プラズマＣＶＤ装置
【課題】絶縁膜の堆積による不都合、特に膜厚の不均一、異常放電の発生を簡単な構成で解消する。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、ガス供給機構７およびガス排気機構９に連結した真空チャンバ３内に平行平板電極５を備え、この平行平板電極５は、マッチングボックスＭＢを介して交流電源ＰＳに接続された高周波電極５Ａと接地された対向電極５Ｂから構成される。製品の成膜処理により平行平板電極５の表面に堆積した絶縁物１１を導電膜１５で覆って導電化するメンテナンスを行う。これは、基板ホルダ（対向電極）５Ｂ上に基板が無い状態で導電膜、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜を成膜することにより行う。その後、基板の成膜処理を行うことで、均一な膜厚の絶縁膜が得られる。
【解決手段】プラズマＣＶＤ装置１は、ガス供給機構７およびガス排気機構９に連結した真空チャンバ３内に平行平板電極５を備え、この平行平板電極５は、マッチングボックスＭＢを介して交流電源ＰＳに接続された高周波電極５Ａと接地された対向電極５Ｂから構成される。製品の成膜処理により平行平板電極５の表面に堆積した絶縁物１１を導電膜１５で覆って導電化するメンテナンスを行う。これは、基板ホルダ（対向電極）５Ｂ上に基板が無い状態で導電膜、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜を成膜することにより行う。その後、基板の成膜処理を行うことで、均一な膜厚の絶縁膜が得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ成膜方法およびプラズマＣＶＤ装置に関する。特に本発明は、プラズマＣＶＤ成膜方法における、異常放電を抑制する方法および膜厚均一化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な容量結合型のプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、放電のための平行平板電極と、放電用ガス供給機構と、ガス排気機構と、数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの交流電源と、マッチングボックスとより構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
プラズマ放電負荷を発生させるための平行平板電極と交流電源との間に挿入されたマッチングボックス（特許文献１の図２，段落［０００２］参照）は、交流電源側の出力インピーダンスと、マッチングボックスの入力インピーダンスが複素共役の関係を維持するよう、可変インダクタおよび可変キャパシタを有している。マッチングボックスは、ガス流量・圧力・チャンバ３の汚れ等に起因して動的に変動するプラズマ放電負荷に対応して、可変キャパシタおよび可変インダクタを調整することによりインピーダンスマッチングを行う。そのことにより、平行平板電極５のプラズマ放電電極側からの反射電力をなくして一定の電力をプラズマ放電負荷に供給し、それによって、安定したプラズマ放電を可能としている。
【０００４】
対向電極は基板ホルダを兼ねており、この基板ホルダ上に基板を載置し、ガス供給機構から反応ガスを供給し、ガス排気機構により真空チャンバ内の圧力を所定圧に保ち、平行平板電極に交流電源から交流電力を供給してプラズマ放電を起こし、反応ガスに生成したプラズマを作用させ、反応性生物を基板表面に絶縁膜を成膜する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２７８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来から知られている容量結合型のプラズマＣＶＤ装置では、成膜処理の時間・回数が経過するのに伴ってプラズマ放電電極上および対向電極（少なくともその露出面、すなわち基板が載置されない表面部分）上に絶縁物が逐次堆積していく。その結果、薄膜の膜厚が不均一になったり、異常放電を起したりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者等は上述した現象を鋭意研究し、以下のような所見を得た。
電極表面の絶縁物の堆積量は、ガス密度や電極形状の影響を受けて電極の場所によって異なり、堆積量が多い点は高インピーダンスとなり、堆積量が少ない点は低インピーダンスとなる。そのため、低インピーダンス領域は電流が流れやすくなり、高インピーダンス領域に比べてプラズマ密度が高くなり、成膜レートが高くなる。その結果、成膜レートが平行平板電極の場所によって異なる。
【０００８】
図１０は絶縁物の堆積による成膜レートの分布の悪化を説明する概念図であり、マッチングボックス、交流電源、ガス供給機構およびガス排気機構は省略し、反応室内の対向電極上に基板が存在しない状態での平行平板電極の表面に堆積した絶縁物の状態を示す。
【０００９】
図１０に示すように、平行平板電極１０５の両端側から中央部に向かって堆積絶縁物１１１の厚さが徐々に増加しており、これにともなってプラズマ密度Ｄが中央部で低く、両端部に向かって高くなっている。このため中央部では成膜レートが低くなり、一方両端部では成膜レートが高くなり、均一な成膜レートが得られない。その結果、製品の薄膜の膜厚が不均一になってしまう。
【００１０】
また、例えばプラズマＣＶＤを利用して半導体素子のパッシベーション膜を形成する成膜装置、特に結晶系シリコンの太陽電池の反射防止膜を形成する装置の場合などのように、反応チャンバにおいて一度に多数の基板を基板ホルダ上に配置して絶縁膜の成膜を繰り返すと、基板ホルダの基板で覆われない部分には絶縁物が堆積して行く。
【００１１】
図１１はこの状態を模式的に示す。図１１に示すように、基板ホルダ１０５Ｂ上に配置された複数の基板Ｓ同士の間に、すなわち基板Ｓに覆われない基板ホルダ表面には、成膜を繰り返すと絶縁物１１１が堆積し、凹凸のある基板ホルダ表面となる。
【００１２】
また、過剰な電流が流れた場合に局所的な高密度放電を引き起こす。図１２は異常放電ＡＤを説明する概念図であり、マッチングボックス、交流電源、ガス供給機構およびガス排気機構は省略し、反応室内の対向電極上に基板が存在しない状態での平行平板電極の表面に堆積した絶縁物の状態を示す。
【００１３】
図１２に示すように、平行平板電極１０５に絶縁物が一様に堆積した場合に、電極端部の電界の強い部分である高周波電極１０５Ａの端部１０５Ｃとアースシールド１１３との間で局所的なアーク放電を引き起こすことがある。また、絶縁物１１１はキャパシタとなり絶縁物の表面には電荷が貯まるため、貯まった電荷が放電によって一気に放出された場合に、局所的なアーク放電を引き起こす。このような局所的な高密度放電やアーク放電のような異常放電ＡＤは、図示しない基板（に形成する薄膜の膜厚分布を著しく劣化させる。特に絶縁物のコーナー部１１１Ａにおいてこの現象は著しい。また、異常放電ＡＤは高周波電極１０５Ａやアースシールド１１３に付着した絶縁膜を剥離させ、パーティクルの発生源となる。
【００１４】
以上の所見に基づいて本発明者等は、以下の請求項１〜９の発明を創案した。
（１）請求項１の発明は、電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で前記基板の表面に薄膜を形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜形成工程とを有することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記薄膜形成手段による一定量の薄膜を前記基板の表面に形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜生成手段とを備えたことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記基板の表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記基板の表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、基板が無い状態で、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成工程とを有することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記基板表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、前記基板が無い状態で、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成手段とを備えたことを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板に絶縁性薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置を用いる絶縁性薄膜の成膜方法であって、前記基板に絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程と、前記平行平板電極の表面のメンテナンスが必要であるか否かを判断する判断工程と、前記判断工程において前記メンテナンスが必要であると判断された場合に、前記基板が無い状態で前記平行平板電極の表面に導電膜を成膜する導電膜成膜工程とを備えることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、異常放電の発生を検出する異常放電発生検出工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記異常放電の発生の有無に基づいて行うことを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、あらかじめ連続して行われる成膜処理の回数を設定する限界成膜回数設定工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記限界成膜回数設定工程において設定された限界成膜回数の到達により行うことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、絶縁膜の膜厚検査工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記膜厚検査工程において設定された膜厚の到達により行うことを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項６に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、前記絶縁膜成膜工程と、前記異常放電発生検出工程と、前記導電膜成膜工程とを繰り返すことを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項５〜９のいずれか一項に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、前記絶縁性薄膜は屈折率２．３未満のＳｉＮ膜であり、前記導電膜はａ−Ｓｉ膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プラズマＣＶＤ装置に追加の部品または装置を設けることなく、電極に付着した絶縁膜の悪影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態による導電膜成膜処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態による導電膜成膜処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明のメンテナンス工程を説明する工程図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図である。
【図７】絶縁膜の成膜工程を示す工程図である。
【図８】本発明の絶縁膜成膜方法により得られた絶縁膜の膜厚分布を示すグラフである。
【図９】本発明の絶縁膜成膜方法により得られた絶縁膜のＶｄｃの変化を示すグラフである。
【図１０】従来装置における絶縁物の堆積による成膜レートの分布の悪化を説明する概念図である。
【図１１】従来装置における平行平板電極上の絶縁物の堆積状況を説明する概念図である。
【図１２】従来装置における平行平板電極上に堆積した絶縁物による異常放電の発生の様子を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置を説明する。以下の図面の記載において、図面は模式的なものであり、必ずしも現実のものを忠実に表現するものではなく、各部品、要素等の相対的位置関係は、説明の便宜上のものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が必ずしも同じではない。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す概念図である。図に示すように、プラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ３内に平行平板電極５を備える。この平行平板電極５は、マッチングボックスＭＢを介して交流電源ＰＳに接続された高周波電極５Ａと、接地された対向電極（基板ホルダとも呼ぶ）５Ｂから構成される。高周波電極５Ａと対向電極５Ｂの電極間距離は場所によらず一定の距離に保たれる。真空チャンバ３にはガス供給機構７とガス排気機構９とが接続されている。プラズマＣＶＤ装置１は、また、制御装置１０、検出器１２、スイッチ１４を備える。制御装置は、プログラムを展開・実行し、あるいは各種演算を行うＣＰＵ１６と、成膜シーケンスおよび後述する本発明のメンテナンスのシーケンスを実行するプログラムを格納したＲＯＭ１８を備えている。
【００１９】
ガス供給機構７には流量調節計（図示しない）が設けられ、成膜中のガス供給量を一定に保ち、一方、ガス排気機構９にはガス調圧弁（図示しない）が備えられ、制御装置１０の制御により真空チャンバ３内の圧力を一定且つ一様に保つ。これにより、真空チャンバ３内のガス分布が一様に保たれる。電極間距離、ガス分布が場所によらずに一様に保たれることによって、プラズマ放電負荷が一様となり、局所的に過剰な電流が流れることなく、安定した正規グロー放電を可能にしている。
【００２０】
プラズマ放電負荷を発生させるための平行平板電極５と交流電源ＰＳとの間に挿入されたマッチングボックスＭＢは、ガス流量・圧力・チャンバ３の汚れ等に起因して動的に変動するプラズマ放電負荷に対応して、可変キャパシタおよび可変インダクタを調整することによりインピーダンスマッチングを行う。そのことにより、平行平板電極５のプラズマ放電電極５Ａ側からの反射電力をなくして一定の電力をプラズマ放電負荷に供給し、それによって、安定したプラズマ放電を可能としている。
【００２１】
本発明の一実施の形態によれば、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１を用いて、下記のシーケンスに従って成膜を行う。図２は、本発明の一実施の形態による絶縁性薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【００２２】
図２に示すように、成膜プロセスは装置起動（ステップＳ１）後、ガス供給機構７およびガス排気機構９の給排気の調節（流速、圧力等）、図示しないヒーターによる温度調節などを行い、成膜環境を整える（ステップＳ２）。次いで、基板Ｓを基板ホルダ上に載置し、交流電源ＰＳによりプラズマ放電負荷を高周波電極５Ａにかけて、プラズマを発生させ、ガス供給機構７から導入された反応ガスにプラズマを作用させて材料ガスを反応させ、反応生成物（絶縁物）を基板Ｓの表面に堆積させ、絶縁膜が成膜された基板を真空チャンバ３から取り出して絶縁性薄膜を成膜する（ステップＳ３）。成膜を一回行うごとに成膜回数カウンタを１だけインクリメントする（Ｃ＝Ｃ＋１）（ステップＳ４）。次いで、この絶縁膜成膜工程における成膜回数Ｃが所定の限界成膜回数Ｒｃに達したかを判断する（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５において、メンテナンスが必要か否かを判断する。
【００２３】
この判断は次のようにして行われる。成膜工程を繰り返した場合にそれ以後の成膜された製品の薄膜の膜厚分布が初めて許容範囲を超えて不均一になる回数を求め、安全を見込んでそれ以下の適切な値に設定された限界成膜回数値をあらかじめ設定しておき、成膜工程が行われた回数の値（Ｃ）をこの所定の限界成膜回数値（Ｒｃ）と比較する。
【００２４】
Ｃ＜Ｒｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが不要であると判断され（ステップＳ５，ＮＯ）、Ｃ＝Ｒｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが必要である（ステップＳ５、ＹＥＳ）と判断され、ステップＳ７に進み、生産（成膜）が中止され、ついでステップＳ８において導電膜の成膜（メンテナンス）が行われる。
【００２５】
ステップＳ５において、Ｃ＜Ｒｃのときは、ステップＳ６に進み、異常放電の発生の有無を判断する。異常放電の発生は、図１の検出器（公知の放電検出器）１４によりアーク放電の有無その他の指標を検知することによって行われる。異常放電の発生が検知されなかったとき（ステップＳ６，ＮＯ）は、ステップＳ３に戻り、絶縁膜の成膜（生産）を続行する。一方、異常放電の発生が検知されたときは（ステップＳ６，ＹＥＳ）、ステップＳ７に進み、絶縁膜の成膜（生産）を中止し、さらにステップＳ８に進み、平行平板電極５の電極面のメンテナンスを行う。
【００２６】
このメンテナンスは、基板ホルダである対向電極５Ｂ上に基板が存在しない状態で導電膜を成膜することによって行われる。導電膜は、製品の薄膜よりも導電性の高い材料を用いて成膜される。
【００２７】
図４は、メンテナンスの工程を模式的に説明する工程図である。図４（ａ）は対向電極５Ｂ上に基板Ｓを相互に距離をおいて複数個並べた状態を示す平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の基板に絶縁膜を成膜する工程を繰返し、対向電極５Ｂの基板が載置されない電極表面上に絶縁物１１が堆積した状態を示す断面図である。基板が載置される位置の電極表面にはこの絶縁物の堆積が見られず、電極表面は凹凸状になる。図４（ｃ）は図４（ｂ）の状態の対向電極５Ｂに対して導電膜１５を成膜し、絶縁物１１を完全に覆った状態を示す断面図である。一方、図４（ｄ）は高周波電極５Ａの電極表面を示す平面図である。図４（ｅ）は、基板ホルダ上に基板Ｓを載置して基板Ｓに対して絶縁膜の成膜を繰り返したため高周波電極５Ａの電極表面にも絶縁物が堆積した状態を示す断面図である。図４（ｆ）は、図４（ｅ）の絶縁物１１の上に全面的に誘電体膜を成膜した状態を示す断面図である。このようにして、高周波電極５Ａおよび対向電極５Ｂのメンテナンスが行われる。
【００２８】
本発明の絶縁性薄膜の製造方法において使用可能な絶縁膜の例としては、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）、および酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）が挙げられる。これらの絶縁膜はシラン（ＳｉＨ４）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）から製品の薄膜の組成に応じて選ばれた反応ガスをプラズマの存在下に反応させて製造される。窒化シリコン膜が好ましい。
【００２９】
メンテナンスに用いられる導電膜の材料としては、製品の薄膜よりも導電性が高いものであれば使用可能である。アモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」という）および窒化シリコンが導電膜の材料として好ましい。ａ−Ｓｉの場合は、堆積したａ−Ｓｉが光照射下で導電性を示すため、プラズマ放電の光照射によって導電膜となる。また、窒化シリコン膜は屈折率が２．３未満であると絶縁性が高いが、屈折率を２．３以上とすると導電性が高まる。このため、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を成膜した場合も、ａ−Ｓｉを成膜した場合と同様の導電化作用が得られる。
【００３０】
メンテナンスは、例えば、次のように行われる。平行平板電極５に絶縁物が堆積し、対向電極５Ｂ上に基板Ｓが載置されていない状態で、例えば、次の条件で行われる。すなわち、真空チャンバ内に材料ガスを一定流量で供給し、真空チャンバ内の圧力を一定（例えば、３００〜８００Ｐａ）に保った状態で、平行平板電極５に高周波電圧（例えば、３００〜６００Ｗ）を印加し、基板温度を一定温度（例えば、３００〜６７０℃）でプラズマＣＶＤを利用して、導電性の高いａ−Ｓｉもしくは屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を、平行平板電極５に成膜する。ａ−Ｓｉについては、材料ガスにシラン、水素、窒素を用い、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜については材料ガスにシラン、アンモニア、水素を用いる。
【００３１】
堆積したａ−Ｓｉは、光照射下で導電性を示すため、ＳｉＮ膜成膜中はプラズマ放電の光照射により導電膜となる。平行平板電極５が導電膜に覆われることにより、場所によるプラズマインピーダンスの差がなく、局所的な過剰電流が流れなくなるため、局所的なアーク放電や高密度放電の異常放電を抑えることができる。窒化シリコン膜は屈折率が２．３より小さくなると絶縁性が高くなるが、屈折率を２．３以上とすると導電性が高まるため、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を成膜した場合も、ａ−Ｓｉ成膜した場合と同様の作用が得られる。
【００３２】
再び図２を参照すると、ステップＳ５で限界成膜回数に達した（Ｃ＝Ｒｃ）と判断されるか、またはステップＳ６で異常放電の発生が検知される（すなわちメンテナンスが必要であると判断される）と、ステップＳ７で製品である絶縁膜の生産がいったん中止され、ステップＳ８で導電膜が成膜される。これにより、絶縁性堆積物１１が、導電膜１５で覆われる。このメンテナンスが終了すると、ステップＳ９に進み、成膜回数カウンタのカウントがリセットされ、Ｃ＝０となる。そして、ステップＳ２に戻り、絶縁膜の成膜準備をし、ステップＳ３で絶縁膜を成膜する。このようにして絶縁膜の成膜（生産）が行われる。
【００３３】
図３は、本発明の別の実施の形態による絶縁性薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにおけるステップＳ４およびＳ５をステップＳ４ＡおよびＳ５Ａに置き換え、ステップＳ９をなくした以外は図２と同様である。図２に示すフローチャートによる成膜方法では、メンテナンスが必要か否かの判断は絶縁膜成膜工程における成膜回数Ｃが所定の限界成膜回数Ｒｃに達したかを判断することで行われたが、図３に示すフローチャートによる成膜方法では、メンテナンスが必要か否かは、絶縁膜成膜工程において平行平板電極上に堆積した絶縁物の膜厚が所定の膜厚（値）に到達したか否かをもって判断される。このため、ステップＳ４Ａにおいて、成膜（生産）中に例えば光学式の膜厚測定装置を用いて好ましくはリアルタイムで成膜の膜厚を検査し、ステップＳ５Ａにおいて、検査により得られた膜厚値（Ｄ）が予め設定された所定値（Ｄｃ）に到達したか否かが判断される。
【００３４】
Ｄ＜Ｄｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが不要であると判断され（ステップＳ５Ａ，ＮＯ）、図２に示すフローチャートによる場合と同様に、プロセスはステップＳ６に進む。Ｄ＝Ｄｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが必要である（ステップＳ５Ａ、ＹＥＳ）と判断され、ステップＳ７に進み、生産（成膜）が中止され、ついでステップＳ８において導電膜の成膜（メンテナンス）が行われる。ステップＳ８で誘電膜の成膜が行われた後、プロセスはステップＳ２に戻り、絶縁膜を成膜するための成膜準備が行われ、プロセスが繰り返される。
【００３５】
図５および図６はそれぞれ、本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図であって、基板ホルダである対向電極５Ｂ上に堆積された絶縁性堆積物１１を覆うように導電膜１５を設けた状態を示す。ただし、図５および図６においては、制御装置１０、検知器１２、スイッチ１４は、図示を省略した。導電膜１５を設けたことにより、電荷は導電膜１５の表面を容易に移動し均一に分布することができる。なお、導電膜１５は一面に成膜させ、絶縁堆積物１１が露出している部分がないようにする。これによって、電極ホルダ上の位置によらず均一に電荷が分布し、電荷の局所集中が生じない。
【００３６】
したがって、図５または図６に示すように、メンテナンス終了後のプラズマＣＶＤ装置を用いて、図２のステップＳ３において新たに基板を導入し、絶縁膜の成膜を行うと、プラズマ密度が偏ることがないため、均一な膜厚の絶縁膜を成膜することができる。また、対向電極５Ｂ上に堆積した絶縁物にコーナー部が存在しても導電膜に覆われるため、異常放電が発生することがない。このため、安定したプラズマ放電が得られ、基板表面上に均一な膜厚の絶縁膜を形成することができる。
【００３７】
上述のように、本発明のＣＶＤ装置およびＣＶＤ成膜方法では、基板表面に絶縁膜の成膜を繰返し、異常放電が検知されるか、あるいは所定の成膜回数または平行電極面上に堆積した絶縁物の所定の膜厚が到達されることを指標に、平行平板電極５Ａ，５Ｂ上の堆積絶縁物の上に導電膜を成膜してメンテナンスを行う。その結果、特別の部品、装置を設けることなく、平行平板電極の対抗面に堆積してくる絶縁物の膜厚分布に対する悪影響を取り除くことができる。
【００３８】
［比較例１]
上述したように図１に示すＣＶＤ装置１は図２に示すメンテナンス機能をオンオフすることができる。そこで、図１に示すＣＶＤ装置１のメンテナンス機能をオフにして、図７（ａ）〜（ｄ）に示す手順に従ってまず電極表面に絶縁膜を成膜し、その後、基板表面に絶縁膜を形成した。
【００３９】
図７（ａ）は、基板Ｓを載せない状態の真空チャンバ３内の対向電極５Ｂを示す。まず、この対向電極５Ｂの表面に対して、標準レシピで屈折率２．０（屈折率２．３未満）の高絶縁性のＳｉＮ膜の成膜を繰返し行い、対向電極５Ｂ上に十分にＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。絶縁物１１ａの堆積量は、ガス密度や電極形状の影響を受けて電極の場所によって異なり、平行平板電極５Ａ，５Ｂの表面の絶縁膜の厚みは一様ではない。このようにして、基板表面に絶縁膜を繰り返し成膜した際の平行平板電極５の表面状態を再現した。
【００４０】
このように一様でないＳｉＮ膜１１ａで覆われた対向電極５Ｂの上に基板Ｓを載せ（図７（ｃ））、この基板Ｓの表面に、屈折率２．０、膜厚８０ｎｍが得られるように調整されたＳｉＮ膜成膜条件で成膜した（図７（ｄ））。膜厚分布Ｄｔは１０．５８％であった。
【実施例１】
【００４１】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例１と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で、図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて次のようにメンテナンスを行った。
【００４２】
対向電極５Ｂ上に基板を載置しない状態で、プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内にシランおよび窒素を一定流量で供給する。真空チャンバ３内の圧力を一定に保った状態で、高周波電極５Ａに定電流制御された交流電源ＰＳから高周波電圧を印加し、絶縁膜１１ａの付着した対向電極５Ｂ上にａ−Ｓｉ膜１５ａを成膜した。対向電極５Ｂの絶縁膜１１ａを導電性のａ−Ｓｉ１５Ａで覆うことによって、対向電極５Ｂを一定の厚みの導電性薄膜で覆った（図７（ｅ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にもａ−Ｓｉ１５Ａが成膜される。絶縁堆積物１１ａはａ−Ｓｉ膜１５ａで覆われ、このａ−Ｓｉ膜はＳｉＮ薄膜の成膜中のプラズマ放電の光照射により導電膜となるため、ＳｉＮ薄膜の成膜中に電荷が局所に集中することがなくなり、プラズマの生成が均一になる。その結果、基板Ｓを載せて基板表面に絶縁膜としてＳｉＮ薄膜を形成した場合、その膜厚が均一になる。
【００４３】
実際、図７（ｅ）のａ−Ｓｉ膜１５ａの成膜後に、基板Ｓを対向電極５Ｂ上に載せ（図７（ｆ））、再び標準成膜レシピに従って基板に屈折率２．０のＳｉＮ膜を成膜したところ（図７（ｇ））、基板上のＳｉＮ膜の膜厚分布Ｄｔは６．７０％となり、平行平板電極内の基板に形成されたＳｉＮ膜の膜厚が均一化された。
【００４４】
図８は、ａ−Ｓｉ膜を成膜する前および後に成膜した基板上のＳｉＮ膜の膜厚の分布を示す図である。図８（ａ）は、平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜せずに基板表面にＳｉＮ薄膜を成膜した場合を示す。成膜レートは２８．４ｍｍ／ｍｉｎであり、膜厚分布は１０．５８％であった。図８（ｂ）は、平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜後に基板表面にＳｉＮ薄膜を成膜した場合を示す。成膜レートは３０．３ｍｍ／ｍｉｎであり、膜厚分布は６．７０％であった。
【００４５】
また、図９はａ−Ｓｉコートの効果を示すグラフである。図９から明らかなように、基板に薄膜を成膜中の直流電圧Ｖｄｃの変動は、ａ−Ｓｉ膜の成膜（メンテナンス）を行わずにＳｉＮ膜の成膜を続けた場合（図９、◆）、電極が高絶縁成膜（屈折率２．０のＳｉＮ）に覆われているために、Ｖｄｃが安定するまでの時定数が約１５０秒と長い。平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜した後は、第１回目の絶縁膜の成膜（図９、▲）、第２回目（図９、■）ともにＶｄｃは迅速に安定していることが分かる。
【００４６】
［変形例１］
実施例１において、ａ−Ｓｉ膜の成膜および屈折率２．３以上の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜の成膜を、シランの他に、窒素および水素、アンモニアを含むガス組成を用いて行った。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例２】
【００４７】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例１と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で、図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて次のようにメンテナンスを行った。実施例１と異なる点は、導電性薄膜としてａ−ｓｉに代えてＳｉＮを使用する点である。
【００４８】
対向電極５Ｂ上に基板を載置しない状態で、プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内にシランおよび窒素を一定流量で供給し、真空チャンバ３内の圧力を一定に保った状態で、平行平板電極５に定電流制御された交流電源ＰＳから高周波電圧を印加し、絶縁膜１１ａの付着した平行平板電極に屈折率２．３のＳｉＮ膜（ｎ＝２．３ ＳｉＮ）１５ｂを成膜した。屈折率２．３のＳｉＮ膜は屈折率２．０のＳｉＮ膜（ｎ＝２．０ ＳｉＮ）１１ａより導電性が高く、平行平板電極５Ａ，５Ｂの絶縁膜を屈折率２．３のＳｉＮで覆うことによって、図７（ｅ）のａ−Ｓｉ膜１５と同様に平行平板電極が一様に導電化された状態とした。絶縁堆積物１１は屈折率２．３のＳｉＮ膜１５ｂで覆われ、導電性となった。この状態で対向電極５Ｂ上に基板を載置し、基板表面に絶縁膜（屈折率２．０のＳｉＮ膜）を成膜すると、電荷が局所に集中することがなく、プラズマの生成が均一になり、その結果、得られるＳｉＮ膜の膜厚が均一になる。
【００４９】
実際、図７（ｅ）の屈折率２．３のＳｉＮ膜の成膜後に、基板Ｓを対向電極５Ｂ上に載せ（図７（ｆ））、再び標準成膜レシピに従ってＳｉＮ膜（屈折率２．０）を成膜したところ（図７（ｇ））、基板の膜厚分布は実施例１のа−Ｓｉを用いた場合とほぼ同じとなり、平行平板電極内の基板に形成されたＳｉＮ膜の膜厚が場所によらず均一化された。
【００５０】
［比較例２］
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。電極表面がほぼ完全に絶縁膜１１で覆われる状態になったため、ＳｉＮ膜の成膜を続行した場合に、高周波電極５Ａの端部付近に周囲より高密度のプラズマ放電が目視で観察された（図１２参照）。また、放電中は高周波電極５Ａの負の直流電位Ｖｄｃが一定でなく変動し、高周波電極５Ａに蓄積する電荷量が不安定であった（図９参照）。
【実施例３】
【００５１】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例２と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、絶縁膜の成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて成膜を続けたところ、放電が検知され（図２、ステップＳ６参照）、ＳｉＮ膜の成膜（生産）が中止され、次のようにメンテナンスが行われた。
【００５２】
プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内に屈折率２．３のＳｉＮが得られるように調整された原料ガスをガス供給機構７より導入し、真空チャンバ内３の圧力を一定に保った状態で、平行平板電極５に高周波電圧を印加し、平行平板電極５に屈折率２．３のＳｉＮ膜を成膜した。平行平板電極５の堆積絶縁物１１をＳｉＮ（屈折率２．３）で覆うことによって、平行平板電極５は導電化され、プラズマ発生時に平行平板電極５に蓄積する電荷量が一様に分布する状態となった。
【００５３】
平行平板電極５の表面をＳｉＮ（屈折率２．３）膜で一様に覆った後に、再び標準成膜レシピでＳｉＮ（屈折率２．０）膜を成膜した。これにより、局所的な高密度プラズマ放電（異常放電）ＡＤの発生が検知されなかった。成膜中のＶｄｃは一定値であり、高周波電極に蓄積する電荷量が安定しており、局所的に過剰電流が流れることがなかった。ＳｉＮ（屈折率２．３）膜の成膜後における成膜中の直流電圧Ｖｄｃの変動は、実施例２の図９とほぼ同様であった。
【００５４】
［変形例２］
実施例３において、ａ−Ｓｉ成膜および屈折率２．３以上の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜の成膜を、シランの他に、窒素および水素、アンモニアを含むガス組成を用いて行った。実施例３とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例４】
【００５５】
実施例１〜３では、基板を載置することなく平行平板電極表面に意図的に絶縁膜を堆積して、堆積絶縁物１１の存在するプラズマＣＶＤ装置の平行平板電極の状態を模擬的に再現したが、本実施例では、実際に、図１のＣＶＤ装置１を用いて、メンテナンス機能をオンにした状態で絶縁膜の成膜（生産）を行った。
【００５６】
スイッチ１４により装置を起動させ、制御装置１０のＲＯＭ１８に格納されている成膜処理プログラムにより成膜を行う。図示しない入力手段により標準レシピでＳｉＮ膜（屈折率２．０）を成膜する成膜条件を記憶装置（不図示）に設定する。制御装置１０のＣＰＵ１６は設定された条件のデータを参照して、ガス供給機構７とガス排気機構９等を制御し、これにより制御装置１０の制御に基づいて成膜準備が行われる（図２、ステップＳ２）。成膜を繰り返して行っている際、異常放電が検知器１２により検知されると、検知器１２から検知信号が制御装置１０に送信される。制御装置１０のＣＰＵは検知器１２からの信号を受信するとガス供給機構７とガス排気機構９等に成膜中止指令を送信し、絶縁膜の成膜（生産）が中止される。生産が中止されると、制御装置１０はガス供給機構７とガス排気機構９等に導電膜の成膜の開始指令を発し、メンテナンスが開始される。基板Ｓを基板ホルダ上に載置せずに、ａ−Ｓｉ膜を平行平板電極５の電極面に成膜する。このメンテナンスが終了すると、プログラムに従い、制御装置１０は、先に設定された絶縁膜の成膜条件に従って基板の表面に成膜を行う準備を行い、基板表面に対して絶縁膜の成膜（生産）が再開される。
【００５７】
上記の場合は、装置起動後、絶縁膜の成膜処理の回数（Ｃ）が所定の限界成膜回数（Ｒｃ）より小さい（Ｃ＜Ｒｃ）段階で検知器１２により異常放電が検知された場合である。Ｃ＜Ｒｃの段階で異常放電が検知されなかった場合は、成膜処理の回数がＣ＝Ｒｃとなった段階で、制御装置１０により生産中止指令が送信され、生産が中止される。生産が中止されると、上述のメンテナンスが行われ、メンテナンスが終了すると、設定された成膜条件に従って成膜準備がなされ、絶縁膜の成膜が再開される。このようにして、適宜メンテナンスを行いつつ、基板表面への絶縁膜の成膜が繰り返される。これにより均一な膜厚の絶縁膜を有する製品が得られた。
【実施例５】
【００５８】
実施例４において導電膜としてａ−Ｓｉ膜の替わりに実施例２と同様に屈折率２．３のＳｉＮ膜を成膜したところ、同様に均一な膜厚の絶縁膜が得られた。
【実施例６】
【００５９】
準備段階として、絶縁膜の成膜を繰り返して、初めて製品に膜厚が不均一であることが観察された成膜回数を記録しておく。この記録された回数に基づき安全を見込んだ若干内輪の回数、例えば８回を限界成膜回数として設定し、絶縁膜の成膜処理の回数がこの限界成膜回数の値に達した段階で製品の製造をいったん中止し、実施例１と同様に基板ホルダ５に基板Ｓの無い状態で導電膜の成膜を行う。このメンテナンスを行った後、再び実施例１と同様に基板に絶縁膜の成膜を繰り返す。目標成膜回数になった時点で成膜処理を終了する。目標成膜回数になる前に限界成膜回数に達した場合は、製品の製造をいったん中止し、メンテナンスを行った後、製品の製造を行う。このサイクルを目標成膜回数に達するまで繰り返す。
【実施例７】
【００６０】
実施例６では、メンテナンスを行うか否かを上述の限界成膜回数を設定して成膜回数がその限界成膜回数に達したか否かにより判断しているが、本実施例では、製品の製造を繰り返して、最初に異常放電が観察または検知された段階でいったん製品の製造を中止し、他の実施例と同様のメンテナンスを行う。
【００６１】
［変形例３］
実施例７において、限界成膜回数はさらに異常放電の発生がはじめて観察または検知される成膜回数も考慮して設定してもよい。
【００６２】
限界成膜回数を設定する方式による場合は、異常放電の発生を指標にする場合に比べて製品の歩留まりがさらに向上する利点がある。
【００６３】
［変形例４］
実施例１〜４および変形例１〜３において、異常放電の検知は検知器１２により検知したが、目視により異常放電の発生を検知してもよい。また、プログラムに従い自動的に成膜処理工程が進行するように構成したが、各工程への移行はマニュアル操作によってもよい。
【実施例８】
【００６４】
実施例６では、限界成膜回数を設定して成膜回数がその限界成膜回数に達したか否かにより、また変形例３では異常放電の発生がはじめて観察または検知されたことにより、メンテナンスを行うか否かを判断している。本実施例では、成膜（生産）中に平行平板電極の電極面に堆積した絶縁物の膜厚を、図示しない光学式膜厚測定装置によりリアルタイムに測定し、膜厚が所定の膜厚に到達した段階でいったん製品の製造を中止し、他の実施例と同様のメンテナンスを行う。メンテナンス終了後、成膜準備を行い、成膜（生産）を再開する。
【００６５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。また、実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。さらに、変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。あるいは、実施の形態または実施例、変形例中の一部の工程を他の実施の形態または実施例、変形例において用いること、または置きかえることも可能である。さらにまた、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【００６６】
本発明は従来のプラズマＣＶＤ装置に装置または部品を追加することなく、均一な膜厚分布の薄膜を形成することができ、特に太陽電池用絶縁薄膜の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ プラズマＣＶＤ装置
３ 真空チャンバ
５ 平行平板電極
５Ａ 高周波電極
５Ｂ 対向電極（基板ホルダ）
７ ガス供給機構
９ ガス排気機構
１１ 絶縁物
１１ａ ＳｉＮ膜（屈折率２．０）
１２ 検知器
１３ アースシールド
１４ スイッチ
１５ 導電膜
１５ａ ａ−Ｓｉ膜
１５ｂ ＳｉＮ膜（屈折率２．３）
１６ ＣＰＵ
１８ ＲＯＭ
１０５Ｃ 端部
１１１Ａ 絶縁物のコーナー部
ＭＢ マッチングボックス
ＡＤ 異常放電
Ｄ プラズマ放電（グロー放電）
ＰＳ 交流電源
Ｓ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ成膜方法およびプラズマＣＶＤ装置に関する。特に本発明は、プラズマＣＶＤ成膜方法における、異常放電を抑制する方法および膜厚均一化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な容量結合型のプラズマＣＶＤ装置は、真空チャンバと、放電のための平行平板電極と、放電用ガス供給機構と、ガス排気機構と、数十ｋＨｚ〜数十ＭＨｚの交流電源と、マッチングボックスとより構成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
プラズマ放電負荷を発生させるための平行平板電極と交流電源との間に挿入されたマッチングボックス（特許文献１の図２，段落［０００２］参照）は、交流電源側の出力インピーダンスと、マッチングボックスの入力インピーダンスが複素共役の関係を維持するよう、可変インダクタおよび可変キャパシタを有している。マッチングボックスは、ガス流量・圧力・チャンバ３の汚れ等に起因して動的に変動するプラズマ放電負荷に対応して、可変キャパシタおよび可変インダクタを調整することによりインピーダンスマッチングを行う。そのことにより、平行平板電極５のプラズマ放電電極側からの反射電力をなくして一定の電力をプラズマ放電負荷に供給し、それによって、安定したプラズマ放電を可能としている。
【０００４】
対向電極は基板ホルダを兼ねており、この基板ホルダ上に基板を載置し、ガス供給機構から反応ガスを供給し、ガス排気機構により真空チャンバ内の圧力を所定圧に保ち、平行平板電極に交流電源から交流電力を供給してプラズマ放電を起こし、反応ガスに生成したプラズマを作用させ、反応性生物を基板表面に絶縁膜を成膜する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２７８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来から知られている容量結合型のプラズマＣＶＤ装置では、成膜処理の時間・回数が経過するのに伴ってプラズマ放電電極上および対向電極（少なくともその露出面、すなわち基板が載置されない表面部分）上に絶縁物が逐次堆積していく。その結果、薄膜の膜厚が不均一になったり、異常放電を起したりするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者等は上述した現象を鋭意研究し、以下のような所見を得た。
電極表面の絶縁物の堆積量は、ガス密度や電極形状の影響を受けて電極の場所によって異なり、堆積量が多い点は高インピーダンスとなり、堆積量が少ない点は低インピーダンスとなる。そのため、低インピーダンス領域は電流が流れやすくなり、高インピーダンス領域に比べてプラズマ密度が高くなり、成膜レートが高くなる。その結果、成膜レートが平行平板電極の場所によって異なる。
【０００８】
図１０は絶縁物の堆積による成膜レートの分布の悪化を説明する概念図であり、マッチングボックス、交流電源、ガス供給機構およびガス排気機構は省略し、反応室内の対向電極上に基板が存在しない状態での平行平板電極の表面に堆積した絶縁物の状態を示す。
【０００９】
図１０に示すように、平行平板電極１０５の両端側から中央部に向かって堆積絶縁物１１１の厚さが徐々に増加しており、これにともなってプラズマ密度Ｄが中央部で低く、両端部に向かって高くなっている。このため中央部では成膜レートが低くなり、一方両端部では成膜レートが高くなり、均一な成膜レートが得られない。その結果、製品の薄膜の膜厚が不均一になってしまう。
【００１０】
また、例えばプラズマＣＶＤを利用して半導体素子のパッシベーション膜を形成する成膜装置、特に結晶系シリコンの太陽電池の反射防止膜を形成する装置の場合などのように、反応チャンバにおいて一度に多数の基板を基板ホルダ上に配置して絶縁膜の成膜を繰り返すと、基板ホルダの基板で覆われない部分には絶縁物が堆積して行く。
【００１１】
図１１はこの状態を模式的に示す。図１１に示すように、基板ホルダ１０５Ｂ上に配置された複数の基板Ｓ同士の間に、すなわち基板Ｓに覆われない基板ホルダ表面には、成膜を繰り返すと絶縁物１１１が堆積し、凹凸のある基板ホルダ表面となる。
【００１２】
また、過剰な電流が流れた場合に局所的な高密度放電を引き起こす。図１２は異常放電ＡＤを説明する概念図であり、マッチングボックス、交流電源、ガス供給機構およびガス排気機構は省略し、反応室内の対向電極上に基板が存在しない状態での平行平板電極の表面に堆積した絶縁物の状態を示す。
【００１３】
図１２に示すように、平行平板電極１０５に絶縁物が一様に堆積した場合に、電極端部の電界の強い部分である高周波電極１０５Ａの端部１０５Ｃとアースシールド１１３との間で局所的なアーク放電を引き起こすことがある。また、絶縁物１１１はキャパシタとなり絶縁物の表面には電荷が貯まるため、貯まった電荷が放電によって一気に放出された場合に、局所的なアーク放電を引き起こす。このような局所的な高密度放電やアーク放電のような異常放電ＡＤは、図示しない基板（に形成する薄膜の膜厚分布を著しく劣化させる。特に絶縁物のコーナー部１１１Ａにおいてこの現象は著しい。また、異常放電ＡＤは高周波電極１０５Ａやアースシールド１１３に付着した絶縁膜を剥離させ、パーティクルの発生源となる。
【００１４】
以上の所見に基づいて本発明者等は、以下の請求項１〜９の発明を創案した。
（１）請求項１の発明は、電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記薄膜形成工程で前記基板の表面に薄膜を形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜形成工程とを有することを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記薄膜形成手段による一定量の薄膜を前記基板の表面に形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜生成手段とを備えたことを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ成膜方法において、前記基板の表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記基板の表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、基板が無い状態で、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成工程とを有することを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置において、前記基板表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成手段と、前記基板表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、前記基板が無い状態で、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成手段とを備えたことを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、平行平板電極にて放電を行い、基板に絶縁性薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置を用いる絶縁性薄膜の成膜方法であって、前記基板に絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程と、前記平行平板電極の表面のメンテナンスが必要であるか否かを判断する判断工程と、前記判断工程において前記メンテナンスが必要であると判断された場合に、前記基板が無い状態で前記平行平板電極の表面に導電膜を成膜する導電膜成膜工程とを備えることを特徴とする。
（６）請求項６の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、異常放電の発生を検出する異常放電発生検出工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記異常放電の発生の有無に基づいて行うことを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、あらかじめ連続して行われる成膜処理の回数を設定する限界成膜回数設定工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記限界成膜回数設定工程において設定された限界成膜回数の到達により行うことを特徴とする。
（８）請求項８の発明は、請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、さらに、絶縁膜の膜厚検査工程を備え、前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記膜厚検査工程において設定された膜厚の到達により行うことを特徴とする。
（９）請求項９の発明は、請求項６に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、前記絶縁膜成膜工程と、前記異常放電発生検出工程と、前記導電膜成膜工程とを繰り返すことを特徴とする。
（１０）請求項１０の発明は、請求項５〜９のいずれか一項に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、前記絶縁性薄膜は屈折率２．３未満のＳｉＮ膜であり、前記導電膜はａ−Ｓｉ膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プラズマＣＶＤ装置に追加の部品または装置を設けることなく、電極に付着した絶縁膜の悪影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態による導電膜成膜処理を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の他の実施の形態による導電膜成膜処理を説明するフローチャートである。
【図４】本発明のメンテナンス工程を説明する工程図である。
【図５】本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図である。
【図６】本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図である。
【図７】絶縁膜の成膜工程を示す工程図である。
【図８】本発明の絶縁膜成膜方法により得られた絶縁膜の膜厚分布を示すグラフである。
【図９】本発明の絶縁膜成膜方法により得られた絶縁膜のＶｄｃの変化を示すグラフである。
【図１０】従来装置における絶縁物の堆積による成膜レートの分布の悪化を説明する概念図である。
【図１１】従来装置における平行平板電極上の絶縁物の堆積状況を説明する概念図である。
【図１２】従来装置における平行平板電極上に堆積した絶縁物による異常放電の発生の様子を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置を説明する。以下の図面の記載において、図面は模式的なものであり、必ずしも現実のものを忠実に表現するものではなく、各部品、要素等の相対的位置関係は、説明の便宜上のものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が必ずしも同じではない。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態にかかるプラズマＣＶＤ装置を示す概念図である。図に示すように、プラズマＣＶＤ装置１は、真空チャンバ３内に平行平板電極５を備える。この平行平板電極５は、マッチングボックスＭＢを介して交流電源ＰＳに接続された高周波電極５Ａと、接地された対向電極（基板ホルダとも呼ぶ）５Ｂから構成される。高周波電極５Ａと対向電極５Ｂの電極間距離は場所によらず一定の距離に保たれる。真空チャンバ３にはガス供給機構７とガス排気機構９とが接続されている。プラズマＣＶＤ装置１は、また、制御装置１０、検出器１２、スイッチ１４を備える。制御装置は、プログラムを展開・実行し、あるいは各種演算を行うＣＰＵ１６と、成膜シーケンスおよび後述する本発明のメンテナンスのシーケンスを実行するプログラムを格納したＲＯＭ１８を備えている。
【００１９】
ガス供給機構７には流量調節計（図示しない）が設けられ、成膜中のガス供給量を一定に保ち、一方、ガス排気機構９にはガス調圧弁（図示しない）が備えられ、制御装置１０の制御により真空チャンバ３内の圧力を一定且つ一様に保つ。これにより、真空チャンバ３内のガス分布が一様に保たれる。電極間距離、ガス分布が場所によらずに一様に保たれることによって、プラズマ放電負荷が一様となり、局所的に過剰な電流が流れることなく、安定した正規グロー放電を可能にしている。
【００２０】
プラズマ放電負荷を発生させるための平行平板電極５と交流電源ＰＳとの間に挿入されたマッチングボックスＭＢは、ガス流量・圧力・チャンバ３の汚れ等に起因して動的に変動するプラズマ放電負荷に対応して、可変キャパシタおよび可変インダクタを調整することによりインピーダンスマッチングを行う。そのことにより、平行平板電極５のプラズマ放電電極５Ａ側からの反射電力をなくして一定の電力をプラズマ放電負荷に供給し、それによって、安定したプラズマ放電を可能としている。
【００２１】
本発明の一実施の形態によれば、図１に示すプラズマＣＶＤ装置１を用いて、下記のシーケンスに従って成膜を行う。図２は、本発明の一実施の形態による絶縁性薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。
【００２２】
図２に示すように、成膜プロセスは装置起動（ステップＳ１）後、ガス供給機構７およびガス排気機構９の給排気の調節（流速、圧力等）、図示しないヒーターによる温度調節などを行い、成膜環境を整える（ステップＳ２）。次いで、基板Ｓを基板ホルダ上に載置し、交流電源ＰＳによりプラズマ放電負荷を高周波電極５Ａにかけて、プラズマを発生させ、ガス供給機構７から導入された反応ガスにプラズマを作用させて材料ガスを反応させ、反応生成物（絶縁物）を基板Ｓの表面に堆積させ、絶縁膜が成膜された基板を真空チャンバ３から取り出して絶縁性薄膜を成膜する（ステップＳ３）。成膜を一回行うごとに成膜回数カウンタを１だけインクリメントする（Ｃ＝Ｃ＋１）（ステップＳ４）。次いで、この絶縁膜成膜工程における成膜回数Ｃが所定の限界成膜回数Ｒｃに達したかを判断する（ステップＳ５）。すなわち、ステップＳ５において、メンテナンスが必要か否かを判断する。
【００２３】
この判断は次のようにして行われる。成膜工程を繰り返した場合にそれ以後の成膜された製品の薄膜の膜厚分布が初めて許容範囲を超えて不均一になる回数を求め、安全を見込んでそれ以下の適切な値に設定された限界成膜回数値をあらかじめ設定しておき、成膜工程が行われた回数の値（Ｃ）をこの所定の限界成膜回数値（Ｒｃ）と比較する。
【００２４】
Ｃ＜Ｒｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが不要であると判断され（ステップＳ５，ＮＯ）、Ｃ＝Ｒｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが必要である（ステップＳ５、ＹＥＳ）と判断され、ステップＳ７に進み、生産（成膜）が中止され、ついでステップＳ８において導電膜の成膜（メンテナンス）が行われる。
【００２５】
ステップＳ５において、Ｃ＜Ｒｃのときは、ステップＳ６に進み、異常放電の発生の有無を判断する。異常放電の発生は、図１の検出器（公知の放電検出器）１４によりアーク放電の有無その他の指標を検知することによって行われる。異常放電の発生が検知されなかったとき（ステップＳ６，ＮＯ）は、ステップＳ３に戻り、絶縁膜の成膜（生産）を続行する。一方、異常放電の発生が検知されたときは（ステップＳ６，ＹＥＳ）、ステップＳ７に進み、絶縁膜の成膜（生産）を中止し、さらにステップＳ８に進み、平行平板電極５の電極面のメンテナンスを行う。
【００２６】
このメンテナンスは、基板ホルダである対向電極５Ｂ上に基板が存在しない状態で導電膜を成膜することによって行われる。導電膜は、製品の薄膜よりも導電性の高い材料を用いて成膜される。
【００２７】
図４は、メンテナンスの工程を模式的に説明する工程図である。図４（ａ）は対向電極５Ｂ上に基板Ｓを相互に距離をおいて複数個並べた状態を示す平面図である。図４（ｂ）は図４（ａ）の基板に絶縁膜を成膜する工程を繰返し、対向電極５Ｂの基板が載置されない電極表面上に絶縁物１１が堆積した状態を示す断面図である。基板が載置される位置の電極表面にはこの絶縁物の堆積が見られず、電極表面は凹凸状になる。図４（ｃ）は図４（ｂ）の状態の対向電極５Ｂに対して導電膜１５を成膜し、絶縁物１１を完全に覆った状態を示す断面図である。一方、図４（ｄ）は高周波電極５Ａの電極表面を示す平面図である。図４（ｅ）は、基板ホルダ上に基板Ｓを載置して基板Ｓに対して絶縁膜の成膜を繰り返したため高周波電極５Ａの電極表面にも絶縁物が堆積した状態を示す断面図である。図４（ｆ）は、図４（ｅ）の絶縁物１１の上に全面的に誘電体膜を成膜した状態を示す断面図である。このようにして、高周波電極５Ａおよび対向電極５Ｂのメンテナンスが行われる。
【００２８】
本発明の絶縁性薄膜の製造方法において使用可能な絶縁膜の例としては、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ）、および酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯｘＮｙ）が挙げられる。これらの絶縁膜はシラン（ＳｉＨ４）、酸素（Ｏ２）、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）から製品の薄膜の組成に応じて選ばれた反応ガスをプラズマの存在下に反応させて製造される。窒化シリコン膜が好ましい。
【００２９】
メンテナンスに用いられる導電膜の材料としては、製品の薄膜よりも導電性が高いものであれば使用可能である。アモルファスシリコン（以下、「ａ−Ｓｉ」という）および窒化シリコンが導電膜の材料として好ましい。ａ−Ｓｉの場合は、堆積したａ−Ｓｉが光照射下で導電性を示すため、プラズマ放電の光照射によって導電膜となる。また、窒化シリコン膜は屈折率が２．３未満であると絶縁性が高いが、屈折率を２．３以上とすると導電性が高まる。このため、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を成膜した場合も、ａ−Ｓｉを成膜した場合と同様の導電化作用が得られる。
【００３０】
メンテナンスは、例えば、次のように行われる。平行平板電極５に絶縁物が堆積し、対向電極５Ｂ上に基板Ｓが載置されていない状態で、例えば、次の条件で行われる。すなわち、真空チャンバ内に材料ガスを一定流量で供給し、真空チャンバ内の圧力を一定（例えば、３００〜８００Ｐａ）に保った状態で、平行平板電極５に高周波電圧（例えば、３００〜６００Ｗ）を印加し、基板温度を一定温度（例えば、３００〜６７０℃）でプラズマＣＶＤを利用して、導電性の高いａ−Ｓｉもしくは屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を、平行平板電極５に成膜する。ａ−Ｓｉについては、材料ガスにシラン、水素、窒素を用い、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜については材料ガスにシラン、アンモニア、水素を用いる。
【００３１】
堆積したａ−Ｓｉは、光照射下で導電性を示すため、ＳｉＮ膜成膜中はプラズマ放電の光照射により導電膜となる。平行平板電極５が導電膜に覆われることにより、場所によるプラズマインピーダンスの差がなく、局所的な過剰電流が流れなくなるため、局所的なアーク放電や高密度放電の異常放電を抑えることができる。窒化シリコン膜は屈折率が２．３より小さくなると絶縁性が高くなるが、屈折率を２．３以上とすると導電性が高まるため、屈折率２．３以上の窒化シリコン薄膜を成膜した場合も、ａ−Ｓｉ成膜した場合と同様の作用が得られる。
【００３２】
再び図２を参照すると、ステップＳ５で限界成膜回数に達した（Ｃ＝Ｒｃ）と判断されるか、またはステップＳ６で異常放電の発生が検知される（すなわちメンテナンスが必要であると判断される）と、ステップＳ７で製品である絶縁膜の生産がいったん中止され、ステップＳ８で導電膜が成膜される。これにより、絶縁性堆積物１１が、導電膜１５で覆われる。このメンテナンスが終了すると、ステップＳ９に進み、成膜回数カウンタのカウントがリセットされ、Ｃ＝０となる。そして、ステップＳ２に戻り、絶縁膜の成膜準備をし、ステップＳ３で絶縁膜を成膜する。このようにして絶縁膜の成膜（生産）が行われる。
【００３３】
図３は、本発明の別の実施の形態による絶縁性薄膜成膜方法を説明するフローチャートである。図３に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートにおけるステップＳ４およびＳ５をステップＳ４ＡおよびＳ５Ａに置き換え、ステップＳ９をなくした以外は図２と同様である。図２に示すフローチャートによる成膜方法では、メンテナンスが必要か否かの判断は絶縁膜成膜工程における成膜回数Ｃが所定の限界成膜回数Ｒｃに達したかを判断することで行われたが、図３に示すフローチャートによる成膜方法では、メンテナンスが必要か否かは、絶縁膜成膜工程において平行平板電極上に堆積した絶縁物の膜厚が所定の膜厚（値）に到達したか否かをもって判断される。このため、ステップＳ４Ａにおいて、成膜（生産）中に例えば光学式の膜厚測定装置を用いて好ましくはリアルタイムで成膜の膜厚を検査し、ステップＳ５Ａにおいて、検査により得られた膜厚値（Ｄ）が予め設定された所定値（Ｄｃ）に到達したか否かが判断される。
【００３４】
Ｄ＜Ｄｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが不要であると判断され（ステップＳ５Ａ，ＮＯ）、図２に示すフローチャートによる場合と同様に、プロセスはステップＳ６に進む。Ｄ＝Ｄｃのときは、平行平板電極のメンテナンスが必要である（ステップＳ５Ａ、ＹＥＳ）と判断され、ステップＳ７に進み、生産（成膜）が中止され、ついでステップＳ８において導電膜の成膜（メンテナンス）が行われる。ステップＳ８で誘電膜の成膜が行われた後、プロセスはステップＳ２に戻り、絶縁膜を成膜するための成膜準備が行われ、プロセスが繰り返される。
【００３５】
図５および図６はそれぞれ、本発明の一実施の形態によるプラズマＣＶＤ装置の概念図であって、基板ホルダである対向電極５Ｂ上に堆積された絶縁性堆積物１１を覆うように導電膜１５を設けた状態を示す。ただし、図５および図６においては、制御装置１０、検知器１２、スイッチ１４は、図示を省略した。導電膜１５を設けたことにより、電荷は導電膜１５の表面を容易に移動し均一に分布することができる。なお、導電膜１５は一面に成膜させ、絶縁堆積物１１が露出している部分がないようにする。これによって、電極ホルダ上の位置によらず均一に電荷が分布し、電荷の局所集中が生じない。
【００３６】
したがって、図５または図６に示すように、メンテナンス終了後のプラズマＣＶＤ装置を用いて、図２のステップＳ３において新たに基板を導入し、絶縁膜の成膜を行うと、プラズマ密度が偏ることがないため、均一な膜厚の絶縁膜を成膜することができる。また、対向電極５Ｂ上に堆積した絶縁物にコーナー部が存在しても導電膜に覆われるため、異常放電が発生することがない。このため、安定したプラズマ放電が得られ、基板表面上に均一な膜厚の絶縁膜を形成することができる。
【００３７】
上述のように、本発明のＣＶＤ装置およびＣＶＤ成膜方法では、基板表面に絶縁膜の成膜を繰返し、異常放電が検知されるか、あるいは所定の成膜回数または平行電極面上に堆積した絶縁物の所定の膜厚が到達されることを指標に、平行平板電極５Ａ，５Ｂ上の堆積絶縁物の上に導電膜を成膜してメンテナンスを行う。その結果、特別の部品、装置を設けることなく、平行平板電極の対抗面に堆積してくる絶縁物の膜厚分布に対する悪影響を取り除くことができる。
【００３８】
［比較例１]
上述したように図１に示すＣＶＤ装置１は図２に示すメンテナンス機能をオンオフすることができる。そこで、図１に示すＣＶＤ装置１のメンテナンス機能をオフにして、図７（ａ）〜（ｄ）に示す手順に従ってまず電極表面に絶縁膜を成膜し、その後、基板表面に絶縁膜を形成した。
【００３９】
図７（ａ）は、基板Ｓを載せない状態の真空チャンバ３内の対向電極５Ｂを示す。まず、この対向電極５Ｂの表面に対して、標準レシピで屈折率２．０（屈折率２．３未満）の高絶縁性のＳｉＮ膜の成膜を繰返し行い、対向電極５Ｂ上に十分にＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。絶縁物１１ａの堆積量は、ガス密度や電極形状の影響を受けて電極の場所によって異なり、平行平板電極５Ａ，５Ｂの表面の絶縁膜の厚みは一様ではない。このようにして、基板表面に絶縁膜を繰り返し成膜した際の平行平板電極５の表面状態を再現した。
【００４０】
このように一様でないＳｉＮ膜１１ａで覆われた対向電極５Ｂの上に基板Ｓを載せ（図７（ｃ））、この基板Ｓの表面に、屈折率２．０、膜厚８０ｎｍが得られるように調整されたＳｉＮ膜成膜条件で成膜した（図７（ｄ））。膜厚分布Ｄｔは１０．５８％であった。
【実施例１】
【００４１】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例１と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で、図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて次のようにメンテナンスを行った。
【００４２】
対向電極５Ｂ上に基板を載置しない状態で、プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内にシランおよび窒素を一定流量で供給する。真空チャンバ３内の圧力を一定に保った状態で、高周波電極５Ａに定電流制御された交流電源ＰＳから高周波電圧を印加し、絶縁膜１１ａの付着した対向電極５Ｂ上にａ−Ｓｉ膜１５ａを成膜した。対向電極５Ｂの絶縁膜１１ａを導電性のａ−Ｓｉ１５Ａで覆うことによって、対向電極５Ｂを一定の厚みの導電性薄膜で覆った（図７（ｅ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にもａ−Ｓｉ１５Ａが成膜される。絶縁堆積物１１ａはａ−Ｓｉ膜１５ａで覆われ、このａ−Ｓｉ膜はＳｉＮ薄膜の成膜中のプラズマ放電の光照射により導電膜となるため、ＳｉＮ薄膜の成膜中に電荷が局所に集中することがなくなり、プラズマの生成が均一になる。その結果、基板Ｓを載せて基板表面に絶縁膜としてＳｉＮ薄膜を形成した場合、その膜厚が均一になる。
【００４３】
実際、図７（ｅ）のａ−Ｓｉ膜１５ａの成膜後に、基板Ｓを対向電極５Ｂ上に載せ（図７（ｆ））、再び標準成膜レシピに従って基板に屈折率２．０のＳｉＮ膜を成膜したところ（図７（ｇ））、基板上のＳｉＮ膜の膜厚分布Ｄｔは６．７０％となり、平行平板電極内の基板に形成されたＳｉＮ膜の膜厚が均一化された。
【００４４】
図８は、ａ−Ｓｉ膜を成膜する前および後に成膜した基板上のＳｉＮ膜の膜厚の分布を示す図である。図８（ａ）は、平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜せずに基板表面にＳｉＮ薄膜を成膜した場合を示す。成膜レートは２８．４ｍｍ／ｍｉｎであり、膜厚分布は１０．５８％であった。図８（ｂ）は、平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜後に基板表面にＳｉＮ薄膜を成膜した場合を示す。成膜レートは３０．３ｍｍ／ｍｉｎであり、膜厚分布は６．７０％であった。
【００４５】
また、図９はａ−Ｓｉコートの効果を示すグラフである。図９から明らかなように、基板に薄膜を成膜中の直流電圧Ｖｄｃの変動は、ａ−Ｓｉ膜の成膜（メンテナンス）を行わずにＳｉＮ膜の成膜を続けた場合（図９、◆）、電極が高絶縁成膜（屈折率２．０のＳｉＮ）に覆われているために、Ｖｄｃが安定するまでの時定数が約１５０秒と長い。平行平板電極５の表面にａ−Ｓｉ膜を成膜した後は、第１回目の絶縁膜の成膜（図９、▲）、第２回目（図９、■）ともにＶｄｃは迅速に安定していることが分かる。
【００４６】
［変形例１］
実施例１において、ａ−Ｓｉ膜の成膜および屈折率２．３以上の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜の成膜を、シランの他に、窒素および水素、アンモニアを含むガス組成を用いて行った。実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例２】
【００４７】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例１と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で、図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて次のようにメンテナンスを行った。実施例１と異なる点は、導電性薄膜としてａ−ｓｉに代えてＳｉＮを使用する点である。
【００４８】
対向電極５Ｂ上に基板を載置しない状態で、プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内にシランおよび窒素を一定流量で供給し、真空チャンバ３内の圧力を一定に保った状態で、平行平板電極５に定電流制御された交流電源ＰＳから高周波電圧を印加し、絶縁膜１１ａの付着した平行平板電極に屈折率２．３のＳｉＮ膜（ｎ＝２．３ ＳｉＮ）１５ｂを成膜した。屈折率２．３のＳｉＮ膜は屈折率２．０のＳｉＮ膜（ｎ＝２．０ ＳｉＮ）１１ａより導電性が高く、平行平板電極５Ａ，５Ｂの絶縁膜を屈折率２．３のＳｉＮで覆うことによって、図７（ｅ）のａ−Ｓｉ膜１５と同様に平行平板電極が一様に導電化された状態とした。絶縁堆積物１１は屈折率２．３のＳｉＮ膜１５ｂで覆われ、導電性となった。この状態で対向電極５Ｂ上に基板を載置し、基板表面に絶縁膜（屈折率２．０のＳｉＮ膜）を成膜すると、電荷が局所に集中することがなく、プラズマの生成が均一になり、その結果、得られるＳｉＮ膜の膜厚が均一になる。
【００４９】
実際、図７（ｅ）の屈折率２．３のＳｉＮ膜の成膜後に、基板Ｓを対向電極５Ｂ上に載せ（図７（ｆ））、再び標準成膜レシピに従ってＳｉＮ膜（屈折率２．０）を成膜したところ（図７（ｇ））、基板の膜厚分布は実施例１のа−Ｓｉを用いた場合とほぼ同じとなり、平行平板電極内の基板に形成されたＳｉＮ膜の膜厚が場所によらず均一化された。
【００５０】
［比較例２］
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。電極表面がほぼ完全に絶縁膜１１で覆われる状態になったため、ＳｉＮ膜の成膜を続行した場合に、高周波電極５Ａの端部付近に周囲より高密度のプラズマ放電が目視で観察された（図１２参照）。また、放電中は高周波電極５Ａの負の直流電位Ｖｄｃが一定でなく変動し、高周波電極５Ａに蓄積する電荷量が不安定であった（図９参照）。
【実施例３】
【００５１】
図１に示すＣＶＤ装置１を用いて、比較例２と同様にして標準レシピで対向電極５Ｂ上に屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａを成膜した（図７（ｂ））。このとき、高周波電極５Ａの表面にも屈折率２．０のＳｉＮ膜１１ａが成膜される。このようにして、絶縁膜の成膜工程を繰返し実施した後の平行平板電極５の状態を模擬的に再現した。この状態で図１のＣＶＤ装置１のメンテナンス機能を用いて成膜を続けたところ、放電が検知され（図２、ステップＳ６参照）、ＳｉＮ膜の成膜（生産）が中止され、次のようにメンテナンスが行われた。
【００５２】
プラズマＣＶＤ装置１の真空チャンバ３内に屈折率２．３のＳｉＮが得られるように調整された原料ガスをガス供給機構７より導入し、真空チャンバ内３の圧力を一定に保った状態で、平行平板電極５に高周波電圧を印加し、平行平板電極５に屈折率２．３のＳｉＮ膜を成膜した。平行平板電極５の堆積絶縁物１１をＳｉＮ（屈折率２．３）で覆うことによって、平行平板電極５は導電化され、プラズマ発生時に平行平板電極５に蓄積する電荷量が一様に分布する状態となった。
【００５３】
平行平板電極５の表面をＳｉＮ（屈折率２．３）膜で一様に覆った後に、再び標準成膜レシピでＳｉＮ（屈折率２．０）膜を成膜した。これにより、局所的な高密度プラズマ放電（異常放電）ＡＤの発生が検知されなかった。成膜中のＶｄｃは一定値であり、高周波電極に蓄積する電荷量が安定しており、局所的に過剰電流が流れることがなかった。ＳｉＮ（屈折率２．３）膜の成膜後における成膜中の直流電圧Ｖｄｃの変動は、実施例２の図９とほぼ同様であった。
【００５４】
［変形例２］
実施例３において、ａ−Ｓｉ成膜および屈折率２．３以上の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜の成膜を、シランの他に、窒素および水素、アンモニアを含むガス組成を用いて行った。実施例３とほぼ同様の結果が得られた。
【実施例４】
【００５５】
実施例１〜３では、基板を載置することなく平行平板電極表面に意図的に絶縁膜を堆積して、堆積絶縁物１１の存在するプラズマＣＶＤ装置の平行平板電極の状態を模擬的に再現したが、本実施例では、実際に、図１のＣＶＤ装置１を用いて、メンテナンス機能をオンにした状態で絶縁膜の成膜（生産）を行った。
【００５６】
スイッチ１４により装置を起動させ、制御装置１０のＲＯＭ１８に格納されている成膜処理プログラムにより成膜を行う。図示しない入力手段により標準レシピでＳｉＮ膜（屈折率２．０）を成膜する成膜条件を記憶装置（不図示）に設定する。制御装置１０のＣＰＵ１６は設定された条件のデータを参照して、ガス供給機構７とガス排気機構９等を制御し、これにより制御装置１０の制御に基づいて成膜準備が行われる（図２、ステップＳ２）。成膜を繰り返して行っている際、異常放電が検知器１２により検知されると、検知器１２から検知信号が制御装置１０に送信される。制御装置１０のＣＰＵは検知器１２からの信号を受信するとガス供給機構７とガス排気機構９等に成膜中止指令を送信し、絶縁膜の成膜（生産）が中止される。生産が中止されると、制御装置１０はガス供給機構７とガス排気機構９等に導電膜の成膜の開始指令を発し、メンテナンスが開始される。基板Ｓを基板ホルダ上に載置せずに、ａ−Ｓｉ膜を平行平板電極５の電極面に成膜する。このメンテナンスが終了すると、プログラムに従い、制御装置１０は、先に設定された絶縁膜の成膜条件に従って基板の表面に成膜を行う準備を行い、基板表面に対して絶縁膜の成膜（生産）が再開される。
【００５７】
上記の場合は、装置起動後、絶縁膜の成膜処理の回数（Ｃ）が所定の限界成膜回数（Ｒｃ）より小さい（Ｃ＜Ｒｃ）段階で検知器１２により異常放電が検知された場合である。Ｃ＜Ｒｃの段階で異常放電が検知されなかった場合は、成膜処理の回数がＣ＝Ｒｃとなった段階で、制御装置１０により生産中止指令が送信され、生産が中止される。生産が中止されると、上述のメンテナンスが行われ、メンテナンスが終了すると、設定された成膜条件に従って成膜準備がなされ、絶縁膜の成膜が再開される。このようにして、適宜メンテナンスを行いつつ、基板表面への絶縁膜の成膜が繰り返される。これにより均一な膜厚の絶縁膜を有する製品が得られた。
【実施例５】
【００５８】
実施例４において導電膜としてａ−Ｓｉ膜の替わりに実施例２と同様に屈折率２．３のＳｉＮ膜を成膜したところ、同様に均一な膜厚の絶縁膜が得られた。
【実施例６】
【００５９】
準備段階として、絶縁膜の成膜を繰り返して、初めて製品に膜厚が不均一であることが観察された成膜回数を記録しておく。この記録された回数に基づき安全を見込んだ若干内輪の回数、例えば８回を限界成膜回数として設定し、絶縁膜の成膜処理の回数がこの限界成膜回数の値に達した段階で製品の製造をいったん中止し、実施例１と同様に基板ホルダ５に基板Ｓの無い状態で導電膜の成膜を行う。このメンテナンスを行った後、再び実施例１と同様に基板に絶縁膜の成膜を繰り返す。目標成膜回数になった時点で成膜処理を終了する。目標成膜回数になる前に限界成膜回数に達した場合は、製品の製造をいったん中止し、メンテナンスを行った後、製品の製造を行う。このサイクルを目標成膜回数に達するまで繰り返す。
【実施例７】
【００６０】
実施例６では、メンテナンスを行うか否かを上述の限界成膜回数を設定して成膜回数がその限界成膜回数に達したか否かにより判断しているが、本実施例では、製品の製造を繰り返して、最初に異常放電が観察または検知された段階でいったん製品の製造を中止し、他の実施例と同様のメンテナンスを行う。
【００６１】
［変形例３］
実施例７において、限界成膜回数はさらに異常放電の発生がはじめて観察または検知される成膜回数も考慮して設定してもよい。
【００６２】
限界成膜回数を設定する方式による場合は、異常放電の発生を指標にする場合に比べて製品の歩留まりがさらに向上する利点がある。
【００６３】
［変形例４］
実施例１〜４および変形例１〜３において、異常放電の検知は検知器１２により検知したが、目視により異常放電の発生を検知してもよい。また、プログラムに従い自動的に成膜処理工程が進行するように構成したが、各工程への移行はマニュアル操作によってもよい。
【実施例８】
【００６４】
実施例６では、限界成膜回数を設定して成膜回数がその限界成膜回数に達したか否かにより、また変形例３では異常放電の発生がはじめて観察または検知されたことにより、メンテナンスを行うか否かを判断している。本実施例では、成膜（生産）中に平行平板電極の電極面に堆積した絶縁物の膜厚を、図示しない光学式膜厚測定装置によりリアルタイムに測定し、膜厚が所定の膜厚に到達した段階でいったん製品の製造を中止し、他の実施例と同様のメンテナンスを行う。メンテナンス終了後、成膜準備を行い、成膜（生産）を再開する。
【００６５】
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上述した実施の形態および変形例に限定されるものではない。また、実施の形態と変形例の一つとを組み合わせること、もしくは、実施の形態と変形例の複数とを組み合わせることも可能である。さらに、変形例同士をどのように組み合わせることも可能である。あるいは、実施の形態または実施例、変形例中の一部の工程を他の実施の形態または実施例、変形例において用いること、または置きかえることも可能である。さらにまた、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。
【００６６】
本発明は従来のプラズマＣＶＤ装置に装置または部品を追加することなく、均一な膜厚分布の薄膜を形成することができ、特に太陽電池用絶縁薄膜の製造に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１ プラズマＣＶＤ装置
３ 真空チャンバ
５ 平行平板電極
５Ａ 高周波電極
５Ｂ 対向電極（基板ホルダ）
７ ガス供給機構
９ ガス排気機構
１１ 絶縁物
１１ａ ＳｉＮ膜（屈折率２．０）
１２ 検知器
１３ アースシールド
１４ スイッチ
１５ 導電膜
１５ａ ａ−Ｓｉ膜
１５ｂ ＳｉＮ膜（屈折率２．３）
１６ ＣＰＵ
１８ ＲＯＭ
１０５Ｃ 端部
１１１Ａ 絶縁物のコーナー部
ＭＢ マッチングボックス
ＡＤ 異常放電
Ｄ プラズマ放電（グロー放電）
ＰＳ 交流電源
Ｓ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で前記基板の表面に薄膜を形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜形成工程とを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項２】
電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記薄膜形成手段による一定量の薄膜を前記基板の表面に形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜生成手段とを備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
前記基板の表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記基板の表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、基板が無い状態で、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成工程とを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項４】
平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記基板表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、前記基板が無い状態で、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成手段とを備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
平行平板電極にて放電を行い、基板に絶縁性薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置を用いる絶縁性薄膜の成膜方法であって、
前記基板に絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程と、
前記平行平板電極の表面のメンテナンスが必要であるか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程において前記メンテナンスが必要であると判断された場合に、前記基板が無い状態で前記平行平板電極の表面に導電膜を成膜する導電膜成膜工程とを備える絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項６】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、異常放電の発生を検出する異常放電発生検出工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記異常放電の発生の有無に基づいて行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項７】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、あらかじめ連続して行われる成膜処理の回数を設定する限界成膜回数設定工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記限界成膜回数設定工程において設定された限界成膜回数の到達により行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項８】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、絶縁膜の膜厚検査工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記膜厚検査工程において設定された膜厚の到達により行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項９】
請求項６に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
前記絶縁膜成膜工程と、前記異常放電発生検出工程と、前記導電膜成膜工程とを繰り返すことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか一項に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
前記絶縁性薄膜は屈折率２．３未満のＳｉＮ膜であり、前記導電膜はａ−Ｓｉ膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜であることを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項１】
電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記薄膜形成工程で前記基板の表面に薄膜を形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜形成工程とを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項２】
電極を用いた容量結合型プラズマＣＶＤによって基板の表面に薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板の表面へ薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記薄膜形成手段による一定量の薄膜を前記基板の表面に形成した後、前記基板が無い状態で前記薄膜と比較して導電性の高い薄膜を前記電極の表面に生成する導電性薄膜生成手段とを備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ成膜方法において、
前記基板の表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成工程と、
前記基板の表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、基板が無い状態で、アモルファスシリコン（以下、ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成工程とを有することを特徴とするプラズマＣＶＤ成膜方法。
【請求項４】
平行平板電極にて放電を行い、基板の表面に窒化シリコン薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置において、
前記基板表面へ屈折率２．３未満の窒化シリコン薄膜を形成する薄膜形成手段と、
前記基板表面へ一定量の窒化シリコン薄膜を形成した後に、前記基板が無い状態で、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または屈折率２．３以上の窒化シリコン膜を前記平行平板電極の表面に生成する窒化シリコン薄膜形成手段とを備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
平行平板電極にて放電を行い、基板に絶縁性薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置を用いる絶縁性薄膜の成膜方法であって、
前記基板に絶縁膜を成膜する絶縁膜成膜工程と、
前記平行平板電極の表面のメンテナンスが必要であるか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程において前記メンテナンスが必要であると判断された場合に、前記基板が無い状態で前記平行平板電極の表面に導電膜を成膜する導電膜成膜工程とを備える絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項６】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、異常放電の発生を検出する異常放電発生検出工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記異常放電の発生の有無に基づいて行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項７】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、あらかじめ連続して行われる成膜処理の回数を設定する限界成膜回数設定工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記限界成膜回数設定工程において設定された限界成膜回数の到達により行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項８】
請求項５に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
さらに、絶縁膜の膜厚検査工程を備え、
前記判断工程における前記メンテナンスが必要であるか否かの判断を、前記膜厚検査工程において設定された膜厚の到達により行うことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項９】
請求項６に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
前記絶縁膜成膜工程と、前記異常放電発生検出工程と、前記導電膜成膜工程とを繰り返すことを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか一項に記載の絶縁性薄膜成膜方法において、
前記絶縁性薄膜は屈折率２．３未満のＳｉＮ膜であり、前記導電膜はａ−Ｓｉ膜または屈折率２．３以上のＳｉＮ膜であることを特徴とする絶縁性薄膜成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２７１６８（Ｐ２０１１−１２７１６８Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８５５９９（Ｐ２００９−２８５５９９）
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１６日（２００９．１２．１６）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【Ｆターム（参考）】
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