JP5927619B2

JP5927619B2 - プラズマリアクタ

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Publication number: JP5927619B2
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Inventors: サラバス，アウレル; タハ，アベド・アル・ヘイ; チョーダリー，デベンドラ; クリントボルト，マルクス; エラート，クリストフ
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Priority date: 2010-05-06
Filing date: 2011-04-29
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Description

本発明は、一般的にプラズマリアクタに関する。特に、プラズマリアクタは、大面積基板上の薄膜の（容量結合）プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）に好適である。より具体的には、システムは、多様な光起電力シリコン薄膜の堆積を可能にする。

発明の背景
ＰＥＣＶＤ技術は、薄膜堆積を行なうためにプラズマ処理装置を用いる。一般的に、しばしば無線周波数（ＲＦ）１３．５６Ｈｚ以上である外部発電器からのエネルギは、ガス入口の配列を介して反応チャンバ（プラズマボックスまたはプラズマリアクタ）に送られ、かつ、その中に密閉される前駆体ガス（またはガス混合物）に容量結合または誘導結合される。

最も簡略な容量結合平行平板プラズマリアクタ配列は、真空容器中にプラズマを発生するプラズマ配列として、真空容器中に、真空容器中の閉じられた反応チャンバ内に収容される２つの本質的に平板形状の電極に加えて、ガス入口の配列およびガス排気配列を含む。典型的には、第１の平行平板電極は、ＭＨｚ範囲内の周波数（標準産業周波数である１３．５６ＭＨｚ、または、より好ましくは、上記値の高調波）で駆動され、他方の電極はアースされている。リアクタが確実に純粋な容量モードで動作するように、その外部回路は、駆動周波数でわずかなインピーダンスを有するブロッキングキャパシタを含む。これは一般的に妥当な構成であるが、装置またはリアクタは、イオン注入による表面硬化、プラズマアシストエッチングまたは薄膜堆積などのさまざまなプラズマアシスト処理を行なうために容易に改造することができる。この設計は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および光起電力装置用のマイクロエレクトロニクスにおいて幅広く用いられている。

長年の間、上述の構成は、主にマイクロエレクトロニクスおよびＬＣＤ産業において生まれた需要に対応するために常に開発されてきており、ＰＥＣＶＤを強力かつ十分に確立された方法に変形させる複雑さまでに至った。その精密さは、ＰＥＣＶＤがやはり中心的な役割を果たしているＳｉ系薄膜光起電力装置において認められ、評価されている。ＰＥＣＶＤ技術の大事な地位は、重要なコストに関連している。装置性能の如何なる発展および進歩も、コストおよび利益に大きく影響を及ぼす。ＰＥＣＶＤシステムが以前より１０％速く動作し、工作物当たりのＰＥＣＶＤコストが１ユーロ減少することを想定すると、タクトタイムを通して、ｆａｂスケールでの全体的な影響は２倍から４倍高くなり得る。具体的には、薄膜シリコン太陽電池の分野において、ＰＥＣＶＤ装置またはリアクタにおける堆積速度がいくらかでも上昇すれば、それぞれの太陽電池パネルのコストが低下し、ＰＥＣＶＤ系光起電力パネルから得られる電気の単位コストが減少する。生産コストレベルで太陽エネルギの利益を実現させ、従来の化石エネルギ源との競争力をつけるには、高い堆積速度および良質な層の組合せが必須であることは明らかである。このような理由により、世界的に活発な研究およびエンジニアリング活動は、低コストおよび高性能な光起電力ＰＥＣＶＤ装置の傾向を示している。

市場において競争力をつけたいすべてのＰＥＣＶＤ装置にとっての必要条件は、大面積基板上に均一かつ高品質な膜を速く堆積する能力である。ガスフラックスおよびＲＦパワーなどの広範囲の放出パラメータを変更することのみによる実験用機械のスケールアップの可能性は、非常に限られている。スケールアップの成功は、効率的な機械的設計により、またその中の複雑な物理面を制御する製造業者の能力に、間違いなく結び付いている。ＲＦ励起周波数、基板サイズ、ＲＦパワー分散または反応チャンバ内の放熱に結び付く物理的現象を解消するために、一定の革新的なインプットが必要である。反応ガスの適切な分散、または基板の正確なローディング／アンローディングシステムを確保するために、信頼性があり、効果のある機械的構造が必要である。反応チャンバの不連続性またはエッジによって引起されるような望ましくない効果は、なくすか、実質的に減らす必要がある。

技術分野で知られている問題
簡略性および向上した性能に注目してプラズマリアクタを設計、エンジニアリングすることは、大きな挑戦である。この作業は、しばしば、リアクタの構成を特定の用途またはプロセスに合うように調整することによって簡略化され得る。顧客仕様を超え、かつ長いリストの要件に合うマルチ機能プラットフォームの開発は、いくつかのエンジニアリング上の問題に直面し、時に相反する物理的な課題を解決しなくてはならない。

問題のほとんどは、ｉ）装置の性能、ii）基板寸法、iii）対応しなければならないプロセスの特徴、ならびに、iv）システムの動作およびメンテナンス、の４つの主要な柱の間の複雑な相互作用を反映する。

米国特許第４，７９８，７３９号は、等温反応器に対する効率的な基板ロード／アンロードシーケンスを可能にするプラズマボックス（「ボックス内のボックス（Boxes within box）」）という概念を導入している。さらなる経験が、欧州公開特許第１９５３７９４号で蓄積されており、大寸法を有するプラズマボックスの特定の問題が解決されている。問題のない電気的構成を保守しつつ最適なガス分散を確保するために、いくつかの革新的な要素が米国特許第６，５０２，５３０号に特定されている。膜均一性が、より高いＲＦ励起周波数および大きな基板寸法では課題となる。米国登録特許第６，２２８，４３８号は、電磁波効果および／またはプロセス不均一性を補う補正層を提案している。

本発明の基盤として、既存のコンセプトにおける一連の議題が認識されており、さらなる改善が求められている。以下に、図１を参照して、先行技術設計およびその欠点を述べる。図１は、先行技術のプラズマリアクタの一例を概略的に示す。並列平板型のプラズマリアクタは、外側エンクロージャとして、リアクタ底部壁１１６、リアクタ頂部壁１１０、ならびに側壁１１１および１１２を含む。ロードおよびアンロード設備、ならびにそれぞれの基板ホルダを有する基板は、図示していない。

側壁１１１および／または１１２は、それぞれ排気孔１７，１８を示す。ポンプおよび外部ガス配管は図示していない。容器内には、頂部電極１１３および底部電極１１４が設けられており、後者は基板ホルダまたは受け台として機能してもよい。頂部電極および底部電極はいずれも、ＲＦパワー源に作動可能に接続可能である（図示せず）。リアクタの動作中、分散されたプラズマが、頂部電極１１３と底部電極１１４との間の隙間または反応スペース中で点火し、それによりプラズマゾーン１１５が確立される。このような型のリアクタの等温性を改善し、かつプラズマの閉じ込めを改善するためには、排気グリッド１５および１９が設けられる。プラズマゾーン１１５からそれて、頂部電極１１３の「裏側」には、ガス分散スペース１１６が設けられる。作動ガスは、外側源（図示せず）からガス分散スペース１１６中に送られる。その中に配置されたグリッド１１、１２、１３は、分圧器およびガス分散手段として作用する。このようなリアクタ設計におけるエッジ効果を補うために、隙間１４は、作動ガスの余りがプラズマゾーン１１５の周辺エリアに分散できるようにする。

１．今日のＰＥＣＶＤ生産システムのレイアウトにおいては、アモルファスおよびミクロ／ナノ結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）堆積専用のリアクタが一般的である。しかし、このようなプロセス専用機械には、多数の望ましくない影響がある。１０台の並列運転されるａ−Ｓｉリアクタを有する既知の配列においては、２台のａ−Ｓｉリアクタが故障すると、システムが８０％容量で動作するという結果になる。より多機能のプラズマリアクタまたはプラズマボックスが採用されれば、すなわち、ａ−Ｓｉリアクタをμｃ−Ｓｉモードおよびその逆へと容易に切換えることができれば、生産容量は、９３％を超えたままとなり得る。このような場合、リアクタは柔軟性を増し、冗長性および依存性が減る。メンテナンスおよびサービス、ならびにサプライチェーンおよびストックは簡略化される。このようなシステムの操作員にとって中心的かつ主要な利益は、間違いなく生産時間である。

２．顧客および製品の要件は常に、より要求が高まる傾向にある。あるプロセスについて、膜厚および／または結晶度のずれは、最小化されるべきである。特に、最適な結晶度からの大きなずれは、特に、長方形の基板については基板の対角線に沿って、解消される必要がある。

３．ガスおよび電力消費量は、さらに最適化されるべきである。当業者には、シリコン系ミクロ結晶層が、埃の多いプラズマ領域（regimes）に関連していることが知られている。埃の多い領域（regimes）においては、埃の発生の際に、大量のＳｉＨ₄およびＲＦパワーが失われてしまう。結果的に、必要なＳｉ結晶性を確保するために利用できるＲＦパワーが減り、したがって、堆積した層中にアモルファス領域が現われ得る。これらの損失を補うために、通常、より多くのＲＦパワーが始めからリアクタに供給される。

４．先行技術のリアクタ設計においては、リアクタポンピンググリッド１５、１９が、（プラズマ閉じ込めを通して）堆積速度および膜均一性を改善させるための追加的な方法として用いられている。しかし、これらのグリッドは、静電気効果、局所的なプラズマ性質に影響を及ぼす好ましくないＲＦアース、および、結果的に、膜不均一性といういくつかの欠点の原因ともなり得る。ガスは、最も大きな基板寸法に「沿って」、すなわち、四角形の基板のエッジに沿って送り出されるか、または排気されるため、膜の不均一性の影響を受ける基板エリアが大きくなり得る。局所摂動が、基板エッジから中心に向かってわずか５ｃｍにわたって延在するならば、影響を受けるエリアは、既に基板表面の約９％となり得る。エッジ効果（電信効果、不良なアース、ポンピングの重なりなど）は顕著になり得、基板表面の２０％まで影響を及ぼす可能性がある。これらの効果を補正し、補うためのいくつかの方法が存在する。

５．さらなるグリッドである、フローティングおよびスクリーニンググリッド１１、１２、１３が、頂部電極１１３とリアクタ頂部１１０との間の隙間（ガス分散スペース１１６）の間の電位を容量的に分圧することにより、このスペースにおいて疑似（スプリアス）プラズマをなくすために用いられている。この要件は重要ではあるが、機械によって現在実施されている、ある光起電力プロセスにとってはさほど決定的ではないと思われる。しかし、簡略化は可能である。

性能および能力を改善する必要性から生じた上述の課題は、本発明に従う新たなプラズマリアクタまたはプラズマボックスの設計につながった。

本発明の目的は、プラズマリアクタおよび製造方法であって、図１を利用して例示したように、処理されるべき基板の表面に対するプラズマ処理効果の均質性が改善されることにより、先行技術のリアクタに対して、電力およびガス消費量に対する堆積効率を維持するプラズマリアクタおよび製造方法を提供することである。

これは、本発明に従って、真空容器と、真空容器へのガス入口の配列と、真空容器中にプラズマを発生するプラズマ配列と、真空容器内の基板ホルダと、真空容器から除去されるべきガス用に真空容器の壁に接近し、かつ、ガス入口の配列および基板ホルダから離れている排気配列とを備えるプラズマリアクタにより達成される。排気配列は、壁を通る少なくとも１つの排気孔と、除去されるべきガス流の少なくとも一部を排気孔に入る前に真空容器から分流するように構成された少なくとも１つのガス分流器体とを含む。

上述の目的は、さらに、排気された真空容器中に基板を設ける工程と、基板の表面に沿って分散されるプラズマ放電を発生する工程と、分散されたプラズマ放電中に分散されるガスを吸入して、分散されたプラズマ放電からのガスを、真空容器中の少なくとも１つの排気孔を通して除去する工程と、少なくとも１つの排気孔に接近して設けられ、かつそこから離れている少なくとも１つのガス流ブロッキング分流器体によって、ガス排気孔の排気効果の空間的な分散を選択的に調整することにより、プラズマ放電からのガス流の分散を少なくとも１つの排気孔に向かってその中へと制御する工程とを含む、真空処理された基板を製造するための方法によって解決される。

ここで、本発明をさらに実施例を利用して説明する。実施例からは、本発明に従うプラズマリアクタおよび製造方法のさらなる実施の形態が明らかになるであろう。付随の図面に言及する。これらの図面は以下を示す。

先行技術のプラズマリアクタの概略的な、簡略化した断面図である。図１に類似した図面における、本発明の一実施形態に従うＰＥＣＶＤリアクタの断面図である。本発明に従うプラズマリアクタが設けられ、本発明に従う方法によって活用された際のガス分流器体の一実施形態の概略図を示す図である。図２または図３のガス分流器体の異なる可能な形状の概略図である。本発明に従うプラズマリアクタのさらなる実施形態についての概略的な簡略化した上面図であり、断面図中では、図２に示されるように見え、図３および図４の文脈に沿って記載したようなガス分流器体が設けられてもよい。本発明に従うリアクタにおけるガス分流器体のさらなる実施形態の図２に類似する概略図である。

本発明に従うプラズマリアクタは、たとえば、その中で少なくともＰＥＣＶＤのプロセスを実施するために本発明に従う方法を実施するためには、リアクタ頂部壁２１によって画定される容器中に、リアクタ側壁２３、２４およびリアクタ底部壁２２、電極２５ならびに、基板２６用の基板ホルダ２７を含む。リアクタ底部壁２２または基板ホルダは、電極２５に対するカウンター電極として作用する。少なくとも１つの排気孔、好ましくは、少なくとも２つの排気孔２１０、２９が、側壁２４および２３に設けられ、さらに、図６において動作中に基板２６を用いて示すように、電極２５および／または基板ホルダ２７の近傍に、かつそこから離れて設けられる。ガス分流器体２１８は、制御されていないガス流が排気孔２１０の外に送り出されてしまうという悪影響が、少なくとも実質的に減らされるように、電極２５に近接して配置される。ガス分流器体２１８は、図示するように、棒の形状の側面、特に、以下に記載する設計ルールに従う形状および幾何学的配列を示し得る。ガス分流器体２１８は、金属からなることが好ましいが、誘電材料または、金属および誘電材料の両方の組合せからなってもよい。金属からなるガス分流器体は、基準電位、特にアース電位に設定され得るか、または、規定の電位で動作するリアクタ内のすべての金属部分に対して電気的に絶縁された状態で、したがって、電気的に浮遊に取付けられ得る。

図２のプラズマリアクタは、１．４ｍ²以上の基板２６上のシリコン薄膜のＰＥＣＶＤに特に適している。大量生産に該当する性質および成長速度を有するドープ／アンドープされたアモルファスまたはミクロ結晶光起電力薄膜を堆積することができる。本発明に従うと、得られる膜の物理化学的特性は、全基板エリアにわたって改善された均一性を享受する。本発明は、１０ＭＨｚを超えるＲＦ周波数での容量結合ガス放電に特徴的な、多くの物理的現象を考慮している。

ガス分流器体２１８を有する本発明のプラズマリアクタは、ミクロ結晶シリコンの堆積について、図１の先行技術のプラズマリアクタに関して得られたいくつかの大事な知見に基づいている。

・ポンピンググリッド１５、１９は、むしろ膜均一性を低下させる。その理由は多数ある。

・しかし、ポンピンググリッドを除去すると、リアクタ中に新たなガス流分散および異なる電気的性質が確立されてしまう。

・周辺ガスをプラズマゾーン１１５のエッジ領域に向ける先行技術の隙間１４は、ガスおよびＲＦパワーにおける損失を増大させる。

・図２に例示されるようなプラズマリアクタに従うと、フローティングおよびスクリーニンググリッド１１から１３を減らすか、回避することができる。結果的に、リアクタの構造が大きく簡略化される。

・図１の先行技術のプラズマリアクタにおいては、プラズマリアクタ内のＲＦ波の反射によるスタンティングウェーブ効果が強く、特に、基板のより大きな寸法に沿って、したがって、四角い基板上では基板の対角線に沿って、強い。これは、補正容量層の設計に影響を及ぼす。

・しかし、大幅に、また、大部分の基板表面について、該当する膜性質は、補正層を規定する電極形状の適当な設計によって調整され得る。

上述したような目的に加えて、本発明に従うプラズマリアクタおよび製造方法は、向上した性能を有するさまざまなプラズマアシストプロセスの実施を可能にすることにより、特に、ＰＥＣＶＤプロセスの実施を可能にする。

より詳細には、図２の本発明に従うプラズマリアクタの実施形態に戻ると、プラズマリアクタ２０は、リアクタ頂部壁２１およびリアクタ底部壁２２、ならびに側壁２３、２４を含み、これらのすべては、電気的にアースされていることが好ましい。１３．５６ＭＨｚ以上であり、好ましくは、このような周波数の高調波であるＲＦ周波数信号が、プラズマリアクタ２０に収容されるＲＦ電極２５に供給される。ＲＦ電極２５は、伝導電極体２１４および誘電板２１５を含む。平面の誘電板２１５と向き合う電極体２１４の表面２１６は、その間に体積２１７が囲まれるような、曲線の凹形状を示す。

ＲＦパワー源への接続、およびＲＦ電極２５の設置は、図２には示されていない。基板２６は、図示されていないロード／アンロード機構によって基板ホルダ２７上に載置される。電極２５と、基板２６および／または基板ホルダ２７との間の空間は、プラズマゾーンまたは反応体積２１３と呼ばれる。

プラズマリアクタの容器へのガス入口の配列を有するガス分散配列２８は、カスケード接続され、枝分かれした配管をベースとし、この配管は、リアクタ頂部壁２１の内面の大部分のエリアにわたって、また、ガス分散体積２１２中に、プロセスガスまたはガス混合物の均質な分散を確保する。電極２５は、ガスが、ガス分散体積２１２からプラズマゾーン２１３内へと通過できるように穿孔されている。排気ガスは、ガス排気孔２９および／または２１０を通って排気される。絶縁スペーサ２１１は、頂部壁２１からＲＦ電極２５を分離させる。ガス分散体積２１２の高さは、疑似（スプリアス）／寄生放電が電極２５のプラズマゾーン２１３からそれた表面とリアクタ頂部壁２１の内面との間に起こらないという条件によって規定される。平面の誘電板２１５は、セラミックからなることが好ましく、ガスがプラズマゾーン２１３中に均一に分散されるようにガス孔も設けられる。記載したように、体積２１７は、電極体２１６の凹状表面および誘電板２１５の対向表面によって規定される。図２において、ガス分流器体２１８は、排気孔２１０によって、またそれを通して、プラズマリアクタの容器からの除去されるべきガス流を制御する一方で、さらなるガス分流器体２１９は、プラズマリアクタの容器からの除去されるべきガス流を、さらなる排気孔２９により、またはそれを通して制御する。図２の実施形態においては、ガス分流器体２１８および２１９の両方がリアクタ頂部壁２１に設置され、それぞれの排気孔２９に最も近い電極２５の周囲部のエリアの上側まで、かつそれに接近して突出している。ガス分流器体の異なる設置および位置付けは、以下の説明から明らかになるであろう。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、説明に例示されたガス分流器体に多くの詳細および規模における変更がなされ得ることが、当業者には明らかとなるであろう。たとえば、プラズマゾーン２１３の厚みに相当する、電極２５と基板２６との間の隙間は、通常、３ｍｍと５ｃｍとの間の値を有するが、一般的に、基板２６上に堆積される膜の最適な均一性が達成されるように選ぶことができる。

図３は、ガス分流器体の可能な変形体を、たとえば、図２の実施形態において設けられるガス分流器体２１８、２１９の一方または両方に従って、さらに、以下の説明に記載するガス分流器体について図示する。参照番号３１によって図３に記載されるガス分流器体のサイズおよび位置付けは、いくつかのパラメータによって規定され得る。図３に示すように、図２の実施形態における電極２５のそれぞれのエッジに一致する電極配列３６のエッジと、実際には、ガス流補正器であるガス分流器体３１との間の距離「ａ」は、２ｍｍから４ｍｍ（上限および下限ともに含む）となり、好ましくは、３ｍｍとなる。距離「ｂ」は、３から６ｍｍ（上限および下限ともに含む）となり、好ましくは、５ｍｍとなる。それにより、距離「ｂ」は、電極３６のエッジとガス分流器体３１のエッジとの間の有効距離、すなわち、電極３６のエッジを超えるガス分流器体の突出部を示す。

角度αは、７０から１１０°の間（上限および下限ともに含む）から選ばれ得、９０°が好ましい値である。角度は、図３に示すように、電極３６がそれに沿って接近して設けられるリアクタ壁３２と、ガス分流器体３１との間に規定される。一般的に、本発明に従ってプラズマリアクタに排気配列の一部として設けられ、排気孔を追加的に含むようなガス分流器体は、膜厚を補正するように「ガス保持」またはガス分流効果を確保し、たとえば、基板２６上に堆積された層の結晶体積を改善するように、局所的に結合されていない（locally incoupled）パワーを追加的に補正する。

図４に、ガス分流器体３１についての代替的な断面形状が提案される。この形状は、長方形（ａ）、三角形（ｂ）、折れた歯形状（ｃ）になり得るか、または、短い辺が丸く切り捨てられているか（ｆ）、面取りされているか（ｅ）、もしくは先端が切られている（ｄ）、本質的に長方形の形状を示し得る。したがって、エッジは、平面の凸形状または凹形状を有し得る。

図５の実施形態において、プラズマリアクタの容器３３は、四角い箱の形状である。排気配列は、２つの横並びの排気孔３５および３４を、四角い形状の容器の側壁の一方に含む。断面図においては、この実施形態は、排気配列を除くと、図２の実施形態と同じか、または、図６の実施形態の１つと同じように見え得る。図５における、たとえば、約４０ｃｍの寸法「ｃ」は、たとえば、１．１×１．３ｍ²の基板を処理すると解釈される容器３３の一方の側壁における、また、それに接近する、ポンピングの重なりによって規定される。ガス分流器体３７は、Ａｌなどの金属からなり、アースされ得、たとえば、図２に従う２１または２２のリアクタ頂部壁または底部壁に電気的に接続され得るか、または、たとえば、アース電位などの特定の電位で動作する容器の、および／または容器中の金属部材に対して電気的に絶縁され得る。

「ポンピングの重なり」の効果は、図５を利用して説明され得る。図５は、電極３８およびガス分流器体３７を有する上面図における容器３３の内部を示す。基板は図示されていないが、図２の基板２６および電極２５について見られ得るように、電極３８および基板は、形状が似ており、サイズが同等であり、真空システム内で密接な関係にある。以下の記述は、電極、したがってならびに、基板キャリアおよび基板にも当てはまる。

大面積リアクタ３３については、ポンピングの影響が、容器中の全体の処理該当体積に対して均質に有効でないため、真空下、単一の排気孔ではしばしば十分でない。本質的に均質なポンピング効果は、排気孔から延在する、ある空間角度範囲内の体積についてのみ実現され得る。２つの排気孔３４および３５を、間隔が空いているが、容器３３中で実質的に同じ体積に対して有効であり、かつ、電極３８に近接して、たとえば、本質的に該電極の平面中にあるように配置すると、両方の孔の上記の角度範囲は、リアクタ中の体積の、ある空間エリアに沿って重複するであろう。この重複体積エリアにおいて、プラズマゾーン中に存在するガスは、排気孔３５および３４の両方に「会い」、ポンピング効果および、したがってガス流は、接近する体積エリアよりもこの重複体積エリアにおいての方が顕著となるであろう。

この場合、ガス分流器体３７は、一般的に、特に排気効果が顕著である排気孔の近くにおいて、容器中の二重の排気効果を回避するために、電極３８と相対的に形付けられ、配置されなければならない。ガス分流器体３７の長さは、排気孔３４と３５との距離「ｅ」、ならびに、排気孔３４および３５と最も近くの電極エッジまたは周囲エリア３１３との間の距離「ｄ」に依存して、ガス分流器体３７が、２つの排気孔による有効なポンピングの影響が大きく増大するエリアをブロックまたは隠すように選ばれなければならない。

この関係は、図５に示すように幾何学的に決定され得る。ガス分流器体３７の長さ方向の延在部は、線３９および線３１０の２つの交点と、距離「ａ」で電極エッジ３１３と平行な線との間の距離である。

２つの排気孔の間の距離「ｅ」が６０ｃｍであり、電極エッジ３１３と容器３３の壁との間の距離「ｄ」が７ｃｍ近くであれば、ガス分流器体３７の長さ「ｃ」は約４０ｃｍとなるであろう。幾何学的配置の変形によって、ｃ、ｄ、およびｅ間の関係を本質的に一定にすることにより、本発明のガス分流器体３７をスケールアップおよびスケールダウンすることが可能となるであろう。３つの排気孔を有する排気配列については、たとえば、２つのガス分流器体を、それぞれの値を一対で計算して、上記の指示に従って配置し得る。

図６は、図２に示すようなプラズマリアクタの実施形態に基づき、図３のガス分流器体３１、図２のガス分流器体２１８または図５のガス分流器体３７に従う、ガス分流器体４１の取付のための代替的な構成を示す。一般的に、図２、図３、図４、図５および図６からの適当な実施形態の選択は、プラズマリアクタにより実施されるプロセスの詳細事項に基づく。特に、プロセス圧力は主要な役割を果たす。たとえば、３から１２ｍｂａｒの中間圧力領域（regimes）であれば、ガス分流器体の長さを基板の全長まで伸ばすことと、図６（ｅ，ｆ）に図示するような適当な実施形態とが必要となるであろう。図６（ｅ）においては、電気的に「浮遊な（floating）」ガス分流器体がリアクタ底部に取付けられ、アースおよび絶縁されたガス分流器体の組合せが、図６（ｆ）に示される。構成とは無関係に、ガス分流器体の位置、サイズおよび形状は、ガス排気孔３５、３４の位置に関する情報が、基板エッジに沿ってすべて「消える」、すなわち、ポンピングの重なりの効果が消失する、という条件を満たさなければならない。さらに、追加的に、ガス分流器体の近傍のオーミックプラズマ加熱は、堆積された膜の必要なガス解離速度および性質を確保しなければならない。

本発明に従うリアクタにより得られる堆積されたシリコン薄膜は、偏光回折法、ラマン分光法、フーリエ変換赤外分光法およびフーリエ変換光電流分光法の手段によって分析されている。これらの技術により、高品質の光起電力層が、大幅により高い堆積速度で得られ得ることが確認された。表１（下記）は、本発明に従うシステムおよび図１のような以前のバージョンのプラズマリアクタまたはプラズマボックスにより得られた、アモルファスおよびミクロ結晶光起電力シリコン膜の堆積速度、膜均一性および結晶体積を比較している。まとめると、上述の対策により、Ｓｉ層の結晶度に対する制御が大きく改善し、厚み不均一性が減り、全基板エリアにわたってより高い堆積速度が確保される。同時に、先の欠点はなくなるか、または実質的に減った。

上記から明らかであるように、本発明は、
Ａ）真空容器と、上述の真空容器へのガス入口の配列と、真空容器中にプラズマを発生するプラズマ配列と、真空容器内の基板ホルダと、真空容器から除去されるべきガス用に真空容器の壁に接近しており、かつ、ガス入口の配列および基板ホルダから離れている排気配列とを備え、排気配列は、壁を通る少なくとも１つの排気孔と、上記の除去されるべきガス流の少なくとも一部を排気孔に入る前に真空容器から分流するように構成された少なくとも１つのガス分流器体とを含む、プラズマリアクタである。

Ａ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｂ）においては、上述の真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、上述の少なくとも１つのガス排気配列は、上述の側壁に接近して設けられており、上述のプラズマを発生する上述のプラズマ配列は、上述の頂部壁および上述の底部壁の一方に沿って延在する電極表面と、上述の側壁から離れた電極表面周囲部とを有する電極を含み、上述のガス分流器体は、上述の排気配列に最も近い上述の電極表面周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている。

Ｂ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｃ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の電極表面は四角い形状である。

Ｂ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｄ）においては、上述のガス分流器体は、棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の電極表面周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の電極表面周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｄ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｅ）においては、上述の容器は四角い箱の形状であり、上述の電極表面は四角い形状である。

Ａ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｆ）においては、上述の真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、上述の少なくとも１つのガス排気配列は、上述の側壁に接近して設けられており、上述の基板ホルダは、上述の頂部壁および上述の底部壁の一方に沿って延在し、かつ、上述の側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、上述のガス分流器体は、上述の排気配列に最も近い上述の基板ホルダ周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている。

Ｆ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｇ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダは四角い形状である。

Ｆ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｈ）においては、上述のガス分流器体は棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｈ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｉ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダは四角い形状である。

Ｂ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｊ）においては、上述の基板ホルダは、上述の頂部壁および上述の底部壁のうち他方に沿って延在し、かつ、上述の側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、上述のガス排気配列は、上述の排気配列に最も近い上述の基板ホルダ周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成される第２の上述のガス分流器体を含む。

Ｊ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｋ）においては、上述の容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダおよび上述の電極表面は四角い形状である。

Ｊ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｌ）においては、上述の第２のガス分流器体は、棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｌ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｍ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダおよび上述の電極表面は四角い形状である。

Ａ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｎ）においては、上述の排気配列は、上述の排気孔を少なくとも２つ含み、上述の少なくとも１つのガス分流器体は、実質的に上述の除去されるべきガス流のみを、上述の少なくとも２つの排気孔の一方に向かって、または上述の少なくとも２つの排気孔の他方に向かって分流するように構成されている。

Ｎ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｏ）においては、上述の真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、上述の少なくとも１つのガス排気配列は、上述の側壁に接近して設けられており、上述のプラズマを発生する上述のプラズマ配列は、上述の頂部壁および上述の底部壁の一方に沿って延在する電極表面と、上述の側壁から離れた電極表面周囲部とを有する電極を含み、上述のガス分流器体は、上述の排気配列に最も近い上述の電極表面周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている。

Ｏ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｐ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の電極表面は四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

Ｏ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｑ）においては、上述のガス分流器体は棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の電極表面周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の電極表面周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｑ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｒ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の電極表面は四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

Ｎ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｓ）においては、上述の真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、上述の少なくとも１つのガス排気配列は、上述の側壁に接近して設けられており、上述の基板ホルダは、上述の頂部壁および上述の底部壁の一方に沿って延在し、かつ、上述の側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、上述のガス分流器体は、上述の排気配列に最も近い上述の基板ホルダ周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている。

Ｓ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｔ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダは四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

Ｓ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｕ）においては、上述のガス分流器体は棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｕ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｖ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダは四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

Ｏ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｗ）においては、上述の基板ホルダは、上述の頂部壁および上述の底部壁のうち他方に沿って延在し、かつ、上述の側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、上述のガス排気配列は、上述の排気配列に最も近い上述の基板ホルダ周囲部のエリアを通過した上述の除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成される第２の上述のガス分流器体を含む。

Ｗ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｘ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の基板ホルダは四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

Ｗ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｙ）においては、上述の第２のガス分流器体は棒の形状であり、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、上述の排気孔に最も近い上述の基板ホルダ周囲部と上述の排気孔との間の上述の真空容器のスペース中の上述の排気孔から離れて配置されている。

Ｙ）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｚ）においては、上述の真空容器は四角い箱の形状であり、上述の電極表面は四角い形状であり、上述の排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている。

実施形態Ｄ）、Ｅ）、Ｌ）、Ｍ）、Ｏ）、Ｒ）、Ｙ）またはＺ）の１つに基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｚ１）においては、上述の棒の形状のガス分流器体は、上述の電極表面を越えて距離「ａ」だけ突出し、距離「ａ」には、
２ｍｍ≦ａ≦４ｍｍ
の有効範囲があり、
上述のガス分流器体は、上述の表面から距離「ｂ」だけ離れており、距離「ｂ」には、
３ｍｍ≦ｂ≦６ｍｍ
の有効範囲がある。

Ｚ１）に基づいて記載したリアクタの一実施形態Ｚ２）においては、上述の電極表面を越えて突出した上述の棒形状のガス分流器体の端部は、平坦状、凸状に湾曲状、および棒状に湾曲状のうち１つである。

実施形態Ｈ）、Ｉ）、Ｌ）、Ｍ）、Ｕ）、Ｖ）、Ｙ）またはＺ）の１つに基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｚ３）においては、上述の棒の形状のガス分流器体は、上述の基板ホルダ周囲部を越えて距離「ａ」だけ突出しており、距離「ａ」には、
２ｍｍ≦ａ≦４ｍｍ
の有効範囲があり、
上述のガス分流器体は、上述の基板ホルダ周囲部から距離「ｂ」だけ離れており、距離「ｂ」には、
３ｍｍ≦ｂ≦６ｍｍ
の有効範囲がある。

Ｚ３）に基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｚ４）においては、上述の電極表面を越えて突出した上述の棒形状のガス分流器体の端部は、平坦状、凸状に湾曲状、および棒状に湾曲状のうち１つである。

実施形態Ａ）からＺ４）のいずれか１つに基づいて記載したようなリアクタの一実施形態Ｚ５）においては、上述の少なくとも１つのガス分流器体は金属からなり、上述のリアクタの金属部に電気的に接続されているか、または、上述のリアクタのいずれのさらなる金属部からも電気的に絶縁されている。

Claims

真空容器と、前記真空容器へのガス入口の配列と、前記真空容器中にプラズマを発生するプラズマ配列と、前記真空容器内の基板ホルダと、前記真空容器から除去されるべきガス用に前記真空容器の壁に接近して設けられ、かつ、前記ガス入口の配列および前記基板ホルダから離れている排気配列とを備え、前記排気配列は、前記壁を通り、間隔を空けられた少なくとも２つの排気孔と、前記真空容器から除去されるべきガス流のみを、前記少なくとも２つの排気孔の一方または他方のいずれかに向かって分流するように構成された少なくとも１つのガス分流器体とを含み、前記少なくとも１つのガス分流器体は、一方向に延びるバーの形状を有する、プラズマリアクタ。
前記真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、前記少なくとも１つのガス排気配列は、前記側壁に接近して設けられており、前記プラズマを発生する前記プラズマ配列は、前記頂部壁および前記底部壁の一方に沿って延在する電極表面と、前記側壁から離れた電極表面周囲部とを有する電極を含み、前記ガス分流器体は、前記排気配列に最も近い前記電極表面周囲部のエリアを通過した前記除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は四角い箱の形状であり、前記電極表面は四角い形状である、請求項２に記載のプラズマリアクタ。
前記ガス分流器体は、前記排気孔に最も近い前記電極表面周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、前記排気孔に最も近い前記電極表面周囲部と前記排気孔との間の前記真空容器のスペース中の前記排気孔から離れて配置されている、請求項２に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、前記少なくとも１つのガス排気配列は、前記側壁に接近して設けられており、前記基板ホルダは、前記頂部壁および前記底部壁の一方に沿って延在し、かつ、前記側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、前記ガス分流器体は、前記排気配列に最も近い前記基板ホルダ周囲部のエリアを通過した前記除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は四角い箱の形状であり、前記基板ホルダは四角い形状である、請求項５に記載のプラズマリアクタ。
前記ガス分流器体は、前記排気孔に最も近い前記基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、前記排気孔に最も近い前記基板ホルダ周囲部と前記排気孔との間の前記真空容器のスペース中の前記排気孔から離れて配置されている、請求項５に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、前記少なくとも１つのガス排気配列は、前記側壁に接近して設けられており、前記プラズマを発生する前記プラズマ配列は、前記頂部壁および前記底部壁の一方に沿って延在する電極表面と、前記側壁から離れた電極表面周囲部とを有する電極を含み、前記ガス分流器体は、前記排気配列に最も近い前記電極表面周囲部のエリアを通過した前記除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は四角い箱の形状であり、前記電極表面は四角い形状であり、前記排気配列は、四角い箱の４つの側壁の１つに接近して設けられている、請求項８に記載のプラズマリアクタ。
前記ガス分流器体は、前記排気孔に最も近い前記電極表面周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、前記排気孔に最も近い前記電極表面周囲部と前記排気孔との間の前記真空容器のスペース中の前記排気孔から離れて配置されている、請求項８に記載のプラズマリアクタ。
前記真空容器は、頂部壁および底部壁、ならびに側壁を含む箱の形状であり、前記少なくとも１つのガス排気配列は、前記側壁に接近して設けられており、前記基板ホルダは、前記頂部壁および前記底部壁の一方に沿って延在し、かつ、前記側壁から離れた基板ホルダ周囲部を有し、前記ガス分流器体は、前記排気配列に最も近い前記基板ホルダ周囲部のエリアを通過した前記除去されるべきガス流を選択的に分流するように構成されている、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
前記ガス分流器体は、前記排気孔に最も近い前記基板ホルダ周囲部の横に沿って、かつそこから離れて配置され、さらに、前記排気孔に最も近い前記基板ホルダ周囲部と前記排気孔との間の前記真空容器のスペース中の前記排気孔から離れて配置されている、請求項１１に記載のプラズマリアクタ。
前記少なくとも１つのガス分流器体は金属からなり、前記プラズマリアクタの金属部に電気的に接続されているか、前記プラズマリアクタの如何なるさらなる金属部からも電気的に絶縁されている、請求項１から１２のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
排気された真空容器中に基板を設ける工程と、前記基板の表面に沿って分散されるプラズマ放電を発生する工程と、前記プラズマ放電中に分散されるガスを吸入して、前記プラズマ放電からのガスを、前記真空容器中の間隔を空けられた少なくとも２つの排気孔を通して除去する工程と、前記排気孔に接近して設けられ、かつそこから離れている少なくとも１つのガス流ブロッキング分流器体によって、前記少なくとも２つのガス排気孔の排気効果の空間的な分散を選択的に調整することにより、前記プラズマ放電からのガス流の分散を前記少なくとも２つの排気孔に向かってその中へと制御する工程とを含み、前記少なくとも１つのガス流ブロッキング分流器体は、一方向に延びるバーの形状を有する、真空処理された基板を製造するための方法。