JP5817646B2 - サンプルホルダ - Google Patents

Description

本発明は、処理対象の基板を搭載してプラズマ処理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）法による成膜処理工程では、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成膜装置に格納される。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）部における放電集中によって異常放電が生じるおそれがある。

この異常放電によってプラズマＣＶＤ成膜装置の電極が損傷するなどして処理が停止することを防止するために、サンプルホルダの角部での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

サンプルホルダの角部における放電集中により、基板のサンプルホルダの角部に近い領域に形成される薄膜の膜厚が厚くなり、基板上の膜厚分布の幅が大きくなるという問題が生じる。その結果、製品の特性が劣化し、製造歩留まりが低下する。

上記問題点に鑑み、プラズマＣＶＤ法による成膜処理工程における、基板上に形成される薄膜の膜厚分布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、プラズマ処理装置に格納され、櫛歯状に配置された電極と対向する位置にセットされて、互いに隣接する２つの電極と電極同士を連結する櫛の柄部とによって上部端面が囲まれるサンプルホルダであって、処理対象の基板を搭載する搭載領域が定義された搭載面を有し、搭載面の面取り開始位置から面取り終了位置までサンプルホルダの厚みが徐々に薄くなるように搭載面における前記柄部に対向する前記上部端面である外縁の角部がＣ面取り又はＲ面取りされ、搭載領域と面取り開始位置とでサンプルホルダの厚みが一定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法による成膜処理工程における、基板上に形成される薄膜の膜厚分布を改善できるサンプルホルダを提供できる。

本発明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。 本発明の実施形態に係るサンプルホルダの他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の側面図である。 図２に示したサンプルホルダの側面図である。 本発明の実施形態に係るサンプルホルダが複数の搭載面を有する例を示す模式図である。 図５に示したサンプルホルダを用いたプラズマＣＶＤ成膜装置による成膜処理を説明するための模式図である。 比較例のサンプルホルダの構成を示す模式図である。 図７に示したサンプルホルダの成膜処理工程後の状態を示す写真である。 本発明の実施形態に係るサンプルホルダの成膜処理工程後の状態を示す写真である。

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。

本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１１は、処理対象の基板を搭載してプラズマ処理装置に格納されるサンプルホルダであって、図１及び図２に示すように、基板を搭載する搭載領域１１１が定義された垂直方向に延伸する搭載面１１０を有し、丸印で囲んで示した搭載面１１０の外縁の角部（以下において「角部Ａ」という。）が面取りされている。図１は、搭載面１１０の角部ＡがＣ面取りされている例である。一方、図２は、搭載面１１０の角部ＡがＲ面取りされている例である。なお、図１及び図２では１つの搭載面１１０に３つの搭載領域１１１が定義されている例を示したが、１つの搭載面１１０に定義される搭載領域１１１の数は３つに限られることはなく、例えば１つの搭載面１１０に１つの搭載領域１１１が定義されていてもよい。

図３に、基板１が搭載された搭載面１１０の上部端面の両側の角部ＡがＣ面取りされている具体例を示す。図３に示した角部Ａは、角部Ａを構成して隣接する２辺の延長線の交点から長さｔでＣ面取りされている。

図４に、基板１が搭載された搭載面１１０の上部端面の両側の角部ＡがＲ面取りされている具体例を示す。図４に示した角部Ａは、半径ｒの円弧を描くようにＲ面取りされている。

なお、基板１が搭載されるサンプルホルダ１１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、図５に示すように、搭載面１１０の面法線方向に沿って複数のサンプルホルダ１１が並列に並べられたボートタイプのサンプルホルダを採用できる。サンプルホルダ１１のそれぞれの底部は固定板１０１によって固定されている。ボートタイプのサンプルホルダにより、１回の成膜処理工程で処理できる基板１の枚数を増やすことができ、その結果、全体の処理時間を短縮することができる。

サンプルホルダ１１は、例えば図６に示すように、成膜処理対象の基板１を搭載した状態でプラズマＣＶＤ成膜装置１０に格納される。図６に示した例では、サンプルホルダ１１はアノード電極として使用される。プラズマＣＶＤ成膜装置１０は、チャンバー２０と、チャンバー２０内で搭載面１１０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１２と、サンプルホルダ１１とカソード電極１２間に交流電力を供給して、サンプルホルダ１１とカソード電極１２間において原料ガス１００をプラズマ状態にする交流電源１４とを備える。即ち、サンプルホルダ１１は、プラズマ処理装置に格納され、櫛歯状に配置された電極と対向する位置にセットされる。

プラズマＣＶＤ成膜装置１０では、ガス供給装置１３からチャンバー２０内に成膜用の原料ガス１００が導入される。原料ガス１００を導入後、排気装置１５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１００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源１４によって所定の交流電力がカソード電極１２とサンプルホルダ１１間に供給される。これにより、チャンバー２０内の原料ガス１００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１を曝すことにより、原料ガス１００に含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１の露出した表面に形成される。

プラズマＣＶＤ成膜装置１０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１上に形成することができる。例えば、基板１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１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１１の搭載面１１０の角部Ａを面取りすることにより、プラズマＣＶＤ法による成膜処理工程における、搭載面１１０の角部Ａでの放電集中を緩和できる。その結果、角部Ａでの放電集中に起因する膜厚分布の異常を抑制して基板１上に形成される薄膜の膜厚分布を改善できる。

例えば図７に示すような角部Ａを面取りしていないサンプルホルダ１１Ａを用いて成膜処理を行った結果を、図８に示す。図８に示すように、サンプルホルダ１１Ａの搭載面１１０の角部Ａには白く見えるように薄膜が厚く堆積した。一方、角部ＡをＲ面取りしたサンプルホルダ１１を用いて成膜処理を行った場合には、図９に示すようにサンプルホルダ１１の搭載面１１０の角部Ａと他の領域とで外観に差はなく、堆積する膜の膜厚が搭載面１１０の表面で一様であることが確認された。また、角部ＡをＣ面取りしたサンプルホルダ１１においても同様の効果が得られることを確認した。

基板１に形成される薄膜の膜厚に関して、（最大値−最小値）／（最大値＋最小値）の値を膜厚分布のばらつきとして管理する場合、例えば３％が上限とされる。図７に示したサンプルホルダ１１Ａを用いて成膜処理を行った場合に、基板１に成膜された薄膜のばらつきは５％程度であった。一方、角部Ａを面取りしたサンプルホルダ１１を用いて成膜処理を行った場合は、基板１に成膜された薄膜のばらつきは３％以内であり、良好な場合には１％以下であった。なお、基板１には膜厚８０ｎｍのＳｉＮｘ膜を形成した。

サンプルホルダ１１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１１に採用してもよい。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係るサンプルホルダ１１によれば、搭載面１１０の角部Ａを面取りすることにより、プラズマ発生時の放電集中を緩和することができる。これは、物理的に先鋭的な部分が存在する場合、コロナ放電による放電集中が発生するが、本発明の実施形態の構造を用いることにより、放電集中を回避できることが判明したことによる。その結果、基板１上に形成される薄膜の膜厚分布を改善することが可能なサンプルホルダ１１を提供できる。

なお、本発明者らの調査により、例えば搭載面１１０の面積が２００ｍｍ×２００ｍｍであり、膜厚が２ｍｍのサンプルホルダ１１では、Ｃ面取りする長さｔが１ｍｍ〜３ｍｍの場合、及び、Ｒ面取りする半径ｒが１ｍｍ〜５ｍｍの場合に、搭載面１１０の角部Ａにおける放電集中を緩和する効果が得られることが確認された。なお、角部Ａの面取りにおいては、搭載面１１０の外縁の辺が延伸する方向だけでなく厚み方向にも面取りすることにより、角部Ａに先鋭部がないようにする。このため、各コーナーの頂点部は滑らかな球面状になっている。基板１が搭載されていない面については、面取りをする必要はない。

（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。

既に述べた実施形態の説明においては、サンプルホルダ１１をプラズマＣＶＤ成膜膜装置による成膜処理に使用する場合を説明した。しかし、サンプルホルダ１１をプラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置などのプラズマ処理装置に使用することにより、搭載面１１０の角部Ａに放電集中することによる処理工程への悪影響を抑制することができる。

このように、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…基板
１０…成膜装置
１１…サンプルホルダ
１２…カソード電極
１３…ガス供給装置
１４…交流電源
１５…排気装置
２０…チャンバー
１００…原料ガス
１０１…固定板
１１０…搭載面
１１１…搭載領域
Ａ…角部

Claims (5)

1. プラズマ処理装置に格納され、櫛歯状に配置された電極と対向する位置にセットされて、互いに隣接する２つの前記電極と前記電極同士を連結する櫛の柄部とによって上部端面が囲まれるサンプルホルダであって、
   処理対象の基板を搭載する搭載領域が定義された搭載面を有し、
   前記搭載面の面取り開始位置から面取り終了位置まで前記サンプルホルダの厚みが徐々に薄くなるように前記搭載面における前記柄部に対向する前記上部端面である外縁の角部がＣ面取り又はＲ面取りされ、
   前記搭載領域と前記面取り開始位置とで前記サンプルホルダの厚みが一定である
   ことを特徴とするサンプルホルダ。
2. 前記角部が、前記角部を構成して隣接する２辺の延長線の交点から１ｍｍ〜３ｍｍの長さでＣ面取り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。
3. 前記角部が、半径が１ｍｍ〜５ｍｍの円弧を描くようにＲ面取り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。
4. 前記搭載面に複数の前記搭載領域が定義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。
5. 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。