(57)【要約】【課題】  第一に、良質な薄膜を作成することができるようにし、第二に、チャンバー数の増大や占有面積の増大を無くす、第三に、高価な排気系の使用を不要にし、生産性を改善する。【解決手段】  成膜チャンバー１との間で基板９の搬入及び搬出を行う搬送機構３０が内部に設けられた搬送チャンバー３は、排気系３１と調圧用ガス導入系３２を有する。調圧用ガス導入系３２により、成膜に悪影響を与えないガスが導入され、搬送チャンバー３内は成膜チャンバー１内よりも大きく１パスカルより大きい真空圧力に維持される。搬送チャンバー３には、基板９の表面の改質を行う改質種を成膜に悪影響を与えないガスから生成して基板９に供給する改質種供給部３３が設けられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に所定の薄膜を作成する成膜チャンバーと、成膜チャンバーに未成膜の基板を搬送するか又は成膜済みの基板を搬出する搬送機構が内部に設けられた搬送チャンバーとを備えた薄膜作成装置であって、
前記搬送チャンバーは、内部を排気する排気系と、前記成膜チャンバー内での成膜に悪影響を与えないガスを内部に導入する調圧用ガス導入系を有しており、前記排気系は、前記搬送チャンバー内を前記成膜チャンバー内の圧力よりも大きい真空圧力に維持するものであることを特徴とする薄膜作成装置。
【請求項２】
前記排気系及び前記調圧用ガス導入系は、前記搬送チャンバー内を１パスカルより大きい真空圧力に維持するものであることを特徴とする請求項１記載の薄膜作成装置。
【請求項３】
前記基板の表面の改質を行う改質種を成膜に悪影響を与えないガスから生成して基板に供給する改質種供給部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜作成装置。
【請求項４】
前記改質種供給部は、成膜に悪影響を与えないガスのプラズマを形成して活性種を改質種として生成するものであるとともに、当該プラズマ及びそのプラズマシースが形成される領域は、基板の表面から離れた領域に設定されていることを特徴とする請求項３記載の薄膜作成装置。
【請求項５】
内部に搬送ロボットを備えた搬送チャンバーと、搬送チャンバーの周囲に設けられたロードロックチャンバー及び成膜チャンバーとから成るクラスターツール型の薄膜作成装置であって、成膜チャンバーに搬送される前に基板の表面に改質種を供給して当該表面を改質する改質種供給部が搬送チャンバー内に設けられていることを特徴とする薄膜作成装置。
【請求項６】
薄膜トランジスタを画素電極の駆動部に用いた液晶ディスプレイを製造する際に使用される薄膜作成装置であって、基板の表面にアモルファスシリコン膜を作成する成膜チャンバーと、作成されたアモルファスシリコン膜をアニールして結晶化させることでポリシリコン膜を形成するアニールチャンバーと、形成されたポリシリコン膜の上にゲート絶縁膜を作成する絶縁膜作成チャンバーとが気密に接続されており、さらに、ゲート絶縁膜の作成に先立ち、形成されたポリシリコン膜の表面に水素活性種を改質種として供給して表面を終端する改質種供給部が設けられていることを特徴とする薄膜作成装置。
【請求項７】
前記アニールチャンバーは、アモルファスシリコン膜の表面にレーザーを照射してアニールを行うものであることを特徴とする請求項６記載の薄膜作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の発明は、基板の表面に所定の薄膜を作成する薄膜作成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板の表面に薄膜を作成する薄膜作成装置は、ＬＳＩ（大規模集積回路）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の製造に多く用いられている。このような薄膜作成装置は、スパッタリング装置や減圧ＣＶＤ（化学蒸着）装置等のように、基板を真空雰囲気のチャンバー内に配置して真空中で成膜するものが多い。より小さい真空圧力下で成膜を行うことは、薄膜中への汚損物質（製品の品質に影響を与える物質の総称）の混入等の可能性を低くし、良質な薄膜の作成に寄与する。
このような薄膜作成装置は、例えば特開平９−２８９３２１号公報に開示されている。
【特許文献１】特開平９−２８９３２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような薄膜作成装置では、成膜される際の基板の表面の状態も、良質な薄膜を得る上で極めて重要な事項である。ごく単純な例について説明すれば、導電膜を作成する際に基板の表面に自然酸化膜等の絶縁膜が形成されていると、作成した導電膜と下地基板との間の導通性が低下する問題がある。また別な例としては、基板の表面に水や酸素が付着している状態で成膜を行うと、作成された薄膜が経時的に酸化し、この結果電気特性が著しく低下することがある。
【０００４】
このような問題を防ぐため、成膜に先だって基板の表面をクリーニングする構成が多く採用されている。例えば、基板の表面を臨む空間にプラズマを形成し、プラズマ中のイオンを基板の表面に入射させるようにする。イオン入射の衝撃によって、表面のゴミや酸化膜等が取り除かれ、本来の材料から成る清浄な表面が露出する。しかしながら、従来の装置は、このようなクリーニング処理を行うために専用の真空チャンバーを別に設けており、チャンバー数の増大及びそれに伴う装置の専有面積の増大の問題を抱えている。
【０００５】
一方、多くの装置は、基板の搬送を行うロボット等の搬送機構を内部に設けた搬送チャンバーを備えている。表面クリーニングされた基板は、搬送チャンバーを経由して成膜チャンバーに搬送される。この際、搬送チャンバー内が大気圧であると、クリーニングされた基板の表面が再汚損されてしまうので、同様に高真空排気（例えば１０-4Ｐａ程度）する必要がある。
【０００６】
しかしながら、高真空排気を可能にする真空ポンプ等の排気系のコンポーネントは、非常に高価である。特に、搬送チャンバーは、搬送機構を内部に設けるため、内部空間が大きくなる傾向がある。また、基板の大型化も搬送チャンバーの大型化に拍車をかけている。液晶ディスプレイのような表示装置では表示面積を大きくするため、ＬＳＩのような半導体デバイスでは一枚の基板から産出されるデバイスの量を多くするため、基板は大型化する傾向がある。基板が大型化すると、それを搬送する搬送機構の構成も大がかりとなり、搬送チャンバーも大型化せざるを得ない。
【０００７】
搬送チャンバーが大型化すると、搬送チャンバー内を高真空排気するためには、高い排気速度が必要であり、高価な真空ポンプを複数設けることが必要になるなど、排気系の構成が高価なものになり易い。さらに、搬送チャンバーの内部空間が大きいことに起因して、所定の高真空まで排気するのに長い時間を要することになる。このため、生産性の点でも問題が生じる。
本願の発明は、このような課題を解決するために成されたものである。即ち、第一の解決課題は、良質な薄膜を作成することができるようにすること、第二の課題は、チャンバー数の増大や占有面積の増大を無くすこと、第三の課題は、高価な排気系の使用を不要にし、生産性を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、基板の表面に所定の薄膜を作成する成膜チャンバーと、成膜チャンバーに未成膜の基板を搬送するか又は成膜済みの基板を搬出する搬送機構が内部に設けられた搬送チャンバーとを備えた薄膜作成装置であって、
前記搬送チャンバーは、内部を排気する排気系と、前記成膜チャンバー内での成膜に悪影響を与えないガスを内部に導入する調圧用ガス導入系を有しており、前記排気系は、前記搬送チャンバー内を前記成膜チャンバー内の圧力よりも大きい真空圧力に維持するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、上記請求項１の構成において、前記排気系及び前記調圧用ガス導入系は、前記搬送チャンバー内を１パスカルより大きい真空圧力に維持するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、上記請求項１又は２の構成において、前記基板の表面の改質を行う改質種を成膜に悪影響を与えないガスから生成して基板に供給する改質種供給部が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、上記請求項３の構成において、前記改質種供給部は、成膜に悪影響を与えないガスのプラズマを形成して活性種を改質種として生成するものであるとともに、当該プラズマ及びそのプラズマシースが形成される領域は、基板の表面から離れた領域に設定されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、内部に搬送ロボットを備えた搬送チャンバーと、搬送チャンバーの周囲に設けられたロードロックチャンバー及び成膜チャンバーとから成るクラスターツール型の薄膜作成装置であって、成膜チャンバーに搬送される前に基板の表面に改質種を供給して当該表面を改質する改質種供給部が搬送チャンバー内に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、薄膜トランジスタを画素電極の駆動部に用いた液晶ディスプレイを製造する際に使用される薄膜作成装置であって、基板の表面にアモルファスシリコン膜を作成する成膜チャンバーと、作成されたアモルファスシリコン膜をアニールして結晶化させることでポリシリコン膜を形成するアニールチャンバーと、形成されたポリシリコン膜の上にゲート絶縁膜を作成する絶縁膜作成チャンバーとが気密に接続されており、さらに、ゲート絶縁膜の作成に先立ち、形成されたポリシリコン膜の表面に水素活性種を改質種として供給して表面を終端する改質種供給部が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、上記請求項６の構成において、前記アニールチャンバーは、アモルファスシリコン膜の表面にレーザーを照射してアニールを行うものであるという構成を有する。
【発明の効果】
【０００９】
以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明は、搬送チャンバーが調圧用ガス導入系を備えており、成膜チャンバーに比べて大きい圧力の真空に維持されるため、搬送チャンバーを排気する排気系の構成が安価がもので済む。また、装置の稼働開始時等における排気動作が短時間に終了するため、装置全体の生産効率も向上する。調圧用ガス導入系は、成膜に悪影響を与えないガスを導入するため、成膜の品質が低下する問題はない。
また、請求項２の発明によれば、上記効果に加え、搬送チャンバーが１パスカル以上の大きい圧力に維持されるので、排気系の構成が安価になる効果が顕著になる。
また、請求項３の発明によれば、上記効果に加え、改質種供給部が搬送チャンバーに設けられているため、改質処理を行う処理チャンバーを別途設ける必要がない。このため、装置の大型化が抑制される。
また、請求項４の発明によれば、改質種供給部が活性種を専ら供給するものであり、イオンを基板の表面に入射させるものではないので、イオン入射による弊害が抑制される。
また、請求項５の発明によれば、改質種供給部が搬送チャンバーに設けられているため、改質処理を行う処理チャンバーを別途設ける必要がない。このため、搬送チャンバーの大型化や装置全体の大型化が抑制される。
また、請求項６の発明によれば、ｐ−ＳｉＴＦＴの製造に必要なａ−Ｓｉ膜作成工程、アニール工程及びゲート絶縁膜作成工程が真空中で連続して行えるので、界面に汚損物質が混入してＴＦＴの動作を阻害するような問題が抑制される。
また、請求項７の発明によれば、上記効果に加え、アニール工程の後、水素活性種でｐ−Ｓｉ膜の表面が改質され、シリコンの未結合端が水素で終端されるので、ｐ−Ｓｉ膜とゲート絶縁膜との界面に汚損領域が形成されるのが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本願発明の実施形態について説明する。図１は、本願発明の第一の実施形態の薄膜作成装置の平面概略図、図２は、図１に示す装置のＸ−Ｘでの断面概略図である。
図１及び図２に示す装置は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）−ＬＣＤの製造に使用される薄膜作成装置となっている。ＴＦＴ−ＬＣＤは、周知のように、液晶の駆動部にＴＦＴを使用したＬＣＤの総称である。図１に示す装置は、ＴＦＴ−ＬＣＤの製造プロセスにおいて極めて重要な工程であるアモルファスシリコン膜（以下、ａ−Ｓｉ膜）の作成を行う装置となっている。この装置は、基板９の表面にａ−Ｓｉ膜を作成する成膜チャンバー１と、大気側と成膜チャンバー１との間で基板９の搬送を行う際に基板９が一時的に滞留するロードロックチャンバー２と、内部に搬送機構としての搬送ロボット３０を備えた搬送チャンバー３とを有している。
【００１１】
図１に示す装置は、クラスターツール型の装置となっている。即ち、中央に搬送チャンバー３があり、その周囲にロードロックチャンバー２、成膜チャンバー１及び他の処理用のチャンバー８１，８２，８３，８４が配置されている。中央の搬送チャンバー３は、真空中に搬送ロボット３０を配置して真空中での基板９の搬送を可能にするとともに、各チャンバー１，２，８１，８２，８３，８４の相互汚損を防止するものとなっている。クラスターツール型の装置は、装置の占有面積をそれほど大きくすることなく、多くのチャンバーを配置できる長所がある。
【００１２】
搬送チャンバー３は、図１に示すような多角形の筒状であり、その側面に二つのロードロックチャンバー２、成膜チャンバー１及び他の処理チャンバー８１，８２，８３，８４とがゲートバルブ４を介して気密に接続されている。各チャンバー１，２，３，８１，８２，８３，８４は、図１中不図示の排気系を備えた真空チャンバーである。
図２に示すように、成膜チャンバー１は、内部の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー１２を備えている。基板ホルダー１２は、上面に基板９を載置して保持する台状の部材である。基板ホルダー１２は、電気的には接地されている。基板ホルダー１２は、基板９を加熱したり又は冷却したりして基板９の温度を制御する基板温度制御機構を内蔵することがある。
【００１３】
成膜チャンバー１は、内部に成膜用プラズマ源１３を備えており、プラズマＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ，ＰＥＣＶＤ）によりａ−Ｓｉ膜を作成するようになっている。成膜用プラズマ源１３の構成について、図３及び図４を使用して説明する。図３は、図１及び図２に示す装置の成膜チャンバー１内に設けられた成膜用プラズマ源１３の構成を示す側断面概略図、図４は図３に示す成膜用プラズマ源１３の斜視概略図である。
【００１４】
図３及び図４に示す成膜用プラズマ源１３は、ＤＰＲ（Ｄｅｖｉｄｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅｇｉｏｎ）と呼ばれるプラズマ源である。成膜用プラズマ源１３は、内部でプラズマが形成されるプラズマ形成容器１４と、プラズマ形成容器１４内に設けられた電極板１５とから主に構成されている。また、電極板１５に高周波電力を供給する成膜用高周波電源１６が設けられている。
プラズマ形成容器１４は、図３及び図４から解るように全体が直方体状で、中空である。プラズマ形成容器１４は、ステンレス等の耐プラズマ性のある金属又は石英等の誘電体で形成されている。プラズマ形成容器１４は、図１及び図２から解るように、成膜チャンバー１内の上方位置に取付具１４１によって固定されている。取付具１４１は、プラズマ形成容器１４の側面を気密に取り囲む方形の枠状である。
【００１５】
電極板１５は、プラズマ形成容器１４内に水平な姿勢で設けられている。電極板１５の周縁は、絶縁材１５１を介してプラズマ形成容器１４の内側面に固定されている。電極板１５の中央には、高周波導入棒１５２の先端が固定されている。高周波導入棒１５２はロッド状の金属部材であり、成膜用高周波電源１６につながる高周波線路１６１に接続されている。尚、高周波線路１６１上には、不図示の整合器が設けられている。
【００１６】
成膜用プラズマ源１３は、プラズマ形成容器１４の内部にプラズマ形成用ガスを導入するプラズマ形成用ガス導入系１７を備えている。本実施形態では、プラズマ形成用ガスとしてはとして水素（Ｈ2 ）ガスを導入するようになっている。水素ガスは、成膜チャンバー１の壁部を通してプラズマ形成容器１４内に導入されるようになっている。プラズマ形成容器１４内にプラズマ形成用ガスが導入されている状態で、成膜用高周波電源１６が動作すると、電極板１５を介してプラズマ形成容器１４内に高周波電界が設定される。これよって、プラズマ形成用ガスに高周波放電が生じ、プラズマＰが形成されるようになっている。
【００１７】
また、本実施形態では、プラズマ形成用ガスとは別に成膜用ガスを成膜チャンバー１内に導入して成膜を行うようになっている。成膜用ガスを導入する成膜用ガス導入系１８は、シラン（ＳｉＨ4 又はＳｉ２Ｈ６等）を導入するようになっている。成膜用ガス導入系１８の配管は、成膜チャンバー１の上壁部に接続されている。
【００１８】
図３及び図４から解るように、プラズマ形成容器１４の上板部及び下板部には、それぞれ水平方向で同じ位置に円形の開口（以下、容器開口）１４２が多数形成されている。そして、同じ位置の上板部の容器開口１４２と下板部の容器開口１４２との間をそれぞれ気密に接続するガス導入管１４３が設けられている。また、上述した電極板１５には、容器開口１４２の位置と水平方向で同じ位置に円形の開口（以下、電極開口）１５３が形成されている。電極開口は容器開口１４２より少し大きく、ガス導入管１４３は電極開口１５３に挿通されている。
【００１９】
また、プラズマ形成容器１４と成膜チャンバー１の上壁部との間には、拡散孔１９１が多数開けられたガス拡散板１９が設けられている。成膜用ガス導入系１８によって成膜チャンバー１内に導入されたガスは、拡散孔１９１から拡散し、プラズマ形成容器１４の上板部の容器開口１４２からガス導入管１４３に進入する。そして、プラズマ形成ガス導入管１４３を通ってプラズマ形成容器１４と基板ホルダー１２との間の空間に達するようになっている。
【００２０】
また、プラズマ形成容器１４の下板部には、小さなガス流出孔１４０が多数均等に設けられている。プラズマＰ中では、プラズマ形成用ガスとして導入した水素ガスの活性種が盛んに生成される。水素活性種は、ガス流出孔１４０を通して下方に流出し、成膜用ガスとしてのシランに混じり合う。この結果、活性種の作用によってシランが分解し、基板ホルダー１２上の基板９の表面にａ−Ｓｉ膜が形成されるようになっている。この構成では、成膜用ガスがプラズマＰから隔絶された状態で導入されており、基板９の表面を臨む空間で初めて活性種と混じり合うので、不必要な場所での膜堆積が抑制される。このため、成膜用ガスの利用効率が良くなるともに、成膜チャンバー１内の堆積膜を除去するクリーニングの頻度が少なくて済むというメリットがある
【００２１】
一方、ロードロックチャンバー２には、所定数の基板９を収容可能なカセット２２が設けられている。そして、ロードロックチャンバー２の外側には、図１に示すように、大気側に配置されたロードステーション２３とロードロックチャンバー２との間で基板９を搬送するオートローダ２４が設けられている。
搬送チャンバー３内に設けられた搬送ロボット３０は、ロードロックチャンバー２から未成膜の基板９を一枚ずつ取り出して成膜チャンバー１に搬送するとともに、成膜済みの基板９を成膜チャンバー１から回収してロードロックチャンバー２に戻すようになっている。搬送ロボット３０としては、上面に基板９を載置して保持するブレードと、このブレードを先端に固定した多関節アームと、多関節アームを駆動する駆動系とから成る構成を採用することができる。駆動系には、搬送チャンバー３の中心軸の周りに回転させたり、多関節アームを全体に直線移動させたりする構成が採用されることがある。
尚、搬送機構としては、搬送ロボット３０以外の構成も採用し得る。例えば、インライン式の装置では、搬送方向に垂直な水平方向の軸の両端に一対の搬送コロを設け、搬送コロ及び軸の組を搬送方向に沿って並べた構成が好適に採用できる。
【００２２】
さて、本実施形態の装置の大きな特徴点は、搬送チャンバー３の構成にある。図２に示すように、搬送チャンバー３は、内部の圧力調整のため、成膜チャンバー１内での成膜に悪影響を与えないガスを内部に導入するガス導入系（以下、調圧用ガス導入系）３２を有している。本実施形態では、調圧用ガス導入系３２は水素ガスを導入するようになっている。調圧用ガス導入系３２は、不図示の流量調整器や不図示のフィルタを備えており、純度の高い調圧用ガスを所定の流量で導入できるようになっている。
尚、「成膜に悪影響を与えないガス」とは、作成される薄膜の品質に悪影響を与えないガスの意味である。このガスには、水素のように成膜には直接的には関与しないガスが含まれる。
【００２３】
搬送チャンバー３が調圧用ガス導入系３２を備えることは、搬送チャンバー３の排気系３１についての特有の技術思想に関連している。つまり、本実施形態の装置では、搬送チャンバー３内の圧力を成膜チャンバー１内の圧力よりも大きい真空圧力となるように維持する構成となっている。具体的に説明すると、成膜チャンバー１は、排気系３１によって、成膜時には３０〜３００Ｐａ程度、基板９の搬入搬出時には１〜２００Ｐａ程度の到達圧力に維持されるようになっている。
【００２４】
搬送チャンバー３の排気系３１は、このように比較的大きい圧力に排気すれば足りるものであるため、安価な構成となっている。搬送チャンバー３の排気系３１には、例えば、安価なドライポンプとメカニカルブースターポンプとの組み合わせが採用できる。
搬送チャンバー３の排気系３１には、通常、成膜チャンバー１と同様のものが使用され、搬送チャンバー３を成膜チャンバー１と同程度まで排気するよう構成される。しかしながら、このような構成であると、前述したように、排気系３１の構成が高価なものとなってしまう。例えば、前述した成膜チャンバー１内の到達圧力を可能にするには、ターボ分子ポンプのような非常に高価な真空ポンプを使用する必要がある。到達圧力が１パスカル以上であれば安価なドライポンプとメカニカルブースターポンプの組み合わせで足りるものの、到達圧力が１Ｐａより低くなると、これより数倍高価なターボ分子ポンプ等が必要になる。
【００２５】
また、搬送チャンバー３内の圧力が成膜チャンバー１の圧力よりも大きく設定されているので、装置の稼働開始時等における排気動作が短時間に済む。従って、装置全体の生産効率が高くなる。尚、装置の出荷等の際、搬送チャンバー３内の雰囲気の清浄度を高める必要があるが、これは、以下のようにする。まず、水素ガス（窒素やアルゴン等の別のガスでも良い）を大量に流し、排気系３１で排気する。これにより、搬送チャンバー３内の露出面に存在する塵埃や不純物ガスが流し出される。搬送チャンバー３の器壁にヒータを設けて、搬送チャンバー３を加熱しながらこの作業を行ってもよい。
【００２６】
本実施形態の装置の別の大きな特徴点は、搬送チャンバー３内に、基板９の表面の改質作用がある化学種（以下、改質種と称す）を供給する改質種供給部３３が設けられている点である。この点について、以下に説明する。
改質種供給部３３は、改質用ガス導入系３４によって導入されたガスにエネルギーを与えてプラズマを形成する構成となっている。改質種供給部３３の構成について、図５を使用して説明する。図５は、図１及び図２に示す装置の搬送チャンバー３内に設けられた改質種供給部３３の構成を示す側断面概略図である。
【００２７】
改質種供給部３３は、前述した成膜用プラズマ源１３とほぼ同様の構成である。但し、成膜用ガスを導入する構成は無く、容器開口やガス導入管は存在しない。改質種供給部３３は、図１及び図２から解るように、搬送チャンバー３内であって成膜チャンバー１との境界部分のゲートバルブ４に近い位置に配置されおり、基板９の搬送ラインの上側に位置している。
改質用ガス導入系３４は、調圧用ガス導入系３２と同様に水素ガスをプラズマ形成容器内に供給するようになっている。調圧用ガス導入系３２の配管を分岐させて改質種供給部３３に接続し、調圧用ガス導入系３２を改質用ガス導入系３４に兼用してもよい。
【００２８】
改質用ガス導入系３４によって水素ガスがプラズマ形成容器内に導入されている状態で、改質用高周波電源３５が動作すると、図４に示すようにプラズマＰが形成され、水素活性種がガス流出孔３３０から下方に流出するようになっている。この水素活性種が、本実施形態では改質種に相当しており、これが基板９の表面に供給されることで、改質が行われるようになっている。
【００２９】
具体的に説明すると、上述のように形成された水素ガスのプラズマＰ中では、水素活性種が盛んに生成される。生成された水素活性種は、ガス流出孔から下方に拡散し、搬送ライン上の基板９の表面に付着する。基板９の表面に付着した水素活性種は、基板９の表面を改質する。例えば、基板９の表面が酸化している場合、これを還元する。また、表面に未結合端が存在している場合、水素活性種はこれを終端し、表面の状態を化学的に安定化させ、不純物の付着を防ぐ。この改質の際、基板９は搬送ライン上で停止してもよく、また効率化させるため基板９を移動させながら水素活性種を付着させてもよい。改質種供給部３３の動作条件について例示すると、改質用高周波電源３５は、周波数５０〜１００ＭＨｚ、出力１０〜４０００Ｗ程度である。プラズマ形成容器３３１内の圧力は、搬送チャンバー３内と同程度であり、１〜２００Ｐａ程度である。このような条件で動作させることにより、充分な量の水素活性種を基板９の表面に供給することができる。
【００３０】
次に、本実施形態の装置全体の動作について説明する。
オートローダ２４がロードロックチャンバー２に未成膜の基板９を一枚ずつ搬送し、ロードロックチャンバー２内のカセット２２に所定数の基板９を収容する。搬送ロボット３０がロードロックチャンバー２から基板９を一枚ずつ取り出し、成膜チャンバー１に搬送する。この際、成膜チャンバー１内は調圧用ガス導入系３２によって水素ガスが導入されており、１〜２００Ｐａ程度の比較的大きい圧力の真空状態となっている。尚、ロードロックチャンバー２から搬送チャンバー３に基板９が移動する際、搬送チャンバー３内の水素ガスが多少ロードロックチャンバー２に拡散する。しかし、ロードロックチャンバー２と大気側との間のゲートバルブ４は閉じられているので、水素ガスが大気側まで拡散してしまうことはない。
【００３１】
また、成膜チャンバー１に送られる際、基板９はプラズマ源の下方を通過する。この際、基板９の表面には前述したように水素活性種が付着し、その作用によって改質が行われる。この改質が行われた状態で、基板９は成膜チャンバー１内の基板ホルダー１２の上に載置されて保持される。搬送チャンバー３とロードロックチャンバー２との間のゲートバルブ４を閉じた後、成膜用プラズマ源１３が動作して、前述したように基板９の表面にａ−Ｓｉ膜が形成される。
【００３２】
所定時間の成膜を行った後、基板９は搬送ロボット３０によって成膜チャンバー１から搬出され、いずれか一方のロードロックチャンバー２に戻される。尚、成膜チャンバー１とロードロックチャンバー２との間の搬送の際、ゲートバルブ４が開けられるので、搬送チャンバー３内の水素ガスは成膜チャンバー１に多少拡散する。しかし、前述した通り、この水素ガスが成膜に影響を与えることはない。所定数の基板９が成膜されてロードロックチャンバー２に戻った後、オートローダ２４が動作して、基板９を大気側のロードステーション２３に取り出す。
【００３３】
本実施形態の装置によれば、搬送チャンバー３が調圧用ガス導入系３２を備えており、成膜チャンバー１に比べて大きい圧力の真空に維持されるため、搬送チャンバー３を排気する排気系３１の構成が安価なもので済む。また、装置の稼働開始時等における排気動作が短時間に終了するため、装置全体の生産効率も向上する。調圧用ガス導入系３２は、成膜に悪影響を与えないガスを導入するため、成膜の品質が低下する問題はない。また、改質種供給部３３が搬送チャンバー３に設けられているため、改質処理を行う処理チャンバーを別途設ける必要がない。このため、装置の大型化が抑制される。
尚、改質種供給部３３の構成としては、活性種の他、イオンを改質種として供給するよう構成することが可能である。
【００３４】
イオンを改質種として供給するには、図３に示すようなＤＰＲ型のプラズマ源を使用するのではなく、基板９の表面付近にプラズマを形成するタイプのプラズマ源を用いる。例えば、図２に示す改質種供給部３３の位置に、高周波コイル又は板状の高周波電極を設けて高周波放電によりプラズマを形成してもよい。
また、イオン入射は、基板９内の残留電荷等の弊害をもたらす場合もある。この点を考慮すると、改質種供給部３３が活性種を専ら供給するものであり、イオンを基板９の表面に入射させるものではない構成は、このような弊害を抑制する意義を有する。また、前述したＤＰＲを用いる構成は、プラズマにより搬送ロボットが損傷を受ける問題も無いので、この点でも優れている。
【００３５】
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。図６は、第二の実施形態の薄膜作成装置の平面概略図、図７は図６に示す装置におけるアニールチャンバー５の構成を説明する図であって図６のＹ−Ｙでの断面概略図、図８は図６に示す装置における絶縁膜作成チャンバー６の構成を説明する断面概略図である。
【００３６】
この第二の実施形態の装置の装置の大きな特徴点は、チャンネル層にポリシリコン膜（ｐ−Ｓｉ膜）を使用したＴＦＴ−ＬＣＤ（以下ｐ−ＳｉＴＦＴ）の製造に必要なａ−Ｓｉ膜作成工程、アニール工程及びゲート絶縁膜作成工程を真空中で連続してできるようになっていることである。具体的には、本実施形態の装置もクラスターツール型の装置であり、図６に示すように、中央に多角形状の搬送チャンバー３が設けられ、その側面に一つの成膜チャンバー１と二つのロードロックチャンバー２とが設けられている。そして、本実施形態の装置は、これらに加え、ａ−Ｓｉ膜をアニールしてポリシリコン化させるアニールチャンバー５と、ゲート絶縁膜を作成する絶縁膜作成チャンバー６とが設けられている。アニールチャンバー５及び絶縁膜作成チャンバーには、図７及び図８に示すように、内部を排気する排気系５１，６１がそれぞれ設けられている。
【００３７】
また、図７に示すように、アニールチャンバー５は、内部の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー５２と、基板ホルダー５２の上方の壁部に設けたレーザー導入窓５３と、レーザー導入窓５３を通して導入するレーザーを発振するレーザー発振器５４と、基板９の表面の各点に順にレーザーが照射されるようにレーザーを走査する走査光学系５５等を備えている。
【００３８】
レーザー発振器５４には、例えばＫｒＦエキシマレーザー発振器が用いられる。走査用光学系５４には、ガルバノミラー等を使用した構成が採用できる。基板ホルダー５２に保持された基板９の表面には、レーザー発振器５４からのレーザーが走査光学系５５によって走査されながら照射される。この結果、ａ−Ｓｉ膜が結晶化し、ｐ−Ｓｉ膜となる。アニールの条件について例示すると、基板９の表面に照射されるレーザーのエネルギーは４００〜５００ｍＪ／ｃｍ2 程度、基板９の温度は室温〜３５０℃程度である。
【００３９】
また、アニールチャンバー５内には、第一の実施形態におけるものの同様の改質種供給部５６が設けられている。改質種供給部５６は、同様に水素プラズマ中で生成された水素活性種を基板９の表面に供給するものである。
絶縁膜作成チャンバー６は、プラズマＣＶＤ法によりゲート絶縁膜を作成するようになっている。図８に示すように、絶縁膜作成チャンバー６は、内部の所定位置に基板９を保持する基板ホルダー６２と、絶縁膜作成チャンバー６内で基板ホルダー６２に対向するようにして設けられた高周波電極６３と、高周波電極６３に高周波電力を供給する絶縁膜用高周波電源６４と、絶縁膜作成用ガスを内部に導入する絶縁膜用ガス導入系６５とを備えている。
【００４０】
基板ホルダー６２は、第一の実施形態のものと同様の構成である。高周波電極６３は、水平な姿勢の板状であり、絶縁材６６を介して絶縁膜作成チャンバー６に取り付けられている。絶縁膜用高周波電源６４は、５０〜１００ＭＨｚの周波数で１０〜５００Ｗ程度の高周波電力を供給するようになっている。
絶縁膜作成用ガスは、作成する絶縁膜によって異なるが、酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）膜をゲート絶縁膜として作成する場合が多い。この場合には、シランと一酸化二窒素（Ｎ2Ｏ）の混合ガス、又は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｏｘｙ  Ｓｉｌａｎｅ）と酸素（Ｏ2 ）の混合ガスが使用される。窒化シリコン膜をゲート絶縁膜として作成する場合もあり、この場合は、シランとアンモニアの混合ガスなどが用いられる。
【００４１】
また、絶縁膜作成チャンバー６には、活性種供給部６７が設けられている。活性種供給部６７は、アニールチャンバー５や第一の実施形態の搬送チャンバー３に設けられた改質種供給部３３，５６と同様の構成であり、内部でプラズマを形成し活性種を生成して下方に流出させるものである。この活性種供給部６７は、絶縁膜作成用ガスと共通したガスを励起して活性種を生成するよう構成される。絶縁膜形成用ガスがシランと一酸化二窒素の混合ガスである場合、一酸化二窒素ガスを励起して活性種を生成するよう構成される。また、絶縁膜作成用ガスがＴＥＯＳと酸素の混合ガスである場合、活性種供給部６７は酸素ガスを励起して酸素活性種を生成するよう構成される。
【００４２】
この第二の実施形態の装置においても、搬送チャンバー３は調圧用ガス導入系３２を備えており、搬送チャンバー３内は１Ｐａより大きい真空圧力に維持されるようになっている。調圧用ガス導入系３２は、同様に水素ガスを搬送チャンバー３内に導入するようになっている。
【００４３】
次に、この第二の実施形態の装置の動作について説明する。
搬送チャンバー３内の搬送ロボット３０は、ロードロックチャンバー２から基板９を一枚ずつ取り出し、まず成膜チャンバー１に搬送する。成膜チャンバー１では、第一の実施形態と同様に、ａ−Ｓｉ膜が基板９の表面に作成される。この基板９は、次にアニールチャンバー５に搬送される。アニールチャンバー５では、作成されたａ−Ｓｉ膜の表面にレーザーが照射され、ａ−Ｓｉ膜がアニールされて結晶化し、ｐ−Ｓｉ膜となる。
【００４４】
この基板９は、アニールチャンバー５から取り出されて絶縁膜作成チャンバー６に搬送される。この際、基板９は、アニールチャンバー５内の改質種供給部５６の下方を通過する。この通過の際、改質種供給部５６は動作しており、水素活性種が基板９の表面に供給され、表面が改質される。
絶縁膜搬送チャンバー６に搬送された基板９は、基板ホルダー６２上に載置されて保持される。そして、活性種供給部６７を動作させて活性種を供給しながら、絶縁膜用高周波電源６４を動作させ、プラズマＣＶＤ法により基板９の表面にゲート絶縁膜を作成する。この実施形態の装置では、活性種供給部６７から活性種が豊富に供給されるため、より高い成膜速度でゲート絶縁膜の作成が行われる。その後、基板９は搬送チャンバー３を経由してロードロックチャンバー２に戻される。
【００４５】
この第二の実施形態によれば、ｐ−ＳｉＴＦＴの製造に必要なａ−Ｓｉ膜作成工程、アニール工程及びゲート絶縁膜作成工程が真空中で連続して行えるので、界面に汚損物質が混入してＴＦＴの動作を阻害するような問題が抑制される。また、アニール工程をレーザーの照射によって行うことは、基板９の温度をそれほど高くしなくても結晶化が行えるメリットがある。
【００４６】
さらに、アニール工程の後、改質種の供給によって基板９の表面が改質される構成は、ＴＦＴの動作特性を向上させる上で極めて重要な意義を有している。アニール工程でａ−Ｓｉ膜を結晶化させて得られたｐ−Ｓｉ膜の表面には、シリコンの未結合端が存在している。従って、この基板９がアニールチャンバー５から絶縁膜作成チャンバー６に搬送される際、雰囲気に酸素のようなシリコンと反応し易いガスが存在していると、未結合端において容易にシリコンと反応し、ｐ−Ｓｉ膜の表面に汚損された領域を作ってしまう。このような汚損領域がｐ−Ｓｉ膜とゲート絶縁膜の界面に存在していると、欠陥準位の発生等によりＴＦＴの動作特性を阻害する問題が生じ易い。
【００４７】
本実施形態では、アニール工程の後、水素活性種で表面を改質し、シリコンの未結合端を水素で終端しているので、上記のような問題が抑制される。さらに、搬送チャンバー３は比較的大きい圧力の真空であるものの、水素ガスでパージされているため、未結合端が存在していてもそれに汚損物質が反応する恐れが低減し、かつ、水素と反応して同様に安定的に終端する可能性が高くなっている。このようなことから、本実施形態の装置によれば、ｐ−ＳｉＴＦＴを製造する上で極めて重要な技術事項であるｐ−Ｓｉ膜とゲート絶縁膜の界面状態を極めて良質なものにすることができる。
【００４８】
また、改質種供給部が活性種を供給する点は、アニール工程後の改質ということに関連して重要な意義を有する。前述した通り、基板９の表面の改質には、活性種の他、イオン入射を利用することもあり得る。しかしながら、アニール工程後の改質にイオン入射を利用することは、問題を生ずる。アニール工程によって結晶化したｐ−Ｓｉ膜は、比較的結合力の弱い構造である。従って、イオンを入射させてしまうと、容易に結合が壊れ、ｐ−Ｓｉ膜の表面が粗くなったり凹凸が形成されたりする。この結果、界面特性が阻害されたり、チャンネル抵抗が増大したりする問題が発生する恐れがある。
【００４９】
本実施形態では、ＤＰＲ型のプラズマ源を使用し、基板９の表面から離れた領域にプラズマを形成して活性種を供給している。従って、基板９の表面へのイオンの入射は本質的に無く、上述したような問題は生じない。
尚、周知のように、プラズマの周囲にはプラズマシースと呼ばれる領域が存在する。プラズマシースは、プラズマとそのプラズマを形成している電極部との間の電位勾配がある領域のことである。プラズマシースは厳密にはプラズマ領域ではないが、基板９の表面は、このプラズマシースからも離れた領域に位置することが好ましい。プラズマシースは、場合によってイオンを入射させる電界を持つ領域になるからである。図３に示すようなＤＰＲ型のプラズマ源の構成では、プラズマもプラズマシースもプラズマ形成容器１４内に形成されるので、基板９の表面は、プラズマからもプラズマシースからも離れた状態となっている。
【００５０】
尚、上述した構成では、ゲート絶縁膜は平行平板型の容量結合高周波プラズマによって作成される構成であったが、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズマを用いることも可能である。この場合には、シランガスと酸素ガスが使用される。さらに、ａ−Ｓｉ膜を作成する成膜チャンバー１と同様に、ＤＰＲ型のプラズマ源を用いてゲート絶縁膜を作成することも可能である。この場合には、図３に示すプラズマ形成用ガスとして水素に変えて酸素を用いた構成が採用される。
【００５１】
次に、改質種供給部の他の構成について説明する。
図９は、改質種供給部の他の構成の断面概略図である。図９に示す改質種供給部７は、改質種としての活性種を光励起法により生成する構成となっている。改質種供給部７は、内部にガスが導入される生成容器７１と、生成容器７１内に設けられた励起用ランプ７２とから主に構成されている。
【００５２】
励起用ランプ７２としては、紫外線ランプが通常採用される。生成容器７１内に導入されたガスは、エネルギーの高い紫外線の照射を受けて励起され、改質種としての活性種が生成される。生成容器７１の下板部には、ガス流出孔７１０が多数設けられており、生成された活性種はガス流出孔７１０から流出し、基板９の表面に供給されるようになっている。尚、改質種が励起用ランプ７２に接触することが問題となるときは、生成容器７１の器壁に窓を設け、窓を通して外部から光照射するようにしてもよい。
【００５３】
このような構成の改質種供給部７を、第一実施形態で搬送チャンバー３内に設けられた改質種供給部３３に代えて設けてもよく、第二の実施形態でアニールチャンバー５内に設けられた改質種供給部５６に設けてもよい。まだ、第二の実施形態における活性種供給部６７の構成として同様のものを採用してもよい。
【００５４】
上述したように、各実施形態の装置はクラスターツール型の装置であり、占有面積をそれほど大きくすることなく多くの処理用のチャンバーを配置できるメリットがある。しかし、真空中で連続して行う処理を増やしたり並行処理を可能にして生産性を高めたりするために、処理用のチャンバーの数をさらに増やすと、中央の搬送チャンバーの周長を長くしなければならない。この結果、搬送チャンバーが大型化してしまう。しかし、搬送チャンバー３内に改質種供給部３３が設けられているため、少なくとも改質処理を行う処理チャンバーを別途設ける必要はない。このため、搬送チャンバーの大型化や装置全体の大型化が抑制される。
【００５５】
以上の説明では、ＴＦＴ−ＬＣＤ用のａ−Ｓｉ膜やゲート絶縁膜を作成する構成について専ら説明したが、成膜の種類としては、これらに限られるものではないことは勿論である。電極用の導電膜や透明電極膜（ＩＴＯ）等をスパッタにより作成する場合や、窒化シリコン膜を保護膜やパッシベーション膜としてＰＥＣＶＤにより作成する場合にも、本願発明の薄膜作成装置の適用が可能である。さらに、本願発明の薄膜作成装置は、上述したＴＦＴ−ＬＣＤの製造プロセス以外にも、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔ  Ｎｅｍａｔｉｃ）−ＬＣＤの製造プロセス、プラズマディスプレイなどの他のフラットパネルディスプレイの製造プロセス、さらには、ＬＳＩを始めとする各種半導体デバイスの製造プロセス、ハードディスク等の情報記録ディスクの製造プロセス等にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本願発明の第一の実施形態の薄膜作成装置の平面概略図である。
【図２】図１に示す装置のＸ−Ｘでの断面概略図である。
【図３】図１及び図２に示す装置の成膜チャンバー１内に設けられた成膜用プラズマ源１３の構成を示す側断面概略図である。
【図４】図３に示す成膜用プラズマ源１３の斜視概略図である。
【図５】図１及び図２に示す装置の搬送チャンバー３内に設けられた改質種供給部３３の構成を示す側断面概略図である。
【図６】第二の実施形態の薄膜作成装置の平面概略図である。
【図７】図６に示す装置におけるアニールチャンバー５の構成を説明する図であって図６のＹ−Ｙでの断面概略図である。
【図８】図６に示す装置における絶縁膜作成チャンバー６の構成を説明する断面概略図である。
【図９】改質種供給部の他の構成の断面概略図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  成膜チャンバー
１１  排気系
１２  基板ホルダー
１３  成膜用プラズマ源
１６  成膜用高周波電源
１８  成膜用ガス導入系
２  ロードロックチャンバー
３  搬送チャンバー
３０  搬送機構としての搬送ロボット
３１  排気系
３２  調圧用ガス導入系
３３  改質種供給部
３４  改質用ガス導入系
４  ゲートバルブ
５  アニールチャンバー
５１  排気系
５２  基板ホルダー
５３  レーザー導入窓
５４  レーザー発振器
５５  走査光学系
５６  改質種供給部
６  絶縁膜作成チャンバー
６１  排気系
６２  基板ホルダー
６３  高周波電極
６４  絶縁膜用高周波電源
６７  活性種供給部
７  改質種供給部
７１  生成容器
７２  励起用ランプ
【図１】
2008202114.tif 000003
【図２】
2008202114.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008202114.tif 000007
【図６】
2008202114.tif 000008
【図７】
2008202114.tif 000009
【図８】
2008202114.tif 000010
【図９】
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