるとは言えない。さらなる成膜速度の向上のためには、供給電力の増大、原料ガス供給量の増大および成膜時の圧力の増大等が必要である。しかし、これらの条件を過度に増大させることは、パウダーの発生を引き起こし、従来の周期的にオン・オフを行った変調高周波電源を用いたプラズマＣＶＤ方法においても、パウダーの発生による膜質の低下のために、成膜速度の向上と膜質の維持を両立させることは困難である。
【０００８】
一方、集塵器は、反応容器内のパーティクルを吸着し、低減させることは可能であるが、集塵器によりパーティクルの発生自体を抑制する効果はなく、上述したような通常多量のパウダーが発生するような成膜条件下での効果は乏しい。また、長時間の成膜を行う場合には、集塵器からのパウダーの離散により、かえって膜質を低下させることもある。さらに、フラットパネルディスプレイや薄膜太陽電池等のように被処理基板の面積が大きい場合には、集塵器近傍では被処理基板へのパーティクルの影響を軽減させることができるが、その他の大部分においてはその効果が乏しい。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、半導体装置の製造プロセスにおけるプラズマ処理工程において、膜質を維持したままでさらなる高速処理を可能とし、歩留り、信頼性および量産性を向上させることができるプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行うための反応容器と、該反応容器内に配置され、被処理部材を支持する支持体と、該反応容器内に配置され、高周波電力が印加される高周波印加電極と、該高周波印加電極に該高周波電力を間欠的に印加する高周波電力印加手段と、該反応容器内に配置され、プラズマによって発生するパウダーを収集するための集塵器と、該集塵器に接地電位に対して正の電位を印加する正電位印加手段とを備え、該集塵器に印加される電位は、時間的に変化するものであり、該高周波印加電極に印加される電力の時間的な変化に同期していることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
前記集塵器に印加される電位が、前記高周波印加電極にプラズマ励起強度が強くなる電力が印加されているときの値よりも、該高周波印加電極にプラズマ励起強度が弱くなる電力が印加されているときの値の方が、大きな正の電位であるのが好ましい。
【００１４】
前記集塵器の温度を、前記高周波印加電極および前記支持体の温度よりも低く設定する温度設定手段を備えたことが好ましい。
【００１５】
前記高周波印加電極に印加される電力が、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周波電力であるのが好ましい。
【００１６】
前記集塵器が、前記高周波電極と前記支持体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置されていてもよい。
【００１７】
前記集塵器が、前記反応容器内の被処理部材近傍に設けられた排気口部に配置されていてもよい。
【００１８】
前記集塵器の集塵口が、メッシュ状に形成されているのが好ましい。
【００１９】
前記集塵器の集塵口が、パンチングされた金属板からなっていてもよい。
【００２０】
プラズマ放電を用いた化学的処理として、被処理部材に対して膜の堆積を行うことを目的としたものであってもよい。
【００２１】
プラズマ放電を用いた化学的処理として、被処理部材に対してエッチング処理を行うことを目的としたものであってもよい。
【００２２】
本発明の半導体装置の製造方法は、被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行うための反応容器と、該反応容器内に配置され、被処理部材を支持する支持体と、該反応容器内に配置され、高周波電力が印加される高周波印加電極と、該反応容器内に配置され、プラズマによって発生するパウダーを収集するための集塵器とを備えたプラズマ処理装置を用いて該処理部材を処理する処理ステップを含み、処理された該被処理部材を含む半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、該処理ステップは、該反応用器内に配置された該被処理部材に対してプラズマ放電を用いて化学的処理を行う化学的処理ステップを含み、該化学的処理ステップでは、該化学的処理を行う際に、高周波電力印加手段により、該高周波印加電極に該高周波電力を間欠的に印加するとともに、正電位印加手段により、該集塵器に接地電位に対して正の電位を印加し、該集塵器に印加する該正の電位を時間的に変化させて該高周波印加電極に印加される電力の時間的な変化に同期させることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
以下に、本発明の作用について説明する。
【００２４】
高周波印加電極に印加される高周波電力を周期的にオン・オフさせて間欠的なパルス状とし、プラズマの励起強度を時間的に変化させることにより、プラズマの励起強度が大きい時間に原料ガスの分解反応を瞬時に行わせ、その後、プラズマの励起強度を弱くして２次反応である重合反応を抑制することができるので、パウダーの発生を抑制することが可能である。しかしながら、反応処理速度を著しく向上させるためには、供給電力の増大、原料ガスの供給量の増大およびプロセス圧力の増大等が必要である。これらの条件を過度に増大させることは、パウダーの発生を引き起こし、膜質が低下するために、反応処理速度の向上と膜質の維持を両立させることは困難である。そこで、本発明にあっては、高周波印加電極に印加される高周波電力を周期的にオン・オフさせて間欠的なパルス状として、プラズマの励起強度を時間的に変化させることにより、パウダーの発生を抑制すると共に、それでもなお発生するパウダーに対しては、反応容器内に設置した集塵器に接地電位に対して正の電位を印加することにより、パウダーをプラズマ生成領域から取り除いて、被処理部材（被処理基板）へのパウダーの影響を低減する。発生したパウダーはプラズマ中で電子の付着により負に帯電するため、集塵器に印加した正の電圧によりパウダーを引き付けてプラズマ生成領域から取り除き、排出することができる。高周波印加電極に印加される高周波電力が周期的にオン・オフを行った変調高周波ではない場合には、集塵器に正の電位を印加してパウダーの除去を試みても、プロセス中に発生するパウダーを抑制する効果は得られない上に、プラズマ中に捕らえられているパウダーを効率良くプラズマ生成領域から取り除くことは困難であり、プラズマ処理中に被処理基板上に付着するパウダーを低減する効果は乏しい。従って、本発明のように、高周波印加電極に印加する高周波電力を周期的にオン・オフを行った間欠的なパルス状としてプラズマの励起強度を時間的に変化させるプラズマ処理装置に対して、正の電位を印加した集塵器を用いることにより、被処理基板上へのパウダーの付着を著しく低減することが可能となる。よって、従来ではパウダーが多量に発生してパウダーによる膜質低下が見られるような高速処理条件下でも、パウダーによる膜質の低下の無い高品質の膜を得ることが可能である。
【００２５】
集塵器には、接地電位に対して正の電位を印加するが、常時大きな正の電位を印加していると、負に帯電したパウダーだけではなく、プラズマ中の電子を引き付けてプラズマ密度の減少を引き起こし、反応処理速度の低下を招くおそれがある。このため、集塵器に印加する正の電位は、時間的に変化させることが好ましい。
【００２６】
本発明にあっては、高周波印加電極に印加するプラズマ励起用の高周波電力を、周期的にオン・オフを行った間欠的なパルス状としており、原料ガスの分解反応を瞬時に発生させて本来必要とするラジカルを多量に生成して主として成膜またはエッチング等の処理を行う期間と、プラズマ励起強度を弱くして原料ガスの分解反応に加えて２次的な重合反応が生じるのを抑制する期間とを有している。集塵器によるパウダーの除去は、主として後者の期間に行うことが好ましい。そこで、集塵器に印加される電位の時間的な変化を、高周波印加電極に印加される電力の時間的な変化に同期させて、プラズマの励起強度が弱い期間には、集塵器による正の電位を大きくして集塵器によるパウダーの除去を行い、プラズマの励起強度が強い期間には、集塵器による正の電位を小さくして集塵器に印加される電位によるプラズマへの影響を与えることなく大きな処理速度で成膜またはエッチング等の処理を行うと共に、プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除くことが可能となる。
【００２７】
プラズマ中のパウダーは、熱泳動力の影響を受けて、反応容器内において高温部から低温部に押される。従って、集塵器の温度を、高周波印加電極や被処理部材の支持体の温度よりも低くすることにより、プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除くことが可能となる。
【００２８】
高周波印加電極に印加される電力を、周波数が１３．５６ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周波電力とすることにより、従来から用いられている容量結合型のプラズマ処理装置に本発明を比較的容易に適用することが可能である。また、この範囲のプラズマ励起周波数において、より高い周波数を用いることにより、プラズマ中の電子密度が増大して、プラズマポテンシャルを低く抑えることができ、被処理部材へのイオン種によるダメージを低減して、高速処理条件下での膜の高品質化を図ることが可能となる。
【００２９】
プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除くためには、集塵器が、高周波電極と被処理部材の支持体の間のプラズマ生成領域を囲うように配置されているのが好ましい。集塵器がプラズマ生成領域から遠い場合には、パウダーの除去効果が低減するからである。しかしながら、反応容器に被処理部材を支持体に対して水平にローディングまたはアンローディングする必要がある処理装置では、上述のように集塵器を配置するのは困難である。そこで、このような場合には、集塵器を反応容器内の被処理部材近傍に設けた排気口部に配置することができる。これにより、パウダーの除去効果は若干低下するものの、反応容器への被処理部材のローディングまたはアンローディングに支障をきたすこと無く、プラズマ生成領域からパウダーを取り除いて反応容器から効率良く排出することが可能となる。
【００３０】
集塵器の集塵口をメッシュ状に形成するか、またはパンチングされた金属板を用いることにより、プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除いて、余剰な未反応ガスや成膜に寄与しない反応ガスと共に、反応容器内から排出することが可能となる。
【００３１】
本発明は、膜の堆積において、高速成膜を可能とする条件下で膜中へのパウダーの取り込みを抑制して、膜の高品質を図るだけではなく、エッチングにおいても、パウダーの付着による局所的な加工不良を低減することが可能であり、いずれの処理においても歩留り、信頼性および量産性を向上させて、高性能な半導体装置を作製することが可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態では、容量結合型のプラズマＣＶＤ装置を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれにより何等限定されるものではなく、誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置および容量結合型のエッチング装置、誘導結合型のエッチング装置等のプラズマ処理装置においても、同様の効果を得ることが可能である。
【００３３】
（実施形態１）
図１は本実施形態のプラズマ処理装置の構成を説明するための模式図である。この装置は、容量結合型のプラズマＣＶＤ装置であり、反応容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設けられている。このカソード電極２は、整合回路５を介して高周波電源３および変調用電源４と接続され、カソード電極２と被処理部材１４の支持体であるアノード電極６との間の領域においてプラズマ７を生成させるように構成されている。このカソード電極２およびアノード電極６にはヒーター１２が設けられ、独立して温度制御が可能となっている。また、被処理部材１４の近傍には排気口１５が設けられている。
【００３４】
さらに、プラズマ７の生成領域を囲むように、集塵口をメッシュ状に形成した集塵器８が絶縁体９上に形成され、集塵器用電源１０と接続されている。集塵器用電源１０と変調用電源４との間には、集塵器用電源１０から出力される電力をカソード電極２に印加される電力の時間的な変化に同期させるための制御装置１１が配置されている。
【００３５】
本実施形態では、このプラズマ処理装置のアノード電極６上に被処理部材１４としてガラス基板を設置して、原料ガスとしてモノシランと水素を用いて、下記の成膜条件でアモルファスシリコン薄膜を成膜した。
【００３６】
被処理部材：ガラス基板（３０ｃｍ角）
高周波電力：１３．５６ＭＨｚ  ２０００Ｗ
変調高周波：オン時間＝５０μｓｅｃ．  オフ時間＝５０μｓｅｃ．
原料ガス：ＳｉＨ4（４０％）／Ｈ2（６０）％  １０００ＳＣＣＭ
成膜圧力：５００Ｐａ
基板温度：２５０℃
成膜後の基板に対して、面板検査器を用いて基板上のパウダーのうち、大きさが１μｍ以上のもののパーティクル数をカウントした。集塵器に正の電位を連続的に印加した場合には、６．８オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は３０個／基板であった。
【００３７】
これに対して、集塵器に正の電位を印加せずにカソード電極に変調高周波を印加して成膜を行った場合、７．２オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度が得られたものの、その基板上のパーティクル数は２３０個／基板であった。また、集塵器に正の電位を印加してカソード電極に変調の無い高周波を印加して成膜を行った場合、６．４オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度で、その基板上のパーティクル数は７２０個／基板であった。さらに、集塵器に正の電位を印加せずにカソード電極に変調の無い高周波を印加して成膜を行った場合、７．０オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度で、その基板上のパーティクル数は１１５０個／基板であった。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、速い成膜速度にも関わらず、被処理基板上へのパウダー付着を著しく抑制することが可能である。従って、被処理基板上へのパウダー付着を抑制して、薄膜太陽電池等の半導体装置に使用可能な高品質の膜を高速に成膜することが可能となる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１と同じプラズマ処理装置および成膜条件を用いて、図２に示すように変化させた正の電位を集塵器８に印加して成膜を行った。
【００４０】
集塵器用電源１０と変調用電源４との間の制御装置１１によって、集塵器用電源１０から出力される電力をカソード電極２に印加される変調高周波電力の時間的な変化に同期させた。また、カソード電極２に電力が印加される時間には集塵器８への印加電圧を小さくし、カソード電極２に電力が印加されない時間には集塵器８への印加電圧が大きくなるように制御した。本実施形態では、集塵器８に印加する小さい電圧を５Ｖ、大きい電圧を５０Ｖとした。なお、この集塵器に印加する電圧は、装置構造、被処理部材の種類、ガス種、高周波電力の大きさや周波数等で適切な値が設定され、本実施形態に用いた値に限定されるものではない。
【００４１】
本実施形態では、７．５オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は３０個／基板であった。このように、本実施形態によれば、成膜速度を低下させることなく、パウダーの基板への付着を抑制して、基板上のパーティクル数を低減することが可能である。
【００４２】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１と同じプラズマ処理装置を用いて、高周波電力の周波数を２００ＭＨｚとした以外は実施形態１と同じ成膜条件を用いて成膜を行った。
【００４３】
集塵器８に印加する正の電位は実施形態２と同様に、集塵器用電源１０と変調用電源４との間の制御装置１１によって、集塵器用電源１０から出力される電力をカソード電極２に印加される変調高周波電力の時間的な変化に同期させた。また、カソード電極２に電力が印加される時間には集塵器８への印加電圧を小さくし、カソード電極２に電力が印加されない時間には集塵器８への印加電圧が大きくなるように制御した。本実施形態では、集塵器８に印加する小さい電圧を０Ｖ、大きい電圧を５０Ｖとした。なお、この集塵器に印加する電圧は、装置構造、被処理部材の種類、ガス種、高周波電力の大きさや周波数等で適切な値が設定され、本実施形態に用いた値に限定されるものではない。
【００４４】
本実施形態では、１２．７オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は４０個／基板であった。このように、本実施形態によれば、より高いプラズマ励起周波数を用いることによりプラズマ中の電子密度を増大させることができるので、より高速処理条件下で、パウダーの基板への付着を抑制して、基板上のパーティクル数を低減することが可能である。
【００４５】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１のプラズマ処理処理装置において、集塵器８の代わりに図３に示すような集塵器８０を用いて成膜を行い、集塵器の温度と基板上のパーティクル数との相関を調べた。本実施形態での成膜条件および集塵器への電位印加条件は、実施形態２と同様にした。
【００４６】
図３に示す集塵器８０は、カソード電極２とアノード電極６間に生成されるプラズマ（図示せず）の側面を囲むように形成された円筒状のステンレス板で、パンチングされた多数の穿孔を有したものである。その裏側（プラズマと向かい合わない面）には絶縁体でコーティングされたヒーター線８１を有し、加熱ができるようになっている。集塵器８０の温度は、熱電対８２により観測を行った。
【００４７】
図４に、カソード電極２およびアノード電極６の温度を２５０℃に固定して、集塵器８０の温度を変化させたときの基板上のパーティクル数の変化を示す。この図４から分かるように、集塵器８０の温度がカソード電極２およびアノード電極６よりも低いときの方が、基板上のパーティクル数が少ない。従って、集塵器の温度をカソード電極およびアノード電極の温度よりも低くすることで、プラズマ生成領域からパウダーを効果的に取り除くことが可能となることが分かった。
【００４８】
（実施形態５）
図５は本実施形態のプラズマ処理装置の構成を説明するための模式図である。この装置は、容量結合型のプラズマＣＶＤ装置であり、反応容器１内に高周波印加電極であるカソード電極２が設けられている。このカソード電極２は、整合回路５を介して高周波電源３および変調用電源４と接続され、カソード電極２と被処理部材１４の支持体であるアノード電極６との間の領域においてプラズマ７を生成させるように構成されている。このカソード電極２およびアノード電極６にはヒーター１２が設けられ、独立して温度制御が可能となっている。
【００４９】
本実施形態のプラズマ処理装置において、反応容器１には被処理部材１４の近傍に排気口１５が設けられている。その排気口１５部に絶縁体９０を介して集塵器８５が形成され、集塵器用電源１０と接続されている。集塵器用電源１０と変調用電源４との間には、集塵器用電源１０から出力される電力をカソード電極２に印加される電力の時間的な変化に同期させるための制御装置１１が配置されている。
【００５０】
本実施形態では、このプラズマ処理装置のアノード電極６上に被処理部材１４としてガラス基板を設置し、成膜条件は実施形態１と同様にして、実施形態２と同様に集塵器８５に印加する正の電位を制御装置１１によってカソード電極２に電力が印加される時間は印加電圧を小さくなるように、カソード電極２に電力が印加されない時間は集塵器への印加電圧が大きくなるように制御した。
【００５１】
本実施形態では、７．４オングストローム／ｓｅｃ．の成膜速度でガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜が成膜され、その基板上のパーティクル数は４０個／基板であった。このように、本実施形態によれば、反応容器内の被処理基板近傍に配置された排気口部に集塵器を配置することにより、パウダーの除去効果は若干低下するものの、反応容器への基板のローディングまたはアンローディングに支障をきたすことなく、プラズマ生成領域からパウダーを取り除くことが可能となる。
【００５２】
上記実施形態１〜実施形態５においては、原料ガスとしてモノシランと水素を用いて容量結合型プラズマＣＶＤ装置によりアモルファスシリコン薄膜を成膜する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、微結晶シリコン薄膜等の非単結晶シリコン薄膜や、窒化膜、酸化膜等の成膜においてもパウダーの発生を低減することができる。また、誘導結合型のプラズマＣＶＤ装置および容量結合型のエッチング装置や誘導結合型のエッチング装置等のプラズマ処理装置においても、同様に、パウダーの影響を低減することが可能であり、生産能力の向上と歩留向上に寄与することは言うまでもない。
【００５３】
（実施形態６）
本実施形態では、実施形態１のプラズマ処理装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を成膜し、薄膜太陽電池に適用した。アモルファスシリコン薄膜は、３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板１４をアノード電極６にセットして成膜を行った。
【００５４】
図６は、本実施形態において作製した薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。基板１０１としては厚さ１ｍｍ程度のガラス基板を用い、この上に透明電極１０２としてＺｎＯを約１μｍの膜厚で形成した。この透明電極１０２上に上記プラズマＣＶＤ装置を用いて、ボロンをドーピングしたｐ型のアモルファスシリコン薄膜１０３を約３００オングストロームの膜厚で成膜し、その上にノンドープのｉ型アモルファスシリコン薄膜１０４を約３０００オングストロームの膜厚で成膜し、その上にリンをドーピングしたｎ型のアモルファスシリコン薄膜１０５を約３００オングストロームの膜厚で成膜した。その上に、裏面電極１０６としてＡｇを約３０００オングストロームの膜厚で形成した。裏面電極１０６は、光電変換層を透過した光を反射させて発電効率を改善させる役割をも担っている。透明電極１０２および裏面電極１０６は、各々スパッタリング法を用いて成膜を行った。
【００５５】
以下に、容量結合型プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜したｐ型、ｉ型、ｎ型の各アモルファスシリコン薄膜の成膜条件の一例を示す。なお、ｐ型およびｎ型のアモルファスシリコン薄膜は膜厚が薄いため、低電圧、低圧力でパウダーの出ない遅い成膜速度で成膜を行った。
【００５６】
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本実施形態では、３００ｍｍ×３００ｍｍのガラス基板１枚に１個当たり２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの単位セルを１０個×１０個作製し、その光電変換効率の分布を測定した。
【００５７】
図７は、１００個の単位セルの光電変換効率の平均値を１として、そのばらつきを示す図である。また、図９は、図８の集塵器を有さない従来の容量結合型プラズマＣＶＤ装置を用いて同様の成膜条件で作製した薄膜太陽電池における光電変換効率のばらつきを示す図である。これらの図から、本実施形態の容量結合型プラズマＣＶＤ装置を用いて作製した薄膜太陽電池の光電変換効率のばらつきは小さく、歩留り向上を図ることができることが分かる。
【００５８】
本実施形態では、プラズマＣＶＤ装置を用いてアモルファスシリコン薄膜を成膜し、薄膜太陽電池を作製したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、薄膜トランジスタ等の非晶質シリコン薄膜の成膜およびエッチング等においても、本発明によれば、膜堆積においては高速成膜を可能とする条件下で膜中へのパウダーの取り込みを抑制して膜の高品質化を測り、エッチングにおいてもパウダーの付着による局所的な加工不良を低減することが可能であり、いずれの処理においても歩留り、信頼性および量産性を向上させ得ることは言うまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、高周波印加電極に印加される高周波電力を周期的にオン・オフを行った間欠的なパルス状とし、プラズマの励起強度を時間的に変化させてパウダーの発生を抑制すると共に、それでもなお発生するパウダーに対しては、反応容器内に設置した集塵器に接地電位に対して正の電位を印加することによりプラズマ励起強度が弱い期間にプラズマ生成領域から効率良く取り除くことができる。よって、プラズマ処理中の被処理部材へのパウダーの影響を著しく低減して、従来であればパウダーの発生により膜質低下を引き起こしていたような高速成膜条件下でも、膜質低下を引き起こすことなく、高品質の膜を高速に成膜することが可能となる。また、エッチングにおいては、パウダーの付着による局所的な加工不良を低減することが可能となる。従って、本発明によれば、半導体装置製造プロセスにおける成膜工程およびエッチング工程等のプラズマ処理工程において、歩留り、信頼性および量産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１〜実施形態３のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明するための模式図である。
【図２】実施形態２〜実施形態６において、カソード電極に印加された変調高周波電力と集塵器に印加される正の電位の時間に対する出力を説明するための図である。
【図３】実施形態４のプラズマＣＶＤ装置における集塵器の構成を説明するための模式図である。
【図４】実施形態４における集塵器の温度と基板上のパーティクル数との相関を示す図である。
【図５】実施形態５のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明するための模式図である。
【図６】実施形態６のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池の概略構成を説明するための断面図である。
【図７】実施形態６のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池について、光電変換効率の面内ばらつきを示す図である。
【図８】従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を説明するための模式図である。
【図９】従来のプラズマＣＶＤ装置を用いて成膜した非晶質シリコン薄膜を用いた薄膜太陽電池について、光電変換効率の面内ばらつきを示す図である。
【符号の説明】
１  反応容器
２  高周波印加電極（カソード電極）
３  高周波電源
４  変調用電源
５  整合器
６  被処理部材の支持体（アノード電極）
７  プラズマ
８  集塵器（メッシュ状）
９、９０  絶縁体
１０  集塵器用電源
１１  制御装置
１２  カソードヒーター
１３  アノードヒーター
１４  被処理部材（ガラス基板）
１５  排気口
８０  集塵器（パンチングした金属板）
８１  集塵器ヒーター
８２  熱電対
８５  排気口部に設けた集塵器
１０１  基板
１０２  透明電極
１０３  ｐ型非晶質シリコン薄膜
１０４  ｉ型非晶質シリコン薄膜
１０５  ｎ型非晶質シリコン薄膜
１０６  裏面電極
【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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【図９】
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