KR20140139408A - 성막장치 - Google Patents

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KR20140139408A
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film forming
forming material
film
hearth
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토시유키 사케미
마사루 미야시타
히사시 기타미
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스미도모쥬기가이고교 가부시키가이샤
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Abstract

성막대상물의 성막면 내에 있어서의 막질분포의 균일화를 도모할 수 있는 성막장치를 제공한다.
성막장치는, 진공챔버(10) 내에서 플라즈마빔(P)에 의하여 성막재료(Ma)를 가열하여 증발시켜, 성막재료의 증발입자(Mb)를 성막대상물(11)에 부착시키는 장치에 있어서, 진공챔버(10) 내에서 플라즈마빔을 생성하는 플라즈마원(7)과, 증발원이 되는 성막재료가 충전됨과 함께, 플라즈마빔을 성막재료로 유도하거나, 또는 플라즈마빔이 유도되는 주 양극인 메인 하스(17)와, 메인 하스의 주위에 배치됨과 함께, 플라즈마빔을 유도하는 보조 양극인 링하스(6)와, 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 방향을 소정 시간마다 변화시키는 증발방향 조정부(21)를 구비하는 구성으로 한다.

Description

성막장치{Film Forming Apparatus}
본 출원은, 2013년 5월 27일에 출원된 일본 특허출원 제2013-110963호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.
본 발명은, 진공챔버 내에서 플라즈마빔에 의하여 성막재료를 가열하여 증발시켜, 성막재료의 입자를 성막대상물에 부착시키는 성막장치에 관한 것이다.
성막대상물의 표면에 막을 형성하는 성막장치로서, 예를 들면 이온플레이팅법을 이용한 것이 있다. 이온플레이팅법에서는, 증발시킨 성막재료의 입자를 진공챔버 내에서 확산시켜 성막대상물의 표면에 부착시킨다. 이러한 성막장치는, 플라즈마빔을 생성하기 위한 플라즈마원과, 성막재료를 지지하는 주 양극인 메인 하스와, 이 메인 하스를 둘러싸는 보조 양극인 링하스를 구비하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또, 특허문헌 1에 기재된 성막장치에서는, 플라즈마원, 메인 하스 및 링하스를 예를 들면 2세트 구비하고, 이로써 2개소의 증발원으로부터 성막재료를 증발시켜, 성막되는 범위를 넓히고 있다.
선행기술문헌
(특허문헌)
특허문헌 1: 일본 특허공개공보 평9-256147호
여기에서, 성막대상물에 부착된 성막재료의 막질을 향상시키는 것이 요구되고 있다. 예를 들면, 진공챔버 내의 산소 농도, 플라즈마의 상태 등의 성막 조건을 변화시켜, 소정의 성막 조건으로 설정함으로써, 성막대상물의 특정 영역의 막질을 향상시킬 수 있다. 그러나, 막질이 향상된 특정 영역과 그 주변 영역에서 막질의 차가 커져, 막질의 분포가 불균일해질 우려가 있다.
따라서, 성막대상물의 성막면 내에 있어서의 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있는 성막장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 성막장치는, 진공챔버 내에서 플라즈마빔에 의하여 성막재료를 가열하여 증발시켜, 성막재료의 증발입자를 성막대상물에 부착시키는 성막장치로서, 진공챔버 내에서 플라즈마빔을 생성하는 플라즈마원과, 증발원이 되는 성막재료가 충전됨과 함께, 플라즈마빔을 성막재료로 유도하거나, 또는 플라즈마빔이 유도되는 주 양극인 메인 하스와, 메인 하스의 주위에 배치됨과 함께, 플라즈마빔을 유도하는 보조 양극인 링하스와, 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 방향을 소정 시간마다 변화시키는 증발방향 조정부를 구비한다.
이 성막장치는, 증발원으로부터 증발하는 성막재료의 증발입자의 방향을 소정 시간마다 변화시키는 증발방향 조정부를 구비하는 구성이므로, 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 방향을 시간적으로 변화시켜, 증발입자의 확산 상태를 변화시킬 수 있다. 증발입자의 활성도는 증발입자에 따라 상이하므로, 증발입자의 확산 상태를 변화시킴으로써, 활성도가 높은 증발입자를 분산시켜 막질이 양호한 영역을 넓힐 수 있다. 이로써, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
여기에서, 증발방향 조정부는, 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 확산폭을 조정해도 된다. 증발입자의 확산폭을 소정 시간마다 변화시켜 증발입자의 확산 상태를 변화시킬 수 있어, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
성막장치는, 플라즈마원, 메인 하스 및 링하스를 복수 세트 구비하고, 증발방향 조정부는, 확산폭을 주기적으로 조정하여, 인접하는 증발원에 있어서의 확산폭의 변화의 위상을 어긋나게 해도 된다. 이로써, 증발입자의 확산폭이, 인접하는 증발원에 있어서 동일해지지 않도록 확산 상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 인접하는 증발원의 중앙에 대응하는 위치에 상대하는 성막대상물의 영역에 있어서, 일방의 증발원으로부터 증발한 증발입자를 부착시킨 후에, 타방의 증발원으로부터 증발한 증발입자를 부착시킬 수 있어, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또, 증발방향 조정부는, 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 확산중심의 방향을 조정해도 된다. 증발입자의 확산중심의 방향을 소정 시간마다 변화시켜 증발입자의 확산 상태를 변화시킬 수 있어, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다. 다만, 확산중심의 방향이란, 증발입자의 확산폭의 중앙에 있어서의 증발입자의 진행방향을 말한다.
성막장치는, 플라즈마원, 메인 하스 및 링하스를 복수 세트 구비하고, 증발방향 조정부는, 확산중심의 방향을 주기적으로 변화시켜, 인접하는 증발원에 있어서의 확산중심 방향의 변화의 위상을 동일하게 해도 된다. 이로써, 인접하는 증발원으로부터 증발하는 증발입자의 확산중심의 방향을 동일하게 하도록 확산 상태를 변화시킬 수 있다. 예를 들면, 인접하는 증발원의 중앙에 대응하는 위치에 상대하는 성막대상물의 영역에 있어서, 양방의 증발원으로부터 동시에 증발입자가 도달하는 것이 방지되어, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또, 증발방향 조정부는, 링하스에 중첩된 보조 코일을 가지고, 보조 코일에 의하여 형성되는 자장을 바꿈으로써 확산중심의 방향을 바꾸어도 된다. 이로써, 보조 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 자장을 바꿀 수 있으므로, 증발입자의 확산중심의 방향을 용이하게 변화시킬 수 있다.
여기에서, 보조 코일은, 링하스의 축선방향으로부터 보아, 증발원을 사이에 두고 양측에 배치된 1쌍의 내측 코일과, 1쌍의 내측 코일의 외측에 배치된 1쌍의 외측 코일을 구비하고, 1쌍의 내측 코일에 의한 자장의 방향과, 1쌍의 외측 코일에 의한 자장의 방향을 반대방향으로 하는 구성이어도 된다. 증발원에 가까운 위치에 배치된 1쌍의 내측 코일에 의한 자장의 도달 거리는, 증발원으로부터 떨어진 위치에 배치된 1쌍의 외측 코일에 의한 자장의 도달 거리보다 짧아진다. 바꾸어 말하면, 증발입자의 진행방향에 있어서, 증발원에 가까운 위치에서는 1쌍의 내측 코일에 의한 자장을 발생시키고, 증발원으로부터 먼 위치에서는 1쌍의 외측 코일에 의한 자장을 발생시키도록 할 수 있다. 이로써, 증발원의 근방에서는, 1쌍의 외측 코일에 의한 자장의 영향을 없애도록 1쌍의 내측 코일에 의한 자장을 발생시키고, 증발원으로부터 떨어진 위치에서는, 1쌍의 외측 코일에 의한 자장에 의하여, 증발입자의 확산중심의 방향을 바꾸도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 성막대상물의 성막면 내에 있어서의 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 성막장치의 일 실시형태의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 메인 하스 근방의 자장을 나타내는 모식도이다.
도 3은 성막재료입자의 확산폭의 시간적인 변화를 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 관한 성막장치의 링하스를 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 V-V선을 따른 단면도이다.
도 6은 성막재료입자의 확산중심 방향의 시간적인 변화를 나타내는 모식도이다.
도 7은 내측 코일 및 외측 코일에 의한 자장강도를 나타내는 도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 성막장치의 일 실시형태를 상세하게 설명한다. 다만, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1에 나타나는 성막장치(1)는, 이른바 이온플레이팅법에 이용되는 이온플레이팅장치이다. 다만, 설명의 편의상, 도 1에는, XYZ 좌표계를 나타낸다. Y축 방향은, 후술하는 성막대상물이 반송되는 방향이다. X축 방향은, 성막대상물과 후술하는 하스 기구가 대향하는 방향이다. Z축 방향은, X축 방향과 Y축 방향에 직교하는 방향이다.
(제1 실시형태)
성막장치(1)는, 성막대상물(11)의 판두께방향이 수평방향(도 1에서는 X축 방향)이 되도록, 성막대상물(11)을 직립 또는 직립시킨 상태로부터 경사진 상태로, 성막대상물(11)이 진공챔버(10) 내에 배치되어 반송되는, 이른바 세로형의 성막장치이다. 이 경우에는, X축 방향은 수평방향 또한 성막대상물(11)의 판두께방향이고, Y축 방향은 수평방향이며, Z축 방향은 연직방향이 된다. 한편, 본 발명에 의한 성막장치의 일 실시형태에서는, 성막대상물의 판두께방향이 대략 연직방향이 되도록 성막대상물이 진공챔버 내에 배치되어 반송되는 이른바 가로형의 성막장치여도 된다. 이 경우에는, Z축 및 Y축 방향은 수평방향이며, X축 방향은 연직방향 또한 판두께방향이 된다. 다만, 이하의 실시형태에서는, 세로형의 경우를 예로 들어, 본 발명의 성막장치의 일 실시형태를 설명한다.
성막장치(1)는, 하스기구(2), 반송기구(3), 링하스(6), 플라즈마원(7), 압력조정장치(8) 및 진공챔버(10)를 구비하고 있다.
진공챔버(10)는, 성막재료의 막이 형성되는 성막대상물(11)을 반송하기 위한 반송실(10a)과, 성막재료(Ma)를 확산시키는 성막실(10b)과, 플라즈마원(7)으로부터 조사되는 플라즈마빔(P)을 진공챔버(10)에 받아들이는 플라즈마입구(10c)를 가지고 있다. 반송실(10a), 성막실(10b), 및 플라즈마입구(10c)는 서로 연통하고 있다. 반송실(10a)은, 소정의 반송방향(도면 중의 화살표(A))을(Y축을) 따라 설정되어 있다. 또, 진공챔버(10)는, 도전성의 재료로 이루어져 접지전위에 접속되어 있다.
반송기구(3)는, 성막재료(Ma)와 대향한 상태로 성막대상물(11)을 지지하는 성막대상물 지지부재(16)를 반송방향(A)으로 반송한다. 예를 들면 지지부재(16)는, 성막대상물의 외주 가장자리를 지지하는 프레임체이다. 반송기구(3)는, 반송실(10a) 내에 설치된 복수의 반송롤러(15)에 의하여 구성되어 있다. 반송롤러(15)는, 반송방향(A)을 따라 등간격으로 배치되고, 성막대상물 지지부재(16)를 지지하면서 반송방향(A)으로 반송한다. 다만, 성막대상물(11)은, 예를 들면 유리기판이나 플라스틱기판 등의 판형상 부재가 이용된다.
플라즈마원(7)은, 압력 구배형이며, 그 본체 부분이 성막실(10b)의 측벽에 마련된 플라즈마입구(10c)를 통하여 성막실(10b)에 접속되어 있다. 플라즈마원(7)은, 진공챔버(10) 내에서 플라즈마빔(P)을 생성한다. 플라즈마원(7)에 있어서 생성된 플라즈마빔(P)은, 플라즈마입구(10c)로부터 성막실(10b) 내로 출사된다. 플라즈마빔(P)은, 플라즈마입구(10c)에 마련된 스티어링코일(도시하지 않음)에 의하여 출사방향이 제어된다.
압력조정장치(8)는, 진공챔버(10)에 접속되어, 진공챔버(10) 내의 압력을 조정한다. 압력조정장치(8)는, 예를 들면, 터보분자펌프나 크라이오펌프 등의 감압부와, 진공챔버(10) 내의 압력을 측정하는 압력측정부를 가지고 있다.
하스기구(2)는, 성막재료(Ma)를 유지하기 위한 기구이다. 하스기구(2)는, 진공챔버(10)의 성막실(10b) 내에 마련되어, 반송기구(3)로부터 보아 X축 방향의 부방향으로 배치되어 있다. 하스기구(2)는, 플라즈마원(7)으로부터 출사된 플라즈마빔(P)을 성막재료(Ma)로 유도하는 주 양극 또는 플라즈마원(7)으로부터 출사된 플라즈마빔(P)이 유도되는 주 양극인 메인 하스(17)를 가지고 있다.
메인 하스(17)는, 성막재료(Ma)가 충전된 X축 방향의 정방향으로 뻗은 통형상의 충전부(17a)와, 충전부(17a)로부터 돌출된 플랜지부(17b)를 가지고 있다. 메인 하스(17)는, 진공챔버(10)가 가지는 접지전위에 대해서 정전위로 유지되고 있기 때문에, 플라즈마빔(P)을 흡인한다. 이 플라즈마빔(P)이 입사되는 메인 하스(17)의 충전부(17a)에는, 성막재료(Ma)를 충전하기 위한 관통공(17c)이 형성되어 있다. 그리고, 성막재료(Ma)의 선단 부분이, 이 관통공(17c)의 일단에 있어서 성막실(10b)에 노출되어 있다.
링하스(6)는, 플라즈마빔(P)을 유도하기 위한 전자석을 가지는 보조 양극이다. 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 영구자석(20)과 환형상의 용기(12)를 가지고, 코일(9) 및 영구자석(20)은 용기(12)에 수용되어 있다. 링하스(6)는, 코일(9)에 흐르는 전류의 크기에 따라, 성막재료(Ma)에 입사되는 플라즈마빔(P)의 방향, 또는, 메인 하스(17)에 입사되는 플라즈마빔(P)의 방향을 제어한다. 또, 영구자석(20)은, 원하는 막두께 분포를 얻을 수 있도록, 자력의 조정을 행할 수 있다.
성막재료(Ma)에는, ITO나 ZnO 등의 투명 도전재료나, SiON 등의 절연 밀봉 재료가 예시된다. 성막재료(Ma)가 절연성 물질로 이루어지는 경우, 메인 하스(17)에 플라즈마빔(P)이 조사되면, 플라즈마빔(P)으로부터의 전류에 의하여 메인 하스(17)가 가열되어, 성막재료(Ma)의 선단 부분이 증발하여, 플라즈마빔(P)에 의하여 이온화된 성막재료입자(증발입자)(Mb)가 성막실(10b) 내로 확산된다. 또, 성막재료(Ma)가 도전성 물질로 이루어지는 경우, 메인 하스(17)에 플라즈마빔(P)이 조사되면, 플라즈마빔(P)이 성막재료(Ma)에 직접 입사되어, 성막재료(Ma)의 선단 부분이 가열되어 증발하여, 플라즈마빔(P)에 의하여 이온화된 성막재료입자(Mb)가 성막실(10b) 내로 확산된다. 성막실(10b) 내로 확산된 성막재료입자(Mb)는, 성막실(10b)의 X축 정방향으로 이동하여, 반송실(10a) 내에 있어서 성막대상물(11)의 표면에 부착된다. 다만, 성막재료(Ma)는, 소정 길이의 원기둥 형상으로 성형된 고체물이며, 한 번에 복수의 성막재료(Ma)가 하스기구(2)에 충전된다. 그리고, 최선단측의 성막재료(Ma)의 선단 부분이 메인 하스(17)의 상단과의 소정의 위치관계를 유지하도록, 성막재료(Ma)의 소비에 따라, 성막재료(Ma)가 하스기구(2)의 X축 부방향측으로부터 순차 압출된다.
또, 성막장치(1)는, 하스기구(2), 링하스(6) 및 플라즈마원(7)의 조합을 복수 세트 구비하는 것이며, 복수의 증발원을 가진다. 복수의 하스기구(2)는, Z축 방향으로 등간격으로 배치되고, 하스기구(2)에 대응하여 링하스(6) 및 플라즈마원(7)이 각각 배치되어 있다. 성막장치(1)는, Z축 방향의 복수 개소로부터 성막재료(Ma)를 증발시켜 성막재료입자(Mb)를 확산시킬 수 있다.
여기에서, 성막장치(1)는, 증발원의 성막재료(Ma)로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)의 방향을 소정 시간마다 변화시키는 증발방향 조정부(21)를 구비하고 있다. 증발방향 조정부(21)는, 링하스(6)의 환형상의 코일(9)과, 이 코일(9)에 전류를 공급하는 하스코일 전원부(22)를 가진다. 하스코일 전원부(22)는, 직류에 교류를 중첩시킨 전류를 코일(9)에 공급한다. 하스코일 전원부(22)는, 소정 시간마다 전류치를 교대로 20A 또는 30A로 전환함으로써, 메인 하스(17) 근방의 자장을 변화시켜 성막재료입자(Mb)의 확산폭을 바꾼다. 전류치를 전환하는 주기는, 성막대상물(11)의 반송 속도나, 증발원으로부터 성막대상물(11)까지의 성막재료입자(Mb)의 이동 시간에 따라 선택해도 된다. 또, 코일(9)에 공급되는 전류치는 20A, 30A에 한정되지 않고, 그 외의 값의 전류치여도 된다.
도 2에서는, 메인 하스 근방의 자장 및 성막재료입자(Mb)의 방향을 나타내고 있다. 도 2(a)는, 코일(9)에 20A의 전류가 공급되고 있는 경우를 나타내고, 도 2(b)는, 코일(9)에 30A의 전류가 공급되고 있는 경우를 나타내고 있다. 코일(9)에 흐르는 전류치를 높여 코일(9)에 의한 자장을 강하게 함으로써, 성막재료입자(Mb)의 직진방향(X축 방향)의 지향성을 강하게 하여 성막재료입자(Mb)의 확산폭을 좁힐 수 있다. 한편, 코일(9)에 흐르는 전류치를 낮춰 코일(9)에 의한 자장을 약하게 함으로써, 성막재료입자(Mb)가 진행하는 방향의 지향성을 약하게 하여 성막재료입자(Mb)의 확산폭을 넓힐 수 있다.
증발방향 조정부(21)는, 인접하는 링하스(6)의 코일(9)에 있어서 서로 상이한 전류치가 되도록 제어하고 있다. 증발방향 조정부(21)는, 예를 들면, 일방의 링하스(6)의 코일(9)의 전류치가 20A인 경우에는, 일방의 링하스(6)에 인접하는 타방의 링하스(6)의 코일(9)의 전류치를 30A로 한다. 또, 증발방향 조정부(21)는, 인접하는 코일(9)끼리의 전류치가 동일해지지 않도록, 전류치를 전환하는 타이밍을 동일하게 한다.
도 3에서는, 성막재료입자(Mb)의 확산폭의 시간적인 변화를 나타내고 있다. 도 3에서는, Z축 방향으로 3개의 증발원을 가지는 경우를 나타내고, 도 3(a)~도 3(c)의 순으로 시간이 진행되었을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 3(a)에 나타나는 상태(제1 상태)에서는, 하스코일 전원부(22)는, 중앙의 링하스(6)의 코일(9)에 20A의 전류를 흐르게 하고, 인접하는 외측의 링하스(6)의 코일(9)에 30A의 전류를 흐르게 하고 있다. 이 때, 중앙의 20A의 경우의 성막재료입자(Mb)의 확산폭(Wa)은, 인접하는 외측의 30A의 경우의 성막재료입자(Mb)의 확산폭(Wb)보다 넓게 되어 있다.
다음으로, 도 3(b)에 나타나는 상태(제2 상태)에서는, 하스코일 전원부(22)는, 중앙의 링하스(6)의 코일(9)에 30A의 전류를 흐르게 하고, 인접하는 외측의 링하스(6)의 코일(9)에 20A의 전류를 흐르게 하고 있다. 이 때, 중앙의 30A의 경우의 성막재료입자(Mb)의 확산폭(Wb)은, 인접하는 외측의 20A의 경우의 성막재료입자(Mb)의 확산폭(Wa)보다 좁게 되어 있다. 그리고, 도 3(c)에 나타나는 상태(제1 상태)는, 도 3(a)에 나타나는 상태와 동일하고, 이와 같이 하여, 제1 상태 및 제2 상태를 반복함으로써 주기적으로 전류치를 전환하여, 성막재료입자(Mb)의 확산폭을 변화시킨다.
다음으로, 본 실시형태에 관한 성막장치(1)의 작용에 대해 설명한다.
성막장치(1)는, 성막대상물(11)을 반송시키면서 성막을 행한다. 성막을 행할 때에는, 성막장치(1)는, 플라즈마원(7)으로부터 플라즈마빔(P)를 조사하여, 성막재료(Ma)를 가열하여 증발시킨다. 성막재료(Ma)로부터 증발된 성막재료입자(Mb)는, 증발원으로부터 소정의 각도로 퍼져 확산된다. 하스코일 전원부(22)는, 코일(9)에 흐르게 하는 전류를 주기적으로 전환할 수 있으므로, 메인 하스(17) 근방의 자장을 조정하여 성막재료입자(Mb)의 방향을 변화시킨다.
이러한 성막장치(1)에 의하면, 증발원으로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)의 방향을 주기적으로 변화시켜 확산 상태를 변화시킬 수 있다. 성막재료입자(Mb)의 활성도는 성막재료입자(Mb)에 따라 상이하므로, 성막재료입자(Mb)의 확산 상태를 변화시킴으로써, 활성도가 높은 성막재료입자(Mb)를 분산시켜 막질이 양호한 영역을 넓힐 수 있다. 이로써, 활성도가 높은 성막재료입자(Mb)가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
막질이 양호한 영역이란, 예를 들면 성막대상물인 기판에 투명 도전막을 성막하는 경우, 투명 도전막의 저항치가 낮은 영역이나, 투명도가 높은 영역을 말한다. 종래의 성막장치에서는, 예를 들면 저항치의 범위가 기준치로부터 5% 이내였던 것을, 성막장치(1)에서는 저항치의 범위를 기준치로부터 3% 이내로 억제할 수 있다.
성막장치(1)에서는, 복수의 증발원을 가지고, 성막재료입자(Mb)의 확산 상태를, 인접하는 증발원끼리 동일해지지 않도록 조정할 수 있다. 예를 들면, 인접하는 증발원의 중앙에 대응하는 위치에 상대하는 성막대상물(11)의 영역에 있어서, 일방의 증발원으로부터 증발한 성막재료입자(Mb)를 부착시킨 후에, 타방의 증발원으로부터 증발한 성막재료입자(Mb)를 부착시킬 수 있어, 활성도가 높은 성막재료입자(Mb)가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
(제2 실시형태)
제2 실시형태에 관한 성막장치가 상기의 제1 실시형태에 관한 성막장치(1)와 상이한 점은, 증발방향 조정부(40)의 구성이 다른 점이며, 주로 링하스(41)의 구성이 상이하다. 다만, 제1 실시형태와 동일한 설명은 생략한다. 증발방향 조정부(40)는, 증발원으로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 주기적으로 변동시킬 수 있다. 링하스(41)는, 도 4 및 도 5에 나타나는 바와 같이, 환형상의 영구자석(20)에 중첩된 보조 코일(46)을 구비하고 있다. 보조 코일(46)은, 1쌍의 내측 코일(42, 43)과, 1쌍의 외측 코일(44, 45)을 가진다. 다만, 도 5에서는, 링하스(41)의 케이스(12)의 도시를 생략하고 있다. 링하스(41)는, 케이스(12) 내에, 코일(9), 영구자석(20) 및 보조 코일(46)을 가진다.
보조 코일(46)은, 영구자석(20)의 코일(9)과는 반대측의 면(성막대상물이 배치되는 측의 면) 상에 배치되어 있다. 1쌍의 내측 코일(42, 43)은, 링하스(41)의 축선방향으로부터 보아, 증발원을 사이에 두고 Z축 방향의 양측에 배치되어 있다. 도 4 및 도 5에서는, 좌측에 내측 코일(42)이 배치되고, 우측에 내측 코일(43)이 배치되어 있다. 내측 코일(42, 43)은, 환형상의 영구자석(20)의 둘레방향을 따르는 대략 부채형의 평면코일이다. 내측 코일(42, 43)의 축선방향은, X축 방향을 따라 배치되어 있다.
1쌍의 외측 코일(44, 45)은, 링하스(41)의 축선방향으로부터 보아, 증발원을 사이에 두고 Z축 방향의 양측이며, 1쌍의 내측 코일(42, 43)의 외측에 배치되어 있다. 도 4 및 도 5에서는, 좌측에 외측 코일(44)이 배치되고, 우측에 외측 코일(45)이 배치되어 있다. 외측 코일(44, 45)은, 환형상의 영구자석(20)의 둘레방향을 따르는 대략 부채형의 평면코일이다. 외측 코일(44, 45)의 축선방향은, X축 방향을 따라 배치되어 있다.
또, 증발방향 조정부(40)는, 보조 코일(46)에 교류전류를 공급하는 보조 코일 전원부(47)를 구비하고 있다. 보조 코일 전원부(47)는, 1쌍의 내측 코일(42, 43)간과, 1쌍의 외측 코일(44, 45)간에서, 반대방향의 기자력을 발생시키도록 교류전류를 공급한다.
예를 들면, 내측 코일(42)의 상측(성막대상물측)이 N극이고 하측이 S극이며, 내측 코일(43)의 상측이 S극이고 하측이 N극인 경우에는, 보조 코일 전원부(47)는, 외측 코일(44)의 상측이 S극이고 하측이 N극, 또한, 외측 코일(45)의 상측이 N극이고 하측이 S극이 되도록, 전류를 공급한다. 이 때, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의하여, 내측 코일(42)로부터 내측 코일(43)로의 우방향의 자장이 형성되고, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의하여, 외측 코일(45)로부터 외측 코일(44)로의 좌방향의 자장이 형성된다. 이로써, 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 있어서, 보조 코일(46)의 부근에서는 내측 코일(42, 43)에 의하여 형성되는 자장과 외측 코일(44, 45)에 의하여 형성되는 자장이 상쇄된다. 그리고, 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 있어서, 보조 코일(46)로부터 상방(X축 방향)으로 떨어진 장소에서는, 외측 코일(44, 45)에 의하여 형성되는 자장의 영향을 강하게 받기 때문에 좌방향의 자장이 형성된다. 증발원으로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)는 X축 방향으로부터 좌측으로 경사져 진행되므로, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 좌측으로 향하게 할 수 있다.
또, 내측 코일(42)의 상측이 S극이고 하측이 N극이며, 내측 코일(43)의 상측이 N극이고 하측이 S극인 경우에는, 보조 코일 전원부(47)는, 외측 코일(44)의 상측이 N극이고 하측이 S극, 또한, 외측 코일(45)의 상측이 S극이고 하측이 N극이 되도록, 전류를 공급한다. 이 때, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의하여, 내측 코일(43)로부터 내측 코일(44)로의 좌방향의 자장이 형성되고, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의하여, 외측 코일(44)로부터 외측 코일(45)로의 우방향의 자장이 형성된다. 이로써, 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 있어서, 보조 코일(46)의 부근에서는 내측 코일(42, 43)에 의하여 형성되는 자장과 외측 코일(44, 45)에 의하여 형성되는 자장이 상쇄된다. 그리고, 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 있어서, 보조 코일(46)로부터 상방으로 떨어진 장소에서는, 외측 코일(44, 45)에 의하여 형성되는 자장의 영향을 강하게 받기 때문에 우방향의 자장이 형성된다. 증발원으로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)는 X축 방향으로부터 우측으로 경사져 진행되므로, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 우측으로 향하게 할 수 있다.
도 6에서는, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향의 시간적인 변화를 나타내고 있다. 도 6에서는, Z축 방향으로 3개의 증발원을 가지는 경우를 나타내고, 도 6(a)~도 6(c)의 순으로 시간이 진행되었을 때의 상태를 나타내고 있다. 도 6(a)에 나타나는 상태에서는, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향은 좌측으로 향해져 있다. 다음으로, 도 6(b)에 나타나는 상태에서는, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향은 우측으로 향해져 있다. 그리고, 도 6(c)에 나타나는 상태에서는, 도 6(a)에 나타내는 경우와 동일한 상태이며, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향은 좌측으로 향해져 있다. 증발방향 조정부(40)는, 인접하는 복수의 증발원에 있어서, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향이 동일해지도록 변화의 위상을 동일하게 하여, 타이밍을 맞추고 있다. 이와 같이 하여, 증발방향 조정부(40)는, 보조 코일(46)에 공급하는 전류를 주기적으로 전환함으로써, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 좌우(Z축 방향)로 변동시킬 수 있다.
도 7에서는, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의하여 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 형성되는 자장의 강도(H1), 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의하여 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 형성되는 자장의 강도(H2), 및 링하스(41)의 중심축(CL) 상에 형성되는 합성자장의 강도(H3)를 나타내고 있다. 합성자장의 강도(H3)는, 자장강도(H1)와 자장강도(H2)를 합성한 것이다. 도 7에 나타내는 세로축은, 보조 코일(46)로부터의 거리를 나타내고, 가로축은, Z축 방향을 따르는 자장의 강도를 나타내고 있다. 도 7의 상태에서는, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의한 자장은 좌방향이며, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 자장은 우방향이다.
예를 들면, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의한 자장강도(H1)의 피크(H1P)는, 증발원으로부터 6cm 떨어진 위치이며, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 자장강도(H2)의 피크(H2P)는, 증발원으로부터 10cm 떨어진 위치로 되어 있다. 자장강도(H1, H2)를 비교하면, 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의한 자장은, 증발원에 가까운 쪽에서 작용하고, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 자장은, 증발원에서 먼 쪽에서 작용하고 있다.
그리고, 합성자장의 강도(H3)는, 증발원의 근방에서는, 거의 제로이며, 증발원으로부터 15cm인 것으로, 최대가 되어 우측을 향하고 있다. 이로써, 증발원의 근방에서는 보조 코일(46)에 의하여 형성되는 횡방향의 자장은 거의 제로이면서, 증발원으로부터 어느 정도 떨어진 장소에 있어서의 보조 코일(46)에 의하여 형성되는 횡방향의 자장을 성막재료입자(Mb)에 인가할 수 있다. 그리고, 증발원으로부터 증발하는 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 우측으로 향하게 할 수 있다. 다만, 확산중심의 방향을 좌측으로 향하게 하는 경우의 자장강도에 대해서는, 좌우 대칭이며 설명은 생략한다.
이러한 제2 실시형태에 관한 성막장치에 의하면, 증발원의 근방에서는, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 자장의 영향을 없애도록 1쌍의 내측 코일(42, 43)에 의한 자장을 발생시키고, 증발원으로부터 15cm 정도 떨어진 위치에서는, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 자장에 의하여, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 바꾸도록 할 수 있다. 증발방향 조정부(40)에 의하여, 성막재료입자(Mb)의 확산중심의 방향을 주기적으로 좌우로(성막대상물의 폭방향으로), 변동시킴으로써, 활성도가 높은 성막재료입자(Mb)가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
인접하는 증발원의 중앙에 대응하는 위치에 상대하는 성막대상물의 영역에 있어서, 양방의 증발원으로부터 교대로 성막재료입자(Mb)가 도달할 수 있어, 활성도가 높은 증발입자가 부착되는 위치의 편중을 억제하여, 막질의 분포의 균일화를 도모할 수 있다.
또, 1쌍의 외측 코일(44, 45)에 의한 기자력은, 1쌍의 내측 코일(43, 44)에 의한 기자력의 2.5배 정도로 해도 된다. 이로써, 증발원의 근방에서는 보조 코일(46)에 의하여 형성되는 횡방향의 자장은 거의 제로이면서, 영구자석(20)에 의한 커스프 자장 부근의 위치에 횡방향(Z축 방향)의 자장을 발생시킬 수 있다.
또, 보조 코일(46)에 공급되는 교류전류의 주파수는, 예를 들면, 10Hz 이상 170Hz 이하로 할 수 있다. 이 주파수는, 성막대상물의 반송 속도에 따라 적절히 선택한다. 또, 주파수가 너무 높으면, 케이스(12)로부터 자력이 나오지 않게 되어 적절한 자장을 형성할 수 없게 된다.
본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 하기와 같은 각종 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시형태에서는, 복수의 증발원을 구비하는 성막장치에, 증발방향 조정부를 마련하고 있지만, 하나의 증발원을 구비하는 성막장치에, 증발방향 조정부를 마련해도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 성막재료입자의 확산폭을 바꾸거나, 확산중심의 방향을 바꾸거나 하고 있지만, 확산폭을 바꿈과 함께 확산중심의 방향을 바꾸어도 된다.
또, 증발방향 조정부(40)는, 1쌍의 내측 코일 및 1쌍의 외측 코일을 구비하는 구성이지만, 예를 들면, 1쌍의 코일만을 구비하는 구성이어도 된다. 또, 1쌍의 보조 코일의 형상은, 한정되지 않고, 원형이나 직사각형 등 그 외의 형상이어도 된다.
또, 증발방향 조정부(40)에 의하여, 예를 들면, 좌우방향으로 성막재료입자의 확산중심의 방향을 바꾸고 있지만, 그 외의 방향으로 확산중심의 방향을 바꾸도록 해도 된다. 예를 들면, X축 방향으로부터 본 경우에, 자석(30)의 둘레방향으로 선회하도록 확산중심의 방향을 바꾸어도 된다.
1: 성막장치
6, 41: 링하스
7: 플라즈마원
10: 진공챔버
11: 성막대상물
17: 메인 하스
20: 영구자석
21, 40: 증발방향 조정부
42, 43: 1쌍의 내측 코일
44, 45: 1쌍의 외측 코일
46: 보조 코일

Claims (7)

  1. 진공챔버 내에서 플라즈마빔에 의하여 성막재료를 가열하여 증발시켜, 상기 성막재료의 증발입자를 성막대상물에 부착시키는 성막장치로서,
    상기 진공챔버 내에서 상기 플라즈마빔을 생성하는 플라즈마원과,
    증발원이 되는 상기 성막재료가 충전됨과 함께, 상기 플라즈마빔을 상기 성막재료로 유도하거나, 또는 상기 플라즈마빔이 유도되는 주 양극인 메인 하스와,
    상기 메인 하스의 주위에 배치됨과 함께, 상기 플라즈마빔을 유도하는 보조 양극인 링하스와,
    상기 증발원으로부터 증발하는 상기 증발입자의 방향을 소정 시간마다 변화시키는 증발방향 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발방향 조정부는, 상기 증발원으로부터 증발하는 상기 증발입자의 확산폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마원, 상기 메인 하스 및 상기 링하스를 복수 세트 구비하고,
    상기 증발방향 조정부는, 상기 확산폭을 주기적으로 조정하여, 인접하는 상기 증발원에 있어서의 상기 확산폭의 변화의 위상을 어긋나게 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 증발방향 조정부는, 상기 증발원으로부터 증발하는 상기 증발입자의 확산중심의 방향을 조정하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마원, 상기 메인 하스 및 상기 링하스를 복수 세트 구비하고,
    상기 증발방향 조정부는, 상기 확산중심의 방향을 주기적으로 변화시켜, 인접하는 상기 증발원에 있어서의 상기 확산중심의 방향의 변화의 위상을 동일하게 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 증발방향 조정부는, 상기 링하스의 자석에 중첩된 보조 코일을 가지고,
    상기 보조 코일에 의하여 형성되는 자장을 바꿈으로써 상기 확산중심의 방향을 바꾸는 것을 특징으로 하는 성막장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 코일은, 상기 링하스의 축선방향으로부터 보아, 상기 증발원을 사이에 두고 양측에 배치된 1쌍의 내측 코일과, 상기 1쌍의 내측 코일의 외측에 배치된 1쌍의 외측 코일을 구비하고,
    상기 1쌍의 내측 코일에 의한 자장의 방향과, 상기 1쌍의 외측 코일에 의한 자장의 방향을 반대방향으로 하는 것을 특징으로 하는 성막장치.
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