(57)【要約】 【課題】膜形成に用いるガスを電力印加によりプラズマ化し、このプラズマのもとで被成膜物品に膜形成する膜形成方法及び装置であって、この種の従来の膜形成方法及び装置に比べると良質の膜を形成できる膜形成方法及び装置を提供する。【解決手段】膜形成に用いるガス（例えばシランガス及び水素ガス）のうち少なくとも１種のガス（例えばシランガス）については膜形成開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜めておき、膜形成開始にあたりガス溜め部ＧＲに溜めたガスを一挙に成膜室１０内へ供給し、ガス溜め部ＧＲからのガス供給と同時的に、膜形成に用いるいずれのガスについてもマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始し、その後もひき続きいずれのガスについても該コントローラで制御された流量で成膜室１０内へ供給する膜形成方法及び装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜形成に用いるガスを成膜室内へ供給し、該ガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで該成膜室内に設置した被成膜物品上に膜形成する膜形成方法であり、該膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスについては膜形成開始に先立ってガス溜め部に溜めておき、膜形成開始にあたり該ガス溜め部に溜めたガスを一挙に前記成膜室内へ供給することを特徴とするプラズマによる膜形成方法。
【請求項２】
前記膜形成に用いるガスのうち少なくとも一種のガスについては膜形成開始に先立って前記ガス溜め部に溜めておき、膜形成開始にあたり該ガス溜め部に溜めたガスを一挙に前記成膜室内へ供給し、該ガス溜め部からのガス供給と同時的に、膜形成に用いるいずれのガスについても流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給開始し、その後ひき続きいずれのガスについても該流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給する請求項１記載の膜形成方法。
【請求項３】
前記ガス溜め部に溜める少なくとも１種のガスは、形成すべき膜を構成する元素を含むガスである請求項１又は２記載の膜形成方法。
【請求項４】
前記膜形成に用いるガスとしてシランガス及び水素ガスを採用し、前記ガス溜め部に溜めるガスは該シランガスとして前記被成膜物品上にシリコン膜を形成する請求項１又は２記載の膜形成方法。
【請求項５】
被成膜物品を設置する成膜室と、該成膜室内へ膜形成に用いるガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置から成膜室内に供給されるガスを電力印加によりプラズマ化する電力印加装置とを備え、前記ガスのプラズマのもとで該成膜室内に設置された被成膜物品上に膜形成する膜形成装置であって、該ガス供給装置は、該膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスを膜形成開始に先立って溜めておき、膜形成開始にあたり溜めた該ガスを一挙に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を有していることを特徴とする膜形成装置。
【請求項６】
前記ガス供給装置は、前記ガス溜め部を有しているとともに、該ガス溜め部からのガス供給と同時的に膜形成に用いるいずれのガスについても制御された流量で該成膜室内へ供給開始し、その後ひき続きいずれのガスについても該流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給するための、流量制御部を含むガス供給回路を有している請求項５記載の膜形成装置。
【請求項７】
前記ガス溜め部は、それに溜める少なくとも一種のガスとして形成すべき膜を構成する元素を含むガスを溜めるガス溜め部である請求項５又は６記載の膜形成装置。
【請求項８】
前記ガス供給装置はシランガス及び水素ガスの供給装置であり、前記ガス溜め部は該シランガスを溜めるガス溜め部であり、前記被成膜物品上にシリコン膜を形成する請求項５又は６記載の膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜形成に用いるガスを成膜室内へ供給して電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで成膜室内に設置された被成膜物品上に膜形成する膜形成方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
膜形成に用いるガスを電力印加によりプラズマ化し、このプラズマのもとで被成膜物品に膜形成する膜形成方法及び装置は、これまで様々のものが提案され、採用されてきた。  例えば、特開昭６３−７３７３号公報は、シランガスを水素ガス等で希釈したガスをプラズマ化し、このプラズマのもとで被成膜基体上にアモルファスシリコン膜等のシリコン膜を形成するプラズマＣＶＤを開示している。
【０００３】
いずれにしても、この種の膜形成においては、ガス供給装置から膜形成のために流量制御されたガスを成膜室内に供給し、該成膜室内に供給されたガスを高周波電力等の電力印加によりプラズマ化するのであるが、該ガスプラズマは減圧された所定の成膜圧のもとで生成される。
【０００４】
従って、成膜室は、先ず、膜形成の開始に先立って排気装置により減圧開始され、成膜圧或いはそれよりも低圧まで減圧されると、流量制御部（マスフローコントローラ等）で膜形成のために流量制御されたガスが導入開始されるとともに該導入ガスに電力印加が開始され、ガスプラズマが生成される。その後、ひきつづき成膜室内が成膜圧に維持されつつ成膜室内へのガス導入と電力印加が行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−７３７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、膜形成にあたり、成膜圧或いはそれより低圧まで減圧された成膜室内へ流量制御されたガスを導入開始し、これを電力印加によりプラズマ化して膜形成を開始するときには、成膜室内に膜形成のためのガスが未だ十分行きわたっていないために、成膜開始にあたってのガスプラズマ密度はその後のガスプラズマ密度と比べて低く、これがため、被成膜物品上への膜形成が円滑に開始されなかたっり、また、そのため膜質が悪化することがある。
【０００７】
前記の特開昭６３−７３７３号公報は、被成膜基体が円筒基体である場合において、該基体上に膜厚や膜質が均一な膜を形成するために、円筒基体を設置する成膜室内へのガスの導入管の口径、該導入管のガス放出孔の大きさや数を特定の範囲のものとすることを開示しているが、膜形成開始当初の前記問題及びそれに起因する膜質の悪化を解消するものではない。
【０００８】
そこで本発明は、膜形成に用いるガスを電力印加によりプラズマ化し、このプラズマのもとで被成膜物品に膜形成する膜形成方法及び装置であって、この種の従来の膜形成方法及び装置に比べると良質の膜を形成できる膜形成方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は次の膜形成方法及び膜形成装置を提供する。
（１）膜形成方法
膜形成に用いるガスを成膜室内へ供給し、該ガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで該成膜室内に設置した被成膜物品上に膜形成する膜形成方法であり、該膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスについては膜形成開始に先立ってガス溜め部に溜めておき、膜形成開始にあたり該ガス溜め部に溜めたガスを一挙に前記成膜室内へ供給するプラズマによる膜形成方法。
【００１０】
（２）膜形成装置
被成膜物品を設置する成膜室と、該成膜室内へ膜形成に用いるガスを供給するガス供給装置と、該ガス供給装置から成膜室内に供給されるガスを電力印加によりプラズマ化する電力印加装置とを備え、前記ガスのプラズマのもとで該成膜室内に設置された被成膜物品上に膜形成する膜形成装置であって、該ガス供給装置は、該膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスを膜形成開始に先立って溜めておき、膜形成開始にあたり溜めた該ガスを一挙に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を有している膜形成装置。
【００１１】
本発明に係る膜形成方法によると、膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスについては膜形成開始に先立ってガス溜め部に溜められ、膜形成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室内へ供給される。
【００１２】
従って、膜形成開始時には、ガス溜め部から一挙に供給されるガスが成膜室内に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなり、それにより被成膜物品への膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成されていく膜部分を含め膜の膜質が良好なものとなる。      
【００１３】
本発明に係る膜形成装置によると、成膜室内へ膜形成に用いるガスを供給するガス供給装置はガス溜め部を有しており、該膜形成に用いるガスのうち少なくとも１種のガスを膜形成開始に先立って該ガス溜め部に溜めておき、膜形成開始にあたり、溜めた該ガスを一挙に、換言すればパルス的に成膜室内へ供給することができる。
【００１４】
従って、この膜形成装置においても、ガス溜め部から一挙に供給されるガスが成膜室内に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなり、それにより被成膜物品への膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成されていく膜部分を含め膜の膜質が良好なものとなる。
【００１５】
本発明に係る膜形成方法、膜形成装置のいずれにおいても、膜形成に用いるガスは１種類でも、複数種類でもよく、いずれにしても、用いるガスの種類、形成すべき膜種等によっては、いずれのガスについてもガス溜め部に溜めておいて、膜形成開始にあたり一挙に成膜室内へ供給してもよいし、複数種類のガスを用いる場合は、少なくとも一種のガスについてはガス溜め部に溜めておいて膜形成開始にあたり一挙に成膜室内へ供給し、残りの種類のガスについてはガス溜め部を用いることなく成膜室に供給するようにしてもよい。      
【００１６】
本発明に係る膜形成方法、膜形成装置のいずれにおいても、ガス溜め対象のガスは、膜形成に先立って該ガス溜め部に溜められて膜形成開始にあたり成膜室へ一挙に供給されるが、該ガスの供給がガス溜め部からだけでは、ガス溜め部からのガス供給が尽きると膜形成ができなくなる。従って、該ガスは膜形成を続行するためにガス溜め部とは異なる回路からも流量制御された状態で成膜室に供給する。
【００１７】
このとき、流量制御された該ガスの供給開始は、ガス溜め部からのガス供給開始と同時になされてもよいし、ガス溜め部からのガス供給開始より若干早く或いは若干遅れてなされてもよい。いずれにしても、膜形成に支障のないように供給すればよい。
また、膜形成に用いるガスのうちガス溜め対象ではないガスの供給開始についも、ガス溜め部からのガス供給開始と同時になされてもよいし、ガス溜め部からのガス供給開始より若干早く或いは若干遅れてなされてもよい。いずれにしても、膜形成に支障のないように供給すればよい。
【００１８】
膜形成に用いるガスの全てについてガス溜め部を用いるか、一部についてだけガス溜め部を用いるかにかかわらず、ガス供給制御を容易にして膜形成開始時においても成膜室内のプラズマ密度をより確実に所望のものに、或いはそれにできるだけ近いものにするために、本発明に係る膜形成方法においては、膜形成開始にあたり、ガス溜め部に溜めたガスを一挙に成膜室内へ供給し、膜形成に用いるいずれのガスについても、該ガス溜め部からのガス供給と同時的に、流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給開始し、その後もひき続きいずれのガスについても該流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給するようにしてもよい。
【００１９】
また本発明に係る膜形成装置においても、前記ガス供給装置は、該ガス溜め部からのガス供給と同時的に、膜形成に用いるいずれのガスについても制御された流量で該成膜室内へ供給開始し、その後もひき続きいずれのガスについても該流量制御部で制御された流量で該成膜室内へ供給するための、流量制御部を含むガス供給回路を有することができる。      
【００２０】
いずれにしても、本発明に係る膜形成方法では、前記ガス溜め部に溜める少なくとも１種のガスは、良質の膜を形成するうえで、形成すべき膜を構成する元素を含むガスとしてもよい。また、本発明に係る膜形成装置では、ガス供給装置におけるガス溜め部は、それに溜める少なくとも１種のガスとして形成すべき膜を構成する元素を含むガスを溜めるガス溜め部としてもよい。
【００２１】
本発明に係る膜形成方法及び装置はどの様な種類の膜を形成するものでもよいが、例えば、シリコン膜を形成するものを例示できる。
シリコン膜を形成する場合、膜形成に用いるガスとしてシランガス及び水素ガスを採用する場合を例示することができる。この場合、前記ガス溜め部に溜めるガスはシランガスとすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
以上説明したように、本発明によると、膜形成に用いるガスを電力印加によりプラズマ化し、このプラズマのもとで被成膜物品に膜形成する膜形成方法及び装置であって、この種の従来の膜形成方法及び装置に比べると良質の膜を形成できる膜形成方法及び装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説朋する。図１、図２はそれぞれ本発明に係る膜形成装置の一例の概略構成を示している。図１は成膜室内圧が大気圧で、物品ホルダが上昇位置にあるときの様子を示しており、図２は成膜室内圧が成膜圧力で、物品ホルダが下降位置にあるときの様子を示している。
【００２４】
図示例の膜形成装置は、膜形成に用いるガスとしてモノシランガス（ＳｉＨ4 ）と水素ガス（Ｈ2 ）の２種類のガスを採用し、これらガスを電力印加によりプラズマ化し、該プラズマのもとで基板Ｓ上に結晶性シリコン膜を形成できるものである。
【００２５】
図示の膜形成装置は成膜室１０を備えており、該成膜室内には被成膜物品（本例では基板Ｓ）を保持するための物品ホルダ３を配置してあり、該物品ホルダの上方には高周波放電電極１が架設されている。電極１はＭＫ  導体部分表面が絶縁性材料（本例ではアルミナ）により被覆されている。電極１には、マッチングボックスＭＸを介して放電用高周波電源ＰＷが接続されている。
【００２６】
物品ホルダ３は被成膜基板Ｓを加熱するヒータ４を備えている。物品ホルダ３については後ほどさらに説明する。物品ホルダ３は成膜室１０とともに接地されている。
また、成膜室１０に対してガス供給装置１００が設けられている。
ガス供給装置１００は、成膜室１０内にシランガス（ＳｉＨ4 ）を供給する回路１０１と、水素ガスを供給する回路１０２とを含んでいる。
回路１０１は、シランガスボンベＢ１及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ１、弁ＡＶ１、マスフローコントローラＭＦＣ１、弁ＡＶ２及びノズルＮ１を有している。さらに、弁ＭＶ１と弁ＡＶ１との間の配管に弁ＭＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４及びノズルＮ２が順次配管接続されている。コントローラＭＦＣ１及び弁ＡＶ２間の配管と弁ＭＶ２及び弁ＡＶ３間の配管は互いに連通配管で接続されている。
【００２７】
これらの弁はいずれも通電時に開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ１は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ１、Ｎ２は成膜室１０の天井部に設けられ、成膜室内に開口している。
弁ＡＶ３、ＡＶ４及びこれらを接続している配管部はガス溜め部ＧＲを構成している。      
【００２８】
回路１０２は、水素ガスボンベＢ２及びこれに順次配管接続された弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、マスフローコントローラＭＦＣ２、弁ＡＶ６及びノズルＮ３を有している。さらに、弁ＡＶ５とコントローラＭＦＣ２の直列回路に対し弁ＭＶ４が並列接続されている。
【００２９】
これらの弁も、通電により開き、非通電時には閉じる電磁開閉弁であり、マスフローコントローラＭＦＣ２は、それに設定した所定流量のガスを該コントローラへの通電により流すことができるものである。ノズルＮ３は成膜室１０の天井部に設けられ、成膜室内に開口している。
【００３０】
成膜室１０には上記のほか、成膜室内から排気する排気装置ＥＸが接続されている。排気装置ＥＸは、排気量調整を行うコンダクタンスバルブＣＶ、該バルブを介して成膜室１０に配管接続された真空ポンプＰＭからなる。
成膜室１０には、さらに、成膜室内圧力を検出する圧力センサＰＳも接続されている。      
【００３１】
前記物品ホルダ３は昇降機構ＥＬにより昇降可能である。該機構により、図１に示す上昇位置、すなわち、成膜室１０内のホルダ３に対し図示省略のロボットにて基板Ｓを搬入搬出するための、開閉可能のゲート弁ＧＶに臨む上昇位置と、図２に示す膜形成のための下降位置との間を昇降できるようになっている。成膜室外から物品ホルダ３上に搬入搭載された基板Ｓは物品ホルダ３の昇降により膜形成のための位置と基板搬入搬出処理のための位置との間で往復昇降できる。このことから分かるように物品ホルダ３は成膜室１０内における物品搬送部材を兼ねている。
【００３２】
ホルダ昇降機構ＥＬは、ホルダ３から下方へ突設され、成膜室下壁を昇降可能に貫通した支持部材４１と、支持部材４１の下端部に設けられたベローズ支持板６と、成膜室１０の下壁とベローズ支持板６との間に渡し設けられた伸縮可能のベローズＢＬと、ベローズ支持板６の一側端部をボールねじ機構を介して昇降駆動するブレーキ付き電動サーボモータ７とを含んでいる。
【００３３】
支持部材４１は本例ではロッド状部材である。モータ７は、成膜室１０の下壁に連設したフレーム２０に取り付けられており、停電時にブレーキがかかるものである。
ベローズＢＬは上端部が成膜室下壁に、下端部がベローズ支持板６にそれぞれ気密に接続されているとともに支持部材４１の成膜室１０外に出た部分を気密に囲繞する筒形状のものである。
【００３４】
ボールねじ機構は、該サーボモータ７にて回転駆動されるねじ棒７１、該ねじ棒が螺合したベローズ支持板６上のナット部８１及びねじ棒７１の上端部を回転可能に支持する軸受け８２からなっており、軸受け８２はフレーム２０にアーム部材を介して支持されている。これらモータ７、ボールねじ機構等はベローズ支持板６を介して支持部材４１を、従物品ホルダ３を昇降駆動する駆動部の１例を構成している。
【００３５】
ベローズ支持板６の反対側の端部には案内輪６１、６１が設けられており、これらはフレーム２０に設けた案内レール６２に沿って転動する。
以上説明したホルダ昇降機構ＥＬによると、モータ７を正転させることでねじ棒７１を正転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっているロッド状支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を図１に示す上昇位置にセットすることができる。
また、この状態から、モータ７を逆転させることでねじ棒７１を逆転駆動し、これによりベローズ支持板６、これから立ち上がっている支持部材４１及び支持部材４１に支持されたホルダ３を図２に示す下降位置にセットすることができる。
【００３６】
ホルダ３に対してはカウンタバランス機構ＣＢも設けられている。
カウンタバランス機構ＣＢは、ピストンシリンダ装置５及びこれに対する作動流体回路９を含んでいる。ピストンシリンダ装置５は本例では空気圧作動のものであり、回路９は圧縮空気回路である。なお、ピストンシリダ装置５や回路５は空気以外の流体を使用するものでもよい。
【００３７】
ピストンシリダ装置５は複動シリンダ型のもので、そのピストンロッド５２がホルダ３を支えている支持部材４１下端部のねじ４１１にねじ継ぎ手５２０にて接続されることで、支持部材４１を介してホルダ３に接続されている。
【００３８】
圧縮空気回路９は、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９１１、リューブリケータ（給油器）９１２、圧力調整弁９１３を含んでいる。
さらに、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側のシリンダチューブポートに順次配管接続された３ポート２位置ダブルソレノイド型の切り換え電磁弁９２１、リューブリケータ９２２、圧力調整弁９２３を含んでいる。
圧力調整弁９１３、９２３はフィルタ９０１を介してコンプレッサ等の圧縮空気源９０に配管接続されている。弁９１１に対しては消音器９１４が、弁９２１に対しては消音器９２４も設けられている。
【００３９】
電磁弁９１１はそのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２が通電状態のとき、図１に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ１１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ１２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図２に示すように、ピストンシリンダ装置５のロッド側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【００４０】
このときシリンダチューブのロッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９１３にて調整されたもので、成膜室１０内が膜形成のための減圧雰囲気に設定されることで、成膜室１０内外の気圧の差によりベローズＢＬの口径（断面積）に相当するベローズ支持板６の部分に加わる力ｆから物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを差し引いた、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力、換言すれば該力Ｆに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。なお、ソレノイドＳＯＬ１１に通電されるとき切り換え電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ２２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のヘッドカバー側にある空気は弁９２１及び消音器９２４を介して大気中へ放出される。
【００４１】
電磁弁９２１はそのソレノイドＳＯＬ２１が非通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２が通電状態のとき、図２に示すように、ピストンシリンダ装置５に圧縮空気を供給しないが、ソレノイドＳＯＬ２１を通電状態、ソレノイドＳＯＬ２２を非通電状態におくと、弁ポジションが切り換えられ、図１に示すように、ピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側チューブポートに圧縮空気を供給する。
【００４２】
このときシリンダチューブのヘッド側ポートに供給される圧縮空気圧は、圧力調整弁９２３にて調整されたもので、成膜室１０内が大気圧におかれた場合の、物品ホルダ３、支持部材４１、ベローズ支持板６等による部材重力ＷＦを相殺する反力、換言すれば該力ＷＦに基づいて駆動部（モータ７等）に加わる負荷を相殺する反力をピストン５１に与える気圧である。なお、ソレノイドＳＯＬ２１に通電されるとき切り換え電磁弁９１１においては、そのソレノイドＳＯＬ１１が非通電状態におかれるとともにソレノイドＳＯＬ１２が通電状態におかれ、シリンダチューブ内のロッドカバー側にある空気は弁９１１及び消音器９１４を介して大気中へ放出される。
【００４３】
図３は膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。
この制御回路はマイクロコンピュータを中心とする制御部ＣＯＮＴを含んでいる。高周波電源ＰＷ、真空ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、ホルダ昇降機構のモータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１１〜ＳＯＬ２２、ゲート弁ＧＶ及び基板Ｓを搬入搬出する基板搬入搬出装置（図１、図２では図示省略）等はこの制御部ＣＯＮＴからの指示に基づいて動作する。  また、制御部ＣＯＮＴには前記の圧力センサＰＳからの成膜室内圧力情報が入力されるようになっており、膜形成開始等の必要な事項を指示する等のための操作パネルＰＡも接続されている。
【００４４】
次に、以上説明した膜形成装置による基板Ｓへのシリコン膜形成について、図４に示す制御部ＣＯＮＴの動作とともに説明する。
当初は、電源ＰＷ、ポンプＰＭ、ガス供給装置１００におけるマスフローコントローラや各電磁開閉弁、モータ７、圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳ０Ｌ１１〜ＳＯＬ２２は全てオフ状態にあり、ゲート弁ＧＶは閉じられており、成膜室１０内は大気圧下にある。
【００４５】
かかる状態で操作パネルから膜形成の指示があると、先ず、圧力センサＰＳから制御部ＣＯＮＴへの圧力情報が大気圧を示している状態で圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１がオフ、ＳＯＬ１２がオンされるとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１がオン、ＳＯＬ２２がオフされる（図４のステップＳ１）。
これによりピストンシリンダ装置５のヘッドカバー側ポートに物品ホルダ３等による部材重力ＷＦを相殺し得る反力を発生する圧縮空気が供給され、かくしてモータ７への部材重力ＷＦに基づく負荷を相殺する状態でモータ７を正転させてホルダ３を上昇させ、ゲート弁ＧＶに臨む上昇位置に配置する（図４のＳ２）。
【００４６】
次いでゲート弁ＧＶを開き、物品ホルダ３に被処理基板Ｓを搭載し、再びゲート弁ＧＶを閉じる（図４のＳ３）。次いでモータ７の逆転にて物品ホルダ３を下降させ、それに保持された基板Ｓを成膜位置に配置する（図４のＳ４）。この物品ホルダの下降時にも、モータ７にかかる部材重力ＷＦに基づく負荷はピストンシリンダ装置５により相殺されている。
【００４７】
このように成膜室１０内が大気圧に置かれている状態での物品ホルダ３の昇降は、部材重力ＷＦを相殺する反力を発生させて、駆動部、特にモータ７にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、物品ホルダ３の昇降は、該モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、モータトルクが小さくても済むからボールねじ機構もそれだけ簡易なもので足り、これらによりモータ７等からなる駆動部を容量の小さい安価なもので済ますことができ、それだけ膜形成装置も安価に済ませることができる。
【００４８】
また、物品ホルダ３の昇降は駆動部にかかる負荷を相殺する状態でなされるので、ホルダ３の昇降動作を軽快に行わせることができ、モータ停止に伴うホルダ３の停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の下降位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて基板Ｓの損傷を抑制することができる。
【００４９】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の落下を防止でき、ホルダ３に支持された基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
【００５０】
基板Ｓがこのように成膜位置に配置されると、ポンプＰＭをオンして成膜室１０から排気を開始し、また、ガス供給装置１００においてシランガス供給回路１０１におけるマスフローコントローラＭＦＣ１は未だオフしたまま弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４をオンして開きガス抜きし、さらに水素ガス供給回路１０２におけるマスフローコントローラＭＦＣ２も未だオフしたまま弁ＡＶ５、ＡＶ６をオンして開きガス抜きする（図４のＳ５）。なお弁ＭＶ４はメインテナンス時に開いてガス抜きを行うためのものである。
【００５１】
その後、圧力センサＰＳからの圧力情報が大気圧より低いが成膜圧よりは高圧の所定の負圧Ｐｏ以下を示すのを待って（図４のＳ６）、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ３、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６をオフして閉じる。また、成膜室１０内圧が成膜のための減圧雰囲気設定時のものにおける物品ホルダ３の昇降駆動に備え、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオン、ＳＯＬ１２をオフするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオフ、ＳＯＬ２２をオンする（図４のＳ７）。
【００５２】
これによりピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに、ベローズＢＬを収縮させる方向に働く前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）を相殺する反力を発生し得る圧縮空気が供給され始める。かくしてモータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺され得る状態でモータ７を運転してホルダ３を昇降させ得る状態とする。
【００５３】
次にシランガス供給回路１０１において弁ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ３をオンして開き、ガス溜め部ＧＲにシランガスを充填して溜め、その後弁ＭＶ２、ＡＶ３を閉じる（図４のＳ８、Ｓ９）。ひき続き弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてガス抜きし、再びこれらを閉じる（図４のＳ１０、Ｓ１１）。
【００５４】
次に高周波放電電源ＰＷをオンして放電電極１に高周波電力を印加開始するとともに、シランガス供給回路１０１における弁ＡＶ４を開いてガス溜め部ＧＲに溜められたシランガスを一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内に供給し、これと同時にマスフローコントローラＭＦＣ１をオンし、弁ＡＶ１、ＡＶ２を開いてシランガスをコントローラＭＦＣ１にて制御された流量で成膜室１０内に供給し、さらに同時に、水素ガス供給回路１０２においてもマスフローコントローラＭＦＣ２をオンし、弁ＭＶ３、弁ＡＶ５、ＡＶ６を開き、水素ガスをコントローラＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内に供給開始する（図４のＳ１２）。
【００５５】
かくして成膜室内に導入されたガスが高周波電力印加のもとにプラズマ化され、このプラズマのもとで基板Ｓにシリコン膜が形成されていく。
ここでの、高周波電力の印加は高周波電極１からの放電により誘導結合方式によりなされるが、容量結合方式を採用することも可能である。
【００５６】
この膜形成においては、シランガス（ＳｉＨ4 ）については膜形成開始に先立ってガス溜め部ＧＲに溜められ、膜形成開始にあたり、該ガス溜め部から一挙に、換言すればパルス的に成膜室１０内へ供給される。
従って、膜形成開始時には、ガス溜め部ＧＲから一挙に供給されるシランガスが成膜室内１０に一挙に行きわたりやすく、それだけ、膜形成開始時においても成膜室内のプラズマ密度は所定のものに、或いはそれに近いものとなる。
【００５７】
また、本例では、ガス溜め部ＧＲからのシランガス供給と同時的に、シランガス及び水素ガスのそれぞれがマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２で制御された流量で成膜室１０内へ供給開始され、その後もひき続きシランガス及び水素ガスが制御された流量で成膜室１０内へ供給されるので、膜形成開始時のプラズマ密度は一層確実に所定のものに、或いはそれに近いものになり、その後も所定のプラズマ密度が維持される。
これらにより、被成膜基板Ｓへの膜形成が円滑に開始され、またそれにより、その後形成される膜部分も含め、良質の膜を形成できる。
【００５８】
その後、所定時間の膜形成、換言すれば所定厚さの膜形成が終了すると（図４のＳ１３）、電源ＰＷ、ポンプＰＭ及びマスフローコントローラＭＦＣ１、ＭＦＣ２をオフし、弁ＭＶ１、ＭＶ３、弁ＡＶ１、ＡＶ２、ＡＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６を閉じ（図４のＳ１４）、モータ７を正転させてホルダ３を上昇させ（図４のＳ１５）、ゲート弁ＧＶを開いて膜形成済基板Ｓの搬出にとりかかる（図４のＳ１６）。
【００５９】
物品ホルダ３を上昇させるとき、成膜室１０の内圧が未だ減圧された状態にあるときは、ベローズＢＬを収縮させる方向の前記力Ｆ（＝ｆ−ＷＦ）が働いているが、既に、ピストンシリンダ装置５のロッドカバー側ポートに該力Ｆを相殺する反力を発生する圧縮空気が供給されており、モータ７への力Ｆに基づく負荷が相殺される状態にある。
【００６０】
従って、物品ホルダ３の上昇は、モータ７のトルクが小さくても行うことができ、また、軽快に行え、モータ停止に伴うホルダ３の上昇位置での停止が容易になり、且つ、停止時の衝撃も少なくなり、それだけホルダ３を所定の上昇位置に精度よく停止させることができるとともに、衝撃少なく停止させて膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を抑制することができる。
【００６１】
さらに、停電時には、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１、９２１のポジションが停電直前のものに維持されるので、物品ホルダ３の飛び上がりをを防止でき、ホルダ３に支持された膜形成済基板Ｓの位置ずれや損傷を防止できる。
また、何らかの都合で、前記力Ｆが働いている状態で物品ホルダ３を下降させるにあたっても、その下降は軽快円滑に行わせることができ、所望の位置に精度よく、衝撃少なく停止させることも可能である。
【００６２】
膜形成済基板Ｓの搬出のためにゲート弁ＧＶを開くことで圧力センサＰＳからの圧力情報が前記所定の負圧Ｐｏより大きくなると（図４のＳ１７）、圧縮空気回路９における切り換え電磁弁９１１のソレノイドＳＯＬ１１をオフ、ＳＯＬ１２をオンするとともに、弁９２１のソレノイドＳＯＬ２１をオン、ＳＯＬ２２をオフして（図４のステップＳ１８）、部材重力ＷＦを相殺する反力をピストンシリンダ装置５に発生させる。
【００６３】
基板搬出後、モータ７の逆転にてホルダ３を下降させ、ゲート弁ＧＶを閉じ（図４のＳ１９）、さらに圧縮空気回路９における電磁切り換え弁のソレノイドＳＯＬ１２、ＳＯＬ２１をオフする（図４のＳ２０）。
なお、ひき続き膜形成を行う場合には、膜形成後の基板を搬出したあと、ひき続き空いた物品ホルダ３に新たな基板Ｓを搭載して、膜形成を続行してもよい。
【００６４】
また、例えば、ゲート弁ＧＶを間にして成膜室１０にロード・アンロードロック室ＬＲを設け、ホルダ３に対し基板Ｓを搬入する際には、ゲート弁ＧＶは閉じてチャンバ１０内を所定の成膜圧に維持したまま、室ＬＲを開いてそこに配置したロボットに基板Ｓを受け取らせたのち、該室を閉じて成膜室内圧まで排気したのち、ゲート弁ＧＶを開いてホルダ３に該ロボットから基板Ｓを渡すようにし、膜形成された基板搬出の際には、室ＬＲ内圧を成膜室内圧に設定して弁ＧＶを開き、膜形成済基板をホルダ３から室ＬＲ内へ受け取り、次いで弁ＧＶを閉じた後、室ＬＲを開き、該室から膜形成済基板を取り出すようにする等してもよい。この場合でも、成膜室１０内が大気圧とされることがあるから、カウンタバランス機構を設けておくことが望ましい。
【００６５】
次に、以上説明した膜形成装置によるシリコン膜形成の実験例及び同膜形成装置においてガス溜め部ＧＲを使用しない比較実験例について説明する。
＜実験例＞
膜形成条件は次のとおりであった。
高周波電力：６０ＭＨｚ、４０００Ｗ
ガス溜め部ＧＲに溜めたシランガス（ＳｉＨ4 ）
の圧力及び量：圧力  ０．０７ＭＰａ、  量  １００ｃｃ〜３００ｃｃから選択できる                が本実験例では２３１ｃｃ
マスフローコントローラＭＦＣ１によるシランガス供給量：１ｓｃｃｍ
マスフローコントローラＭＦＣ２による水素ガス供給量  ：１５０ｓｃｃｍ
成膜圧：０．６７Ｐａ（５×１０-3Ｔｏｒｒ）
成膜室容量：１．５ｍ3 
被成膜基板：無アルカリガラス基板
成膜温度  ：４３０℃
成膜膜厚：８０Å（成膜初期の膜の結晶性をみるため８０Åとした）
＜比較実験例＞
膜形成条件はガス溜め部ＧＲを用いなかった点を除いて実験例と同じ。
【００６６】
かかる条件のもとに基板上にシリコン膜を形成し、ＵＶ（紫外線）反射率測定による基板界面でのＵＶ反射面強度及び膜表面でのＵＶ反射面強度を測定した。ここでＵＶ反射面強度とは、日立製作所製のHitachi UV-3500 Spectrophotometer を用いたＵＶ反射率測定結果であり、該反射率（ＵＶ反射面強度）が高いということは自由電子が多いことであり、結晶化していることを示す。
【００６７】
かかるＵＶ反射率測定結果を図５に示す。図５から、実験例において形成されたシリコン膜は膜の界面側、表面側のいずれにおいても比較実験例の膜よりＵＶ反射面強度が高く、より良質の結晶性シリコン膜であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、より良質の薄膜、例えば液晶表示装置等に採用されているＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等のスイッチング素子の形成に用いるより良質の結晶性シリコン薄膜を形成すること等に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る膜形成装置の１例の概略構成を、物品ホルダを上昇位置において示す図である。
【図２】図１に示す膜形成装置を、物品ホルダを下降位置において示す図である。
【図３】図１の膜形成装置の制御回路の概略を示すブロック図である。
【図４】図３に示す制御部の動作の概略を示すフローチャートである。
【図５】実験例、比較実験例で形成した膜のＵＶ反射面強度を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
Ｓ  基板                                      ＥＬ  昇降機構
１０  成膜室                                  ４１  物品ホルダのロッド状支持部材１  高周波放電電極                            ４１１  ねじ
ＭＸ  マッチングボックス                      ６  ベローズ支持板
ＰＷ  放電用高周波電源                        ＢＬ  ベローズ
３  物品ホルダ                                ２０  フレーム
４  ヒータ                                    ７  ブレーキ付き電動サーボモータ
７１  ねじ棒
１００  ガス供給装置                          ８１  ナット部
１０１  シランガス供給回路                    ８２  軸受け
Ｂ１  シランガスボンベ                        ６１、６２  案内輪
ＭＦＣ１  マスフローコントローラ              ６２  案内レール
ＭＶ１、ＭＶ２、ＡＶ１〜ＡＶ４  電磁開閉弁    
Ｎ１、Ｎ２  ノズル                            ＣＢ  カウンタバランス機構
ＧＲ  ガス溜め部                              ５  ピストンシリンダ装置
１０２  水素ガス供給回路                      ５１  ピストン
Ｂ２  水素ガスボンベ                          ５２  ピストンロッド
ＭＦＣ２  マスフローコントローラ              ５２０  ねじ継ぎ手
ＭＶ３、ＭＶ４、ＡＶ５、ＡＶ６  電磁開閉弁    ９  作動流体回路
Ｎ３  ノズル                                  ９１１、９２１  切り換え電磁弁
SOL11 、SOL12 、SOL21 、SOL22 
ＥＸ  排気装置                                                    ソレノイド
ＣＶ  コンダクタンスバルブ                    ９１２、９２２  リューブリケータ  ＰＭ  真空ポンプ                              ９１３、９２３  圧力調整弁
９１４、９２４  消音器
ＰＳ  圧力センサ                              ９０１  フィルタ
ＧＶ  ゲート弁                                ９０  圧縮空気源
ＬＲ  ロード・アンロードロック室              ＣＯＮＴ  制御部
ＰＡ  操作パネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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