KR19990062971A - 플라즈마 cvd 공정 및 플라즈마 cvd 시스템 - Google Patents

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Abstract

내부가 배기될 수 있는 리액터, 상기 리액터 내에 제공된 기판 파지 수단, 플라즈마 CVD용 재료 개스를 상기 리액터에 공급하기 위한 재료 개스 공급 수단, 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 발진 주파수를 가지며 고주파 전원에 의해서 발생된 고주파 전력을 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급하기 위한 고주파 전력 공급 수단, 및 반응 후에 상기 리액터에 남아있는 개스를 배기시키기 위한 배기 수단을 포함하며, 상기 고주파 전원에서 발생된 상기 고주파 전력은 상기 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급되어 상기 기판 파지 수단에 의해서 파지된 기판과 플라즈마 생성 고주파 전극을 가로질러 플라즈마를 발생시켜서 상기 기판 상에 증착 막을 형성하도록 한 플라즈마 CVD 시스템에 있어서, 반사 전력의 위상이 상기 플라즈마 생성 고주파 전극 상의 대향측의 일부에서 조정된다.
매우 균일한 막 두께 및 동일한 막 품질을 가진 고 품질의 증착 막들은 임의의 형태를 가진 대면적 기판 상에 고속으로 안정되게 형성되어 우수한 효율로 반도체 장치를 얻는다.

Description

플라즈마 ＣＶＤ 공정 및 플라즈마 ＣＶＤ 시스템
본 발명은 고주파 전력을 사용하고, 반도체 소장, 전기 사진 감광 부재 소자, 화상 입력선 센서, 평면 패널 디스플레이 소자, 촬상 소자, 광기전성 소자 등의 제조에서 이용할 수 있는 플라즈마 CVD(화학적 기상 증착) 공정 및 플라즈마 CVD 시스템에 관한 것이다.
최근에는, 반도체 소자 등을 생산하는 공정에서, 플라즈마 CVD 시스템과 플라즈마 CVD 공정들이 산업적 규모 면에서 실용화를 이루었다. 특히, 13.56㎒의 고주파 전력을 사용하는 플라즈마 CVD 시스템은, 기판 재료 및 증착 막의 재료가 도체인지 절연체인지의 여부와 무관하게 공정이 진행될 수 있기 때문에 광범위하게 사용되고 있다.
종래의 플라즈마 생성 고주파 전극 및 이러한 전극을 사용하는 플라즈마 CVD 시스템과 공정으로서, 평행한 플레이트형 시스템이 도 1을 참조하여 설명되어질 것이다. 리액터(101)에는, 절연성 고주파 전극 지지 베이스(102)를 통해서 고주파 전극(103)이 제공된다.
고주파 전극(103)은 대향 전극(105)과 평행하게 제공되는 평탄한 플레이트이고, 전극들 사이에 존재하는 정전 용량에 의해서 결정되는 전계에 의해서 플라즈마가 발생되게 된다. 일단 플라즈마가 발생되면, 플라즈마 및 전극이나 리액터 양측 사이에서와 동일한 방식으로 사실상 도전체인 플라즈마 영역 및 주로 캐패시터로 동작하는 시스(sheath)가 전극들 사이에 형성되어 플라즈마가 발생되기 전과는 상당히 다른 임피던스를 제공한다.
고주파 전극(103) 주변에는, 이 고주파 전극(103)의 측부와 리액터(101)의 벽과의 사이에 어떠한 방전도 일어나지 않도록 어스 차폐(104)를 제공한다. 고주파 전극(103)에 대해서는, 고주파 전원(111)이 고주파 전력 공급 와이어(110)를 통해 접속된다.
플라즈마 CVD가 행해지는 평탄한 플레이트형 막 형성 기판(106)은 고주파 전극(103)과 평행하게 제공된 대향 전극(105)에 부착되고, 처리될 기판(106)은 (도시되지 않은) 기판 온도 제어 수단에 의해서 소정 온도로 유지된다.
이러한 시스템을 이용하는 플라즈마 CVD가 다음 방법으로 행해진다. 리액터(101)의 내부가 배기 수단(107)에 의해서 배기되어 고진공이 된 후에, 반응 개스가 개스 공급 수단(108)을 통해서 리액터(101)로 공급되어, 그 내부가 소정의 압력을 유지하게 된다. 고주파 전력은 고주파 전원(111)으로부터 고주파 전극(103)으로 공급되어 고주파 전극과 그 대향 전극을 가로질러서 플라즈마를 발생시킨다.
따라서, 반응 개스는 플라즈마에 의해서 분해되고 여기되어 막 형성 기판(106) 상에 증착 막을 형성한다. 고주파 전력으로는 13.56㎒의 고주파 전력을 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 13.56㎒의 방전 주파수의 사용은 방전 조건을 제어하는데 비교적 용이하고 형성된 막이 우수한 막 품질을 가질 수 있다는 장점이 있는 반면, 개스 이용 효율이 낮고 증착 막의 형성율이 비교적 작다.
이러한 점과 관련하여, 약 25 내지 150㎒의 주파수를 가진 고주파 전력에서 플라즈마 CVD를 수행하기 위한 연구가 행해지고 있다. 예를 들어, Plasma Chemistry and Plasma Processing, Vol.7, No.3, 1987, pp.267-273 (이하, 출판물 1)에는, 재료 개스(실란 개스)가 평행한 플레이트형 글로우 방전 분해 시스템을 사용하여, 약 25 내지 150㎒의 주파수를 가진 고주파 전력에 의해서 분해된다고 개시되어 있다.
상세히 설명하면, 출판물 1에는 25㎒ 내지 150㎒의 범위 내에서 변화되는 주파수에서 a-Si 막의 형성시, 70㎒가 사용되는 경우의 막 증착율은 최대 2.1㎚/sec에 도달하는데, 이 속도는 13.56㎒에서 플라즈마 CVD가 행해지는 속도의 약 5 내지 8 배의 형성 속도이며 a-Si 막의 결함 밀도, 광 밴드 갭 및 도전율은 여기 주파수에 의해서 많은 영향을 받지 않는다고 개시되어 있다.
출판물 1은 실험실 크기의 평탄한 기판을 처리하는데 적합한 플라즈마 CVD 시스템의 예를 도시하고 있다. 대규모의 상업용 크기의 막 형성 기판 (예를 들면, 실린더형 기판) 상에 증착 막을 형성하기에 적합한 플라즈마 CVD 시스템의 예에 대해서는, 예를 들어 U.S. 특허 제 5,540,781호 (이하 출판물 2)에 개시되어 있다.
이 출판물 2는 60㎒ 내지 300㎒의 주파수를 갖는 소위 VHF 대역의 고주파 전력을 사용하는 플라즈마 CVD 공정 및 플라즈마 CVD 시스템을 개시하고 있다. 출판물 2에 개시된 플라즈마 CVD 시스템은 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
도 2에 개시된 플라즈마 CVD 시스템은 출판물 2에 개시된 VHF 플라즈마 CVD 시스템이다.
도 2에서, 참조 번호 (200)은 리액터를 표시한다. 리액터(200)는 베이스 플레이트(201), 절연 부재(202A), 캐소드 전극(203C), 절연 부재(221B), 캐소드 전극(203B), 절연 부재(202B) 및 상부 커버(215)를 갖는다.
참조 번호 (205A)는 내부에 히터 컬럼(205A')을 가진 기판 홀더를 표시한다. 참조 번호 (205A)는 히터 컬럼(205A')에 부착된 기판 히터를 표시한다. 참조 번호 (206)은 기판 홀더(205A) 상에 제공된 실린더형 막 형성 기판을 표시한다. 참조 번호(205B)는 실린더형 막 형성 기판(206)용 보조 파지 부재를 표시한다. 기판 홀더(205A)는 그 저면에서 모터에 접속된 (도시하지 않은) 회전 매카니즘을 가지며 선택적으로 회전 가능하게 설계된다. 참조 번호 (207)은 배기 밸브를 가진 배기 파이프를 표시한 것으로 이 배기 파이프는 진공 펌프를 구비한 배기 매카니즘(207')과 연결되어 있다. 참조 번호 (208)은 개스 실린더, 중량 제어기, 밸브 등으로 구성되는 재료 개스 공급 조립체를 표시한다. 이 재료 개스 공급 조립체(208)는 개스 공급 파이프(217)를 통해서, 다수의 개스 릴리스 홀(gas release hole)을 가진 개스 릴리스 파이프(216)에 접속된다. 재료 개스는 개스 릴리스 파이프(216)의 다수의 개스 릴리스 홀을 통해 리액터 안으로 공급된다. 참조 번호 (211)은 고주파 전원을 표시하고, 여기서 발생된 고주파 전력은 고주파 전력 공급 와이어(218)와 매칭 회로(209) (209A 내지 209C)를 통해서 캐소드 전극(203) (203A 내지 203C)으로 공급된다. 도 2에 도시된 플라즈마 CVD 시스템에서, 캐소드 전극들은 실린더형 막 형성 기판의 축 방향으로 3개의 전극들(203A, 203B 및 203C)로 전기적으로 분리되도록 구성되어 있다. 고주파 전원(211)에서 발생된 고주파 전력은 고주파 전력 분배 수단 (분배기)(220)에 의해서 3등분된 다음, 각각 매칭 회로(209A, 209B 및 209C)를 통해서 캐소드 전극(203A, 203B 및 203C)으로 공급된다.
출판물 2는 또한 도 2에 도시된 플라즈마 CVD 시스템을 사용하여 행해지는 플라즈마 CVD 공정을 개시하고 있다.
즉, 도 2에 도시된 시스템에서는, 실린더형 막 형성 기판(206)이 기판 홀더(205)에 설치되고, 그 다음에 리액터(200)의 내부가 배기 매카니즘(207')의 동작에 의해서 배기되는데 이 리액터의 내부가 배기되어 소정의 압력을 갖게 된다. 그 다음, 히터(205A)는 전기를 공급하여 기판(206)을 가열시켜 소정의 온도로 유지한다.
다음에는, 재료 개스가 재료 개스 공급 조립체(208)로부터 개스 공급 파이프(217)와 개스 릴리스 파이프(216)를 통해 리액터(200)로 공급되고 리액터(200)의 내부는 소정의 압력으로 조정된다. 이 상태에서, 고주파 전원(211)에 의해서 60㎒ 내지 300㎒의 범위 내의 주파수를 갖는 고주파 전력이 발생된다. 고주파 전력은 고주파 전력 분배기(220)에 의해서 3등분된 다음, 각각 매칭 회로(209A, 209B 및 209C)를 통해서 캐소드 전극(203A, 203B 및 203C)으로 공급된다. 따라서, 실린더형 막 형성 기판(206)과 캐소드 전극들에 의해 결정된 공간에는, 실린더형 막 형성 기판(206) 상에 증착 막이 형성될 수 있도록 재료 개스가 고주파 에너지에 의해서 분해되어 활성 핵종(species)을 생성한다.
출판물 2에는, 실린더형 캐소드 전극이 상술한 바와 같이 60㎒ 내지 300㎒의 범위 내의 주파수를 갖는 고주파 전력을 사용하는 플라즈마 CVD 시스템에서 분할되기 때문에, VHF 영역 고주파 플라즈마 CVD의 장점인 높은 막 증착율을 유지하면서 높은 균일성을 갖는 증착 막이 대면적 실린더형 막 형성 기판 상에 형성될 수 있다.
그러나, 출판물 1에 개시되어 있는 평형 플레이트형 시스템에서는 25㎒ 내지 150㎒의 주파수를 갖는 고주파 전력을 사용한 막 형성이 실험실 크기로 행해지고 또한 상기 출판물은 대면적의 막을 형성하는데 효과적인지 아닌지에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않다. 일반적으로, 여기 주파수가 높아짐에 따라, 고주파 전극, 특히 평탄한 전극 상에서 생성된 정재파의 영향이 보다 현저해져서, 2차원의 복잡한 정재파가 발생될 수 있다. 따라서, 대면적의 막을 균일하게 형성하는 것이 어려워질 것이라는 것을 알 수 있다.
종래 기술의 출판물 2에 개시된 플라즈마 CVD 공정과 플라즈마 CVD 시스템에서는, 대면적의 증착 막이 실린더 형태로 형성될 때 이 증착 막이 높은 증착율과 높은 균일도로 형성된다는 것을 예측할 수 있다. 그러나, 하나의 캐소드 상에는 다수의 공급 지점들(feeding points)이 요구되기 때문에 시스템이 복잡해지고 또한 평탄한 기판에 적용하기가 어렵다는 것을 예측할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 효율로 반도체 장치를 얻기 위해서, 매우 균일한 막 두께와 동일한 막 품질을 갖는 고품질의 증착 막이 임의의 형태를 갖는 대면적의 기판 상에서 고속으로 안정되게 형성될 수 있는 플라즈마 CVD 공정과 플라즈마 CVD 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 내부가 배기될 수 있는 리액터, 리액터 내에 제공된 기판 파지 수단, 플라즈마 CVD용 재료 개스를 리액터로 공급하기 위한 재료 개스 공급 수단, 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 발진 주파수를 가지며 고주파 전원에 의해서 발생된 고주파 전력을 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급하기 위한 고주파 전력 공급 수단, 및 반응 후에 리액터에 남아있는 개스를 배기시키기 위한 배기 수단을 포함하며, 상기 고주파 전원에서 발생된 상기 고주파 전력은 상기 플라즈마 생성 고주파 전극으로 인가되어 상기 기판 파지 수단에 의해서 파지된 기판과 플라즈마 생성 고주파 전극을 가로질러 플라즈마를 발생시켜 상기 기판 상에 증착 막을 형성하도록 한 플라즈마 CVD 시스템에 있어서, 반사 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 회로가, 고주파 전력이 플라즈마 생성 고주파 전극으로 인가되는 공급 지점의 대향측 상의 단부에서 플라즈마 생성 고주파 전극에 접속된다.
본 발명은 또한 내부가 배기되어 유지되는 리액터에 막 형성용 재료 개스를 공급하는 단계, 및 리액터 내부에 제공된 기판 상에 증착 막을 형성하기 위해서 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 주파수를 가진 고주파 전력에 의해서 상기 재료 개스를 플라즈마로 분해하는 단계를 포함한 플라즈마 CVD 공정을 제공한다.
다수의 로드(rod)형 또는 플레이트(plate)형 도전성 플라즈마 생성 고주파 전극들이 고주파 전력에 의해서 플라즈마를 생성하는데 사용되고, 그 공급 지점의 대향 측 상에 각각의 플라즈마 생성 고주파 전극중 일부에서 반사 전력의 위상이 조정되어 플라즈마를 생성한다.
도 1은 평행한 플레이트형(parallel-plate) 전극들을 구비한 플라즈마 CVD 시스템의 예를 도시한 개략적인 단면도.
도 2는 실린더형 기판 상에 증착 막을 형성할 수 있는 플라즈마 CVD 시스템의 예를 도시한 개략적인 단면도.
도 3a 및 도 3b는 각각 전력이 플라즈마 생성 고주파 전극으로 인가되는 방법과 위상 조정 회로가 접속되는 방법의 예를 개략적으로 도시한 도면.
도 4, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8은 각각 위상 조정 회로들을 구비한 플라즈마 CVD 시스템의 바람직한 예를 도시한 개략적인 단면도.
도 9 및 도 10은 각각 위상 조정 회로를 구비한 플라즈마 CVD 시스템의 바람직한 예를 도시한 개략적인 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 위상 조정 회로
2 : 보조 매칭 회로
3 : 고주파 전극
4 : 유전체 부재
5 : 실린더형 막 형성 기판
7 : 히터
8 : 개스 공급 수단
10 : 매칭 회로
12 : 리액터
본 발명에 있어서, 고주파 전극의 공급 지점의 대향측에서 반사 전극의 위상은 본 발명의 상기 목적이 달성될 수 있도록 조정된다. 이것은 발명자에 의해 달성된 다음의 연구 결과를 기초로 한다.
연구 결과, 본 발명의 발명자는 고주파수의 전력을 30㎒ 또는 그 이상의 주파수로 설정하는 것이 기체 위상에서 중합 반응을 거의 일으키지 않는 고진공 영역에서 방전을 일으키게 하고, 항상 우수한 막 품질을 얻을 수 있으며 또한 13.56㎒의 경우와 비교했을 때 증착율 면에서 향상을 가져오는 반면, 고 진공 영역에서는 방전의 안정도에 대한 문제가 여전히 존재하고 그 결과 막 품질과 증착율의 열화된 분포를 갖는다는 사실을 발견하였다.
따라서, 본 발명의 발명자는 고주파수 전력이 30㎒ 또는 그 이상의 주파수로 설정될 때 왜 막 품질이 부분적으로 열화되고 증착율이 감소되는지에 대한 이유를 설명하기 위한 연구를 보다 광범위하게 행하였다. 그 결과, 플라즈마 전위와 막 품질의 지역적 열화 간의 강한 상관 관계과 있다는 것과 또한 플라즈마에서의 전자 밀도와 증착율 사이에 강한 상관 관계가 있다는 것을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 랭뮤러 프로우브법(Langmuir probe method)에 의해서 실린더형 막 형성 기판의 축 방향으로 플라즈마 전위를 측정한 결과, 막 품질이 지역적으로 열화된 부분에 대응하는 부분에서 플라즈마 전위의 감소를 관찰할 수 있었다.
이러한 연구 결과로부터, 막 품질과 증착율의 열화된 분포는 고주파 전극 상에 생성된 정재파와 고주파 전극 상의 고주파 전력의 감쇠에 의해서 발생된다는 사실을 예측할 수 있다. 일반적으로, 고주파 전력이 고주파 전극과 대향 전극을 가로질러 공급되어 플라즈마를 발생시킬 때, 전극들로 인가된 고주파 전력의 주파수와 이 전극들의 크기 사이의 관계 때문에 전극 상에는 무시할 수 없는 정재파가 생성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 고주파 전력이 높은 주파수를 갖거나 고주파 전극이 넒은 면적을 가질 때 정재파가 생성되는 경향이 있다. 정재파가 증가하는 경우, 고주파 전극에서의 전계의 분포가 열화되어 플라즈마 밀도, 플라즈마 전위 및 전극들 사이의 전기 온도와 같은 플라즈마 분포를 불안정하게 하여 플라즈마 CVD에 의해서 형성된 막 품질에 악영향을 끼치게 된다. 상기 실험에서는, 고주파 전극의 단부에서 고주파 전극 상에 반사파가 형성되는 경우와 이 반사파와 입사파 간의 간섭이 30㎒ 또는 그 이상의 주파수에서 막 품질과 증착율에 영향을 끼칠 수 있는 정재파를 발생시키는 경우를 참작하였다. 특히, 전계가 부분적인 플라즈마 전위의 감소를 야기하여 정재파의 노드 위치에서 막 품질을 부분적으로 열화시킬 수 있을 만큼 약하다는 사실을 참작하였다.
본 발명은 상기의 연구 결과를 기초로 실현되었다. 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술되어질 것이다.
먼저, 본 발명의 플라즈마 CVD 시스템에서 사용된 플라즈마 생성 고주파 전극이 도 3a 내지 도 3b를 참조하여 설명될 것이다. 설명을 간단히 하기 위해서, 원주의 로드형 전극들이 플라즈마 생성 고주파 전극(3)으로서 사용되고 속이 비어있는 실린더형 유전체 부재(4)가 이들 주변에 제공된다. (도시되지 않은) 플라즈마가 유전체 주변에 생성될 때, 동축 도파관은, 각각의 플라즈마 생성 고주파 전극(3)이 내부 도전체, 플라즈마가 외부 도전체 그리고 유전체 부재(4)가 전송 매체로서 동작하도록 형성된다. 각각의 플라즈마 생성 고주파 전극(3)은 동축 도파관 내에 제공되어 사용되는 고주파 전력의 주파수에서 동축 도파관 내의 파장(λ)의 1/2인 길이를 갖는다. 고주파 전원(11)에 의해서 발생된 고주파 전력은 양호한 로딩(loading) 효율이 제공될 수 있도록 매칭 회로(10)를 통해 두 부분으로 나누어지고, 또한 각각의 고주파 전극(3)의 개별 특성 차에 의존하는, 매칭 조건의 차에 따라서 각각의 보조 매칭 회로(2)를 통해서 각각의 고주파 전극으로 인가된다. 도 3a는 또한 좌측 고주파 전극(3)의 단부에서 위상 조정 회로(1)가 개방 단부로서 세트되고 우측 고주파 전극(3)의 단부에서 다른 위상 조정 회로(1)가 폐쇄 단부로서 세트될 때 제공된 정재파의 전계 에너지 분포를 도시한다[수직 좌표는 전극 위치를 나타내고, 가로 좌표는 전계 에너지 (소정의 단위)를 나타냄]. 플라즈마 생성 고주파 전극으로부터 플라즈마로 인가된 에너지가 고주파 전력의 전계 에너지에 비례하는 경우, 두개의 고주파 전극들이 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 사용될 때는, 하나의 고주파 전극이 사용될 때의 경우와 비교해서, Z 방향에서의 플라즈마의 균일도가 극도로 향상된다. 실제로, 플라즈마는 이상적인 동축 외부 도전체일 뿐만 아니라 적정 고주파 전력을 가진 흡수체(absorber)이고, 또한 확산 또는 플라즈마화 등이 고려되어야 한다. 따라서, 보다 균일한 플라즈마가 적절한 위상 조정을 행함으로써 형성될 수 있고, 또한 플라즈마 생성 고주파 전극은 조건에 따라 보다 많은 수가 제공되는 방법이 효과적일 수 있다. 위상을 조정하는 위상 조정 회로로는, 소위 LC 회로라 불리는 것들이, 간단한 회로로서, 전극 각각이 캐패시터를 통해서 접지에 접속될 수 있다.
플라즈마의 임피턴스가 상당히 변화되는 경우에는, 도 3b에 도시된 위상 조정 회로에서와 같이 가변 캐패시터 또는 가변 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 도 3b에 도시된 위상 조정 회로는 가변가능한, 직렬 LC 회로로 제공된다. 다른 방법으로는, 병렬 LC 회로가 사용될 수도 있다.
각각의 고주파 전극으로 인가된 전기적 전력량은 몇몇 경우에 위상 조정 회로의 임피던스 값에 의해서 균형이 깨질 수 있다. 이러한 경우에는, 플라즈마가 비균일하게 형성될 수 있다. 이 플라즈마가 발생될 때, 보조 매칭 회로(2)의 임피던스를 조정할 수 있고, 이에 의해서 각각의 고주파 전극으로 인가되는 전력의 양의 비를 조정할 수 있다. 이러한 보조 매칭 회로(2)로서 또한 LC 회로가 사용될 수 있다.
플라즈마의 임피던스가 단지 조금만 변화되는 경우에는, 아무런 문제없이 위상 조정 회로와 보조 매칭 회로에서 모두 고정된 LC 회로를 사용할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 생성 고주파 전극에 대해서는, 사용된 고주파 전력이 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 주파수를 갖는 것이 바람직하다.
상술된 바와 같이 구성된, 본 발명의 플라즈마 생성 고주파 전극을 사용하는 플라즈마 CVD 시스템과 플라즈마 CVD 공정에서는, 플라즈마 생성 고주파 전극들이 균일한 플라즈마를 형성할 수 있고, 따라서 매우 우수한 균일도에서 막 품질과 막 두께를 갖는 증착 막이 형성될 수 있다. 이를 후술할 것이다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 플라즈마 CVD 시스템의 바람직한 예로서 플라즈마 CVD 시스템을 도시한다. 도 5는 도 4의 선 5-5을 따라 절취한 단면도이다. 도 4 및 도 5에서, 참조 부호(12)는 리액터를 나타낸다.
리액터(12)의 내부에는, 하나의 기판 홀더(6A)가 리액터의 중앙에 배치된다. 참조 번호 (5)는 기판 홀더(6A) 상에 제공된 실린더형 막 형성 기판을 나타낸다.
기판 홀더(6A)는 내부에 히터(7)가 제공되어 실린더형 막 형성 기판(5)을 내부에서 가열시킬 수 있다. 기판 홀더(6A)는 또한 회전 가능하게 설치될 수 있도록, (도시되지 않은) 모터에 접속된 (도시되지 않은) 샤프트에 접속될 수도 있다.
참조 번호 (6B)는 실린더형 막 형성 기판(5)용 보조 기판 홀더를 나타낸다. 참조 번호 (3)는 고주파 전력이 인가되어 플라즈마 영역의 중앙에 배치된 (다수로 제공된) 고주파 전극을 나타낸다. 고주파 전력은 고주파 전원(11)에서 발생되고, 매칭 회로(10)를 통해서 분할되어, 보조 매칭 회로(2)를 통해서 각각의 고주파 전극(3)의 한 단부로 인가된다.
각각의 고주파 전극(3)은 리액터(12)의 일부를 구성하는 유전체 부재(4)를 통해 방전 공간으로부터 절연되고, 공급 지점의 대향측의 한 단부에서 위상 조정 회로(1)를 통해서 접지된다.
개스들은 진공 펌프를 가진 진공 배기 수단(9)에 의해서 배기 밸브를 가진 배기 파이프를 통해 배기된다. 참조 번호 (8)은 개스 실린더, 중량 제어기, 밸브 등으로 이루어지며, 복수의 개스 릴리스 구멍을 가진 개스 릴리스 파이프에 개스 공급 파이프를 통해서 접속된 재료 개스 공급 조립체를 나타낸다.
이러한 시스템을 사용하는 플라즈마 CVD는 다음 방법으로 행해진다. 리액터(12)의 내부는 배기 매카니즘(9)에 의해서 고진공 상태로 배기된 후에, 반응 개스들이 개스 공급 수단(8)으로부터 개스 공급 파이프와 개스 릴리스 파이프를 통해 리액터 안으로 공급되어, 그 내부가 소정의 압력으로 유지된다. 이 상태에서, 고주파 전력이 고주파 전원(11)으로부터 인가된 후, 이 전력은 고주파 전극과 실린더형 막 형성 기판(5)을 가로질러 플라즈마가 일어나도록 보조 매칭 회로(2)를 통해 각각의 고주파 전극(3)으로 매칭 회로(10)를 통해서 분배된다. 따라서, 반응 개스들은 플라즈마에 의해서 분해되고 여기되어 실린더형 막 형성 기판(5) 상에 증착 막을 형성한다.
본 발명에서, 유전체 부재(4)에서 사용된 유전체 재료로는, 임의의 공지되어 있는 물질이 선택될 수 있다. 바람직하게는 작은 유전 손실을 갖는 물질들이 사용될 수 있다. 0.01 또는 그 이하의 유전 손실 탄젠트를 갖는 물질들이 바람직하며, 0.001 또는 그 이하의 물질들이 보다 바람직하다. 중합 유전체 재료로는, 폴리테트라플로우르에틸렌(polytetrafluorethylene), 폴리트리플로우르클로르에틸렌(polytriflouorochroloethylene), 폴리플로우르에틸렌프로필렌 및 폴리이미드가 바람직하다. 유리 재료로는, 석영 유리와 붕규산 유리가 바람직하다. 세라믹 재료로는, 보론 질화물, 실리콘 질화물, 알루미늄 질화물, 및 알루미늄 산화물, 마그네슘 산화물 및 실리콘 산화물과 같은 원소 산화물중 하나 이상의 원소 산화물을 주성분으로 하여 이루어진 세라믹이 바람직하다.
본 발명에서, 고주파 전극(3)은 컬럼, 실린더 또는 다각형 기둥과 같은 로드(rod) 모양 또는 긴 플레이트 모양을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 고주파 전원(11)으로부터 발생된 고주파 전력이 30 내지 600㎒ 범위 내의 주파수를 갖는 것이 바람직하며, 60 내지 300㎒ 범위 내의 주파수를 갖는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서는, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 고주파 전극들(3)의 한 단부가 리액터(12)의 상부 벽을 통해서 통과하는 방법으로 실린더형 막 형성 기판(5) 주변에 복수의 고주파 전극들(3)이 배치되는 방법으로 시스템이 구성된다.
보다 상세하게는, 도 6 및 도 7에 도시된 시스템에는, 각각이 유전체 재료(4)로 커버된 고주파 전극들(3)이 막 형성 기판(5) 주변에서 고주파 전력 공급 수단으로서 제공된다. 본 실시예에서는, 4개의 고주파 전력 공급 수단들이 동일한 간격으로 제공된다. 개스 릴리스 파이프(14)는 이들 고주파 전력 공급 수단들 사이에 제공된다.
본 발명에서 시스템은 또한 도 8에 도시된 바와 같이 복수의 실린더형 막 형성 기판들(5)이 동일한 영역에 배열되어 구성된다.
도 8에 도시된 시스템은 리액터(12)의 중앙에 제공된 유전체 재료(4)로 도포된 고주파 전극(3), 및 리액터(12)를 구성하는 다른 유전체 재료(4)의 외부측, 즉 리액터(12)의 외부측의 주위에 제공되는 다수의 고주파 전극(3)을 구비한다. 막 형성 기판(5)은 리액터(12)의 중앙에 제공된 고주파 전극(3)을 둘러싸도록 제공되고, 개스 릴리스 파이프(14)는 각각의 막 형성 기판(5) 사이에 위치하도록 배치된다. 리액터(12)의 외부측의 고주파 전극(3)은 또한 인접한 막 형성 기판(5)과 동일한 거리를 갖는 위치에서 막 형성 기판들(5) 사이에 제공된다. 어스 차폐(13)는 고주파 전력이 누설되는 것을 방지하기 위해서 외부측 고주파 전극을 둘러싼다.
본 발명에서, 시스템은 또한 도 9에 도시된 것과 같이 다수의 고주파 전극들(3)이 평탄한 플레이트형 막 형성 기판(5)과 평행하게 배치되어 구성된다. 이러한 구성에서는, 매우 균일한 막 두께와 동일한 막 품질을 갖는 고품질의 증착 막이 높은 증착율로 대면적의 평탄한 플레이트형 막 형성 기판 상에서 형성될 수 있다.
본 발명에서, 시스템은 또한 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 고주파 전극들(3)이 막 형성 시간에 홀딩 롤(15)로부터 풀리어 막 형성 후에 감기 롤에 감기는 연속적인 시트(sheet)형 막 형성 기판(5)과 평행하게 배치된다. 이러한 구성에서는, 매우 균일한 막 두께와 동일한 막 품질을 가진 고 품질의 증착 막이 높은 증착율에서 대면적의 연속적인 시트형 막 형성 기판 상에서 형성될 수 있다.
본 발명의 플라즈마 CVD 시스템의 사용에서는, 사용된 개스로서, 막 형성에 널리 공지되어 있는 재료 개스들이 형성되는 증착 막의 형태에 따라 적절히 선택되어 사용될 수 있다. 예를 들어, a-Si (비정질 실리콘) 형의 증착 막이 형성되는 경우에는, 바람직한 재료 개스로 실란, 디실란, 높은 디실란, 이들중 임의의 혼합 개스를 포함할 수 있다. 여러가지 형태의 증착 막이 형성될 때, 이 증착 막은 예들 들면, 적절한 메탄 및 에틸렌과 같은 재료 개스 및 이들중 임의 혼합 개스를 포함할 수 있다. 또 다른 경우로는, 막 형성용 재료 개스가 캐리어 개스와 함께 리액터 안으로 도입될 수 있다. 이 캐리어 개스는 수소 개스 및 아르곤 개스나 헤륨 개스와 같은 비활성 개스를 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어 증착 막의 밴드 갭들을 제어하기 위한 특성 개선 개스가 사용될 수도 있다. 이러한 개스에는 예를 들어, 질소와 암모니아와 같은 질소 원자를 함유한 개스; 산소, 니트로겐 이산화물 및 디니트로겐 산화물과 같은 산소 원자들을 함유한 개스; 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 및 프로판과 같은 탄화수소 개스; 실리콘 테트라플로우르화물, 디실리콘 헥사플로우르화물, 및 게르마늄 플로우르화물과 같은 개스화된 플로우르 화합물; 및 이들중 임의의 혼합 개스들을 포함할 수 있다.
도펀트 개스들이 또한 형성될 증착 막의 도핑용으로 사용될 수 있다. 이러한 도펀트 개스들은 예를 들어 개스화된 디보레인(diborane), 보론 플로우르화물, 인화 수소, 및 인 플로우르화물을 포함할 수 있다.
증착 막을 형성할 때의 기판 온도는 적절하게 선택될 수 있다. 비정질 실리콘형 증착 막이 형성될 때, 온도는 60℃ 내지 400℃로 설정되는 것이 바람직하며 100℃ 내지 350℃로 설정되는 것이 보다 바람직하다. 고주파수 전극의 위상 조정은 고주파 전극들을 조정하면서 반사파의 위상들이 서로 달라지도록 하는 것이 바람직하다. 특히, 위상 조정은 인접한 고주파 전극들 주변의 전계 에너지 분포의 강세를 보상할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 플라즈마 CVD 시스템은, 플라즈마 생성 고주파 전극이 상기 전극의 전력 공급측의 보조 매칭 회로로 제공되고 고주파 전력이 플라즈마 생성 고주파 전극들의 개수보다 작은 수로 제공된 고주파 전원으로부터 보조 매칭 회로를 통해 분기되어, 각각의 고주파 전극으로 공급된 고주파 전력을 제어하도록 구성된다.
이 경우에, 보조 매칭 회로는 LC 회로로 구성될 수 있다.
플라즈마 생성 고주파 전극과 플라즈마가 발생된 공간 사이에는 유전체 부재가 제공되는 것이 바람직하다.
고주파 전극이 다수로 제공되고, 이 다수의 고주파 전극들늠 막 형성 기판이 제공된 리액터의 외부에서 고주파 전극이 리액터를 둘러싸는 방식으로 실제로 동일한 원주 영역과 수직으로 배치될 수 있고, 이 리액터는 적어도 일부가 유전체 부재로 형성된다.
다른 방법으로는, 고주파 전극이 다수로 제공되고, 다수의 고주파 전극들은 막 형성 기판이 제공된 리액터의 내부에서 고주파 전극들이 막 형성 기판을 둘러싸는 방식으로 실제로 동일한 원주 영역과 수직으로 배치될 수 있다.
또 다른 방법으로는, 고주파 전극이 다수로 제공되고, 다수의 고주파 전극들은 다수의 막 형성 기판이 제공된 리액터의 내부 또는 외부에서 고주파 전극들이 막 형성 기판을 둘러싸는 방식으로 실제로 동일한 원주 영역과 수직으로 배치될 수 있다.
막 형성 기판은 회전 매카니즘에 의해서 회전 가능하게 제공되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 막 형성 기판은 실린더 형태를 갖는 것이 바람직하다.
[실시예]
이제 본 발명은 실시예들에 의해서 본 발명이 설명될 것이다. 본 발명은 이 실시예들에 의해서 제한되지 않는다.
(예 1)
본 발명의 예로 사용된 플라즈마 CVD 시스템은 도 4 및 도 5에 개략적으로 도시된 플라즈마 CVD 시스템이다. 도 5는 도 4의 선 5-5를 따라 절취한 단면도이다. 고주파 전원(11)으로, 13.56㎒ 내지 650㎒의 범위 내의 주파수를 갖는 전력을 출력할 수 있는 전원이 사용된다. 사용된 고주파 전극들(3)은 리액터(12)의 외부에 배치되고 알루미나 세라믹으로 이루어진 유전체 부재(4)를 통해서 방전 스페이스로부터 절연되는, 컬럼 형태를 갖는다. 이 고주파 전극들은 각각 그 한 단부에서 고주파 전력의 공급 지점을 갖고 대향측 단부에서 위상 조정 회로를 통해 접지되도록 설정된다. 위상 조정 회로(1)로는 리액턴스를 접지로 조정할 수 있는 것들이 사용된다. 본 예에서는, 네개의 위상 조정 회로들(1) 중 대향하고 있는 한 세트의 위상 조정 회로에 의해서 나누어지는 고주파 전극들(3)에 대해, 이들 고주파 전극들이 리액터(12)의 내부의 접지에 직접 단락 회로되고, 나머지 대향하고 있는 한 세트에 의해서 나누어지는 고주파 전극들이 접지에 접속될 뿐만 아니라 실제로 위상 조정 회로의 부유 용량에 대해서만 개방 단부로서 설정된다.
알루미늄으로 이루어진 108㎜의 직경, 358㎜의 길이와 5㎜의 벽 두께를 가진 실린더형 막 형성 기판은 리액터(12) 내에 설치되고 상기 기판을 회전시키면서 막 형성이 테스트된다. 이 테스트에서는, 알루미늄으로 이루어진 20㎜의 직경과 450㎜의 길이를 가진 원주형의 전극들이 고주파 전극(3)으로 사용된다. 막 품질을 평가하기 위해서, 크로뮴으로 구성된 250㎛의 갭을 가진 콤(comb)형 전극들이 진공 증착된 코딩 #7059 유리 기판이 358㎜ 길이 이상의 실린더형 막 형성 기판의 표면 상에 축 방향으로 전기 특성 평가 기판 (전기적 특성을 평가하기 위한 기판)으로 설치될 수 있다. 테스트는 다음 방법으로 행해진다.
먼저, 배기 매카니즘(9)을 작동시켜 리액터(12)의 내부가 평가되고, 리액터(12)의 내부가 1 × 10-6Torr의 압력으로 조정된다. 다음에는, 기판 히터에 전기를 흘러보내 실린더형 막 형성 기판(5)을 가열하고 이를 250℃의 온도로 유지한다. 그 다음, 막이 다음 과정, 즉, SiH4개스가 500sccm의 유속으로 재료 개스 공급 수단(8)으로부터 개스 릴리스 파이프(14)를 통해 리액터(12) 안으로 제공되고, 리액터의 내부가 10㎜ Torr의 압력으로 조정되는 과정에 의해서 형성된다. 이러한 상태에서, 고주파 전력은 13.56㎒ 내지 650㎒의 범위 내의 주파수에서 고주파 전원(211)에 의해서 발생된다, 고주파 전력은 매칭 회로(10)를 통해 4부분으로 나누어져서, 보조 매칭 회로(2)를 통해서 고주파 전극(3)으로 동일하게 공급한다. 여기서, 고주파 전원(11)으로는, 소정의 고주파 전원이 상기 범위 내의 주파수를 제공하기 위해 사용된다. 매칭 회로(10)는 고주파 전원의 주파수들에 따라서 적절하게 조정될 수 있다. 따라서, 비정질 실리콘막이 실린더형 막 형성 기판(5)과 상술된 전기 특성 평가 기판 상에 형성된다.
따라서, 형성된 비정질 실리콘 막에 대해서, 이들의 막 품질, 막 품질 분포, 증착율 및 증착율의 분포가 다음의 방법으로 평가된다.
막 품질 및 막 품질의 분포는 전기 특성 평가 기판 상의 상부 단부와 그 저부 단부 상에 약 20㎜ 간격으로 18 지점에서 명/암 도전율 비 [광 도전율(ρp)/암 도전율(ρd)]를 측정함으로써 평가될 수 있다. 여기서, 광 도전율(ρp)은 1㎽/㎠의 세기를 가진 (파장 632.8㎚의) He-Ne 레이저 광에 의해서 조시되는 순간의 도전율에 의해서 평가된다. 전기 사진의 감광성 부재의 제조에서 본 발명자들에 의해 얻어진 발견에 따르면, 실용화에 적합한 화상들은, 상술된 방법으로 측정된 명/암 도전율 비가 103또는 그 이상인 품질을 갖는 증착 막이 얻어지는 조건을 기초로 하여 최적의 조건하에서 제조된 전기 사진 감광 부재 상에 형성될 수 있다. 그러나, 화상의 콘트라스트(contrast)가 높아지는 최근의 동향을 고려할 때, 증착 막에 대해서는 104또는 그 이상의 명/암 도전율 비을 갖는 것이 바람직하고, 가까운 장래에는 105또는 그 이상의 명/암 도전율 비가 요구될 것이라는 사실을 예측할 수 있다. 이러한 점에 비추어볼 때, 명/암 도전율 비의 값은 다음 등급에 따라 평가될 수 있다.
AA : 명/암 도전율 비가 105또는 그 이상,
매우 우수한 막 특성을 나타냄.
A : 명/암 도전율 비가 104또는 그 이상,
우수한 막 특성을 나타냄.
B : 명/암 도전율 비가 103또는 그 이상,
실용화에 문제 없음.
C : 명/암 도전율 비가 103보다 작음,
일부 경우에 실용화에 적합하지 않음.
증착율과 증착율 분포는, a-Si 막 형성 실린더형 기판 상에서 그 축 방향으로, 명/암 도전율 비의 측정 위치처럼 약 20㎜의 간격으로 18 지점에서 (Kett Kagaku Kenkyusho에 의해서 제조된) 에디 전류 막 두께 미터(eddy current film thickness meter)의 사용에 의해 막 두께를 측정함으로써 평가된다. 증착율은 18 지점에서 막 두께를 기초로 하여 계산될 수 있고 얻어진 값들의 평균값은 평균 증착율로 간주된다. 증착율 분포는 다음 방법, 즉 축 방향의 증착율 분포에 대해서, 축 방향의 18 지점에서의 증착율의 최대값과 최소값 사이의 차가 결정되고, 그 오차는 18 지점의 평균 증착율로 나누어져 축 방향의 증착율 분포로서 백분율로 표시되는 증착율 분포 [(최대값 - 최소값)/(평균값)]로 결정된다.
막 형성 샘플들의 명/암 도전율 비, 평균 증착율 및 증착율 분포의 평가 결과가 표 1에 도시된다.
13.56㎒의 경우에, 10mTorr에서는 방전이 일어나지 않기 때문에 평가는 불가능하다.
막이 30㎒의 주파수를 가진 고주파 전력을 사용하여 형성된 샘플에 대해서, 우수한 막 특성 A (표 1)을 나타내는 모든 샘플들에 있어서 명/암 도전율 비는 1 × 104내지 3 × 104의 범위 내에 있다. 평균 증착율은 2.0㎚/초이고 증착율 분포는 3%이다.
막이 60㎒ 내지 300㎒의 주파수를 갖는 고주파 전력을 사용하여 형성된 샘플에 대해서, 매우 우수한 막 특성 AA (표 1)을 나타내는 모든 샘플들에 있어서 명/암 도전율 비는 1 × 105내지 5 × 105의 범위 내에 있다. 평균 증착율은 4.0 내지 7.1㎚/초이고 증착율 분포는 4 내지 5%이다.
막이 400㎒ 내지 600㎒의 주파수를 갖는 고주파 전력을 사용하여 형성된 샘플에 대해서, 우수한 막 특성 A (표 1)을 나타내는 샘플들에서 명/암 도전율 비는 5 × 104내지 8 × 104의 범위 내에 있다. 평균 증착율은 2.0 내지 2.8㎚/초이고 증착율 분포는 6 내지 7%이다.
650㎒의 경우에, 증착 막을 형성하기에는 방전이 너무 불안정하다.
따라서, 본 예에서는, 우수한 명/암 도전율 비와 우수한 평균 증착율과 증착율 분포를 가진 비정질 실리콘 막들이 30㎒ 내지 600㎒의 방전 주파수 조건 하에서 얻어지며, 특히 월등한 비정질 실리콘막은 60㎒ 내지 300㎒의 주파수에서 얻어졌다.
(비교 예 1)
모든 위상 조정 회로(1)가 분리되고 모든 캐소드 전극들 (고주파 전극들)(3)의 단부가 개방 단부로서 설정되는 시스템은 예 1과 동일한 조건 하에서 실험되고, 예 1과 동일한 방법으로 평가가 행해진다. 평가 결과는 표 2에 도시된다. 표 1에 도시된 예 1의 결과와 비교하면, 모든 방전 주파수에서, 명/암 도전율 비가 상당히 낮아지고 증착율의 분포가 상당히 불균일하다.
(예 2)
도 4 및 도 5에 도시된 시스템을 사용하면, 전기 사진 감광 부재는 예 1에서 105이상의 명/암 도전율 비의 값을 얻은 조건, 즉 전원 주파수가 각각 60㎒, 100㎒, 200㎒ 및 30㎒인 조건 하에서 생성된다. 위상 조정 회로(1)로는, 예 1에 사용된 회로와 동일한 회로가 사용된다. 공급 지점의 대향측의 고주파 전극들(3)은 예 1과 동일한 방법으로 설치된다. 전기 사진 감광 부재들은, 각각 표 3에서 설명된 막 형성 조건하에서 알루미늄으로 이루어진 실린더형 막 형성 기판 상에 차례로 전하 주입 블록킹층, 광도전층 및 표면 보호층을 형성함으로써 생성된다.
각각의 전원 주파수의 조건 하에서 얻어진 샘플들 대해서는, 이들의 충전 능력, 화상 밀도 및 결함이 있는 화상이 평가된다. 그 결과, 모든 전자 사진 감광 부재들은 전자 사진 감광 부재의 모든 면적에 걸쳐서 이들 평가 항목에 대해서 매우 우수한 결과들을 도시한다. 이러한 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 전자 사진 감광 부재들은 월등한 전자 사진 성능을 갖는다.
전자 사진 감광 부재층 막 형성 조건
표면 보호층 :개스유속 :SiH4100sccmH4100sccmCH4500sccm인가 전력 : 800W반응 압력 : 10mTorr막 두께 : 1㎛
광도전층 :개스유속 :SiH4500sccmH4500sccm인가 전력 : 1,000W반응 압력 : 10mTorr막 두께 : 1㎛
전하 주입 블록킹층 :개스유속 :SiH4400sccmH4400sccmNO 500sccmB2H62,000sccm(SiH4의 유속을 기초로 할 때)인가 전력 : 800W반응 압력 : 10mTorr막 두께 : 2㎛
(예 3)
도 6 및 도 7에 도시된 시스템을 사용하여, 알루미늄으로 이루어지고 108㎜의 직경, 358㎜의 길이 및 5㎜의 벽 두께를 가진 실린더형 막 형성 기판(5)은 막을 형성하기 위해서 리액터(12)에 설치된다. 고주파 전극으로는, 예 1에 도시된 전극과 동일한 전극이 리액터 내에 설치되고, 유전체 부재(4)로 커버된 전극들이 사용된다. 4개의 고주파 전극들은 도 7에 도시된 바와 같이 리액터 내에 배치된다. 100㎒의 주파수를 갖는 전력을 인가할 수 있는 고주파 전원을 사용하여, 비정질 실리콘 막이 예 1과 동일한 막 형성 조건 하에서 실린더형 막 형성 기판 상에 형성된다. 명/암 도전율 비, 증착율 및 증착율 분포는 예 1과 동일한 방법으로 평가된다. 공급 지점의 대향측에서의 고주파 전극은 예 1과 동일한 방법으로 설치된다.
그 결과, 명/암 도전율 비는 모든 위치에서 1 × 105내지 3 × 105가 되고,평균 증착율은 6.7㎚/초가 되며, 증착율 분포는 4%가 된다. 따라서, 균일하고 우수한 특성을 갖는 비정질 실리콘막이 얻어진다.
(예 4)
전자 사진 감광 부재들은 예 3과 동일한 시스템 조건하에서 생성된다.
전자 사진 감광 부재들은 표 3에 도시된 막 형성 조건 하에서 예 2와 동일한 방법으로, 알루미늄으로 이루어진 실린더형 막 형성 기판 상에, 전하 주입 블록킹층, 광도전층 및 표면 보호층을 차례로 형성함으로써 각각 생성된다. 샘플들이 얻어지면, 이들의 충전 능력, 화상 밀도 및 결함이 있는 화상이 평가된다. 그 결과, 모든 전자 사진 감광 부재들이 또한 전자 사진 감광 부재의 전체 면적에 걸쳐서 이들 평가 항목에 대해서 매우 우수한 결과들을 도시한다. 이러한 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 전자 사진 감광 부재들은 월등한 전자 사진의 성능을 가진다.
(예 5)
도 8에 도시된 시스템을 사용하면, 각각 알루미늄으로 이루어진 108㎜의 직경, 358㎜의 길이 및 5㎜의 벽 두께를 가진 실린더형 막 형성 기판(5)이 리액터(12) 내에 막을 형성하기 위해서 설치된다. 고주파 전극(3)을 설치하기 위해서, 예 1의 전극과 동일한 전극이 7개의 고주파 전극(3)으로 사용되었는데, 도 8에 도시된 방법으로, 이 전극들 중 6개는 리액터(12)의 외부에 배치되고 전극들 중 하나는 리액터의 중앙에 배치시킨다. 리액터(12)는 그 일부가 유전체 부재(4)로 구성되며, 리액터의 외부에 배치된 고주파 전극들로부터의 고주파 전력이 리액터 안으로 공급될 수 있도록 설계된다. 리액터의 중앙에 삽입된 고주파 전극(3)은 유전체 부재(4)로 커버된다. 중앙의 고주파 전극에 접속된 (도시되지 않은) 위상 조정 회로는 접지에 단락 회로되고 주변의 6개의 고주파 전극들(3)에 접속된 (도시되지 않은) 위상 조정 회로는 각각이 내부에 20㎊의 정전 용량을 가진 캐패시터를 통해서 접지들에 접속된다. 캐패시터로는, 세라믹 캐패시터와 진공 캐패시터와 같은 임의의 형태의 캐패시터가 사용될 수 있다. 100㎒의 주파수를 가진 전력을 인가할 수 있는 고주파 전원이 사용된다. 막들은 4㎾의 고주파 전력, 1,500cc의 SiH4의 유속, 10mTorr의 막 형성 압력 및 250℃의 기판 온도의 조건 하에서 형성되고 비정질 실리콘막들은 6개의 실린더형 막 형성 기판 상에 형성된다. 명/암 도전율 비, 증착율 및 증착율의 분포는 예 1과 동일한 방법으로 평가된다.
그 결과, 명/암 도전율 비는 모든 위치에서 1 × 105내지 3 × 105가 되고, 평균 증착율은 6.2㎚/초가 되며, 증착율 분포는 5%가 된다. 따라서, 균일하고 우수한 특성을 가진 비정질 실리콘막이 얻어진다.
(예 6)
전자 사진 감광 부재들은 예 5에서 사용된 조건과 동일한 시스템 조건 하에서 생성된다.
전자 사진 감광 부재들은 표 4에 도시된 막 형성 조건 하에서 각각이 알루미늄으로 이루어진 6개의 실린더형 막 형성 기판 상에 전하 주입 블록킹층, 광도전층 및 표면 보호층을 차례로 형성함으로써 생성된다. 샘플들이 얻어지면, 이들의 충전 능력, 화상 밀도 및 결함이 있는 화상이 평가된다. 그 결과, 모든 전자 사진 감광 부재들은 또한 전자 사진 감광 부재의 전체 면적에 걸쳐서 이들 평가 항목들에 대해서 매우 우수한 결과를 나타낸다. 이러한 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 모든 전자 사진 감광 부재들은 월등한 전자 사진 성능을 갖는다.
전자 사진 감광 부재층 막 형성 조건
표면 보호층 :개스유속 :SiH4300sccmH4300sccmCH41,500sccm인가 전력 : 3,000W반응 압력 : 5mTorr막 두께 : 1㎛
광도전층 :개스유속 :SiH41,500sccmH41,500sccm인가 전력 : 4,000W반응 압력 : 10mTorr막 두께 : 30㎛
전하 주입 블록킹층 :개스유속 :SiH41,000sccmH41,000sccmNO 1,200sccmB2H62,000sccm(SiH4의 유속을 기초로 할 때)인가 전력 : 2, 500W반응 압력 : 10mTorr막 두께 : 2㎛
(예 7)
도 9에 도시된 시스템을 사용하여, 유리로 이루어지고 500㎜의 길이, 500㎜의 폭 및 1㎜의 두께를 가진 평탄한 플레이트형 막 형성 기판(5)이 막을 형성하기 위해서 리액터 내에 설치된다. 4개의 고주파 전극들은(3) 도 9에 도시된 방법과 동일한 방법으로 배치된다. 고주파 전극들의 한 단부가 보조 매칭 회로(2)를 통해서 조립되고, 그 후에 매칭 회로(10)를 통해서 200㎒의 주파수에서 발진하는 고주파 전원(11)에 접속된다. 고주파 전극의 다른 단부 상에서는, 위상 조정 회로에 의해서 반사 전력의 위상들이 조정된다. 이 때, 4개의 위상 조정 회로들은 개방 단부, 단락 회로 단부, 개방 단부 및 단락 회로 단부로 차례로 세트된다.
비정질 실리콘막은 4㎾의 고주파 전력, 1,000sccm의 SiH4의 유속, 10mTorr의 막 형성 압력 및 250℃의 기판 온도를 갖는 막 형성 조건 하에서 평탄한 플레이트형 막 형성 기판 상에 형성되고, 증착율 및 증착율 분포가 다음 방법으로 평가된다. 비정질 실리콘막이 형성된 평탄한 플레이트형 기판 상에는, 약 30㎜의 간격으로 수직 방향으로 선들이 그려지며 또한 약 30㎜ 간격으로 수평 방향으로 선들이 그려지는데, 예 1과 동일한 방법으로 256 지점의 교점에서 막 두께가 측정되고 증착율이 각각의 측정 위치에서 산출된다. 얻어진 값들의 평균값은 평균 증착율로 간주된다. 따라서 평균 증착율은 7.4㎚/초로 얻어진다. 증착율 분포에 대해서는, 256 측정 지점에서의 증착율에 있어서 최대값과 최소값 사이의 차가 결정된다. 따라서, 증착율 분포가 7%로 얻어진다. 명/암 도전율 비가 또한 동일한 방법으로 평가되는데, 모든 측정 지점에서 1 × 105내지 3 × 105이 되는 것이 관찰된다. 따라서, 균일하고 우수한 특성을 가진 비정질 실리콘막이 얻어진다.
(예 8)
도 10에 도시된 시스템을 사용하여, 스테인레스 스틸로 이루어지며 500㎜의 폭과 0.1㎜의 두께를 갖는 연속적인 시트형 기판(5)이, 홀딩 롤(15)로부터 상기 기판을 풀어서 감기 롤(16)에 감으면서 막을 형성하도록 리액터 내에 설치된다. 고주파 전극들은 알루미늄으로 이루어지고 40㎜ × 10㎜ 크기와 600㎜의 길이의 단면을 가지며, 각각이 알루미나 세라믹으로 된 5㎜ 두께의 유전체 부재(4)로 커버되는 긴 플레이트형 고주파 전극들(3)을 사용하여 조립되고, 2개의 플레이트형 고주파 전극들은 리액터 내에 배치된다. 300㎒의 주파수를 갖는 전력을 출력할 수 있는 고주파 전원을 사용하여, 비정질 실리콘막이 2㎾의 고주파 전력, 750cc의 SiH4의 유속, 10mTorr의 막 형성 압력 및 250℃의 기판 온도를 갖는 막 형성 조건 하에서 연속적인 시트형 기판 상에 형성된다. 고주파 전극들(3)의 한 단부에 접속된 위상 조정 회로들(1)은 개방 단부와 단락 회로 단부로 세트로서 설정되고 이들에 의해서 반사 전력의 위상들이 조정된다.
연속적인 시트형 기판이 500㎜의 길이로 잘라지고, 명/암 도전율 비, 증착율 및 증착율 분포가 예 6과 동일한 방법으로 평가된다. 명/암 도전율 비는 모든 측정 지점에서 1 × 105내지 3 × 105가 되고, 평균 증착율은 4.5㎚/초이며 증착율 분포는 5%이다. 따라서, 균일하고 우수한 특성을 가진 비정질 실리콘막이 얻어진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반사 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 회로가 플라즈마 생성 고주파 전의 공급 지점의 대향측 상의 한 단부에서 접속되도록 구성된다. 따라서, 매우 균일한 막 두께와 동일한 막 품질을 가진 고 품질의 증착 막이 다양한 형태를 가진 대면적 기판, 즉 실린더형 막 형성 기판, 평탄한 플레이트형 기판 및 연속적인 시트형 기판 상에 고속으로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 대면적과 고 품질의 반도체 장치 효과적으로 제조될 수 있으며, 특히 월등한 전자 사진 성능을 가진 대면적의 증착 막이 안정되게 대량 생산될 수 있다.
또한, 공급 지점의 대향측에 접속된 위상 조정 회로에 의한 위상의 조정은 개방 세팅과 단락 회로 세팅에 제한되지 않는다. 이 회로는 예들 들어 정재파를 제어하는 리액턴스를 조정함으로써 소정의 원하는 상태로 설정될 수 있다.

Claims (29)

  1. 내부가 배기될 수 있는 리액터, 상기 리액터 내에 제공된 기판 파지 수단, 플라즈마 CVD용 재료 개스를 상기 리액터로 공급하기 위한 재료 개스 공급 수단, 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 발진 주파수를 가지며 고주파 전원에 의해서 발생된 고주파 전력을 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급하기 위한 고주파 전력 공급 수단, 및 반응 후에 상기 리액터에 남아있는 개스를 배기시키기 위한 배기 수단을 포함하며, 상기 고주파 전원에서 발생된 상기 고주파 전력이 상기 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급되어 상기 기판 파지 수단에 의해서 파지된 기판과 플라즈마 생성 고주파 전극을 가로질러 플라즈마를 발생시켜 상기 기판 상에 증착 막을 형성하도록 한 플라즈마 CVD 시스템에 있어서,
    반사 전력의 위상을 조정하는 위상 조정 회로가, 상기 고주파 전력이 상기 플라즈마 생성 고주파 전극으로 공급되는 공급 지점의 대향측의 상기 플라즈마 생성 고주파 전극의 단부에서 플라즈마 생성 고주파 전극에 접속되는 플라즈마 CVD 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위상 조정 회로는 LC 회로를 포함하는 플라즈마 CVD 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 고주파 전극으로 공급된 상기 고주파 전력을 제어하기 위해서, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극은 상기 전극의 상기 전력 공급측에 보조 매칭 회로를 구비하고 상기 고주파 전력은 상기 플라즈마 생성 고주파 전극의 개수보다 작은 수로 제공되는 상기 고주파 전원으로부터 상기 보조 매칭 회로를 통해서 분기되는 플라즈마 CVD 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 보조 매칭 회로는 LC 회로를 포함하는 플라즈마 CVD 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전력은 60㎒ 내지 300㎒ 범위 내의 발진 주파수를 갖는 플라즈마 CVD 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극 및 상기 플라즈마가 생성되는 공간 사이에 유전체 부재가 제공되는 플라즈마 CVD 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전극은 다수로 제공되고, 상기 다수의 고주파 전극들은 상기 고주파 전극들이 상기 리액터를 둘러싸는 방식으로 상기 리액터의 외부에 배열되며, 상기 리액터는 적어도 일부가 유전체 부재로 형성되는 플라즈마 CVD 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전극은 다수로 제공되고, 상기 다수의 고주파 전극들은 상기 고주파 전극들이 그 안에 배치된 막 형성 기판을 둘러싸는 방식으로 상기 리액터의 내부에 배열되는 플라즈마 CVD 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전극은 다수로 제공되고 상기 다수의 고주파 전극들은 상기 고주파 전극들이 그 안에 배치된 막 형성 기판을 둘러싸는 방식으로 상기 리액터의 내부 또는 외부에 배열되는 플라즈마 CVD 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 막 형성 기판을 회전시키기 위한 회전 매카니즘을 더 포함하는 플라즈마 CVD 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기판은 평탄한 플레이트형 기판을 포함하고, 상기 고주파 전극은 배치된 상기 평탄한 플레이트형 기판과 평행하게 배열되도록 다수로 제공되는 플라즈마 CVD 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기판은 막 형성 시간에 홀딩 롤로부터 풀려서 막 형성 후 감기 롤에 감기는 연속적인 시트형 기판(continuous sheet-like substrate)을 포함하고, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극은 공급될 상기 시트형 기판과 평행하게 배열되도록 다수로 제공되는 플라즈마 CVD 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극은 로드(rod)형 또는 플레이트(plate)형 도전성 부재를 갖는 플라즈마 CVD 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극은 다수로 제공되고, 상기 위상 조정 회로는 각각의 플라즈마 생성 고주파 전극에 제공되는 플라즈마 CVD 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 접지에 직접 접속된 플라즈마 생성 고주파 전극을 더 포함하는 플라즈마 CVD 시스템.
  16. 내부가 배기되어 유지되는 리액터에 막 형성용 재료 개스를 공급하는 단계; 및
    상기 리액터 내부에 제공된 기판 상에 증착 막을 형성하기 위해서, 30㎒ 내지 600㎒의 범위 내의 주파수를 가진 고주파수 전력에 의해서 상기 재료 개스를 플라즈마로 분해하는 단계
    를 포함하고,
    다수의 로드(rod)형 또는 플레이트(plate)형 도전성 플라즈마 생성 고주파 전극들이 상기 고주파 전력에 의해서 플라즈마를 생성하는데 사용되고, 반사 전력의 위상은 플라즈마를 생성하기 위해서 플라즈마 생성 고주파 전극의 공급 지점의 대향측의 각각의 플라즈마 생성 고주파 전극중 일부에서 조정되는 플라즈마 CVD 공정.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고주파 전력은 60㎒ 내지 300㎒의 범위 내의 발진 주파수를 갖는 플라즈마 CVD 공정.
  18. 제16항에 있어서, 상기 리액터의 내부에 제공된 상기 기판은 실린더형 기판을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 이들의 축이 실제로 동일한 원주 영역과 수직으로 위치하는 방식으로 상기 리액터의 주위에 배열되며, 상기 실린더형 기판과 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극을 가로질러 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 실린더형 기판의 표면 상에 상기 증착 막을 형성하는 플라즈마 CVD 공정.
  19. 제16항에 있어서, 상기 리액터는 일부에 유전체 부재를 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 일부에 유전체 부재를 포함하는 상기 리액터의 외부에 배열되는 플라즈마 CVD 공정.
  20. 제16항에 있어서, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 상기 리액터의 내부에 배열되고, 상기 각각의 전극은 유전체 부재로 커버되는 플라즈마 CVD 공정.
  21. 제16항에 있어서, 상기 기판은 상기 리액터의 내부의 상기 동일한 원주 영역에 제공된 다수의 실린더형 기판을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 이들의 축이 실제로 동일한 원주 영역과 수직으로 위치하는 방식으로 상기 실린더형 기판 주위에 배열되며, 상기 실린더형 기판과 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들을 가로질러 플라즈마를 발생시켜 상기 각각의 실린더형 기판의 표면 상에 상기 증착 막을 형성하는 플라즈마 CVD 공정.
  22. 제18항에 있어서, 상기 증착 막은 상기 기판을 회전시키면서 상기 실린더형 기판 상에 형성되는 플라즈마 CVD 공정.
  23. 제16항에 있어서, 상기 기판은 평탄한 플레이트형 기판을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 상기 평탄한 플레이트형 기판과 평행하게 배열되며, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극과 상기 평탄한 플레이트형 기판을 가로질러 상기 플라즈마를 발생시켜 상기 평탄한 플레이트형 기판의 표면 상에 상기 증착 막을 형성하는 플라즈마 CVD 공정.
  24. 제16항에 있어서, 상기 기판은 막 형성 시간에 홀딩 롤로부터 풀려서 막 형성 후에 감기 롤에 감기는 연속적인 시트형 기판을 포함하고, 상기 다수의 플라즈마 생성 고주파 전극들은 상기 시트형 기판과 평행하게 제공되며, 상기 플라즈마 생성 고주파 전극들과 상기 시트형 기판을 가로질러 플라즈마를 발생시켜 상기 시트형 기판의 표면 상에 상기 증착 막을 형성하는 플라즈마 CVD 공정.
  25. 제16항에 있어서, 상기 증착 막은 실리콘, 게르마늄, 탄소, 또는 이들중 임의의 합금으로 이루어지는 플라즈마 CVD 공정.
  26. 제25항에 있어서, 상기 증착 막은 전자 사진 감광 부재용 막인 플라즈마 CVD 공정.
  27. 제25항에 있어서, 상기 증착 막은 태양 전지용 막인 플라즈마 CVD 공정.
  28. 제25항에 있어서, 상기 증착 막은 박막 트랜지스터용 막인 플라즈마 CVD 공정.
  29. 제16항에 있어서, 상기 다수의 고주파 전극들은 적어도 인접한 고주파 전극들 상에서 반사파의 위상들이 서로 다르도록 조정되는 플라즈마 CVD 공정.
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