JP5748858B2 - プラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法に関し、特に、プラズマを用いて基板に薄膜を形成するためのプラズマ成膜装置の技術に関する。
近年、半導体装置の製造において、例えば、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition）の手法による薄膜形成が広く実施されている。プラズマＣＶＤは、複雑な構造の装置を不要とし、比較的低温での成膜が可能であることを利点とする。また、プラズマＣＶＤは、真空蒸着やスパッタ等のＰＶＤ（physical vapor deposition）と比較して、カバレッジが良好であることや、被成膜物の配置次第で多数の被成膜物を一度に処理可能であることなどからも、種々の用途に利用されている。
ここで、現在主流となっているプラズマＣＶＤの手順の一例を説明する。被成膜物は、真空ポンプによって排気されたチャンバー内部の接地電極上に載置される。チャンバー内には反応ガスを導入する。被成膜物に対向する位置の電極からは高周波電力を印加することにより、反応ガスを励起する。励起された反応ガスと被成膜物との化学反応により、被成膜物への成膜が行われる。この方法によれば、成膜装置を比較的簡易な構成にできる。また、設備を大型化することで、多数の被成膜物の成膜処理が可能である。さらに、被成膜物の固定の必要が無いため、被成膜物の上面全体への成膜も可能である。
ただし、この方法の場合、多数の被成膜物の処理のためには設備の大型化が避けられないこととなる。また、成膜が上方から下方へ向かう、いわゆるデポダウン方式を採用することで、チャンバー内に発生するパーティクルが被成膜物上に容易に堆積し、パーティクルをマスクとする成膜の阻害が起こり易くなる。この問題を回避するため、近年、高周波電極および接地電極を縦置きとする構成が普及し始めている。この構造では、限られた設備内に多くの被成膜物を載置可能とし、設備を小型化することができる。また、この構造では、被成膜面へのパーティクルの落下が抑制されることで、メンテナンスの簡便化や設備の稼働率向上が可能となる。
プラズマＣＶＤによる成膜においては、プラズマ出力、高周波電極から被成膜面の距離、チャンバー内部の圧力、反応ガスの流量等が、膜質に影響を及ぼす因子として挙げられる。このうち、一つのチャンバー内で複数の条件を成立させ得る因子としては、プラズマ出力、高周波電極から被成膜面の距離が該当する。
現在盛んに開発が進められている太陽電池セルは、基板両面に薄膜を形成することにより、大幅な特性向上が期待されている。従来広く普及しているＣＶＤ装置のいずれも、被成膜物の片面を被成膜面とするものであることから、両面成膜を含むデバイスについては、片面ずつの成膜を行うことで製造工程が増加し、プロセスが複雑化することになる。さらに、膜厚が互いに異なる薄膜を基板両面に形成する場合、おもて面の成膜のための設備と裏面の成膜のための設備とでは製造条件の共有化がなされないことにもなる。
現在普及している設備構成では、一つの成膜工程に対して一つの設備を要している。このため、基板両面への成膜のためにプロセスが増加することは製造工程の増加に直結し、生産性の悪化を招くこととなる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板両面への成膜を効率的に実施可能とするプラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、被成膜物に対向させる高周波電極と、前記被成膜物に接続させる接地電極と、を有し、前記高周波電極と前記接地電極との間に発生させたプラズマを用いて前記被成膜物を成膜するプラズマ成膜装置であって、前記高周波電極は、前記被成膜物の第１被成膜面に対向させる第１高周波電極と、前記被成膜物のうち前記第１被成膜面とは反対側の第２被成膜面に対向させる第２高周波電極と、を有し、前記第１高周波電極、前記第２高周波電極および前記接地電極は、前記第１被成膜面の成膜のための前記第１高周波電極および前記接地電極の間のプラズマと、前記第２被成膜面の成膜のための前記第２高周波電極および前記接地電極の間のプラズマとを、同時に発生させることを特徴とする。
本発明にかかるプラズマ成膜装置は、一つの成膜工程により、被成膜物の第１被成膜面と第２被成膜面とを同時に成膜可能とする。プラズマ成膜装置は、被成膜物の成膜を片面ずつ実施する場合に比べ、基板両面への成膜を効率的に実施することができる。さらに、このプラズマ成膜装置を適用することで、両面成膜を要するデバイスについて製造工程を減少させ、プロセスの簡易化が可能となる。
以下に、本発明にかかるプラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置の概略構成を示す断面図である。プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２、接地電極１０３、チャンバー１０４、真空ポンプ１０５、高周波電源１０６および位置調整機構１１６を有する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかるプラズマ成膜装置の概略構成を示す断面図である。プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２、接地電極１０３、チャンバー１０４、真空ポンプ１０５、高周波電源１０６および位置調整機構１１６を有する。
チャンバー１０４は、ガス供給口１０７および排気口１０８を備える。排気口１０８は、真空ポンプ１０５を備える排気経路に接続されている。真空ポンプ１０５は、チャンバー１０４内から排気経路への排気を行う。チャンバー１０４内は、真空ポンプ１０５により真空度が制御されている。ガス供給口１０７は、ガス供給源（図示省略）を備えるガス供給経路に接続されている。ガス供給源は、チャンバー１０４内へ成膜ガスを供給する。
第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２および接地電極１０３は、チャンバー１０４内部に設けられている。第１高周波電極１０１が備える第１電極面１１１と、第２高周波電極１０２が備える第２電極面１１２とは、互いに平行とされている。また、第１高周波電極１０１および第２高周波電極１０２は、第１電極面１１１および第２電極面１１２が所定の間隔をなすように配置されている。高周波電源１０６は、第１高周波電極１０１および第２高周波電極１０２に対して同等の高周波電力を供給する。
接地電極１０３は、第１高周波電極１０１および第２高周波電極１０２の間に配置されている。接地電極１０３の上には、被成膜物１００が載置される。被成膜物１００は、例えば半導体基板とする。被成膜物１００は、第１被成膜面１１３を第１電極面１１１に対向させて、接地電極１０３上に載置される。
接地電極１０３には、開口１１５が設けられている。被成膜物１００は、開口１１５を跨いで載置されている。被成膜物１００のうち第１被成膜面１１３とは反対側の第２被成膜面１１４は、開口１１５内の部分が第２電極面１１２に対向している。被成膜物１００は、第２被成膜面１１４のうち開口１１５外の部分において、接地電極１０３に接触している。
プラズマ成膜装置は、プラズマ発生工程において第１高周波電極１０１および接地電極１０３の間に発生させたプラズマを用いて、被成膜物１００の第１被成膜面１１３を成膜する。また、プラズマ成膜装置は、プラズマ発生工程において第２高周波電極１０２および接地電極１０３の間に発生させたプラズマを用いて、被成膜物１００の第２被成膜面１１４を成膜する。
第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２および接地電極１０３は、第１高周波電極１０１と接地電極１０３との間のプラズマと、第２高周波電極１０２と接地電極１０３との間のプラズマとを、同時に発生させる。これにより、プラズマ成膜装置は、第１被成膜面１１３の成膜と第２被成膜面１１４の成膜とを同時に行う。
位置調整機構１１６は、位置調整工程において、第１電極面１１１および第２電極面１１２に垂直な方向である鉛直方向へ接地電極１０３を移動させる。位置調整機構１１６は、接地電極１０３の移動により、被成膜物１００を保持する位置を鉛直方向について調整可能とする。
図２および図３は、位置調整機構による被成膜物の位置調整について説明する図である。ここでは、説明に必要な構成以外の構成の図示を省略している。ｄ１は、第１電極面１１１と第１被成膜面１１３との間の距離とする。ｄ２は、第２電極面１１２と第２被成膜面１１４との間の距離とする。
第１被成膜面１１３に形成する薄膜を、第２被成膜面１１４に形成する薄膜より厚くする場合、図２に示すように、位置調整機構１１６は、被成膜物１００を保持する位置を、ｄ１＜ｄ２となる位置に調整する。また、第２被成膜面１１４に形成する薄膜を、第１被成膜面１１３に形成する薄膜より厚くする場合、図３に示すように、位置調整機構１１６は、被成膜物１００を保持する位置を、ｄ１＞ｄ２となる位置に調整する。
プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１および接地電極１０３の間のプラズマと、第２高周波電極１０２および接地電極１０３の間のプラズマとを同時に発生させることで、被成膜物１００の第１被成膜面１１３と第２被成膜面１１４とを同時に成膜できる。プラズマ成膜装置は、被成膜物１００の両面の同時成膜を可能とすることで、被成膜物１００の成膜を片面ずつ実施する場合に比べ、両面成膜を要するデバイスについて製造工程を減少させ、プロセスの簡易化が可能となる。
プラズマ成膜装置は、被成膜物１００を保持する位置を適宜調整可能とすることで、第１被成膜面１１３と第２被成膜面１１４とで、互いに異なる膜厚の薄膜を一度に形成することができる。プラズマ成膜装置は、一つの成膜工程により、第１被成膜面１１３と第２被成膜面１１４とのそれぞれに所望の膜厚の薄膜を形成可能とする。これにより、プラズマ成膜装置は、基板両面への成膜を効率的に実施することができる。プラズマ成膜装置は、製造工程を集約可能とすることで、デバイスの製造ラインの簡略化、原材料コストの低減、消費電力の低減が可能となる。
図４は、接地電極の構成例を示す平面図である。ここでは、被成膜物１００が載置された接地電極１０３の、第１被成膜面１１３側における平面構成を示している。各開口１１５は、それぞれ共通の矩形をなしている。開口１１５は、二次元方向にマトリクス状に配置されている。座繰り部１１７は、各開口１１５の外縁のうち、互いに対向する二辺に沿って形成されている。被成膜物１００は、座繰り部１１７に載置される。座繰り部１１７は、被成膜物１００を保持する。座繰り部１１７は、例えば、図１に示す接地電極１０３のうち、傾きを持たせて表した部分に相当する。
プラズマ成膜装置は、開口１１５ごとに被成膜物１００を載置することで、一つの成膜工程により複数の被成膜物１００の成膜を実施することができる。なお、被成膜物１００は、第１被成膜面１１３および第２被成膜面１１４のうち膜の部分的な欠損の回避がより望まれる面を、接地電極１０３に載置される側、すなわち下側として配置しても良い。膜の欠損の回避が望まれる面について、パーティクルの落下による成膜の阻害を抑制させ、被成膜物１００全体としてのパーティクルによる影響を低減させることができる。
なお、プラズマ成膜装置は、被成膜物１００を接地電極１０３自体に載置する場合に限られず、例えば、接地電極１０３に接触させた載置手段であるサセプタ等に被成膜物１００を載置することとしても良い。サセプタは、導電性部材を用いて構成されている。本実施の形態に適用されるサセプタには、開口１１５が形成されている。また、この場合、位置調整機構１１６は、当該サセプタの位置を調整する。プラズマ成膜装置は、例えば接地電極１０３自体への被成膜物１００の載置や、接地電極１０３自体の位置調整あるいは開口１１５の形成等が困難な場合でも、当該サセプタを使用することで、本実施の形態の効果を得ることができる。
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２、接地電極１０３、チャンバー１０４、真空ポンプ１０５、第１高周波電源２０１および第２高周波電源２０２を有する。
図５は、本発明の実施の形態２にかかるプラズマ成膜装置の概略構成を示す断面図である。実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１、第２高周波電極１０２、接地電極１０３、チャンバー１０４、真空ポンプ１０５、第１高周波電源２０１および第２高周波電源２０２を有する。
接地電極１０３は、第１電極面１１１と第２電極面１１２との間の中央に被成膜物１００が載置されるように設けられている。第１高周波電源２０１は、第１高周波電極１０１へ高周波電力を供給する。第２高周波電源２０２は、第２高周波電極１０２へ高周波電力を供給する。第１高周波電源２０１および第２高周波電源２０２は、供給する高周波電力が個別に制御される。
第１被成膜面１１３に形成する薄膜を、第２被成膜面１１４に形成する薄膜より厚くする場合、プラズマ成膜装置は、第１高周波電源２０１から供給する高周波電力が、第２高周波電源２０２から供給する高周波電力より高くなるように調整する。また、第２被成膜面１１４に形成する薄膜を、第１被成膜面１１３に形成する薄膜より厚くする場合、プラズマ成膜装置は、第２高周波電源２０２から供給する高周波電力が、第１高周波電源２０１から供給する高周波電力より高くなるように調整する。
プラズマ成膜装置は、本実施の形態においても、被成膜物１００の両面の同時成膜を可能とすることで、製造工程の減少、プロセスの簡易化が可能となる。また、プラズマ成膜装置は、第１高周波電極１０１に供給する高周波電力と第２高周波電極１０２に供給する高周波電力とを適宜調整可能とすることで、第１被成膜面１１３と第２被成膜面１１４とで、互いに異なる膜厚の薄膜を一度に形成することができる。プラズマ成膜装置は、一つの成膜工程により、第１被成膜面１１３と第２被成膜面１１４とのそれぞれに所望の膜厚の薄膜を形成可能とする。これにより、プラズマ成膜装置は、基板両面への成膜を効率的に実施することができる。
なお、プラズマ成膜装置は、実施の形態１の位置調整機構１１６（図１参照）による接地電極１０３の位置調整を、本実施の形態の高周波電力の調整に組み合わせることとしても良い。これにより、プラズマ成膜装置は、第１被成膜面１１３および第２被成膜面１１４に形成する薄膜の膜厚を、多様に制御することができる。
本発明にかかるプラズマ成膜装置およびプラズマ成膜方法は、太陽電池セルのアモルファスシリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜等を成膜する場合に有用である。
１００ 被成膜物
１０１ 第１高周波電極
１０２ 第２高周波電極
１０３ 接地電極
１０４ チャンバー
１０５ 真空ポンプ
１０６ 高周波電源
１０７ ガス供給口
１０８ 排気口
１１１ 第１電極面
１１２ 第２電極面
１１３ 第１被成膜面
１１４ 第２被成膜面
１１５ 開口
１１６ 位置調整機構
１１７ 座繰り部
２０１ 第１高周波電源
２０２ 第２高周波電源
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１１２ 第２電極面
１１３ 第１被成膜面
１１４ 第２被成膜面
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１１６ 位置調整機構
１１７ 座繰り部
２０１ 第１高周波電源
２０２ 第２高周波電源
Claims (5)
- 被成膜物に対向させる高周波電極と、複数の前記被成膜物が載置され、前記被成膜物に接続させる接地電極と、を有し、前記高周波電極と前記接地電極との間に発生させたプラズマを用いて前記被成膜物を成膜するプラズマ成膜装置であって、
前記被成膜物の第１被成膜面に対向させる前記高周波電極である第１高周波電極と、
前記被成膜物のうち前記第１被成膜面の裏側の第２被成膜面に対向させる前記高周波電極である第２高周波電極と、
前記第１高周波電極が備える第１電極面と、前記第２高周波電極が備える第２電極面とに垂直な鉛直方向における前記被成膜物の位置を調整する位置調整機構と、を有し、
前記第１高周波電極、前記第２高周波電極および前記接地電極は、前記第１被成膜面の成膜のための前記第１高周波電極および前記接地電極の間のプラズマと、前記第２被成膜面の成膜のための前記第２高周波電極および前記接地電極の間のプラズマとを、同時に発生させ、
前記位置調整機構は、前記第１高周波電極および前記第２高周波電極の間にて前記鉛直方向へ前記接地電極を移動させることで、前記第１電極面および前記第１被成膜面の間の距離と、前記第２電極面および前記第２被成膜面の間の距離とを調整することを特徴とするプラズマ成膜装置。 - 前記第１高周波電極へ高周波電力を供給する第１高周波電源と、前記第２高周波電極へ高周波電力を供給する第２高周波電源と、を有し、
前記第１高周波電源および前記第２高周波電源は、互いに異なるレベルの高周波電力を供給可能であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ成膜装置。 - 前記接地電極には、前記第２被成膜面を前記第２高周波電極に対向させるための開口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ成膜装置。
- 複数の被成膜物が載置されている接地電極と、前記被成膜物の第１被成膜面に対向する第１高周波電極の間のプラズマと、前記接地電極と、前記被成膜物のうち前記第１被成膜面の裏側の第２被成膜面に対向する第２高周波電極の間のプラズマとを発生させるプラズマ発生工程と、
前記第１高周波電極が備える第１電極面と、前記第２高周波電極が備える第２電極面とに垂直な鉛直方向における前記被成膜物の位置を調整する位置調整工程と、を含み、
前記プラズマ発生工程では、前記第１被成膜面および前記第１高周波電極の間のプラズマと、前記第２被成膜面および前記第２高周波電極の間のプラズマとを、同時に発生させ、
前記位置調整工程では、前記第１高周波電極および前記第２高周波電極の間にて前記鉛直方向へ前記接地電極を移動させることで、前記第１電極面および前記第１被成膜面の間の距離と、前記第２電極面および前記第２被成膜面の間の距離とを調整することを特徴とするプラズマ成膜方法。 - 前記第１高周波電極と前記第２高周波電極とに、互いに異なるレベルの高周波電力を供給することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ成膜方法。
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