(57)【要約】【課題】基板や電極の加熱による熱変形を抑制しながら、プラズマ生成領域内に発生するクラスタを分解して減少させること。【解決手段】符号１０は、本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置の真空製膜室であって、真空製膜室１０内には、平面型電極として用意されたラダー電極１１と、ラダー電極１１と所定の間隔をもって対面配置され、かつ接地されているアース電極１２と、アース電極により保持された基板１３とが備えられている。また、発生したプラズマが真空製膜室１０内の他の箇所へ拡散するのを防止するため、ラダー電極１１及び基板１３を覆う防着板１６を備える。真空製膜室１０の外側にＹＡＧパルスレーザを発振・供給するＮｄ：ＹＡＧレーザ発信装置２５が配設され、真空製膜室１０にはＮｄ：ＹＡＧレーザ発信装置２５によって生成されたレーザを内部に取り込むための導入口２６が形成されている。【選択図】　　　図２
2004146734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質を含むガスが導入された真空室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を処理させるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射することによって、前記プラズマ内に発生するクラスタを分解することを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射することによって、前記プラズマ内に発生するクラスタを分解することを特徴とするプラズマ化学蒸着方法。
【請求項３】
複数の発振波長を有する前記レーザ光のいずれか一つの発振波長が、前記物質の吸収波長帯域に存在することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプラズマ処理方法及びプラズマ化学蒸着方法。
【請求項４】
物質を含むガスが導入された真空室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させであって、
前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射させるレーザ発振装置を備えていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着装置であって、
前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射させるレーザ発振装置を備えていることを特徴とするプラズマ化学蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物質を含むガスに高周波電力を給電してプラズマを発生して物質を処理するプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置、プラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば半導体等の物質を基板に蒸着させるプラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置（プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置）は、真空状態にした基板と、該基板を保持し、接地されているアース電極と、該基板と間隔をもって平行に対面配置された平面型電極とが備えられている。このプラズマ化学蒸着装置は、前記物質を含む製膜用ガスが導入されると共に、高周波電力給電回路から平面型電極に給電し、平面型電極と基板間にプラズマを発生させ、該プラズマにより前記製膜用ガスを分解させて基板上に蒸着させる。
【０００３】
上述のプラズマ化学蒸着装置で製膜された、例えば、アモルファスシリコン薄膜は、製膜に伴って発生する膜内の欠陥のため、光劣化と呼ばれる発電効率の経時劣化が生じる。
この製膜中に発生する欠陥の製膜内の欠陥密度を、例えば、光劣化が少ないとされる１０１５個／ｃｃ以下に抑制するために、従来、基板温度を上げる方法及び装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上述した光劣化は、プラズマ形成時にプラズマ内部に発生するクラスタが薄膜中に取り込まれることが原因と考えられることから、クラスタの成長を抑制するため、接地電極温度を上昇させる、あるいは、製膜用ガスを水素で希釈する。すると、クラスタ量の減少化とクラスタが基板に至る状態を抑制して、欠陥の少ない薄膜を製膜する方法及び装置もある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２７６２７号公報
【０００６】
【非特許文献１】
白谷　正治、外２名、“低圧シランプラズマ中の微粒子成長機構”、北陸先端科学技術大学院材料科学研究科　平成１３年度第１回研究科フォーラム「シラン系ＣＶＤプロセスの基礎から応用まで」要旨集、社団法人応用物理学会、平成１４年３月、ｐ．１３−１８
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のプラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置においては、電極や基板等の温度を１５０℃から２００℃程度に加熱させる必要があることから、製膜プロセス当初及び終了時の温度である室温からの温度変化によって熱変形を生じてしまい、膜厚分布の不平衡が発生し、大面積基板における膜厚の分布特性が悪化するという問題があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、基板や電極の加熱による熱変形を抑制しながら、プラズマ生成領域内に発生するクラスタを分解して減少させるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置、プラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
請求項１に記載の発明は、物質を含むガスが導入された真空室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を処理させるプラズマ処理方法であって、
前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射することによって、前記プラズマ内に発生するクラスタを分解することを特徴とする。
【００１０】
このような方法とすることで、物質を含むガスが導入された真空室内の平面型電極に高周波電力が給電されて、平面型電極とアース電極間にプラズマが生成される。この生成領域内にレーザ光を照射することによって、プラズマとともに発生するクラスタがレーザ光の持つエネルギーによって分解される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着方法であって、前記プラズマの生成領域内にレーザ光を照射することによって、前記プラズマ内に発生するクラスタを分解することを特徴とする。
【００１２】
このような方法とすることで、物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内の平面型電極に高周波電力が給電されて、平面型電極とアース電極間にプラズマが生成される。この生成領域内にレーザ光を照射することによって、プラズマとともに発生するクラスタはレーザ光の持つエネルギーによって分解される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のプラズマ化学蒸着方法であって、複数の発振波長を有する前記レーザ光のいずれか一つの発振波長が、前記物質の吸収波長帯域に存在することを特徴とする。
【００１４】
このような方法とすることで、クラスタ固有の励起エネルギーが与えられてクラスタの分解が促進される。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、物質を含むガスが導入された真空室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を処理させるプラズマ処理装置であって、前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射させるレーザ発振装置を備えていることを特徴とする。
【００１６】
このような構成としたことで、物質を含むガスが導入された真空室内の平面型電極に高周波電力が給電されて、平面型電極とアース電極間にプラズマが生成される。その生成領域内にプラズマとともに発生するクラスタが、レーザ発振装置から照射されるレーザ光の持つエネルギーによって分解される。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内に、接地されたアース電極に支持された基板と平面型電極とが対面配置され、高周波電力給電回路により発生した高周波電力を前記平面型電極へ給電し、前記平面型電極と前記基板との間にプラズマを発生させて、前記物質を前記基板上に蒸着させるプラズマ化学蒸着装置であって、前記プラズマの生成領域内に向けてレーザ光を照射させるレーザ発振装置を備えていることを特徴とする。
【００１８】
このような構成としたことで、物質を含む製膜用ガスが導入された真空製膜室内の平面型電極に高周波電力が給電されて、平面型電極とアース電極間にプラズマが生成される。その生成領域内にプラズマとともに発生するクラスタが、レーザ発振装置から照射されるレーザ光の持つエネルギーによって分解される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１、図２は、本発明の第１の実施形態のプラズマ化学蒸着方法を実施するプラズマ化学蒸着装置の主要部の構成を示すブロック図である。
図１、図２において、符号１０は、本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置の真空製膜室であって、真空製膜室１０内には、平面型電極として用意されたラダー電極１１と、ラダー電極１１と所定の間隔をもって対面配置され、かつ接地されているアース電極１２と、アース電極により保持された基板１３とが備えられている。
【００２０】
また、真空製膜室１０には、基板１３への蒸着を希望するアモルファスシリコンや多結晶薄膜シリコン等の物質を含む製膜用ガスを導入するためのガス供給管１４と、プラズマによる分解後のガスを排気するためのガス排気管１５とが備えられている。また、この真空製膜室１０は、図示しないガス供給源からガス供給管１４を介して製膜用ガスが供給されると共に、図示しない真空ポンプにより、ガス排気管１５を介してプラズマによる分解後のガスが吸引される構成をなしている。
さらに、発生したプラズマが真空製膜室１０内の他の箇所へ拡散するのを防止するため、ラダー電極１１及び基板１３を覆う防着板１６を備える。
【００２１】
ラダー電極１１は、平行な複数本の縦方向電極棒１１ａと平行に対面配置された一対の横方向電極棒１１ｂ、１１ｃとが格子状に組み立てられて構成されている。ラダー電極１１を構成する横方向電極棒１１ｂには例えば８つの給電点１７ａ〜１７ｈが設けられ、同様にラダー電極１１を構成する横方向電極棒１１ｃにも８つの給電点１８ａ〜１８ｈが設けられている。なお、各給電点１７ａ〜１７ｈ、及び各給電点１８ａ〜１８ｈは、それぞれ横方向電極棒１１ｂ、１１ｃをほぼ等分する位置にそれぞれ設けられている。
【００２２】
なお、基板１３が例えば１１００［ｍｍ］×１４００［ｍｍ］角サイズである場合は、ラダー電極１１は、１２００［ｍｍ］×１５００［ｍｍ］角サイズ程度の基板１３よりも一回り大きなサイズのものを利用する。
【００２３】
ここで電力分配器１９ａは、高周波電源２０ａの出力する高周波電力をケーブル２１ａ〜２１ｈを介して均等に給電点１７ａ〜１７ｈへ分配するための分配器である。この電力分配器１９ａの入力端子は、効率よく高周波電力が供給されるように電力分配器１９ａと高周波電源２０ａとの間のインピーダンス整合を調整するためのマッチングボックス２２ａを介して、高周波電源２０ａへ接続されている。
【００２４】
同様に、給電点１８ａ〜１８ｈには、製膜用ガスを分解するためのプラズマを発生させる高周波電力をケーブル２３ａ〜２３ｈを介してラダー電極１１へ給電するために、真空製膜室１０の外部に配置された電力分配器１９ｂと導通されている。電力分配器１９ｂの入力端子は、高周波電源２０ｂとの間のインピーダンス整合を調整するためのマッチングボックス２２ｂを介して、高周波電源２０ｂへ接続されている。
【００２５】
ここで電力分配器１９ｂは、電力分配器１９ａと同様に、高周波電源２０ｂの出力する高周波電力を均等に給電点１８ａ〜１８ｈへ分配するための分配器である。
上述のラダー電極１１と、電力分配器１９ａ、１９ｂと、高周波電源２０ａ、２０ｂと、マッチングボックス２２ａ、２２ｂとは、本実施の形態のプラズマ化学蒸着装置の高周波電力給電回路を構成している。
また、ラダー電極１１と基板１３とに挟まれる領域は、プラズマ生成領域２４として高周波電力の給電によってプラズマが生成される。
【００２６】
真空製膜室１０の外側には、ＹＡＧパルスレーザを発振・供給するＮｄ：ＹＡＧレーザ発信装置２５が配設され、真空製膜室１０には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発信装置２５によって生成されたレーザを内部に取り込むための導入口２６が形成されている。
【００２７】
上記の構成からなるプラズマ化学蒸着装置において、真空状態にした真空製膜室１０内に、ガス供給管１４から例えばシラン（ＳｉＨ４）等のアモルファスシリコン製膜用ガスを導入する。そして、例えば周波数６０．０ＭＨｚの高周波電力が、高周波電源２０ａからマッチングボックス２２ａと電力分配器１９ａとを介して均等に給電点１６ａ〜１６ｈへ分配され、ラダー電極１１へ給電される。
【００２８】
また、高周波電源２０ｂから位相が異なる周波数６０．０ＭＨｚの高周波電力がマッチングボックス２２ｂと電力分配器１９ｂとを介して均等に給電点１８ａ〜１８ｈへ分配され、ラダー電極１１へ給電される。この時、高周波電源２０ａ及び高周波電源２０ｂから供給される全電力は、例えば３０００Ｗとなるように調整される。
【００２９】
上記の状態を１０分間程度維持することによって、プラズマ生成域２２にシランプラズマが発生する。このシランプラズマ中でシランガスが分解され、ガス排気管１５からプラズマによる分解後のガスを排気しながら、基板１３の表面に希望のアモルファスシリコンの結晶が生成される。この時、プラズマ生成領域中に数ｎｍ〜数十ｎｍの大きさを有するクラスタも同時に形成されて基板１３へと拡散される。
【００３０】
一方、Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、基本波長１０６４ｎｍに対し２倍波（波長＝５３２ｎｍ）、３倍波（波長＝３５５ｎｍ）、４倍波（波長＝２６６ｎｍ）等を有する。そこで、アモルファスシリコンの吸収波長帯域内である７００ｎｍより短い波長となるように発振波長を２倍波としたＮｄ：ＹＡＧレーザを、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振装置２５から導入口２６を介してプラズマ生成域２４に照射する。このときのレーザのパルス及びエネルギ密度を、それぞれ１０Ｈｚ及び０．５Ｊ／ｃｍ２とする。
【００３１】
上述のレーザが、シランプラズマ内に形成されるクラスタに衝突することによって、クラスタにエネルギが与えられて励起され分解される。
【００３２】
このプラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置によれば、基板や電極の加熱を行わないために、基板や周囲の構造物の熱変形を抑制して、プラズマ内に生成されるクラスタを分解して減少させることができる。また、これによって、アモルファスシリコン薄膜内に生成される欠陥密度が、１０１５個／ｃｃ以下に減少して、光劣化が従来よりも少ない薄膜を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施形態の変形例として、上述のレーザの照射域をプラズマ領域内からアース電極に変更する。これによって、アース電極を介して基板にエネルギーが供給されて、薄膜内の欠陥を減少させることができる。
【００３４】
また、上述の実施例は、プラズマ化学蒸着装置への実施例であるが、エッチング処理に実施した場合も、同様の作用及び効果が得られることによって、エッチング処理の向上を図ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した本発明のプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置、プラズマ化学蒸着方法及びプラズマ化学蒸着装置においては以下の効果を奏する。
請求項１記載の発明は、基板や電極の加熱による熱変形を抑制して、プラズマ生成領域内に発生するクラスタをプラズマ生成中に分解して減少させることができる。
【００３６】
請求項２記載の発明は、基板や電極の加熱による熱変形を抑制して、光劣化の原因であるクラスタをプラズマ生成中に分解して減少させることができる。
【００３７】
請求項３記載の発明は、クラスタの分解が促進されて、プラズマ生成領域内に形成されるクラスタをプラズマ生成中に分解して減少させることができる。
【００３８】
請求項４記載の発明は、クラスタの分解が促進されて、クラスタをプラズマ生成中に分解して減少させて、薄膜の性能向上を図ることができる。
【００３９】
請求項５記載の発明は、製膜時に、基板や電極の加熱による熱変形を抑制して、光劣化の原因であるクラスタをプラズマ生成中に分解して減少させて、欠陥の少ない薄膜を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるプラズマ化学蒸着装置の主要部を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるプラズマ化学蒸着装置の主要部の断面図である。
【符号の説明】
１０　真空製膜装置
１１　ラダー電極（平面型電極）
１２　アース電極
１３　基板
２４　プラズマ生成領域
２５　レーザ発振装置
【図１】
2004146734.tif 000003
【図２】
2004146734.tif 000004