JP5454069B2 - 成膜装置及びその動作方法、並びに電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、成膜装置及びその動作方法並びに電気機器に関する。特に、本発明は、プラズマＣＶＤ等の成膜装置において、電極に堆積した成膜付着物を除去するための成膜装置及びその動作方法並びにそれを用いて作製された膜を備える電気機器に関する。

近年、薄膜太陽電池、感光ドラム、及びディスプレイ用ＴＦＴアレイなどの電気機器又は電気機器に用いられる電子部品の製造工程においては、例えばｐ型、ｉ型、ｎ型などのアモルファスシリコン膜やマイクロクリスタルシリコン膜が盛んに用いられる。これらの膜は、何らかの部材（以下、「基板」という）の面に、シリコン膜が単層又は多層の膜状になるように形成される。このための成膜処理には、プラズマＣＶＤ法などの成膜装置が多用される。

図１に、従来のプラズマＣＶＤ法に用いる成膜装置５００の概略の構成図を示す。成膜装置５００においては、減圧した反応室４の内部にモノシラン（ＳｉＨ_４）ガス（以下、単に「シランガス」ともいう。）などの原料ガスがガス導入路１３から導入される。その反応室４の内部には、プラズマ１７を励起するために、ＲＦ（高周波）電源ライン１２に接続する電極２が配置され、その電極２に対向するように成膜処理が施される基板１（以下、「成膜基板１」という）が配置される。この成膜基板１は、背面の加熱ヘッド５によって加熱されることにより、成膜に適する温度に制御される。このために加熱ヘッド５は、例えばリングヒーターなどのヒーター５２を備えており、ヒーター５２には適当な電力が供給される。

上述のような電極２は、一例として、成膜基板１に対して向かうように配置される電極２の成膜基板１に向く面２Ａ（以下、「電極面２Ａ」という）にシャワー板２２を備えている。このシャワー板２２は、シャワー板２２自体を貫通するガスの流出孔２２Ａを多数有している。ガス導入路１３からの原料ガスは、電極２の内部の凹部２４にて一旦広げられた後、この流出孔２２Ａから成膜基板１側の空間に供給される。こうして、成膜装置５００は、成膜の均質性を確保しつつ成膜処理を行う。成膜装置５００は、一定の量の原料ガスを供給しつつ排気口１４から排気する環境下で、プラズマ１７によって原料ガスを分解させながら成膜処理を行う。成膜装置５００を実際に稼働させて成膜処理を行う際には、成膜基板１を交換し（枚葉基板の場合）、又は、搬送し（ロール基板の場合）、動作させ続ける。

成膜装置５００を稼働させてシリコン膜（図示しない）の成膜を行う間、シャワー板２２はプラズマに曝され続ける。このため、成膜処理が行われると、電極２の電極面２Ａ、とりわけ、シャワー板２２の成膜基板１に向く表面には、かなりの厚みのシリコンの堆積物３（以下、「成膜付着物３」という）が形成される。この成膜付着物３の堆積が一定以上に進行すると、成膜付着物３がシャワー板２２の表面から剥離し始める。そうすると、剥離した成膜付着物３は、粒状あるいは粉塵状の膜粒子１５となって反応室４の内部において飛散する。図１は、このときの様子を示している。また、成膜付着物３の堆積が進行すると、均一性を高めるように多数配置されたシャワー板２２の流出孔２２Ａが不均一ないし乱雑に塞がれてしまうため、原料ガスを供給する気流が不均一になる。例えば、図１のシャワー板２２からの矢印２２２によって示されているように、原料ガスが供給量不足になるところと供給過多になるところが生じる。こうして、成膜基板１に成膜される膜の均一性が低下してしまう。

厄介なことに、この膜粒子１５は、成膜基板１の面上に形成中のシリコン膜中へ混入したり、成膜面１６を傷付けたり、あるいは、成膜基板１の面に付着したりする。このような現象は、成膜品質を低下させてしまう原因となる。また、膜粒子１５は反応室４の内壁にも付着する。反応室４の内壁に付着した膜粒子１５は、例えば、何らかのガスを反応室４に導入するときなど、作業者の意図しないタイミングに反応室内にて舞い上がることになるため、成膜基板１の成膜品質を低下させてしまう。

このような事態を避けるべく、定期的に成膜装置５００の稼働を中断してシャワー板２２を含む電極２の電極面２Ａの成膜付着物３を除去する作業、すなわちクリーニング作業を行う必要がある。従来の成膜装置におけるクリーニング作業では、例えば、反応室４を開放して、取り外したシャワー板２２の表面の成膜付着物３がサンドブラスト処理及び薬液により除去される。また、反応室４の内部の膜粒子１５を手作業で拭き取る等の作業も一般的に行われる。

さらに、成膜装置を開放することなく反応室の内部をクリーニングするために、クリーニングガスを使用してプラズマエッチングを行うことも行われる。また、反応室内へ冷却ガスを導入して電極を冷却することによって膜の堆積を防止する手法も開示されている。これらの手法は、例えば特許文献１に開示される。

特開２００７−２２７５０１号公報

上述の従来のクリーニング作業は、一例として、次のように行われる。まず、成膜装置の稼働を停止し、ヒーター５２による加熱を停止し、減圧されている反応室４を大気圧に戻す。その後、反応室４を開放して、手作業によってシャワー板２２を取り外す。反応室４の内部の膜粒子１５は人手により拭き取る。それと並行して、そのシャワー板２２の成膜付着物３をサンドブラスト処理によって除去する。シャワー板２２はさらに薬液によって洗浄する。これらが完了すると、洗浄後のシャワー板２２を反応室４の内部に再度取付ける。そして、反応室４を再び減圧状態に到達させた後、ヒーター５２によって加熱ヘッド５を昇温させる。しかしながら、このような従来のクリーニング作業は、作業負荷が大きく、また作業時間も数時間〜数十時間を要するため、成膜装置の稼働率を著しく低下させている。

また、上述のクリーニングガスによるプラズマエッチングによるクリーニング法では、特殊なガス（反応性ガス）を用いるために環境負荷が大きく設備コストも多大となるばかりか、クリーニング完了までに相当の時間を要する。加えて、反応室内に冷却ガスを導入するクリーニング法においては、反応室内の意図しない部位まで冷却されてしまうため、装置を成膜状態まで復帰させるまでに長時間を要する。

このように、上述のクリーニング法は、成膜装置のメンテナンスのために数時間〜数十時間という時間を必要としたり、多大な作業負荷を伴う。このため、いずれのクリーニング法も成膜処理の生産性を著しく低下させている。本発明は、かかる課題の少なくともいくつかを解決するためになされたものであり、成膜装置のメンテナンスのための作業負荷の軽減と成膜装置の稼働率の向上によって、成膜装置及びそれを用いる成膜工程によって製造される製品の生産効率を高めることに大きく寄与するものである。

上述の課題を解決するために、本願発明者らは、まず、成膜付着物３が上述のように剥離を起こすメカニズムを分析した。綿密な調査と分析により、本願発明者らは、上述のような成膜装置の電極２のシャワー板２２からの膜粒子１５は、電極２の電極面２Ａに堆積した成膜付着物３が電極２との境界面から剥離したものであることを知見した。しかも、その剥離は、成膜付着物３が一定程度に堆積するまでは起こりにくいことが判明した。すなわち、成膜付着物３の剥離は、十分に堆積が進んだ後に生じることが多い。本願発明者らは、さらに、そのきっかけとなっている事象の１つは、電極２と成膜付着物３の温度変化であると考えた。つまり、何らかの理由によって電極２の温度が変動する結果、電極２と成膜付着物３との境界面に剥離を生じさせているものと本願発明者らは推測している。ところで、成膜付着物３がシリコンを主成分とする場合には、その成膜付着物３の材質は脆い。このため、上記従来の成膜装置においては、温度による応力（熱応力）が作用した状態で剥離すると、成膜付着物３が粉塵あるいは粒状の膜粒子１５となって飛散することになる。

そこで、本願発明者らは、以上の分析結果を踏まえ、上記課題の解決を図ることを意図して、さらに鋭意検討を行った。その結果、この原理をむしろ逆に利用することによって成膜付着物を効果的に除去し得ることを見出した。

すなわち、本発明のある態様として、減圧可能な反応室と、前記反応室の内部に設けられ、電極面を有する電極部と、前記反応室の内部に設けられ、加熱冷却面を有する加熱冷却ヘッドであって、前記加熱冷却面をある空間を挟んで前記電極面に対向させる第１の位置と、前記加熱冷却面を直接的又は間接的に前記電極面に当接させる第２の位置との間において移動可能な加熱冷却ヘッドとを備えてなり、前記第２の位置にある前記加熱冷却ヘッドによって前記電極部を冷却し、前記電極部に堆積した成膜付着物を剥離させる成膜装置が提供される。

上述の成膜装置において、第１の位置は、加熱冷却ヘッドの加熱冷却面が電極面との間にある空間を置いているときの加熱冷却ヘッドの位置であり、例えばその成膜装置によって成膜処理が行われる際の加熱冷却ヘッドの位置である。また、第２の位置は、加熱冷却ヘッドの加熱冷却面が直接的又は間接的に電極部に当接しているときの加熱冷却ヘッドの位置である。この第２の位置にある加熱冷却ヘッドは、電極部を冷却して、成膜付着物を電極から剥離させる。ここで、加熱冷却ヘッドが第２の位置を取るタイミングと加熱冷却ヘッドが電極を冷却するタイミングは種々のタイミングとすることができる。例えば第２の位置になると同時に加熱冷却ヘッドが電極を冷却し始めることができるし、また、第２の位置となってからある時間が経過するのを待って加熱冷却ヘッドが冷却を開始するようにも構成することができる。

また、本発明においては、成膜装置の動作方法の態様も提供される。すなわち、加熱冷却面を有する加熱冷却ヘッドと電極面を有する電極部とを内部に備える減圧可能な反応室において、前記加熱冷却ヘッドを、前記加熱冷却面をある空間を挟んで前記電極面に対向させる第１の位置から、前記加熱冷却面を直接的又は間接的に前記電極面に当接させる第２の位置まで移動させるステップと、前記第２の位置にある前記加熱冷却ヘッドによって前記電極部を冷却するステップとを含み、これにより、前記電極部に堆積した成膜付着物を剥離する、成膜装置の動作方法が提供される。

また、本発明においては、上述の態様に含まれる成膜装置によって成膜された膜、又は、上述の態様に含まれる動作方法を利用して成膜された膜を備える電気機器が提供される。ここでの電気機器とは、電気を流す任意の物をいう。この中には、情報処理機器、エネルギー生成機器を含む。すなわち、ここでの電気機器を例示すれば、薄膜太陽電池、感光ドラム、及びディスプレイ用アレイ基板などの部品、並びに、これらを含む任意の機器である。

なお、本出願において剥離とは、一体となっている物体において物理的な連続性が失われて別体の２つ以上の物体となることをいい、接触している二つの物体であっても互いに連続性が失われていれば剥離しているという。

本発明のいずれかの態様によれば、電極上の成膜付着物を反応室内において容易に剥離させることができる。このため、膜粒子になり得るシリコン材料自体の量が低減されるだけでなく、成膜装置のメンテナンスのための作業時間を短縮することが可能となるため、成膜装置を停止して行う作業量を顕著に削減することができる。

従来のプラズマＣＶＤ成膜装置の概略の構成を示す断面図である。 本発明のある態様において膜が剥離する原理を説明する説明図である。 本発明のある態様における成膜装置の概略の構成を示す断面図である。 本発明のある態様の成膜装置におけるメンテナンス処理の動作を示す説明図である。 本発明のある態様の成膜装置におけるメンテナンス処理の動作を示す説明図である。 本発明のある態様の成膜装置に用いる加熱冷却装置の構成を示す説明図である。 本発明のある態様における成膜装置の構成を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施態様について説明する。この説明に際し、全図にわたり、特に言及がない限り、共通する部分又は要素には、共通する参照符号が付されている。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示されてはいない。

まず、本発明の各態様において剥離が実現する原理を説明する。図２は、本発明の実施態様において成膜付着物３を剥離させる原理を説明する説明図であり、電極２の一部であるシャワー板２２に成膜付着物３が堆積している部分を拡大した断面図である。成膜付着物３は、電極２のシャワー板２２が成膜処理によって高温になっている間に堆積されて形成される（図２（ａ））。堆積が進行すると、この成膜付着物３は、成膜基板１に堆積させる膜に比べて厚くなる。次に、電極２及びシャワー板２２を冷却する。このとき、電極２のシャワー板２２の材質と成膜付着物３の材質の間には線膨張係数に差があることから、シャワー板２２は冷却に伴って成膜付着物３よりも大きく収縮する。従って、十分に冷却されると、成膜付着物３はシャワー板２２の収縮に追随できなくなる（図２（ｂ））。その結果、シャワー板２２と成膜付着物３の界面すなわち電極２の電極面において成膜付着物３が剥離する。このような原理を積極的に利用する本発明の実施態様について、さらに詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図３は、本発明の第１の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置（本出願では、単に「成膜装置」ともいう。）１００において、成膜処理からメンテナンス処理に移行するときの状態を示す断面図である。また、図４及び図５は、プラズマＣＶＤ成膜装置１００のメンテナンス処理の動作の説明図である。そして、図６は、プラズマＣＶＤ成膜装置１００に備えられる加熱冷却装置６の構成を示す説明図である。

図３に示すように、プラズマＣＶＤ成膜装置１００は、加熱冷却装置６を備えている。この加熱冷却装置６は、図６に示すように、加熱冷却面６２Ａを電極２の側に備えるヘッド部６２すなわち加熱冷却ヘッドを有していて、その内部には流路６３を有している。流路６３には、流路６３のＩＮ側端部６３ａからＯＵＴ側端部６３ｂまで、温調装置６１から供給される媒体６４が流れている。この媒体６４が、加熱冷却装置６のヘッド部６２を加熱し、又は、冷却する主たる役割を果たす。この媒体６４は、温調装置６１の図示しない循環装置によって、温調装置６１の流路とヘッド部６２の流路６３とを循環する。

媒体６４の温度は、温度調整部６５によって制御される。温度調整部６５には、例えば、媒体６４の温度を示す温度信号やヘッド部６２の温度を示す温度信号が入力されている。温度調整部６５は、少なくともこれらのうちのいずれかの温度信号又はこれらによって作られる温度指標が設定した温度指令値に近づくように、媒体６４を加熱又は冷却する制御を行う。この媒体６４には、例えば公知のオイルを用いることができる。こうして、加熱冷却装置６は、全体として、温度指令値に応じて加熱動作又は冷却動作の切り替えを行う構造になっている。

次に、このような構成の加熱冷却装置６を用いる成膜装置１００における成膜処理からメンテナンス処理への切り替え動作について説明する。まず、プラズマＣＶＤ成膜装置１００が成膜処理を行っている際、すなわち成膜装置１００の稼働時には、ヘッド部６２によって成膜基板１が加熱される。この際、排気口１４からの排気によって減圧された反応室４の内部には、シランガスなどの原料ガスがガス導入路１３から供給される。そして、プラズマ１７によって原料ガス分解させながら成膜基板１に成膜処理を行う。この原料ガスは、電極２の内部の凹部２４にて一旦広げられた後、シャワー板２２自体を貫通する流出孔２２Ａから成膜基板１側の空間に供給される。成膜装置５００を実際に稼働させて成膜処理を行う際には、成膜基板１を交換し（枚葉基板の場合）、又は、搬送し（ロール基板の場合）、動作させ続ける。

ここで、形成される膜をシリコン（Ｓｉ）膜としてさらに詳細に説明すると、成膜基板１には、例えば、モノシラン（ＳｉＨ_４）ガスが原料ガスを用いてＳｉ膜が形成される。この成膜処理は、ヘッド部６２の加熱冷却面６２Ａと電極２のシャワー板２２との間に確保された空間内に成膜基板１を配置して行われる。このため、ヘッド部６２は、電極面２Ａと加熱冷却面６２Ａとの間にその空間を設ける位置（第１の位置）をとるように制御される。その成膜基板１の電極２側の空間では、流出孔２２Ａから供給された原料ガスに対してＲＦ電源ライン１２を通じて高周波電力が印加されることにより、プラズマが励起される。このような処理により、プラズマ１７によって分解されたシリコン（例えばアモルファスシリコン）の膜が成膜基板１上に堆積する。そして、成膜基板１を送りながら、又は取り替えながら、前述の処理が連続的又は断続的に可能な限り長期間行なわれる。

より具体的には、例えば、成膜基板１がロール状の可撓性基板である場合には、図３の紙面に垂直方向に成膜領域を連続的にずらしてゆくようにして成膜基板１を送りながら成膜処理が行われる。別例として、成膜基板１がロール状の可撓性基板であっても、まず、成膜基板１が静止した状態で成膜処理をある領域に対して行った後、その隣の領域に成膜するために成膜基板１を移動させてから次の成膜処理を行うこともできる。いずれの場合であっても、適当な処理単位とすることができる。ここで、ロール状の可撓性基板を用いる例ではそのロール１巻分を成膜すると、反応室を一旦開放してロール状基板を交換する作業を行うことがある。従って、ロール状の可撓性基板の交換時を以って上述の処理単位とすることは実用上好適なものである。

成膜処理中は、成膜を行うために加熱冷却装置６の加熱冷却面６２Ａによって成膜基板１は加熱されている。ここで、この場合、ヘッド部６２からの熱やプラズマからの熱によって電極２やシャワー板２２の温度は２００℃程度に到達し得る。加えて、プラズマＣＶＤ成膜装置１００の成膜処理の稼働により、電極２のシャワー板２２上にシリコン膜が成膜付着物３となって堆積する。この堆積したＳｉ膜（成膜付着物３）の真性応力は、一例として２００ＭＰａ程度となる。

成膜装置の稼働処理において上述のある処理単位が終了すると、次に、電極２との間に設置されている成膜のための成膜基板１がダミー基板７に取り替えられる（図３）。この時点で、電極２のシャワー板２２に堆積した成膜付着物３の膜厚が一定以上に達している。この取替えは、定期的に行われたり、一定量の処理を終えた後に行われたりするように設定できる。より具体的には、稼働時間を積算した時間が所定の時間を越えた時点や、上記のロール１巻分を成膜した時点が、好適な処理単位として利用され得る。ダミー基板７の設置の際には、それまで成膜処理のために行っていた加熱冷却装置６の加熱動作が停止されるとともに冷却動作に切り替えられるため、加熱冷却装置６のヘッド部６２が冷却される。なお、上述に限定されることなく、ダミー基板７の交換時期と加熱動作から冷却動作への切り替え時期は、適宜選定され得る。

ダミー基板７の設置と加熱冷却装置６の冷却動作が完了すると、図４に示す通り、成膜付着物３が堆積した電極２に向かって加熱冷却装置６のヘッド部６２を前進させることによって、ヘッド部６２はダミー基板７ごと電極２に当接する。このため、ヘッド部６２は、ダミー基板７を挟んで、間接的に電極２の電極面２Ａに当接するような位置（第２の位置）をとるようにその位置が制御される。ここで、第２の位置を取るヘッド部６２は、ダミー基板７を電極２と挟むような位置となればよい。このため、ヘッド部６２が電極２との間をダミー基板７の厚み分だけ離すように位置が制御されることは、本実施形態の好適な一態様である。また、ヘッド部６２がある押圧力で付勢されて、ダミー基板７を挟むように制御されることも、本実施形態の他の好適な一態様である。

加熱冷却装置６には、ヘッド部６２をこのように前進させたり後退させたりするために、図示しない駆動装置が備わっている。このヘッド部６２の移動は、反応室４の減圧を保ったまま行うことができる。このための構造は種々の公知の構造を採用することができる。例えば、図３乃至図５のように、ヘッド部６２の一部が反応室４の壁の外に延びている場合には、その部分と反応室の壁との間に気密シールを設けることにより、ヘッド部６２が減圧状態を保った移動することができる。また、図示しないが、他の構成として、減圧領域８内に駆動装置を配置すれば、前述のようなシールを用いる必要がない。そのような状態で、適当な可撓性の流路によって反応室４の内部に導いた温調装置６１からの媒体６４をヘッド部６２の内部を循環させるように構成することも好適な一態様である。

本実施形態では、電極２とヘッド部６２との間に挾まれるダミー基板は、成膜基板１と同様の材質のものを用いることができる。特にダミー基板が柔軟性を有しているときには、電極２の電極面２Ａとヘッド部６２の加熱冷却面６２Ａとの間において密着度を向上させる、すなわち、ダミー基板を通じて熱的に接触している実効的な面積を増大させることができる。従って、電極２とヘッド部６２との間における熱抵抗が低減し得る。加えて、ダミー基板７は、電極２の電極面２Ａと加熱冷却装置６のヘッド部６２の加熱冷却面６２Ａとの直接の接触を避けることによって、その両方の面２Ａ，６２Ａを傷から保護する役割を果たし得る。さらに、ダミー基板７は、成膜付着物３の破片が剥離することによって意図しない方向へ飛散するのを防止する役割を果たし得る。

加熱冷却装置６の冷却動作によって、電極２は、例えば１４０℃程度に到達するまで冷却される。この例では、成膜中の電極２のシャワー板２２の温度が２００℃である場合には、温度差にして６０℃程度の冷却動作が実施される。この程度の温度差を生じさせてシャワー板２２及び成膜付着物３を収縮させれば、シャワー板２２から成膜付着物３を剥離させることができる。このとき、例えば、シャワー板２２がアルミニウム合金であるＡ５０５２とすると、その線膨張係数は２３．８×１０^−６である。一方、成膜付着物３（Ｓｉ）の線膨張係数は２．６×１０^−６であるため、成膜付着物３の剥離処理に十分な収縮量の差を確保することができる。冷却動作で電極２の電極面２Ａから剥離させた付着物３２は、直下に配置した回収ボックス１０（容器）内へ落下する。

次に、メンテナンス処理から成膜処理に移る際の動作について説明する。図４に示した冷却動作によって成膜付着物３を剥離させた後、図５に示す通り、加熱冷却装置６のヘッド部６２を、再び第１の位置となるように後退させる。このとき、例えば、ヘッド部６２は、温度指令値を成膜時の温度とすることなどによって温調装置６１を冷却動作から加熱動作に切り替える。ヘッド部６２を後退させると、さらにダミー基板７とシャワー板２２に挟まれていた剥離させた付着物３２が回収ボックス１０へ落下する。ヘッド部６２と電極２に挟まれていたダミー基板７は、例えば基板搬送を行って反応室４から取り出される。その後、成膜を行う対象の成膜基板１が所定の位置ヘセットされると、引き続き成膜作業が再開されることにより成膜装置１００が稼働する。

以上のような実施形態によれば、稼働を停止する時間は、主として、加熱冷却装置６によって電極２の冷却を開始してから、再度加熱冷却装置６によって電極の温度を成膜に適する温度に復帰するまでの温度操作に必要となる時間によって決まる。このとき、例えばクリーニングガスによるエッチングを行うような長時間時間は必要なく、また、成膜付着物３の破片が粒子や粉塵となって飛散しない。従って、反応室４の内部を人手によってクリーニングする作業も、不要となるか、もしくはその頻度が大幅に低下する。さらに、反応室４を大気に開放した後にシャワー板２２を取り外してサンドブラスト処理や薬液による作業を行う必要性もなくなるか大幅に低下する。このため、上述の実施形態によれば、メンテナンス作業時間を大幅に削減することが可能となるため、成膜装置の稼働時間を延ばすことができる。なお、回収ボックス１０内の剥離させた付着物３２は、反応室４を開放する際に容易に回収することができる。なお、作業時間と労力の観点から言えば、従来のように反応室を大気開放することなく成膜装置のメンテナンスができることは、特筆に値する。

上述の利点に加え、上記実施形態においては、シャワー板２２の取替え頻度を低下させ得る効果も奏することがある。実際の交換頻度は種々の条件に依存するが、説明のための一例として、従前のシャワー板２２の交換の頻度を、成膜装置の稼働処理のある単位と次の単位との間に１回交換する必要があるとする。この従前の条件に対応するような条件によって上記実施形態の成膜装置を稼働させた場合には、稼働処理の単位毎にはヘッド部６２によって電極２を一度冷却するような剥離処理のみを行うだけでよいため、シャワー板２２の取替えは、遥かに低い頻度、例えば、稼働処理を１０単位処理するごとに１度とすることができる。

さらに、上述のようにダミー基板を成膜基板と同種の材質のものとすることができる。まず、そのような選択が可能なこと自体が利点を有する。例えば、ダミー基板を成膜基板と同一の基板とすること、つまり、ダミー基板を、成膜基板のうちの成膜が行われていないような基板とすることが可能となる。その結果、別の種類の基板を準備する必要がなくなる。特に、本実施形態を限定するものではないが、例えば、成膜基板１として、ロール状の基板、つまり、連続した帯状の巻物状になっている基板を用いるときには、上述の効果は特有の利点となる。このようなロール状の基板を用いる成膜処理では、成膜を実施する前に、成膜装置に適切に巻き取らせるように最初に基板の端部をセットしたり、成膜処理が終っても、基板の端部がセットされているままそのロールの成膜を終了することが多い。つまり、長尺物のロール基板のうちの製品の対象となる部分よりも前と後の端部は、製品としての成膜処理を施すことが予定されていないにもかかわらず、成膜処理の開始前又は成膜処理の終了後に電極２とヘッド部６との間に配置されることがある。このような部分をロールエンドという。つまり、上述のようにダミー基板を成膜基板と同種の材質とすると、ロール状の基板におけるロールエンドの部分をダミー基板として用いることが可能になる。そうすると、例えば、１巻分だけ成膜処理を行った後、ロールの終わりに現われるロールエンドをダミー基板として上記実施形態の剥離処理に用いることができる。

なお、上述のシャワー板２２の素材について、アルミニウム合金を例に説明したが，この材質は他に例えばステンレスなどを用いることができる。このシャワー板２２の材質には、成膜処理上の要請から金属等の導電性材料が好適である。一方、本発明のように熱収縮の違いすなわち線膨張係数の違いを利用して剥離を生じさせるには、成膜付着物と同じ材料の成膜される膜、例えばシリコン膜との比較において、シャワー板２２の材質は、線膨張係数に大きな違いがあるものが好ましい。実際には、上述の成膜処理に好適な多くの金属材料は、シリコンに比べて大きな線膨張係数を有するため、この条件を満たしていることが多い。すなわち、本実施形態のような剥離処理は、電極と膜の材質の選択に特段の困難を伴うものではない。

＜第１の実施形態の変形例１＞
本発明の各実施形態には、さらに他の変形を行うことが可能である。

まず、本発明の上述の原理に基づくと、上述の形態のみならず、水平に向けた成膜基板に成膜するような構成の成膜装置を実現することができる。ここで、水平とは、鉛直上向き又は下向きに概ね向くような方向を法線として有する任意の平面をいう。このような水平にした成膜基板に対して成膜する成膜装置２００は、例えば図７のように構成することができる。この成膜装置２００は、成膜装置２００が設置されているときに成膜基板が水平に向くように構成されている。

成膜装置２００が採用されても、電極２に堆積した成膜付着物３を加熱冷却装置によって強制的にすなわち熱収縮の違いを利用して剥離することができる。その場合には、本実施形態はさらにいくつかの電極２の配置によって実施することができる。つまり、１つは、電極２を成膜基板（図示しない）の上方に配置し、成膜基板又はダミー基板７がその下方になるように配置する構成である（図７）。このような場合、成膜のためにはヘッド部６２を下降させて成膜基板を置き、また、クリーニングのためにはダミー基板７を載置したヘッド部６２を上昇させるようにして電極２やシャワー板２２を冷却する。この成膜装置２００では、成膜装置１００とは異なり、回収ボックス（図３）を用いることはできない。成膜装置２００においては、剥離させた付着物３２はダミー基板７上に載る。このため、ダミー基板７を回収することによって、剥離させた付着物３２を適切に回収することができる。

また、もう１つは、電極２を成膜基板（図示しない）の下方に配置し、成膜基板又はダミー基板７がその上方になるような構成である（図示しない）。このような場合、成膜のためには成膜基板を適当なホルダーにて保持し、その下面に成膜を行う。これらの成膜装置では、成膜装置１００とは異なり、回収ボックス（図３）を用いることはできない。図７の成膜装置２００においては、剥離させた付着物３２はダミー基板７上に載る。このため、ダミー基板７を回収することによって、剥離させた付着物３２を適切に回収することができる。また、図示しない仮面に成膜する成膜装置では、電極の電極面に剥離させた付着物が載るため、反応室内での飛散を防止することができる。これらの変形例においては、ダミー基板に載っている剥離させた付着物３２あるいは電極面に載っている剥離させた付着物を、例えば、粘着テープなどの他の手段によって回収することもできる。

＜第１の実施形態の変形例２＞
他の変形例として、本発明の各実施形態及びその変形例においては、ダミー基板を柔軟性のある基板（例えば、公知の樹脂製の基板）とすることが好ましい。ここで、上述のように、例えばロール状の基板を用いて成膜を行うときには、基板はロール状に巻くことができる程度の柔軟性つまり可撓性を備えていることが好適な一態様である。このような例として、フィルム状基板が採用され得る。このように、柔軟性や可撓性のある基板が好ましいのは、シャワー板２２の表面の状態に１つの原因がある。シャワー板２２の表面には、サンドブラスト処理などによって微視的な凹凸が生じている。このような凹凸があることにより、成膜付着物３の食いつきがよくなって不用意に剥離する事態が防げる効果がある。その一方で、このようなシャワー板２２に対してヘッド部６２を押し当てて熱を奪う際には、その凹凸は、接触面積を低下させて熱抵抗を増大させてしまう。そこで、上述のように柔軟性があるダミー基板を用いると、シャワー板２２の凹凸に対して接触面積を増大させて熱抵抗を下げることが可能となる。この柔軟性のあるダミー基板として好ましいものには、シャワー板２２の凹凸のうちのうちの少なくとも一部の凸部の形状に応じて凹むことができるような基板がある。具体的には、例えば公知の樹脂基板や樹脂フィルム基板などの可撓性基板は、このような性質を備えているため本実施形態のダミー基板として好ましい。

＜第１の実施形態の変形例３＞
また、柔軟性のある基板を用いる場合と同様に、電極２（シャワー板２２）の電極面２Ａ面の凹凸に適切に対処し得る他の形態も本実施形態の変形例に含まれる。すなわち、冷却の際に、反応室内に導入する気体を利用して凹凸によって生じる隙間の熱伝導率を高める構成も本発明の実施形態の一部となる。このような構成に最適な種類のガスは、水素である。これは、水素が最も熱伝導率の高い気体であるためである。しかも、通常のシリコン系の膜は、例えば、水素化アモルファスシリコン膜などであり、成膜処理のために水素を利用することが多い。このため、水素を反応室に導入するための特段の設備は通常は不要であり、この点からも本実施形態は高い実用性につながる。

＜第１の実施形態の変形例４＞
加えて、他の変形例として、ダミー基板に金属の薄板又は箔を用いることも好ましい。このようなダミー基板の例としては、アルミニウムの薄板がある。この場合にも、ヘッド部６２と電極２のシャワー板２２との間での熱抵抗を低下させて、電極２及び膜３の温度を迅速に低下させることができる。

＜第１の実施形態の変形例５＞
また、上述のような成膜装置において、例えばロール状の基板によって薄膜太陽電池を製造する場合には、３層のシリコン層すなわち、ｐ層、ｉ層、及びｎ層のシリコン層を一回の通過で成膜できるように、３つの反応室を持つ成膜装置を用いることがある。このような場合に本発明を適用することも可能である。この場合、ｐ層用、ｉ層用、及びｎ層用の３つの反応室において、全てに同時にダミー基板を準備し、ヘッド部によって電極（シャワー板）を冷却することによって、電極上の成膜付着物の剥離を行うことが好ましい。これにより、メンテナンス時間を層の数だけ確保する必要がなくなる利点がある。

ところで、上述の実施形態及びその変形例では、主としてモノシラン（ＳｉＨ_４）を原料ガスとしてシリコンを成膜した例について説明したが、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）又は水素化シラン系ガス等を用いても、上述の各実施形態の効果と同様の効果が奏される。以上、述べたとおり、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれるものである。

本発明は、成膜装置のメンテナンスの作業負荷を大幅に削減することにより、成膜処理の生産性を高めることに大きく貢献するものである。

１ 基板（成膜基板）
２ 電極
２Ａ 電極面
３ 成膜付着物
４ 反応室
５ 加熱ヘッド
６ 加熱冷却装置
７ ダミー基板
８ 減圧領域
１０ 回収ボックス
１２ ＲＦ電源ライン
１３ ガス導入路
１４ 排気口
１５ 膜粒子
１６ 成膜面
１７ プラズマ
２２ シャワー板
２２Ａ 流出孔
３２ 剥離させた付着物
５２ ヒーター
６１ 温調装置
６２ ヘッド部（加熱冷却ヘッド）
６２Ａ 加熱冷却面
６３ 流路
６３ａ ＩＮ側端部
６３ｂ ＯＵＴ側端部
６４ 媒体
６５ 温度調整部
１００，２００，５００ 成膜装置

Claims (19)

1. 減圧可能な反応室と、
   前記反応室の内部に設けられ、電極面を有する電極部と、
   前記反応室の内部に設けられ、加熱冷却面を有するとともに、前記加熱冷却面をある空間を挟んで前記電極面に対向させる第１の位置と、前記加熱冷却面を直接的又は間接的に前記電極面に当接させる第２の位置との間において前記反応室の減圧下で移動可能な加熱冷却ヘッドと
   を備え、
   前記反応室の減圧下において前記加熱冷却ヘッドが前記第１の位置にあるときに、前記空間内の前記加熱冷却ヘッドの近傍に配置されている成膜基板に、前記空間に導入した原料ガスによる成膜が行なわれるとともに、前記反応室の減圧下において前記加熱冷却ヘッドが前記第２の位置にあるときに、前記加熱冷却面が直接的又は間接的に前記電極部の前記電極面に当接して該電極面を冷却することにより、前記電極部の該電極面に堆積した成膜付着物を剥離させる
   成膜装置。
2. 前記加熱冷却ヘッドが前記第１の位置にあるときに加熱される
   請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記加熱冷却ヘッドが、加熱及び冷却のための媒体を外部の温調装置から流すための流路を内部に備えている
   請求項１又は請求項２に記載の成膜装置。
4. 前記第２の位置は、前記加熱冷却ヘッドの前記加熱冷却面と前記電極面との間でダミー基板を挟む位置である
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の成膜装置。
5. 前記加熱冷却ヘッドは、前記第１の位置にあるときに前記空間において成膜処理が施される基板を加熱するようになっており、前記第２の位置にあるときに前記電極部の前記電極面との間に前記ダミー基板を挟んで前記電極部を冷却するようになっている
   請求項４に記載の成膜装置。
6. 前記電極面が凹凸を有しており、
   前記ダミー基板は、前記凹凸の少なくとも一部の凸部の形状に応じて凹むことができる柔軟性のある材質からなる基板である
   請求項４又は請求項５に記載の成膜装置。
7. 前記電極部は、前記成膜装置が設置された状態で前記電極面が垂直になっている
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の成膜装置。
8. 前記反応室は、前記電極部から剥離した成膜付着物を受ける容器を有する
   請求項７に記載の成膜装置。
9. 前記電極部は、前記成膜装置が設置された状態で前記電極面が水平になっている
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の成膜装置。
10. 前記反応室は、ガスを供給するガス導入路を備えており、前記加熱冷却ヘッドが前記第２の位置にあるときに前記ガス導入路から水素ガスが供給されるようになっている
    請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の成膜装置。
11. 加熱冷却面を有する加熱冷却ヘッドと電極面を有する電極部とを内部に備える減圧可能な反応室の減圧下で、前記加熱冷却面をある空間を挟んで前記電極面に対向させる第１の位置に前記加熱冷却ヘッドがあるときに、前記空間内の前記加熱冷却ヘッドの近傍に配置されている成膜基板に、前記空間に導入した原料ガスによる成膜を行うステップと、
    前記第１の位置から、前記加熱冷却面を直接的又は間接的に前記電極面に当接させる第２の位置まで前記加熱冷却ヘッドを移動させるステップと、
    前記反応室の減圧下で前記第２の位置にある前記加熱冷却ヘッドの前記加熱冷却面が前記電極部の前記電極面に直接的又は間接的に当接して該電極面を冷却するステップと
    を含み、前記電極部を冷却するステップにより、前記電極部の該電極面に堆積した成膜付着物を剥離する
    成膜装置の動作方法。
12. 前記加熱冷却ヘッドを前記第１の位置に移動させるステップと、
    前記第１の位置にある前記加熱冷却ヘッドを加熱するステップと
    をさらに含む
    請求項１１に記載の成膜装置の動作方法。
13. 前記加熱冷却ヘッドの内部に備えられる流路に外部の温調装置から媒体を流すことにより、前記加熱冷却ヘッドを加熱又は冷却する
    請求項１１又は請求項１２に記載の成膜装置の動作方法。
14. 前記第２の位置は、前記加熱冷却ヘッドの前記加熱冷却面と前記電極面との間でダミー基板を挟む位置である
    請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の成膜装置の動作方法。
15. 前記第１の位置にある前記加熱冷却ヘッドによって、前記空間において前記成膜基板を加熱するステップ
    をさらに含み、
    前記冷却するステップは、前記第２の位置にある前記加熱冷却ヘッドが前記電極面との間に前記ダミー基板を挟んで前記電極を冷却するものである
    請求項１４に記載の成膜装置の動作方法。
16. 前記電極が凹凸を有しており、
    前記ダミー基板は、前記凹凸の少なくとも一部の凸部の形状に応じて凹むことができる柔軟性のある材質からなる基板である
    請求項１４又は請求項１５に記載の成膜装置の動作方法。
17. 前記冷却するステップが、前記反応室に、ガス導入路から水素ガスが供給されるステップを含む
    請求項１１に記載の成膜装置の動作方法。
18. 前記第２の位置へ前記加熱冷却ヘッドを移動させるステップより前に、前記温調装置から前記媒体を流して前記加熱冷却ヘッド自体を冷却するステップをさらに含む
    請求項１３に記載の成膜装置の動作方法。
19. 請求項１に記載の成膜装置によって成膜された膜、又は、請求項１１に記載の成膜装置の動作方法によって成膜された膜を備える電気機器。
    

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