JP4254861B2 - シリコン膜形成装置 - Google Patents
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Description
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコン膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン膜は例えば、液晶表示装置における画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチの材料として、また、各種集積回路、太陽電池等の作製に採用されている。さらに不揮発性メモリ、発光素子、光増感剤としての利用も期待されている。
【０００３】
シリコン膜の形成方法としては各種のものが知られており、例えば、各種ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下にアモルファスシリコン膜を形成する方法、さらにはそのようにして形成したアモルファスシリコン膜に後処理として例えば１０００℃程度の熱処理或いは６００℃程度で長時間にわたる熱処理を施して結晶性シリコン膜を形成する方法、被成膜基板の温度を６００℃〜７００℃以上に維持して低圧下にプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により結晶性シリコン膜を形成する方法、アモルファスシリコン膜にレーザーアニール処理を施して該膜を結晶化させる方法が知られている。
【０００４】
上記の他、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等のシラン系ガスを水素やフッ化シリコン（ＳｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとで、５００℃程度以下の低温下にアモルファスシリコン膜や結晶性シリコン膜を基板上に直接形成する方法も提案されている（例えば特開昭６３−７３７３号公報）。
【０００５】
【特許文献】
特開昭６３−７３７３号公報
【０００６】
しかしながら、これら方法においては、膜形成速度、特に膜形成開始当初における膜形成速度が必ずしも満足できるものではない。
【０００７】
また、特開昭６３−７３７３号公報に記載されているように、シラン系ガスを水素やフッ化シリコン（ＳｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとでの膜形成は比較的低温下にシリコン膜を形成できる利点があるものの、シラン系ガスを水素ガス等で希釈して用いるので、それだけ成膜速度が遅くなる。
【０００８】
被成膜基板を高温にさらす方法では、膜形成する基板として高温に耐え得る高価な基板（例えば石英ガラス基板）を採用しなければならず、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板へのシリコン膜の形成は困難である。そのため、シリコン膜の製造コストが基板コストの面から高くなってしまう。アモルファスシリコン膜を高温下に熱処理する場合も同様の問題がある。
【０００９】
アモルファスシリコン膜をレーザーアニール処理する場合には、比較的低温下に結晶性シリコン膜を得ることができるが、レーザー照射工程を必要とすることや、非常に高いエネルギー密度のレーザー光を照射しなければならないこと等から、この場合も結晶性シリコン膜の製造コストが高くなってしまう。また、レーザー光を膜の各部に均一に照射することは難しく、さらにレーザー照射により水素脱離が生じて膜表面が荒れることもあり、これらにより良質の結晶性シリコン膜を得ることは困難である。
【００１０】
そこで本発明は、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせ、少なくともそれだけ成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明は比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始から膜形成終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【００１２】
また本発明は、かかる利点を有するシリコン膜形成装置であって、さらに被成膜物品の成膜室内での移動、位置決め等を円滑に精度よく行うことができ、それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、被成膜物品を設置する成膜室と、該成膜室内に設置されたシリコンスパッタターゲットと、該成膜室内へ水素ガスを供給する水素ガス供給回路を有するガス供給装置と、該水素ガス供給回路から該成膜室内に供給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させる高周波電力印加装置とを備え、該プラズマにより前記シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングして該成膜室内に設置された被成膜物品上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成装置を提供する。
【００１４】
このシリコン膜形成装置によると、成膜室内に被成膜物品を配置し、この成膜室内にガス供給装置の水素ガス供給回路から水素ガスを導入し、このガスに高周波電力印加装置により高周波電力を印加することで誘導結合プラズマを発生させ、これにより成膜室内を水素ラジカル及び水素イオンに富んだ状態とし、該プラズマにシリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）させることで被成膜物品上にシリコン膜を形成することができる。
【００１５】
しかも、比較的低温下に膜形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり、それだけ安価にシリコン膜を形成できる。
【００１６】
また、この膜形成の開始においては、シリコンスパッタターゲットの誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、被成膜物品上にシリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、これを発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、その後もシリコン膜が円滑に形成されていく。従って、少なくとも膜形成が円滑化される分、シリコン膜形成を高速化できる。
【００１７】
なお、本発明者は、誘導結合方式により水素ガスをプラズマ化し、プラズマ発光分光することで、該プラズマにおいてＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）が支配的となる状態が得られることを観測している。
【００１８】
Ｈα（６５６ｎｍ）はプラズマ発光の分光により波長６５６ｎｍにピークを示す水素の発光スペクトル強度であり、Ｈβ（４８６ｎｍ）は波長４８６ｎｍにピークを示す水素の発光スペクトル強度である。ＨαやＨβが豊富であることは水素ラジカルが豊富であることを意味している。
【００１９】
誘導結合方式により形成される水素ガスプラズマのプラズマポテンシャルは、条件にもよるが、例えば約２０ｅＶ程度であり、いずれれにしてもかなりプラズマポテンシャルは低いので、通常の物理的なスパッタリングは起こり難い。しかし、本発明者はプラズマ発光分光によりＳｉ（２８８ｎｍ）の存在を観測している。これはシリコンスパッタターゲット表面における、水素ラジカル及び水素イオンによるケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）によるものである。
【００２０】
このシリコン膜形成装置によると、水素ガス導入量、高周波電力（特にその周波数、電力の大きさ）、成膜室内の成膜ガス圧等を制御することで結晶性シリコン膜の形成も可能である。
【００２１】
例えば、これらの制御により、水素ガスからプラズマとして、Ｈα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３であるガスプラズマを発生させ、これによりシリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングし、スパッタリングされた原子と水素ガスプラズマによる励起効果及び被成膜物品の堆積膜表面と水素ラジカルの反応などにより被成膜物品上に膜を堆積形成すれば、従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈したガスのプラズマのもとで形成される結晶性シリコン膜と同様に、結晶性を示し、表面粗度の小さい、水素終端されたシリコンの結合手が配向した表面を有する良質な結晶性シリコン膜が形成される。
【００２２】
ここでＳｉＨ* は、成膜室内に導入される水素ガスに高周波電力を印加することで発生する水素ガスプラズマによるシリコンスパッタターゲットのスパッタリングにより発生してガスプラズマ中に存在するシランラジカルの発光スペクトル強度（波長４１４ｎｍ）であり、Ｈαはプラズマ発光分光により波長６５６ｎｍにピークを示すバルマー系列の水素の発光スペクトル強度である。
【００２３】
Ｈα／ＳｉＨ* はプラズマ中の水素ラジカルの豊富さを示しており、この値が０．３より小さくなってくると、形成される膜の結晶性が低下し、１．３より大きくなってくると、かえって膜形成が困難になってくる。Ｈα／ＳｉＨ* の値は各種ラジカルの発光スペクトルをプラズマ発光分光計測装置により測定し、その測定結果に基づいて得ることができる。また、Ｈα／ＳｉＨ* の制御は、代表的には、導入ガスに印加する高周波電力の大きさ及び成膜ガス圧の制御により行える。
【００２４】
高周波電力印加のための高周波アンテナは成膜室の外側に設置してもよいし、電力印加をより効率よく行うために成膜室内に設置してもよい。成膜室外に設置するときには、高周波アンテナが臨む成膜室壁部分は誘電体材料で形成すればよい。
【００２５】
成膜室内に設置するときは、該アンテナ導体部分を電気絶縁性材料（例えばアルミナ）で被覆することが好ましい。アンテナを電気絶縁性材料で被覆することで、自己バイアスによりアンテナがプラズマからの荷電粒子によりスパッタリングされ、アンテナ由来のスパッタ粒子が形成しようとする膜中に混入することを抑制できる。
【００２６】
アンテナ形状については特に制限はない。例えば、棒状、梯子状、コの字状、リング状、半リング状、コイル状、渦巻き状等の各種形状を採用できる。
【００２７】
前記シリコンスパッタターゲットは様々な状態で提供できる。例えば成膜室のプラズマに触れる部分（例えば、プラズマに触れ易い成膜室内壁）の全部又は一部をシリコン膜形成、シリコンウエハの貼着、シリコン片の付設等によりシリコンで覆ってシリコンスパッタターゲットにしてもよい。成膜室それ自体とは別途独立したシリコンスパッタターゲットを成膜室内に設置してもよい。
【００２８】
高周波アンテナを成膜室の外側に設置するにしても、内側に設置するにしても、シリコンスパッタターゲットは、これを円滑にケミカルスパッタリングするうえで、少なくともプラズマの発生領域である高周波アンテナに臨む位置、換言すれば高周波アンテナの近傍位置に設けることが好ましい。
【００２９】
例えば高周波アンテナを成膜室内に設置する場合において、該高周波アンテナに臨設されるシリコンスパッタターゲットの例として、該電極周囲を囲むとともに被成膜物品側に開放された筒形状のシリコンスパッタターゲットを挙げることができる。
【００３０】
また、いずれにしても、結晶性シリコン膜を形成しようとする場合には、前記プラズマのポテンシャルは１５ｅＶ〜４５ｅＶ程度であることが好ましく、電子密度は１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3程度であることが好ましい。
【００３１】
結晶性シリコン膜形成における成膜室内圧力は０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒ）程度であることが好ましい。
【００３２】
結晶性シリコン膜形成において、プラズマポテンシャルが１５ｅｖより低くなってくると、結晶性が低下してくるし、４５ｅＶより高くなってきても結晶化が阻害されやすくなる。
【００３３】
また、プラズマ中の電子密度が１０10ｃｍ-3より小さくなってくると、結晶化度が低下したり、膜形成速度が低下したりし、１０12ｃｍ-3より大きくなってくると、膜及び基板がダメージを受けやすくなる。
【００３４】
結晶性シリコン膜形成において、成膜室内圧力が０．６Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ）より低くなってくると、プラズマが不安定となったり、膜形成速度が低下したりし、１３．４Ｐａ（約１００ｍＴｏｒｒ）より高くなってくると、プラズマが不安定になったり、膜の結晶性が低下したりする。
【００３５】
かかるプラズマポテンシャルやプラズマの電子密度は、印加する高周波電力の大きさ、周波数、成膜圧等のうち少なくとも一つを調整することで制御できる。
【００３６】
高周波アンテナについてさらに説明すると、成膜室内に設置する場合の高周波アンテナの好ましい例として、成膜室外から成膜室内へ延び、該成膜室内で電気的に並列に分岐し、各分岐部分の終端が該成膜室に直接的に接続されているアンテナを挙げることができる。この場合、該成膜室電位は接地電位に設定するとことができる。
【００３７】
このアンテナは、成膜室外の部分はプラズマ生成に寄与しないから、この部分をできるだけ短くして高周波電力印加装置におけるマッチングボックスに直接的に接続でき、アンテナ終端は成膜室外まで引き出すことなく成膜室に直接的に接続するから、それだけアンテナ全体を短く形成でき、さらに、成膜室内で電気的に並列に分岐させるという、並列配線構造を採用しているから、アンテナのインダクタンスをそれだけ低減できる。
【００３８】
これにより、従来の高周波アンテナより異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
【００３９】
かかる高周波アンテナは、成膜室内空間の節約のためにコンパクトで且つ高周波電力の利用効率のよいものが好ましく、そのために高周波アンテナは立体的構造のものとしてもよい。その代表例として、成膜室外からその室壁を通り成膜室内へ延在する第１部分、該第１部分の成膜室内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記成膜室壁へ向かって延びる複数本の第２部分とを含み、該各第２部分の終端が該成膜室壁に直接的に接続されている高周波アンテナを挙げることができる。
【００４０】
かかる高周波アンテナは例えばプラズマ発生室内壁の近くに配置しても、室壁と平行状に配置される平面的構造のアンテナと比べると、アンテナの第１部分、各第２部分のそれぞれの周囲領域へ誘導電界をおよぼすことができ、それだけ成膜室内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、高周波電力の利用効率がよい。
【００４１】
かかるアンテナにおける第２部分群は、全体としてＵ字状、コの字、半円状等の形状を呈するものや、このような形状のアンテナ部分を第１部分を中心として所定の中心角度間隔で十字形等に組み合わせたもの等を例示できる。
【００４２】
いずれにしても、高周波アンテナに印加する高周波電力は、周波数が例えば商用の１３．５６ＭＨｚのものでもよいが、以上説明したタイプの高周波アンテナは前記のとおり低インダクタンスのものであるから、例えば、４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度、或いはさらに数１００ＭＨｚの高いもの、例えば６０ＭＨｚ程度のものでもよい。このように周波数の高い高周波電力でも使用でき、それによりプラズマ密度等の点でプラズマ特性を向上させることが可能である。
【００４３】
前記ガス供給装置はシランガス供給回路を含んでいてもよい。シランガス供給回路を備えることで、シリコン膜形成にあたり該回路からシランガスを成膜室内へ供給することができ、それによりシリコン膜形成をより高速化できる。
【００４４】
かかるシランガス供給回路は、前記水素ガス供給回路からの水素ガス供給と同時的に成膜室内へシランガスを供給するものでもよいし、前記シリコンスパッタターゲットの水素ガスプラズマによるケミカルスパッタリングの開始後に、換言すれば、該ターゲットの水素ガスプラズマによるケミカルスパッタリングによりシリコン膜の核或いは種が形成された状態で、前記成膜室内にシランガスを供給するものでもよい。
いずれにしても、シランガスの供給によりシリコン膜形成をより高速化できる。
【００４５】
また、シランガスを水素ガスと同時的に供給する場合であれ、ターゲットのケミカルスパッタリング開始後に供給する場合であれ、シランガス供給回路は、シランガス供給開始に先立ってシランガスを溜めておき、前記成膜室内へのシランガス供給にあたり溜めた該シランガスを一挙に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を含んでいるとともに、該ガス溜め部からのシランガス供給と同時的にシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給開始し、その後もひき続きシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給するための、流量制御部を含むシランガス供給部を含んでいるものでもよい。
【００４６】
かかるガス溜め部を有するシランガス供給回路を採用すると、該ガス溜め部から一挙に供給されるガスが成膜室内に一挙に行きわたりやすく、それだけ、シランガス供給開始当初からより確実にシランガス供給の効果が得られ、一層高速成膜が可能となる。
【００４７】
本発明に係るシリコン膜形成装置は、前記被成膜物品をシリコン膜形成のための第１位置又は該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるための前記成膜室内に配置された搬送部材と、該搬送部材を昇降させる昇降機構とを備えており、さらに、カウンタバランス機構を備えている。
【００４８】
かかる物品搬送部材は、被成膜物品を該第１位置に保持するための物品ホルダに対して昇降できるものでもよいし、該物品ホルダを兼ねるものでもよい。後者の場合、物品ホルダが昇降機構により昇降する。
【００４９】
昇降機構として、
搬送部材を支持するとともに前記成膜室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、
該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、
一端部が該成膜室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、
該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含むものを挙げることができる。
【００５０】
かかる昇降機構を採用する場合のカウンタバランス機構として、少なくとも、前記成膜室内圧がシリコン膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第１負荷及び前記成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第２負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるものを挙げることができる。
【００５１】
かかる搬送部材、昇降機構及びカウンタバランス機構を採用するときは、成膜室内に搬入した被成膜物品を昇降機構にて駆動される搬送部材で成膜処理のための第１位置に配置することができる。
【００５２】
膜形成後の物品は昇降機構により搬送部材を移動させることで該第１位置とは異なる第２の位置、例えば、成膜室内外間で被成膜物品の搬入搬出処理を行う位置に移動させ、次の処理（例えば膜形成済物品の搬出処理、或いは新たな被成膜物品の搬入処理）を行うことができる。
【００５３】
カウンタバランス機構は、少なくとも、成膜室内圧が膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき昇降機構の駆動部に加わる第１の負荷及び該成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき該駆動部に加わる第２の負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させる。
【００５４】
ここで、第１負荷とは、成膜室内が膜形成のための減圧雰囲気（大気圧より減圧された雰囲気）に設定されることで、成膜室内外の気圧の差により伸縮ベローズの口径（断面積）に相当するベローズ支持部材の部分に加わる力ｆから搬送部材、搬送部材用支持部材及びベローズ支持部材、或いはさらに搬送部材に支持された物品等による、搬送部材を下降させる方向に働く部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズを収縮させる方向の力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）に基づく負荷である。
【００５５】
第２負荷とは、成膜室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧、代表例としては大気圧（大気圧そのもののほか、略大気圧である場合も含む）であるときの負荷であり、主として前記部材重力ＷＦに基づく負荷である。
【００５６】
かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、昇降機構の駆動部にかかる負荷は著しく抑制され、従って該駆動部は容量（搬送部材の昇降駆動力や構造の頑丈さ等）の小さい安価なもので足りるようになり、ひいては膜形成装置もそれだけ安価に提供できる。
【００５７】
また、かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、駆動部は搬送部材を軽快に移動させることができ、駆動部の駆動停止に伴う搬送部材の停止も容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけ搬送部材を前記第１位置や第２位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて該搬送部材上の被処理物品の位置ずれや損傷を抑制することができる。
【００５８】
ブレーキ機能を備えない駆動部を採用しても、カウンタバランス機構の負荷相殺作用により搬送部材を所定の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることができ、ブレーキ機能を有しないリニアステッピング機構（ステッピングモータにて被駆動体を位置制御可能に直線駆動できる駆動機構）等を採用することも可能となる。
【００５９】
前記カウンタバランス機構の例として次のものを挙げることができる。
すなわち、前記搬送部材の支持部材に連結されたピストンロッドを有するピストンシリンダ装置と、前記第１負荷を相殺するにあたって該第１負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、前記第２負荷を相殺するにあたって該第２負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んでいるカウンタバランス機構である。
【００６０】
かかる作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものであることが好ましい。例えば、かかる作動流体回路を、作動流体流路を切り換える電磁切り換え弁を含むものとし、且つ、該電磁切り換え弁を非通電時には、その直前の通電時の弁位置を維持することで、停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものとすればよい。
【００６１】
このような作動流体回路を採用することで、停電等により駆動部による駆動が停止しても物品搬送部材の部材重力による落下やベローズ支持板に気圧差が加わっている場合における飛び上がりを防止でき、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の位置ずれや損傷を抑制することができる。
【００６２】
昇降機構における駆動部としては、例えば、回転モータと、該モータの回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含むものを挙げることができる。この場合、該回転モータとして停電時に制動力を発揮するブレーキ付きサーボモータを採用することを例示できる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によると、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせ、少なくともそれだけ成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【００６４】
また、本発明によると、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始から膜形成終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【００６５】
また本発明によると、かかる利点を有する膜形成装置であって、さらに被成膜物品の成膜室内での移動、位置決め等を円滑に精度よく行うことができ、それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説朋する。
（１）第１図に示すシリコン膜形成装置Ａ
第１図はシリコン膜形成装置の参考例の概略構成を示している。
【００６７】
第１図に示す膜形成装置Ａは成膜室１０を備えており、該成膜室内には物品ホルダ３、該ホルダ上方の高周波アンテナ１及び該アンテナに臨むシリコンスパッタターゲット２が設置されている。
【００６８】
アンテナ１は導体部分表面がアルミナ製の、厚さ１００ｎｍ或いはそれより少し厚い絶縁膜で被覆されている。
【００６９】
このアンテナ１には、マッチングボックスＭＸを介して高周波電源ＰＷが接続されている。電源ＰＷは出力可変電源であり、この膜形成装置では周波数１３、５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。なお、電源周波数は１３．５６ＭＨｚに限定する必要はなく、例えば４０ＭＨｚ程度からから１００ＭＨｚ、或いはさらに数１００ＭＨｚまでの範囲のものに設定してもよい。アンテナ１、マッチングボックスＭＸ及び高周波電源ＰＷは高周波電力印加装置を構成している。
【００７０】
物品ホルダ３は被成膜物品（本例では基板Ｓ）を加熱するヒータ４を備えている。物品ホルダ３は成膜室１０とともに接地されている。
【００７１】
シリコンスパッタターゲット２は筒形状に形成されており、アンテナ１を囲むように該アンテナに臨み、成膜室１０の天井壁１０’に取付け保持されている。筒状ターゲット２の下端はホルダ３に向け開放されている。なお、ターゲット２に加え、例えば、ターゲット２に囲まれた成膜室天井壁部分等にもシリコンスパッタターゲットを設けてもよい。そのようなターゲットは例えばシリコンウエハを該天井壁部分に貼着等にて保持させることで設けることができる。このように、シリコンスパッタターゲットを成膜室１０内に形成されるプラズマに触れやすい部位に設けるとよい。
【００７２】
成膜室１０内のターゲット２の外側領域において天井壁１０’にガス導入ノズルＮ３が設けられており、該ノズルＮ３には電磁開閉弁ＡＶ６、マスフローコントローラＭＦＣ２及び電磁開閉弁ＡＶ５を介して水素ガスボンベＢ２が配管接続されている。これらは成膜室１０へ水素ガスを制御された流量で供給する流量制御部（本例ではマスフローコントローラ）を含む水素ガス供給回路１０２’を構成している。
【００７３】
成膜室１０には上記のほか、成膜室１０内から排気する排気装置ＥＸが接続されており、成膜室内に形成されるプラズマの状態を計測するための発光分光計測装置ＳＭも付設されている。排気装置ＥＸは、排気量調整を行うコンダクタンスバルブＣＶ、該バルブを介して成膜室１０に配管接続された真空ポンプＰＭからなる。
【００７４】
このシリコン膜形成装置Ａによると、成膜室１０内の物品ホルダ３に被成膜基板Ｓを配置し、この成膜室内に水素ガス供給回路１０２’から水素ガスを導入し、このガスに電源ＰＷからマッチングボックスＭＸを介して高周波電力を印加することで誘導結合プラズマを発生させ、これにより成膜室１０内を水素ラジカル及び水素イオンに富んだ状態とし、該プラズマにシリコンスパッタターゲット２をケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）させることで基板Ｓ上にシリコン膜を形成することができる。
【００７５】
しかも、比較的低温下にシリコン膜を形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり、それだけ安価にシリコン膜を形成できる。
【００７６】
また、この膜形成の開始においては、シリコンスパッタターゲット２の誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、基板Ｓ上にシリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、これを発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、その後もシリコン膜が円滑に形成されていく。少なくとも膜形成が円滑化される分、シリコン膜を高速形成できる。
【００７７】
かるシリコン膜形成においては、成膜室１０への水素ガス導入量、印加する高周波電力（特に周波数、電力の大きさ）、室１０内の成膜ガス圧等のうち１又は２以上を制御することでアモルファスシリコン膜や結晶性シリコン膜を形成することができる。
【００７８】
以下に、基板Ｓに結晶性シリコン膜を形成する例について説明する。
結晶性シリコン膜形成においては、成膜室内の成膜ガス圧を０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａ（約５ｍｍＴｏｒｒ〜約１００ｍｍＴｏｒｒ）の範囲のものに維持して行う。
【００７９】
先ず、膜形成に先立って、コンダクタンスバルブＣＶを介してポンプＰＭにて成膜室１０内から排気を開始する。コンダクタンスバルブＣＶは成膜室１０内の成膜ガス圧０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａを考慮した排気量に調整しておく。
【００８０】
ポンプＰＭの運転により成膜室１０の内圧が目指す成膜ガス圧より低くなってくると、水素ガス供給回路１０２’の弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、マスフローコントローラＭＦＣ２で制御された流量で水素ガスを成膜室１０内に導入するとともに電源ＰＷから高周波アンテナ１に高周波電力を印加し、これにより導入された水素ガスを誘導結合方式でプラズマ化する。
【００８１】
かくして発生したプラズマからの、発光分光計測装置ＳＭによる検出情報から該プラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）を計測する。そして、アンテナ１へ印加する高周波電力、マスフローコントローラＭＦＣ２による成膜室１０への水素ガス導入量、成膜室内圧力（排気装置ＥＸによる排気量）等のうち少なくとも一つを制御することで、水素ガスプラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）の発光強度が十分大くなる高周波電力、水素ガス導入量、成膜ガス圧等の条件を決定する。
【００８２】
また、プラズマにおけるＨα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３となり、プラズマのポテンシャルが１５ｅＶ〜４５ｅＶとなり、プラズマにおける電子密度が１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3となる高周波電力、水素ガス導入量等の条件を決定する。
【００８３】
なお、プラズマポテンシャルやプラズマにおける電子密度は、例えばラングミューアプローブ法により確認できる。
これらを勘案して最終的な高周波電力、水素ガス導入量、成膜ガス圧等の条件を決定する。
このようにして成膜条件を決定したあとは、その条件に従って膜形成を行う。
【００８４】
膜形成においては、ホルダ３にて支持する被成膜基板Ｓの温度を５００℃以下の比較的低温、例えば４００℃程度に加熱できるようにヒータ４を設定し、該ホルダ３に被成膜基板Ｓを搭載する。次いでポンプＰＭにて成膜室１０内を排気し、ひき続き水素ガス供給回路１０２’から成膜室１０内へ所定量の水素ガスを導入するとともにアンテナ１に電源ＰＷから高周波電力を印加することで、アンテナ１からの放電を誘導結合方式にて行わせ、これによりプラズマを発生させる。
【００８５】
すると、アンテナ１に対し臨設されたシリコンスパッタターゲット２をプラズマがケミカルスパッタリングし、それにより基板Ｓ上にシリコン薄膜が形成される。この膜は、従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈して得られるプラズマのもとに形成される結晶性シリコン膜と同様に、結晶性を示すシリコン膜であり、水素終端されたシリコンの結合手が配向した表面を有する。
【００８６】
次に、第１図に示すシリコン膜形成装置Ａによる結晶性シリコン膜形成の実験例について説明する。
条件等は以下のとおりであった。
基板：無アルカリガラス基板
基板温度：４００℃
高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、 ２０００Ｗ
水素ガス導入量：５０ｓｃｃｍ
成膜圧力：１３Ｐａ（９８ｍＴｏｒｒ）
プラズマにおけるＨα／ＳｉＨ* ：１．０
プラズマポテンシャル：３０ｅＶ
プラズマにおける電子密：１０11ｃｍ-3
膜厚：約５００Å
【００８７】
このようにして得られた膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価したところ、第２図のラマンスペクトルに示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
【００８８】
（２）第３図、第４図に示すシリコン膜形成装置（本発明に係るシリコン膜形成装置の例）
次に本発明に係るシリコン膜形成装置の例Ｂについて説明する。第３図、第４図は該装置Ｂの概略構成を示している。第３図は成膜室内圧が大気圧で、物品ホルダ３が上昇位置にあるときの様子を示しており、第４図は成膜室内圧が成膜圧力で、物品ホルダ３が下降位置にあるときの様子を示している。
【００８９】
膜形成装置Ｂは、第１図に示す装置Ａと同様に成膜室１０、該成膜室内に設けられた高周波アンテナ１、シリコンスパッタターゲット２及び物品ホルダ３、アンテナ１に高周波電力を印加する高周波電力印加装置（高周波電源ＰＷ及びマッチングボックスＭＸ）、水素ガス供給回路１０２、排気装置ＥＸ、プラズマ発光分光計測装置ＳＭ等を備えている。
【００９０】
この装置Ｂは、シリコンスパッタターゲット２のプラズマによるケミカルスパッタリングによる膜形成と、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）と水素ガス（Ｈ2 ）のプラズマによる膜形成とを併用して高速成膜できるものである。
【００９１】
物品ホルダ３は基板加熱ヒータ４を備えており、成膜室１０とともに接地されている。成膜室１０に対してガス供給装置１００が設けられている。
【００９２】
ガス供給装置１００は、成膜室１０内にシランガス（ＳｉＨ4 ）を供給する回路１０１と、前記の水素ガスを供給する回路１０２とを含んでいる。
【００９３】
回路１０１は、シランガスボンベＢ１及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ１、弁ＡＶ１、マスフローコントローラＭＦＣ１、弁ＡＶ２及びノズルＮ１を有している。さらに、弁ＭＶ１と弁ＡＶ１との間の配管に弁ＭＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４及びノズルＮ２が順次配管接続されている。コントローラＭＦＣ１及び弁ＡＶ２間の配管と弁ＭＶ２及び弁ＡＶ３間の配管は互いに連通配管で接続されている。
【００９４】
これらの弁はいずれも通電時に開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ１は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。
【００９５】
ノズルＮ１、Ｎ２は成膜室１０の天井壁１０’に設けられ、成膜室内に開口している。 弁ＡＶ３、ＡＶ４及びこれらを接続している配管部はガス溜め部ＧＲを構成している。
【００９６】
シリコン膜形成装置Ｂでの水素ガス供給回路１０２は、水素ガスボンベＢ２及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、マスフローコントローラＭＦＣ２、弁ＡＶ６及びノズルＮ３を有している。さらに、弁ＡＶ５とコントローラＭＦＣ２の直列回路に対し弁ＭＶ４が並列接続されている。
【００９７】
これらの弁も、通電により開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ２は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ３は成膜室１０の天井壁１０’に設けられ、成膜室内に開口している。
【００９８】
成膜室１０には、前記のとおり排気装置ＥＸやプラズマ発光分光計測装置ＳＭが接続さており、さらに、成膜室内圧力を検出する圧力センサＰＳも接続されている。
【００９９】
物品ホルダ３は昇降機構ＥＬにより昇降可能である。該機構により、第３図に示す上昇位置、すなわち、成膜室１０内のホルダ３に対し図示省略のロボットにて基板Ｓを搬入搬出するための、開閉可能のゲート弁ＧＶに臨む上昇位置と、図４に示す膜形成のための下降位置との間を昇降できるようになっている。
【０１００】
成膜室外から物品ホルダ３上に搬入搭載された基板Ｓは物品ホルダ３の昇降により膜形成のための位置と基板搬入搬出処理のための位置との間で往復昇降できる。このことから分かるように物品ホルダ３は成膜室１０内における物品搬送部材を兼ねている。
【０１０１】
ホルダ昇降機構ＥＬは、ホルダ３から下方へ突設され、成膜室下壁を昇降可能に貫通した支持部材４１と、支持部材４１の下端部に設けられたベローズ支持板６と、成膜室１０の下壁とベローズ支持板６との間に渡し設けられた伸縮可能のベローズＢＬと、ベローズ支持板６の一側端部をボールねじ機構を介して昇降駆動するブレーキ付き電動サーボモータ７とを含んでいる。該モータのブレーキは停電時に制動力を発揮するものである。
【０１０２】
支持部材４１は本例ではロッド状部材である。モータ７は、成膜室１０の下壁に連設したフレーム２０に取り付けられている。
【０１０３】
ベローズＢＬは上端部が成膜室下壁に、下端部がベローズ支持板６にそれぞれ気密に接続されているとともに支持部材４１の成膜室１０外に出た部分を気密に囲繞する筒形状のものである。
【０１０４】
ボールねじ機構は、該サーボモータ７にて回転駆動されるねじ棒７１、該ねじ棒が螺合したベローズ支持板６上のナット部８１及びねじ棒７１の上端部を回転可能に支持する軸受け８２からなっており、軸受け８２はフレーム２０にアーム部材を介して支持されている。これらモータ７、ボールねじ機構等はベローズ支持板６を介して支持部材４１を、従物品ホルダ３を昇降駆動する駆動部の１例を構成している。
【０１０５】
ベローズ支持板６の反対側の端部には案内輪６１、６１が設けられており、これらはフレーム２０に設けた案内レール６２に沿って転動する。
【０１０６】
以上説明したホルダ昇降機構ＥＬによると、モータ７を正転させることでねじ棒７１を正転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっているロッド状支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を第３図に示す上昇位置にセットすることができる。
【０１０７】
また、この状態から、モータ７を逆転させることでねじ棒７１を逆転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっている支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を第４図に示す下降位置にセットすることができる。
【０１０８】
ホルダ３に対してはカウンタバランス機構ＣＢも設けられている。
カウンタバランス機構ＣＢは、ピストンシリンダ装置５及びこれに対する作動流体回路９を含んでいる。ピストンシリンダ装置５は本例では空気圧作動のものであり、回路９は圧縮空気回路である。なお、ピストンシリダ装置５や回路９は空気以外の流体を使用するものでもよい。
【０１０９】
ピストンシリダ装置５は複動シリンダ型のもので、そのピストンロッド５２がホルダ３を支えている支持部材４１下端部のねじ４１１にねじ継ぎ手５２０にて接続されることで、支持部材４１を介してホルダ３に接続されている。
【０１１０】
圧縮空気回路９は、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９１１、リューブリケータ（給油器）９１２、圧力調整弁９１３を含んでいる。
さらに、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９２１、リューブリケータ９２２、圧力調整弁９２３を含んでいる。
【０１１１】
圧力調整弁９１３、９２３はフィルタ９０１を介してコンプレッサ等の圧縮空気源９０に配管接続されている。弁９１１に対しては消音器９１４が、弁９２１に対しては消音器９２４も設けられている。
【０１１２】
電磁弁９１１はそのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２が通電状態のとき、第３図に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ１１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図４に示すように、ピストンシリンダ装置５のロッド側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【０１１３】
このときシリンダチューブのロッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９１３にて調整されたもので、成膜室１０内が膜形成のための減圧雰囲気に設定されることで、成膜室１０内外の気圧の差によりベローズＢＬの口径（断面積）に相当するベローズ支持板６の部分に加わる力ｆから物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６或いはさらにホルダ３上の物品等による部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力、換言すれば該力Ｆに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。
【０１１４】
なお、ソレノイドＳＯＬ１１に通電されるとき切り換え電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ２２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のヘッドカバー側にある空気は弁９２１及び消音器９２４を介して大気中へ放出される。
【０１１５】
電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２が通電状態のとき、第４図に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ２１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、第３図に示すように、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【０１１６】
このときシリンダチューブのヘッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９２３にて調整されたもので、成膜室１０内が大気圧におかれた場合の、物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを相殺する反力、換言すれば該力ＷＦに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。
【０１１７】
なお、ソレノイドＳＯＬ２１に通電されるとき切り換え電磁弁９１１においては、そのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ１２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のロッドカバー側にある空気は弁９１１及び消音器９１４を介して大気中へ放出される。
【０１１８】
第５図は膜形成装置Ｂの制御回路の概略を示すブロック図である。
この制御回路はマイクロコンピュータを中心とする制御部ＣＯＮＴを含んでいる。高周波電源ＰＷ、真空ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、ホルダ昇降機構のモータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１１〜ＳＯＬ２２、ゲート弁ＧＶ及び基板Ｓを搬入搬出する基板搬入搬出装置（第３図、第４図では図示省略）等はこの制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて動作する。
【０１１９】
また、制御部ＣＯＮＴには前記の圧力センサＰＳからの成膜室内圧力情報が入力されるようになっており、膜形成開始等の必要な事項を指示する等のための操作パネルＰＡも接続されている。
【０１２０】
膜形成装置Ｂによると、基板Ｓ上へのシリコン膜形成は、ターゲット２のケミカルスパッタリングとモノシランガスの供給とを同時的に行う膜形成、ターゲット２のケミカルスパッタリングを先に開始し、その後にシランガス供給を開始する膜形成等を実施できる。
【０１２１】
前者については、さらにシランガス供給にあたりガス溜め部ＧＲを用いる膜形成、用いない膜形成を実施できる。後者についても、シランガス供給にあたりガス溜め部ＧＲを用いる膜形成、用いない膜形成を実施できる。
【０１２２】
（２−１）ターゲットのケミカルスパッタリングとモノシランガスの供給とを同時的に行う膜形成
【０１２３】
(2-1-1) ガス溜め部ＧＲを使用する場合
この膜形成につき、この場合の制御部ＣＯＮＴの動作を示す図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
当初は、電源ＰＷ、ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、モータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳ０Ｌ１１〜ＳＯＬ２２は全てオフ状態にあり、ゲート弁ＧＶは閉じられており、成膜室１０内は大気圧下にある。
【０１２４】
かかる状態で操作パネルから膜形成の指示があると、先ず、圧力センサＰＳから制御部ＣＯＮＴへの圧力情報が大気圧を示している状態で圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１がオフ、ＳＯＬ１２がオンされるとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１がオン、ＳＯＬ２２がオフされる（第６図のステップＳ１）。
【０１２５】
これによりピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側ポートに物品ホルダ３等による部材重力ＷＦを相殺し得る反力を発生する圧縮空気が供給され、かくしてモータ７への部材重力ＷＦに基づく負荷を相殺する状態でモータ７を正転させてホルダ３を上昇させ、ゲート弁ＧＶに臨む上昇位置に配置する（第６図のＳ２）。
【０１２６】
次いでゲート弁ＧＶを開き、物品ホルダ３に被処理基板Ｓを搭載し、再び弁ＧＶを閉じる（第６図のＳ３）。次いでモータ７の逆転にて物品ホルダ３を下降させ、それに保持された基板Ｓを成膜位置に配置する（第６図のＳ４）。この物品ホルダの下降時にも、モータ７にかかる部材重力ＷＦに基づく負荷はピストンシリンダ装置５により相殺されている。
【０１２７】
このように成膜室１０内が大気圧に置かれている状態での物品ホルダ３の昇降は、部材重力ＷＦを相殺する反力を発生させて、駆動部、特にモータ７にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、物品ホルダ３の昇降は、該モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、モータトルクが小さくても済むからボールねじ機構もそれだけ簡易なもので足り、これらによりモータ７等からなる駆動部を容量の小さい安価なもので済ますことができ、それだけ膜形成装置も安価に済ませることができる。
【０１２８】
また、物品ホルダ３の昇降は駆動部にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、ホルダ３の昇降動作を軽快に行わせることができ、モータ停止に伴うホルダ３の停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の下降位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。
【０１２９】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の落下を防止でき、ホルダ３に支持された基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
【０１３０】
基板Ｓがこのように成膜位置に配置されると、ポンプＰＭをオンして成膜室１０から排気を開始し、また、ガス供給装置１００においてシランガス供給回路１０１におけるマスフローコントローラＭＦＣ１は未だオフしたまま弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４をオンして開きガス抜きし、さらに水素ガス供給回路１０２におけるマスフローコントローラＭＦＣ２も未だオフしたまま弁ＡＶ５、ＡＶ６をオンして開きガス抜きする（第６図のＳ５）。なお弁ＭＶ４はメインテナンス時に開いてガス抜きに使用できる。
【０１３１】
その後、圧力センサＰＳからの圧力情報が大気圧より低いが成膜圧よりは高圧の所定の負圧Ｐｏ以下を示すのを待って（第６図のＳ６）、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６をオフして閉じる。また、成膜室１０内圧が成膜のための減圧雰囲気設定時のものにおける物品ホルダ３の昇降駆動に備え、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオン、ＳＯＬ１２をオフするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオフ、ＳＯＬ２２をオンする（第６図のＳ７）。
【０１３２】
これによりピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力を発生し得る圧縮空気が供給され始める。かくしてモータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺され得る状態でモータ７を運転してホルダ３を昇降させ得る状態とする。
【０１３３】
次にシランガス供給回路１０１において弁ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ３をオンして開き、ガス溜め部ＧＲにシランガスを充填して溜め、その後弁ＭＶ２、ＡＶ３を閉じる（第６図のＳ８、Ｓ９）。ひき続き弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてガス抜きし、再びこれらを閉じる（第６図のＳ１０、Ｓ１１）。
【０１３４】
次に高周波電源ＰＷをオンして高周波アンテナ１に高周波電力を印加開始するとともに、シランガス供給回路１０１における弁ＡＶ４を開いてガス溜め部ＧＲに溜められたシランガスを一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内に供給し、これと同時にマスフローコントローラＭＦＣ１をオンし、弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてシランガスをコントローラＭＦＣ１にて制御された流量で成膜室１０内に供給し、さらに同時に、水素ガス供給回路１０２においてもマスフローコントローラＭＦＣ２をオンし、弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、水素ガスをコントローラＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給開始する（第６図のＳ１２）。
【０１３５】
かくして成膜室内に導入されたガスが高周波電力印加のもとにプラズマ化され、このプラズマのもとでシリコンスパッタターゲット２がケミカルスパッタリングされることで基板Ｓ上にシリコン膜が形成されるとともにモノシランガスと水素ガスのプラズマのもとでも基板Ｓにシリコン膜が形成されていく。それだけシリコン膜形成速度が高速化される。
【０１３６】
また、この膜形成においては、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始される。さらに、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）についてはその供給開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、膜形成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時には、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のシランガスプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。且つ、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的に、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時のプラズマ密度は一層確実に所定のものに、或いはそれに近いものになり、その後も所定のプラズマ密度が維持される。
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成される膜部分も含め、良質の膜を形成することができ、膜全体を高速形成できる。
【０１３７】
その後、所定時間の膜形成、換言すれば所定厚さの膜形成が終了すると（第６図のＳ１３）、電源ＰＷ、ポンプＰＭ及びマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２をオフし、弁ＭＶ１、ＭＶ３、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６を閉じ（第６図のＳ１４）、モータ７を正転させてホルダ３を上昇させ（第６図のＳ１５）、ゲート弁ＧＶを開いて膜形成済基板Ｓの搬出にとりかかる（第６図のＳ１６）。
【０１３８】
物品ホルダ３を上昇させるとき、成膜室１０の内圧が未だ減圧された状態にあるときは、ベローズＢＬを収縮させる方向の前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）が働いているが、既に、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに該力Ｆを相殺する反力を発生する圧縮空気が供給されており、モータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺される状態にある。
【０１３９】
従って、物品ホルダ３の上昇は、モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、軽快に行え、モータ停止に伴うホルダ３の上昇位置での停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の上昇位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。
【０１４０】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の飛び上がりをを防止でき、ホルダ３に支持された膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
【０１４１】
また、何らかの都合で、前記力Ｆが働いている状態で物品ホルダ３を下降させるにあたっても、その下降は軽快円滑に行わせることができ、所望の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることも可能である。
【０１４２】
膜形成済基板Ｓの搬出のためにゲート弁ＧＶを開くことで圧力センサＰＳからの圧力情報が前記所定の負圧Ｐｏより大きくなると（第６図のＳ１７）、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオフ、ＳＯＬ１２をオンするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオン、ＳＯＬ２２をオフして（第６図のステップＳ１８）、部材重力ＷＦを相殺する反力をピストンシリンダ装置５に発生させる。
【０１４３】
基板搬出後、モータ７の逆転にてホルダ３を下降させ、ゲート弁ＧＶを閉じ（第６図のＳ１９）、さらに圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１２、ＳＯＬ２１をオフする（第６図のＳ２０）。
【０１４４】
なお、ひき続き膜形成を行う場合には、膜形成後の基板を搬出したあと、ひき続き空いた物品ホルダ３に新たな基板Ｓを搭載して、膜形成を続行してもよい。
【０１４５】
また、例えば、ゲート弁ＧＶを間にして成膜室１０に対してロード・アンロードロック室ＬＲを設け、ホルダ３に対し基板Ｓを搬入する際には、ゲート弁ＧＶは閉じてチャンバ１０内を所定の成膜圧に維持したまま、室ＬＲを開いてそこに配置したロボットに外部からの基板Ｓを受け取らせたのち、該室を閉じて成膜室内圧まで排気したのち、ゲート弁ＧＶを開いてホルダ３に該ロボットから基板Ｓを渡すようにし、膜形成された基板搬出の際には、室ＬＲ内圧を成膜室内圧に設定して弁ＧＶを開き、膜形成済基板をホルダ３から室ＬＲ内へ受け取り、次いで弁ＧＶを閉じた後、室ＬＲを開き、該室から膜形成済基板を取り出すようにする等してもよい。この場合でも、成膜室１０内が大気圧とされることがあるから、カウンタバランス機構を設けておくことが望ましい。
【０１４６】
次に、以上説明した膜形成装置Ｂによるシリコン膜形成の実験例について説明する。
＜実験例＞
膜形成条件は次のとおりであった。
高周波電力：６０ＭＨｚ、４０００Ｗ
ガス溜め部ＧＲに溜めたシランガス（ＳｉＨ4 ）の
圧力及び量：圧力 ０．０７ＭＰａ、
量 １００ｃｃ〜３００ｃｃから選択できるが本実例では２３１ｃｃ
マスフローコントローラＭＦＣ１による
シランガス供給量：１ｓｃｃｍ
マスフローコントローラＭＦＣ２による
水素ガス供給量 ：１５０ｓｃｃｍ
成膜圧：０．６７Ｐａ（５ｍｍＴｏｒｒ）
成膜室容量：１．５ｍ3
被成膜基板：無アルカリガラス基板
成膜温度 ：４００℃
成膜膜厚：５００Å
【０１４７】
かかる条件のもとに基板上にシリコン膜を形成し、ＵＶ（紫外線）反射率測定による基板界面でのＵＶ反射面強度及び膜表面でのＵＶ反射面強度を測定したところ、シリコン膜は膜の界面側、表面側のいずれにおいてもＵＶ反射面強度が高く、良質の結晶性シリコン膜であることが確認された。なお、ＵＶ反射面強度とは、日立製作所製のHitachi UV-3500 Spectrophotometer を用いたＵＶ反射率測定結果であり、該反射率（ＵＶ反射面強度）が高いということは自由電子が多いことであり、結晶化していることを示す。
【０１４８】
さらに、ラマン分光分析を行ったところ、結晶性シリコンを示す５２０ｃｍ-1でシャープなピークがみられ、結晶性が高くなっていることが確認された。
【０１４９】
(2-1-2) ガス溜め部ＧＲを使用しない場合
この膜形成においても、膜形成の開始当初から水素ガスとモノシランガスをそれぞれマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給するとともにこれらガスに高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓ上にシリコン膜を形成する。
【０１５０】
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部ＧＲを使用しないが、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始され、さらに、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体をそれだけ高速で形成できる。
【０１５１】
制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
なお、このように膜形成するときはガス溜め部ＧＲはなくてもよい。カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１５２】
（２−２）シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングを先に開始し、その後にシランガス供給を開始する膜形成
(2-2-1) ガス溜め部ＧＲを用いる場合
この膜形成においては当初水素ガスのみを水素ガス供給回路１０２から成膜室１０内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスプラズマを形成し、該プラズマによりターゲット２をケミカルスパッタリングし、基板Ｓ上にシリコン膜の形成を開始する。このとき、基板Ｓ上にはシリコン膜が成長するための核或いは種が形成される。
【０１５３】
その後引き続き、シランガス供給回路１０１から成膜室１０内にモノシランガスを供給する。このとき、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）についてはその供給開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、供給成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給される。
【０１５４】
従って、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、シランガス供給開始時においても成膜室内のシランガスプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。且つ、シランガスは、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的にマスフローコントローラＭＦＣ１で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続き制御された流量で供給される。
【０１５５】
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体の高速成膜が可能である。 制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
【０１５６】
この膜形成においても、カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１５７】
(2-2-2）ガス溜め部ＧＲを用いない場合
この膜形成においても、当初水素ガスのみを水素ガス供給回路１０２から成膜室１０内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスプラズマを形成し、該プラズマによりシリコンスパッタターゲット２をケミカルスパッタリングし、基板Ｓ上にシリコン膜の形成を開始し、その後モノシランガスを成膜室内へ供給して基板Ｓ上にシリコン膜を形成するする。
【０１５８】
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部ＧＲを使用しないが、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始され、さらに、その後にはシランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給される。
【０１５９】
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体をそれだけ高速で形成できる。
制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
【０１６０】
なお、このように膜形成するときはガス溜め部ＧＲはなくてもよい。カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１６１】
（３）高周波アンテナの他の例
図７、図８に高周波アンテナの他の例１’を図１の膜形成装置Ａの一部とともに示す。高周波アンテナ１’は、立体構造のアンテナであり、第１部分１１と複数本の第２部分１２とからなっている。第１部分１１は成膜室１０外から該室の天井壁１０’を通り室内へ真っ直ぐ棒状に延在している。第２部分１２は、第１部分１１の室内側端部１１ｅから放射状に分岐して延びるとともに天井壁１０’へ向かって延びている。各第２部分１２の終端１２ｅは天井壁１０’にコネクタにて直接接続されており、従って室１０を介して接地された状態にある。
【０１６２】
第２部分１２の群れは、全体として、コの字形に屈曲した２本のアンテナ部分を平面から見て十字形に組み合わせて第１部分１１につなげた形態を呈している。
また、高周波アンテナ１’はそのアンテナ導体の表面が絶縁性膜（ここではアルミナ膜）で被覆されている。
【０１６３】
高周波アンテナ１’の第１部分１１はマッチングボックスＭＸを介して高周波電源ＰＷに接続されている。第１部分１１のうち室１０外に出ているプラズマ生成に寄与しない部分は極力短くされ、マッチグボックスＭＸに直接的に接続されている。
【０１６４】
なお、第１部分１１は室１０の天井壁１０’に設けた気密シールを兼ねる絶縁部材１０ａを貫通している。 かくして高周波アンテナ１’は短く形成され、さらに、室１０内で電気的に並列に分岐された並列配線構造となっているから、アンテナ１’のイダクタンスはそれだけ低減されている。
【０１６５】
この高周波アンテナ１’によっても成膜室１０内に供給されるガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを形成することができる。
そのとき、高周波アンテナ１’は低インダクタンスアンテナであるから、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を、例えば４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、或いはさらに数１００ＭＨｚと上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
【０１６６】
また高周波アンテナ１’は、立体的構造のものであるから、室内壁の近くに配置しても、室１０内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、それだけ高周波電力の利用効率が向上する。
【０１６７】
また、高周波アンテナ１’の導体部分表面は絶縁性材料で被覆されているから、自己バイアスによりプラズマでエッチングされる等の不都合が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明は、シリコン膜を利用したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ等の各種半導体部品、半導体装置などの形成のためにシリコン膜を形成する場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
第１図は、シリコン膜形成装置の参考例の概略構成を示す図である。 第２図は、第１図のシリコン膜形成装置により形成したシリコン膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価した結果を示す図である。
第３図は、本発明に係るシリコン膜形成装置の例の概略構成を、物品ホルダを上昇位置において示す図である。
第４図は、第３図に示す膜形成装置を、物品ホルダを下降位置において示す図である。
第５図は、第３図の膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。
第６図は、第５図に示す制御部の動作の１例の概略を示すフローチャートである。
第７図は、高周波アンテナの他の例を膜形成装置の一部とともに示す図である。
第８図は、第７図のアンテナの立体構造例を示す図である。
【符号の説明】
【０１７０】
Ｓ 基板 ＥＬ 昇降機構
１０ 成膜室 ４１ 物品ホルダのロッド状支持部材
１０’ 成膜室の天井壁 ６ ベローズ支持板
１ 高周波アンテナ ＢＬ ベローズ
ＭＸ マッチングボックス ２０ フレーム
ＰＷ 放電用高周波電源 ７ ブレーキ付き電動サーボモータ
２ シリコンスパッタターゲット ７１ ねじ棒
３ 物品ホルダ ８１ ナット部
４ ヒータ ８２ 軸受け
１００ ガス供給装置 ６１、６２ 案内輪
１０１ シランガス供給回路 ６２ 案内レール
Ｂ１ シランガスボンベ ＣＢ カウンタバランス機構
ＭＦＣ１ マスフローコントローラ ５ ピストンシリンダ装置
ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ１〜ＡＶ４ 電磁開閉弁 ５１ ピストン
Ｎ１、Ｎ２ ノズル ５２ ピストンロッド
ＧＲ ガス溜め部 ５２０ ねじ継ぎ手
１０２、１０２’ 水素ガス供給回路 ９ 作動流体回路
Ｂ２ 水素ガスボンベ ９１１、９２１ 切り換え電磁弁
ＭＦＣ２ マスフローコントローラ SOL11 、 SOL12 、 SOL21 、 SOL22
ＭＶ３、ＭＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６ 電磁開閉弁 ソレノイド
Ｎ３ ノズル ９１２、９２２ リューブリケータ
ＥＸ 排気装置 ９１３、９２３ 圧力調整弁
ＣＶ コンダクタンスバルブ ９１４、９２４ 消音器
ＰＭ 真空ポンプ ９０１ フィルタ
ＰＳ 圧力センサ ９０ 圧縮空気源
ＧＶ ゲート弁 ＣＯＮＴ 制御部
ＬＲ ロード・アンロードロック室 ＰＡ 操作パネル
１’ 高周波アンテナ
１１ アンテナ１’の第１部分
１１ｅ 第１部分の室内における端部
１２ アンテナ１’の第２部分
１２ｅ 第２部分の終端
１０ａ 気密シールを兼ねる絶縁性部材
【０００１】
本発明はシリコン膜の形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン膜は例えば、液晶表示装置における画素に設けられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチの材料として、また、各種集積回路、太陽電池等の作製に採用されている。さらに不揮発性メモリ、発光素子、光増感剤としての利用も期待されている。
【０００３】
シリコン膜の形成方法としては各種のものが知られており、例えば、各種ＣＶＤ法やＰＶＤ法により比較的低温下にアモルファスシリコン膜を形成する方法、さらにはそのようにして形成したアモルファスシリコン膜に後処理として例えば１０００℃程度の熱処理或いは６００℃程度で長時間にわたる熱処理を施して結晶性シリコン膜を形成する方法、被成膜基板の温度を６００℃〜７００℃以上に維持して低圧下にプラズマＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタ蒸着法等のＰＶＤ法により結晶性シリコン膜を形成する方法、アモルファスシリコン膜にレーザーアニール処理を施して該膜を結晶化させる方法が知られている。
【０００４】
上記の他、モノシラン（ＳｉＨ4 ）、ジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）等のシラン系ガスを水素やフッ化シリコン（ＳｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとで、５００℃程度以下の低温下にアモルファスシリコン膜や結晶性シリコン膜を基板上に直接形成する方法も提案されている（例えば特開昭６３−７３７３号公報）。
【０００５】
【特許文献】
特開昭６３−７３７３号公報
【０００６】
しかしながら、これら方法においては、膜形成速度、特に膜形成開始当初における膜形成速度が必ずしも満足できるものではない。
【０００７】
また、特開昭６３−７３７３号公報に記載されているように、シラン系ガスを水素やフッ化シリコン（ＳｉＦ）などで希釈したガスのプラズマのもとでの膜形成は比較的低温下にシリコン膜を形成できる利点があるものの、シラン系ガスを水素ガス等で希釈して用いるので、それだけ成膜速度が遅くなる。
【０００８】
被成膜基板を高温にさらす方法では、膜形成する基板として高温に耐え得る高価な基板（例えば石英ガラス基板）を採用しなければならず、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板へのシリコン膜の形成は困難である。そのため、シリコン膜の製造コストが基板コストの面から高くなってしまう。アモルファスシリコン膜を高温下に熱処理する場合も同様の問題がある。
【０００９】
アモルファスシリコン膜をレーザーアニール処理する場合には、比較的低温下に結晶性シリコン膜を得ることができるが、レーザー照射工程を必要とすることや、非常に高いエネルギー密度のレーザー光を照射しなければならないこと等から、この場合も結晶性シリコン膜の製造コストが高くなってしまう。また、レーザー光を膜の各部に均一に照射することは難しく、さらにレーザー照射により水素脱離が生じて膜表面が荒れることもあり、これらにより良質の結晶性シリコン膜を得ることは困難である。
【００１０】
そこで本発明は、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせ、少なくともそれだけ成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【００１１】
また、本発明は比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始から膜形成終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【００１２】
また本発明は、かかる利点を有するシリコン膜形成装置であって、さらに被成膜物品の成膜室内での移動、位置決め等を円滑に精度よく行うことができ、それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、被成膜物品を設置する成膜室と、該成膜室内に設置されたシリコンスパッタターゲットと、該成膜室内へ水素ガスを供給する水素ガス供給回路を有するガス供給装置と、該水素ガス供給回路から該成膜室内に供給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させる高周波電力印加装置とを備え、該プラズマにより前記シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングして該成膜室内に設置された被成膜物品上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成装置を提供する。
【００１４】
このシリコン膜形成装置によると、成膜室内に被成膜物品を配置し、この成膜室内にガス供給装置の水素ガス供給回路から水素ガスを導入し、このガスに高周波電力印加装置により高周波電力を印加することで誘導結合プラズマを発生させ、これにより成膜室内を水素ラジカル及び水素イオンに富んだ状態とし、該プラズマにシリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）させることで被成膜物品上にシリコン膜を形成することができる。
【００１５】
しかも、比較的低温下に膜形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり、それだけ安価にシリコン膜を形成できる。
【００１６】
また、この膜形成の開始においては、シリコンスパッタターゲットの誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、被成膜物品上にシリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、これを発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、その後もシリコン膜が円滑に形成されていく。従って、少なくとも膜形成が円滑化される分、シリコン膜形成を高速化できる。
【００１７】
なお、本発明者は、誘導結合方式により水素ガスをプラズマ化し、プラズマ発光分光することで、該プラズマにおいてＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）が支配的となる状態が得られることを観測している。
【００１８】
Ｈα（６５６ｎｍ）はプラズマ発光の分光により波長６５６ｎｍにピークを示す水素の発光スペクトル強度であり、Ｈβ（４８６ｎｍ）は波長４８６ｎｍにピークを示す水素の発光スペクトル強度である。ＨαやＨβが豊富であることは水素ラジカルが豊富であることを意味している。
【００１９】
誘導結合方式により形成される水素ガスプラズマのプラズマポテンシャルは、条件にもよるが、例えば約２０ｅＶ程度であり、いずれれにしてもかなりプラズマポテンシャルは低いので、通常の物理的なスパッタリングは起こり難い。しかし、本発明者はプラズマ発光分光によりＳｉ（２８８ｎｍ）の存在を観測している。これはシリコンスパッタターゲット表面における、水素ラジカル及び水素イオンによるケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）によるものである。
【００２０】
このシリコン膜形成装置によると、水素ガス導入量、高周波電力（特にその周波数、電力の大きさ）、成膜室内の成膜ガス圧等を制御することで結晶性シリコン膜の形成も可能である。
【００２１】
例えば、これらの制御により、水素ガスからプラズマとして、Ｈα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３であるガスプラズマを発生させ、これによりシリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングし、スパッタリングされた原子と水素ガスプラズマによる励起効果及び被成膜物品の堆積膜表面と水素ラジカルの反応などにより被成膜物品上に膜を堆積形成すれば、従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈したガスのプラズマのもとで形成される結晶性シリコン膜と同様に、結晶性を示し、表面粗度の小さい、水素終端されたシリコンの結合手が配向した表面を有する良質な結晶性シリコン膜が形成される。
【００２２】
ここでＳｉＨ* は、成膜室内に導入される水素ガスに高周波電力を印加することで発生する水素ガスプラズマによるシリコンスパッタターゲットのスパッタリングにより発生してガスプラズマ中に存在するシランラジカルの発光スペクトル強度（波長４１４ｎｍ）であり、Ｈαはプラズマ発光分光により波長６５６ｎｍにピークを示すバルマー系列の水素の発光スペクトル強度である。
【００２３】
Ｈα／ＳｉＨ* はプラズマ中の水素ラジカルの豊富さを示しており、この値が０．３より小さくなってくると、形成される膜の結晶性が低下し、１．３より大きくなってくると、かえって膜形成が困難になってくる。Ｈα／ＳｉＨ* の値は各種ラジカルの発光スペクトルをプラズマ発光分光計測装置により測定し、その測定結果に基づいて得ることができる。また、Ｈα／ＳｉＨ* の制御は、代表的には、導入ガスに印加する高周波電力の大きさ及び成膜ガス圧の制御により行える。
【００２４】
高周波電力印加のための高周波アンテナは成膜室の外側に設置してもよいし、電力印加をより効率よく行うために成膜室内に設置してもよい。成膜室外に設置するときには、高周波アンテナが臨む成膜室壁部分は誘電体材料で形成すればよい。
【００２５】
成膜室内に設置するときは、該アンテナ導体部分を電気絶縁性材料（例えばアルミナ）で被覆することが好ましい。アンテナを電気絶縁性材料で被覆することで、自己バイアスによりアンテナがプラズマからの荷電粒子によりスパッタリングされ、アンテナ由来のスパッタ粒子が形成しようとする膜中に混入することを抑制できる。
【００２６】
アンテナ形状については特に制限はない。例えば、棒状、梯子状、コの字状、リング状、半リング状、コイル状、渦巻き状等の各種形状を採用できる。
【００２７】
前記シリコンスパッタターゲットは様々な状態で提供できる。例えば成膜室のプラズマに触れる部分（例えば、プラズマに触れ易い成膜室内壁）の全部又は一部をシリコン膜形成、シリコンウエハの貼着、シリコン片の付設等によりシリコンで覆ってシリコンスパッタターゲットにしてもよい。成膜室それ自体とは別途独立したシリコンスパッタターゲットを成膜室内に設置してもよい。
【００２８】
高周波アンテナを成膜室の外側に設置するにしても、内側に設置するにしても、シリコンスパッタターゲットは、これを円滑にケミカルスパッタリングするうえで、少なくともプラズマの発生領域である高周波アンテナに臨む位置、換言すれば高周波アンテナの近傍位置に設けることが好ましい。
【００２９】
例えば高周波アンテナを成膜室内に設置する場合において、該高周波アンテナに臨設されるシリコンスパッタターゲットの例として、該電極周囲を囲むとともに被成膜物品側に開放された筒形状のシリコンスパッタターゲットを挙げることができる。
【００３０】
また、いずれにしても、結晶性シリコン膜を形成しようとする場合には、前記プラズマのポテンシャルは１５ｅＶ〜４５ｅＶ程度であることが好ましく、電子密度は１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3程度であることが好ましい。
【００３１】
結晶性シリコン膜形成における成膜室内圧力は０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ〜約１００ｍＴｏｒｒ）程度であることが好ましい。
【００３２】
結晶性シリコン膜形成において、プラズマポテンシャルが１５ｅｖより低くなってくると、結晶性が低下してくるし、４５ｅＶより高くなってきても結晶化が阻害されやすくなる。
【００３３】
また、プラズマ中の電子密度が１０10ｃｍ-3より小さくなってくると、結晶化度が低下したり、膜形成速度が低下したりし、１０12ｃｍ-3より大きくなってくると、膜及び基板がダメージを受けやすくなる。
【００３４】
結晶性シリコン膜形成において、成膜室内圧力が０．６Ｐａ（約５ｍＴｏｒｒ）より低くなってくると、プラズマが不安定となったり、膜形成速度が低下したりし、１３．４Ｐａ（約１００ｍＴｏｒｒ）より高くなってくると、プラズマが不安定になったり、膜の結晶性が低下したりする。
【００３５】
かかるプラズマポテンシャルやプラズマの電子密度は、印加する高周波電力の大きさ、周波数、成膜圧等のうち少なくとも一つを調整することで制御できる。
【００３６】
高周波アンテナについてさらに説明すると、成膜室内に設置する場合の高周波アンテナの好ましい例として、成膜室外から成膜室内へ延び、該成膜室内で電気的に並列に分岐し、各分岐部分の終端が該成膜室に直接的に接続されているアンテナを挙げることができる。この場合、該成膜室電位は接地電位に設定するとことができる。
【００３７】
このアンテナは、成膜室外の部分はプラズマ生成に寄与しないから、この部分をできるだけ短くして高周波電力印加装置におけるマッチングボックスに直接的に接続でき、アンテナ終端は成膜室外まで引き出すことなく成膜室に直接的に接続するから、それだけアンテナ全体を短く形成でき、さらに、成膜室内で電気的に並列に分岐させるという、並列配線構造を採用しているから、アンテナのインダクタンスをそれだけ低減できる。
【００３８】
これにより、従来の高周波アンテナより異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
【００３９】
かかる高周波アンテナは、成膜室内空間の節約のためにコンパクトで且つ高周波電力の利用効率のよいものが好ましく、そのために高周波アンテナは立体的構造のものとしてもよい。その代表例として、成膜室外からその室壁を通り成膜室内へ延在する第１部分、該第１部分の成膜室内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記成膜室壁へ向かって延びる複数本の第２部分とを含み、該各第２部分の終端が該成膜室壁に直接的に接続されている高周波アンテナを挙げることができる。
【００４０】
かかる高周波アンテナは例えばプラズマ発生室内壁の近くに配置しても、室壁と平行状に配置される平面的構造のアンテナと比べると、アンテナの第１部分、各第２部分のそれぞれの周囲領域へ誘導電界をおよぼすことができ、それだけ成膜室内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、高周波電力の利用効率がよい。
【００４１】
かかるアンテナにおける第２部分群は、全体としてＵ字状、コの字、半円状等の形状を呈するものや、このような形状のアンテナ部分を第１部分を中心として所定の中心角度間隔で十字形等に組み合わせたもの等を例示できる。
【００４２】
いずれにしても、高周波アンテナに印加する高周波電力は、周波数が例えば商用の１３．５６ＭＨｚのものでもよいが、以上説明したタイプの高周波アンテナは前記のとおり低インダクタンスのものであるから、例えば、４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度、或いはさらに数１００ＭＨｚの高いもの、例えば６０ＭＨｚ程度のものでもよい。このように周波数の高い高周波電力でも使用でき、それによりプラズマ密度等の点でプラズマ特性を向上させることが可能である。
【００４３】
前記ガス供給装置はシランガス供給回路を含んでいてもよい。シランガス供給回路を備えることで、シリコン膜形成にあたり該回路からシランガスを成膜室内へ供給することができ、それによりシリコン膜形成をより高速化できる。
【００４４】
かかるシランガス供給回路は、前記水素ガス供給回路からの水素ガス供給と同時的に成膜室内へシランガスを供給するものでもよいし、前記シリコンスパッタターゲットの水素ガスプラズマによるケミカルスパッタリングの開始後に、換言すれば、該ターゲットの水素ガスプラズマによるケミカルスパッタリングによりシリコン膜の核或いは種が形成された状態で、前記成膜室内にシランガスを供給するものでもよい。
いずれにしても、シランガスの供給によりシリコン膜形成をより高速化できる。
【００４５】
また、シランガスを水素ガスと同時的に供給する場合であれ、ターゲットのケミカルスパッタリング開始後に供給する場合であれ、シランガス供給回路は、シランガス供給開始に先立ってシランガスを溜めておき、前記成膜室内へのシランガス供給にあたり溜めた該シランガスを一挙に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を含んでいるとともに、該ガス溜め部からのシランガス供給と同時的にシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給開始し、その後もひき続きシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給するための、流量制御部を含むシランガス供給部を含んでいるものでもよい。
【００４６】
かかるガス溜め部を有するシランガス供給回路を採用すると、該ガス溜め部から一挙に供給されるガスが成膜室内に一挙に行きわたりやすく、それだけ、シランガス供給開始当初からより確実にシランガス供給の効果が得られ、一層高速成膜が可能となる。
【００４７】
本発明に係るシリコン膜形成装置は、前記被成膜物品をシリコン膜形成のための第１位置又は該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるための前記成膜室内に配置された搬送部材と、該搬送部材を昇降させる昇降機構とを備えており、さらに、カウンタバランス機構を備えている。
【００４８】
かかる物品搬送部材は、被成膜物品を該第１位置に保持するための物品ホルダに対して昇降できるものでもよいし、該物品ホルダを兼ねるものでもよい。後者の場合、物品ホルダが昇降機構により昇降する。
【００４９】
昇降機構として、
搬送部材を支持するとともに前記成膜室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、
該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、
一端部が該成膜室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、
該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含むものを挙げることができる。
【００５０】
かかる昇降機構を採用する場合のカウンタバランス機構として、少なくとも、前記成膜室内圧がシリコン膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第１負荷及び前記成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第２負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるものを挙げることができる。
【００５１】
かかる搬送部材、昇降機構及びカウンタバランス機構を採用するときは、成膜室内に搬入した被成膜物品を昇降機構にて駆動される搬送部材で成膜処理のための第１位置に配置することができる。
【００５２】
膜形成後の物品は昇降機構により搬送部材を移動させることで該第１位置とは異なる第２の位置、例えば、成膜室内外間で被成膜物品の搬入搬出処理を行う位置に移動させ、次の処理（例えば膜形成済物品の搬出処理、或いは新たな被成膜物品の搬入処理）を行うことができる。
【００５３】
カウンタバランス機構は、少なくとも、成膜室内圧が膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき昇降機構の駆動部に加わる第１の負荷及び該成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき該駆動部に加わる第２の負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させる。
【００５４】
ここで、第１負荷とは、成膜室内が膜形成のための減圧雰囲気（大気圧より減圧された雰囲気）に設定されることで、成膜室内外の気圧の差により伸縮ベローズの口径（断面積）に相当するベローズ支持部材の部分に加わる力ｆから搬送部材、搬送部材用支持部材及びベローズ支持部材、或いはさらに搬送部材に支持された物品等による、搬送部材を下降させる方向に働く部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズを収縮させる方向の力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）に基づく負荷である。
【００５５】
第２負荷とは、成膜室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧、代表例としては大気圧（大気圧そのもののほか、略大気圧である場合も含む）であるときの負荷であり、主として前記部材重力ＷＦに基づく負荷である。
【００５６】
かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、昇降機構の駆動部にかかる負荷は著しく抑制され、従って該駆動部は容量（搬送部材の昇降駆動力や構造の頑丈さ等）の小さい安価なもので足りるようになり、ひいては膜形成装置もそれだけ安価に提供できる。
【００５７】
また、かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、駆動部は搬送部材を軽快に移動させることができ、駆動部の駆動停止に伴う搬送部材の停止も容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけ搬送部材を前記第１位置や第２位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて該搬送部材上の被処理物品の位置ずれや損傷を抑制することができる。
【００５８】
ブレーキ機能を備えない駆動部を採用しても、カウンタバランス機構の負荷相殺作用により搬送部材を所定の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることができ、ブレーキ機能を有しないリニアステッピング機構（ステッピングモータにて被駆動体を位置制御可能に直線駆動できる駆動機構）等を採用することも可能となる。
【００５９】
前記カウンタバランス機構の例として次のものを挙げることができる。
すなわち、前記搬送部材の支持部材に連結されたピストンロッドを有するピストンシリンダ装置と、前記第１負荷を相殺するにあたって該第１負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、前記第２負荷を相殺するにあたって該第２負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んでいるカウンタバランス機構である。
【００６０】
かかる作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものであることが好ましい。例えば、かかる作動流体回路を、作動流体流路を切り換える電磁切り換え弁を含むものとし、且つ、該電磁切り換え弁を非通電時には、その直前の通電時の弁位置を維持することで、停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものとすればよい。
【００６１】
このような作動流体回路を採用することで、停電等により駆動部による駆動が停止しても物品搬送部材の部材重力による落下やベローズ支持板に気圧差が加わっている場合における飛び上がりを防止でき、ひいては該物品搬送部材に保持される被処理物品の位置ずれや損傷を抑制することができる。
【００６２】
昇降機構における駆動部としては、例えば、回転モータと、該モータの回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含むものを挙げることができる。この場合、該回転モータとして停電時に制動力を発揮するブレーキ付きサーボモータを採用することを例示できる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によると、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせ、少なくともそれだけ成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【００６４】
また、本発明によると、比較的低温下で、安価に所望のシリコン膜を形成でき、また、膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始から膜形成終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【００６５】
また本発明によると、かかる利点を有する膜形成装置であって、さらに被成膜物品の成膜室内での移動、位置決め等を円滑に精度よく行うことができ、それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説朋する。
（１）第１図に示すシリコン膜形成装置Ａ
第１図はシリコン膜形成装置の参考例の概略構成を示している。
【００６７】
第１図に示す膜形成装置Ａは成膜室１０を備えており、該成膜室内には物品ホルダ３、該ホルダ上方の高周波アンテナ１及び該アンテナに臨むシリコンスパッタターゲット２が設置されている。
【００６８】
アンテナ１は導体部分表面がアルミナ製の、厚さ１００ｎｍ或いはそれより少し厚い絶縁膜で被覆されている。
【００６９】
このアンテナ１には、マッチングボックスＭＸを介して高周波電源ＰＷが接続されている。電源ＰＷは出力可変電源であり、この膜形成装置では周波数１３、５６ＭＨｚの高周波電力を供給する。なお、電源周波数は１３．５６ＭＨｚに限定する必要はなく、例えば４０ＭＨｚ程度からから１００ＭＨｚ、或いはさらに数１００ＭＨｚまでの範囲のものに設定してもよい。アンテナ１、マッチングボックスＭＸ及び高周波電源ＰＷは高周波電力印加装置を構成している。
【００７０】
物品ホルダ３は被成膜物品（本例では基板Ｓ）を加熱するヒータ４を備えている。物品ホルダ３は成膜室１０とともに接地されている。
【００７１】
シリコンスパッタターゲット２は筒形状に形成されており、アンテナ１を囲むように該アンテナに臨み、成膜室１０の天井壁１０’に取付け保持されている。筒状ターゲット２の下端はホルダ３に向け開放されている。なお、ターゲット２に加え、例えば、ターゲット２に囲まれた成膜室天井壁部分等にもシリコンスパッタターゲットを設けてもよい。そのようなターゲットは例えばシリコンウエハを該天井壁部分に貼着等にて保持させることで設けることができる。このように、シリコンスパッタターゲットを成膜室１０内に形成されるプラズマに触れやすい部位に設けるとよい。
【００７２】
成膜室１０内のターゲット２の外側領域において天井壁１０’にガス導入ノズルＮ３が設けられており、該ノズルＮ３には電磁開閉弁ＡＶ６、マスフローコントローラＭＦＣ２及び電磁開閉弁ＡＶ５を介して水素ガスボンベＢ２が配管接続されている。これらは成膜室１０へ水素ガスを制御された流量で供給する流量制御部（本例ではマスフローコントローラ）を含む水素ガス供給回路１０２’を構成している。
【００７３】
成膜室１０には上記のほか、成膜室１０内から排気する排気装置ＥＸが接続されており、成膜室内に形成されるプラズマの状態を計測するための発光分光計測装置ＳＭも付設されている。排気装置ＥＸは、排気量調整を行うコンダクタンスバルブＣＶ、該バルブを介して成膜室１０に配管接続された真空ポンプＰＭからなる。
【００７４】
このシリコン膜形成装置Ａによると、成膜室１０内の物品ホルダ３に被成膜基板Ｓを配置し、この成膜室内に水素ガス供給回路１０２’から水素ガスを導入し、このガスに電源ＰＷからマッチングボックスＭＸを介して高周波電力を印加することで誘導結合プラズマを発生させ、これにより成膜室１０内を水素ラジカル及び水素イオンに富んだ状態とし、該プラズマにシリコンスパッタターゲット２をケミカルスパッタリング（反応性スパッタリング）させることで基板Ｓ上にシリコン膜を形成することができる。
【００７５】
しかも、比較的低温下にシリコン膜を形成でき、例えば耐熱温度５００℃以下の安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり、それだけ安価にシリコン膜を形成できる。
【００７６】
また、この膜形成の開始においては、シリコンスパッタターゲット２の誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、基板Ｓ上にシリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、これを発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、その後もシリコン膜が円滑に形成されていく。少なくとも膜形成が円滑化される分、シリコン膜を高速形成できる。
【００７７】
かるシリコン膜形成においては、成膜室１０への水素ガス導入量、印加する高周波電力（特に周波数、電力の大きさ）、室１０内の成膜ガス圧等のうち１又は２以上を制御することでアモルファスシリコン膜や結晶性シリコン膜を形成することができる。
【００７８】
以下に、基板Ｓに結晶性シリコン膜を形成する例について説明する。
結晶性シリコン膜形成においては、成膜室内の成膜ガス圧を０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａ（約５ｍｍＴｏｒｒ〜約１００ｍｍＴｏｒｒ）の範囲のものに維持して行う。
【００７９】
先ず、膜形成に先立って、コンダクタンスバルブＣＶを介してポンプＰＭにて成膜室１０内から排気を開始する。コンダクタンスバルブＣＶは成膜室１０内の成膜ガス圧０．６Ｐａ〜１３．４Ｐａを考慮した排気量に調整しておく。
【００８０】
ポンプＰＭの運転により成膜室１０の内圧が目指す成膜ガス圧より低くなってくると、水素ガス供給回路１０２’の弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、マスフローコントローラＭＦＣ２で制御された流量で水素ガスを成膜室１０内に導入するとともに電源ＰＷから高周波アンテナ１に高周波電力を印加し、これにより導入された水素ガスを誘導結合方式でプラズマ化する。
【００８１】
かくして発生したプラズマからの、発光分光計測装置ＳＭによる検出情報から該プラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）を計測する。そして、アンテナ１へ印加する高周波電力、マスフローコントローラＭＦＣ２による成膜室１０への水素ガス導入量、成膜室内圧力（排気装置ＥＸによる排気量）等のうち少なくとも一つを制御することで、水素ガスプラズマにおけるＨα（６５６ｎｍ）及びＨβ（４８６ｎｍ）の発光強度が十分大くなる高周波電力、水素ガス導入量、成膜ガス圧等の条件を決定する。
【００８２】
また、プラズマにおけるＨα／ＳｉＨ* が０．３〜１．３となり、プラズマのポテンシャルが１５ｅＶ〜４５ｅＶとなり、プラズマにおける電子密度が１０10ｃｍ-3〜１０12ｃｍ-3となる高周波電力、水素ガス導入量等の条件を決定する。
【００８３】
なお、プラズマポテンシャルやプラズマにおける電子密度は、例えばラングミューアプローブ法により確認できる。
これらを勘案して最終的な高周波電力、水素ガス導入量、成膜ガス圧等の条件を決定する。
このようにして成膜条件を決定したあとは、その条件に従って膜形成を行う。
【００８４】
膜形成においては、ホルダ３にて支持する被成膜基板Ｓの温度を５００℃以下の比較的低温、例えば４００℃程度に加熱できるようにヒータ４を設定し、該ホルダ３に被成膜基板Ｓを搭載する。次いでポンプＰＭにて成膜室１０内を排気し、ひき続き水素ガス供給回路１０２’から成膜室１０内へ所定量の水素ガスを導入するとともにアンテナ１に電源ＰＷから高周波電力を印加することで、アンテナ１からの放電を誘導結合方式にて行わせ、これによりプラズマを発生させる。
【００８５】
すると、アンテナ１に対し臨設されたシリコンスパッタターゲット２をプラズマがケミカルスパッタリングし、それにより基板Ｓ上にシリコン薄膜が形成される。この膜は、従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈して得られるプラズマのもとに形成される結晶性シリコン膜と同様に、結晶性を示すシリコン膜であり、水素終端されたシリコンの結合手が配向した表面を有する。
【００８６】
次に、第１図に示すシリコン膜形成装置Ａによる結晶性シリコン膜形成の実験例について説明する。
条件等は以下のとおりであった。
基板：無アルカリガラス基板
基板温度：４００℃
高周波電源：１３．５６ＭＨｚ、 ２０００Ｗ
水素ガス導入量：５０ｓｃｃｍ
成膜圧力：１３Ｐａ（９８ｍＴｏｒｒ）
プラズマにおけるＨα／ＳｉＨ* ：１．０
プラズマポテンシャル：３０ｅＶ
プラズマにおける電子密：１０11ｃｍ-3
膜厚：約５００Å
【００８７】
このようにして得られた膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価したところ、第２図のラマンスペクトルに示されるように、ラマンシフト５２０ｃｍ-1の結晶性を示すピークが出現し、結晶性が確認された。
【００８８】
（２）第３図、第４図に示すシリコン膜形成装置（本発明に係るシリコン膜形成装置の例）
次に本発明に係るシリコン膜形成装置の例Ｂについて説明する。第３図、第４図は該装置Ｂの概略構成を示している。第３図は成膜室内圧が大気圧で、物品ホルダ３が上昇位置にあるときの様子を示しており、第４図は成膜室内圧が成膜圧力で、物品ホルダ３が下降位置にあるときの様子を示している。
【００８９】
膜形成装置Ｂは、第１図に示す装置Ａと同様に成膜室１０、該成膜室内に設けられた高周波アンテナ１、シリコンスパッタターゲット２及び物品ホルダ３、アンテナ１に高周波電力を印加する高周波電力印加装置（高周波電源ＰＷ及びマッチングボックスＭＸ）、水素ガス供給回路１０２、排気装置ＥＸ、プラズマ発光分光計測装置ＳＭ等を備えている。
【００９０】
この装置Ｂは、シリコンスパッタターゲット２のプラズマによるケミカルスパッタリングによる膜形成と、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）と水素ガス（Ｈ2 ）のプラズマによる膜形成とを併用して高速成膜できるものである。
【００９１】
物品ホルダ３は基板加熱ヒータ４を備えており、成膜室１０とともに接地されている。成膜室１０に対してガス供給装置１００が設けられている。
【００９２】
ガス供給装置１００は、成膜室１０内にシランガス（ＳｉＨ4 ）を供給する回路１０１と、前記の水素ガスを供給する回路１０２とを含んでいる。
【００９３】
回路１０１は、シランガスボンベＢ１及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ１、弁ＡＶ１、マスフローコントローラＭＦＣ１、弁ＡＶ２及びノズルＮ１を有している。さらに、弁ＭＶ１と弁ＡＶ１との間の配管に弁ＭＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４及びノズルＮ２が順次配管接続されている。コントローラＭＦＣ１及び弁ＡＶ２間の配管と弁ＭＶ２及び弁ＡＶ３間の配管は互いに連通配管で接続されている。
【００９４】
これらの弁はいずれも通電時に開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ１は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。
【００９５】
ノズルＮ１、Ｎ２は成膜室１０の天井壁１０’に設けられ、成膜室内に開口している。 弁ＡＶ３、ＡＶ４及びこれらを接続している配管部はガス溜め部ＧＲを構成している。
【００９６】
シリコン膜形成装置Ｂでの水素ガス供給回路１０２は、水素ガスボンベＢ２及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、マスフローコントローラＭＦＣ２、弁ＡＶ６及びノズルＮ３を有している。さらに、弁ＡＶ５とコントローラＭＦＣ２の直列回路に対し弁ＭＶ４が並列接続されている。
【００９７】
これらの弁も、通電により開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ２は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ３は成膜室１０の天井壁１０’に設けられ、成膜室内に開口している。
【００９８】
成膜室１０には、前記のとおり排気装置ＥＸやプラズマ発光分光計測装置ＳＭが接続さており、さらに、成膜室内圧力を検出する圧力センサＰＳも接続されている。
【００９９】
物品ホルダ３は昇降機構ＥＬにより昇降可能である。該機構により、第３図に示す上昇位置、すなわち、成膜室１０内のホルダ３に対し図示省略のロボットにて基板Ｓを搬入搬出するための、開閉可能のゲート弁ＧＶに臨む上昇位置と、図４に示す膜形成のための下降位置との間を昇降できるようになっている。
【０１００】
成膜室外から物品ホルダ３上に搬入搭載された基板Ｓは物品ホルダ３の昇降により膜形成のための位置と基板搬入搬出処理のための位置との間で往復昇降できる。このことから分かるように物品ホルダ３は成膜室１０内における物品搬送部材を兼ねている。
【０１０１】
ホルダ昇降機構ＥＬは、ホルダ３から下方へ突設され、成膜室下壁を昇降可能に貫通した支持部材４１と、支持部材４１の下端部に設けられたベローズ支持板６と、成膜室１０の下壁とベローズ支持板６との間に渡し設けられた伸縮可能のベローズＢＬと、ベローズ支持板６の一側端部をボールねじ機構を介して昇降駆動するブレーキ付き電動サーボモータ７とを含んでいる。該モータのブレーキは停電時に制動力を発揮するものである。
【０１０２】
支持部材４１は本例ではロッド状部材である。モータ７は、成膜室１０の下壁に連設したフレーム２０に取り付けられている。
【０１０３】
ベローズＢＬは上端部が成膜室下壁に、下端部がベローズ支持板６にそれぞれ気密に接続されているとともに支持部材４１の成膜室１０外に出た部分を気密に囲繞する筒形状のものである。
【０１０４】
ボールねじ機構は、該サーボモータ７にて回転駆動されるねじ棒７１、該ねじ棒が螺合したベローズ支持板６上のナット部８１及びねじ棒７１の上端部を回転可能に支持する軸受け８２からなっており、軸受け８２はフレーム２０にアーム部材を介して支持されている。これらモータ７、ボールねじ機構等はベローズ支持板６を介して支持部材４１を、従物品ホルダ３を昇降駆動する駆動部の１例を構成している。
【０１０５】
ベローズ支持板６の反対側の端部には案内輪６１、６１が設けられており、これらはフレーム２０に設けた案内レール６２に沿って転動する。
【０１０６】
以上説明したホルダ昇降機構ＥＬによると、モータ７を正転させることでねじ棒７１を正転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっているロッド状支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を第３図に示す上昇位置にセットすることができる。
【０１０７】
また、この状態から、モータ７を逆転させることでねじ棒７１を逆転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっている支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を第４図に示す下降位置にセットすることができる。
【０１０８】
ホルダ３に対してはカウンタバランス機構ＣＢも設けられている。
カウンタバランス機構ＣＢは、ピストンシリンダ装置５及びこれに対する作動流体回路９を含んでいる。ピストンシリンダ装置５は本例では空気圧作動のものであり、回路９は圧縮空気回路である。なお、ピストンシリダ装置５や回路９は空気以外の流体を使用するものでもよい。
【０１０９】
ピストンシリダ装置５は複動シリンダ型のもので、そのピストンロッド５２がホルダ３を支えている支持部材４１下端部のねじ４１１にねじ継ぎ手５２０にて接続されることで、支持部材４１を介してホルダ３に接続されている。
【０１１０】
圧縮空気回路９は、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９１１、リューブリケータ（給油器）９１２、圧力調整弁９１３を含んでいる。
さらに、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９２１、リューブリケータ９２２、圧力調整弁９２３を含んでいる。
【０１１１】
圧力調整弁９１３、９２３はフィルタ９０１を介してコンプレッサ等の圧縮空気源９０に配管接続されている。弁９１１に対しては消音器９１４が、弁９２１に対しては消音器９２４も設けられている。
【０１１２】
電磁弁９１１はそのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２が通電状態のとき、第３図に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ１１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図４に示すように、ピストンシリンダ装置５のロッド側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【０１１３】
このときシリンダチューブのロッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９１３にて調整されたもので、成膜室１０内が膜形成のための減圧雰囲気に設定されることで、成膜室１０内外の気圧の差によりベローズＢＬの口径（断面積）に相当するベローズ支持板６の部分に加わる力ｆから物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６或いはさらにホルダ３上の物品等による部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力、換言すれば該力Ｆに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。
【０１１４】
なお、ソレノイドＳＯＬ１１に通電されるとき切り換え電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ２２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のヘッドカバー側にある空気は弁９２１及び消音器９２４を介して大気中へ放出される。
【０１１５】
電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２が通電状態のとき、第４図に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ２１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、第３図に示すように、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【０１１６】
このときシリンダチューブのヘッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９２３にて調整されたもので、成膜室１０内が大気圧におかれた場合の、物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを相殺する反力、換言すれば該力ＷＦに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。
【０１１７】
なお、ソレノイドＳＯＬ２１に通電されるとき切り換え電磁弁９１１においては、そのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ１２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のロッドカバー側にある空気は弁９１１及び消音器９１４を介して大気中へ放出される。
【０１１８】
第５図は膜形成装置Ｂの制御回路の概略を示すブロック図である。
この制御回路はマイクロコンピュータを中心とする制御部ＣＯＮＴを含んでいる。高周波電源ＰＷ、真空ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、ホルダ昇降機構のモータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１１〜ＳＯＬ２２、ゲート弁ＧＶ及び基板Ｓを搬入搬出する基板搬入搬出装置（第３図、第４図では図示省略）等はこの制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて動作する。
【０１１９】
また、制御部ＣＯＮＴには前記の圧力センサＰＳからの成膜室内圧力情報が入力されるようになっており、膜形成開始等の必要な事項を指示する等のための操作パネルＰＡも接続されている。
【０１２０】
膜形成装置Ｂによると、基板Ｓ上へのシリコン膜形成は、ターゲット２のケミカルスパッタリングとモノシランガスの供給とを同時的に行う膜形成、ターゲット２のケミカルスパッタリングを先に開始し、その後にシランガス供給を開始する膜形成等を実施できる。
【０１２１】
前者については、さらにシランガス供給にあたりガス溜め部ＧＲを用いる膜形成、用いない膜形成を実施できる。後者についても、シランガス供給にあたりガス溜め部ＧＲを用いる膜形成、用いない膜形成を実施できる。
【０１２２】
（２−１）ターゲットのケミカルスパッタリングとモノシランガスの供給とを同時的に行う膜形成
【０１２３】
(2-1-1) ガス溜め部ＧＲを使用する場合
この膜形成につき、この場合の制御部ＣＯＮＴの動作を示す図６のフローチャートを参照しつつ説明する。
当初は、電源ＰＷ、ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、モータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳ０Ｌ１１〜ＳＯＬ２２は全てオフ状態にあり、ゲート弁ＧＶは閉じられており、成膜室１０内は大気圧下にある。
【０１２４】
かかる状態で操作パネルから膜形成の指示があると、先ず、圧力センサＰＳから制御部ＣＯＮＴへの圧力情報が大気圧を示している状態で圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１がオフ、ＳＯＬ１２がオンされるとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１がオン、ＳＯＬ２２がオフされる（第６図のステップＳ１）。
【０１２５】
これによりピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側ポートに物品ホルダ３等による部材重力ＷＦを相殺し得る反力を発生する圧縮空気が供給され、かくしてモータ７への部材重力ＷＦに基づく負荷を相殺する状態でモータ７を正転させてホルダ３を上昇させ、ゲート弁ＧＶに臨む上昇位置に配置する（第６図のＳ２）。
【０１２６】
次いでゲート弁ＧＶを開き、物品ホルダ３に被処理基板Ｓを搭載し、再び弁ＧＶを閉じる（第６図のＳ３）。次いでモータ７の逆転にて物品ホルダ３を下降させ、それに保持された基板Ｓを成膜位置に配置する（第６図のＳ４）。この物品ホルダの下降時にも、モータ７にかかる部材重力ＷＦに基づく負荷はピストンシリンダ装置５により相殺されている。
【０１２７】
このように成膜室１０内が大気圧に置かれている状態での物品ホルダ３の昇降は、部材重力ＷＦを相殺する反力を発生させて、駆動部、特にモータ７にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、物品ホルダ３の昇降は、該モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、モータトルクが小さくても済むからボールねじ機構もそれだけ簡易なもので足り、これらによりモータ７等からなる駆動部を容量の小さい安価なもので済ますことができ、それだけ膜形成装置も安価に済ませることができる。
【０１２８】
また、物品ホルダ３の昇降は駆動部にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、ホルダ３の昇降動作を軽快に行わせることができ、モータ停止に伴うホルダ３の停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の下降位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。
【０１２９】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の落下を防止でき、ホルダ３に支持された基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
【０１３０】
基板Ｓがこのように成膜位置に配置されると、ポンプＰＭをオンして成膜室１０から排気を開始し、また、ガス供給装置１００においてシランガス供給回路１０１におけるマスフローコントローラＭＦＣ１は未だオフしたまま弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４をオンして開きガス抜きし、さらに水素ガス供給回路１０２におけるマスフローコントローラＭＦＣ２も未だオフしたまま弁ＡＶ５、ＡＶ６をオンして開きガス抜きする（第６図のＳ５）。なお弁ＭＶ４はメインテナンス時に開いてガス抜きに使用できる。
【０１３１】
その後、圧力センサＰＳからの圧力情報が大気圧より低いが成膜圧よりは高圧の所定の負圧Ｐｏ以下を示すのを待って（第６図のＳ６）、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６をオフして閉じる。また、成膜室１０内圧が成膜のための減圧雰囲気設定時のものにおける物品ホルダ３の昇降駆動に備え、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオン、ＳＯＬ１２をオフするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオフ、ＳＯＬ２２をオンする（第６図のＳ７）。
【０１３２】
これによりピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力を発生し得る圧縮空気が供給され始める。かくしてモータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺され得る状態でモータ７を運転してホルダ３を昇降させ得る状態とする。
【０１３３】
次にシランガス供給回路１０１において弁ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ３をオンして開き、ガス溜め部ＧＲにシランガスを充填して溜め、その後弁ＭＶ２、ＡＶ３を閉じる（第６図のＳ８、Ｓ９）。ひき続き弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてガス抜きし、再びこれらを閉じる（第６図のＳ１０、Ｓ１１）。
【０１３４】
次に高周波電源ＰＷをオンして高周波アンテナ１に高周波電力を印加開始するとともに、シランガス供給回路１０１における弁ＡＶ４を開いてガス溜め部ＧＲに溜められたシランガスを一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内に供給し、これと同時にマスフローコントローラＭＦＣ１をオンし、弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてシランガスをコントローラＭＦＣ１にて制御された流量で成膜室１０内に供給し、さらに同時に、水素ガス供給回路１０２においてもマスフローコントローラＭＦＣ２をオンし、弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、水素ガスをコントローラＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給開始する（第６図のＳ１２）。
【０１３５】
かくして成膜室内に導入されたガスが高周波電力印加のもとにプラズマ化され、このプラズマのもとでシリコンスパッタターゲット２がケミカルスパッタリングされることで基板Ｓ上にシリコン膜が形成されるとともにモノシランガスと水素ガスのプラズマのもとでも基板Ｓにシリコン膜が形成されていく。それだけシリコン膜形成速度が高速化される。
【０１３６】
また、この膜形成においては、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始される。さらに、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）についてはその供給開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、膜形成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時には、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のシランガスプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。且つ、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的に、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時のプラズマ密度は一層確実に所定のものに、或いはそれに近いものになり、その後も所定のプラズマ密度が維持される。
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成される膜部分も含め、良質の膜を形成することができ、膜全体を高速形成できる。
【０１３７】
その後、所定時間の膜形成、換言すれば所定厚さの膜形成が終了すると（第６図のＳ１３）、電源ＰＷ、ポンプＰＭ及びマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２をオフし、弁ＭＶ１、ＭＶ３、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６を閉じ（第６図のＳ１４）、モータ７を正転させてホルダ３を上昇させ（第６図のＳ１５）、ゲート弁ＧＶを開いて膜形成済基板Ｓの搬出にとりかかる（第６図のＳ１６）。
【０１３８】
物品ホルダ３を上昇させるとき、成膜室１０の内圧が未だ減圧された状態にあるときは、ベローズＢＬを収縮させる方向の前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）が働いているが、既に、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに該力Ｆを相殺する反力を発生する圧縮空気が供給されており、モータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺される状態にある。
【０１３９】
従って、物品ホルダ３の上昇は、モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、軽快に行え、モータ停止に伴うホルダ３の上昇位置での停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の上昇位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。
【０１４０】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の飛び上がりをを防止でき、ホルダ３に支持された膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
【０１４１】
また、何らかの都合で、前記力Ｆが働いている状態で物品ホルダ３を下降させるにあたっても、その下降は軽快円滑に行わせることができ、所望の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることも可能である。
【０１４２】
膜形成済基板Ｓの搬出のためにゲート弁ＧＶを開くことで圧力センサＰＳからの圧力情報が前記所定の負圧Ｐｏより大きくなると（第６図のＳ１７）、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオフ、ＳＯＬ１２をオンするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオン、ＳＯＬ２２をオフして（第６図のステップＳ１８）、部材重力ＷＦを相殺する反力をピストンシリンダ装置５に発生させる。
【０１４３】
基板搬出後、モータ７の逆転にてホルダ３を下降させ、ゲート弁ＧＶを閉じ（第６図のＳ１９）、さらに圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１２、ＳＯＬ２１をオフする（第６図のＳ２０）。
【０１４４】
なお、ひき続き膜形成を行う場合には、膜形成後の基板を搬出したあと、ひき続き空いた物品ホルダ３に新たな基板Ｓを搭載して、膜形成を続行してもよい。
【０１４５】
また、例えば、ゲート弁ＧＶを間にして成膜室１０に対してロード・アンロードロック室ＬＲを設け、ホルダ３に対し基板Ｓを搬入する際には、ゲート弁ＧＶは閉じてチャンバ１０内を所定の成膜圧に維持したまま、室ＬＲを開いてそこに配置したロボットに外部からの基板Ｓを受け取らせたのち、該室を閉じて成膜室内圧まで排気したのち、ゲート弁ＧＶを開いてホルダ３に該ロボットから基板Ｓを渡すようにし、膜形成された基板搬出の際には、室ＬＲ内圧を成膜室内圧に設定して弁ＧＶを開き、膜形成済基板をホルダ３から室ＬＲ内へ受け取り、次いで弁ＧＶを閉じた後、室ＬＲを開き、該室から膜形成済基板を取り出すようにする等してもよい。この場合でも、成膜室１０内が大気圧とされることがあるから、カウンタバランス機構を設けておくことが望ましい。
【０１４６】
次に、以上説明した膜形成装置Ｂによるシリコン膜形成の実験例について説明する。
＜実験例＞
膜形成条件は次のとおりであった。
高周波電力：６０ＭＨｚ、４０００Ｗ
ガス溜め部ＧＲに溜めたシランガス（ＳｉＨ4 ）の
圧力及び量：圧力 ０．０７ＭＰａ、
量 １００ｃｃ〜３００ｃｃから選択できるが本実例では２３１ｃｃ
マスフローコントローラＭＦＣ１による
シランガス供給量：１ｓｃｃｍ
マスフローコントローラＭＦＣ２による
水素ガス供給量 ：１５０ｓｃｃｍ
成膜圧：０．６７Ｐａ（５ｍｍＴｏｒｒ）
成膜室容量：１．５ｍ3
被成膜基板：無アルカリガラス基板
成膜温度 ：４００℃
成膜膜厚：５００Å
【０１４７】
かかる条件のもとに基板上にシリコン膜を形成し、ＵＶ（紫外線）反射率測定による基板界面でのＵＶ反射面強度及び膜表面でのＵＶ反射面強度を測定したところ、シリコン膜は膜の界面側、表面側のいずれにおいてもＵＶ反射面強度が高く、良質の結晶性シリコン膜であることが確認された。なお、ＵＶ反射面強度とは、日立製作所製のHitachi UV-3500 Spectrophotometer を用いたＵＶ反射率測定結果であり、該反射率（ＵＶ反射面強度）が高いということは自由電子が多いことであり、結晶化していることを示す。
【０１４８】
さらに、ラマン分光分析を行ったところ、結晶性シリコンを示す５２０ｃｍ-1でシャープなピークがみられ、結晶性が高くなっていることが確認された。
【０１４９】
(2-1-2) ガス溜め部ＧＲを使用しない場合
この膜形成においても、膜形成の開始当初から水素ガスとモノシランガスをそれぞれマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給するとともにこれらガスに高周波電力を印加してプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓ上にシリコン膜を形成する。
【０１５０】
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部ＧＲを使用しないが、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始され、さらに、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体をそれだけ高速で形成できる。
【０１５１】
制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
なお、このように膜形成するときはガス溜め部ＧＲはなくてもよい。カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１５２】
（２−２）シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングを先に開始し、その後にシランガス供給を開始する膜形成
(2-2-1) ガス溜め部ＧＲを用いる場合
この膜形成においては当初水素ガスのみを水素ガス供給回路１０２から成膜室１０内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスプラズマを形成し、該プラズマによりターゲット２をケミカルスパッタリングし、基板Ｓ上にシリコン膜の形成を開始する。このとき、基板Ｓ上にはシリコン膜が成長するための核或いは種が形成される。
【０１５３】
その後引き続き、シランガス供給回路１０１から成膜室１０内にモノシランガスを供給する。このとき、モノシランガス（ＳｉＨ4 ）についてはその供給開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、供給成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給される。
【０１５４】
従って、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、シランガス供給開始時においても成膜室内のシランガスプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。且つ、シランガスは、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的にマスフローコントローラＭＦＣ１で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続き制御された流量で供給される。
【０１５５】
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体の高速成膜が可能である。 制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
【０１５６】
この膜形成においても、カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１５７】
(2-2-2）ガス溜め部ＧＲを用いない場合
この膜形成においても、当初水素ガスのみを水素ガス供給回路１０２から成膜室１０内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスプラズマを形成し、該プラズマによりシリコンスパッタターゲット２をケミカルスパッタリングし、基板Ｓ上にシリコン膜の形成を開始し、その後モノシランガスを成膜室内へ供給して基板Ｓ上にシリコン膜を形成するする。
【０１５８】
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部ＧＲを使用しないが、シリコンスパッタターゲット２のケミカルスパッタリングにより基板上Ｓにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、それだけ膜形成が円滑に開始され、さらに、その後にはシランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給される。
【０１５９】
これらにより、基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、その後形成される膜部分も含め膜全体をそれだけ高速で形成できる。
制御部ＣＯＮＴはこのように膜形成できるようにガス供給装置１００等の動作を制御できるものとすればよい。
【０１６０】
なお、このように膜形成するときはガス溜め部ＧＲはなくてもよい。カウンタバランス機構ＣＢは設けておくことで前記と同様に有利に機能させることができる。
【０１６１】
（３）高周波アンテナの他の例
図７、図８に高周波アンテナの他の例１’を図１の膜形成装置Ａの一部とともに示す。高周波アンテナ１’は、立体構造のアンテナであり、第１部分１１と複数本の第２部分１２とからなっている。第１部分１１は成膜室１０外から該室の天井壁１０’を通り室内へ真っ直ぐ棒状に延在している。第２部分１２は、第１部分１１の室内側端部１１ｅから放射状に分岐して延びるとともに天井壁１０’へ向かって延びている。各第２部分１２の終端１２ｅは天井壁１０’にコネクタにて直接接続されており、従って室１０を介して接地された状態にある。
【０１６２】
第２部分１２の群れは、全体として、コの字形に屈曲した２本のアンテナ部分を平面から見て十字形に組み合わせて第１部分１１につなげた形態を呈している。
また、高周波アンテナ１’はそのアンテナ導体の表面が絶縁性膜（ここではアルミナ膜）で被覆されている。
【０１６３】
高周波アンテナ１’の第１部分１１はマッチングボックスＭＸを介して高周波電源ＰＷに接続されている。第１部分１１のうち室１０外に出ているプラズマ生成に寄与しない部分は極力短くされ、マッチグボックスＭＸに直接的に接続されている。
【０１６４】
なお、第１部分１１は室１０の天井壁１０’に設けた気密シールを兼ねる絶縁部材１０ａを貫通している。 かくして高周波アンテナ１’は短く形成され、さらに、室１０内で電気的に並列に分岐された並列配線構造となっているから、アンテナ１’のイダクタンスはそれだけ低減されている。
【０１６５】
この高周波アンテナ１’によっても成膜室１０内に供給されるガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを形成することができる。
そのとき、高周波アンテナ１’は低インダクタンスアンテナであるから、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、たとえプラズマ特性を向上させるべく印加する高周波電力の周波数を、例えば４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ、或いはさらに数１００ＭＨｚと上げる場合でも、異常放電、マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができる。
【０１６６】
また高周波アンテナ１’は、立体的構造のものであるから、室内壁の近くに配置しても、室１０内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼすことができ、それだけ高周波電力の利用効率が向上する。
【０１６７】
また、高周波アンテナ１’の導体部分表面は絶縁性材料で被覆されているから、自己バイアスによりプラズマでエッチングされる等の不都合が抑制される。
【産業上の利用可能性】
【０１６８】
本発明は、シリコン膜を利用したＴＦＴ（薄膜トランジスタ）スイッチ等の各種半導体部品、半導体装置などの形成のためにシリコン膜を形成する場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６９】
第１図は、シリコン膜形成装置の参考例の概略構成を示す図である。 第２図は、第１図のシリコン膜形成装置により形成したシリコン膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評価した結果を示す図である。
第３図は、本発明に係るシリコン膜形成装置の例の概略構成を、物品ホルダを上昇位置において示す図である。
第４図は、第３図に示す膜形成装置を、物品ホルダを下降位置において示す図である。
第５図は、第３図の膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。
第６図は、第５図に示す制御部の動作の１例の概略を示すフローチャートである。
第７図は、高周波アンテナの他の例を膜形成装置の一部とともに示す図である。
第８図は、第７図のアンテナの立体構造例を示す図である。
【符号の説明】
【０１７０】
Ｓ 基板 ＥＬ 昇降機構
１０ 成膜室 ４１ 物品ホルダのロッド状支持部材
１０’ 成膜室の天井壁 ６ ベローズ支持板
１ 高周波アンテナ ＢＬ ベローズ
ＭＸ マッチングボックス ２０ フレーム
ＰＷ 放電用高周波電源 ７ ブレーキ付き電動サーボモータ
２ シリコンスパッタターゲット ７１ ねじ棒
３ 物品ホルダ ８１ ナット部
４ ヒータ ８２ 軸受け
１００ ガス供給装置 ６１、６２ 案内輪
１０１ シランガス供給回路 ６２ 案内レール
Ｂ１ シランガスボンベ ＣＢ カウンタバランス機構
ＭＦＣ１ マスフローコントローラ ５ ピストンシリンダ装置
ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ１〜ＡＶ４ 電磁開閉弁 ５１ ピストン
Ｎ１、Ｎ２ ノズル ５２ ピストンロッド
ＧＲ ガス溜め部 ５２０ ねじ継ぎ手
１０２、１０２’ 水素ガス供給回路 ９ 作動流体回路
Ｂ２ 水素ガスボンベ ９１１、９２１ 切り換え電磁弁
ＭＦＣ２ マスフローコントローラ SOL11 、 SOL12 、 SOL21 、 SOL22
ＭＶ３、ＭＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６ 電磁開閉弁 ソレノイド
Ｎ３ ノズル ９１２、９２２ リューブリケータ
ＥＸ 排気装置 ９１３、９２３ 圧力調整弁
ＣＶ コンダクタンスバルブ ９１４、９２４ 消音器
ＰＭ 真空ポンプ ９０１ フィルタ
ＰＳ 圧力センサ ９０ 圧縮空気源
ＧＶ ゲート弁 ＣＯＮＴ 制御部
ＬＲ ロード・アンロードロック室 ＰＡ 操作パネル
１’ 高周波アンテナ
１１ アンテナ１’の第１部分
１１ｅ 第１部分の室内における端部
１２ アンテナ１’の第２部分
１２ｅ 第２部分の終端
１０ａ 気密シールを兼ねる絶縁性部材
Claims (17)
- 被成膜物品を設置する成膜室と、該成膜室内に設置されたシリコンスパッタターゲットと、該成膜室内へ水素ガスを供給する水素ガス供給回路を有するガス供給装置と、該水素ガス供給回路から該成膜室内に供給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させる高周波電力印加装置とを備え、該プラズマにより前記シリコンスパッタターゲットをケミカルスパッタリングして該成膜室内に設置された被成膜物品上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成装置であり、
さらに、前記被成膜物品をシリコン膜形成のための第１位置又は該第１位置とは異なる第２位置との間で移動させるための前記成膜室内に配置された搬送部材と、該搬送部材を昇降させる昇降機構と、カウンタバランス機構とを備えており、
該昇降機構は、該搬送部材を支持するとともに前記成膜室壁を昇降可能に貫通する搬送部材用支持部材と、該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分の端部に設けられたベローズ支持部材と、一端部が該成膜室に、他端部が該ベローズ支持部材にそれぞれ気密に接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分を気密に囲繞する伸縮ベローズと、該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含んでおり、
前記カウンタバランス機構は、少なくとも、前記成膜室内圧がシリコン膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第１負荷及び前記成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第２負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるものであることを特徴とするシリコン膜形成装置。 - 前記高周波電力印加装置は、前記成膜室内に設置した高周波アンテナからの放電により前記誘導結合プラズマを発生させるものである請求の範囲第１項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記シリコンスパッタターゲットは少なくとも該高周波アンテナに臨設されている請求の範囲第２項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記高周波アンテナは前記成膜室外から成膜室内へ延び、該成膜室内で電気的に並列に分岐し、各分岐部分の終端が該成膜室に直接的に接続されているアンテナであり、該成膜室電位は接地電位に設定される請求の範囲第２項又は第３項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記高周波アンテナは、前記成膜室外から該成膜室の室壁を通り成膜室内へ延在する第１部分、該第１部分の成膜室内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記成膜室壁へ向かって延びる複数本の第２部分とを含み、該各第２部分の終端が該成膜室壁に直接的に接続されている請求の範囲第４項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記高周波アンテナの少なくとも前記成膜室内にある部分は電気絶縁性材料で被覆されている請求の範囲第４項又は第５項に記載のシリコン膜形成装置。
- 前記ガス供給装置は、前記水素ガス供給回路から前記成膜室内への水素ガス供給と同時的に該成膜室内へシランガスを供給するシランガス供給回路を含んでいる請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記ガス供給装置は、前記シリコンスパッタターゲットの水素ガスプラズマによるケミカルスパッタリングの開始後に前記成膜室内にシランガスを供給開始するシランガス供給回路を含んでいる請求の範囲第１項から第６項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記シランガス供給回路は、
シランガス供給開始に先立ってシランガスを溜めておき、前記成膜室内へのシランガス供給にあたり溜めた該シランガスを一挙に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を含んでいるとともに、
該ガス溜め部からのシランガス供給と同時的にシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給開始し、その後ひき続きシランガスを制御された流量で前記成膜室内へ供給するための、流量制御部を含むシランガス供給部を含んでいる請求の範囲第７項又は第８項記載のシリコン膜形成装置。 - 前記搬送部材は被成膜物品を前記第１位置に保持するための物品ホルダを兼ねている請求の範囲第１項から第９項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記減圧雰囲気設定時の成膜室内圧より予め定めた高圧は大気圧である請求の範囲第１項から第１０項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記カウンタバランス機構は、前記搬送部材用支持部材に連結されたピストンロッドを有するピストンシリンダ装置と、前記第１負荷を相殺するにあたって該第１負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、前記第２負荷を相殺するにあたって該第２負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んでいる請求の範囲第１項から第１１項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の状態を停電直前の状態に維持できるものである請求の範囲第１２項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記ピストンシリンダ装置は空気圧作動のピストンシリンダ装置であり、前記作動流体回路は圧縮空気回路である請求の範囲第１２項又は第１３項記載のシリコン膜形成装置。
- 前記駆動部は、回転モータと、該モータの回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含んでいる請求の範囲第１項から第１４項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
- 前記回転モータはブレーキ付きサーボモータである請求の範囲第１５項記載のシリコン膜形成装置。
- 結晶性シリコン膜を形成する膜形成装置である請求の範囲第１項から第１６項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
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