KR102573358B1 - 음이온생성장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상물에 음이온을 조사하기 위한 음이온생성장치로서, 구체적으로, 진공챔버 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마원과, 상기 진공챔버 내에 있어서의 플라즈마의 전자온도를 저하시키는 수단을 가지는 음이온생성장치에 관한 것이다.

Description

음이온생성장치{APPARATUS FOR PRODUCING NEGATIVE ION}
본 발명은, 음이온생성장치에 관한 것이다.
성막대상물의 표면에 막을 형성하는 성막장치로서, 예를 들면 증발시킨 성막재료의 입자를 진공챔버 내에 확산시켜, 성막대상물의 표면에 성막재료의 입자를 부착시키는 이온플레이팅법에 의한 성막장치가 알려져 있다.
상기 종래의 성막장치에 있어서 막이 형성된 성막대상물을 대기 중에 취출하면, 성막대상물에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착된다. 이와 같이 산소가 막에 부착되면, 막질이 저하될 가능성이 있다.
보다 상세하게는, 예를 들면, 성막대상물에 형성된 ZnO막을 반도체식 수소가스센서의 가스를 검지하기 위한 막으로서 이용하는 경우, ZnO막의 표면에 대기 중의 산소가 O2-의 형태로 부착됨으로써, 수소의 검출리스폰스가 저하된다는 문제가 있다.
따라서 본 발명은, 성막대상물에 있어서의 막질의 저하를 억제할 수 있는 음이온생성장치 및 성막장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 관한 음이온생성장치는, 대상물에 음이온을 조사하기 위한 음이온생성장치로서, 진공챔버 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마원과, 상기 진공챔버 내에 있어서의 플라즈마의 전자온도를 저하시키는 수단을 가질 수 있다.
상기 진공챔버 내에 있어서의 플라즈마의 전자온도를 저하시키는 수단은, 상기 진공챔버 내로의 상기 플라즈마의 공급을 간헐적으로 행하도록 제어하는 제어부일 수 있다.
상기 진공챔버 내로의 상기 플라즈마의 공급과 차단을 전환하는 전화부를 더 가지고, 상기 제어부는, 상기 전환부를 전환하는 것에 의해서 상기 플라즈마의 공급을 간헐적으로 행할 수 있다.
상기 진공챔버는, 음이온의 원료에 플라즈마를 공급하여 원료에 전자를 부착시키는 음이온생성실과, 상기 대상물을 반송하는 반송실을 가지고, 음이온생성실에서의 음이온 생성 중, 상기 음이온생성실 내의 전자가 상기 반송실로 유입하는 것을 억제하는 자장발생코일을 더 구비할 수 있다.
상기 자장발생코일은, 상기 음이온생성실로부터 상기 반송실로 향하는 방향과 교차하는 방향으로 뻗는 자력선을 갖는 밀봉자장을 진공챔버 내에 형성할 수 있다.
상기 플라즈마원은 압력구배형 플라즈마건일 수 있다.
다른 양태에 따르면, 대상물에 음이온을 조사하기 위한 음이온생성장치로서, 진공챔버 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마원을 가지고, 상기 플라즈마원은, 플라즈마를 수렴시키는 전극을 가지는 압력구배형 플라즈마건이며, 상기 전극으로의 전류의 흐름을 전환하는 전환부를 가질 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 관한 성막장치는, 성막대상물에 성막재료를 성막하는 성막장치로서, 성막대상물을 수납하여 성막처리를 행하는 진공챔버와, 진공챔버 내에 있어서 성막재료의 입자를 성막대상물에 부착시키는 성막부와, 진공챔버 내에 음이온을 생성하는 음이온생성부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 관한 성막장치에서는, 음이온생성부에 의하여 진공챔버 내에 음이온이 생성되므로, 당해 음이온을, 성막처리에 의하여 성막대상물에 형성된 막의 표면에 부착시킬 수 있다. 이로써, 성막처리 후의 성막대상물을 대기 중에 취출해도, 성막대상물에 형성된 막의 표면에는 음이온이 부착되어 있으므로, 성막대상물에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 억제할 수 있다. 이상으로부터, 성막대상물에 있어서의 막질의 저하를 억제할 수 있다.
성막장치에 있어서, 음이온생성부는, 진공챔버 내에서 플라즈마를 생성하는 플라즈마건과, 진공챔버 내에 음이온의 원료가스를 공급하는 원료가스공급부와, 플라즈마를 간헐적으로 생성하도록 플라즈마건을 제어하는 제어부를 가져도 된다. 이 경우, 플라즈마가 진공챔버 내에 간헐적으로 생성되므로, 진공챔버 내의 플라즈마의 생성이 정지되어 있을 때에는 진공챔버 내에 있어서의 플라즈마의 전자온도가 급격하게 저하되어, 진공챔버 내로 공급된 음이온의 원료가스의 입자에 전자가 부착되기 쉬워진다. 이로써, 진공챔버 내에서 음이온을 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 성막대상물에 형성된 막의 표면에, 음이온을 효율적으로 부착시킬 수 있다. 이상에 의하여, 성막대상물에 있어서의 막질의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
성막장치에 있어서, 음이온생성부는, 진공챔버 내로의 플라즈마의 공급과 차단을 전환하는 전환부를 더 갖고, 제어부는, 전환부를 전환함으로써 플라즈마를 간헐적으로 생성하도록 플라즈마건을 제어해도 된다. 이 경우, 전환부를 전환하는 것만으로 용이하게 플라즈마를 간헐적으로 생성할 수 있다.
성막장치에 있어서, 진공챔버는, 성막대상물을 반송하는 반송실과, 성막재료를 확산시키는 성막실을 갖고, 성막실로부터 반송실로 향하는 방향과 교차하는 방향의 자력선을 갖는 자장을 발생시킴으로써, 성막실 내의 전자가 반송실에 유입하는 것을 억제하는 자장발생코일을 더 구비해도 된다. 이 경우, 자장발생코일에 의하여 발생한 자장에 의하여, 성막실 내의 전자가 반송실에 유입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 성막실 내에서 음이온을 보다 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다. 그 결과, 성막대상물에 형성된 막의 표면에, 음이온을 보다 효율적으로 부착시킬 수 있다.
성막장치에 있어서, 자장발생코일은, 진공챔버 내이며, 성막실과 반송실의 사이에 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 성막실 내의 전자가 반송실에 유입하는 것을 억제하는 방향의 자력선을 갖는 자장을 적합하게 발생시킬 수 있다.
성막장치에 있어서, 성막부는, 플라즈마건을 갖고, 이온플레이팅법에 의하여 성막재료의 입자를 성막대상물에 부착시키고 있으며, 성막부의 플라즈마건은, 음이온생성부의 플라즈마건과 겸용되고 있어도 된다. 이 경우, 성막부의 플라즈마건과 음이온생성부의 플라즈마건이 겸용되고 있기 때문에, 성막처리를 위하여 필요한 구성으로서 진공챔버 내에 본래 구비되어 있는 구조를 크게 바꾸지 않고, 음이온생성부를 구성할 수 있다. 따라서, 성막조건에 주는 영향을 억제하면서 음이온생성부를 마련하는 것이 가능해진다. 또한, 플라즈마건이 겸용되고 있음으로써 장치구성을 간략화할 수 있다.
성막장치에 있어서, 성막부에 의한 성막처리 후의 성막대상물에 정의 바이어스전압을 인가하는 전압인가부를 더 구비해도 된다. 이 경우, 전압인가부에 의하여, 성막처리 후의 성막대상물에 정의 바이어스전압이 인가된다. 이로써, 음이온생성부에서 생성된 음이온이 성막대상물측으로 끌어당겨져, 성막대상물에 형성된 막의 표면에 조사된다. 그 결과, 성막대상물에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 보다 억제할 수 있다.
성막장치에 있어서, 음이온생성부는, 진공챔버 내에서 간헐적으로 플라즈마를 생성하고, 전압인가부는, 음이온생성부에 의한 플라즈마의 생성이 정지된 후에 성막대상물에 정의 바이어스전압을 인가해도 된다. 이로써, 많은 산소음이온이 성막대상물에 조사된다. 그 결과, 성막대상물에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
성막장치에 있어서, 진공챔버에 인접하여 배치되어, 성막대상물을 반입반출하는 진공로드록챔버를 구비하고, 진공로드록챔버는, 성막처리 후의 성막대상물을 진공챔버로부터 반입함과 함께, 반입된 성막대상물을 음이온생성부에 의한 음이온생성 후에 진공챔버에 반출해도 된다. 이로써, 성막대상물은, 대기 중에 노출되지 않고, 산소음이온이 생성된 적절한 타이밍에 진공챔버로 반입된다. 그 결과, 산소음이온을 적합하게 성막대상물에 조사할 수 있다.
성막장치에 있어서, 성막대상물을 지지하는 지지부재를 구비하고, 진공챔버 내에는, 트롤리선이 연신되어 마련되어 있으며, 지지부재에는, 트롤리선으로부터 급전되는 급전부가 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 성막대상물을 지지하는 지지부재에 마련된 급전부가, 진공챔버 내에 마련된 트롤리선으로부터 급전된다. 이로써, 지지부재의 급전부를 통하여 성막대상물에 정의 전압을 용이하게 인가할 수 있다.
성막장치에 있어서, 트롤리선에 장력을 부여하는 장력부여부를 구비해도 된다. 이 경우, 장력부여부에 의하여 트롤리선에 장력이 부여된다. 이로써, 진공챔버 내에서 발생하는 열 등에 의하여 트롤리선이 신축된 경우에도 휘어 버리는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 성막대상물에 있어서의 막질의 저하를 억제할 수 있는 음이온생성장치 및 성막장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성막장치의 구성을 나타내는 개략단면도이며, 성막처리모드에 있어서의 동작상태를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1의 성막장치의 구성을 나타내는 개략단면도이며, 산소음이온생성모드에 있어서의 동작상태를 나타내는 도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성막장치에 있어서의 성막방법을 나타내는 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성막장치의 구성을 나타내는 개략단면도이며, 산소음이온생성모드에 있어서의 동작상태를 나타내는 도이다.
도 5는 도 4의 트롤리선고정단부의 구성을 나타내는 개략정면도 및 개략측면도이다.
도 6은 도 4의 성막대상물지지부재의 구성을 나타내는 개략평면도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따른 단면도이다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII선을 따른 단면도이다.
도 9는 브러시용 가이드에 의하여 가이드되는 브러시체의 동작을 설명하는 도이다.
도 10은 급전단자부의 동작을 설명하는 도이다.
도 11은 진공챔버 내에 존재하는 이온의 플럭스의 시간변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 바이어스전압의 인가의 유무와 캐리어밀도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 바이어스전압의 인가의 유무와 광학적이동도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14는 산소음이온 조사의 유무와 수소가스센서특성의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시형태에 관한 성막장치에 대하여 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
(제1 실시형태)
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시형태에 관한 성막장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1 및 도 2는, 본 실시형태에 관한 성막장치의 구성을 나타내는 개략단면도이다. 도 1은, 성막처리모드에 있어서의 동작상태를 나타내고, 도 2는, 산소음이온생성모드에 있어서의 동작상태를 나타내고 있다. 다만, 성막처리모드 및 산소음이온생성모드의 상세에 대해서는 후술한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성막장치(1)는, 이른바 이온플레이팅법에 이용되는 이온플레이팅장치이다. 다만, 설명의 편의상, 도 1 및 도 2에는, XYZ좌표계를 나타낸다. Y축방향은, 후술하는 성막대상물이 반송되는 방향이다. X축방향은, 성막대상물과 후술하는 하스기구가 대향하는 위치이다. Z축방향은, Y축방향과 X축방향에 직교하는 방향이다.
성막장치(1)는, 성막대상물(11)의 판두께방향이 수평방향(도 1 및 도 2에서는 X축방향)이 되도록, 성막대상물(11)을 직립 또는 직립시킨 상태로부터 경사시킨 상태에서, 성막대상물(11)이 진공챔버(10) 내에 배치되어 반송되는, 이른바 종형의 성막장치이다. 이 경우에는, X축방향은 수평방향 또한 성막대상물(11)의 판두께방향이고, Y축방향은 수평방향이며, Z축방향은 연직방향이 된다. 다만, 본 발명의 일 실시형태에 관한 성막장치는, 성막대상물의 판두께방향이 대략 연직방향이 되도록 성막대상물이 진공챔버 내에 배치되어 반송되는 이른바 횡형의 성막장치여도 된다. 이 경우에는, Z축 및 Y축방향은 수평방향이며, X축방향은 연직방향 또한 판두께방향이 된다. 이하, 종형의 성막장치를 예로서 설명한다.
성막장치(1)는, 진공챔버(10), 반송기구(3), 성막부(14), 음이온생성부(24), 및 자장발생코일(30)을 구비하고 있다.
진공챔버(10)는, 성막대상물(11)을 수납하여 성막처리를 행한다. 진공챔버(10)는, 성막재료(Ma)의 막이 형성되는 성막대상물(11)을 반송하기 위한 반송실(10a)과, 성막재료(Ma)를 확산시키는 성막실('음이온생성실'이라고도 함, 10b)과, 플라즈마원(7)으로부터 빔형상으로 조사되는 플라즈마(P)를 진공챔버(10)에 수용하는 플라즈마구(10c)를 갖고 있다. 반송실(10a), 성막실(10b), 및 플라즈마구(10c)는 서로 연통하고 있다. 반송실(10a)은, 소정의 반송방향(도 중의 화살표 A)을(Y축을) 따라 설정되어 있다. 또, 진공챔버(10)는, 도전성의 재료로 이루어지고 접지전위에 접속되어 있다.
성막실(10b)은, 벽부(10W)로서, 반송방향(화살표 A)을 따른 한 쌍의 측벽과, 반송방향(화살표 A)과 교차하는 방향(Z축방향)을 따른 한 쌍의 측벽(10h, 10i)과, X축방향과 교차하여 배치된 바닥면벽(10j)을 갖는다.
반송기구(3)는, 성막재료(Ma)와 대향한 상태에서 성막대상물(11)을 지지하는 성막대상물지지부재(16)를 반송방향(화살표 A)으로 반송한다. 예를 들면 성막대상물지지부재(16)는, 성막대상물(11)의 바깥둘레 가장자리를 지지하는 프레임체이다. 반송기구(3)는, 반송실(10a) 내에 설치된 복수의 반송롤러(15)에 의하여 구성되어 있다. 반송롤러(15)는, 반송방향(화살표 A)을 따라 등간격으로 배치되고, 성막대상물지지부재(16)를 지지하면서 반송방향(화살표 A)으로 반송한다. 다만, 성막대상물(11)은, 예를 들면 유리기판이나 플라스틱기판 등의 판형상 부재가 이용된다.
계속해서, 성막부(14)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 성막부(14)는, 이온플레이팅법에 의하여 성막재료(Ma)의 입자를 성막대상물(11)에 부착시킨다. 성막부(14)는, 플라즈마원(7)과, 스티어링코일(5)과, 하스기구(2)와, 링하스(6)를 갖고 있다.
플라즈마원(7)은, 예를 들면 압력구배형 플라즈마건이며, 그 본체부분이 성막실(10b)의 측벽에 마련된 플라즈마구(10c)를 통하여 성막실(10b)에 접속되어 있다. 플라즈마원(7)은, 진공챔버(10) 내에서 플라즈마(P)를 생성한다. 플라즈마원(7)에 있어서 생성된 플라즈마(P)는, 플라즈마구(10c)로부터 성막실(10b) 내에 빔형상으로 출사된다. 이로써, 성막실(10b) 내에 플라즈마(P)가 생성된다.
플라즈마원(7)은, 음극(60)에 의하여 일단이 폐색되어 있다. 음극(60)과 플라즈마구(10c)의 사이에는, 제1 중간전극(그리드)(61)과, 제2 중간전극(그리드)(62)이 동심적으로 배치되어 있다. 제1 중간전극(61) 내에는 플라즈마(P)를 수렴하기 위한 환형상영구자석(61a)이 내장되어 있다. 제2 중간전극(62) 내에도 플라즈마(P)를 수렴하기 위한 전자석코일(62a)이 내장되어 있다. 다만, 플라즈마원(7)은, 후술하는 음이온생성부(24)로서의 기능도 갖는다. 이 상세에 대해서는, 음이온생성부(24)의 설명에 있어서 후술한다.
스티어링코일(5)은, 플라즈마원이 장착된 플라즈마구(10c)의 주위에 마련되어 있다. 스티어링코일(5)은, 플라즈마(P)를 성막실(10b) 내에 유도한다. 스티어링코일(5)은, 스티어링코일용 전원(도시하지 않음)에 의하여 여자(勵磁)된다.
하스기구(2)는, 성막재료(Ma)를 지지한다. 하스기구(2)는, 진공챔버(10)의 성막실(10b) 내에 마련되고, 반송기구(3)로부터 보아 X축방향의 부방향에 배치되어 있다. 하스기구(2)는, 플라즈마원(7)으로부터 출사된 플라즈마(P)를 성막재료(Ma)에 유도하는 메인 양극 또는 플라즈마원(7)으로부터 출사된 플라즈마(P)가 유도되는 메인 양극인 메인 하스(main hearth)(17)를 갖고 있다.
메인 하스(17)는, 성막재료(Ma)가 충전된 X축방향의 정방향으로 뻗은 통형상의 충전부(17a)와, 충전부(17a)로부터 돌출된 플랜지부(17b)를 갖고 있다. 메인 하스(17)는, 진공챔버(10)가 갖는 접지전위에 대하여 정전위로 유지되고 있기 때문에, 플라즈마(P)를 흡인한다. 이 플라즈마(P)가 입사하는 메인 하스(17)의 충전부(17a)에는, 성막재료(Ma)를 충전하기 위한 관통구멍(17c)이 형성되어 있다. 그리고, 성막재료(Ma)의 선단부분이, 이 관통구멍(17c)의 일단에 있어서 성막실(10b)에 노출되어 있다.
성막재료(Ma)에는, ITO나 ZnO 등의 투명도전재료나, SiON 등의 절연밀봉재료가 예시된다. 성막재료(Ma)가 절연성물질로 이루어지는 경우, 메인 하스(17)에 플라즈마(P)가 조사되면, 플라즈마(P)로부터의 전류에 의하여 메인 하스(17)가 가열되고, 성막재료(Ma)의 선단부분이 증발 또는 승화되어, 플라즈마(P)에 의하여 이온화된 성막재료입자(증발입자)(Mb)가 성막실(10b) 내에 확산한다. 또, 성막재료(Ma)가 도전성물질로 이루어지는 경우, 메인 하스(17)에 플라즈마(P)가 조사되면, 플라즈마(P)가 성막재료(Ma)에 직접 입사하여, 성막재료(Ma)의 선단부분이 가열되어 증발 또는 승화되어, 플라즈마(P)에 의하여 이온화된 성막재료입자(Mb)가 성막실(10b) 내에 확산한다. 성막실(10b) 내에 확산한 성막재료입자(Mb)는, 성막실(10b)의 X축정방향으로 이동하고, 반송실(10a) 내에 있어서 성막대상물(11)의 표면에 부착된다. 다만, 성막재료(Ma)는, 소정 길이의 원주형상으로 성형된 고체물이며, 한 번에 복수의 성막재료(Ma)가 하스기구(2)에 충전된다. 그리고, 최선단측의 성막재료(Ma)의 선단부분이 메인 하스(17)의 상단과의 소정의 위치관계를 유지하도록, 성막재료(Ma)의 소비에 따라, 성막재료(Ma)가 하스기구(2)의 X축 부방향측으로부터 순차 밀려나온다.
링하스(6)는, 플라즈마(P)를 유도하기 위한 전자석을 갖는 보조양극이다. 링하스(6)는, 성막재료(Ma)를 지지하는 메인 하스(17)의 충전부(17a)의 주위에 배치되어 있다. 링하스(6)는, 환형상의 코일(9)과 환형상의 영구자석부(20)와 환형상의 용기(12)를 갖고, 코일(9) 및 영구자석부(20)는 용기(12)에 수용되어 있다. 본 실시형태에서는, 반송기구(3)로부터 보아 X축 부방향으로 코일(9), 영구자석부(20)의 순서로 설치되어 있지만, X축 부방향으로 영구자석부(20), 코일(9)의 순서로 설치되어 있어도 된다. 링하스(6)는, 코일(9)에 흐르는 전류의 크기에 따라, 성막재료(Ma)에 입사하는 플라즈마(P)의 방향, 또는 메인 하스(17)에 입사하는 플라즈마(P)의 방향을 제어한다.
계속해서, 음이온생성부(24)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다. 음이온생성부(24)는, 플라즈마원(7)과, 원료가스공급부(40)와, 제어부(50)와, 회로부(34)를 갖고 있다. 다만, 제어부(50) 및 회로부(34)에 포함되는 일부의 기능은, 상술한 성막부(14)에도 속한다.
플라즈마원(7)은, 상술한 성막부(14)가 갖는 플라즈마원(7)과 동일한 것이 이용된다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 성막부(14)의 플라즈마원(7)은, 음이온생성부(24)의 플라즈마원(7)과 겸용되고 있다. 플라즈마원(7)은, 성막부(14)로서 기능함과 함께, 음이온생성부(24)로서도 기능한다. 다만, 성막부(14)와 음이온생성부(24)에서, 서로 다른 별개의 플라즈마원을 갖고 있어도 된다.
플라즈마원(7)은, 성막실(10b) 내에 있어서 간헐적으로 플라즈마(P)를 생성한다. 구체적으로는, 플라즈마원(7)은, 후술의 제어부(50)에 의하여 성막실(10b) 내에 있어서 간헐적으로 플라즈마(P)를 생성하도록 제어되어 있다. 이 제어에 대해서는, 후술의 제어부(50)의 설명에 있어서 상세히 서술한다.
원료가스공급부(40)는, 진공챔버(10)의 외부에 배치되어 있다. 원료가스공급부(40)는, 성막실(10b)의 측벽(예를 들면, 측벽(10h))에 마련된 가스공급구(41)를 통하여, 진공챔버(10) 내에 산소음이온의 원료가스인 산소가스를 공급한다. 원료가스공급부(40)는, 예를 들면 성막처리모드로부터 산소음이온생성모드로 전환되면, 산소가스의 공급을 개시한다. 또, 원료가스공급부(40)는, 성막처리모드 및 산소음이온생성모드의 양방에 있어서 산소가스의 공급을 계속 행해도 된다.
가스공급구(41)의 위치는, 성막실(10b)과 반송실(10a)의 경계부근의 위치가 바람직하다. 이 경우, 원료가스공급부(40)로부터의 산소가스를, 성막실(10b)과 반송실(10a)의 경계부근에 공급할 수 있으므로, 당해 경계부근에 있어서 후술하는 산소음이온의 생성이 행해진다. 따라서, 생성한 산소음이온을, 반송실(10a)에 있어서의 성막대상물(11)에 적합하게 부착시킬 수 있다. 다만, 가스공급구(41)의 위치는, 성막실(10b)과 반송실(10a)의 경계부근에 한정되지 않는다.
제어부(50)는, 진공챔버(10)의 외부에 배치되어 있다. 제어부(50)는, 회로부(34)가 갖는 전환부를 전환한다. 이 제어부(50)에 의한 전환부의 전환에 대해서는, 이하, 회로부(34)의 설명과 아울러 상세히 서술한다.
회로부(34)는, 가변전원(80)과, 제1 배선(71)과, 제2 배선(72)과, 저항기(R1~R4)와, 단락스위치(SW1, SW2)를 갖고 있다.
가변전원(80)은, 접지전위에 있는 진공챔버(10)를 사이에 두고, 부전압을 플라즈마원(7)의 음극(60)에, 정전압을 하스기구(2)의 메인 하스(17)에 인가한다. 이로써, 가변전원(80)은, 플라즈마원(7)의 음극(60)과 하스기구(2)의 메인 하스(17)의 사이에 전위차를 발생시킨다.
제1 배선(71)은, 플라즈마원(7)의 음극(60)을, 가변전원(80)의 부전위측과 전기적으로 접속하고 있다. 제2 배선(72)은, 하스기구(2)의 메인 하스(17)(양극)를, 가변전원(80)의 정전위측과 전기적으로 접속하고 있다.
저항기(R1)는, 일단이 플라즈마원(7)의 제1 중간전극(61)과 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 타단이 제2 배선(72)을 통하여 가변전원(80)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 저항기(R1)는, 제1 중간전극(61)과 가변전원(80)의 사이에 있어서 직렬접속되어 있다.
저항기(R2)는, 일단이 플라즈마원(7)의 제2 중간전극(62)과 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 타단이 제2 배선(72)을 통하여 가변전원(80)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 저항기(R2)는, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)의 사이에 있어서 직렬접속되어 있다.
저항기(R3)는, 일단이 성막실(10b)의 벽부(10W)와 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 타단이 제2 배선(72)을 통하여 가변전원(80)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 저항기(R3)는, 성막실(10b)의 벽부(10W)와 가변전원(80)의 사이에 있어서 직렬접속되어 있다.
저항기(R4)는, 일단이 링하스(6)와 전기적으로 접속되어 있음과 함께, 타단이 제2 배선(72)을 통하여 가변전원(80)과 전기적으로 접속되어 있다. 즉, 저항기(R4)는, 링하스(6)와 가변전원(80)의 사이에 있어서 직렬접속되어 있다.
단락스위치(SW1, SW2)는, 각각 상술한 제어부(50)로부터의 지령신호를 수신함으로써, ON/OFF상태로 전환되는 전환부이다.
단락스위치(SW1)는, 저항기(R2)에 병렬접속되어 있다. 단락스위치(SW1)는, 성막처리모드인지 산소음이온모드인지에 따라, 제어부(50)에 의하여 ON/OFF상태가 전환된다. 단락스위치(SW1)는, 성막처리모드에 있어서는 OFF상태로 된다. 이로써, 성막처리모드에 있어서는, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)이 저항기(R2)를 통하여 서로 전기적으로 접속되므로, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)의 사이에는 전류가 흐르기 어렵다. 그 결과, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 진공챔버(10) 내에 출사되어, 성막재료(Ma)에 입사한다(도 1 참조).
한편, 단락스위치(SW1)는, 산소음이온생성모드에 있어서는, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)를 진공챔버(10) 내에서 간헐적으로 생성하기 위하여, 제어부(50)에 의하여 ON/OFF상태가 소정간격으로 전환된다. 단락스위치(SW1)가 ON상태로 전환되면, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)의 사이의 전기적인 접속이 단락되므로, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)의 사이에 전류가 흐른다. 즉, 플라즈마원(7)에 단락전류가 흐른다. 그 결과, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 진공챔버(10) 내에 출사되지 않게 된다.
단락스위치(SW1)가 OFF상태로 전환되면, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)이 저항기(R2)를 통하여 서로 전기적으로 접속되므로, 제2 중간전극(62)과 가변전원(80)의 사이에는 전류가 흐르기 어렵다. 그 결과, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 진공챔버(10) 내에 출사된다. 이와 같이, 단락스위치(SW1)의 ON/OFF상태가 제어부(50)에 의하여 소정간격으로 전환됨으로써, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 진공챔버(10) 내에 있어서 간헐적으로 생성된다. 즉, 단락스위치(SW1)는, 진공챔버(10) 내로의 플라즈마(P)의 공급과 차단을 전환하는 전환부이다.
단락스위치(SW2)는, 저항기(R4)에 병렬접속되어 있다. 단락스위치(SW2)는, 예를 들면 성막처리모드가 되기 전의 성막대상물(11)의 반송 전 상태인 스탠바이모드인지 성막처리모드인지에 따라, 제어부(50)에 의하여 ON/OFF상태가 전환된다. 단락스위치(SW2)는, 스탠바이모드에서는 ON상태로 된다. 이로써, 링하스(6)와 가변전원(80)의 사이의 전기적인 접속이 단락되므로, 메인 하스(17)보다 링하스(6)에 전류를 흘려 보내기 쉬워져, 성막재료(Ma)의 불필요한 소비를 방지할 수 있다.
한편, 단락스위치(SW2)는, 성막처리모드에서는 OFF상태로 된다. 이로써, 링하스(6)와 가변전원(80)이 저항기(R4)를 통하여 전기적으로 접속되므로, 링하스(6)보다 메인 하스(17)에 전류를 흘려 보내기 쉬워져, 플라즈마(P)의 출사방향을 적합하게 성막재료(Ma)로 향하게 할 수 있다. 다만, 단락스위치(SW2)는, 산소음이온생성모드에서는 ON상태 또는 OFF상태 중 어느 상태로 되어도 된다.
자장발생코일(30)은, 진공챔버(10) 내이며, 성막실(10b)과 반송실(10a)의 사이에 마련되어 있다. 자장발생코일(30)은, 예를 들면 하스기구(2)와 반송기구(3)의 사이에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 자장발생코일(30)은, 성막실(10b)의 반송실(10a)측의 단부와, 반송실(10a)의 성막실(10b)측의 단부에 개재하도록 위치하고 있다. 자장발생코일(30)은, 서로 대향하는 한 쌍의 코일(30a, 30b)을 갖고 있다. 각 코일(30a, 30b)은, 예를 들면 성막실(10b)로부터 반송실(10a)로 향하는 방향(하스기구(2)로부터 반송기구(3)로 향하는 방향)에 교차하는 방향으로 서로 대향하고 있다.
자장발생코일(30)은, 성막처리모드에 있어서는 여자되지 않고, 산소음이온생성모드에 있어서 자장발생코일(30)용 전원(도시하지 않음)에 의하여 여자된다. 여기에서, 성막처리모드란, 진공챔버(10) 내에서 성막대상물(11)에 대하여 성막처리를 행하는 모드이다. 산소음이온생성모드는, 진공챔버(10) 내에서 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 부착시키기 위한 산소음이온의 생성을 행하는 모드이다. 자장발생코일(30)은, 산소음이온생성모드에 있어서 여자됨으로써, 성막실(10b)로부터 반송실(10a)로 향하는 방향(하스기구(2)로부터 반송기구(3)로 향하는 방향)과 교차하는 방향으로 뻗는 자력선을 갖는 밀봉자장(M)을 진공챔버(10) 내에 형성한다(도 2 참조). 자장발생코일(30)은, 이와 같은 밀봉자장(M)을 발생시킴으로써, 성막실(10b) 내의 전자가 반송실(10a) 내에 유입하는 것을 억제한다. 밀봉자장(M)이 갖는 자력선은, 예를 들면 성막대상물(11)의 반송방향(화살표 A)에 대략 평행한 방향으로 뻗는 부분을 갖고 있어도 된다. 다만, 자장발생코일(30)용 전원의 ON/OFF상태의 전환은, 후술하는 제어부(50)에 의하여 제어되어도 된다. 자장발생코일(30)은, 성막재료(Ma)가 퇴적되지 않도록 케이스(31)로 덮여 있다. 다만, 자장발생코일(30)은 케이스(31)로 덮여 있지 않아도 된다.
다음으로, 도 3을 참조하여, 성막장치(1)에 있어서의 성막방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도 3은, 성막장치(1)에 있어서의 성막방법을 나타내는 플로차트이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 먼저, 성막장치(1)에서는, 제어부(50)에 의하여 성막처리모드로 전환되면, 성막대상물(11)에 성막재료(Ma)의 막을 형성한다(S1: 성막공정). 이때, 제어부(50)에 의하여 단락스위치(SW1)가 OFF상태로 되어 있다. 또, 성막처리모드에 있어서, 스티어링코일(5)이 여자되어 있는 한편, 자장발생코일(30)은 여자되어 있지 않다. 이로써, 플라즈마원(7)에 의하여 성막실(10b) 내에서 플라즈마(P)가 생성되고, 당해 플라즈마(P)가 메인 하스(17)에 조사된다(도 1 참조). 그 결과, 메인 하스(17)에 있어서의 성막재료(Ma)가 플라즈마(P)에 의하여 이온화되어 성막재료입자(Mb)가 되고, 성막실(10b) 내에 확산하여, 반송실(10a) 내의 성막대상물(11)의 표면에 부착된다. 이와 같이 하여, 성막대상물(11)에 성막재료(Ma)의 막이 형성되어, 성막공정 S1이 종료된다.
계속해서, 성막장치(1)에서는, 산소음이온모드에 있어서, 산소음이온을 생성한다(S2: 산소음이온생성공정). 이하, 산소음이온생성공정 S2에 대하여 구체적으로 설명한다. 먼저, 원료가스공급부(40)에 의하여, 성막실(10b) 내에 산소가스가 공급된다(S21: 원료가스공급공정).
계속해서, 제어부(50)에 의하여, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)를 성막실(10b) 내에서 간헐적으로 생성하도록 플라즈마원(7)이 제어된다(S22: 플라즈마생성공정). 예를 들면, 제어부(50)에 의하여, 단락스위치(SW1)의 ON/OFF상태가 소정간격으로 전환됨으로써, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 성막실(10b) 내에서 간헐적으로 생성된다.
단락스위치(SW1)가 ON상태로 되어 있을 때는, 플라즈마원(7)으로부터의 플라즈마(P)가 성막실(10b) 내에 출사되지 않기 때문에 성막실(10b) 내에 있어서의 플라즈마(P)의 전자온도가 급격하게 저하된다. 이 때문에, 상술한 원료가스공급공정 S21에 있어서 성막실(10b) 내로 공급된 산소가스의 입자에, 플라즈마(P)의 전자가 부착되기 쉬워진다. 이로써, 성막실(10b) 내에는, 산소음이온이 효율적으로 생성된다.
계속해서, 제어부(50)에 의하여, 진공챔버(10) 내에 밀봉자장(M)이 형성된다(S23: 밀봉자장형성공정). 예를 들면, 자장발생코일(30)이 여자됨으로써, 진공챔버(10) 내에서 성막실(10b)과 반송실(10a)의 사이에 개재하도록 밀봉자장(M)이 형성된다(도 2 참조). 밀봉자장(M)은, 성막실(10b)로부터 반송실(10a)로 향하는 방향(하스기구(2)로부터 반송기구(3)로 향하는 방향)에 교차하는 방향으로 뻗는 자력선을 갖고 있다.
상술한 플라즈마생성공정 S22에 있어서 생성된 성막실(10b) 내에 있어서의 플라즈마(P)의 전자는, 밀봉자장형성공정 S23에 있어서 형성된 밀봉자장(M)의 자력선에 저해되어, 반송실(10a)로의 유입이 억제된다. 이로써, 성막실(10b) 내의 산소가스의 입자에, 플라즈마(P)의 전자가 부착되기 쉬워져, 보다 효율적으로 산소음이온을 생성할 수 있다. 그리고, 플라즈마생성공정 S22에 있어서 생성된 산소음이온이 성막실(10b)의 X축정방향으로 이동하고, 반송실(10a) 내에 있어서, 성막처리에 의하여 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 부착된다. 다만, 성막대상물(11)에 정의 바이어스전압을 가함으로써, 보다 적극적으로 산소음이온을 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 부착시켜도 된다. 이상과 같이 하여, 산소음이온생성공정 S2가 종료되면, 도 3에 나타내는 성막방법이 종료된다.
이상, 본 실시형태에 관한 성막장치(1)에 의하면, 음이온생성부(24)에 의하여 진공챔버(10) 내에 산소음이온이 생성되므로, 당해 산소음이온을, 성막처리에 의하여 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 부착시킬 수 있다. 이로써, 성막처리 후의 성막대상물(11)을 대기 중에 취출해도, 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에는 산소음이온이 부착되어 있으므로, 성막대상물(11)에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 억제할 수 있다. 이상으로부터, 성막대상물(11)에 있어서의 막질의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시형태에 관한 성막장치(1)에 의하면, 플라즈마(P)가 진공챔버(10) 내에 간헐적으로 생성되므로, 진공챔버(10) 내의 플라즈마(P)의 생성이 정지되어 있을 때에는 진공챔버(10) 내에 있어서의 플라즈마(P)의 전자온도가 급격하게 저하되어, 진공챔버(10) 내로 공급된 산소가스의 입자에 전자가 부착되기 쉬워진다. 이로써, 진공챔버(10) 내에서 산소음이온을 효율적으로 생성할 수 있다. 그 결과, 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에, 음이온을 효율적으로 부착시킬 수 있다. 이상에 의하여, 성막대상물(11)에 있어서의 막질의 저하를 확실히 억제할 수 있다.
성막장치(1)에 의하면, 단락스위치(SW1)를 전환하는 것만으로 용이하게 플라즈마(P)를 간헐적으로 생성할 수 있다. 예를 들면 플라즈마원(7)이 압력구배형 플라즈마건인 경우에는, 플라즈마(P)의 생성을 직접 정지시키는 것이 어렵지만, 본 실시형태에 관한 성막장치(1)에 의하면 단락스위치(SW1)를 전환하는 것만으로 용이하게 플라즈마(P)의 생성을 정지시킬 수 있어 적합하다.
성막장치(1)에 의하면, 자장발생코일(30)에 의하여 발생한 밀봉자장(M)의 자력선에 의하여, 성막실(10b) 내의 전자가 반송실(10a)로 유입하는 것을 억제할 수 있기 때문에, 성막실(10b) 내에서 음이온을 보다 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다. 그 결과, 성막대상물에 형성된 막의 표면에, 음이온을 보다 효율적으로 부착시킬 수 있다.
성막장치(1)에 의하면, 자장발생코일(30)이 성막실(10b)과 반송실(10a)의 사이에 마련되어 있기 때문에, 성막실(10b) 내의 전자가 반송실(10a)로 유입하는 것을 억제하는 방향의 자력선을 갖는 밀봉자장(M)을 적합하게 발생시킬 수 있다.
성막장치(1)에 의하면, 성막부(14)의 플라즈마원(7)과 이온생성부(24)의 플라즈마원(7)이 겸용되고 있기 때문에, 성막처리를 위하여 필요한 구성으로서 진공챔버(10) 내에 본래 구비되어 있는 구조를 크게 바꾸는 일 없이 음이온생성부(24)를 구성할 수 있다. 따라서, 성막조건에 주는 영향을 억제하면서 음이온생성부(24)를 마련하는 것이 가능해진다. 또한, 플라즈마원(7)이 겸용되고 있음으로써 장치구성을 간략화할 수 있다.
(제2 실시형태)
다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성막장치(1A)의 구성에 대하여 설명한다. 성막장치(1A)는, 제1 실시형태에 관한 성막장치(1)와 동일한 요소나 구조를 구비하고 있다. 이로 인하여, 제1 실시형태에 관한 성막장치(1)와 동일한 요소나 구조에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략하며, 제1 실시형태와 다른 부분에 대하여 설명한다.
도 4는, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)의 구성을 나타내는 개략단면도로서, 산소음이온생성모드에 있어서의 동작상태를 나타내는 도이다. 다만, 제2 실시형태에 관한 성막장치(1A)의 성막처리모드에 있어서의 동작상태를 나타내는 도는, 도 4와 비교하여, 단락스위치(SW1)가 OFF상태이며, 성막재료입자(Mb)가 성막실(10b) 내에 확산되어 있는 점에서만 다르고, 그 외의 점은 동일하기 때문에, 도시를 생략한다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 성막장치(1A)는, 성막대상물(11)의 판두께방향이 대략 연직방향(도 4에서는 Z축방향)이 되도록, 성막대상물(11)이 진공챔버(10) 내에 배치되어 반송되는 이른바 횡형의 성막장치이다. 다만, 본 실시형태에 관한 성막장치는, 상술한 이른바 종형의 성막장치여도 된다. 이하, 횡형의 성막장치를 예로서 설명한다.
성막장치(1A)는, 성막장치(1)와 동일하게, 진공챔버(10), 반송기구(3), 성막부(14), 및 음이온생성부(24)를 구비하고 있다. 한편으로, 성막장치(1A)는, 성막장치(1)와 달리, 자장발생코일(30) 및 그 케이스(31)를 구비하지 않는다.
또, 성막장치(1A)에서는, 성막대상물(11)의 반송방향이 일방향이 아니고 쌍방향(도 중의 화살표 B)으로 되어 있고, 성막대상물(11)을 지지하는 성막대상물지지부재(16)를 대신하여, 성막대상물(11)을 지지하는 성막대상물지지부재(16A)(지지부재)를 구비하고 있다. 즉, 본 실시형태에 있어서, 반송기구(3)는, 성막대상물지지부재(16A)를 반송방향(화살표 B)으로 반송한다. 성막대상물지지부재(16A)는, 예를 들면 성막대상물(11)의 피성막면을 노출시킨 상태에서 성막대상물(11)을 지지하여 반송하는 트레이 등이 이용된다. 다만, 성막대상물지지부재(16A)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.
또한 성막장치(1A)는, 성막 후의 성막대상물(11)에 정의 바이어스전압을 인가하기 위한 바이어스회로부(35)와, 진공챔버(10) 내에 마련된 트롤리선(18)과, 트롤리선(18)에 장력을 부여하는 장력부여부(25)와, 진공챔버(10)에 인접하여 배치된 로드록실(26)(진공로드록챔버)을 구비하고 있는 점에서, 성막장치(1)와는 다르다. 다만, 제1 실시형태에서는, 로드록실(26)의 도시 및 설명을 생략하고 있지만, 제1 실시형태에 관한 성막장치(1)가 로드록실(26)을 구비하고 있어도 된다. 또, 제1 실시형태에 관한 성막장치(1)에 있어서의 성막대상물(11)의 반송방향이 일방향이 아니고 쌍방향이어도 된다.
바이어스회로부(35)는, 성막대상물(11)에 정의 바이어스전압(이하, 간단히 "바이어스전압"이라고도 함)을 인가하는 바이어스전원(27)(전압인가부)과, 바이어스전원(27)과 트롤리선(18)을 전기적으로 접속하는 제3 배선(73)과, 제3 배선(73)에 마련된 단락스위치(SW3)를 갖고 있다. 바이어스전원(27)은, 바이어스전압으로서, 주기적으로 증감하는 구형파인 전압신호(주기적 전기신호)를 인가한다. 바이어스전원(27)은, 인가하는 바이어스전압의 주파수를 제어부(50)의 제어에 의하여 변경 가능하게 구성되어 있다. 제3 배선(73)은, 일단이 바이어스전원(27)의 정전위 측에 접속되어 있음과 함께, 타단이 장력부여부(25)의 풀리(25b)에 접속되어 있다. 이로써, 제3 배선(73)은, 풀리(25b)를 통하여 트롤리선(18)과 바이어스전원(27)을 전기적으로 접속한다.
단락스위치(SW3)는, 제3 배선(73)에 의하여, 풀리(25b)와 바이어스전원(27)의 정전위측의 사이에 있어서 직렬로 접속되어 있다. 단락스위치(SW3)는, 트롤리선(18)으로의 바이어스전압의 인가의 유무를 전환하는 전환부이다. 단락스위치(SW3)는, 제어부(50)에 의하여 그 ON/OFF상태가 전환된다. 단락스위치(SW3)는, 산소음이온생성모드에 있어서의 소정의 타이밍에서 ON상태로 된다. 단락스위치(SW3)가 ON상태로 되면, 트롤리선(18)과 바이어스전원(27)의 정전위측이 서로 전기적으로 접속되어, 트롤리선(18)에 바이어스전압이 인가된다.
한편, 단락스위치(SW3)는, 성막처리모드 시, 및 산소음이온생성모드에 있어서의 소정의 타이밍에 있어서 OFF상태로 된다. 단락스위치(SW3)가 OFF상태로 되면, 트롤리선(18)과 바이어스전원(27)이 서로 전기적으로 절단되어, 트롤리선(18)에는 바이어스전압이 인가되지 않는다. 다만, 바이어스전압을 인가하는 타이밍의 상세는, 후술한다.
트롤리선(18)은, 성막대상물지지부재(16A)로의 급전을 행하는 가선(架線)이다. 트롤리선(18)은, 성막대상물지지부재(16A)에 마련된 후술의 급전브러시(42)와 접속함으로써, 급전브러시(42)를 통하여 성막대상물지지부재(16A)로의 급전을 행한다. 트롤리선(18)은, 예를 들면 스테인리스제의 와이어 등에 의하여 구성되어 있다.
트롤리선(18)은, 반송실(10a) 내에 반송방향(화살표 B)으로 연신되어 마련되어 있다. 트롤리선(18)의 일단측은, 트롤리선고정부(28)에 의하여 반송실(10a) 내에 있어서의 상단내벽(10d)에 고정되어 있다. 트롤리선(18)의 타단측에는, 장력부여부(25)가 마련되어 있다. 다만, 트롤리선고정부(28)의 상세한 구성은, 후술한다.
장력부여부(25)는, 반송실(10a) 내에 있어서의 하단내벽(10e)에 고정된 풀리지지부(25a)와, 풀리지지부(25a)에 지지된 풀리(25b)와, 트롤리선(18)의 타단에 접속된 추부재(錘部材)(25c)를 갖고 있다. 풀리지지부(25a)는, 반송실(10a)의 하단내벽(10e)으로부터 상단내벽(10d)을 향하여 뻗고, 풀리(25b)의 축에 접속되어 있다. 풀리(25b)는, 트롤리선(18)을 받치고 있으며, 반송방향(화살표 B)으로 연신하고 있는 트롤리선(18)의 방향을, Z축부방향으로 변환한다. 추부재(25c)는, 소정의 무게를 갖고 있으며, 그 무게에 의하여 트롤리선(18)을 Z축부방향으로 끌어당긴다. 이로써, 트롤리선(18)에 장력이 부여되어, 트롤리선(18)이 열 등에 의하여 신축된 경우에도, 트롤리선(18)이 휘지 않도록 되어 있다.
로드록실(26)은, 반송방향(화살표 B)에 있어서의 반송실(10a)의 일단에 개폐 가능한 게이트(29)를 통하여 연결되어 있다. 다만, 로드록실(26)은, 반송실(10a)의 일단에 한정되지 않고, 그 타단에 연결되어 있어도 되고, 그 일단 및 타단의 양방에 연결되어 있어도 된다. 로드록실(26)은, 반송실(10a) 및 성막실(10b)과는 독립적으로 진공상태가 제어되어 있다. 로드록실(26)은, 게이트(29)를 통하여, 반송실(10a)과의 사이에서 성막대상물(11)을 반입반출한다.
로드록실(26)은, 성막부(14)에 의한 성막처리 후의 성막대상물(11)을 진공챔버(10)의 반송실(10a)로부터 반입한다. 이로써, 로드록실(26) 내에는, 성막처리 후의 성막대상물(11)이 수용된다. 로드록실(26) 내에서는, 후술하는 성막대상물지지부재(16A)에 있어서의 급전단자부(51)(도 6 및 도 8 참조)의 조작이 행해진다. 예를 들면, 급전단자부(51)는, 성막대상물(11)의 이면(裏面)(성막처리되는 측의 면)에 접촉하도록 조작된다. 이 조작에 의하여, 급전단자부(51)를 통하여 성막대상물(11)의 이면에 바이어스전압이 인가 가능해진다.
또, 로드록실(26)은, 로드록실(26) 내에 있어서 급전단자부(51)의 상기 조작이 행해져, 성막대상물(11)의 이면에 바이어스전압이 인가 가능해지면, 성막대상물(11)을 반송실(10a)로 반출한다. 예를 들면, 로드록실(26)은, 반입된 성막대상물(11)을, 음이온생성부(24)에 의한 음이온생성 후에, 진공챔버(10)의 반송실(10a)로 반출한다.
다음으로, 도 5를 참조하여, 트롤리선고정부(28)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 5의 (a)는, 트롤리선고정부(28)의 개략정면도이며, 도 5의 (b)는, 트롤리선고정부(28)의 개략측면도이다. 도 5의 (a) 및 (b)에 나타내는 바와 같이, 트롤리선고정부(28)는, 주변구조물(여기에서는, 상단내벽(10d))에 장착되는 장착부재(32)와, 트롤리선(18)을 고정하는 고정부(33)와, 급전브러시(42)(도 7 및 도 9 참조)를 트롤리선(18)으로 가이드하는 브러시용 가이드부(37)를 갖고 있다.
장착부재(32)는, 예를 들면 ㄷ자 형상의 판형상 부재에 의하여 구성되는 브래킷이다. 장착부재(32)는, 반송실(10a)에 있어서의 상단내벽(10d)(도 4 참조)에 볼트(32f) 등에 의하여 고정되는 상단고정부(32a)와, 상단고정부(32a)로부터 Z축부방향으로 뻗어 있는 연재부(32b)와, 연재부(32b)에 있어서의 Z축부방향에서의 선단부에 마련된 좌면부(32c)를 갖고 있다.
고정부(33)는, 장착부재(32)에 있어서의 Z축방향의 부방향에서의 단부에 마련된 나사지지부(33a)와, 나사지지부(33a)로부터 돌출된 장착나사(33b)와, 장착나사(33b)에 장착된 압착단자(33c)를 갖고 있다. 나사지지부(33a)는, 예를 들면 직육면체형상의 금속블록 등이다. 나사지지부(33a)는, 장착부재(32)의 연재부(32b)에 대하여, 자기 또는 유리 등의 절연부재(33g)를 통하여, 볼트(33f) 등에 의하여 고정되어 있다. 나사지지부(33a)는, 연재부(32b)로부터 Y축정방향으로 돌출되도록 마련되어 있다. 장착나사(33b)는, 나사지지부(33a)의 측면으로부터 X축정방향으로 돌출되어 있다. 압착단자(33c)는, 장착나사(33b)에 너트(33e) 등에 의하여 고정되어 있다. 압착단자(33c)에는, 트롤리선(18)의 일단이 접속되어 있다.
브러시용 가이드부(37)는, 장착부재(32)의 좌면부(32c)로부터 X축정방향으로 연장하는 연장부(37a)와, Z축정방향으로 굴곡하는 산 모양의 가이드부(37b)를 갖고 있다. 연장부(37a)는, 장착부재(32)의 좌면부(32c)와 일체적으로 형성되어 있으며, 고정부(33)의 장착나사(33b)보다 X축정방향으로 돌출되어 있다.
가이드부(37b)는, X축방향으로부터 보아, Z축정방향으로 상승하는 산 형상의 가장자리(37e)를 갖고 있다. 가이드부(37b)는, Y축방향에서 대략 중앙에 위치하는 부분이 가장 폭이 넓으며, 당해 폭이 넓은 부분이 고정부(33)의 압착단자(33c)의 위치에 대응하고 있다. 가이드부(37b)는, 로드록실(26)로부터 반출되어 반송실(10a)로 반입되어 온 성막대상물지지부재(16A)의 급전브러시(42)가, 트롤리선(18) 상에 재치되도록 가이드하는 기능을 갖는다(도 9 참조).
다음으로, 도 6~도 8을 참조하여, 성막대상물지지부재(16A)의 상세한 구성에 대하여 설명한다. 도 6은, 도 4의 성막대상물지지부재(16A)의 구성을 나타내는 개략평면도이다. 도 7은, 도 6의 VII-VII선을 따른 단면도이다. 도 8은, 도 6의 VIII-VIII선을 따른 단면도이다. 도 6~도 8에 있어서는, 직사각형 판형상의 성막대상물(11)을 예시하고 있다. 도 6에 있어서, 성막대상물(11)의 이면(11b)(성막처리되는 측의 면)은 지면(紙面) 안측의 면이며, 성막대상물(11)의 표면(11a)은 지면 앞측의 면이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 성막대상물지지부재(16A)는, 성막대상물(11)을 재치하여 반송하기 위한 트레이(63) 및 홀더(66)를 갖고 있다. 트레이(63) 및 홀더(66)는, 예를 들면 스테인리스강 등의 도전성금속재료에 의하여 형성되어 있다.
트레이(63)는, 성막대상물(11)이 지지된 홀더(66)를 재치하는 프레임형상의 용기이다. 트레이(63)는, 홀더(66)를 재치하는 대좌부(臺座部)(64)와, 홀더(66)의 외경에 대응하여 상승하고 있는 가장자리부(65)를 갖고 있다. 대좌부(64)는, 가장자리부(65)의 내측측면(65a)으로부터 돌출되어 있고, 홀더(66)의 이면(도 6의 지면 안측의 면)측을 지지하고 있다. 대좌부(64)는, 중앙부에 성막대상물(11)에 따른 외경의 개구부(64c)를 갖고 있다.
홀더(66)는, 성막대상물(11)을 지지하는 프레임형상의 지지부이다. 홀더(66)는, 홀더본체부(67)와, 홀더본체부(67)의 이면(67b)(도 6의 지면 안측의 면)에 마련된 복수의 클로부(68)와, 홀더본체부(67)의 이면(67b)측에 절연애자(絶緣碍子)(70)(도 7 및 도 8 참조)를 통하여 마련된 재치부(69)와, 절연애자(70)에 대한 오염방지용 커버(75)를 갖고 있다.
홀더본체부(67)는, 대략 직사각형상의 외형을 갖는 판형상으로서, 중앙부에 성막대상물(11)의 외형에 따른 개구부(67c)를 갖고 있다. 또, 홀더본체부(67)는, 후술하는 급전단자부(51)에 대응하는 위치에, 대략 Y자 형상의 개구부(67d)를 갖고 있다.
또, 홀더본체부(67)에는, 트롤리선(18)으로부터 급전되는 급전부로서, 급전브러시(42)와, 급전단자부(51)가 마련되어 있다. 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)는, 도전성재료로 형성되어 있다. 다만, 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)의 기능 및 구성의 상세는, 도 7~도 10을 참조하여 후술한다.
본 실시형태에서는, 평면에서 보았을 경우에 있어서, 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)가, 각각 점대칭이 되는 위치에 2개씩 마련되어 있다. 이로써, 홀더(66)를 180도 회전시킨 상태에서 성막대상물(11)을 반송시킨 경우여도, 트롤리선(18)으로부터 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)로의 급전이 가능하게 되어 있다. 또, 점대칭이 되도록 어긋나게 위치한 2개의 급전단자부(51) 중 어느 하나의 급전단자부(51)와 접촉 가능한 위치에 성막대상물(11)을 위치시키면 되기 때문에, 홀더(66) 상에서의 성막대상물(11)의 크기 및 위치의 자유도를 향상시킬 수 있다.
클로부(68)는, 평면에서 보아 개구부(67c)보다 내측으로 돌출되어 있고, 홀더본체부(67)와 겹치지 않게 노출된 부분을 갖고 있다. 클로부(68)는, 이 노출된 부분에 있어서, 성막대상물(11)의 이면(11b)을 지지하고 있다. 다만, 성막대상물(11)의 이면(11b) 중, 클로부(68)가 지지하고 있는 부분은, 클로부(68)가 겹쳐져 있기 때문에, 성막처리 후에 있어서도 성막되어 있지 않은 상태가 유지되어 있다. 즉, 클로부(68)와 성막대상물(11)의 이면(11b)의 사이는 절연 상태로 되어 있어, 홀더본체부(67)에 바이어스전압이 인가된 경우여도, 클로부(68)로부터 성막대상물(11)의 이면(11b)에는 급전되지 않는다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 재치부(69)는, 트레이(63)의 대좌부(64)에 재치되어 있다. 재치부(69)는, 볼트(69f) 등에 의하여, 홀더본체부(67)의 이면(67b)측에 고정되어 있다. 재치부(69)는, 홀더본체부(67)의 이면(67b)측으로부터 이간되어 고정되어 있고, 홀더본체부(67)의 이면(67b)에 비접촉으로 되어 있다.
재치부(69)와 볼트(69f)의 사이에는, 절연애자(70)가 마련되어 있고, 재치부(69)는, 홀더본체부(67)와 전기적으로 절연되어 있다. 절연애자(70)는, 예를 들면, 자기 또는 유리 등의 절연재료에 의하여 형성되어 있다. 홀더본체부(67)와 전기적으로 절연된 재치부(69)가 홀더본체부(67)와 트레이(63)의 사이에 개재되어 있음으로써, 트레이(63)는 홀더본체부(67)와 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 홀더본체부(67)에 바이어스전압이 인가된 경우여도, 트레이(63)는 전기적으로 절연된 상태로 되어 있다.
커버(75)는, 성막 시에 절연애자(70)에 도전성의 막이 부착되지 않도록 절연애자(70)를 보호하고 있다. 커버(75)는, 통부재(75a) 및 원판부재(75b)를 포함하고 있다. 통부재(75a)는, 홀더본체부(67)의 이면(67b)에 비접촉으로 되어 있고, 홀더본체부(67)의 이면(67b)과 재치부(69)의 사이에 있어서, 절연애자(70)의 주위를 둘러싸고 있다. 원판부재(75b)는, 절연애자(70)의 하단부(Z축부방향에서의 단부)에 마련되어, 당해 하단부의 전체를 덮고 있다. 이와 같이, 커버(75)에 의하여 절연애자(70)가 보호되고 있어, 그 결과, 절연애자(70)의 절연저하를 억제하는 것이 가능하게 되어 있다.
다음으로, 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
급전브러시(42)는, 바이어스전압이 인가된 트롤리선(18)과 접촉함으로써, 트롤리선(18)으로부터 홀더본체부(67)로의 급전을 행한다. 즉, 급전브러시(42)는, 홀더본체부(67)에 트롤리선(18)으로부터의 바이어스전압을 인가하는 기능을 갖는다. 또, 상술한 바와 같이, 홀더본체부(67)에 바이어스전압이 인가된 경우여도, 클로부(68)로부터 성막대상물(11)의 이면(11b)에는 급전되지 않는다. 따라서, 급전단자부(51)는, 성막대상물(11)의 이면(11b)과 접촉함으로써, 홀더본체부(67)로부터 성막대상물(11)의 이면(11b)으로의 급전을 행한다. 즉, 급전단자부(51)는, 성막대상물(11)의 이면(11b)에 홀더본체부(67)로부터의 바이어스전압을 인가하는 기능을 갖는다. 이하, 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 6, 도 7 및 도 9를 참조하여, 급전브러시(42)에 대하여 설명한다. 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 급전브러시(42)는, 판형상의 브러시체(43)와, 브러시체(43)를 지지하는 브러시축부(44)와, 브러시축부(44)를 지지하는 축지지부(45)와, 축지지부(45)를 홀더본체부(67)의 표면(67a)에 고정하는 브러시고정부(46)를 갖고 있다.
브러시체(43)는, 대략 직사각형상을 나타내고 있으며, 그 판두께방향이 Y축방향을 따르고 있다. 브러시체(43)는, 길이방향에서의 일단측이 자유단으로 되어 있고, 길이방향에서의 타단측에는 원형상의 기단부(43d)가 형성되어 있다. 기단부(43d)는, 도시하지 않은 이음매부 등을 통하여, Y축방향을 따라 뻗는 브러시축부(44)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 브러시체(43)는, 브러시축부(44)를 중심으로 회전 가능하게 되어 있고, 브러시체(43)가 X축방향을 따라 뻗은 상태에 있어서, 브러시체(43)의 자유단은 Z축방향을 따른 방향(도 7 중의 화살표 C)으로 이동 가능하게 되어 있다. 브러시체(43)의 가장자리(43e)는, Y축방향을 따라 뻗어 있는 트롤리선(18) 상에 재치된다. 이로써, 브러시체(43)는, 트롤리선(18)과 접촉한다. 그 결과, 브러시체(43)를 통하여, 트롤리선(18)으로부터 홀더본체부(67)에 급전된다.
브러시체(43)는, 브러시용 가이드부(37)에 의하여 트롤리선(18)에 재치되도록 가이드된다. 도 9는, 브러시용 가이드부(37)에 의하여 가이드되는 브러시체(43)의 동작을 설명하는 도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 성막대상물지지부재(16A)의 반송 시에 있어서, 브러시체(43)는, 반송방향인 Y축방향을 따라, 브러시용 가이드부(37)의 가이드부(37b) 상을 이동한다. 이때, 브러시체(43)의 가장자리(43e)와 가이드부(37b)의 가장자리(37e)가 맞닿은 상태가 된다. 이로써, 브러시체(43)는, 압착단자(33d)를 넘도록 Y축방향을 따라 이동하고, 압착단자(33d)에 접속된 트롤리선(18) 상에 재치되어, 브러시체(43)가 트롤리선(18)과 접촉한다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하여, 브러시축부(44)는, Y축방향으로 뻗어 있고, 그 일단 및 타단이 축지지부(45)에 고정되어 있다. 축지지부(45)는, 브러시축부(44)의 일단 및 타단에 위치하고 있다. 축지지부(45)는, 대략 L자 형상의 판부재이며, Z축방향을 따라 뻗는 측면부(45a)와, X축방향 및 Y축방향을 따라 뻗는 바닥면부(45b)를 갖고 있다. 측면부(45a)는, 브러시축부(44)와 고정되어 있고, 바닥면부(45b)는, 브러시고정부(46)와 고정되어 있다.
브러시고정부(46)는, 축지지부(45)와 홀더본체부(67)의 사이에 배치되어 있다. 브러시고정부(46)는, 대략 L자 형상의 판부재이며, Z축방향을 따라 뻗는 측면부(46a)와, Z축방향 및 Y축방향을 따라 뻗는 바닥면부(46b)를 갖고 있다. 측면부(46a)는, 브러시체(43)가 홀더본체부(67)보다 Z축부방향으로 회전해 버리지 않도록, 브러시체(43)의 가장자리(43e)를 받칠 수 있다. 바닥면부(46b)는, 축지지부(45)의 바닥면부(45b)와, 홀더본체부(67)의 표면(67a)에 고정되어 있다.
계속해서, 도 8 및 도 10을 참조하여, 급전단자부(51)에 대하여 설명한다. 도 10은, 급전단자부(51)의 동작을 설명하는 도이다. 도 10의 (a)는, 도 6의 급전단자부(51)를 확대하여 나타내는 도이며, 도 10의 (b)는, 도 10의 (a)의 b-b선을 따른 단면도이다.
도 8 및 도 10에 나타내는 바와 같이, 급전단자부(51)는, 성막대상물(11)의 이면(11b)에 접촉 가능한 리드단자(52)와, 리드단자(52)를 지지하는 리드축부(56)와, 리드축부(56)를 지지하는 축지지부(57)와, 리드단자(52)의 회전을 규제하는 회전규제부(58)를 갖고 있다.
리드단자(52)는, 도시하지 않은 이음매부 등을 통하여, Y축방향을 따라 뻗는 리드축부(56)에 회전 가능하게 지지되어 있다. 즉, 리드단자(52)는, 리드축부(56)를 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.
리드단자(52)는, 판형상 부재가 절곡되어 이루어지고, 회전규제부(58)에 맞닿는 맞닿음부(53)와, 맞닿음부(53)로부터 V자 형상으로 절곡된 절곡부(54)와, 절곡부(54)가 절곡된 방향과는 반대측을 향하여 절곡부(54)로부터 절곡된 선단돌기부(55)를 갖고 있다.
맞닿음부(53)의 이면(53b)은, 회전규제부(58)의 표면(58a)에 맞닿음으로써, 회전규제부(58)에 지지된다. 이로써, 리드축부(56)를 회전 중심으로 한 리드단자(52)의 회전이 규제된다. 맞닿음부(53)의 표면(53a)에는, 추부재(53c)가 접합되어 있다.
절곡부(54)는, 맞닿음부(53)가 회전규제부(58)에 지지된 상태, 즉 맞닿음부(53)가 X축방향을 따라 뻗은 상태에 있어서, 맞닿음부(53)로부터 Z축부방향으로 절곡되어 있다. 절곡부(54)는, 맞닿음부(53)에 대하여 둔각을 이루도록 뻗어 있다. 선단돌기부(55)는, 맞닿음부(53)가 회전규제부(58)에 지지된 상태, 즉 맞닿음부(53)가 X축방향을 따라 뻗은 상태에 있어서, 절곡부(54)로부터 Z축정방향으로 절곡되어 있다. 선단돌기부(55)는, 절곡부(54)에 대하여 대략 직각으로, 성막대상물(11)의 이면(11b)을 향하여 뻗어 있다. 선단돌기부(55)는, 리드단자(52)의 회전에 의하여 성막대상물(11)의 이면(11b)에 접촉 가능하게 되어 있다.
리드축부(56)는, Y축방향으로 뻗어 있고, 그 일단 및 타단이 축지지부(57)에 고정되어 있다. 축지지부(57)는, 리드축부(56)의 일단 및 타단에 위치하고 있다. 축지지부(57)는, 대략 L자 형상의 판부재이며, Z축방향을 따라 뻗는 측면부(57a)와, X축방향 및 Y축방향을 따라 뻗는 바닥면부(57b)를 갖고 있다. 측면부(57a)는, 홀더본체부(67)의 개구부(67d)로부터 홀더본체부(67)의 이면(67b)측으로 처지게 되어 있으며, 리드축부(56)와 고정되어 있다. 바닥면부(57b)는, 홀더본체부(67)의 표면(67a)에 고정되어 있다.
회전규제부(58)는, 대략 직사각형상의 판형상 부재이며, 홀더본체부(67)의 이면(67b)에 마련되어 있다. 회전규제부(58)는, 볼트(58f) 등에 의하여, 홀더본체부(67)의 이면(67b)을 따라 회전 가능하게 지지되어 있다.
구체적으로, 회전규제부(58)는, 실선으로 나타내는 리드단자(52)를 지지하는 위치로부터, 도 10의 (a)에 나타내는 화살표 E방향으로 회전 가능하게 되어 있고, 2점쇄선으로 나타내는 위치로 이동 가능하게 되어 있다. 회전규제부(58)가 도 10의 (a)에 나타내는 화살표 E방향으로 회전하면, 회전규제부(58)의 표면(58a)이 맞닿음부(53)의 이면(53b)에 맞닿지 않게 된다. 이로써, 회전규제부(58)에 의한 리드단자(52)의 회전규제가 해제되고, 추부재(53c) 등의 무게에 의하여 리드단자(52)가 도 10의 (b)에 나타내는 화살표 D방향으로 회전한다. 그리고, 리드단자(52)가 실선으로 나타내는 위치로부터 2점쇄선으로 나타내는 위치로 이동하고, 리드단자(52)의 선단돌기부(55)가 성막대상물(11)의 이면(11b)에 접촉한다. 그 결과, 선단돌기부(55)를 통하여, 홀더본체부(67)로부터 성막대상물(11)의 이면(11b)에 급전된다.
또, 회전규제부(58)에는, 상기의 회전이동을 조작하는 조작부(58d)가 마련되어 있다. 조작부(58d)는, 예를 들면 볼트 등에 의하여 구성되어 있고, 회전규제부(58)의 이면(58b)측으로부터 표면(58a)측으로 관통하여 표면(58a) 상에 돌출되어 있다. 상술한 바와 같이, 급전단자부(51)의 조작은, 성막대상물지지부재(16A)가 로드록실(26) 내로 반입된 타이밍에 행해진다. 즉, 로드록실(26) 내에 있어서 급전단자부(51)의 조작부(58d)가 조작되어, 급전단자부(51)가 성막대상물(11)의 이면(11b)에 접촉하게 된다. 조작부(58d)는, 예를 들면 소정의 작동 조건이 성립한 경우에 작동하는 액추에이터(도시하지 않음) 등에 의하여 조작된다. 다만, 조작부(58d)의 조작은 액추에이터 등에 의한 조작에 한정되지 않고, 수동 등을 포함하여 그 외의 어떠한 조작방법이어도 된다.
다음으로, 도 11을 참조하여, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가하는 적합한 타이밍에 대하여 설명한다. 다만, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가하는 타이밍은, 이하에 설명하는 타이밍에 한정되지 않고, 예를 들면 음이온생성모드에 있어서의 임의의 타이밍에 바이어스전압을 인가해도 된다.
도 11은, 진공챔버(10) 내에 존재하는 이온의 플럭스의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 도 11의 가로축은, 산소음이온생성모드에 있어서의 처리시간[sec]을 나타내고, 도 11의 세로축은, 진공챔버(10) 내에 있어서의 이온의 플럭스강도[a. u.]를 나타내고 있다. 그래프 G1은 아르곤양이온의 플럭스의 시간변화를 나타내는 그래프이고, 그래프 G2는 산소양이온의 플럭스의 시간변화를 나타내는 그래프이며, 그래프 G3은 산소음이온의 플럭스의 시간변화를 나타내는 그래프이다. 또, 도 11에 있어서, 기간 T1은 플라즈마(P)의 생성이 행해지고 있는 기간을 나타내고, 기간 T2는, 플라즈마(P)의 생성이 정지되어 있는 기간을 나타내고 있다. 즉, 도 11은, 플라즈마(P)를 생성하는 타이밍과 진공챔버(10) 내에 존재하는 이온의 관계를 나타내고 있다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 플라즈마(P)를 생성하는 기간 T1과 플라즈마(P)의 생성을 정지하는 기간 T2는 반복되고 있으며, 플라즈마(P)가 간헐적으로 생성되고 있다. 플라즈마(P)의 생성이 정지된 후, 약 0.001~0.0015초 정도의 사이는, 아르곤양이온 및 산소양이온이 많이 존재하고, 이에 대응하는 전자도 존재하고 있다. 그리고, 플라즈마(P)의 생성이 정지된 후, 약 0.002초 정도 이후는, 아르곤양이온 및 산소양이온이 소실됨과 함께 전자가 소실되는 한편, 산소음이온의 비율이 증가한다.
따라서, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에서는, 음이온생성부(24)에 의한 플라즈마(P)의 생성이 정지된 후에, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가한다. 예를 들면, 바이어스전원(27)은, 산소음이온생성모드에 있어서, 플라즈마(P)의 생성이 정지되고 나서 수밀리 초 후의 타이밍에, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가한다. 보다 구체적으로는, 플라즈마(P)의 생성이 행해지고 있는 동안은, 제어부(50)에 의하여 단락스위치(SW3)가 OFF상태로 되어 있고, 플라즈마(P)의 생성이 정지되고 나서 수밀리 초 후에, 제어부(50)에 의하여 단락스위치(SW3)가 ON상태로 된다. 단락스위치(SW3)가 ON상태로 되면, 트롤리선(18)과 바이어스전원(27)이 서로 전기적으로 접속되어, 트롤리선(18)에 바이어스전압이 인가된다.
그리고, 트롤리선(18)으로부터 브러시체(43)를 통하여 홀더본체부(67)에 급전되고, 홀더본체부(67)로부터 선단돌기부(55)를 통하여 성막대상물(11)의 이면(11b)에 급전된다. 이와 같이 하여 성막대상물(11)의 이면(11b)에 정의 바이어스전압이 인가되는 결과, 산소음이온생성모드에 있어서 생성된 산소음이온이 성막대상물(11)의 이면(11b)측으로 끌어 당겨진다.
특히, 본 실시형태에서는, 플라즈마(P)의 생성이 정지되고 나서 수밀리 초 후의 산소음이온이 큰 폭으로 증가한 타이밍에 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가한다. 이로써, 많은 산소음이온이, 성막대상물(11)의 이면(11b)측으로 끌어당겨져, 성막대상물(11)에 형성된 막에 조사된다.
또, 성막대상물(11)로의 바이어스전압의 인가는, 음이온생성부(24)에 의한 다음번의 플라즈마(P)의 생성이 개시되기 직전까지 속행(續行)한다. 구체적으로는, 음이온생성부(24)에 있어서의 다음번의 플라즈마생성이 개시되기 직전에 있어서, 제어부(50)에 의하여 단락스위치(SW3)가 OFF상태로 되어, 트롤리선(18)과 바이어스전원(27)이 서로 전기적으로 비접속으로 된다. 이와 같이, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가하는 타이밍은, 음이온생성모드에 있어서 플라즈마(P)의 생성기간과 교대로 반복된다.
다음으로, 도 12~도 14를 참조하여, 성막처리 후의 성막대상물(11)에 대하여, 바이어스전압을 인가하여 산소음이온을 조사한 것에 의한 작용효과에 대하여 설명한다.
먼저, 도 12 및 도 13을 참조하여, 성막대상물(11)에 형성된 막의 전기적 특성에 대한 산소음이온 조사의 효과를 설명한다. 도 12는, 산소음이온 조사의 유무와 캐리어밀도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12의 가로축은, 산소가스유량(Oxygen Flow Rate: OFR)[sccm]을 나타내고, 도 12의 세로축은, 캐리어밀도[cm-3]를 나타내고 있다. 도 12의 그래프 G4는, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우에 있어서의, 산소가스유량에 대응한 캐리어밀도를 나타내는 그래프이다. 도 12의 그래프 G5는, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우에 있어서의, 산소가스유량에 대응한 캐리어밀도를 나타내는 그래프이다.
또, 도 13은, 산소음이온 조사의 유무와 광학적이동도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 13의 가로축은, 산소가스유량[sccm]을 나타내고, 도 13의 세로축은, 광학적이동도(μopt)[cm2/Vs]를 나타내고 있다. 도 13의 그래프 G6는, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우에 있어서의, 산소가스유량에 대응한 광학적이동도를 나타내는 그래프이다. 도 13의 그래프 G7은, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우에 있어서의, 산소가스유량에 대응한 광학적이동도를 나타내는 그래프이다. 다만, 광학적이동도는, 성막대상물(11)의 결정립 내의 이동도를 측정한 것이다.
성막처리모드에 있어서의 성막조건으로서는, 전륫값을 150A로 하고, 산소가스유량을 10sccm, 15sccm, 20sccm, 또는 25sccm으로 함으로써, 성막대상물(11)에 Ga가 4.0wt%이며 50nm 두께인 ZnO막을 형성했다. 산소음이온생성모드에 있어서의 산소음이온 조사조건으로서는, 방전전륫값을 12A로 하고, 산소가스유량을 10sccm으로 하여, 주파수가 60Hz이고 구형파인 15V의 바이어스전압을 성막대상물(11)에 10분간 인가했다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 모든 산소가스유량에 대하여, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우보다, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우가, 캐리어밀도가 저하되어 있다. 구체적으로, 산소가스유량이 10sccm, 15sccm, 20sccm인 경우에는 약 20%의 캐리어밀도의 저하가 보이고, 산소가스유량이 25sccm인 경우에는 약 7%의 캐리어밀도의 저하가 보인다. 캐리어밀도의 저하는, 캐리어(전자)가 입계나 불순물 등에 트랩된, 또는 산소공공(酸素空孔)이 감소된 것을 나타내고 있다.
또, 도 13에 나타내는 바와 같이, 모든 산소가스유량에 대하여, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우보다, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우가, 광학적이동도가 증가되어 있다. 광학적이동도의 증가는, 결정 내의 산소공공이 감소하여 입자 내의 이동도가 향상된 것을 나타내고 있다. 이 결과는, 캐리어밀도의 감소와도 부합하고 있다. 이상으로부터, 성막 후의 성막대상물(11)에 형성된 막이, 산소음이온 조사에 의하여 개질된 것을 확인할 수 있다.
따라서, 성막처리 후의 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사함으로써, 성막대상물(11)의 막에 있어서의 산소공공을 줄이는 조정을 행하여, 막을 개질할 수 있다. 따라서, 막이 형성된 성막대상물(11)을 대기 중에 취출한 경우에도, 성막대상물(11)에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것을 억제할 수 있고, 나아가서는 막질의 저하를 억제할 수 있다.
계속해서, 도 14를 참조하여, 성막대상물(11)에 있어서의 막을 수소가스센서에 이용한 경우의 수소가스센서 특성에 대한 산소음이온 조사의 효과를 설명한다. 도 14는, 산소음이온 조사의 유무와 수소가스센서특성의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 14의 가로축은, 수소가스센서의 응답시간[sec]을 나타내고, 도 14의 세로축은 수소가스센서에 흐르는 전륫값[A]을 나타낸다. 도 14의 (a)는, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우에 있어서의, 수소가스센서의 응답시간에 대한 전륫값을 나타내는 그래프이다. 도 14의 (b)는, 산소음이온생성모드에 있어서 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우에 있어서의, 수소가스센서의 응답시간에 대한 전륫값을 나타내는 그래프이다.
도 14의 (b)에 나타내는 바와 같이, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사하지 않은 경우에는, 수소가스센서의 전륫값의 그라운드레벨이 안정되지 않아, 수소가스센서의 동작이 불안정하게 되어 있다. 이에 대하여, 도 14의 (a)에 나타내는 바와 같이, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한 경우에는, 수소가스센서의 전륫값의 그라운드레벨이 안정되어, 수소가스센서의 동작안정성이 향상되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이상, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에 의하면, 바이어스전원(27)에 의하여, 성막처리 후의 성막대상물(11)에 정의 바이어스전압이 인가된다. 이로써, 음이온생성부(24)에서 생성된 산소음이온이 성막대상물(11) 측으로 끌어당겨져, 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 조사된다. 그 결과, 성막대상물(11)에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 보다 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에 의하면, 성막대상물(11)을 지지하는 성막대상물지지부재(16A)에 마련된 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)가, 진공챔버(10) 내에 마련된 트롤리선(18)으로부터 급전된다. 이로써, 성막대상물지지부재(16A)의 급전브러시(42) 및 급전단자부(51)를 통하여 성막대상물(11)에 정의 전압을 용이하게 인가할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에 의하면, 장력부여부(25)에 의하여 트롤리선(18)에 장력이 부여된다. 이로써, 진공챔버(10) 내에서 발생하는 열 등에 의하여 트롤리선(18)이 신축된 경우에도 휘어 버리는 것을 억제할 수 있다.
또, 진공챔버(10) 내에 존재하는 산소음이온은, 음이온생성부(24)에 의한 플라즈마(P)의 생성이 정지된 후에 증가한다. 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에 의하면, 이와 같은 플라즈마(P)의 생성이 정지된 후의 산소음이온이 증가한 타이밍에 성막대상물(11)에 정의 바이어스전압이 인가된다. 이로써, 많은 산소음이온이 성막대상물(11)에 조사된다. 그 결과, 성막대상물(11)에 있어서의 막의 표면에 대기 중의 산소가 부착되는 것에 의한 막질의 저하를 더욱 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 성막장치(1A)에 의하면, 성막처리 후의 성막대상물(11)이 진공챔버(10)의 반송실(10a)로부터 로드록실(26)로 반입됨과 함께, 당해 반입된 성막대상물(11)이 음이온생성부(24)에 의한 산소음이온생성 후에 로드록실(26)로부터 진공챔버(10)의 반송실(10a)로 반출된다. 이로써, 성막대상물(11)은, 대기 중에 노출되지 않고, 산소음이온이 생성된 적절한 타이밍에 반송실(10a)로 반입된다. 그 결과, 산소음이온을 적합하게 성막대상물(11)에 조사할 수 있다.
이상, 본 실시형태의 일 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하고, 또는 다른 것에 적용한 것이어도 된다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 플라즈마원(7)을 압력구배형 플라즈마건으로 했지만, 플라즈마원(7)은, 진공챔버(10) 내에 플라즈마를 생성할 수 있으면 되고, 압력구배형 플라즈마건에는 한정되지 않는다.
또, 상기 실시형태에서는, 음이온의 생성 시에, 간헐적으로 플라즈마를 생성한다고 했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 음이온의 생성 시에, 정상적으로 전류를 제2 중간전극(62)에 공급하여, 정상방전을 발생시켜도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 플라즈마원(7)과 하스기구(2)의 세트가 진공챔버(10) 내에 1세트만 마련되어 있지만, 복수 세트 마련해도 된다. 또, 하나의 재료에 대하여 복수의 플라즈마원(7)으로부터 플라즈마(P)를 공급해도 된다. 상기 실시형태에서는, 링하스(6)가 마련되어 있지만, 플라즈마원(7)의 방향과 하스기구(2)에 있어서의 재료의 위치나 방향을 고려함으로써, 링하스(6)를 생략해도 된다.
스티어링코일(5)은, 산소음이온생성모드에 있어서는, 반드시 여자되지 않아도 된다.
도 3에 나타내는 성막방법에 있어서, 음이온생성공정 S2에 포함되는 원료가스공급공정 S21, 플라즈마생성공정 S22, 및 밀봉자장형성공정 S23은, 반드시 이 순서로 처리되지 않아도 되고, S21~S23의 처리를 동시에 행해도 된다. 또, 성막공정 S1에 있어서 성막처리가 완전히 종료되기 전에 성막공정 S1을 종료하고 음이온생성공정 S2로 진행해도 된다.
성막장치(1, 1A)는, 진공챔버(10)의 외부에 있어서, 예를 들면 플라즈마원(7)에 대향하는 위치(예를 들면, 성막실(10b)의 측벽(10i)측)에 배치된 대향코일을 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 진공챔버(10) 내에는 플라즈마원(7)으로부터 대향코일을 향하는 방향으로 뻗는 자장이 형성되어 있어도 된다. 이와 같은 자장이 형성되어 있으면, 진공챔버(10) 내에 있어서의 플라즈마(P)의 전자가 이 자장에 구속되어, 당해 전자의 성막대상물(11)로의 유입이 억제된다. 이로써, 진공챔버(10) 내에서 생성된 음이온을 성막대상물(11)을 향하여 확산시키기 쉽게 할 수 있어, 효율적으로 음이온을 성막대상물(11)에 형성된 막의 표면에 부착시킬 수 있다.
또, 성막장치(1, 1A)는, 예를 들면 성막실(10b)의 측벽(10i)의 내벽(10k)에 배치되고, 양극으로서 기능하는 대향전극을 구비하고 있어도 된다. 대향전극은, 상기의 대향코일을 마련한 경우에 진공챔버(10) 내에 형성되어 있는 자장을 수렴할 수 있다. 그리고, 이와 같이 수렴된 자장을 따라 플라즈마(P)의 전자를 적합하게 유지시켜 당해 전자의 성막대상물(11)로의 유입을 보다 억제할 수 있다. 이로써, 진공챔버(10) 내에서 생성된 산소음이온을 성막대상물(11)을 향하여 더욱 확산시키기 쉽게 할 수 있어, 보다 효율적으로 산소음이온을 성막대상물에 형성된 막의 표면에 부착시킬 수 있다.
상기 실시형태에 관한 성막장치(1, 1A)는, 이온플레이팅법을 이용하여 성막을 행하는 장치라고 했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 스퍼터링법, 또는 화학증착법 등을 이용해도 된다.
*상기 제2 실시형태에 관한 성막장치(1A)는, 자장발생코일(30) 및 그 케이스(31)를 구비하고 있지 않다고 했지만, 이에 한정되지 않고, 자장발생코일(30) 및 그 케이스(31)를 구비하고 있어도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가함으로써, 성막대상물(11)에 산소음이온을 조사한다고 했지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 성막대상물(11)에 바이어스전압을 인가하는 것을, 성막대상물(11)에 성막재료입자(Mb)를 퇴적(성막)시킬 때에 이용할 수 있다. 이 경우, 성막대상물(11)에는 부의 바이어스전압을 인가함으로써, 성막대상물(11)은 부의 전하를 띠기 때문에, 성막실(10b) 내에 존재하는 전자가 반송실(10a)측에 진입하는 것을 억제함과 함께, 성막실(10b) 내에 존재하는 이온화된 성막재료입자(Mb)가 반송실(10a)측에 진입하도록 촉진하는 것이 가능해진다.
1…성막장치
7…플라즈마원(플라즈마건)
10…진공챔버
10a…반송실
10b…성막실
11…성막대상물
14…성막부
16A…성막대상물지지부재
18…트롤리선
24…음이온생성부
25…장력부여부
26…로드록실(진공로드록챔버)
27…바이어스전원(전압인가부)
30…자장발생코일
40…원료가스공급부
42…급전브러시(급전부)
50…제어부
51…급전단자부(급전부)
Ma…성막재료
Mb…성막재료입자
P…플라즈마
SW1…단락스위치(전환부)
M…밀봉자장

Claims (7)

  1. 대상물에 음이온을 조사하기 위한 음이온생성장치로서,
    플라즈마를 생성하는 플라즈마원과,
    상기 대상물을 지지하는 지지부를 내부에 가지는 진공챔버와,
    상기 진공챔버 내에 음이온의 원료가스를 공급하는 원료가스공급부를 가지고,
    상기 진공챔버 내에 상기 플라즈마원에 의해 생성된 상기 플라즈마가 공급되고, 상기 음이온의 원료가스와 상기 플라즈마로부터 음이온이 생성되며,
    상기 진공챔버는, 음이온의 원료에 플라즈마를 공급하여 원료에 전자를 부착시키는 음이온생성실과, 상기 대상물을 반송하는 반송실을 가지고,
    음이온생성실에서의 음이온 생성 중, 상기 음이온생성실 내의 전자가 상기 반송실로 유입하는 것을 억제하는 자장발생장치를 더 구비하는,
    음이온생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공챔버 내에 있어서의 플라즈마의 전자온도를 저하시키는 수단은, 상기 진공챔버 내로의 상기 플라즈마의 공급을 간헐적으로 행하도록 제어하는 제어부인 것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진공챔버 내로의 상기 플라즈마의 공급과 차단을 전환하는 전환부를 더 가지고,
    상기 제어부는, 상기 전환부를 전환하는 것에 의해서 상기 플라즈마의 공급을 간헐적으로 행하는 것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자장발생장치는 자장발생코일인 것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 자장발생코일은, 상기 음이온생성실로부터 상기 반송실로 향하는 방향과 교차하는 방향으로 뻗는 자력선을 갖는 밀봉자장을 진공챔버 내에 형성하는 것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마원은 압력구배형 플라즈마건인 것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
  7. 대상물에 음이온을 조사하기 위한 음이온생성장치로서,
    상기 대상물이 지지되는 진공챔버 내에 플라즈마를 공급하는 플라즈마원과,
    상기 진공챔버 내에 음이온의 원료가스를 공급하는 원료가스공급부를 가지고,
    상기 음이온의 원료가스와 상기 플라즈마로부터 음이온이 생성되며,
    상기 플라즈마원은, 플라즈마를 수렴시키는 전극을 갖는 압력구배형 플라즈마건이며, 상기 전극으로의 전류의 흐름을 전환하는 전환부를 갖고,
    상기 진공챔버는, 음이온의 원료에 플라즈마를 공급하여 원료에 전자를 부착시키는 음이온생성실과, 상기 대상물을 반송하는 반송실을 가지고,
    음이온생성실에서의 음이온 생성 중, 상기 음이온생성실 내의 전자가 상기 반송실로 유입하는 것을 억제하는 자장발생장치를 더 구비하는,
    것을 특징으로 하는 음이온생성장치.
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