JPH10140359A - プラズマ化学蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 太陽電池、薄膜半導体、光センサ等の薄膜を
製造するプラズマ化学蒸着装置に関し、放電用電極の付
着物を洗浄する。 【解決手段】 反応容器１内には放電用電極２と基板９
をのせた基板加熱用ヒータ３が平行に配置され、電極２
には高周波電源４からインピーダンス整合器を介して高
周波電力が供給される。ガス導入管６から反応ガスが供
給され、ヒータ３と電極２間にグロー放電プラズマが発
生し、反応ガスを分解し、基板９表面に薄膜を形成す
る。この時電極２にも薄膜が付着し、膜が電極から剥離
して基板の成膜に支障となるが、支持板１１に支持され
た円柱１２にスクリーン１３を巻上、下可能として取付
け、洗浄時にはこれを下げ、水素ガスを供給し、電圧を
印加してグロー放電プラズマにより電極２に堆積した付
着物を剥離し、洗浄することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はアモルファスシリコ
ン太陽電池、薄膜半導体、光センサ、半導体保護膜など
の各種電子デバイスに使用される薄膜の製造に適したプ
ラズマ化学蒸着装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のプラズマ化学蒸着装置の構
成を示す断面図である。図において、反応容器１内には
放電用電極２と基板９をのせた基板加熱用ヒータ３とが
平行に配置されている。放電用電極２には高周波電源４
からインピーダンス整合器５を介して例えば１３．５６
MH_z の高周波電力が供給される。基板加熱用ヒータ３は
反応容器１とともに接地され、接地電極となっている。
したがって放電用電極２と基板加熱用ヒータ３との間で
グロー放電プラズマが発生する。

【０００３】反応容器１内には図示しないボンベからガ
ス導入管６を介して、例えばモノシランと水素との混合
ガスが供給される。供給された反応ガスは、放電用電極
２により発生したグロー放電プラズマにより分解され、
基板加熱用ヒータ３上に保持され、所定の温度に加熱さ
れた基板９上に分解した粒子が堆積する。また、反応容
器１内のガスは排気管７を介して真空ポンプ８により排
出される。

【０００４】上記装置を用い、以下のようにして薄膜を
製造する。まず、真空ポンプ８を駆動して反応容器１内
を排気する。次に、ガス導入管６を介して、例えばモノ
シランと水素の混合ガスを供給して、反応容器１内の圧
力を０．０５〜０．５Torrに保ち、高周波電源４から放
電用電極２に高周波電力を印加すると、電極２と基板加
熱用ヒータ３との間にグロー放電プラズマが発生する。

【０００５】反応ガスは放電用電極２と基板加熱用ヒー
タ３との間に生じるグロー放電プラズマによって分解さ
れる。この結果、ＳｉＨ₃ 、ＳｉＨ₂ などのＳｉを含む
ラジカルが発生し、このラジカルが基板９表面に付着し
て、ａ−Ｓｉ薄膜が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来のプラズ
マ化学蒸着装置には次のような課題があった。

【０００７】 成膜を続ける程、基板９上にはａ−Ｓ
ｉ薄膜が堆積するが、同時に放電用電極２にもａ−Ｓｉ
薄膜が堆積する。成膜の進行とともに同電極９上のａ−
Ｓｉ薄膜の厚さは次第に増し、例えば数１，０００Åの
成膜を１０回行うと数μｍのａ−Ｓｉ膜が出来、さらに
成膜を行うと、電極の熱変形によりその膜が剥離して基
板９に付着し、ａ−Ｓｉ薄膜の膜質の低下が起こる。

【０００８】 膜質の低下を避けるためには、放電電
極２にある程度ａ−Ｓｉ膜が堆積したとき（例えば、累
積膜厚数μｍに達した時点）には放電電極２を膜の付着
していないものに交替する必要があった。したがって頻
繁に反応容器１を開放して放電用電極２の交換をするこ
とが必要であり、実用上の制約があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決するために、次の（１），（２）の手段を提供する。

【００１０】（１）反応ガスの導入、排出手段を有する
反応容器と、同反応容器内に設けられた放電用電極と、
同放電用電極に所定の間隔をもって平行に配置されると
共に同電極と対向する表面に基板を取付けて加熱するた
めの加熱用ヒータと、前記放電用電極につながれた電源
とを有するプラズマ化学蒸着装置において；前記放電用
電極と前記基板との間に平行にスクリーンを配設、退避
可能とする手段を備えてなり；前記スクリーンと放電用
電極との間に水素ガスを導入することを特徴とするプラ
ズマ化学蒸着装置。

【００１１】（２）上記（１）において、前記スクリー
ンを配設、退避可能とする手段は、反応容器内上部より
スクリーンを巻上げ、巻下げする回転駆動装置と、同ス
クリーンの下端に固定した重りとよりなることを特徴と
するプラズマ化学蒸着装置。

【００１２】本発明は上記の手段により、その（１）に
おいては、放電用電極と基板の間にはスクリーンを配設
可能としているので、放電用電極の洗浄時にはスクリー
ンを配置し、洗浄用の電極として作用させることができ
る。設置されたスクリーンは放電用電極とスクリーンの
間に水素プラズマを発生させるための電極（接地極）の
役割をすると同時に、放電用電極から剥離する膜が基板
に付着するのを防ぐ作用がある。即ち、洗浄ガスとして
水素ガスのみを用いてプラズマを発生させると、プラズ
マの作用（電子衝突等）により放電用電極に堆積した膜
を剥離させ、洗浄する作用がある。

【００１３】上記のように、本発明の（１）において
は、基板に薄膜を形成する場合には、基板と電極間には
スクリーンを退避させて配設せず、従来と同じように反
応ガスを供給し、放電用電極に電源より電力を供給して
基板加熱用ヒータと放電用電極との間にグロー放電プラ
ズマを発生させ、プラズマにより反応ガスを分解し、基
板上に薄膜を堆積させる。このときには放電用電極の表
面にも薄膜が堆積するが、この電極に堆積した薄膜を洗
浄する際には、スクリーンを配設し、上記に説明したよ
うに放電用電極を洗浄するものである。

【００１４】（２）においては、スクリーンの配設、退
避の手段として回転駆動装置とスクリーン下端の重りを
設けたので、回転駆動手段としては、例えば、反応容器
内の上部に回転可能な円柱を設けておき、この円柱をモ
ーターで回転してスクリーンを円柱に巻きつけて上下動
させるようにする。従って、成膜時はスクリーンを巻き
上げて基板〜放電用電極間から外れた位置に退避させ、
従来の成膜状態を阻害しないようにすることができ、電
極洗浄時には巻き下げてスクリーンの端部についた重り
の作用により、スクリーンを伸ばし、たわみをなくし、
放電用電極とスクリーンの間隔を均一にし、電界強度均
一化によるプラズマの均一化（洗浄時のみ）の作用があ
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係るプラズマ化学蒸着装置の断面図であ
る。図１において符号１乃至９は従来例のものと同じで
あり、そのまま引用し、詳しい説明は省略するが、本発
明の特徴部分は符号１１乃至１５に示す部分であり、以
下にこれらの特徴を詳しく説明する。

【００１６】図１において、反応容器１の内にはスクリ
ーン１３が基板加熱用ヒータ３に対向して、放電用電極
２との間に配置される。スクリーン１３は、例えば厚さ
０．０１〜０．１mm程度のステンレス薄板であり、圧力
容器内１の上部に支持板１１で両端を軸支し、回転自在
に支持された円柱１２に一方の端部が固定され、他方
（下端）には棒状の重り１４が取り付けられている。

【００１７】図２はスクリーンの正面図で、図に示すよ
うに同柱１２には固定軸１５が連結されており、固定軸
１５に連結したモーター１６を駆動することにより円筒
１２を回転させ、スクリーン１３を降ろしたり巻上げた
りする。なお、このスクリーン１３は電気的に接地され
る必要があり、円柱１２、支持板１１を介して反応容器
１に接続し、接地されるようにする。

【００１８】上記の構成において、放電用電極２には高
周波電源４から、例えば周波数１３．５６MH_z の高周波
電力がインピーダンス整合器５を介して供給される。図
示しないボンベから、ガス導入管６を介して、例えばモ
ノシランと水素の混合ガスが放電用電極２の裏側から導
入される。

【００１９】導入された反応ガスは放電用電極２を通過
して放電用電極２と基板加熱用ヒータ３との間へ供給さ
れる。反応容器１内のガスは排気管７を介して真空ポン
プ８により排出される。基板９は基板加熱用ヒータ３に
保持され、所定の温度に保たれる。

【００２０】スクリーン１３は図２に実線で示すよう
に、成膜時は円柱１２に巻きつけられて、放電用電極２
よりも上の位置に巻上げて保持し、使用しない。成膜終
了後放電用電極２の洗浄を行う場合のみ、図２に点線で
示す位置までスクリーンを降ろし、スクリーンを接地電
極として作用させる。放電用電極２に高周波電源４及び
インピーダンス整合器５を介して高周波電力を印加し
て、ガス導入管６から洗浄ガスとして水素ガスを導入す
ると、スクリーン１３と放電用電極２の間には水素プラ
ズマが発生し、プラズマの電子衝突等の作用により放電
用電極２に堆積したａ−Ｓｉ等の膜が剥離され、電極２
を洗浄することができる。

【００２１】上記に説明のプラズマ化学蒸着装置を用い
て、以下のようにして薄膜を製造する。まず、真空ポン
プ８を駆動して反応容器１内を排気する。次に、基板加
熱用ヒータ３を作動させて基板温度を一定の温度に保
つ。同時にモーター１６を駆動させて円柱１２を回転
し、スクリーン１３を巻き上げ、基板加熱用ヒータ３と
放電用電極２の間に入らない位置に固定しておく。

【００２２】そして、反応ガス、例えばモノシランと水
素の混合ガスを５０〜１００cc/min程度の流量で、ガス
導入管６を介して供給し、反応容器１内の圧力を０．０
５〜０．５Torr程度に保ち、高周波電源４からインピー
ダンス整合器５を介して放電用電極２と基板加熱用ヒー
タ３との間にグロー放電プラズマが発生する。この結
果、反応ガスが分解して、基板９上にａ−Ｓｉ薄膜が堆
積する。このとき放電用電極２の表面にもａ−Ｓｉ薄膜
が堆積する。

【００２３】次に、反応容器１内を排気して真空状態に
した後、反応容器１を開放して、基板９を取り出し、例
えば新しい基板を取り付ける。そして、反応容器１内を
真空排気し、洗浄ガス、例えば水素ガスを５０〜１００
cc/min程度の流量で、ガス導入管６を介して供給し、反
応容器１内の圧力を０．０５〜０．５Torr程度に保ち、
モーター１６を駆動して駆動軸１５を介して円柱１２を
回転させ、スクリーン１３を放電用電極２と基板９の間
に降ろす。このときスクリーン１３は基板９側からみて
放電用電極２を完全に覆い隠すかたちとなる。

【００２４】ここで、高周波電源４からインピーダンス
整合器５を介して放電用電極２に高周波電圧を印加する
と、スクリーン１３は接地電極となるため放電用電極２
とスクリーン１３との間にグロー放電プラズマが発生す
る。この結果、水素プラズマが発生して、放電用電極２
上に堆積した膜が剥離され、電極２は洗浄される。

【００２５】電極２の洗浄が終わると、モーター１６を
再び駆動し、円柱１２を逆回転してスクリーン１３を巻
き上げて、次の成膜を行うことができる。したがって、
反応容器１内に放電用電極２を取りつけたまま、電極２
の洗浄ができるので、電極２に堆積した膜の剥離による
基板９上の薄膜への異物付着を抑制し、膜質低下の少な
い高品質な成膜が可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、プラズマ化学蒸着装置において、基板加熱用ヒータ
に取付けた基板と放電用電極との間にスクリーンを平行
に配設し、退避可能とする構成とし、又、このスクリー
ンの配設、退避させる手段としてスクリーンを上下動す
る回転駆動装置とスクリーン下端に固定した重りとを備
えた構成も提供するので、次のような効果を奏する。

【００２７】（１）電極と基板との間にスクリーンを配
設可能することにより放電用電極の洗浄を行うことで高
品質な成膜が可能となる。

【００２８】（２）電極を反応容器内に設置したまま洗
浄するので、電極配置が変わることが無く、再現性も良
い。加えて、連続成膜を行っても膜質の低下が少ないの
で、量産にも対応可能である。

【００２９】（３）従って、上記の効果により、大面
積、かつ高品質の成膜装置として、ａ−Ｓｉ太陽電池、
ＴＦＴ液晶ディスプレイ、ａ−Ｓｉ感光体等の製造分野
での工業的価値が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置の断面図である。

【図２】本発明の実施の一形態に係るプラズマ化学蒸着
装置におけるスクリーンの正面図である。

【図３】従来のプラズマ化学蒸着装置の断面図である。

【符号の説明】

１ 反応容器 ２ 放電用電極 ３ ヒータ ４ 高周波電源 ５ インピーダンス整合器 ６ ガス導入管 ７ 排気管 ８ 真空ポンプ ９ 基板 １１ 支持板 １２ 円柱 １３ スクリーン １４ 重り １５ 駆動軸 １６ モーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応ガスの導入、排出手段を有する反応
   容器と、同反応容器内に設けられた放電用電極と、同放
   電用電極に所定の間隔をもって平行に配置されると共に
   同電極と対向する表面に基板を取付けて加熱するための
   加熱用ヒータと、前記放電用電極につながれた電源とを
   有するプラズマ化学蒸着装置において；前記放電用電極
   と前記基板との間に平行にスクリーンを配設、退避可能
   とする手段を備えてなり；前記スクリーンと放電用電極
   との間に水素ガスを導入することを特徴とするプラズマ
   化学蒸着装置。
2. 【請求項２】 前記スクリーンを配設、退避可能とする
   手段は、反応容器内上部よりスクリーンを巻上げ、巻下
   げする回転駆動装置と、同スクリーンの下端に固定した
   重りとよりなることを特徴とする請求項１記載のプラズ
   マ化学蒸着装置。