JP4202889B2 - 薄膜形成方法及び装置 - Google Patents
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Description
U=0.1mφ×π×300rpm÷60s/min=1.5m/s
となる。また、流体解析の結果からr≒0.001mを適用すると、前記遠心加速度αは、
α=(1.5m/s)2/0.001m=2,250[m/s2]
となる。この遠心加速度αの値は、地上の重力加速度(=1G)を9.8m/s2とすると、α≒200Gとなり、太陽表面の重力加速度(30G)をはるかに越える値であることが理解できる。
Re=U・L/ν<1000 …(1)
で表される。ここでUは代表流速、Lは代表寸法、νは動粘性係数(=η/ρ:ただしηは粘性係数、ρは密度)である。
ここで、代表速度Uに回転体20の周速度u[m/s]、代表寸法Lに成膜材料供給体30と回転体20との間隙27の寸法g[m]を採用すると、前記式(2)は次式(3)にまとめられる。
一方、ガス流れが真空のような分子流ではなく粘性流となる条件は、ヘリウムの平均自由行程λ[m]と代表長さg[m]との間に
λ≪g …(4)
という大小関係があることが求められる。ヘリウムの平均自由行程λは、圧力P[Pa]の関数λ=1.4×10-6/Pとして表されるので、これを前記式(4)に代入し、さらに分子流から粘性流への遷移領域を除く安全サイドを考慮すると、次式(5)が得られる。
この式(5)と前記式(3)とを合せると、好ましい運転条件を表す式として次式(6)が得られる。
本発明では、成膜微粒子やスパッタガスの流動挙動が重要であり、小さな処理容器10でも局所的かつ予測不能な乱流の発生を避けて安定な粘性層流を作り出すためには、種々の工夫を施すことが好ましい。この点について、図示の装置では、前記処理容器10にキャリアガス循環通路60が付設され、同通路60により、前記成膜材料供給体30よりも前記回転体20の回転方向上流側にあるキャリアガスが前記回転体20と前記基材16とが対向する位置に対して当該回転体20の回転方向下流側から供給されるため、キャリアガスの粘性流動をより円滑にして層流化を促進することができる。
16 基材
18 回転体の円筒状外周面
20 回転体
22 回転体の回転中心軸
24 回転体外周面と基材表面との間隙
26 モータ(回転駆動手段)
28 成膜材料供給体の円筒状外周面
30 成膜材料供給体
32 成膜材料供給体の本体
34 加熱層(加熱手段)
36 成膜材料層
39 成膜材料供給体の回転中心軸
40 支持部材
42 支持部材本体
44 軸受部
45 モータ(供給体駆動手段)
46 磁束形成部材
48 磁石
49 磁束線
50 プラズマ
52 高周波電源(プラズマ発生手段)
54 ガス導入部(スパッタガス供給部)
56 ガス通路(スパッタガス供給部)
60 キャリアガス循環通路
66 吸着ポンプ(吸着手段)
70 キャリアガス分子
72 成膜微粒子
Claims (19)
- キャリアガスが導入される処理容器内に設けられた円筒状外周面を有する回転体の当該外周面を基材表面に間隙をおいて対向させた状態で当該回転体をその外周面の中心軸周りに回転させる工程と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で、前記成膜材料で構成された表面を有する成膜材料供給体の当該表面を前記回転体の円筒状外周面に所定の間隙をおいて対向させた状態で、当該成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより、当該円筒状外周面に対して前記成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する工程と、前記基材と回転体とが対向する位置における当該回転体の回転周方向と略平行な方向に前記基材を移送する工程とを含み、前記円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するようにしたことを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項1記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させる工程は、当該成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項1または2記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させる工程は、当該成膜材料供給体と前記回転体との間に電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させて当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程を含むことを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項3記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程では、前記キャリアガスに用いられる元素よりも元素番号の大きい希ガス元素を含むスパッタガスを前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入して当該間隙に発生したプラズマ中に前記希ガス元素のイオンを生じせしめ、そのイオンによって前記成膜材料供給体の表面材料をスパッタリングすることを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項3または4記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面の成膜材料をスパッタリングする工程では、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込めることを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の薄膜形成方法において、前記成膜材料供給体の表面を前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面としてその中心軸回りに当該成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させることを特徴とする薄膜形成方法。
- 請求項1〜6のいずれか記載の薄膜形成方法において、キャリアガスとして準安定状態準位をもつ希ガスを用いることを特徴とする薄膜形成方法。
- キャリアガスが導入される処理容器と、この処理容器内に設けられ、円筒状外周面を有
し、この外周面が前記処理容器内に導入される基材の表面に間隙をおいて対向するように配置された回転体と、この回転体をその円筒状外周面の中心軸回りに回転させる回転駆動手段と、前記処理容器内において前記回転体の円筒状外周面が前記基材表面と対向する位置からその周方向に離れた位置で当該円筒状外周面に対して対向するように配置され、少なくとも当該円筒状外周面に対向する面が成膜材料で構成された成膜材料供給体と、この成膜材料供給体の成膜材料を蒸発、揮発または飛散させることにより前記円筒状外周面側へ当該成膜材料の原子分子及びそのクラスター微粒子を供給する成膜材料供給手段とを備え、この円筒状外周面に供給された原子分子及びそのクラスター微粒子を前記回転体がその外周面近傍に作り出す前記キャリアガスの流動によって前記基材表面近傍へ輸送して該基材表面に付着させることにより該基材表面に前記成膜材料からなる薄膜を形成するように構成されたことを特徴とする薄膜形成装置。 - 請求項8記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給手段は、前記成膜材料供給体の表面を加熱することによって当該表面の成膜材料を蒸発または揮発させる加熱手段を含むことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項9記載の薄膜形成装置において、前記加熱手段は、前記成膜材料供給体に組み込まれ、かつ、前記成膜材料で構成された表面部位のすぐ内側の位置に設けられていることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項8〜10のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給手段は、前記成膜材料供給体と前記回転体との間に直流、交流および/または高周波電界を形成することにより前記反応容器内のキャリアガスのプラズマを発生させるプラズマ発生手段を含み、当該プラズマ中のイオンにより前記成膜材料供給体の表面の成膜材料がスパッタリングされることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項11記載の薄膜形成装置において、前記キャリアガスを構成する元素よりも元素番号の大きい希ガス元素を前記成膜材料供給体と前記回転体の円筒状外周面との間隙に導入するためのスパッタガス供給部を備え、このスパッタガス供給部から供給される前記希ガス元素のイオンが前記プラズマ中に生じて当該イオンにより前記成膜材料供給体の表面材料がスパッタリングされることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項11または12記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体と前記回転体との間隙に磁束線を発生させて当該間隙に生じたプラズマを閉じ込める磁束形成手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項13記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体を支持する支持部材に前記磁束線を発生させるための磁石が組み込まれていることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項8〜14のいずれかに記載の薄膜形成装置において、前記成膜材料供給体が前記回転体の回転中心軸と平行な中心軸をもつ円筒状外周面を有するとともに、この成膜材料供給体を前記回転体の回転方向と逆方向に回転させる供給体駆動手段を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項8〜15のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記基材表面と前記回転体の外周面との間隙が当該回転体の外周面と前記成膜材料供給体との間隙よりも小さいことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項8〜16のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記反応容器内のキャリアガスを循環させる通路であって、前記成膜材料供給体よりも前記回転体の回転方向上流側にあるキャリアガスを前記回転体と前記基材とが対向する位置に対して当該回転体の回転方向下流側から供給するキャリアガス循環通路を備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項17記載の成膜形成装置において、前記キャリアガス循環通路の途中に、当該通路を流れるキャリアガスに含まれるガスであって、前記反応容器の内壁から放出される不純物ガス、前記反応容器内に滞留するスパッタガス、成膜材料から揮発する副次的な不要有機ガスのうちの少なくとも一つを吸着除去する吸着手段が設けられていることを特徴とする薄膜形成装置。
- 請求項8〜18のいずれかに記載の成膜形成装置において、前記反応容器は、前記基材の表面に付着できずに前記回転体と前記基材とが対向する位置よりも当該回転体の回転方向上流側の位置に存在する前記成膜材料の原子分子およびそのクラスター微粒子を反応容器外部へ排出するための排気部を有することを特徴とする薄膜形成装置。
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