(57)【要約】【課題】  プラズマＣＶＤに悪影響を与えることなく、成膜対象の基板を効率的に加熱することが可能なプラズマＣＶＤ装置を提供する。【解決手段】  真空チャンバー１の天板１３は、その一部が上方に凸設されてプラズマ発生領域とされており、この天板１３の凸設領域の内壁面には、複数の誘導結合型アンテナ５が配設されている。この誘導結合型アンテナ５は、マッチングボックス２５を介して高周波電源２４に接続されている。また、この天板１３の凸設領域には、断熱板１１および第２断熱板１２が配設されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマＣＶＤにより基板に対して成膜を行うプラズマＣＶＤ装置において、
真空チャンバーと、
前記真空チャンバー内において基板を保持する基板保持部と、
前記真空チャンバーの内壁面に配設された巻数が未周回の誘導結合型アンテナと、
前記誘導結合型アンテナに高周波電力を印加する高周波電力供給部と、
前記真空チャンバー内に材料ガスを供給するためのガス導入部と、
前記基板保持部に保持された基板を加熱するための加熱部と、
前記真空チャンバーの内壁面に近接して配設され、前記加熱部により加熱された基板から前記真空チャンバーの内壁面への輻射熱の熱流を低減する断熱板と、
を備えたことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面におけるシース領域に配設されるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面と同電位であるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板におけるシース領域に配置され、前記断熱板と同電位となる第２断熱板を、前記断熱板に対して前記真空チャンバーの内壁面とは逆側に備えるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板および前記第２断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面のうち前記誘導結合型アンテナおよび前記ガス導入部が配設された内壁面と対向配置されており、
前記断熱板および前記第２断熱板には、前記誘導結合型アンテナとの干渉を避けるための第１切欠部と、前記真空チャンバー内に前記ガス導入部から材料ガスを導入するための第２切欠部とが形成されるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板または前記第２断熱板の少なくとも一方における前記第１切欠部または前記第２切欠部には、前記真空チャンバーの内壁面に向かう方向に延伸する折り曲げ部が形成されるプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載のプラズマＣＶＤ装置において、
前記断熱板または前記第２断熱板と前記誘導結合型アンテナとの距離は、前記誘導結合型アンテナにおけるシース領域に相当する距離より小さいプラズマＣＶＤ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により基板に対して成膜を行うプラズマＣＶＤ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなプラズマＣＶＤ装置として、その各々が、表面が絶縁体で被覆され真空チャンバーを周回しないで終端し当該高周波の１/ ４波長の長さよりも短い線状又は板状の導体からなる複数本のアンテナを真空チャンバー内に備え、複数本のアンテナの各々に真空チャンバーの外部に設けられた板状導体により高周波電力を並列に供給する構造を有し、高周波給電点と複数本のアンテナの各々とを直線で結んだ距離が高周波の１/ ４波長の長さよりも短くなるように板状導体を配設したプラズマ装置が提案されている（特許文献１参照）。このようなプラズマ装置によれば、アンテナのインダクタンスを大幅に低減して高周波電圧の増大を抑制し、また、定在波の発生を防いでプラズマの均一性が損なわれることを防止し、良好なプラズマを得ることができるという効果を奏する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７５１９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなプラズマＣＶＤ装置においては、成膜対象の基板を加熱する必要がある。このとき、真空中の物体の加熱は、その大部分が輻射によるものであり、成膜対象の基板の温度を効率的に上昇させるためには、基板から真空チャンバーの壁面への輻射をできるだけ小さくする必要がある。一方、真空チャンバーの壁面は、一定以上の温度とならないように冷却されている。このため、基板から真空チャンバーの壁面への輻射により熱が失われ、基板を効率的に加熱することが困難となるという問題が生ずる。
【０００５】
この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、プラズマＣＶＤに悪影響を与えることなく、成膜対象の基板を効率的に加熱することが可能なプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、プラズマＣＶＤにより基板に対して成膜を行うプラズマＣＶＤ装置において、真空チャンバーと、前記真空チャンバー内において基板を保持する基板保持部と、前記真空チャンバーの内壁面に配設された巻数が未周回の誘導結合型アンテナと、前記誘導結合型アンテナに高周波電力を印加する高周波電力供給部と、前記真空チャンバー内に材料ガスを供給するためのガス導入部と、前記基板保持部に保持された基板を加熱するための加熱部と、前記真空チャンバーの内壁面に近接して配設され、前記加熱部により加熱された基板から前記真空チャンバーの内壁面への輻射熱の熱流を低減する断熱板と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面におけるシース領域に配設される。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面と同電位である。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記断熱板におけるシース領域に配置され、前記断熱板と同電位となる第２断熱板を、前記断熱板に対して前記真空チャンバーの内壁面とは逆側に備える。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記断熱板および前記第２断熱板は、前記真空チャンバーの内壁面のうち前記誘導結合型アンテナおよび前記ガス導入部が配設された内壁面と対向配置されており、前記断熱板および前記第２断熱板には、前記誘導結合型アンテナとの干渉を避けるための第１切欠部と、前記真空チャンバー内に前記ガス導入部から材料ガスを導入するための第２切欠部とが形成される。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記断熱板または前記第２断熱板の少なくとも一方における前記第１切欠部または前記第２切欠部には、前記真空チャンバーの内壁面に向かう方向に延伸する折り曲げ部が形成される。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載の発明において、前記断熱板または前記第２断熱板と前記誘導結合型アンテナとの距離は、前記誘導結合型アンテナにおけるシース領域に相当する距離より小さい。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、断熱板の作用により、プラズマＣＶＤに悪影響を与えることなく、成膜対象の基板を効率的に加熱することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、断熱板がチャンバーの内壁面におけるシース領域に配設されることから、断熱板によるプラズマへの影響をより小さなものとすることが可能となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、断熱板とチャンバーの内壁面とが同電位であることから、断熱板によるプラズマへの影響をより小さなものとすることが可能となる。
【００１６】
請求項４に記載の発明によれば、第２断熱板の作用により、プラズマＣＶＤに悪影響を与えることなく、成膜対象の基板をさらに効率的に加熱することが可能となる。
【００１７】
請求項５に記載の発明によれば、誘導結合型アンテナの作用によるプラズマの発生とチャンバー内へのガスの導入に影響を与えることなく、熱の輻射を防止することが可能となる。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、折り曲げ部の作用により、断熱板または第２断熱板とチャンバーの内壁面との間へのプラズマの侵入を抑制することが可能となる。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、誘導結合型アンテナ付近のプラズマへの影響をより小さなものとすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概要図である。
【図２】キャリア２により基板６を支持する状態を示す斜視図である。
【図３】チャンバー１内に配設された誘導結合型アンテナ５付近の概要図である。
【図４】第２断熱板１２の斜視図である。
【図５】誘導結合型アンテナ５と、真空チャンバー１の天板１３と、断熱板１１および第２断熱板１２との配置関係を示す拡大図である。
【図６】この発明に係るプラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置との熱輻射の差異を説明するための概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置の概要図である。なお、この図においては、各部の配置および形状は、説明の便宜のため、誇張して表現している。
【００２２】
このプラズマＣＶＤ装置は、例えば太陽電池製造用ウエハ等の基板にプラズマＣＶＤによる成膜を実行するものであり、その内部に真空処理空間を形成する真空チャンバー１と、この真空チャンバー１内において基板を保持したキャリア２を搬送するための複数の搬送ローラ４と、キャリア２に保持された状態で搬送ローラ４により搬送される基板を加熱するためのセラミックヒータ等のヒータ３と、排気部２３とを備える。真空チャンバー１の入口には、ロードロックチャンバーに接続されたゲート２２が配設されており、真空チャンバー１の出口には、アンロードロックチャンバーに接続されたゲート２１が配設されている。
【００２３】
真空チャンバー１の天板１３は、その一部が上方に凸設されてプラズマ発生領域とさており、この天板１３の凸設領域の内壁面には、複数の誘導結合型アンテナ５が配設されている。この誘導結合型アンテナ５は、マッチングボックス２５を介して高周波電源２４に接続されている。また、この天板１３の凸設領域には、この発明の特徴部分である断熱板１１および第２断熱板１２が配設されている。なお、これらの断熱板１１および第２断熱板１２は、凸設領域における天板１３だけではなく、天板１３における全領域に対して対向配置してもよい。
【００２４】
また、真空チャンバー１は、原料ガスとしてのシラン（ＳｉＨ４  ）ガスの供給部２６と、マスフローコントローラ２７および配管３１を介して接続されている。さらに、真空チャンバー１は、原料ガスとしてのアンモニア（ＮＨ３  ）ガスの供給部２８と、マスフローコントローラ２９および配管３２を介して接続されている。また、図１においては図示を省略しているが、真空チャンバー１は、アルゴン、酸素、水素等の添加ガスの供給部とも接続されている。
【００２５】
図２は、上述したキャリア２により基板６を支持する状態を示す斜視図である。
【００２６】
キャリア２には、例えば、９個の孔部が形成されており、各孔部内において、爪部材等により基板６を保持する構成を有する。
【００２７】
図３は、真空チャンバー１内に配設された誘導結合型アンテナ５付近の概要図である。なお、この図においては、図１の断面とは直交する方向の断面を示している。また、この図においては、搬送ローラ４の図示を省略している。
【００２８】
上述した誘導結合型アンテナ５は、アンテナ本体５１と、石英などからなる誘電体の保護パイプ５２と、同じく石英などからなる誘電体の基部５３とから構成される。この誘導結合型アンテナ５は、真空チャンバー１内において、４×２のマトリックス状に８個配設されている。図３においては、そのうちの２個のみを図示している。なお、図示は省略しているが、アンテナ本体５１と基部５３との間、基部５３と天板１３との間には、それぞれＯリング等が設けられることにより適宜真空シールされている。
【００２９】
各誘導結合型アンテナ５は、Ｕ字形状を有する。このようなＵ字形状の誘導結合型アンテナ５は、巻数が１回未満、すなわち巻数が未周回の誘導結合型アンテナに相当し、巻数が１回以上の誘導結合型アンテナよりもインダクタンスが低いため、誘導結合型アンテナ５の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。なお、このような誘導結合タイプの高周波アンテナは、例えば、特許第３８３６６３６号公報、特許第３８３６８６６号公報、特許第４４５１３９２号公報、特許第４８５２１４０号公報等に開示されている。
【００３０】
図３に示すように、真空チャンバー１の天板１３には、シランガスの導入口４７が形成されている。このシランガスの導入口４７は、図１に示す配管３１と接続されている。また、真空チャンバー１の天板１３には、アンモニアガスの導入口４８が形成されている。このアンモニアガスの導入口４８は、図１に示す配管３２と接続されている。
【００３１】
図４は、上述した第２断熱板１２の斜視図である。なお、この図は、第２断熱板１２を、図１および図３の下面側から見た斜視図となっている。
【００３２】
この第２断熱板１２には、誘導結合型アンテナ５との干渉を避けるための８個の第１切欠部４１と、真空チャンバー１内にガスの導入口４７、４８からシランガスおよびアンモニアガスを導入するための１５個の第２切欠部４２と、１２個のネジ穴４３とが形成されている。第１切欠部４１には、図１および図３に示す真空チャンバー１への装着時に、真空チャンバー１の天板１３における内壁面に向かう方向に延伸する折り曲げ部４５が形成されている。また、第２切欠部４２には、図１および図３に示す真空チャンバー１への装着時に、真空チャンバー１の天板１３における内壁面に向かう方向に延伸する折り曲げ部４６が、絞り加工により形成されている。
【００３３】
なお、断熱板１１は、折り曲げ部４５、４６が形成されていない点を除き、第２断熱板１２と同様の構成を有する。断熱板１１と第２断熱板１２とは、アルミニウム合金やステンレスにより製作されており、プラズマに面する領域にはセラミックスコーティングが施されている。断熱板１１と第２断熱板１２とは、図４に示すように、ネジ穴４３を利用して、導電性のネジ４４により真空チャンバー１の天板１３における内壁面に装着される。このため、真空チャンバー１の天板１３における内壁面と、断熱板１１および第２断熱板１２とは、常に、同電位となっている。
【００３４】
図５は、誘導結合型アンテナ５と、真空チャンバー１の天板１３と、断熱板１１および第２断熱板１２との配置関係を示す拡大図である。
【００３５】
この図に示すように、真空チャンバー１の天板１３と断熱板１１との距離はＤ１であり、断熱板１１と第２断熱板１２との距離はＤ２であり、断熱板１１および第２断熱板１２と誘導結合型アンテナ５との距離はＤ３であり、第２断熱板１２における折り曲げ部４６の先端と真空チャンバー１の天板１３との距離はＤ４となっている。
【００３６】
そして、真空チャンバー１の天板１３と断熱板１１との距離Ｄ１は、断熱板１１が真空チャンバー１の天板１３の内壁面におけるシース領域に配置される距離となっている。また、断熱板１１と第２断熱板１２との距離Ｄ２は、第２断熱板１２が断熱板１１におけるシース領域に配置される距離となっている。また、断熱板１１および第２断熱板１２と誘導結合型アンテナ５との距離Ｄ３は、誘導結合型アンテナ５におけるシース領域に相当する距離より小さくなっている。さらに、第２断熱板１２における折り曲げ部４６の先端と真空チャンバー１の天板１３との距離Ｄ４は、距離Ｄ１より小さな距離となっている。
【００３７】
以上のような構成を有するプラズマＣＶＤ装置によりプラズマＣＶＤによる成膜を行う場合には、搬送ローラ４により複数の基板６を支持したキャリア２を搬送する。そして、この基板６をヒータ３により加熱する。また、真空チャンバー１内にガスの導入口４７、４８からシランガスおよびアンモニアガスを導入するとともに、誘導結合型アンテナ５に高周波電力を供給してプラズマを発生させる。
【００３８】
ここで、この実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、真空チャンバー１内に設けられた巻数が未周回の誘導結合型アンテナ５に高周波電力を供給して高密度でプラズマ電位の低いプラズマを発生させることができるので、基板６を高速で搬送した場合においてもプラズマを用いた処理を実行することができる。このため、例えば、真空チャンバー１の、真空排気可能なロードロック室とアンロードロック室とをゲート２１、２２を介して接続することによって、真空チャンバー１内を大気解放することなく、基板６の搬入、搬出を可能とすれば、基板６の搬入、プラズマＣＶＤ処理、搬出からなる一連の処理を、複数の基板６に対して、連続的に高速で行うことができ、プラズマＣＶＤ装置のスループットを向上させることが可能となる。
【００３９】
そして、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、断熱板１１および第２断熱板１２の作用により、基板６から真空チャンバー１の天板１３への輻射熱をより小さくすることにより、基板６をより効率的に加熱することができる。
【００４０】
図６は、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置と従来のプラズマＣＶＤ装置との熱輻射の差異を説明するための概要図である。
【００４１】
この発明に係るプラズマＣＶＤ装置においては、図６（ａ）に示すように、基板６と真空チャンバー１の天板１３との間に、断熱板１１と第２断熱板１２とが配設されている。すなわち、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置においては、高温の熱源であるヒータ３と低温の物体である真空チャンバー１の天板１３との間に、加熱対象となる基板６の他に断熱板１１と第２断熱板１２とが存在することになる。この場合には、高温である温度Ｔｈのヒータ３と低温である温度Ｔ０の天板１３との間に、温度Ｔ１の基板６、温度Ｔ２の第２断熱板１２および温度Ｔ３の断熱板１１が存在することになり、Ｔｈから、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３を経てＴ０に至る輻射が発生する。
【００４２】
一方、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、図６（ｂ）に示すように、基板６と真空チャンバー１の天板１３との間にはいかなる物体も存在しない。従って、従来のプラズマＣＶＤ装置においては、高温の熱源であるヒータ３と低温の物体である真空チャンバー１の天板１３との間に、加熱対象となる基板６のみが存在することになる。この場合には、高温である温度Ｔｈのヒータ３と低温である温度Ｔ０の天板１３との間に、温度Ｔ４の基板６のみが存在することになり、Ｔｈから、Ｔ４を経てＴ０に至る輻射が発生する。
【００４３】
真空中においては、加熱は輻射が主たる物理現象であり、熱流束は輻射が生ずる二つの物体間の絶対温度の４乗の差と輻射係数により決定される。図６に示すように、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置の場合には、温度Ｔ３の断熱板１１および温度Ｔ２の第２断熱板１２を備えていることから、輻射係数が同一であると想定した場合、ヒータ３から天板１３に流れる熱流束は、従来のプラズマＣＶＤ装置と比較して、おおよそ半分になることになる。
【００４４】
実験によると、図６（ａ）に示すこの発明に係るＣＶＤ装置において、ヒータ３の温度摂氏５００度とし、真空チャンバー１の天板１３の温度を摂氏７０度に維持した場合、断熱板１１の温度は摂氏２９０度となり、第２断熱板１２の温度は摂氏３８５度となり、基板６の温度を摂氏４５０度とすることができた。このときのヒータ３から真空チャンバー１への熱流束は約８５００［Ｗ／ｍ２  ］であった。一方、図６（ｂ）に示す従来のＣＶＤ装置においては、同様の条件、すなわち、ヒータ３の温度摂氏５００度とし、真空チャンバー１の天板１３の温度を摂氏７０度に維持した場合、基板６の温度は摂氏３８５度となった。このときのヒータ３から真空チャンバー１への熱流束は約１７００００［Ｗ／ｍ２  ］であった。
【００４５】
また、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置においては、上述したように断熱板１１および第２断熱板１２の作用により、成膜対象の基板６を効率的に加熱する構成を採用した場合においても、プラズマＣＶＤに悪影響を与えることはない。
【００４６】
すなわち、断熱板１１と第２断熱板１２とは、図４に示すように、ネジ穴４３を利用して、導電性のネジ４４により真空チャンバー１の天板１３における内壁面に装着される。このため、真空チャンバー１の天板１３における内壁面と、断熱板１１および第２断熱板１２とは、常に、同電位となっている。そして、真空チャンバー１の天板１３と断熱板１１との距離Ｄ１は、断熱板１１が真空チャンバー１の天板１３の内壁面におけるシース領域に配置される距離となっており、断熱板１１と第２断熱板１２との距離Ｄ２は、第２断熱板１２が断熱板１１におけるシース領域に配置される距離となっている。これにより、プラズマの挙動から見た場合において、断熱板１１および第２断熱板１２は、真空チャンバー１の天板１３と実質的に一体化した状態となり、プラズマに乱れを生ずることを防止することができる。
【００４７】
また、断熱板１１および第２断熱板１２と誘導結合型アンテナ５との距離Ｄ３は、誘導結合型アンテナ５におけるシース領域に相当する距離より小さくなっている。これにより、誘導結合型アンテナ５付近のプラズマへの影響をより小さなものとすることが可能となる。そして、第２断熱板１２における折り曲げ部４６の先端と真空チャンバー１の天板１３との距離Ｄ４は、距離Ｄ１より小さな距離となっている。この折り曲げ部４６の作用により、断熱板１１または第２断熱板１２と真空チャンバー１における天板１３の内壁面との間へのプラズマの侵入を抑制することが可能となる。
【００４８】
このような構成により、この発明に係るプラズマＣＶＤ装置においては、断熱板１１および第２断熱板１２の作用により成膜対象の基板６を効率的に加熱する構成を採用した場合においても、プラズマＣＶＤに悪影響を与えることはない。このため、基板６を効率的に加熱することができ、巻数が未周回の誘導結合型アンテナ５による高密度でプラズマ電位の低いプラズマの発生と相俟って、基板６のプラズマＣＶＤ処理を効果的に実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１      真空チャンバー
２      キャリア
３      ヒータ
４      搬送ローラ
５      誘導結合型アンテナ
６      基板
１１    断熱板
１２    第２断熱板
１３    天板
２１    ゲート
２２    ゲート
２４    高周波電源
２５    マッチングボックス
４１    第１切欠部
４２    第２切欠部
４３    ネジ穴
４５    折り曲げ部
４６    折り曲げ部
４７    ネジ
４７    シランガスの導入口
４８    アンモニアガスの導入口
５１    アンテナ本体
５２    保護パイプ
５３    基部
【図１】
2016041837.tif 000003
【図２】
2016041837.tif 000004
【図３】
2016041837.tif 000005
【図４】
2016041837.tif 000006
【図５】
2016041837.tif 000007
【図６】
2016041837.tif 000008