KR100256192B1 - 플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법 - Google Patents

Abstract

넓은 면적의 기판 상에 매우 균일한 두께 및 품질을 갖는 고품질 퇴적막을 형성케 하는 플라즈마 공정을 고속으로 수행하기 위하여, 1) 적어도 30 내지 600MHz 범위의 고주파 전원의 발진 고주파를 사용하고, 2) 상기 고주파 전력을 정합 회로와 캐소드 전극을 접속하고 있는 전송 선로로 전송하고, 3) 막대상의 도전성 구조를 가지는 상기의 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체 사이의 접속부에서 캐소드 전극의 단면의 외부 형상이 전송 선로의 내부 도체의 단면의 외부 형상과 동일하며, 4) 상기 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체와의 접속부분을 상기 전송 선로 단면내의 전송 매체의 외부 형상과 동일한 외부 형상을 갖는 유전체 부재로 피복한다.

Description

플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법

본 발명은 플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 장치, 전자사진용 감광체 장치, 화상 입력용 라인 센서, 플랫 판넬 표시장치, 이미지화 장치, 광기전력 장치 등의 제작에 사용되는 플라즈마 증진 CVD 시스템을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장치, 및 퇴적막 형성 공정과 플라즈마 CVD에 의한 에칭 및 애싱 공정 등에 사용되는 플라즈마 공정 방법에 관한 것이다.

최근 몇 년간, 플라즈마 증진 CVD 시스템은 실제로 반도체 장치 등이 제작 공정에 산업상 사용되고 있다. 특히, 13.56MHz의 고주파 라디오 주파수 또는 2.45GHz의 마이크로웨이브를 사용하는 플라즈마 증진 CVD 시스템은 도체나 절연체에 관계없이 기판용 재료, 퇴적막용 재료 등을 가공 처리할 수 있기 때문에 널리 사용되고 있다.

도 1은 플라즈마 증진 CVD 시스템의 예로서 고주파 에너지를 사용하는 평행 평판상 장치를 기술하고 있다. 캐소드 전극 (703)은 반응 용기 (701)내 절연 캐소드 전극 지지판 (702)를 통하여 자리잡고 있다. 어어스 실드 (704)는 캐소드 전극 (703)의 측면과 반응 용기 (701) 사이에 방전이 발생하는 것을 막기 위하여 캐소드 전극 (703) 주위에 배치된다. 고주파 전력원 또는 RF 발생기 (711)은 정합 회로 (709) 및 RF 전력 공급 선로 (710)을 통하여 캐소드 전극 (703)에 접속된다. 플라즈마 CVD를 행한 평판상의 막 퇴적된 기판 (706)은 캐소드 전극 (703)과 평행하게 배치된 대향 전극 (705) 상에 위치하고, 상기 막 퇴적된 기판 (706)은 기판 온도 제어기 (도시되지 않음)에 의해 원하는 온도로 유지시키게 된다.

이러한 장치를 사용하요 플라즈마 CVD를 다음과 같이 수행한다. 반응 용기 (701)을 진공 배기 수단 (707)으로 배기시켜 고진공으로 만든 후, 반응 용기 내측을 소정의 압력 이하로 유지하기 위하여 가스 공급원 (708)로부터 반응 용기 (701)에로 반응 가스를 도입시킨다. 그 다음, RF 발생기 (711)로부터 RF 전력을 캐소드 전극 (703)으로 공급하여 캐소드 전극 및 대향 전극 사이에 플라즈마를 발생시키다. 그 결과 플라즈마는 반응 가스를 분해시키고 여기시킴으로써 막 퇴적 기판 (706)상에 퇴적막을 형성하게 된다.

보통 RF 에너지로서 13.56MHZ가 사용된다. 방전 주파수가 13.56MHz인 플라즈마 CVD 공정은 방전 조건을 제어하기가 비교적 용이하고 이로부터 얻어지는 막의 품질이 우수하다는 장점이 있다. 그러나, 가스의 이용율이 낮고 비교적 퇴적막 형성 속도가 작다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 고려하여, 약 25 내지 150MHz 범위의 고주파를 사용하는 플라즈마 CVD 공정에 대한 연구가 이루어졌다. 예컨대, 한 문헌 [플라즈마 화학 및 플라즈마 가공, 제7권, 3번 (1987), p267-273 (이하, "참고문헌 1"이라 함)]에는 평행 평판상 글로우 방전 분해 장치를 사용하여 25 내지 150 MHz의 주파수 RF 에너지에 의해 원료 가스 (실란 가스)를 분해하여 비정질 규소 (또한 "a-Si"로 언급됨)를 형성하는 방법이 기재되어 있다. 구체적으로, 25 내지 150MHz 범위에서 주파수를 변화시키면서 비정질 규소막을 형성하는데, 막 퇴적 속도는 70MHz를 사용하는 경우에 2.1nm/초로 가장 크고(이는 13.56 MHZ를 사용하는 상기 플라즈마 CVD 공정의 경우 보다 약 5 내지 8배 값에 해당), 수득된 비정질 규소막의 결함 밀도, 밴드 갭 및 전도율은 여기 주파수에 의해 거의 영향을 받지 않는다고 기재되어 있다. 그러나, 상기 참고문헌 1에 기재된 막 형성은 실험실 규모의 것이고, 대규모 막 형성에서도 이와 동일한 효과가 예측되는지에 대하여는 전혀 기재하고 있지 않다. 또한, 참고문헌 1은 다수의 기판 상에 동시에 막 형성을 수행함으로써 실제 응용 가능한 넓은 면적의 효과적인 반도체 장치의 형성에 대해서도 전혀 시사한 바가 없다. 참고문헌 1은 단지 RF (13.56 내지 200MHz)을 사용하는 것이 수 μm의 두께를 가져야만 하는 저가 고면적 Si:H 박막 장치의 고속 가공에 대한 연구의 전망을 열 것이라는 가능성을 시시하고 있을 뿐이다.

상기한 예는 평판상 기판을 가공 처리하기에 적당한 플라즈마 CVD 장치의 예이고, 한편, 유럽특허공개 제154160호 (이하, "참고문헌 2"라 함)에는 다수의 원통형 기판 상에 퇴적막을 형성하기에 적당한 플라즈마 CVD 장치의 예가 기재되어 있다. 이 참고문헌 2에는 주파수 2.45GHz의 마이크로웨이브 에너지원을 사용하는 플라즈마 CVD 장치 및 라디오 주파수 에너지 (RF에너지)원을 사용하는 플라즈마 CVD 장치가 기재되어 있다. 마이크로웨이브 에너지원을 사용하는 플라즈마 CVD 장치에서, 마이크로웨이브 에너지를 사용하기 때문에 막 형성시에 플라즈마 밀도는 매우 높고, 따라서 원료 가스가 빠르게 분해되어 막이 고속으로 퇴적된다. 그라나 그 결과 이 장치에 의한 경우 미세한 퇴적막을 안정적으로 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.

도 2 및 도 3은 참고문헌 2에 기재된 유형의 RF 에너지원을 사용하는 플라즈마 CVD 장치 (RF 플라즈마 CVD 장치)의 예를 기술하고 있다. 도 2 및 도 3은 참고문헌 2의 RF 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 플라즈마 CVD 장치를 예시하고 있다. 도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 횡단면도이다. 도 2 및 도 3에서, 부호 (100)은 반응 용기를 나타낸다. 반응 용기 (100)내에는 소정의 간격으로 동심으로 배치된 6개의 기판 홀더 (105A)가 있다. 부호 (106)은 각각의 기판 홀더 (105A)상에 배치된 막 형성용 원통형 기판 (106)을 나타낸다. 가열기 (140)는 각각의 기판 홀더 (105A)의 내측에 구비되고 원통형 기판 (106)을 내측으로부터 가열하도록 배열된다. 각각의 기판 홀더 (105A)는 모터 (132)에 접속된 기판의 회전을 위하여 사프트 (131)에 접속되어 회전되도록 배열된다. 부호 (105B)는 원통형 기판 (106)의 보조 유지 부재를 나타낸다. 부호 (133)은 밀봉 부재를 나타낸다. 부호 (103)은 플라즈마 발생 영역의 중심에 위치된 RF 전력의 입력용 캐소드 전극을 나타낸다. 이 캐소드 전극 (103)은 정합 회로 (109)를 통하여 RF 발생기 (111)에 접속된다. 부호 (120)은 캐소드 전극 지지 부재를 나타낸다. 부호 (107)은 배기 밸브가 구비된 배기관을 나타내고, 이 배기관 (107)은 진공 펌프가 구비된 배기 구조 (135)와 소통된다. 부호 (108)은 가스 범브, 매스 플로우 콘트롤러, 밸브 등으로 구성되는 원료 가스 공급 수단을 말한다. 이 원료 가스 공급 수단 (108)은 가스 공급관 (117)을 통하여 다수의 가스 방출공이 구비된 가스 방출관 (116)에 접속된다.

상기 장치를 사용하는 플라즈마 CVD는 다음과 같이 수행한다. 반응 용기 (100)은 배기 구조 (135)에 의해 배기시켜 고진공으로 만든 후, 원료 가스 공급원(108)으로부터 원료 가스를 가스 공급관 (117) 및 가스 방출관 (116)을 통하여 반응 용기 (100)내로 도입시켜 용기 내측을 소정의 압력으로 유지되도록 한다. 이렇게한 후, RF 전원 (111)로부터 RF 전력을 정합 회로 (109)를 통하여 캐소드 전극 (103)으로 공급하여 캐소드 전극과 원통형 기판 (106) 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 그 결과 플라즈마는 원료 가스를 분해하고 여기시킴으로써 원통형 기판 (106)상에 퇴적막이 형성되게 한다.

도 2 및 도 3에 예시된 플라즈마 CVD 장치는 방전 공간이 원통형 기판 (106)으로 둘러싸여 있기 때문에 원료 가스를 고효율로 이용할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 퇴적막을 원통형 기판 표면의 전체에 형성하기 위해서는 원통형 기판을 회전시켜야만 하는데, 이러한 회전에 의하여 실질 퇴적 속도는 상기 평행 평판 상 플라즈마 CVD 장치를 사용하는 경우의 약 1/3 내지 1/5로 감소된다. 그 이유는 다음과 같다. 방전 공간이 원통형 기판에 의해 돌러싸여 있기 때문에, 퇴적막은 각각의 원통형 기판이 캐소드 전극에 마주보는 위치에서는 평행 평판상 플라즈마 CVD 장치의 퇴적속도와 같은 퇴적 속도로 퇴적막이 형성되지만, 기판이 방전 공기와 접촉하지 않는 위치에서는 퇴적막이 거의 형성되지 않는다. 참고문헌 2는 RF 에너지의 특정 주파수에 대하여 전혀 기재하고 있지 않다. 원료 가스는 SiH₄를, RF 에너지는 통상의 주파수인 13.56MHz를, 압력은 큰 퇴적 속도는 쉽게 일으키지만 폴리실란 등의 전력을 발생할 수 있는 수 100mTorr로 하여 도 2 및 도 3에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 회전하는 원통형 기판의 전체 원주 표면에 걸쳐 비정질 규소막이 정확하게 퇴적되게 한 경우, 실질 퇴적 속도는 최대로 0.5nm/s 이었다. 도 2 및 도 3에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 비정질 규소막의 감광층을 갖는 전자사진용 광감성 부재를 제조하는 경우, 비정질 규소 감광층의 필요 막 두께가 약 30μm이라고 가정하면, 약 0.5nm/초의 상기 퇴적 속도를 적용한다면 막퇴적을 위해서는 최소 16시간이 필요하다. 이는 생산성 측면에서 보면 항상 만족스럽다고 할 수는 없다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 플라즈마 CVD 장치는 RF 에너지의 주파수가 30MHz 이상인 경우에 원통형 기판의 축 방향으로 균일하지 못한 플라즈마를 형성하게 되어, 원통형 기판 상에 균일한 막을 형성하기 매우 어렵다는 문제점이 있다.

제1도는 플라즈마 공정 장치의 실례를 나타내는 도식적 단면도.

제2도는 플라즈마 공정 장치의 실례를 나타내는 도식적 단면도.

제3도는 제2도에 도시된 장치의 3-3에 따른 단면을 도시하는 도식적 단면도.

제4도는 캐소드 전극과 전송 선로 사이의 접속부의 바람직한 실례를 예시하기 위한 도식도.

제5도는 플라즈마 장치의 바람직한 실례를 도시하는 도식적 단면도.

제6도는 제5도에 도시된 장치의 6-6에 따른 단면을 도시하는 도식적 단면도.

제7도는 제6도와 동일한 방향을 따라 관찰된, 또다른 바람직한 플라즈마 장치를 예시하기 위한 도식적 단면도.

제8도는 또다른 바람직한 플라즈마 장치의 위치 관계를 예시하기 위한 도식적 투시도.

제9도는 또다른 바람직한 플라즈마 장치의 위치 관계를 예시하기 위한 도식적 투시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 반응 용기 102 : 어어스 실드(earth shield)

103, 203 : 캐소드 전극 104, 204 : 유전체 커버

105A : 기판 홀더 106 : 원통형 기판

107 : 배기관 108 : 원료 가스 공급 수단

109 : 정합 회로 111 : 고주파 전원

116 : 가스 방출관 117 : 가스 공급관

120 : 캐소드 전극 지지 부재 130 : 전송 선로

130a : 내부 도체 130b : 전송 매체

131 : 기판 회전용 사프트 132 : 모터

133 : 밀봉 부재 135 : 배기 구조

140 : 가열기 206 : 평판상 기판

306 : 시트상 기판 351 : 유지 롤

352 : 권취 롤 701 : 반응 용기

702 : 캐소드 전극 지지대 703 : 캐소드 전극

704 : 어어스 실드 705 : 대향 전극

706 : 막이 형성되는 기판 707 : 진공 배기 수단

708 : 가스 공급 수단 709 : 정합 회로

710 : 고주파 전력 공급선 711 : 고주파 전원

그러므로, 본 발명은 종래 기술상의 상기 문제점을 해결하여 넓은 면적의 기판 상에 매우 균일한 두께 및 품질을 갖는 고품질 퇴적막을 고속으로 형성함으로써 고효율로 반도체 장치를 제작하거나 균일하고 신속하게 에칭 또는 애싱을 수행할 수 있는 플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 예컨대 다수의 원통형 기판 상에 예컨대 축 방향 및 원통형 기판의 원주 방향을 포함하는 모든 방향에서 매우 균일한 두께 및 품질을 갖는 고품질 퇴적막을 고속으로 형성함으로써 고효율로 반도체 장치를 제작하는 플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 감압가능한 공간을 갖는 반응 용기 및 반응 용기내에 배치되고 발진 주파수가 30MHz 내지 600MHz의 범위로 이루어지는 고주파수 전원에 전송 선로를 통하여 접속되어 있는 캐소드 전극을 갖는 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기서 캐소드 전극을 도전성 재료를 가지는데, 이 도전성 부재의 접속부의 횡단면의 형상은 상기 전송선의 내부 도체의 접속부의 횡단면의 형상과 실질적으로 동일하다.

또한 본 발명은 감압가능한 공간을 갖는 반응 용기, 반응 용기내에 배치된 기판 유지 수단 및 캐소드 전극, 및 정합 회로를 통하여 고주파수 전원에 의해 발생된 고주파수 전력을 캐소드 전극으로 공급하기 위한 전송 선로를 갖는 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 플라즈마 공정 장치는 기판 유지 수단에 의해 고정된 기판과 캐소드 전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하는데,

1) 상기 고주파수 전원의 발진 주파수는 30 내지 600MHz의 범위이고,

2) 상기 정합 회로 및 캐소드 전극은 전송 선로를 통하여 접속되고 고주파수 전력은 이 전송 선로를 통하여 전송되고,

3) 상기 캐소드 전극은 막대형의 전도성 구조를 가지는데, 상기 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체와의 접속부에서 캐소드 전극의 단면의 외부 형상과 전송 선로의 내부 도체의 횡단면의 외부 형상은 동일하고,

4) 상기 캐소드 전극 및 전송 선로의 내부 도체 사이의 접속부는 전송 선로의 단면내 전송 매체의 외부 형상과 동일한 외부 형상을 갖는 유전체 부재에 의해 피복된다.

또한 본 발명은 기판이 원통형 기판이고, 상기 언급된 기판 유지 수단은 다수의 원통형 기판들이 원통형 기판의 중앙 축이 실질적으로 동일한 원주 상에 위치 되도록 반응 용기내에 배치된 캐소드 저극 주위에 배치되고, 플라즈마는 다수의 원통형 기판과 캐소드 저극 사이에 발생되어 원통형 기판의 표면 상에서 플라즈마 공정을 수행하는 방식으로 상기 플라즈마 장치를 배열하여 얻어진 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기판이 원통형 기판이고, 상기 언급된 기판 유지 수단은 다수의 캐소드 전극들이 원통형 기판 주위에 위치하도록 배치되고, 플라즈마가 이 캐소드 전극과 원통형 기판 사이에 발생되어 원통형 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하도록 구성된 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

부가적으로, 본 발명은 플라즈마 공정이 기판의 회전 없이 기판의 표면 상에서 수행될 수 있도록 제작된 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

부가적으로, 본 발명은 기판이 평판상 기판이고, 단일 캐소드 전극 또는 다수의 캐소드 전극이 평판상 기판과 평행하게 배열되고, 상기 플라즈마가 캐소드 전극과 평판상 기판 사이에 발생되어 평판상 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하도록 제작된 플라즈마 공정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

부가적으로, 본 발명은 막 형성 시에 기판이 유지 롤로부터 공급되고 권취롤에 의해 권취되는 시트상 기판이고, 단일 캐소드 전극 또는 다수의 캐소드 전극이 시트상 기판과 평행하게 배열되고, 플라즈마가 캐소드 전극과 시트상 기판 사이에 발생되어 시트상 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하도록 제작된 플라즈마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 플라즈마 공정 장치를 사용하는 플라즈마 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 플라즈마 공정으로 퇴적막 형성, 에칭 또는 에슁을 수행하는 데에 최적인 플라즈마 공정 장치 및 플라즈마 공정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 하기에 상세히 서술될 것이다.

본 발명은 하기 비교예 1로부터 RF 에너지의 주파수를 바람직하게는 30MHz 이상, 보다 바람직하게는 60MHz 이상으로 설정할 때, 증기상 반응이 일어나기 쉽지 않은 고진공 영역에서의 방전이 가능하고,매우 우수한 막 특성을 얻을 수 있으며, 퇴적 속도도 13.56MHz의 경우보다 증가되는 반면, 막 품질 분포 및 퇴적 속도 분포는 악화되었음을 알아냈다.

따라서, 본 발명자들은 RF 에너지의 주파수가 30MHz 이상으로 설정될 경우 막의 품질이 심하게 불균일해지는 이유를 해명하기 위하여 강도높은 연구를 수행하였다. 그 결과, 본 발명자들은 막 품질의 불균일화는 플라즈마 전위 분포와 밀접하게 관련되어 있음을 밝혀냈다. 구체적으로, 랑그뮤어 프로브법 (Langmuir probe method)에 의해 원통형 기판의 축 방향을 따라 플라즈마 전위를 측정해 보았는데, 막 품질이 균일하지 못한 위치에 상응하는 곳에서 플라즈마 전위는 강하되는 것을 알아냈다.

이러한 연구의 결과, 막 품질 분포 및 퇴적 속도 분포의 악화는 캐소드 전극으로 RF 전력이 유입되는 도입부에서의 임피던스 갭에 의해 야기되는 것이고, 즉 이러한 갭은

1) 도입부에서 전계를 강화시킴으로써 도입부에서의 플라즈마를 불균일하게 분포시키며,

2) 캐소드 전극으로의 고주파 전송을 방해하여 캐소드 전극 이외의 다른 부분에 고주파 전력이 흐르게 함으로써, 기판 상에 또는 방전 공간을 둘러싼 구성 부재의 표면상에 형성된 이온 시이드 (ion sheath)에 정재파가 발생하도록 하기 때문인 것으로 착안하였다.

일반적으로, RF 전력을 캐소드 전극과 대향 전극 사이에 인가하여 플라즈마를 발생시키는 경우, RF 전력을 캐소드 전극 상에 전송시키기 위하여 그리고 플라즈마가 전송 선로의 일부분에서 발생하는 것을 방지하기 위하여, 전송 선로는 캐소드 전극에 접속된 외부 도체, 그를 둘러싸고 있는 유전체 부재 및 외측에 RF 전력의 외부로서 방사를 차단하기 위하여 유전체 부재를 둘러싸는 어어스 실드로 이루어진 것을 사용한다. RF 전력이 이 전송 선로로부터 캐소드 전극으로 전송되는 경우, 내부 도체 및 어어스 실드 사이에서 전송되는 전자계는 전송 선로가 캐소드 전극에 들어가는 도입 부분에서 RF 전력의 흡수체인 플라즈마와 정면으로 마주치게 되어, 플라즈마는 RF 전력을 상당량 흡수하게 되고 그 결과 플라즈마가 캐소드 전극의 도입부에서 불균일하게 분포하게 된다.

또한, 전극에 인가된 RF 전력의 주파수와 플라즈마 발생 공간의 크기 사이의 관계에 따라서는 무시할 수 없는 정재파가 플라즈마 발생 공간 상에서 때때로 발생한다. 구체적으로, RF 전력의 주파수가 높거나 방전 공간의 표면적이 큰 경우 정재파가 더 쉽게 발생한다. 정재파가 큰 경우에, 방전 공간 내의 전계 분포는 나쁘게 될 것이고, 그 결과 전극들 사이의 플라즈마 밀도, 플라즈마 전위, 전자 온도 등을 포함하는 플라즈마 분포는 방해되며, 플라즈마 CVD의 막 형성 품질에 부정적인 영향을 미치게 된다. 플라즈마는 이온 시이드에 의해 둘러싸인 공간내에 위치된 도체로서 간주될 수 있고 RF 전자계는 주로 이온 시이드 내에서 전파한다. 방전 공간의 말단에서 반사파가 나타나 입사파를 방해하여, 그 결과 30MHz 이상의 주파수에서 막 품질 및 퇴적 속도에 영향을 미치는 정재파가 발생되는 것으로 생각된다. 특히, 전계는 정재파의 노드 위치에서 약화되고 이로써 플라즈마 전위 감소를 균일하지 못하게 분포시키고 결국 막 품질 불균일을 심화시키는 것으로 생각된다. 또한 400 내지 600MHz의 주파수에서 정재파의 노드가 여러 곳에서 나타났다.

본 발명자들은 RF 에너지의 주파수를 증가시킴으로써 발생되기 쉬운 막 품질 분포 및 막 두께 분포의 악화를 방지하기 위하여 캐소드 전극으로 RF 전력을 도입시키는 도입구의 형상 및 구조에 대하여 연구하였다. 그 결과, RF 전력의 도입부에서의 플라즈마의 불균일한 분포와 특히 기판 상에서의 RF 전자계의 정재파의 발생을 억제하기 위해서는 가능한 한 많은 RF 전력이 캐소드 전극으로만 전송되도록 고주파 전송 회로의 임피던스를 캐소드 전극의 임피던스와 같거나 거의 동일하게 하는 것이 효과적임을 밝혀냈다. 전술한 바와 같이, 플라즈마는 이온 시이드에 의해 둘러싸인 도체로서 간주될수 있다. 따라서, 캐소드 전극과 플라즈마 사이의 임피던스를 캐소드 전극으로의 전송 선로의 임피던스와 같도록 하기 위해서는 다음의 두 요소가 효과적이라는 것을 알아냈다.

1) 캐소드 전극과 전송 선로의 내부 도체와의 접속부에 있어서, 캐소드 전극의 단면의 외부 형상 및 크기가 전송 선로의 내부 도체의 단면의 외부 형상 및 크기와 동일하다.

2) 캐소드 전극과 전송 선로의 내부 도체와의 접속부를 전송 선로의 단면내의 전송 매체의 외부 형상과 동일한 외부 형상을 갖는 유전체 부재로 피복한다.

실시예는 원통형 캐소드 전극 (103) 및 유전체 커버 (104)가 각각 전송 선로 (130)의 내부 도체 (130a) 및 전송 매체 (130b)와 동일한 단면 형상 및 재료로 제작되고, 도전성 재료 등의 어어스 실드 (102)가 동심 전송 선로 (130)의 외측 상에 제공되는 도 4에 도시된 바의 것이다.

이 배열에 따라, 캐소드 전극 부분의 임피던스는 이온 시이드의 두께로 인하여 부가적인 임피던스 및 전송 선로의 임피던스 보다 큰 플라즈마 저항만을 가지므로, 임피던스 갭은 비교적 작고 전송 선로로부터 오는 RF 전자계는 주로 캐소드 전극으로 전송되고, 이로써 도입부에서의 불균일한 플라즈마 분포 및 기판으로의 RF 전송이 억제된다.

본 발명은 상기의 연구 결과에 기초하여 수행된 것으로, 도면을 참고로 하여 기술된 것이다.

도 5 및 도 6에 도시된 플라즈마 CVD 장치는 본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 바람직한 실례이다. 도 6은 도 5의 선 6-6에 따른 단면도이다. 도 5 및 도 6에서, 부호 (100)은 반응 용기를 나타낸다. 반응 용기 (100)내에서 소정의 간격으로 동심으로 배치된 6개의 기판 홀더 (105A)가 있다. 부호 (106)은 각각의 기판 홀더 (105A) 상에 배치된 막 형성용 원통형 기판을 나타낸다. 가열기 (140)는 각각의 기판 홀더 (105A)의 내측에 구비되고 원통형 기판을 내측으로부터 가열하도록 배열된다. 각각의 기판 홀더 (105A)는 모터 (132)에 접속된 기판의 회전을 위하여 사프트 (131)에 저속되어 회전되도록 배열된다. 부호 (105B)는 원통형 기판 (106)의 축 유지 부재를 나타낸다. 부호 (103)은 플라즈마 발생 영역의 중심에 위치된 RF 전력의 도입용 캐소드 전극을 나타낸다. 이 캐소드 전극 (103)은 정합 회로 (109)를 통하여 RF 발생기 (111)에 접속된다. 캐소드 전극 (103)은 유전체 커버 (104)에 의해 피복된다. 부호 (130)은 캐소드 전극 지지 부재로서 기능하는 운송 선로를 나타낸다. 부호 (107)은 배기 밸브가 구비된 배기관을 나타내고, 이 배기관 (107)은 진공 펌프가 구비된 배기 구조 (135)와 소통된다. 부호 (108)은 가스 범브, 매스 플로우 콘트롤러, 밸브 등으로 구성되는 원료 가스 공급 수단을 말한다. 그의 원료 가스 공급 수단 (108)은 가스 공급관 (117)를 다수의 가스 방출공을 구비한 가스 방출관 (116)에 접속된다. 부호 (133)은 밀봉 수단을 나타낸다.

이러한 장치를 사용한 플라즈마 CVD는 다음과 같이 수행된다.반응 용기 (100)을 배기 구조 (135)에 의해 배기시킴으로써 고진공으로 만든 후, 원료 가스 공급원 (108)로부터 가스 공급관 (117) 및 가스 방출관 (116)을 통하여 원료 가스를 반응 용기 (100)내로 도입시켜 용기 내측을 소정의 압력이 되도록 한다. 그 다음, RF 전원 (111)으로부터 정합 회로 (109)를 통하여 RF 전력을 캐소드 전극 (103)으로 공급하여 캐소드 전극과 원통형 기판 (106) 사이에 플라즈마를 발생시킨다. 그 결과 플라즈마는 원료 가스를 분해하고 여기시킴으로써 원통형 기판 (106) 상에 퇴적막이 형성되도록 한다.

도 4는 본 발명의 플라즈마 CVD 장치내 캐소드 전극 및 전송 선로의 형상의 예를 도시한다. 도 4에 도시된 캐소드 전극 (103) 및 유전체 커버 (104)는 단순한 원통형 형상이나, 이 형상은 축 방향을 따라 캐소드 전극 (103)의 길이 및 사용된 RF 발생기의 주파수를 고려하여 예컨대 외경 중간을 변화시킴으로써 도입부 외의 다른 부분에서 추상적으로 결정될 수 있다. 본 발명에서 캐소드 전극으로 바람직한 형상은 고리형 원통, 고리형 관, 다각 프리즘등의 막대 형상이다.

본 발명에서, 유전체 커버 (104)용으로 사용되는 유전체 재료는 임의 통상의 유전체 물질, 바람직하게 적은 유전 손실을 갖는 재료로부터 선택될 수 있다. 바람직한 물질은 0.01 이하의, 보다 바람직하게 0.001 이하의 유전체 손실 탄젠트를 갖는 것들이다. 바람직하게 중합체 유전체 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리플루오로클로로에틸렌, 폴리플루오로에틸렌프로필렌, 폴리이미드 등이다. 바람직한 유리 재료는 실리카 유리, 보로실리케이트 유리 등이다. 바람직한 자기 재료는 주로 질화보론, 질화규소, 질화알루미늄등을 함유하는 재료이거나, 주로 산화알루미늄, 산화마그네슘 및 산화규소와 같은 것들 중의 하나 이상의 원소 산화물을 함유하는 재료이다.

본 발명에서, RF 발생기의 주파수는 바람직하게는 30 내지 600MHz, 보다 바람직하게는 60 내지 300MHz이다.

본 발명의 플라즈마 CVD 장치는 도 7에 도시된 바와 같이 원통형 기판 (106) 주위에 다수의 캐소드 전극 (103)이 배열되는 형상으로 제작될 수 있다. 상기 형상은 막의 형성시에 항상 원통형 기판의 전체 표면을 플라즈마에 노출시켜 퇴적 속도를 크게 증가시키고 차례로 생산성을 개선시킨다. 또한, 캐소드 전극의 수 및 위치를 최적화하여, 원통형 기판을 회전시킬 필요가 없어 회전 기작에 대한 필요성을 제거하는 동시에 기판 전체 표면 상에 균일한 퇴적막을 형성할 수 있는 바 장치의 제작을 간단하게 한다. 원통형 기판의 회전이 훨씬 더 균일하고 균질한 퇴적막을 형성할 수 있음은 말할 필요도 없다.

본 발명에 따른 플라즈마 CVD 장치의 형상은 다수의 캐소드 전극 (203)이 도 8에 3시된 바와 같이 평판상 기판 (206)과 평행하게 위치되는 것일 수 있다. 이를 사용하여, 매우 균일한 두께를 갖는 균질한 퇴적막이 넓은 면적의 평판상 기판 상에 고속으로 형성될 수 있다.

본 발명의 또다른 플라즈마 CVD 장치는 도 9에 도시된 바와 같이, 단일 캐소드 전극 또는 다수의 캐소드 전극 (303)이 막 형성 시에 유지 롤 (351)로부터 공급되고 권취 롤 (352)상에 권취되는 시트상 기판 (306)과 평행하게 배열되는 형상으로 제작될 수 있다. 이 형상을 사용하여, 극히 균일한 두께를 갖는 균질한 퇴적막을 넓은 면적의 시트상 기판 상에 고속으로 형성할 수 있다.

본발명의 플라즈마 CVD 장치에 사용된 가스에 대해서는, 형성된 퇴적 막의 유형에 따라 막 형성에 기여하는 통상의 원료 가스중 하나가 적절하게 선택된다. 예컨대, 비정질 규소 기재 퇴적막을 형성하는 경우에, 바람직한 원료 가스의 예로는 실란, 디실란, 고차 실란, 등 및 그의 혼합 가스를 포함한다. 기타 퇴적막을 형성하는 경우에는, 원료 가스의 예로는 게르만, 메탄 및 에틸렌 및 그의 혼합 가스를 포함한다. 어느 경우이든, 막 형성용 원료 가스는 담체 가스와 함께 반응 용기내로 도입될 수 있다. 도입가스의 실례로는 수소 가스, 아르곤 가스 및 헬륨 가스와 같은 불활성 가스 등을 포함한다.

본 발명에서 예컨대 퇴적막의 밴드 갭을 조정하기 위한 성질 개선 가스를 사용할 수 있다. 상기 가스의 예로는 질소 원자를 함유하는 가스, 예컨대 질소 또는 암모니아, 산소 원자를 함유하는 가스, 예컨대 산소, 산화질소,및 산화이질소, 탄화수소 가스, 예컨대 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌, 및 프로판, 불소 화합물 가스, 예컨대 사불화규소, 육불화이규소, 및 사불화게르마늄 및 그의 혼합가스 등을 포함한다.

본 발명에서, 도판트 가스를 형성된 퇴적막의 도핑시에 사용할 수 있다. 도핑 가스의 예로는 디보란, 불화 보란, 포스핀, 불화인등의 가스를 포함한다.

본 발명에서 퇴적막 형성시의 기판 온도는 경우에 따라 설정될 수 있으나, 비정질 규소 기재 퇴적 막을 형성하는 경우에 온도는 바람직하게 60 내지 400℃, 보다 밞작하게 100 내지 350℃의 범위이다.

에칭의 경우, CF₄또는 CCl₄와 같은 할로겐 기재 에칭 가스가 바람직하게 사용되고, 애싱의 경우에, 산소 가스가 바람직하게 사용된다. 이 경우에 담체 가스가 경우에 따라 사용될 수 있다.

본 발명은 실시예로써 보다 서술될 것이나, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되지 않음을 자명하다.

[실시예 1]

주파수 대역 30 내지 600MHz의 RF 발생기가 접속된 도 5 및 도 6에 나타낸 플라즈마 CVD 장치를 사용하였다. 캐소드 전극은 도 4의 구조로 제작되었고, 여기서 원통형의 캐소드 전극 (103)은 알루미나 세라믹의 유전체 커버 (104)로 덮혀 있고, 전송 선로 (130)의 내부 도체 (130a)는 캐소드 전극과 동일한 외부 직경을 갖는 연속 체이며, 전송 선로의 전송 매체 (130b)는 유전체 커버 (104)와 동일한 재료이며 동일한 내부 직경 및 외부 직경을 갖는 원통형의 유전체로 제작된다. 하기 설명되는 비교예 1과 동일한 막 형성 조건, 구체적으로는 RF 전력 : 1 KW, SiH₄가스의 유량 : 500sccm, 막 형성 압력 : 50mTorr, 25mTorr 또는 5mTorr, 및 기판의 온도 250℃를 유지하면서, 비교예 1과 동일한 막 형성 절차에 따라, 비정질의 규소막을 원통형의 기판 (106) 각각 및 전기적 특성 평가용 기판에 형성하였다.

비교예 1에서와 동일한 평가 방법으로 막 성질 및 막 성질 분포 및 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포로 상기 설명된 것처럼 형성된 비정질의 규소 막을 평가하였다. 50mTorr, 25mTorr 또는 5mTorr의 3가지의 압력 조건 하에서 형성된 시료 막에 대한 감광성의 평가 결과를 표 1, 표 2 및 표 3에나타내고, 퇴적 속도의 평가 결과는 표 4, 표 5 및 표 6에 나타내었다. 표 7은 상기 막 형성 조건과 다른 실시예 및 비교예의 조건을 함께 나타낸다.

주파수 30MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 50mTorr의 압력 조건 하에서 형성된 모든 시료 막은 8 × 10³내지 2 × 10⁴범위의 실제적인 문제가 없는 막(△) 또는 우수한 막 특성 (○)을 타나낸다 (표 1). 평균 퇴적 속도는 0.5nm/s 이고 퇴적 속도 분포는 6% 이다 (표 4). 25mTorr의 압력 조건에서 형성된 모든 시료 막은 우수한 막 특성(○)인 1 × 10⁴내지 3 × 10⁴의 범위의 감광성을 나타낸다 (표 2). 평균 퇴적 속도는 0.5nm/s이고 퇴적 속도 분포는 6%이다 (표 5). 5mTorr의 압력 조건하에서 방전은 발생할 수 없었다.

주파수 60 내지 300MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 50mTorr의 압력 조건하에서 형성된 모든 시료 막은 우수한 막 특성 (○)을 나타내는 1 × 10⁴내지 3 × 10⁴범위의 감광성을 나타낸다 (표 1). 평균 퇴적 속도는 1 내지 1.8nm/s 이고 퇴적 속도 분포는 4 내지 6%이다 (표 4). 25mTorr 의 압력 조건에서 형성된 모든 시료 막은 우수한 막 특성 (○)인 4 × 10⁴내지 8 × 10⁴의 범위의 감광성을 나타낸다 (표 2). 평균 퇴적 속도는 0.9 내지 2.0nm/s이고 퇴적 속도 분포는 4 내지 5%이다 (표 5). 5mTorr의 압력 조건하에서 형성된 모든 시료 막은 매우 우수한 막 특성 (◎)인 1 × 10⁵내지 5 × 10⁵의 범위의 감광성을 나타낸다 (표 3). 평균 퇴적 속도는 0.8 내지 1.7nm/s이고, 퇴적 속도 분포는 4%이다 (표 6).

주파수 400 내지 600MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 50mTorr의 압력 조건 하에서 형성된 모든 시료 막은 실제적인 문제가 없는 막 (△)을 나타내는 7 × 10³내지 1 × 10⁴범위의 감광성을 나타낸다 (표 1). 평균 퇴적 속도는 0.6 내지 0.7nm/s이고, 퇴적 속도 분포는 6 내지 8%이다 (표 4). 25mTorr의 압력 조건에서 형성된 모든 시료 막은 우수한 막 특성 (○)인 1 × 10⁴내지 3 × 10⁴의 범위의 감광성을 나타낸다 (표 2). 평균 퇴적 속도는 0.6 내지 0.7nm/s이고, 퇴적 속도 분포는 6 내지 8%이다 (표 5). 5mTorr의 압력 조건에서 형성된 모든 시료막은 우수한 막 특성 (○)인 5 × 10⁴내지 8 × 10⁴의 범위의 감광성을 나타낸다 (표 3). 평균 퇴적 속도는 0.5 내지 .07nm/s이고, 퇴적 속도 분포는 6 내지 7% 이다 (표 6).

[실시예 2]

도 5 및 도 6에 나타낸 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 실시예 1에서 달성된 10⁵을 넘어서는 감광성 값의 조건, 즉 막 형성 압력은 5mTorr이고, 전력 주파수는 60MHz, 100MHz, 200MHz 및 300MHz인 각각의 조건하에서 전자사진 부재를 제조하였다. 캐소드 전극 (103), 유전체 커버 (104) 및 전송 선로 (130)을 각각의 전원 주파수의 경우에 실시예 1에서 사용된 것과 동일한 형상 및 동일한 재료의 것을 사용하였다.

전자사진 감광 부재는 표 8에 나타낸 막 형성 조건하에서 전하 주입 방지층, 광도전층 및 표면 보호층을 그 순서대로 6개의 Al 원통형 기판상에 퇴적하여 형성하였다.

각각의 전력 주파수의 조건하에서 수득된 시료를 전하량, 화상 밀도, 및 화상 결점에 대하여 평가하였다. 그 결과로, 모든 전자사진 감광성 부재는 이러한 평가 항목에 대하여 전자사진 감광성 부재의 표면 전반에 걸쳐 우수한 결과를 나타내었다. 이것은 모든 전자사진 감광성 부재가 또한 우수한 전자사진 특성을 갖는다는 것을 증명한다.

[실시예 3]

도 7에 나타낸 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 108mm의 직경, 358mm의 길이 및 5mm의 두께를 갖는 6개의 알루미늄 원통형 기판 (106)을 반응 용기 (100)에 두고, 기판 회전없이 막 형성을 수행하였다. 캐소드 전극 시스템의 형상은 도 4에 나타내었다. 즉, 알루미늄으로 이루어지고, 전체 길이는 450mm이며, 전송 선로의 내부 도체 (130a)와 동일한 외경 및 동일한 재료로 만들어진 원통형 캐소드 전극 (103)을 전송 선로의 전송 매체 (130b)와 동일한 내경 및 외경을 가지며, 동일한 재료로 만들어진 알루미나 세라믹 유전체 커버 (104)로 덮고, 도 7에서 처럼 7개의 캐소드 전극을 반응용기에 두었다.

RF 발생기의 주파수를 100MHz로 유지하고, 표 7에 나타낸 막 형성 조건하에서 비정질의 규소 막을 6개의 원통형 기판상에 형성하였다.

퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포에 대한 평가는 하기 절차에 따라 수행하였다. 비정질 규소 막이 형성된 6 개의 원통형 기판중 하나에 축 방향으로 약 20mm의 간격의 선로 및 원주 방향으로 약 32mm의 간격의 선로를 인장하여 수득되는 180 교차점의 경우, 막 두께는 비교예 1에서 사용된 와상 전류형 막 두께 측정기로 측정하고, 퇴적 속도는 각각의 측정점에서 계산하고, 편균 퇴적 속도는 그 수득된 값의 평균값으로 계산하였다. 수득된 평균 퇴적 속도는 7.2nm/s였다. 축 방향으로의 퇴적 속도 분포는 다음과 같이 얻었다. 먼저, 축방향에서의 한 선로의 18 개의 측정점에서의 퇴적 속도의 최대값 및 최소값의 차이를 구하고, 이 차이를 18개의 지점의 평균 퇴적 속도로 나누어 선로당 퇴적 속도 분포를 구하였다. 다음에, 다른 9개의 선로 각각에 대한 선로당 퇴적 속도 분포를 동일한 방법으로 구하고, 수득된 10개 선로의 퇴적 속도 분포의 평균값을 계산하고, 이를 축방향에서의 퇴적 속도 분포로서 백분율로 표시하였다. 축방향에서의 퇴적 속도 분포는 5%였다. 원주 방향에서의 퇴적 속도 분포는 다음과 같이 구하였다. 원주 방향에서의 한 선로의 10 개의 측정점에서 퇴적 속도의 최대값 및 최소값의 차이를 구하고, 이 차리를 10개 지점의 평균 퇴적 속도로 나누어 선로당 퇴적 속도 분포를 구하였다. 다음에, 다른 17개의 선로 각각에 대한 선로당 퇴적 속도 분포를 동일한 방법으로 구하고, 수득된 18개 선로의 퇴적 속도 분포의 평균값을 구하고, 이를 원주 방향으로의 퇴적 속도 분포로서 백분율로 표시하였다. 원주 방향에서의 퇴적 속도 분포는 9%였다.

[실시예 4]

전자사진 감광 부재는 실시예 3에서와 동일한 플라즈마 CVD 장치를 사용하여 기판의 회전 없이 제작하였다. 표 9에 나타난 막 형성 조건하에서 전하 주입 방지층, 광도전층 및 표면 보호층을 그 순서대로 6개 Al 원통형 기판상에 퇴적하여 전자사진 감광 부재를 형성하였다.

수득된 시료를 전하량, 화상 밀도, 및 화상 결함으로 평가하였다. 그 결과로, 모든 전자사진 감광성 부재는 이러한 평가 항목에 대하여 전자사진 감광성 부재의 표면 전반에 걸쳐 우수한 결과를 나타내었다. 이것은 모든 전자사진 감광성 부재가 우수한 전자사진 특성을 갖는 것을 증명한다.

[실시예 5]

기판을 막 형성에 따라 회전한 것을 제외하고는 실시예 3에서와 동일한 방법으로 6 개의 원통형 기판 각각에 비정질의 규소 막을 형성하였다. 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포는 실시예 3에서와 동일한 방법으로 평가하였다. 평균 퇴적 속도는 7.2nm/s였고, 축방향에서의 퇴적 속도 분포는 5%이고, 원주 방향에서의 퇴적 속도 분포도는 3%였다.

[실시예 6]

실시예 5에서와 동일한 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 막 형성 시에 기판을 회전하면서 전자사긴 감광 부재를 제작하였다. 표 9에 나타난 막 형성 조건하에서 전하 주입 방지층, 광전도층 및 표면 보호층을 그 순서대로 6개 Al 원통형 기판상에 퇴적하여 전자사진 감광 부재를 형성하였다. 수득된 시료를 전하량, 화상 밀도, 및 화상 결함으로 평가하였다. 그 결과로, 모든 전자사진 감광성 부재는 이러한 평가 항목에 대하여 전자사진 감광성 부재의 표면 전반에 걸쳐 매우 우수한 결과를 나타내었다. 이것은 모든 전자사진 감광성 부재가 또한 우수한 전자사진 특성을 갖는다는 것을 증명한다.

[실시예 7]

도 8에서 도시된 형태의 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 막 형성은 길이 500mm, 폭 500mm, 및 두께 1mm의 유리 평판상 기판을 반응 용기에 둠으로써 수행하였다. Al로 제조하고 길이 200mm 및 직경 25mm의 원통형의 캐소드 전극(203)을 길이 605mm, 내경 26mm, 및 외경 38mm의 알루미나 세라믹 유전체 커버(204)로 피복시켰고, 그러한 5개 캐소드 전극은 도 8에서 도시된 바와 같이 반응 용기에 두었다. RF 발생기의 주파수를 250MHz로 설정시킴으로써, 비정질 규소막은 표 7에서 나타낸 바와 같은 막 형성 조건 하에서 평판상 기판 상에 형성시켰다.

퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포는 하기 공정으로 평가하였다. 종방향으로 간격 약 30mm 간격의 선로를 및 그 상에 형성된 비정질 규소 막을 갖는 평판상 기판의 횡방향으로 간격 약 30mm 간격의 선로를 잡아 당김으로써 수득된 256개 교차점에 대하여, 막 두께는 비교예 1에서 사용된 와상 전류형 막 두께 미터로 측정하였고, 평균 퇴적 속도는 각 측정 지점에서의 계산된 퇴적 속도 값의 평균 값으로서 수득하였다. 수득된 평균 퇴적 속도는 6.5nm/s이었다. 퇴적 속도 분포는 256개 측정 지점에서의 퇴적 속도를 벗어나는 최대와 최소의 차이하고, 이 차이를 평균 퇴적 속도에 의하여 나누는 방식으로 수특하였고, 퇴적 속도 분포로서 백분율로 표현하였다. 수득된 퇴적 속도 분포는 8%이었다.

[실시예 8]

도 9에 도시된 형태의 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 폭 500mm 및 두께 0.1mm의 스테인리스강의 시트상 기판(306)을 반응 용기에 두었고, 막 형성은 시트상 기판을 권취용 롤(352) 주위에서 권취시키면서 수행하였다. 캐소드 전극(303) 및 유전체 커버(304)의 병용은 실시예 7에서와 동일하였고, 반응 용기에서 고정시켰다. 550 MHz로 RF 발생기의 주파수를 설정시킴으로써, 비정질 규소 막은 표 7에서 나타낸 바와 같은 막 형성 조건 하에서 시트상 기판 상에 형성시켰고, 길이 500mm의 시트 조각을 시트상 기판으로부터 절단시켰다. 이어서, 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포는 실시예 7에서와 동일한 공정으로 평가하였다. 수득된 평균 퇴적 속도는 1.5nm/s이었고, 퇴적 속도 분포는 5%이었다.

[비교예 1]

실험은 이미 인용한 참고 문헌 2에서 기술된 RF 에너지원을 사용하여 RF 플라즈마 CVD 기술을 기준하여 수행하였다. 구체적으로, 도 2 및 3에서 도시된 플라즈마 CVD 장치에서, 비정질 규소 막은 각종 주파수의 RF 발생기를 사용하여, 각 원통형의 기판의 전체 말단면 상에서 형성시켰다. 각 비정질 규소 막의 형성에서 퇴적 막의 막 품질 및 막 품질 분포에 대한 및 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포에 대한 RF 발생기의 주파수의 영향력에 대하여 관찰하였다. 초기 단계에서, 실험은 참고 문헌 1에서 기술된 바와 같은 압력 조건 약 0.2Torr하에서 수행하였지만, 폴리실란 등의 전력의 눈에 띄는 발생 때문에, 실험은 하기 공정을 압력 50mTorr 이하 하에서 수행하였다.

실험에서, 매번 막 형성시에 직경 108mm, 길이 358mm, 및 두께 5mm의 6개 Al 원통형의 기판을 반응 용기(100)에 고정시켰고, 막의 형성은 기판을 회전시키면서 수행하였다. 캐소드 전극(103)은 직경 30mm 및 길이 460mm의 Al의 원통형 중 하나이었다. 막 품질의 평가를 위하여,갭 250μm로 Cr 증착된 빗형 전극을 갖는 Corning #7059 유리 기판을 저기 특징 평가 기판으로서 회전 축의 방향으로 길이 358mm를 가로질러, 6개 기판으로부터 원통형의 기판 1종의 표면 상에 고정시킨 다음, 하기 공정으로 작동을 수행하였다.

우선, 배기 구조(135)을 발동시켜 반응 용기(100)의 내부를 배기시키고, 반응 용기(100)의 내측은 압력 1 × 10^-6Toor로 조정하였다. 이어서, 가열기(140)에 동력을 공급하여 각 원통형의 기판(106)을 250℃까지 가열하고 이들을 거기에서 유지시켰다.

이어서, 막 형성은 하기 공정으로 수행하였다. SiH₄가스는 유속 500sccm으로, 원료 가스 공급원(108)으로부터 가스 공급관(117) 및 가스 배기관(116)을 통해 반응 용기(100)로 도입시켰고, 이 반응 용기의 내부는 3개 조건 50mTorr, 25mTorr 및 5mTorr 중의 어느 한 압력 하에서 조절하였다. 이어서, 주파수 범위 13.56 내지 650MHz에서 RF 파는 각 압력 조건 하에서 RF 발생기(111)에 의해 1KW로 발생시켰고, 이 RF 파는 정합 회로(109)를 통해 캐소드 전극(103)으로 공급시켰다. 본원에서 사용된 RF 발생기(111)는 상기에서 언급된 범위의 주파수를 달성할 수 있는 소정의 RF 발생기이었다. 정합 회로(109)는 RF 발생기의 주파수에 의존하는 필요성에 의해 조정하였다. 상기 방식으로 비정질 규소 막은 원통형의 기판(106) 상에 및 상기에서 언급된 전기 특징 평가 기판 상에 형성시켰다.

막 품질 및 막 품질 분포는 전기 특징 평가 기판의 정상 모서리로부터 이의 바닥 모서리까지 간격 약 20mm에 배치된 18 개의 지점에서 감광성((광도전성 σp)/(암 전도성 σd))을 측정함으로써 평가하였다. 여기에서, 광전도성 σp는 강도 1mW/cm²의 He-Ne 레이저(파장 632.8nm)에의 노출시 전도성에 의하여 평가되었다.

이전의 전기 진단 사진 감광성 소자의 제작을 통한 발명자의 지식에 따라, 실제적으로 사용해야 할 화상은 상기 방법에 따라 감광성 10³이상을 갖는 품질의 퇴적 막을 수득할 수 있는 조건을 기준한 최적 조건 하에서 제작된 전자사진 감광성 소자로부터 수득할 수 있다. 그러나, 최근의 화상은 고-콘트라스트 경향은 상기 감광성 10⁴이상을 필수적이 되도록 하며, 가까운 미래에 감광성 10⁶이상이 요구될 것임이 기대된다. 이러한 관점으로부터, 감광성 값은 이번 실험에서 하기 기준에 의해 평가되었다. 감광성 10⁶이상: ◎(상당히 우수한 막 특징), 감광성 10⁶를 포함하여 10⁴이상: ○(양호한 막 특징), 감광성 10⁴를 포함하여 10³이상: △(실제적 문제가 없는 특징), 및 감광성 10³미만: X(실제적 사용에 적합하지 않은 특징).

퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포의 평가는 하기와 같이 수행하였다. 막 두께는 6개 원통형의 기판 중에서 막 품질의 평가를 위하여 Corning #7059 기판을 갖는 것을 제외하고는, 그 상부에 형성된 비정질 규소 막을 갖는 5개 원통형의 기판으로부터 하나의 축 방향을 따라, 상기에서 기술된 바와 같은 감광성의 측정 위치와 동일한 방식으로 간격 약 20nm로 배치된 18개의 지점에서 와상 전류형 막 두께 미터(Kett 과학 실험실로부터 입수 가능함)를 사용하여 측정하였다. 퇴적 속도는 18개의 지점에서 막 두께를 기준하여 계산하였고, 평균 퇴적 속도는 이렇게 하여 수득된 값의 평균 값으로서 수득하였다. 퇴적 속도 분포의 평가는 하기와 같이 수행하였다. 구체적으로, 축 방향의 퇴적 속도 분포는 하기와 같이 수득하였다. 차이는 축방향의 18개의 지점에서 퇴적 속도의 최대 내지 최소로부터 수득하였고, 이 차이를 18개의 지점의 평균 퇴적 속도에 의해 나누어, 퇴적 속도 분포((최대-최소))/평균 값)는 축 방향의 퇴적 속도 분포로서 백분율로 표현되도록 계산하였다.

압력 조건 50mTorr, 25mTorr 및 5mTorr 하에서 막 형성된 각 시료에 대하여, 감광성의 평가 결과는 표 10, 11, 및 12에서 나타내고, 퇴적 속도의 평과 결과는 표 13, 14, 및 15에서 나타낸다.

주파수 13.56MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 압력 조건 50mTorr하에서 막 형성된 시료는 비교적 균일한 막 품질 및 퇴적 속도를 나타내었지만, 이의 평균 퇴적 속도는 상당히 낮았다, 0.15nm/s. 방전은 압력 조건 25mTorr 이하 하에서 발생할 수 없었다.

주파수 30MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 압력 조건 50mTorr 및 25mTorr 하에서 막 형성된 시료은 원통형의 기판의 상부 부분의 위치에서 감광성의 하강을 나타내었다. 압력 조건 50mTorr하에서 막 형성된 시료의 평균 퇴적 속도는 13.56MHz의 경우에서의 것보다 크게 약 3배 상승하였지만, 이의 퇴적 속도 분포는 낮아질 것이었다. 방전은 압력 조건 5mTorr하에서 발생할 수 없었다.

주파수 60 내지 300MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 원통형의 기판의 중심 상부 지점으로부터 중심 하부 지점까지의 영역에서 감광성의 하강이 관찰되었고, 감광성이 하강하지 않는 지점에서는 압력의 감소에 따라 감광성이 상승하는 경향이 있었다. 평균 퇴적 속도는 13.56MHz의 경우에서의 것보다 크게 약 7 내지 12배 상승하였지만, 퇴적 속도 분포는 낮아질 것이었다.

주파수 400 내지 600MHz의 RF 에너지에 의한 시료에서, 원통형의 기판의 다수의 지점에서 감광성의 하강이 관찰되었고, 감광성이 하강하지 않은 지점에서는 압력 감소에 따라 감광성이 상승하는 경향이 있었다. 평균 퇴적 속도는 13.56MHz의 경우에서의 것보다 크게 약 4 내지 6배 상승하였지만, 퇴적 속도 분포는 낮아질 것이다.

방전 조건 650MHz 하에서, 방전은 모든 압력 조건 하에서 불연속하게 될 것이었고, 평가를 위한 막 형성 시료은 제작될 수 없었다.

상기 실험 결과는 RF 에너지 주파수를 30MHz 이상에서 설정시킴으로써 증기 상 반응을 달성하기 어려운 고진공 영역에서 방전을 유발시킬 수 있었고, 따라서 우수한 막 특징, 13.56MHz의 경우와 비교할 때 우수한 막특헝, 최종의 개선된 증착 속도를 얻었으나, 막 품질 분포 및 퇴적 속도 분포가 악화되었다.

[비교예 2]

비정질 규소 막은 캐소드 전극의 형태가, 캐소드 전극(103)이 유전체 커버(104)에 의해 피복되지 않았던 것인 것을 제외하고는, 실시예 7에서와 동일한 방식으로 평팡상 기판 상에 형성시켰다. 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포를 기판에 대하여 평가하였다. 평균 퇴적 속도는 6.3nm/s이었고,퇴적 속도 분포는 35%이었다.

[비교예 3]

도 1에서 도시된 평행 평판상 플라즈마 CVD 장치를 사용하여, 길이 500mm, 폭 500mm, 및 두께 1mm의 유리 평판상 기판을 대향 전극(705) 상에 두었고, 비정질 규소 막을 캐소드 전극(103)이 유전체 커버(104)에 의해 피복되지 않았던 캐소드 전극의 형태를 이용하여, 표 7에서 나타낸 막 형성 조건 하에서 평판상 기판상에 형성시켰다. 퇴적 속도 및 퇴적 속도 분포는 실시예 7에서와 동일한 공정으로 평가하였다. 평균 퇴적 속도는 3.5nm/s이었고, 퇴적 속도 분포는 85%이었다.

상기 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 극도로 균일한 막 두께 및 막 품질의 고급 퇴적 막이 각종 형태의 넓은 면적 기판 상에서, 즉 원통형의 기판, 평판상 기판, 시트상 기판 등의 상에서 고속으로 형성되도록 허용한다. 따라서, 본 발명은 넓은 면적 및 고급 반도체 소자의 효과적인 제작을 실현시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 넓은 면적의 퇴적 막, 특히 전기 진단 사진 특성이 우수한 넓은 면적의 퇴적 막이 안정하게 다량 제조하도록 허용한다.

Claims (23)

1. 감압가능한 공간을 갖는 반응 용기, 상기 반응 용기내에 배치된 기판 유지 수단 및 캐소드 전극, 및 고주파 전원에 의해 발생된 고주파 전력을 정합 회로를 통하여 상기 캐소드 전극으로 공급하기 위한 전송 선로로 이루어지며, 상기 기판 유지 수단에 의해 유지되는 기판과 상기 캐소드 전극과의 사이에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하는 플라즈마 공정 장치에 있어서,

   1) 상기 고주파 전원으로부터 발진된 파의 발진 주파수가 30 내지 600MHz의 범위로 이루어지고,

   2) 상기 정합 회로와 상기 캐소드 전극이 전송 선로를 따라 접속되고, 상기 고주파 전력이 상기 전송 선로를 따라 전송되고,

   3) 상기 캐소드 전극이 막대상의 도전성 구조를 가지며, 상기 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체 사이의 접속부에서 캐소드 전극의 단면의 외부 형상이 전송 선로의 내부 도체의 단면의 외부 형상과 동일하며,

   4) 상기 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체와의 사이에 접속부가 상기 전송 선로의 단면내의 전송 매체의 외부 형상과 동일한 외부 형상을 갖는 유전체 부재로써 피복되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판이 원통형 기판이고, 상기 기판 유지 수단은 다수의 상기 원통형 기판이 원통형 기판의 중심축이 동일한 원주상에 위치하도록 반응 용기내에 배치된 캐소드 전극의 주위에 배치되게 배열되어, 플라즈마를 다수의 상기 원통형 기판과 상기 캐소드 전극 사이에서 발생시켜 원통형 기판의 표면상에 플라즈마 공정을 수행하는 것으로 이루어진 플라즈마 공정 장치.
3. 제1항에 있어서, 기판이 원통형 기판이고, 상기 기판 유지 수다은 다수의 캐소드 전극이 상기 원통형 기판 주위에 위치하도록 배열되어, 플라즈마를 상기 캐소드 전극들과 원통형 기판 사이에서 발생시켜 원통형 기판의 표면상에 프라즈마 공정을 수행하는 것으로 이루어진 플라즈마 공정 장치.
4. 제1항에 있어서, 기판을 회전시키면서 상기 기판의 표면상에 플라즈마 공정을 수행하도록 제작된 플라즈마 공정 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판이 평판상 기판이고, 단일 캐소드 전극 또는 다수의 캐소드 전극이 평판상 기판과 평행하게 배열되어 플라즈마를 캐소드 전극과 평판상 기판 사이에 발생시켜 평판상 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하는 플라즈마 공정 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 기판이 막의 형성시에 유지 롤로부터 공급되고 권취롤에 의해 권취되는 시트상 기판이며, 단일 캐소드 전극 또는 다수의 캐소드 전극이 시트상 기판과 평행하게 배열되어 플라즈마를 캐소드 전극과 시트상 기판 사이에 발생시켜 시트상 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하는 플라즈마 공정 장치.
7. 제1항에 있어서, 고주파 전원의 발진 주파수가 60 내지 300MHz의 범위로 이루어지는 플라즈마 공정 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 공정이 퇴적막의 형성, 에칭 및 애싱으로 이루어지는 군으로부터 선택된 공정인 플라즈마 공정 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 도전성 구조체용 재료가 상기 내부 도체용 재료와 동일한 플라즈마 공정 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 캐소드 전극을 피복한 유전체 부재 및 상기 전송 선로를 피복한 전송 매체가 동일 재료로 제조된 플라즈마 공정 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 전송 선로가 전송 매체를 피복하기 위한 실드를 갖는 플라즈마 공정 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 실드가 어어스되는 플라즈마 공정 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 실드가 도전성 재료인 플라즈마 공정 장치.
14. 감압가능한 공간을 갖는 반응 용기, 및 상기 반응 용기내에 배치되고 발진 주파수가 30 내지 600MHz 범위로 이루어진 고주파 전원에 전송 선로를 통하여 접속된 캐소드 전극으로 이루어지는 플라즈마 공정 장치에 있어서, 상기 캐소드 전극이 도전성 부재를 갖고 상기 전송 선로에 접속되는 도전성부재 부분의 단면 형상이 상기 접속 부분에서 상기 전송 선로의 내부 도체의 단면 형상과 동일하거나 동일한 플라즈마 공정 장치.
15. 제14항에 있어서, 상기 캐소드 전극이 상기 도전성 부재를 피복하기 위한 유전체 부재를 가지며, 상기 유전체 부재는 상기 내부 도체 주위에 구비된 전송 매체의 단면의 외형과 동일한 형상으로 형성되는 플라즈마 공정 장치.
16. 제15항에 있어서, 상기 전송 매체가 도전성 재료로서 피복되는 플라즈마 공정 장치.
17. 감압가능한 공간을 갖는 반응 용기, 상기 반응 용기내에 배치된 기판 유지 수단 및 캐소드 전극, 및 고주파수 전원에 의해 발생된 고주파수 전력을 정합 회로를 통하여 캐소드 전극으로 공급하기 위한 전송 선로로 이루어지는 플라즈마 공정 장치를 사용하여, 상기 플라즈마 공정 장치가 기판 유지 수단에 의해 고정된 기판과 캐소드 전극 사이에 플라즈마를 발생시켜 기판 상에 플라즈마 공정을 수행하는 플라즈마 공정 방법에 있어서,

    1) 상기 고주파 전원으로부터 발진된 파의 발진 주파수는 30 내지 600MHz의 범위로 이루어지고,

    2) 상기 정합 회로와 상기 캐소드 전극이 전송 선로를 따라 접속되고 고 주파수 전력은 상기 전송 선로를 통하여 전송되고,

    3) 상기 캐소드 전극은 막대형의 도전성 구조를 가지며 상기 캐소드 전극과 상기 전송 선로의 내부 도체 사이의 접속부에서 캐소드 전극의 단면의 외부 형상이 전송 선로의 내부 도체의 단면의 외부 형상과 동일하고,

    4) 상기 캐소드 전극과 전송 선로의 내부 도체와의 사이에 접속부는 전송 선로의 단면내 전송 매체의 외부 형상과 동일한 외부 형상을 갖는 유전체 부재에 피복되며, 상기 플라즈마 공정은 상기 반응 용기내 압력을 낮추고 플라즈마 공정에 사용되는 가스를 용기내로 도입하고, 상기 캐소드와 상기 기판 사이에 고주파를 인가하여 플라즈마를 발행시키고, 및 상기 플라즈마에 의해 기판의 표면 상에 플라즈마 공정을 수행하는 것으로 이루어진 플라즈마 공정 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 공정이 퇴적막 형성인 플라즈마 공정 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 퇴적막이 1종 이상이 Ⅳ족 원자를 함유하는 비정질 재료를 함유하는 플라즈마 공정 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 Ⅳ족 원소가 규소를 포함하는 플라즈마 공정 방법.
21. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 공정이 기판을 회전시키면서 수행되는 플라즈마 공정 방법.
22. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 공정이 기판을 이동시키면서 수행되는 플라즈마 공정 방법.
23. 제17항에 있어서, 상기 플라즈마 공정이 에칭 또는 애싱으로 이루어진 플라즈마 공정 방법.

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