JP2007056353A - プラズマ生成モジュール及びプラズマ生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化を図ることが可能なプラズマ生成モジュールを提供する。
【解決手段】 プラズマ生成モジュール４０は、陽極として機能するハース４２と、ハース４２の周囲に配置された磁石４４と、磁石４４によってチャンバ２０内に形成されるリターンフラックスＦ上に配置されたプラズマガン４６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、成膜材料をイオン化等するためのプラズマを生成するプラズマ生成モジュール及びプラズマ生成方法に関する。

プラズマを用いて成膜材料を蒸発させ、蒸発した成膜材料粒子をイオン化し、基板に成膜させるイオンプレーティング装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。このイオンプレーティング装置のプラズマ生成モジュールは、チャンバの側壁に設けられたプラズマガンと、底壁に設けられたハースとを備えている。プラズマガンの周囲には、プラズマビームをガイドするための径の大きなステアリングコイルが設けられている。また、ハースの周囲にはプラズマビームを修正するための永久磁石とハースコイルが設けられている。

このプラズマ生成モジュールでは、上記構成により形成される合成磁場により、ハース上における高密度プラズマの形状を制御し、蒸発した成膜材料粒子のイオン化を図っている。
特開２００２−２４１９２６公報

しかしながら、上記した従来のプラズマ生成モジュールでは、径の大きなステアリングコイルが必要であったため、モジュールの大型化を招いていた。また、ステアリングコイルを避けて基板を搬送しなければならないため、チャンバ自身も無駄に高さが必要となり、成膜装置自体の大型化を招いていた。

本発明は、上記した事情に鑑みて為されたものであり、コンパクト化を図ることが可能なプラズマ生成モジュール及びプラズマ生成方法を提供することを課題とする。

本発明に係るプラズマ生成モジュールは、陽極として機能するハースと、ハースの周囲に配置された磁石と、磁石によってチャンバ内に形成されるリターンフラックス上に配置されたプラズマガンと、を備えることを特徴とする。

また本発明に係るプラズマ生成モジュールは、陽極として機能するハースと、ハースの周囲に配置された磁石と、磁石によって形成されるリターンフラックス上に配置され、該リターンフラックスに沿ってプラズマビームを出射するプラズマガンと、を備えることを特徴とする。

このプラズマ生成モジュールでは、プラズマガンが磁石によって形成されるリターンフラックス上に配置されており、リターンフラックスに沿ってプラズマビームが出射される。出射されたプラズマビームは、リターンフラックスに沿って磁石に向けてガイドされてから、ハース上に供給される。これにより、ハース上に高密度プラズマが生成される。このように、このプラズマ生成モジュールでは、ステアリングコイルやハースコイルが不要となるため、コンパクト化を図ることができる。

プラズマ生成モジュールは、プラズマガンを複数備えると好ましい。これら複数のプラズマガンは、ハースを通る軸を中心とした同一円上に対称に配置されていると好ましい。このようにすれば、ハース上に形成される高密度プラズマは、ハースを通る軸を中心として均一となる。その結果、活性化された成膜材料粒子の分布も均一になるため、膜質の分布の均一性を高めることができる。

プラズマ生成モジュールは、磁石上であってプラズマガンからのプラズマビームが到達する部位に設けられており、磁石の磁力を弱める弱磁力部を備えると好ましい。そして、弱磁石部は、磁石とは逆方向に着磁された逆着磁磁石を含むと好ましい。或いは、弱磁石部は、磁石上に設けられた穴を含むと好ましい。このようにすれば、逆着磁磁石又は穴を設けて磁力を弱めた弱磁石部で局所的に磁力線が広がり、プラズマが拡散する。これにより、プラズマガンからのプラズマとハース上に形成されたプラズマとが相互に拡散して接続され易くなる。

プラズマ生成モジュールは、当該モジュールにバイアス電圧を印加するバイアス電源を備えると好ましい。このようにすれば、モジュールの電位を制御することができ、成膜材料粒子が基板に入射する運動エネルギーを調整することができる。これにより、成膜時における基板や膜へのダメージを低減したり、マイグレーションをアシストしたりすることが可能となる。

プラズマ生成モジュールは、ハース、磁石、及びプラズマガンを一体に搭載するベースを備えると好ましい。このようにすれば、モジュールのユニット化が図られ、取扱が容易になる。

ベースは、チャンバの底壁部として機能すると好ましい。このようにすれば、下方が開口したチャンバにプラズマ生成モジュールを取り付けることで、チャンバを構成することができる。

磁石は、ハースが搭載された側とは反対側のベース上に搭載されていると好ましい。このようにすれば、チャンバの外側から磁石の位置や組み合わせを調整することができ、磁場調整が容易になる。

本発明に係る成膜装置は、上記したいずれかに記載のプラズマ生成モジュールと、このプラズマ生成モジュールにより生成されるプラズマを利用して成膜を行うチャンバと、を備えることを特徴とする。この成膜装置によれば、コンパクト化されたプラズマ生成モジュールを備えることで、チャンバを無駄に高くする必要が無くなり、成膜装置自体のコンパクト化を図ることができる。

本発明に係る成膜装置は、上記したいずれかに記載の複数のプラズマ生成モジュールと、複数のプラズマ生成モジュールにより生成されるプラズマを利用して成膜を行うチャンバと、を備えることを特徴とする。この成膜装置によれば、コンパクト化されたプラズマ生成モジュールを複数備えることで、広幅で且つ均質な成膜を行うことができる。

本発明に係るプラズマ生成方法は、ハースの周囲に設けられた磁石によりリターンフラックスを形成し、リターンフラックスに沿って磁石に向けてプラズマビームをガイドしてから、ハース上に供給することを特徴とする。

このプラズマ生成方法では、磁石によって形成したリターンフラックスに沿ってプラズマビームを磁石に向けてガイドしてから、ハース上に供給する。これにより、ハース上に高密度プラズマが生成される。このように、このプラズマ生成方法では、ステアリングコイルやハースコイルが不要となるため、コンパクト化を図ることができる。

本発明によれば、コンパクト化を図ることが可能なプラズマ生成モジュール及びプラズマ生成方法を提供することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る成膜装置としてのイオンプレーティング装置を示す縦断面図である。この成膜装置１０は、真空チャンバ２０、搬送機構３０、及びプラズマ生成モジュール４０を備える。

真空チャンバ２０は、成膜対象である基板Ｗを搬送するための搬送室２０ａと、成膜材料Ｍａを拡散させる成膜室２０ｂとを有する。搬送室２０ａは、所定の搬送方向（図中の矢印Ａ）に延びており、成膜室２０ｂ上に配置されている。成膜室２０ｂは、側壁部２２と底壁部２４とを有している。底壁部２４は、後述するプラズマ生成モジュール４０のベースを兼ねている。

搬送機構３０は、基板Ｗを保持する基板ホルダＷＨを搬送方向Ａに搬送する。搬送機構３０は、搬送室２０ａ内に設置された複数の搬送ローラ３２によって構成されている。搬送ローラ３２は、搬送方向Ａに沿って等間隔で並んでおり、基板ホルダＷＨを支持しつつ搬送方向Ａに搬送する。

プラズマ生成モジュール４０は、ハース４２、永久磁石４４、四つのプラズマガン４６、ベース２４、及びバイアス電源４８を有している。

ハース４２は、導電材料から形成されており、プラズマビームＰＢを吸引する陽極として機能する。このハース４２には、例えば基板Ｗに絶縁膜を形成するための成膜材料Ｍａとして一酸化ケイ素（ＳｉＯ）が収容されている。

永久磁石４４は、図1及び図２に示すように、円環状をなし、ハース４２を取り囲むように配置されている。永久磁石４４は、着磁方向が鉛直方向に沿っている。この永久磁石４４は、ハース４２を通り鉛直方向に延びる軸Ｘ上にゼロ磁場領域を持つ湾曲したカスプ磁場を形成する。この永久磁石４４は、単一の磁石により構成するだけでなく、例えば厚くするために円環状の複数の磁石を重ね合わせて構成してもよく、また小さな磁石を多数組み合わせて構成してもよい。この永久磁石４４上であって後述する四つのプラズマガン４６からのプラズマビームＰＢが各々到達する部位には、図２及び図３に示すように、永久磁石４４とは逆方向に着磁された逆着磁磁石５０が局所的に配置されている。

四つのプラズマガン４６の各々は、複合陰極型のプラズマガンである。各プラズマガン４６は、永久磁石４４と真空チャンバ２０の側壁部２２との間にあり、永久磁石４４が外周側に作るリターンフラックスＦ上に配置されている。各プラズマガン４６は、リターンフラックスＦに沿ってプラズマビームＰＢを出射する。これら四つのプラズマガン４６は、ハース４２を通る軸Ｘを中心とした同一円上に、９０度の等角度間隔で対称に配置されている。

各プラズマガン４６には、直流放電電源５２が接続されている。直流放電電源５２は、外部コントロール信号によりプラズマガン４６を定電流制御する。この外部コントロール信号を上下させることで、プラズマの出力を調整することができる。なお、各プラズマガン４６の着火には、着火用高電圧回路を個々に持たせても良いし、一つの高電圧回路を切り替えながら使用して順次着火するようにしても良い。

ベース２４は、上記したハース４２、永久磁石４４、及び四つのプラズマガン４６を搭載する。このベース２４は、前述したように真空チャンバ２０の底壁部を兼ねている。なお、このベース２４は予め側壁部２２と一体化しておき、後からハース４２等を搭載してモジュールを形成してもよい。このベース２４と真空チャンバ２０の側壁部２２との間は、セラミック等の絶縁物５４により絶縁されている。

バイアス電源４８は、ハース４２及び各直流放電電源５２に接続されており、プラズマ生成モジュール４０にバイアス電圧を印加する。

次に、上記したプラズマ生成モジュール４０及び成膜装置１０の作用及び効果について説明する。

上記した構成の成膜装置１０では、直流放電電源５２を動作させると、プラズマガン４６とハース４２との間で放電が始まる。これによって、プラズマガン４６からプラズマビームＰＢがリターンフラックスＦに沿って出射される。このプラズマビームＰＢは、リターンフラックスＦにガイドされて永久磁石４４に到達してから、ハース４２上に供給される。これにより、ハース４２上にはドーム状の高密度プラズマが形成されると共に、ハース４２に電流が集中し、これに伴い生じる熱によってハース４２内の成膜材料Ｍａが蒸発する。

蒸発した成膜材料粒子は、プラズマビームＰＢによって励起、イオン化されて、基板Ｗの表面に到達する。これにより、基板Ｗ上に絶縁膜が形成される。

このように本実施形態では、プラズマガン４６が永久磁石４４によって形成されるリターンフラックスＦ上に配置されており、リターンフラックスＦに沿ってプラズマビームＰＢが出射される。出射されたプラズマビームＰＢは、リターンフラックスＦに沿って永久磁石４４に向けてガイドされてから、ハース４２上に供給される。これにより、ハース４２上に高密度プラズマが生成される。このように、このプラズマ生成モジュール４０では、ステアリングコイルやハースコイルが不要となるため、コンパクト化を図ることができる。また、この成膜装置１０によれば、コンパクト化されたプラズマ生成モジュール４０を備えることで、真空チャンバ２０を無駄に高くする必要が無くなり、成膜装置１０自体のコンパクト化を図ることができる。

また、ハース４２上に形成された高密度プラズマは、ハース４２近傍に溜まって真空チャンバ２０内への広がりを抑えることができるため、プラズマの基板Ｗへの到達を低減して基板Ｗへのダメージを低減することができる。

また、複数のプラズマガン４６は、ハース４２を通る軸Ｘを中心とした同一円上に対称に配置されているため、ハース４２上に形成される高密度プラズマは、ハース４２を通る軸Ｘを中心として均一となる。その結果、活性化された成膜材料粒子の分布も均一になるため、膜質の分布の均一性を高めることができる。ここで、従来のプラズマ生成モジュール４０では、ステアリングコイルによる横方向の磁場によりプラズマビームＰＢをガイドしていたため、対称性が低く、均一に成膜材料Ｍａを蒸発させるには、ハース４２周りの環状磁石とハース４２位置との微妙な位置関係のオフセットを必要とし、またステアリングコイルの取付姿勢や励磁電流の調整が必要であった。これに対し、本実施形態のプラズマ生成モジュール４０では、ハース４２周囲の永久磁石４４が磁場を形成し、プラズマガン４６をハース４２の軸Ｘに対して対称に配置するため、ハース４２直上のプラズマの対称性が良く、活性化された成膜材料粒子も分布が均一になるため、膜質の分布均一性を得易い。

また、プラズマガン４６が配置されている外周側の磁力線と、ハース４２側の磁力線とは交わらないため、プラズマガン４６で形成されたプラズマとハース４２側のプラズマとは必ずしも繋がっていない。このため、放電電圧が高くなったり、チラつきが発生したりするなどの不具合が生じる可能性がある。これに対し、永久磁石４４上であってプラズマガン４６からのプラズマビームＰＢが到達する部位には逆着磁磁石５０が局所的に配置されているため、逆着磁磁石５０を設けた部位で磁力が弱められることで局所的に磁力線が広がり、プラズマが拡散する。これにより、プラズマガン４６からのプラズマとハース４２上に形成されたプラズマとが相互に拡散して接続され易くなる。その結果、プラズマがスムーズに接続されることで、放電電圧が高くなったり、チラつきが発生したりするなどの不具合を解消することができる。

また、本実施形態に係るプラズマ生成モジュール４０は、高密度プラズマの領域がコンパクトであるため、プラズマによる側壁２２などへの地絡が起こり難く、バイアス電源４８によりバイアス電圧を印加してモジュール４０の電位を制御することができるため、基板Ｗに入射する成膜材料粒子の運動エネルギーを調整することができる。これにより、成膜時における基板Ｗや膜へのダメージを低減したり、マイグレーションをアシストしたりすることが可能となる。

また、ハース４２、永久磁石４４、及びプラズマガン４６はベース２４に一体に搭載されているため、モジュール４０のユニット化が図られ、取扱が容易になる。

また、ベース２４は真空チャンバ２０の底壁部として機能するため、下方が開口した真空チャンバ２０の側壁部２２にプラズマ生成モジュール４０を取り付けることで、真空チャンバ２０を構成することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく、種々の変形が可能である。例えば、永久磁石４４の着磁方向は鉛直方向に限られず、図４に示すように斜め方向に向いていてもよい。また、図５に示すように、必要に応じて鉄心（継鉄）６０を用いることで、磁力線の向きを調整しても良い。このように、プラズマガン４６から永久磁石４４やハース４２に至るまでの距離が短くなるように磁場を調整することで、より安定した放電を維持することが可能となる。

また、永久磁石４４上に逆着磁磁石５０を設ける代わりに、図６に示すように、プラズマガン４６からのプラズマビームＰＢが到達する部位に局所的に穴６２を設けてもよい。このようにしても、磁力線を局所的に弱めて乱すことができ、逆着磁磁石５０を設けた場合と同様の効果を奏することができる。なお、磁力線を局所的に弱めて乱すことができれば足りるため、穴６２は上下に貫通していても貫通していなくてもよい。

また、永久磁石４４は、図７に示すように、ハース４２が搭載された側とは反対側のベース２４上に搭載してもよい。このようにすれば、真空チャンバ２０を開けることなく真空チャンバ２０の外側から永久磁石４４の位置や組み合わせを調整することができ、磁場調整が容易になる。

また、プラズマガン４６の周囲には、アース電位若しくはフローティング電位のシールド電極を配置してもよい。このようにすれば、異常放電を防ぐことが可能となる。

また、プラズマガン４６の数は１〜３個、若しくは５個以上であっても良いが、対称性の観点からは複数個が好ましい。

また、本実施形態に係るプラズマ生成モジュール４０を複数並置して、成膜装置１０を構成してもよい。このようにすれば、広幅で且つ均質な成膜を行うことができる。

また、永久磁石４４は円環状の一体物について説明したが、複数の永久磁石４４を不連続に環状に配置したものであってもよい。

また、成膜材料Ｍａとしては絶縁膜を形成するためのＳｉＯについて説明したが、蒸発させる成膜材料Ｍａはこれに限定されず、例えば透明電極を形成するためのＺｎＯなどであってもよい。

また、上記した実施形態では成膜装置１０としてイオンプレーティング装置について説明したが、成膜装置１０は化学的気相堆積装置（ＣＶＤ装置）であってもよい。この場合、陽極として機能するハース４２は管状とし、ハース４２を通してプロセスガスを供給して、ハース４２上に形成された高密度プラズマにより活性化させることができる。

実施形態に係る成膜装置としてのイオンプレーティング装置の構成を示す側面断面図である。 永久磁石及び逆着磁磁石を示す斜視図である。 永久磁石及び逆着磁磁石の着磁方向を示す図である。 永久磁石の着磁方向が傾斜したプラズマ生成モジュールの変形例を示す図である。 鉄心を用いて磁力線の向きを調整したプラズマ生成モジュールの変形例を示す図である。 穴が設けられた永久磁石を示す斜視図である。 永久磁石が真空チャンバ外に設けられたプラズマ生成モジュールの変形例を示す図である。

符号の説明

１０…成膜装置、２４…ベース、４０…プラズマ生成モジュール、４２…ハース、４４…永久磁石、４６…プラズマガン、４８…バイアス電源、５０…逆着磁磁石、６２…穴、ＰＢ…プラズマビーム。

Claims (13)

1. 陽極として機能するハースと、
   前記ハースの周囲に配置された磁石と、
   前記磁石によってチャンバ内に形成されるリターンフラックス上に配置されたプラズマガンと、
   を備えることを特徴とするプラズマ生成モジュール。
2. 陽極として機能するハースと、
   前記ハースの周囲に配置された磁石と、
   前記磁石によって形成されるリターンフラックス上に配置され、該リターンフラックスに沿ってプラズマビームを出射するプラズマガンと、
   を備えることを特徴とするプラズマ生成モジュール。
3. 前記プラズマガンを複数備え、これら複数のプラズマガンは、前記ハースを通る軸を中心とした同一円上に対称に配置されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ生成モジュール。
4. 前記磁石上であって前記プラズマガンからのプラズマビームが到達する部位に設けられており、該磁石の磁力を弱める弱磁力部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ生成モジュール。
5. 前記弱磁石部は、前記磁石とは逆方向に着磁された逆着磁磁石を含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ生成モジュール。
6. 前記弱磁石部は、前記磁石上に設けられた穴を含むことを特徴とする請求項４に記載のプラズマ生成モジュール。
7. 当該モジュールにバイアス電圧を印加するバイアス電源を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ生成モジュール。
8. 前記ハース、前記磁石、及び前記プラズマガンを一体に搭載するベースを備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプラズマ生成モジュール。
9. 前記ベースは、チャンバの底壁部として機能することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ生成モジュール。
10. 前記磁石は、前記ハースが搭載された側とは反対側の前記ベース上に搭載されていることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ生成モジュール。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ生成モジュールと、
    前記プラズマ生成モジュールにより生成されるプラズマを利用して成膜を行うチャンバと、
    を備えることを特徴とする成膜装置。
12. 請求項１〜１０のいずれかに記載の複数のプラズマ生成モジュールと、
    前記複数のプラズマ生成モジュールにより生成されるプラズマを利用して成膜を行うチャンバと、
    を備えることを特徴とする成膜装置。
13. ハースの周囲に設けられた磁石によりリターンフラックスを形成し、
    前記リターンフラックスに沿って前記磁石に向けてプラズマビームをガイドしてから、前記ハース上に供給する、
    ことを特徴とするプラズマ生成方法。

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