DE112010000869B4

DE112010000869B4 - Plasmaverarbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Bilden monokristallinen Siliziums

Info

Publication number: DE112010000869B4
Application number: DE112010000869T
Authority: DE
Inventors: Sadatsugu Wakamatsu; Yosuke Jimbo; Koji KAMESAKI; Masashi Kikuchi; Hiroto Uchida; Kenji Eto; Shin Asari
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2010-01-08
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2030-01-09
Also published as: CN102272896A; WO2010079766A1; DE112010000869T8; JP5378416B2; TW201112886A; DE112010000869T5; KR101349266B1; KR20110094115A; JPWO2010079766A1

Abstract

Plasmaverarbeitungsvorrichtung umfassend: eine Verarbeitungskammer, die zusammengesetzt ist aus einer Kammer (2), einem Elektrodenflansch (4) mit einer Vielzahl von Gaseinführungsschnittstellen (34), und einem zwischen der Kammer (2) und dem Elektrodenflansch (4) angeordneten Isolierungsflansch (81), wobei die Verarbeitungskammer eine Reaktionskammer (α) umfasst; eine Unterstützungseinrichtung (15), die in der Reaktionskammer (α) beinhaltet ist und auf der ein Substrat (10) anzuordnen ist, wobei die Unterstützungseinrichtung (15) eine Temperatur des Substrats (10) steuert; eine Brauseplatte (5), die in der Reaktionskammer (α) beinhaltet ist und die gegenüber dem Substrat (10) angeordnet ist, wobei die Brauseplatte (5) ein Verarbeitungsgas in Richtung des Substrats (10) bereitstellt; eine Vielzahl von Gasversorgungseinrichtungen (8), die in einem Raum (31) zwischen dem Elektrodenflansch (4) und der Brauseplatte (5) bereitgestellt sind, die mit jeder der Gaseinführungsschnittstellen (34) in Verbindung stehen und die ringförmig in einer konzentrischen Form angeordnet sind, wobei die Gasversorgungseinrichtungen (8) separat voneinander verschiedene Zusammensetzungen des Verarbeitungsgases in Richtung der Brauseplatte (5) bereitstellen; und ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung.
Technischer Hintergrund
Aus dem Stand der Technik ist herkömmlicherweise bekannt, dass eine Filmbildungsvorrichtung (p-CVD-Filmbildungsvorrichtung), als Beispiel für eine Plasmaverarbeitung, durch Verwenden eines ein in einem Plasmazustand befindliches Verarbeitungsgas nutzendes Plasma-CVD-Verfahrens einen dünnen Film auf einem Substrat bildet.
Die p-CVD-Filmbildungsvorrichtung wird beispielsweise verwendet, wenn ein amorpher Siliziumfilm (a-Si) auf einem Substrat gebildet wird.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine herkömmliche p-CVD-Filmbildungsvorrichtung schematisch zeigt.
In 6 hat die Filmbildungsvorrichtung 101 eine Kammer 102. Unter der Kammer 102 ist eine Stützsäule 125 angeordnet, die in der unteren Oberfläche der Kammer 102 eingeführt ist und die ausgestaltet ist, in vertikaler Richtung nach oben und nach unten gefahren zu werden.
Auf der Stützsäule 125 ist in der Kammer 102 eine eine Plattenform aufweisende Basisplatte 103 befestigt.
Ein Elektrodenflansch 104 ist am oberen Teil der Kammer 102 befestigt, wobei zwischen dem Elektrodenflansch 104 und der Kammer 102 ein Isolierungsflansch 181 zwischengelagert ist.
Zwischen der Kammer 102 und dem Elektrodenflansch 104 ist eine Brauseplatte 105 angeordnet.
Zwischen der Brauseplatte 105 und dem Elektrodenflansch 104 ist ein Raum 131 gebildet.
Mit dem Elektrodenflansch 104 ist ein Gaseinführungskanal 107 verbunden.
Das Verarbeitungsgas wird dem Raum 131 von einer Filmbildungsgasversorgungseinrichtung 121 durch den Gaseinführungskanal 107 bereitgestellt.
In der Brauseplatte 103 sind viele Gasdurchlässe 106 vorgesehen.
Das im Raum 131 bereitgestellte Verarbeitungsgas wird über die Gasdurchlässe 106 in das innere der Kammer 102 eingelassen.
Wenn der Film auf einem Substrat 115, welches als zu verarbeitender Körper dient, gebildet wird, bleibt Filmbildungsmaterial zusätzlich auch an Innenwandoberflächen oder dergleichen der Kammer 102 haften.
Damit das oben genannte Filmbildungsmaterial beseitigt werden kann, umfasst die Filmbildungsvorrichtung 101 eine Radikalquelle 123, die mit der Kammer 102 verbunden ist, und eine Fluorgasversorgungseinrichtung, die mit der Radikalenquelle 123 verbunden ist.
Von der Fluorgasversorgungseinrichtung 122 bereitgestelltes Fluorgas wird von der Radikalenquelle 123 abgebaut, ein Fluorradikal wird gewonnen und Reste (Filmbildungsmaterial) werden durch Bereitstellen des Fluorradikals in dem Filmbildungsraum in der Kammer 102 beseitigt.
Eine Oberseite der Basisplatte 103 ist so geformt, dass sie flach ist.
Auf der Oberseite der Basisplatte 103 ist eine Unterstützungseinrichtung 110 angeordnet.
Aufgrund der auf der Basisplatte 103 wie oben angedeuteten angeordneten Unterstützungseinrichtung 110 können Deformationen der Unterstützungseinrichtung 110 niedrig gehalten werden.
Ähnlich zu der Basisplatte 103 ist auch eine Oberfläche der Unterstützungseinrichtung 110 so geformt, dass sie flach ist.
Das Substrat 115 ist auf einer Oberseite der Unterstützungseinrichtung 110 angeordnet.
Das Substrat 115 wird so angeordnet, dass das Substrat 115 und die Brauseplatte 105 benachbart und im Wesentlichen parallel zueinander platziert sind.
In einem Zustand, in dem das Substrat 115 auf der Unterstützungseinrichtung 110 angeordnet ist, wird das Verarbeitungsgas auf einer Oberfläche des Substrats 115 bereitgestellt, wenn das Verarbeitungsgas über die Gasdurchlässe 106 eingelassen wird.
Der Elektrodenflansch 104 und die Brauseplatte 105 sind aus elektrisch leitfähigem Material.
Der Elektrodenflansch 104 ist an eine RF-Energieversorgung 133 (Hochfrequenzenergieversorgung) angeschlossen, die außerhalb der Kammer 102 angeordnet ist.
Beim Bilden eines Dünnfilms auf der Oberfläche des Substrats 115 durch Verwendung der Filmbildungsvorrichtung 101 in der oben genannten Ausgestaltung wird zunächst der Innendruck in der Vakuumkammer 102 durch Verwendung einer Vakuumpumpe 128 reduziert.
Das Substrat 115 wird in die Vakuumkammer 102 eingefahren und auf der Unterstützungseinrichtung 110 angeordnet, wenn das Innere der Kammer 102 in einem Vakuumzustand gehalten ist.
Danach wird Verarbeitungsgas durch den Gaseinführungskanal 107 bereitgestellt und das Verarbeitungsgas wird von den Gasdurchlässen 106 in die Vakuumkammer 102 eingelassen.
Der Elektrodenflansch 104 ist elektrisch von der Kammer 102 durch den dazwischen angeordneten Isolierungsflansch 181 isoliert.
Eine Hochfrequenzenergieversorgung 133 (z. B. eine RF-Energieversorgung) wird aktiviert und eine Hochfrequenzspannung wird auf den Elektrodenflansch 104 gegeben, wobei die Kammer 102 mit Masse verbunden ist.
Aus diesem Grund liegt zwischen der Brauseplatte 105 und der Unterstützungseinrichtung 110 eine Hochfrequenzspannung an und es wird eine elektrische Entladung erzeugt und ein Plasma P des Verarbeitungsgases wird zwischen der Brauseplatte 105 und der Oberfläche des Substrats 115 erzeugt.
Das Verarbeitungsgas wird in das Plasma P umgewandelt, das in oben beschriebener Weise erzeugt wird, eine Dampfphasenwachstumsreaktion findet auf der Oberfläche des Substrats 115 statt und ein Dünnfilm wird auf der Oberfläche des Substrats 115 gebildet.
Wenn der oben beschriebene Filmbildungsprozess mehrere Male wiederholt wird, wird ferner das Innere der Kammer 102 regelmäßig gereinigt, weil Filmbildungsmaterial an Innenwandoberflächen oder dergleichen der Kammer 102 anhaftet.
In einem Reinigungsschritt wird ein Fluorradikal erzeugt und das Fluorradikal der Kammer 102 bereitgestellt, wobei zuvor von der Fluorgasversorgungseinrichtung 122 bereitgestelltes Fluorgas von der Radikalquelle 123 abgebaut wird.
Aufgrund des Bereitstellens des Fluorradikals in dem Filmbildungsraum der Kammer 102 in der oben beschriebenen Art und Weise wird eine chemische Reaktion erzeugt und an Innenwandoberflächen oder dergleichen der Kammer 102 anhaftende Reste werden beseitigt.
Im Vergleich zum Produzieren von herkömmlichen Flüssigkristallbildschirmen (LCD: Liquid Crystal Display) oder dergleichen, muss beim Produzieren von Solarzellen, insbesondere von auf mikrokristallinen Silizium-basierenden Solarzellen (μc-Si) die Filmbildungsrate mit Hinblick auf eine Produktivität erhöht werden.
Zum Bilden eines Films wird gewöhnlicherweise ein Hochdruckverfahren gewählt, bei dem z. B. Monosilan (SiH₄) mit Wasserstoff (H₂) in einem vergleichsweise hohen Vergrößerungsverhältnis verdünnt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen hochratigen Filmbildungsverfahren wird effektiv ein Hochdruckverarmungsverfahren angewendet, welches einen engen Spalt nutzt (vgl. z.B. die JP 2002-280377 A und die JP 2004-296526 A ).
Zusätzlich beeinflusst bei einem Filmbildungsverfahren für mikrokristallines Silizium das Wasserstoffradikal die Filmqualität des mikrokristallinen Siliziums.
Wenn die Anzahl der Wasserstoffradikale groß ist, wird der Siliziumfilm schnell kristallisiert.
Ferner wird schnell ein amorpher Film erzeugt, wenn die Anzahl der Wasserstoffradikale gering ist.
In den vergangenen Jahren wurden häufig Solarzellen mit der oben beschriebenen Herstellung von Solarzellen produziert, und zwar durch Verwenden eines Substrats, das eine Größe größer als die oder gleich der ungefähre/ungefähren ”G5-Größe” (1100 mm × 1300 mm) der LCD-Herstellung hatten.
Bei einer praktischen Herstellungsvorrichtung ist eine Gaseinführungsschnittstelle an einem Teil oder in einer Vielzahl von Teilen eines Elektrodenflansches angeordnet und es wird dem Raum 131 ein Gasgemisch (Verarbeitungsgas) mit Monosilan und Wasserstoff zugeführt.
Zusätzlich vereinheitlicht die Brauseplatte die Einlassrate des Verarbeitungsgases, wird Verarbeitungsgas in den Filmbildungsraum eingeleitet, das Verarbeitungsgas vom erzeugten Plasma zerlegt und ein Film auf dem Substrat gebildet.
Bei einer praktischen Plasmaverarbeitungsvorrichtung wird das Gas in dem Verarbeitungsraum von einer in der Peripherie eines Suszeptors (Unterstützungseinrichtung) angeordneten Vakuumpumpe evakuiert.
Dadurch werden, auch wenn ein Gasgemisch gleichmäßig dem Verarbeitungsraum zugeführt wird, das Monosilan und Wasserstoff im selben Verhältnis beinhaltet, durch die Plasmareaktion ein monosilanes Gas abgebaut und Wasserstoffradikale erzeugt, und es gibt insofern ein Problem, als die Anzahl von Wasserstoffradikalen H*, zu der die Wasserstoffradikale H*1, die von Wasserstoffgas außerhalb des Substrats 115 erzeugt worden sind, und die Wasserstoffradikale H*2, die durch das abgebaute Monosilangas erzeugt worden sind, hinzuaddiert werden, steigt (groß wird).
Das heißt, dass ein Fluss in Richtung der Suszeptorperipherie erzeugt wird, nämlich aufgrund des Evakuierens des das Radikal beinhaltenden Gases im Verarbeitungsraum in Richtung des Äußeren der Unterstützungseinrichtung entsprechend der Positionen in dem Verarbeitungsraum. Ferner gibt es das Problem, dass die Anzahl der Wasserstoffradikale H* variiert.
Der eben beschriebene Zustand ist beispielsweise in 7 illustriert.
7 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Anzahl von Wasserstoffradikalen in dem Verarbeitungsraum (Filmbildungsraum) und Positionen (Messpunkte) in dem Verarbeitungsraum zeigt, wenn Verarbeitungsgas bereitgestellt wird (eingelassen wird) und durch eine herkömmliche Plasmaverarbeitungsvorrichtung reagiert wird.
In 7 gibt der gestrichelt-gepunktete Verlauf die Konzentration der Wasserstoffradikale H*1 an, die von dem Wasserstoffgas erzeugt worden sind. Der doppelt gestrichelte Verlauf gibt die Konzentration der Wasserstoffradikale H*2 an, die von dem zerlegten Monosilangas erzeugt worden sind. Der durchgängige Verlauf gibt die Anzahl der Wasserstoffradikale H* an, auf die die Wasserstoffradikale H*1 und H*2 hinzuaddiert werden.
Wie in 7 gezeigt, variiert die Anzahl der Wasserstoffradikale H* in Abhängigkeit von Positionen in dem Verarbeitungsraum der Plasmaverarbeitungsvorrichtung in herkömmlicher Struktur; auch dann, wenn eine Brauseplatte so angeordnet ist, dass das durch Mischen von Monosilan und Wasserstoffverarbeitungsgas gleichmäßig in einen Filmbildungsraum eingelassen wird.
Es ist schwierig, gleichmäßig wischen einer Region des mittigen Teils des Substrats 115 (Zentrumsteil des Filmbildungsraumes) und dem äußeren Randteil eine Plasmaverarbeitung auf dem Substrat 115 auszuführen.
Aus diesem Grund gibt es insofern ein Problem, als es schwierig ist, eine über die Ebene hinweg gleichmäßige Qualität des auf dem Substrat 115 gebildeten Films zu erzielen.
Bei der oben beschriebenen JP 2002-280377 A und der JP 2004-296526 A wird eine Hochgeschwindigkeitsfilmbildung durch gleichmäßiges Bereitstellen (Einlassen) eines Verarbeitungsgases erreicht, wobei jedoch die Anzahl von Wasserstoffradikalen, die durch Reaktion des in dem Filmbildungsraum bereitgestellten Verarbeitungsgases erzeugt werden, keine Beachtung findet.
Ferner ist bei der oben beschriebenen ungeprüften japanischen Patentanmeldung, erste Veröffentlichungsnummer 2006-13799 , die Filmdickengleichmäßigkeit des auf dem Substrat abgeschiedenen Abscheidungsfilms verbessert, wobei jedoch die an jeder einer Vielzahl von Positionen in dem Verarbeitungsraum existierende Anzahl von Wasserstoffradikalen H* keine Beachtung findet.
Daher ist es bei den oben beschriebenen JP 2002-280377 A und JP 2004-296526 A den Positionen in dem Verarbeitungsraum gleichförmig einzustellen. Ferner ist es nicht möglich, zwischen der Region des mittigen Teils des Substrats 115 und einem Randteil eine Plasmaverarbeitung auf dem Substrat 115 gleichmäßig auszuführen.
US 5 591 269 A offenbart eine Vakuum-Bearbeitungs-Vorrichtung, die umfasst:
eine Behandlungskammer zum Ausführen eines Filmbildungsverfahrens auf einem Halbleiterwafer in einem Vakuum; ein Montagelement, das in der Bearbeitungskammer vorgesehen ist, und das eine Montagefläche zur Montage eines Zielobjektes aufweist; eine elektrostatische Haltevorrichtung, die auf der Montagefläche vorgesehen ist, zum Halten des Halbleiterwafers; eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Hatbleiterwafers und eine Prozessgaszufuhreinheit zum Zuführen eine Prozessgases zur Durchführung des Filmbildungsverfahrens auf dem Halbleiterwafers in die Verarbeitungskammer.
US 2008/0230518 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bereitstellen eines Flusses in einer Verarbeitungskammer. In einer Ausführungsform wird eine Vakuumverarbeitungskammer vorgesehen, die einen Kammerkörper mit einem Innenraum, einen Substratträger, der in dem Innenraum angeordnet ist, und eine Gasverteileinrichtung mit einer asymmetrischen Verteilung von Gaseinspritzöffnungen beinhaltet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Umstände konzipiert und hat zur Aufgabe, eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung bereitzustellen, bei der es möglich ist, gleichmäßig eine Plasmaverarbeitung auf einem Substrat von einer Region des mittigen Teils des Substrats bis hin zu einem Randteil des Substrats auszuführen.
Um die oben genannten Probleme zu lösen, umfasst eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung:
eine Verarbeitungskammer, die zusammengesetzt ist aus einer Kammer, einem Elektrodenflansch mit einer Vielzahl von Gaseinführungsschnittstellen, und einem zwischen der Kammer und dem Elektrodenflansch angeordneten Isolierungsflansch, wobei die Verarbeitungskammer eine Reaktionskammer umfasst;
eine Unterstützungseinrichtung, die in der Reaktionskammer beinhaltet ist und auf der ein Substrat anzuordnen ist, wobei die Unterstützungseinrichtung eine Temperatur des Substrats steuert;
eine Brauseplatte, die in der Reaktionskammer beinhaltet ist und die gegenüber dem Substrat angeordnet ist, wobei die Brauseplatte ein Verarbeitungsgas in Richtung des Substrats bereitstellt;
eine Vielzahl von Gasversorgungseinrichtungen, die in einem Raum zwischen dem Elektrodenflansch und der Brauseplatte bereitgestellt sind, die mit jeder der Gaseinführungsschnittstellen in Verbindung stehen und die ringförmig in einer konzentrischen Form angeordnet sind, wobei die Gasversorgungseinrichtungen separat voneinander verschiedene Zusammensetzungen des Verarbeitungsgases in Richtung der Brauseplatte bereitstellen; und
eine Spannungsversorgungseinrichtung, die eine Spannung zwischen der Brauseplatte und der Unterstützungseinrichtung einstellt, wobei
das Verarbeitungsgas ein Wasserstoffgas und ein Silizium beinhaltendes Gas beinhaltet, und die
Gasversorgungseinrichtungen das Verarbeitungsgas so auf dem Substrat bereitstellen, dass die Konzentration von Wasserstoff, der einem äußeren Randteil des Substrats zugeführt wird, niedriger ist als die Konzentration von Wasserstoff, der einem mittigen Teil des Substrats zugeführt wird.
In dieser Konfiguration ist bei den Gasversorgungseinrichtungen eine Vielzahl von ersten Gasdurchlässen bereitgestellt.
Zusätzlich ist bei der Brauseplatte eine Vielzahl von zweiten Gasdurchlässen bereitgestellt.
Ferner beinhalten die Gasversorgungseinrichtungen einen ringförmigen Teil, der in einer konzentrischen Anordnung aufgestellt ist.
Ferner dient die Brauseplatte als eine erste Elektrodeneinrichtung. Außerdem dient die Unterstützungseinrichtung als eine zweite Elektrodeneinrichtung.
Das Verarbeitungsgas, das dem Substrat über die zweiten Gasdurchlässe zugeführt wird, wird aufgrund der von der Spannungsversorgungseinrichtung bereitgestellten Spannung zu einem Plasma.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung eine Filmbildungsvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung eine Ätzvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Abstand zwischen der Brauseplatte und der Unterstützungseinrichtung 15 mm bis 25 mm.
Ein Verfahren zum Bilden mikrokristallinen Siliziums der Erfindung umfasst:
Setzen eines Abstandes zwischen einer Brauseplatte und einer Unterstützungseinrichtung auf 15 mm bis 25 mm, wobei die Brauseplatte und die Unterstützungseinrichtung in einer Plasmaverarbeitungsvorrichtung angeordnet sind;
Bereitstellen eines Quellengases, das ein Wasserstoffgas und ein Silizium beinhaltendes Gas beinhaltet, von der Brauseplatte an einem Substrat, so dass die Konzentration von Wasserstoff, der an einem äußeren Randteil des Substrats bereitgestellt wird, kleiner ist als die Konzentration von Wasserstoff, der an einem mittigen Teil des Substrats bereitgestellt wird;
Erzeugen von Plasma zwischen der Brauseplatte und der Unterstützungseinrichtung; und
Bilden eines mikrokristallinen Siliziumfilms auf dem Substrat unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens.
Effekte der Erfindung
Bei der Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung sind Gasversorgungseinrichtungen bereitgestellt, die separat voneinander verschiedene Zusammensetzungen oder Typen von Verarbeitungsgas in Richtung der Brauseplatte bereitstellen. Ferner sind die ersten Gasdurchlässe bei den Gasversorgungseinrichtungen angeordnet.
Bei dieser Konfiguration findet die Anzahl von Wasserstoffradikalen, die durch Reaktion des Verarbeitungsgases erzeugt worden ist, Beachtung, und zwar für jede vorbestimmte Position in der Region von dem mittigen Teil der Behandlungsoberfläche (Oberseite) des Substrats bis hin zu dem äußeren Randteil des Substrats. Ferner kann die Wasserstoffkonzentration (das Verhältnis) in dem Verarbeitungsgas für jede der Gasversorgungseinrichtungen eingestellt werden, bevor eine Plasmaverarbeitung ausgeführt wird.
Daher ist es möglich, dem Raum Verarbeitungsgas bereitzustellen (in diesen einzulassen), bei dem das Gasgemischverhältnis oder die Konzentrationen der Gase nicht gleichmäßig sind.
Zusätzlich sind zweite Gasdurchlässe in der Brauseplatte angeordnet und das Verarbeitungsgas wird in Richtung des Substrats durch die zweiten Gasdurchlässe bereitgestellt.
Ferner stellt die Spannungsversorgungseinrichtung eine Hochfrequenzspannung zwischen der durch die Brauseplatte gebildeten ersten Elektrodeneinrichtung und der durch die Unterstützungseinrichtung gebildeten zweiten Elektrodeneinrichtung ein.
Folglich wird dem Raum das Verarbeitungsgas, bei dem das Gasgemischverhältnis oder die Konzentrationen der Gase nicht gleichmäßig sind, durch die ersten Gasdurchlässe der Gasversorgungseinrichtungen zugeführt.
Das Verarbeitungsgas wird dem Verarbeitungsraum, in dem das Substrat angeordnet ist, gleichmäßig durch die zweiten Gasdurchlässe der Brauseplatte bereitgestellt.
Dadurch wird das Verarbeitungsgas in einen Plasmazustand versetzt.
Wenn beispielsweise ein Gasgemisch mit Monosilan-(SiH₄)-Gas und Wasserstoff-(H₂)-gas als Verarbeitungsgas verwendet wird, wird das Mischungsverhältnis von Wasserstoffgas und Monosilangas im Verarbeitungsgas geändert für jede vorbestimmte Position in einer Region von dem mittigen Teil der Behandlungsoberfläche des Substrats bis hin zu dem äußeren Randteil des Substrats.
Folglich kann die Gesamtanzahl der Wasserstoffradikale H*, zu der die von dem Wasserstoffgas erzeugten Wasserstoffradikale H*1 und die von dem abgebauten Monosilangas erzeugten Wasserstoffradikale H*2 addiert werden, gesteuert werden, so dass diese für alle der oben beschriebenen vorbestimmten Positionen gleich ist.
Das heißt, dass die Behandlungsoberfläche gleichmäßig Wasserstoffradikalen ausgesetzt sein kann, ohne von den Positionen der Behandlungsoberfläche in der Region von dem mittigen Teil der Behandlungsoberfläche des Substrats bis hin zum äußeren Randteil des Substrats abzuhängen.
Gemäß der Erfindung ist also eine Plasmaverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, bei der es möglich ist, auf der gesamten Oberfläche der Behandlungsoberfläche des Substrats eine Plasmaverarbeitung gleichmäßig auszuführen.
Wenn beispielsweise ein Gasgemisch mit Wasserstoffgas und Monosilangas als Verarbeitungsgase wie oben beschrieben verwendet wird, ist es möglich, die Dicke des auf der gesamten Oberfläche der Behandlungsoberfläche gebildeten Siliziumfilms zu vergleichmäßigen und es ist möglich, einen Siliziumfilm zu bilden (z. B. einen a-Si-Film, einen mikrokristallinen Si-Film, oder Ähnliches), der eine gleichmäßige Filmqualität hat.
Ferner ist es möglich, wenn beispielsweise ein Gasgemisch als Verarbeitungsgas verwendet wird, welches einen auf der Behandlungsoberfläche des Substrats gebildete Film ätzt, die gesamte Oberfläche des Films der Behandlungsoberfläche bei einer gewünschten Ätzrate zu ätzen.
Ferner ist es möglich, wenn eine Resist-Struktur mit einem Einlassteil auf dem auf der Behandlungsoberfläche gebildeten Film gebildet wird, die auf der Behandlungsoberfläche gebildete Film gemäß der Form des Einlassteils zu ätzen.
Bei einem Verfahren, bei dem ein Elektrodenflansch mechanisch hergestellt wird, sinkt die Produktivität nicht und ferner sinkt die mechanische Stärke des Elektrodenflansches ebenfalls nicht mit einem Steigen der Anzahl der Gaseinführungsschnittstellen.
Außerdem steigen weder die Anzahl von Gasversorgungssystemen noch die Herstellungskosten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Zusammensetzung einer die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung zeigt.
2 ist eine schematische Aufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Gasversorgungseinrichtung in der die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung zeigt.
3 ist eine schematische Aufsicht, die eine beispielhafte Struktur einer Gasversorgungseinrichtung in der die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung.
4 ist eine schematische Ansicht, die eine Behandlungsfläche eines Substrats und Messpunkte darauf zeigt, an denen mittels eines spektrometrischen Raman-Verfahrens zu messen ist.
5 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Anzahl von Wasserstoffradikalen (Konzentration) in dem Verarbeitungsgas im Plasmazustand und Positionen davon in einem Filmbildungsraum der die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung zeigt.
6 ist ein schematisches Diagramm, das die Zusammensetzung einer herkömmlichen Plasmaverarbeitungsvorrichtung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Anzahl von Wasserstoffradikalen (Konzentration) in dem Verarbeitungsgas im Plasmazustand und Positionen davon in einem Filmbildungsraum einer herkömmlichen Plasmaverarbeitungsvorrichtung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine Ausführungsform einer die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung beschrieben.
Bei den unten beschriebenen jeweiligen Zeichnungen sind die Dimensionen und Proportionen der jeweiligen Komponenten im Vergleich mit tatsächlichen Komponenten so modifiziert, dass sie in einer angemessenen Größe in den Zeichnungen abgebildet werden können.
Außerdem handelt es sich bei der beschriebenen Ausführungsform der Plasmaverarbeitungsvorrichtung um eine Filmbildungsvorrichtung.
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Zusammensetzung einer Filmbildungsvorrichtung der Ausführungsform zeigt.
Wie in 1 gezeigt, ist eine Filmbildungsvorrichtung 1 (p-CVD-Filmbildungsvorrichtung), die ein Plasma-CVD-Verfahren verwendet, bereitgestellt, die eine Verarbeitungskammer mit einer Reaktionskammer α hat.
Die Verarbeitungskammer ist zusammengesetzt aus der Kammer 2, einem Elektrodenflansch 4 und einem Isolierungsflansch 81, der zwischen der Kammer 2 und dem Elektrodenflansch 4 angeordnet ist.
Das heißt, dass der Elektrodenflansch 4 an einem oberen Teil der Kammer 2 befestigt ist, wobei ein Isolierungsflansch 81 dazwischen angeordnet ist.
Daher ist der Elektrodenflansch 4 von der Kammer 2 durch den dazwischen angeordneten Isolierflansch 81 elektrisch isoliert.
Andererseits ist ein Einlass bei einem unteren Teil 11 der Kammer 2 angeordnet.
Eine Stützsäule 25 ist in den Einlass eingeführt und die Stützsäule 25 ist unter der Kammer 2 angeordnet.
Ein in der Kammer 2 positionierter Endteil der Stützsäule 25 ist mit einer Unterseite 19 einer Basisplatte 3 verbunden, die eine Plattenform aufweist.
Ferner ist die Filmbildungsvorrichtung zusammen mit einer Unterstützungseinrichtung 15 bereitgestellt, welche in der Reaktionskammer α enthalten ist und auf welche ein Substrat 10, das als zu verarbeitender Körper dient, angeordnet ist.
Die Unterstützungseinrichtung 15 ist an einer unteren Position der Reaktionskammer α angeordnet.
Ein Ende des Vakuumkanals 28 ist mit der Kammer 2 verbunden.
Eine Vakuumpumpe 27 ist am anderen Ende des Vakuumkanals 28 bereitgestellt.
Wenn die Vakuumpumpe 27 aktiviert wird, evakuiert die Vakuumpumpe 27 ein Gas und ein in der Kammer 2 existierendes reaktives Produkt über den Vakuumkanal 28 und reduziert den Druck, so dass das Innere der Kammer 2 in einem Vakuumzustand versetzt wird.
Folglich bildet die Reaktionskammer α eine luftdichte Vakuumverarbeitungskammer aus.
Die Kammer 2 ist elektrisch mit Masse verbunden, so dass das elektrische Potenzial der Kammer 2 auf Massepotenzial gehalten wird.
Hier bedeutet Massepotenzial, dass das elektrische Potenzial der Kammer 2 Massepotenzial hat oder geerdet ist.
Die Basisplatte 3 ist eine Komponente in Plattenform, dessen Oberfläche so geformt ist, dass sie flach ist.
Die Unterstützungseinrichtung 15 ist auf der Oberfläche der Basisplatte 3 angeordnet.
Die Basisplatte 3 ist aus einer Nickelsystemlegierung, wie z. B. Inconel (eingetragene Marke) oder dergleichen.
In anderen Fällen kann die Basisplatte 3 aus anderen Materialien sein, soweit das Material eine Biegesteifheit, einen Korrosionswiderstand und einen Wärmewiderstand aufweist.
Die Stützsäule 25 ist mit einem Hubmechanismus verbunden, der außerhalb der Kammer 2 bereitgestellt ist (und in der Figur nicht gezeigt ist) und der aufwärts und abwärts in einer zum Substrat 10 vertikalen Richtung beweglich ist.
Das heißt, dass die am Endteil der Stützsäule 25 befestigte Basisplatte 3 und die auf der Basisplatte 3 angeordnete Unterstützungseinrichtung 15 in Aufwärts- und Abwärtsrichtungen bewegt werden können.
Außerdem ist außerhalb der Kammer 2 ein Ausgleichselement 26 so bereitgestellt, dass es den äußeren Umfang der Stützsäule 25 umgibt.
Eine Brauseplatte 5 ist so mit dem Elektrodenflansch 4 der Kammer 2 verbunden, dass sich ein Raum 31 ausbildet.
Die Brauseplatte 5 ist in der Reaktionskammer α enthalten und ist gegenüber der Behandlungsoberfläche des Substrats 10 angeordnet.
Die Brauseplatte 5 stellt in Richtung des Substrats 10 ein Verarbeitungsgas (im Folgenden auch als ”Filmbildungsgas” bezeichnet) bereit.
Daher bildet sich der Raum 31 zwischen der Brauseplatte 5 und dem Elektrodenflansch 4 aus.
Eine Vielzahl von zweiten Gasdurchlässen 6 sind in der Brauseplatte 5 bereitgestellt.
Das in den Raum 31 eingeführte Filmbildungsgas wird über die zweiten Gasdurchlässe 6 der Kammer 2 zugeführt.
Der Elektrodenflansch 4 und die Brauseplatte 5 sind aus elektrisch leitfähigem Material.
Der Elektrodenflansch 4 ist an eine RF-Energieversorgung 33 (Hochfrequenzenergieversorgung) angeschlossen, welche als außerhalb der Kammer 2 bereitgestellte Spannungsversorgungseinrichtung dient.
Die RF-Energieversorgung 33 stellt zwischen der von der Brauseplatte 5 gebildeten ersten Elektrode und der von der Unterstützungseinrichtung 15 gebildeten zweiten Elektrode eine Hochfrequenzspannung ein.
Durch Einstellen der eben genannten Hochfrequenzspannung wird das über die zweiten Gasdurchlässe 6 in Richtung des Substrats 10 bereitgestellte Filmbildungsgas in einen Plasmazustand versetzt.
Ähnlich zu der Basisplatte 3 ist auch die Unterstützungseinrichtung 15 eine Komponente mit einer Plattenform, dessen Oberfläche so geformt ist, dass sie flach ist.
Das Substrat 10 ist auf der Oberfläche der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet.
Weil die Unterstützungseinrichtung 15 als Masseelektrode dient, ist die Unterstützungseinrichtung 15 aus einem Material mit Leitfähigkeit.
Wenn das Substrat 10 auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet wird, werden das Substrat 10 und die Brauseplatte 5 so platziert, dass sie nah und parallel zueinander sind.
Wenn das Substrat 10 auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet ist und wenn das Filmbildungsgas durch die Gasdurchlässe 6 eingeleitet wird, wird das Filmbildungsgas der Behandlungsoberfläche des Substrats 10 zugeführt.
Außerdem ist im Inneren der Unterstützungseinrichtung 15 ein eine Temperatur steuernder Heizer 16 bereitgestellt und die Temperatur der Unterstützungseinrichtung 15 kann gesteuert werden.
Der Heizer ist beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung.
Der Heizer 16 ragt aus einer Rückseite 17 der Unterstützungseinrichtung 15 hervor, und zwar im Wesentlichen aus einem mittleren Teil der Unterstützungseinrichtung 15, betrachtet aus einer zur Unterstützungseinrichtung 15 vertikalen Richtung.
Der Heizer 16 ist durch ein Loch 18 eingeführt, das im Wesentlichen in einem mittigen Teil der Basisplatte 3 gebildet ist, betrachtet in einer zur Basisplatte 3 vertikalen Richtung. Außerdem ist der Heizer 16 in das Innere der Stützsäule 25 eingeführt und in die Umgebung der Kammer 2 geführt.
Der Heizer 16 ist an eine Energieversorgung (in der Figur nicht gezeigt) angeschlossen, die außerhalb der Kammer 2 angeordnet ist, und steuert die Temperatur der Unterstützungseinrichtung 15.
Außerdem ist ein von dem Vakuumkanal 28 verschiedener Gaseinführungskanal 24 an die Kammer 2 angeschlossen.
Eine Fluorgasversorgungseinrichtung 22 ist zusammen mit einer dieser nachgeschalteten Radikalenquelle 23 am Gaseinführungskanal 24 bereitgestellt.
Die Radikalenquelle 23 baut von der Fluorgasversorgungseinrichtung 22 bereitgestelltes Fluorgas ab.
Der Gaseinführungskanal 24 führt dem Filmbildungsraum der Kammer 2 das durch Abbauen des Fluorgases gewonnene Fluorradikal zu.
Eine Vielzahl von Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C sind mit dem Elektrodenflansch 4 verbunden.
Eine Vielzahl von Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C sind am Elektrodenflansch 4 bereitgestellt.
Die Gaseinführungskanäle 7A, 7B und 7C verbinden außerhalb der Kammer 2 liegende Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C jeweils mit den Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C.
Die Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C führen dem Raum 31 das Filmbildungsgas (z. B. ein Gasgemisch aus Monosilangas (SiH₄) und Wasserstoffgas (H₂)) von einer Quellengasversorgungseinrichtung 21 über die Gaseinführungskanäle 7A, 7B und 7C zu.
Die Quellengasversorgungseinrichtung 21 ist aus einer Vielzahl von Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C zusammengesetzt.
Die Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C stellen dem Raum 31 unabhängig voneinander verschiedene Zusammensetzungen oder Typen des Verarbeitungsgases bereit.
Es ist möglich, in jeder der Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C das Mischverhältnis der Gase im Filmbildungsgas einzustellen, z. B. das Mischverhältnis von Wasserstoffgas und Monosilangas, bevor ein Filmbildungsprozess ausgeführt wird.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Quellengasversorgungseinrichtung 21 aus drei Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C zusammengesetzt.
Zusätzlich ist jeder der Gaseinführungskanäle 7 mit den Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C verbunden, wobei der Gaseinführungskanal 7 drei Paare von Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C beinhaltet, von denen jeder in der Strommitte in zwei Pfade zwischen den Quellengasversorgungseinrichtungen 21A, 21B und 21C und den Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C aufgeteilt ist.
Zusätzlich sind im Raum 31 eine Vielzahl von Gasversorgungseinrichtungen 8 platziert, die unabhängig voneinander verschiedene Zusammensetzungen oder Typen des Filmbildungsgases zur Brauseplatte 5 führen.
Die Gasversorgungseinrichtungen 8 sind aus Kanälen gebildet, die Strömungspassagen aufweisen, in welchen Gas strömt.
Jeder der Gasversorgungseinrichtungen 8 ist ringförmig in einer konzentrischen Form angeordnet.
Das heißt, dass Mittelpositionen der Gasversorgungseinrichtungen 8 miteinander zusammenfallen (vgl. 3).
Eine Vielzahl von ersten Gasdurchlässen 9 ist bei jedem der ringförmigen Teile bereitgestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Gasversorgungseinrichtungen 8 aus drei ringförmigen Teilen 8A, 8B und 8C gebildet, wie in 2 und 3 gezeigt.
Gemäß 2 oder 3 ist eine Vielzahl von ersten Gasdurchlässen 9A bei dem ersten ringförmigen Teil 8A angeordnet, der an einer inneren Seite platziert ist.
Eine Vielzahl von ersten Gasdurchlässen 9C ist bei dem dritten ringförmigen Teil 8C angeordnet, der an einer äußeren Seite platziert ist.
Eine Vielzahl von ersten Gasdurchlässen 9B ist bei dem zweiten ringförmigen Teil 8B angeordnet, der zwischen dem ersten ringförmigen Teil 8A und dem dritten ringförmigen Teil 8C platziert ist.
Außerdem steht die oben genannte Gasversorgungseinrichtung 8 mit den am Elektrodenflansch 4 bereitgestellten Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C in Verbindung.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Konfiguration gezeigt, bei der ein ringförmiger Teil die Gasversorgungseinrichtung 8 ausbildet und bei der zwei Gaseinführungsschnittstellen mit diesem ringförmigen Teil in Verbindung stehen.
Das heißt, dass der erste ringförmige Teil 8A mit zwei Gaseinführungsschnittstellen 34A in Verbindung steht, der zweite ringförmige Teil 8B mit zwei ringförmigen Gaseinführungsschnittstellen 34B in Verbindung steht und der dritte ringförmige Teil 8C mit zwei Gaseinführungsschnittstellen 34C in Verbindung steht.
Folglich sind drei ringförmige Teile 8A, 8B und 8C mit den Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C verbunden, wobei dazwischen Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C angeordnet sind.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von Verbindungspunkten (Positionen von Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C), an denen die Gasversorgungseinrichtungen 8 (8A, 8B, 8C) mit den Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C verbunden werden, hinsichtlich des Zentrums der ringförmigen Teile symmetrisch angeordnet.
Der oben beschriebene Gaseinführungskanal ist mit zwei Punkten von jeder Gasversorgungseinrichtung 8A, 8B und 8C verbunden.
Das heißt, dass die Verbindungspunkte, wie in 2 gezeigt, an denen die ringförmigem Teile 8A, 8B und 8C mit den Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C verbunden werden, hinsichtlich der Schnittlinie CL, die den ringförmigen Teil in Längsrichtung schneidet, achsensymmtrisch angeordnet sind.
Mit anderen Worten ist der Verbindungspunkt in Querrichtung zum ringförmigen Teil im Zentrumsteil angeordnet.
Andererseits können die Verbindungspunkte, wie in 3 gezeigt, an denen die ringförmigen Teile 8A, 8B und 8C mit den Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C verbunden werden, hinsichtlich des Zentrums 4 der ringförmigen Teile punktsymmetrisch positioniert sein.
Mit anderen Worten sind die Verbindungspunkte in den ringförmigen Teilen an den zueinander gegenüberliegenden Eckteilen angeordnet.
Weil die Verbindungspunkte wie oben erläutert symmetrisch (achsensymmetrisch oder punktsymmetrisch) angeordnet sind, ist es möglich, das Filmbildungsgas, bei dem das Gasmischverhältnis oder die Konzentrationen von Gasen nicht gleichförmig ist, dem Raum 31 basierend auf den Positionen der Verbindungspunkte zuzuführen.
Außerdem ist es möglich, die die ringförmigen Teile 8A, 8B und 8C beinhaltenden Gasversorgungseinrichtungen 8 angemessen zu steuern, um ein gewünschtes Konzentrationsprofil des dem Substrat 10 zuzuführenden Gases zu erhalten.
Beispielsweise ist es durch Einstellen der Konfiguration und der Struktur der ringförmigen Teile 8A, 8B und 8C, wie oben beschrieben, möglich, das Quellengas so dem Substrat zuzuführen, dass die Konzentration von Wasserstoff, das dem äußeren Randteil des Substrats 10 zugeführt wird, niedriger ist als die Konzentration von Wasserstoff, das dem mittleren Teil des Substrats 10 zugeführt wird.
Nun wird der Fall beschrieben, bei dem durch Verwenden der Filmbildungsvorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Struktur ein Film auf dem Substrat 10 gebildet wird.
Zunächst wird der Druck in der Kammer 2 durch Verwenden der Vakuumpumpe 27 reduziert.
Wenn das Innere der Kammer 2 in einem Vakuum gehalten wird, wird das Substrat 10 in die Kammer 2 eingefahren und auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet.
Hier ist die Unterstützungseinrichtung 15 auf einer Unterseite der Kammer 2 platziert worden, bevor das Substrat 10 darauf angeordnet wird.
Das heißt, dass des Substrat 10 leicht durch Verwendung eines Roboterarms (in der Figur nicht gezeigt) auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet werden kann, da der Abstand zwischen der Unterstützungseinrichtung 15 und der Brauseplatte 5 vor dem Einfahren des Substrats 10 breit ist.
Nachdem das Substrat 10 auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnet worden ist, wird ein Hubmechanismus (in der Figur nicht gezeigt) aktiviert, die Stützsäule 25 wird nach oben gedrückt und dadurch bewegt sich das auf der Unterstützungseinrichtung 15 angeordnete Substrat 10 nach oben.
Daher ist der Abstand zwischen der Brauseplatte 5 und dem Substrat 10 als eine für ein adäquates Filmbilden notwendige Distanz angemessen bestimmt und es wird diese Distanz beibehalten.
Sodann wird das Filmbildungsgas von den Quellengasversorgungseinrichtungen 21 (21A, 21B, 21C) den Gaseinführungskanälen 7, von den Gaseinführungskanälen 7A, 7B und 7C separiert und gelangt zu den Gaseinführungsschnittstellen 34A, 34B und 34C.
Ferner wird das Filmbildungsgas über eine Vielzahl der oben beschriebenen Verbindungspunkte dem ersten ringförmigen Teil 8A, dem zweiten ringförmigen Teil 8B und dem dritten ringförmigen Teil 8C zugeführt und dem Raum 31 über die ersten Gasdurchlässe 9 (9A, 9B, 9C) bereitgestellt.
Dann wird das Filmbildungsgas von dem Raum 31 dem Inneren der Kammer 2 über die zweiten Gasdurchlässe 6 bereitgestellt.
Danach wird durch Aktivieren der RF-Energieversorgung 33 eine Hochfrequenzspannung am Elektrodenflansch 4 eingeprägt.
Aus diesem Grund wird eine Hochfrequenzspannung zwischen der Brauseplatte 5 und der Unterstützungseinrichtung 15 eingestellt, eine elektrische Entladung erzeugt und es wird ein Plasma P zwischen dem Elektrodenflansch 4 und der Behandlungsoberfläche (Oberseite) des Substrats 10 erzeugt.
Folglich wird das Verarbeitungsgas in Plasma P umgewandelt und eine Dampfphasenwachstumsreaktion entsteht auf der Behandlungsoberfläche des Substrats 10 und ein Dünnfilm wird auf der Behandlungsoberfläche des Substrats 10 gebildet.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird eine Hochfrequenzenergieversorgung (RF-Energieversorgung) mit einer Oszillationsfrequenz von 13,56 MHz oder 27,12 MHz eingesetzt.
Ferner wird der Druck im Filmbildungsraum zwischen 100 Pa und 300 Pa eingestellt, um eine Filmbildungsrate zu erzielen, die für eine Massenproduktion mittels der oben beschriebenen Filmbildungsvorrichtung 1 geeignet ist.
Bei diesen Druckverhältnissen beträgt der Abstand zwischen der Brauseplatte 5, auf die eine Spannung gegeben wird, und der Unterstützungseinrichtung 15, die als Masseelektrode dient, im Allgemeinen in etwa zwischen 15 und 25 mm.
Wenn der oben beschriebene Filmbildungsprozess mehrere Male wiederholt wird, wird das Innere der Kammer 2 regelmäßig gereinigt, da Filmbildungsmaterial an Innenwandoberflächen oder dergleichen der Kammer 2 haften bleibt.
Ein Reinigungsschritt beinhaltet die folgenden Maßnahmen: Fluorgas, das von der Fluorgasversorgungseinrichtung 22 bereitgestellt wird, wird von der Radikalenquelle 23 abgebaut. Ein Fluorradikal wird erzeugt. Das Fluorradikal passiert den an die Kammer 2 angeschlossenen Gaseinführungskanal 24 und wird der Kammer 2 zugeführt.
Durch oben beschriebenes Bereitstellen des Fluorradikals in dem Filmbildungsraum der Kammer 2 wird eine chemische Reaktion hervorgerufen und der Rest, der an im äußeren Bereich des Filmbildungsraums angeordneten Komponenten oder an Innenwandoberflächen der Kammer 2 anhaftet, wird beseitigt.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Gasversorgungseinrichtungen 8 in dem Raum 31 zwischen dem Elektrodenflansch 4 und der Brauseplatte 5 bereitgestellt.
Die Gasversorgungseinrichtungen 8 beinhalten die ringförmigen Teile 8A, 8B und 8C, welche unabhängig voneinander verschiedene Zusammensetzungen oder Typen des Verarbeitungsgases in Richtung der Brauseplatte 5 bereitstellen, wobei die Gasversorgungseinrichtungen 8 konzentrisch angeordnet sind.
Entsprechend der oben beschriebenen Konfiguration ist es möglich, vor dem Ausführen des Filmbildungsprozesses das Gasmischungsverhältnis im Verarbeitungsgas unter Berücksichtigung der Anzahl von Wasserstoffradikalen, die aufgrund der Reaktion (z. B. Abbaureaktion von Monosilan) des Verarbeitungsgases (Filmbildungsgases) zu steuern (einzustellen), z. B. das Mischverhältnis von Wasserstoffgas und Monosilangas, und zwar für jede der Gasversorgungseinrichtungen.
Daher ist es möglich, dem Raum das Filmbildungsgas bereitzustellen, bei dem das Gasmischungsverhältnis oder die Konzentrationen von Gasen ungleichmäßig sind.
Aus diesem Grund kann das Verarbeitungsgas, welches von den Gasversorgungseinrichtungen bereitgestellt wird und in welchem das Gasmischungsverhältnis oder die Konzentration von Gasen ungleichförmig sind, dem Reaktionsraum, in dem das Substrat 10 angeordnet ist, über die Brauseplatte gleichmäßig zugeführt werden.
Zusätzlich wird in dem Filmbildungsraum der Plasmazustand des Verarbeitungsgases durch Einstellen einer Hochfrequenzspannung erreicht.
Wenn das Verarbeitungsgas in einem Plasmazustand ist, wird das Profil der Gesamtanzahl von Wasserstoffradikalen H*, auf die die Wasserstoffradikale H*1, welche vom Wasserstoffgas erzeugt worden sind, und die Wasserstoffradikale H*2, welche vom abgebauten Monosilangas erzeugt worden sind, hinzuaddiert werden, auf dem Substrat 10 nicht variiert und das Profil wird auch nicht ungleichmäßig.
Folglich ist es möglich, ein Wasserstoffradikal zu gewinnen, bei dem die Gesamtanzahl von Wasserstoffradikalen H* auf dem Substrat gleich verteilt ist.
Daher kann die Behandlungsoberfläche des Substrats über die gesamte Fläche von dem mittleren Teil des Substrats 10 bis hin zum äußeren Randteil hinweg dem Wasserstoffradikal ausgesetzt werden, ohne von Positionen auf dem Substrat 10 abzuhängen.
Daher ist es möglich, ein Film mit gleichförmiger Zusammensetzung stabil zu bilden.
Die technische Reichweite der Erfindung ist nicht beschränkt auf die oben beschriebenen Ausführungsformen. Vielmehr können verschiedene Modifikationen unternommen werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise sind die im obigen Ausführungsbeispiel spezifisch beschriebenen Materialien und Zusammensetzungen und Konfigurationen Beispiele der Erfindung, wobei Modifikationen in angemessener Weise angepasst werden können.
Beispielsweise wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 eine Struktur eingesetzt, bei der zwei Verbindungspunkte bei einem ringförmigen Teil bereitgestellt sind. Es können aber auch drei oder mehrere Verbindungspunkte bei den ringförmigen Teilen bereitgestellt werden, sollte es notwendig sein.
Außerdem können die Positionen der Verbindungspunkte dem Bedarf angemessen bestimmt werden.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Fall beschrieben, bei dem die Erfindung bei einer Filmbildungsvorrichtung angewendet wird. Die Erfindung ist aber nicht auf die Filmbildungsvorrichtung beschränkt, sondern kann auch bei einer Ätzvorrichtung angewendet werden.
In diesem Fall wird ein für das Ätzen einzusetzendes Verarbeitungsgas mit Hinblick auf die Filmtypen, die auf einem Substrat gebildet worden sind und die zu ätzen sind, adäquat ausgewählt.
Entsprechend der vorstehenden Ätzvorrichtung ist es möglich, die gesamte Oberfläche des Films der Behandlungsoberfläche bei einer gewünschten Ätzrate gleichmäßig zu ätzen.
Wenn eine Resist-Struktur mit einer Einlassöffnung auf dem auf der Behandlungsoberfläche gebildeten Film ausgebildet wird, ist es ferner möglich, den auf der Behandlungsoberfläche gebildeten Film entsprechend der Form der Einlassöffnung zu ätzen.
Versuche
Im Folgenden werden Versuche beschrieben.
Bei den Versuchen wurde die Konzentration von Wasserstoff im Verarbeitungsgas durch Verwendung der oben beschriebenen Plasmaverarbeitungsvorrichtung 1 gesteuert, die Anzahl von Wasserstoffradikalen in einem Filmbildungsraum vergleichmäßigt, ein Film auf der Behandlungsoberfläche des Substrats gebildet und eine in der Ebene gleichförmige Filmqualität des Films bestätigt.
Zunächst wurde ein rechteckförmiges TCO (Transparent Conductive Oxide) Substrat mit einer Breite y von 1100 mm und einer Länge x von 1400 mm vorbereitet.
Bei der Plasmaverarbeitungsvorrichtung betrug die Größe der Brauseplatte 5, welche als erste Elektrode dient, 1300 mm × 1600 mm, und die Größe der Unterstützungseinrichtung 15 (integrierter Heizersuszeptor), die als zweite Elektrode dient, 1400 mm × 1700 mm.
Durch Verwendung der oben beschriebenen Plasmaverarbeitungsvorrichtung wurde auf der Oberseite des Substrats ein i-Typ-Siliziumfilm (i-Film) mit einer Filmdicke von 1,5 μm gebildet.
Außerdem wurden bei Versuchen das Verarbeitungsgas, bei denen ein Gas mit Silizium (Silangas: SiH₄) als zum Bilden eines Films verwendetes Quellengas und ein eine Reaktion beschleunigendes Verdünnungsgas (Wasserstoffgas: H₂) in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt sind, wurde von jeder der Verarbeitungsgasversorgungseinrichtungen 21 (21A, 21B, 21C) bereitgestellt.
In dem ersten ringförmigen Teil 8A, welches an einer inneren Seite der Gasversorgungseinrichtung 8 angeordnet ist, wurde die Strömungsrate des Gases mit Silizium auf 330 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm) eingestellt und die Strömungsrate des Verdünnungsgases auf 5000 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm).
Bei dem zweiten ringförmigen Teil 8B, welcher im Zwischenraum angeordnet ist, wurde die Strömungsrate des Gases mit Silizium auf 330 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm) eingestellt und die Strömungsrate des Verdünnungsgases auf 4700 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm).
Bei dem dritten ringförmigen Teil 8C, welcher an einer Außenseite angeordnet ist, wurde die Strömungsrate des Gases mit Silizium auf 330 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm) eingestellt und Strömungsrate des Verdünnungsgases auf 4700 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm).
Die Gasversorgung ist beispielsweise schematisch in 5 gezeigt.
5 ist ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Anzahl von Wasserstoffradikalen (Konzentration) in dem Filmbildungsraum und den Positionen auf dem Substrat zeigt, wenn das Verarbeitungsgas bereitgestellt wurde und durch Verwendung der die Erfindung betreffenden Plasmaverarbeitungsvorrichtung 1 reagiert wurde.
Bei der 5 repräsentiert das in der Mitte der Abszisse angeordnete Referenzzeichen ”0” den mittleren Teil des Substrats und die linke Richtung und die rechte Richtung ausgehend vom Referenzzeichen ”0” repräsentieren die Richtungen zum äußeren Randteil des Substrats.
Bei der 5 gibt der gepunktet-gestrichelte Verlauf die Konzentration von Wasserstoffradikalen H*1 an, die vom Wasserstoffgas erzeugt worden ist. Der doppelt gestrichelte Verlauf gibt die Konzentration von Wasserstoffradikalen H*2 an, die durch des abgebaute Monosilangas erzeugt worden ist.
Die durchgehende Linie gibt die Anzahl von Wasserstoffradikalen H* an, auf die die Anzahl der Wasserstoffradikale H*1 und H*2 addiert wird.
Wie in 5 gezeigt, wurde bei dem Versuch, bei dem die die Erfindung betreffende Plasmaverarbeitungsvorrichtung 1 verwendet worden ist, das Verarbeitungsgas durch Einsetzen der Gasversorgungseinrichtungen 8 so eingestellt, dass die vom in einem Quellengas enthaltene Wasserstoffgas erzeugte Konzentration von Wasserstoffradikalen H*1 in einer Art und Weise abnimmt, dass sie einen Endteil des Substrats (äußerer Randteil) erreicht.
Das heißt, dass das Verarbeitungsgas so gesteuert worden ist, dass das Gasmischungsverhältnis oder die Konzentrationen von Gasen ungleichmäßig sind. Das Verarbeitungsgas wurde dem Substrat zugeführt.
Die Gasversorgungseinrichtungen 8 führen das Quellengas dem Substrat so zu, dass die Konzentration von Wasserstoff, das dem äußeren Randteil des Substrats zugeführt wird, niedriger ist als die Konzentration von Wasserstoff, das dem mittleren Teil des Substrats zugeführt wird.
Bei der im Versuch eingesetzten Plasmaverarbeitungsvorrichtung 1 hatte der erste ringförmige Teil 8A eine Größe von 250 mm × 325 mm, der Kanaldurchmesser (Rohrdurchmesser) betrug 1,27 cm (1/2 Zoll), der Öffnungsdurchmesser des ersten Gasdurchlasses 9A betrug 1 mm, und die Länge der ersten Gasdurchlässe 9A betrug 30 mm.
Der zweite ringförmige Teil 8B hatte eine Größe von 500 m × 650 mm, der Kanaldurchmesser (Rohrdurchmesser) betrug 1,27 cm (1/2 Zoll), der Öffnungsdurchmesser des ersten Gasdurchlasses 9B betrug 1 mm, und die Länge des ersten Gasdurchlasses 9B betrug 30 mm.
Der dritte ringförmige Teil 8C hatte eine Größe von 1100 m × 1300 mm, der Kanaldurchmesser (Rohrdurchmesser) betrug 1,27 cm (1/2 Zoll), der Öffnungsdurchmesser des ersten Gasdurchlasses 9C betrug 1 mm, und die Länge des ersten Gasdurchlasses 9C betrug 30 mm.
Weitere Bedingungen zum Bilden des Films waren: die Frequenz der Rochfrequenzenergieversorgung 33 betrug 27,12 MHz, die Leistungsdichte der Hochfrequenz betrug 1,2 W/cm², der Abstand zwischen der Brauseplatte und dem Substrat betrug 10 mm und der Druck lag bei 700 Pa.
Auf dem Substrat symmetrisch zueinander angeordnete Messpunkte wurden ausgewählt, um eine Filmqualität des auf dem Substrat gebildeten Dünnfilms zu messen.
Als Messpunkte wurden, wie in 4 gezeigt, drei Punkte gewählt, davon Punkt A im linken oberen Teil des Substrats, Punkt B im mittigen Teil des Substrats und Punkt C im rechten unteren Teil des Substrats.
Die Größe der Punkte A, B und C betrug jeweils 25 mm × 25 mm.
Der an jedem Punkt gebildete Dünnfilm wurde durch ein spektrometrisches Raman-Verfahren evaluiert.
Insbesondere wurden die maximale Intensität (Ic), welche durch kristallines Si mit einem Raman-Streuungsspektrum von 520 cm^–1 bewirkt wird, und die maximale Intensität (Ia), die durch amorphes Si von 480 cm^–1 bewirkt wird, gemessen und das erzielte Kristallisierungsverhältnis (Ic/Ia) wurde bestimmt durch Teilen von Ic mit Ia.
Das Kristallisierungsverhältnis wurde für die an allen Messpunkten gebildeten Dünnfilme evaluiert.
Das Evaluierungsergebnis des Versuchs ist in Tabelle 1 gezeigt.
Im Gegensatz dazu wurde bei einem Vergleichsversuch, bei dem eine oben beschriebene herkömmliche Plasmaverarbeitungsvorrichtung 101 eingesetzt worden ist, ein i-Film mit einer Filmdicke von 1,5 μm auf der Oberfläche eines TCO-Substrats in selber Weise wie bei dem oben beschriebenen Versuch gebildet.
Bei dem Vergleichsversuch wurde das zum Bilden des Films verwendete Quellengas durch den Gaseinführungskanal 107 bereitgestellt. Die Strömungsrate des Gases mit Silizium wurde auf 1000 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm) eingestellt und die Strömungsrate des Verdünnungsgases auf 15000 cm³/min unter Standardbedingungen (sccm).
Der durch den Vergleichsversuch gebildete Dünnfilm wurde mit einem spektrometrischen Raman-Verfahren evaluiert, und zwar in derselben Weise wie bei dem oben beschriebenen Versuch.

Die Evaluierungsergebnisse des Vergleichsversuchs sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. (Tabelle 1)

	Versuch			Vergleichsversuch
Positionen	Ic Intensität (cm^–1)	Ia Intensität (cm^–1)	Kristallisierungsverhältnis (Ic Intensität/Ia Intensität)	Ic Intensität (cm^–1)	Ia Intensität (cm^–1)	Kristallisierungsverhältnis (Ic Intensität/Ia Intensität)
Punkt A	518,3	480	5,4	517,1	480	4,2
Punkt B	518,5	480	5,6	519,2	480	6,6
Punkt C	518,2	480	5,4	517,4	480	3,9

Durch Einsatz der Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung konnte gezeigt werden, dass eine Film mit gleichförmiger Zusammensetzung auf der Behandlungsoberfläche des Substrats gebildet werden kann. Dies wird durch das Evaluierungsergebnis der Kristallisierungsverhältnis gemäß Tabelle 1 bestätigt.
Im Gegensatz dazu konnte auch gezeigt werden, dass ein Film mit gleichförmiger Zusammensetzung nicht erzielt werden kann, wenn die herkömmliche Plasmaverarbeitungsvorrichtung verwendet worden ist.
Wie oben beschrieben, sind die Gasversorgungseinrichtungen, die aus einer Vielzahl von konzentrisch zueinander angeordneten ringförmigen Teilen zusammengesetzt sind, in dem Raum zwischen dem Elektrodenflansch und der Brauseplatte angeordnet, wie in der Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung gezeigt.
Daher ist es möglich, das Verarbeitungsgas mit voneinander verschiedenen Mischungsverhältnissen der Brauseplatte unabhängig zuzuführen und es ist möglich, das die Anzahl von Wasserstoffradikalen (die Konzentration) in dem Verarbeitungsgas (Filmbildungsgas), das in Richtung der Brauseplatte bereitgestellt wird, eingestellt wird.
Aus diesem Grund ist es möglich, wie auch aus dem Evaluierungsergebnis des oben erwähnten Versuchs hervorgeht, auf einer Oberfläche des Substrats in der Region von dem mittleren Teil der Behandlungsoberfläche des Substrates bis hin zum äußeren Randteil des Substrats gleichmäßig Plasmaverarbeitung auszuführen. Ferner wurde herausgefunden, dass es möglich ist, einen Film mit gleichmäßiger Zusammensetzung auf dem Substrat zu bilden.
Außerdem wurde im Falle einer Verwendung einer herkömmlichen Plasmaverarbeitungsvorrichtung bestätigt, dass Zusammensetzungen eines auf dem Substrat gebildeten Films über die Positionen des Substrats hinweg nicht gleichmäßig sind.
Im Gegensatz dazu konnte für den Fall, dass die Plasmaverarbeitungsvorrichtung der Erfindung verwendet worden ist, bestätigt werden, dass eine Film mit gleichmäßiger Zusammensetzung vollständig auf dem Substrat gebildet werden kann, und zwar unabhängig von den Positionen auf dem Substrat.
In dem oben beschriebenen Versuch wurde ein i-Film durch Verwenden von Verarbeitungsgas, in welchem Monosilan und Wasserstoff gemischt sind, gebildet. Die Erfindung ist aber auf ein solches Gas nicht beschränkt. Auch andere Gase, in denen nicht Monosilan und Wasserstoff gemischt sind, können verwendet werden.
Wenn ein p-Typ-Siliziumfilm (p-Film) oder ein n-Typ-Siliziumfilm (n-Film) gebildet werden sollen, kann ein anderes Verarbeitungsgas eingesetzt werden als ein Verarbeitungsgas, bei dem Monosilan und Wasserstoff gemischt sind.
Die Erfindung kann beispielsweise auch dann ausgeführt werden, wenn Kombinationen von German (GeH₄) oder Disilan (Si₂H) und Wasserstoff oder eine Kombination von Disilan, German und Wasserstoff oder dergleichen verwendet wird.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die Plasmaverarbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann bei vielen Halbleiterherstellungsverfahren Anwendung finden, beispielsweise bei Flüssigkristallbildschirmen, Solarzellen oder dergleichen.
Insbesondere ist die Erfindung beim Herstellen von Solarzellen nützlich, bei denen mikrokristallines Silizium eingesetzt wird, welches notwendig ist, um die Filmbildungsrate mit Hinblick auf die Produktivität zu erhöhen.

Claims

Plasmaverarbeitungsvorrichtung umfassend: eine Verarbeitungskammer, die zusammengesetzt ist aus einer Kammer (2), einem Elektrodenflansch (4) mit einer Vielzahl von Gaseinführungsschnittstellen (34), und einem zwischen der Kammer (2) und dem Elektrodenflansch (4) angeordneten Isolierungsflansch (81), wobei die Verarbeitungskammer eine Reaktionskammer (α) umfasst; eine Unterstützungseinrichtung (15), die in der Reaktionskammer (α) beinhaltet ist und auf der ein Substrat (10) anzuordnen ist, wobei die Unterstützungseinrichtung (15) eine Temperatur des Substrats (10) steuert; eine Brauseplatte (5), die in der Reaktionskammer (α) beinhaltet ist und die gegenüber dem Substrat (10) angeordnet ist, wobei die Brauseplatte (5) ein Verarbeitungsgas in Richtung des Substrats (10) bereitstellt; eine Vielzahl von Gasversorgungseinrichtungen (8), die in einem Raum (31) zwischen dem Elektrodenflansch (4) und der Brauseplatte (5) bereitgestellt sind, die mit jeder der Gaseinführungsschnittstellen (34) in Verbindung stehen und die ringförmig in einer konzentrischen Form angeordnet sind, wobei die Gasversorgungseinrichtungen (8) separat voneinander verschiedene Zusammensetzungen des Verarbeitungsgases in Richtung der Brauseplatte (5) bereitstellen; und eine Spannungsversorgungseinrichtung (33), die eine Spannung zwischen der Brauseplatte (5) und der Unterstützungseinrichtung (15) einstellt, wobei das Verarbeitungsgas ein Wasserstoffgas und ein Silizium beinhaltendes Gas beinhaltet, und die Gasversorgungseinrichtungen (8) das Verarbeitungsgas so auf dem Substrat (10) bereitstellen, dass die Konzentration von Wasserstoff, der einem äußeren Randteil des Substrats (10) zugeführt wird, niedriger ist als die Konzentration von Wasserstoff, der einem mittigen Teil des Substrats (10) zugeführt wird.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Plasmaverarbeitungsvorrichtung eine Filmbildungsvorrichtung (1) ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Plasmaverarbeitungsvorrichtung eine Ätzvorrichtung ist.
Plasmaverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Abstand zwischen der Brauseplatte (5) und der Unterstützungseinrichtung (15) 15 mm bis 25 mm beträgt.
Verfahren zum Bilden mikrokristallinen Siliziums, umfassend: Setzen eines Abstandes zwischen einer Brauseplatte (5) und einer Unterstützungseinrichtung (15) auf 15 mm bis 25 mm, wobei die Brauseplatte (5) und die Unterstützungseinrichtung (15) in einer Plasmaverarbeitungsvorrichtung angeordnet sind; Bereitstellen eines Quellengases, das ein Wasserstoffgas und ein Silizium beinhaltendes Gas beinhaltet, von der Brauseplatte (5) an einem Substrat (10), so dass die Konzentration von Wasserstoff, der an einem äußeren Randteil des Substrats (10) bereitgestellt wird, kleiner ist als die Konzentration von Wasserstoff, der an einem mittigen Teil des Substrats (10) bereitgestellt wird; Erzeugen von Plasma zwischen der Brauseplatte (5) und der Unterstützungseinrichtung (15); und Bilden eines mikrokristallinen Siliziumfilms auf dem Substrat (10) unter Verwendung eines Plasma-CVD-Verfahrens.