蒸着装置及びこれを利用した薄膜蒸着方法
【課題】 高い蒸着均一度を維持しつつ蒸着率向上させることができる蒸着装置及びこれを利用した薄膜蒸着方法を提供する。
【解決手段】 本発明の一実施例による蒸着装置は、気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極として利用され、基板が装着される基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部と、を有する。前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧である。
【解決手段】 本発明の一実施例による蒸着装置は、気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極として利用され、基板が装着される基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部と、を有する。前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は蒸着装置に関し、より具体的には、プラズマ蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、太陽電池に使用されるシリコン膜はプラズマ強化化学気相蒸着法で蒸着される。このプラズマ強化化学気相蒸着法では、プラズマ発生時に低周波のRF(radio frequency)電力を利用するか、高周波の超短波(VHF:very high frequency)電力を利用する。
【0003】
しかし、低周波電力を利用してプラズマを発生させる場合、イオン密度が低く、蒸着率を向上させるためには高電力が要求される。また、高周波電力を利用してプラズマを発生させる場合、低周波電力を利用した場合に比べて、イオン密度が高くて低電力でも高い蒸着率を示し、短時間内に薄膜蒸着が可能であるが、蒸着均一度が低いという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで、本発明の技術的課題は、高い蒸着均一度を維持しつつ蒸着率を向上させることができる蒸着装置及びこれを利用した薄膜蒸着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施例による蒸着装置は、気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極(opposite electrode)として利用され、基板が装着されている基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部とを有することを特徴とする。
【0006】
前記第2電圧印加部は、約20%〜約90%のデューティサイクルで電圧を印加することができる。また、前記第2電圧印加部は、約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で電圧を印加することができる。
【0007】
前記第1電圧印加部と前記第2電圧印加部が印加する電圧の周波数が互いに異なるように構成することができる。前記第1電圧印加部が印加する電圧は低周波電圧、前記第2電圧印加部が印加する電圧は高周波電圧とすることができる。
【0008】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧とすることができる。
【0009】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧とすることができる。
【0010】
本発明の実施例による蒸着方法は、基板が装着されている反応器に工程気体を供給する段階と、前記反応器に連続モードで第1電圧を印加する段階と、及び前記反応器にパルスモードで第2電圧を印加する段階を含むことを特徴とする。
【0011】
前記反応機内部圧力は250mtorr以下とすることができる。前記第1電圧印加後に、前記第2電圧を印加することができる。前記第1電圧と前記第2電圧は同時に印加することができる。前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧とすることができる。前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することができる。
【0012】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の実施例によれば、プラズマ電極にパルス形態の高周波電力を供給すると同時に低周波電力を一緒に供給することにより、良好な膜形成均一性及び蒸着率で薄膜を蒸着することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施例による蒸着装置を概略的に示す断面図である。
【図2A】本発明の実施例による電源供給部の電力出力波形図である。
【図2B】本発明の実施例による電源供給部の電力出力波形図である。
【図3】本発明の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図4】本発明の他の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図5A】蒸着された薄膜の表面写真である。
【図5B】蒸着された薄膜の表面写真である。
【図6A】蒸着された薄膜のラマン分光を示すグラフである。
【図6B】蒸着された薄膜のラマン分光を示すグラフである。
【図7A】蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【図7B】蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
添付の図面を用いて、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0016】
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の「上に」あるとするとき、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「すぐ上に」あるとするとき、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
【0017】
次に、本発明の実施例による蒸着装置について添付図を参照して詳細に説明する。
【0018】
まず、図1を参照して本発明の実施例による蒸着装置について説明する。図1は本発明の実施例による蒸着装置を概略的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の実施例による蒸着装置は、外壁100、気体流入管110、反応室壁120、基板支持台130、基板支持台に装着される基板135、プラズマ電極140、プラズマ接続端子150、第1電圧部151及び第2電圧部152、ヒータ160、及び気体流出管170を有する。各構成要素についてより詳細に説明する。
【0019】
蒸着装置の外壁100は、反応室内部の熱が伝導して外部に流失することを防止する。
【0020】
基板支持台130に蒸着の対象である基板135が配置されており、基板支持台130の下にはヒータ160が配置されている。ヒータ160は、基板135の温度を工程に必要な温度まで上昇させる役割をする。
【0021】
反応室壁120と基板支持台130は、蒸着工程中に互いに密着して反応室を規定する。
【0022】
プラズマ電極140には気体流入管110が挿入されており、プラズマ電極140にはプラズマ接続端子150が接続されている。本実施例では、1つの気体流入管110のみ図示したが、複数の気体流入管を備えて複数の気体流入管を介して互いに異なる工程気体をそれぞれ流入することもできる。
【0023】
蒸着工程中に基板支持台130及び基板135は、プラズマ電極140の対応極として役割をする。図示されていないが、基板支持台130にも追加的なプラズマ接続端子(図示せず)を介して電力を供給することができる。
【0024】
本発明の実施例による蒸着装置のプラズマ接続端子150には、第1電圧部151と第2電圧部152が接続されており、第1電圧部151を介して低周波のRF電圧が印加され、第2電圧部152を介して高周波の超短波(VHF)電圧が印加される。
【0025】
気体流入管110を介して工程気体が流入し、第1電圧部151と第2電圧部152の電圧がプラズマ接続端子150を介してプラズマ電極140に印加されると、プラズマ電極140と基板支持台130の電圧差によって、反応室内に流入した工程気体がプラズマに変わり、基板135の上に蒸着されるようになる。
【0026】
以下、本発明の実施例による蒸着装置の電源供給部について図2A及び図2Bを参照して説明する。図2A及び図2Bは本発明の実施例による電圧供給部の電圧出力波形図である。図2Aは第1電圧部151により供給されるRF電圧の供給波形図を示し、図2Bは第2電圧部152により供給される超短波(VHF)電圧の供給波形図を示す。
【0027】
図2Aに示すように、本発明の実施例による第1電圧部151は、低周波のRF電圧を供給するが、供給時間中連続して供給する。即ち、第1電圧部151は、低周波のRF電圧を連続モードで供給する。このとき、RF電力の周波数は約13.56MHzである。
【0028】
図2Bに示すように、本発明の実施例による第2電圧部152は、高周波の超短波電圧を供給するが、一定の周期でON/OFFを反復するパルスモードで供給する。即ち、第2電圧部152は、高周波の超短波電圧を断続的に(off−and−on)供給する。このとき、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHzの範囲である。超短波電圧供給においてON/OFFの比であるデューティサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100Hzであることが好ましい。
【0029】
また、RF電圧とVHF電圧の供給比率は工程条件によって5:95〜95:5まで調節することができる。
【0030】
このように、本発明の実施例による蒸着装置は、低周波電圧部と高周波電圧部を有して、パルス形態の断続的な高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に供給することにより低周波電圧による蒸着均一性を確保しながら、高周波電圧供給により蒸着率を向上させ、要求される電力量を低減させることができる。また、高周波電圧をパルス形態で断続的に供給することによって高周波電圧供給による蒸着不均一性を抑制させることができる。
【0031】
以下、本発明の実施例による薄膜蒸着方法について図3及び図4を参照して説明する。図3は本発明の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。図4は本発明の他の一実施例に薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【0032】
図3に示すように、本発明の一実施例による薄膜蒸着方法は、薄膜が蒸着される基板135を基板支持台130に装着し(310)、ヒータ160を利用して、基板支持台130を加熱して(315)、基板135の温度を工程に必要な温度まで上昇させる。本実施例において薄膜が蒸着される反応機内部の圧力は約250mtorr以下であることが好ましい。その後、気体流入口110を介して工程気体を流入する(320)。例えば、シリコン膜を形成するために、工程気体としてシラン(SiH4)気体と水素(H2)気体を供給することができる。
【0033】
工程気体のプラズマを発生するために、高周波のVHF電圧をパルス形態で断続的に印加し(330)、次いで低周波のRF電圧を連続的に印加する(340)。このとき、RF電圧の周波数は約13.56MHzであり、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHz範囲である。また、超短波電圧供給においてオン/オフ(ON/OFF)の比であるデューティーサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100kHzであることが好ましい。また、高周波電圧印加時間と低周波電力電圧時間の比は5:95〜95:5の範囲で調節可能である。
【0034】
その後、所望の厚さの薄膜が蒸着されると、RF電圧をオフし(350)、次いでVHF電圧をオフする(360)。次に、工程気体の注入も中止し(370)、基板135を反応器から取り出すことにより(380)薄膜蒸着工程が完了する。
【0035】
以下、図4を参照して本発明の他の一実施例による薄膜蒸着方法について説明する。図4に示す蒸着方法は図3に示す蒸着方法とほぼ同様である。
【0036】
まず、基板135を基板支持台130に装着し(410)、ヒータ160を利用して基板支持台130を加熱し(420)、気体流入口110を介して工程気体を流入し(430)、RF電圧とVHF電圧を印加する(440)。その後、所望の厚さの薄膜が蒸着されると、RF電圧とVHF電圧をオフして(450)工程気体注入を遮断する(460)。
【0037】
しかし、本実施例による蒸着方法は、図3に示す蒸着方法とは異なり、RF電圧とVHF電圧を同時に印加する。このとき、RF電圧の周波数は約13.56MHzであり、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHz範囲である。また、超短波電圧供給は、パルス形態で断続的に供給し、超短波電圧供給時にON/OFFの比であるデューティーサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100kHzであることが好ましい。
【0038】
本実施例による蒸着方法においては、RF電圧とVHF電圧を同時に印加し、また同時に遮断しており、高周波電圧印加時間と低周波電圧印加時間の比は約1:1である。
【0039】
以下、本発明の実験例による本願発明の蒸着装置及び蒸着方法により蒸着された薄膜の膜特性について図5A,図5B及び図6A及び図6Bを参照して説明する。図5A,図5Bは蒸着された薄膜の表面写真であり、図6A及び図6Bは蒸着された薄膜のラマン分光(Raman Spectra)を示すグラフである。
【0040】
この実験例では、約130mtorrの反応器圧力下で約0.3mm厚さのガラス基板上に約5sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約200sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を用いて供給してシリコン膜を蒸着した場合(図5A及び図6A)と、本発明の実施例のように、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を用いてパルス形態で供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約200Wの電源を用いて供給してシリコン膜を蒸着した場合(図5B及び図6B)に対して、それぞれ蒸着されたシリコン膜表面の写真を比較し、膜表面上の5つ地点(point)でラマン分光を測定して、その結果をグラフで示した。
【0041】
このとき、シリコン膜は、プラズマ強化化学気相蒸着法により蒸着し、(図5B及び図6B)の場合、高周波電圧のパルス周波数は10kHz、デューティサイクルは50%であった。
【0042】
図5A,図5Bに示すように、既存の高周波電圧のみでシリコン膜を蒸着した場合(図5A)蒸着されたシリコン膜は、表面が不均一で、波紋が発生した。これに対し、本発明の実施例によりパルス形態で断続的に供給される高周波電圧と共に連続的に供給される低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図5B)シリコン膜の表面が均一で、高さの差などが発生しなかった。
【0043】
図6A及び図6Bに示すように、既存の高周波電圧のみを利用してシリコン膜を蒸着した場合(図6A)蒸着されたシリコン膜のラマン分光値が本発明の実施例によりパルス形態で断続的に供給される高周波電圧と共に連続的に供給される低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図6B)蒸着されたシリコン膜のラマン分光値に比べてより大きいことが分かる。
【0044】
具体的に、このようなラマン分光値を利用して、(図6A)及び(図6B)に対して、粒子体積率(crystal volume fraction)を計算したが、既存の高周波電圧のみを利用してシリコン膜を蒸着した場合(図6A)、粒子体積率は約40%であり、本発明の実施例によりパルス形態の高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図6B)、粒子体積率は約68%である。このように、本発明の実施例によりパルス形態の高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合、粒子体積率が高くてシリコン膜の粒子がより小さく、かつ均一に蒸着されることが分かる。
【0045】
以下、本発明の他の実験例による本願発明の蒸着装置及び蒸着方法により蒸着された薄膜の膜特性について図7A及び図7Bを参照して説明する。図7A及び図7Bは蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【0046】
この実験例では、本発明の実施例による蒸着方法の蒸着条件の範囲を変更してそれぞれシリコン膜を蒸着した。約130mtorr反応器の圧力下で約5sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約200sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を利用してパルス形態で断続的に供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約200Wの電源を利用して連続的に供給してシリコン膜を蒸着した場合(図7A)と、約250mtorr反応器の圧力下で約60sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約750sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約3000Wの電源を利用してパルス形態で断続的に供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約150Wの電源を利用して連続的に供給してシリコン膜を蒸着した場合(図7B)とに分けてシリコン膜を蒸着した。その結果を走査電子顕微鏡写真で示した。
【0047】
図7A及び図7Bに示すように、(図7A)と(図7B)のシリコン膜はいずれも均一な表面状態を有し、粒子の大きさも非常に小さいことが分かった。また、(図7B)に比べて、(図7A)のシリコン膜の粒子がさらに小さく、膜の表面もより均一であることが分かった。即ち、(図7A)に比べて、(図7B)のように高周波電圧の電源が約1000Wから約3000Wに増加し、低周波電圧の電源が約200Wから150W減少することにより、膜の均一性は多少減少したが、膜の厚さはより増加し、蒸着率が向上したことが分かる。
【0048】
このように、本発明の実施例による薄膜蒸着方法は、連続的に供給される低周波電圧とパルス形態で断続的に供給される高周波電力の供給時間及び供給電源の大きさを調節することにより、所望の膜特性を有する薄膜を蒸着することができる。
【0049】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲で定義されている本発明の基本概念を利用して多様な変形及び改良が可能であろう。それらの変形及び改良形態も本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。
【符号の説明】
【0050】
100 外壁
110 気体流入管
120 反応室壁
130 基板支持台
135 基板
140 プラズマ電極
150 プラズマ接続端子
151 第1電圧部
152 第2電圧部
160 ヒータ
170 気体流出管
【技術分野】
【0001】
本発明は蒸着装置に関し、より具体的には、プラズマ蒸着装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、太陽電池に使用されるシリコン膜はプラズマ強化化学気相蒸着法で蒸着される。このプラズマ強化化学気相蒸着法では、プラズマ発生時に低周波のRF(radio frequency)電力を利用するか、高周波の超短波(VHF:very high frequency)電力を利用する。
【0003】
しかし、低周波電力を利用してプラズマを発生させる場合、イオン密度が低く、蒸着率を向上させるためには高電力が要求される。また、高周波電力を利用してプラズマを発生させる場合、低周波電力を利用した場合に比べて、イオン密度が高くて低電力でも高い蒸着率を示し、短時間内に薄膜蒸着が可能であるが、蒸着均一度が低いという欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
そこで、本発明の技術的課題は、高い蒸着均一度を維持しつつ蒸着率を向上させることができる蒸着装置及びこれを利用した薄膜蒸着方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施例による蒸着装置は、気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極(opposite electrode)として利用され、基板が装着されている基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部とを有することを特徴とする。
【0006】
前記第2電圧印加部は、約20%〜約90%のデューティサイクルで電圧を印加することができる。また、前記第2電圧印加部は、約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で電圧を印加することができる。
【0007】
前記第1電圧印加部と前記第2電圧印加部が印加する電圧の周波数が互いに異なるように構成することができる。前記第1電圧印加部が印加する電圧は低周波電圧、前記第2電圧印加部が印加する電圧は高周波電圧とすることができる。
【0008】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧とすることができる。
【0009】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧とすることができる。
【0010】
本発明の実施例による蒸着方法は、基板が装着されている反応器に工程気体を供給する段階と、前記反応器に連続モードで第1電圧を印加する段階と、及び前記反応器にパルスモードで第2電圧を印加する段階を含むことを特徴とする。
【0011】
前記反応機内部圧力は250mtorr以下とすることができる。前記第1電圧印加後に、前記第2電圧を印加することができる。前記第1電圧と前記第2電圧は同時に印加することができる。前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧とすることができる。前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することができる。
【0012】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明の実施例によれば、プラズマ電極にパルス形態の高周波電力を供給すると同時に低周波電力を一緒に供給することにより、良好な膜形成均一性及び蒸着率で薄膜を蒸着することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施例による蒸着装置を概略的に示す断面図である。
【図2A】本発明の実施例による電源供給部の電力出力波形図である。
【図2B】本発明の実施例による電源供給部の電力出力波形図である。
【図3】本発明の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図4】本発明の他の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【図5A】蒸着された薄膜の表面写真である。
【図5B】蒸着された薄膜の表面写真である。
【図6A】蒸着された薄膜のラマン分光を示すグラフである。
【図6B】蒸着された薄膜のラマン分光を示すグラフである。
【図7A】蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【図7B】蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
添付の図面を用いて、本発明の実施形態を、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0016】
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一の参照符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が、他の部分の「上に」あるとするとき、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「すぐ上に」あるとするとき、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
【0017】
次に、本発明の実施例による蒸着装置について添付図を参照して詳細に説明する。
【0018】
まず、図1を参照して本発明の実施例による蒸着装置について説明する。図1は本発明の実施例による蒸着装置を概略的に示す断面図である。図1に示すように、本発明の実施例による蒸着装置は、外壁100、気体流入管110、反応室壁120、基板支持台130、基板支持台に装着される基板135、プラズマ電極140、プラズマ接続端子150、第1電圧部151及び第2電圧部152、ヒータ160、及び気体流出管170を有する。各構成要素についてより詳細に説明する。
【0019】
蒸着装置の外壁100は、反応室内部の熱が伝導して外部に流失することを防止する。
【0020】
基板支持台130に蒸着の対象である基板135が配置されており、基板支持台130の下にはヒータ160が配置されている。ヒータ160は、基板135の温度を工程に必要な温度まで上昇させる役割をする。
【0021】
反応室壁120と基板支持台130は、蒸着工程中に互いに密着して反応室を規定する。
【0022】
プラズマ電極140には気体流入管110が挿入されており、プラズマ電極140にはプラズマ接続端子150が接続されている。本実施例では、1つの気体流入管110のみ図示したが、複数の気体流入管を備えて複数の気体流入管を介して互いに異なる工程気体をそれぞれ流入することもできる。
【0023】
蒸着工程中に基板支持台130及び基板135は、プラズマ電極140の対応極として役割をする。図示されていないが、基板支持台130にも追加的なプラズマ接続端子(図示せず)を介して電力を供給することができる。
【0024】
本発明の実施例による蒸着装置のプラズマ接続端子150には、第1電圧部151と第2電圧部152が接続されており、第1電圧部151を介して低周波のRF電圧が印加され、第2電圧部152を介して高周波の超短波(VHF)電圧が印加される。
【0025】
気体流入管110を介して工程気体が流入し、第1電圧部151と第2電圧部152の電圧がプラズマ接続端子150を介してプラズマ電極140に印加されると、プラズマ電極140と基板支持台130の電圧差によって、反応室内に流入した工程気体がプラズマに変わり、基板135の上に蒸着されるようになる。
【0026】
以下、本発明の実施例による蒸着装置の電源供給部について図2A及び図2Bを参照して説明する。図2A及び図2Bは本発明の実施例による電圧供給部の電圧出力波形図である。図2Aは第1電圧部151により供給されるRF電圧の供給波形図を示し、図2Bは第2電圧部152により供給される超短波(VHF)電圧の供給波形図を示す。
【0027】
図2Aに示すように、本発明の実施例による第1電圧部151は、低周波のRF電圧を供給するが、供給時間中連続して供給する。即ち、第1電圧部151は、低周波のRF電圧を連続モードで供給する。このとき、RF電力の周波数は約13.56MHzである。
【0028】
図2Bに示すように、本発明の実施例による第2電圧部152は、高周波の超短波電圧を供給するが、一定の周期でON/OFFを反復するパルスモードで供給する。即ち、第2電圧部152は、高周波の超短波電圧を断続的に(off−and−on)供給する。このとき、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHzの範囲である。超短波電圧供給においてON/OFFの比であるデューティサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100Hzであることが好ましい。
【0029】
また、RF電圧とVHF電圧の供給比率は工程条件によって5:95〜95:5まで調節することができる。
【0030】
このように、本発明の実施例による蒸着装置は、低周波電圧部と高周波電圧部を有して、パルス形態の断続的な高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に供給することにより低周波電圧による蒸着均一性を確保しながら、高周波電圧供給により蒸着率を向上させ、要求される電力量を低減させることができる。また、高周波電圧をパルス形態で断続的に供給することによって高周波電圧供給による蒸着不均一性を抑制させることができる。
【0031】
以下、本発明の実施例による薄膜蒸着方法について図3及び図4を参照して説明する。図3は本発明の一実施例による薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。図4は本発明の他の一実施例に薄膜蒸着方法を示すフローチャートである。
【0032】
図3に示すように、本発明の一実施例による薄膜蒸着方法は、薄膜が蒸着される基板135を基板支持台130に装着し(310)、ヒータ160を利用して、基板支持台130を加熱して(315)、基板135の温度を工程に必要な温度まで上昇させる。本実施例において薄膜が蒸着される反応機内部の圧力は約250mtorr以下であることが好ましい。その後、気体流入口110を介して工程気体を流入する(320)。例えば、シリコン膜を形成するために、工程気体としてシラン(SiH4)気体と水素(H2)気体を供給することができる。
【0033】
工程気体のプラズマを発生するために、高周波のVHF電圧をパルス形態で断続的に印加し(330)、次いで低周波のRF電圧を連続的に印加する(340)。このとき、RF電圧の周波数は約13.56MHzであり、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHz範囲である。また、超短波電圧供給においてオン/オフ(ON/OFF)の比であるデューティーサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100kHzであることが好ましい。また、高周波電圧印加時間と低周波電力電圧時間の比は5:95〜95:5の範囲で調節可能である。
【0034】
その後、所望の厚さの薄膜が蒸着されると、RF電圧をオフし(350)、次いでVHF電圧をオフする(360)。次に、工程気体の注入も中止し(370)、基板135を反応器から取り出すことにより(380)薄膜蒸着工程が完了する。
【0035】
以下、図4を参照して本発明の他の一実施例による薄膜蒸着方法について説明する。図4に示す蒸着方法は図3に示す蒸着方法とほぼ同様である。
【0036】
まず、基板135を基板支持台130に装着し(410)、ヒータ160を利用して基板支持台130を加熱し(420)、気体流入口110を介して工程気体を流入し(430)、RF電圧とVHF電圧を印加する(440)。その後、所望の厚さの薄膜が蒸着されると、RF電圧とVHF電圧をオフして(450)工程気体注入を遮断する(460)。
【0037】
しかし、本実施例による蒸着方法は、図3に示す蒸着方法とは異なり、RF電圧とVHF電圧を同時に印加する。このとき、RF電圧の周波数は約13.56MHzであり、VHF電圧の周波数は約27MHz〜100MHz範囲である。また、超短波電圧供給は、パルス形態で断続的に供給し、超短波電圧供給時にON/OFFの比であるデューティーサイクルは約20%〜約90%であり、パルス周波数は約1Hz〜約100kHzであることが好ましい。
【0038】
本実施例による蒸着方法においては、RF電圧とVHF電圧を同時に印加し、また同時に遮断しており、高周波電圧印加時間と低周波電圧印加時間の比は約1:1である。
【0039】
以下、本発明の実験例による本願発明の蒸着装置及び蒸着方法により蒸着された薄膜の膜特性について図5A,図5B及び図6A及び図6Bを参照して説明する。図5A,図5Bは蒸着された薄膜の表面写真であり、図6A及び図6Bは蒸着された薄膜のラマン分光(Raman Spectra)を示すグラフである。
【0040】
この実験例では、約130mtorrの反応器圧力下で約0.3mm厚さのガラス基板上に約5sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約200sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を用いて供給してシリコン膜を蒸着した場合(図5A及び図6A)と、本発明の実施例のように、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を用いてパルス形態で供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約200Wの電源を用いて供給してシリコン膜を蒸着した場合(図5B及び図6B)に対して、それぞれ蒸着されたシリコン膜表面の写真を比較し、膜表面上の5つ地点(point)でラマン分光を測定して、その結果をグラフで示した。
【0041】
このとき、シリコン膜は、プラズマ強化化学気相蒸着法により蒸着し、(図5B及び図6B)の場合、高周波電圧のパルス周波数は10kHz、デューティサイクルは50%であった。
【0042】
図5A,図5Bに示すように、既存の高周波電圧のみでシリコン膜を蒸着した場合(図5A)蒸着されたシリコン膜は、表面が不均一で、波紋が発生した。これに対し、本発明の実施例によりパルス形態で断続的に供給される高周波電圧と共に連続的に供給される低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図5B)シリコン膜の表面が均一で、高さの差などが発生しなかった。
【0043】
図6A及び図6Bに示すように、既存の高周波電圧のみを利用してシリコン膜を蒸着した場合(図6A)蒸着されたシリコン膜のラマン分光値が本発明の実施例によりパルス形態で断続的に供給される高周波電圧と共に連続的に供給される低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図6B)蒸着されたシリコン膜のラマン分光値に比べてより大きいことが分かる。
【0044】
具体的に、このようなラマン分光値を利用して、(図6A)及び(図6B)に対して、粒子体積率(crystal volume fraction)を計算したが、既存の高周波電圧のみを利用してシリコン膜を蒸着した場合(図6A)、粒子体積率は約40%であり、本発明の実施例によりパルス形態の高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合(図6B)、粒子体積率は約68%である。このように、本発明の実施例によりパルス形態の高周波電圧と共に連続的な低周波電圧を同時に用いてシリコン膜を蒸着した場合、粒子体積率が高くてシリコン膜の粒子がより小さく、かつ均一に蒸着されることが分かる。
【0045】
以下、本発明の他の実験例による本願発明の蒸着装置及び蒸着方法により蒸着された薄膜の膜特性について図7A及び図7Bを参照して説明する。図7A及び図7Bは蒸着された薄膜の走査電子顕微鏡(SEM)写真である。
【0046】
この実験例では、本発明の実施例による蒸着方法の蒸着条件の範囲を変更してそれぞれシリコン膜を蒸着した。約130mtorr反応器の圧力下で約5sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約200sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約1000Wの電源を利用してパルス形態で断続的に供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約200Wの電源を利用して連続的に供給してシリコン膜を蒸着した場合(図7A)と、約250mtorr反応器の圧力下で約60sccmの流量でシラン(SiH4)を供給し、約750sccmの流量で水素(H2)気体を供給しながら、60MHzの高周波電圧を約3000Wの電源を利用してパルス形態で断続的に供給すると同時に、13.56MHzの低周波電圧を約150Wの電源を利用して連続的に供給してシリコン膜を蒸着した場合(図7B)とに分けてシリコン膜を蒸着した。その結果を走査電子顕微鏡写真で示した。
【0047】
図7A及び図7Bに示すように、(図7A)と(図7B)のシリコン膜はいずれも均一な表面状態を有し、粒子の大きさも非常に小さいことが分かった。また、(図7B)に比べて、(図7A)のシリコン膜の粒子がさらに小さく、膜の表面もより均一であることが分かった。即ち、(図7A)に比べて、(図7B)のように高周波電圧の電源が約1000Wから約3000Wに増加し、低周波電圧の電源が約200Wから150W減少することにより、膜の均一性は多少減少したが、膜の厚さはより増加し、蒸着率が向上したことが分かる。
【0048】
このように、本発明の実施例による薄膜蒸着方法は、連続的に供給される低周波電圧とパルス形態で断続的に供給される高周波電力の供給時間及び供給電源の大きさを調節することにより、所望の膜特性を有する薄膜を蒸着することができる。
【0049】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲は上記の実施例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲で定義されている本発明の基本概念を利用して多様な変形及び改良が可能であろう。それらの変形及び改良形態も本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。
【符号の説明】
【0050】
100 外壁
110 気体流入管
120 反応室壁
130 基板支持台
135 基板
140 プラズマ電極
150 プラズマ接続端子
151 第1電圧部
152 第2電圧部
160 ヒータ
170 気体流出管
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極として利用され、基板が装着される基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部と、を有することを特徴とする蒸着装置。
【請求項2】
前記第2電圧印加部は、約20%〜約90%のデューティサイクルで電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項3】
前記第2電圧印加部は、約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項4】
前記第1電圧印加部と前記第2電圧印加部が印加する電圧の周波数が互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項5】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は低周波電圧であることを特徴とする請求項4に記載の蒸着装置。
【請求項6】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項5に記載の蒸着装置。
【請求項7】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項6に記載の蒸着装置。
【請求項8】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧印加部が印加する電圧はVHF電圧であることを特徴とする請求項6に記載の蒸着装置。
【請求項9】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項8に記載の蒸着装置。
【請求項10】
基板が装着されている反応器に工程気体を供給する段階と、
前記反応器に連続モードで第1電圧を印加する段階と、
前記反応器にパルスモードで第2電圧を印加する段階とを含むことを特徴とする蒸着方法。
【請求項11】
前記反応機の内部圧力は250mtorr以下であることを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項12】
前記第1電圧は低周波電圧であり、前記第2電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項11に記載の蒸着方法。
【請求項13】
前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項12に記載の蒸着方法。
【請求項14】
前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項15】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項16】
前記第1電圧印加後に、前記第2電圧を印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項17】
前記第1電圧は低周波電圧であり、前記第2電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項16に記載の蒸着方法。
【請求項18】
前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項17に記載の蒸着方法。
【請求項19】
前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することを特徴とする請求項18に記載の蒸着方法。
【請求項20】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することを特徴とする請求項18に記載の蒸着方法。
【請求項1】
気体流入管と、プラズマ電極と、前記プラズマ電極の対応極として利用され、基板が装着される基板支持台と、前記プラズマ電極に接続されているプラズマ接続端子と、前記プラズマ接続端子に接続され、連続モードで電圧を印加する第1電圧印加部と、及び前記プラズマ接続端子に接続され、パルスモードで電圧を印加する第2電圧印加部と、を有することを特徴とする蒸着装置。
【請求項2】
前記第2電圧印加部は、約20%〜約90%のデューティサイクルで電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項3】
前記第2電圧印加部は、約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で電圧を印加することを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項4】
前記第1電圧印加部と前記第2電圧印加部が印加する電圧の周波数が互いに異なることを特徴とする請求項1に記載の蒸着装置。
【請求項5】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は低周波電圧であることを特徴とする請求項4に記載の蒸着装置。
【請求項6】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項5に記載の蒸着装置。
【請求項7】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項6に記載の蒸着装置。
【請求項8】
前記第1電圧印加部が印加する電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧印加部が印加する電圧はVHF電圧であることを特徴とする請求項6に記載の蒸着装置。
【請求項9】
前記第2電圧印加部が印加する電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項8に記載の蒸着装置。
【請求項10】
基板が装着されている反応器に工程気体を供給する段階と、
前記反応器に連続モードで第1電圧を印加する段階と、
前記反応器にパルスモードで第2電圧を印加する段階とを含むことを特徴とする蒸着方法。
【請求項11】
前記反応機の内部圧力は250mtorr以下であることを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項12】
前記第1電圧は低周波電圧であり、前記第2電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項11に記載の蒸着方法。
【請求項13】
前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項12に記載の蒸着方法。
【請求項14】
前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項15】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項16】
前記第1電圧印加後に、前記第2電圧を印加することを特徴とする請求項10に記載の蒸着方法。
【請求項17】
前記第1電圧は低周波電圧であり、前記第2電圧は高周波電圧であることを特徴とする請求項16に記載の蒸着方法。
【請求項18】
前記第1電圧は13.56MHzのRF電圧であり、前記第2電圧は27MHz〜100MHz範囲のVHF電圧であることを特徴とする請求項17に記載の蒸着方法。
【請求項19】
前記第2電圧は約20%〜約90%のデューティサイクルで印加することを特徴とする請求項18に記載の蒸着方法。
【請求項20】
前記第2電圧は約1Hz〜約100Hzのパルス周波数で印加することを特徴とする請求項18に記載の蒸着方法。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図6A】
【図6B】
【図5A】
【図5B】
【図7A】
【図7B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図6A】
【図6B】
【図5A】
【図5B】
【図7A】
【図7B】
【公開番号】特開2010−18882(P2010−18882A)
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−106876(P2009−106876)
【出願日】平成21年4月24日(2009.4.24)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成22年1月28日(2010.1.28)
【国際特許分類】
【出願日】平成21年4月24日(2009.4.24)
【出願人】(390019839)三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】SAMSUNG ELECTRONICS CO.,LTD.
【住所又は居所原語表記】416,Maetan−dong,Yeongtong−gu,Suwon−si,Gyeonggi−do 442−742(KR)
【Fターム(参考)】
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