薄膜形成装置及び薄膜形成方法
【課題】従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどのガスの濃度を測定することができる薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、レーザ光照射窓を備える成膜容器と、薄膜の原料である原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給部と、原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、レーザ光照射窓から成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、検出部が検出した結果に基づいて、原料ガス供給部が供給する原料ガスの流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【解決手段】基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、レーザ光照射窓を備える成膜容器と、薄膜の原料である原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給部と、原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、レーザ光照射窓から成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、検出部が検出した結果に基づいて、原料ガス供給部が供給する原料ガスの流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などに用いられる微結晶Ｓｉ薄膜を形成するために、ＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスを用いて基板上に微結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法が知られている。薄膜が太陽電池に用いられる場合、大面積の微結晶Ｓｉ薄膜を形成することになるが、この場合、薄膜の膜厚分布は均一であることが好ましい。
薄膜の膜厚分布に影響を与える要因として、ＳｉＨ４ガスの空間的な濃度分布が挙げられる。
【０００３】
例えば、ＳｉＨ４ガスに赤外線を照射し、その吸収特性からＳｉＨ４ガスの濃度を測定する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１９８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＳｉＨ４ガスの濃度が低い場合は赤外線の吸収量も少なくなるため、上記特許文献１に記載されている方法によりＳｉＨ４ガスの濃度を測定することは困難である。更に、上記特許文献１に記載されている方法では、測定空間におけるＳｉＨ４ガスの平均的な濃度を測定することは可能であるが、測定空間におけるＳｉＨ４ガスの空間的な濃度分布を測定することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどのガスの濃度を測定することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の薄膜形成装置は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、レーザ光照射窓を備える成膜容器と、前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、前記原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記レーザ光照射窓から前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原料ガス供給部が供給する前記原料ガスの流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。
【０００９】
また、前記成膜容器は、前記内部の空間の応答の検出として、前記レーザ光照射窓に対向する第１観測窓を備え、前記検出部は、第１観測窓を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記成膜容器は、前記レーザ光の進行方向に沿った前記成膜容器の側面に第２観測窓を備え、前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第２観測窓を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
また、前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかであることが好ましい。
【００１３】
また、前記成膜容器は、前記基板と平行な面内に複数の原料ガス供給口を備え、前記制御部は、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の薄膜形成方法は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、希ガスが添加された原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給工程と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ光による前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出工程と、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器に供給される前記原料ガスの流量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。
【００１６】
また、前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行うことが好ましい。
【００１７】
また、前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部で発生した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行うことが好ましい。
【００１８】
また、前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかであることが好ましい。
【００１９】
また、前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかであることが好ましい。
【００２０】
また、前記原料ガス供給工程では、前記基板と平行な面内に設けられた複数の原料ガス供給口から前記原料ガスを供給し、前記制御工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどのガスの濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】基板側から見たシャワーヘッドの平面図である。
【図３】薄膜形成装置のレーザ光照射部と検出部を説明する図である。
【図４】実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（薄膜形成装置の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の薄膜形成装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器内に原料ガスを供給するとともにプラズマを発生させることができ、プラズマＣＶＤ法により基板Ｓ上に薄膜を形成する。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器２０と、排気部４０と、高周波電源５０と、原料ガス供給部６０と、希ガス添加部６２と、流量調整部６４と、制御部７０と、レーザ光照射部８０と、第１検出部８２と、第２検出部８４と、を備える。
【００２４】
成膜容器２０は、支持部３２と、上側電極３６と、下側電極３８と、を備える。支持部３２の上面には下側電極３８が設けられている。ここで、下側電極３８は接地されている。基板Ｓは、成膜容器２０の下方から支持部３２を貫通するリフトピン４４によって支持される。リフトピン４４は昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６がリフトピン４４を下方向に移動させることにより、基板Ｓは下側電極３８の上に載置される。
また、支持部３２の内部には加熱ヒータ３４が設けられており、加熱ヒータ３４により基板Ｓの温度を調整することができる。
【００２５】
上側電極３６は基板Ｓの上方に設けられ、高周波電源５０と接続されている。高周波電源５０が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマが生成される。
また、高周波電源５０は制御部７０と接続されている。高周波電源５０が上側電極３６に高周波電流を供給するタイミングは、制御部７０により制御される。
【００２６】
また、成膜容器２０は、シャワーヘッド２８を備える。シャワーヘッド２８は、基板Ｓの上方に基板Ｓと平行に配置される。シャワーヘッド２８には、複数の原料ガス供給口３０が設けられている。ここで、図２を参照して、本実施形態のシャワーヘッド２８について説明する。図２は、基板Ｓ側から見たシャワーヘッド２８の平面図である。図２に示されるように、シャワーヘッド２８には複数の原料ガス供給口３０が設けられている。なお、図２に示される例では原料ガス供給口３０の大きさは比較的大きいが、この例は一例であって、原料ガス供給口３０の大きさは図２に示される例よりも小さく、また、原料ガス供給口３０の密度も大きくてもよい。
【００２７】
原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されると、複数の原料ガス供給口３０を通って基板Ｓの鉛直上方から原料ガスが供給される（図１参照）。ここで、シャワーヘッド２８の内部は複数の領域に分割されている。例えば、図２に示される例では、シャワーヘッド２８は４つの領域に分割されている。
原料ガス供給部６０とシャワーヘッド２８との間には流量調整部６４が設けられている。流量ガス調整部６４は、例えば、複数のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を備える。図２に示される例では、流量調整部６４は、４つのマスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を備える。各マスフローコントローラは、シャワーヘッド２８の各領域に個別に接続されている。また、各マスフローコントローラは制御部７０と接続されており、各マスフローコントローラを流れるガスの流量は、制御部７０により個別に制御される。
【００２８】
また、成膜容器２０は、レーザ光照射窓２２と、第１観測窓２４と、第２観測窓２６（図３参照）と、を備える。ここで、図３を参照して、レーザ光照射窓２２、第１観測窓２４、第２観測窓２６、レーザ光照射部８０、第１検出部８２、第２検出部８４の位置関係について説明する。図３は、成膜容器２０の周りに設けられたレーザ光照射部８０、第１検出部８２、第２検出部８４を、基板Ｓの上方から見た図である。
【００２９】
図３に示されるように、レーザ光照射窓２２は、レーザ光照射部８０から照射されたレーザ光を成膜容器２０の内部に照射できる位置に設けられる。
第１観測窓２４は、レーザ光照射窓２２と対向する位置に設けられている。また、レーザ光照射部８０から照射されたレーザ光が第１検出部８２により検出される位置に、第１観測窓２４は設けられる。
第２観測窓２６は、基板Ｓの上方に照射されるレーザ光に直交する方向から成膜容器２０の内部を観測することができるよう、レーザ光照射窓２２が形成される面と隣接する成膜容器２０の側面に設けられる。
【００３０】
なお、図３に示されるように、レーザ光照射部８０から照射されるレーザ光は、基板Ｓの幅Ｗよりも広くなるように平面状に広げられている。そのため、レーザ光照射窓２２、第１観測窓２４は、平面状に広げられたレーザ光が通ることができるよう、基板Ｓの幅Ｗよりも大きくなっている。また、レーザ光はレーザビームを平面状にスキャンして、基板Ｓの幅Ｗよりも広い範囲を照射してもよい。
また、第２観測窓２６は、基板Ｓの長さＬよりも大きくなっている。
【００３１】
図１に戻り、排気部４０は、排気管４２を介して成膜容器２０内に供給された原料ガスを排気する。排気部４０は、例えば、ドライポンプである。排気部４０が成膜容器２０内を排気することにより、原料ガスが成膜容器２０内に供給されても、成膜容器２０内の真空度は、０．１Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００３２】
原料ガス供給部６０は、基板Ｓ上に形成する薄膜の原料である原料ガスを、流量調整部６４を介してシャワーヘッド２８に供給する。原料ガスは、例えば、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）である。特に、本実施形態では、原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる例について説明する。
また、原料ガス供給部６０は制御部７０と接続されており、原料ガス供給部６０が原料ガスを供給するタイミング、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量は、制御部７０により制御される。
【００３３】
希ガス添加部６２は、原料ガス供給部６０から供給される原料ガスに希ガスを添加する。希ガスは、例えば、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒであることが好ましい。特に、本実施形態では、希ガスとしてＸｅを用いる例について説明する。
また、希ガス添加部６２は制御部７０と接続されており、希ガス添加部６２が希ガスを添加するタイミングは、制御部７０により制御される。
【００３４】
なお、図１に示される例では、原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されるまでの間に、希ガス添加部６２が原料ガスに希ガスを添加する例が示されるが、希ガス添加部６２が希ガスを添加する場所はこれに限られるものではない。例えば、希ガス添加部６２が原料ガス供給部６０とは独立して成膜容器２０と接続され、成膜容器２０の内部の原料ガスに対して、希ガス添加部６２が希ガスを直接添加してもよい。
【００３５】
レーザ光照射部８０は、例えば、半導体レーザである。レーザ光照射部８０が照射するレーザ光の波長は、希ガス添加部６２により原料ガスに添加される希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。例えば、希ガスとしてＸｅを用いる場合、波長８２３．２ｎｍのレーザ光を照射することが好ましい。
【００３６】
第１検出部８２は、第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う。また、第２検出部８４は、第２観測窓２６を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う。観測する誘起蛍光波長は、例えば、８９５．２ｎｍであることが好ましい。第１検出部８２による検出結果に基づき、基板Ｓの幅方向について、原料ガスの空間的な分布を測定することができる。また、第２検出部８４による検出結果に基づき、基板Ｓの長さ方向について、原料ガスの空間的な分布を測定することができる。このように、第１検出部８２や第２検出部８４は、成膜容器２０の内部の空間の応答を検出する。
なお、第１検出部８２、第２検出部８４は、いずれも制御部７０と接続されており、第１検出部８２、第２検出部８４が検出した結果は制御部７０に送信される。
【００３７】
制御部７０は、第１検出部８２や第２検出部８４が検出した結果に基づいて、原料ガス供給部６０が供給する原料ガスの流量を制御する。より具体的には、第１検出部８２や第２検出部８４が検出した結果に基づいて、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を、流量調整部６４を用いて個別に制御する。この制御により、基板Ｓ上に均一な厚さの膜を形成することができる。
以上が本実施形態の薄膜形成装置１０の概略構成である。
【００３８】
ここで、希ガスとしてＸｅを用い、原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる場合に、第１検出部８２や第２検出部８４による検出結果に基づき、原料ガスの空間的な分布を測定する方法について説明する。
原料ガスに添加されたＸｅは、成膜容器２０の内部で発生したプラズマによって基底状態から準安定状態に励起される。Ｘｅの準安定状態のエネルギーとＳｉＨ４の電離エネルギーはほぼ等しい。そのため、ＳｉＨ４の濃度が高い領域ではＳｉＨ４が電離してＳｉＨ３とＨ＋となり、Ｘｅは準安定状態から基底状態に遷移し、Ｘｅの準安定状態の密度は低下する。一方、ＳｉＨ４の濃度が低い領域では、ＳｉＨ４の電離が起こりにくく、Ｘｅは準安定状態のままとなり、Ｘｅの準安定状態の密度は高くなる。
【００３９】
また、レーザ光照射窓２２を介してレーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射することにより、成膜容器２０の内部のＸｅは準安定状態から励起状態に励起される。第１検出部８２は、第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、成膜容器２０の内部においてＸｅが準安定状態から励起状態に励起されることに起因する吸収スペクトルを測定することができる。
【００４０】
Ｘｅの準安定状態の密度が高い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが多くなるため、レーザ光の吸収量が大きくなる。一方、Ｘｅの準安定状態の密度が低い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが少なくなるため、レーザ光の吸収量が小さくなる。そのため、第１検出部８２がレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、第１検出部８２が延びる方向におけるＳｉＨ４の濃度分布を測定することが可能となる。
【００４１】
また、レーザ光照射窓２２を介してレーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射することにより、成膜容器２０の内部のＸｅは準安定状態から励起状態に励起される。その後、励起状態に励起されたＸｅは励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する。その際、遷移するエネルギーによる蛍光が発せられる。第２検出部８４は、レーザ誘起蛍光測定（ＬＩＦ：Laser Induced Fluorescence）を行うことにより、成膜容器２０の内部において励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光を、第２観測窓２６を介して測定することができる。
【００４２】
Ｘｅの準安定状態の密度が高い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが多くなるため、励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光の強度が大きくなる。一方、Ｘｅの準安定状態の密度が低い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが少なくなるため、励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光の強度が小さくなる。そのため、第２検出部８４が蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行うことにより、第２検出部８４が延びる方向におけるＳｉＨ４の濃度分布を測定することが可能となる。
【００４３】
（薄膜形成方法）
次に、図４を参照して、本実施形態の薄膜形成装置１０を用いた薄膜形成方法について説明する。図４は、本実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
まず、原料ガス供給部６０が成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する（ステップＳ１０１）。この際、原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されるまでの間に、希ガス添加部６２によって原料ガスに希ガスが添加されている。希ガスが添加された原料ガスは、シャワーヘッド２８に設けられた複数の原料ガス供給口３０から、基板Ｓに向かって供給される。
【００４４】
次に、高周波電源５０が高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生する（ステップＳ１０２）。成膜容器２０の内部でプラズマが発生することにより、成膜容器２０の内部の希ガスが基底状態から準安定状態に遷移する。また、成膜容器２０の内部の原料ガスが活性化され、基板Ｓの上に成膜が開始される。
【００４５】
次に、レーザ光照射窓２２を介して、レーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射する（ステップＳ１０３）。成膜容器２０の内部の希ガスにレーザ光が照射されることにより、希ガスが準安定状態から励起状態に励起される。
【００４６】
次に、第１検出部８２が第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行い、また、第２検出部８４が第２観測窓２６を通過した蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行う（ステップＳ１０４）。
第１検出部８２が第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、第１検出部８２が延びる方向（基板Ｓの幅方向）における原料ガスの濃度分布を測定することが可能となる。また、第２検出部８４が第２観測窓２６を通過した蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行うことにより、第２検出部８４が延びる方向（基板Ｓの長さ方向）における原料ガスの濃度分布を測定することが可能となる。
【００４７】
次に、第１検出部８２、第２検出部８４が検出した結果に基づいて、制御部７０は、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を、流量調整部６４を用いて個別に制御する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部７０は、原料ガスの濃度が高い領域に対応する原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を小さくし、原料ガスの濃度が低い領域に対応する原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を大きくする。その結果、原料ガスの空間的な濃度分布を均一にすることができ、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚分布を従来よりも均一にすることができる。
【００４８】
以下、基板Ｓに薄膜を形成する間に、例えば、所定の時間間隔でステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返し、制御部７０が複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を個別に制御することにより、従来よりも膜厚分布が均一な薄膜を形成することができる。このようにして、本実施形態によれば、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどの原料ガスの濃度を測定することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる例について説明したが、原料ガスとしてＴＭＡやＴＥＯＳを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では希ガスとしてＸｅを用いる例について説明したが、希ガスとしてＫｒやＡｒを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、プラズマＣＶＤ法を用いて薄膜を形成する例について説明したが、プラズマＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition法）を用いて薄膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。
【００５０】
以上、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 薄膜形成装置
２０ 成膜容器
２２ レーザ光照射窓
２４ 第１観測窓
２６ 第２観測窓
２８ シャワーヘッド
３０ 原料ガス供給口
３２ 支持部
３４ 加熱ヒータ
３６ 上側電極
３８ 下側電極
４０ 排気部
４２ 排気管
４４ リフトピン
４６ 昇降機構
５０ 高周波電源
６０ 原料ガス供給部
６２ 希ガス添加部
６４ 流量調整部
７０ 制御部
８０ レーザ光照射部
８２ 第１検出部
８４ 第２検出部
Ｓ 基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置及び薄膜形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池などに用いられる微結晶Ｓｉ薄膜を形成するために、ＣＶＤ法によりＳｉＨ４ガスを用いて基板上に微結晶Ｓｉ薄膜を形成する方法が知られている。薄膜が太陽電池に用いられる場合、大面積の微結晶Ｓｉ薄膜を形成することになるが、この場合、薄膜の膜厚分布は均一であることが好ましい。
薄膜の膜厚分布に影響を与える要因として、ＳｉＨ４ガスの空間的な濃度分布が挙げられる。
【０００３】
例えば、ＳｉＨ４ガスに赤外線を照射し、その吸収特性からＳｉＨ４ガスの濃度を測定する方法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１９８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＳｉＨ４ガスの濃度が低い場合は赤外線の吸収量も少なくなるため、上記特許文献１に記載されている方法によりＳｉＨ４ガスの濃度を測定することは困難である。更に、上記特許文献１に記載されている方法では、測定空間におけるＳｉＨ４ガスの平均的な濃度を測定することは可能であるが、測定空間におけるＳｉＨ４ガスの空間的な濃度分布を測定することは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどのガスの濃度を測定することができる薄膜形成装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の薄膜形成装置は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、レーザ光照射窓を備える成膜容器と、前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、前記原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記レーザ光照射窓から前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原料ガス供給部が供給する前記原料ガスの流量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。
【０００９】
また、前記成膜容器は、前記内部の空間の応答の検出として、前記レーザ光照射窓に対向する第１観測窓を備え、前記検出部は、第１観測窓を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行うことが好ましい。
【００１０】
また、前記成膜容器は、前記レーザ光の進行方向に沿った前記成膜容器の側面に第２観測窓を備え、前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第２観測窓を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行うことが好ましい。
【００１１】
また、前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
また、前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかであることが好ましい。
【００１３】
また、前記成膜容器は、前記基板と平行な面内に複数の原料ガス供給口を備え、前記制御部は、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御することが好ましい。
【００１４】
また、本発明の薄膜形成方法は、基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、希ガスが添加された原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給工程と、前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、前記レーザ光による前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出工程と、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器に供給される前記原料ガスの流量を制御する制御工程と、を有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。
【００１６】
また、前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行うことが好ましい。
【００１７】
また、前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部で発生した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行うことが好ましい。
【００１８】
また、前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかであることが好ましい。
【００１９】
また、前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかであることが好ましい。
【００２０】
また、前記原料ガス供給工程では、前記基板と平行な面内に設けられた複数の原料ガス供給口から前記原料ガスを供給し、前記制御工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法によれば、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどのガスの濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】基板側から見たシャワーヘッドの平面図である。
【図３】薄膜形成装置のレーザ光照射部と検出部を説明する図である。
【図４】実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（薄膜形成装置の構成）
まず、図１を参照して、本実施形態の薄膜形成装置の構成を説明する。図１は、本実施形態の薄膜形成装置の一例を示す概略構成図である。本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器内に原料ガスを供給するとともにプラズマを発生させることができ、プラズマＣＶＤ法により基板Ｓ上に薄膜を形成する。本実施形態では、プラズマの発生に平行平板電極を用いるが、この方式に限定されない。
本実施形態の薄膜形成装置１０は、成膜容器２０と、排気部４０と、高周波電源５０と、原料ガス供給部６０と、希ガス添加部６２と、流量調整部６４と、制御部７０と、レーザ光照射部８０と、第１検出部８２と、第２検出部８４と、を備える。
【００２４】
成膜容器２０は、支持部３２と、上側電極３６と、下側電極３８と、を備える。支持部３２の上面には下側電極３８が設けられている。ここで、下側電極３８は接地されている。基板Ｓは、成膜容器２０の下方から支持部３２を貫通するリフトピン４４によって支持される。リフトピン４４は昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６によって上下方向に昇降可能であり、リフトピン４４が基板Ｓを支持した状態で昇降機構４６がリフトピン４４を下方向に移動させることにより、基板Ｓは下側電極３８の上に載置される。
また、支持部３２の内部には加熱ヒータ３４が設けられており、加熱ヒータ３４により基板Ｓの温度を調整することができる。
【００２５】
上側電極３６は基板Ｓの上方に設けられ、高周波電源５０と接続されている。高周波電源５０が所定の周波数の高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマが生成される。
また、高周波電源５０は制御部７０と接続されている。高周波電源５０が上側電極３６に高周波電流を供給するタイミングは、制御部７０により制御される。
【００２６】
また、成膜容器２０は、シャワーヘッド２８を備える。シャワーヘッド２８は、基板Ｓの上方に基板Ｓと平行に配置される。シャワーヘッド２８には、複数の原料ガス供給口３０が設けられている。ここで、図２を参照して、本実施形態のシャワーヘッド２８について説明する。図２は、基板Ｓ側から見たシャワーヘッド２８の平面図である。図２に示されるように、シャワーヘッド２８には複数の原料ガス供給口３０が設けられている。なお、図２に示される例では原料ガス供給口３０の大きさは比較的大きいが、この例は一例であって、原料ガス供給口３０の大きさは図２に示される例よりも小さく、また、原料ガス供給口３０の密度も大きくてもよい。
【００２７】
原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されると、複数の原料ガス供給口３０を通って基板Ｓの鉛直上方から原料ガスが供給される（図１参照）。ここで、シャワーヘッド２８の内部は複数の領域に分割されている。例えば、図２に示される例では、シャワーヘッド２８は４つの領域に分割されている。
原料ガス供給部６０とシャワーヘッド２８との間には流量調整部６４が設けられている。流量ガス調整部６４は、例えば、複数のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を備える。図２に示される例では、流量調整部６４は、４つのマスフローコントローラＭＦＣ１〜ＭＦＣ４を備える。各マスフローコントローラは、シャワーヘッド２８の各領域に個別に接続されている。また、各マスフローコントローラは制御部７０と接続されており、各マスフローコントローラを流れるガスの流量は、制御部７０により個別に制御される。
【００２８】
また、成膜容器２０は、レーザ光照射窓２２と、第１観測窓２４と、第２観測窓２６（図３参照）と、を備える。ここで、図３を参照して、レーザ光照射窓２２、第１観測窓２４、第２観測窓２６、レーザ光照射部８０、第１検出部８２、第２検出部８４の位置関係について説明する。図３は、成膜容器２０の周りに設けられたレーザ光照射部８０、第１検出部８２、第２検出部８４を、基板Ｓの上方から見た図である。
【００２９】
図３に示されるように、レーザ光照射窓２２は、レーザ光照射部８０から照射されたレーザ光を成膜容器２０の内部に照射できる位置に設けられる。
第１観測窓２４は、レーザ光照射窓２２と対向する位置に設けられている。また、レーザ光照射部８０から照射されたレーザ光が第１検出部８２により検出される位置に、第１観測窓２４は設けられる。
第２観測窓２６は、基板Ｓの上方に照射されるレーザ光に直交する方向から成膜容器２０の内部を観測することができるよう、レーザ光照射窓２２が形成される面と隣接する成膜容器２０の側面に設けられる。
【００３０】
なお、図３に示されるように、レーザ光照射部８０から照射されるレーザ光は、基板Ｓの幅Ｗよりも広くなるように平面状に広げられている。そのため、レーザ光照射窓２２、第１観測窓２４は、平面状に広げられたレーザ光が通ることができるよう、基板Ｓの幅Ｗよりも大きくなっている。また、レーザ光はレーザビームを平面状にスキャンして、基板Ｓの幅Ｗよりも広い範囲を照射してもよい。
また、第２観測窓２６は、基板Ｓの長さＬよりも大きくなっている。
【００３１】
図１に戻り、排気部４０は、排気管４２を介して成膜容器２０内に供給された原料ガスを排気する。排気部４０は、例えば、ドライポンプである。排気部４０が成膜容器２０内を排気することにより、原料ガスが成膜容器２０内に供給されても、成膜容器２０内の真空度は、０．１Ｐａ〜１００Ｐａ程度に維持される。
【００３２】
原料ガス供給部６０は、基板Ｓ上に形成する薄膜の原料である原料ガスを、流量調整部６４を介してシャワーヘッド２８に供給する。原料ガスは、例えば、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）である。特に、本実施形態では、原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる例について説明する。
また、原料ガス供給部６０は制御部７０と接続されており、原料ガス供給部６０が原料ガスを供給するタイミング、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量は、制御部７０により制御される。
【００３３】
希ガス添加部６２は、原料ガス供給部６０から供給される原料ガスに希ガスを添加する。希ガスは、例えば、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒであることが好ましい。特に、本実施形態では、希ガスとしてＸｅを用いる例について説明する。
また、希ガス添加部６２は制御部７０と接続されており、希ガス添加部６２が希ガスを添加するタイミングは、制御部７０により制御される。
【００３４】
なお、図１に示される例では、原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されるまでの間に、希ガス添加部６２が原料ガスに希ガスを添加する例が示されるが、希ガス添加部６２が希ガスを添加する場所はこれに限られるものではない。例えば、希ガス添加部６２が原料ガス供給部６０とは独立して成膜容器２０と接続され、成膜容器２０の内部の原料ガスに対して、希ガス添加部６２が希ガスを直接添加してもよい。
【００３５】
レーザ光照射部８０は、例えば、半導体レーザである。レーザ光照射部８０が照射するレーザ光の波長は、希ガス添加部６２により原料ガスに添加される希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長であることが好ましい。例えば、希ガスとしてＸｅを用いる場合、波長８２３．２ｎｍのレーザ光を照射することが好ましい。
【００３６】
第１検出部８２は、第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う。また、第２検出部８４は、第２観測窓２６を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う。観測する誘起蛍光波長は、例えば、８９５．２ｎｍであることが好ましい。第１検出部８２による検出結果に基づき、基板Ｓの幅方向について、原料ガスの空間的な分布を測定することができる。また、第２検出部８４による検出結果に基づき、基板Ｓの長さ方向について、原料ガスの空間的な分布を測定することができる。このように、第１検出部８２や第２検出部８４は、成膜容器２０の内部の空間の応答を検出する。
なお、第１検出部８２、第２検出部８４は、いずれも制御部７０と接続されており、第１検出部８２、第２検出部８４が検出した結果は制御部７０に送信される。
【００３７】
制御部７０は、第１検出部８２や第２検出部８４が検出した結果に基づいて、原料ガス供給部６０が供給する原料ガスの流量を制御する。より具体的には、第１検出部８２や第２検出部８４が検出した結果に基づいて、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を、流量調整部６４を用いて個別に制御する。この制御により、基板Ｓ上に均一な厚さの膜を形成することができる。
以上が本実施形態の薄膜形成装置１０の概略構成である。
【００３８】
ここで、希ガスとしてＸｅを用い、原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる場合に、第１検出部８２や第２検出部８４による検出結果に基づき、原料ガスの空間的な分布を測定する方法について説明する。
原料ガスに添加されたＸｅは、成膜容器２０の内部で発生したプラズマによって基底状態から準安定状態に励起される。Ｘｅの準安定状態のエネルギーとＳｉＨ４の電離エネルギーはほぼ等しい。そのため、ＳｉＨ４の濃度が高い領域ではＳｉＨ４が電離してＳｉＨ３とＨ＋となり、Ｘｅは準安定状態から基底状態に遷移し、Ｘｅの準安定状態の密度は低下する。一方、ＳｉＨ４の濃度が低い領域では、ＳｉＨ４の電離が起こりにくく、Ｘｅは準安定状態のままとなり、Ｘｅの準安定状態の密度は高くなる。
【００３９】
また、レーザ光照射窓２２を介してレーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射することにより、成膜容器２０の内部のＸｅは準安定状態から励起状態に励起される。第１検出部８２は、第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、成膜容器２０の内部においてＸｅが準安定状態から励起状態に励起されることに起因する吸収スペクトルを測定することができる。
【００４０】
Ｘｅの準安定状態の密度が高い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが多くなるため、レーザ光の吸収量が大きくなる。一方、Ｘｅの準安定状態の密度が低い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが少なくなるため、レーザ光の吸収量が小さくなる。そのため、第１検出部８２がレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、第１検出部８２が延びる方向におけるＳｉＨ４の濃度分布を測定することが可能となる。
【００４１】
また、レーザ光照射窓２２を介してレーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射することにより、成膜容器２０の内部のＸｅは準安定状態から励起状態に励起される。その後、励起状態に励起されたＸｅは励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する。その際、遷移するエネルギーによる蛍光が発せられる。第２検出部８４は、レーザ誘起蛍光測定（ＬＩＦ：Laser Induced Fluorescence）を行うことにより、成膜容器２０の内部において励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光を、第２観測窓２６を介して測定することができる。
【００４２】
Ｘｅの準安定状態の密度が高い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが多くなるため、励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光の強度が大きくなる。一方、Ｘｅの準安定状態の密度が低い領域では、レーザ光により準安定状態から励起状態に励起されるＸｅが少なくなるため、励起状態に励起されたＸｅが励起状態よりもエネルギーの低い状態に遷移する際に発せられる蛍光の強度が小さくなる。そのため、第２検出部８４が蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行うことにより、第２検出部８４が延びる方向におけるＳｉＨ４の濃度分布を測定することが可能となる。
【００４３】
（薄膜形成方法）
次に、図４を参照して、本実施形態の薄膜形成装置１０を用いた薄膜形成方法について説明する。図４は、本実施形態の薄膜形成方法の一例を示すフローチャートである。
まず、原料ガス供給部６０が成膜容器２０の内部に原料ガスを供給する（ステップＳ１０１）。この際、原料ガス供給部６０からシャワーヘッド２８に原料ガスが供給されるまでの間に、希ガス添加部６２によって原料ガスに希ガスが添加されている。希ガスが添加された原料ガスは、シャワーヘッド２８に設けられた複数の原料ガス供給口３０から、基板Ｓに向かって供給される。
【００４４】
次に、高周波電源５０が高周波電流を供給することにより、上側電極３６と下側電極３８との間でプラズマを発生する（ステップＳ１０２）。成膜容器２０の内部でプラズマが発生することにより、成膜容器２０の内部の希ガスが基底状態から準安定状態に遷移する。また、成膜容器２０の内部の原料ガスが活性化され、基板Ｓの上に成膜が開始される。
【００４５】
次に、レーザ光照射窓２２を介して、レーザ光照射部８０が成膜容器２０の内部にレーザ光を照射する（ステップＳ１０３）。成膜容器２０の内部の希ガスにレーザ光が照射されることにより、希ガスが準安定状態から励起状態に励起される。
【００４６】
次に、第１検出部８２が第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行い、また、第２検出部８４が第２観測窓２６を通過した蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行う（ステップＳ１０４）。
第１検出部８２が第１観測窓２４を通過したレーザ光を検出し、吸収分光測定を行うことにより、第１検出部８２が延びる方向（基板Ｓの幅方向）における原料ガスの濃度分布を測定することが可能となる。また、第２検出部８４が第２観測窓２６を通過した蛍光を検出し、レーザ誘起蛍光測定を行うことにより、第２検出部８４が延びる方向（基板Ｓの長さ方向）における原料ガスの濃度分布を測定することが可能となる。
【００４７】
次に、第１検出部８２、第２検出部８４が検出した結果に基づいて、制御部７０は、複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を、流量調整部６４を用いて個別に制御する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部７０は、原料ガスの濃度が高い領域に対応する原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を小さくし、原料ガスの濃度が低い領域に対応する原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を大きくする。その結果、原料ガスの空間的な濃度分布を均一にすることができ、基板Ｓに形成される薄膜の膜厚分布を従来よりも均一にすることができる。
【００４８】
以下、基板Ｓに薄膜を形成する間に、例えば、所定の時間間隔でステップＳ１０３〜Ｓ１０５を繰り返し、制御部７０が複数の原料ガス供給口３０から供給される原料ガスの流量を個別に制御することにより、従来よりも膜厚分布が均一な薄膜を形成することができる。このようにして、本実施形態によれば、従来よりも高い精度でＳｉＨ４ガスなどの原料ガスの濃度を測定することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では原料ガスとしてＳｉＨ４を用いる例について説明したが、原料ガスとしてＴＭＡやＴＥＯＳを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では希ガスとしてＸｅを用いる例について説明したが、希ガスとしてＫｒやＡｒを用いる場合にも本発明を適用することができる。
また、上述した実施形態では、プラズマＣＶＤ法を用いて薄膜を形成する例について説明したが、プラズマＡＬＤ法（Atomic Layer Deposition法）を用いて薄膜を形成する場合にも本発明を適用することができる。
【００５０】
以上、本発明の薄膜形成装置及び薄膜形成方法について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 薄膜形成装置
２０ 成膜容器
２２ レーザ光照射窓
２４ 第１観測窓
２６ 第２観測窓
２８ シャワーヘッド
３０ 原料ガス供給口
３２ 支持部
３４ 加熱ヒータ
３６ 上側電極
３８ 下側電極
４０ 排気部
４２ 排気管
４４ リフトピン
４６ 昇降機構
５０ 高周波電源
６０ 原料ガス供給部
６２ 希ガス添加部
６４ 流量調整部
７０ 制御部
８０ レーザ光照射部
８２ 第１検出部
８４ 第２検出部
Ｓ 基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
レーザ光照射窓を備える成膜容器と、
前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記レーザ光照射窓から前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、
前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原料ガス供給部が供給する前記原料ガスの流量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記成膜容器は、前記レーザ光照射窓に対向する第１観測窓を備え、
前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第１観測窓を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う、請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記成膜容器は、前記レーザ光の進行方向に沿った前記成膜容器の側面に第２観測窓を備え、
前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第２観測窓を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかである、請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかである、請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記成膜容器は、前記基板と平行な面内に複数の原料ガス供給口を備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御する、請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
希ガスが添加された原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給工程と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、
前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光による前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器に供給される前記原料ガスの流量を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】
前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長である、請求項８に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う、請求項８又は９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部で発生した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う、請求項８乃至１０のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかである、請求項８乃至１１のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかである、請求項８乃至１２のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】
前記原料ガス供給工程では、前記基板と平行な面内に設けられた複数の原料ガス供給口から前記原料ガスを供給し、
前記制御工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御する、請求項８乃至１３のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
レーザ光照射窓を備える成膜容器と、
前記薄膜の原料である原料ガスを前記成膜容器に供給する原料ガス供給部と、
前記原料ガスに希ガスを添加する希ガス添加部と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生部と、
前記レーザ光照射窓から前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
前記レーザ光照射部から照射されたレーザ光による、前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出部と、
前記検出部が検出した結果に基づいて、前記原料ガス供給部が供給する前記原料ガスの流量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長である、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記成膜容器は、前記レーザ光照射窓に対向する第１観測窓を備え、
前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第１観測窓を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う、請求項１又は２に記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記成膜容器は、前記レーザ光の進行方向に沿った前記成膜容器の側面に第２観測窓を備え、
前記検出部は、前記内部の空間の応答の検出として、第２観測窓を通過した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかである、請求項１乃至４のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項６】
前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかである、請求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記成膜容器は、前記基板と平行な面内に複数の原料ガス供給口を備え、
前記制御部は、前記検出部が検出した結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御する、請求項１乃至６のいずれかに記載の薄膜形成装置。
【請求項８】
基板上に薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
希ガスが添加された原料ガスを成膜容器に供給する原料ガス供給工程と、
前記成膜容器の内部にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、
前記成膜容器の内部にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記レーザ光による前記成膜容器の内部の空間の応答を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器に供給される前記原料ガスの流量を制御する制御工程と、
を有することを特徴とする薄膜形成方法。
【請求項９】
前記レーザ光の波長は、前記希ガスを準安定状態から励起状態に励起することができる範囲の波長である、請求項８に記載の薄膜形成方法。
【請求項１０】
前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部を通過したレーザ光を検出することにより、吸収分光測定を行う、請求項８又は９に記載の薄膜形成方法。
【請求項１１】
前記検出工程では、前記内部の空間の応答の検出として、前記成膜容器の内部で発生した蛍光を検出することにより、レーザ誘起蛍光測定を行う、請求項８乃至１０のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１２】
前記原料ガスは、ＳｉＨ４、ＴＭＡ（テトラメチルアンモニウム）、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）のいずれかである、請求項８乃至１１のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１３】
前記希ガスは、Ｘｅ、Ｋｒ、Ａｒのいずれかである、請求項８乃至１２のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【請求項１４】
前記原料ガス供給工程では、前記基板と平行な面内に設けられた複数の原料ガス供給口から前記原料ガスを供給し、
前記制御工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記成膜容器の内部における前記原料ガスの濃度分布が均一となるように、前記複数の原料ガス供給口から供給される原料ガスの流量を制御する、請求項８乃至１３のいずれかに記載の薄膜形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１８８６９０（Ｐ２０１２−１８８６９０Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２１０８（Ｐ２０１１−５２１０８）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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