JP4346737B2 - Thin film forming equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマによる化学反応を利用して基板上にアモルファスシリコン等からなる薄膜を形成する薄膜形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、前記のようなプラズマ式の薄膜形成装置として、高速回転する電極を基板上に対向させるものが開発されるに至っている(例えば特開平9−104985号公報参照)。その装置の概要を図8及び図9に示す。
【0003】
図8において、密閉されたチャンバ10内には、基板搬送台12が設置され、その上に基板14が載置されるとともに、これら基板搬送台12及び基板14はアースに接続されている。そして、この基板14と僅かな隙間をもって対向するように電極18が配設されている。この電極18は、図の奥行き方向に延びる略円柱状をなし、その中心を回転軸16が貫いており、この回転軸16の両端が図略の支柱により回転可能に支持されている。回転軸16の端部はチャンバ外面の高周波電極端子19に電気的に接続され、この高周波電極端子19が図略の高周波電源に接続されている。
【0004】
この装置において、チャンバ10内を排気し、電極18を回転させながらこれに高周波電力または直流電力を印加して当該電極18と基板14との間にプラズマ22を発生させるとともに、図略の反応ガス供給源から反応ガス(図例ではSiH4とH2との混合ガス)及び希釈ガス(例えばHe)をチャンバ10内に導入すると、これらのガスは電極18の回転によって当該電極18と基板14との間に巻き込まれてプラズマ22に導かれ、ここで前記反応ガスが化学反応を起こす。このような化学反応を起こさせながら基板14を基板搬送台12とともに所定方向(電極18の回転軸方向と直交する方向)に走査する結果、図9に示すように、基板14上に薄膜(図例ではアモルファスシリコンからなる薄膜)23が形成される。
【0005】
この装置は、均一な薄膜23を大面積の領域に高速で連続的に形成することを可能にするとともに、従来では困難とされていた1気圧以上の圧力下でのグロー放電プラズマ発生を可能にする画期的な手段であるが、このように高圧下でしかも高速で成膜を行うと、反応ガスの分解反応が気相で急激に起こることに起因して、図9に示すように成膜23に寄与しなかったシリコン原子が相互に結びついてパーティクル(微粒子)24を形成することになる。このようなパーティクル24が基板14上に堆積すると、成膜23の表面形態を乱し、高品質膜の形成を阻害する要因となる。
【0006】
そこで、前記公報には、電極回転方向の下流側に図10(a)(b)に示すようなダクト90を配置し、このダクト90を通じてパーティクル24を吸引除去するようにしたものが開示されている。このダクト90は、その先端の吸引口92が他の部分よりも狭小の先細り状に形成され、その吸引口92が電極18の回転方向下流側において当該電極18の外周面と基板14の上面との隙間に挿入されている。この吸引口92におけるガス吸引速度としては、電極表面の周速度と同等の速度以上であって、好ましくは電極表面の周速度の2倍以上、より好ましくは10倍以上であるとされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
図11は、前記ダクト90の近傍におけるガスの流れ状態を示したものである。この図に示されるように、従来のダクト構造及び配置では次のような不都合が存在する。
【0008】
・ダクト90の上面と電極18の外周面との間や、ダクト90の下面と基板14の上面との間には必ず隙間が存在するため、この隙間を通じてもダクト吸引口92へガスが吸引され、その分、電極18の近傍でのガス吸引速度が低下する。従って、前記吸引口92を電極18に近づけ、かつ吸引口92での吸引速度を高くしても、電極近傍でのガス吸引速度を上げるには限界があり、当該電極近傍におけるパーティクルの有効な除去が行いにくい。
【0009】
・パーティクルは、その全てが気流に同伴するぐらい小径のパーティクルであるとは限らず、慣性力によって電極18の円周接線方向に飛散するような大径のパーティクル(図11に示すパーティクル24b)も存在する。また、パーティクル24は、必ずしも気相中から下流側(ダクト90側)へ運ばれるとは限らず、一旦電極18の表面に付着してから基板14より大きく離れた位置で剥離し、再飛散することもある。これらのパーティクルは、前記先細ダクト90によっては有効に捕集することができない。
【0010】
・ダクト吸引口92にはパーティクル24を含むガスが正面から衝突するため、その近傍にパーティクルが堆積しやすく(図11に示すパーティクル24c)、このようなパーティクル24cが堆積したダクト自体が汚染源となるおそれがある。
【0011】
・高速回転電極18に引きずられた当該電極周方向へのガスの流れと、当該電極18とダクト90との隙間から吸引されるガスの流れとが交錯することにより、プラズマ22の発生領域から遠くない位置で渦Wが形成されてしまう。この渦Wは、活性な反応中間体あるいはそれらのクラスターを長時間滞留させ、パーティクルの成長を促す要因となる。
【0012】
・基板14の上面とダクト90との隙間から吸引されるガスの流れに起因して、基板14の近傍に流れの淀み域94が形成される。この淀み域94も、前記渦Wと同様、活性な反応中間体あるいはそれらのクラスターを長時間滞留させ、パーティクルの成長を促す要因となる。
【0013】
本発明は、このような事情に鑑み、ダクトのパーティクル除去性能を高めることにより、基板上にパーティクルが堆積するのを有効に抑止して高品質膜の高速形成を可能にする薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、回転する電極を基板に対向させて両者間にプラズマを発生させながら、前記プラズマに反応ガスを供給して化学反応を起こさせることにより前記基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置において、前記電極の回転方向下流側に微粒子を吸引除去するためのダクトを設置するとともに、このダクトの吸引口形状を、前記電極の外周面のうち、前記基板と最狭隙間部を形成する最狭隙間形成部分の近傍位置から、当該最狭隙間形成部分よりも45°以上135°以下だけ電極回転方向下流側の位置までの領域を覆う形状としたものである。
【0015】
この構成によれば、従来のように電極外周面と基板との間に先細ダクトを挿入するのではなく、ダクト吸引口を広げて当該吸引口が電極の所定部分を覆うようにダクトを配置しているので、気流に同伴する小径のパーティクル(微粒子)から、慣性力により回転電極円周接線方向に飛散する大径のパーティクルに至るまで、前記ダクトによって効果的に捕集することができる。
【0016】
ここで、前記電極外周面がダクトにより覆われる領域を、前記基板と最狭隙間部を形成する最狭隙間形成部分の近傍位置から、当該最狭隙間形成部分よりも45°以上135°以下だけ電極回転方向下流側の位置までの領域としているのは、45°未満であると、ダクトによる電極のカバー領域が小さすぎて従来の先細ダクトとパーティクル吸引効果の差が小さく、逆に135°を超えると、ダクトの流路断面積が大きくなりすぎてダクト内のガス流れが不安定になるとともに非定常な循環流が発生しやすくなり、特に電極回転数が高い条件では回転電極表面にパーティクルが堆積するおそれがあるためである。
【0017】
なお、本発明においても、ダクト内壁にパーティクルが衝突する可能性はあるが、かかるパーティクルは比較的大きなものに限られ、壁面への付着力は弱い。しかも、従来の先細ダクトに比べてダクト内壁に対するパーティクル衝突フラックス(単位時間、単位面積当たりにダクト内壁に飛来する微粒子の数)は大幅に少ないため、ダクト内壁へのパーティクル付着度合いは極めて低く、かかる内壁が汚染源となるおそれもない。
【0018】
この装置では、前記ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間のガス流路抵抗と、前記ダクトの吸引口下端部から吸込まれるガスの流れ抵抗とがほぼ等しくなるようにダクトを配置するのが、より好ましい。この構成にすれば、ダクトの吸引口上端と下端との双方から良好なバランスでガスが吸引される。このうち、ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間からダクト内に吸引されるガス(比較的清浄なガス)は、高速回転電極に引きずられたガスと対向するものであり、電極表面近傍のパーティクルを含むガスの多くを掻き取り、効果的にダクト内へと導く。これにより、パーティクル除去作用が高められる。さらに、ダクト端部については、そこから吸引されるガスによるパージ効果で、パーティクルの付着が抑制される。
【0019】
なお、前記ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間からダクト内に吸引されるガスは、高速回転電極に引きずられたガスと対向することによりダクト内側で循環流(渦)を形成するが、この渦はプラズマ発生領域及び基板表面から十分離れているため、基板上の薄膜に悪影響を与えるおそれはない。
【0020】
本発明において、ダクトの具体的な形状は種々設定が可能である。例えば、前記ダクトを前記電極の両側面の一部を側方から覆う形状にしてもよいし、前記ダクトをその左右両側壁が前記電極の外周面に沿ってこれと対向する形状にしてもよい。前者の場合、前記電極の両側面とダクトとの間に形成される隙間のガス流路抵抗が、前記ダクトの吸引口下端部から吸込まれるガスの流れ抵抗や、前記ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間のガス流路抵抗よりも大きくなるように当該電極の両側面とダクトとの間に形成される隙間を小さくすることにより、パーティクル除去に寄与しない無駄なガスの吸引を抑制でき、ダクトによるパーティクル吸引効果をさらに高めることができる。後者の場合も、前記ダクトの左右両側壁の端面と電極外周面との間に形成される隙間のガス流路抵抗が、前記ダクトの吸引口下端部から吸込まれるガスの流れ抵抗や、前記ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間のガス流路抵抗よりも大きくなるように当該ダクト両側壁と電極外周面との間に形成される隙間を小さくすることにより、パーティクル除去に寄与しない無駄なガスの吸引を抑制でき、ダクトによるパーティクル吸引効果をさらに高めることができる。
【0021】
また、本発明では、前記ダクトを基板上面または基板載置面に向かって開口する形状とし、この基板上面または基板載置面と前記ダクトとでガス吸引通路が形成されるように構成することにより、前記図11に示したような流れの淀み域94や渦Wが基板近傍で発生するのを完全に阻止することができ、パーティクル除去効果をさらに高めることができる。
【0022】
具体的には、前記ダクトの側壁下端面と基板上面または基板載置面とを対向させるようにしてもよいし、前記ダクトの側壁と基板搬送台の側面とを対向させる(すなわちダクトの側壁を基板搬送台の側方に被せるように配置する)ようにしてもよい。いずれの場合も、前記ダクト両側壁下端面と基板上面または基板載置面とで形成される隙間のガス流路抵抗や、前記ダクト両側壁と基板搬送台側面とで形成される隙間のガス流路抵抗が、前記ダクトの吸引口下端部から吸込まれるガスの流れ抵抗や前記ダクトの吸引口上端と電極外周面との間に形成された隙間のガス流路抵抗よりも大きくなるようにすることにより、パーティクル除去に寄与しない無駄なガスの吸引を抑制でき、ダクトによるパーティクル吸引効果をさらに高めることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、これらの実施の形態で示す薄膜形成装置の基本原理及び基本構成は前記図8及び図9に示したものと同等であるので、これらの図に示した構成要素と同等の構成要素には同一の参照符を付してその説明を省略する。ただし、本発明において形成する薄膜材料は前記のアモルファスシリコンに限られず、例えばC、SiC、SiO2など、プラズマを利用した化学反応により薄膜を形成できる材料に広く適用が可能である。
【0024】
1)第1の実施の形態(図1)
この実施の形態は、基板搬送台12の幅が電極18の幅(軸方向寸法)及び基板14の幅よりも大きい場合に好適なものである。
【0025】
図示のダクト30は、水平壁31及び傾斜壁32からなる天壁と、この天壁の左右両側部から下方に延びる一対の側壁33とを有し、下方に開口する形状をなしている。傾斜壁32は、水平壁31から離れるに従って低くなる方向に傾斜している。両側壁33の下端面は水平であり、基板搬送台12の上面(基板載置面)との間に微小隙間cをおいて対向し、これと平行となるようにダクト30が配置されている。すなわち、このダクト30と基板搬送台12の上面とでガス吸引通路が形成されており、前記電極18と反対側の開口35が排気口とされ、これに図略のポンプが接続されている。また、基板14は両側壁33の内側を通るようになっている。
【0026】
なお、基板14の幅が基板搬送台12の幅と同程度まで大きい場合には、基板14の上面と側壁33との間に微小隙間cを確保し、基板上面とダクト30とでガス吸引通路を形成すればよい。
【0027】
水平壁31の前端部には、矩形状の切欠34が形成され、この切欠34内に電極18が侵入するような位置関係でダクト30が配設されている。従って、電極18の軸方向両側面はダクト30によって側方から一部覆われた状態となっている。ただし、両側壁33の前端部には、電極回転軸16との干渉を避けるための円弧状の切欠33aが形成されている。
【0028】
このダクト30の吸引口によって電極18の外周面が覆われる領域は、電極18と基板14との最狭隙間部δの近傍位置(図2の例では最狭隙間部δよりも若干電極回転方向下流側の位置;この位置は最狭隙間部δよりも若干電極回転方向上流側の位置であってもよい。)から、前記最狭隙間部δよりも所定角度α(図では約90°)だけ下流側の位置までの領域に設定されている。角度αの好適な範囲については後述する。
【0029】
また、この装置における各隙間寸法は、次のように設定されている。
【0030】
・切欠34における水平壁31の端面(ダクト吸引口上端)と電極18の外周面との隙間a…当該隙間aにおけるガス流路抵抗が、ダクト吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗と略等しくなるように隙間aの寸法及び水平壁31の厚み寸法を設定する。ここで、「ダクト吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗」とは、図2に示す構造の場合、基板14の上面と電極18との最狭隙間部δと、電極18の外周面と、側壁33の端面とで囲まれる隙間dにより形成される電極幅方向のガス吸引流路の抵抗と、前記最狭隙間部δにより形成される電極周方向のガス吸引流路の抵抗とを合成した流れ抵抗を意味する。もし、ダクト30の前端が最狭隙間部δよりも電極回転方向上流側に位置していて前記隙間dによる流路が存在しない場合には、最狭隙間部δにより形成される電極周方向の流路の流れ抵抗そのものを意味することになる。
【0031】
・電極18の両側面と水平壁31の端面との隙間b…これらの隙間bにおけるガス流路抵抗の合成抵抗が、前記隙間aにおけるガス流路抵抗や、ダクト吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗よりも大きくなる程度まで隙間bを小さくする。
【0032】
・側壁33の下端面と基板搬送台12の上面との隙間c…これらの隙間cにおけるガス流路抵抗の合成抵抗が、前記隙間aにおけるガス流路抵抗や、ダクト吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗よりも大きくなる程度まで隙間cを小さくする。
【0033】
この装置において、前記排気口35からダクト30内のガスを吸引することにより、次のような作用効果を得ることができる。
【0034】
▲1▼ ダクト30の吸引口が電極18の外周面を比較的広範囲(図例では約1/4)にわたって覆っているので、図4(a)(b)に示すように、ダクト内の気流に同伴する小径パーティクル24aから、慣性力により回転電極円周接線方向に飛散する大径パーティクル24bに至るまで、効果的に捕集することができる。
【0035】
ここで、前記図2に示した角度α(最狭隙間部δを形成する位置から水平壁31に至るまでの領域に対応する電極18の中心角)は、45°以上135°未満、より好ましくは略90°に設定することが好ましい。角度αが45°未満であると、ダクト30による電極18のカバー領域が小さすぎて従来の先細ダクトと比べてパーティクル吸引効果の差が小さくなり、逆に135°を超えると、ダクト30の流路断面積が大きくなりすぎてダクト内のガス流れが不安定になるとともに非定常な循環流が発生しやすくなり、特に電極回転数が高い条件では当該電極18の表面にパーティクルが堆積するおそれがあるためである。
【0036】
▲2▼ ダクト内壁に衝突するパーティクルの数(ダクト内壁に対するパーティクル衝突フラックス)は従来の先細ダクトに比べて非常に少なく、しかも、当該内壁に衝突するパーティクルは比較的大径のもの(図示のパーティクル24b)に限られていて当該ダクト内壁への付着力が小さいため、ダクト内壁に付着するパーティクルの量は非常に少なく、これが汚染源となることがない。
【0037】
▲3▼ ダクト30の底壁を省略してダクト全体が下向きに開口する形状にし、基板14の上面及び基板搬送台12の上面(基板載置面)をガス吸引通路の形成部材として兼用するようにしているので、従来のように底壁をもつダクトと異なり、基板14の上面近傍に前記図11に示したような流れの淀み域94や渦(循環流)Wが発生せず、これらの淀み域94や渦Wに起因する基板上へのパーティクルの堆積を防ぐことができる。
【0038】
▲4▼ 水平壁31の端面と電極18の外周面との隙間aを通じて、ダクト30の外部から内部へ比較的清浄なガスが流入する。このガスは、回転電極18の回転に引きずられて動くガス流とは逆向きの流れであり、電極表面近傍のパーティクルを含むガスの多くを掻き取り(図4(b))、効果的にダクト30内へ連れ込む。さらに、ダクト端部については、そこから吸引されるガスによるパージ効果で、パーティクルの付着が抑制される。
【0039】
なお、前記吸引ガスは前記隙間aの近傍領域で渦Wを発生させる可能性があるが、この渦Wは基板14の上面及びプラズマ22の発生領域から十分離れており、成膜に悪影響を及ぼすおそれはない。
【0040】
▲5▼ ダクト30の側壁33と電極18の両側面との隙間bや、ダクト30の側壁33の下面と基板搬送台12の上面との隙間cを十分小さくして流路抵抗を大きくしているので、これらの隙間b,cから無駄な(パーティクル除去に不要な)ガス吸引が行われるのを抑制してパーティクル除去効果を高めることができる。
【0041】
2)第2の実施の形態(図5(a)(b))
この実施の形態では、ダクト30の幅寸法を電極18の幅寸法(軸方向寸法)と略同一としている。すなわち、電極18の両側面は完全に側方へ開放された状態とするとともに、ダクト30の左右両側壁33の前端面33bを電極外周面に沿う円弧状とし、当該前端面33bと電極外周面とを微小隙間eをおいて対向させている。しかし、前記第1の実施の形態と同様、水平壁31の前端には切欠34が形成され、この切欠34における水平壁31の端面と電極18の外周面との隙間aの寸法は大きく確保されている。
【0042】
この構成においても、側壁33の前端面33bと電極18の外周面との隙間eは小さく抑える(具体的には両隙間eにおけるガス流路抵抗の合成抵抗が、隙間aにおけるガス流路抵抗や、隙間d及び最狭隙間部δにおけるガス流路抵抗よりも大きくなるようにする)ことにより高い吸引効率を保ちながら、ダクト吸引口下端部や隙間aにおいて有効なパーティクル除去ができる。この実施の形態は、電極18の幅が成膜幅よりも大きい場合(すなわち電極18の軸方向全域で成膜をする必要がない場合)に有効である。
【0043】
3)第3の実施の形態(図6(a)(b))
この実施の形態は、基板搬送台12の幅と電極18の幅とがほぼ等しい場合に有効なものである。ダクト30の形状は、その両側壁33が電極18の両側面だけでなく、基板搬送台12の両側面も側方から覆うように設定されている。すなわち、両側壁33と基板搬送台12の両側面とが対向した状態となっている。
【0044】
この実施の形態においても、側壁33と電極両側面との隙間bや、側壁33と基板搬送台12の両側面との隙間c′を十分小さく設定する(隙間bの流路抵抗や隙間c′における流路抵抗が、隙間aにおけるガス流路抵抗や、隙間d及び最狭隙間部δにおけるガス流路抵抗よりも大きくなるようにする)ことにより、パーティクル吸引除去効果を高めることができる。
【0045】
4)第4の実施の形態(図7)
この実施の形態では、切欠34に臨む水平壁31の端面を下方に向かうに従って電極側に迫るナイフエッジ状端面31aとし、ダクト外部のガスをダクト内に誘い込みやすくしている。このような形状にすれば、前記隙間aの最小寸法を小さくしながら、ガス流路抵抗を低く抑えることが可能である。
【0046】
なお、本発明において、吸引口以外のダクトの形状は、適宜設定が可能である。例えば、前記傾斜壁32を省略して天壁をすべて水平壁31にしてもよいし、逆に天壁全体を傾斜させるようにしてもよい。また、図例のように底壁を省略するのではなく、従来のようにダクト底壁を設ける(すなわちダクトのみでガス吸引通路を形成する)ようにしても、従来の先細ダクトに比べてパーティクル除去効果を高めることが可能である。
【0047】
【実施例】
薄膜材料としてアモルファスシリコンを選び、以下の成膜実験を行った。
【0048】
▲1▼ 装置条件
実験には、アルミ合金製のドラム電極(図1の電極18)、高速回転モータ、基板搬送台(図1の基板搬送台12)、インピーダンスマッチング装置などを備えた装置を用い、ドラム電極は、その振動を防ぐため、マグネットカップリング及び磁気流体シールを介して前記高速モータに連結した。高周波電源には150MHzのものを用い、インピーダンス間マッチングユニットを介して電極部に高周波電力を印加し、最狭隙間部δにプラズマを発生させるようにした。電極18の寸法は、直径300mm、幅100mmとし、最高回転速度を5000rpm(周速度79m/s)に設定した。ダクトには前記図1に示したダクト30を用い、隙間aの寸法を2mm、隙間bの寸法を0.5mm、隙間cの寸法を0.5mmとした。チャンバ10には、排気速度1m3/minのドライポンプを接続し、その吸引力をダクト30内におけるガスの吸引に兼用した。
【0049】
▲2▼ 実施条件
洗浄を終えて乾燥させたガラス基板を試料台にセットし、成膜ギャップ(最狭隙間部δ)を設定した後、真空排気を行った。その後、ヘリウム(希釈ガス)と、水素及びシランの混合ガス(反応ガス)とをマスフローコントローラを通じてチャンバ内に導入し、雰囲気圧力を大気圧とした。この状態で電極を加熱し、さらに電極を回転させながらプラズマを発生させ、基板上にアモルファスシリコンの薄膜を形成した。成膜条件は、水素濃度を0〜10%、シラン濃度を0.01〜10%、雰囲気圧力を1気圧、成膜時間を30秒とした。その結果、投入電力が300〜2500W、電極回転数が1000〜5000rpmという広い範囲で、パーティクルを発生させることなく均一の薄膜を得ることができ、かつ、その得られた薄膜がまさしくアモルファスシリコンであることがラマン分光分析により確認された。その後も実験を5バッチ継続したが、チャンバ内にパーティクルの発生は見られなかった。
【0050】
ダクト内壁面には、目視でかろうじて確認できる程度のうっすらとしたパーティクルの付着が部分的に存在したが、従来の先細ダクトと比べるとその付着量は飛躍的に減少した。
【0051】
【発明の効果】
以上のように本発明は、電極の回転方向下流側に微粒子を吸引除去するためのダクトを設置するとともに、このダクトの吸引口形状を、前記電極の外周面のうち、前記基板と最狭隙間部を形成する最狭隙間形成部分の近傍位置から、当該最狭隙間形成部分よりも45°以上135°以下だけ電極回転方向下流側の位置までの領域を覆う形状としたものであるので、当該ダクトのパーティクル除去性能を高めることにより、基板上にパーティクルが堆積するのを有効に抑止して高品質膜を高速で形成することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態にかかる薄膜形成装置の要部を示す断面斜視図である。
【図2】前記薄膜形成装置の要部を示す断面側面図である。
【図3】前記薄膜形成装置に用いられるダクトの斜視図である。
【図4】(a)は前記薄膜形成装置におけるダクト内のガス流れを示す断面図、(b)は同ダクトの上端と電極外周面との隙間におけるガス流れを示す断面図である。
【図5】(a)は本発明の第2の実施の形態にかかる薄膜形成装置の要部を示す断面斜視図、(b)は同装置に用いられるダクトの斜視図である。
【図6】(a)は本発明の第3の実施の形態にかかる薄膜形成装置の要部を示す断面斜視図、(b)は同装置に用いられるダクトの斜視図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態にかかるダクトの斜視図である。
【図8】従来の薄膜形成装置を示す概略構成図である。
【図9】図8に示す薄膜形成装置における回転電極と基板との間での薄膜形成のメカニズムを示す図である。
【図10】(a)は従来の薄膜形成装置におけるダクトの配置を示す断面正面図、(b)は同ダクトの斜視図である。
【図11】図10に示す薄膜形成装置におけるガスの流れを示す断面図である。
【符号の説明】
10 チャンバ
12 基板搬送台
14 基板
16 電極
24,24a,24b,24c パーティクル(微粒子)
30 ダクト
31 水平壁
33 側壁
33b 側壁前端面
34 切欠
a ダクト吸引口上端と電極外周面との隙間
b 電極側面とダクトとの隙間
c ダクト両側壁下端面と基板搬送台上面との隙間
c′ ダクト両側壁と基板搬送台側面との隙間
e ダクト両側壁前端面と電極外周面との隙間[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film forming apparatus for forming a thin film made of amorphous silicon or the like on a substrate using a chemical reaction by plasma.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a plasma type thin film forming apparatus as described above, an apparatus in which a high-speed rotating electrode is opposed to a substrate has been developed (for example, see JP-A-9-104985). An outline of the apparatus is shown in FIGS.
[0003]
In FIG. 8, a substrate transfer table 12 is installed in a sealed
[0004]
In this apparatus, the inside of the
[0005]
This apparatus makes it possible to continuously form a uniform
[0006]
Therefore, the publication discloses a
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 11 shows a gas flow state in the vicinity of the
[0008]
A gap always exists between the upper surface of the
[0009]
The particles are not necessarily small enough to be entrained in the air flow, but also large particles (
[0010]
Since the gas containing the
[0011]
The gas flow in the circumferential direction of the electrode dragged by the high-
[0012]
A
[0013]
In view of such circumstances, the present invention provides a thin film forming apparatus that enables high-speed formation of a high-quality film by effectively suppressing the accumulation of particles on a substrate by enhancing the particle removal performance of the duct. The purpose is to do.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problems, the present invention provides the substrate by causing a chemical reaction by supplying a reactive gas to the plasma while generating a plasma between the rotating electrodes facing the substrate. In the thin film forming apparatus for forming a thin film thereon, a duct for sucking and removing fine particles is installed on the downstream side in the rotation direction of the electrode, and the suction port shape of the duct is formed on the substrate of the outer peripheral surface of the electrode. And a shape that covers a region from a position near the narrowest gap forming portion that forms the narrowest gap portion to a position downstream from the narrowest gap forming portion by 45 ° to 135 ° with respect to the electrode rotation direction. is there.
[0015]
According to this configuration, instead of inserting a tapered duct between the outer peripheral surface of the electrode and the substrate as in the prior art, the duct is arranged so that the duct suction port is widened and the suction port covers a predetermined portion of the electrode. Therefore, from the small-diameter particles (fine particles) accompanying the airflow to the large-diameter particles scattered in the tangential direction of the rotating electrode due to the inertial force, it can be effectively collected by the duct.
[0016]
Here, the region where the outer peripheral surface of the electrode is covered by the duct is 45 ° to 135 ° from the narrowest gap forming portion from the position near the narrowest gap forming portion that forms the narrowest gap portion with the substrate. The area up to the position downstream of the electrode rotation direction is less than 45 °, so that the cover area of the electrode by the duct is too small, and the difference between the conventional tapered duct and the particle suction effect is small. If exceeded, the duct cross-sectional area becomes too large and the gas flow in the duct becomes unstable and unsteady circulation flow tends to occur. This is because there is a risk of accumulation.
[0017]
In the present invention, there is a possibility that particles collide with the inner wall of the duct, but such particles are limited to relatively large ones, and the adhesion force to the wall surface is weak. Moreover, since the particle collision flux (the number of fine particles flying to the duct inner wall per unit time and unit area) is significantly smaller than the conventional tapered duct, the degree of particle adhesion to the duct inner wall is extremely low and it takes. There is no risk of the inner wall becoming a source of contamination.
[0018]
In this apparatus, the gas flow path resistance of the gap formed between the upper end of the suction port of the duct and the outer peripheral surface of the electrode and the flow resistance of the gas sucked from the lower end of the suction port of the duct are substantially equal. It is more preferable to arrange the duct in With this configuration, gas is sucked in a good balance from both the upper and lower ends of the suction port of the duct. Among these, the gas (relatively clean gas) sucked into the duct through the gap formed between the upper end of the suction port of the duct and the outer peripheral surface of the electrode is opposed to the gas dragged by the high-speed rotating electrode. Yes, it scrapes most of the gas containing particles near the electrode surface and effectively guides it into the duct. Thereby, the particle removal action is enhanced. Furthermore, at the duct end, the adhesion of particles is suppressed by the purge effect of the gas sucked from the duct end.
[0019]
The gas sucked into the duct through the gap formed between the upper end of the suction port of the duct and the outer peripheral surface of the electrode is circulated inside the duct (vortex) by facing the gas dragged by the high-speed rotating electrode. However, since this vortex is sufficiently separated from the plasma generation region and the substrate surface, there is no possibility of adversely affecting the thin film on the substrate.
[0020]
In the present invention, the specific shape of the duct can be variously set. For example, the duct may have a shape that covers a part of both side surfaces of the electrode from the side, or the duct may have a shape in which the left and right side walls oppose the electrode along the outer peripheral surface of the electrode. . In the former case, the gas flow path resistance of the gap formed between the both side surfaces of the electrode and the duct is the flow resistance of gas sucked from the lower end of the suction port of the duct, and the upper end of the suction port of the duct. By reducing the gap formed between both sides of the electrode and the duct so as to be larger than the gas flow path resistance of the gap formed between the electrode and the outer peripheral surface of the electrode, it does not contribute to particle removal. Gas suction can be suppressed, and the particle suction effect by the duct can be further enhanced. Also in the latter case, the gas flow path resistance of the gap formed between the end surfaces of the left and right side walls of the duct and the electrode outer peripheral surface is the flow resistance of the gas sucked from the lower end of the suction port of the duct, By reducing the gap formed between the both side walls of the duct and the electrode outer peripheral surface so as to be larger than the gas flow path resistance of the gap formed between the upper end of the suction port of the duct and the outer peripheral surface of the electrode, The suction of useless gas that does not contribute to particle removal can be suppressed, and the particle suction effect by the duct can be further enhanced.
[0021]
According to the present invention, the duct is configured to open toward the substrate upper surface or the substrate placement surface, and the gas suction passage is formed by the substrate upper surface or the substrate placement surface and the duct. 11, it is possible to completely prevent the
[0022]
Specifically, the lower end surface of the side wall of the duct may be opposed to the upper surface of the substrate or the substrate mounting surface, or the side wall of the duct and the side surface of the substrate transfer table are opposed to each other (that is, the side wall of the duct is It may be arranged so as to cover the side of the substrate carrier. In either case, the gas flow path resistance of the gap formed by the lower end surface of the both side walls of the duct and the upper surface of the substrate or the substrate mounting surface, and the gas flow of the gap formed by the side walls of the duct and the side surface of the substrate transfer table The path resistance is made larger than the flow resistance of the gas sucked from the lower end of the suction port of the duct and the gas flow path resistance of the gap formed between the upper end of the suction port of the duct and the outer peripheral surface of the electrode. Thus, it is possible to suppress the suction of useless gas that does not contribute to particle removal, and it is possible to further enhance the particle suction effect by the duct.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the basic principle and basic configuration of the thin film forming apparatus shown in these embodiments are the same as those shown in FIGS. 8 and 9, the constituent elements equivalent to those shown in FIGS. The same reference numerals are given and description thereof is omitted. However, the thin film material formed in the present invention is not limited to the amorphous silicon described above, and can be widely applied to materials that can form a thin film by a chemical reaction using plasma, such as C, SiC, and SiO 2.
[0024]
1) First embodiment (FIG. 1)
This embodiment is suitable when the width of the
[0025]
The illustrated
[0026]
When the width of the
[0027]
A
[0028]
The area where the outer peripheral surface of the
[0029]
Moreover, each gap | interval dimension in this apparatus is set as follows.
[0030]
A gap a between the end face (the upper end of the duct suction port) of the
[0031]
The gap b between the both side surfaces of the
[0032]
The gap c between the lower end surface of the
[0033]
In this apparatus, by sucking the gas in the
[0034]
(1) Since the suction port of the
[0035]
Here, the angle α shown in FIG. 2 (the central angle of the
[0036]
(2) The number of particles that collide with the inner wall of the duct (particle collision flux with respect to the inner wall of the duct) is very small compared to the conventional tapered duct, and the particles that collide with the inner wall have a relatively large diameter (the illustrated particle Since the adhesion force to the inner wall of the duct is small, the amount of particles adhering to the inner wall of the duct is very small, and this does not become a contamination source.
[0037]
(3) The bottom wall of the
[0038]
(4) A relatively clean gas flows from the outside to the inside of the
[0039]
The suction gas may generate a vortex W in the vicinity of the gap a. However, the vortex W is sufficiently away from the upper surface of the
[0040]
(5) The flow path resistance is increased by sufficiently reducing the gap b between the
[0041]
2) Second embodiment (FIGS. 5A and 5B)
In this embodiment, the width dimension of the
[0042]
Even in this configuration, the gap e between the
[0043]
3) Third embodiment (FIGS. 6A and 6B)
This embodiment is effective when the width of the
[0044]
Also in this embodiment, the gap b between the
[0045]
4) Fourth embodiment (FIG. 7)
In this embodiment, the end face of the
[0046]
In the present invention, the shape of the duct other than the suction port can be set as appropriate. For example, the
[0047]
【Example】
Amorphous silicon was selected as the thin film material, and the following film formation experiment was conducted.
[0048]
(1) In the apparatus condition experiment, an apparatus equipped with an aluminum alloy drum electrode (
[0049]
{Circle around (2)} Execution Conditions The glass substrate that had been cleaned and dried was set on a sample stage, a film formation gap (narrowest gap δ) was set, and then evacuation was performed. Thereafter, helium (diluted gas) and a mixed gas of hydrogen and silane (reactive gas) were introduced into the chamber through a mass flow controller, and the atmospheric pressure was set to atmospheric pressure. In this state, the electrode was heated, and plasma was generated while rotating the electrode to form an amorphous silicon thin film on the substrate. The film formation conditions were a hydrogen concentration of 0 to 10%, a silane concentration of 0.01 to 10%, an atmospheric pressure of 1 atm, and a film formation time of 30 seconds. As a result, a uniform thin film can be obtained without generating particles in a wide range of input power of 300 to 2500 W and electrode rotation speed of 1000 to 5000 rpm, and the obtained thin film is exactly amorphous silicon. This was confirmed by Raman spectroscopy. Thereafter, the experiment was continued for 5 batches, but no generation of particles was observed in the chamber.
[0050]
On the inner wall surface of the duct, there was a slight amount of particle adhesion that was barely visible, but the amount of adhesion was dramatically reduced compared to conventional tapered ducts.
[0051]
【The invention's effect】
As described above, the present invention installs a duct for sucking and removing fine particles on the downstream side in the rotation direction of the electrode, and the suction port shape of this duct is the narrowest gap between the substrate and the substrate on the outer peripheral surface of the electrode. Since it is a shape that covers a region from the position near the narrowest gap forming portion that forms the part to the position downstream of the narrowest gap forming portion by 45 ° or more and 135 ° or less in the electrode rotation direction. By improving the particle removal performance of the duct, it is possible to effectively suppress the accumulation of particles on the substrate and to form a high quality film at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing a main part of a thin film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional side view showing a main part of the thin film forming apparatus.
FIG. 3 is a perspective view of a duct used in the thin film forming apparatus.
4A is a cross-sectional view showing the gas flow in the duct in the thin film forming apparatus, and FIG. 4B is a cross-sectional view showing the gas flow in the gap between the upper end of the duct and the outer peripheral surface of the electrode.
5A is a cross-sectional perspective view showing a main part of a thin film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view of a duct used in the apparatus.
6A is a cross-sectional perspective view showing a main part of a thin film forming apparatus according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a perspective view of a duct used in the apparatus.
FIG. 7 is a perspective view of a duct according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional thin film forming apparatus.
9 is a view showing a mechanism of thin film formation between a rotating electrode and a substrate in the thin film forming apparatus shown in FIG.
10A is a cross-sectional front view showing the arrangement of ducts in a conventional thin film forming apparatus, and FIG. 10B is a perspective view of the ducts.
11 is a cross-sectional view showing a gas flow in the thin film forming apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
10
30
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