KR101641169B1

KR101641169B1 - 성막장치

Info

Publication number: KR101641169B1
Application number: KR1020150148045A
Authority: KR
Inventors: 마사루 미야시타
Original assignee: 스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2016-07-20
Also published as: CN103422060A; JP6009220B2; KR20150127006A; TWI477626B; KR20130129834A; CN103422060B; JP2013241652A; TW201410899A

Abstract

복수의 플라즈마건을 구비하고, 막두께의 균일화를 도모할 수 있는 성막장치를 제공한다.
복수의 플라즈마건(5)을 구비하는 성막장치(1)에 있어서, 하스부(20)와 피처리물배치부와의 사이에 전위의 구배를 발생시키는 전위구배발생부(7)를 구비하는 구성으로 한다. 전위구배발생부(7)에 의하여, 전위의 구배를 발생시킴으로써, 이온화된 성막재료입자의 거동을 구속하여, 이온화된 성막재료입자의 에너지 및 유속분포를 변화시켜, 피처리물에 부착되는 성막재료의 두께를 조절한다.

Description

성막장치{Film Forming Apparatus}

본 발명은, 성막장치에 관한 것이다.

피처리물의 표면에 성막재료를 성막하는 방법으로서는, 예를 들면 이온플레이팅법이 알려져 있다. 이온플레이팅법에 있어서는, 진공용기(챔버) 내에 있어서 성막재료를 이온화하고, 확산하여 성막재료입자를 피처리물의 표면에 부착시킴으로써 성막을 행한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2007-9309호

최근, 종래보다 대형화된 피처리물에 대하여, 성막을 행하는 것이 가능한 성막장치의 개발이 진행되고 있다. 피처리물의 대형화에 따라, 챔버 내에 플라즈마를 발생시키는 플라즈마건을 복수 구비하는 성막장치가 검토되고 있다. 복수의 플라즈마건을 구비하는 성막장치에 있어서, 막두께의 균일화를 도모하는 것이 가능한 장치가 요망되고 있다.

이온화된 성막재료입자의 에너지 및 유속분포를 제어하기 위해서는, 성막실의 압력을 변화시키거나, 하스(hearth)부의 코일에 흐르는 전류를 변화시키거나, 플라즈마건의 스티어링코일에 흐르는 전류를 변화시키거나, 스티어링코일의 각도를 변화시키는 등, 간접적인 방법이 있는데, 더욱 막두께의 정밀도 향상이 요구되고 있다. 상기의 방법에서는, 복수의 플라즈마건을 이용하여 종래보다 폭방향으로 큰 피처리물에 대하여 성막을 행할 때에, 저저항율의 투명도전막을 생성하기 위한 조건을 발견하는 것이 곤란했었다.

본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 복수의 플라즈마건을 구비하고, 막두께의 균일화를 도모할 수 있는 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 챔버 내에서 성막재료를 이온화시켜 확산하여 피처리물에 부착시키는 성막장치로서, 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 복수의 플라즈마건과, 성막재료가 배치되는 하스부와, 피처리물이 배치되는 피처리물배치부와, 하스부와 피처리물배치부와의 사이에, 전위의 구배를 발생시키는 전위구배발생부를 구비하는 성막장치를 제공한다.

이러한 성막장치는, 전위구배발생부를 구비하고 있으므로, 하스부와 피처리물배치부와의 사이에, 전위의 구배를 발생시킬 수 있다. 이로써, 이온화된 성막재료입자의 에너지 및 유속분포를 변화시킬 수 있어, 피처리물에 부착되는 성막재료의 두께를 조정할 수 있다.

여기에서, 전위구배발생부로서는, 하스부와 피처리물배치부와의 사이에, 전위차를 생성하는 전위차생성부와, 전위의 구배를 제어하는 구배제어부를 구비하는 구성을 들 수 있다. 전위차생성부가, 하스부와 피처리물 배치부와의 사이에 전위차를 발생시키고, 구배제어부가, 전위의 구배를 제어하는 구성이므로, 이온화된 성막재료의 입자의 에너지 및 유속분포를 미조정할 수 있다. 그 결과, 피처리물에 부착되는 성막재료의 두께를 정밀도 좋게 조정할 수 있다.

전위차생성부는 한 쌍의 전극을 가지고, 구배제어부는 한 쌍의 코일을 가지며, 피처리물배치부로부터 하스부를 본 경우에, 한 쌍의 전극은, 하스부를 사이에 두도록 배치되고, 한 쌍의 코일은, 한 쌍의 전극이 대향하는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 대향하여 배치되어 있는 구성이어도 된다. 이러한 구성의 성막장치에서는, 피처리물을 사이에 두도록 배치된 한 쌍의 전극에 의하여, 전위차를 생성하고, 한 쌍의 전극과 교차하는 방향으로 대향하는 한 쌍의 코일에 의하여, 전위의 구배를 제어할 수 있다. 한 쌍의 전극간의 전압을 제어함으로써, 이온화된 성막재료의 입자의 에너지 및 유속분포를 조정할 수 있다. 한 쌍의 코일에 의하여, 진폭 및 주파수를 제어함으로써, 이온화된 성막재료의 입자의 에너지 및 유속분포를 조정할 수 있다. 이들에 의하여, 피처리물에 부착되는 성막재료의 두께를 정밀도 좋게 조정할 수 있다.

성막장치는, 피처리물배치부로부터 하스부를 본 경우에, 한 쌍의 코일은, 제1 방향과, 제2 방향이 직교하도록, 배치되어 있는 구성이어도 된다. 이 구성의 성막장치에서는, 한 쌍의 코일이 마주 보는 방향과, 한 쌍의 전극이 마주 보는 방향이 직교하게 되고, 한 쌍의 전극이 형성하는 전장에 대하여, 적합한 자장을 형성할 수 있어, 이온화된 성막재료의 입자의 에너지 및 유속분포를 조정할 수 있다. 다만, 직교한다는 것은, 대략 직교하는 것을 포함한다.

전위구배발생부는, 피처리물배치부와, 플라즈마건의 스티어링코일과의 사이에 배치되어 있는 구성이어도 된다. 이 구성의 성막장치에 의하면, 이온화된 성막재료의 입자가 많이 존재하는 영역에, 전위의 구배를 발생시킬 수 있어, 이온화된 성막재료입자의 에너지 및 유속분포를 변화시킬 수 있다.

하스부와 피처리물을 연결하는 방향으로 뻗는 축선을 회전중심으로 하여, 전위구배발생부는, 챔버에 대하여 회전이동 가능한 구성을 들 수 있다. 이 구성의 성막장치에서는, 전위차생성부에 대하여, 구배제어부를 회전이동할 수 있으므로, 전계에 대한 자력선의 방향을 변경하는 것이 가능해진다. 이온화된 성막재료의 입자의 거동이 제어된다.

본 발명에 의하면, 복수의 플라즈마건을 구비한 성막장치에 있어서, 챔버 내에 전위의 구배를 발생시키고, 이온화된 성막재료입자의 에너지 및 유속분포를 변화시킴으로써, 막두께의 균일화를 도모할 수 있다. 품질이 향상된 성막을 실행 가능한 성막장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 성막장치의 일 실시형태의 구성을 나타내는 측면 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 성막장치의 I-I선을 따른 측면 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 성막장치의 II-II선을 따른 평면 단면도이다.
도 4는 양극과 음극과의 사이의 전위구배를 나타내는 그래프이다.
도 5는 이온화 성막재료입자의 유속을 나타내는 도이다.

이하, 첨부의 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 성막장치의 실시형태를 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 중복하는 설명을 생략한다.

도 1은, 본 발명에 의한 성막장치의 일 실시형태의 구성을 나타내는 측면 단면도이다. 또, 도 2는, 도 1에 나타낸 성막장치(1)의 I-I선을 따른 측면 단면도이다. 또, 도 3은, 도 1에 나타낸 성막장치(1)의 II-II선을 따른 평면 단면도이다. 도 1~도 3에는, 설명을 용이하게 하기 위하여 XYZ직교좌표계도 나타나 있다. 본 실시형태의 성막장치(1)는 이른바 이온플레이팅장치이다.

본 실시형태의 성막장치(1)는, 주 양극(2), 반송기구(3)(피처리물배치부), 플라즈마원(5)(플라즈마건), 보조 양극(6), 전위구배발생부(7), 및 진공용기(10)(챔버)를 구비한다.

진공용기(10)는, 성막 대상인 피처리물(11)을, 이온화 성막재료입자(Mb)에 노출시키면서 반송하기 위한 반송실(10a)과, 성막재료(Ma)를 이온화하여 확산시키기 위한 성막실(10b)과, 플라즈마원(5)으로부터 조사되는 플라즈마(P)를 성막실(10b) 내에 받아들이는 플라즈마입구(10g)와, 산소 등의 분위기가스를 성막실(10b)내부로 도입하기 위한 가스공급구(10d, 10e)와, 성막실(10b) 내의 잔여가스를 배기하는 배기구(10f)를 가진다. 반송실(10a)은, 본 실시형태에 있어서의 소정방향인 반송방향(도면 중의 화살표 A)으로 뻗어 있고, 성막실(10b) 상에 배치되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 반송방향(화살표 A)은 X축의 정방향으로 설정되어 있다. 또, 진공용기(10)는, 도전성의 재료로 이루어지며 접지전위에 접속되어 있다.

성막실(10b)은, 반송방향(화살표 A)을 따른 한 쌍의 측벽(10j 및 10k)(도 2 참조)과, 반송방향(화살표 A)과 교차하는 방향(Y축방향)을 따른 한 쌍의 측벽(10h 및 10i)(도 1 참조)을 가진다. 측벽(10h)은, 성막실(10b)에 있어서의 반송방향(A)의 상류측(즉 X축 부방향측)에 배치되어 있다. 측벽(10i)은, 성막실(10b)에 있어서의 반송방향(A)의 하류측(즉 X축 정방향측)에 배치되어 있다.

반송기구(3)는, 본 실시형태에 있어서 피처리물(11)이 배치되는 피처리물배치부이다. 반송기구(3)는, 피처리물(11)을 지지하는 피처리물 지지부재(32)를, 성막재료(Ma)의 노출표면과 대향한 상태로 반송방향(화살표 A)으로 반송한다. 반송기구(3)는, 반송실(10a) 내에 설치된 복수의 반송롤러(31)에 의하여 구성되어 있다. 반송롤러(31)는, 반송방향(화살표 A)을 따라 등간격으로 나열되어 있고, 가이드(33)(도 2 참조)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 반송롤러(31)는, 피처리물 지지부재(32)의 양단을 지지하면서 반송방향으로 반송할 수 있다. 다만, 피처리물배치부는, 반송롤러를 구비하는 반송기구에 한정되지 않는다. 예를 들면, 피처리물인 기판을 지지하는 기판지지부를 구비하고, 기판의 판두께방향이 수평 방향이 되도록 기판을 지지하면서 기판을 반송하는 것이어도 된다.

피처리물(11)은, 반송방향(화살표 A)으로 뻗는 한 쌍의 변(제1 및 제2 변)을 가지는 평판형상의 부재이며, 예를 들면 직사각형상이나 반송방향(화살표 A)으로 뻗는 판형상의 부재이다. 피처리물(11)로서는, 예를 들면 유리기판이나 플라스틱기판이 예시된다. 혹은, 그 판형상부재 상에 유기EL층 등의 기능 소자층이 형성된 기판생산물을 피처리물(11)로 해도 된다.

플라즈마원(5)은, 압력구배형이며, 그 본체부분이 성막실(10b)의 측벽(플라즈마입구(10g))에 설치되어 있다. 플라즈마원(5)에 있어서 생성된 플라즈마(P)는, 플라즈마입구(10g)로부터 성막실(10b) 내로 출사된다. 플라즈마(P)는, 플라즈마입구(10g)에 설치된 스티어링코일(51)에 의하여 출사방향이 제어된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 1개의 성막실(10b)에 대하여 복수(본 실시형태에서는 3개)의 플라즈마원(5)이 설치되어 있다. 복수의 플라즈마원(5)은, 피처리물(11)의 폭방향을 따른 방향(Y축방향)으로 나열되어 배치되어 있다. 복수의 플라즈마원(5)은 동일한 측벽(10h)에 배치되어 있다. 다만, 복수의 플라즈마원(5)은, 대향하는 한 쌍의 측벽(10h, 10i)에 있어서 교대로 배치되어 있어도 된다. 예를 들면, 3개의 플라즈마원(5) 중 Y축방향의 중앙의 플라즈마원(5)은, 측벽(10i)에 설치되고, Y축방향의 양측의 플라즈마원(5)은, 측벽(10h)에 설치되어 있어도 된다. 플라즈마원(5)은, X축방향에 있어서 서로 다르게(도 3에 나타내는 경우에는, 좌우 교대로) 배치되어 있다. 복수의 플라즈마원(5)은, 피처리물(11)의 길이방향을 따르는 방향(X축방향, 반송방향)으로 나열되어 배치되어 있어도 된다. 또, 복수의 플라즈마원(5)은, Y축방향으로 나열되고, 또한, X축방향으로 나열되어 있는 구성이어도 된다.

성막장치(1)에는, 복수의 하스부(20)(주 양극(2) 및 보조 양극(6))이 설치되어 있다. 복수의 하스부(20)는, 복수의 플라즈마원(5)에 대응하여 배치되어 있다. 복수의 하스부(20)는, 피처리물(11)의 폭방향을 따르는 방향(Y축방향)으로 나열되어 배치되어 있다. 다만, 복수의 하스부(20)는, 피처리물(11)의 길이방향을 따르는 방향(X축방향, 반송방향)으로 나열되어 배치되어 있어도 된다. 또, 복수의 하스부(20)는, Y축방향 및 X축방향의 쌍방으로 나열되어 있는 구성이어도 된다.

주 양극(2)은, 성막재료(Ma)를 지지하기 위한 부분이다. 주 양극(2)은, 진공용기(10)의 성막실(10b) 내에 설치되고, 반송기구(3)에 대하여, Z축방향의 부방향으로 배치되어 있다. 주 양극(2)은, 플라즈마원(5)으로부터 출사된 플라즈마(P)를 성막재료(Ma)로 유도하는 주 하스(21)를 갖는다. 주 하스(21)는, 접지전위인 진공용기(10)에 대하여 정전위로 유지되어 있고, 플라즈마(P)를 흡인한다. 이 플라즈마(P)가 입사되는 주 하스(21)의 중앙부에는, 성막재료(Ma)를 장전하기 위한 관통공이 형성되어 있다. 그리고, 성막재료(Ma)의 선단부분이, 이 관통공으로부터 노출되어 있다.

성막재료(Ma)로서는, ZnO 등의 투명도전재료나, SiON 등의 절연밀봉재료가 예시된다. 성막재료(Ma)가 절연성물질로 이루어지는 경우, 주 하스(21)에 플라즈마(P)가 조사되면, 플라즈마(P)로부터의 전류에 의하여 주 하스(21)가 가열되고, 성막재료(Ma)의 선단부분이 증발한다. 또, 성막재료(Ma)가 도전성 물질로 이루어지는 경우, 주 하스(21)에 플라즈마(P)가 조사되면, 플라즈마(P)가 성막재료(Ma)에 직접 입사되고, 성막재료(Ma)의 선단부분이 가열되어 증발한다. 증발된 성막재료(Ma)는, 플라즈마(P)에 의하여 이온화되어 이온화 성막재료입자(Mb)가 된다. 이온화 성막재료입자(Mb)는, 성막실(10b) 내에 확산되면서 성막실(10b)의 상방(Z축정방향)으로 이동하고, 반송실(10a) 내에 있어서 피처리물(11)의 표면에 부착된다. 다만, 성막재료(Ma)는, 그 선단부분이 소정의 위치를 항상 유지하도록, 주 양극(2)의 하방으로부터 압출된다. 다만, 성막재료(Ma)가 절연성물질로 이루어지는 경우, 주 하스(21)에 플라즈마(P)가 조사되면, 플라즈마(P)로부터의 전류에 의하여 주 하스(21)가 가열되고, 성막재료(Ma)의 선단부분이 증발하여, 플라즈마(P)에 의하여 이온화된 성막재료입자(Mb)가 성막실(10b) 내에 확산된다.

보조 양극(6)은, 플라즈마(P)를 유도하기 위한 전자석이다. 보조 양극(6)은, 성막재료(Ma)를 지지하는 주 하스(21)의 주위에 배치되어 있으며, 환형상의 용기, 및 그 용기 내에 수용된 코일(6a) 및 영구자석(6b)을 가진다. 코일(6a) 및 영구자석(6b)은, 코일(6a)에 흐르는 전류량에 따라, 주 하스(21)에 입사되는 플라즈마(P)의 방향을 제어한다.

전위구배발생부(7)는, 성막실(10b) 내에, 전위의 구배를 발생시키는 것이다. 전위구배발생부(7)는, Z축방향에 있어서, 주 하스(21)와 피처리물(11)(반송기구(3), 피처리물배치부)과의 사이에, 전위의 구배를 발생시킨다. 전위구배발생부(7)는, 한 쌍의 코일(7a) 및 한 쌍의 전극(7b, 7c)을 가진다. 성막장치(1)에는, 복수의 전위구배발생부(7)가 설치되어 있다. 복수의 전위구배발생부(7)는, 복수의 하스부(20)에 대응하여 배치되어 있다. 복수의 하스부(20) 각각에 대하여, 하나의 하스부(20)에 대하여, 하나의 전위구배발생부(7)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 모든 하스부(20)에 대하여, 전위구배발생부(7)가 각각 설치되어 있지만, 예를 들면, 복수의 하스부(20) 중 하나의 하스부(20)에 대하여, 전위구배발생부(7)가 설치되어 있는 구성이어도 된다.

한 쌍의 코일(7a)은, 전위의 구배를 제어하는 구배제어부이다. 한 쌍의 코일(7a)은, 예를 들면, X축방향으로 대향하여 배치되어 있다. 한 쌍의 코일(7a)은, 성막실(10b)의 측벽(10h, 10i)의 외측에 배치되어 있다. 한 쌍의 코일(7a)은, 그 외의 위치에 배치되어 있어도 된다. 한 쌍의 코일(7a)은, 예를 들면, 반송실(10a)의 천판의 외측에 배치되어 있어도 된다. 코일(7a)은, 코일(7a)의 중심축(L7a)이 X축에 대해 경사져서 배치되어 있어도 된다. 한 쌍의 코일(7a)에 의한 자력선(자장 B)은, 성막실(10b) 내에 있어서, 피처리물(11)의 표면측(성막면측)에 형성된다.

한 쌍의 전극(7b, 7c)은, 주 하스(21)와 피처리물(11)과의 사이에 있어서, 전위차를 생성하는 전위차생성부이다. 한 쌍의 전극(7b, 7c)은, Y축방향에 있어서(피처리물배치부로부터 하스부를 본 경우에) 하스부(20)를 사이에 두도록 배치되어 있다. 한 쌍의 전극(7b, 7c)에는, 직류전원(7d)이 접속되어 있다. 한 쌍의 전극(7b, 7c)은, 양극(7b) 및 음극(7c)으로 이루어진다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 양극(7b)은, 플라즈마원(5)측에서 보아 좌측에 배치되고, 음극(7c)은, 플라즈마원(5)측에서 보아 우측에 배치되어 있다.

한 쌍의 전극(7b, 7c)은, Z축방향에 있어서, 성막실(10b) 내의 피처리물(11)측에 배치되어 있다. 한 쌍의 전극(7b, 7c)은, Z축방향에 있어서, 한 쌍의 코일(7a)과 동일한 위치에 배치되어 있어도 되고, Z축방향에 있어서 상이한 위치에 배치되어 있어도 된다. 코일(7a) 및 전극(7b, 7c)은, Z축방향에 있어서, 반송기구(3)와 플라즈마원(5)과의 사이에 배치되어 있다. 코일(7a) 또는 전극(7b, 7c)이 플라즈마원(5)보다 주 하스(21)측에 배치되어 있는 구성이어도 된다.

한 쌍의 코일(7a)은, 한 쌍의 전극(7b, 7c)이 대향하는 제1 방향(본 실시형태에서는, Y축방향)과 교차하는 제2 방향(본 실시형태에서는 X축방향)으로 대향하여 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 제1 방향 및 제2 방향이 직교하도록, 코일(7a) 및 전극(7b, 7c)이 배치되어 있다. Z축방향에서 보아, 제1 방향과 제2 방향이, 그 외의 각도로 교차하도록, 코일(7a) 및 전극(7b, 7c)이 배치되어 있는 구성이어도 된다.

성막장치(1)는, Z축방향으로 뻗는 회전축선을 회전중심으로 하여, 전위구배발생부(7)가 진공용기(10)에 대하여 회전이동 가능한 구성이어도 된다. 성막장치(1)는, Z축방향으로 뻗는 회전축선을 회전중심으로 하여, 한 쌍의 코일(7a)이 한 쌍의 전극(7b, 7c)에 대하여 회전이동 가능한 구성이어도 된다. 예를 들면, 회전축선 둘레로 회전 가능한 턴테이블을 구비하는 구성으로 하여, 이 턴테이블에 한 쌍의 코일(7a)을 설치함으로써, 한 쌍의 코일(7a)을 회전이동시킬 수 있다.

다음으로, 성막장치(1)를 이용한 성막방법에 대하여 설명한다. 먼저, 주 양극(2)에 배치된 주 하스(21)에 성막재료(Ma)를 장착함과 함께, 피처리물(11)을 지지한 피처리물 지지부재(32)를 반송기구(3)에 세트한다. 그리고, 진공용기(10) 내를 진공으로 유지한다.

계속해서, 접지전위에 있는 진공용기(10)를 사이에 두고, 부전압을 플라즈마원(5)에, 정전압을 주 양극(2)에 인가하여 방전을 발생시키고, 플라즈마(P)를 생성한다. 플라즈마(P)는, 보조 양극(6)으로 안내되어 주 양극(2)으로 조사된다. 본 방법에서는, 피처리물 지지부재(32)를 X축방향으로 반송하면서, 이와 같이 플라즈마(P)를 주 양극(2)에 조사한다. 플라즈마(P)에 노출된 주 양극(2) 내의 성막재료(Ma)는, 서서히 가열된다. 성막재료(Ma)가 충분히 가열되면, 성막재료(Ma)가 증발하여 이온화되고, 이온화 성막재료입자(Mb)가 되어 성막실(10b) 내에 확산된다. 성막실(10b) 내에 확산된 이온화 성막재료입자(Mb)는, 성막실(10b) 내를 Z축방향의 정방향으로 상승하여, 피처리물(11)을 향하여 비행한다.

여기에서, 성막장치(1)는, 전위구배발생부(7)에 의하여 주 하스(21)와 반송기구(3)와의 사이에, 전위의 구배를 발생시키고 있다. 전위구배발생부(7)는, 한 쌍의 코일(7a)에 전류를 흘려서, 성막실(10b) 내에 자장을 형성한다. 전위구배발생부(7)는, 한 쌍의 전극(7b, 7c)에 전류를 흘려서, 한 쌍의 전극(7b, 7c)간에 전위차를 발생시킨다.

도 4는, 한 쌍의 전극(양극(7b), 음극(7c)) 간의 전위구배를 나타내는 그래프이다. 도 4 중, 점선으로 나타내는 그래프(G1)는, 한 쌍의 코일(7a)이 통전되어 있지 않은 상태에 있어서의 한 쌍의 전극(7b, 7c)간의 전위의 구배를 나타내고 있다. 이와 같이, 한 쌍의 코일(7a)이 통전되어 있지 않은 상태이며, 플라즈마(P)중에 자장이 형성되어 있지 않은 상태에서는, 양극(7b)으로부터 음극(7c)으로 향함에 따라 전위는 변화하지 않고 대략 일정하며, 음극(7c)의 직전에서 전위가 내려가게 된다. 양극(7b)과 음극(7c)과의 사이의 대부분의 영역에서 전위가 일정하며, 음극(7c)의 직전에서만 전위가 강하하고 있다.

도 4 중, 실선으로 나타내는 그래프(G2)는, 한 쌍의 코일(7a)에 전류가 흐르고 있는 상태에 있어서의 한 쌍의 전극(7b, 7c)간의 전위의 구배를 나타내고 있다. 이와 같이, 한 쌍의 코일(7a)이 통전되어 있는 상태이며, 플라즈마(P) 중에 자장이 형성되어 있는 상태에서는, 양극(7b)으로부터 음극(7c)으로 향함에 따라 전위가 내려가기 시작하여, 음극(7c)의 직전에서 전위의 강하의 비율이 커진다. 양극(7b)과 음극(7c)과의 사이의 대부분의 영역에서 전위가 강하하고 있다. 이 상태에서는, 이온화 성막재료입자(Mb)는, 음극(7c)측으로 끌어 당겨지도록 진행 방향이 변경된다.

본 실시형태의 성막장치(1)에서는, 한 쌍의 코일(7a)에 전류를 흘림으로써 자장을 형성하고, 이 자장에 의하여 플라즈마 내의 전자를 트랩함으로써, 플라즈마 중에 전장을 형성할 수 있다. 그로 인하여, 한 쌍의 전극(7b, 7c)에 전위의 구배가 발생하므로, 이 전위의 구배의 영향을 받아, 이온(이온화 성막재료입자(Mb))의 에너지분포 및 유속분포를 변화시킬 수 있다. 전위의 구배에 의하여, 이온은 음극 측에 끌어 당겨지므로, 이것에 따라, 에너지분포 및 유속분포를 변화시킴으로써, 피처리물(11)에 부착되는 이온화 성막재료입자(Mb)의 부착량을 제어하여, 막두께의 균일화를 도모할 수 있다.

통상, 전극에 의하여 형성되는 전장은, 플라즈마 중에 있어서는 데바이(Debye) 길이 정도로 차단되어 버린다. 상술한 바와 같이 본 실시형태의 성막장치(1)에서는, 전위구배발생부(7)를 구비하고, 플라즈마 중에 자장이 형성되므로, 자장에 의하여 전자의 움직임이 구속되어, 플라즈마(P)의 내부까지 전장이 침투한다. 성막장치(1)에서는, 플라즈마(P) 내에 침투한 전장에 의하여 이온화된 성막재료입자(Mb)의 에너지 및 유속분포를 제어할 수 있다. 전위구배발생부(7)에 의하여, 이온화 성막재료입자(Mb)를 가속 또는 감속시킴으로써, 이온화 성막재료입자(Mb)의 에너지를 제어한다.

도 5는, 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속의 일례를 나타내는 도이다. 도 5에서는, 전위구배발생부(7)를 작동시키기 전의 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속을 나타내고 있다. 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속분포는, 하스부(20)로부터 Z축방향으로 진행하고, Y축방향으로 확산된다. 이온화 성막재료입자(Mb)는, 예를 들면, 도시 좌우방향으로 기울어져서 진행하여, 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속분포에 편향이 발생한다. 복수의 하스부(20)로부터 이온화 성막재료입자(Mb)가 공급되는 영역에서는, 이온화 성막재료입자(Mb)가 많아(농후해)진다.

본 실시형태의 성막장치(1)는, 전위구배발생부(7)를 구비하여 전위의 구배를 발생시킬 수 있으므로, 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속분포 및 에너지를 변화시키는 것이 가능하다. 성막장치(1)에서는, 이온화 성막재료입자(Mb)가 많은(농후한) 쪽으로부터 적은(희박한) 쪽으로 이온화 성막재료입자(Mb)를 끌어 당길 수 있다. 이로써, 이온화 성막재료입자(Mb)의 유속분포를 균일화시켜, 피처리물(11)에 부착되는 성막재료의 두께를 조정할 수 있다.

성막장치(1)에서는, 전위의 구배를 용이하게 변경하는 것이 가능하기 때문에, 막두께를 균일하게 하기 위한 조건을 용이하게 발견하는 것이 가능하다. 예를 들면, 한 쌍의 전극(7b, 7c)의 전압을 제어하거나 한 쌍의 코일(7a)에 공급되는 교류전류의 진폭, 주파수를 제어하거나 함으로써, 막두께를 균일하게 하기 위한 조건을 용이하게 설정할 수 있다. 그 결과, 성막된 제품의 품질의 향상을 도모하는 것이 가능하다.

또, 한 쌍의 전극(7b, 7c)의 양극 및 음극으로서의 역할을 반전시킴으로써, 플라즈마원(5)의 배치의 차이에 대응시키는 것이 가능하다.

이상, 본 발명을 그 실시형태에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태에서는, 전위구배발생부(7)가 한 쌍의 코일(7a)을 구비하는 구성으로 하고 있지만, 한 쌍의 코일(7a) 대신에, 영구자석을 구비하는 구성이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 피처리물(11)이 하스부(20)의 상방을 통과하는 구성으로 하고 있지만, 위치관계는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 하스부(20) 및 피처리물(11)이 수평방향으로 마주 보도록 배치되어 있는 구성이어도 된다.

반송기구(3)는, 반송롤러를 구비하여 피처리물(11)을 재치시켜 반송하는 것에 한정되지 않는다. 전용의 지지도구에 의하여 피처리물을 상방으로부터 지지하면서 반송하는 구성이어도 된다. 반송기구(3)를 구비하고 있지 않은 성막장치이어도 된다.

상기 실시형태에서는, 성막장치(1)를 이온플레이팅장치로 하고 있지만, EB(이온 빔)증착법 등 그 외의 증착법을 이용한 성막장치이어도 된다.

1 성막장치
2 주 양극
3 반송기구
5 플라즈마원(플라즈마건)
6 보조 양극
6a 코일
6b 영구자석
7 전위구배발생부
7a 코일(이온컨트롤용 코일)
7b 양극(전위차생성부, 이온컨트롤용 전극)
7c 음극(전위차생성부, 이온컨트롤용 전극)
10 진공용기
10a 반송실
10b 성막실
11 피처리물
20 하스부
21 주 하스
31 반송롤러
32 피처리물 지지부재
33 가이드
51 스티어링코일
Ma 성막재료
Mb 이온화 성막재료입자
P 플라즈마

Claims

챔버 내에서 성막재료를 이온화시켜서 확산하여 피처리물에 부착시키는 성막장치로서,
상기 챔버 내에 플라즈마를 생성하는 플라즈마원과,
상기 성막재료가 배치되는 동시에, 상기 플라즈마를 흡인하여 상기 성막재료를 하스부로부터 상기 피처리물측을 향하는 Z축 방향으로 증발시키는 하스부와,
증발된 상기 성막재료가 이온화된 이온화 성막재료입자를, 상기 Z축 방향과 교차하는 X축 방향으로 끌어당기는 전위구배발생부를 구비하고,
상기 플라즈마원은, 상기 Z축 방향 및 상기 X축 방향과 쌍방으로 교차하는 Y축 방향을 따라서 복수 설치되며,
상기 하스부는 상기 Y축 방향을 따라서 복수 설치되고,
상기 전위구배발생부는, 한 쌍의 코일과, 한 쌍의 전극을 가지며,
상기 한 쌍의 코일은, 상기 하스부와 상기 피처리물과의 사이에 있어서, 상기 X축 방향에 대향하여 배치되는 동시에, 상기 Z축 방향을 따라서 본 경우에 상기 하나의 하스부를 사이에 두도록 배치되고,
상기 한 쌍의 전극은, 상기 하스부와 상기 피처리물과의 사이에 있어서, 상기 Y축 방향에 대향하여 배치되는 동시에, 상기 Z축 방향을 따라서 본 경우에 상기 하나의 하스부를 사이에 두도록 배치되는 성막장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 한 쌍의 전극은, 한쪽이 양극인 동시에 다른 쪽이 음극이며,
상기 음극은, 상기 Z축 방향을 따라서 본 경우에, 상기 하나의 하스부와 상기 다른 하나의 하스부와의 사이에 설치되어 있는 성막장치.