JP2011017087A - ヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置 - Google Patents

ヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】超微粒子の粒径を大幅に変えることができしかも超微粒子の収率のよく、また基板上の成膜範囲を制御できるヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】スパッタカソード室１１と成膜室１２とを有し、スパッタカソード室で生成された原子及び超微粒子の集合体を成膜室内の基板に吸着させて薄膜を形成するようにした装置において、成膜室にレンズ効果により超微粒子を収束、発散をさせる静電レンズが設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体プロセスの特にサブミクロンでのコンタクトホールへの埋め込みやＳｉの超微粒子を積層させた電予発光素子の分野で利用され得るヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置に関するものである。
従来の超微粒子薄膜形成装置の一例を添付図面の図２に示す。従来の薄膜形成装置はスパッタリング法を用いて成膜されていた。すなわち、図２に示すように、図示装置はスパッタカソード室１とスパッタカソード室１に隣接して設けられた成膜室２とを備え、スパッタカソード室１はポート１ａを介して図示していない真空ポンプに接続され、また成膜室２もポート２ａを介して図示していない真空ポンプに接続され、それぞれ真空に保持できるように構成されている。スパッタカソード室１内には、液体窒素シュラウド３が設けられ、この液体窒素シュラウド３はスパッタカソード室１と熱的に絶縁されて取り付けられ、そして液体窒素が充填される。また液体窒素シュラウド３の後壁にはＨｅガス導入口３ａが設けられている。４はスパッタカソード組立体であり、スパッタカソード室１に取り付けられている。
スパッタカソード組立体４は、先端部にロウ材で接合されたターゲット４ａと、マグネトロン放電を発生させる磁場を発生する永久磁石４ｂと、スパッタカソード組立体４の先端部からＡｒガスを放出するようにされたＡｒガス導入パイプ４ｃと、ターゲット４ａ及び永久磁石４ｂを冷却する冷却水の導入パイプ４ｄとを備えている。
また、液体窒素シュラウド３の先端部にはアパチャ５が設けられている。６はオリフィスであり、スパッタカソード室１と成膜室２との間に取り付けられている。成膜室２内には基板ホルダ７が設けられ、基板ホルダ７には成膜すべき基板（図示していない）が装着される。
このような従来の超微粒子薄膜形成装置の動作を、Ｓｉ膜を形成する場合について説明する。
スパッタカソードの組立体４における夕一ゲット４ａとしてＳｉターゲットを接合する。このスパッタカソード組立体４をスパッタカソード室１に取付け、そしてスパッタカソード室１及び成膜室２はそれぞれ組合さった真空ポンプで排気される。
スパッタカソード室１及び成膜室２の圧力が１０-5Ｔｏｒｒ以下になった段階で、Ａｒガス導入パイプ４ｃからＡｒガスを導入し、また図示していないがスパッタカソード組立体４に電力（ＤＣ又は高肩波）を供給し、Ａｒプラズマを発生させてＳｉターゲット４ａをスパッタする。この時に既にシュラウド３には液体窒素が充填され十分に冷却された状態にある。スパッタされたＳｉの原子群のうち電離された超微粒子、原子が発生する。発生したこれらの超微粒子、原子はＨｅガス導入口３ａからシュラウド３内に導入されたＨｅガスと衝突し、超微粒予の集合体を形成する。一方、ガス原子はシュラウド３の壁に凝結される。
このようにしてシュラウド３内で形成された超微粒子は、アパチャ５を通りぬけ、オリフィスを通過する。この時に基板ホルダ７にプラス又はマイナス(図示例ではプラス)の電圧を印加すると、超微粒子は基板ホルダ７に向って加速されて基板に吸着し、超微粒子薄膜を形成する。
従来の超微粒子薄膜形成装置では、粒径を変えるのにＨｅガスの流量を変えて行っていたが、スパッタカソードがブラズマを形成するためには数Ｔｏｒｒまでシュラウド３内部を高い圧力に維持しないとプラズマが点火維持することができず、そのため広い範囲で圧力を制御することができなかった。また電離した超微粒子又は中性のガス原子と衝突して中性化してしまい、超微粒子の収率が低下する問題がある。
また、アパチャ５及びオリフィス６を通過して基板に吸着する場合、吸着原子のエリア（すなわち成膜範囲）を制御することができない問題があった。
そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題を解決して、超微粒子の収率のよく、基板上の成膜範囲を制御できるヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置を提供することを目的としている。
上記の目的を達成するために、本発明のによれば、スパッタカソード室と成膜室とを有し、スパッタカソード室にマグネトロンスパッタカソード部の回りに冷媒を貯蔵することが可能なシュラウドを設け、シュラウドで仕切られた閉空間に放電用ガスを導入して発生したプラズマによってマグネトロンスパッタカソード部に取付けられたターゲットからスパッタされた原子及び超微粒子をシュラウドで仕切られた閉空間に導入されるＨｅガスと衝突させて原子及び超微粒子の集合体を生成し、これを成膜室内の基板に吸着させて薄膜を形成するようにした装置において、シュラウドで発生したプラズマの流出する方向において成膜室内の基板ヘ向う経路に沿って、基板への超微粒子の吸着面積を制御する静電レンズを設けたことを特徴としている。
静電レンズは、スパッタカソード室と成膜室と間に設けられたオリフィスと、成膜室内の基板との間に位置決めされ得る。また、静電レンズは、好ましくは、金属製の円筒体から成り、直流高電圧電源に接続され得る。
本発明においては、シュラウドで発生したプラズマの流出する方向において成膜室内の基板ヘ向う経路に沿って、基板への超微粒子の吸着面積を制御する静電レンズを成膜室に設けたことにより、該静電レンズに電圧を印加することでレンズ効果により収束、発散をさせることができるようになり、その結果基板への吸着面積を任意に変えることができるようになる。
本発明のへリコンプラズマ用いた超微粒子薄膜形成装置の一実施の形態を示す概略断面図。 従来の超微粒子薄膜形成装置の一例を示す概略断面図。
以下、添付図面の図１を参照して本発明によるへリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置の一実施の形態について説明する。
図１に示すように、超微粒子薄膜形成装置は、それぞれ円筒形を成したスパッタカソード室１１及びスパッタカソード室１１に連接して設けられた成膜室１２を備えており、スパッタカソード室１１及び成膜室１２はそれぞれ排気ポート１１ａ、１２ａを介して図示していない排気系に接続され、それぞれ真空に保持できるように構成されている。
スパッタカソード室１１内には、液体窒素シュラウド１３が設けられ、この液体窒素シュラウド１３はスパッタカソード室１１と熱的に絶縁されて取り付けられ、そして内部に液体窒素が充填される。また液体窒素シュラウド１３の後壁にはＨｅガス導入口１３ａが設けられている。
液体窒素シュラウド１３内には、スパッタカソード組立体１４が同軸状に配置されている。このスパッタカソード組立体１４は、先端部にロウ材で接合されたターゲット１４ａと、マグネトロン放電を発生させる磁場を発生する永久磁石１４ｂと、スパッタカソード組立体１４の先端部からＡｒガスを放出するようにされたＡｒガス導入パイプ１４ｃと、ターゲット１４ａ及び永久磁石１４ｂを冷却する冷却水の導入パイプ１４ｄとを備えている。
また、液体窒素シュラウド１３の先端部にはアパチャ１５が同軸上に設けられている。アパチャ１５の前方にはオリフィス１６が同軸上に配置され、図示実施の形態ではこのオリフィス１６はスパッタカソード室１１と成膜室１２との間に取り付けられている。
成膜室１２内には、基板ホルダ１７が設けられ、基板ホルダ１７は直流電源１８に接続されている。基板ホルダ１７には図示していないが成膜すべき基板が装着される。
さらに、本発明の図示実施の形態においては、スパッタカソード組立体１４とアパチャ１５との間において液体窒素シュラウド１３内には、高周波誘導コイル１９が同軸上に配置され、このコイル１９は外部の高周波電源２０に接続されている。この高周波電源２０はコイル１９を付勢する出力電力を制御すなわち調整できるように構成され得る。このコイル１９は、発生するプラズマ密度を高めて電離効率を上げるように作用する。
また、成膜室１２内において、オリフィス１６と基板ホルダ１７との間に金属製の円筒体から成り得るコンデンサコイル２１が同軸上に配置され、このコンデンサコイル２１は直流高電圧電源２２に接続され、オリフィス１６を通ってきた超微粒子をレンズ効果により収束させたり発散させるように機能する。
このように構成した図示装置を用いてＳｉ薄膜を形成する場合について説明する。
ターゲット１４ａとしてはＳｉ基板を使用する。スパッタカソード組立体１４におけるＡｒガス導入パイプ１４ｃを介してスパッタカソード組立体１４の先端部からＡｒガスをスパッタカソード室１１内に導入してプラズマを点火させる。同時に高周波電源２０からコイル１９に高周波電力を投入してプラズマの電離効率を高めさせる。
この状態において、Ｈｅガス導入口１３ａからシュラウド１３内へＨｅガスを導入し、Ａｒガスの流量を下げて行く。例えばこのヘリコン伝搬モードでは１０−４Ｔｏｒｒまで下げることができる。この結果、従来原子の個数１０４〜１０５程度の集団であった微粒子の衝突が少な< なることより、原子の個数１０３〜１０４程度の集団となり、さらに超微細化することができる。
さらにプラズマ密度を上げることにより電離効率を上げることができる。
ここで、アパチャ１５及びオリフィス１６が約φ１ｃｍの場合、基板上の成膜エリアは２〜３ｃｍである。しかし本発明によれば、コンデンサレンズ２１に直流高電圧電源２２から高電圧を印加することにより、コンデンサレンズ２１の収束及び発散作用で基板上の成膜エリアはφ１ｃｍからφ５ｃｍまで変えることができる。
１１：スパッタカソード室
１２：成膜室
１３：液体窒素シュラウド
１４：スパッタカソード組立体
１５：アパチャ
１６：オリフィス
１７：基板ホルダ
１８：直流電源
１９：高周波誘導コイル
２０：高周波電源
２１：コンデンサコイル
２２：直流高電圧電源

Claims (3)

  1. スパッタカソード室と成膜室とを有し、スパッタカソード室にマグネトロンスパッタカソード部の回りに冷媒を貯蔵することが可能なシュラウドを設け、シュラウドで仕切られた閉空間に放電用ガスを導入して発生したプラズマによってマグネトロンスパッタカソード部に取付けられたターゲットからスパッタされた原子及び超微粒子をシュラウドで仕切られた閉空間に導入されるＨｅガスと衝突させて原子及び超微粒子の集合体を生成し、これを成膜室内の基板に吸着させて薄膜を形成するようにした装置において、
    シュラウドで発生したプラズマの流出する方向において成膜室内の基板ヘ向う経路に沿って、基板への超微粒子の吸着面積を制御する静電レンズを設けたことを特徴とするヘリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置。
  2. 静電レンズが、スパッタカソード室と成膜室と間に設けられたオリフィスと、成膜室内の基板との間に位置決めされている請求項１に記載のへリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置。
  3. 静電レンズが、金属製の円筒体から成り、直流高電圧電源に接続されている請求項１に記載のへリコンプラズマを用いた超微粒子薄膜形成装置。
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