KR20140009485A - 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법 - Google Patents

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Abstract

피성막물에 대향시키는 고주파 전극과, 피성막물에 접속시키는 접지 전극을 가지며, 고주파 전극과 접지 전극과의 사이에 발생시킨 플라즈마를 이용하여 피성막물을 성막하는 플라즈마 성막 장치로서, 고주파 전극은, 피성막물(100)의 제1 피성막면(113)에 대향시키는 제1 고주파 전극(101)과, 피성막물 중 제1 피성막면과는 반대측의 제2 피성막면(114)에 대향시키는 제2 고주파 전극(102)을 가지며, 제1 고주파 전극, 제2 고주파 전극 및 접지 전극(103)은, 제1 피성막면의 성막을 위한 제1 고주파 전극 및 접지 전극 사이의 플라즈마와, 제2 피성막면의 성막을 위한 제2 고주파 전극 및 접지 전극 사이의 플라즈마를 동시에 발생시킨다.

Description

플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법{PLASMA FILM FORMING APPARATUS AND PLASMA FILM FORMING METHOD}
본 발명은, 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법에 관한 것으로, 특히, 플라즈마를 이용하여 기판에 박막을 형성하기 위한 플라즈마 성막 장치의 기술에 관한 것이다.
근래, 반도체 장치의 제조에 있어서, 예를 들면, 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)의 수법에 의한 박막 형성이 널리 실시되고 있다. 플라즈마 CVD는, 복잡한 구조의 장치를 불필요하게 하고, 비교적 저온에서의 성막이 가능한 것을 이점으로 한다. 또한, 플라즈마 CVD는, 진공 증착이나 스퍼터 등의 PVD(Physical Vapor Deposition)와 비교하여, 적용 범위가 양호한 것이나, 피성막물의 배치대로 다수의 피성막물을 한번에 처리 가능한 것 등 때문에, 여러가지의 용도에 이용되고 있다.
여기서, 현재 주류로 되어 있는 플라즈마 CVD의 순서의 한 예를 설명한다. 피성막물은, 진공펌프에 의해 배기된 챔버 내부의 접지 전극상에 재치된다. 챔버 내에는 반응가스를 도입한다. 피성막물에 대향하는 위치의 전극으로부터는 고주파 전력을 인가함에 의해, 반응가스를 여기한다. 여기된 반응가스와 피성막물과의 화학 반응에 의해, 피성막물에의 성막이 행하여진다. 이 방법에 의하면, 성막 장치를 비교적 간이한 구성으로 할 수 있다. 또한, 설비를 대형화함으로써, 다수의 피성막물의 성막 처리가 가능하다. 또한, 피성막물의 고정할 필요가 없기 때문에, 피성막물 윗면 전체에의 성막도 가능하다.
단, 이 방법의 경우, 다수의 피성막물의 처리를 위해서는 설비의 대형화를 피할 수 없게 된다. 또한, 성막이 상방부터 하방을 향하는, 이른바 디포-다운 방식(deposition down method)을 채용하기 때문에 챔버 내에 발생한 파티클이 피성막물상에 용이하게 퇴적하여, 파티클을 마스크로 하는 성막의 저해가 일어나기 쉽게 된다. 이 문제를 회피하기 위해, 근래, 고주파 전극 및 접지 전극을 세로놓기(縱置)로 하는 구성이 보급되기 시작하고 있다. 이 구조에서는, 한정된 설비 내에 많은 피성막물을 재치 가능하게 하고, 설비를 소형화할 수 있다. 또한, 이 구조에서는, 피성막면에의 파티클의 낙하가 억제됨으로써, 메인터넌스의 간편화나 설비의 가동률 향상이 가능해진다.
플라즈마 CVD에 의한 성막에서는, 플라즈마 출력, 고주파 전극부터 피성막면의 거리, 챔버 내부의 압력, 반응가스의 유량 등이, 막질에 영향을 미치는 인자로서 들 수 있다. 이 중, 하나의 챔버 내에서 복수의 조건을 성립시킬 수 있는 인자로서는, 플라즈마 출력, 고주파 전극부터 피성막면의 거리가 해당한다.
현재 왕성하게 개발이 진행되고 있는 태양전지 셀은, 기판 양면에 박막을 형성함에 의해, 대폭적인 특성 향상이 기대되고 있다. 종래 널리 보급되어 있는 CVD 장치의 모두가, 피성막물의 편면(片面)을 피성막면으로 하는 것이기 대문에, 양면 성막을 포함한 디바이스에 관해서는, 편면씩의 성막을 행함으로써 제조 공정이 증가하고, 프로세스가 복잡화하게 된다. 또한, 막두께가 서로 다른 박막을 기판 양면에 형성하는 경우, 표면의 성막을 위한 설비와 이면의 성막을 위한 설비에서는 제조 조건의 공유화가 이루어지지 않는 일로도 된다.
특허 문헌 1 : 일본 특개평10-319207호 공보
현재 보급되고 있는 설비 구성에서는, 하나의 성막 공정에 대해 하나의 설비를 필요로 하고 있다. 이 때문에, 기판 양면에의 성막을 위해 프로세스가 증가하는 것은 제조 공정의 증가에 직결되고, 생산성의 악화를 초래하게 된다.
본 발명은, 상기한 것을 감안하여 이루어진 것으로서, 기판 양면에의 성막을 효율적으로 실시 가능하게 하는 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 피성막물에 대향시키는 고주파 전극과, 상기 피성막물에 접속시키는 접지 전극을 가지며, 상기 고주파 전극과 상기 접지 전극과의 사이에 발생시킨 플라즈마를 이용하여 상기 피성막물을 성막하는 플라즈마 성막 장치로서, 상기 고주파 전극은, 상기 피성막물의 제1 피성막면에 대향시키는 제1 고주파 전극과, 상기 피성막물 중 상기 제1 피성막면과는 반대측의 제2 피성막면에 대향시키는 제2 고주파 전극을 가지며, 상기 제1 고주파 전극, 상기 제2 고주파 전극 및 상기 접지 전극은, 상기 제1 피성막면의 성막을 위한 상기 제1 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마와, 상기 제2 피성막면의 성막을 위한 상기 제2 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마를 동시에 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 플라즈마 성막 장치는, 하나의 성막 공정에 의해, 피성막물의 제1 피성막면과 제2 피성막면을 동시에 성막 가능하게 한다. 플라즈마 성막 장치는, 피성막물의 성막을 편면씩 실시하는 경우에 비하여, 기판 양면에의 성막을 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 이 플라즈마 성막 장치를 적용함으로써, 양면 성막을 필요로 하는 디바이스에 관해 제조 공정을 감소시키고, 프로세스의 간이화가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 위치 조정 기구에 의한 피성막물의 위치 조정에 관해 설명하는 도면.
도 3은 위치 조정 기구에 의한 피성막물의 위치 조정에 관해 설명하는 도면.
도 4는 접지 전극의 구성례를 도시하는 평면도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도.
이하에, 본 발명에 관한 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법의 실시의 형태를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 이 실시의 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시의 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 플라즈마 성막 장치는, 제1 고주파 전극(101), 제2 고주파 전극(102), 접지 전극(103), 챔버(104), 진공펌프(105), 고주파 전원(106) 및 위치 조정 기구(116)를 갖는다.
챔버(104)는, 가스 공급구(107) 및 배기구(108)를 구비한다. 배기구(108)는, 진공펌프(105)를 구비하는 배기 경로에 접속되어 있다. 진공펌프(105)는, 챔버(104) 내로부터 배기 경로로의 배기를 행한다. 챔버(104) 내는, 진공펌프(105)에 의해 진공도가 제어되고 있다. 가스 공급구(107)는, 가스 공급원(도시 생략)을 구비하는 가스 공급 경로에 접속되어 있다. 가스 공급원은, 챔버(104) 내에 성막 가스를 공급한다.
제1 고주파 전극(101), 제2 고주파 전극(102) 및 접지 전극(103)은, 챔버(104) 내부에 마련되어 있다. 제1 고주파 전극(101)이 구비하는 제1 전극면(111)과, 제2 고주파 전극(102)이 구비하는 제2 전극면(112)은, 서로 평행하게 되어 있다. 또한, 제1 고주파 전극(101) 및 제2 고주파 전극(102)은, 제1 전극면(111) 및 제2 전극면(112)이 소정의 간격을 이루도록 배치되어 있다. 고주파 전원(106)은, 제1 고주파 전극(101) 및 제2 고주파 전극(102)에 대해 동등한 고주파 전력을 공급한다.
접지 전극(103)은, 제1 고주파 전극(101) 및 제2 고주파 전극(102)의 사이에 배치되어 있다. 접지 전극(103)의 위에는, 피성막물(100)이 재치된다. 피성막물(100)은, 예를 들면 반도체 기판으로 한다. 피성막물(100)은, 제1 피성막면(113)을 제1 전극면(111)에 대향시키고, 접지 전극(103)상에 재치된다.
접지 전극(103)에는, 개구(115)가 마련되어 있다. 피성막물(100)은, 개구(115)를 넘어서 재치되어 있다. 피성막물(100) 중 제1 피성막면(113)과는 반대측의 제2 피성막면(114)은, 개구(115) 내의 부분이 제2 전극면(112)에 대향하고 있다. 피성막물(100)은, 제2 피성막면(114) 중 개구(115) 밖의 부분에서, 접지 전극(103)에 접촉하고 있다.
플라즈마 성막 장치는, 플라즈마 발생 공정에서 제1 고주파 전극(101) 및 접지 전극(103)의 사이에 발생시킨 플라즈마를 이용하여, 피성막물(100)의 제1 피성막면(113)을 성막한다. 또한, 플라즈마 성막 장치는, 플라즈마 발생 공정에서 제2 고주파 전극(102) 및 접지 전극(103)의 사이에 발생시킨 플라즈마를 이용하여, 피성막물(100)의 제2 피성막면(114)을 성막한다.
제1 고주파 전극(101), 제2 고주파 전극(102) 및 접지 전극(103)은, 제1 고주파 전극(101)과 접지 전극(103) 사이의 플라즈마와, 제2 고주파 전극(102)과 접지 전극(103) 사이의 플라즈마를, 동시에 발생시킨다. 이에 의해, 플라즈마 성막 장치는, 제1 피성막면(113)의 성막과 제2 피성막면(114)의 성막을 동시에 행한다.
위치 조정 기구(116)는, 위치 조정 공정에서, 제1 전극면(111) 및 제2 전극면(112)에 수직한 방향인 연직 방향으로 접지 전극(103)을 이동시킨다. 위치 조정 기구(116)는, 접지 전극(103)의 이동에 의해, 피성막물(100)을 지지하는 위치를 연직 방향에 대해 조정 가능하게 한다.
도 2 및 도 3은, 위치 조정 기구에 의한 피성막물의 위치 조정에 관해 설명하는 도면이다. 여기서는, 설명에 필요한 구성 이외의 구성에 관한 도시를 생략하고 있다. d1은, 제1 전극면(111)과 제1 피성막면(113) 사이의 거리로 한다. d2는, 제2 전극면(112)과 제2 피성막면(114) 사이의 거리로 한다.
제1 피성막면(113)에 형성하는 박막을, 제2 피성막면(114)에 형성하는 박막보다 두껍게 하는 경우, 도 2에 도시하는 바와 같이, 위치 조정 기구(116)는, 피성막물(100)을 지지하는 위치를, d1<d2가 되는 위치로 조정한다. 또한, 제2 피성막면(114)에 형성하는 박막을, 제1 피성막면(113)에 형성하는 박막보다 두껍게 하는 경우, 도 3에 도시하는 바와 같이, 위치 조정 기구(116)는, 피성막물(100)을 지지하는 위치를, d1>d2가 되는 위치로 조정한다.
플라즈마 성막 장치는, 제1 고주파 전극(101) 및 접지 전극(103) 사이의 플라즈마와, 제2 고주파 전극(102) 및 접지 전극(103) 사이의 플라즈마를 동시에 발생시킴으로써, 피성막물(100)의 제1 피성막면(113)과 제2 피성막면(114)을 동시에 성막할 수 있다. 플라즈마 성막 장치는, 피성막물(100)의 양면의 동시 성막을 가능하게 하으로써, 피성막물(100)의 성막을 편면씩 실시하는 경우에 비하여 양면 성막을 필요로 하는 디바이스에 관해 제조 공정을 감소시키고, 프로세스의 간이화가 가능하게 된다.
플라즈마 성막 장치는, 피성막물(100)을 지지하는 위치를 적절히 조정 가능하게 함으로써, 제1 피성막면(113)과 제2 피성막면(114)에서, 서로 다른 막두께의 박막을 한번에 형성할 수 있다. 플라즈마 성막 장치는, 하나의 성막 공정에 의해, 제1 피성막면(113)과 제2 피성막면(114)의 각각에 소망하는 막두께의 박막을 형성 가능하게 한다. 이에 의해, 플라즈마 성막 장치는, 기판 양면에의 성막을 효율적으로 실시할 수 있다. 플라즈마 성막 장치는, 제조 공정을 집약 가능하게 함으로써, 디바이스의 제조 라인의 간략화, 원재료 비용의 저감, 소비 전력의 저감이 가능해진다.
도 4는, 접지 전극의 구성례를 도시하는 평면도이다. 여기서는, 피성막물(100)이 재치된 접지 전극(103)의, 제1 피성막면(113)측에서의 평면 구성을 나타내고 있다. 각 개구(115)는, 각각 공통의 사각형을 이루고 있다. 개구(115)는, 2차원 방향으로 매트릭스형상으로 배치되어 있다. 안착부(countersunk portion;117)는, 각 개구(115)의 외연(外緣) 중, 서로 대향하는 2변에 따라 형성되어 있다. 피성막물(100)은, 안착부(117)에 재치된다. 안착부(117)는, 피성막물(100)을 지지한다. 안착부(117)는, 예를 들면, 도 1에 도시하는 접지 전극(103)중, 경사로 도시한 부분에 상당한다.
플라즈마 성막 장치는, 개구(115)마다 피성막물(100)을 재치함으로써, 하나의 성막 공정에 의해 복수의 피성막물(100)의 성막을 실시할 수 있다. 또한, 피성막물(100)은, 제1 피성막면(113) 및 제2 피성막면(114) 중 막의 부분적인 결손의 회피가 보다 요망되는 면을, 접지 전극(103)에 재치되는 측, 즉 하측으로 하여 배치하여도 좋다. 막의 결손의 회피가 요망되는 면에 대해, 파티클의 낙하에 의한 성막의 저해를 억제시키고, 피성막물(100) 전체로서의 파티클에 의한 영향을 저감시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 성막 장치는, 피성막물(100)을 접지 전극(103) 자체에 재치하는 경우로 한정되지 않고, 예를 들면, 접지 전극(103)에 접촉시킨 재치 수단인 서셉터(susceptor) 등에 피성막물(100)을 재치하는 것으로 하여도 좋다. 서셉터는, 도전성 부재를 이용하여 구성되어 있다. 본 실시의 형태에 적용된 서셉터에는, 개구(115)가 형성되어 있다. 또한, 이 경우, 위치 조정 기구(116)는, 당해 서셉터의 위치를 조정한다. 플라즈마 성막 장치는, 예를 들면 접지 전극(103) 자체에의 피성막물(100)의 재치나, 접지 전극(103) 자체의 위치 조정 또는 개구(115)의 형성 등이 곤란한 경우에도, 당해 서셉터를 사용함으로써, 본 실시의 형태의 효과를 얻을 수 있다.
실시의 형태 2.
도 5는, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 플라즈마 성막 장치의 개략 구성을 도시하는 단면도이다. 실시의 형태 1과 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 플라즈마 성막 장치는, 제1 고주파 전극(101), 제2 고주파 전극(102), 접지 전극(103), 챔버(104), 진공펌프(105), 제1 고주파 전원(201) 및 제2 고주파 전원(202)을 갖는다.
접지 전극(103)은, 제1 전극면(111)과 제2 전극면(112) 사이의 중앙에 피성막물(100)이 재치되도록 마련되어 있다. 제1 고주파 전원(201)은, 제1 고주파 전극(101)에 고주파 전력을 공급한다. 제2 고주파 전원(202)은, 제2 고주파 전극(102)에 고주파 전력을 공급한다. 제1 고주파 전원(201) 및 제2 고주파 전원(202)은, 공급하는 고주파 전력이 개별적으로 제어된다.
제1 피성막면(113)에 형성하는 박막을, 제2 피성막면(114)에 형성하는 박막보다 두껍게 하는 경우, 플라즈마 성막 장치는, 제1 고주파 전원(201)으로부터 공급하는 고주파 전력이, 제2 고주파 전원(202)으로부터 공급하는 고주파 전력보다 높아지도록 조정한다. 또한, 제2 피성막면(114)에 형성하는 박막을, 제1 피성막면(113)에 형성하는 박막보다 두껍게 하는 경우, 플라즈마 성막 장치는, 제2 고주파 전원(202)으로부터 공급하는 고주파 전력이, 제1 고주파 전원(201)으로부터 공급하는 고주파 전력보다 높아지도록 조정한다.
플라즈마 성막 장치는, 본 실시의 형태에서도, 피성막물(100)의 양면의 동시 성막을 가능하게 함으로써, 제조 공정의 감소, 프로세스의 간이화가 가능하게 된다. 또한, 플라즈마 성막 장치는, 제1 고주파 전극(101)에 공급하는 고주파 전력과 제2 고주파 전극(102)에 공급하는 고주파 전력을 적절히 조정 가능하게 함으로써, 제1 피성막면(113)과 제2 피성막면(114)에서, 서로 다른 막두께의 박막을 한번에 형성할 수 있다. 플라즈마 성막 장치는, 하나의 성막 공정에 의해, 제1 피성막면(113)과 제2 피성막면(114)의 각각에 소망하는 막두께의 박막을 형성 가능하게 한다. 이에 의해, 플라즈마 성막 장치는, 기판 양면에의 성막을 효율적으로 실시할 수 있다.
또한, 플라즈마 성막 장치는, 실시의 형태 1의 위치 조정 기구(116)(도 1 참조)에 의한 접지 전극(103)의 위치 조정을, 본 실시의 형태의 고주파 전력의 조정에 조합시키는 것으로 하여도 좋다. 이에 의해, 플라즈마 성막 장치는, 제1 피성막면(113) 및 제2 피성막면(114)에 형성하는 박막의 막두께를, 다양하게 제어할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 관한 플라즈마 성막 장치 및 플라즈마 성막 방법은, 태양전지 셀의 어모퍼스 실리콘 박막이나 미결정 실리콘 박막 등을 성막하는 경우에 유용하다.
100 : 피성막물 101 : 제1 고주파 전극
102 : 제2 고주파 전극 103 : 접지 전극
104 : 챔버 105 : 진공펌프
106 : 고주파 전원 107 : 가스 공급구
108 : 배기구 111 : 제1 전극면
112 : 제2 전극면 113 : 제1 피성막면
114 : 제2 피성막면 115 : 개구
116 : 위치 조정 기구 117 : 안착부
201 : 제1 고주파 전원 202 : 제2 고주파 전원

Claims (7)

  1. 피성막물에 대향시키는 고주파 전극과, 상기 피성막물에 접속시키는 접지 전극을 가지며, 상기 고주파 전극과 상기 접지 전극의 사이에 발생시킨 플라즈마를 이용하여 상기 피성막물을 성막하는 플라즈마 성막 장치로서,
    상기 고주파 전극은, 상기 피성막물의 제1 피성막면에 대향시키는 제1 고주파 전극과, 상기 피성막물 중 상기 제1 피성막면과는 반대측의 제2 피성막면에 대향시키는 제2 고주파 전극을 가지며,
    상기 제1 고주파 전극, 상기 제2 고주파 전극 및 상기 접지 전극은, 상기 제1 피성막면의 성막을 위한 상기 제1 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마와, 상기 제2 피성막면의 성막을 위한 상기 제2 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마를, 동시에 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전극이 구비하는 제1 전극면과, 상기 제2 고주파 전극이 구비하는 제2 전극면에 수직한 방향에 대해, 상기 피성막물을 지지하는 위치를 조정 가능하게 하는 위치 조정 기구를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원과, 상기 제2 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원을 가지며,
    상기 제1 고주파 전원 및 상기 제2 고주파 전원은, 서로 다른 레벨의 고주파 전력을 공급 가능한 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피성막물은, 상기 접지 전극, 또는 상기 접지 전극에 접속된 재치 수단에 재치되고,
    상기 접지 전극 또는 상기 재치 수단에는, 상기 제2 피성막면을 상기 제2 고주파 전극에 대향시키기 위한 개구가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 장치.
  5. 피성막물에 대향시킨 고주파 전극과, 상기 피성막물에 접속시킨 접지 전극의 사이에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 공정을 포함하고,
    상기 고주파 전극은, 상기 피성막물의 제1 피성막면에 대향시키는 제1 고주파 전극과, 상기 피성막물 중 상기 제1 피성막면과는 반대측의 제2 피성막면에 대향시키는 제2 고주파 전극을 포함하고,
    상기 플라즈마 발생 공정에서, 상기 제1 피성막면의 성막을 위한 상기 제1 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마와, 상기 제2 피성막면의 성막을 위한 상기 제2 고주파 전극 및 상기 접지 전극 사이의 플라즈마를, 동시에 발생시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전극이 구비하는 제1 전극면과, 상기 제2 고주파 전극이 구비하는 제2 전극면에 수직한 방향에 대해, 상기 피성막물을 지지하는 위치를 조정하는 위치 조정 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전극과 상기 제2 고주파 전극에, 서로 다른 레벨의 고주파 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 성막 방법.
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