JP5105325B2

JP5105325B2 - Deposition system using DC plasma

Info

Publication number: JP5105325B2
Application number: JP2007099066A
Authority: JP
Inventors: 史新野; 吉田　　誠; 智岡田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-04-05
Also published as: JP2008255419A

Description

本発明は、プラズマを用いる処理装置に関し、特に、直流プラズマを用いる成膜装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus using plasma, and particularly to a film forming apparatus using DC plasma.

高密度プラズマを用いて成膜等を行うプラズマ処理装置としては、プラズマ源から引き出したプラズマに成膜原料ガスを供給し、反応生成物等を基板上に付着させる化学的気相成長（プラズマＣＶＤ）装置や、プラズマによってイオン化した材料を蒸着するイオンプレーティング装置等が知られている。プラズマ生成法としては、プラズマ源内のカソードと、成膜室内に配置されたアノードとの間に直流電圧を印加し、アーク放電を生じさせることにより、高密度の直流放電型プラズマを生成できることが知られている。 As a plasma processing apparatus that performs film formation using high-density plasma, chemical vapor deposition (plasma CVD) is performed in which a film-forming source gas is supplied to plasma drawn from a plasma source, and reaction products are deposited on the substrate. And an ion plating apparatus for depositing a material ionized by plasma are known. As a plasma generation method, it is known that a high-density DC discharge type plasma can be generated by applying a DC voltage between a cathode in a plasma source and an anode disposed in a film forming chamber to generate an arc discharge. It has been.

直流放電型のプラズマを用いるプラズマＣＶＤ装置では、成膜室の内部にアノードが配置されるため、原料ガスの反応生成物が基板のみならず、アノードの表面にも堆積する。特に、アノードとプラズマとの電気的接点となるアノードの中心領域には反応生成物が堆積しやすい。堆積した反応生成物がアノードから剥離すると、異常放電を誘発することがある。また、反応生成物が絶縁物の場合には、アノードが絶縁物で被覆されるために、安定した放電を維持することができなくなる。 In a plasma CVD apparatus using a direct current discharge type plasma, an anode is disposed inside a film forming chamber, so that a reaction product of the source gas is deposited not only on the substrate but also on the surface of the anode. In particular, reaction products are likely to deposit in the central region of the anode, which serves as an electrical contact between the anode and the plasma. When the deposited reaction product peels from the anode, abnormal discharge may be induced. Further, when the reaction product is an insulator, the anode is covered with the insulator, so that stable discharge cannot be maintained.

このような問題を解決するために、特許文献１に記載の技術では、アノードの周囲の空間を成膜室から隔てる隔壁を設け、隔壁の一部にスリットを設け、スリットを通ってプラズマがアノードに到達するようにしている。アノード周囲の空間には不活性ガスを供給して、成膜空間よりも陽圧とする。これにより、スリットから成膜室へ向かって不活性ガスが噴出するため、成膜室のプラズマによって生じた反応生成物やイオンは、スリットを通過して侵入してアノードまで到達しにくくなる。よって、アノードに反応生成物が堆積するのを防ぐことができる。 In order to solve such a problem, in the technique described in Patent Document 1, a partition that separates the space around the anode from the film forming chamber is provided, a slit is provided in a part of the partition, and the plasma passes through the slit to generate the anode. To reach. An inert gas is supplied to the space around the anode so that the positive pressure is higher than the film formation space. Accordingly, since an inert gas is ejected from the slit toward the film forming chamber, reaction products and ions generated by the plasma in the film forming chamber do not easily enter the slit and reach the anode. Therefore, it is possible to prevent the reaction product from being deposited on the anode.

特開平５−３４５９８０号公報JP-A-5-345980

上述の特許文献１の構成では、成膜室のプラズマの形状は、扁平であり、このプラズマを隔壁のスリットの上下に設けた一対の永久磁石の磁界により薄くし、プラズマがスリットを通過するようにしている。このため、スリットの開口面積は、一対の永久磁石の磁界によって低減されるプラズマの断面積に依存し、スリットの開口面積をある程度までしか低減できない。アノード周囲の空間と成膜室との圧力差は、スリットの開口面積によって決まるため、特許文献１の構成では、アノード周囲の空間の圧力を成膜室の圧力の数倍程度までしか高めることができない。この程度の圧力差では成膜室からアノードへの反応生成物の侵入を防ぎきれず、プラズマと共に反応生成物がアノードに到達して堆積する。 In the configuration of Patent Document 1 described above, the plasma in the film forming chamber is flat, and this plasma is thinned by a magnetic field of a pair of permanent magnets provided above and below the slits of the partition so that the plasma passes through the slits. I have to. For this reason, the opening area of the slit depends on the cross-sectional area of the plasma reduced by the magnetic field of the pair of permanent magnets, and the opening area of the slit can be reduced only to some extent. Since the pressure difference between the space around the anode and the film forming chamber is determined by the opening area of the slit, in the configuration of Patent Document 1, the pressure in the space around the anode can only be increased to several times the pressure in the film forming chamber. Can not. This pressure difference cannot prevent the reaction product from entering the anode from the film formation chamber, and the reaction product reaches the anode together with the plasma and deposits.

本発明の目的は、アノードの堆積物除去のためのメンテナンスが不要な程度まで、アノードの周囲の空間と成膜室との圧力差を大きくすることができる成膜装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of increasing a pressure difference between a space around an anode and a film forming chamber to such an extent that maintenance for removing deposits on the anode is unnecessary.

上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような成膜装置が提供される。すなわち、成膜空間と、直流プラズマを発生するプラズマ発生源と、プラズマが到達するアノードとを有し、アノードは、アノード空間に配置され、成膜空間とアノード空間とはフランジにより隔絶されている。フランジには、プラズマを通過させる開口と、開口を通過するプラズマを収束させる磁場発生手段が備えられている。開口は、成膜空間からアノード空間に向かって段階的または連続的に狭められている。このようにフランジを配置し、その開口径を段階的に狭めることにより、アノードの周囲の空間と成膜室との圧力差を大きくすることができ、かつ、プラズマを安定させ、アノードへのプラズマ生成物の堆積を防ぐことができる。 In order to achieve the above object, according to the present invention, the following film forming apparatus is provided. That is, it has a film formation space, a plasma generation source that generates DC plasma, and an anode to which the plasma reaches, and the anode is disposed in the anode space, and the film formation space and the anode space are separated by a flange. . The flange is provided with an opening for passing plasma and a magnetic field generating means for converging the plasma passing through the opening. The opening is narrowed stepwise or continuously from the deposition space toward the anode space. By disposing the flange in this way and gradually reducing the opening diameter, the pressure difference between the space around the anode and the film formation chamber can be increased, and the plasma is stabilized and the plasma to the anode is increased. Product accumulation can be prevented.

上述のフランジは、少なくとも開口の内壁部分が、高融点材料によって構成することが好ましい。これにより、プラズマの断面径よりもフランジの開口径を小さくすることが可能になり、アノードの周囲の空間と成膜室との圧力差をさらに大きくすることができる。また、積極的にプラズマに曝されるフランジの開口内壁がプラズマによって劣化するのを防止することができる。 In the above-described flange, it is preferable that at least the inner wall portion of the opening is made of a high melting point material. As a result, the opening diameter of the flange can be made smaller than the cross-sectional diameter of the plasma, and the pressure difference between the space around the anode and the film forming chamber can be further increased. In addition, it is possible to prevent the inner wall of the opening of the flange that is actively exposed to plasma from being deteriorated by the plasma.

フランジは、プラズマ軸方向に沿って配置された２以上のフランジ部材に分かれ、２以上のフランジ部材には、それぞれ開口が備えられた構成とし、アノード空間側のフランジ部材の開口径を、成膜空間側のフランジ部材の開口径よりも小さくすることができる。これにより、少なくとも２段階に開口径を狭めた構成にすることができる。 The flange is divided into two or more flange members arranged along the plasma axis direction. Each of the two or more flange members is provided with an opening, and an opening diameter of the flange member on the anode space side is formed. It can be made smaller than the opening diameter of the flange member on the space side. Thereby, it can be set as the structure which narrowed the opening diameter to at least two steps.

フランジの開口は、成膜室の圧力に対するアノード室の圧力を１００倍以上の陽圧に保つことができる大きさに設定することができる。このような圧力差を達成することにより、アノード上の堆積物の除去メンテナンスが不要な成膜装置を提供できる。 The opening of the flange can be set to a size that can maintain the positive pressure of the anode chamber with respect to the pressure of the film forming chamber at 100 times or more positive pressure. By achieving such a pressure difference, a film forming apparatus that does not require maintenance for removing deposits on the anode can be provided.

本発明によれば、アノードの堆積物除去のためのメンテナンスが不要な程度まで、アノードの周囲の空間と成膜室との圧力差を大きくすることが可能であるため、連続成膜時間が長く、スループットの高い成膜装置を提供することができる。 According to the present invention, since the pressure difference between the space around the anode and the film formation chamber can be increased to the extent that maintenance for removing deposits on the anode is unnecessary, the continuous film formation time is long. A film formation apparatus with high throughput can be provided.

本発明の一実施の形態のプラズマを用いた成膜装置について図面を用いて説明する。 A film forming apparatus using plasma according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態の直流プラズマを用いた処理装置は、プラズマＣＶＤ法により成膜を行う装置である。この成膜装置の構成について図１を用いて説明する。図１に示したように、この成膜装置は、成膜室７と、プラズマガン１と、アノード構造体２０とを有している。プラズマガン１とアノード構造体２０は、成膜室７の対向する側面にそれぞれ接続されている。 The treatment apparatus using direct current plasma of this embodiment is an apparatus for forming a film by a plasma CVD method. The structure of this film forming apparatus will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the film forming apparatus includes a film forming chamber 7, a plasma gun 1, and an anode structure 20. The plasma gun 1 and the anode structure 20 are connected to opposite side surfaces of the film forming chamber 7, respectively.

プラズマガン１は、プラズマ室３５と、プラズマ室３５に配置されたカソード２と、第１および第２の中間電極３３、３４と、プラズマ室３５にキャリアガス４を導入するためのキャリアガス導入口４ａとを備えている。カソード２は、グロー放電（プラズマ）からアーク放電（直流高密度プラズマ１１）に移行させるのに適した公知の複合陰極構造である。第１および第２の中間電極３３、３４は、プラズマ１１を通過させるための開口をその中心に有する。また、第１および第２の中間電極３３、３４には、開口を取り囲むように永久磁石１３と電磁石１４がそれぞれ配置され、プラズマ１１を収束させるための磁界を発生する。 The plasma gun 1 includes a plasma chamber 35, a cathode 2 disposed in the plasma chamber 35, first and second intermediate electrodes 33 and 34, and a carrier gas inlet for introducing a carrier gas 4 into the plasma chamber 35. 4a. The cathode 2 is a known composite cathode structure suitable for shifting from glow discharge (plasma) to arc discharge (DC high-density plasma 11). The first and second intermediate electrodes 33 and 34 have an opening for passing the plasma 11 at the center. Further, the first and second intermediate electrodes 33 and 34 are respectively provided with a permanent magnet 13 and an electromagnet 14 so as to surround the opening, and generate a magnetic field for converging the plasma 11.

アノード構造体２０は、アノード室２５と、アノード室２５に配置されたアノード２６と、２つのフランジ２１、２２とを備えている。アノード２５は、プラズマ１１の軸上に配置されている。２つのフランジ２１、２２は、アノード室２５と成膜室７の連結部に配置されている。アノード構造体２０には、アノード室２５に不活性ガスを供給するための不活性ガス導入口２７が備えられている。 The anode structure 20 includes an anode chamber 25, an anode 26 disposed in the anode chamber 25, and two flanges 21 and 22. The anode 25 is disposed on the axis of the plasma 11. The two flanges 21 and 22 are arranged at the connecting portion between the anode chamber 25 and the film forming chamber 7. The anode structure 20 is provided with an inert gas inlet 27 for supplying an inert gas to the anode chamber 25.

フランジ２１、２２は、プラズマ軸上に予め定めた形状および大きさの開口（貫通孔）２８，２９をそれぞれ備えている。開口２８，２９は、プラズマ１１を通過させる経路となるとともに、オリフィスとしても作用し、アノード室２５の圧力を成膜室７の圧力に対して所定の圧力比以上の陽圧に保つように構成されている。具体的には、図２に記載したように、フランジ２１の成膜室側の開口径よりもフランジ２２のアノード室２５側の開口径の方が小さくなるように、段階的、もしくは連続的に開口径が狭められている。 The flanges 21 and 22 are respectively provided with openings (through holes) 28 and 29 having a predetermined shape and size on the plasma axis. The openings 28 and 29 serve as a path through which the plasma 11 passes and also function as an orifice so that the pressure in the anode chamber 25 is maintained at a positive pressure equal to or higher than a predetermined pressure ratio with respect to the pressure in the film forming chamber 7. Has been. Specifically, as described in FIG. 2, stepwise or continuously, the opening diameter of the flange 22 on the anode chamber 25 side is smaller than the opening diameter of the flange 21 on the film forming chamber side. The opening diameter is narrowed.

ここでは、図２に示すように、フランジ２１の開口２８の径に段差を設けて、成膜室７側よりもアノード室２５側の開口径が小さくなるように構成している。フランジ２２の開口２９の開口径は、フランジ２１のアノード室２５側の開口径よりも、さらに小さく設定されている。よって、図２の例では、フランジ２１、２２によって、開口径は３段階に絞られている。 Here, as shown in FIG. 2, a step is provided in the diameter of the opening 28 of the flange 21 so that the opening diameter on the anode chamber 25 side is smaller than that on the film forming chamber 7 side. The opening diameter of the opening 29 of the flange 22 is set to be smaller than the opening diameter of the flange 21 on the anode chamber 25 side. Therefore, in the example of FIG. 2, the opening diameter is reduced to three stages by the flanges 21 and 22.

フランジ２１の開口２８、２９の径は、アノード室２５と成膜室７の所定の圧力比が達成される大きさを予め実験等を行って定める。所定の圧力比は、成膜室７の反応生成物がアノード室２５に侵入できない圧力比であり、例えば、圧力比を１００以上にすることが望ましく、これにより、１００時間程度の成膜を行ってもアノード２６への堆積物の厚さを０．６μｍ以下に抑えることができる。特に、圧力比を１０００以上に設定した場合には、１００時間程度の成膜を行ってもアノード２６への堆積物の厚さを０．０６μｍ以下に抑えることができるため、さらに望ましい。これにより、アノード２６の堆積物を除去するメンテナンスを定期的に行うことなく、連続して成膜を行うことが可能になる。 The diameters of the openings 28 and 29 of the flange 21 are determined by conducting experiments or the like in advance so as to achieve a predetermined pressure ratio between the anode chamber 25 and the film forming chamber 7. The predetermined pressure ratio is a pressure ratio at which the reaction product in the film formation chamber 7 cannot enter the anode chamber 25. For example, the pressure ratio is preferably set to 100 or more, and thus film formation is performed for about 100 hours. However, the thickness of the deposit on the anode 26 can be suppressed to 0.6 μm or less. In particular, when the pressure ratio is set to 1000 or more, it is more preferable because the thickness of the deposit on the anode 26 can be suppressed to 0.06 μm or less even when film formation is performed for about 100 hours. This makes it possible to perform film formation continuously without regularly performing maintenance for removing deposits on the anode 26.

一例として、フランジ２１の開口２８の径を、図２のように１６ｍｍ、１２ｍｍの２段階とし、フランジ２２の開口２８の径を８ｍｍに設定した場合には、成膜室の圧力が１０^−４ｔｏｒｒ台で、アノード室２５と成膜室７の圧力比を１０^３以上にできることが、実験により確認されている。 As an example, when the diameter of the opening 28 of the flange 21 is set to two stages of 16 mm and 12 mm as shown in FIG. 2, and the diameter of the opening 28 of the flange 22 is set to 8 mm, the pressure in the film forming chamber is 10 ^−4. Experiments have confirmed that the pressure ratio between the anode chamber 25 and the film forming chamber 7 can be 10 ³ or more on the torr stage.

フランジ２１の内部には、開口を取り囲むように電磁石２３が配置されている。フランジ２２の内部には、開口を取り囲むように永久磁石２４が配置されている。これらは、フランジ２１、２２の開口を通過するプラズマを収束させる方向の磁界を発生する。磁界発生手段として、同じ構造の物を用いず、電磁石２３と永久磁石２４とを組み合わせて用いている理由は、永久磁石２４が逆磁場を生じることを利用し、逆磁場と電磁石２３の磁場との合成磁場でアノード２６付近にゼロ磁場を形成することが可能であるためである。これによりアノード２６全体を加熱し、被膜を防止する（熱アノード効果）ことができる。 An electromagnet 23 is disposed inside the flange 21 so as to surround the opening. A permanent magnet 24 is disposed inside the flange 22 so as to surround the opening. These generate a magnetic field in a direction to converge the plasma passing through the openings of the flanges 21 and 22. The reason why the electromagnet 23 and the permanent magnet 24 are used in combination as the magnetic field generating means without using the same structure is that the permanent magnet 24 generates a reverse magnetic field. This is because a zero magnetic field can be formed in the vicinity of the anode 26 with the combined magnetic field. Thereby, the whole anode 26 can be heated and a film can be prevented (thermal anode effect).

フランジ２１、２２は、フランジ２１、２２の全体、もしくは、少なくとも開口２８，２９の内壁およびその周囲が、高融点金属（例えばＭｏ、Ｗ等）やカーボンによって構成されている。これにより、開口２８、２９がプラズマ１１に曝された場合であっても、フランジ２１，２２は長時間耐久できる。よって、フランジ２１の開口２８、２９の径は、電磁石２３および永久磁石２４により収束されるプラズマ径よりも小さくてもよい。これにより、フランジ２１の開口２８、２９の径を、上述のように所定の圧力比の観点から設定することができ、アノード室２５と成膜室７の所定の圧力比を１００倍以上に高めることができる。なお、プラズマ１１の一部が、開口２８、２９を通過することができれば、アノード２６と導通をとることができる。 In the flanges 21 and 22, the whole of the flanges 21 and 22, or at least the inner walls of the openings 28 and 29 and the periphery thereof are made of a refractory metal (for example, Mo or W) or carbon. Thereby, even if the openings 28 and 29 are exposed to the plasma 11, the flanges 21 and 22 can be durable for a long time. Therefore, the diameters of the openings 28 and 29 of the flange 21 may be smaller than the plasma diameter converged by the electromagnet 23 and the permanent magnet 24. Thereby, the diameters of the openings 28 and 29 of the flange 21 can be set from the viewpoint of the predetermined pressure ratio as described above, and the predetermined pressure ratio between the anode chamber 25 and the film forming chamber 7 is increased to 100 times or more. be able to. If a part of the plasma 11 can pass through the openings 28 and 29, the anode 26 can be electrically connected.

成膜室７には、プラズマ１１に原料ガス８を導入するための原料ガス導入管８ａと、基板６を保持する基板ホルダ１６が備えられている。成膜室７に設けられた排気口９は、不図示の真空排気装置に接続されている。 The film forming chamber 7 is provided with a source gas introduction tube 8 a for introducing the source gas 8 into the plasma 11 and a substrate holder 16 for holding the substrate 6. An exhaust port 9 provided in the film forming chamber 7 is connected to a vacuum exhaust apparatus (not shown).

カソード２、第１および第２の中間電極３３、３４、およびアノード２６には、電源１０が電気的に接続されている。第１および第２の中間電極３３、３４には、カソード２の電位とアノード２６の電位の間の中間電位が印加され、プラズマ１１に電位勾配を与えてプラズマをカソード２からアノード２６へスムーズに導く作用をする。プラズマガン１の外側、ならびに、アノード構造体２０の外側にはそれぞれ、中心軸がプラズマ軸に一致するように電磁石１２が配置されている。電磁石１２は、プラズマ軸方向の磁場を形成することにより、カソード２から生じたプラズマ１１をビーム状に収束させ、アノード２６方向に引き出す作用をする。 A power source 10 is electrically connected to the cathode 2, the first and second intermediate electrodes 33 and 34, and the anode 26. An intermediate potential between the potential of the cathode 2 and the anode 26 is applied to the first and second intermediate electrodes 33 and 34, and a potential gradient is applied to the plasma 11 so that the plasma is smoothly transferred from the cathode 2 to the anode 26. Acts to guide. Electromagnets 12 are arranged outside the plasma gun 1 and outside the anode structure 20 so that the central axis coincides with the plasma axis. The electromagnet 12 forms a magnetic field in the plasma axis direction, thereby converging the plasma 11 generated from the cathode 2 into a beam shape and extracting the plasma 11 in the direction of the anode 26.

以下、本実施の形態の直流高密度プラズマを用いた成膜装置を用いて、基板６にＣＶＤ法により成膜する場合の各部の動作について説明する。まず、成膜室７、プラズマガン１のプラズマ室３５およびアノード構造体２０のアノード室２５を排気口９から所定の真空度まで排気する。 Hereinafter, the operation of each part when a film is formed on the substrate 6 by the CVD method using the film forming apparatus using the DC high-density plasma of the present embodiment will be described. First, the film forming chamber 7, the plasma chamber 35 of the plasma gun 1, and the anode chamber 25 of the anode structure 20 are exhausted from the exhaust port 9 to a predetermined vacuum level.

排気後、アノード構造体２０の不活性ガス導入口２７から不活性ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ等）を導入すると、アノード室２５が不活性ガスで満たされる。アノード空間２５内の不活性ガスは、成膜室７内に排気されるがフランジ２１、２２２のオリフィス径に依存して排気のコンダクタンスが決まり、アノード室２５は成膜室７よりも陽圧となり、圧力勾配が生じる。具体的には、成膜室７の圧力に対して、アノード室２５の圧力を２桁以上大きくすることが可能である。このため、アノード室２５から成膜室７へは、大きな圧力勾配で加速された不活性ガスが噴出する。 After the exhaust, when an inert gas (Ar, He, Ne, Xe, etc.) is introduced from the inert gas inlet 27 of the anode structure 20, the anode chamber 25 is filled with the inert gas. The inert gas in the anode space 25 is exhausted into the film forming chamber 7, but the conductance of the exhaust is determined depending on the orifice diameter of the flanges 21 and 222, and the anode chamber 25 has a positive pressure than the film forming chamber 7. A pressure gradient occurs. Specifically, the pressure in the anode chamber 25 can be increased by two orders of magnitude or more with respect to the pressure in the film forming chamber 7. For this reason, an inert gas accelerated by a large pressure gradient is ejected from the anode chamber 25 to the film forming chamber 7.

一方、プラズマガン１には、アルゴン、ヘリウム等のキャリアガス４を導入し、電源１０からカソード２とアノード２６間に直流電圧を印加し、グロー放電によるプラズマを生じさせる。放電開始直後３〜５分程度はグロー放電であるが、グロー放電を続けると、カソード２が加熱され熱電子を放出するようになり、これによりグロー放電の電離度が上昇して高密度放電すなわちアーク放電に移行し、直流高密度プラズマ１１が生じる。第１および第２の中間電極３３、３４には電源１０から中間電位が印加されており、プラズマ１１を成膜室７にスムーズに引き出す。また、第１および第２の中間電極３３、３４は、オリフィス作用によりプラズマガン１の圧力を成膜室７の圧力よりも高く維持し、その圧力勾配により、成膜室の反応ガスや逆流イオンがプラズマ生成室に逆流するのを防ぐ。 On the other hand, a carrier gas 4 such as argon or helium is introduced into the plasma gun 1 and a DC voltage is applied between the cathode 2 and the anode 26 from the power source 10 to generate plasma by glow discharge. The glow discharge is performed for about 3 to 5 minutes immediately after the start of the discharge. However, if the glow discharge is continued, the cathode 2 is heated and emits thermoelectrons. The process proceeds to arc discharge, and DC high-density plasma 11 is generated. An intermediate potential is applied from the power source 10 to the first and second intermediate electrodes 33 and 34, and the plasma 11 is smoothly drawn out to the film forming chamber 7. The first and second intermediate electrodes 33 and 34 maintain the pressure of the plasma gun 1 higher than the pressure of the film formation chamber 7 by the orifice action, and the pressure gradient causes the reaction gas and backflow ions in the film formation chamber. Is prevented from flowing back into the plasma generation chamber.

電磁石１２の磁界は、プラズマ１１をビーム状に収束させ、アノード２６にプラズマ１１を導く。プラズマ１１は、フランジ２１、２２の電磁石２３、永久磁石２４の磁界により収束され、段階的に径が小さくなる開口２８、２９を通過する。このとき、プラズマ１１の径は、開口２８，２９の径よりも若干大きくても構わない。プラズマ１１の一部が開口２８、２９を通過できれば、アノード２６と十分な導通がとれるためである。また、フランジ２１，２２は、高融点金属で形成されているため、開口がプラズマ１１に長時間曝されても耐えられる。 The magnetic field of the electromagnet 12 converges the plasma 11 in a beam shape and guides the plasma 11 to the anode 26. The plasma 11 is converged by the magnetic fields of the electromagnets 23 and the permanent magnets 24 of the flanges 21 and 22 and passes through the openings 28 and 29 that gradually decrease in diameter. At this time, the diameter of the plasma 11 may be slightly larger than the diameters of the openings 28 and 29. This is because if a part of the plasma 11 can pass through the openings 28 and 29, sufficient conduction with the anode 26 can be obtained. Further, since the flanges 21 and 22 are made of a refractory metal, they can endure even if the opening is exposed to the plasma 11 for a long time.

成膜室７に原料ガス導入管８ａから原料ガス８を供給すると、プラズマ１１に原料ガス８が曝され、分解物や反応生成物等が生じ、基板６に堆積する。 When the source gas 8 is supplied from the source gas introduction pipe 8 a to the film forming chamber 7, the source gas 8 is exposed to the plasma 11, and decomposition products, reaction products, etc. are generated and deposited on the substrate 6.

成膜室７において原料ガスの分解や反応により生じた生成物やマイナスイオンは、プラズマ１１とともにフランジ２１、２２の開口２８、２９を通過してアノード２６に到達しようとするが、アノード室２５の圧力が成膜室７の圧力よりも２桁以上高いため、分解・反応生成物がフランジ２１、２２を通過することはできない。よって、分解・反応生成物はアノードに到達できず、アノードへ生成物が堆積するのを防止できる。 Products and negative ions generated by the decomposition and reaction of the source gas in the film forming chamber 7 try to reach the anode 26 through the openings 28 and 29 of the flanges 21 and 22 together with the plasma 11. Since the pressure is two orders of magnitude higher than the pressure in the film forming chamber 7, the decomposition / reaction product cannot pass through the flanges 21 and 22. Therefore, the decomposition / reaction product cannot reach the anode, and the product can be prevented from being deposited on the anode.

なお、分解・反応生成物の一部は、フランジ２１、２２の開口２８、２９には堆積するが、フランジ２１、２２は電源１０と電気的に接続されておらず、電圧を印加されていないため、堆積物が絶縁物であっても放電には影響せず、また、堆積物が剥離しても電界集中等は生じないため放電には影響を与えない。 A part of the decomposition / reaction product is deposited in the openings 28 and 29 of the flanges 21 and 22, but the flanges 21 and 22 are not electrically connected to the power source 10 and no voltage is applied. Therefore, even if the deposit is an insulator, it does not affect the discharge, and even if the deposit is peeled off, electric field concentration does not occur, so the discharge is not affected.

また、フランジ２１、２２は、少なくとも開口２８、２９が高融点金属やカーボンで形成されているため、プラズマ１１により高温になっても劣化しにくい。 Further, since the flanges 21 and 22 have at least the openings 28 and 29 formed of a refractory metal or carbon, the flanges 21 and 22 are hardly deteriorated even when the temperature is increased by the plasma 11.

所定の厚さの膜が基板６に形成されたならば、プラズマ１１を停止させ、成膜室７、プラズマ室３５およびアノード室２５を大気圧まで戻し、基板６を取り出す。 When a film having a predetermined thickness is formed on the substrate 6, the plasma 11 is stopped, the film formation chamber 7, the plasma chamber 35, and the anode chamber 25 are returned to atmospheric pressure, and the substrate 6 is taken out.

このように、本実施の形態の成膜装置では、成膜室７に対するアノード室２５の圧力比を１００以上に設定することができるため、アノード２６には、分解・反応生成物が殆ど付着しない。よって、アノード２６を長寿命化することができ、従来のようにアノードに付着した絶縁物を除去するメンテナンスを行う必要がなく、メンテナンスフリーの成膜が可能となる。 As described above, in the film forming apparatus of the present embodiment, the pressure ratio of the anode chamber 25 to the film forming chamber 7 can be set to 100 or more, so that almost no decomposition / reaction products adhere to the anode 26. . Therefore, the life of the anode 26 can be extended, and it is not necessary to perform maintenance for removing the insulator attached to the anode as in the conventional case, and maintenance-free film formation is possible.

なお、上記実施の形態では、図１のようにアノード構造体２０をプラズマガン１と対向する位置に配置し、直線的なプラズマを引き出して利用する成膜装置について説明したが、本発明はこの構造に限られるものではなく、プラズマを湾曲させる成膜装置についても適用可能である。例えば、図３に示すように、プラズマガン１とアノード構造体２０との向きが９０°になるように配置し、プラズマ１１を９０°湾曲させて、アノード構造体２０に到達させる成膜装置にすることもできる。この場合も、アノード構造体２０として、図１の構造のものを用いることにより、上述の実施の形態と同様に、大きな圧力勾配を実現でき、アノード２６に堆積物が付着しない。 In the above-described embodiment, the film forming apparatus in which the anode structure 20 is arranged at a position facing the plasma gun 1 as shown in FIG. The present invention is not limited to the structure, and can also be applied to a film forming apparatus that curves plasma. For example, as shown in FIG. 3, the film forming apparatus is arranged so that the direction of the plasma gun 1 and the anode structure 20 is 90 °, and the plasma 11 is bent by 90 ° to reach the anode structure 20. You can also Also in this case, by using the anode structure 20 having the structure shown in FIG. 1, a large pressure gradient can be realized as in the above-described embodiment, and deposits do not adhere to the anode 26.

本発明の成膜装置の実施例について説明する。
実施例の成膜装置は、図１および図２の構造である。フランジ２１の開口２８の径は、図２に示したように、成膜室７側の径を１６ｍｍ、アノード室２５側の径を１２ｍｍとした。フランジ２２の開口２９の径は、８ｍｍとした。これにより、成膜室７からアノード室２５に向かって３段階で開口径が狭まる構成とした。 Examples of the film forming apparatus of the present invention will be described.
The film forming apparatus of the example has the structure shown in FIGS. As shown in FIG. 2, the diameter of the opening 28 of the flange 21 was 16 mm on the film forming chamber 7 side and 12 mm on the anode chamber 25 side. The diameter of the opening 29 of the flange 22 was 8 mm. Thus, the opening diameter is narrowed in three stages from the film formation chamber 7 toward the anode chamber 25.

この構成の成膜装置で、表１に示すように、アノード構造体２０の不活性ガス導入口２７からＡｒガスを２０ｓｃｃｍで供給し、プラズマガン１のキャリアガス導入管４ａからＡｒガス４ａを２０ｓｃｃｍで供給し、プラズマ１１を生じさせた。このときの成膜室７およびアノード空間２５の圧力をそれぞれ測定した。測定結果を表１に示す。表１から明らかなように、アノード空間２５の圧力は、成膜室７の圧力より３桁以上大きかった。

In the film forming apparatus having this configuration, as shown in Table 1, Ar gas is supplied at 20 sccm from the inert gas inlet 27 of the anode structure 20, and Ar gas 4 a is supplied at 20 sccm from the carrier gas introduction pipe 4 a of the plasma gun 1. And plasma 11 was generated. The pressures in the film forming chamber 7 and the anode space 25 at this time were measured. The measurement results are shown in Table 1. As apparent from Table 1, the pressure in the anode space 25 was three orders of magnitude or more higher than the pressure in the film formation chamber 7.

また、プラズマに原料ガス８として、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）を供給したところ、有機シリコン膜を基板６上に成膜することができた。また、成膜途中で放電は安定していた。アノード室２５と成膜室７に大きな圧力差があったため、分解・反応生成物は、アノード２６には到達せず、アノード２６には堆積しなかった。 Further, when hexamethyldisiloxane (HMDSO) was supplied as the source gas 8 to the plasma, an organic silicon film could be formed on the substrate 6. Further, the discharge was stable during the film formation. Since there was a large pressure difference between the anode chamber 25 and the film forming chamber 7, the decomposition / reaction product did not reach the anode 26 and was not deposited on the anode 26.

実施の形態の直流高密度プラズマを用いた成膜装置の構成を示すブロック図。1 is a block diagram illustrating a configuration of a film formation apparatus using direct current high-density plasma according to an embodiment. 図１の成膜装置のフランジの開口形状を示す断面図。Sectional drawing which shows the opening shape of the flange of the film-forming apparatus of FIG. 別の実施の形態の直流高密度プラズマを用いた成膜装置の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the film-forming apparatus using the direct-current high-density plasma of another embodiment.

Explanation of symbols

１…プラズマガン、２…カソード、４…キャリアガス、４ａ…キャリアガス導入管、６…基板、７…成膜室、８…原料ガス、８ａ…原料ガス導入口、９…排気口、１０…電源、１１…プラズマ、１２…電磁石、１３…永久磁石、１４…電磁石、１６…基板ホルダ、２０…アノード構造体、２１、２２…フランジ、２３…電磁石、２４…永久磁石、２５…アノード室、２６…アノード、２７…不活性ガス導入口、２８、２９…開口、３３…第１の中間電極、３４…第２の中間電極。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma gun, 2 ... Cathode, 4 ... Carrier gas, 4a ... Carrier gas introduction pipe, 6 ... Substrate, 7 ... Deposition chamber, 8 ... Raw material gas, 8a ... Raw material gas introduction port, 9 ... Exhaust port, 10 ... Power source, 11 ... plasma, 12 ... electromagnet, 13 ... permanent magnet, 14 ... electromagnet, 16 ... substrate holder, 20 ... anode structure, 21, 22 ... flange, 23 ... electromagnet, 24 ... permanent magnet, 25 ... anode chamber, 26 ... Anode, 27 ... Inert gas inlet, 28, 29 ... Opening, 33 ... First intermediate electrode, 34 ... Second intermediate electrode.

Claims

A film formation space, a plasma generation source for generating DC plasma, and an anode to which the plasma reaches,
The anode is disposed in an anode space, and the film formation space and the anode space are isolated by a flange,
The flange is provided with an opening for passing the plasma, and a magnetic field generating means for converging the plasma passing through the opening,
The film formation apparatus using DC plasma, wherein the opening is narrowed stepwise or continuously from the film formation space toward the anode space.

2. The film forming apparatus using DC plasma according to claim 1, wherein at least an inner wall portion of the opening of the flange is made of a high melting point material.

3. The film forming apparatus using direct current plasma according to claim 1 or 2, wherein the flange is divided into two or more flange members arranged along the plasma axis direction. The opening is provided, and the opening diameter of the flange member on the anode space side is made smaller than the opening diameter of the flange member on the film formation space side, thereby narrowing the opening diameter in at least two stages. A film forming apparatus using direct current plasma.

2. The film forming apparatus using DC plasma according to claim 1, wherein the opening is set to a size capable of maintaining a positive pressure of the anode chamber with respect to a pressure of the film forming chamber at 100 times or more positive pressure. A film forming apparatus using DC plasma,