WO2005093119A1 - シリコン膜形成装置 - Google Patents

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WO2005093119A1
WO2005093119A1 PCT/JP2005/005661 JP2005005661W WO2005093119A1 WO 2005093119 A1 WO2005093119 A1 WO 2005093119A1 JP 2005005661 W JP2005005661 W JP 2005005661W WO 2005093119 A1 WO2005093119 A1 WO 2005093119A1
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film forming
chamber
silicon film
film
silicon
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PCT/JP2005/005661
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Atsushi Tomyo
Eiji Takahashi
Masaki Fujiwara
Takashi Kotera
Masatoshi Onoda
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Nissin Electric Co., Ltd.
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Publication date
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/321—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being inductively coupled to the plasma

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for forming a silicon film.
  • Silicon films are used, for example, as a material for TFT (thin film transistor) switches provided in pixels of a liquid crystal display device, and for manufacturing various integrated circuits and solar cells. It is also expected to be used as a non-volatile memory, a light emitting device, and a photosensitizer.
  • TFT thin film transistor
  • Various methods of forming a silicon film are known, for example, a method of forming an amorphous silicon film at a relatively low temperature by various CVD methods and PVD methods, and an amorphous silicon film thus formed.
  • a post-treatment for example, a heat treatment at about 100 ° C. or a long time heat treatment at about 60 ° C. (TC) to form a crystalline silicon film
  • the temperature of the substrate to be formed is set at 600 ° C.
  • TC 60 ° C.
  • a method in which a crystalline silicon film is formed by a CVD method such as a plasma CVD method or a PVD method such as a sputtering evaporation method under a low pressure while maintaining the temperature at 700 ° C or higher.
  • a method in which the film is crystallized by performing a heat treatment.
  • the film formation speed is not always satisfactory.
  • a film obtained by diluting a silane-based gas with hydrogen difluoride (SiF) or the like under a plasma is used.
  • SiF hydrogen difluoride
  • the formation has an advantage that a silicon film can be formed at a relatively low temperature, a silane-based gas is diluted with a hydrogen gas or the like and used, so that the film formation rate is reduced accordingly.
  • an expensive substrate for example, a quartz glass substrate
  • a substrate on which a film is formed In a method of exposing a substrate on which a film is to be formed to a high temperature, an expensive substrate (for example, a quartz glass substrate) capable of withstanding a high temperature must be employed as a substrate on which a film is formed. It is difficult to form a silicon film on a low-melting glass substrate. Therefore, the production cost of the silicon film is increased in terms of substrate cost. The same problem occurs when the amorphous silicon film is heat-treated at a high temperature.
  • a crystalline silicon film When an amorphous silicon film is subjected to laser annealing, a crystalline silicon film can be obtained at a relatively low temperature.However, a laser irradiation step is required, or a laser beam having a very high energy density is irradiated. In this case, the manufacturing cost of the crystalline silicon film also increases because of the necessity. In addition, it is difficult to uniformly irradiate each part of the film with a laser beam, and furthermore, the laser irradiation may cause desorption of hydrogen and roughen the film surface, which makes it difficult to obtain a high-quality crystalline silicon film. It is difficult.
  • a desired silicon film can be formed at a relatively low temperature and at a low cost, and the start of film formation can be performed smoothly, and a desired silicon film can be formed by increasing the film forming speed at least accordingly.
  • An object is to provide a silicon film forming apparatus.
  • the present invention can form a desired silicon film at a relatively low temperature and at a low cost, and can smoothly start film formation and improve a film formation speed from the start of film formation to the end of film formation. It is an object to provide a silicon film forming apparatus capable of forming a desired silicon film by using the method.
  • the present invention also provides a silicon film forming apparatus having such an advantage, It is another object of the present invention to provide a silicon film forming apparatus capable of smoothly moving and positioning a film-forming article in a film forming chamber with high accuracy, and thus capable of forming a silicon film smoothly. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a film forming chamber for installing a film-forming article, a silicon sputter target installed in the film forming chamber, and a gas supply having a hydrogen gas supply circuit for supplying hydrogen gas into the film forming chamber.
  • a high-frequency power applying apparatus for applying high-frequency power to the hydrogen gas supplied from the hydrogen gas supply circuit into the film formation chamber to generate inductively coupled plasma, wherein the plasma is used to apply a chemical to the silicon sputter target.
  • a silicon film forming apparatus which forms a silicon film on a film formation object set in the film formation chamber by spattering.
  • an article to be formed is disposed in a film forming chamber, and a hydrogen gas is introduced into the film forming chamber from a hydrogen gas supply circuit of a gas supply device. Is applied to generate inductively coupled plasma, thereby making the deposition chamber rich in hydrogen radicals and hydrogen ions, and subjecting the plasma to chemical sputtering (reactive sputtering) of a silicon sputter target.
  • a silicon film can be formed on the article to be coated.
  • a film can be formed at a relatively low temperature, for example, a silicon film can be formed on an inexpensive low-melting glass substrate having a heat resistance temperature of 500 ° C. or lower, and the silicon film can be formed at a lower cost.
  • nuclei or seeds for the silicon film to grow on the article to be formed are formed smoothly by chemical sputtering using inductively coupled plasma of a silicon sputter target.
  • the formation of a silicon film is started smoothly, and thereafter the silicon film is formed smoothly. Therefore, at least as much as the film formation is facilitated, The speed of silicon film formation can be increased.
  • Ha (656 nm) is the emission spectrum intensity of hydrogen that shows a peak at a wavelength of 6556 nm by plasma emission spectroscopy
  • HjS (486 nm) is the emission of hydrogen that shows a peak at a wavelength of 486 nm.
  • the abundance of Ha and H means the abundance of hydrogen radicals.
  • the plasma potential of the hydrogen gas plasma formed by the inductive coupling method is, for example, about 20 eV, depending on the conditions, and the plasma potential is extremely low in any case. Rings are unlikely to occur.
  • the present inventors have observed the presence of Si (288 nm) by plasma emission spectroscopy. This is due to chemical sputtering (reactive sputtering) by hydrogen radicals and hydrogen ions on the silicon sputter target surface.
  • a crystalline silicon film can be formed by controlling the amount of introduced hydrogen gas, high-frequency power (especially the frequency and power level), and the pressure of the film forming gas in the film forming chamber. It is.
  • a gas plasma having a Ha / SiH * of 0.3 to 1.3 is generated as a plasma from hydrogen gas, whereby the silicon sputtering target is chemically sputtered and sputtered.
  • a gas obtained by diluting a conventional silane-based gas with hydrogen gas can be used.
  • a high-quality crystalline silicon film with crystallinity, low surface roughness, and a hydrogen-terminated silicon-bonded surface is formed, similar to the crystalline silicon film formed by the plasma Is done.
  • S i H * is generated by the sputtering of a silicon sputter target by hydrogen gas plasma generated by applying high-frequency power to the hydrogen gas introduced into the film formation chamber, and is generated in the gas plasma.
  • ⁇ ⁇ / S i H * indicates the abundance of hydrogen radicals in the plasma, and when this value becomes smaller than 0.3, the crystallinity of the formed film decreases and becomes larger than 1.3. If it does, film formation becomes more difficult.
  • ⁇ The value of ⁇ / SiH * can be obtained based on the measurement results of the emission spectra of various radicals measured with a plasma emission spectrometer.
  • the control of ⁇ / SiH * can be typically performed by controlling the magnitude of the high-frequency power applied to the introduced gas and the pressure of the film forming gas.
  • a high-frequency antenna for applying high-frequency power may be provided outside the film formation chamber, or may be provided in the film formation chamber for more efficiently applying power.
  • the wall of the deposition chamber facing the high-frequency antenna may be formed of a dielectric material.
  • the antenna conductor When the antenna conductor is installed in a film forming chamber, the antenna conductor is preferably covered with an electrically insulating material (for example, alumina).
  • an electrically insulating material for example, alumina.
  • the antenna can be prevented from being sputtered by the charged particles from the plasma due to the self-bias, and the sputtered particles derived from the antenna are mixed into the film to be formed.
  • the antenna shape There is no particular limitation on the antenna shape. For example, various shapes such as a rod shape, a ladder shape, a U-shape, a ring shape, a half ring shape, a coil shape, and a spiral shape can be adopted.
  • the silicon sputter target can be provided in various states. For example, all or part of the part of the film forming chamber that is exposed to plasma (for example, the inner wall of the film forming chamber that is easily exposed to plasma) is formed with a silicon film, a silicon wafer is attached, The silicon sputter target may be covered with silicon by attaching a piece of silicon or the like. A silicon sputter target independent of the film formation chamber itself may be provided in the film formation chamber.
  • the silicon sputter target must be placed at least on the high-frequency antenna, which is the plasma generation region, to smoothly perform chemical sputtering. It is preferably provided at a position facing, in other words, a position near the high-frequency antenna.
  • a silicon sputter target provided on the high-frequency antenna for example, a cylindrical silicon sputter that surrounds the electrode and is open to the object on which a film is to be formed.
  • a silicon sputter target for example, a cylindrical silicon sputter that surrounds the electrode and is open to the object on which a film is to be formed.
  • the plasma potential is preferably about 15 eV to 45 eV, and the electron density is 1 Ocm— 3 to 1 eV. 0 12 cm—preferably about 3 .
  • the pressure in the film forming chamber for forming the crystalline silicon film is preferably about 0.6 Pa to 13.4 Pa (about 5 mTorr to about 100 mTorr).
  • the plasma potential and the electron density of the plasma can be controlled by adjusting at least one of the magnitude, frequency, film forming pressure, and the like of the high frequency power to be applied.
  • the high-frequency antenna will be further described.
  • the high-frequency antenna when it is installed in the film formation chamber, it extends from the outside of the film formation chamber to the film formation chamber, branches electrically in parallel in the film formation chamber, and terminates at each branch portion.
  • the deposition chamber potential can be set to the ground potential.
  • the portion outside the deposition chamber does not contribute to plasma generation, so this portion can be made as short as possible and can be directly connected to the matching box in the high-frequency power application device, and the antenna end can be formed without being pulled out of the deposition chamber. Since the antenna is directly connected to the film chamber, the overall length of the antenna can be shortened accordingly, and the parallel wiring structure that electrically branches in parallel in the film formation chamber is adopted. It can be reduced accordingly.
  • a desired plasma can be generated by suppressing inconveniences such as abnormal discharge and poor matching.
  • the high-frequency antenna is preferably compact and efficient in using high-frequency power in order to save the space inside the film-forming chamber. Therefore, the high-frequency antenna may have a three-dimensional structure. As a typical example, a first portion extending from the outside of the film forming chamber to the film forming chamber through the chamber wall, and radially branching from the inner end of the first portion to the film forming chamber and extending to the film forming chamber wall. And a plurality of second portions extending toward the end of each of the second portions. High-frequency antennas that are directly connected can be mentioned.
  • the second part group in such an antenna has a shape such as a U-shape, a U-shape, or a semi-circle as a whole, or an antenna part having such a shape is formed at a predetermined center angular interval around the first part. Examples such as a combination in a cross shape or the like can be given.
  • the high-frequency power applied to the high-frequency antenna may have a frequency of, for example, 13.56 MHz for commercial use, but the high-frequency antenna of the type described above has a low inductance as described above.
  • a material having a high value of about 40 MHz to 100 MHz, or even a value of several hundred MHz, for example, about 60 MHz may be used. In this way, high-frequency power having a high frequency can be used, and thereby it is possible to improve plasma characteristics in terms of plasma density and the like.
  • the gas supply device may include a silane gas supply circuit.
  • the silane gas can be supplied from the circuit into the film formation chamber when forming the silicon film, whereby the silicon film can be formed at a higher speed.
  • the silane gas supply circuit may supply the silane gas to the film forming chamber simultaneously with the supply of the hydrogen gas from the hydrogen gas supply circuit, or may start the chemical sputtering by the hydrogen gas plasma of the silicon sputtering target.
  • a silane gas may be supplied into the film formation chamber in a state where the nucleus or seed of the silicon film has been formed by chemical sputtering by the target hydrogen gas plasma.
  • the silane gas supply circuit stores the silane gas prior to the start of the silane gas supply.
  • the gas supplied from the gas reservoir at one time can easily flow into the film forming chamber at once, and the effect of the silane gas supply can be more reliably provided from the beginning of the silane gas supply. As a result, higher-speed film formation becomes possible.
  • the silicon film forming apparatus includes the film forming chamber for moving the article to be formed between a first position for forming a silicon film and a second position different from the first position. And a lifting mechanism for raising and lowering the transport member, and a counter balance mechanism.
  • Such an article transport member may be capable of moving up and down with respect to an article holder for holding the article to be deposited at the first position, or may also serve as the article holder. In the latter case, the article holder is moved up and down by the elevating mechanism.
  • the elevating mechanism As a typical example of the lifting mechanism,
  • a transfer member support member that supports the transfer member and penetrates the film formation chamber wall so as to be able to move up and down;
  • a bellows support member provided at an end portion of a portion of the support member for the transfer member that protrudes outside the film forming chamber;
  • a telescopic bellows that is connected and hermetically surrounds a portion of the support member for the transport member that protrudes outside the deposition chamber;
  • a first load applied to the drive unit when the film forming chamber pressure is an internal pressure at the time of setting a reduced pressure atmosphere for forming a silicon film.
  • a reaction force that cancels out the second load applied to the driving unit can be exemplified.
  • the article to be film-deposited into the film forming chamber should be arranged at the first position for the film forming process by the transport member driven by the lifting mechanism. Can be.
  • the article after film formation is moved to a second position different from the first position, for example, to a position for carrying in and out processing of the article to be film-formed between the inside and outside of the film-forming chamber by moving the conveying member by the lifting mechanism.
  • the next process (for example, a process of unloading a film-formed article or a process of loading a new film-formed article) can be performed.
  • the counter balance mechanism is configured so that at least the first load applied to the drive unit of the elevating mechanism and the pressure in the film formation chamber when the pressure in the film formation chamber is the internal pressure at the time of setting the reduced pressure atmosphere for film formation are set in the pressure reduction atmosphere. When the internal pressure at the time is a predetermined high pressure, a reaction force for canceling the second load applied to the drive unit is generated.
  • the first load is a condition in which the inside of the film formation chamber is set to a reduced pressure atmosphere (atmospheric pressure reduced from the atmospheric pressure) for film formation, and the diameter of the telescopic bellows is determined by a difference in pressure between the inside and outside of the film formation chamber. (Cross-sectional area) Lowering the conveying member by the conveying member, the conveying member supporting member and the bellows supporting member, or the article supported by the conveying member from the force f applied to the portion of the bellows supporting member corresponding to The member that works in the direction to be moved.
  • the second load is when the film formation chamber pressure is a predetermined high pressure from the internal pressure at the time of setting the reduced pressure atmosphere, and is typically an atmospheric pressure (including not only the atmospheric pressure itself but also substantially the atmospheric pressure).
  • the load is mainly based on the member gravity WF.
  • the drive unit need only be an inexpensive one with a small capacity (such as the lifting drive force of the transport member and the robustness of the structure). As a result, a film forming apparatus can be provided at a lower cost.
  • the load canceling action of the counterbalance mechanism allows the drive unit to move the transport member lightly, which makes it easier to stop the transport member when the drive unit stops driving, and reduces the impact when stopping. That is, the transport member can be accurately stopped at the first position or the second position, and the position of the article to be processed on the transport member can be suppressed from being shifted or damaged by stopping the transport member with less impact.
  • Examples of the force counterbalance mechanism include the following: a biston cylinder device having a biston rod connected to a support member of the transport member;
  • This is a counterbalance mechanism including a fluid circuit. It is preferable that such a working fluid circuit can maintain the state of the biston cylinder device in the state immediately before the power failure even at the time of the power failure.
  • such a working fluid circuit includes an electromagnetic switching valve for switching the working fluid flow path, and when the electromagnetic switching valve is not energized, the valve position at the time of energization immediately before the solenoid switching valve is maintained, so that even when a power failure occurs, What is necessary is just to be able to maintain the state of the biston cylinder device just before the power failure.
  • Examples of the drive unit in the elevating mechanism include a unit including a rotary motor and a power transmission mechanism that converts the rotational motion of the motor into a linear motion and transmits the linear motion to the transport member support member.
  • a servomotor with a brake that exerts a braking force during a power outage as the rotation motor can be exemplified.
  • a silicon film forming apparatus capable of forming a silicon film of any type can be provided.
  • a desired silicon film can be formed at a relatively low temperature and at a low cost, and the film formation can be smoothly started, and the film formation rate from the start of the film formation to the end of the film formation can be increased.
  • a silicon film forming apparatus capable of forming a desired silicon film by improving the quality.
  • a film forming apparatus having such an advantage, and furthermore, it is possible to smoothly move and position an article to be formed in a film forming chamber with high accuracy, and accordingly, it is possible to smoothly form a silicon film.
  • a silicon film forming apparatus which can be easily performed.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of an example of a silicon film forming apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the result of evaluating the crystallinity of a silicon film formed by the silicon film forming apparatus of FIG. 1 by laser Raman spectroscopy.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of another example of the silicon film forming apparatus according to the present invention, in which the article holder is at an elevated position.
  • FIG. 4 is a view showing the film forming apparatus shown in FIG. 3 with an article holder in a lowered position.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing a control circuit of the film forming apparatus shown in FIG.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an outline of an example of the operation of the control unit shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing another example of the high-frequency antenna together with a part of the film forming apparatus.
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of a three-dimensional structure of the antenna of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a silicon film forming apparatus according to the present invention.
  • the film forming apparatus A shown in FIG. 1 includes a film forming chamber 10, in which an article holder 3, a high-frequency antenna 1 above the holder, and a silicon sputtering target 2 facing the antenna are installed. ing.
  • the antenna 1 is covered with an insulating film made of alumina and having a thickness of 100 nm or slightly thicker.
  • the antenna 1 is connected to a high-frequency power supply PW via a matching box MX.
  • the power supply FW is a variable output power supply, and supplies high-frequency power of frequencies 13 and 56 MHz in this film forming apparatus.
  • the power supply frequency does not need to be limited to 13.56 MHz, and is set, for example, in the range of about 40 MHz to 100 MHz, or even 100 MHz. May be.
  • the antenna 1, the matching box MX and the high frequency power supply PW constitute a high frequency power application device.
  • the article holder 3 includes a heater 4 for heating the article to be deposited (the substrate S in this example).
  • the article holder 3 is grounded together with the film forming chamber 10.
  • the silicon sputter target 2 is formed in a cylindrical shape, faces the antenna 1 so as to surround the antenna 1, and is attached and held to a ceiling wall 10 'of the film forming chamber 10.
  • the lower end of the cylindrical target 2 is open toward the holder 3.
  • a silicon sputter target may also be provided on the ceiling wall portion of the film forming chamber surrounded by the target 2.
  • Such a target can be provided, for example, by holding a silicon wafer on the ceiling wall portion by sticking or the like.
  • the silicon sputtering target be provided at a position where the silicon sputtering target easily comes into contact with the plasma formed in the film formation chamber 10.
  • a gas inlet nozzle N 3 is provided on the ceiling wall 10 ′ outside the evening gate 2 in the film forming chamber 10, and the nozzle N 3 has an electromagnetic on-off valve AV 6, a mass flow controller MFC 2, A hydrogen gas cylinder B2 is connected to the piping via an electromagnetic on-off valve AV5.
  • an exhaust device EX that exhausts from inside the film formation chamber 10 is connected to the film formation chamber 10, and an emission spectrometer SM for measuring the state of the plasma formed in the film formation chamber 10 Is also attached.
  • the exhaust system EX is equipped with a conductance valve CV that adjusts the amount of exhaust gas, and is connected to the deposition chamber 10 via the valve. It consists of a vacuum pump PM connected by piping.
  • the substrate S to be film-formed is placed on the article holder 3 in the film-forming chamber 10, and hydrogen gas is introduced from the hydrogen gas supply circuit 102 'into the film-forming chamber.
  • High-frequency power is applied to the gas from the power supply PW via the matching box MX to generate inductively coupled plasma, thereby making the inside of the film forming chamber 10 rich in hydrogen radicals and hydrogen ions, and the plasma is made of silicon.
  • a silicon film can be formed on the substrate S by subjecting the sputter target 2 to chemical sputtering (reactive sputtering).
  • the silicon film can be formed at a relatively low temperature.
  • a silicon film can be formed on an inexpensive low-melting glass substrate having a heat-resistant temperature of 500 ° C. or less, and the silicon film can be formed at a lower cost.
  • nuclei or seeds for the silicon film to grow on the substrate S are formed smoothly by chemical sputtering using the inductively coupled plasma of the silicon sputter target 2, and starting from this, The formation of the silicon film is started smoothly, and thereafter the silicon film is formed smoothly. At least as much as the film formation is smoothed, the silicon film can be formed at a high speed.
  • one or more of hydrogen gas introduced into the film forming chamber 10, high frequency power to be applied (particularly, frequency and magnitude of power), film forming gas pressure in the chamber 10, and the like are used.
  • high frequency power to be applied particularly, frequency and magnitude of power
  • film forming gas pressure in the chamber 10 and the like are used.
  • the deposition gas pressure in the deposition chamber is maintained in the range of 0.6 Pa to 13.4 Pa (about 5 mmT orr to about 100 mm T orr). Do it.
  • the pump PM starts exhausting from inside the film formation chamber 10 via the conductance valve CV.
  • Conductance valve CV Is adjusted to an exhaust amount in consideration of the film forming gas pressure 0.6 Pa to 13.4 Pa in the film forming chamber 10.
  • the valves AV 5 and AV 6 of the hydrogen gas supply circuit 102 are opened, and the mask opening controller MF C A hydrogen gas is introduced into the film forming chamber 10 at a flow rate controlled by the step 2, and a high-frequency power is applied to the high-frequency antenna 1 from the power supply PW, whereby the introduced hydrogen gas is converted into a plasma by an inductive coupling method.
  • Ha in the plasma / S i H * is 0.3 to 1.3, and the potential is 1 5 e of flop plasma V ⁇ 4 5 e V, and the electron density in the plasma is 1 0 1 D cm- 3 ⁇ 1 0 Determine the conditions such as high frequency power and hydrogen gas introduction amount of 12 cm- 3 .
  • the plasma potential and the electron density in the plasma can be confirmed, for example, by the Langmuir probe method.
  • the film is formed according to the conditions.
  • the temperature of the film-forming substrate S supported by the holder 3 is set to a relatively low temperature of 50 ° C. or less, for example, about 400 ° C. 4 is set, and the film-forming substrate S is mounted on the holder 3.
  • the inside of the film formation chamber 10 is evacuated by the pump PM, and then a predetermined amount of hydrogen gas is introduced into the film formation chamber 10 from the hydrogen gas supply circuit 10 2 ′, and the high frequency power is supplied from the power supply FW to the antenna 1 to the antenna 1.
  • the discharge from the antenna 1 is performed by the inductive coupling method, thereby generating the plasma.
  • This film is a silicon film that exhibits crystallinity, similar to a conventional crystalline silicon film formed under plasma obtained by diluting a silane-based gas with hydrogen gas. It has a hand-oriented surface.
  • Electron density in the plasma 1 0 11 cm one 3
  • Film thickness about 500 people
  • Figures 3 and 4 3 shows a schematic configuration of the device B.
  • Fig. 3 shows the state when the film forming chamber pressure is atmospheric pressure and the article holder 3 is in the ascending position
  • Fig. 4 shows the state when the film forming chamber pressure is film forming pressure and the article holder 3 is in the descending position.
  • the film forming apparatus B includes a film forming chamber 10, a high-frequency antenna 1, a silicon sputter target 2, and a material holder provided in the film forming chamber, similarly to the apparatus A shown in FIG. 3.
  • a high-frequency power application device (high-frequency power supply FW and matching box MX) that applies high-frequency power to the antenna 1, a hydrogen gas supply circuit 102, an exhaust device EX, and a plasma emission spectrometer SM.
  • the device B the film formation by Kemi Cal sputtering of the silicon sputter data one Getting sheet 1 by the plasma, monosilane gas (S i H 4) and plasma high speed in combination with a film forming formed by the hydrogen gas (H 2) It can be made into a film.
  • the article holder 3 includes a substrate heater 4 and is grounded together with the film forming chamber 10.
  • a gas supply device 100 is provided for the film forming chamber 100.
  • the gas supply device 100 includes a circuit 101 for supplying a silane gas (SiH 4 ) into the film formation chamber 10 and a circuit 102 for supplying the hydrogen gas.
  • the circuit 101 has a silane gas cylinder B1 and a valve MV1, a valve AVI, a mass flow controller MFC1, a valve AV2, and a nozzle N1 sequentially connected to the cylinder B1. Further, valves MV2, AV3, AV4, and nozzle N2 are sequentially connected to a pipe between the valve MV1 and the valve AV1.
  • the pipe between the controller MFC 1 and the valve AV 2 and the pipe between the valve MV 2 and the valve AV 3 are connected to each other by a communication pipe.
  • Each of these valves is an electromagnetic opening / closing valve that opens when energized and closes when not energized, and the MUSC 1 controller MF C 1 can supply a predetermined flow rate of gas to the controller by energizing the controller.
  • the nozzles N 1 and N are provided on the ceiling wall 10 ′ of the film forming chamber 10, It is open.
  • valves AV3 and AV4 and the piping connecting them constitute a gas reservoir G R.
  • the hydrogen gas supply circuit 102 in the silicon film forming apparatus B includes a hydrogen gas cylinder B 2 and valves MV 3, valve AV 5, a mass flow controller MFC 2, a valve AV 6, and a nozzle N 3 sequentially connected to the hydrogen gas cylinder B 2.
  • a valve MV4 is connected in parallel to a series circuit of the valve AV5 and the controller MFCC2.
  • valves are also electromagnetic on-off valves that are opened when energized and closed when not energized, and the mass flow controller MFC2 can flow gas at a predetermined flow rate set in the controller by energizing the controller.
  • the nozzle N 3 is provided on the ceiling wall 10 ′ of the film formation chamber 10 and opens into the film formation chamber.
  • the film forming chamber 10 is connected to the exhaust device EX and the plasma emission spectrometer SM as described above, and is also connected to the pressure sensor PS for detecting the pressure in the film forming chamber.
  • the article holder 3 can be moved up and down by an elevating mechanism EL.
  • the lift position shown in FIG. 3 that is, the lift facing the openable gate valve GV for loading and unloading the substrate S by the robot (not shown) with respect to the holder 3 in the film forming chamber 10. It can move up and down between the position and the lowering position for film formation shown in FIG.
  • the substrate S loaded and mounted on the article holder 3 from outside the film forming chamber can be reciprocated up and down between a position for film formation and a position for substrate loading and unloading processing by lifting and lowering the article holder 3.
  • the article holder 3 also serves as an article transport member in the film forming chamber 10.
  • the holder elevating mechanism EL includes a support member 41 protruding downward from the holder 3 and penetrating the lower wall of the film forming chamber so as to be able to move up and down, a bellows support plate 6 provided at a lower end of the support member 41, and One end of one end of the support plate 6 and one end of the supportable plate 6 that is extendable and extendable between the lower wall of the membrane chamber 10 and the bellows support plate 6. And an electric support with a brake that drives the unit up and down via a ball screw mechanism. The brake of the motor exerts a braking force during a power failure.
  • the support member 41 is a rod-shaped member in this example.
  • the motor 7 is attached to a frame 20 connected to the lower wall of the film forming chamber 10.
  • the bellows BL is air-tightly connected at the upper end to the lower wall of the film forming chamber, and the lower end is air-tightly connected to the bellows-like support plate 6, and air-tightly supports the part of the support member 41 that has come out of the film forming chamber 10. It has a cylindrical shape to surround.
  • the ball screw mechanism rotates a screw rod 7 1 that is rotationally driven by the support motor 7, a nut 8 1 on a bellows support plate 6 to which the screw rod is screwed, and an upper end of the screw rod 7 1. It consists of a bearing 82 that is supported as possible, and the bearing 82 is supported on the frame 20 via a 7-member member.
  • the motor 7, the pole screw mechanism, and the like constitute an example of a drive unit that drives the support member 41 via the mouth-piece support plate 6 and the vertical movement of the article holder 3.
  • Guide wheels 61, 61 are provided at the opposite end of the bellows support plate 6, and these roll along the guide rails 62 provided on the frame 20.
  • the holder elevating mechanism EL described above According to the above, by rotating the motor 7 in the normal direction, the screw rod 71 is driven in the normal direction, whereby the bellows support plate 6 and the rod-shaped support members 41 and the support members 41 that are rising from now on The supported holder 3 can be set to the raised position shown in FIG.
  • the motor 7 is rotated in the reverse direction to drive the screw rod 71 in the reverse direction, whereby the screw support 71 is supported by the bellows support plate 6, the support members 41 and 41 that are rising from now on.
  • the holder 3 can be set to the lowered position shown in FIG.
  • a counter balance mechanism CB is also provided.
  • the counter balance mechanism CB includes a piston cylinder device 5 and a working fluid circuit 9 corresponding thereto.
  • Biston cylinder device 5 Circuit 9 is a pneumatic circuit and circuit 9 is a compressed air circuit.
  • the piston cylinder device 5 and the circuit 5 may use a fluid other than air.
  • the piston cylinder device 5 is of a double-acting cylinder type, and its piston rod 52 is connected to the support member 41 supporting the holder 3 by the screw 4 1 1 at the lower end with a screw joint 5 20. It is connected to the holder 3 via the support member 41.
  • the compressed air circuit 9 is a 3-port 2-position double solenoid type switching solenoid valve that is sequentially connected to the cylinder tube port on one side of the rod cover of the biston cylinder device 9 9 2. Includes pressure regulating valve 9 13.
  • a 3-port 2-position double solenoid type switching solenoid valve 9 21, a lubricator 9 22, and a 3-port 2-position double solenoid type solenoid valve sequentially connected to the cylinder tube port on the head cover side of the piston cylinder device 5.
  • the pressure regulating valve 9 13. 9 23 is connected to a compressed air source 90 such as a compressor via a filter 91.
  • a muffler 9 14 is provided for the valve 9 11, and a muffler 9 24 is provided for the valve 9 21.
  • the compressed air pressure supplied to the rod side port of the cylinder tube is adjusted by the pressure adjusting valve 913, and the inside of the film forming chamber 10 is set to a reduced pressure atmosphere for film formation.
  • the article holder 3, the support member 41, and the bellows support are obtained from the force f applied to the bellows support plate 6 corresponding to the diameter (cross-sectional area) of the bellows BL due to the pressure difference between the inside and outside of the film forming chamber 10.
  • This is the pressure that applies a reaction force to Biston 51 that cancels the load applied to the motor.
  • the compressed air pressure supplied to the head side port of the cylinder tube was adjusted by the pressure adjusting valve 923, and when the inside of the film forming chamber 10 was kept at the atmospheric pressure,
  • the reaction force that offsets the member gravity WF by the article holder 3, the support member 41, the bellows support plate 6, etc. in other words, the reaction force that offsets the load applied to the drive unit (motor 7, etc.) based on the force WF.
  • This is the pressure given to the piston 51.
  • the solenoid SOL 21 When the solenoid SOL 21 is energized, the solenoid valve S 11 is switched off when the solenoid S OL 21 is energized, and the solenoid S ⁇ L 12 is energized while the solenoid S OL 11 is de-energized.
  • the air on one side of the rod cover in the cylinder tube is discharged to the atmosphere via the valve 911 and the silencer 914.
  • FIG. 5 is a block diagram schematically showing a control circuit of the film forming apparatus B.
  • This control circuit includes a microcomputer-based control unit C0NT. High-frequency power supply PW, vacuum pump PM, mass flow controller in gas supply device 100 ⁇
  • the control unit CONT receives the pressure information of the film forming chamber from the pressure sensor PS, and an operation panel PA for instructing necessary items such as the start of film formation. It is connected. According to the film forming apparatus B, the formation of the silicon film on the substrate S
  • the film formation in which the chemical sputtering of No. 2 and the supply of the monosilane gas are simultaneously performed, the formation of the film in which the chemical sputtering of the target 2 is started first, and then the supply of the silane gas is started can be performed.
  • the solenoid SOL I1 of the switching valve 9 1 1 is turned off, SOL 12 is turned on, and the valve 9 is turned on.
  • the solenoid SOL1 of 21 is turned on, and SOL22 is turned off (step S1 in FIG. 6).
  • the head cover side port of the biston cylinder device 5 is supplied with compressed air that generates a reaction force capable of offsetting the member gravity WF by the article holder 3 or the like, and thus is based on the member gravity WF to the motor 7.
  • the motor 7 is rotated forward in a state where the load is cancelled, and the holder 3 is raised, and the holder 3 is arranged at the raised position facing the gate valve GV (S2 in FIG. 6).
  • the gate valve GV is opened, the substrate S to be processed is mounted on the article holder 3, and the valve GV is closed again (S3 in FIG. 6).
  • the article holder 3 is lowered by the reverse rotation of the motor 7, and the substrate S held by the article holder 3 is placed at the film forming position (S4 in FIG. 6). Even when the article holder is lowered, the load based on the member gravity WF applied to the motor 7 is canceled by the biston cylinder device 5.
  • the drive unit composed of the motor 7 and the like can be reduced in size and inexpensive, and the film forming apparatus can be reduced in cost accordingly.
  • the lifting of the article holder 3 is performed in a state in which the load applied to the drive unit is offset, the lifting operation of the holder 3 can be performed lightly, and the stopping of the holder 3 due to the motor stop becomes easy.
  • the impact at the time of stop is reduced, so that the holder 3 can be accurately stopped at the predetermined lowering position, and the displacement and damage of the substrate S can be suppressed by stopping with less impact.
  • the positions of the switching solenoid valves 911 and 91 in the compressed air circuit 9 are maintained at the positions immediately before the power failure, so that the article holder 3 can be prevented from falling and the substrate S supported by the holder 3 Displacement and damage can be prevented.
  • the pump FM is turned on to start exhausting from the film forming chamber 10, and the gas supply device 100 has a mask opening in the silane gas supply circuit 101.
  • the valves AV1, AV2, AV3, and AV4 are turned on to open and degas, and the controller MFC2 in the hydrogen gas supply circuit 102 is still open. Turn off the valves AV5 and AV6 with the valve turned off to open the gas (S5 in Fig. 6).
  • the valve MV 4 can be opened for maintenance and used for venting.
  • the solenoid SOL 11 of the switching solenoid valve 9 11 in the compressed air circuit 9 is set in preparation for raising and lowering the material holder 3 when the internal pressure of the film forming chamber 10 is set to a reduced pressure atmosphere for film formation.
  • Turn on and turn off SOL I2 turn off solenoid SOL21 of valve 921, and turn on SOL22 (S7 in FIG. 6).
  • the motor 7 is operated in a state in which the load based on the force F to the motor 7 can be offset, and the holder 3 can be moved up and down.
  • valves MV1, MV2, AV3 are turned on and opened, and the gas reservoir GR is filled with silane gas and stored, and then the valves MV2, AV3 are closed (S in FIG. 4). 8, S9). Continue opening the valves AV1 and AV2, venting and closing them again (S10, S11 in Fig. 6).
  • the high-frequency power supply PW is turned on to start applying high-frequency power to the high-frequency antenna 1, and the valve AV 4 in the silane gas supply circuit 101 is opened.
  • the silane gas stored in the gas reservoir GR is supplied at once, in other words, at a time, is supplied to the film forming chamber 10 in a rush manner, and at the same time, the mask opening controller MFC 1 is turned on, and the valves AV 1 and AV 1 are turned on.
  • Open AV 2 to supply silane gas into the deposition chamber 10 at a flow rate controlled by the controller MFC 1, and at the same time, switch off the MFC 2 controller MFC 2 in the hydrogen gas supply circuit 102.
  • the valves MV3, AV5, and AV6 are opened, and hydrogen gas is supplied into the deposition chamber 10 at a flow rate controlled by the controller MFC2 (S12 in FIG. 6).
  • the gas introduced into the film forming chamber is converted into a plasma under the application of high-frequency power, and the silicon sputter target 2 is chemically sputtered under the plasma to form a silicon film on the substrate S.
  • a silicon film is formed on the substrate S under the plasma of monosilane gas and hydrogen gas.
  • the silicon film formation speed is increased.
  • a nucleus or a species for promoting the growth of the silicon film is formed on the substrate S by chemical sputtering of the silicon sputter target 2, so that the film formation is started smoothly.
  • the monosilane gas (SiH 4 ) is stored in the gas reservoir GR prior to the start of the supply, and at the start of the film formation, the gas reservoir is all at once, in other words, in a pulsed manner. Since the silane gas is supplied into the film forming chamber 10, the silane gas supplied from the gas reservoir GR at once can easily reach the film forming chamber 10 at a time at the start of film formation. The silane gas plasma density at or near the predetermined value. Simultaneously with the supply of the silane gas from the gas reservoir GR, the supply of the silane gas and the hydrogen gas is started at a flow rate controlled by the mass flow controllers MFC1 and MFC2, respectively, into the film formation chamber I0.
  • the silane gas and the hydrogen gas are supplied into the film forming chamber 10 at a controlled flow rate, the plasma density at the start of film formation is more reliably at or near a predetermined level. Also, a predetermined plasma density is maintained. As a result, film formation on the substrate S is started smoothly, and thereby, a high-quality film including a film portion formed thereafter can be formed, and the entire film can be formed at a high speed.
  • the power supply: PW, the pump PM, and the mass flow controllers MFC1 and MFC2 are turned off.
  • Valves MV1, MV3, valves AVI, AV2, AV4, AV5, and AV6 are closed (S14 in Fig. 6)
  • motor 7 is rotated forward to raise holder 3 (S6 in Fig. 6).
  • the gate valve GV is opened to carry out the film-formed substrate S (S16 in FIG. 6).
  • the article holder 3 can be raised even when the torque of the motor 7 is small, and can be performed lightly, and it is easy to stop the holder 3 at the raised position due to the motor stop, and at the time of stopping. Shock is reduced, so that the holder 3 can be accurately stopped at a predetermined ascending position, and the shock can be stopped with less shock to suppress displacement and damage of the film-formed substrate S.
  • the positions of the switching solenoid valves 911 and 921 in the compressed air circuit 9 are maintained at the positions immediately before the power failure, so that the article holder 3 can be prevented from jumping up, and the membrane supported by the holder 3 can be prevented. Displacement and damage of the formed substrate S can be prevented.
  • the lowering can be performed smoothly and smoothly, and it is stopped at a desired position with high accuracy and with less impact. It is also possible.
  • the holder 3 is lowered by the reverse rotation of the motor 7, the gate valve GV is closed (S19 in Fig. 6), and the compressed air is further released.
  • the solenoids SOL I2 and SOL21 of the electromagnetic switching valve in the circuit 9 are turned off (S20 in FIG. 6).
  • a new substrate S may be mounted on the empty article holder 3 and the film formation may be continued.
  • a load / unlock chamber LR is provided for the film forming chamber 10 with the gate valve GV interposed therebetween, and when the substrate S is loaded into the holder 3, the gate valve GV is closed. While maintaining the inside of the chamber 10 at a predetermined film forming pressure, the chamber LR is opened to allow a robot arranged therein to receive the substrate S from the outside, and then the chamber is closed to reach the film forming chamber pressure. After evacuating, open the gate valve GV and transfer the substrate S from the robot to the holder 3.When unloading the substrate on which a film is formed, set the internal pressure of the chamber LR to the internal pressure of the film forming chamber.
  • the valve GV may be opened, the film-formed substrate may be received from the holder 3 into the chamber LR, and after closing the valve GV, the chamber LR may be opened and the film-formed substrate may be taken out of the chamber. . Even in this case, since the inside of the film forming chamber 10 may be at atmospheric pressure, it is desirable to provide a counter balance mechanism.
  • the film forming conditions were as follows.
  • Amount can be selected from 100 c c to 300 c c, but in this example, 2 31 c c
  • Substrate to be deposited Al-free glass substrate
  • UV reflection surface intensity is the result of UV reflectance measurement using an iUtachi UV-3500 Spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd.
  • a high reflectance (UV reflection surface intensity) means that there are many free electrons. Yes, indicating that it is crystallized.
  • Raman spectroscopy analysis revealed a sharp peak at 520 cm- 1 indicating crystalline silicon, confirming that the crystallinity was increased.
  • hydrogen gas and monosilane gas are supplied into the film formation chamber 10 at the flow rates controlled by the mass flow controllers MFC 1 and MFC 2 from the beginning of the film formation, and high-frequency power is applied to these gases. Then, a plasma is formed, and a silicon film is formed on the substrate S under the plasma.
  • the gas reservoir GR is not used for silane gas supply, but the nuclei or seeds that promote the growth of the silicon film on the substrate S are formed by the chemical sputtering of the silicon sputtering target 2 so that The formation of the coating film started smoothly, and the supply of silane gas and hydrogen gas was started into the film formation chamber 10 at a flow rate controlled by the mass flow controller MFC 1 and MFC 2, respectively. Since the silane gas and the hydrogen gas are supplied at a controlled flow rate into the film forming chamber 10, the film formation on the substrate S is started smoothly, and the entire film including the subsequently formed film portion is formed at a higher speed. it can.
  • the control unit C ON T may be capable of controlling the operation of the gas supply device 100 and the like so that a film can be formed in this manner.
  • the gas reservoir GR may not be provided.
  • the power center balance mechanism CB it can be made to function advantageously as described above.
  • a monosilane gas is supplied from the silane gas supply circuit 101 into the film formation chamber 10.
  • the monosilane gas (S i H 4) is stored in the gas reservoir GR prior to the supply start, per the supply start forming, at a stroke from the gas reservoir, a pulse to the deposition chamber in other words Within 1 0 Supplied to Therefore, the silane gas supplied from the gas reservoir GR at once can easily reach the film forming chamber 10 at once, and accordingly, even when the silane gas supply is started, the silane gas plasma density in the film forming chamber becomes a predetermined value or It will be close to that.
  • the silane gas is supplied into the film formation chamber 10 at a flow rate controlled by the mass flow controller MFC 1, and thereafter is supplied at a controlled flow rate thereafter. Is done.
  • the control unit CONT may be capable of controlling the operation of the gas supply device 100 and the like so that a film can be formed in this manner.
  • the gas reservoir GR is not used for silane gas supply, but the nuclei or seeds that promote the growth of the silicon film on the substrate S are formed by chemical sputtering of silicon
  • the formation of the coating film starts smoothly, and thereafter, the supply of the silane gas and the hydrogen gas into the film forming chamber 10 is started at a flow rate controlled by the mass flow controller MFC 1 and MFC 2, respectively. Subsequently, silane gas and hydrogen gas are supplied into the film formation chamber 10 at a controlled flow rate. As a result, the film formation on the substrate S is started smoothly, and the entire film including the subsequently formed film portion can be formed at that high speed.
  • the control unit CONT may be capable of controlling the operation of the gas supply device 100 and the like so that a film can be formed in this manner.
  • the gas reservoir GR may not be provided.
  • the high-frequency antenna ⁇ ⁇ is an antenna having a three-dimensional structure, and includes a first part 11 and a plurality of second parts 12.
  • the first portion 11 extends straight from outside the film formation chamber 10 into the room through the ceiling wall 10 ′ of the chamber.
  • the second portion 12 extends radially from the indoor end 11 e of the first portion 11 and extends toward the ceiling wall 10.
  • the terminal end 12 e of each second part 12 is directly connected to the ceiling wall 10 ′ by a connector, and is thus grounded through the room 10.
  • the group of the second portions 12 as a whole has a form in which two antenna portions bent in a U-shape are combined in a cross shape when viewed from above and connected to the first portion 11 ′.
  • the surface of the antenna conductor is covered with an insulating film (here, an alumina film).
  • the first part 11 of the high-frequency antenna is connected to a high-frequency power supply PW via a matching box MX.
  • the part of the first part 11 that is outside the chamber 10 and does not contribute to plasma generation is shortened as much as possible and is directly connected to the match box MX.
  • the first portion 11 penetrates the insulating member 10a provided also on the ceiling wall 10 of the room 10 and also serving as an airtight seal.
  • the high-frequency antenna 1 is formed to be short, and furthermore, has a parallel wiring structure that is electrically branched in parallel in the room 10, so that the inductance of the antenna 1 'is reduced accordingly. .
  • the gas supplied into the film forming chamber 10 also depends on the high-frequency antenna ⁇ .
  • High frequency power can be applied to form inductively coupled plasma.
  • the high-frequency antenna 1 is a low-inductance antenna, it is possible to generate a desired plasma by suppressing inconveniences such as abnormal discharge and poor matching, and to improve the plasma characteristics. Even if the power frequency is increased to, for example, 40 MHz to 100 MHz, or even several hundred MHz, the desired plasma is generated by suppressing inconveniences such as abnormal discharge and poor matching. be able to.
  • the high-frequency antenna ⁇ ⁇ ⁇ has a three-dimensional structure, it can efficiently apply an electric field over a wide area in the room 10 even if it is arranged near an indoor wall, and accordingly the efficiency of using high-frequency power Is improved.
  • the present invention can be used when forming a silicon film for forming various semiconductor components such as TFT (thin film transistor) switches and semiconductor devices using the silicon film, and semiconductor devices.
  • TFT thin film transistor

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Abstract

成膜室(10)と、該室内に設置されたシリコンスパッタターゲット(2)と、該室内へ水素ガスを供給する水素ガス供給回路(102又は102')と、成膜室(10)内に供給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させる高周波電力印加装置(アンテナ1、1'、電源PW等)とを備え、該プラズマによりターゲット(2)をケミカルスパッタリングして基板S上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成装置。シランガスを併用してもよい。シランガス供給回路(101)にはガス溜め部(GR)を設けてもよい。比較的低温下で、安価に、さらに高速に所望のシリコン膜を形成できる。

Description

明 細 書 シリコン膜形成装置 技術分野
本発明はシリコン膜の形成装置に関する。 背景技術
シリコン膜は例えば、 液晶表示装置における画素に設けられる T F T (薄膜トランジスタ） スィツチの材料として、 また、 各種集積回路、 太 陽電池等の作製に採用されている。 さらに不揮発性メモリ、 発光素子、 光増感剤としての利用も期待されている。
シリコン膜の形成方法としては各種のものが知られており、 例えば、 各種 C V D法や P V D法により比較的低温下にアモルファスシリコン膜 を形成する方法、 さらにはそのようにして形成したアモルファスシリコ ン膜に後処理として例えば 1 0 0 0 °C程度の熱処理或いは 6 0 (TC程度 で長時間にわたる熱処理を施して結晶性シリコン膜を形成する方法、 被 成膜基板の温度を 6 0 0 °C〜 7 0 0 °C以上に維持して低圧下にプラズマ C V D法等の C V D法やスパッ夕蒸着法等の P V D法.により結晶性シリ コン膜を形成する方法、 アモルファスシリコン膜にレーザ一ァニ一ル処 理を施して該膜を結晶化させる方法が知られている。
上記の他、 モノシラン （S i H 4 ) 、 ジシラン （S i 2 H 6 ) 等のシ ラン系ガスを水素やフッ化シリコン （ S i F ) などで希釈したガスのプ ラズマのもとで、 5 0 0 °C程度以下の低温下にアモルファスシリコン膜 や結晶性シリコン膜を基板上に直接形成する方法も提案されている （例 えば特開昭 6 3 _ 7 3 7 3号公報） 。
しかしながら、 これら方法においては、 膜形成速度、 特に膜形成開始 当初における膜形成速度が必ずしも満足できるものではない。 また、 特開昭 6 3 - 7 3 7 3号公報に記載されているように、 シラン 系ガスを水素ゃフッ化シリコン （ S i F ) などで希釈したガスのプラズ マのもとでの膜形成は比較的低温下にシリコン膜を形成できる利点があ るものの、 シラン系ガスを水素ガス等で希釈して用いるので、 それだけ 成膜速度が遅くなる。 '
被成膜基板を高温にさらす方法では、 膜形成する基板として高温に耐 え得る高価な基板 （例えば石英ガラス基板） を採用しなければならず、 例えば耐熱温度 5 0 0 °C以下の安価な低融点ガラス基板へのシリコン膜 の形成は困難である。 そのため、 シリコン膜の製造コストが基板コスト の面から高くなってしまう。 アモルファスシリコン膜を高温下に熱処理 する場合も同様の問題がある。
アモルファスシリコン膜をレーザーァニール処理する場合には、 比較 的低温下に結晶性シリコン膜を得ることができるが、 レーザー照射工程 を必要とすることや、 非常に高いエネルギー密度のレーザー光を照射し なければならないこと等から、 この場合も結晶性シリコン膜の製造コス トが高くなつてしまう。 また、 レーザ一光を膜の各部に均一に照射する ことは難しく、 さらにレーザー照射により水素脱離が生じて膜表面が荒 れることもあり、 これらにより良質の結晶性シリコン膜を得ることは困 難である。
そこで本発明は、 比較的低温下で、 安価に所望のシリコン膜を形成で き、 また、 膜形成の開始を円滑に行わせ、 少なくともそれだけ成膜速度 を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリコン膜形成装置を提供 することを課題とする。
また、 本発明は比較的低温下で、 安価に所望のシリコン膜を形成でき 、 また、 膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始から膜形成 終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成でき るシリコン膜形成装置を提供することを課題とする。
また本発明は、 かかる利点を有するシリコン膜形成装置であって、 さ らに被成膜物品の成膜室内での移動、 位置決め等を円滑に精度よく行う ことができ、 それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装 置を提供することを課題とする。 発明の開示
本発明は、 被成膜物品を設置する成膜室と、 該成膜室内に設置された シリコンスパッタタ一ゲッ トと、 該成膜室内へ水素ガスを供給する水素 ガス供給回路を有するガス供給装置と、 該水素ガス供給回路から該成膜 室内に供給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合ブラズマを 発生させる高周波電力印加装置とを備え、 該プラズマにより前記シリコ ンスパッタターゲットをケミカルスパッ夕リングして該成膜室内に設置 された被成膜物品上にシリコン膜を形成するシリコン膜形成装置を提供 する。
このシリコン膜形成装置によると、 成膜室内に被成膜物品を配置し、 この成膜室内にガス供給装置の水素ガス供給回路から水素ガスを導入し 、 このガスに高周波電力印加装置により高周波電力を印加することで誘 導結合プラズマを発生させ、 これにより成膜室内を水素ラジカル及び水 素イオンに富んだ状態とし、 該プラズマにシリコンスパッタタ一ゲット をケミカルスパッ夕リング （反応性スパッタリング） させることで被成 膜物品上にシリコン膜を形成することができる。
しかも、 比較的低温下に膜形成でき、 例えば耐熱温度 5 0 0 °C以下の 安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり、 それだけ 安価にシリコン膜を形成できる。
また、 この膜形成の開始においては、 シリコンスパッタターゲッ トの 誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、 被成膜物品上 にシリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、 これ を発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、 その後もシリコン膜が 円滑に形成されていく。 従って、 少なくとも膜形成が円滑化される分、 シリコン膜形成を高速化できる。
なお、 本発明者は、 誘導結合方式により水素ガスをプラズマ化し、 プ ラズマ発光分光することで、 該プラズマにおいて Ηα ( 6 5 6 nm) 及 び H/3 ( 4 8 6 nm) が支配的となる状態が得られることを観測してい る。 Ha ( 6 5 6 nm) はプラズマ発光の分光により波長 6 5 6 nmに ピークを示す水素の発光スペクトル強度であり、 HjS ( 4 8 6 nm) は 波長 4 8 6 nmにピークを示す水素の発光スぺクトル強度である。 Ha や H が豊富であることは水素ラジカルが豊富であることを意味してい る。
誘導結合方式により形成される水素ガスブラズマのブラズマポテンシ ャルは、 条件にもよるが、 例えば約 2 0 eV程度であり、 いずれれにし てもかなりプラズマポテンシャルは低いので、 通常の物理的なスパッ夕 リングは起こり難い。 しかし、 本発明者はプラズマ発光分光により S i ( 2 8 8 nm) の存在を観測している。 これはシリコンスパッタターゲ ッ ト表面における、 水素ラジカル及ぴ水素イオンによるケミカルスパッ タリング （反応性スパッタリング） によるものである。
このシリコン膜形成装置によると、 水素ガス導入量、 高周波電力 （特 にその周波数、 電力の大きさ） 、 成膜室内の成膜ガス圧等を制御するこ とで結晶性シリコン膜の形成も可能である。
例えば、 これらの制御により、 水素ガスからプラズマとして、 Ha/ S i H* が 0. 3〜 1. 3であるガスプラズマを発生させ、 これにより シリコンスパッ夕ターゲッ トをケミカルスパッタリングし、 スパッタリ ングされた原子と水素ガスブラズマによる励起効果及び被成膜物品の堆 積膜表面と水素ラジカルの反応などにより被成膜物品上に膜を堆積形成 すれば、 従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈したガスのプラズマのも とで形成される結晶性シリコン膜と同様に、 結晶性を示し、 表面粗度の 小さい、 水素終端されたシリコンの結合手が配向した表面を有する良質 な結晶性シリコン膜が形成される。 ここで S i H * は、 成膜室内に導入される水素ガスに高周波電力を印 加することで発生する水素ガスプラズマによるシリコンスパッタタ一ゲ ッ 卜のスパッ夕リングにより発生してガスプラズマ中に存在するシラン ラジカルの発光スペクトル強度 （波長 4 1 4 n m) であり、 Η αはブラ ズマ発光分光により波長 6 5 6 n mにピークを示すバルマ一系列の水素 の発光スぺクトル強度である。
Η α / S i H * はプラズマ中の水素ラジカルの豊富さを示しており、 この値が 0 . 3より小さくなつてくると、 形成される膜の結晶性が低下 し、 1 . 3より大きくなつてくると、 かえって膜形成が困難になってく る。 Η α / S i H * の値は各種ラジカルの発光スペクトルをプラズマ発 光分光計測装置により測定し、 その測定結果に基づいて得ることができ る。 また、 Η α / S i H * の制御は、 代表的には、 導入ガスに印加する 高周波電力の大きさ及び成膜ガス圧の制御により行える。
高周波電力印加のための高周波アンテナは成膜室の外側に設置しても よいし、 電力印加をより効率よく行うために成膜室内に設置してもよい 。 成膜室外に設置するときには、 高周波アンテナが臨む成膜室壁部分は 誘電体材料で形成すればよい。
成膜室内に設置するときは、 該アンテナ導体部分を電気絶縁性材料 （ 例えばアルミナ） で被覆することが好ましい。 アンテナを電気絶縁性材 料で被覆することで、 自己バイアスによりァンテナがプラズマからの荷 電粒子によりスパッタリングされ、 アンテナ由来のスパッタ粒子が形成 しょうとする膜中に混入することを抑制できる。 - アンテナ形状については特に制限はない。 例えば、 棒状、 梯子状、 コ の字状、 リング状、 半リング状、 コイル状、 渦巻き状等の各種形状を採 用できる。
前記シリコンスパッタターゲットは様々な状態で提供できる。 例えば 成膜室のプラズマに触れる部分 （例えば、 プラズマに触れ易い成膜室内 壁） の全部又は一部をシリコン膜形成、 シリコンウェハの貼着、 シリコ ン片の付設等によりシリコンで覆ってシリコンスパッタターゲットにし てもよい。 成膜室それ自体とは別途独立したシリコンスパッタタ一ゲッ トを成膜室内に設置してもよい。
高周波ァンテナを成膜室の外側に設置するにしても、 内側に設置する にしても、 シリコンスパッタターゲットは、 これを円滑にケミカルスパ ッタリングするうえで、 少なくともプラズマの発生領域である高周波ァ ンテナに臨む位置、 換言すれば高周波ァンテナの近傍位置に設けること が好ましい。
例えば高周波アンテナを成膜室内に設置する場合において、 該高周波 アンテナに臨設されるシリコンスパッタターゲッ トの例として、 該電極 周囲を囲むとともに被成膜物品側に開放された筒形状のシリコンスパッ 夕夕ーゲッ トを挙げることができる。
また、 いずれにしても、 結晶性シリコン膜を形成しょうとする場合に は、 前記プラズマのポテンシャルは 1 5 eV〜4 5 e V程度であること が好ましく、 電子密度は 1 O cm— 3〜 1 012 cm—3程度であることが 好ましい。
結晶性シリコン膜形成における成膜室内圧力は 0. 6 P a〜 1 3. 4 P a (約 5 mT o r r〜約 1 0 0 mT o r r ) 程度であることが好まし い。
結晶性シリコン膜形成において、 プラズマポテンシャルが 1 5 e vよ り低くなつてくると、 結晶性が低下してくるし、 4 5 eVより高くなつ てきても結晶化が阻害されやすくなる。
また、 プラズマ中の電子密度が 1 0 " cm一3より小さくなつてくると 、 結晶化度が低下したり、 膜形成速度が低下したりし、 1 012cm_3よ り大きくなつてくると、 膜及び基板がダメージを受けやすくなる。 結晶性シリコン膜形成において、 成膜室内圧力が 0. 6 P a (約 5 m To r r ) より低くなつてくると、 プラズマが不安定となったり、 膜形 成速度が低下したりし、 1 3. 4 P a (約 1 0 OmT 0 r r ) より高く なってくると、 プラズマが不安定になったり、 膜の結晶性が低下したり する。
かかるプラズマポテンシャルやプラズマの電子密度は、 印加する高周 波電力の大きさ、 周波数、 成膜圧等のうち少なくとも一つを調整するこ とで制御できる。
高周波アンテナについてさらに説明すると、 成膜室内に設置する場合 の高周波ァンテナの好ましい例として、 成膜室外から成膜室内へ延び、 該成膜室内で電気的に並列に分岐し、 各分岐部分の終端が該成膜室に直 接的に接続されているアンテナを挙げることができる。 この場合、 該成 膜室電位は接地電位に設定するとことができる。
このアンテナは、 成膜室外の部分はプラズマ生成に寄与しないから、 この部分をできるだけ短く して高周波電力印加装置におけるマッチング ボックスに直接的に接続でき、 アンテナ終端は成膜室外まで引き出すこ となく成膜室に直接的に接続するから、 それだけアンテナ全体を短く形 成でき、 さらに、 成膜室内で電気的に並列に分岐させるという、 並列配 線構造を採用しているから、 アンテナのィンダクタンスをそれだけ低減 できる。
これにより、 従来の高周波アンテナより異常放電、 マッチング不良等 の不都合を抑制して所望のプラズマを発生させることができ、 たとえプ ラズマ特性を向上させるベく印加する高周波電力の周波数を上げる場合 でも、 異常放電、 マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマ を発生させることができる。
かかる高周波アンテナは、 成膜室内空間の節約のためにコンパクトで 且つ高周波電力の利用効率のよいものが好ましく、 そのために高周波ァ ンテナは立体的構造のものとしてもよい。 その代表例として、 成膜室外 からその室壁を通り成膜室内へ延在する第 1部分、 該第 1部分の成膜室 内側端部から放射状に分岐して延びるとともに前記成膜室壁へ向かって 延びる複数本の第 2部分とを含み、 該各第 2部分の終端が該成膜室壁に 直接的に接続されている高周波アンテナを挙げることができる。
かかる高周波アンテナは例えばプラズマ発生室内壁の近くに配置して も、 室壁と平行状に配置される平面的構造のアンテナと比べると、 アン テナの第 1部分、 各第 2部分のそれぞれの周囲領域へ誘導電界をおよぼ すことができ、 それだけ成膜室内の広い範囲にわたり効率よく電界をお よぼすことができ、 高周波電力の利用効率がよい。
かかるアンテナにおける第 2部分群は、 全体として U字状、 コの字、 半円状等の形状を呈するものや、 このような形状のァンテナ部分を第 1 部分を中心として所定の中心角度間隔で十字形等に組み合わせたもの等 を例示できる。
いずれにしても、 高周波アンテナに印加する高周波電力は、 周波数が 例えば商用の 1 3 . 5 6 M H zのものでもよいが、 以上説明したタイプ の高周波アンテナは前記のとおり低ィンダクタンスのものであるから、 例えば、 4 0 M H z〜 1 0 0 M H z程度、 或いはさらに数 1 0 0 M H z の高いもの、 例えば 6 0 M H z程度のものでもよい。 このように周波数 の高い高周波電力でも使用でき、 それによりプラズマ密度等の点でブラ ズマ特性を向上させることが可能である。
前記ガス供給装置はシランガス供給回路を含んでいてもよい。 シラン ガス供給回路を備えることで、 シリコン膜形成にあたり該回路からシラ ンガスを成膜室内へ供給することができ、 それによりシリコン膜形成を より高速化できる。
かかるシランガス供給回路は、 前記水素ガス供給回路からの水素ガス 供給と同時的に成膜室内ヘシランガスを供給するものでもよいし、 前記 シリコンスパッ夕ターゲッ トの水素ガスプラズマによるケミカルスパッ タリングの開始後に、 換言すれば、 該ターゲッ トの水素ガスプラズマに よるケミカルスパッ夕リングによりシリコン膜の核或いは種が形成され た状態で、 前記成膜室内にシランガスを供給するものでもよい。
いずれにしても、 シランガスの供給によりシリコン膜形成をより高速 化できる。
また、 シランガスを水素ガスと同時的に供給する場合であれ、 ターゲ ッ トのケミカルスパッタリング開始後に供給する場合であれ、 シランガ ス供給回路は、 シランガス供給開始に先立つてシランガスを溜めておき 、 前記成膜室内へのシランガス供給にあたり溜めた該シランガスを一挙 に前記成膜室内へ供給するガス溜め部を含んでいるとともに、 該ガス溜 め部からのシランガス供給と同時的にシランガスを制御された流量で前 記成膜室内へ供給開始し、 その後もひき続きシランガスを制御された流 量で前記成膜室内へ供給するための、 流量制御部を含むシランガス供給 部を含んでいるものでもよい。
かかるガス溜め部を有するシランガス供給回路を採用すると、 該ガス 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、 シランガス供給開始当初からより確実にシランガス供給の 効果が得られ、 一層高速成膜が可能となる。
本発明に係るシリコン膜形成装置は、 前記被成膜物品をシリコン膜形 成のための第 1位置又は該第 1位置とは異なる第 2位置との間で移動さ せるための前記成膜室内に配置された搬送部材と、 該搬送部材を昇降さ せる昇降機構とを備えることができ、 さらに、 カウンタバランス機構を 備えることができる。
かかる物品搬送部材は、 被成膜物品を該第 1位置に保持するための物 品ホルダに対して昇降できるものでもよいし、 該物品ホルダを兼ねるも のでもよい。 後者の場合、 物品ホルダが昇降機構により昇降する。 昇降機構の代表例として、
搬送部材を支持するとともに前記成膜室壁を昇降可能に貫通する搬送 部材用支持部材と、
該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分の端部に設け られたべローズ支持部材と、
一端部が該成膜室に、 他端部が該べローズ支持部材にそれぞれ気密に 接続されるとともに該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た 部分を気密に囲繞する伸縮べローズと、
該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆動部とを含むものを挙げるこ とができる。
かかる昇降機構を採用する場合のカウン夕バランス機構の代表例とし て、 少なくとも、 前記成膜室内圧がシリコン膜形成のための減圧雰囲気 設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わる第 1負荷及び前記成膜室内 圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧であるとき前記駆動 部に加わる第 2負荷をそれぞれ相殺する反力を発生させるものを挙げる ことができる。
かかる搬送部材、 昇降機構及び力ゥンタバランス機構を採用するとき は、 成膜室内に搬入した被成膜物品を昇降機構にて駆動される搬送部材 で成膜処理のための第 1位置に配置することができる。
膜形成後の物品は昇降機構により搬送部材を移動させることで該第 1 位置とは異なる第 2の位置、 例えば、 成膜室内外間で被成膜物品の搬入 搬出処理を行う位置に移動させ、 次の処理 （例えば膜形成済物品の搬出 処理、 或いは新たな被成膜物品の搬入処理） を行うことができる。 カウン夕バランス機構は、 少なくとも、 成膜室内圧が膜形成のための 減圧雰囲気設定時の内圧であるとき昇降機構の駆動部に加わる第 1の負 荷及び該成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定めた高圧で あるとき該駆動部に加わる第 2の負荷をそれぞれ相殺する反力を発生さ せる。
ここで、 第 1負荷とは、 成膜室内が膜形成のための減圧雰囲気 （大気 圧より減圧された雰囲気） に設定されることで、 成膜室内外の気圧の差 により伸縮べローズの口径 （断面積） に相当するべローズ支持部材の部 分に加わる力 f から搬送部材、 搬送部材用支持部材及びべローズ支持部 材、 或いはさらに搬送部材に支持された物品等による、 搬送部材を下降 させる方向に働く部材重力 W Fを差し引いた、 ベローズを収縮させる方 向の力 F ( = f -W F ) に基づく負荷である。
第 2負荷とは、 成膜室内圧が前記減圧雰囲気設定時の内圧より予め定 めた高圧、 代表例としては大気圧 （大気圧そのもののほか、 略大気圧で ある場合も含む） であるときの負荷であり、 主として前記部材重力 WF に基づく負荷である。
かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、 昇降機構の駆動 部にかかる負荷は著しく抑制され、 従って該駆動部は容量 （搬送部材の 昇降駆動力や構造の頑丈さ等） の小さい安価なもので足りるようになり 、 ひいては膜形成装置もそれだけ安価に提供できる。
また、 かかるカウンタバランス機構の負荷相殺作用により、 駆動部は 搬送部材を軽快に移動させることができ、 駆動部の駆動停止に伴う搬送 部材の停止も容易になり、 且つ、 停止時の衝撃も少なくなり、 それだけ 搬送部材を前記第 1位置や第 2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該搬送部材上の被処理物品の位置ずれ や損傷を抑制することができる。
ブレーキ機能を備えない駆動部を採用しても、 カウンタバランス機構 の負荷相殺作用により搬送部材を所定の位置に精度よく、 衝撃少なく停 止させることができ、 ブレ一キ機能を有しないリニアステツビング機構 (ステツピングモ一夕にて被駆動体を位置制御可能に直線駆動できる駆 動機構） 等を採用することも可能となる。
前記力ゥンタバランス機構の例として次のものを挙げることができる すなわち、 前記搬送部材の支持部材に連結されたビストンロッドを有 するビストンシリンダ装置と、 前記第 1負荷を相殺するにあたって該第
1負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給し、 前記第 2負荷を相殺するにあたって該第 2負荷を相殺するように該ビス. トンシリンダ装置に作動流体を供給するための作動流体回路とを含んで いるカウンタバランス機構である。 かかる作動流体回路は停電時においても前記ビストンシリダ装置の状 態を停電直前の状態に維持できるものであることが好ましい。 例えば、 かかる作動流体回路を、 作動流体流路を切り換える電磁切り換え弁を含 むものとし、 且つ、 該電磁切り換え弁を非通電時には、 その直前の通電 時の弁位置を維持することで、 停電時においても前記ビストンシリダ装 置の状態を停電直前の状態に維持できるものとすればよい。
このような作動流体回路を採用することで、 停電等により駆動部によ る駆動が停止しても物品搬送部材の部材重力による落下やべローズ支持 板に気圧差が加わっている場合における飛び上がりを防止でき、 ひいて は該物品搬送部材に保持される被処理物品の位置ずれや損傷を抑制する ことができる。
昇降機構における駆動部としては、 例えば、 回転乇一タと、 該モータ の回転運動を直線運動に変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動 力伝達機構とを含むものを挙げることができる。 この場合、 該回転モー 夕として停電時に制動力を発揮するブレーキ付きサーボモータを採用す ることを例示できる。
以上説明したように、 本発明によると、 比較的低温下で、 安価に所望 のシリコン膜を形成でき、 また、 膜形成の開始を円滑に行わせ、 少なく ともそれだけ成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を形成できるシリ コン膜形成装置を提供することができる。
また、 本発明によると、 比較的低温下で、 安価に所望のシリコン膜を 形成でき、 また、 膜形成の開始を円滑に行わせるとともに膜形成開始か ら膜形成終了にいたるまでの成膜速度を向上させて所望のシリコン膜を 形成できるシリコン膜形成装置を提供することができる。
また本発明によると、 かかる利点を有する膜形成装置であって、 さら に被成膜物品の成膜室内での移動、 位置決め等を円滑に精度よく行うこ とができ、 それだけシリコン膜形成を円滑に行えるシリコン膜形成装置 を提供することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係るシリコン膜形成装置の 1例の概略構成を示す 図である。
第 2図は、 第 1図のシリコン膜形成装置により形成したシリコン膜の 結晶性をレーザラマン分光分析により評価した結果を示す図である。 第 3図は、 本発明に係るシリコン膜形成装置の他の例の概略構成を、 物品ホルダを上昇位置において示す図である。
第 4図は、 第 3図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。
第 5図は、 第 3図の膜形成装置の制御回路の概略を示すプロック図で める。
第 6図は、 第 5図に示す制御部の動作の 1例の概略を示すフローチヤ ―トである。
第 7図は、 高周波ァンテナの他の例を膜形成装置の一部とともに示す 図である。
第 8図は、 第 7図のアンテナの立体構造例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
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。
( 1 ) 図 1に示すシリコン膜形成装置 A
図 1は本発明に係るシリコン膜形成装置の 1例の概略構成を示してい る。
図 1に示す膜形成装置 Aは成膜室 1 0を備えており、該成膜室内には 物品ホルダ 3、 該ホルダ上方の高周波ァンテナ 1及び該ァンテナに臨む シリコンスパッ夕ターゲッ ト 2が設置されている。
アンテナ 1は導体部分表面がアルミナ製の、 厚さ 1 0 0 n m或いはそ れょり少し厚い絶縁膜で被覆されている。 このアンテナ 1には、 マッチングボックス M Xを介して高周波電源 P Wが接続されている。 電源 F Wは出力可変電源であり、 この膜形成装置 では周波数 1 3、 5 6 M H zの高周波電力を供給する。 なお、 電源周波 数は 1 3 . 5 6 M H zに限定する必要はなく、 例えば 4 0 M H z程度か らから 1 0 0 M H z、 或いはさらに数 1 0 0 M H zまでの範囲のものに 設定してもよい。 アンテナ 1、 マッチングボックス M X及び高周波電源 P Wは高周波電力印加装置を構成している。
物品ホルダ 3は被成膜物品 （本例では基板 S ) を加熱するヒータ 4を 備えている。 物品ホルダ 3は成膜室 1 0とともに接地されている。 シリコンスパッタターゲット 2は筒形状に形成されており、 アンテナ 1を囲むように該アンテナに臨み、 成膜室 1 0の天井壁 1 0 ' に取付け 保持されている。 筒状タ一ゲッ ト 2の下端はホルダ 3に向け開放されて いる。 なお、 夕一ゲッ ト 2に加え、 例えば、 ターゲット 2に囲まれた成 膜室天井壁部分等にもシリコンスパッタタ一ゲットを設けてもよい。 そ のようなターゲットは例えばシリコンウェハを該天井壁部分に貼着等に て保持させることで設けることができる。 このように、 シリコンスパッ タタ一ゲッ トを成膜室 1 0内に形成されるプラズマに触れやすい部位に 設けるとよい。
成膜室 1 0内の夕一ゲッ ト 2の外側領域において天井壁 1 0 ' にガス 導入ノズル N 3が設けられており、 該ノズル N 3には電磁開閉弁 A V 6 、 マスフローコントローラ M F C 2及び電磁開閉弁 A V 5を介して水素 ガスボンベ B 2が配管接続されている。 これらは成膜室 1 0へ水素ガス を制御された流量で供給する流量制御部 （本例ではマスフローコントロ ーラ） を含む水素ガス供給回路 1 0 2 ' を構成している。
成膜室 1 0には上記のほか、 成膜室 1 0内から排気する排気装置 E X が接続されており、 成膜室内に形成されるブラズマの状態を計測するた めの発光分光計測装置 S Mも付設されている。 排気装置 E Xは、 排気量 調整を行うコンダクタンスバルブ C V、 該バルブを介して成膜室 1 0に 配管接続された真空ポンプ P Mからなる。
このシリコン膜形成装置 Aによると、 成膜室 1 0内の物品ホルダ 3に 被成膜基板 Sを配置し、 この成膜室内に水素ガス供給回路 1 0 2 ' から 水素ガスを導入し、 このガスに電源 P Wからマッチングボックス M Xを 介して高周波電力を印加することで誘導結合ブラズマを発生させ、 これ により成膜室 1 0内を水素ラジカル及ぴ水素ィォンに富んだ状態とし、 該プラズマにシリコンスパッタターゲッ ト 2をケミカルスパッタリング (反応性スパッ夕リング） させることで基板 S上にシリコン膜を形成す ることができる。
しかも、 比較的低温下にシリコン膜を形成でき、 例えば耐熱温度 5 0 0 °C以下の安価な低融点ガラス基板上へのシリコン膜形成も可能であり 、 それだけ安価にシリコン膜を形成できる。
また、 この膜形成の開始においては、 シリコンスパッタターゲッ ト 2 の誘導結合プラズマによるケミカルスパッタリングにより、 基板 S上に シリコン膜が成長していくための核或いは種が円滑に形成され、 これを 発端としてシリコン膜形成が円滑に開始され、 その後もシリコン膜が円 滑に形成されていく。 少なくとも膜形成が円滑化される分、 シリコン膜 を高速形成できる。
かるシリコン膜形成においては、 成膜室 1 0への水素ガス導入量、 印 加する高周波電力 （特に周波数、 電力の大きさ） 、 室 1 0内の成膜ガス 圧等のうち 1又は 2以上を制御することでァモルファスシリコン膜ゃ結 晶性シリコン膜を形成することができる。
以下に、 基板 Sに結晶性シリコン膜を形成する例について説明する。 結晶性シリコン膜形成においては、 成膜室内の成膜ガス圧を 0 . 6 P a〜 1 3 . 4 P a (約 5 mmT o r r〜約 1 0 0 mm T o r r ) の範囲 のものに維持して行う。
先ず、 膜形成に先立って、 コンダクタンスバルブ C Vを介してポンプ P Mにて成膜室 1 0内から排気を開始する。 コンダクタンスバルブ C V は成膜室 1 0内の成膜ガス圧 0. 6 P a〜 1 3. 4 P aを考慮した排気 量に調整しておく。
ポンプ F Mの運転により成膜室 1 0の内圧が目指す成膜ガス圧より低 くなってくると、 水素ガス供給回路 1 0 2， の弁 AV 5、 AV 6を開き 、 マスフ口一コントローラ MF C 2で制御された流量で水素ガスを成膜 室 1 0内に導入するとともに電源 PWから高周波アンテナ 1に高周波電 力を印加し、 これにより導入された水素ガスを誘導結合方式でプラズマ 化する。
かくして発生したプラズマからの、 発光分光計測装置 SMによる検出 情報から該プラズマにおける Ha ( 6 5 6 nm) 及び Η)8 ( 4 8 6 nm
) を計測する。 そして、 アンテナ 1へ印加する高周波電力、 マスフ口一 コントローラ MF C 2による成膜室 1 0への水素ガス導入量、 成膜室内 圧力 （排気装置 EXによる排気量） 等のうち少なくとも一つを制御する ことで、 水素ガスプラズマにおける Ha ( 6 56 nm) 及び H iS (4 8
6 nm) の発光強度が十分犬くなる高周波電力、 水素ガス導入量、 成膜 ガス圧等の条件を決定する。
また、 プラズマにおける Ha/S i H* が 0. 3〜 1. 3となり、 プ ラズマのポテンシャルが 1 5 e V〜4 5 e Vとなり、 プラズマにおける 電子密度が 1 01 Dcm— 3〜 1 012 cm—3となる高周波電力、 水素ガス導 入量等の条件を決定する。
なお、 プラズマポテンシャルやプラズマにおける電子密度は、 例えば ラングミュ一ァプローブ法により確認できる。
これらを勘案して最終的な高周波電力、 水素ガス導入量、 成膜ガス圧 等の条件を決定する。
このようにして成膜条件を決定したあとは、 その条件に従って膜形成 を行う。
膜形成においては、 ホルダ 3にて支持する被成膜基板 Sの温度を 50 ◦ °C以下の比較的低温、 例えば 4 0 0 °C程度に加熱できるようにヒー夕 4を設定し、 該ホルダ 3に被成膜基板 Sを搭載する。 次いでポンプ PM にて成膜室 1 0内を排気し、 ひき続き水素ガス供給回路 1 0 2 ' から成 膜室 1 0内へ所定量の水素ガスを導入するとともにアンテナ 1に電源 F Wから高周波電力を印加することで、 アンテナ 1からの放電を誘導結合 方式にて行わせ、 これによりプラズマを発生させる。
すると、 ァンテナ 1に対し臨設されたシリコンスパッ夕夕一ゲット 2 をプラズマがケミカルスパッ夕リングし、 それにより基板 S上にシリコ ン薄膜が形成される。 この膜は、 従来のシラン系ガスを水素ガスで希釈 して得られるプラズマのもとに形成される結晶性シリコン膜と同様に、 結晶性を示すシリコン膜であり、 水素終端されたシリコンの結合手が配 向した表面を有する。
次に、 図 1に示すシリコン膜形成装置 Aによる結晶性シリコン膜形成 の実験例について説明する。
条件等は以下のとおりであった。
基板：無アルカリガラス基板
基板温度： 4 0 0 °C
高周波電源： 1 3. 5 6 MHz. 2 0 0 0 W
水素ガス導入量： 5 0 s c c m
成膜圧力： 1 3 P a ( 9 8mTo r r )
プラズマにおける Ηα/S i H* : 1. 0
プラズマポテンシャル： 3 0 e V
プラズマにおける電子密： 1 011 cm一3
膜厚：約 5 0 0人
このようにして得られた膜の結晶性をレーザラマン分光分析により評 価したところ、 図 2のラマンスペクトルに示されるように、 ラマンシフ ト 5 2 0 cm一1の結晶性を示すピークが出現し、 結晶性が確認された。 ( 2 ) 図 3、 図 4に示すシリコン膜形成装置
次にシリコン膜形成装置の他の例 Bについて説明する。 図 3、 図 4は 該装置 Bの概略構成を示している。 図 3は成膜室内圧が大気圧で、 物品 ホルダ 3が上昇位置にあるときの様子を示しており、 図 4は成膜室内圧 が成膜圧力で、 物品ホルダ 3が下降位置にあるときの様子を示している 膜形成装置 Bは、 図 1に示す装置 Aと同様に成膜室 1 0、 該成膜室内 に設けられた高周波ァンテナ 1、 シリコンスパッタタ一ゲッ ト 2及び物 品ホルダ 3、 アンテナ 1に高周波電力を印加する高周波電力印加装置 （ 高周波電源 FW及びマッチングボックス MX) 、 水素ガス供給回路 1 0 2、 排気装置 EX、 プラズマ発光分光計測装置 SM等を備えている。 この装置 Bは、 シリコンスパッタタ一ゲッ ト 1のプラズマによるケミ カルスパッタリングによる膜形成と、 モノシランガス （S i H4 ) と水 素ガス （H2 ) のプラズマによる膜形成とを併用して高速成膜できるも のである。
物品ホルダ 3は基板加熱ヒータ 4を備えており、 成膜室 1 0とともに 接地されている。 成膜室 1 0に対してガス供給装置 1 0 0が設けられて いる。
ガス供給装置 1 0 0は、 成膜室 1 0内にシランガス （S i H4 ) を供 給する回路 1 0 1 と、 前記の水素ガスを供給する回路 1 0 2とを含んで いる。 回路 1 0 1は、 シランガスボンベ B 1及びこれに順次配管接続 された弁 MV 1、 弁 A V I、 マスフローコントローラ MF C 1、 弁 AV 2及びノズル N 1を有している。 さらに、 弁 MV 1と弁 A V 1 との間の 配管に弁 MV 2、 AV 3. AV 4及びノズル N 2が順次配管接続されて いる。 コントローラ MFC 1及び弁 A V 2間の配管と弁 MV 2及び弁 A V 3間の配管は互いに連通配管で接続されている。
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、 マスフ口一コントローラ MF C 1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 N 1、 N は成膜室 1 0の天井壁 1 0 ' に設けられ、 成膜室内に 開口している。
弁 A V 3、 A V 4及びこれらを接続している配管部はガス溜め部 G R を構成している。
シリコン膜形成装置 Bでの水素ガス供給回路 1 0 2は、 水素ガスボン ベ B 2及びこれに順次配管接続された弁 M V 3、 弁 A V 5、 マスフロー コントローラ M F C 2、 弁 A V 6及びノズル N 3を有している。 さらに 、 弁 A V 5とコントローラ M F C 2の直列回路に対し弁 M V 4が並列接 続されている。
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 M F C 2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 N 3は成膜室 1 0の天井壁 1 0 ' に設けられ、 成膜室内に開口してい る。
成膜室 1 0には、 前記のとおり排気装置 E Xやプラズマ発光分光計測 装置 S Mが接続さており、 さらに、 成膜室内圧力を検出する圧力センサ P Sも接続されている。
物品ホルダ 3は昇降機構 E Lにより昇降可能である。 該機構により、 図 3に示す上昇位置、 すなわち、 成膜室 1 0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 G Vに臨む上昇位置と、 図 4に示す膜形成のための下降位置との間を昇降 できるようになつている。 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 1 0内における物品搬送部材を兼ねている。 ホルダ昇降機構 E L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 4 1 と、 支持部材 4 1の下端部に設けられ たべローズ支持板 6と、 成膜室 1 0の下壁とベロ一ズ支持板 6との間に 渡し設けられた伸縮可能のベ口一ズ B Lと、 ベ口一ズ支持板 6の一側端 部をボ一ルねじ機構を介して昇降駆動するブレーキ付き電動サ一ポモー 夕 7とを含んでいる。 該モータのブレーキは停電時に制動力を発揮する ものである。
支持部材 4 1は本例ではロッ ド状部材である。 モータ 7は、 成膜室 1 0の下壁に連設したフレーム 2 0に取り付けられている。
ベローズ B Lは上端部が成膜室下壁に、 下端部がベ口一ズ支持板 6に それぞれ気密に接続されているとともに支持部材 4 1の成膜室 1 0外に 出た部分を気密に囲繞する筒形状のものである。
ボールねじ機構は、 該サ一ポモータ 7にて回転駆動されるねじ棒 7 1 、 該ねじ棒が螺合したベロ一ズ支持板 6上のナツト部 8 1及びねじ棒 7 1の上端部を回転可能に支持する軸受け 8 2からなつており、 軸受け 8 2はフレーム 2 0に 7—ム部材を介して支持されている。 これらモータ 7、 ポールねじ機構等はべ口一ズ支持板 6を介して支持部材 4 1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。
ベローズ支持板 6の反対側の端部には案内輪 6 1、 6 1が設けられて おり、 これらはフレーム 2 0に設けた案内レール 6 2に沿って転動する 以上説明したホルダ昇降機構 E Lによると、 モータ 7を正転させるこ とでねじ棒 7 1を正転駆動し、 これによりベロ一ズ支持板 6、 これから 立ち上がつているロッ ド状支持部材 4 1及び支持部材 4 1に支持された ホルダ 3を図 3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 7 1を逆転 駆動し、 これによりベロ一ズ支持板 6、 これから立ち上がつている支持 部材 4 1及び支持部材 4 1に支持されたホルダ 3を図 4に示す下降位置 にセッ トすることができる。
ホルダ 3に対してはカウンタバランス機構 C Bも設けられている。 カウンタバランス機構 C Bは、 ビ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。 ビ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。 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 5 2がホルダ 3を支えている支持部材 4 1下端部のねじ 4 1 1にねじ 継ぎ手 5 2 0にて接続されることで、 支持部材 4 1を介してホルダ 3に 接続されている。
圧縮空気回路 9は、 ビストンシリンダ装置 5のロッ ドカバ一側のシリ 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 9 1 し リューブリケ一夕 （給油器） 9 1 2、 圧力調整弁 9 1 3を含んでいる。
さらに、 ピストンシリンダ装置 5のへッ ドカバ一側のシリンダチュ一 ブポ一トに順次配管接続された 3ポート 2位置ダブルソレノィ ド型の切 り換え電磁弁 9 2 1、 リューブリケ一タ 9 2 2、 圧力調整弁 9 2 3を含 んでいる。
圧力調整弁 9 1 3 . 9 2 3はフィルタ 9 0 1を介してコンプレッサ等 の圧縮空気源 9 0に配管接続されている。 弁 9 1 1に対しては消音器 9 1 4が、 弁 9 2 1に対しては消音器 9 2 4も設けられている。
電磁弁 9 1 1はそのソレノイ ド S◦ L 1 1が非通電状態、 ソレノイド S O L 1 2が通電状態のとき、 図 3に示すように、 ビストンシリンダ装 置 5に圧縮空気を供給しないが、 ソレノイド S O L I 1を通電状態、 ソ レノィ ド S O L 1 2を非通電状態におくと、 弁ポジションが切り換えら れ、 図 4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 一卜に圧縮空気を供給する。
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 9 1 3にて調整されたもので、 成膜室 1 0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 1 0内外の気圧の差によ りべローズ B Lの口径 （断面積） に相当するべローズ支持板 6の部分に 加わる力 f から物品ホルダ 3、 支持部材 4 1、 ベローズ支持板 6或いは さらにホルダ 3上の物品等による部材重力 WFを差し引いた、 ベロ一ズ 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 すれば該カ 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 反力をビストン 5 1に与える気圧である。 なお、 ソレノイ ド S OL 1 1 に通電されるとき切り換え電磁弁 9 2 1はそのソレノィド S OL 2 1が 非通電状態におかれるとともにソレノイ ド S OL 2 2が通電状態におか れ、 シリンダチューブ内のへッ ドカバ一側にある空気は弁 9 2 1及び消 音器 9 2 4を介して大気中へ放出される。
電磁弁 9 2 1はそのソレノイ ド S 0 L 2 1が非通電状態、 ソレノイド S OL 2 2が通電状態のとき、 図 4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、 ソレソイド SOL 2 1を通電状態、 ソ レノイド S OL 2 2を非通電状態におくと、 弁ポジションが切り換えら れ、 図 3に示すように、 ビストンシリンダ装置 5のへッドカバ一側チュ ーブポートに圧縮空気を供給する。
このときシリンダチューブのへッ ド側ポ一トに供給される圧縮空気圧 は、 圧力調整弁 9 2 3にて調整されたもので、 成膜室 1 0内が大気圧に おかれた場合の、 物品ホルダ 3、 支持部材 4 1、 ベローズ支持板 6等に よる部材重力 WFを相殺する反力、 換言すれば該カ 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 5 1に与える 気圧である。 なお、 ソレノィ ド S OL 2 1に通電されるとき切り換え電 磁弁 9 1 1においては、 そのソレノィド S OL 1 1が非通電状態におか れるとともにソレノィ ド S〇L 1 2が通電状態におかれ、 シリンダチュ ーブ内のロッ ドカバ一側にある空気は弁 9 1 1及び消音器 9 1 4を介し て大気中へ放出される。
図 5は膜形成装置 B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 C 0 N Tを 含んでいる。 高周波電源 PW、 真空ポンプ PM、 ガス供給装置 1 0 0に おけるマスフローコントローラゃ各電磁開閉弁、 ホルダ昇降機構のモー 夕 7、 圧縮空気回路 9における電磁切り換え弁のソレノィ ド S OL 1 1
〜S OL 2 2、 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 3、 図 4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 C ONTには前記の圧力センサ P Sか らの成膜室内圧力情報が入力されるようになつており、 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 P Aも接続されている。 膜形成装置 Bによると、 基板 S上へのシリコン膜形成は、 ターゲッ ト
2のケミカルスパッタリングとモノシランガスの供給とを同時的に行う 膜形成、 ターゲッ ト 2のケミカルスパッタリングを先に開始し、 その後 にシランガス供給を開始する膜形成等を実施できる。 前者については
、 さらにシランガス供給にあたりガス溜め部 GRを用いる膜形成、 用い ない膜形成を実施できる。 後者についても、 シランガス供給にあたりガ ス溜め部 GRを用いる膜形成、 用いない膜形成を実施できる。
( 2 - 1 ) 夕ーゲッ トのケミカルスパッタリングとモノシランガスの供 給とを同時的に行う膜形成
(2-1-1) ガス溜め部 GRを使用する場合
この膜形成につき、 この場合の制御部 C 0 N Tの動作を示す図 6のフ 口—チヤ—トを参照しつつ説明する。 当初は、 電源 PW、 ポンプ PM、 ガス供給装置 1 0 0におけるマスフ 口一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ィ ド S 0 L 1 1〜S OL 2 2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 1 0内は大気圧下にある 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 P Sから制御部 C◦ N T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 9 1 1のソレノイド S OL I 1が オフ、 S OL 1 2がオンされるとともに、 弁 9 2 1のソレノィ ド S OL 1がオン、 SOL 2 2がオフされる （図 6のステップ S 1 ) 。 これによりビストンシリンダ装置 5のへッ ドカバー側ポートに物品ホ ルダ 3等による部材重力 W F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 W F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 G Vに臨む上 昇位置に配置する （図 6の S 2 ) 。
次いでゲート弁 G Vを開き、 物品ホルダ 3に被処理基板 Sを搭載し、 再び弁 G Vを閉じる （図 6の S 3 ) 。 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 6の S 4 ) 。 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 W Fに基づく負荷はビストンシリンダ装置 5により相殺されている。
このように成膜室 1 0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 W Fを相殺する反力を発生させて、 駆動部、 特に モ一タ 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、 モ一 夕トルクが小さくても済むからポ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。
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、 モー夕 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の位置ずれや損傷を抑制 することができる。
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 9 1 1 、 9 1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。 基板 Sがこのように成膜位置に配置されると、 ポンプ F Mをオンして 成膜室 1 0から排気を開始し、 また、 ガス供給装置 1 00においてシラ ンガス供給回路 1 0 1におけるマスフ口一コントローラ MF C 1は未だ オフしたまま弁 AV 1、 AV 2、 AV 3、 AV 4をオンして開きガス拔 きし、 さらに水素ガス供給回路 1 0 2におけるマスフ口一コントローラ MF C 2も未だオフしたまま弁 AV 5、 AV 6をオンして開きガス抜き する （図 6の S 5 ) 。 なお弁 MV 4はメインテナンス時に開いてガス抜 きに使用できる。
その後、 圧力センサ P S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 P 0以下を示すのを待って （図 6の S 6 ) 、 弁 A V I、 AV 2、 AV 3、 AV4、 AV 5、 AV 6をオフして閉じる。 ま た、 成膜室 1 0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 9 1 1のソレノイ ド SOL 1 1をオン、 SOL I 2をオフするとともに 、 弁 9 2 1のソレノイ ド S OL 2 1をオフ、 SOL 2 2をオンする (図 6の S 7 ) 。
これによりピストンシリンダ装置 5のロッ ドカバ一側ポートに、 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。
次にシランガス供給回路 1 0 1において弁 MV 1、 MV 2. AV 3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 MV 2、 AV 3を閉じる （図 4の S 8、 S 9 ) 。 ひき続き弁 A V 1、 A V 2を開いてガス抜きし、 再びこれらを閉じる （図 6の S 1 0、 S 1 1
) o
次に高周波電源 PWをオンして高周波アンテナ 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 1 0 1における弁 AV 4を開い てガス溜め部 G Rに溜められたシランガスを一挙に、 換言すればノ、°ルス 的に成膜室 1 0内に供給し、 これと同時にマスフ口一コントローラ M F C 1 をオンし、 弁 A V 1、 A V 2を開いてシランガスをコントローラ M F C 1にて制御された流量で成膜室 1 0内に供給し、 さらに同時に、 水 素ガス供給回路 1 0 2においてもマスフ口一コントロ一ラ M F C 2をォ ンし、 弁 M V 3、 弁 A V 5、 A V 6を開き、 水素ガスをコントローラ M F C 2で制御された流量で成膜室 1 0内に供給開始する （図 6の S 1 2
) o
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シリコンスパッタタ一ゲット 2がケミ カルスパッタリングされることで基板 S上にシリコン膜が形成されると ともにモノシランガスと水素ガスのプラズマのもとでも基板 Sにシリコ ン膜が形成されていく。 それだけシリコン膜形成速度が高速化される。 また、 この膜形成においては、 シリコンスパッタターゲット 2のケミ カルスパッタリングにより基板上 Sにシリコン膜の成長を促す核或いは 種が形成されるので、 それだけ膜形成が円滑に開始される。 さらに、 モ ノシランガス （S i H 4 ) についてはその供給開始に先立ってガス溜め 部 G R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 1 0内へ供給されるので、 膜形成開始時には 、 ガス溜め部 G Rから一挙に供給されるシランガスが成膜室内 1 0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 シランガス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 。 且つ、 ガス溜め部 G R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 M F C 1、 M F C 2 で制御された流量で成膜室 I 0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 1 0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、 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、 良質の膜を形成することができ、 膜 全体を高速形成できる。
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 6の S 1 3) 、 電源: PW、 ポンプ PM及びマスフローコント口一 ラ MFC 1、 MFC 2をオフし、 弁 MV 1、 MV 3、 弁 A V I、 AV 2 、 AV 4、 AV 5、 AV6を閉じ （図 6の S 1 4 ) 、 モータ 7を正転さ せてホルダ 3を上昇させ （図 6の S 1 5) 、 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 6の S 1 6 ) 。
物品ホルダ 3を上昇させるとき、 成膜室 1 0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 (こ、 ピストンシリンダ装置 5のロッ ドカバー 側ポ一トに該カ 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。
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。
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 9 1 1 、 9 2 1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 下降させるにあたつても、 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。
膜形成済基板 Sの搬出のためにゲ一ト弁 G Vを開くことで圧力センサ P Sからの圧力情報が前記所定の負圧 P 0より大きくなると （図 6の S 1 7 ) 、 圧縮空気回路 9における切り換え電磁弁 9 1 1のソレノイ ド S
〇 L 1 1をオフ、 S 0 L 1 2をオンするとともに、 弁 9 2 1のソレノィ ド S〇 L 2 1をオン、 S〇 L 2 2をオフして （図 6のステップ S 1 8 )
、 部材重力 WFを相殺する反力をビストンシリンダ装置 5に発生させる 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 6の S 1 9 ) 、 さらに圧縮空気回路 9における電磁切り換え 弁のソレノィ ド S OL I 2、 S OL 2 1をオフする （図 6の S 2 0 ) 。
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 ί亍してもよい。
また、 例えば、 ゲ一ト弁 GVを間にして成膜室 1 0に対してロード · アン口一ドロック室 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 1 0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外部からの基板 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 G V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 1 0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。
次に、 以上説明した膜形成装置 Βによるシリコン膜形成の実験例につ いて説明する。
<実験例 >
膜形成条件は次のとおりであつた。
高周波電力： 6 0ΜΗζ、 4 0 0 0 W ガス溜め部 GRに溜めたシランガス （S i H4 )
の圧力及び量：圧力 0. 0 7MP a、
量 1 0 0 c c〜3 0 0 c cから選択できるが本実 例では 2 3 1 c c
マスフ口一コントローラ MF C 1による
シランガス供給量： 1 s c c m
マスフローコントローラ MF C 2による
水素ガス供給量 ： 1 5 0 s c c m
成膜圧： 0. 6 7 P a ( 5mmT 0 r r )
成膜室容量： 1. 5m3
被成膜基板：無アル力リガラス基板
成膜温度 ： 4 Q 0 °C
成膜膜厚： 5 00人
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 U V反射面強度及び膜表面での U V反射面 強度を測定したところ、 シリコン膜は膜の界面側、 表面側のいずれにお いても U V反射面強度が高く、 良質の結晶性シリコン膜であることが確 認された。 なお、 UV反射面強度とは、 日立製作所製の iUtachi UV-3500 Spectrophotometer を用いた U V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。
さらに、 ラマン分光分析を行ったところ、 結晶性シリコンを示す 5 2 0 c m— 1でシャープなピ一クがみられ、 結晶性が高くなつていることが 確認された。
(2-1-2) ガス溜め部 GRを使用しない場合
この膜形成においても、 膜形成の開始当初から水素ガスとモノシラン ガスをそれぞれマスフローコントローラ MF C 1、 MFC 2で制御され た流量で成膜室 1 0内に供給するとともにこれらガスに高周波電力を印 加してプラズマ化し、 該プラズマのもとで基板 S上にシリコン膜を形成 する。
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部 G Rを使用しない が、 シリコンスパッ夕ターゲッ ト 2のケミカルスパッ夕リングにより基 板上 Sにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、 それだ け膜形成が円滑に開始され、 さらに、 シランガス及び水素ガスのそれぞ れがマスフ口一コントローラ M F C 1、 M F C 2で制御された流量で成 膜室 1 0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 1 0内へ供給されるので、 基板 Sへの膜形成 が円滑に開始され、 その後形成される膜部分も含め膜全体をそれだけ高 速で形成できる。
制御部 C O N Tはこのように膜形成できるようにガス供給装置 1 0 0 等の動作を制御できるものとすればよい。
なお、 このように膜形成するときはガス溜め部 G Rはなくてもよい。 力ゥンタバランス機構 C Bは設けておくことで前記と同様に有利に機能 させることができる。
( 2 - 2 ) シリコンスパッタターゲッ ト 2のケミカルスパッタリングを 先に開始し、 その後にシランガス供給を開始する膜形成
(2-2-1) ガス溜め部 G Rを用いる場合
この膜形成においては当初水素ガスのみを水素ガス供給回路 1 0 2か ら成膜室 1 0内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスプラズ マを形成し、 該プラズマにより夕一ゲッ ト 2をケミカルスパッタリング し、 基板 S上にシリコン膜の形成を開始する。 このとき、 基板 S上には シリコン膜が成長するための核或いは種が形成される。
その後引き続き、 シランガス供給回路 1 0 1から成膜室 1 0内にモノ シランガスを供給する。 このとき、 モノシランガス （S i H 4 ) につい てはその供給開始に先立ってガス溜め部 G Rに溜められ、 供給成開始に 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 1 0内 へ供給される。 従って、 ガス溜め部 G Rから一挙に供給されるシランガ スが成膜室内 1 0に一挙に行きわたりやすく、 それだけ、 シランガス供 給開始時においても成膜室内のシランガス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。 且つ、 シランガスは、 ガス溜め部 G R からのシランガス供給と同時的にマスフローコントローラ M F C 1で制 御された流量で成膜室 1 0内へ供給開始され、 その後もひき続き制御さ れた流量で供給される。 これらにより、 基板 Sへの膜形成が円滑に開始 され、 その後形成される膜部分も含め膜全体の高速成膜が可能である。 制御部 C O N Tはこのように膜形成できるようにガス供給装置 1 0 0 等の動作を制御できるものとすればよい。
この膜形成においても、 カウンタバランス機構 C Bは設けておくこと で前記と同様に有利に機能させることができる。
(2-2-2) ガス溜め部 G Rを用いない場合
この膜形成においても、 当初水素ガスのみを水素ガス供給回路 1 0 2 から成膜室 1 0内に供給してこれに高周波電力を印加して水素ガスブラ ズマを形成し、 該プラズマによりシリコンスパッタターゲット 2をケミ カルスパッタリングし、 基板 S上にシリコン膜の形成を開始し、 その後 モノシランガスを成膜室内へ供給して基板 S上にシリコン膜を形成する する。
この膜形成ではシランガス供給についてガス溜め部 G Rを使用しない が、 シリコンスパッ夕夕一ゲッ ト 2のケミカルスパッタリングにより基 板上 Sにシリコン膜の成長を促す核或いは種が形成されるので、 それだ け膜形成が円滑に開始され、 さらに、 その後にはシランガス及び水素ガ スのそれぞれがマスフ口一コントローラ M F C 1、 M F C 2で制御され た流量で成膜室 1 0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 1 0内へ供給される。 これらによ り、 基板 Sへの膜形成が円滑に開始され、 その後形成される膜部分も含 め膜全体をそれだけ高速で形成できる。 制御部 C O N Tはこのように膜形成できるようにガス供給装置 1 0 0 等の動作を制御できるものとすればよい。
なお、 このように膜形成するときはガス溜め部 G Rはなくてもよい。 カウンタバランス機構 C Bは設けておくことで前記と同様に有利に機能 させることができる。
( 3 ) 高周波アンテナの他の例
図 7、 図 8に高周波ァンテナの他の例 1， を図 1の膜形成装置 Aの一 部とともに示す。 高周波アンテナ Γ は、 立体構造のアンテナであり 、 第 1部分 1 1 と複数本の第 2部分 1 2とからなっている。 第 1部分 1 1は成膜室 1 0外から該室の天井壁 1 0 ' を通り室内へ真っ直ぐ棒状に 延在している。 第 2部分 1 2は、 第 1部分 1 1の室内側端部 1 1 eから 放射状に分岐して延びるとともに天井壁 1 0， へ向かって延びている。 各第 2部分 1 2の終端 1 2 eは天井壁 1 0 ' にコネクタにて直接接続さ れており、 従って室 1 0を介して接地された状態にある。
第 2部分 1 2の群れは、 全体として、 コの字形に屈曲した 2本のアン テナ部分を平面から見て十字形に組み合わせて第 1部分 1 1'につなげた 形態を呈している。
また、 高周波アンテナ はそのアンテナ導体の表面が絶縁性膜 （こ こではアルミナ膜） で被覆されている。
高周波アンテナ の第 1部分 1 1はマッチングボックス M Xを介し て高周波電源 P Wに接続されている。 第 1部分 1 1のうち室 1 0外に出 ているプラズマ生成に寄与しない部分は極力短くされ、 マッチグボック ス M Xに直接的に接続されている。 なお、 第 1部分 1 1は室 1 0の天井 壁 1 0， に設けた気密シールを兼ねる絶縁部材 1 0 aを貫通している。 かく して高周波アンテナ 1， は短く形成され、 さらに、 室 1 0内で電 気的に並列に分岐された並列配線構造となっているから、 アンテナ 1 ' のィダク夕ンスはそれだけ低減されている。
この高周波アンテナ Γ によっても成膜室 1 0内に供給されるガスに 高周波電力を印加して誘導結合ブラズマを形成することができる。 そのとき、 高周波アンテナ 1， は低ィンダクタンスアンテナであるか ら、 異常放電、 マッチング不良等の不都合を抑制して所望のプラズマを 発生させることができ、 たとえプラズマ特性を向上させるベく印加する 高周波電力の周波数を、 例えば 4 0 M H z〜 1 0 0 M H z、 或いはさら に数 1 0 0 M H zと上げる場合でも、 異常放電、 マッチング不良等の不 都合を抑制して所望のブラズマを発生させることができる。
また高周波アンテナ Γ は、 立体的構造のものであるから、 室内壁の 近くに配置しても、 室 1 0内の広い範囲にわたり効率よく電界をおよぼ すことができ、 それだけ高周波電力の利用効率が向上する。
また、 高周波アンテナ 1 ' の導体部分表面は絶縁性材料で被覆されて いるから、 自己バイアスによりプラズマでエッチングされる等の不都合 が抑制される。 産業上の利用可能性
本発明は、 シリコン膜を利用した T F T (薄膜トランジスタ） スイツ チ等の各種半導体部品、 半導体装置などの形成のためにシリコン膜を形 成する場合に利用できる。

Claims

請求の範囲
1 . 被成膜物品を設置する成膜室と、 該成膜室内に設置されたシリコン スパッ夕夕—ゲッ トと、 該成膜室内へ水素ガスを供給する水素ガス供給 回路を有するガス供給装置と、 該水素ガス供給回路から該成膜室内に供 給される水素ガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを発生させ る高周波電力印加装置とを備え、 該プラズマにより前記シリコンスパッ タターゲットをケミカルスパッタリングして該成膜室内に設置された被 成膜物品上にシリコン膜を形成することを特徴とするシリコン膜形成装 置。
2 . 前記高周波電力印加装置は、 前記成膜室内に設置した高周波アンテ ナからの放電により前記誘導結合プラズマを発生させるものである請求 の範囲第 1項記載のシリコン膜形成装置。
3 . 前記シリコンスパッタターゲッ トは少なくとも該高周波ァンテナに 臨設されている請求の範囲第 2項記載のシリコン膜形成装置。
4 . 前記高周波アンテナは前記成膜室外から成膜室内へ延び、 該成膜室 内で電気的に並列に分岐し、 各分岐部分の終端が該成膜室に直接的に接 続されているアンテナであり、 該成膜室電位は接地電位に設定される請 求の範囲第 2項又は第 3項記載のシリコン膜形成装置。
5 . 前記高周波アンテナは、 前記成膜室外から該成膜室の室壁を通り成 膜室内へ延在する第 1部分、 該第 1部分の成膜室内側端部から放射状に 分岐して延びるとともに前記成膜室壁へ向かつて延びる複数本の第 2部 分とを含み、 該各第 2部分の終端が該成膜室壁に直接的に接続されてい る請求の範囲第 4項記載のシリコン膜形成装置。
6 . 前記高周波ァンテナの少なくとも前記成膜室内にある部分は電気絶 縁性材料で被覆されている請求の範囲第 4項又は第 5項に記載のシリコ ン膜形成装置。
7 . 前記ガス供給装置は、 前記水素ガス供給回路から前記成膜室内への 水素ガス供給と同時的に該成膜室内ヘシランガスを供給するシランガス 供給回路を含んでいる請求の範囲第 1項から第 6項のいずれかに記載の シリコン膜形成装置。
8 . 前記ガス供給装置は、 前記シリコンスパッタタ一ゲッ トの水素ガス プラズマによるケミカルスパッタリングの開始後に前記成膜室内にシラ ンガスを供給開始するシランガス供給回路を含んでいる請求の範囲第 1 項から第 6項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
9 . 前記シランガス供給回路は、
シランガス供給開始に先立ってシランガスを溜めておき、 前記成膜室 内へのシランガス供給にあたり溜めた該シランガスを一挙に前記成膜室 内へ供給するガス溜め部を含んでいるとともに、
該ガス溜め部からのシランガス供給と同時的にシランガスを制御され た流量で前記成膜室内へ供給開始し、 その後ひき続きシランガスを制御 された流量で前記成膜室内へ供給するための、 流量制御部を含むシラン ガス供給部を含んでいる請求の範囲第 7項又は第 8項記載のシリコン膜 形成装置。
1 0 . 前記被成膜物品をシリコン膜形成のための第 1位置又は該第 1位 置とは異なる第 2位置との間で移動させるための前記成膜室内に配置さ れた搬送部材と、 該搬送部材を昇降させる昇降機構と、 カウンタバラン ス機構とを備えており、
該昇降機構は、 該搬送部材を支持するとともに前記成膜室壁を昇降可 能に貫通する搬送部材用支持部材と、 該搬送部材用支持部材のうち前記 成膜室外側に出た部分の端部に設けられたべローズ支持部材と、 一端部 が該成膜室に、 他端部が該ベロ一ズ支持部材にそれぞれ気密に接続され るとともに該搬送部材用支持部材のうち前記成膜室外側に出た部分を気 密に囲繞する伸縮べローズと、 該搬送部材用支持部材を昇降駆動する駆 動部とを含んでおり、
前記力ゥンタバランス機構は、 少なくとも、 前記成膜室内圧がシリコ ン膜形成のための減圧雰囲気設定時の内圧であるとき前記駆動部に加わ る第 1負荷及び前記成膜室内圧が該減圧雰囲気設定時の内圧より予め定 めた高圧であるとき前記駆動部に加わる第 2負荷をそれぞれ相殺する反 力を発生させるものである請求の範囲第 1項から第 9項のいずれかに記 載のシリコン膜形成装置。
1 1 - 前記搬送部材は被成膜物品を前記第 1位置に保持するための物品 ホルダを兼ねている請求の範囲第 1 0項記載のシリコン膜形成装置。
1 2 . 前記減圧雰囲気設定時の成膜室内圧より予め定めた高圧は大気圧 である請求の範囲第 1 0項又は第 1 1項記載のシリコン膜形成装置。
1 3 . 前記カウンタバランス機構は、 前記搬送部材用支持部材に連結さ れたビストンロッ ドを有するビストンシリンダ装置と、 前記第 1負荷を 相殺するにあたって該第 1負荷を相殺するように該ピストンシリンダ装 置に作動流体を供給し、 前記第 2負荷を相殺するにあたって該第 2負荷 を相殺するように該ピストンシリンダ装置に作動流体を供給するための 作動流体回路とを含んでいる請求の範囲第 1 0項、 第 1 1項又は第 1 2 項記載のシリコン膜形成装置。
1 4 . 前記作動流体回路は停電時においても前記ピストンシリダ装置の 状態を停電直前の状態に維持できるものである請求の範囲第 1 3項記載 のシリコン膜形成装置。
1 5 . 前記ビストンシリンダ装置は空気圧作動のビストンシリンダ装置 であり、 前記作動流体回路は圧縮空気回路である請求の範囲第 1 3項又 は第 1 4項記載のシリコン膜形成装置。
1 6 . 前記駆動部は、 回転モータと、 該モータの回転運動を直線運動に 変換して前記搬送部材用支持部材に伝達する動力伝達機構とを含んでい る請求の範囲第 1 0項から第 1 5項のいずれかに記載のシリコン膜形成 装置。
1 7 . 前記回転モータはブレーキ付きサーポモー夕である請求の範囲第 1 6項記載のシリコン膜形成装置。
1 8 . 結晶性シリコン膜を形成する膜形成装置である請求の範囲第 1項 から第 1 7項のいずれかに記載のシリコン膜形成装置。
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