JP5811970B2

JP5811970B2 - サンプルホルダ

Info

Publication number: JP5811970B2
Application number: JP2012186281A
Authority: JP
Inventors: 大輔今井; 猿渡　哲也; 哲也猿渡
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2032-08-27
Also published as: JP2014043610A

Description

本発明は、処理対象の基板を搭載してプラズマＣＶＤ装置に格納されるサンプルホルダに関する。

プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法による成膜処理では、通常、成膜処理対象の基板が搭載されたサンプルホルダがプラズマＣＶＤ装置に格納される。そして、放電によって原料ガスをプラズマ化することにより、所望の薄膜を基板表面に形成する。このとき、基板を搭載するサンプルホルダの角（コーナー）部などにおいて放電集中が生じるおそれがある。

この放電集中による異常放電によってプラズマの状態が不安定になることを防止するために、サンプルホルダのコーナー部のエッジをなだらかにして異常放電を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００２−３７３８８８号公報

基板が縦置きされるボートタイプのサンプルホルダにおいても、コーナー部などで放電集中が発生しやすい。放電集中が発生した領域では、その領域だけ成膜レートが上昇して膜厚が他の領域よりも厚くなる場合がある。その結果、基板上に形成される膜の膜厚分布の均一性が悪化するという問題がある。このため、製造歩留まりの低下を抑制するために、放電集中による影響を排除して膜厚分布の均一性をより改善することが望まれている。

本発明は、プラズマＣＶＤ法によって基板上に形成される膜の膜厚分布の均一性を改善できるサンプルホルダを提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、プラズマＣＶＤ装置に格納され、櫛歯状に配置された電極と対向する位置に配置されるサンプルホルダであって、処理対象の基板が搭載される搭載領域が定義された矩形状の基板搭載面を有し、基板搭載面の外縁に沿った領域であって原料ガスのプラズマ化のときに放電集中が発生する領域が、基板搭載面の放電集中が発生しない他の領域と放電集中が発生する領域とで成膜レートが同等であるように、他の領域よりも表面粗さが大きく形成された粗面領域であるサンプルホルダが提供される。

本発明によれば、プラズマＣＶＤ法によって基板上に形成される膜の膜厚分布の均一性を改善できるサンプルホルダを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るサンプルホルダの構成を示す模式的な斜視図である。図１に示したサンプルホルダに基板を搭載した状態を示す模式図である。本発明の第１の実施形態に係るサンプルホルダが複数の基板搭載面を有する例を示す模式図である。図３に示したサンプルホルダを用いたプラズマＣＶＤ装置による成膜処理を説明するための模式図である。本発明の第２の実施形態に係るサンプルホルダの構成を示す模式図である。

図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るサンプルホルダ１０は、図１に示すように、処理対象の基板が搭載される搭載領域１１０が定義された矩形状の基板搭載面１１を有し、基板搭載面１１の外縁に沿った領域の少なくとも一部が、基板搭載面１１の他の領域よりも表面粗さが大きい粗面領域１１１である。

図１に示した基板搭載面１１において、粗面領域１１１を斜線のハッチングを施して示している（以下において同様。）。なお、基板搭載面１１の粗面領域１１１以外の領域を、以下において「通常面領域１１２」という。即ち、図１の基板搭載面１１でハッチングが施されていない領域が通常面領域１１２である。

図１では、基板搭載面１１に定義された搭載領域１１０を破線で囲んで示している。基板搭載面１１に４つの搭載領域１１０が定義されている例を図１に示したが、１つの基板搭載面１１に定義される搭載領域１１０の数は４つに限られることはない。例えば、１つの基板搭載面１１に１つの搭載領域１１０が定義されていてもよい。

サンプルホルダ１０には、図２にも示すように、基板１００が縦方向に搭載される。つまり、基板搭載面１１は垂直方向に延伸する。

粗面領域１１１を有するサンプルホルダ１０を複数並べて１つのサンプルホルダを構成してもよい。例えば、垂直方向に延伸する基板搭載面１１の面法線方向に沿って複数のサンプルホルダ１０が並列に並べられた、図３に示すようなボートタイプのサンプルホルダが使用される。サンプルホルダ１０のそれぞれの底部は固定板１５に固定されている。ボートタイプのサンプルホルダは複数の基板搭載面１１を有するため、１回の処理工程で処理できる基板１００の枚数を増やすことができる。その結果、全体の処理時間を短縮することができる。なお、固定板１５に接するコーナー部には放電集中が生じないため、このコーナー部の周辺を粗面にする必要はない。図３では、粗面領域１１１の図示を省略している。

サンプルホルダ１０は、例えば図４に示すように、成膜処理対象の基板１００を搭載した状態でプラズマＣＶＤ装置１に格納される。プラズマＣＶＤ装置１による成膜処理において、サンプルホルダ１０はアノード電極として使用される。

図４に示したプラズマＣＶＤ装置１は、チャンバー２０と、チャンバー２０内で基板搭載面１１とそれぞれ対向するように配置された複数のカソード面を有するカソード電極３０と、サンプルホルダ１０とカソード電極３０間に交流電力を供給する交流電源４０とを備える。サンプルホルダ１０の基板搭載面１１は、櫛歯状に配置されたカソード電極３０と対向する位置にセットされている。

プラズマＣＶＤ装置１では、ガス供給装置５０からチャンバー２０内に成膜用の原料ガス５００が導入される。原料ガス５００を導入後、排気装置６０によってチャンバー２０内の圧力が調整される。チャンバー２０内の原料ガス５００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源４０によって所定の交流電力がカソード電極３０とサンプルホルダ１０間に供給される。これにより、チャンバー２０内の原料ガス５００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガス５００に含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。

プラズマＣＶＤ装置１において原料ガスを適宜選択することによって、シリコン半導体薄膜、シリコン窒化薄膜、シリコン酸化薄膜、シリコン酸窒化薄膜、カーボン薄膜などの所望の薄膜を基板１００上に形成することができる。例えば、基板１００が太陽電池である場合に、アンモニア（ＮＨ₃）ガスとシラン（ＳｉＨ₄）ガスの混合ガスを用いて、基板１００上に反射防止膜や絶縁膜として窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を形成できる。

サンプルホルダ１０の材料には、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）なども採用可能であるが、成膜処理が例えば４５０℃以上の高温で行われる場合があることなどを考慮して、カーボン材を使用することが好ましい。或いは、導電性セラミックをサンプルホルダ１０に採用してもよい。

物理的に先鋭的な部分がサンプルホルダ１０に存在する場合などに、その部分にコロナ放電による放電集中が発生する。例えば、プラズマＣＶＤ法によって基板に成膜する場合に、基板搭載面１１のコーナー部近傍に放電集中が生じる。この放電集中によってコーナー部近傍での成膜レートが上昇する。その結果、コーナー部近傍の領域の膜厚が他の領域よりも厚くなり、基板上に形成される膜の膜厚分布の均一性が悪化するという問題があった。

しかし、図１に示したサンプルホルダ１０では、基板搭載面１１のコーナー部に一定の範囲で選択的に粗面領域１１１を形成することにより、コーナー部近傍での基板１００の表面での成膜レートを低下させることができる。これは以下の理由による。

即ち、表面粗さが大きい粗面領域１１１を形成することにより、基板搭載面１１のコーナー部の実効的な表面積が増大する。このため、成膜処理工程中での粗面領域１１１での着膜量が増大する。その結果、基板搭載面１１のコーナー部近傍において、基板１００の粗面領域１１１が周囲に配置された領域での着膜量が少なくなり、成膜レートが低下する。粗面領域１１１は、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子を用いたブラスト処理などにより形成される。

また、粗面領域１１１を形成することによる表面積の増大により、コーナー部での放電集中が緩和される効果が生じる。これにより、成膜レートの分布が均一化される。

粗面領域１１１の面積や形状、表面粗さなどは、基板搭載面１１の端部での放電集中によって生じる、端部周辺の領域と他の領域との成膜レートの差に応じて決定される。例えば、成膜レートが大きい領域が広い場合には、その領域を含むように粗面領域１１１の面積が広く決定される。

ただし、放電集中による成膜レートの増大が生じない領域を含んで粗面領域１１１を広く形成しすぎると、通常面領域１１２との境界で粗面領域１１１での成長レートが低くなりすぎ、粗面領域１１１周辺での膜厚が他の領域に比べて薄くなる。一方、粗面領域１１１の領域が狭すぎると、通常面領域１１２との境界で粗面領域１１１での成長レートの低下が不十分になり、粗面領域１１１周辺での膜厚が他の領域に比べて厚くなる。

プラズマＣＶＤ装置１の内部構造などに依存して成膜レートに対する放電集中の影響が異なるため、粗面領域１１１の面積や形状、表面粗さは実験などによって決定することができる。例えば、基板搭載面１１に粗面領域１１１を形成しない場合での成膜レートの分布を実験などによって調査し、その調査結果に基づいて、粗面領域１１１の面積や形状、表面粗さなどを決定する。つまり、放電集中が生じる領域近傍の成膜レートとそれ以外の領域での成膜レートが同等になるように、粗面領域１１１の表面粗さと通常面領域１１２の表面粗さの差が決められる。そして、表面粗さの差に応じて決定された粗面領域１１１の削り量に応じて、サンプルホルダ１０の端部が例えばブラスト処理される。

なお、基板１００に形成される薄膜の膜厚に関して、例えば（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）の値が一定の範囲内になるように、膜厚分布のばらつきが管理される。上記の膜厚分布のばらつきを実現するように、粗面領域１１１の範囲や表面粗さが設定される。

図１には、粗面領域１１１の形状が基板搭載面１１のコーナー部の頂点を直角とする直角三角形状である例を示した。このように粗面領域１１１を形成することは、粗面領域１１１を形成しない場合に基板搭載面１１の中心からコーナー部の頂点に向かって膜厚レートが増大する場合に有効である。

なお、図１に示したように、粗面領域１１１の一部が搭載領域１１０と重なることが好ましい。このように基板１００の配置される領域と隣接する領域に粗面を形成することにより、基板１００上での成膜レートがより効果的に低減される。

以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係るサンプルホルダ１０では、基板搭載面１１に粗面領域１１１を形成することにより、サンプルホルダ１０の端部での放電集中による膜厚レートの増大が緩和される。具体的には、基板搭載面１１のコーナー部の頂点から一定の距離の範囲を粗面領域１１１にする。これにより、粗面領域１１１近傍における基板１００上の成膜レートを他の領域と同等にできる。その結果、サンプルホルダ１０によれば、基板１００上に形成される薄膜の膜厚分布が改善される。

（第２の実施形態）
図１では、基板搭載面１１のコーナー部に粗面領域１１１を形成する例を示したが、粗面領域１１１を形成する領域はコーナー部に限られない。つまり、コーナー部に限らず、放電集中によって成膜レートが増大する領域をブラスト処理して粗面領域１１１としてもよい。

例えば、コーナー部以外でも、基板搭載面１１の外縁では放電集中が生じやすい。このため、基板搭載面１１の外縁からそれぞれ一定の範囲に粗面領域１１１を形成してもよい。より具体的には、図５に示すように、基板搭載面１１の上端部及び左右の側端部からそれぞれ一定の範囲を、基板搭載面１１の外縁に沿って粗面領域１１１とする。

図５に示した粗面領域１１１の範囲や表面粗さは、実験などによって決定することができる。例えば、カソード電極３０の取り付け構造などによって、基板搭載面１１の放電集中する領域は変化する。つまり、カソード電極３０を保持する機構などのチャンバー２０内の構成によって、放電集中する領域は装置毎に異なると考えられる。したがって、実験などによって得られる放電集中する領域に合わせて、粗面領域１１１を決定すればよい。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…プラズマＣＶＤ装置
１０…サンプルホルダ
１１…基板搭載面
１５…固定板
２０…チャンバー
３０…カソード電極
４０…交流電源
５０…ガス供給装置
６０…排気装置
１００…基板
１１０…搭載領域
１１１…粗面領域
１１２…通常面領域
５００…原料ガス

Claims

プラズマＣＶＤ装置に格納され、櫛歯状に配置された電極と対向する位置に配置されるサンプルホルダであって、
処理対象の基板が搭載される搭載領域が定義された矩形状の基板搭載面を有し、前記基板搭載面の外縁に沿った領域であって原料ガスのプラズマ化のときに放電集中が発生する領域が、前記基板搭載面の放電集中が発生しない他の領域と前記放電集中が発生する領域とで成膜レートが同等であるように、前記他の領域よりも表面粗さが大きく形成された粗面領域であることを特徴とするサンプルホルダ。
前記粗面領域の形状が前記基板搭載面のコーナー部の頂点を直角とする直角三角形状であることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホルダ。
前記粗面領域が、前記基板搭載面の前記外縁に沿って前記外縁から一定の範囲に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のサンプルホルダ。
前記粗面領域がブラスト処理により形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のサンプルホルダ。
前記サンプルホルダがカーボンからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のサンプルホルダ。