JP6433502B2 - プラズマ反応容器及び組立体並びにプラズマ処理を実行する方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板上にプラズマ蒸着を施すために使用され得るプラズマ反応容器に関する。多数の基板の上面及び下面が、基板キャリア又はこのプラズマ反応容器の任意の他の部分によって接触されないように、このプラズマ反応容器は、３つの電極と、基板を保持するために構成されている１つの基板キャリアとを有する。さらに、本発明は、プラズマ反応容器の組立体に関し、プラズマ処理を実行する方法に関する。

図１は、従来のプラズマコンデンサ処理反応容器１００を示す。第１平面電極が、基板１１に面している金属板２を有する。第１電極２が、入口３を通じてＲＦ電圧を供給され、接地されたライナー４によって包囲されている。今日のＰＥＣＶＤ反応容器は、分散された複数の矢印９９によって示されたように、この第１電極を通じて当該ＰＥＣＶＤ反応容器のプロセスガスを供給する。金属バックプレート８は、平行板コンデンサの第２電極である。基板１１が、その面１によって第２電極に接触するように金属バックプレート８上に設置されている。図１に示されているように、基板１１の露出面１′が、プラズマ５に曝されたバックプレート８の表面とほぼ同一平面を成して連続しているように、基板１１が、バックプレート８内に提供された凹部１０内に挿入され得る。凹部１０は、幾何学的な段差のないプラズマ境界を維持することを可能にする。しかし、多くのＰＥＣＶＤの加工用具では、当該基板は、（熱が供給されるときは）サセプタ又は（ウエハを平らにしようとするときは）チャックと時々呼ばれる平らなバックプレート上に平置きされるだけである。バックプレート８は、コネクタ９を通じて電気的に接地されている。ＲＦ入口３とコネクタ９とは反転され得る。電極２と電極８との間の電位差が保証される場合、ＲＦ電力が、２つの電極２，８のどちらに供給されるかに関しては、自由度がある。ほとんどの従来のプラズマ処理に関しては、当該供給されるＲＦ出力は、１３．５６ＭＨｚの標準周波数にある。しかし、（１００ＭＨｚに及ぶ）より高い周波数が、シリコンに基づくＰＥＣＶＤのために使用される傾向がある。プラズマ５は、低い圧力のバックグラウンドガスのイオン化粒子から成る。ＰＥＣＶＤ蒸着に対しては、このプラズマは、反応性ガスから成る。プラズマ５は、プラズマコンデンサギャップの中央領域内に位置される。最初に概要を述べると、プラズマスラブ５は、それ自体がＤＣ成分とＲＦ成分との重ね合わせであるプラズマ電位と呼ばれる所定の単一電圧にある導電性のブロックとみなされ得る。プラズマの自由電子密度が、プラズマ境界６，７又はシース内で劇的に低下し、一次元では、プラズマ境界６，７は、静電容量式にＲＦ電流によって通電される非導電性の空乏層とみなされ得る。従来の構成では、基板１１が、バックプレート８に接触するように設置されていて、基板１１の裏面とバックプレート電極８との間の空間は、事実上ゼロである。当該接触に起因して、基板１１のＲＦ電圧は、バックプレート８の隣接面上の電圧と同じである。ここでは、当該基板に通電するＲＦ電流に関連するその他のインピーダンスが実際に無視できることが示唆されている。境界面１でのこの機械的な接触は、シース６の境界で設定する電圧の良好な連続性を提供する。しかしながら、当該接触に起因して、当該基板の裏面が、幾つかの領域内でバックプレート８と実際に摩擦接触している。

デバイス性能が、境界面の汚染に対して敏感であるので、標準的な処理技術では、当該基板が、低圧処理システムのロードロック内へのその差し込み前に入念に洗浄される（湿式工程）。当該基板は、大気搬送中に米国特許第４９６９６７６号明細書に記載されたようなベルヌーイ効果を利用した非接触式のピックアップ装置によって、又は当該基板の専ら縁部上に位置する限定された領域（能動（アクティブ型）装置に対して立ち入り禁止である接触領域）内だけで当該基板を把持することによって処理され得る。当該基板が、低圧処理装置の内部にあり、当該基板が、ＲＦプラズマに曝される必要がある場合、当該基板を金属製のカウンタープレート上に設置することは、当該基板の後の電圧を慎重に設定するために一般的な工程である。さらに、プラズマコンデンサでは、ＲＦ電流が、平行な電極面に対して横向きに流れる。そして、当該基板に通電するＲＦ電流のための接地電極及び復路を提供することが必要である。当該基板の裏面と当該カウンタープレートとの間の物理的な接触が、化学汚染物質又は粒子を移動させて当該基板を汚染するのに十分であることが難点である。この汚染は、当該基板の裏面の任意のさらなる処理を危険な状態にし得る。この点では、２つの選択肢がある。第１の解決策は、一方の面をコーティングした後に、基板を大気中に戻し、この基板を裏返し、その裏面を十分に洗浄し、この基板の他方の面をさらに処理するために低圧システム内へ再び装填することである。真空処理が、時間を浪費するロードロック操作並びに加熱／冷却及び脱気に関して多大な差し込みコストを有するので、１つの真空システムにおいて２つのパスを有するこのような処理シーケンスは、高い生産コストを伴う。第２の解決策は、裏面の汚染の危険と、場合によっては低下するデバイス性能とを甘受することである。ウエハが、バックプレート上に設置されている間に、このウエハの上面が蒸着された後に、生産工具の内部取り扱い装置が、このウエハを裏返し、このウエハの他方の面に対して当該処理を続ける。このことは、欧州特許第２３３３８１４号明細書に記載されたような処理シーケンスである。留意すべきは、薄いシリコンウエハのような壊れやすい材料の断片が、破損の確率に関してむしろ危険である点である。この破損の危険に対する主な理由のうちの１つの理由は、大気中での振動が減衰されないことに起因する。

ヘテロ接合型太陽電池の製造が、米国特許第５０６６３４０号明細書及び米国特許第６２０７８９０号明細書に開示されている。基本的にヘテロ接合型太陽電池のための製造方法は、良質な薄い結晶又は多結晶のシリコンウエハから開始する。このウエハは、適度にドープされ得る。このウエハをフォトダイオードに変えるため、アモルファスシリコンから成る複数の層が、一方の面上のｐ型ドーピング（ホウ素ドープ）と、対向する面上のｎ型ドーピング（リンドープ）とによって蒸着される。その結果、ヘテロ接合型太陽電池が、シリコンウエハから成長される。当該ウエハの最初の仕上げ面が、ＰＥＣＶＤ成長後にデバイス構造のコア中に深く埋め込まれる。当該デバイスは、ウエハの表面に最初に付着され得る任意の欠陥又は不純物に対して非常に敏感であることが、このことから容易に分かる。結晶シリコンを母材としたウエハをコーティングする前に、当該ウエハの表面が、極めて良好に洗浄されることが非常に重要である。この洗浄では、いわゆるエッチング／パッシベーション処理が、湿式洗浄シーケンスの終了時に施される。当該フッ素をベースとしたエッチングは、ウエハの酸化表面を除去し、洗浄され且つ完全に整列されたシリコン結晶の水素飽和面を残す。当該水素をベースとしたパッシベーションは、綺麗な空気中で数分間持ち堪えることが知られている。当該シリコンは、間もなく再び酸化する、及び／又は、ガス状の不純物が、当該半導体の表面上で化学吸着する。このため、当該シリコン基板は、その最後のエッチングによる湿式洗浄の直後に直ちにロードロック内へ導入され、洗浄真空機内に保持されなければならない。

シリコンウエハが、真空システム内へ導入され、基板ホルダ又は静電チャック上に設置されたままである場合、このシリコンウエハは、その支持部に物理的に且つ化学的に接触する。このシリコンウエハの支持部とのこの物理的で且つ化学的な接触に起因して、シリコンウエハの表面にとって重大な危険がある。さらに、当該ウエハの両面上の全ての処理が、１つの真空シーケンス中に完了されるならば有益である。さもなければ、当該ウエハの一方の面がコーティングされた場合に、当該基板が、空気中に戻されたときに、他方の面のエッチング・洗浄・パッシベーションが、破損され、（既にコーティングされたウエハを湿式エッチングすることによる破損の危険を伴って）再び処理される必要がある。

ここでは、基板の裏面とバックプレートとしての第２電極との間の隙間を維持する比較的簡単な解決策を説明する。図２ａは、基板１１とバック電極８との間の第１隙間１２を有するプラズマ反応容器の一部を示す。この場合、基板１１が、電極８に電気接触して基板キャリア１３内に保持されている。この構成では、この基板の裏面が、基板キャリア１３の端部接触部１３′だけを介して電極８に機械接触している。しかしながら、基板１１の本体が、この電極１１の裏面に面している電極８と静電容量性の関係にある。この基板の上面が、プラズマシース６から成るプラズマ５に曝されている。この構成では、横方向に流れるＲＦ電流が、真空コンデンサとしてのプラズマシース６を最初に横切り、次いで基板１１を横切る。ここでも、基板１１を横切るＲＦ電流に対する抵抗（又は容量性インピーダンス）が無視される。当該ＲＦ電流は、第１隙間１２によって構成された他のコンデンサも横切らなければならない、又は場合によっては当該基板内を水平方向に流れなければならない。

図２ｂは、図２ａに示されたプラズマ反応容器の等価ＲＦ回路を示す。この等価回路には、プラズマシース６′と第１隙間１２とが、コンデンサＣ_ｓ及びＣ_ｇによってそれぞれ示されている。基板１１の表面に沿った電流の移動が、Ωスクウェアで示された抵抗シートＲ_□によって記載されている。当該プラズマのＲＦ電位が、導電線１５によって示されている。接触抵抗Ｒ_ｃが、基板１１と基板キャリア１３の端部接触部１３′との間の電気接触を示している。この基板の保持機構が、当該ウエハの縁部での接触面を最小にするように配置されているので、Ｒ_ｃが、非常に大きく、当該ＲＦ電流のうちの無視できる一部の電流だけが、当該接触点に通電すると仮定するのが妥当である。それ故に、最初の概算では、当該基板が浮かんでいるとみなし得る。このような場合には、プラズマ５，１５間と接地８，１３間とで得られる全てのＲＦ電圧差Ｖ_ＲＦに対する当該基板の前面のプラズマシース６′を横切る駆動電圧Ｖ_ｅｆｆの比が、従来の容量分圧器のように方程式：
Ｖ_ｅｆｆ／Ｖ_ＲＦ＝ｅ_ｓ／（ｅ_ｓ＋ｅ_ｇ） （１），
によって計算され得る。

ここで、ｅ_ｓは、プラズマシース６′の等化厚であり、ｅ_ｇは、第１隙間１２の幅である。

一般的なＲＦ処理では、プラズマｅ_ｓは、通常は１ｍｍ〜４ｍｍである。ｅ_ｓが、１ｍｍの場合、比Ｖ_ｅｆｆ／Ｖ_ＲＦは、８０％から５０％まで変化する。電極８の前面のシース６から（導電性の基板キャリア１３を経由して）当該基板の前面のシース６′までの表面に沿って移動するときに、当該プラズマシースに沿った電圧が、駆動ＲＦ電圧の振幅において著しい低下を経験する。したがって、当該プラズマは、著しく不均一である。

基板１１とフレーム１３との間の接触点が、ＲＦ電流のうちのかなりの部分を集める場合、この基板の水平方向の導電率が、ＲＦ電圧を、シート抵抗に起因して若干減衰して、この基板に沿って伝達する。このような伝達は、通信方程式によって記述され得る。この場合、当該電圧の横方向の摂動（乱れ）が、方程式（２）：
Ｌ^２＝２ｅ_ｓｅ_ｇ／［ε_０ωＲ_□（ｅ_ｓ＋ｅ_ｇ）］ （２）
によって与えられるスケールＬ上で指数関数的に減衰される。

上記遮蔽長Ｌは、ＲＦ電圧がピン止め面の接点から方程式（１）の浮いている状態まで変化する距離の概算値である。１３．５６ＭＨｚの周波数、２ｍｍのシース厚さ及び１ｍｍの第１隙間１２が、一般的なプラズマ処理条件に対して想定される。このスケール長は、基板の１０Ωのスクウェア抵抗に対しては約４０ｃｍであり、１００Ωに対しては１３ｃｍであり、１０００Ωに対しては４ｃｍである。基板の導電率の１０〜１０００Ωの大きい範囲内では、当該遮蔽長は、対象となる基板のサイズよりも決して著しく大きくない。それ故に、いずれにしても、当該基板の水平方向の導電率が、当該基板の中央と縁部との間のプラズマシースを横切るＲＦ電圧を均等にすることができない。

その結果、第１隙間１２が、基板と背後電極との間に存在するときに、この基板の手前のプラズマシース６′内のＲＦ電圧が、上記シースと結合して容量分圧器を作り出すこの第１隙間に起因して著しく減少される。隣接するプラズマ領域は、そのシース６を横切るＲＦ電圧だけを有する。標準的なプラズマコンデンサでは、ＦＲシース電圧が、プラズマのための駆動エネルギーを提供すること、及び、その結果として発生するプラズマ密度が、このＲＦ電圧の２乗として示されることが、ここで想起される。当該第１隙間が存在すると、ＲＦ電圧比Ｖ_ｅｆｆ／Ｖ_ＲＦが、８０％以下まで減少することを我々が想定したように、このことは、プラズマ発生強度が、基板の、接地された縁部と中央領域との間で１００％から６４％以下まで変化することを示唆する。プラズマ内の電子が拡散するにつれて、このプラズマ出力の非均一性が、横方向に広がり、処理の不均一性が、当該基板の縁部から当該ウエハの中央領域まで拡張する。

要約すると、基板の後の隙間の存在の最も明らかな結果のうちの１つの結果は、不十分な処理の不均一性である。場合によっては、このＲＦシース電圧の変化は、さらに大きな欠点さえも有する。特にシランを母材としたＰＥＣＶＤ処理では、縁部のより強いプラズマが、局所の過剰なプラズマダストの形成を早く引き起こす。当該局所のシース内のダストクラウドの誘発は、プラズマの均一性をより一層悪化させる。

米国特許第２０１３１１２５４６号明細書は、入口ポートと出口ポートとを有する処理チャンバと、この処理チャンバの壁上に配置されたスパッタリングターゲットとを備えるスパッタリングシステムを開示する。真空路を介して結合されている複数の処理チャンバも開示されている。

米国特許第２００８０６１０４１号明細書は、第１電極と、空間が第２電極とワークとの間に形成されるように、このワークを介してこの第１電極に面するように提供されたこの第２電極と、ガスを当該空間内へ供給するガス供給装置と、当該空間内へ供給されたガスがプラズマに変換されるように、当該第１及び第２電極を横切る高周波電圧を印加する電力回路と、当該高周波電圧が当該第１及び第２電極を横切って印加されるときに、放電が当該ワークの第１領域と当該第１電極との間に発生しない距離で、当該ワークが当該第１電極から離間されているように、当該ワークの第２領域の少なくとも一部を支持する支持装置とを有するプラズマ処理装置を開示する。

米国特許第２００９２９４０６２号明細書は、電源ＲＦ発電装置及びバイアスＲＦ発電装置を使用するプラズマ反応容器を開示する。プラズマが、他の発電装置内の補償変調によって当該電源発電装置又は当該ソース発電装置の出力における設計された過渡状態に対して安定化される。

米国特許２０１０２８２７０９号明細書は、有機発光装置の電極の表面をプラズマ処理するための基板プラズマ処理装置を開示する。この基板プラズマ処理装置は、第１電極と基板との間の距離を調整でき、第２電極とこの基板との間の距離を調整できる。

韓国特許第２００８００２０７２２号明細書は、基板の全面上で高い放電効果を発生させることによってプラズマ処理工程の均一性を向上させるように設けられているプラズマ処理装置を開示する。プラズマ処理工程が、プロセスチャンバ内で実行される。上電極及び下電極が、互いに対向するようにこのプロセスチャンバ内に設置されている。プロセスガスの流れが、当該基板の中央に向けて当該上電極と当該下電極との間に装填された当該基板の円周の外側面から誘導されるように、ガス供給部材が、当該プロセスガスを供給する。

米国特許第４９６９６７６号明細書 欧州特許第２３３３８１４号明細書 米国特許第５０６６３４０号明細書 米国特許第６２０７８９０号明細書 米国特許第２０１３１１２５４６号明細書 米国特許第２００８０６１０４１号明細書 米国特許第２００９２９４０６２号明細書 米国特許２０１０２８２７０９号明細書 韓国特許第２００８００２０７２２号明細書

本発明の課題は、上記の複数の欠点のうちの少なくとも幾つかの欠点を除去又は軽減することにある。

本発明の課題は、基板の両面のＲＦ処理を単一の真空シーケンスで実行することにある。

本発明の別の課題は、基板面が背面電極に接触するときに起こり得る、当該基板の活性領域上の摩擦又は接触に起因する汚染を除去することにある。

本発明の別の課題は、基板と背面電極との間の機械的な隙間によって誘発されるプラズマの不均一性を回避することにある。

本発明の別の課題は、真空下の基板の機械的なフリッピング（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）を回避することにある。真空下の基板の機械的なフリッピングは、ウエハの破損の危険を意味する。

本発明は、基板の活性部分が基板ホルダ又はプラズマ反応容器内の電極のような当該プラズマ反応容器の任意のその他の部分によって触れられないままである当該プラズマ反応容器を提供することによって上記の課題を解決する。

本発明は、真空チャンバと、この真空チャンバ内の第１電極と、この真空チャンバ内の、前記第１電極に対向し、この第１電極から離間された第２電極と、プラズマを前記真空チャンバ内に発生させる手段と、その他方の電極が接地されている前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に主ＲＦ電圧を印加するための、前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に電気接続された電源と、基板の複数の上面及び下面のうちの少なくとも大部分の面が、前記プラズマ反応容器の任意の部分によって触れられず且つ前記プラズマに曝され得るように、前記第２電極に電気接触され且つ前記基板を保持するように構成されている、導電性の材料から成る基板キャリアとを有するプラズマ反応容器であって、前記反応容器が、前記基板キャリアと前記第２電極との間に形成された第３電極をさらに有し、前記第３電極が、前記第２電極から電気絶縁されていて、前記基板キャリアが、基板を保持するときに、第１隙間が、前記基板と前記第３電極との間に形成されているように、前記第３電極及び基板キャリアが配置されていることによって上記の課題を解決する。

前記第３電極と前記基板ホルダによって保持される基板との間の前記第１隙間のサイズが調整可能であるように、前記プラズマ反応容器の内部の前記第３電極の位置及び／又は前記基板キャリアの位置が調整可能であってもよい。前記基板の表面のプラズマ電圧が、前記第１隙間の大きさによって決定されてもよい。前記プラズマ反応容器の内部の前記第３電極の位置及び／又は前記基板キャリアの位置が、前記基板の表面の既定のプラズマ電圧を提供するために調整されてもよい。

好ましくは、前記基板キャリアは、前記基板をこの基板の周囲で保持するように構成されている。前記基板の上面及び下面が、完全に曝されているように、又は、前記基板の前記上面及び前記下面の少なくとも大部分が曝されているように、この基板キャリアは、前記基板の周囲のこの基板を保持するように構成され得る。後者の構造では、前記基板の前記上面及び前記下面の少なくとも大部分が、前記基板ホルダ又は前記プラズマ反応容器の任意の部分によって触れられない。好ましくは、前記上面及び前記下面の活性領域が、前記基板キャリアに接触しないように、この基板キャリアは、前記基板を保持するように構成されている。ここでは、前記活性領域は、デバイスが蒸着されるべき表面に相当する。好ましくは、前記基板キャリアは、前記基板の非活性部分の内部だけでこの基板を保持するように構成されている。非活性領域は、前記基板の周囲に０．５ｍｍ〜２ｍｍ又は２ｍｍ〜３ｍｍ又は０．５ｍｍ〜１０ｍｍの距離を有し得る。

本発明の好適な実施の形態のさらに別の課題は、基板をフリッピングすることなしに、及び／又は基板の両面の活性領域に触れることなしに、基板の前記上面と下面との双方を１回の真空シーケンスで暴露するための補償ＲＦ電圧を活用することである。この課題を解決するため、前記プラズマ反応容器は、補償ＲＦ電圧を前記第３電極に印加するように構成された補償装置を有してもよい。この補償ＲＦ電圧は、前記第１電極と前記第２電極との間のＲＦ電圧の差の変調位相とは逆の変調位相を有する。前記基板の表面のプラズマ電圧の振幅が、前記第１電極又は第２電極のうちの１つの電極の電圧の振幅にほぼ等しいように、前記補償ＲＦ電圧の振幅が調整されてもよい。

前記第３電極と前記基板との間の第１隙間が、ほぼ一定の厚さである。この間隔は、０．５ｍｍ〜３ｍｍにある。好ましくは、この第１隙間は、２ｍｍ未満である。最も好ましくは、当該隙間は、約１ｍｍである。

本発明は、複数のプラズマ反応容器から構成されるアセンブリを提供する。当該複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器は、上記の複数のプラズマ反応容器のうちの１つのプラズマ反応容器によるプラズマ反応容器である。この場合、それぞれのプラズマ反応容器が、真空経路を通じて結合されている。この場合、前記真空経路は、基板を通過させることを可能にするように構成されている。この場合、前記複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器が、プラズマを前記基板の上面で発生させるように構成されている。前記複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器が、プラズマを前記基板の対向する下面で発生させるように構成されている。前記上面は、前記基板の第１面であり、前記下面は、前記第１面に対向する前記基板の第２面であることが分かる。したがって、前記上面及び下面は、図３の実施の形態で説明したのと同じ水平面上に存在してもよく、又は同じ垂直面上に存在してもよく、又は当該水平面と垂直面との間の任意の面内に存在してもよい。

本発明は、活性領域をその上面と下面との双方に有する基板の低圧処理にも関する。一般に、当該基板は、電子素子、光学素子、電気機械素子又は電気化学素子を作製するために使用される。ほとんどの実施の形態では、非導電性の基板が使用されることが好ましい。当該基板が平坦な断面を有することも好ましい。本発明で使用され得る基板の例は、タッチスクリーンディスプレイ用の薄いガラス基板又はパワーダイオード用の半導体ウエハ又はヘテロ接合型のシリコン太陽電池のような誘電体基板を含む。

本発明の課題は、均一に且つ基板の活性領域に触れることなしに、基板上のプラズマ処理を実行する方法を提供することにある。基板の他方の面が、ただ１つの真空シーケンス処理で完全に処理されることも好ましい。

この課題は、基板を保持するための基板キャリアを配置するステップと、前記基板を保持する前記基板キャリアを前記真空チャンバ内へ導入するステップと、前記基板の上面又は下面を前記第１電極及び／又は前記第２電極と一緒に整列させるように、前記基板キャリアを前記真空チャンバの内部に配置するステップと、前記基板と前記第３電極との間に既定の値の第１隙間を設けるように、前記第３電極を移動するステップと、主ＲＦ電圧を前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に印加し、当該他方の電極を接地するステップとを有する前記反応容器を使用してプラズマ処理を実行するための方法であって、
当該方法は、補償電圧を前記第３電極に印加するステップを有し、この場合、前記補償電圧が、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される前記ＲＦ電圧の差に対する位相とは逆であり、当該方法は、前記基板と前記第１電極又は第２電極との間のギャップ内にプラズマを発生させ、次いで当該プラズマを誘起させるステップを有することによって解決される。

本発明の他の光学的な特徴は、本出願の従属請求項に記載されている。

本発明は、例だけによって与えられ、図面によって示された本発明の実施の形態の説明によってより良好に理解される。

図１は、従来のプラズマコンデンサ処理反応容器を示す。 図２は、第１隙間を提供する基板の後の凹部を有する従来のプラズマ反応容器の一部（図２ａ）と、等価ＲＦ回路（図２ｂ）とを示す。 図３は、本発明の実施の形態による反応容器の横断面図である。 図４ａ及びｂは、図３の反応容器内で使用される補償装置のための可能な構成を示す。 図５ａ及びｂは、どのようにして基板キャリアが図３の反応容器内に位置決めされ得るかを示す。 図６ａ〜ｃは、基板の両面を連続してコーティングするための連続処理位置にある基板及びキャリアの組立体を示す。 図７ａ〜ｃは、本発明のさらなる実施の形態による第２及び第３電極組立体を伴うキャリア及び基板組立体の斜視図及び横断面図である。 図８ａ〜ｃは、本発明による反応容器内で使用される基板キャリアのための様々な構成を示す。 図９は、本発明のさらなる側面による処理工程ラインとしてのシステム装置の一部を示す。

図３は、１つの実施の形態によるプラズマ反応容器１００の横断面図である。プラズマ反応容器１００が、真空容器１０１内に包囲された真空チャンバ３０と、反応容器接地壁１００内部のプラズマ反応容積３２と、反応容積３２内の第１電極２と、真空チャンバ３０内の、第１電極２に対向し、反応容積３２に面し、第１電極２から離間された第２電極８とを有する。

電力をプラズマ反応容積３２内のプラズマに供給するため、電源３３が、主ＲＦ電圧を第１電極２に印加するために第１電極２に電気接続されている。第２電極８が接地されている。別の実施の形態では、電源３３が、第２電極８に電気接続され、第１電極２が接地され得ることが分かる。

導電性の材料から成る基板キャリア１３が、プラズマ反応容器１００内にさらに設けられている。基板キャリア１３が、真空チャンバ３０内に配置されているときに、基板キャリア１３が、第２電極８に電気接続され得るように、基板キャリア１３は構成されている。図３に示された基板キャリア１３は、ウエハのような基板１１を保持するように示されている。基板１１を基板キャリア１３上に固定されることを可能にするため、基板キャリア１３は、真空チャンバ３０から取り外し可能であるように構成されている。基板１１の上面４０ａ及び対向する下面４０ｂの少なくとも大部分が、基板キャリア１３又はプラズマ反応容器１００の任意のその他の部分によって触れられないように、基板キャリア１３は、少なくとも１つの基板１１を保持する。図３に示されている例では、基板キャリア１３は、支持部材１３ａ，１３ｂを有する。基板１１が、支持部材１３ａ，１３ｂ上に設置されている。支持部材１３ａ，１３ｂが、基板１１の非活性部分１１ａ，１１ｂだけに沿って延在するように、支持部材１３ａ，１３ｂの長さが決定されている。したがって、基板１１の活性部分１１ｃが、支持部材１３ａ，１３ｂ又はプラズマ反応容器１００の任意のその他の部分によって触れられないままである。特筆すべきは、基板１１の活性部分１１ｃは、プラズマ５に曝される当該基板の一部である一方で、当該基板の非活性部分１１ａ，１１ｂは、基板キャリア１３に接触している基板１１の一部であることである。

異なる１つの実施の形態では、支持部材１３ａ，１３ｂが、基板１１の上面にさらに接触する。当該上面の接触部分は、基板１１の非活性部分１１ａ，１１ｂだけに沿って延在する。別の実施の形態では、基板１１の上面及び下面の全体が、基板キャリア１３によって触れられないままであるように、基板キャリア１３が、基板１１をその外周だけで保持し得ることが分かる。

反応容器１００は、基板キャリア１３と第２電極８との間に配置された第３電極１６をさらに有する。第３電極１６のこのような配置は、第３電極１６が基板１１と第２電極８との間に設置されていることを保証する。第１隙間１２が、第３電極１６と基板１１との間にあるように、第３電極１６及び基板キャリア１３は配置されている。第１隙間１２は、基板１１が第３電極１６によって触れられないことを保証する。第１隙間１２は、０．５ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは２ｍｍ未満、最も好ましくは約１ｍｍであり得る。好ましくは、反応容器１００は、（図示されなかった）或る手段を有する。ユーザが、基板１１と第３電極１６との間の希望した任意の第１隙間１２を選択し提供し得るように、第３電極１６の位置が、この手段によって調整され得る。

第１隙間１２が、基板１１の全面に沿って一定のままであるように、基板キャリア１３は構成され得る。例えば、基板１１が、非常に薄く且つ重力に起因して撓む場合には、第１隙間１２を一定に維持するため、電極１６が、撓んだ基板１１の形に追従するように湾曲され得る。

さらに、基板１１が、基板キャリア１３内に保持されるときに、基板キャリア１３と基板面との間の重複部分での起こり得る幾何学的な不連続性を最小限にするように、基板キャリア１３は配置されている。例えば、基板１１の活性面１１ｃが、基板キャリア１３と同じ高さにされているように、支持部材１３ａ，１３ｂが構成され得る（図３参照）。図示されなかった別の実施の形態では、基板キャリア１３が、基板１１に向かって狭くなる、対称にテーパー付けされた縁部を有し得る。この後者の構成では、基板キャリア１３と基板１１との間の重複部分が、段差を有してもよい。

有利には、基板キャリア１３が、基板１１の非活性領域１１ａ，１１ｂだけで基板１１に触れているので、及び、第１隙間１２が、第３電極１６と基板１１との間にあるので、基板１１の活性領域１１ｃが、プラズマ反応容器１００の任意の部分によって触れられないままである。したがって、基板１１の活性領域１１ｃが、汚染されずに維持され得る。

１つの実施の形態では、真空容器１０１が、基板キャリア１３を、例えば矢印４９によって示された方向に真空容器１０１内へ導入するための弁２６をさらに有する。基板キャリア１３は、反応容器本体１００と第２電極８との間に挿入され得る。基板キャリア１３を真空容器１０１の別の端部から搬出することを可能にするため、真空容器１０１は、例えば弁２６に対向して別の弁２６′をさらに有し得る。

１つの実施の形態では、補償装置１８が、給電線１７によって第３電極１６に電気接続されている。補償装置１８は、任意の適切な構成を採り得ることが分かる。典型的な構成が、後でさらに詳しく説明されている。この例によれば、当該補償装置１８は、簡単なＲＦ電圧源として構成され得る。

補償装置１８が、補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃを第３電極１６に供給し得るように、補償装置１８は構成されている。補償ＲＦ電圧は、第１電極２と第２電極８とのＲＦ電圧差の変調相とは逆の変調相を有する。第２電極８が接地されている場合には、当該ＲＦ電圧差は、電源３３によって第１電極２に供給される主ＲＦ電圧に等しい。

補償装置１８は、別の接続線２０によって、第２電極８に直接に電気接続されていてもよく、又は電極８に接触している金属部分に間接に電気接続されていてもよい。したがって、補償装置１８は、第２電極８と第３電極１６との間に電気接続されている。結果として、補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃが、第３電極１６に供給されるようにするため、補償装置１８は、補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃを第３電極１６に供給しなければならない。その結果、基板１１の電圧が、静電容量効果によって、第２電極８上の電圧値と同じ値又はそれ以上の値を取るように、補償ＲＦ電圧の位相及び振幅が調整される。

さらに、第３電極１６は、セラミックの保持柱のような絶縁スペース要素２２，２３によって上記第２電極８から電気絶縁されている。セラミック部材２２，２３は、第３電極１６と第２電極８との間の第２隙間２１を決定する。第２隙間２１のサイズを調整することをユーザに可能とさせるため、セラミック保持ブロック２２，２３は、異なる寸法のセラミック保持ブロックと入れ替え可能でもよい。セラミック保持ブロック２２，２３とは違う別の手段が、第３電極１６を第２電極８から電気絶縁するために使用され得ることが分かる。さらに、第２隙間２１のサイズを調整するためのその他の手段が提供されてもよい。１つの実施の形態では、第２電極８が、凹部１１２を有する。第２隙間２１は、第２電極８に適切なサイズの凹部を提供し、セラミック保持ブロック２２，２３に適切な寸法を提供することによって既定のサイズの構成に形成されてもよい。

１つの実施の形態では、反応容器１００が、第２電極８及び第３電極１６（背面電極アセンブリ）をハウジング６０３に対して移動させるために適合された（図３及び５に数字２８によって示された）機械式のアクチュエータを有する。この移動は、当該背面電極アセンブリが下げられるときに、プラズマ反応容積３２を真空チャンバ３０に対して開くことを可能にし、当該背面電極アセンブリが上方に移動されるときに、プラズマ反応容積３２を閉じることを可能にする。

図５ａ及び５ｂに最良に見て取れるように、反応容器１００が、第１部材６０１と第２部材６０２とに分割されている。第１部材６０１は、ハウジング１００内に設置されている第１電極２を有する。第２部材６０２は、セラミック保持ブロック２２，２３によって分離されている第２電極８と第３電極１６とを有する。第１部材６０１又は第２部材６０２は、例えばアクチュエータ２８を使用することによってその他の部材に対して可動である。基板キャリア１３が、第１部材６０１と第２部材６０２との間に配置されている。好ましくは、基板キャリア１３は、ロボット搬送によって矢印４９の方向に所定の位置に移動される。第１部材６０１及び第２部材６０２並びに基板キャリア１３が、プラズマ反応容積３２を限定するように、各部材６０１，６０２が、基板キャリア１３に接合するように、第１部材６０１及び第２部材６０２は配置されている。特に、ハウジング１００が、基板キャリア１３に接合するように、且つ、第２電極８が、基板１３に接合するように、第１部材６０１及び第２部材６０２は配置されている。ハウジング１００が、基板キャリア１３に接合するときに、基板キャリア１３は、背面電極アセンブリ８とハウジング６０３との間に挟持され得る。図示されなかった別の実施の形態では、基板キャリア１３は、挟持されるときに矢印４９の方向に移動し得る。

第１部材６０１及び第２部材６０２が、基板キャリア１３に接合しないように、第１部材６０１及び第２部材６０２は配置されてもよいことは自明である。この場合には、隙間が、それぞれの第１部材６０１，６０２と基板キャリア１３との間にあるように、第１部材６０１及び第２部材６０２は配置されている。この隙間は、ガスを供給するか又は反応容器１００から排気するために使用されてもよい。このような構造では、第２電極８とハウジング６０３との間の電気接触が、ハウジング６０３を第２電極８に電気接続するフレキシブルなリボン（図示せず）から構成されてもよい。

実際には、基板キャリア１３を第１部材６０１と第２部材６０２との間に挟持することによって、反応処理がプラズマ反応容積３２を形成するために実行されるプラズマチャンバを限定するように、反応容器１００の第２部材６０２が、反応容器１００の第１部材６０１に向かって移動されてもよく、又は、別の実施の形態では、反応容器１００の第１部材６０１が、反応容器１００の第２部材６０２に向かって移動されてもよいし、又は、第１部材６０１と第２部材６０２との双方が、相互に向かって移動されてもよい。

図５ａ及び５ｂ並びに図６ａ、６ｂ及び６ｃに示されているように、使用中は、反応容器１００の第１部材６０１と第２部材６０２とは、別々に移動される。基板１１が、基板キャリア１３上に供給され、基板キャリア１３は、反応容器１００の第２部材６０１と第２部材６０２との間に配置される。図６ａ〜６ｂは、基板１１の上面をコーティングするために設けられるチャンバ３２内の基板キャリア１３の位置を示す。基板キャリア１３が、第１電極２の下方で且つ第２電極８と第３電極１６との上方で整列され、好ましくは中心に設置されるように、基板キャリア１３は、水平に沿って配置される（図５ａの矢印４９）。

基板キャリア１３を配置するときに、ユーザを楽にする任意の適切な配置手段を使用して、例えばチェーン、キャリッジ又は搬送フォーク（図示せず）を使用して、基板キャリア１３が、手動で又は自動式に配置されてもよいことは自明である。これらの搬送要素１４は、基板キャリア１３を配置するときにユーザによって保持されてもよいし、又はこの代わりに、これらの搬送要素１４は、アクチュエータによって駆動されるか又は基板キャリア１３の自動配置を可能にするその他の自動駆動搬送手段によって駆動チェーンに接続されてもよい。

基板キャリア１３が、第１電極２の下方で且つ第２電極８と第３電極１６との上方で整列され、好ましくは中心に設置されるように、基板キャリア１３が配置されると、第１部材６０１と第２部材６０２との間の基板キャリア１３を挟持するように、反応容器１００の第２部材６０２が、第１部材６０１に向かって移動される。これにより、プラズマが閉じ込められるセミタイトプラズマ反応容積３２を限定する。特に、基板キャリア１３は、第２電極８とハウジング６０３との間に挟持されている。第１電極２が、ハウジング６０３内に収容されている。基板キャリア１３は、導電性の材料から成るので、したがってハウジング６０３は、基板キャリア１３によって第２電極８に電気接続されている。

したがって、配置された第１部材６０１及び第２部材６０２は、完全なプラズマ処理シーケンス中に有益に固定されている。

反応容器１００の、互いに相対移動する第１部材６０１と第２部材６０２とを有することの利点は、基板キャリア１３と第２電極８とを機械式に接触させて、既定の第１隙間１２を正確に限定するように、第１部材６０１と第２部材６０２とが移動され得ることである。さらに、第１部材６０１と第２部材６０２とが、一緒に移動すると、プラズマ反応容積３２が閉じられる。当該プラズマ反応容積３２は、プラズマボックス状態で稼働することが可能である。また、第１部材６０１と第２部材６０２とが、基板キャリア１３を挟持し、第２電極８に接触するように移動された場合に、このことは、反応容器１００と基板キャリア１３と背面電極８との全てが、電気的に接地されることを保証する。

図６ａ、６ｂ及び６ｃに示された例では、上記配置手段が、基板キャリア１３とこの配置手段の固定部材２６とに機械式に接続された（板ばねによって示された）ばね要素２７を有してもよい。この固定部材は、フレーム２６として示されている。ばね要素２７は、第２電極８によって伝達される力の下で基板ホルダ１４を垂直方向に移動させ調整することを可能にする。さらに、ばね要素２７は、第１部材６０１と第２部材６０２とが別々に移動されるときに、基板キャリア１３を第１部材６０１と第２部材６０２との間の中心の位置に保持する。図６ｃは、図６ａ及び６ｂの反応容器１００を上下逆に示す。図６ｃの構造は、基板１１の下面４０ｂをプラズマに曝すために使用され得る。

注目すべきは、第１部材６０１と第２部材６０２とが一緒に、真空チャンバ３０に形成されるときに、第１隙間１２が、既定の値に等しいように、セラミック保持ブロック２２，２３の高さ及び凹部１１２の深さが選択される点である。

次いで、図６ｂ及び６ｃに示されたように、プラズマ５が、プラズマチャンバ３２内に確保される。電源３３が、主ＲＦ電圧を第１電極２に印加するために使用される。この主ＲＦ電圧は、プラズマ５をプラズマ反応容積３２内に発生させる。プラズマ５は、基板１１の上面４０ａ（図３参照）上のプラズマ蒸着を引き起こす。発生したプラズマ５は、静電容量効果によって、基板１１の上面４０ａ上に電圧を誘導する。

電源３３が、主ＲＦ電圧を第１電極２に印加するのと同時に、補償装置１８が、補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃを第３電極１６に供給するために稼働される。補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃの振幅は、当該主ＲＦ電圧の１０〜１００％である。しかし、補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃの位相は、第１電極２と第２電極８との電圧差の位相に対して逆である。

次いで、上記の第１電極２に印加された主ＲＦ電圧と、第３電極１６に印加された補償電圧とによって、真空チャンバ３０内のプラズマ５が点弧され、プラズマ蒸着が、基板１１上で実行される。

補償ＲＦ電圧Ｖ_Ｃは、静電容量効果によって、基板１１の下面４０ｂ上に電圧を誘導する。当該電圧は、発生したプラズマ５によって、基板１１の上面４０ａ上に誘導される電圧を相殺する。基板１１の下面４０ｂ上に誘導される電圧が、第１隙間１２によって誘起される直列容量の効果を相殺する。結果として、基板１１の上面４０ａが、当該基板の上面４０ａにわたって一定である電位を有し、隣接した第２電極８の電位に等しい。基板１１の上面４０ａにわたる当該電位は、一定であるので、上面４０ａにわたって均一に分布するプラズマ蒸着が実行される。

例えば、第２電極８が接地されていて（ゼロ電圧）、第１電極２上の電源３３によって供給される駆動ＲＦ電力がＶ_０であると仮定し、プラズマ５と第２電極８との間のＲＦ電圧が、Ｖ_ＲＦであると仮定し、さらに、当該プラズマが、疑似対称であると仮定すると、このとき、ＲＦプラズマ電圧Ｖ_ＲＦは、ほぼＶ_ＲＦ＝Ｖ_０／２であるだろう。シース６にわたるＲＦ電圧を良好に評価する（図１〜３参照）、第３電極１６に対する補償装置１８によって供給された当該補償ＲＦ電圧は、Ｖ_ｃである。このとき、基板１１の上面４０ａの実効電圧Ｖ_ｅｆｆは、
Ｖ_ｅｆｆ＝（Ｖ_ＲＦ−Ｖ_ｃ）ｅ_ｓ／（ｅ_ｓ＋ｅ_ｇ） 方程式（３）．
Ｖ_ｃに対して適切な値を選択することによって、実効電圧Ｖ_ｅｆｆは、Ｖ_ＲＦに等しくされ得る。実効電圧Ｖ_ｅｆｆが、Ｖ_ＲＦに等しいことを保証するＶ_ｃに対して適切な値は、
Ｖ_ｃ＝−（ｅ_ｇ／ｅ_ｓ）Ｖ_ＲＦ 方程式（４），
として決定され得る。

ここで、ｅ_ｇは、基板１１と第３電極１６との間の第１隙間１２であり、ｅ_ｓは、プラズマシース６の厚さである。

負記号は、位相がＶ_ＲＦの位相に対して逆であることを示す。

上記シースの厚さが、１〜３ｍｍの範囲であるとすると、当該補償電圧は、１ｍｍの第１隙間１２に対してはＲＦ電圧Ｖ_ＲＦの３３％〜１００％であり、２ｍｍの第１隙間１２に対してはＲＦ電圧Ｖ_ＲＦの６６％〜２００％である。ＲＦ電圧Ｖ_ＲＦは、駆動ＲＦ電圧Ｖ_０のほぼ半分であるので、第１隙間１２が、１〜２ｍｍに維持されるときに、補償電圧Ｖ_Ｃは、電源３３によって供給される主ＲＦ電圧の１６〜１００％の範囲である。

それ故に、第３電極に対する補償電圧Ｖ_Ｃは、主ＲＦ電圧以下に維持され、好ましくは主ＲＦ電圧の約３分の１に維持される。

言及したように、補償装置１８は、任意の適切な構成でよい。好適な異なる２つの補償装置１８ａ，１８ｂの例が、図４ａ及び４ｂにそれぞれ示されている。それぞれの補償装置１８ａ，１８ｂが、補償ＲＦ電圧Ｖ_ｃを第３電極１６に異なる方法で提供する。

基本的に、補償装置１８ａは、第２電極８を第３電極１６に電気接続する自己インダクタンスコイル１９から製作されている。基板１１から補償装置１８ａを通じて第３電極１６までを示す等価電気回路が、図４ａにも示されている。この等価電気回路は、第１隙間１２に起因する第３電極１６と基板との間の静電容量であるコンデンサＣ_ｇと、電極１６とそれを包囲している第２電極８との間の、当該第３電極の周辺とセラミックスペース要素２２，２３との双方の成分を加えた第２隙間２１の静電容量成分を含む相互キャパシタンスに起因するコンデンサＣ_ｂとを有する。以下の条件：

が充足されるときの共振時に、基板１１を第２電極８に接続するこのようなシステムのインピーダンスは、正味のインピーダンスがゼロであるということを導き出すことは容易である。

ここで、

は、共振周波数である。

基板１１と電極８との間のゼロインピーダンスは、両部材が同じＲＦ電圧にあることを意味する。したがって、ここで、

が、ＲＦ周波数に等しいときに、適切な自己インダクタンスＬの自己インダクタンスコイル１９を提供することによって、自己インダクタンスコイル１９が、基板１１と第３電極１６との間の第１隙間１２から発生する静電容量Ｃ_ｇを補償する。特に、

が、駆動ＲＦ周波数であるときに、

に等しい自己インダクタンスＬを有する自己インダクタンスコイル１９を提供することによって、基板１１と第３電極１６との間の第１隙間１２から発生する静電容量Ｃ_ｇの直列インピーダンス効果を除去するように、自己インダクタンスコイル１９が、適切な補償電圧を提供する。

補償装置１８ａの複数の利点のうちの１つの利点は、その構造の単純性である。補償装置１８ａは、例えばストリップライン技術を使用してコンパクトに製作され得る単純な自己インダクタンスコイル１９を有する。

図４ｂは、補償装置１８のさらなる例を示す。図５ｂに示された補償装置１８ｂは、主発電機３３に起因するＲＦ電力の入力に基づく自己インダクタンスの別の例である。補償装置１８ｂは、ＲＦ電力入力部５１（この場合、当該ＲＦ電力の一部が、ＦＲ電源３３から取り出される）と、従来のＲＦ整合ボックスで知られる回路に非常に似ている様々に調整可能な回路とを有する。補償装置１８ｂは、ＲＦ電力源５１から出力されるＲＦ電圧を調整するために使用され得る制御手段５２を有する。補償装置１８ｂは、電線路２３を通じて第３電極１６へ供給されるＲＦ電力の位相を反転し調整するための、従来の変圧器によってなされ得るような手段も有する。

補償システムが、１８ａのような自己インダクタンスであるか又は１８ｂのような補助的な整合ボックスであるかにかかわらず、当該補償システムを適切に調整するためには、補償電圧の位相及び振幅を較正することが推奨される。当該適切な調整の大部分が、上記プラズマを金属ブロックでモックアップ（ｍｏｃｋ ｕｐ）し、上記シースを自由空間でモックアップし、上記基板の代わりに、金属パッドを支持する絶縁プレートをモックアップする較正によって達成され得る。このとき、ＲＦプローブが、この金属パッドと隣接する電極８との間の電圧差を取り出し得る。当該調整は、当該プローブの差信号をゼロにすることである。この技術は、Ｖｃの振幅及び位相を調整する（例えば、Ｌの値を調整する）だけで十分である。実際のプラズマを使用する微調整と均一性の測定とは、その後に実行され得る。

補償装置１８が、図４ａ及び４ｂに示された構造以外の任意の他の適切な構造を採用してもよいことは理解される。例えば、様々な回路又は受動回路若しくは能動回路が、補償ＲＦ電圧Ｖｃを第３電極１６に供給することができる。これらの様々な回路は、補償ＲＦ電圧Ｖｃの振幅及び位相の双方の調整を可能にするように構成されてもよい。しかしながら、当該回路の構成にかかわらず、補償装置１８が、補償ＲＦ電圧Ｖｃを第３電極１６に供給し得るように、補償装置１８は構成され得る。補償ＲＦ電圧Ｖｃは、基板１１と隣接する第２電極８とが、同じＲＦ電圧を有するような電圧である。

上記の反応容器１００の例では、基板キャリア１３が、単一の基板１１を単一の第３電極１６の上方で保持するように構成されて示されてある。図７ａ〜７ｃは、本発明のさらなる実施の形態による異なるキャリア１１３と対応する背面電極アセンブリ６０２とを示す。反応容器アセンブリ６０１の上部材は、図５ａのものと同じである。反応容器アセンブリ６０１は、図３に示されたプラズマ反応容器１００と同じ多数の特徴を有し、同様な特徴は、同じ参照番号で付記されている。しかしながら、基板キャリア８１３は、４つの基板を保持でき、下方の背面電極アセンブリ６０２′は、特に複数の基板の下方に複数の補償電極１６を有するこの変更された幾何構造に適合され得る。

図７では、基板キャリア８１３が、導電性の材料から成り、基板キャリア８１３が、真空チャンバ３０内に配置されるときに、基板キャリア８１３が、第２電極８に電気接続され得るように、基板キャリア８１３は構成されている。図７ａに示された基板キャリア８１３は、４つのウエハのような４つの基板８１１を保持するように示されている。基板８１１が、基板キャリア８１３上に取り付けられることを可能にするため、基板キャリア８１３は、真空チャンバ３０から取り外し可能に構成されている。各基板８１１の上面４０ａと対向する下面４０ｂとの少なくとも大部分が、基板キャリア８１３又はプラズマ反応容器１００の任意のその他の部分によって触れられないように、基板キャリア８１３は、それぞれの基板８１１を保持する。図７ａに示されている例では、基板キャリア８１３が、４つのカットアウト部分８１４を有する。それぞれのカットアウト部分８１４は、好ましくは１つの基板８１１の面積よりも大きく、且つ１つの基板８１１を受け取り得る面積を有する。それぞれの基板８１１がカットアウト部分８１４内で保持される方式は、図３の個別の基板に対して説明された、当該基板にその最端部だけで接触する支持部を有する方式と似ている。この場合、蒸着されるべきデバイスは、活性されていない。図７ｂに示されたように、基板キャリア８１３が、カットアウト部分８１４内へ延在する支持部材８１３ａ，８１３ｂを有する。基板キャリア８１３は、これらの支持部材８１３ａ，８１３ｂ上に設置される。支持部材８１３ａ，８１３ｂの長さは、支持部材８１３ａ，８１３ｂが各基板８１１の非活性部分８１１ａ，８１１ｂだけに沿って延在するような長さである。したがって、各基板８１１の活性部分８１１ｃが、支持部材８１３ａ，８１３ｂ又はプラズマ反応容器８００の任意のその他の部分によって触れられないままである。別の実施の形態では、各基板が、対応するカットアウト部分８１４の上方の基板キャリア８１３上に直接に設置され得るように、基板キャリア８１３が、支持部材８１３ａ，８１３ｂを有しないで、複数のカットアウト部分８１４のそれぞれが、１つの基板８１１の面積より僅かに小さい面積を有してもよいことが分かる。同様に、この場合にも、基板キャリア８１３が、各基板８１１の非活性部分８１１ａ，８１１ｂだけに接触することが最も好ましい。

図７ａ及び７ｂでは、対応する背面電極アセンブリが６０２′が、基板キャリア８１３内に設けられた４つのカットアウト部分８１４に対応する４つの第３電極８１６をさらに有する。４つの第３電極８１６はそれぞれ、１つの補償装置に電気接続されている。４つの第３電極８１６はそれぞれ、基板キャリア８１３と第２電極８との間に配置されていて、この基板キャリア８１３のそれぞれのカットアウト部分８１４が、対応する１つの第３電極８１６にわたって整列されているように、基板キャリア８１３は配置されてもよい。したがって、基板キャリア８１３によって保持される各基板８１１は、対応する１つの第３電極８１６にわたって整列され得る。プラズマ反応容器１００の場合のように、第１隙間１２が、各第３電極８１６と基板８１１との間にあるように、それぞれの第３電極８１６が配置されている。第１隙間１２は、各基板８１１がその基板８１１に対応する第３電極８１６によって触れられないことを保証する。好ましくは、各基板８１１とその基板８１１に対応する第３電極８１６との間の第１隙間１２は、約１ｍｍである。

図７ｂでは、第２電極８が、第２電極８の中心に向かって位置決めされたポスト２５′をさらに有する。使用中に、基板キャリア８１３が、第２電極８に電気接触されるときに、基板キャリア８１３の中心が、ポスト２５′上に設置される。基板８１１が、その自重で撓むことを回避するため、ポスト２５′は、基板キャリア８１３に対して構造的な支持を提供する。このことは、それぞれの基板８１１とその基板８１１に対応する第３電極８１６との間の均一な間隔が維持されることを保証する。

４つのカットアウト部分８１４と対応する４つの第３電極８１６とから成る基板キャリア８１３が図示されているものの、基板キャリア８１３は任意の数のカットアウト部分８１４と対応する任意の数の第３電極８１６とを有してもよいことは自明である。

図７ｃは、複数の基板を受け入れるキャリアに対するより簡単な構造を示す。この場合には、第３電極１６は、基板領域全体と隣接する基板キャリアの１３ａ及び１３ｂのような部分とを覆う単一のモノリシックプレートである。基板キャリア１３の平面性が維持され得る限り、この構造は、その単純性のために有益である。

例えば、図８ｃは、４つのカットアウト部分９１４を有する基板キャリア９１３を備えるプラズマ反応容器９００の断面図である。それぞれのカットアウト部分９１４が、１つの基板を受ける。対応する数の第３電極を設ける代わりに、反応容器９００は、全ての４つのカットアウト部分９１４の下方に延在するように十分に大きいただ１つの第３電極９１６を有する。当該単一の第３電極９１６は、補償装置１８に電気接続されている。キャリア９１３と背面電極アセンブリ９０２との双方の機械的な平坦性が、全ての基板８１１の下方の第１隙間１２の良好な制御を保証するのに十分である場合、この構造は十分である。

プラズマ処理を準備して実行することは、プラズマ反応容器の内部のガス圧力を変化させること、すなわち最初に当該処理を準備し、次いで当該処理の終了時にポンプで排気することを必要とする。当該圧力の変化中に、過渡的な圧力差が、基板の上面と下面との間で大きくなるという危険がある。当該過渡的な圧力差は、非常に薄い基板の撓みを引き起こし得る。当該基板が、プラズマ反応容器内の第３電極に触れる程度まで、当該基板は撓み得るか、又は、当該基板が破損し得る。それ故に、基板の上面と下面との間の圧力差を制限することが望ましい。

この問題を対処するため、プラズマ反応容器の内部の、基板の上面と下面とに面する２つの容積間のガス連絡を可能にすることが好ましい。例えば、図８ａに示された実施の形態では、基板キャリア９１３内のカットアウト部分９１４の面積が、基板９１１よりも大きく構成されているので、ギャップ６２が、各基板９１１の周囲とカットアウト部分９１４を限定する基板キャリア９１３の一部との間に設けられている。最も好ましくは、カットアウト部分９１４の面積は、ギャップ６２が１ｍｍ以下、好ましい約０．８ｍｍであるような面積である。ギャップ６２は、プラズマ反応容器の内部の当該基板の上面と下面とに面する当該複数の容積間をガスが通過することを可能にする。したがって、プラズマ反応容器の内部の、上面と下面とを占める当該複数の領域間に、圧力差がない。

別の解決策が、図８ｂに示されている。図８ｂでは、基板キャリア９１３が、基板９１１の周囲にガス用の十分な連絡部分を提供しないカットアウト部分を有する。プラズマ反応容器の内部の、当該基板の上面と下面とに面する当該２つの容積間のガス交換を可能にするため、基板キャリア９１３は、複数の孔６１を有する。これらの孔６１は、ガスが基板キャリア９１３を通過することを可能にし、したがってプラズマ反応容器の内部の、当該上面と下面が占める当該複数の領域間のガス交換を可能にする。好ましくは、それぞれの孔の直径は、１ｍｍ未満である。好ましくは、３０個より多い孔６１が、基板キャリア９１３内に設けられている。

基板の上面と下面とで同じ圧力を維持すること、及び、反応箇所で基板の露出面の１つの面を処理することは、当該基板の後方の容積が、アセンブリ９０２内で包囲され、キャリア９１３によって覆われ、基板９１１が、プラズマ容積３０からの活性化ガスと拡散連絡する閉じた容積を形成することを意味する。さらに、特別な幾つかのＰＥＣＶＤ処理では、周囲ガスが、不安定な種類のガスを含み得る結果、基板の下面の気相による２次汚染を引き起こす。このことは、通常はドーピング層形成処理中に発生し得る。

このような２次汚染を制限するため、図８ｃに示されたように、基板の下面４０ｂにわたって不活性ガスの流れを提供するために配置されている導管６４が設けられてもよい。図８ｃに示された例では、導管６４は、第２電極８を貫通している。ガス供給部６３が、導管６４に接続されている。ガス供給部６３は、当該導管を通じて当該基板の下面４０ｂにわたって流れる不活性ガスを提供する。当該不活性ガスの流れは、当該基板の下面４０ｂ上のプロセスガスの蓄積を制限し、下面４０ｂの下方の領域を洗浄もする。

留意すべきは、（水素化ホウ素を用いたＰＥＣＶＤ処理中の場合のように）プラズマ反応容器の内部の処理雰囲気が、基板の下面４０ｂの２次汚染を引き起こす疑似蒸着の危険に曝されるときだけ、当該基板の下面４０ｂにわたる不活性ガスの流れが必要とされる点である。プラズマ反応容器が、ガス供給部６３及び導管６４を必要としない場合には、その代わりに、プラズマ容積８２１が、一定の容積のままでもよく又は外部の真空容積３０と連絡することを許されてもよい。

一般に、上記の任意のプラズマ反応容器が、生産アセンブリを構成するために使用され得る。図９は、本発明によるアセンブリの例を示す。当該アセンブリは、４つの真空容器１０００ａ〜ｄを有する生産ラインを規定する。基板１０１１が、４つのプラズマ反応容器１０００ａ〜ｄの各々に連続して搬送される。これらの容器のうちの２つの容器が、ＰＥＣＶＤ反応容器を備えて示されている。反応器を有する容器１０００ａが、基板を下向きにコーティングし、反応器を有するその次の容器１０００ｃが、当該基板のその他の面をコーティングする、すなわち上向きにコーティングする。一般に、基板１０１１は、キャリッジ又は他の適切な幾つかの自動搬送手段によって矢印１００ａｂ−ｂｃ−ｃｄにしたがってそれぞれの容器１０００ａ〜ｄに連続して搬送される。

図９の例では、従来のインライン真空処理方式のように、４つの容器１０００ａ〜ｄが、直列に設置されている。シーケンシャル処理の同じ概念が、クラスタ型の処理システムアーキテクチャで構成され得ることが、当業者によって容易に分かる。図９では、反応容器１０００ｃが、先行するプラズマ反応容器１０００ｂの構造の逆である構造を有する。換言すれば、第１プラズマ反応容器１０００ａ内では、第２電極８及び第３電極１６が、基板１０１１の下面４０ｂの下方に設置されていて、第１電極２が、基板１０１１の上面４０ａの上方に設置されている。当該生産ラインに沿った第２プラズマ反応容器１０００ｂ内では、第２電極８及び第３電極１６が、基板１０１１の上面４０ａの上方に設置されていて、第１電極２が、基板１０１１の下面４０ｂの下方に設置されている。連続する複数の反応容器の当該逆の構造の結果として、プラズマ蒸着が、当該生産ラインの第１プラズマ反応容器１０００ａ内の上面４０ａ上で実行され、当該生産ラインの第２プラズマ反応容器１０００ｂ内の下面４０ｂ上で実行され、当該生産ラインの第３プラズマ反応容器１０００ｃ内の上面４０ａで実行され、そして最後に当該生産ラインの第４プラズマ反応容器１０００ｄ内の下面４０ｂ上で実行される。留意すべきは、第１基板１００１１が、チャンバ１０００ｂの反応器内に予め配置されるように確認される一方で、当該コーティング生産ライン内の先行する基板が、その次のチャンバ１０００ｃ内に予め配置されるように確認される点である。

上記アセンブリは、図９の代表的な構造に限定されないで、任意の複数の処理のシーケンスを実行できるように、容器の任意の組み合わせをさらに有し得る。例えば、当該アセンブリは、４つの容器とは違う数の容器を有し得る。基板が、１つの容器から別の容器へ搬送されるときに、複数の処理ステップの可能な任意の組み合わせで処理され得るように、当該複数の容器は配置され得る。例えば、基板１０１１は、連続して上向きに、そして下向きに処理されてもよく、数回上向きに（又は下向きに）処理され、次いで下向きに（又は上向きに）処理されてもよい。例えば、基板１０１１は、ＰＥＣＶＤ反応器を備えて示されているプラズマ反応容器１０００ｂ〜ｃを含む複数の連続処理モジュールに連続して搬送され得る。反応器を有する容器１０００ｂが、基板を下向きにコーティングし、反応器を有するその次の容器１０００ｃが、当該基板のその他の面をコーティングする、すなわち上向きにコーティングする。一般に、基板１０１１は、キャリッジ又はその他の適切な幾つかの自動搬送手段によってそれぞれの容器１０００ａ〜ｄに連続して搬送される。複数の処理ステップの組み合わせが、複数のＰＥＣＶＤ処理ステップと、ロードロック、加熱、冷却、基板フリッピング、プラズマエッチング及びプラズマ洗浄並びに蒸着又はスパッタリング及び反応スパッタリングのようなＰＶＤ堆積のようなその他の処理ステップとの組み合わせを有するように、複数の容器が配置されてもよい。

上記の生産ラインに対する別の実施の形態として、それぞれのプラズマ反応容器１０００ａ〜ｄが、全て同じ構造を有してもよく、基板１０１１をフリッピングするための手段が提供されてもよい。プラズマ堆積が、当該生産ラインに沿った各プラズマ反応容器１０００ａ〜ｄで、基板１０１１の上面４０ａ上と下面４０ｂ上とで実行され得るように、基板１０１１をフリッピングするための手段が、連続するプラズマ反応容器１０００ａ〜ｄ間で基板１０１１をフリップするために稼働される。

留意すべきは、４つのプラズマ反応容器１０００ａ〜ｄの各々を真空経路によって結合することが最も好ましい点である。基板１０１１が、当該真空経路に沿って通過され得る。こうして、当該基板が、４つのプラズマ反応容器１０００ａ〜ｄ間を通過されるので、当該基板は、真空環境内に維持され得る。一般に、当該基板（又は一組の基板）が、単一の基板キャリア１０１３内に保持され、当該基板１０１１を保持する当該基板キャリアが、４つの反応容器１０００ａ〜ｄを連続して通過させられる。

本発明の概念は、基板の両面が光電装置の活性に寄与する特定のデバイスに対処することである。例えば、本発明は、ヘテロ接合セルの製造又は電力整流器の製造で使用され得る。

１ 面、境界面
２ 第１電極、金属プレート
３ ＲＦ入口
４ ライナー
５ プラズマ、プラズマスラブ
６ プラズマ境界、プラズマシース
６′ プラズマシース
７ プラズマ境界、プラズマシース
８ 第２電極、金属バックプレート、バック電極、背面電極アセンブリ、背面電極
９ コネクタ
１０ 凹部
１１ 基板
１１ａ 非活性部分、非活性領域
１１ｂ 非活性部分、非活性領域
１１ｃ 活性部分、活性面、活性領域
１２ 第１隙間
１３ 基板キャリア、フレーム
１３ａ 支持部材
１３ｂ 支持部材
１３′ 端部接触部
１４ 搬送要素、基板ホルダ
１５ 導電線
１６ 第３電極、補償電極
１７ 給電線
１８ 補償装置
１８ａ 補償装置
１８ｂ 補償装置
１９ 自己インダクタンスコイル
２０ 接続線
２１ 第２隙間
２２ 絶縁スペース要素、セラミック部材、セラミック保持ブロック、絶縁柱
２３ 絶縁スペース要素、セラミック部材、セラミック保持ブロック、絶縁柱
２５′ ポスト
２６ 弁、フレーム
２６′ 弁
２７ ばね要素
２８ 機械式のアクチュエータ
３０ 真空チャンバ、外部の真空容積
３２ プラズマ反応容積
３３ 電源、主発電機、ＲＦ電源
４０ａ 上面
４０ｂ 下面
４９ 矢印
５１ 電力入力部、ＲＦ電力源
５２ 電力制御手段
６１ 孔
６２ ギャップ
６３ ガス供給部
６４ 導管
９９ 矢印、手段
１００ プラズマコンデンサ処理反応容器、プラズマ反応陽気
１０１ 真空容器
１１２ 凹部
１１３ キャリア
６０１ 第１部材、反応容器アセンブリ
６０２ 第２部材、背面電極アセンブリ
６０２′ 背面電極アセンブリ
６０３ ハウジング
８００ プラズマ反応容器
８１１ 基板
８１１ａ 非活性部分
８１１ｂ 非活性部分
８１１ｃ 活性部分
８１３ 基板キャリア
８１３ａ 支持部材
８１３ｂ 支持部材
８１４ カットアウト部分
８１６ 第３電極
８２１ プラズマ容積
９００ プラズマ反応容器
９０２ 背面電極アセンブリ
９１３ 基板キャリア
９１４ カットアウト部分
９１６ 第３電極
１０００ａ〜ｄ プラズマ反応容器
１０１１ 基板
１０１３ 基板キャリア

Claims (10)

1. 真空チャンバと、
   この真空チャンバ内の第１電極と、
   この真空チャンバ内の、前記第１電極に対向し、この第１電極から離間された第２電極と、
   反応性プロセスガスを前記真空チャンバ内に供給するための手段と、
   その他方の電極が接地されている前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に主ＲＦ電圧を印加するための、前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に電気接続された電源と、
   基板の上面及び下面の少なくとも一部が、プラズマ反応容器の任意の部分によって触れられず且つ前記プラズマに曝され得るように、前記第２電極に電気接触され且つ前記基板を保持するように構成されている、導電性の材料から成る基板キャリアとを有するプラズマ反応容器において、
   前記プラズマ反応容器が、前記基板キャリアと前記第２電極との間に第３電極をさらに有し、前記第３電極が、前記第２電極から電気絶縁されていて、
   前記第３電極及び前記基板キャリアは、この基板キャリアが基板を保持するときに、第１隙間が前記基板と前記第３電極との間に形成されているように配置されていることを特徴とするプラズマ反応容器。
2. 前記プラズマ反応容器は、補償ＲＦ電圧を前記第３電極に供給するように構成された補償装置をさらに有し、前記補償ＲＦ電圧は、前記第１電極と前記第２電極とのＲＦ電圧の差の変調相とは逆の変調相を有する請求項１に記載のプラズマ反応容器。
3. 前記プラズマ反応容器は、前記第３電極と前記第２電極との間に第２隙間をさらに有し、この第２隙間は、前記第３電極を前記第２電極から電気絶縁する請求項１に記載のプラズマ反応容器。
4. 前記補償装置は、ＲＦ信号を生成し得る電源を有し、前記第３電極は、給電線を通じて前記電源に電気接続されている請求項２に記載のプラズマ反応容器。
5. 前記補償装置は、前記第２電極を前記第３電極に電気接続するための自己インダクタンスコイルを有する請求項２に記載のプラズマ反応容器。
6. 前記プラズマ反応容器は、前記第３電極と前記第２電極との間に絶縁スペース要素をさらに有し、前記第２隙間の大きさが、絶縁柱の高さによって決定される請求項３に記載のプラズマ反応容器。
7. 前記基板キャリアは、複数の前記基板を保持するように構成されている請求項１に記載のプラズマ反応容器。
8. 複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器が、請求項１に記載のプラズマ反応容器である、これらのプラズマ反応容器から構成されるアセンブリにおいて、
   それぞれのプラズマ反応容器が、真空経路を通じて結合されていて、
   前記真空経路は、基板を通過させることを可能にするように構成されていて、
   前記複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器が、プラズマを前記基板の上面で発生させるように構成されていて、前記複数のプラズマ反応容器のうちの少なくとも１つのプラズマ反応容器が、プラズマを前記基板の対向する下面で発生させるように構成されている当該アセンブリ。
9. １つおきのプラズマ反応容器が、プラズマを前記基板の上面上で発生させるように、プラズマ反応容器が構成されていて、それら以外のプラズマ反応容器が、前記基板の対向する下面でプラズマを発生させるように構成されている請求項８に記載のアセンブリ。
10. 真空チャンバと、
    この真空チャンバ内の第１電極と、
    この真空チャンバ内の、前記第１電極に対向し、この第１電極から離間された第２電極と、
    反応性プロセスガスを前記真空チャンバ内に供給するための手段と、
    その他方の電極が接地されている前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に主ＲＦ電圧を印加するための、前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に電気接続された電源と、
    基板の上面及び下面の少なくとも一部が、プラズマ反応容器の任意の部分によって触れられず且つ前記プラズマに曝され得るように、前記第２電極に電気接触され且つ前記基板を保持するように構成されている、導電性の材料から成る基板キャリアと、
    前記基板キャリアと前記第２電極との間の第３電極とを有し、
    前記第３電極が、前記第２電極から電気絶縁されていて、
    前記第３電極及び前記基板キャリアは、この基板キャリアが前記基板を保持するときに、第１隙間が前記基板と前記第３電極との間に形成されているように配置されている、前記プラズマ反応容器を使用してプラズマ処理を実行するための方法において、
    当該方法は、前記基板を保持するための前記基板キャリアを配置するステップと、
    前記基板の上面又は下面を前記第１電極又は前記第２電極と一緒に整列させるように、前記基板キャリアを前記真空チャンバの内部に配置するステップと、
    前記基板と前記第３電極との間に既定の値の第１隙間を設けるように、前記第３電極を移動するステップと、
    プラズマ反応容積を設けるように、前記第２電極及び／又は第１電極を移動するステップと、
    主ＲＦ電圧を前記第１電極又は前記第２電極のうちの一方の電極に印加し、当該他方の電極を接地するステップと、
    補償電圧を前記第３電極に印加するステップを有し、前記補償電圧が、前記第１電極と前記第２電極との間に印加される前記ＲＦ電圧の差に対する位相とは逆であり、
    前記基板と前記第１電極との間のギャップ内にプラズマを発生させるステップとを有する当該方法。

Images