KR20060031611A - 박막형성장치 및 박막형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 박막형성장치(1)는 내벽을 진공으로 유지하는 진공용기(11)와 진공용기(11)내에 반응성 가스를 도입하는 가스도입수단(76)과 진공용기(11)내에 반응성 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단(61)를 구비한다. 그리고 진공용기(11)내의 벽면에는 열분해 질화붕소(P)가 피복된다.

박막, 진공용기, 플라즈마, 스퍼터

Description

박막형성장치 및 박막형성 방법{THIN FILM FORMING DEVICE AND THIN FORMING METHOD}

본 발명은 광학 박막이나 디바이스(device), 옵트일렉트로닉스(opt electronics)용 디바이스 등에 이용하는 박막을 제조하기 위해 박막 형성장치 및 박막형성방법에 관한 것으로 특히 플라즈마 발생 수단이나 진공용기를 개량하여 박막과 화학반응 하는 활성종의 밀도를 향상시키는 박막형성장치 및 상기 박막형성장치를 이용한 박막형성방법에 관한 것이다.

종래의 진공용기 내에서 플라즈마화 시킨 반응성 가스를 이용하여 기판 상에 박막을 형성하고 형성한 박막의 표면개질, 에칭등의 플라즈마 처리가 실시되고 있다. 예를 들면, 스퍼터(sputter) 기술을 이용하여 기판상에 금속 불완전 반응물로 부터 박막을 형성하고 상기 불완전 반응물로부터 박막을 형성하는 기술이 알려져 있다(참조, 특개2001-234338호 공보).

상기 기술에서는 박막형성장치가 구비되는 진공용기 내에서 반응성 가스를 플라즈마화 하기 위하여 플라즈마 발생수단이 이용된다. 플라즈마 발생수단으로 플라즈마화 한 가스에는 이온, 전자, 원자, 분자등의 활성종(라디컬, 여기상태의 플라즈마등)이 포함된다. 플라즈마화한 가스에 포함되는 전자, 이온은 박막에 손상을 입힐 우려가 있는 반면에 전기적으로 중성인 반응성 가스의 라디컬은 박막의 형성에 기여 하는 경우가 많다. 이를 위해 상기한 종래기술에서는 전자, 이온이 기판상의 박막을 향하여 저지하여 라디컬을 선택적으로 박막에 접촉시키기 위하여 그릿트(grits)가 이용된다. 상기와 같이 그릿트를 이용하는 것으로, 박막의 형성에 기여하는 라디컬의 플라즈마 가스 내에 있어서 상대적인 밀도를 향상시키며, 플라즈마처리의 효율화가 서술되어있다.

하지만 라디컬의 상대적인 밀도를 향상시키기 위해 그릿트를 이용하면 박막형성장치의 구조가 복잡해진다는 문제점이나 진공용기 내의 라디컬의 분포영역이 그릿트의 수법, 형태, 배치에 의해 제한을 받는 문제점이 있었다. 상기한 문제점은 광범위한 플라즈마 처리를 실행하는 것을 방해하고 플라즈마 처리의 비효율화 요인이 되며 결과적으로 박막의 생산효율의 향상을 저해하게 된다. 또한, 라디컬 분포영역을 넓히기 위해서 그릿트를 크게 하면 비용이 높아지는 문제점이 있다.

그런데, 플라즈마를 발생시키기 위해 플라즈마 발생수단으로서, 종래의 평행평판형, ECR형, 유도결합형 등의 장치가 알려져 있다. 유도결합형 장치로서는 원통형과 평판형장치가 알려져 있다.

도 10은 종래의 평판형 플라즈마 발생장치(161)를 도시한 것이다. 도 10의 A는 박막형성장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 10의 A에 도시한 것처럼 종래의 평판형 플라즈마 발생 수단은 진공용기(111)의 일부를 석영등의 유전체로부터 유전판(163)이 형성되며 유전판(163)의 대기측에 위치하는 외벽을 따라 안테나(165)가 배치된다.

도 10의 B는 안테나(165)의 형태를 도시하였다. 안테나(165)는 동일 평면 내에서 소용돌이형으로 되어 있다. 종래의 평판형의 플라즈마 발생장치(161)에서는 안테나(165)에 매칭(matching)회로를 구비한 매칭박스(167)를 사이에 두고 고주파전원(169)에 의해 100kHz~50MHz의 주파수의 전력을 인가하여 진공용기(111)내의 플라즈마를 발생 시킨다.

안테나(165)에 대한 고주파 전력의 인가는 도 10의 매칭박스(167)에서 도시되어 있는 것처럼 임피던스(impedence) 매칭을 하기 위해 매칭 회로를 사이에 둔다. 도 10에 도시된 바와 같이 안테나(165)와 고주파전원(169)의 사이에 접속되는 매칭회로는 가변콘덴서(167a,167b)와 매칭박스용 코일(167c)을 구비한다.

종래의 플라즈마 발생수단으로 진공용기 내 광범위하게 플라즈마 처리를 한는 경우에는 안테나(165)를 크게 하는 경우가 있지만 그러면 안테나(165)나 매칭용 코일(167c)로 전력 손실이 크게 되며, 임피던스의 매칭을 얻기 힘들게 되는 문제가 있다. 또한 광범위한 플라즈마 처리를 하는 경우에는 장소에 따라 플라즈마의 밀도에 얼룩이 생기는 등의 문제가 일어난다.

상기한 문제점에 있어서, 본 발명의 목적은 효율이 좋고 광범위한 플라즈마 처리하는 것이 가능한 박막형성장치 및 박막형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 박막형성장치에 있어서, 내부를 진공상태로 유지하는 진공용기와, 상기 진공용기 내에 반응성 가스를 도입하는 가스 도입수단과, 상기 진공용기내에 상기 반응성 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 구비하는 박막형성장치로서 열분해 질화붕소가 상기 진공용기 내의 벽면에 피복되어 있는 것을 특징으로 한다.

열분해 질화붕소가 진공용기 내의 벽면에 피복되어있는 것에 의해 플라즈마 발생수단에서 발생된 플라즈마 중의 라디컬 또는 여기상태의 라디컬 등의 활성종이 진공용기 내의 벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제하는 게 가능하게 된다.

이때 열분해 질화붕소가 피복되는 상기 진공용기 내의 벽면이 상기 진공용기내 벽면인 것이 바람직하다.

상기와 같이 진공용기 내벽면에 열분해 질화붕소가 피복되는 것으로 플라즈마 안에 라디컬 또는 여기상태의 라디컬등의 활성종이 진공용기와 반응하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 열분해 질화붕소가 피복되는 상기 진공용기 내의 벽면이 상기 플라즈마 발생수단에 의해 플라즈마가 발생하는 영역에 면하여 상기 진공용기 내벽면인 것이 바람직하다.

상기와 같이 플라즈마가 발생하는 영역에 면한 진공용기의 내벽면에 열분해 질화붕소가 피복되는 것으로 플라즈마중의 라디컬 또는 여기상태의 라디컬 등의 활성종이 진공용기와 반응하여 소멸하는 것을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 상기 플라즈마 발생수단에 의해 플라즈마가 발생하는 영역에 면하여 상기 진공용기의 내벽면으로부터 수속(收束)벽의 벽면인 것이 바람직하다.

상기와 같이 열분해 질화붕소가 플라즈마 수속벽에 피복되어 있는 것에 의해 플라즈마 발생수단으로 발생시킨 플라즈마 중의 라디컬 또는 여기 상태의 라디컬 등의 활성종이 플라즈마 여기벽의 벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제하는 것이 가능하다. 또한 플라즈마 수속벽을 구비하기 위해 플라즈마 수속벽에서 플라즈마의 분포를 조절하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 박막형성장치에 있어서, 내부를 진공으로 유지하는 진공용기와 상기 진공용기 내에 반응성 가스를 혼입하는 가스 혼입 수단과, 상기 진공용기내에 상기 반응성 가스를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 구비하는 박막형성장치가 상기 플라즈마 발생수단이 상기 진공용기의 외벽의 유전체벽과 소용돌이형의 제 1 안테나 및 제 2 안테나와 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나를 고주파전원과 접속하기 위한 전선을 구비하여 구성되며, 상기 진공용기의 외측에서 상기 유전체벽에 대응하는 위치에 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나를 고정하는 코일 고정수단을 구비하고 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나가 상기 고주파전원에 대하여 병렬로 접속되며 상기 도선에 접속되는 부분에서 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나를 잇는 부분에 상기 제 1 안테나와 상기 제 2 안테나의 간격을 조정하기 위한 위치조정수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명의 박막형성장치는 제 1 안테나와 제 2 안테나를 구성하기 때문에 제 1 안테나와 제 2 안테나의 두께, 형상, 크기 또는 경도 등을 독립적으로 조정하는 것에서 플라즈마의 분포를 용이하게 조정하는 것이 가능하다. 또한 본 발명의 박막형성장치는 고주파전원에서 제 1 안테나 및 제 2 안테나에 이르는 도선의 안쪽 제 1 안테나 및 제 2 안테나 사이를 잇는 부분에 제 1 안테나 및 제 2 안테나의 간격을 조정하기 위한 위치 조정수단을 구비하고 있기 때문에 제 1 안테나와 제 2 안테나의 간격을 조정하여 플라즈마의 분포를 용이하게 조정하는 것이 가능하다. 또한 제 1 안테나와 제 2 안테나를 병렬로 접속하는 것으로 제 1 안테나 및 제 2 안테나에 매칭 회로를 접속하는 경우에서도 매칭 회로에 있어서 전력손실을 감소시키며 전력을 플라즈마 발생을 위해 유효하게 활용하는 것이 가능하다.

상기 진공용기 안에 기판을 반송하기 위한 기판 반송수단을 구비하고 상기 기판 반송수단이 기판을 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나의 소용돌이를 형성하는 면과 마주보게 반송하고, 상기 기판 반송수단에 의해 기판이 반송되는 방향과 교차하는 방향에 마주보는 형태로 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나가 고정되는 것이 바람직하다.

기판이 반송되는 방향과 교차하는 방향에 마주하는 형태로 제 1 안테나 및 제 2 안테나가 고정되는 것으로 기판의 반송 방향에 수직 방향으로 플라즈마의 밀도분포를 용이하게 조정하는 것이 가능하다. 따라서, 기판의 반송방향과 수직방향으로 광범위하게 플라즈마 처리를 한 것으로 한번에 다량의 박막에 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.

또한, 상기 제 1 안테나 및 상기 제 2 안테나가 제 1 재료로 형성한 원관형의 본체부와 상기 본체부의 표면을 상기 제 1 재료보다도 전기저항이 낮은 제 2 재료로 피복한 피복층으로 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성하는 것으로 제 1 안테나 및 제 2 안테나의 본체부를 낮은 가격으로 가공하기 쉽게 제 1의 재료로 형성하고 전류가 집중하는 피복층을 전기저항이 낮은 제 2 재료로 형성하는 것으로 안테나의 고주파 임피던스를 저하하는 것이 가능하고 효율적인 박막형성을 하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 박막형성방법은 진공용기 내의 플라즈마를 발생시키는 영역에서 박막에 플라즈마 처리를 하는 박막형성방법에 관하여 적어도 상기 플라즈마를 발생시키는 영역에 마주하는 상기 진공용기 내의 벽면에 열분해 질화붕산을 피복한 상기 진공용기를 이용하며, 상기 플라즈마를 발생시키는 영역에 반응성 가스와 불활성 가스를 혼합하여 도입하는 공정과, 상기 반응성 가스의 플라즈마를 발생시키는 공정으로 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

플라즈마를 발생시키는 영역에 마주하는 벽면에 열분해 질화붕소를 피복한 진공용기를 이용하는 것으로 발생시킨 플라즈마 안에 라디컬 또는 여기 상태의 라디컬 등의 활성종이 진공용기 내벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제하고 고효율의 플라즈마 내에 반응성 가스와 불활성 가스를 혼합하여 도입하는 것으로 플라즈마 내에서 반응성 가스의 라디컬 밀도를 향상시키는 것이 가능하고 고효율의 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 이점들은 하기에 기술한 것에 의해 더욱 명백해진다.

도 1은 본 발명에 의한 박막형성장치의 상단면을 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 박막형성장치의 측단면을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 발생수단을 도시한 것이다.

도 4는 안테나의 단면도를 도시한 것이다.

도 5는 플라즈마 내에 산소원자와 산소이온의 비율을 측정한 실험결과의 일 실시예를 도시한 것이다.

도 6은 플라즈마 내에 존재하는 여기상태의 산소 라디컬과 산소 이온의 발생강도를 측정한 실험결과의 일실시예를 도시한 것이다.

도 7은 플라즈마 내에 산소 라디컬의 유량밀도를 측정한 실험 결과의 일실시예를 도시한 것이다.

도 8은 종래의 플라즈마 발생수단을 이용하여 산화 니오브(niobium)의 다층박막을 형성한 경우의 박막 투과율을 측정한 실험결과의 일실시예를 도시한 것이다.

도 9는 본 발명에 의한 플라즈마 발생수단을 이용하여 산화 니오브와 산화규소의 다층박막을 형성한 경우의 박막 투과율을 측정한 실험결과의 일실시예를 도시한 것이다.

도 10은 종래의 평판형 플라즈마 발생수단을 도시한 것이다.

이하 본 발명의 일실시예를 도면에 기초하여 설명한다. 또한 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 본 발명을 한정하는 것은 아니고 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

도 1, 도 2는 스퍼터 장치(1)에 대하여 도시한 것이다. 도 1은 이해를 용이하게 하기 위해 상단면을 도시했으며, 도 2는 도 1의 선 A-B-C에 연결된 측면을 도시한 것이다. 스퍼터 장치(1)는 본 발명에 의한 박막형성장치의 일실시예 이다.

상기 스퍼터의 일실시예인 마그네트론스퍼터(magnetron sputter)를 실시하는 스퍼터 장치를 이용하는 것이 가능하다.

상기 스퍼터 장치(1)에 의하면, 목적한 막두께(莫厚)보다도 얇은 막을 작성하며 플라즈마 처리를 하는 것을 반복하는 것으로 목적한 막두께박막을 기판상에 형성하는 것이 가능하다. 상기 스퍼터 및 플라즈마 처리에 의해 평균 0.01∼1.5nm의 막두께의 박막을 형성하는 공정을 반복하는 것으로 목적하는 수∼수백nm 정도의 막두께의 박막을 형성한다.

상기 스퍼터 장치(1)는 진공용기(11) 및 박막을 형성시키는 기판을 진공용기(11)내에서 유지하기 위해 기판 홀더(13) 및 기판 홀더(13)를 구동하기 위한 모터(17), 사절벽(12, 16) 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b), 중주파교류전원(23), 및 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생장치(61)가 중요한 요소이다. 사절벽(16)은 본 발명의 플라즈마 수속벽에 해당하고 플라즈마 발생장치(61)는 본 발명의 플라즈마 발생수단에 해당하고 기판홀더(13) 및 모터(17)는 본 발명의 기판반송수단에 해당한다.

진공용기(11)는 종래의 스퍼터 장치에서 통상적으로 이용되었던 스텐레스제가 직방체형상을 구비하는 중공체이다. 진공용기(11)의 형상은 중공의 원주형인것도 좋다.

기판홀더(13)는 진공용기(11)내의 중앙에 배치되어 있다. 기판홀더(13)의 형성은 원통형이며 그 외주면에 복수개의 기판(도면에는 도시되어 있지않음)을 유지한다. 또한 기판홀더(13)의 형상은 원통형이 아니며 중공의 다각주상이나 원추형인 것도 좋다. 기판홀더(13)는 진공용기(11)로부터 전기적으로 절연된다. 상기의 의해 기판에 있어서, 이상방전을 방지하는 것이 가능하다. 기판홀더(13)는 원통의 통방향의 중심축선(Z)(도 2 참조)이 진공용기(11)의 상하방향으로 되도록 진공용기(11) 내에 배설된다. 기판홀더(13)는 진공용기(11)내의 진공상태를 유지하여 진공용기(11) 상부에 설치된 모터(17)에 의해 중심축선(Z)이 중심에 회전구동 된다.

기판홀더(13)의 외주면에는 다수의 기판(도면에는 도시되어 있지않음)이 기판홀더(13)의 중심축선(Z)에 연하는 방향(상하방향)으로 소정간격을 유지하면서 정렬된 형태로 유지된다. 기판의 박막을 형성시키는 면(이하 "막형성면"이라 하겠음)이 기판홀더(13)의 중심축선(Z)과 수직 방향으로 향하도록 기판이 기판 홀더에 유지된다.

사절판(12, 16)은 진공용기(11)의 측내벽과 기판홀더(13)를 향해 입설하여 설계된다. 사절벽(12, 16)은 마주보는 1개의 대면이 개구한 통형의 직방체이고 스텐레스제 부재이다. 사절벽(12,16)은 진공용기(11)의 측내벽과 기판홀더(13) 사이에 진공용기(11)의 측벽에서 기판홀더(13) 방향으로 입설한 상태로 고정된다. 상기 사절벽(12, 16)의 개구한 일방측이 진공용기(11)의 측내벽측에 타방측이 기판홀더(13)에 마주하는 방향이고 사절벽(12, 16)은 고정된다. 또한 사절벽(12, 16)의 기판홀더(13)측에 위치하는 단부는 기판홀더(13)의 외주형상에 연한 형상이 된다.

진공용기(11)의 내벽면 사절판(12), 기판홀더(13)의 외주면에 위요(圍繞)되며 스퍼터를 행하기 위한 막형성(成膜) 프로세스존(process zone)(20)이 형성된다. 또한, 진공용기(11)의 내벽면, 후술한 플라즈마 발생장치(61), 사절판(16) 기판홀 더(13)의 외주면에 위요되며, 플라즈마를 발생시켜 기판상에 박막에 대하여 플라즈마 처리를 행하기 위한 반응프로세스존(60)이 형성된다. 상기 진공용기(11)의 사절벽(12)이 고정되어 있는 위치에서 기판홀더(13)의 중심축선(Z)를 중심에 놓고 약 90도회전시킨 위치에 사절벽(16)이 고정된다. 이를 위해, 막형성프로세스존(20) 과 반응프로세스존(60)이 기판홀더(13)의 중심축선(Z)에 대하여 약 90도 벗어난 위치에 형성된다. 따라서, 모터(17)에 의해 기판홀더(13)가 회전구동되면 기판홀더(13)의 외주면에 유지된 기판이 막형성프로세스존(20)에 면한느 위치와 반응프로세스존(60)에 마주하는 위치와의 사이에서 반송된다.

진공용기(11)의 막형성프로세스존(20)과 반응프로세스존(60) 사이의 위치에는 배기용 배관이 접속되며 상기 배관에는 진공용기(11)내를 배기하기 위한 진공 펌프(15)가 접속된다. 상기 진공펌프(15)와 도시되지 않은 제어장치에 의해 진공용기(11)내의 진공도를 조정할 수 있도록 구성된다.

사절벽(16)의 반응프로세스존(60)에 마주하는 벽면에는 열분해 질화붕소(Pyrolytic Boron Nitride)로 부터 되는 보호층(P)이 피복된다. 또한, 진공용기(11)의 내벽면의 반응프로세스존(60)에 마주하는 부분에도 열분해 질화붕소로 부터 되는 보호층(P)이 피복된다. 열분해 질화붕소는 화학적 기상 성장법(Chemical Vapor Deposition)을 이용한 열분해법에 의해 사절벽(16)이나 진공용기(11)의 내벽면에 피복된다.

막형성프로세스존(20)에는 매스플로우콘트롤러(mass flow controller)(25, 26)가 배관을 사이에 두고 연결된다. 매스플로우콘트롤러(25)는 불활성 가스를 저 류하는 스퍼터가스봄베(27)에 접속된다. 매스플로우콘트롤러(26)는 반응성가스를 저류하는 반응성 가스 봄베(bombe)(28)에 접속된다. 불활성 가스와 반응성 가스는 매스플로우콘트롤러(25, 26)에서 제어되어 막형성프로세스존(20)에 도입된다. 불활성 가스로는 예를 들어 아르곤 가스등이다. 반응성 가스로는 예를 들어 산소가스, 질소가스, 불소가스, 오존가스등을 이용하는 것이 가능하다.

막형성프로세스존(20)에는 기판홀더(13)의 외주면에 마주보도록 진공용기(11)의 벽면에 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b)이 배치된다. 상기 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b)은 도시되지 않았지만 절연부재를 사이에두고 접지전위에 있는 진공용기(11)에 고정시킨다. 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b)은 트랜스(24)를 사이에 두고 중주파교류전원(23)에 접속되어 교반전계가 인가가능하게 구성된다. 상기 중주파교류전원(23)은 1k∼100kHz의 교반전계를 인가한다. 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b)에는 타겟(target)(29a, 29b)이 유지된다. 타겟(29a, 29b)의 형상은 평판형이며 타겟(29a, 29b)의 기판홀더(13)의 외주면과 마주보는 면이 기판홀더(13)의 중심축선(Z)과 수직하는 방향을 향하도록 유지된다.

또한, 스퍼터를 행하는 막형성 프로세스존의 일부분 뿐만 아니라 복수군데에 설치하는 것도 가능하다. 즉 도 1의 파선에서 나타내듯이 진공용기(11)에 막형성프로세스존(20)과 같이 막형성프로세스존(20)을 설치하는 것이 가능하다. 예를 들어 진공용기(11)에 사절벽(14)을 설치하고 막형성프로세스존(20)에 대하여 기판홀더(13)가 사이에 낀 대상의 위치에 막형성프로세스존(20)을 형성하는 것이 가능하다. 막형성프로세스존(20)에는 막형성프로세스존(20)과 동일하게 마그네트론스퍼터 전 극(41a, 41b)이 배치된다. 마그네트론스퍼터 전극(41a, 41b)은 트랜스(44)를 사이에 두고 중주파교류전원(43)에 접속되고 교반전계가 인가가능하게 구성된다. 마그네트론스퍼터 전극(41a, 41b)에는 타겟(49a, 49b)이 유지된다. 막형성프로세스존(20)에는 매스 플로우 제어장치(45, 46)가 배관을 사이에 두고 연결된다. 매스 플로우 제어장치(45)는 불활성 가스를 저류하는 스퍼터 가스 봄베(47)에 매스 플로우 제어장치(46)는 반응성 가스를 저류하는 반응성 가스 봄베(48)에 접속된다. 진공용기(11)의 막형성프로세스존(20)과 반응프로세스존(60)의 사이의 위치에는 배기용의 배관이 접속되고 상기 배관에는 진공용기(11)내를 배기하기 위해 진공펌프(15')가 접속된다. 진공펌프(15')를 진공펌프(15)와 공통으로 사용하는 것도 좋다.

반응프로세스존(60)에 대응하는 진공용기(11)의 내벽면에는 개구가 형성되고 상기 개구에는 플라즈마 발생수단으로서 플라즈마 발생장치(61)가 연결된다. 또한, 반응프로세스존(60)에는 본 발명의 가스 도입수단으로서 매스 플로우 제어장치(75)를 사이에두고 불활성 가스 봄베(77)내의 불활성 가스를 도입하기 위한 배관이나 매스 플로우 제어장치(76)를 사이에 두고 반응성 가스 봄베(78)내의 반응성 가스를 도입하기 위한 배관이 접속된다.

도 3은 플라즈마 발생장치(61)을 설명하는 설명도이며 플라즈마 발생장치(61)을 정면에서 본 설명도이다. 도 3에는 매칭박스(67)와 고주파전원(69)도 도시되어있다.

플라즈마 발생장치(61)는 유전체에서 판형에 형성된 유전체벽(63), 동일평면상에서 소용돌이를 이루는 안테나(65a, 65b), 안테나(65a, 65b)를 고주파전원(69) 과 접속하기 위한 도선(66), 안테나(65a, 65b)를 유전체벽(63)에 대하여 고정하기 위한 고정구(68)를 구비하여 구성된다. 안테나(65a)는 본 발명의 제1안테나에 해당하며 안테나(65b)는 본발명의 제2안테나에 해당하고 고정구(68)은 본발명의 코일 고정수단에 해당한다.

상기 유전체벽(63)은 석영으로 형성된다. 또한 유전체벽(63)은 석영이 아닌 Al₂O₃등의 다른 세라믹 재료로 형성될 수 있다. 유전체벽(63)은 진공용기(11)에 형성된 라디컬(11a)과 구형 패널(panel) 상을 한 개체(11b)에 의해 사이에 두도록 해서 반응프로세스존(60)에 대응하여 진공용기(11)의 내벽에 형성된 개구를 막는 위치에 설치된다. 안테나(65a, 65b)와는 진공용기(11)의 외측에서 유전체벽(63)에 대응하는 위치에 소용돌이를 이루는 면이 진공용기(11)의 내측을 향하도록 상하에 마주보게 되는 상태에서 고정구(68)에 의해 고정된다.(도 2, 도 3 참조). 따라서 모터(17)가 기판홀더(13)를 중심축선(Z) 주위에 회전되는 것에 의해 기판홀더(13)의 외주에 유지시키는 기판은 기판의 막형성면이 안테나(65a, 65b)의 소용돌이를 이루는 면과 대응하도록 반송시킨다. 즉 상기 안테나(65a, 65b)가 상하로 서로 이웃한 상태로 고정된다.

상기 고정구(68)는 고정판(68a, 68b)과 볼트(68c, 68d)로 구성된다. 고정판(68a)과 유전체벽(63)에서 안테나(65a)를 사이에 두고, 고정판(68a, 68b)과 유전체벽(63)에서 안테나(65b)를 사이에 두며 고정판(68a, 68b)을 개체(11b)에 대하여 볼트(68c, 68d)를 단단히 조이고 안테나(65a, 65b)는 고정된다.

안테나(65a, 65b)는 고주파전원에서 안테나(65a, 65b)에 이르는 도선(66)의 앞에 고주파전원(69)에 대하여 병렬로 접속된다. 안테나(65a, 65b)는 매칭회로를 수용하는 매칭박스(67)를 사이에 두고 고주파전원(69)에 접속된다. 매칭박스(67) 내에는 도 3에 도시된 것과 같이, 가변콘덴서(67a, 67b)가 설치된다. 상기 안테나(65a)에 대하여 안테나(65b)가 병렬로 접속되기 위하여 종래의 매칭회로(도 11 참조)에서 매칭용 코일(167c)이 완수하는 설목(設目)의 전부 또는 일부를 안테나(65b)가 완수한다. 따라서, 매칭박스 내에서의 전력손실을 경감하고 고주파전원(69)에서 공급되는 전력을 안테나(65a, 65b)에서 플라즈마의 발생에 유효하게 활용하는 것이 가능하다. 또한 임피던스 매칭도 얻기 쉽게 된다.

도선(66)의 앞에 접속된 부분에서 안테나(65a, 65b) 사이를 매는 부분에는 안테나(65a, 65b)의 간격(D)을 조정가능하도록 이완부(66a, 66b)를 설치한다. 이완부(66a, 66b)는 본 발명의 위치조정수단에 해당한다. 상기 스퍼터 장치(1)에서는 안테나(65a, 66b)를 고정구(68)에의해 고정하는 때에 이완부(66a, 66b)를 신축성을 주어 안테나(65a)와 안테나(65b)의 상하방향의 간격(D)을 조정하는것이 가능하다. 즉 고정판(68a, 68b)과 유전체벽(63)에 의해 안테나(65a, 65b)를 사이에 두는 위치를 바꾸는 것으로 간격(D)을 조정하는 것이 가능하다.

도 4는 안테나(65a)의 단면도이다. 상기 안테나(65a)는 동(銅)으로 형성된 원통형 본체부(65a₁)와 본체부의 표면을 피복하는 동으로 형성된 피복층(65a₂)으로부터 구성된다. 안테나(65a)의 임피던스를 저하하기 위해서는 전기저항이 낮은 재 료로 안테나(65a)를 형성하는 것이 바람직하다. 거기서 고주파 전류가 안테나의 표면에 집중하는 특성을 이용하여 본체부(65a₁)를 낮은 가격으로 가공하는 것이 용이하며, 게다가 전기저항도 낮은 동으로 원형관을 형성하고 본체부(65a₁)의 외측 표면을 동보다도 전기저항이 낮은 은으로 피복한 피복층(65a₂)구비하여 구성된다. 상기와 같은 구성으로 고주파에 대하여 안테나(65a, 65b)의 임피던스를 저감하여 안테나(65a)에 전류를 효율이 좋게 흘려 플라즈마를 발생시키는 효율을 높인다. 안테나(65b)의 구성도 안테나(65a)와 동일하게 동으로 형성되는 본체부(65b₁)와 은으로 형성된 피복층(65b₂)를 구비한다. 물론 각각의 안테나(65a, 65b)의 단면의 크기(두께)를 바꾸는 것도 가능하다. 또한 상기 이완부(66a, 66b)도 동으로 원형관이 형성되고 표면에 은을 피복한다.

상기 플라즈마 발생장치(61)에서는 안테나(65a)와 안테나(65b)의 상하방향의 간격(D)이나 안테나(65a)의 경(經)Ra나 안테나(65b)의 경Rb등을 조정하여 안테나(65a, 65b)를 고정하고 반응성 가스봄베(78)내의 반응성 가스를 매스 플로우 제어장치(75)를 사이에 두고 0.1Pa∼10Pa정도의 진공을 유지한 반응 가스 프로세스존(60)에 도입한다. 그리고 고주파전원(69)로 부터 안테나(65a, 65b)에 13.56MHz의 전압을 인가하는 것으로 반응프로세스존(60)에 반응성 가스의 플라즈마를 소망의 분포로 발생 시키고 기판홀더(13)에 배치되는 기판에 대하여 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.

병렬로 접속한 두개의 안테나(65a, 65b)와 이완부(66a, 66b)를 구비하는 구성에 의해 한개의 안테나를 크게하는 경우에 비교해서 매칭박스(67)내의 매칭회로에서의 전력손실을 저감할 수 있고 임피던스 매칭을 얻기 쉬우며 효율적인 플라즈마 처리를 광범위하게 할 수 있다.

또한 안테나(65a, 65b)의 본체부(65a₁, 65b₁)를 낮은 가격으로 가공이 용이하고 전기저항도 낮은 동으로 원형관을 형성하며 또한 피복층(65a₂, 65b₂)를 동보다 전기저항이 낮은 재료인 은으로 형성하는 것으로 안테나(65a, 65b)의 고주파 임피던스를 저하시키는 것이 가능하고 전력손실을 저감한 효율적인 플라즈마 처리를 할 수 있다.

또한 상기 안테나(65a, 65b)의 상하방향의 간격(D)를 조정하는 것으로 기판홀더(13)에 배치되는 기판에 대한 플라즈마의 분포를 조정할 수 있다. 또한 안테나(65a)의 경Ra나 안테나(65b)의 경 Rb 또는 안테나(65a, 65b)의 두께등을 독립변경하기 위해 안테나(65a)의 경Ra나 안테나(65b)의 경Rb 또는 두께 등을 조정하는 것으로도 플라즈마의 분포를 조정할 수 있다. 또한 도 3에 도시된 바와 같이 안테나(65a, 65b)가 대소의 반원으로 구성된느 전체형상을 구비하지만 안테나(65a, 65b)의 전체형상을 구형등의 형상으로 변경하여 플라즈마 분포를 조정할 수 있다.

특히 기판의 반송방향에 교차하는 방향에 안테나(65a, 65b)를 나열하여 각각의 간격도 조정하기 위하여 기판의 반송방향에 교차하는 방향으로 광범위하게 플라즈마 처리를 하는것이 필요한 경우에 플라즈마의 밀도분포를 용이하게 조정할 수 있다. 예를들면 카아셀(carsel)제의 스퍼터 장치(1)를 이용하여 플라즈마 처리를 한 경우에는 기판홀더(13)에서의 기판 배치, 스퍼터 조건등에 의해 기판홀더(13)의 상방에 위치하는 박막과 중간에 위치하는 박막의 막두께가 다르게 형성되는 경우가 있다. 상기의 경우에도 플라즈마 발생장치(61)을 이용하면 박막의 다르게 대응하여 플라즈마의 밀도분포를 적당하게 조정할 수 있는 이점이 있다.

그리고 상술한 바와 같이 사절벽(16)의 반응프로세스존(60)에 마주하는 벽면이나 진공용기(11)의 내벽면의 반응프로세스존(60)에 마주하는 부분에 열분해 질화붕소가 피복하는 것으로 반응프로세스존(60)의 라디컬 밀도를 높게 유지하여 보다 높은 라디컬을 기판상에 박막과 접속 시켜 플라즈마 처리의 효율화가 가능하다. 따라서 사절벽(16)이나 진공용기(11)의 내벽면에 화학적으로 안정한 열분해 질화붕소를 피복하는 것으로 플라즈마 발생장치(61)에 의해 반응프로세스존(60)에 발생한 라디컬 또는 여기상태의 라티컬이 사절벽(16)이나 진공용기(11)의 내벽면과 반응하여 소명하는 것을 억제한다. 또한 사절벽(16)에서 반응 프로세스존(60)에 발생하는 라디컬이 기판홀더(13)의 방향을 향하도록 제어할 수 있다.

이하에 서술한 스퍼터 장치(1)를 이용한 플라즈마처리 방법에 있어서, 기판상에 스퍼터에서 형성한 불완전 산화규소(SiO_x1(x1〈2))의 박막에 대하여 플라즈마 처리를 하고 상기 불완전 산화 규소보다도 산화가 이뤄진 산화 규소(SiO_x2(x1〈x2≤2))의 박막을 형성하는 방법에 대하여 예시한다. 또한 불완전 산화규소는 산화 규소(SiO₂)의 구성원소인 산소가 결핍된 불완전한 산화규소(SiO_x(x〈2))이다.

우선 기판 및 타겟(29a, 29b)를 스퍼터 장치(1)에 배치한다. 기판은 기판홀더(13)에 유지된다. 타겟(29a, 29b)는 각각 마그네트론스퍼터 전극(21a, 21b)에 유지된다. 타겟(29a, 29b)의 재료로서 규소(Si)를 이용한다.

다음에 진공용기(11)내를 소정의 압력에 감합하여 모터(17)를 작동시키며 기판홀더(13)가 회전시킨다. 그후 진공용기(11)내의 압력이 안정한 후에 막형성프로세스존(20)내의 압력을 0.1Pa∼1.3Pa로 조정한다.

다음에 막형성프로세스존(20)내에 스퍼터용의 불활성 가스인 아르곤 가스와 반응성 가스인 산소 가스를 스퍼터 가스봄베(27), 반응성 가스 봄베(28)로부터 매스 플로우 제어장치(25, 26)에서 유량을 조정하면서 인도하고 막형성프로세스존(20)내의 스퍼터를 하기 위해 분위기를 조정한다.

다음에 중주파교류전원(23)부터 트랜스(24)를 사이에 두고 마그네트론 스퍼터 전극(21a, 21b)에 주파수 1∼100KHz의 교류전압을 인가하여 타겟(29a, 29b)에 교반전계가 걸리도록 한다. 상기에 의해서 어느 지점에서는 타겟(29a)이 음극이 되고 그후 타겟(29b)는 반드시 양극이 된다. 다음 지점에서 교류를 향하여 변화하면 이번에는 타겟(29b)이 음극이 되고 타겟(29a)이 양극이 된다. 상기와 같이 한쌍의 타겟(29a, 29b)이 엇갈리게 양극과 음극이 되는 것에 의하여 플라즈마가 형성되고 음극상의 타겟에 대하여 스퍼터를 실시한다.

스퍼터를 하는 정중앙에는 양극상에는 비도전성 또는 도전성이 낮은 산화규소(SiO_x(_x≤2))를 부착하는 경우도 있지만 상기 양극이 교반전계에 의해 음극에 교 환된 때에 산화규소(SiO_x(x≤2))가 스퍼터 되며 타겟 표면은 원래 청정한 상태이다.

그리고 한쌍의 타겟(29a, 29b)이 엇갈리게 양극과 음극이 되는 것을 반복하여는것에 의해 항상 안정한 양극 전위상태가 얻어지며 플라즈마 전위(통상 양극전위와 거의 동일하다)의 변화가 방지되며 기판의 막형성에 안정하여 규소 또는 불완전 산화규소(SiO_x1(x1〈2))로부터 박막이 형성된다.

또한 막형성프로세스존(20)에서 형성하는 박막의 조성은 막형성프로세스존(20)에 도입하는 질화가스의 유량을 조정하는 것이나 기판홀더(13)의 회전속도를 제어하는것으로 규소(Si)나 산화규소(SiO₂)로 하거나 또는 불완전 산화규소(SiO_x1(x1〈2))로 할 수 있다.

막형성프로세스존(20)에서 기판의 막형성면에 규소 또는 불완전 산화규소(SiO_x1(x1〈2))로부터 이뤄지는 박막형성을 한 후에 기판홀더(13)의 회전구동에 의해 기판을 막형성프로세스존(20)에 마주하는 위치에서 반응프로세스존(60)에 마주하는 위치에 반송한다.

반응프로세스존(60)에는 반응성 가스봄베(78)로 부터 반응성 가스로서 규소 가스를 도입하는 것과 불활성 가스봄베(77)로부터 불활성 가스로서 아르곤가스를 도입한다. 다음에 안테나(65a, 65b)에 13.56MHz의 고주파 전압을 인가하여 플라즈마 발생장치(61)에 의해 반응프로세스존(60)에 플라즈마를 발생시킨다. 반응프로세스존(60)의 압력은 0.7Pa∼1Pa를 유지한다.

다음에 기판홀더(13)가 회전하고 규소 또는 불완전 산화규소(SiO_x1(x1〈2))로 부터 되는 박막을 플라즈마 처리에 의해 산화반응 시키는 공정을 한다. 즉 플라즈마 발생장치(61)에 의해 반응프로세스존(60)에 발생 시킨 산소가스의 플라즈마에서 규소 또는 불완전 산화규소(SiO_x1(x1≤2))를 산화반응시키고 소망의 조성의 분완전 산화규소(SiO_x2(x1〈x2〈2))또는 산화규소로 변환 시킨다.

이상의 공정에 의해 본 발명에서는 소망의 구성의 산화규소(SiO_x(_x≤2)) 박막을 만들 수 있다. 또한 이하의 공정을 반복함으로써 박막을 적층 시켜 소망의 막두께의 박막을 만들 수 있다.

특히 본 발명에서는 반응프로세스존에 반응성 가스로서 산소가스뿐 아니라 불활성 가스로서 아르곤가스를 도입함으로써 플라즈마 내에 있어서 반응성가스의 라디컬 밀도를 향상시킬 수 있다. 상기 효과는 도 5, 도 6에서 도시하였다.

도 5는 반응프로세스존(60)에 발생한 플라즈마 내의 산소원자와 산소이온의 비율은 도면에 도시한 바와 같이 반응프로세스존(60)에 산소가스만을 도입한 경우와 산소가스와 아르곤가스를 혼합하여 도입한 경우와 비교한 실험결과를 도시하고있다. 도 5는 구조가 횡축이 고주파전원(69)에서 인가한 전력을 종축이 발생강도비를 도시하고 있다. 또한 발생강도비는 발생분광법(Optical Emission Spectroscopy)에서 플라즈마 내에 존재하는 여기상태의 산소 라디컬과 산소이온의 발광강도를 측정하는 것으로 구하고 있다. 도 5에서 반응프로세스존(60)에 산소가스만을 150sccm에서 혼입한 경우보다도 산소가스와 아르곤가스를 혼입하여 도입한 경우(산소가스 를 110sccm에서, 아르곤가스를 40sccm에서 혼입한 경우)에 여기상태의 산소 라디컬의 밀도가 높은것을 알 수 있다. 또한 유량의 단위로서 sccm은 0℃, 1atm의 경우 1분간 정도 유량을 나타내는 것으로 cm³/min과 동일하다.

도 6은 반응프로세스존(60)에 산소가스와 아르곤가스를 혼합하여 도입한 경우에 있어서 플라즈마내에 존재하는 여기상태의 산소 라디컬과 산소이온의 발생강도를 발광분광법으로 측정한 실험결과를 나타낸다. 도 6은 횡축이 고주파전원(69)에서 인가하는 전력을, 종축이 발광강도비를 나타낸다.

또한 본 발명에서는 상술한 것과 같이 사절벽(16)이나 진공용기(11)에 열분해 질화붕소가 라디컬의 밀도를 높게 유지할 수 있다. 상기 효과를 도 7은 나타내고 있다.

도 7은 반응프로세스존(60)에 발생한 플라즈마 내에 산소 라디컬의 유량밀도를 도시한 것으로 사절벽(16)이나 진공용기(11)에 열분해 질화붕소(PBN)를 피복한 경우와 피복하지 않은 경우를 비교한 실험결과의 일실시예를 나타내고 있다. 본 실험예에서는 사절벽(16)이나 진공용기(11)에 열분해 질화붕소를 피복한 경우로서 사절벽(16)의 반응프로세스존(60) 측에 마주하는 측이나 진공용기(11)의 내벽면에서 사절벽(16)에 의해 위요되는 반응프로세스존(60)에 마주하는 부분에 열분해 질화붕소를 피복한다.

도 7은 횡축이 반응프로세스존(60)에 도입하는 산소가스의 유량을 종축이 반응프로세스존(60)에 발생한 플라즈마중에 산소 라디컬의 유량밀도를 도시하고 있 다. 또한 도 7은 중축에 도시한 산소 라디컬의 유량밀도의 값은 절대유량밀도의 값을 도시하고 있다. 절대유량밀도의 값은 은박막의 산화정도에 따라 달라진다. 즉, 기판홀더(13)에 은박막을 형성시킨 기판을 유지시켜두고 반응프로세스존(60)에서의 플라즈마 처리전후의 박막을 중량변화에서 은의 산화정도를 계측하고 상기 산화정도로부터 절대유량밀도의 값을 계측하게 된다. 도 7로부터 사절벽(16)이나 진공용기(11)에 열분해 질화붕소를 피복한 경우에 산소 라디컬의 유량밀도가 높은 것을 알 수 있다.

이상은 소망의 조성의 산화규소(SiO_x(x≤2)) 박막을 작성하는 경우를 설명하고 있지만 스퍼터를 행하는 막형성 프로세스존을 일부분뿐만 아니라 복수부분 설치되어 스퍼터를 행하는 것으로 다른 조성의 박막을 반복하여 적층시킨 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어 상술한 바와 같이 스퍼터 장치(1)에 막형성프로세스존(20)을 설치하고 타겟(49a, 49b)으로서 니오브(Nb)를 이용한다. 그리고 산화규소 박막을 작성한 경우와 동일한 방법으로 산화규소박막 위에 소망의 조성의 산화 니오브(NbO_y(y〈2.5)) 박막을 작성한다. 그리고 막형성프로세스존(20)에서의 스퍼터, 반응프로세스존(60)에서의 플라즈마 처리에 의해 산화 막형성프로세스존(20) 에서의 스퍼터, 반응프로세스존(60)에서의 플라즈마 처리에 의해 산화공정을 반복하는 것으로 소망 조성의 산화규소(SiO_x(x≤2)) 박막과 산화 니오브(NbO_y(y≤2.5)) 박막을 반복하여 적층시킨 박막을 형성할 수 있다.

특히 플라즈마 발생장치(61)를 구비한 스퍼터 장치(1)를 이용하는 것으로 치 밀한 막질이 좋은 고기능 박막을 만들 수 있다. 상기 효과를 도 8, 도 9에서 도시한다.

도 8, 도 9는 산화규소(SiO₂)와 산화 니오브(Nb₂O₅)의 다층 박막을 형성한 경우의 박막의 투과율을 도시한 것이다. 도 8이 스퍼터장치(1)의 플라즈마 발생장치(61)에 대신하여 도 10에 도시한 종래의 플라즈마 발생장치(161)을 이용하여 산화 니오브와 산화규소의 다층박막을 형성한 경우의 실험결과이며 도 9가 플라즈마 발생장치(61)을 이용하여 산화 니오브와 산화규소의 다층박막을 형성한 경우의 설험결과이다. 도 8, 도 9의 횡축이 측정파장이며 종축이 투과율을 나타내고 있다.

종래의 플라즈마 발생장치(161)을 이용한 경우에서는 고주파전원(169)에서 5.5kW의 전압을 인가하고 SiO₂를 0.3nm/s, Nb₂O₅를 0.2nm/s의 비율로 막형성한다. 그리고 SiO₂층과 Nb₂O₅층을 순서대로 17회 반복하여 적층하고 총물리막두께940nm의 박막을 작성했다. 그 결과 측정파장을 650nm로 했을 때 감쇠계수 k가 100×10^-5인 박막이 작성된다(도 8).

한편 플라즈마 발생장치(61)를 구비한 스퍼터장치(1)를 이용한 경우에서는 고주파전원(69)로 4.0kW의 전압을 인가하고 SiO₂를 0.5nm/s, Nb₂O₅를 0.4nm/s의 비율로 막형성했다. 그리고 SiO₂층과 Nb₂O₅층을 차례로 38회 반복하여 적층하고 총물리막두께가 3242nm인 박막을 작성했다. 그 결과 측정파장을 650nm로 한 경우에 감쇠계수가 5×10^-5인 박막이 형성된다(도 9).

상기와 같이 플라즈마 발생장치(61)을 구비한 스퍼터장치(1)를 이용하여 산화규소와 산화 니오브의 다층박막을 형성한 결과를 보고 판단하듯이 스퍼터장치(1)를 이용하여 플라즈마 처리를 실시하는 것으로 박막을 작성하면 감쇠계수(흡수계수)의 작은 양호한 박막을 만들 수 있다.

또한 감쇠계수 k는 광학상수(복소굴절율)를 N 굴절율을 n으로 한 경우 N=n+i k의 관계로 나타나지는 값이다.

이상에 설명한 실시 형태는 예를 들어 다음의 (a)∼(j)처럼 개변하는 것도 가능하다. 또한 (a)∼(j)를 적당한 도구로 편성하여 개변 하는 것도 가능하다.

(a) 상기 실험형태에서는 플라즈마 발생에서는 플라즈마 발생수단으로 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 판상의 유전체벽(63)에 대하여 안테나(65a, 65b)를 고정한 유도결합형(평판형)의 플라즈마 발생수단을 이용하고 있지만 본 발명은 다른 타입의 플라즈마 발생수단을 구비한 박막형성장치에도 적용된다. 즉즉 유도결합형(평판형) 이외 타입의 플라즈마 발생수단을 구비한 박막형성장치를 이용한 경우에서도 열분해 질화붕소를 진공용기의 내벽면이나 플라즈마 수속벽에 피복하는 것으로 상기의 실시형태와 동일하게 플라즈마 발생수단에서 발생시킨 플라즈마 내의 라디컬 또는 여기상태의 라디컬이 진공용기의 내벽면이나 플라즈마 수속벽의 벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제할 수 있다. 유도결합형(평판형) 이외 타입의 플라즈마 발생수단으로서는 예를들어 평형평판형(양극방전형)이나 ECR(Electron Cyclotron Resonance)형, 마그네트론형, 헬리콘(helicon)파형, 유도결합형(원통형)등의 여러 가지가 생각되어진다.

(b) 상기 실시형태에서는 박막형성장치의 일실시예로서 스퍼터장치에 관해 설명을 했지만 본발명은 다른 타입의 박막형성장치에도 적용할 수 있다. 박막형성장치로서는 예를 들어 플라즈마를 이용한 에칭을 실시하는 에칭장치, 플라즈마를 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition)를 실시하는 CVD장치등도 좋다. 또한 라디컬의 표면처리를 플라즈마를 이용하여 실시하는 표면처리장치에도 적용할 수 있다.

(c) 상기 실시형태에서는 소위 카아셀형의 스퍼터 장치를 이용하고 있지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 기판이 플라즈마를 발생시키는 영역에 면하여 반송되는 다른 스퍼터장치에도 적용될 수 있다.

(d) 상기 실시형태에서는 사절벽(16)의 반응프로세스존(60)에 마주하는 벽면이나 진공용기(11)의 내벽면의 반응프로세스존(60)에 면하여 열분해 질화붕소로 부터 되는 보호층(P)를 형성했지만 다른 부분에도 열분해 질화붕소로 부터 되는 보호층(P)를 형성하는 것도 좋다. 예를 들어 사절벽(16)의 반응프로세스존(60)에 마주하는 벽면뿐만 아니라 사절벽(16)의 다른 부분에도 열분해 질화붕소를 피복하여도 좋다. 이것에 의해 라디컬이 사절벽(16)과 반응하여 라디컬이 감소하는 것을 최대한 회피할 수 있다. 또한 예를들면 진공용기(11)의 내벽면의 반응프로세스존(60)에 면하는 부분뿐만 아니라 진공용기(11)의 내벽면에 의한 다른 부분 예를들면 내벽면의 전체에 열분해질화붕소를 피복하여도 좋다. 이것에 의해 라디컬이 진공용기(11)의 내벽면과 반응하여 라디컬이 감소하는것을 최대한 회피하는 것이 가능하다. 사절벽(12)에 열분해 질화붕소를 피복하여도 좋다.

(e) 상기 실시형태에서는 열분해 질화붕소를 사절벽(16)의 반응프로세스존 (60)에 마주하는 벽면이나 진공용기(11)의 내벽면에 피복한 경우를 설명하지만 산화 알루미늄(Al₂O₃)이나 산화규소(SiO₂)나 질화 붕소(BN)을 피복하는 것으로도 플라즈마 발생수단에서 발생시킨 플라즈마 내의 라디컬 또는 여기상태의 라디컬이 진공용기의 내벽면이나 플라즈마 수속벽의 내벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제할 수 있다.

(f) 상기 실시형태에서는 고정판(68a, 68b)과 유전체벽(63)으로 안테나(65a, 65b)를 사이에 두고 볼트(68c, 68d)로 고정판(68a, 68b)을 개체(11b)에 고정하는 것으로 안테나(65a, 65b)를 고정했지만 요는 간격(D)를 조정하여 안테나(65a, 65b)를 고정가능 하면 다른 방법도 좋다. 예를들어 고정판(68a)에 대하여 안테나(65a)를 고정판(68b)에 대하여 안테나(65b)를 미리 고정하여두고 개체(11b)에 볼트(68c, 68d)를 이하에 슬라이드시킨 긴 구멍을 설치해둔다. 그리고 고정판(68a, 68b)을 상하방향으로 슬라이드 시켜 간격(D)를 선택하고 소망의 간격(D)에서 볼트(68c, 68d)를 세게 조이는 것으로 개체(11b)에 대하여 고정판(68a, 68b)의 상하방향 고정위치를 결정해도 좋다.

(g) 상기 실시 형태에서는 안테나(65a)의 본체부(65a₁)와 피복층(65a₂)을 은으로 형성했지만 본체부(65a₁)를 낮은 가격으로 가공이 용이하며 전기저항도 낮은 재료로 형성하고 전류가 집중하는 피복층(65a₂)을 본체부(65a₁) 보다도 전기저항이 낮은 재료로 형성하면 좋기 때문에 다른 재료의 조합도 좋다. 예를 들면 본체부 (65a₁)를 알루미늄 또는 알루미늄 동합금으로 형성하거나 피복층(65a₂)을 금, 은으로 형성해도 좋다. 안테나(65b)의 본체부(65b₁), 피복층(65b₂)도 동일하게 개변할 수 있다. 또한 안테나(65a)와 안테나(65b)를 다른 재료로 형성해도 좋다.

(h) 상기 실시형태에서는 반응프로세스존(60)에 반응성 가스로서 산소를 도입하고 있지만 그외에 오븐, 일산화이질소(N₂O)등의 산화성 가스, 질소등의 질화성 가스 메탄등의 탄화성 가스, 불소, 사불화탄소(CF₄)등의 불화성 가스등을 도입하는 것으로 본 발명을 산화처리 이외의 플라즈마 처리에도 적용할 수 있다.

(i) 상기 실시형태에서는 타겟(29a, 29b)의 재료로서 규소를 타겟(49a, 49b)의 재료로서 니오브를 이용하였지만 이것에 한정되는 것은 아니며 이것들의 산화물을 이용할 수 있다. 또한 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 크롬(Cr), 탄타르(Ta), 테르르(Te), 철(Fe), 마그네슘(Mg), 불산(Hf), 니켈·크롬(Ni-Cr), 인듐·주석(In-Sn)등의 금속을 이용할 수 있다. 또한 이것들의 금속 화합물 예를들면 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, HfO₂등을 이용할 수 있다. 물론 타겟(29a, 29b, 49a, 49b)의 재료를 전부 같게 하여도 좋다.

이것들의 타겟을 이용한 경우 반응프로세스존(60)에 의한 플라즈마 처리에 의해 Al₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Ta₂O₅, SiO₂, Nb₂O₅, HfO₂, MgF₂등의 광학막없이 절연막, ITO등의 도전막, Fe₂O₃등의 자막형성, TiN, CrN, TiC등의 초경막을 만들 수 있다. TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Nb₂O₅, Ta₂O₅와 같은 절연성 금속화합물은 금속(Ti, Zr, Si)에 비 교하여 스퍼터 속도가 극단적으로 늦어 생산성이 안 좋기 때문에 특히 본발명의 박막형성장치를 이용하여 플라즈마 처리를 하면 유효하다.

(j) 상기 실시 형태에서는 타겟(29a, 29b)과 타겟(49a, 49b)은 동일한 재료로 구성되어 있지만 다른 종류의 재료로 구성하여도 좋다. 동일한 금속 타겟을 이용한 경우는 상술한 바와 같이 스퍼터를 실시하는 것에 의해 단일금속의 불완전 반응물이 기판에 형성되고 다른 종류의 금속 타겟을 이용한 경우는 합금의 불완전 반응물이 기판에 형성된다.

이하에 설명한 실시형태에서 파악할 수 있다. 청구범위에 기재된 것 이외의 발명에 있어서 예를 들면 다음에 서술하는 박막형성방법이 생각되어질 수 있다.

즉 진공용기 내의 플라즈마가 발생하는 영역에 면하여 상기 진공용기의 내벽면에서 입설한 플라즈마 수속벽에 열분해질화붕소를 피복한 박막형성장치를 이용하여 박막에 대하여 플라즈마 처리를 실시하는 박막형성방법이며 상기 플라즈마를 발생시키는 영역에 반응성가스와 불활성가스를 혼합하여 도입하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형성방법이 생각되어진다.

상기 박막형성방법에서는 플라즈마가 발생하는 영역에 면하여 상기 진공용기의 내벽면에서 입설하는 플라즈마 수속벽에 열분해 질화붕소를 피복한 진공용기를 이용하는 것으로 발생시킨 플라즈마 내의 라디컬 또는 여기상태의 라디컬이 플라즈마 수속벽의 벽면과 반응하여 소멸하는 것을 억제하여 교효율의 플라즈마 처리를 실시하는것이 가능하다. 또한 플라즈마가 발생하는 영역에 반응성 가스의 라디컬 밀도를 향상시키는것이 가능하고 고효율의 플라즈마 처리를 실시할 수 있다. 또한 플라즈마 수속벽을 구비한 진공용기를 이용하는 것으로 플라즈마의 분포를 제어 하는것이 가능하다.

상기와 같이 본 발명의 박막형성장치 및 박막형성방법에 의해 효율이 좋고 광범위한 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.

Claims (8)

1. 내부를 진공상태로 유지하는 진공용기와;

   상기 진공용기 내에 반응성 가스를 혼입하는 가스 혼입수단; 및

   상기 진공용기 내에 상기 반응성 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 구비하는 박막형성장치에 있어서,

   열분해 질화붕소가 상기 진공용기 내의벽면에 피복되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열분해 질화붕소가 피복되는 상기 진공용기 내의 벽면이 상기 진공용기의 내벽면인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 열분해 질화붕소가 피복되는 진공용기 내의 벽면이 상기 플라즈마 발생수단에 의해 플라즈마가 발생하는 영역에 면한 상기 진공용기의 내벽면인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 발생수단에 의해 플라즈마가 발생하는 영역에 마주하는 상기 진공용기의 내벽면으로 부터 선 역할을 하는 플라즈마 수속벽을 구비하고 열분해 질화붕소가 피복되는 상기 진공용기 내의 벽면은 상기 플라즈마 수속벽의 벽면인 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
5. 제 1항 및 제 2항에 기재된 내부를 진공상태로 유지하는 진공용기와;

   상기 진공용기 내에 반응성 가스를 혼입하는 가스 혼입수단; 및

   상기 진공용기 내에 상기 반응성 가스의 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 구비하는 박막형성장치에 있어서,

   상기 플라즈마 발생수단이 상기 진공용기 외벽에 구비되는 유전체벽과 쇼용돌이 형태의 제 1항 기재의 안테나 및 제 2항 기재의 안테나와 상기 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나를 고주파 전원과 접속하기 위한 도선을 구비하여 구성되며 상기 진공용기의 외측에서 상기 유전체벽에 대응하는 위치에 상기 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나를 고정하는 안테나 고정수단을 구비하여, 상기 제 1항 기재의 안테나와 제 2항 기재의 안테나가 상기 고주파 전원과 접속하기 위한 전선을 구비하여 구성되며, 상기 진공용기의 외측에서 상기 유전체벽에 대응하는 위치에 상기 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나를 고정하는 안테나 고정수단을 구비하고, 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나가 상기 고주파전원에 대하여 병렬 접속되며, 상기 전선에 접속되는 부분에서 상기 제 1항 기재의 안테나 및 제 2항 기재의 안테나를 이은 부분에 상기 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나의 간격을 조정하기 위해 위치조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 진공용기에 기판을 반송하기 위해 기판반송수단을 구비하고, 상기 기판반송수단이 기판을 상기 제 1항 기재의 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나의 소용돌이를 이루는 면과 마주보도록 반송하고 상기 기판반송수단에 의해 기판이 반송되는 방향과 교차하는 방향에 서로 인접하는 상태로 상기 제 1항의 안테나 및 상기 제 2항의 안테나가 고정되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
7. 제 5항에 있어서,

   상기 제 1항 기재의 고주파 안테나 및 상기 제 2항 기재의 안테나가 제 1항의 재료로 형성한 원관형의 본체부와 상기 본체부의 표면을 제 1항 기재의 재료보다도 전기저항이 낮은 제 2 항 재료로 피복한 피복층으로, 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
8. 진공용기 내의 플라즈마가 발생 되는 영역에 마주하는 벽면에 열분해 질화붕소를 피복한 박막형성장치를 이용하여 박막에 대해 플라즈마 처리한 박막형성방법에 있어서,

   상기 플라즈마가 발생되는 영역에 반응성 가스 및 불활성 가스를 혼입하여 도입하는 공정과;

   상기 반응성 가스의 플라즈마가 발생되는 공정이 구비되는 것을 특징으로 하는 박막형성방법.

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