KR20080099273A

KR20080099273A - 플라즈마 건 및 이를 구비한 플라즈마 건 성막장치

Info

Publication number: KR20080099273A
Application number: KR1020087020227A
Authority: KR
Inventors: 마사오 마루나카; 타카유키 츠치야; 아츠히로 테라쿠라
Original assignee: 신메이와 인더스트리즈,리미티드
Priority date: 2006-03-01
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2008-11-12
Also published as: TW200735726A; US20110011734A1; EP1991037A1; JPWO2007099658A1; JP5416351B2; WO2007099658A1; KR101237184B1

Abstract

본 발명의 플라즈마 건(plasma gun)(1)은, 플라즈마 유출구(70)를 가지는 용기(72)와, 용기(72)의 내부에 설치되어, 방전에 의해 플라즈마를 발생하는 캐소드(18)와, 플라즈마 유출구(70)와 캐소드(18) 사이에 위치할 수 있게 설치되어, 캐소드(18)에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있는 보조애노드(31)와, 용기(72)의 내부를 배기 및 밀봉하기 위한 배기밸브(26)를 구비하고, 캐소드(18)의 방전에 의해 발생하는 플라즈마가 플라즈마 유출구(70)로부터 유출하는 것을 저지/허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)를 구비한다.

플라즈마, 방전, 캐소드, 애노드, 코일, 영구자석

Description

플라즈마 건 및 이를 구비한 플라즈마 건 성막장치{PLASMA GUN AND PLASMA GUN FILM FORMING APPARATUS PROVIDED THE SAME}

본 발명은, 플라즈마 건(plasma gun) 및 이를 구비한 플라즈마 건 성막장치에 관한 것이다.

플라즈마(plasma) 성막장치는, 플라즈마 건(plasma gun)에서 발생된 플라즈마를 이온원(ion source)으로서 사용하여 성막하는 장치이다. 이와 같은 플라즈마 성막장치에 사용되고 있는 플라즈마 건으로는, 복합음극형 플라즈마 건, 압력구배형 플라즈마건 및 이들을 조합한 듀얼타입(dual type) 플라즈마 건이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조). 이들 플라즈마 건에서는, 캐리어 가스(carrier gas)로서 아르곤(Ar) 가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 것이 일반적이다. 플라즈마 발생에는, 우선 플라즈마 건의 캐소드(cathode)에서 글로우방전(glow discharge)을 행하고, 이후 아크방전(arc discharge)으로 이행(移行)하지만, 복합음극형 플라즈마 건이나 듀얼타입 플라즈마 건을 사용한 경우에는, 글로우방전 중에 아르곤이온(Ar+)에 의해서 캐소드가 스퍼터링(sputtering)되고, 스퍼터링된 금 속이 성막실에 혼입되고, 성막하는 기재(基材)나 타겟(target) 등에 부착한다는 문제가 있었다.

이와 같은 문제에 대하여, 글로우방전 때에 수소가스나 헬륨가스를 캐리어 가스로서 사용하는 플라즈마 발생장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌2 참조). 특허문헌2의 플라즈마 발생장치에서는, 질량이 작은 수소가스 등을 사용하므로, 스퍼터링에 의한 에칭(etching) 작용을 감소시키는 것이 가능하다.

특허문헌1: 특개 제2921874호 공보

특허문헌2: 특개평 제6-251897호 공보

그러나 특허문헌2에 개시되어 있는 플라즈마 발생장치에서는, 글로우방전으로부터 아크방전으로 이행하는 때에, 수소가스 등으로부터 아르곤가스로의 이행을 서서히 행하기 때문에, 캐소드의 스퍼터링이 발생하고, 글로우방전 때의 방전압력이 높으면 그 스퍼터링에 의한 에칭작용이 커지기 때문에, 아직 개선할 여지가 있었다. 또한 수소가스 등과 아르곤가스를 사용하기 때문에, 성막장치 자체의 구성이 번잡해지는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 글로우방전 때에 스퍼터링된 금속을, 간단한 구성으로 플라즈마 건으로부터 유출하는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 건 및 플라즈마 건 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 건은, 플라즈마 유출구를 가지는 용기와, 상기 용기의 내부에 설치되어, 방전에 의해 플라즈마를 발생하는 캐소드와, 상기 플라즈마 유출구와 상기 캐소드 사이에 위치할 수 있게 설치되어, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있는 보조애노드(anode), 및 상기 용기의 내부를 배기 및 밀봉하기 위한 배기밸브(valve)를 가지고, 상기 캐소드의 방전에 의해 발생하는 플라즈마가 상기 플라즈마 유출구로부터 유출하는 것을 저지 및 허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치를 구비한다.

이에 따라 글로우방전 때에 스퍼터링된 금속이 플라즈마 건으로부터 유출하는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명에 따른 플라즈마 건에서는, 상기 플라즈마 유출 저지/허용장치는, 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하는 개폐부재와, 상기 개폐부재를 개폐 구동하는 구동장치를 가지고, 상기 보조애노드는, 고리형으로 형성될 수 있다..

본 발명에 따른 플라즈마 건에서는, 상기 보조애노드는, 상기 캐소드와 상기 개폐부재 사이에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 건에서, 상기 플라즈마 유출 저지/허용장치는, 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하는 개폐부재와, 상기 개폐부재를 개폐 구동하는 구동장치를 가지며, 상기 보조애노드는, 상기 개폐부재가 상기 플라즈마 유출구를 폐쇄한 때, 상기 캐소드와 대향하도록, 상기 개폐부재에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 건에서, 상기 개폐부재가, 상기 플라즈마 유출구의 개구면에 평행하게 이동하여 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하고, 상기 구동장치는, 상기 플라즈마 유출구를 개폐하도록, 상기 개폐부재를 이동시키도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 건 성막장치는, 플라즈마 유출구를 가지는 용기와, 상기 용기의 내부에 설치되어, 방전에 의해 플라즈마를 발생하는 캐소드와, 상기 용기의 내부를 배기 및 밀봉하기 위한 배기밸브를 가지는 플라즈마 건과; 내부를 감압 가능한 플라즈마 유입구를 가지는 성막실과; 상기 플라즈마 유입구와 상기 캐소드 사이에 위할 수 있게 설치되어, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있는 보조애노드와; 상기 캐소드의 방전에 의해 발생하는 플라즈마가 상기 플라즈마 유입구로부터 유입하는 것을 저지 및 허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치; 및 상기 성막실의 내부에 설치된 주애노드를 구비하고, 상기 플라즈마 건은, 상기 용기의 내부가 상기 플라즈마 유출구 및 상기 플라즈마 유입구를 통하여 상기 성막실의 내부와 연통하도록 설치되고, 상기 주애노드는, 상기 보조애노드가 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받지 않고, 상기 플라즈마 유출 저지/허용장치가 상기 플라즈마 유입구로부터 상기 플라즈마가 유입하는 것을 허용하는 상태에 있어서, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있게 설치되어 있다.

이에 따라 글로우방전 때에 스퍼터링된 금속이, 성막실에 혼입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 성막실의 오염이 없기 때문에, 기재를 균일하게 성막하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 건 성막장치에서는, 상기 성막실의 내부에 기재홀더(holder), 및 성막재료를 수용하고 증발시키는 하스가 설치되고, 상기 하스가 상기 주애노드로 구성되어 있고, 상기 하스가 받는 상기 플라즈마에 의해 상기 하스에 수용된 성막재료가 증발되어, 상기 기재홀더에 지지된 기재 상에 성막되도록 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 건 성막장치는, 상기 용기와 상기 성막실 사이에 설치된 시트 플라즈마(sheet plasma) 변형실과, 시트 플라즈마 변형기구를 구비하고, 상기 시트 플라즈마 변형실은, 상기 성막실의 내부와 상기 플라즈마 유입구를 통하여 연통하고, 상기 용기의 내부와 상기 플라즈마 유출구를 통하여 연통하도록 설치되고, 상기 플라즈마 건은, 상기 용기 내에 원주상(圓柱狀) 플라즈마가 형성되어 상기 플라즈마 유출구로부터 유출하도록 구성되고, 상기 유출한 상기 원주상 플라즈마가 상기 시트 플라즈마 변형실에 있어서 상기 시트 플라즈마 변형기구에 의해 시트 플라즈마로 변형되고, 상기 성막실에 있어서, 상기 시트 플라즈마 변형실로부터 유입하여 상기 주애노드를 향하는 상기 시트 플라즈마를 이용하여 성막이 행해지도록 구성될 수 있다.

본 발명의 상기 목적, 다른 목적, 특징 및 이점은, 첨부도면 참조 하에, 이하의 바람직한 실시태양의 상세한 설명으로부터 명확해진다.

본 발명의 플라즈마 건 및 플라즈마 건 성막장치에 따르면, 글로우방전 때에 스퍼터링된 금속이, 플라즈마 건으로부터 유출하는 것을 방지할 수 있고, 기재 등을 오염하지 않기 때문에, 기재를 균일하게 성막할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 2는, 도 1에 나타낸 플라즈마 건 성막장치의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재를 개방한 상태를 나타내는 모식도이다.

도 3은, 실시예1의 변형예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 4는, 도 3에 나타낸 플라즈마 건 성막장치의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재를 개방한 상태를 나타내는 모식도이다.

도 5는, 본 발명의 실시예2에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 6은, 도 5에 나타낸 플라즈마 건 성막장치의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재를 개방한 상태를 나타내는 모식도이다.

도 7은, 실시예2의 변형예2에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다.

도 8은, 도 7에 나타낸 플라즈마 건 성막장치의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재를 개방한 상태를 나타내는 모식도이다.

**** 부호의 설명 ****

1: 플라즈마 건

2: 성막실

2a: 성막실

3: 시트 플라즈마(sheet plasma) 변형실

11: 통체

12: 방전공간

13: 덮개부재

14: 보조음극

15: 보호부재

16: 창(窓)부재

17: 주음극

18: 캐소드

19: 덮개부재

20: 주전원

21: 저항체

22: 그리드전극

23: 그리드전극

24: 저항체

25: 저항체

26: 배기펌프

27: 진공펌프 접속구

28: 기재홀더

28a: 홀더부

28b: 지지부

29: 전자코일

30: 플라즈마 유출 저지/허용장치

31: 개폐부재

32: 보조애노드(anode)

34: 절환스위치(switch)

35: 챔버(chamber)

35a: 천정벽

36: 관통공(플라즈마 유입구)

37: 통체

37a: 덮개부재

37b: 덮개부재

38: 기재홀더

38a: 홀더부

38b: 회전축

39: 기재

40: 하스(hearth)(주애노드)

41: 영구자석

42: 지지체

43: 성막재료

44: 배기밸브

45: 진공펌프 접속구

46: 성막공간

47: 증발원

48: 바이어스(bias)전원

50: 통체

51: 수송공간

52a: 덮개부재

52b: 덮개부재

53: 영구자석

54: 성형전자코일

55: 병목(bottleneck)부

56: 슬릿공

57: 슬릿공(플라즈마 유입구)

58: 병목부

59: 통체

60: 타겟(target)

61: 타겟홀더(target holder)

61a: 홀더부

61b: 지지부

62: 바이어스전원

63: 전자코일

64: 전자코일

65a: 덮개부재

65b: 덮개부재

66: 슬릿공

67: 슬릿공

68: 관통공

70: 플라즈마 유출구

71: 구동장치

72: 용기

73a: 취부부재

73b: 취부부재

74: 애노드부재

75: 냉각관

100: 플라즈마 건 성막장치

101: 플라즈마 건 성막장치

200: 플라즈마 건 성막장치

201: 플라즈마 건 성막장치

CP: 원주(圓柱) 플라즈마

SP: 시트(sheet) 플라즈마

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시형태1)

도 1은, 본 발명의 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2는, 도 1에 나타낸 플라즈마 건 성막장치의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재가 개방된 상태를 나타내는 모식도이다.

우선, 본 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성에 관하여, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 또한 본 실시예에서는, 플라즈마 건 성막장치의 구조에 있어서의 방향을, 편의상, 도 1 및 도 2에 나타난 3차원 직교좌표계의 X축, Y축 및 Z축 방향으로 표시한다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치(100)는, 플라즈마를 고밀도로 생성하는 듀얼타입 플라즈마 건(1)과, 플라즈마 건(1)에서 발생한 플라즈마를 이용하여 기재를 성막하는 성막실(2)을 구비하고 있다. 플라즈마 건(1)과 성막실(2)은, 서로 기밀(氣密)상태를 유지하고 연통되어 있다.

플라즈마 건(1)은, 원통형상의 통체(11)를 가지고 있다. 통체(11)의 내부공간에 의해 방전공간(12)이 구성된다. 통체(11)의 일측 단부에는, 방전공간(12)을 막도록 판(板)형상의 덮개부재(13)가 설치되어 있다. 또한, 통체(11)의 타측 단부에는, 원고리형 덮개부재(19)가 설치되어 있고, 덮개부재(19)의 내부공간이 플라즈 마 유출구(70)를 구성하고 있다. 그리고 통체(11)와 덮개부재(13, 19)로 용기(72)가 구성된다.

덮개부재(13)에는, 덮개부재(13)의 중심부를 기밀하게 관통하여 통체(11)의 중심축(Z축)을 따라 연장하도록, 탄탈(Ta)로 구성된 원통형상의 보조음극(14)이 설치되어 있다. 보조음극(14)의 기단(基端)(통체(11)의 바깥에 위치하는 단)은, 도시되지 않은 아르곤(Ar)가스탱크와 적절한 배관에 의해 접속되어 있고, 보조음극(14)의 선단부로부터 아르곤(Ar)가스가 방전공간(12) 내에 공급된다. 또한, 보조음극(14)의 선단 근처의 바깥 둘레면에는, 육붕화란타늄(LaB₆)으로 구성된 원고리형 주음극(17)이 설치되어 있다. 보조음극(14)과 주음극(17)에 의해, 캐소드(18)가 구성된다. 캐소드(18)는, 직류전원으로 이루어지는 주전원(20)의 음극과 저항체(21)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

통체(11)의 내부공간에는, 보조음극(14)과 동축상으로 통체(11)의 중심축(Z축)을 따라 연장하도록, 보조음극(14)보다도 직경이 큰 몰리브덴(Mo) 또는 텅스텐(W)으로 구성된 원통형상의 보호부재(15)가, 덮개부재(13)에 기밀하게 설치되어 있다. 보호부재(15)의 선단부에는, 텅스텐으로 구성된 원고리형 창(窓)부재(16)가 설치되어 있다. 이 보호부재(15)와 창부재(16)에 의해, 캐소드(18)가 보호된다.

또한, 플라즈마 건(1)은, 1쌍의 원고리형 그리드전극(22, 23)을 가지고 있다. 1쌍의 그리드전극(22, 23)은, 통체(11)를 기밀하게 관통하도록 설치되어 있고, 캐소드(18)와의 사이에서, 주전원(20)과, 적절한 저항체(24, 25)와 전기적으로 접 속되며, 소정의 플러스전압을 인가받는다. 이에 따라 캐소드(18)에서 발생한 아크방전이 유지되고, 플라즈마 건(1)의 방전공간(12)에는, 하전입자(여기서는 Ar+ 및 전자)의 집합체로서의 플라즈마가 형성된다.

통체(11)의 타측 단부측 둘레벽에는, 배기밸브(26)에 의해 통체(11)의 내부를 배기 및 밀봉하는 것이 가능한 진공펌프 접속구(27)가 마련되어 있다. 진공펌프 접속구(27)에는, 도시되지 않은 진공펌프(예를 들면, 터보펌프(turbo pump))가 접속되어 있다. 진공펌프에 의해 진공 흡입되면, 방전공간(12)은 플라즈마를 발생 가능한 레벨까지 빠르게 감압된다. 이때, 방전공간(12)에는, 그리드전극(22, 23)에 의해 공기흐름이 방지될 수 있으므로 캐소드(18)측의 압력이 높아지는 압력구배가 생긴다.

통체(11)의 직경방향 외측에는, 자력세기를 조절할 수 있는 고리형(環狀)의 전자코일(29)이, 통체(11)의 둘레벽을 둘러싸도록, 통체(11)와 동심(同心)으로 설치되어 있다. 이 전자코일(29)에 전류를 흘리고, 그리드전극(22, 23)에 소정의 플러스전압을 인가함에 따라 플라즈마 건(1)의 방전공간(12)에는 코일자계 및 그리드전극(22, 23)에 의한 전계에 의거하는 자속밀도의 Z축방향 구배가 형성된다. 이와 같은 자속밀도의 Z축방향 구배에 의해, 플라즈마를 구성하는 하전입자는, 이 방전공간으로부터 Z축방향으로 운동하도록, 자력선 주위를 선회하면서 Z축방향으로 나아가고, 이들 하전입자의 집합체로서의 플라즈마가, 대략 등밀도 분포하여 이루어지는 원주형상의 플라즈마(이하 원주 플라즈마라고 한다)(CP)로서, 성막실(2)로 인출된다. 또한 통체(11)와, 그리드전극(22, 23) 및 캐소드(18)는, 적절한 수단에 의 해 서로 절연되어 있다.

덮개부재(19)에 마련된 내부공간(플라즈마 유출구(70))의 형상이나 그 높이(Y축방향 치수) 및 폭(X축방향 치수)은, 원주 플라즈마(CP)를 적절하게 통과하도록 설계되어 있다. 이에 따라, 원주 플라즈마(CP)를 구성하지 않은 여분의 아르곤(Ar+)과 전자가, 성막실(2)에 도입되는 것을 방지할 수 있고, 원주 플라즈마(CP)의 밀도를 높은 상태로 유지할 수 있다.

또한, 덮개부재(19)에는, 플라즈마 유출구(70)로부터 플라즈마 유출을 저지 및 허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)가 기밀하게 설치되어 있다. 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)는, 플라즈마 유출구(70)를 개폐하는 개폐부재(31) 및 개폐부재(31)를 플라즈마 유출구(70)의 개구면에 평행하게 이동시키는 구동장치(71)를 가지고 있다. 개폐부재(31)는, 플라즈마 유출구(70)를 폐쇄한 때에, 방전공간(12) 내의 기밀상태를 유지하도록 구성되어 있다. 또한, 개폐부재(31)의 내면에는, 개폐부재(31)가 플라즈마 유출구(70)를 폐쇄한 때에 캐소드(18)와 대향하도록 보조애노드(32)가 설치되어 있고, 보조애노드(32)는, 주전원(20)의 양극과 절환스위치(34)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다.

이에 따라 개폐부재(31)가 닫힌 상태에서 절환스위치(34)에 의해 보조애노드(32)와 캐소드(18)가 접속된 상태(도 1 참조)에서는, 성막실(2) 내부가 진공상태인지 아닌지에 상관없이 플라즈마 건(1)의 방전공간(12) 내부를 진공상태로 유지할 수 있고, 캐소드(18)와 보조애노드(32) 사이에서 방전이 발생하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 본 실시예에서는, 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)는, 게이트밸 브(gate valve)로 구성되고, 개폐부재(31)가 그 밸브체로 구성되고, 구동장치(71)가 그 밸브체 구동장치(전자(電磁)구동기구, 에어실린더(air cylinder) 등)로 구성되어 있다. 도 1에는, 구동장치(71)를 구성하는 밸브체 구동장치의 에어실린더만이 도시되어 있다.

성막실(2)은, 챔버(35)를 가지고 있고, 챔버(35)의 내부공간에 의해, 성막공간(46)이 형성된다. 챔버(35) 측벽의 플라즈마 건(1) 측의 적절한 지점에는, 관통공(36)이 마련되어 있다. 상기 관통공(36)이, 플라즈마 유입구(36)를 형성한다. 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)는, 성막실(2)에 마련된 관통공(36)과 연통하도록 설치되어 있다. 플라즈마 유입구(관통공)(36)는, 원주 플라즈마(CP)가 통과하고, 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)의 개폐부재(31)를 통하여 플라즈마 건(1)과 성막실(2)이 기밀상태를 유지하여 연통되면, 그 형상 등은 특별히 한정되지 아니 한다. 이에 따라 용기(72)의 내부가, 플라즈마 유출구(70)를 통하여 성막실(2)의 내부와 연통된다.

챔버(35) 내의 상부에는, 기재홀더(38)가 설치되어 있다. 기재홀더(38)는, 기재(39)를 지지하는 것이다. 상기 기재홀더(38)는, 홀더부(38a)와 회전축(38b)을 가지고 있다. 회전축(38b)은, 챔버(35)의 천정벽(35a)을 기밀하면서 회동이 자유롭게 관통되고, 도시되지 않은 회전구동기구와 접속되어 있으며, 이에 따라 회전된다. 또한, 기재홀더(38)는, 바이어스전압(48)과 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스전압(48)은, 홀더부(38a)에 원주 플라즈마(CP)에 대하여 음 바이어스전압을 인가한다. 또한 기재홀더(38)의 회전축(38b)과 천정벽(35a)(챔버(35))은, 절연되어 접 속된다.

또한, 천정벽(35a)의 적절한 지점에는, 배기밸브(44)에 의해 개폐 가능한 진공펌프 접속구(45)가 마련되어 있다. 진공펌프 접속구(45)에는, 도시되지 않은 진공펌프가 접속되어 있다. 이 진공펌프(예를 들면 터보펌프)에 의해 진공 흡입되어 성막공간(46)은 성막 가능한 레벨의 진공도까지 빠르게 감압된다.

한편 챔버(35) 내의 하부에는, 하스(hearth)(40), 영구자석(41) 및 지지체(42)로 구성되는 증발원(47)이 설치되어 있다. 하스(40)의 내부에는, 성막재료(43)가 충전되어 있다. 또한 하스(40)는, 영구자석(41)이 내부에 설치된 지지체(42)에 지지되어 있고, 절환스위치(34)를 통하여 주전원(20)과 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 성막실(2)에 유입된 원주 플라즈마(CP)는, 영구자석(41)이 형성하는 자장의 자력선을 따라 Z축방향으로부터 Y축방향으로 휘어지고, 하스(40)가 주애노드로서 플라즈마를 받을 수가 있다. 또한 플라즈마 건 성막장치(100)는, 장치 전체의 동작을 제어하는 제어장치(미도시)를 구비하고 있다.

다음으로, 본 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치(100)의 동작에 관하여 설명한다. 이 동작은, 도시되지 않은 제어장치의 제어에 따라 구현된다.

우선, 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)의 구동장치(71)가 작동하여 플라즈마 유출구(70)를 개폐부재(31)가 폐쇄한다. 그리고 도시되지 않은 진공펌프의 진공 흡입에 의해, 플라즈마 건(1)과 성막실(2) 내의 각각이 진공상태가 된다. 이때, 그리드전극(22, 23)에 의해, 플라즈마 건(1)(정확하게는, 방전공간(12)) 내부는, 캐소드(18)측의 압력이 높아지는 압력구배가 생긴다. 그리고 플라즈마 건(1)에 설치 된 보조음극(14)의 선단부로부터 아르곤(Ar+)가스가 방전공간(12) 내에 공급되어 보조음극(14)에서 글로우방전이 행해진다. 이 글로우방전에 의해 보호부재(15)를 형성하는 텅스텐 등이 스퍼터되지만, 개폐부재(31)에 의해, 스퍼터된 금속이 성막실(2)로 혼입되는 것이 방지된다.

다음으로, 글로우방전으로부터 보조음극(14)에서의 할로우 캐소드(hollow cathode) 방전으로 이행(移行)된다. 이 할로우 캐소드 방전에 의해, 보조음극(14)의 선단부분의 온도가 상승하면, 이 열로 주음극(17)이 가열되어 고온으로 되어 아크방전이 행해진다. 이와 같은 방식으로, 캐소드(25)로부터 플라즈마 방전유발용 열전자가 방출되어 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마는, 그리드전극(22, 23)에 의한 전계와, 전자코일(29)에 의한 자계에 의해, 캐소드(18)로부터 보조애노드(32) 측으로 인출되어 원주상으로 형성된다. 이때, 보조애노드(32)가 발생한 플라즈마를 받는다.

다음으로, 구동장치(71)가 동작하고, 개폐부재(31)가 플라즈마 유출구(70)의 개구면에 평행하게 이동하여 플라즈마 유출구(70)로부터 플라즈마 유출을 허용하는 상태가 되고, 이에 따라 플라즈마 건(1)과 성막실(2)이 연통된다. 이와 동시에 절환스위치(34)는, 주애노드인 하스(40)에 전류가 흐르도록 절환되고, 보조애노드(32)가 캐소드(18)에서 발생한 플라즈마를 받지 않고, 주애노드인 하스(40)가 플라즈마를 받는 상태가 된다(도 2 참조). 또한, 기재(39)에는, 기재홀더(38)를 통하여 플라즈마에 대해 음 바이어스전압이 인가된다. 또한 플라즈마를 받고 있는 상태에 있어서 주애노드인 하스(40) 또는 보조애노드(32)와 캐소드(18) 사이에는 아크 방전이 발생한다.

이에 따라 성형된 원주 플라즈마(CP)는, 플라즈마 유출구(70)로부터 유출하여 성막실(2)(정확하게는, 성막공간(46))로 인도된다. 성막실(2)로 인도된 원주 플라즈마(CP)는, 영구자석(41)이 형성하는 자장의 자력선을 따라 Z축으로부터 Y축방향으로 휘어지고, 하스(40)가 원주 플라즈마(CP)를 받는다. 이 하스(40)에 조사(照射)되는 플라즈마에 의해, 하스(40)에 충전되어 있는 성막재료가 증발한다. 증발한 성막재료는, 성막공간(46) 안에 존재하는 플라즈마를 통과하고, 이 때 양 이온으로 이온화된다. 이 양 이온은, 음으로 바이어스된 기재(39) 상에 퇴적되어, 전자를 받고, 기재(39) 상에 성막된다.

이와 같은 구성으로써, 글로우방전 때에 스퍼터링된 음극을 형성하는 금속이, 성막실에 혼입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기재나 성막재료에 불순물이 부착되는 것이 방지되므로 기재 상에 균일하게 성막할 수 있다.

다음으로, 본 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 변형예에 관하여 설명한다.

[변형예1]

도 3은, 변형예1에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 4는, 도 3에 나타낸 플라즈마 건 성막장치(101)의 플라즈마 유출 저지/허용장치(70)의 개폐부재(31)가 개방된 상태를 나타내는 모식도이다. 또한 이하의 설명에서는, 도 1과 동일하거나 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 변형예에서는, 도 1에 나타난 보조애노드(32)가, 통체(11)의 중간에 설치되어 있고, 캐소드(17)에서 발생한 플라즈마를 보조애노드(32)에서 받는 경우에는, 전자코일(29)에 전류를 흘리지 않도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 보조애노드(32)는, 통체(11)와 동축상으로 설치된 금속제(예를 들면, 구리(銅))이고 원통형상의 애노드부재(74)를 가지고 있다. 애노드부재(74)는, 통체(11)의 그리드전극(23)과 플라즈마 유출 저지/허용장치(30) 사이의 적절한 지점에 원통형상의 취부부재(73a, 73b)를 통하여 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 애노드부재(74)는, 주전원(20)의 양극과 절환스위치(34)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한 애노드부재(74)는, 취부부재(73a, 73b)에 의해 통체(11)와 절연되어 있다.

또한, 애노드부재(74)의 바깥둘레에는, 금속제(예를 들면 구리) 냉각관(75)이 애노드부재(74)의 둘레방향으로 감겨져 있다. 그리고 냉각관(75)에는, 냉각매체(여기서는 물)를 순환시키는 냉각매체공급장치(미도시)가 접속되어 있고, 애노드부재(74)가 냉각되도록 구성되어 있다.

다음으로, 본 변형예에 따른 플라즈마 건 성막장치(101)의 동작에 관하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 보조음극(14)에서 글로우방전이 행해지고, 이어서 주음극(17)에서 아크방전이 행해지고, 캐소드(17)에서 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마는, 그리드전극(22, 23)의 전계에 의해, 원주상으로 형성되고, 그리드전 극(22, 23)의 내부공간을 통과하여 보조애노드(32) 측으로 인출된다. 그리고 그리드전극(22, 23)을 통과한 원주 플라즈마(CP)는, 전자코일(29)에 전류가 흐르지 않기 때문에, 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어지고, 이 넓어진 플라즈마를 보조애노드(32)가 받는다.

다음으로, 구동기구(71)가 작동하고, 개폐부재(31)가 플라즈마 유출구(70)의 개구면에 평행하게 이동하여 플라즈마 유출구(70)로부터 플라즈마 유출을 허용하는 상태가 되고, 이에 따라 플라즈마 건(1)과 성막실(2)이 연통된다. 이와 동시에 절환스위치(34)는, 주애노드인 하스(40)에 전류가 흐르도록 절환되고, 보조애노드(32)가 캐소드(19)에서 발생한 플라즈마를 받지 않고, 주애노드인 하스(40)가 플라즈마를 받는 상태가 된다. 또한, 동시에 전자코일(29)에 전류를 흘려 방전공간(12)에 자계를 작용시켜, 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어져 있는 플라즈마를, 원주상으로 형성한다. 그리고 이 원주 플라즈마(CP)가, 플라즈마 유출구(70)로부터 유출하여 성막실(2)(정확하게는, 성막공간(46))로 인도된다. 성막실(2)로 인도된 원주 플라즈마(CP)는, 영구자석(41)이 형성하는 자장의 자력선을 따라 Z축방향으로부터 Y축방향으로 휘어지고, 하스(40)가 원주 플라즈마(CP)를 받는다.

이와 같이, 본 변형예1에 따른 플라즈마 건 성막장치에서는, 전자코일(29)에 전류를 흘리지 않도록 함으로써 원주 플라즈마(CP)가 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어지고, 보조애노드(32)에서 이 넓어진 플라즈마를 받을 수 있다.

(실시예2)

도 5는, 본 발명의 실시예2에 따른 플라즈마 건 성막장치(200)의 구성을 나 타내는 모식도이다. 도 6은, 도 5의 플라즈마 건 성막장치(200)의 플라즈마 유출 저지/허용장치의 개폐부재가 개방한 상태를 나타내는 모식도이다. 또한 이하의 설명에서는, 도 1과 동일하거나 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다. 또한 본 실시예에서는, 플라즈마 건 성막장치(200)의 구조에 있어서의 방향을, 편의상, 도 5 및 도 6에 나타내는 3차원 직교좌표계의 X축, Y축 및 Z축 방향으로 표시한다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예2에 따른 플라즈마 건 성막장치(200)는, YZ평면에 있어서 대략 십(+)자형을 이루고 있고, Z축방향으로 보아서 차례로, 플라즈마 건(1)과, Z축방향의 축을 중심으로 한 원통형상의 비자성(예를 들면 스테인리스제나 글라스제) 시트 플라즈마 변형실(3) 및 Y축방향의 축을 중심으로 한 원통형상의 비자성(예를 들면 스테인리스제) 성막실(2a)을 구비하여 구성된다. 또한 플라즈마 건(1), 시트 플라즈마 변형실(3) 및 성막실(2a)은, 서로 기밀상태를 유지하고 연통되어 있다.

시트 플라즈마 변형실(3)은, 원통형상의 통체(50)를 가지고 있다. 통체(50)의 내부공간에 의해, 수송공간(51)이 형성된다. 통체(50)의 일측(플라즈마 건(1) 측)의 단부는, 덮개부재(52a)에 의해 폐쇄되어 있고, 타측 단부는, 덮개부재(52b)에 의해 폐쇄되어 있다. 덮개부재(52a)의 중심부에는, 관통공(68)이 마련되고, 이 관통공(68)과 덮개부재(19)에 마련된 내부공간(플라즈마 유출구(70))이 연통하도록, 덮개부재(19)가 설치되어 있다. 또한, 덮개부재(52b)의 중심부에는, 슬릿공(56)이 X축방향으로 연장하도록 형성되어 있다. 통체(50)는, 적절한 수단에 의 해, 기밀하게 전기적으로 절연되도록, 통체(11)와 동축상으로(중심축을 공유하도록) 접속되어 있다. 통체(50)는, 영구자석(53) 등의 자력을 원주 플라즈마에 작용시키기 쉬운 관점에서, 글라스나 스테인레스(SUS) 등의 비자성 재료로 구성된다.

통체(50)의 외측에는, 통체(50)(정확하게는, 수송공간(51))를 사이에 두고 서로 동극(여기서는 N극)이 대향하도록 하여 Y축방향으로 자화되고, X축방향으로 연장하는 1쌍의 각(角)형 영구자석(53)이 설치되어 있다.

또한, 영구자석(53)의 캐소드(18)에 가까운 측에는, 고리형의 성형전자코일(54)(공심(空心)코일)이 통체(50)의 둘레면을 둘러싸도록 설치되어 있다. 또한 성형전자코일(54)에는, 캐소드(18)측을 S극, 주애노드(40)측을 N극으로 하는 방향의 전류가 통전되고 있다. 이 영구자석(53)과 성형전자코일(54)로 시트 플라즈마 변형기구가 구성된다.

그리고, 성형전자코일(54)에 전류를 흘림으로써, 시트 플라즈마 변형실(3)의 수송공간(51)에 형성되는 코일자계와, 영구자석(53)에 의해 이 수송공간(51)에 형성되는 자석자계의 상호작용에 의해, 시트 플라즈마 변형실(3)의 수송공간(51)을 원주 플라즈마(CP)가 Z축방향으로 이동한다. 이 동안에, 원주 플라즈마(CP)는, XZ평면을 따라 넓어지는, 균일한 시트상 플라즈마(이하 시트 플라즈마라고 한다)(SP)로 변형된다.

이와 같이 하여 변형된 시트 플라즈마(SP)는, 통체(50)의 덮개부재(52b)와 성막실(2a)의 측벽 사이에 개재하는 슬릿상 병목부(55)를 통하여 성막실(2a)로 유입한다.

성막실(2a)은, 원통형상의 통체(37)와, 병목부(58)를 통하여 통체(37)와 연통하는 Z축방향으로 중심축을 가지는 원통형상의 통체(59)를 가지고 있다. 통체(37)의 내부공간에 의해 성막공간(46)이 형성된다. 통체(37)의 일측 단부는, 덮개부재(37a)에 의해 폐쇄되어 있고, 타측 단부는, 덮개부재(37b)에 의해 폐쇄되어 있다.

통체(37)의 통체(50) 근처 쪽의 둘레면 중앙부에는, X축방향으로 연장된 슬릿공(57)이 마련되어 있고, 상기 슬릿공(57)이, 플라즈마 유입구(57)를 형성한다. 이 슬릿공(57)에는, 통체(37)와 통체(50)의 내부공간이 연속하도록, 단면이 사각형이고 통형상의 병목부(55)가 기밀하게 마련되어 있다. 병목부(55)는, 덮개부재(52b)에 마련된 슬릿공(56)과 기밀하게 접속되어 있다. 또한 병목부(55)의 높이(Y축방향 치수)와, 길이(Z축방향 치수) 및 폭(X축방향 치수)은, 시트 플라즈마(SP)를 적절하게 통과하도록 설계되어 있다. 또한, 슬릿공(56, 57)의 폭은, 변형된 시트 플라즈마(SP)의 폭보다도 크게 형성하는 것이 바람직하고, 적절한 크기로 설계된다. 이에 따라 시트 플라즈마(SP)를 구성하지 않는 여분의 아르곤이온(Ar+)과 전자가, 성막실(2a)로 도입되는 것을 방지할 수 있고, 시트 플라즈마(SP)의 밀도를 높은 상태로 유지할 수 있다.

통체(37)의 내부에는, 시트 플라즈마(SP)를 사이에 두고 대항하도록 성막재료로서 타겟(60)과 기재홀더(28)가 설치되어 있다. 타겟(60)은, 타겟홀더(61)에 지지되어 있고, 상기 타겟홀더(61)는, 홀더부(61a)와 지지부(61b)를 가지고 있다. 지지부(61b)는, 덮개부재(37b)를 기밀하게 슬라이딩이 자유롭게 관통하고, 도시하지 않은 구동기구와 접속되어 있고, Y축방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 타겟홀더(61)에는, 바이어스전원(62)이 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스전원(62)은, 홀더부(61a)에 시트 플라즈마(SP)에 대하여 음 바이어스전압을 인가한다. 또한 타겟홀더(61)의 지지부(61b)와 덮개부재(37b)는 절연되어 있다.

한편 기재홀더(28)는, 기재(39)를 지지하는 것이다. 상기 기재홀더(28)는, 홀더부(28a)와 지지부(28b)를 가지고 있다. 지지부(28b)는, 덮개부(37a)를 기밀하게 슬라이딩이 자유롭게 관통하고, 도시하지 않은 구동기구와 접속되어 있고, Y축방향으로 이동할 수 있게 구성되어 있다. 또한, 기재홀더(28)는, 바이어스전원(48)과 전기적으로 접속되어 있다. 바이어스전원(48)은, 홀더부(28a)에, 시트 플라즈마(SP)에 대하여 음 바이어스전압을 인가한다. 또한, 기재홀더(28)의 지지부(28b)와 덮개부(37b)는 절연되고 접속되어 있다. 또한 여기서는, 타겟홀더(61)와 접속하는 바이어스전원(62)과, 기재홀더(28)와 접속하는 바이어스전원(48)을 따로 설치하였지만, 이들을 1개의 공통 바이어스전원으로 구성할 수 있다. 또한, 주전원(20)에 타겟홀더(61)와 기재홀더(28)가 각각 접속하는 것과 같은 구성으로 할 수 있다. 다만 상술한 바와 같이 타겟홀더(61)와 기재홀더(28)에 따로 바이어스전원을 설치함으로써 타겟(60)과 기재(39) 사이의 거리를 자유롭게 설정할 수 있고, 음 바이어스전압을 타겟(60)과 기재(39) 양측에 인가할 수 있다. 그 결과 스퍼터 효율이 향상된다.

또한, 덮개부재(37a)의 적절한 지점에는, 배기밸브(44)에 의해 개폐 가능한 진공펌프 접속구(45)가 마련되어 있다. 진공펌프 접속구(45)에는, 도시되지 않은 진공펌프가 접속되어 있다. 이 진공펌프(예를 들면 터보펌프)에 의해 진공 흡입되고, 성막공간(46)은 스퍼터링 프로세스가 가능한 레벨의 진공도까지 빠르게 감압된다.

통체(37)의 외부에는, 자력 세기를 콘트롤할 수 있는 전자코일(63, 64)이 서로 쌍을 이루고 통체(11, 50)의 중심축을 관통하게 설치되어 있다. 전자코일(63, 64)은, 다른 극(異極)끼리(여기서는, 전자코일(63)은 N극, 전자코일(64)은 S극) 마주보게 설치되어 있다.

이 전자코일(63, 64)에 전류를 흘림으로써 만들어지는 코일자계(예를 들면 10G~300G 정도)에 의해, 시트 플라즈마(SP)의 폭방향(X축방향)은, 성막실(3)의 성막공간(51)을 넘어 Z축방향으로 이동하는 동안에 미러(mirror) 자계로서, 그 폭방향 확산을 적절하게 억제하도록 형상이 조절된다.

또한, 성막실(2a)은, 병목부(58)를 통하여 통체(37)와 연통하는 Z축방향으로 중심축을 가지는 통체(59)를 가지고 있다. 통체(59)의 일측(통체(37) 측) 단부는, 덮개부재(65a)에 의해 폐쇄되어 있고, 타측 단부는, 덮개부재(65b)에 의해 폐쇄되어 있다. 덮개부재(65a)의 중심부에는, X축방향으로 연장되는 슬릿공(67)이 형성되어 있다. 이 슬릿공(67)에는, 통체(59)와 통체(37)의 내부공간이 연속하도록, 단면이 사각형이고 통형상의 병목부(58)가 기밀하게 마련되어 있다. 병목부(58)는, 통체(37)의 둘레면 중앙부에 X축방향으로 연장하도록 형성된 슬릿공(66)과 기밀하게 접속되어 있다. 또한, 병목부(58)의 높이(Y축방향 치수), 길이(Z축방향 치수) 및 폭(X축방향 치수)은, 병목부(55)와 같이 시트 플라즈마(SP)를 적절하게 통과하도록 설계된다. 또한, 슬릿공(66, 67)의 높이 및 폭은, 상술한 슬릿공(56, 57)과 동일하게 구성된다.

덮개부재(65b)의 내면에는, 주애노드(40)가 설치되어 있고, 주애노드(40)는, 절환스위치(34)를 통하여 주전원(20)의 양극과 전기적으로 접속되어 있다. 주애노드(40)는, 캐소드(18)와의 사이에서 적절한 양전압(예를 들면 100V)을 인가받고, 이에 따라 캐소드(18)에서 애노드(40) 사이의 아크방전에 의한 시트 플라즈마(SP) 내의 하전입자(특히 전자)를 회수할 수 있다.

주애노드(40)의 후면(캐소드(18)에 대한 대향면인 반대측 면)에는, 주애노드(40)측을 S극, 대기(大氣)측을 N극으로 한 영구자석(41)이 배치되어 있다. 이에 따라 영구자석(41)의 N극으로부터 나와서 S극으로 들어가는 XZ평면을 따른 자력선에 의해, 주애노드(40)를 향하는 시트 플라즈마(SP)의 폭방향(X축방향)의 확산을 억제하도록 시트 플라즈마(SP)가 폭방향으로 집속되고, 시트 플라즈마(SP)의 하전입자가 주애노드(40)에 적절하게 회수된다.

또한 본 발명의 효과가 얻어진다는 관점에서, 플라즈마 유출 저지/허용장치(30)를 시트 플라즈마 변형실(3)(정확하게는, 병목부(55))에 설치할 수도 있다. 또한, 통체(11), 통체(50) 및 통체(59)의 XY평면에 평행한 단면은, 여기서는, 원형이지만, 이에 한정되지 아니 하고, 다각형 등일 수 있다. 또한, 통체(37)의 XZ평면에 평행한 단면은, 여기서는 원형이지만, 이에 한정되지 아니 하고, 다각형 등일 수 있다.

다음으로, 본 실시예2에 따른 플라즈마 건 성막장치(200)의 동작에 관하여 설명한다.

우선, 실시예1에 따른 플라즈마 건 성막장치(100)의 동작과 같이, 원주 플라즈마(CP)가 형성된다. 형성된 원주 플라즈마(CP)는, 전자코일(29)에 의해 형성되는 자장의 자력선을 따라 시트 플라즈마 변형실(3)로 인도된다.

시트 플라즈마 변형실(3)로 인도된 원주 플라즈마(CP)는, 1쌍의 영구자석(53)과 성형자석(54)으로부터 발생하는 자장에 의해 시트상으로 넓어져(XZ평면으로 연장), 시트 플라즈마(SP)로 변형된다. 이 시트 플라즈마(SP)는, 슬릿공(56), 병목부(55) 및 슬릿공(57)을 통과하여 성막실(2a)로 인도된다.

성막실(2a)로 인도된 시트 플라즈마(SP)는, 전자코일(63, 64)에 의한 자장에 의해, 폭방향 형상이 조정되고, 타겟(60)과 기재(39) 사이의 공간까지 인도된다. 타겟(60)에는, 타겟홀더(61)를 통하여 시트 플라즈마(SP)에 대하여 음 바이어스전압이 인가된다. 또한 기재(39)에도, 기재홀더(28)를 통하여 시트 플라즈마(SP)에 대하여 음 바이어스전압이 인가된다. 타겟(60)이 음으로 바이어스됨으로써 Ar+이온이 타겟을 효율 좋게 스퍼터한다. 스퍼터된 타겟(60)을 구성하는 원자는, 수직방향으로 시트 플라즈마(SP) 안을 통과하고, 이때 양 이온으로 이온화된다. 이 양 이온은, 음으로 바이어스된 기재(39) 상에 퇴적하고, 전자를 받아 기재(39)를 성막한다.

그리고 시트 플라즈마(SP)는, 영구자석(41)의 자력선에 의해 폭방향으로 집속되고, 주애노드(40)가 시트 플라즈마(SP)를 받는다.

이와 같이 구성함으로써, 글로우방전 때에 스퍼터링된 음극을 형성하는 금속 이, 성막실에 혼입하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기재나 성막재료에 불순물이 부착하는 것이 방지되므로 기재를 균일하게 성막할 수 있다.

다음으로 본 실시예2에 따른 플라즈마 건 성막장치의 변형예에 관하여 설명한다.

[변형예2]

도 7은, 변형예2에 따른 플라즈마 건 성막장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 8은, 도 7에 나타낸 플라즈마 건 성막장치(201)의 플라즈마 유출 저지/허용장치(70)의 개폐부재(31)가 개방된 상태를 나타내는 모식도이다. 또한, 이하의 설명에서는, 도 1과 동일하거나 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 변형예에서는, 도 5에 나타낸 보조애노드(32)가, 통체(11)의 중간에 설치되어 있고, 캐소드(17)에서 발생한 플라즈마를 보조애노드(32)에서 받는 경우에는, 전자코일(29, 63, 64) 및 성형전자코일(54)의 각각에 전류를 흘리지 않도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 보조애노드(32)는, 통체(11)와 동축상으로 설치된 금속제(예를 들면 구리(銅))인 원통형상의 애노드부재(74)를 가지고 있다. 애노드부재(74)는, 통체(11)의 그리드전극(23)과 플라즈마 유출 저지/허용장치(30) 사이의 적절한 지점에 원통형상의 취부부재(73a, 73b)를 통하여 기밀하게 설치되어 있다. 또한, 애노드부재(74)는, 주전원(20)의 양극과 절환스위치(34)를 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 애노드부재(74)는, 취부부재(73a, 73b)에 의해 통체(11)와 절연 되어 있다.

또한, 애노드부재(74)의 바깥둘레에는, 금속제(예를 들면 구리) 냉각관(75)이 애노드부재(74)의 둘레방향으로 감겨져 있다. 그리고 냉각관(75)에는, 냉각매체(여기서는 물)를 순환시키는 냉각매체 공급장치(미도시)가 접속되어 있고, 애노드부재(74)가 냉각되도록 구성되어 있다.

다음으로, 본 변형예에 따른 플라즈마 건 성막장치(201)의 동작에 관하여 설명한다.

상술한 바와 같이, 보조음극(14)에서 글로우방전이 행해지고, 이어서 주음극(17)에서 아크방전이 행해지고, 캐소드(17)에서 플라즈마가 발생한다. 발생한 플라즈마는, 그리드전극(22, 23)의 전계에 의해, 원주상으로 형성되고, 그리드전극(22, 23)의 내부공간을 통과하여 보조애노드(32) 측으로 인출된다. 그리고 그리드전극(23)을 통과한 원주 플라즈마(CP)는, 전자코일(29, 63, 64) 및 성형전자코일(54)의 각각에 전류가 흐르지 않기 때문에, 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어지고, 이 넓어진 플라즈마를 보조애노드(32)가 받는다. 또한 캐소드(17)에서 발생한 플라즈마를 원주상으로 성형시키지 않는 관점에서, 전자코일(29)에만 전류를 흘리지 않게 할 수 있다.

다음으로, 구동기구(71)가 작동하고, 개폐부재(31)가 플라즈마 유출구(70)의 개구면에 평행하게 이동하여 플라즈마 유출구(70)로부터 플라즈마 유출을 허용하는 상태가 되고, 이에 따라 플라즈마 건(1)과 시트 플라즈마 변형실(3)이 연통된다. 이와 동시에 절환스위치(34)는, 주애노드(40)에 전류가 흐르도록 절환되고, 보조애 노드(32)가 캐소드(18)에서 발생한 플라즈마를 받지 않고, 주애노드(40)가 플라즈마를 받는 상태가 된다(도 8 참조). 또한, 동시에 전자코일(29, 63, 64) 및 성형전자코일(54)의 각각에 전류를 흘려 방전공간(12) 등에 자계를 작용시키고, 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어져 있는 플라즈마를, 원주상으로 형성한다. 그리고 이 원주 플라즈마(CP)가, 플라즈마 유출구(70)로부터 유출하여 시트 플라즈마 변형실(3)(정확하게는, 수송공간(51))로 인도된다. 시트 플라즈마 변형실(3)로 인도된 원주 플라즈마(CP)는, 성형전자코일에 의한 코일자계와 영구자석(53)에 의한 자석자계의 상호작용에 의해 시트 플라즈마(SP)로 변형되고, 성막실(2a)로 인도된다. 그리고 성막실(2a)에 인도된 시트 플라즈마(SP)는, 전자코일(63, 64)에 의한 코일자계에 의해 형상이 성형되고, 주애노드(40)가 시트 플라즈마(SP)를 받는다.

이와 같이, 본 변형예2에 따른 플라즈마 건 성막장치에서는, 전자코일(29, 63, 64) 및 성형전자코일(54)의 각각에 전류를 흘리지 않도록 함으로써 원주 플라즈마(CP)가 통체(11)의 내벽을 향하여 넓어지고, 보조애노드(32)에서 이 넓어진 플라즈마를 받을 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는, 플라즈마 성막장치 안을 진공상태로 하고 성막을 행하였지만, 성막실에 반응성 가스를 도입하고, 이 가스와 성막재료의 반응물을 이용하여 기재를 성막하는 것과 같은 구성으로 할 수 있다.

또한 플라즈마 유출 저지/허용장치는, 개폐부재가 요동하여 플라즈마 유출구를 개폐하는 것도 가능하다.

본 발명의 플라즈마 건 및 플라즈마 건 성막장치는, 성막실에 불순물이 혼입하는 것을 방지할 수 있으므로 유용하다. 또한 성막실과 플라즈마 건을 따로 감압할 수 있기 때문에, 플라즈마 건에서 플라즈마를 발생시킨 상태에서 성막실 내부를 대기압 하에서 작업하거나 혹은 성막실 안을 진공상태로 유지한 상태에서 플라즈마 건의 교체작업을 할 수 있는 플라즈마 건 및 플라즈마 건 성막장치로서 유용하다.

Claims

플라즈마 유출구를 가지는 용기;

상기 용기의 내부에 설치되어, 방전에 의해 플라즈마를 발생하는 캐소드;

상기 플라즈마 유출구와 상기 캐소드 사이에 위치할 수 있게 설치되어, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있는 보조애노드; 및

상기 용기의 내부를 배기 및 밀봉하기 위한 배기밸브를 포함하고,

상기 캐소드의 방전에 의해 발생하는 플라즈마가 상기 플라즈마 유출구로부터 유출하는 것을 저지 및 허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 유출 저지/허용장치는, 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하는 개폐부재와, 상기 개폐부재를 개폐 구동하는 구동장치를 가지고,

상기 보조애노드는, 고리형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제2항에 있어서,

상기 보조애노드는, 상기 캐소드와 상기 개폐부재 사이에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 유출 저지/허용장치는, 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하는 개폐부재와, 상기 개폐부재를 개폐 구동하는 구동장치를 가지며,

상기 보조애노드는, 상기 개폐부재가 상기 플라즈마 유출구를 폐쇄한 때, 상기 캐소드와 대향하도록, 상기 개폐부재에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개폐부재는, 상기 플라즈마 유출구의 개구면에 평행하게 이동하여 상기 플라즈마 유출구를 자유롭게 개폐하고,

상기 구동장치는, 상기 플라즈마 유출구를 개폐하도록, 상기 개폐부재를 이동시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건.
플라즈마 유출구를 가지는 용기와, 상기 용기의 내부에 설치되어, 방전에 의 해 플라즈마를 발생하는 캐소드와, 상기 용기의 내부를 배기 및 밀봉하기 위한 배기밸브를 가지는 플라즈마 건;

플라즈마 유입구를 가지는 내부를 감압할 수 있는 성막실;

상기 플라즈마 유입구와 상기 캐소드 사이에 위치할 수 있게 설치되어, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있는 보조애노드;

상기 캐소드의 방전에 의해 발생하는 플라즈마가 상기 플라즈마 유입구로부터 유입하는 것을 저지 및 허용하는 플라즈마 유출 저지/허용장치; 및

상기 성막실의 내부에 설치된 주애노드를 구비하고,

상기 플라즈마 건은, 상기 용기의 내부가 상기 플라즈마 유출구 및 상기 플라즈마 유입구를 통하여 상기 성막실의 내부와 연통하도록 설치되고,

상기 주애노드는, 상기 보조애노드가 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받지 않고, 상기 플라즈마 유출 저지/허용장치가 상기 플라즈마 유입구로부터 상기 플라즈마가 유입하는 것을 허용하는 상태에 있어서, 상기 캐소드에서 발생한 플라즈마를 받을 수 있게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건 성막장치.
제6항에 있어서,

상기 성막실의 내부에, 기재홀더 및 성막재료를 수용하고 증발시키는 하스가 설치되고, 상기 하스가 상기 주애노드로 구성되어 있고, 상기 하스가 받는 상기 플라즈마에 의해 상기 하스에 수용된 성막재료가 증발되어, 상기 기재홀더에 지지된 기재 상에 성막되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건 성막장치.
제6항에 있어서,

상기 용기와 상기 성막실 사이에 설치된 시트 플라즈마 변형실 및

시트 플라즈마 변형기구를 구비하고,

상기 시트 플라즈마 변형실은, 상기 성막실의 내부와 상기 플라즈마 유입구를 통하여 연통되고, 상기 용기의 내부와 상기 플라즈마 유출구를 통하여 연통하도록 설치되고,

상기 플라즈마 건은, 상기 용기 내에 원주상 플라즈마가 형성되어 상기 플라즈마 유출구로부터 유출하도록 구성되고,

상기 유출한 상기 원주상 플라즈마가 상기 시트 플라즈마 변형실에 있어서 상기 시트 플라즈마 변형기구에 의해 시트 플라즈마로 변형되고,

상기 성막실에 있어서, 상기 시트 플라즈마 변형실로부터 유입되어 상기 주애노드를 향하는 상기 시트 플라즈마를 이용하여 성막이 행해지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 건 성막장치.