KR100852266B1 - 실리콘막 형성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성막실(10)과, 그 실내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃(2)과, 상기 실내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로(102 또는 102')와, 성막실(10) 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치[안테나(1, 1'), 전원(PW) 등]를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 타깃(2)을 케미컬 스퍼터링하여 기판(S) 위에 실리콘막을 형성하는 실리콘막 형성장치이다. 실란가스를 병용하여도 좋다. 실란가스공급회로(10)에는 가스 저장부(GR)를 설치하여도 좋다. 비교적 저온하에서 저렴하게, 또한 고속으로 원하는 실리콘막을 형성할 수 있다.

Description

실리콘막 형성장치{SILICON FILM FORMING EQUIPMENT}

본 발명은 실리콘막의 형성장치에 관한 것이다.

실리콘막은 예를 들면 액정 표시장치에서의 화소에 설치되는 TFT(박막 트랜지스터) 스위치의 재료로서, 또 각종 집적회로, 태양전지 등의 제작에 채용되고 있다. 또한 불휘발성 메모리, 발광소자, 광증감제로서의 이용도 기대되고 있다.

실리콘막의 형성방법으로서는 각종의 것이 알려져 있고, 예를 들면 각종 CVD 법이나 PVD 법에 의하여 비교적 저온하에 아몰퍼스 실리콘막을 형성하는 방법, 나아가서는 그와 같이 하여 형성한 아몰퍼스 실리콘막에 후처리로서 예를 들면 1000℃ 정도의 열처리 또는 600℃ 정도에서 장시간에 걸치는 열처리를 실시하여 결정성 실리콘막을 형성하는 방법, 피성막 기판의 온도를 600℃∼700℃ 이상으로 유지하여 저압하에 플라즈마 CVD법 등의 CVD법이나 스퍼터 증착법 등의 PVD법에 의하여 결정성 실리콘막을 형성하는 방법, 아몰퍼스 실리콘막에 레이저 어닐링처리를 실시하여 상기 막을 결정화시키는 방법이 알려져 있다.

상기한 외에, 모노실란(SiH₄), 디실란(Si₂H₆) 등의 실란계 가스를 수소나 불화 실리콘(SiF) 등으로 희석한 가스의 플라즈마하에서 500℃ 정도 이하의 저온하에 아몰퍼스 실리콘막이나 결정성 실리콘막을 기판 위에 직접 형성하는 방법도 제안되어 있다(예를 들면 일본국 특개소63-7373호 공보).

그러나 이들 방법에서는 막 형성 속도, 특히 막 형성 개시 당초에서의 막 형성 속도를 반드시 만족할 수 있는 것은 아니다.

또 일본국 특개소63-7373호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 실란계 가스를 수소나 불화 실리콘(SiF) 등으로 희석한 가스의 플라즈마하에서의 막 형성은 비교적 저온하에 실리콘막을 형성할 수 있는 이점이 있으나, 실란계 가스를 수소가스 등으로 희석하여 사용하기 때문에 그만큼 성막속도가 늦어진다.

피성막 기판을 고온에 노출하는 방법에서는, 막 형성하는 기판으로서 고온에 견딜 수 있는 고가의 기판(예를 들면 석영 유리 기판)을 채용하지 않으면 안되고, 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판에의 실리콘막의 형성은 곤란하다. 그 때문에 실리콘막의 제조비용이 기판 비용 면에서 높아진다. 아몰퍼스 실리콘막을 고온하에 열처리하는 경우도 동일한 문제가 있다.

아몰퍼스 실리콘막을 레이저 어닐링처리하는 경우에는, 비교적 저온하에 결정성 실리콘막을 얻을 수 있으나, 레이저 조사공정을 필요로 하는 것과, 매우 높은 에너지밀도의 레이저광을 조사하지 않으면 안되는 것 등으로부터, 이 경우도 결정성실리콘막의 제조비용이 높아진다. 또 레이저광을 막의 각 부에 균일하게 조사하는 것은 어렵고, 또한 레이저 조사에 의하여 수소 탈리가 생겨 막 표면이 거칠어지는 경우도 있어, 이것들에 의하여 양질의 결정성 실리콘막을 얻는 것은 곤란하다.

따라서 본 발명은 비교적 저온하에서 저렴하게 원하는 실리콘막을 형성할 수 있고, 또 막 형성의 개시를 원활하게 행하게 하여, 적어도 그만큼 성막속도를 향상시켜 원하는 실리콘막을 형성할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또, 본 발명은 비교적 저온하에서 저렴하게 원하는 실리콘막을 형성할 수 있고, 또 막 형성의 개시를 원활하게 행하게 함과 동시에 막 형성 개시로부터 막 형성 종료에 이르기까지의 성막속도를 향상시켜 원하는 실리콘막을 형성할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

또 본 발명은 이와 같은 이점을 가지는 실리콘막 형성장치로서, 또한 피성막 물품의 성막실 내에서의 이동, 위치결정 등을 원활하고 정밀도 좋게 행할 수 있어, 그만큼 실리콘막 형성을 원활하게 행할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 피성막 물품을 설치하는 성막실과, 그 성막실 내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로를 가지는 가스공급장치와, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 성막실 내에 설치된 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성하는 실리콘막 형성장치를 제공한다.

이 실리콘막 형성장치에 의하면, 성막실 내에 피성막 물품을 배치하고, 이 성막실 내에 가스공급장치의 수소가스공급회로로부터 수소가스를 도입하여, 이 가스에 고주파 전력 인가장치에 의하여 고주파 전력을 인가함으로써 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이것에 의하여 성막실 내를 수소 라디칼 및 수소 이온이 풍부한 상태로 하여 그 플라즈마에 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)시킴으로써 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성할 수 있다.

또한 비교적 저온하에 막 형성할 수 있고, 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판 위에의 실리콘막 형성도 가능하여 그만큼 저렴하게 실리콘막을 형성할 수 있다.

또, 이 막 형성의 개시에 있어서는, 실리콘 스퍼터 타깃의 유도 결합 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링에 의하여 피성막 물품 위에 실리콘막이 성장하여 가기 위한 핵 또는 종이 원활하게 형성되어 이것을 발단으로 하여 실리콘막 형성이 원활하게 개시되고, 그 후에도 실리콘막이 원활하게 형성되어 간다. 따라서 적어도 막 형성이 원활화되는 만큼 실리콘막 형성을 고속화할 수 있다.

또한 본 발명자는 유도 결합방식에 의하여 수소가스를 플라즈마화하여 플라즈마 발광 분광함으로써 상기 플라즈마에서 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)가 지배적이 되는 상태가 얻어지는 것을 관측하고 있다. Hα(656 nm)는 플라즈마 발광의 분광에 의하여 파장 656 nm에 피크를 나타내는 수소의 발광 스펙트럼 강도이고, Hβ(486 nm)는 파장 486 nm에 피크를 나타내는 수소의 발광 스펙트럼 강도이다. Hα나 Hβ가 풍부한 것은 수소 라디칼이 풍부한 것을 의미하고 있다.

유도 결합방식에 의하여 형성되는 수소가스 플라즈마의 플라즈마 포텐셜은, 조건에도 의하나, 예를 들면 약 20 eV 정도이고, 어쨌든 플라즈마 포센셜은 아주 낮기 때문에, 통상의 물리적인 스퍼터링은 일어나기 어렵다. 그러나 본 발명자는 플라즈마 발광 분광에 의하여 Si(288 nm)의 존재를 관측하고 있다. 이것은 실리콘 스퍼터 타깃 표면에서의 수소 라디칼 및 수소 이온에 의한 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)에 의한 것이다.

이 실리콘막 형성장치에 의하면, 수소가스 도입량, 고주파 전력(특히 그 주파수, 전력의 크기), 성막실 내의 성막 가스압 등을 제어함으로써 결정성 실리콘막의 형성도 가능하다.

예를 들면 이들 제어에 의하여 수소가스로부터 플라즈마로서 Hα/SiH^*가 0.3∼1.3인 가스 플라즈마를 발생시키고, 이것에 의하여 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 스퍼터링된 원자와 수소가스 플라즈마에 의한 여기효과 및 피성막 물품의 퇴적막 표면과 수소 라디칼의 반응 등에 의하여 피성막 물품 위에 막을 퇴적 형성하면, 종래의 실란계 가스를 수소가스로 희석한 가스의 플라즈마하에서 형성되는 결정성 실리콘막과 마찬가지로 결정성을 나타내고, 표면 조도가 작은 수소 종단된 실리콘의 결합손이 배향한 표면을 가지는 양질의 결정성 실리콘막이 형성된다.

여기서 SiH^*는, 성막실 내에 도입되는 수소가스에 고주파 전력을 인가함으로써 발생하는 수소가스 플라즈마에 의한 실리콘 스퍼터 타깃의 스퍼터링에 의하여 발생하여 가스 플라즈마 중에 존재하는 실란 라디칼의 발광 스펙트럼 강도(파장 414 nm)이고, Hα는 플라즈마 발광 분광에 의하여 파장 656 nm에 피크를 나타내는 발머계열의 수소의 발광 스펙트럼 강도이다.

Hα/SiH^*는, 플라즈마 중의 수소 라디칼의 풍부함을 나타내고 있고, 그 값이 0.3보다 작아지면 형성되는 막의 결정성이 저하하고, 1.3보다 커지면 오히려 막 형성이 곤란해진다. Hα/SiH^*의 값은 각종 라디칼의 발광 스펙트럼을 플라즈마 발광 분광 계측장치에 의하여 측정하고, 그 측정결과에 의거하여 얻을 수 있다. 또 Hα/SiH^*의 제어는, 대표적으로는 도입가스에 인가하는 고주파 전력의 크기 및 성막 가스압의 제어에 의하여 행할 수 있다.

고주파 전력 인가를 위한 고주파 안테나는 성막실의 바깥쪽에 설치하여도 좋고, 전력 인가를 더욱 효율좋게 행하기 위하여 성막실 내에 설치하여도 좋다. 성막실 밖에 설치할 때에는 고주파 안테나가 면하는 성막실 벽부분은 유전체 재료로 형성하면 좋다.

성막실 내에 설치할 때는, 그 안테나 도체부분을 전기 절연성 재료(예를 들면 알루미나)로 피복하는 것이 바람직하다. 안테나를 전기 절연성 재료로 피복함으로써 자기 바이어스에 의하여 안테나가 플라즈마로부터의 하전입자에 의하여 스퍼터링되어 안테나 유래의 스퍼터 입자가 형성하고자 하는 막 중으로 혼입하는 것을 억제할 수 있다.

안테나 형상에 대해서는 특별히 제한은 없다. 예를 들면 막대형상, 사다리형상, コ자 형상, 링형상, 반링형상, 코일형상, 소용돌이형상 등의 각종 형상을 채용할 수 있다.

상기 실리콘 스퍼터 타깃은 여러가지 상태로 제공할 수 있다. 예를 들면 성막실의 플라즈마에 닿는 부분(예를 들면, 플라즈마에 닿기 쉬운 성막실 내벽)의 전부 또는 일부를 실리콘막 형성, 실리콘 웨이퍼의 접착, 실리콘편의 부설 등에 의하여 실리콘으로 덮어 실리콘 스퍼터 타깃으로 하여도 좋다. 성말실 그 자체와는 별도로 독립된 실리콘 스퍼터 타깃을 성막실 내에 설치하여도 좋다.

고주파 안테나를 성막실의 바깥쪽에 설치한다 하여도, 안쪽에 설치한다 하여도 실리콘 스퍼터 타깃은, 이것을 원활하게 케미컬 스퍼터링하는 데에 있어서, 적어도 플라즈마의 발생영역인 고주파 안테나에 면하는 위치, 환언하면 고주파 안테나의 근방 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

예를 들면 고주파 안테나를 성막실 내에 설치하는 경우에 있어서, 상기 고주파 안테나에 면하여 설치되는 실리콘 스퍼터 타깃의 예로서, 상기 전극 주위를 둘러쌈과 동시에 피성막 물품측에 개방된 통형상의 실리콘 스퍼터 타깃을 들 수 있다.

또, 어쨌든 결정성 실리콘막을 형성하고자 하는 경우에는 상기 플라즈마의 포텐셜은 15 eV∼45 eV 정도인 것이 바람직하고, 전자 밀도는 10¹⁰ cm^-3∼10¹²cm^-3 정도인 것이 바람직하다.

결정성 실리콘막 형성에서의 성막실 내 압력은 0.6 Pa∼13.4 Pa (약 5 mTorr∼약100 mTorr)정도인 것이 바람직하다.

결정성 실리콘막 형성에서 플라즈마 포텐셜이 15 ev보다 낮아지면 결정성이 저하하고, 45 eV보다 높아지면 결정화가 저해되기 쉬워진다.

또, 플라즈마 중의 전자 밀도가 10¹⁰ cm^-3 보다 작아지면 결정화도가 저하하기도 하고, 막 형성 속도가 저하하기도 하며, 10¹²cm^-3 보다 커지면 막 및 기판이 손상을 받기 쉬워진다.

결정성 실리콘막 형성에서 성막실 내 압력이 0.6 Pa (약 5 mTorr)보다 낮아지면 플라즈마가 불안정하게 되기도 하고, 막 형성 속도가 저하하기도 하며, 13.4 Pa(약 100 mTorr)보다 높아지면 플라즈마가 불안정하게 되기도 하고, 막의 결정성이 저하하기도 한다.

이와 같은 플라즈마 포텐셜이나 플라즈마의 전자 밀도는, 인가하는 고주파 전력의 크기, 주파수, 성막압 등중, 적어도 하나를 조정함으로써 제어할 수 있다.

고주파 안테나에 대하여 다시 설명하면, 성막실 내에 설치하는 경우의 고주파 안테나의 바람직한 예로서, 성막실 밖으로부터 성막실 내로 연장되고, 상기 성막실 내에서 전기적으로 병렬로 분기하여 각 분기부분의 종단이 상기 성막실에 직접적으로 접속되어 있는 안테나를 들 수 있다. 이 경우, 상기 성막실 전위는 접지전위에 설정할 수 있다.

이 안테나는 성막실 밖의 부분은 플라즈마생성에 기여하지 않기 때문에, 이 부분을 가능한 한 짧게 하여 고주파 전력 인가장치에서의 매칭박스에 직접적으로 접속할 수 있어, 안테나 종단은 성막실 밖까지 인출하지 않고 성막실에 직접적으로 접속하기 때문에, 그만큼 안테나 전체를 짧게 형성할 수 있고, 또한 성막실 내에서 전기적으로 병렬로 분기시킨다는 병렬 배선구조를 채용하고 있기 때문에 안테나의 인덕턴스를 그만큼 저감할 수 있다.

이에 의하여 종래의 고주파 안테나보다 이상방전, 매칭불량 등의 단점을 억제하여 원하는 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 가령 플라즈마 특성을 향상시키도록 인가하는 고주파 전력의 주파수를 올리는 경우에도 이상방전, 매칭불량 등의 단점을 억제하여 원하는 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

이와 같은 고주파 안테나는, 성막실 내 공간의 절약을 위하여 콤팩트하고 또한 고주파 전력의 이용 효율이 좋은 것이 바람직하고, 그 때문에 고주파 안테나는 입체적 구조의 것으로 하여도 좋다. 그 대표예로서 성막실 밖으로부터 그 실벽을 통하여 성막실 내로 연장하는 제 1 부분, 상기 제 1 부분의 성막실 안쪽 끝부로부터 방사상으로 분기하여 연장됨과 동시에 상기 성막실 벽을 향하여 연장되는 복수개의 제 2 부분을 포함하고, 상기 각 제 2 부분의 종단이 상기 성막실 벽에 직접적으로 접속되어 있는 고주파 안테나를 들 수 있다.

이와 같은 고주파 안테나는 예를 들면 플라즈마 발생실 내벽의 근처에 배치하여도, 실벽과 평행형상으로 배치되는 평면적 구조의 안테나와 비교하면, 안테나의 제 1 부분, 각 제 2 부분의 각각의 주위영역에 유도전계를 미치게 할 수 있고, 그만큼 성막실 내의 넓은 범위에 걸쳐 효율좋게 전계를 미치게 할 수 있어, 고주파 전력의 이용효율이 좋다.

이와 같은 안테나에서의 제 2 부분군은, 전체로서 U자형상, コ자, 반원형상 등의 형상을 나타내고 있는 것과, 이와 같은 형상의 안테나부분을 제 1 부분을 중심으로 하여 소정의 중심 각도 간격으로 열십(十)자형 등으로 조합시킨 것 등을 예시할 수 있다.

어쨌든 고주파 안테나에 인가하는 고주파 전력은, 주파수가 예를 들면 상용의 13.56 MHz의 것이어도 좋으나, 이상 설명한 타입의 고주파 안테나는 상기한 바와같이 저인덕턴스의 것이기 때문에 예를 들면 40 MHz∼100 MHz정도, 또는 수100 MHz의 높은 것, 예를 들면 60 MHz 정도의 것이어도 좋다. 이와 같이 주파수가 높은 고주파 전력에서도 사용할 수 있고, 그것에 의하여 플라즈마 밀도 등의 점에서 플라즈마 특성을 향상시키는 것이 가능하다.

상기 가스공급장치는 실란가스공급회로를 포함하고 있어도 좋다. 실란가스공급회로를 구비함으로써 실리콘막 형성에 있어서 상기 회로로부터 실란가스를 성막실내에 공급할 수 있고, 그것에 의하여 실리콘막 형성을 더욱 고속화할 수 있다.

이와 같은 실란가스공급회로는, 상기 수소가스공급회로로부터의 수소가스공급과 동시적으로 성막실 내에 실란가스를 공급하는 것이어도 좋고, 상기 실리콘 스퍼터 타깃의 수소가스 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링의 개시후에, 바꾸어 말하면 상기 타깃의 수소가스 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링에 의하여 실리콘막의 핵 또는 종이 형성된 상태에서 상기 성막실 내에 실란가스를 공급하는 것이어도 좋다.

어쨌든 실란가스의 공급에 의하여 실리콘막 형성을 더욱 고속화할 수 있다.

또 실란가스를 수소가스와 동시적으로 공급하는 경우이든, 타깃의 케미컬 스퍼터링 개시후에 공급하는 경우이든, 실란가스공급회로는, 실란가스공급 개시에 앞서 실란가스를 저장하여 두고, 상기 성막실 내에의 실란가스공급에 있어서 저장한 상기 실란가스를 한꺼번에 상기 성막실 내에 공급하는 가스 저장부를 포함하고 있음과 동시에, 상기 가스 저장부로부터의 실란가스공급과 동시적으로 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급 개시하고, 그 후에도 계속하여 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급하기 위한, 유량 제어부를 포함하는 실란가스공급부를 포함하고 있는 것이어도 좋다.

이와 같은 가스 저장부를 가지는 실란가스공급회로를 채용하면 상기 가스 저장부로부터 한꺼번에 공급되는 가스가 성막실 내에 한꺼번에 널리 퍼지기 쉽고, 그만큼 실란가스공급 개시 당초부터 더욱 확실하게 실란가스공급의 효과가 얻어져 한층 고속성막이 가능해진다.

본 발명에 관한 실리콘막 형성장치는, 상기 피성막 물품을 실리콘막 형성을 위한 제 1 위치 또는 상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치와의 사이에서 이동시키기 위한 상기 성막실 내에 배치된 반송부재와 상기 반송부재를 승강시키는 승강기구를 구비할 수 있고, 또한 카운터 밸런스기구를 구비할 수 있다.

이와 같은 물품 반송부재는, 피성막 물품을 상기 제 1 위치에 유지하기 위한 물품 홀더에 대하여 승강할 수 있는 것이어도 좋고, 그 물품 홀더를 겸하는 것이어도 좋다. 후자의 경우, 물품 홀더가 승강기구에 의하여 승강한다.

승강기구의 대표예로서,

반송부재를 지지함과 동시에 상기 성막실 벽을 승강 가능하게 관통하는 반송부재용 지지부재와,

상기 반송부재용 지지부재 중 상기 성막실 바깥쪽으로 나간 부분의 끝부에 설치된 벨로즈 지지부재와,

한쪽 끝부가 상기 성막실에, 다른쪽 끝부가 상기 벨로즈 지지부재에 각각 기밀하게 접속됨과 동시에 상기 반송부재용 지지부재 중 상기 성막실 바깥쪽으로 나간 부분을 기밀하게 포위하는 신축 벨로즈와,

상기 반송부재용 지지부재를 승강 구동하는 구동부를 포함하는 것을 들 수 있다.

이와 같은 승강기구를 채용하는 경우의 카운터 밸런스 기구의 대표예로서 적어도 상기 성막실 내압이 실리콘막 형성을 위한 감압 분위기 설정시의 내압일 때 상기 구동부에 가해지는 제 1 부하 및 상기 성막실 내압이 상기 감압 분위기 설정시의 내압보다 미리 정한 고압일 때 상기 구동부에 가해지는 제 2 부하를 각각 상쇄하는 반력을 발생시키는 것을 들 수 있다.

이와 같은 반송부재, 승강기구 및 카운터 밸런스 기구를 채용할 때는, 성막실 내에 반입한 피성막 물품을 승강기구로 구동되는 반송부재로 성막처리를 위한 제 1 위치에 배치할 수 있다.

막 형성 후의 물품은 승강기구에 의하여 반송부재를 이동시킴으로써 상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치, 예를 들면 성막실 내외 사이에서 피성막 물품의 반입 반출처리를 행하는 위치로 이동시키고, 다음 처리(예를 들면 막 형성이 끝난 물품의 반출처리, 또는 새로운 피성막 물품의 반입처리)를 행할 수 있다.

카운터 밸런스 기구는 적어도 성막실 내압이 막 형성을 위한 감압 분위기 설정시의 내압일 때 승강기구의 구동부에 가해지는 제 1 부하 및 상기 성막실 내압이 상기 감압 분위기 설정시의 내압보다 미리 정한 고압일 때 상기 구동부에 가해지는 제 2 부하를 각각 상쇄하는 반력을 발생시킨다.

여기서 제 1 부하란, 성막실 내가 막 형성을 위한 감압 분위기(대기압보다 감압된 분위기)로 설정됨으로써 성막실 내외의 기압의 차에 의하여 신축 벨로즈의 구경(단면적)에 상당하는 벨로즈 지지부재의 부분에 가해지는 힘(f)으로부터 반송부재, 반송부재용 지지부재 및 벨로즈 지지부재, 또는 반송부재에 지지된 물품 등에 의한 반송부재를 하강시키는 방향으로 작용하는 부재 중력(WF)을 뺀 벨로즈를 수축시키는 방향의 힘(F)(= f - WF)에 의거하는 부하이다.

제 2 부하란, 성막실 내압이 상기 감압 분위기 설정시의 내압보다 미리 정한 고압, 대표예로서는 대기압(대기압 그 것 외에, 대략 대기압인 경우도 포함한다)일 때의 부하이고, 주로 상기 부재 중력(WF)에 의거하는 부하이다.

이와 같은 카운터 밸런스 기구의 부하 상쇄작용에 의하여 승강기구의 구동부에 걸리는 부하는 현저하게 억제되고, 따라서 상기 구동부는 용량(반송부재의 승강 구동력이나 구조가 견고함 등)이 작은 저렴한 것으로 충분하게 되고, 나아가서는 막 형성장치도 그만큼 저렴하게 제공할 수 있다.

또, 이와 같은 카운터 밸런스기구의 부하 상쇄작용에 의하여 구동부는 반송부재를 경쾌하게 이동시킬 수 있고, 구동부의 구동정지에 따르는 반송부재의 정지도 용이해지고, 또 정지시의 충격도 적어져, 그만큼 반송부재를 상기 제 1 위치나 제 2 위치에 정밀도 좋게 정지시킬 수 있음과 동시에, 충격 적게 정지시켜 상기 반송부재 위의 피처리 물품의 위치 어긋남이나 손상을 억제할 수 있다.

브레이크 기능을 구비하지 않은 구동부를 채용하여도 카운터 밸런스 기구의 부하 상쇄작용에 의하여 반송부재를 소정의 위치에 정밀도 좋고 충격 적게 정지시킬 수 있어, 브레이크 기능을 가지지 않은 리니어 스텝핑 기구(스텝핑 모터로 피구동체를 위치 제어 가능하게 직선 구동할 수 있는 구동기구) 등을 채용하는 것도 가능해진다.

상기 카운터 밸런스 기구의 예로서 다음의 것을 들 수 있다.

즉, 상기 반송부재의 지지부재에 연결된 피스톤 로드를 가지는 피스톤 실린더장치와, 상기 제 1 부하를 상쇄함에 있어서 상기 제 1 부하를 상쇄하도록 상기 피스톤 실린더장치에 작동 유체를 공급하고, 상기 제 2 부하를 상쇄하는 데 있어서 상기 제 2 부하를 상쇄하도록 상기 피스톤 실린더장치에 작동유체를 공급하기 위한 작동유체 회로를 포함하고 있는 카운터 밸런스기구이다.

이와 같은 작동유체 회로는 정전시에서도 상기 피스톤 실린더장치의 상태를 정전 직전의 상태로 유지할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 이와 같은 작동유체 회로를 작동 유체 유로를 변환하는 전자 변환밸브를 포함하는 것으로 하고, 또한 상기 전자 변환밸브를 비통전시에는 그 직전의 통전시의 밸브위치를 유지함으로써 정전시에서도 상기 피스톤 실린더장치의 상태를 정전 직전의 상태로 유지할 수 있는 것으로 하면 좋다.

이와 같은 작동유체 회로를 채용함으로써 정전 등에 의하여 구동부에 의한 구동이 정지하여도 물품 반송부재의 부재 중력에 의한 낙하나 벨로즈 지지판에 기압차가 가해지고 있는 경우에서의 뛰어오름을 방지할 수 있고, 나아가서는 상기 물품 반송부재에 유지되는 피처리 물품의 위치 어긋남이나 손상을 억제할 수 있다.

승강기구에서의 구동부로서는 예를 들면 회전모터와, 상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 상기 반송부재용 지지부재에 전달하는 동력 전달기구를 포함하는 것을 들 수 있다. 이 경우, 상기 회전모터로 하여 정전시에 제동력을 발휘하는 브레이크부착 서포트 모터를 채용하는 것을 예시할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 비교적 저온하에서 저렴하게 원하는 실리콘막을 형성할 수 있고, 또 막 형성의 개시를 원활하게 행하게 하여, 적어도 그만큼 성막속도를 향상시켜 원하는 실리콘막을 형성할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공할 수 있다.

또 본 발명에 의하면 비교적 저온하에서 저렴하게 원하는 실리콘막을 형성할 수 있고, 또 막 형성의 개시를 원활하게 행하게 함과 동시에 막 형성 개시부터 막 형성종료에 이르기까지의 성막속도를 향상시켜 원하는 실리콘막을 형성할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면 이와 같은 이점을 가지는 막 형성장치로서, 또한 피성막 물품의 성막실 내에서의 이동, 위치결정 등을 원활하고 정밀도 좋게 행할 수 있어 그만큼 실리콘막 형성을 원활하게 행할 수 있는 실리콘막 형성장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 실리콘막 형성장치의 일례의 개략 구성을 나타내는 도,

도 2는 도 1의 실리콘막 형성장치에 의하여 형성한 실리콘막의 결정성을 레이저 라만 분광 분석에 의하여 평가한 결과를 나타내는 도,

도 3은 본 발명에 관한 실리콘막 형성장치의 다른 예의 개략 구성과 물품 홀더를 상승위치에서 나타내는 도,

도 4는 도 3에 나타내는 막 형성장치와, 물품 홀더를 하강위치에서 나타내는 도,

도 5는 도 3의 막 형성장치의 제어회로의 개략을 나타내는 블럭도,

도 6은 도 5에 나타내는 제어부의 동작의 일례의 개략을 나타내는 플로우차트,

도 7은 고주파 안테나의 다른 예를 막 형성장치의 일부와 함께 나타내는 도,

도 8은 도 7의 안테나의 입체 구조예를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

(1) 도 1에 나타내는 실리콘막 형성장치 A

도 1은 본 발명에 관한 실리콘막 형성장치의 일례의 개략 구성을 나타내고 있다.

도 1에 나타내는 막 형성장치 A는 성막실(10)을 구비하고 있고, 그 성막실 내에는 물품 홀더(3), 그 홀더 윗쪽의 고주파 안테나(1) 및 그 안테나에 면하는 실리콘 스퍼터 타깃(2)이 설치되어 있다.

안테나(1)는 도체부분 표면이 알루미나제의 두께 100 nm 또는 그것보다 약간 두꺼운 절연막으로 피복되어 있다.

이 안테나(1)에는 매칭박스(MX)를 거쳐 고주파 전원(PW)이 접속되어 있다. 전원(PW)은 출력 가변 전원이고, 이 막 형성장치에서는 주파수 13.56 MHz의 고주파 전력을 공급한다. 또한 전원 주파수는 13.56 MHz에 한정할 필요는 없고, 예를 들면 40 MHz 정도부터 100 MHz, 또는 수100 MHz까지의 범위의 것으로 설정하여도 좋다. 안테나(1), 매칭박스(MX) 및 고주파 전원(PW)은 고주파 전력 인가장치를 구성하고 있다.

물품 홀더(3)는 피성막 물품[본 예에서는 기판(S)]을 가열하는 히터(4)를 구비하고 있다. 물품 홀더(3)는 성막실(10)과 동시에 접지되어 있다.

실리콘 스퍼터 타깃(2)은 통형상으로 형성되어 있고, 안테나(1)를 둘러 싸도록 상기 안테나에 면하여 성막실(10)의 천정벽(10')에 설치하여 유지되어 있다. 통형상 타깃(2)의 하단은 홀더(3)를 향하여 개방되어 있다. 또한 타깃(2)에 더하여 예를 들면 타깃(2)에 둘러 싸인 성막실 천정벽부분 등에도 실리콘 스퍼터 타깃을 설치하여도 좋다. 그와 같은 타깃은 예를 들면 실리콘 웨이퍼를 그 천정벽부분에 접착 등으로 유지시킴으로써 설치할 수 있다. 이와 같이 실리콘 스퍼터 타깃을 성막실(10) 내에 형성되는 플라즈마에 닿기 쉬운 부위에 설치하면 좋다.

성막실(10) 내의 타깃(2)의 바깥쪽 영역에서 천정벽(10')에 가스도입 노즐(N3)이 설치되어 있고, 그 노즐(N3)에는 전자 개폐밸브(AV6), 매스 플로우 컨트롤러 (MFC2) 및 전자 개폐밸브(AV5)를 거쳐 수소가스 봄베(B2)가 배관 접속되어 있 다. 이들은 성막실(10)에 수소가스를 제어된 유량으로 공급하는 유량 제어부(본 예에서는 매스 플로우 컨트롤러)를 포함하는 수소가스공급회로(102')를 구성하고 있다.

성막실(10)에는 상기 외에 성막실(10) 내로부터 배기하는 배기장치(EX)가 접속되어 있고, 성막실 내에 형성되는 플라즈마의 상태를 계측하기 위한 발광 분광 계측장치(SM)도 부설되어 있다. 배기장치(EX)는 배기량 조정을 행하는 컨덕턴스 밸브(CV), 그 밸브를 거쳐 성막실(10)에 배관 접속된 진공 펌프(PM)로 이루어진다.

이 실리콘막 형성장치 A에 의하면 성막실(10) 내의 물품 홀더(3)에 피성막 기판(S)을 배치하고, 이 성막실 내에 수소가스공급회로(102')로부터 수소가스를 도입하고, 이 가스에 전원(PW)으로부터 매칭박스(MX)를 거쳐 고주파 전력을 인가함으로써 유도 결합 플라즈마를 발생시키고, 이에 의하여 성막실(10) 내를 수소 라디칼 및 수소 이온이 풍부한 상태로 하고, 그 플라즈마에 실리콘 스퍼터 타깃(2)을 케미컬 스퍼터링(반응성 스퍼터링)시킴으로써 기판(S) 위에 실리콘막을 형성할 수 있다.

또한 비교적 저온하에 실리콘막을 형성할 수 있고, 예를 들면 내열온도 500℃ 이하의 저렴한 저융점 유리 기판 위에의 실리콘막 형성도 가능하여 그만큼 저렴하게 실리콘막을 형성할 수 있다.

또, 이 막 형성의 개시에서는 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 유도 결합 플라즈마에의한 케미컬 스퍼터링에 의하여 기판(S) 위에 실리콘막이 성장하여 가기 위한 핵 또는 종이 원활하게 형성되고, 이것을 발단으로 하여 실리콘막 형성이 원활하게 개 시되고, 그후에도 실리콘막이 원활하게 형성되어 간다. 적어도 막 형성이 원활화되는 만큼 실리콘막을 고속 형성할 수 있다.

이와 같은 실리콘막 형성에서는 성막실(10)에의 수소가스도입량, 인가하는 고주파 전력(특히 주파수, 전력의 크기), 실(10) 내의 성막 가스압 등중, 1 또는 2 이상을 제어함으로써 아몰퍼스 실리콘막이나 결정성 실리콘막을 형성할 수 있다.

이하에 기판(S)에 결정성 실리콘막을 형성하는 예에 대하여 설명한다.

결정성 실리콘막 형성에서는 성막실 내의 성막 가스압을 0.6 Pa∼13.4 Pa(약 5 mmTorr∼약 100 mmTorr)의 범위의 것으로 유지하여 행한다.

먼저 막 형성에 앞서, 컨덕턴스 밸브(CV)를 거쳐 펌프(PM)로 성막실(10) 내로부터 배기를 개시한다. 컨덕턴스 밸브(CV)는 성막실(10) 내의 성막 가스압 0.6 Pa∼13.4 Pa를 고려한 배기량으로 조정하여 둔다.

펌프(PM)의 운전에 의하여 성막실(10)의 내압이 목표로 하는 성막 가스압보다 낮아지면 수소가스공급회로(102')의 밸브(AV5, AV6)를 개방하여 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)로 제어된 유량으로 수소가스를 성막실(10) 내에 도입함과 동시에 전원(PW)으로부터 고주파 안테나(1)에 고주파 전력을 인가하고, 이에 의하여 도입된 수소가스를 유도 결합방식으로 플라즈마화한다.

이와 같이 하여 발생한 플라즈마로부터의 발광 분광 계측장치(SM)에 의한 검출정보로부터 상기 플라즈마에서의 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)를 계측한다. 그리고 안테나(1)에 인가하는 고주파 전력, 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)에 의한 성막실(10)에의 수소가스도입량, 성막실 내 압력[배기장치(EX)에 의한 배기량] 등중 적어 도 하나를 제어함으로써 수소가스 플라즈마에서의 Hα(656 nm) 및 Hβ(486 nm)의 발광강도가 충분히 커지는 고주파 전력, 수소가스도입량, 성막 가스압 등의 조건을 결정한다.

또, 플라즈마에서의 Hα/SiH^*가 0.3∼1.3 이 되고, 플라즈마의 포텐셜이 15 eV∼45 eV가 되고, 플라즈마에서의 전자밀도가 10¹⁰cm^-3∼10¹²cm^-3이 되는 고주파 전력, 수소가스 도입량 등의 조건을 결정한다.

또한 플라즈마 포텐셜이나 플라즈마에서의 전자밀도는, 예를 들면 랭뮤어 프로브법에 의하여 확인할 수 있다.

이들을 감안하여 최종적인 고주파 전력, 수소가스 도입량, 성막 가스압 등의 조건을 결정한다.

이와 같이 하여 성막조건을 결정한 후는, 그 조건에 따라 막 형성을 행한다.

막 형성에서는 홀더(3)로 지지하는 피성막 기판(S)의 온도를 500℃ 이하의 비교적 저온, 예를 들면 400℃ 정도로 가열할 수 있도록 히터(4)를 설정하고, 그 홀더(3)에 피성막 기판(S)을 탑재한다. 이어서 펌프(PM)로 성막실(10) 내를 배기하고, 계속하여 수소가스공급회로(102')로부터 성막실(10) 내에 소정량의 수소가스를 도입함과 동시에 안테나(1)에 전원(PW)으로부터 고주파 전력을 인가함으로써 안테나(1)로부터의 방전을 유도 결합방식으로 행하게 하고, 이에 의하여 플라즈마를 발생시킨다.

그렇게 하면 안테나(1)에 대하여 면하여 설치된 실리콘 스퍼터 타깃(2)을 플 라즈마가 케미컬 스퍼터링하고, 그것에 의하여 기판(S) 위에 실리콘 박막이 형성된다. 이 막은 종래의 실란계 가스를 수소가스로 희석하여 얻어지는 플라즈마하에 형성되는 결정성 실리콘막과 마찬가지로 결정성을 나타내는 실리콘막이고, 수소 종단된 실리콘의 결합손이 배향한 표면을 가진다.

다음에 도 1에 나타내는 실리콘막 형성장치 A에 의한 결정성 실리콘막 형성의 실험예에 대하여 설명한다.

조건 등은 이하와 같았다.

기판 : 무알칼리 유리 기판

기판 온도 : 400℃

고주파 전원 : 13.56 MHz, 2000 W

수소 도입량 : 50 sccm

성막 압력 : 13 Pa(98mToor)

플라즈마에서의 Hα/SiH^* : 1.0

플라즈마 포텐셜 : 30 eV

플라즈마에서의 전자밀도 : 10¹¹ cm^-3

막 두께 : 약 500 Å

이와 같이 하여 얻어진 막의 결정성을 레이저 라만 분광 분석에 의하여 평가한 바, 도 2의 라만 스펙트럼에 나타내는 바와 같이 라만 이동 520 cm^-1의 결정성을 나타내는 피크가 출현하여 결정성이 확인되었다.

(2) 도 3, 도 4에 나타내는 실리콘막 형성장치

다음에 실리콘막 형성장치의 다른 예 B에 대하여 설명한다. 도 3, 도 4는 상기 장치 B의 개략 구성을 나타내고 있다. 도 3은 성막실 내압이 대기압이고, 물품 홀더(3)가 상승위치에 있을 때의 형태를 나타내고 있으며, 도 4는 성막실 내압이 성막 압력이고, 물품 홀더(3)가 하강 위치에 있을 때의 형태를 나타내고 있다.

막 형성장치 B는, 도 1에 나타내는 장치 A와 마찬가지로 성막실(10), 그 성막실 내에 설치된 고주파 안테나(1), 실리콘 스퍼터 타깃(2) 및 물품 홀더(3), 안테나(1)에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전력 인가장치[고주파 전원(PW) 및 매칭 박스(MX)], 수소가스공급회로(102), 배기장치(EX), 플라즈마 발광 분광 계측장치(SM) 등을 구비하고 있다.

이 장치 B는, 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링에 의한 막 형성과, 모노실란가스(SiH4)와 수소가스(H2)의 플라즈마에 의한 막 형성을 병용하여 고속 성막할 수 있는 것이다.

물품 홀더(3)는 기판 가열 히터(4)를 구비하고 있고, 성막실(10)과 함께 접지되어 있다. 성막실(10)에 대하여 가스공급장치(100)가 설치되어 있다.

가스공급장치(100)는 성막실(10) 내에 실란가스(SiH₄)를 공급하는 회로(101)와, 상기한 수소가스를 공급하는 회로(102)를 포함하고 있다. 회로(101)는 실란가스 봄베(B1) 및 이것에 차례로 배관 접속된 밸브(MV1), 밸브(AV1), 매스 플로우 컨트롤러(MFC1), 밸브(AV2) 및 노즐(N1)을 가지고 있다. 또한 밸브(MV1)와 밸브 (AV1) 사이의 배관에 밸브(MV2, AV3, AV4) 및 노즐(N2)이 차례로 배관 접속되어 있다. 컨트롤러(MFC1) 및 밸브(AV2) 사이의 배관과 밸브(MV2) 및 밸브(AV3) 사이의 배관은 서로 연통 배관으로 접속되어 있다.

이들 밸브는 모두 통전시에 개방하고, 비통전시에는 폐쇄되는 전자 개폐밸브 이고, 매스 플로우 컨트롤러(MFC1)는 그것에 설정한 소정 유량의 가스를 그 컨트롤러에의 통전에 의하여 흘릴 수 있는 것이다. 노즐(N1, N2)은 성막실(10)의 천정벽(10')에 설치되어 성막실 내에 개구하고 있다.

밸브(AV3, AV4) 및 이들을 접속하고 있는 배관부는 가스 저장부(GR)를 구성하고 있다.

실리콘막 형성장치 B에서의 수소가스공급회로(102)는, 수소가스 봄베(B2) 및 이것에 차례로 배관 접속된 밸브(MV3), 밸브(AV5), 매스 플로우 컨트롤러(MFC2), 밸브(AV6) 및 노즐(N3)을 가지고 있다. 또한 밸브(AV5)와 컨트롤러(MFC2)의 직렬 회로에 대하여 밸브(MV4)가 병렬 접속되어 있다.

이들 밸브도 통전에 의하여 개방하고, 비통전시에는 폐쇄되는 전자 개폐밸브 이고, 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)는 그것에 설정한 소정 유량의 가스를 상기 컨트롤러에의 통전에 의하여 흘릴 수 있는 것이다. 노즐(N3)은 성막실(10)의 천정벽(10')에 설치되어 성막실 내로 개구하고 있다.

성막실(10)에는 상기한 바와 같이 배기장치(EX)나 플라즈마 발광 분광 계측장치(SM)가 접속되어 있고, 또한 성막실 내 압력을 검출하는 압력센서(PS)도 접속되어 있다.

물품 홀더(3)는 승강기구(EL)에 의하여 승강 가능하다. 그 기구에 의하여 도 3에 나타내는 상승위치, 즉 성막실(10) 내의 홀더(3)에 대하여 도시 생략한 로봇으로 기판(S)을 반입 반출하기 위한 개폐 가능한 게이트밸브(GV)에 면하는 상승위치와, 도 4에 나타내는 막 형성을 위한 하강위치와의 사이를 승강할 수 있게 되어 있다. 성막실 밖으로부터 물품 홀더(3) 위에 반입 탑재된 기판(S)은 물품 홀더(3)의 승강에 의하여 막 형성을 위한 위치와 기판 반입 반출처리를 위한 위치와의 사이에서 왕복 승강할 수 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이 물품 홀더(3)는 성막실(10) 내에서의 물품 반송부재를 겸하고 있다.

홀더 승강기구(EL)는 홀더(3)로부터 아래쪽으로 돌출 설치되고, 성막실 하벽을 승강 가능하게 관통한 지지부재(41)와, 지지부재(41)의 하단부에 설치된 벨로즈 지지판(6)과, 성막실(10)의 하벽과 벨로즈 지지판(6)과의 사이에 걸쳐 설치된 신축 가능한 벨로즈(BL)와, 벨로즈 지지판(6)의 한쪽 끝부를 볼나사 기구를 거쳐 승강 구동하는 브레이크부착 전동 서보 모터(7)를 포함하고 있다. 상기 모터의 브레이크는 정전시에 제동력을 발휘하는 것이다.

지지부재(41)는 본 예에서는 로드형상 부재이다. 모터(7)는 성막실(10)의 하벽에 이어서 설치(連設)한 프레임(20)에 설치되어 있다.

벨로즈(BL)는 상단부가 성막실 하벽에, 하단부가 벨로즈 지지판(6)에 각각 기밀하게 접속되어 있음과 동시에 지지부재(41)의 성막실(10) 밖으로 나온 부분을 기밀하게 포위하는 통형상의 것이다.

볼나사 기구는, 상기 서보 모터(7)로 회전 구동되는 나사봉(71), 그 나사봉 이 나사 결합한 벨로즈 지지판(6) 위의 너트부(81) 및 나사봉(71)의 상단부를 회전 가능하게 지지하는 베어링(82)으로 이루어져 있고, 베어링(82)은 프레임(20)에 아암부재를 거쳐 지지되어 있다. 이들 모터(7), 볼나사 기구 등은 벨로즈 지지판(6)을 통하여 지지부재(41)와 물품 홀더(3)를 승강 구동하는 구동부의 일례를 구성하고 있다.

벨로즈 지지판(6)의 반대쪽의 끝부에는 안내고리(61, 61)가 설치되어 있고, 이들은 프레임(20)에 설치한 안내 레일(62)을 따라 전동한다.

이상 설명한 홀더 승강기구(EL)에 의하면, 모터(7)를 정회전시킴으로써 나사봉(71)을 정회전 구동하고, 이것에 의하여 벨로즈 지지판(6), 이것으로부터 상승하고 있는 로드형상 지지부재(41) 및 지지부재(41)에 지지된 홀더(3)를 도 3에 나타내는 상승위치에 세트할 수 있다.

또, 이 상태로부터 모터(7)를 역회전시킴으로서 나사봉(71)을 역회전 구동하고, 이것에 의하여 벨로즈 지지판(6), 이것으로부터 상승하고 있는 지지부재(41) 및 지지부재(41)에 지지된 홀더(3)를 도 4에 나타내는 하강위치에 세트할 수 있다.

홀더(3)에 대해서는 카운터 밸런스기구(CB)도 설치되어 있다.

카운터 밸런스기구(CB)는, 피스톤 실린더장치(5) 및 이것에 대한 작동 유체회로(9)를 포함하고 있다. 피스톤 실린더장치는(5)는 본 예에서는 공기압 작동의 것이고, 회로(9)는 압축공기회로이다. 또한 피스톤 실린더(5)나 회로(9)는 공기 이외의 유체를 사용하는 것이어도 좋다.

피스톤 실린더장치(5)는 복동 실린더형의 것으로, 그 피스톤 로드(52)가 홀 더(3)를 지지하고 있는 지지부재(41) 하단부의 나사(411)에 나사 이음매(520)로 접속됨으로써 지지부재(41)를 거쳐 홀더(3)에 접속되어 있다.

압축 공기회로(9)는 피스톤 실린더장치(5)의 로드 커버측의 실린더 튜브 포트에 차례로 배관 접속된 3 포트 2 위치 더블 솔레노이드형의 변환 전자밸브(911), 루브리케이터(급유기)(912), 압력조정밸브(913)를 포함하고 있다.

또한 피스톤 실린더장치(5)의 헤드 커버측의 실린더 튜브 포트에 차례로 배관접속된 3 포트 2 위치 더블 솔레노이드형의 변환 전자밸브(921), 루브리케이터(922),압력조정밸브(923)를 포함하고 있다.

압력조정밸브(913, 923)는 필터(901)를 거쳐 컴프레서 등의 압축공기원(90)에 배관 접속되어 있다. 밸브(911)에 대해서는 소음기(914)가, 밸브(921)에 대해서는 소음기(924)도 설치되어 있다.

전자밸브(911)는 그 솔레노이드(SOL11)가 비통전상태, 솔레노이드(OL12)가 통전상태일 때, 도 3에 나타내는 바와 같이 피스톤 실린더장치(5)에 압축공기를 공급하지 않으나, 솔레노이드(SOL11)를 통전상태, 솔레노이드(SOL12)를 비통전상태로 두면 밸브위치가 변환되어 도 4에 나타내는 바와 같이 피스톤 실린더장치(5)의 로드측 튜브 포트에 압축공기를 공급한다.

이때 실린터 튜브의 로드측 포트에 공급되는 압축공기압은, 압력조정밸브(913)로 조정된 것으로, 성막실(10) 내가 막 형성을 위한 감압 분위기로 설정됨으로써 성막실(10) 내외의 기압의 차에 의하여 벨로즈(BL)의 구경(단면적)에 상당하는 벨로즈 지지판(6)의 부분에 가해지는 힘(F)으로부터 물품 홀더(3), 지지부재 (41), 벨로즈 지지판(6) 또는 홀더(3) 위의 물품 등에 의한 부재 중력(WF)을 뺀 벨로즈(BL)을 수축시키는 방향으로 작용하는 힘(F)(= f - WF)을 상쇄하는 반력, 바꾸어 말하면 그 힘(F)에 의거하여 구동부[모터(7) 등]에 가해지는 부하를 상쇄하는 반력을 피스톤(51)에 주는 기압이다. 또한 솔레노이드(SOL11)에 통전될 때 변환 전자밸브(921)는 그 솔레노이드(SOL21)가 비통전상태에 놓여짐과 동시에 솔레노이드(SOL22)가 통전상태에 놓여지고, 실린터 튜브 내의 헤드 커버측에 있는 공기는 밸브(921) 및 소음기(924)를 거쳐 대기 중에 방출된다.

전자밸브(921)는 그 솔레노이드(SOL21)가 비통전상태, 솔레노이드(SOL22)가 통전상태일 때, 도 4에 나타내는 바와 같이 피스톤 실린더장치(5)에 압축공기를 공급하지 않으나, 솔레노이드(SOL21)를 통전상태, 솔레노이드(SOL22)를 비통전상태에 두면 밸브위치가 변환되어 도 3에 나타내는 바와 같이 피스톤 실린더장치(5)의 헤드 커버측 튜브 포트에 압축공기를 공급한다.

이때 실린터 튜브의 헤드측 포트에 공급되는 압축공기압은, 압력조정밸브(923)로 조정된 것으로, 성막실(10) 내가 대기압에 놓여진 경우의 물품 홀더(3), 지지부재(41), 벨로즈 지지판(6) 등에 의한 부재 중력(WF)을 상쇄하는 반력, 바꾸어 말하면 상기 힘(WF)에 의거하여 구동부[모터(7) 등]에 가해지는 부하를 상쇄하는 반력을 피스톤(51)에 주는 기압이다. 또한 솔레노이드(SOL21)에 통전될 때 변환 전자밸브(911)에서는 그 솔레노이드(SOL11)가 비통전상태에 놓어짐과 동시에 솔레노이드(SOL12)가 통전상태에 놓여지고, 실린터 튜브 내의 로드 커버측에 있는 공기는 밸브(911) 및 소음기(914)를 거쳐 대기 중에 방출된다.

도 5는 막 형성장치 B의 제어회로의 개략을 나타내는 블럭도이다.

이 제어회로는 마이크로컴퓨터를 중심으로 하는 제어부(CONT)를 포함하고 있다. 고주파 전원(PW), 진공펌프(PM), 가스공급장치(100)에서의 매스 플로우 컨트롤러와 각 전자 개폐밸브, 홀더 승강기구의 모터(7), 압축공기회로(9)에서의 전자 변환밸브의 솔레노이드(SOLl1∼SOL22), 게이트밸브(GV) 및 기판(S)을 반입 반출하는 기판반입 반출장치(도 3, 도 4에서는 도시 생략) 등은 이 제어부(CONT)로부터의 지시에 의거하여 동작한다. 또 제어부(CONT)에는 상기한 압력센서(PS)로부터의 성막실 내 압력정보가 입력되도록 되어 있고, 막 형성 개시 등의 필요한 사항을 지시하는 등을 위한 조작 패널(PA)도 접속되어 있다.

막 형성장치 B에 의하면, 기판(S) 위에의 실리콘막 형성은, 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링과 모노실란가스의 공급을 동시적으로 행하는 막 형성, 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링을 먼저 개시하고, 그 후에 실란가스 공급을 개시하는 막 형성 등을 실시할 수 있다. 전자에 대해서는 또한 실란가스 공급에 있어서 가스 저장부(GR)를 사용하는 막 형성, 사용하지 않는 막 형성을 실시할 수 있다. 후자에 대해서도 실란가스 공급에 있어서 가스 저장부(GR)를 사용하는 막 형성, 사용하지 않는 막 형성을 실시할 수 있다.

(2-1) 타깃의 케미컬 스퍼터링과 모노실란가스의 공급을 동시적으로 행하는 막 형성

(2-l-1) 가스 저장부(GR)를 사용하는 경우

이 막 형성에 대하여 이 경우의 제어부(CONT)의 동작을 나타내는 도 6의 플 로우차트를 참조하면서 설명한다.

당초는, 전원(PW), 펌프(PM), 가스공급장치(100)에서의 매스 플로우 컨트롤러나 각 전자 개폐밸브, 모터(7), 압축공기회로(9)에서의 전자 변환밸브의 솔레노이드(SOL11∼SOL22)는 모두 오프상태에 있고, 게이트밸브(GV)는 폐쇄되어 있으며, 성막실(10) 내는 대기압하에 있다.

이와 같은 상태에서 조작 패널로부터 막 형성의 지시가 있으면, 먼저 압력센서(PS)로부터 제어부(CONT)에의 압력정보가 대기압을 나타내고 있는 상태에서 압축공기회로(9)에서의 변환 전자밸브(911)의 솔레노이드(SOL11)가 오프, SOL12가 온됨과 동시에, 밸브(921)의 솔레노이드(SOL21)가 온, SOL22가 오프된다(도 6의 단계 S1).

이것에 의하여 피스톤 실린더장치(5)의 헤드 커버측 포트에 물품 홀더(3) 등에 의한 부재 중력(WF)을 상쇄할 수 있는 반력을 발생하는 압축공기가 공급되고, 이와 같이 하여 모터(7)에의 부재 중력(WF)에 의거하는 부하를 상쇄하는 상태에서 모터(7)를 정회전시켜 홀더(3)를 상승시켜 게이트밸브(GV)에 면하는 상승위치에 배치한다(도 6의 S2).

이어서 게이트밸브(GV)를 개방하고, 물품홀더(3)에 피처리 기판(S)을 탑재하고, 다시 밸브(GV)를 폐쇄한다(도 6의 S3). 이어서 모터(7)의 역회전으로 물품 홀더(3)를 하강시키고, 그것에 유지된 기판(S)을 성막 위치에 배치한다(도 6의 S4). 이 물품 홀더의 하강시에도 모터(7)에 걸리는 부재 중력(WF)에 의거하는 부하는 피스톤 실린더장치(5)에 의하여 상쇄되어 있다.

이와 같이 성막실(10) 내가 대기압에 놓여져 있는 상태에서의 물품 홀더(3)의 승강은, 부재 중력(WF)을 상쇄하는 반력을 발생시켜 구동부, 특히 모터(7)에 걸리는 부하를 상쇄하는 상태에서 이루어지기 때문에, 물품 홀더(3)의 승강은, 그 모터(7)의 토오크가 작아도 행할 수 있고, 또 모터 토오크가 작아도 되기 때문에 볼나사 기구도 그만큼 간이한 것으로 충분하고, 이들에 의하여 모터(7) 등으로 이루어지는 구동부를 용량이 작은 저렴한 것으로 할 수 있어 그만큼 막 형성장치도 저렴하게 할 수 있다.

또, 물품 홀더(3)의 승강은 구동부에 걸리는 부하를 상쇄하는 상태에서 이루어지기 때문에, 홀더(3)의 승강동작을 경쾌하게 행하게 할 수 있고, 모터정지에 따르는 홀더(3)의 정지가 용이해지며, 또한 정지시의 충격도 적어져 그만큼 홀더(3)를 소정의 하강위치에 정밀도 좋게 정지시킬 수 있음과 동시에, 충격 적게 정지시켜 기판(S)의 위치 어긋남이나 손상을 억제할 수 있다.

또한 정전시에는 압축공기회로(9)에서의 변환 전자밸브(911, 921)의 위치가 정전 직전의 것으로 유지되기 때문에, 물품 홀더(3)의 낙하를 방지할 수 있고, 홀더(3)에 지지된 기판(S)의 위치 어긋남이나 손상을 방지할 수 있다.

기판(S)이 이와 같이 성막위치에 배치되면 펌프(PM)를 온하여 성막실(10)로부터 배기를 개시하고, 또 가스공급장치(100)에서 실란가스공급회로(101)에서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC1)는 아직 오프된 채로 밸브(AV1, AV2, AV3, AV4)를 온하여 개방하여 가스제거하고, 또한 수소가스공급회로(102)에서의 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)도 아직 오프된 채로 밸브(AV5, AV6)를 온하여 개방하여 가스제거한다(도 6 의 S5). 또한 밸브(MV4)는 메인티넌스시에 개방하여 가스제거에 사용할 수 있다.

그후, 압력센서(PS)로부터의 압력정보가 대기압보다 낮으나, 성막압보다는 고압의 소정의 부압(Po) 이하를 나타내는 것을 기다려(도 6의 S6), 밸브(AV1, AV2, AV3, AV4, AV5, AV6)를 오프하여 폐쇄한다. 또 성막실(10) 내압이 성막을 위한 감압 분위기 설정시의 것에서의 물품 홀더(3)의 승강구동에 대비하여 압축공기회로(9)에서의 변환 전자밸브(911)의 솔레노이드(SOL11)를 온, SOL12를 오프함과 동시에, 밸브(921)의 솔레노이드(SOL21)을 오프하고, SOL12를 온한다(도 6의 S7).

이에 의하여 피스톤 실린더장치(5)의 로드 커버측 포트에, 벨로즈(BL)를 수축시키는 방향으로 작용하는 상기 힘(F) (= f - WF)을 상쇄하는 반력을 발생할 수 있는 압축공기가 공급되기 시작한다. 이와 같이 하여 모터(7)에의 힘(F)에 의거하는 부하가 상쇄될 수 있는 상태에서 모터(7)를 운전하여 홀더(3)를 승강시킬 수 있는 상태로 한다.

다음에 실란가스공급회로(101)에서 밸브(MV1, MV2, AV3)를 온하여 개방하고, 가스 저장부(GR)에 실란가스를 충전하여 저장하고, 그후 밸브(MV2, AV3)를 폐쇄한다(도 6의 S8, S9). 계속해서 밸브(AV1, AV2)를 개방하여 가스제거하고, 다시 이들을 폐쇄한다(도 6의 S10, S11) .

다음에 고주파 전원(PW)을 온하여 고주파 안테나(1)에 고주파 전력을 인가 개시함과 동시에, 실란가스공급회로(101)에서의 밸브(AV40를 개방하여 가스 저장부(GR)에 저장된 실란가스를 한꺼번에, 바꾸어 말하면 펄스적으로 성막실(10) 내에 공급하고, 이것과 동시에 매스 플로우 컨트롤러(MFC1)를 온하고, 밸브(AV1, AV2)를 개방하여 실란가스를 컨트롤러(MFC1)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급하고, 또한 동시에 수소가스공급회로(102)에서도 매스 플로우 컨트롤러(MFC2)를 온하고, 밸브(MV3), 밸브(AV5, AV6)를 개방하여 수소가스를 컨트롤러(MFC2)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급 개시한다(도 6의 S12).

이와 같이 하여 성막실 내에 도입된 가스가 고주파 전력 인가하에 플라즈마화되고, 이 플라즈마하에서 실리콘 스퍼터 타깃(2)이 케미컬 스퍼터링됨으로써 기판(S) 위에 실리콘막이 형성됨과 동시에 모노실란가스와 수소가스의 플라즈마하에서도 기판(S)에 실리콘막이 형성되어 간다. 그만큼 실리콘막 형성속도가 고속화된다.

또, 이 막 형성에서는 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링에 의하여 기판 위(S)에 실리콘막의 성장을 촉진하는 핵 또는 종이 형성되어 있기 때문에, 그만큼 막 형성이 원활하게 개시된다. 또한 모노실란가스(SiH₄)에 대해서는 그 공급개시에 앞서 가스 저장부(GR)에 저장되고, 막 형성 개시에 있어서 상기 가스 저장부로부터 한꺼번에, 바꾸어 말하면 펄스적으로 성막실(10) 내에 공급되기 때문에, 막 형성 개시 시에는 가스 저장부(GR)로부터 한꺼번에 공급되는 실란가스가 성막실 내(10)에 한꺼번에 널리 퍼지기 쉽고, 그만큼 막 형성 개시 시에서도 성막실 내의 실란가스 플라즈마 밀도는 소정의 것으로, 또는 그것에 가까운 것이 된다. 또 가스 저장부(GR)로부터의 실란가스 공급과 동시적으로 실란가스 및 수소가스의 각각이 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급 개 시되고, 그 후에도 계속해서 실란가스 및 수소가스가 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급되기 때문에 막 형성 개시 시의 플라즈마 밀도는 한층 확실하게 소정의 것으로, 또는 그것에 가까운 것이 되고, 그 후에도 소정의 플라즈마 밀도가 유지된다.

이들에 의하여 기판(S)에의 막 형성이 원활하게 개시되고, 또 그것에 의하여 그 후에 형성되는 막 부분도 포함하여 양질의 막을 형성할 수 있고, 막 전체를 고속형성할 수 있다.

그후, 소정시간의 막 형성, 바꾸어 말하면 소정 두께의 막 형성이 종료하면(도 6의 S13), 전원(PW), 펌프(PM) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)를 오프하고, 밸브(MV1, MV3), 밸브(AV1, AV2, AV4, AV5, AV6)를 폐쇄하고(도 6의 S14), 모터(7)를 정회전시켜 홀더(3)를 상승시키고(도 6의 S15), 게이트밸브(GV)를 개방하여 막 형성이 끝난 기판(S)의 반출을 시작한다(도 6의 S16).

물품 홀더(3)를 상승시킬 때, 성막실(10)의 내압이 아직 감압된 상태에 있을 때는, 벨로즈(BL)을 수축시키는 방향의 상기 힘(F)(= f - WF)이 작용하고 있으나, 이미 피스톤 실린더장치(5)의 로드 커버측 포트에 상기 힘(F)을 상쇄하는 반력을 발생하는 압축공기가 공급되어 있고, 모터(7)에의 힘(F)에 의거하는 부하가 상쇄되는 상태에 있다.

따라서 물품 홀더(3)의 상승은, 모터(7)의 토오크가 작아도 행할 수 있고, 또경쾌하게 행할 수 있어 모터정지에 따르는 홀더(3)의 상승위치에서의 정지가 용이해지고, 또한 정지시의 충격도 적어져, 그만큼 홀더(3)를 소정의 상승위치에 정 밀도 좋게 정지시킬 수 있음과 동시에, 충격 적게 정지시켜 막 형성이 끝난 기판(S)의 위치 어긋남이나 손상을 억제할 수 있다.

또한 정전시에는 압축공기회로(9)에서의 변환 전자밸브(911, 921)의 위치가 정전 직전의 것으로 유지되기 때문에, 물품 홀더(3)의 뛰어 오름을 방지할 수 있어, 홀더(3)에 지지된 막 형성이 끝난 기판(S)의 위치 어긋남이나 손상을 방지할 수 있다.

또, 무엇인가의 사정으로 상기 힘(F)이 작용하고 있는 상태에서 물품 홀더(3)를 하강시킴에 있어서도 그 하강은 경쾌하고 원활하게 행하게 할 수 있어, 원하는 위치에 정밀도 좋고, 충격 적게 정지시키는 것도 가능하다.

막 형성이 끝난 기판(S)의 반출을 위하여 게이트밸브(GV)를 개방함으로써 압력센서(PS)로부터의 압력정보가 상기 소정의 부압(Po)보다 커지면(도 6의 S17), 압축공기회로(9)에서의 변환 전자밸브(911)의 솔레노이드(SOL11)를 오프, SOL12를 온함과 동시에, 밸브(921)의 솔레노이드(SOL21)를 온, 솔레노이드(SOL22)를 오프하여(도 6의 단계 S18), 부재 중력(WF)을 상쇄하는 반력을 피스톤 실린더장치(5)에 발생시킨다.

기판 반출 후, 모터(7)의 역회전으로 홀더(3)를 하강시켜 게이트밸브(GV)를 폐쇄하고(도 6의 S19), 또한 압축공기회로(9)에서의 전자 변환밸브의 솔레노이드(SOL12, SOL21)를 오프한다(도 6의 S20).

또한 계속해서 막 형성을 행하는 경우에는, 막 형성후의 기판을 반출한 후, 계속해서 빈 물품 홀더(3)에 새로운 기판(S)를 탑재하여 막 형성을 속행하여도 좋 다.

또, 예를 들면 게이트밸브(GV)를 사이에 두고 성막실(10)에 대하여 로드/언로드 록실(LR)를 설치하여 홀더(3)에 대하여 기판(S)을 반입할 때에는 게이트밸브(GV)는 폐쇄하고, 챔버(10) 내를 소정의 성막압으로 유지한 채로 로드/언로드 록실(LR)실을 개방하여 그곳에 배치한 로봇에 외부로부터의 기판(S)을 수취하게 한 후, 상기 실을 폐쇄하여 성막실 내압까지 배기한 후, 게이트밸브(GV)를 개방하여 홀더(3)에 상기 로봇으로부터 기판(S)을 건네 주도록 하고, 막 형성된 기판 반출시에는 실 (LR) 내압을 성막실 내압으로 설정하고 밸브(GV)를 개방하여 막 형성이 끝난 기판을 홀더(3)로부터 실(LR) 내로 수취하고, 이어서 밸브(GV)를 폐쇄한 후, 실(LR)을 개방하여 그 실로부터 막 형성이 끝난 기판을 인출하도록 하는 등으로 하여도 좋다. 이 경우에도 성막실(10) 내가 대기압이 되는 경우가 있기 때문에 카운터 밸런스기구를 설치하여 두는 것이 바람직하다.

다음에 이상 설명한 막 형성장치 B에 의한 실리콘막 형성의 실험예에 대하여 설명한다.

< 실험예 >

막 형성 조건은 다음과 같았다.

고주파 전력 : 60 MHz, 4000 W

가스 저장부(GR)에 저장한 실란가스(SiH₄)의 압력 및 양

: 압력 0.07 MPa,

양 100 cc∼300 cc 로부터 선택할 수 있는 본 실시예에서는 231 cc

매스 플로우 컨트롤러(MFC1)에 의한 실란가스공급량 : 1 sccm

매스 플로우 컨트롤러(MFC2)에 의한 수소가스공급량 : 150 sccm

성막압 : 0.67 Pa(5 mmTorr)

성막실 용량 : 1.5 m³

피성막 기판 : 무알칼리 유리 기판

성막온도 : 400℃

성막 막 두께 : 500Å

이와 같은 조건하에 기판 위에 실리콘막을 형성하여, UV(자외선)반사율 측정에 의한 기판 계면에서의 UV 반사면 강도 및 막 표면에서의 UV 반사면 강도를 측정한 바, 실리콘막은 막의 계면측, 표면측의 어느 것에서도 UV 반사면 강도가 높고, 양질의 결정성 실리콘막인 것이 확인되었다. 또한 UV 반사면 강도란, 히타치제작소제의 Hitachi UV-3500 Spectrophotometer를 사용한 UV 반사율 측정결과이고, 그 반사율(UV 반사면 강도)이 높다는 것은 자유전자가 많은 것으로, 결정화하고 있는 것을 나타낸다.

또한 라만 분광 분석을 행한 바, 결정성 실리콘을 나타내는 520 cm^-1에서 샤프한 피크를 볼 수 있어, 결정성이 높아지고 있는 것이 확인되었다.

(2-1-2) 가스 저장부(GR)를 사용하지 않는 경우

이 막 형성에서도 막 형성의 개시 당초부터 수소가스와 모노실란가스를 각각 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급함과 동시에 이들 가스에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마화하고, 그 플라즈마하에서 기판(S) 위에 실리콘막을 형성한다.

이 막 형성에서는 실란가스공급에 대하여 가스 저장부(GR)를 사용하지 않으나, 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링에 의하여 기판(S) 위에 실리콘막의 성장을 촉구하는 핵 또는 종이 형성되기 때문에, 그만큼 막 형성이 원활하게 개시되고, 또한 실란가스 및 수소가스의 각각이 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급 개시되고, 그 후에도 계속해서 실란가스 및 수소가스가 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급되기 때문에, 기판(S)에의 막 형성이 원활하게 개시되고, 그 후 형성되는 막부분도 포함하여 막 전체를 그만큼 고속으로 형성할 수 있다.

제어부(CONT)는 이와 같이 막 형성할 수 있도록 가스공급장치(100) 등의 동작을 제어할 수 있는 것으로 하면 좋다.

또한 이와 같이 막 형성할 때는 가스 저장부(GR)는 없어도 좋다. 카운터 밸런스기구(CB)는 설치하여 둠으로써 상기와 마찬가지로 유리하게 기능시킬 수 있다.

(2-2) 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링을 먼저 개시하고, 그 후에 실란가스공급을 개시하는 막 형성

(2-2-1) 가스 저장부(GR)를 사용하는 경우

이 막 형성에서는 당초 수소가스만을 수소가스공급회로(102)로부터 성막실(10) 내에 공급하여 이것에 고주파 전력을 인가하여 수소가스 플라즈마를 형성하 고, 그 플라즈마에 의하여 타깃(2)을 케미컬 스퍼터링하여 기판(S) 위에 실리콘막의 형성을 개시한다. 이때 기판(S) 위에는 실리콘막이 성장하기 위한 핵 또는 종이 형성된다.

그후 계속해서 실란가스공급회로(101)로부터 성막실(10) 내에 모노실란가스를 공급한다. 이때 모노실란가스(SiH₄)에 대해서는 그 공급개시에 앞서 가스 저장부(GR)에 저장되고, 공급 개시에 있어서 상기 가스 저장부로부터 한꺼번에, 바꾸어 말하면 펄스적으로 성막실(10) 내에 공급된다. 따라서 가스 저장부(GR)로부터 한꺼번에 공급되는 실란가스가 성막실 내(10)에 한꺼번에 널리 퍼지기 쉽고, 그만큼 실란가스공급 개시 시에서도 성막실 내의 실란가스 플라즈마 밀도는 소정의 것으로, 또는 그것에 가까운 것이 된다. 또 실란가스는 가스 저장부(GR)로부터의 실란가스공급과 동시적으로 매스 플로우 컨트롤러(MFC1)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급 개시되고, 그 후에도 계속해서 제어된 유량으로 공급된다. 이들에 의하여 기판(S)에의 막 형성이 원활하게 개시되고, 그 후 형성되는 막부분도 포함하여 막 전체의 고속 성막이 가능하다.

제어부(CONT)는 이와 같이 막 형성할 수 있도록 가스공급장치(100) 등의 동작을 제어할 수 있는 것으로 하면 좋다.

이 막 형성에서도 카운터 밸런스기구(CB)는 설치하여 둠으로써 상기와 마찬가지로 유리하게 기능시킬 수 있다.

(2-2-2) 가스 저장부(GR)를 사용하지 않는 경우

이 막 형성에서도 당초 수소가스만을 수소가스공급회로(102)로부터 성막실(10) 내에 공급하여 이것에 고주파 전력을 인가하여 수소가스 플라즈마를 형성하고, 그 플라즈마에 의하여 실리콘 스퍼터 타깃(2)을 케미컬 스퍼터링하여 기판(S) 위에 실리콘막의 형성을 개시하고, 그후 모노실란가스를 성막실 내에 공급하여 기판(S) 위에 실리콘막을 형성한다.

이 막 형성에서는 실란가스공급에 대하여 가스 저장부(GR)를 사용하지 않으나, 실리콘 스퍼터 타깃(2)의 케미컬 스퍼터링에 의하여 기판(S) 위에 실리콘막의 성장을 촉구하는 핵(nucleuses) 또는 종(seeds)이 형성되기 때문에, 그만큼 막 형성이 원활하게 개시되고, 또한 그 후에는 실란가스 및 수소가스의 각각이 매스 플로우 컨트롤러(MFC1, MFC2)로 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급 개시되고, 그 후에도 계속해서 실란가스 및 수소가스가 제어된 유량으로 성막실(10) 내에 공급된다. 이들에 의하여 기판(S)에의 막 형성이 원활하게 개시되고, 그후 형성되는 막부분도 포함하여 막 전체를 그만큼 고속으로 형성할 수 있다.

제어부(CONT)는 이와 같이 막 형성할 수 있도록 가스공급장치(100) 등의 동작을 제어할 수 있는 것으로 하면 좋다.

또한 이와 같이 막 형성할 때는 가스 저장부(GR)는 없어도 좋다. 카운터 밸런스기구(CB)는 설치하여 둠으로써 상기와 마찬가지로 유리하게 기능시킬 수 있다.

(3) 고주파 안테나의 다른 예

도 7, 도 8에 고주파 안테나의 다른 예를 도 1의 막 형성장치 A의 일부와 함께 나타낸다. 고주파 안테나(1')는 입체구조의 안테나이고, 제 1 부분(11)과 복수 개의 제 2 부분(12)으로 이루어져 있다. 제 1 부분(11)은 성막실(10) 밖으로부터 상기 실의 천정벽(10')을 통하여 실내로 똑바르게 막대형상으로 연장되어 있다. 제 2 부분(12)은 제 1 부분(11)의 실내쪽 끝부(11e)로부터 방사상으로 분기하여 연장됨과 동시에 천정벽(10')을 향하여 연장되어 있다. 각 제 2 부분(12)의 종단(12e)은 천정벽(10')에 커넥터로 직접 접속되어 있고, 따라서 실(10)을 거쳐 접지된 상태에 있다.

제 2 부분(12)의 군집은, 전체로서 コ자형으로 굴곡된 2개의 안테나부분을 평면으로 보아 열십(十)자형으로 조합하여 제 1 부분(11)에 연결한 형태를 나타내고 있다.

또, 고주파 안테나(1')는 그 안테나 도체의 표면이 절연성막(여기서는 알루미나막)으로 피복되어 있다.

고주파 안테나(1')의 제 1 부분(11)은 매칭박스(MX)를 거쳐 고주파 전원(PW)에 접속되어 있다. 제 1 부분(11) 중 실(10)밖으로 나와 있는 플라즈마생성에 기여하지 않는 부분은 매우 짧아져 매칭박스(MX)에 직접적으로 접속되어 있다. 또한 제 1 부분(11)은 실(10)의 천정벽(10')에 설치한 기밀 시일을 겸하는 절연부재(10a)를 관통하고 있다.

이와 같이 하여 고주파 안테나(1')는 짧게 형성되고, 또한 실(10) 내에서 전기적으로 병렬로 분기된 병렬 배선구조로 되어 있기 때문에, 안테나(1')의 인덕턴스는 그만큼 저감되어 있다.

이 고주파 안테나(1')에 의해서도 성막실(10) 내에 공급되는 가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 형성할 수 있다.

그때 고주파 안테나(1')는 저인덕턴스 안테나이기 때문에 이상방전, 매칭불량 등의 단점을 억제하여 원하는 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 가령 플라즈마 특성을 향상시키도록 인가하는 고주파 전력의 주파수를, 예를 들면 40 MHz∼100 MHz, 또는수 100 MHz로 올리는 경우에도, 이상방전, 매칭불량 등의 단점을 억제하여 원하는 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

또 고주파 안테나(1')는, 입체적 구조의 것이기 때문에, 실내벽의 가까이에 배치하여도 실(10) 내의 넓은 범위에 걸쳐 효율 좋게 전계를 미치게 할 수 있어 그만큼 고주파 전력의 이용 효율이 향상한다.

또, 고주파 안테나(1')의 도체부분 표면은 절연성 재료로 피복되어 있기 때문에 자기 바이어스에 의하여 플라즈마로 에칭되는 등의 단점이 억제된다.

본 발명은 실리콘막을 이용한 TFT(박막 트랜지스터) 스위치 등의 각종 반도체부품, 반도체장치 등의 형성을 위하여 실리콘막을 형성하는 경우에 이용할 수 있다.

Claims (19)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 피성막 물품을 설치하는 성막실과, 상기 성막실 내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로를 가지는 가스공급장치와, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 성막실 내에 설치된 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성하며,

   상기 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실 내에 설치한 고주파 안테나로부터의 방전에 의하여 상기 유도 결합 플라즈마를 발생시키고,

   상기 고주파 안테나는 상기 성막실 밖으로부터 성막실 내로 연장되고, 상기 성막실 내에서 전기적으로 병렬로 분기되어 각 분기부분의 종단이 상기 성막실에 직접적으로 접속되어 있는 안테나이고, 상기 성막실 전위는 접지전위로 설정되는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 고주파 안테나는, 상기 성막실 밖으로부터 상기 성막실의 실벽을 통하여 성막실 내로 연장하는 제 1 부분, 상기 제 1 부분의 성막실 안쪽 끝부로부터 방사상으로 분기하여 연장됨과 동시에 상기 성막실 벽을 향하여 연장되는 복수개의 제 2 부분을 포함하고, 상기 각 제 2 부분의 종단이 상기 성막실 벽에 직접적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 고주파 안테나의 적어도 상기 성막실 내에 있는 부분은 전기 절연성 재료로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 피성막 물품을 설치하는 성막실과, 상기 성막실 내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로를 가지는 가스공급장치와, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 성막실 내에 설치된 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성하며,

   상기 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실 내에 설치한 고주파 안테나로부터의 방전에 의하여 상기 유도 결합 플라즈마를 발생시키고,

   상기 가스공급장치는, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에의 수소가스공급과 동시적으로 상기 성막실 내에 실란가스를 공급하는 실란가스공급회로를 포함하며,

   상기 실란가스공급회로는,

   실란가스공급 개시에 앞서 실란가스를 저장하여 두고, 상기 성막실 내에의 실란가스공급에 있어서 저장한 상기 실란가스를 한꺼번에 상기 성막실 내에 공급하는 가스 저장부를 포함하고 있음과 동시에,

   상기 가스 저장부로부터의 실란가스공급과 동시적으로 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급 개시하고, 그후 계속해서 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급하기 위한 유량 제어부를 포함하는 실란가스공급부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
10. 피성막 물품을 설치하는 성막실과, 상기 성막실 내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로를 가지는 가스공급장치와, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 성막실 내에 설치된 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성하며,

    상기 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실 내에 설치한 고주파 안테나로부터의 방전에 의하여 상기 유도 결합 플라즈마를 발생시키고,

    상기 피성막 물품을 실리콘막 형성을 위한 제 1 위치 또는 상기 제 1 위치와는 다른 제 2 위치와의 사이에서 이동시키기 위한 상기 성막실 내에 배치된 반송부재와, 상기 반송부재를 승강시키는 승강기구와, 카운터 밸런스기구를 구비하고 있고,

    상기 승강기구는, 상기 반송부재를 지지함과 동시에 상기 성막실 벽을 승강 가능하게 관통하는 반송부재용 지지부재와, 상기 반송부재용 지지부재 중 상기 성막실 바깥쪽으로 나간 부분의 끝부에 설치된 벨로즈 지지부재와, 한쪽 끝부가 상기 성막실에, 다른쪽 끝부가 상기 벨로즈 지지부재에 각각 기밀하게 접속됨과 동시에 상기 반송부재용 지지부재 중 상기 성막실 바깥쪽으로 나간 부분을 기밀하게 포위하는 신축 벨로즈와, 상기 반송부재용 지지부재를 승강 구동하는 구동부를 포함하고 있고,

    상기 카운터 밸런스기구는, 적어도 상기 성막실 내압이 실리콘막 형성을 위한 감압 분위기 설정시의 내압일 때, 상기 구동부에 가해지는 제 1 부하 및 상기 성막실내압이 상기 감압 분위기 설정시의 내압보다 미리 정한 고압일 때, 상기 구동부에 가해지는 제 2 부하를 각각 상쇄하는 반력을 발생시키는 것임을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
11. 제 10항에 있어서,

    상기 반송부재는 피성막 물품을 상기 제 1 위치에 유지하기 위한 물품 홀더를 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
12. 제 10항에 있어서,

    상기 감압 분위기 설정시의 성막실 내압보다 미리 정한 고압은 대기압인 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
13. 제 10항에 있어서,

    상기 카운터 밸런스기구는, 상기 반송부재용 지지부재에 연결된 피스톤 로드를 가지는 피스톤 실린더장치와, 상기 제 1 부하를 상쇄함에 있어서 상기 제 1 부하를 상쇄하도록 상기 피스톤 실린더장치에 작동유체를 공급하고, 상기 제 2 부하를 상쇄함에 있어서 상기 제 2 부하를 상쇄하도록 상기 피스톤 실린더장치에 작동유체를 공급하기 위한 작동유체회로를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 작동유체회로는 정전시에서도 상기 피스톤 실린더장치의 상태를 정전 직전의 상태로 유지할 수 있는 것임을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
15. 제 13항에 있어서,

    상기 피스톤 실린더장치는 공기압 작동의 피스톤 실린더장치이고, 상기 작동유체회로는 압축공기회로인 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
16. 제 10항에 있어서,

    상기 구동부는, 회전모터와, 상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하여 상기 반송부재용 지지부재에 전달하는 동력 전달기구를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 회전모터는 브레이크부착 서보 모터인 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.
18. 삭제
19. 피성막 물품을 설치하는 성막실과, 상기 성막실 내에 설치된 실리콘 스퍼터 타깃과, 상기 성막실 내에 수소가스를 공급하는 수소가스공급회로를 가지는 가스공급장치와, 상기 수소가스공급회로로부터 상기 성막실 내에 공급되는 수소가스에 고주파 전력을 인가하여 유도 결합 플라즈마를 발생시키는 고주파 전력 인가장치를 구비하고, 상기 플라즈마에 의하여 상기 실리콘 스퍼터 타깃을 케미컬 스퍼터링하여 상기 성막실 내에 설치된 피성막 물품 위에 실리콘막을 형성하며,

    상기 고주파 전력 인가장치는, 상기 성막실 내에 설치한 고주파 안테나로부터의 방전에 의하여 상기 유도 결합 플라즈마를 발생시키고,

    상기 가스공급장치는, 상기 실리콘 스퍼터 타깃의 수소가스 플라즈마에 의한 케미컬 스퍼터링의 개시 후에 상기 성막실 내에 실란가스를 공급 개시하는 실란가스공급회로를 포함하고,

    상기 실란가스공급회로는,

    실란가스공급 개시에 앞서 실란가스를 저장하여 두고, 상기 성막실 내에의 실란가스공급에 있어서 저장한 상기 실란가스를 한꺼번에 상기 성막실 내에 공급하는 가스 저장부를 포함하고 있음과 동시에,

    상기 가스 저장부로부터의 실란가스공급과 동시적으로 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급 개시하고, 그후 계속해서 실란가스를 제어된 유량으로 상기 성막실 내에 공급하기 위한 유량 제어부를 포함하는 실란가스공급부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 실리콘막 형성장치.

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