KR20110089453A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

이 플라즈마 처리 장치는, 제1 베이스면(33), 제2 베이스면(33a) 및 베이스 단차부(34)를 가지는 베이스 부재(3); 상기 제2 베이스면(33a)부터 상기 제1 베이스면(33)에 놓인 기판(10)의 상면(10a)까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 제2 베이스면(33a) 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 절연 플레이트(35); 제1 샤워면(5a), 제2 샤워면(5b) 및 샤워 단차부(42)를 가지는 샤워 플레이트(5); 상기 제2 샤워면(5b)부터 상기 제1 샤워면(5a)까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 절연 플레이트(35)에 대향하도록 상기 제2 샤워면(5b) 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 전극 마스크(43);를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
본원은 2009년 1월 9일에 출원된 특원 2009-004022호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터 플라즈마를 이용하여 원료 가스를 분해하고, 기판 상에 박막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 태양 전지, 특히 마이크로 크리스탈 실리콘(μc-Si)을 이용한 태양 전지를 제조할 때에는 생산성의 관점에서 성막 속도의 고속화가 필요하다.
성막 속도의 고속화를 실현하기 위해서는, 성막 가스를 기판 표면에 분출하는 샤워 플레이트 표면과 기판 표면의 거리를 좁게 한 상태(내로우 갭)에서의 고압 고갈법(高壓枯渴法)이 유효하다.
예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 기판(10)의 주연부 및 샤워 플레이트(105)의 주연부에 절연재로 형성된 마스크 부재(135, 143)가 배치된 상태로 성막이 이루어져 있었다.
이 마스크 부재(135, 143)는, 성막 공간에서 발생하는 플라즈마가 전극간(샤워 플레이트(105)와 기판(10) 사이) 이외로 확산하는 것을 억제하기 위해, 즉 플라즈마를 성막 공간 내에 가두기 위해 설치되어 있다.
또한, CVD 장치 내에 배치된 구성 부재 각각이 열팽창함으로써, 각 부재 간에 마찰이 생긴다. 그 마찰에 기인하여 발생하는 파티클을 최대한 줄이기 위해 마스크 부재(135, 143)가 설치되어 있다.
특허문헌 1: 특개 2000-58518호 공보
그런데, 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)에서는 표면(135c)을 가지는 마스크 부재(135)가 기판(10)의 주연부에 설치되어 있다. 또한, 표면(143a)을 가지는 마스크 부재(143)는 표면(105a)을 가지는 샤워 플레이트(105)의 주연부에 설치되어 있다. 또한, 샤워 플레이트(105)의 표면(105a)과 기판(10)의 상면(10a)이 대향하도록 샤워 플레이트(105)와 기판(10)이 배치되어 있다.
이러한 종래의 구성에 있어서, 특히 기판(10)의 연직 방향에서는 표면(135c)과 표면(105a)의 거리는 상면(10a)과 표면(105a)의 거리보다도 작고, 표면(143a)과 표면(135c)의 거리는 표면(105a)과 표면(135c)의 거리보다도 작다.
따라서, 기판(10)의 상면(10a)과 샤워 플레이트(105)의 표면(105a) 간의 거리를 예를 들면 10mm 이하로 설정하여 성막을 행하는 내로우 갭 프로세스를 실현하기가 어렵다.
구체적으로 두께가 얇아지도록 가공된 마스크 부재(135, 143)를 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)에 이용한 경우, 마스크 부재(135, 143)의 갈라짐이 빈발하는 문제가 있다.
또한, 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)의 구성을 바꾸지 않고 이 플라즈마 CVD 장치(100)에서 기판(10)과 샤워 플레이트(105)의 거리를 내로우 갭으로서 설정하면, 서로 대향하는 마스크 부재(135, 143) 간의 거리가 매우 좁아진다. 그 결과, 성막 가스가 배기되는 경로(갭)가 좁아진다.
즉, 예를 들면 P층, I층 및 N층을 연속적으로 성막하는 공정과 같이, 서로 다른 복수 종류의 막을 같은 챔버 내에서 형성하는 경우, 전극 간 거리(기판(10)과 샤워 플레이트(105)의 거리)를 약간 변화시키는 것만으로 컨덕턴스가 크게 변동한다. 이 때문에, 컨덕턴스의 변동에 따라 가스 흐름의 면내 균일성이 불안정해지고 막두께가 불균일해지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 태양의 플라즈마 처리 장치는, 프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버; 기판이 놓이는 제1 베이스면, 상기 제1 베이스면의 주연부에 설치된 제2 베이스면 및 상기 제1 베이스면과 상기 제2 베이스면 사이에 설치된 베이스 단차부를 가지고, 상기 챔버 내에 배치된 베이스 부재; 상기 제2 베이스면부터 상기 제1 베이스면에 놓인 상기 기판의 상면까지의 높이(거리) 이하인 높이를 가지고, 상기 제2 베이스면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 절연 플레이트; 분출공이 형성되어 있는 제1 샤워면, 상기 제1 샤워면의 주연부에 설치된 제2 샤워면 및 상기 제1 샤워면과 상기 제2 샤워면 사이에 설치된 샤워 단차부를 가지고, 상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하며, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트; 상기 제2 샤워면부터 상기 제1 샤워면까지의 높이(거리) 이하인 높이를 가지고, 상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 제2 샤워면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함한다.
플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내에 배치된 전극간(베이스 부재와 샤워 플레이트 사이)에는 교류 전압이 인가된다. 이에 따라, 전극 간에는 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 베이스 부재에서의 상기 절연 플레이트가 놓이는 영역인 플레이트 안착면과 상기 기판이 놓이는 영역인 기판 안착면 사이에 단차부가 형성되어 있다. 상기 기판 및 상기 절연 플레이트가 상기 베이스 부재에 놓인 상태에서, 플레이트 안착면부터 상기 절연 플레이트의 표면까지의 높이는 플레이트 안착면부터 상기 기판의 상면까지의 높이 이하이다.
또한, 상기 샤워 플레이트에서의 상기 전극 마스크가 놓이는 영역인 마스크 안착면과 상기 샤워 플레이트에서의 분출공이 형성되어 있는 영역인 분출공 형성면 사이에 단차부가 형성되어 있다. 상기 전극 마스크가 상기 샤워 플레이트에 배치된 상태에서, 마스크 안착면부터 상기 전극 마스크의 표면까지의 높이는 마스크 안착면부터 분출공 형성면까지의 높이 이하이다.
이와 같이 플라즈마 처리 장치가 구성되어 있으므로, 기판의 상면과 샤워 플레이트의 표면(제1 샤워면, 분출공 형성면) 사이에 형성되는 성막 공간에서 기판의 상면과 샤워 플레이트의 분출공이 형성된 영역인 제1 샤워면(분출공 형성면) 간의 거리를 최단으로 할 수 있다.
따라서, 절연 플레이트의 두께 및 전극 마스크의 두께에 영향을 받지 않고 기판과 샤워 플레이트 간의 거리를 설정할 수 있고, 내로우 갭을 실현할 수 있다.
또한, 단차부(베이스 단차부 및 샤워 단차부)가 형성되어 있으므로, 충분한 두께를 가지는 절연 플레이트 및 전극 마스크를 이용할 수 있어 절연 플레이트 및 전극 마스크의 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 절연 플레이트 및 전극 마스크를 배치함으로써 플라즈마를 전극 간(샤워 플레이트와 기판 사이)에 가둘 수 있다.
결과적으로 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있다.
또, 기판과 샤워 플레이트의 거리를 내로우 갭으로서 설정한 경우라도 절연 플레이트와 전극 마스크 사이에는 성막 가스를 배기하기 위한 충분한 간극이 형성되어, 가스 흐름의 면내 균일성을 안정화시킬 수 있고 막두께를 균일하게 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제2 태양의 플라즈마 처리 장치는, 프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버; 기판이 놓이는 제1 베이스면, 상기 제1 베이스면의 주연부에 설치된 제2 베이스면 및 상기 제1 베이스면과 상기 제2 베이스면 사이에 설치된 베이스 단차부를 가지고, 상기 챔버 내에 배치된 베이스 부재; 상기 제2 베이스면부터 상기 제1 베이스면에 놓인 상기 기판의 상면까지의 높이(거리) 이하인 높이를 가지고, 상기 제2 베이스면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 절연 플레이트; 상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하고, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트; 상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 샤워 플레이트의 주연부에 배치되고, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함한다.
플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내에 배치된 전극 간(베이스 부재와 샤워 플레이트 사이)에는 교류 전압이 인가된다. 이에 따라, 전극 간에는 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 베이스 부재에서의 상기 절연 플레이트가 놓이는 영역인 플레이트 안착면과 상기 기판이 놓이는 영역인 기판 안착면 사이에 단차부가 형성되어 있다. 상기 기판 및 상기 절연 플레이트가 상기 베이스 부재에 놓인 상태에서, 플레이트 안착면부터 상기 절연 플레이트의 표면까지의 높이는 플레이트 안착면부터 상기 기판의 상면까지의 높이 이하이다.
이와 같이 플라즈마 처리 장치가 구성되어 있으므로, 기판의 상면과 샤워 플레이트의 표면 사이에 형성되는 성막 공간에서 기판의 상면과 샤워 플레이트의 분출공이 형성된 영역인 제1 샤워면(분출공 형성면) 간의 거리를 종래보다도 짧게 할 수 있다.
따라서, 기판과 샤워 플레이트 간의 거리를 짧게 할 수 있고, 내로우 갭 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 단차부(베이스 단차부)가 형성되어 있으므로, 충분한 두께를 가지는 절연 플레이트를 이용할 수 있어 절연 플레이트의 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 절연 플레이트 및 전극 마스크를 배치함으로써 플라즈마를 전극 간(샤워 플레이트와 기판 사이)에 가둘 수 있다.
결과적으로 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있다.
또, 기판과 샤워 플레이트의 거리를 내로우 갭으로서 설정한 경우라도 절연 플레이트와 전극 마스크 사이에는 성막 가스를 배기하기 위한 충분한 간극이 형성되어, 가스 흐름의 면내 균일성을 안정화시킬 수 있고 막두께를 균일하게 할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제3 태양의 플라즈마 처리 장치는, 프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되고, 기판이 놓이는 베이스 부재; 상기 베이스 부재의 주연부에 배치되고, 절연물질로 형성된 절연 플레이트; 분출공이 형성되어 있는 제1 샤워면, 상기 제1 샤워면의 주연부에 설치된 제2 샤워면 및 상기 제1 샤워면과 상기 제2 샤워면 사이에 설치된 샤워 단차부를 가지고, 상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하며, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트; 상기 제2 샤워면부터 상기 제1 샤워면까지의 높이(거리) 이하인 높이를 가지고, 상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 제2 샤워면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함한다.
플라즈마 처리 장치에서는, 챔버 내에 배치된 전극 간(베이스 부재와 샤워 플레이트 사이)에는 교류 전압이 인가된다. 이에 따라, 전극 간에는 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성된다.
이 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 샤워 플레이트에서의 상기 전극 마스크가 놓이는 영역인 마스크 안착면과 상기 샤워 플레이트에서의 분출공이 형성되어 있는 영역인 분출공 형성면 사이에 단차부가 형성되어 있다. 상기 전극 마스크가 상기 샤워 플레이트에 배치된 상태에서, 마스크 안착면부터 상기 전극 마스크의 표면까지의 높이는 마스크 안착면부터 분출공 형성면까지의 높이 이하이다.
이와 같이 플라즈마 처리 장치가 구성되어 있으므로, 기판의 상면과 샤워 플레이트의 표면 사이에 형성되는 성막 공간에서 기판의 상면과 샤워 플레이트의 분출공이 형성된 영역인 제1 샤워면(분출공 형성면) 간의 거리를 종래보다도 짧게 할 수 있다.
따라서, 기판과 샤워 플레이트 간의 거리를 짧게 할 수 있고, 내로우 갭 프로세스를 실현할 수 있다.
또한, 단차부(샤워 단차부)가 형성되어 있으므로, 충분한 두께를 가지는 전극 마스크를 이용할 수 있기 때문에 전극 마스크의 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 절연 플레이트 및 전극 마스크를 배치함으로써 플라즈마를 전극 간(샤워 플레이트와 기판 사이)에 가둘 수 있다.
결과적으로 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있다.
또, 기판과 샤워 플레이트의 거리를 내로우 갭으로서 설정한 경우라도 절연 플레이트와 전극 마스크 사이에는 성막 가스를 배기하기 위한 충분한 간극이 형성되어, 가스 흐름의 면내 균일성을 안정화시킬 수 있고 막두께를 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 제1 태양 및 제2 태양의 플라즈마 처리 장치에서는, 상기 절연 플레이트는 상기 기판의 측면에 당접되는 제1 당접면과, 상기 기판의 상기 상면과는 반대의 이면에 당접되는 제2 당접면을 가지는 돌출부를 포함하는 것이 바람직하다.
이 구성에서는, 절연 플레이트는 제2 베이스면을 따라 베이스 부재의 중앙으로 향하여 돌출하는 돌출부를 가진다.
이와 같이 플라즈마 처리 장치가 구성되어 있으므로, 베이스 부재(제2 베이스면)에 절연 플레이트가 놓이고, 베이스 부재(제1 베이스면) 상과 절연 플레이트 상에 기판이 배치된 경우, 기판의 측면은 제1 당접면에 접촉하고, 기판의 이면은 제2 당접면에 접촉한다. 또한, 기판의 연직 방향에서 보아 기판과 돌출부는 겹쳐 있다.
따라서, 샤워 플레이트로부터 분출된 성막 가스는 기판 또는 절연 플레이트로 향하여 공급되고(분사되고), 성막 가스가 베이스 부재에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 샤워 플레이트와 베이스 부재 사이에 플라즈마가 생겨 베이스 부재에 성막되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판의 상면과 샤워 플레이트의 표면 사이에 형성되는 성막 공간에서 기판의 상면과 샤워 플레이트의 분출공이 형성된 영역인 제1 샤워면(분출공 형성면) 간의 거리를 최단으로 할 수 있다.
따라서, 절연 플레이트의 두께 및 전극 마스크의 두께에 영향을 받지 않고 기판과 샤워 플레이트 간의 거리를 설정할 수 있고, 내로우 갭을 실현할 수 있다.
또한, 단차부(베이스 단차부 및 샤워 단차부)가 형성되어 있으므로, 충분한 두께를 가지는 절연 플레이트 및 전극 마스크를 이용할 수 있어 절연 플레이트 및 전극 마스크의 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 절연 플레이트 및 전극 마스크를 배치함으로써 플라즈마를 전극 간(샤워 플레이트와 기판 사이)에 가둘 수 있다.
결과적으로 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 플라즈마 CVD 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서의 플라즈마 CVD 장치의 개략 구성도로서, 도 1에서 부호 A로 나타난 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도 3은 종래의 플라즈마 CVD 장치의 개략 구성도로서, 도 2에 대응하는 부분을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 플라즈마 처리 장치의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
또한, 이하의 설명에 이용하는 각 도면에서는 각 구성 요소를 도면 상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 때문에, 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 되어 있다.
또한, 본 실시형태에서는 플라즈마 CVD법을 이용한 성막 장치를 설명한다.
도 1은 본 실시형태에서의 성막 장치의 개략 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라즈마 CVD법을 실시하는 성막 장치(1)는 진공 챔버(2)(챔버)를 가지고 있다.
진공 챔버(2)의 바닥부(11)에는 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부에는 지주(支柱)(25)가 삽입 관통되고, 지주(25)는 진공 챔버(2)의 하부에 배치되어 있다. 지주(25)의 선단(진공 챔버(2) 내)에는 히터(16)가 내장된 판형상의 베이스 부재(3)가 접속되어 있다.
진공 챔버(2)의 상부에는 절연 플랜지(31)를 개재하여 전극 플랜지(4)가 장착되어 있다.
또한, 진공 챔버(2)에는 배기관(27)이 접속되어 있다. 배기관(27)의 선단에는 진공 펌프(28)가 설치되어 있다. 진공 펌프(28)는 진공 챔버(2) 안이 진공 상태가 되도록 감압한다.
또한, 지주(25)는 진공 챔버(2)의 외부에 설치된 승강 기구(도시생략)에 접속되어 있고, 기판(10)의 연직 방향에서 상하로 이동 가능하다. 즉, 지주(25)의 선단에 접속되어 있는 베이스 부재(3)는 상하 방향으로 승강 가능하게 구성되어 있다.
또한, 진공 챔버(2)의 외부에서는 지주(25)의 외주를 덮도록 벨로즈(26)가 설치되어 있다.
전극 플랜지(4)는 절연 플랜지(31) 상에 놓이고 판형상으로 형성되어 있다.
성막 공간에 면하고 있는 전극 플랜지(4)의 면에는 도전체(32)가 연결되어 있다. 도전체(32)의 선단에는 판형상의 샤워 플레이트(5)가 장착되어 있다.
그리고, 샤워 플레이트(5)와 전극 플랜지(4) 사이에 공간(24)이 형성되어 있다.
또한, 전극 플랜지(4)에는 가스 도입관(7)이 접속되어 있다. 가스 도입관(7)은 진공 챔버(2)의 외부에 설치된 성막 가스 공급부(21)에서 공간(24)으로 향하여 원료 가스(예를 들면, SiH4)를 공급한다.
또한, 도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이, 샤워 플레이트(5)는 다수의 가스 분출공(6)이 설치되어 있는 제1 샤워면(5a), 제1 샤워면(5a)의 주연부에 설치된 제2 샤워면(5b), 제1 샤워면(5a)과 제2 샤워면(5b) 사이에 설치된 샤워 단차부(42)를 가진다. 가스 분출공(6)은 샤워 플레이트(5)를 관통하고 있다. 공간(24) 내에 도입된 성막 가스는 가스 분출공(6)을 통해 진공 챔버(2) 내에 공급된다.
또한, 전극 플랜지(4)와 샤워 플레이트(5)는 모두 도전재로 구성되어 있다. 전극 플랜지(4)는 진공 챔버(2)의 외부에 설치된 RF전원(고주파 전원)(9)에 접속되어 있다.
또, 진공 챔버(2)에는 가스 도입관(7)과는 다른 가스 도입관(8)이 접속되어 있다.
가스 도입관(8)에는 불소 가스 공급부(22)와 라디칼원(23)이 설치되어 있다. 라디칼원(23)은 불소 가스 공급부(22)로부터 공급된 불소 가스를 분해한다. 가스 도입관(8)은 불소 가스가 분해되어 얻어진 불소 라디칼을 진공 챔버(2) 내의 성막 공간에 공급한다.
베이스 부재(3)는 표면이 평탄하게 형성된 대략 판형상의 부재이다. 도 2를 참조하여 후술하는 바와 같이, 베이스 부재(3)는 기판(10)이 놓이는 제1 베이스면(33), 제1 베이스면(33)의 주연부에 설치된 제2 베이스면(33a), 제1 베이스면(33)과 제2 베이스면(33a) 사이에 설치된 베이스 단차부(34)를 가지고, 진공 챔버(2) 내에 배치되어 있다.
베이스 부재(3)는 접지 전극으로서 기능하고, 예를 들면 알루미늄 합금으로 구성되어 있다. 또, 베이스 부재(3)의 재료로서는 강성을 가지고 내식성 및 내열성을 가지는 재료이면, 상기 재료 이외의 재료가 채용되어도 된다.
기판(10)이 베이스 부재(3)의 제1 베이스면(33) 상에 배치되면, 기판(10)과 샤워 플레이트(5)는 서로 근접하여 평행하게 된다.
베이스 부재(3) 상에 기판(10)이 배치된 상태에서, 가스 분출공(6)을 통해 성막 가스는 기판(10)의 표면으로 향하여 성막 공간에 공급된다.
또한, 베이스 부재(3)의 내부에는 전원선에 접속된 히터(16)가 설치되어 있다. 히터(16)에 의해 베이스 부재(3)의 온도가 소정의 온도로 조정된다. 히터(16)의 전원선은 베이스 부재(3)의 연직 방향에서 본 베이스 부재(3)의 대략 중앙부, 또한 베이스 부재(3)의 바닥면(17)으로부터 돌출되고, 지주(25)의 내부에 삽입 관통되어 진공 챔버(2)의 외부로 도출되어 있다.
그리고, 히터(16)는 진공 챔버(2)의 외부에서 전원(도시생략)과 접속되어 베이스 부재(3)의 온도를 조절한다.
또한, 베이스 부재(3)와 진공 챔버(2)의 사이를 접속하는 복수의 어스 플레이트(30)가 진공 챔버(2)의 바닥부(11)에서 대략 등간격으로 배치되어 있다. 이 어스 플레이트(30)는 플렉시블한 금속 플레이트로 형성되어 있고, 예를 들면 니켈계 합금 또는 알루미늄 합금 등으로 구성되어 있다.
도 2는 도 1의 부호 A로 나타난 부분이 확대하여 도시된 단면도이다.
또, 이하의 설명에 있어서, 「낮은 위치」란 성막 공간의 위치로부터 진공 챔버(2)의 바닥부(11)로 향한 방향에서 한쪽의 위치보다도 다른 쪽의 위치가 낮은 것을 의미한다. 또한, 「높은 위치」란 성막 공간의 위치로부터 전극 플랜지(4)로 향한 방향에서 한쪽의 위치보다도 다른 쪽의 위치가 높은 것을 의미한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 부재(3)의 제1 베이스면(33)에서의 주연부에는 제1 베이스면(33)보다도 낮은 위치에 형성된 제2 베이스면(33a)이 설치되어 있다. 제1 베이스면(33)과 제2 베이스면(33a) 사이에는 베이스 단차부(34)가 형성되어 있다. 제1 베이스면(33)의 수평 방향에서의 베이스 단차부(34)의 위치는, 기판(10)의 길이(직경)보다도 제1 베이스면(33)의 길이(직경)가 작아지도록 결정되어 있다. 즉, 기판(10)이 베이스 부재(3)의 제1 베이스면(33) 상에 놓인 경우, 기판(10)의 수평 방향에서의 기판(10)의 주연부의 위치가 베이스 단차부(34)로부터 돌출되어 있다. 다시 말하면, 기판(10)의 주연부가 제1 베이스면(33)의 외측에 위치하고 있다.
즉, 베이스 단차부(34)는 기판(10)의 이면(10c)에 당접하는 위치에 형성되어 있다.
또한, 베이스 단차부(34)를 개재하여 제1 베이스면(33)보다도 낮은 위치에 형성된 제2 베이스면(33a)에는 절연 플레이트(35)가 놓여져 있다. 절연 플레이트(35)는 기판(10)의 주연부를 따라 프레임 형상으로 형성되어 있다. 절연 플레이트(35)의 재료로서는, 예를 들면 절연물인 알루미나가 채용된다.
절연 플레이트(35)의 두께(높이)는 제2 베이스면(33a)부터 제1 베이스면(33)에 놓인 기판(10)의 상면(10a)까지의 높이 이하이다. 본 실시형태에서는, 제2 베이스면(33a)에 절연 플레이트(35)가 놓였을 때에 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 기판(10)의 연직 방향에서 일치하고 있다.
또한, 절연 플레이트(35)는 제2 베이스면(33a)에 절연 플레이트(35)가 놓였을 때에 기판(10)의 연직 방향에서 적어도 제2 베이스면(33a)을 전부 덮는 크기를 가지고 있다.
또한, 절연 플레이트(35)는 기판(10)의 측면(10b)에 당접되는 제1 당접면(35a)과, 기판(10)의 상면(10a)과는 반대의 이면(10c)에 당접되는 제2 당접면(35d)을 포함한다. 다시 말하면, 절연 플레이트(35)는 제2 베이스면(33a)을 따라 베이스 부재(3)의 중앙으로 향하여 돌출하는 돌출부(35b)를 가진다. 돌출부(35b)는 기판(10)의 이면(10c) 아래에 위치하고, 기판(10)의 이면(10c)에 당접하고 있다. 또한, 돌출부(35b)는 베이스 단차부(34)에 대략 당접하고 있다.
또, 본 실시형태에서는, 절연 플레이트(35)는 수평 방향으로 베이스 부재(3)의 단부보다도 돌출하여 형성되고, 베이스 부재(3)의 주연부(제2 베이스면(33a))에 설치되어 있다. 절연 플레이트(35)의 단부는 베이스 부재(3)를 지지하는 지지 부재(36)에 지지되어 있다.
또, 지지 부재(36)에 대향하는 진공 챔버(2)의 내면에는, 예를 들면 알루미나로 형성된 절연물(37)이 장착되어 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 샤워 플레이트(5)의 제1 샤워면(5a)에서의 주연부에는 제1 샤워면(5a)보다도 높은 위치에 형성된 제2 샤워면(5b)이 설치되어 있다. 제1 샤워면(5a)과 제2 샤워면(5b) 사이에는 샤워 단차부(42)가 형성되어 있다.
또한, 샤워 단차부(42)를 개재하여 제1 샤워면(5a)보다 높은 위치에 형성된 제2 샤워면(5b)에는 프레임 형상으로 형성된 전극 마스크(43)가 놓여져 있다.
전극 마스크(43)의 재료로서는, 예를 들면 절연물인 알루미나가 채용된다. 전극 마스크(43)는 절연 플레이트(35)에 대향하도록 제2 샤워면(5b) 상에 배치되어 있다.
전극 마스크(43)의 두께(높이)는 제2 샤워면(5b)부터 제1 샤워면(5a)까지의 높이 이하이다. 본 실시형태에서는, 제2 샤워면(5b)에 전극 마스크(43)가 놓였을 때에 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 일치하고 있다.
또한, 전극 마스크(43)는 제2 샤워면(5b)에 전극 마스크(43)가 놓였을 때에 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 적어도 제2 샤워면(5b)을 전부 덮는 크기를 가지고 있다.
또, 본 실시형태에서는, 전극 마스크(43)는 수평 방향으로 샤워 플레이트(5)의 단부보다도 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 전극 마스크(43)는 샤워 플레이트(5)를 지지하는 지지 부재(44) 및 진공 챔버(2)와 절연 플랜지(31) 사이에 설치된 지지 부재(45)의 표면을 덮는 크기를 가진다.
다음에, 성막 장치(1)를 이용하여 기판(10)에 성막하는 경우의 작용에 대해 설명한다.
상기와 같이 구성된 성막 장치(1)를 이용하여 기판(10)의 표면에 박막을 성막하기 전에, 진공 펌프(28)를 이용하여 진공 챔버(2) 안을 감압한다.
진공 챔버(2) 안이 진공으로 유지된 상태에서, 기판(10)은 진공 챔버(2) 내에 반입되고, 베이스 부재(3) 상에 놓인다.
여기서, 기판(10)을 올려놓기 전에는 베이스 부재(3)는 진공 챔버(2) 내의 하측에 위치하고 있다.
즉, 기판(10)이 반입되기 전에는 베이스 부재(3)와 샤워 플레이트(5)의 간격이 넓어져 있으므로, 로봇 아암(도시생략)을 이용하여 기판(10)을 베이스 부재(3) 상에 용이하게 올려놓을 수 있다.
기판(10)이 베이스 부재(3) 상에 놓인 후에는 승강 장치(도시생략)가 기동하여 지주(25)가 상방으로 밀어올려지고, 베이스 부재(3) 상에 놓인 기판(10)도 상방으로 이동한다. 이에 따라, 적절히 성막을 행하기 위해 필요한 간격이 되도록 샤워 플레이트(5)와 기판(10)의 간격이 소망에 따라 결정되고, 이 간격이 유지된다.
이 때, 기판(10)의 연직 방향에서 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 일치하고, 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 일치한다. 이 때문에, 절연 플레이트(35)와 전극 마스크(43)가 접촉하지 않고 기판(10)과 샤워 플레이트(5)의 간격을 작게 할 수 있어 내로우 갭(3~10mm)을 실현할 수 있다.
그 후, 가스 도입관(7)으로부터 성막 가스(원료 가스, 프로세스 가스)를 도입하여 가스 분출공(6)으로부터 진공 챔버(2)(성막 공간) 내에 성막 가스가 공급된다.
절연 플랜지(31)를 개재하여 전극 플랜지(4)와 진공 챔버(2)는 전기적으로 절연되고, 또한 진공 챔버(2)가 접지 전위에 접속된 상태에서, RF 전원(9)을 기동하여 전극 플랜지(4)에 고주파 전압이 인가된다.
이 때, 샤워 플레이트(5)와 베이스 부재(3) 사이에 고주파 전압이 인가되어 방전이 생기고, 전극 플랜지(4)와 기판(10)의 표면 사이에 플라즈마가 발생한다.
이렇게 하여 발생한 플라즈마 내에서 성막 가스가 분해되고, 기판(10)의 표면에서 기상 성장 반응이 일어남으로써 기판(10)의 표면에 박막이 성막된다.
또한, 상기와 같은 성막 공정이 몇 번이나 반복되면, 진공 챔버(2)의 내벽면 등에 성막 재료가 부착되기 때문에, 진공 챔버(2) 안은 정기적으로 클리닝된다. 클리닝 공정에서는, 불소 가스 공급부(22)로부터 공급된 불소 가스가 라디칼원(23)에 의해 분해되어 불소 라디칼이 생기고, 불소 라디칼이 진공 챔버(2)에 접속된 가스 도입관(8)을 통과하여 진공 챔버(2) 내에 공급된다.
이와 같이 진공 챔버(2) 내의 성막 공간에 불소 라디칼을 공급함으로써 화학 반응이 생기고, 예를 들면 샤워 플레이트(5)의 제1 샤워면(5a), 전극 마스크(43)의 표면(43a) 또는 절연 플레이트(35)의 표면(35c) 등에 부착된 부착물이 제거된다.
본 실시형태에 의하면, 절연 플레이트(35)가 놓이는 영역인 제2 베이스면(33a)과 기판(10)이 놓이는 영역인 제1 베이스면(33) 사이에 베이스 단차부(34)가 형성되어 있다. 또한, 기판(10) 및 절연 플레이트(35)가 베이스 부재(3)에 놓인 상태에서, 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 기판(10)의 연직 방향에서 일치한다. 또한, 전극 마스크(43)가 놓이는 영역인 제2 샤워면(5b)과 복수의 분출공(6)이 형성되어 있는 영역인 제1 샤워면(5a) 사이에 샤워 단차부(42)가 형성되어 있다. 또한, 전극 마스크(43)가 샤워 플레이트(5)에 놓인 상태에서, 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 일치한다.
따라서, 기판(10)의 상면(10a)과 샤워 플레이트(5)의 제1 샤워면(5a) 사이에 형성되는 성막 공간에서, 기판(10)의 상면(10a)과 샤워 플레이트(5)의 제1 샤워면(5a) 간의 거리를 최단으로 할 수 있다.
따라서, 절연 플레이트의 두께(35) 및 전극 마스크(43)의 두께에 영향을 받지 않고 기판(10)과 샤워 플레이트(5) 간의 거리를 설정할 수 있어 내로우 갭을 실현할 수 있다.
또한, 단차부(34, 42)(베이스 단차부 및 샤워 단차부)가 형성되어 있으므로, 충분한 두께를 가지는 절연 플레이트(35) 및 전극 마스크(43)를 이용할 수 있어 절연 플레이트(35) 및 전극 마스크(43)의 갈라짐을 방지할 수 있다.
또한, 절연 플레이트(35) 및 전극 마스크(43)를 배치함으로써 플라즈마를 전극 간(샤워 플레이트(5)와 기판(10) 사이)에 가둘 수 있다.
결과적으로 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있다.
또, 기판(10)과 샤워 플레이트(5)의 거리를 내로우 갭으로서 설정한 경우라도 절연 플레이트(35)와 전극 마스크(43) 사이에는 성막 가스를 배기하기 위한 충분한 간극이 형성되어, 가스의 흐름의 면내 균일성을 안정화시킬 수 있고 막두께를 균일하게 할 수 있다.
즉, 이와 같이 구성된 플라즈마 처리 장치에서 μc-Si의 성막을 행할 수 있다.
또한, 절연 플레이트(35)는 기판(10)의 측면(10b)에 당접되는 제1 당접면(35a), 기판(10)의 이면(10c)에 당접되는 제2 당접면(35d), 제2 베이스면(33a)을 따라 베이스 부재(3)의 중앙으로 향하여 돌출하는 돌출부(35b)를 가진다. 이러한 구성을 가지는 절연 플레이트(35)가 베이스 부재(3)에 놓이고, 제1 베이스면(33) 상에 기판(10)이 배치되면, 기판(10)의 이면(10c)은 제2 당접면에 접촉한다. 또한, 기판(10)의 연직 방향에서 보아 기판(10)과 돌출부(35b)는 겹친다.
따라서, 샤워 플레이트(5)로부터 공급된 성막 가스는 기판(10) 또는 절연 플레이트(35)에 접촉하기 때문에, 베이스 부재(3)에 성막 가스가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 샤워 플레이트(5)와 베이스 부재(3) 사이에 플라즈마가 생겨 베이스 부재(3)의 표면에 성막되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극 마스크(43)는 수평 방향으로 샤워 플레이트(5)의 단부보다도 돌출하여 형성되어 있고, 샤워 플레이트(5)를 지지하는 지지 부재(44) 및 진공 챔버(2)와 절연 플랜지(31) 사이에 설치된 지지 부재(45)의 표면을 덮는 크기를 가진다. 이러한 전극 마스크(43)를 이용함으로써, 샤워 플레이트(5)의 근방에서 생긴 파티클이 기판(10) 상에 낙하하는 것을 억제할 수 있다.
실시예
다음에, 상술한 성막 장치(1)를 이용하여 μc-Si를 성막하는 실시예에 대해 설명한다.
표 1에 나타내는 바와 같이, RF 전원(9)으로부터 인가되는 전력 주파수는 27.12MHz로 설정하고, RF Power 밀도를 1.2W/㎠로 설정하였다.
또한, 샤워 플레이트(5)와 기판(10)의 간격을 7mm(내로우 갭)로 설정하고, 성막 공간의 압력을 1400Pa로 설정하였다.
그리고, 성막 가스의 SiH4의 유량(slm)과 H2의 유량(slm)의 비율을 1:15로 설정하고, μc-Si를 기판(10) 상에 성막하였다.
RF 주파수 27.12 MHz
RF Power 밀도 1.2 W/㎠
전극-기판 간 거리 7 mm
압력 1400 Pa
SiH4:H2 1:15 slm
성막 속도 2.1 nm/sec
막두께 분포 11 %
그 결과, 성막 속도는 2.1nm/sec이고, 막두께 분포(막두께 균일성: thickness uniformity)가 11%인 μc-Si의 막을 성막할 수 있었다.
다음에, 도 3에 도시된 바와 같은 종래의 성막 장치를 이용하여 μc-Si를 성막하는 비교예에 대해 설명한다.
표 2에 나타내는 바와 같이, RF 전원으로부터 인가하는 전력 주파수를 27.12MHz로 설정하고, RF Power 밀도를 1.2W/㎠로 설정하였다.
또한, 샤워 플레이트(5)와 기판(10)의 간격을 11mm로 설정하고, 성막 공간의 압력을 700Pa로 설정하였다.
그리고, 성막 가스의 SiH4의 유량(slm)과 H2의 유량(slm)의 비율을 1:15로 설정하고, μc-Si를 기판(10)에 성막하였다.
RF 주파수 27.12 MHz
RF Power 밀도 1.2 W/㎠
전극-기판 간 거리 11 mm
압력 700 Pa
SiH4:H2 1:15 slm
성막 속도 1.1 nm/sec
막두께 분포 23 %
그 결과, 성막 속도는 1.1nm/sec이고, 막두께 분포(막두께 균일성)가 23%인 μc-Si의 막이 성막되었다.
따라서, 본 실시형태와 같이, 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 기판(10)의 연직 방향에서 일치하고, 또한 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 일치하는 플라즈마 처리 장치를 이용함으로써 성막 속도를 고속화할 수 있고, 우수한 막두께 분포(막두께 균일성)를 가져 고품질의 μc-Si를 성막할 수 있다.
또, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태에 한정되지 않고 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다.
즉, 본 실시형태에서 서술한 구체적인 재료 또는 구성 등은 본 발명의 일례로서, 적절히 변경이 가능하다.
예를 들면, 본 실시형태에서는 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 기판(10)의 연직 방향에서 일치하는 구성을 설명하였지만, 기판(10)의 상면의 위치보다도 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치가 낮은 구성을 채용해도 된다. 즉, 절연 플레이트(35)의 두께(높이)는 제2 베이스면(33a)부터 제1 베이스면(33)에 놓인 기판(10)의 상면(10a)까지의 높이 이하이다.
마찬가지로, 본 실시형태에서는 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 일치하는 구성을 설명하였지만, 제1 샤워면(5a)의 위치보다도 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치가 높은 구성을 채용해도 된다. 즉, 전극 마스크(43)의 두께(높이)는 제2 샤워면(5b)부터 제1 샤워면(5a)까지의 높이 이하이다.
또한, 본 실시형태에서는 절연 플레이트(35)의 표면(35c)의 위치와 기판(10)의 상면(10a)의 위치가 기판(10)의 연직 방향에서 일치하는 제1 구성과, 전극 마스크(43)의 표면(43a)의 위치와 제1 샤워면(5a)의 위치가 샤워 플레이트(5)의 연직 방향에서 일치하는 제2 구성이 조합된 플라즈마 처리 장치에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이 구성에 한정되지 않는다. 제1 구성 및 제2 구성 중 어느 하나의 구성과 종래의 구성이 조합된 플라즈마 처리 장치가 채용되어도 된다.
즉, 기판(10)과 샤워 플레이트(5)의 간격이 내로우 갭(10mm 이하)을 실현하도록 설정되어 있으면 상술한 효과가 얻어진다. 또한, 절연 플레이트(35)와 전극 마스크(43) 사이에 성막 가스를 스무스 배기하기 위한 충분한 간극이 형성되어 있으면 상술한 효과가 얻어진다.
또, 본 실시형태에 있어서, 절연 플레이트(35)의 표면(35c)과 기판(10)의 상면(10a)의 경계부 및 전극 마스크(43)의 표면(43a)과 샤워 플레이트(5)의 제1 샤워면(5a)의 경계부에서는 상면과 측면이 대략 직각으로 엇갈리도록 형성되어 있는데, 이 경계부에서의 상면과 측면 사이에 곡면을 형성해도 된다.
이와 같이 경계부에 곡면을 형성함으로써 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 내로우 갭 프로세스를 행하는 경우라도 플라즈마를 전극 간에 가둘 수 있는 플라즈마 처리 장치에 유용하다.
1…성막 장치(플라즈마 처리 장치) 2…진공 챔버(챔버) 3…베이스 부재 5…샤워 플레이트 5a…제1 샤워면 5b…제2 샤워면 6…가스 분출공 10…기판 10a…상면 10b…측면 10c…이면 33…제1 베이스면 33a…제2 베이스면 34…베이스 단차부 35…절연 플레이트 35a…제1 당접면 35b…돌출부 35c…표면 35d…제2 당접면 42…샤워 단차부 43…전극 마스크 43a…표면

Claims (5)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버;
    기판이 놓이는 제1 베이스면, 상기 제1 베이스면의 주연부에 설치된 제2 베이스면 및 상기 제1 베이스면과 상기 제2 베이스면 사이에 설치된 베이스 단차부를 가지고, 상기 챔버 내에 배치된 베이스 부재;
    상기 제2 베이스면부터 상기 제1 베이스면에 놓인 상기 기판의 상면까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 제2 베이스면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 절연 플레이트;
    분출공이 형성되어 있는 제1 샤워면, 상기 제1 샤워면의 주연부에 설치된 제2 샤워면 및 상기 제1 샤워면과 상기 제2 샤워면 사이에 설치된 샤워 단차부를 가지고, 상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하며, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트;
    상기 제2 샤워면부터 상기 제1 샤워면까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 제2 샤워면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는, 상기 기판의 측면에 당접되는 제1 당접면과, 상기 기판의 상기 상면과는 반대의 이면에 당접되는 제2 당접면을 가지는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 플라즈마 처리 장치로서,
    프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버;
    기판이 놓이는 제1 베이스면, 상기 제1 베이스면의 주연부에 설치된 제2 베이스면 및 상기 제1 베이스면과 상기 제2 베이스면 사이에 설치된 베이스 단차부를 가지고, 상기 챔버 내에 배치된 베이스 부재;
    상기 제2 베이스면부터 상기 제1 베이스면에 놓인 상기 기판의 상면까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 제2 베이스면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 절연 플레이트;
    상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하고, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트;
    상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 샤워 플레이트의 주연부에 배치되고, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절연 플레이트는, 상기 기판의 측면에 당접되는 제1 당접면과, 상기 기판의 상기 상면과는 반대의 이면에 당접되는 제2 당접면을 가지는 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 플라즈마 처리 장치로서,
    프로세스 가스가 도입되고, 상기 프로세스 가스로부터 이루어지는 플라즈마가 생성되는 챔버;
    상기 챔버 내에 배치되고, 기판이 놓이는 베이스 부재;
    상기 베이스 부재의 주연부에 배치되고, 절연물질로 형성된 절연 플레이트;
    분출공이 형성되어 있는 제1 샤워면, 상기 제1 샤워면의 주연부에 설치된 제2 샤워면 및 상기 제1 샤워면과 상기 제2 샤워면 사이에 설치된 샤워 단차부를 가지고, 상기 기판으로 향하여 상기 프로세스 가스를 공급하며, 상기 챔버 내에 배치된 샤워 플레이트;
    상기 제2 샤워면부터 상기 제1 샤워면까지의 높이 이하인 높이를 가지고, 상기 절연 플레이트에 대향하도록 상기 제2 샤워면 상에 배치되며, 절연물질로 형성된 전극 마스크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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