KR20160148721A - Ｃｖｄ 장치, 및 ｃｖｄ 막의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160148721A
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Abstract

태양 전지의 반사 방지막에는, 종래, 감압 플라즈마 CVD 에 의해 형성된 질화막이 이용되고 있었다. 그러나, 감압 프로세스는, 설비 비용이나 프로세스 비용이 높기 때문에, 태양 전지의 제조 비용을 저감시키는 것이 곤란하였다. 유전체 부재를 개재하여 전계 또는 자계를 인가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 헤드 단위 부재를 복수 병렬로 나열한 플라즈마 헤드에 의해, 유전체 배리어 방전에 의한 대기압 플라즈마 CVD 로 질화막을 형성하는 것으로 하였다. 유전체 방전에 의해 대기압에서도 안정적인 글로우 방전 플라즈마를 형성할 수 있고, 인접하는 플라즈마 분출구로부터 상이한 플라즈마를 발생, 반응시킴으로써, 대기압에서의 질화막 형성이 가능해지고, 저비용의 태양 전지 제조가 실현 가능해졌다.

Description

ＣＶＤ 장치, 및 ＣＶＤ 막의 제조 방법{CVD DEVICE, AND CVD FILM PRODUCTION METHOD}
본 발명은, 유전체 배리어 방전 플라즈마를 사용한 상압 CVD 장치 및 CVD 막의 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 상압 CVD 장치에 의한 질화막의 제조 방법에 관한 것이다.
태양광 발전은, 자원 고갈이나 온실 효과 가스 배출 등의 문제를 안고 있는 석유 에너지 대신, 클린한 에너지로서 최근 널리 사용되게 되어 왔다. 특허문헌 1 에는, 실리콘 태양 전지의 반사 방지막으로서 실리콘 질화막을 사용함으로써 에너지 변환 효율을 높이는 방법이 개시되어 있다. 질화막의 형성에 사용하는 플라즈마 CVD 법은, 종래, 플라즈마를 안정적으로 발생시키기 위해서 10-2 ∼ 수 Torr 의 감압 하에서 성막을 실시하였다. 그 때문에 감압 시스템 등의 고가의 설비나 성막실의 감압 공정이 필요하여 제조 비용의 저감이 곤란하였다. 태양광 발전의 추가적인 보급을 위해서는, 보다 저비용으로 태양 전지를 제조하는 장치나 제조 방법의 개발이 요망되었다.
특허문헌 2 에는, 대기압 CVD 에 의해 박막을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 도 12 는, 특허문헌 2 에 기재된 종래의 대기압 CVD 장치의 단면도이다. 일반적으로, 대기압 하에서는 헬륨 등의 특정한 가스 이외에는 안정적으로 플라즈마 상태를 유지할 수 없고, 순시에 아크 방전 상태로 이행되는 것이 알려져 있다. 도 12 에 나타내는 CVD 장치는, 용기 (111) 의 내부에 대향하는 1 쌍의 전극 (114, 115) 을 배치하고, 가스 도입구 (111) 로부터 원료 가스를 도입하고, 전극 (114, 115) 에 대하여 펄스 전계를 인가함으로써 고체 유전체 (116, 117) 를 개재하여 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 분출구 (119) 로부터 기판 (121) 상에 발생한 플라즈마 (118) 를 분사하여, 박막 (120) 을 형성한다. 고체 유전체를 개재하여 전극에 전계를 인가함으로써, 기체의 종류에 상관없이 안정적인 글로우 방전 플라즈마를 발생시키는 것이 가능해진다. 질화막의 형성 방법에 대해서는 특허문헌 2 의 실시예 3 에 기재되어 있고, 실란 가스와 암모니아 가스를 아르곤 가스로 희석한 혼합 가스를 용기 (111) 에 도입하여 플라즈마를 발생시키고 있다. 그러나, 이 방법으로 실제로 성막을 실시하고자 하면, 실리콘 플라즈마와 질소 플라즈마가, 기판 상이 아니라, 주로 용기의 내부에서 반응하게 되기 때문에, 기판 상에서는 질화막이 거의 형성되지 않는다는 문제가 있었다.
특허문헌 3 에는, 역시, 대기압 CVD 에 의해 박막을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2 에 개시된 방법이, 플라즈마 분사 성막인 데에 반하여, 특허문헌 3 에 개시된 방법은, 방전 공간 내 성막이다. 그 때문에, 기판 상의 질화막의 형성은 가능해지지만, 가스 도입구와 가스 배출구의 각각의 근방에서 성막 속도에 차가 발생하고, 특히, 질화막의 형성 등 복수 종의 가스를 도입하는 경우에 성막 균일성의 저하가 현저해지는 문제가 있었다. 또한, 방전 공간 내에 기판을 배치하는 방식이기 때문에, 기판이 플라즈마 데미지를 받기 쉽다는 문제가 있었다.
일본 공개특허공보 소58-220477호 일본 공개특허공보 2002-110671호 일본 공개특허공보 2002-176119호 일본 공개특허공보 2008-98128호 일본 공개특허공보 2004-39993호 일본 공개특허공보 소63-50025호
본 발명은 높은 성막 속도, 성막 균일성이 얻어지는 대기압 CVD 장치의 제공을 목적으로 하고, 주로 저비용으로 태양 전지를 제조하기 위하여, 대기압 하에서 질화막의 성막이 가능한 CVD 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명 (1) 은, 유로판을 소정 장 수 겹쳐 쌓아 구성되고, 상기 유로판의 가스 출구측 단면에, 중공부를 갖는 세라믹 부재의 그 중공부 내에 전극선이 비접촉 상태로 배치되어 이루어지는 방전 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (2) 는, 상기 유로판의 측면에 가스 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (3) 은, 상기 중공부 내가 진공인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 또는 상기 발명 (2) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (4) 는, 상기 중공부 내에 가스가 봉입되고, 상기 가스가 노블 가스인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 또는 상기 발명 (2) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (5) 는, 상기 중공부 내가 250 Torr 이하로 감압되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (4) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (6) 은, 상기 노블 가스가 Ar 가스 또는 Ne 가스인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (4) 또는 상기 발명 (5) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (7) 은, 상기 전극선의 일단이 금속 박에 접속되고, 그 금속 박의 끝이 외부 인출부가 되고, 그 도중에 있어서는, 세라믹 부재의 일단을 좁혀서 그 금속 박을 접촉 봉지시킨 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (6) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (8) 은, 상기 전극선이 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (7) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (9) 는, 상기 전극선이 Th 또는 ThO 를 함유하는 W 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (7) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (10) 은, Th 의 함유량이 4 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (9) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (11) 은, 상기 전극선이 코일상 전극선인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (10) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (12) 는, 상기 전극선의 표면에 이미터재로 이루어지는 층이 형성되어 있고, 상기 이미터재가 상기 전극선의 재료보다 일함수가 작은 재료인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (11) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (13) 은, 상기 이미터재가 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (12) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (14) 는, 상기 이미터재가, TiSrO, MgO, TiO 로 이루어지는 화합물 군에서 선택된 어느 1 종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (12) 또는 상기 발명 (13) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (15) 는, 상기 이미터재로 이루어지는 층이, 상기 이미터재의 원료를 유발로 분쇄 후, 물에 용해시키고, 아교를 이용하여 상기 전극선의 표면에 도포한 후, 소성함으로써 형성한 층인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (12) 내지 상기 발명 (14) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (16) 은, 상기 이미터재로 이루어지는 층이, MOCVD 에 의해 형성된 층인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (12) 내지 상기 발명 (14) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (17) 은, 상기 금속 박이 Mo 또는 Mo 합금인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (7) 내지 상기 발명 (16) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (18) 은, 유로판을 소정 장 수 겹쳐 쌓아 구성되고, 상기 유로판의 가스 출구측 단면에, 세라믹 부재의 내부에 전극선 또는 금속 박이 봉입 배치되어 이루어지는 방전 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (19) 는, 상기 유로판의 측면으로 가스 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (18) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (20) 은, 상기 금속 박이 Mo 또는 Mo 합금인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (18) 또는 상기 발명 (19) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (21) 은, 상기 세라믹이 석영인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (20) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (22) 는, 상기 세라믹이 투광성 알루미나인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (20) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (23) 은, 상기 유로판이 내열성을 갖는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (22) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (24) 는, 상기 유로판이 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (22) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (25) 는, 상기 유로판의 상기 가스 출구측 단면에 돌기 구멍을 갖고, 상기 방전 전극의 일면에 돌기를 갖고, 그 돌기 구멍을 그 돌기에 감합함으로써 상기 방전 전극을 상기 유로판에 형성한 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (24) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (26) 은, 유지 구(具)를 이용하여, 상기 방전 전극을 상기 유로판의 하면에 형성한 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (24) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (27) 은, 상기 유로판과 상기 방전 전극을 일체 성형한 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (24) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (28) 은, 상기 가스 통로를 상기 유로판과 상기 방전 전극의 일체 성형 후에 가공하여 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (27) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (29) 는, 상기 가스 통로를 상기 유로판과 상기 방전 전극의 일체 성형시에 형성하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (27) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (30) 은, 상기 방전 전극에 대향한 위치에 기판을 배치한 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (29) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (31) 은, 상기 기판이 이동 가능한 것을 특징으로 하는 상기 발명 (30) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (32) 는, 상기 기판이 롤 투 롤로 보내지는 띠상 기판인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (31) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (33) 은, 질화 실리콘막의 성막 장치인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (32) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (34) 는, 실리콘막의 성막 장치인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (32) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (35) 는, 상기 복수의 유로판에 있어서, 적어도 질소원 가스와 실리콘원 가스를 공급하고, 상기 질소원 가스와 상기 실리콘원 가스를 상이한 유로판으로부터 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (34) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (36) 은, 상기 복수의 유로판에 있어서, 적어도 질소원 가스와 실리콘원 가스의 혼합 가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (34) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (37) 은, 상기 질화 실리콘막 또는 상기 실리콘막을 연속적으로 성막하기 위한 장치인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (33) 내지 상기 발명 (36) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (38) 은, 상기 가스 출구가 하방향을 향하여 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (37) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (39) 는, 상기 가스 출구가 수평 방향을 향하여 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (37) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (40) 은, 복수의 상기 방전 전극, 및 상기 기판에 대한 바이어스 전압이, 서로 이웃하는 상기 방전 전극에 대하여 교대로 정 (正) 의 바이어스 전압과 부 (負) 의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 기판에 대하여 부의 바이어스 전압을 인가하여 성막을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (31) 내지 상기 발명 (39) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (41) 은, 복수의 상기 방전 전극, 및 상기 기판에 대한 바이어스 전압이, 서로 이웃하는 상기 방전 전극에 대하여 교대로 정의 바이어스 전압과 부의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 기판을 플로팅 전위로서 성막을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (31) 내지 상기 발명 (39) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (42) 는, 복수의 상기 방전 전극, 및 상기 기판에 대한 바이어스 전압이, 상기 방전 전극에 대하여 정의 바이어스 전압을 인가하고, 상기 기판에 대하여 부의 바이어스 전압을 인가하여 성막을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (31) 내지 상기 발명 (39) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (43) 은, 상기 기판 아래에 유전체 기판을 배치하고, 상기 유전체 기판에 정의 바이어스 전압을 인가하여 성막을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (40) 내지 상기 발명 (41) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (44) 는, 상기 방전 전극을 노블 가스 또는 불활성 가스에 의해 냉각시키면서 성막을 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (43) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (45) 는, 플라즈마 생성을 위해서 상기 방전 전극에 의해 발생하는 전계가 고주파 전계 또는 펄스 전계이고, 상기 고주파 전계 또는 펄스 전계의 주파수가 13.56 ㎒ 보다 낮은 주파수, 또는 13.56 ㎒ 보다 높은 주파수인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (44) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (46) 은, 상기 가스 통로 내에 이동 가능한 석영 부재를 끼워 넣은 것을 특징으로 하는 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (45) 의 플라즈마 CVD 장치이다.
본 발명 (47) 은, 중공부를 갖는 세라믹 부재의 그 중공부 내에 전극선이 비접촉 상태로 배치되어 이루어지는 방전 전극이다.
본 발명 (48) 은, 상기 중공부 내가 진공인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 의 방전 전극이다.
본 발명 (49) 는, 상기 중공부 내에 가스가 봉입되고, 상기 가스가 노블 가스인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 의 방전 전극이다.
본 발명 (50) 은, 상기 중공부 내가 250 Torr 이하로 감압되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (49) 의 방전 전극이다.
본 발명 (51) 은, 상기 노블 가스가 Ar 가스 또는 Ne 가스인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (49) 또는 상기 발명 (50) 의 방전 전극이다.
본 발명 (52) 는, 상기 전극선의 일단이 금속 박에 접속되고, 그 금속 박의 끝이 외부 인출부가 되고, 그 도중에 있어서는, 세라믹 부재의 일단을 좁혀서 그 금속 박을 접촉 봉지시킨 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 내지 상기 발명 (51) 의 방전 전극이다.
본 발명 (53) 은, 상기 전극선이 Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 내지 상기 발명 (52) 의 방전 전극이다.
본 발명 (54) 는, 상기 전극선이 Th 또는 ThO 를 함유하는 W 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 내지 상기 발명 (53) 의 방전 전극이다.
본 발명 (55) 는, Th 의 함유량이 4 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (54) 의 방전 전극이다.
본 발명 (56) 은, 상기 전극선이 코일상 전극선인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 내지 상기 발명 (55) 의 방전 전극이다.
본 발명 (57) 은, 상기 전극선의 표면에 이미터재로 이루어지는 층이 형성되어 있고, 상기 이미터재가 상기 전극선의 재료보다 일함수가 작은 재료인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (47) 내지 상기 발명 (56) 의 방전 전극이다.
본 발명 (58) 은, 상기 이미터재가 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 재료인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (57) 의 방전 전극이다.
본 발명 (59) 는, 상기 이미터재가, TiSrO, MgO, TiO 로 이루어지는 화합물 군에서 선택된 어느 1 종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (57) 또는 상기 발명 (58) 의 방전 전극이다.
본 발명 (60) 은, 상기 이미터재로 이루어지는 층이, 상기 이미터재의 원료를 유발로 분쇄 후, 물에 용해시키고, 아교를 이용하여 상기 전극선의 표면에 도포한 후, 소성함으로써 형성된 층인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (57) 내지 상기 발명 (59) 의 방전 전극이다.
본 발명 (61) 은, 상기 이미터재로 이루어지는 층이, MOCVD 에 의해 형성된 층인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (57) 내지 상기 발명 (59) 의 방전 전극이다.
본 발명 (62) 는, 상기 금속 박이 Mo 또는 Mo 합금인 것을 특징으로 하는 상기 발명 (52) 내지 상기 발명 (61) 의 방전 전극이다.
본 발명 (63) 은, 상기 발명 (1) 내지 상기 발명 (46) 의 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 CVD 막을 성막하는 CVD 막의 제조 방법이다.
본 발명 (1), (6), (7), (47), (51), (52), (63) 에 의하면, 대기압하에서도 안정적인 글로우 방전의 형성이 가능해지고, 막두께 균일성이 우수한 질화막의 고속 성막이 가능해진다. 태양 전지의 저비용 제조, 대량 공급이 실현된다.
본 발명 (2) ∼ (5), (48) ∼ (50) 에 의하면, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마의 생성을 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명 (8) ∼ (10), (53) ∼ (55) 에 의하면, 전극선의 일함수가 낮아지고, 열전자 방출이 촉진되기 때문에, 플라즈마의 발생이 용이해진다.
본 발명 (11), (56) 에 의하면, 전극선의 표면적의 증가에 의해 방전 면적을 크게 할 수 있다.
본 발명 (12) ∼ (15), (57) ∼ (60) 에 의하면, 전극선 뿐만 아니라, 이미터재로부터도 전자가 방출되기 때문에, 보다 저전력으로도 방전이 개시되고, 개시 후의 방전 상태도 안정적이 된다.
본 발명 (16), (61) 에 의하면, 이미터재에 의해 코일의 간극을 충분히 매립할 수 있다. 또한, 이미터재를 보다 치밀하게 형성할 수 있어, 조성비도 양호해진다.
본 발명 (17), (62) 에 의하면, 세라믹 부재와의 밀착성이 양호해진다.
본 발명 (18) 에 의하면, 대기압하에서도 안정적인 글로우 방전의 형성이 가능해지고, 막두께 균일성이 우수한 질화막의 고속 성막이 가능해진다. 태양 전지의 저비용 제조, 대량 공급이 실현된다. 중공부를 형성하지 않기 때문에, 장치의 제작이 용이해진다.
본 발명 (19) ∼ (22) 에 의하면, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마의 생성을 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명 (23) 에 의하면, 발열하는 전극에 의한 유로판의 열변형을 방지할 수 있다.
본 발명 (24) 에 의하면, 세라믹은 내열성이 우수하고, 또한 전극과의 열 팽창률의 차가 작다.
본 발명 (25) 에 의하면, 기존의 유로판을 이용 가능하다.
본 발명 (26) 에 의하면, 돌기 가공이 불필요하고, 착탈이 용이해진다.
본 발명 (27) ∼ (29) 에 의하면, 장치의 제조가 용이해진다.
본 발명 (30) 에 의하면, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마의 생성을 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명 (31), (32) 에 의하면, 막두께 균일성이 높은 대면적의 성막이 가능해진다.
본 발명 (33), (34) 에 의하면, 태양 전지 등의 유용한 전자 디바이스의 저비용 제조가 가능하다.
본 발명 (35) 에 의하면, 질화실리콘막과 실리콘막을 1 개의 겸용 장치로 고순도로 성막할 수 있다.
본 발명 (36) 에 의하면, 장치 구성이 간편해진다.
본 발명 (37) 에 의하면, 막두께 균일성이 높은 대면적의 성막이 가능해진다.
본 발명 (38) 에 의하면, 성막 균일성이 향상된다.
본 발명 (39) 에 의하면, 장치의 설치 면적을 작게 할 수 있다.
본 발명 (40) 에 의하면, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마의 생성을 보다 용이하게 실현할 수 있다. 플라즈마가 보다 넓은 영역에서 생성되기 때문에, 성막 속도가 커진다. 또한, 아르곤 등의 정이온이 기판에 충돌하는 것을 완화 가능하고, 성막된 기판 상의 박막에 대한 데미지가 경감 가능하고, 보다 치밀한 박막의 형성이 가능하다.
본 발명 (41), (42) 에 의하면, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마의 생성을 보다 용이하게 실현할 수 있다.
본 발명 (43) 에 의하면, 아르곤 등의 정이온이 기판에 충돌하는 것을 완화 가능하고, 성막된 기판 상의 박막에 대한 데미지가 경감 가능하고, 보다 치밀한 박막의 형성이 가능하다.
본 발명 (44) 에 의하면, 방전 전극의 과열을 방지 가능하다.
본 발명 (45) 에 의하면, 통상적으로 플라즈마 장치에서 사용되는 13.56 ㎒ 이외의 전력을 성막 프로세스에 이용 가능하다. 사용 주파수를 제어함으로써 기판 상의 박막에 대한 데미지 경감도 가능하다.
본 발명 (46) 에 의하면, 가스의 유로 면적을 조정할 수 있고, 플라즈마 상태나 성막 상태를 최적화하는 것이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 전극의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2 는 (a) 및 (b) 는, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 전극을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 3 은 (a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 1 구체예의 정면도이고, (b) 및 (c) 는, 제 1 구체예의 측면도이다.
도 4 는 (a) 및 (b) 는 각각, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 2 구체예의 정면도 및 측면도이다.
도 5 는 (a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 1 구체예의 정면도이고, (b) 및 (c) 는, 제 1 구체예의 측면도이다.
도 6 은 (a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 2 구체예의 정면도이고, (b) 및 (c) 는, 제 2 구체예의 측면도이다.
도 7 은 (a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 3 구체예의 단위 부재의 정면도이고, (b) 및 (c) 는, 제 3 구체예의 측면도이다.
도 8 은 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 단면도이다.
도 9 는 (a), (b), (c) 는, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 플라즈마 헤드의 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 플라즈마 헤드의 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 유로판의 단면도이다.
도 12 는 종래의 CVD 장치의 단면도이다.
이하, 본 발명의 최선 형태에 대하여 설명한다.
(유전체 배리어 방전에 의한 글로우 방전)
본원 발명자들은, 실리콘 질화막의 대기압 CVD 의 실현을 주된 목적으로 하여 예의 검토를 실시하였다. 먼저, 기판의 플라즈마 데미지를 방지하기 위해서, 플라즈마 분사 성막을 채용하고, 안정적인 글로우 방전을 가능하게 하기 위해서, 유전체 배리어 방전에 의한 플라즈마 형성을 채용하였다. 종래법의 결점인 플라즈마 발생 용기 내에서의 플라즈마의 반응을 방지하기 위해서, 플라즈마 생성부인 플라즈마 헤드를, 각각 독립적인 플라즈마 분출구를 구비한 복수의 단위 부재로 구성하고, 예를 들어, 실리콘 질화막의 CVD 에 있어서는, 실리콘 플라즈마와 질소 플라즈마를 각각의 단위 부재로 따로따로 생성하는 것으로 하였다. 또한, 실리콘 플라즈마 발생용의 단위 부재와 질소 플라즈마 발생용의 단위 부재가 인접하도록 병렬로 배치하면, 퇴적막의 균일성 향상에 유효하다는 것을 알았다. 분출구로부터 공급되는 플라즈마는, 플라즈마 헤드 중에서는 반응하지 않고, 분출구와 기판 사이의 공간에서 반응하여 질화막을 형성하기 때문에, 매우 효율적으로 기판 상에 질화막을 형성하는 것이 가능해졌다. 또한, 각각의 플라즈마 헤드의 단위 부재에 독립적으로 원료 가스를 공급하고, 플라즈마 생성을 위하여 인가하는 전기 에너지를 독립적으로 제어할 수 있도록 전극을 배치하였다. 이에 따라, 각 플라즈마의 생성 조건을 각각 최적의 조건으로 설정하여 성막을 실시하는 것이 가능해졌다.
또한, 종래, 대기압에서 플라즈마를 생성하는 경우에는, 안정적이고 계속적으로 플라즈마를 생성하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 본원 발명자들은, 전극의 구조 및 기판을 배치하는 부분의 구조에도 주목하고, 전극을 석영 부재 중에 봉지하고, 또한 전극과 석영 부재 사이에 공간을 형성하고, 또한 기판을 석영으로 이루어지는 지지 부재 상에 두어, 플라즈마 헤드로부터 플라즈마를 기판에 공급함으로써, 플라즈마가 안정되어, 질화막의 퇴적 속도의 향상, 막두께나 막질의 재현성의 향상이 가능해 지는 것을 알아냈다.
또한, 본 명세서에서 「대기압」 이란, 장치를 사용하는 장소의 기압이나 고도에 따라서도 변화하지만, 구체적으로는, 8×104 ∼ 12×104 ㎩ 의 압력이다. 이 범위의 압력이면, 감압이나 가압용의 대대적인 장치를 사용할 필요가 없어, 설비 비용의 저감이 가능하다.
(전극 구조의 구체예)
도 1 은, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 전극의 구조를 나타내는 도면이다. 프로세스 가스를 흐르게 하는 유로판 (201, 202) 의 가스 분출부에, 석영 부재 (203, 204) 가 부착되고, 석영 부재 (203, 204) 의 중공부에 전극선 (205, 206) 이 배치되어 있다. 유로판 (201, 202) 의 가스 분출부로부터 분출되는 프로세스 가스를 구성하는 가스 분자는, 전극선 (205, 206) 과 기판 (209) 사이의 방전에 의해 전기 에너지가 부여되고, 플라즈마가 되어 기판 (209) 에 분사되고, 플라즈마 중의 이온의 반응에 의해, 기판 (209) 상에 질화막이 퇴적된다. 전극선 (205, 206) 과 석영 부재 (203, 204) 는, 직접 접촉하지 않고, 중공부 중에서 뜬 상태로 설치하는 것이 바람직하다. 중공부 내의 분위기는, 진공 또는 감압 상태로 하는 것이 바람직하다. 감압 상태로 하는 경우에는, 중공부에 봉입하는 가스로는, Ar, Ne 등의 노블 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 감압의 정도로는, 250 Torr 이하로 하는 것이 바람직하다. 중공부를, 진공 또는 노블 가스 봉입에 의해 250 Torr 이하의 감압으로 함으로써, 보다 낮은 전력 공급으로 플라즈마가 자연 발화하고, 균일한 방전에 의한 안정적인 플라즈마 생성이 가능해진다. 유로판 (201, 202) 은, 예를 들어, Al 로 이루어지는 판을 가공하여 제작한다. 기판 (209) 은, 석영으로 이루어지는 지지 부재 (210) 상에 두는 것이 바람직하다. 플라즈마의 안정성이 향상된다. 석영 부재 (203, 204) 의 형상은, 선상의 전극을 내부에 배치할 수 있도록 긴 중공부를 구비하고 있으면, 특별히 한정되는 것은 아니다. 중공부의 단면 형상도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 원형인 것이 특히 바람직하다. 또한, 석영 부재는, 유로판에 대하여, 끼워 넣기에 의해 부착되도록 볼록부를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 유로판에는, 이러한 볼록부에 대응한 오목부를 형성하는 것으로 한다. 반대로, 석영 부재에 오목부를 형성하고, 유로판에 볼록부를 형성해도 된다.
또한, 지지 부재 (210) 아래에 전극을 형성하여 플라즈마에 인가하는 바이어스 전압을 제어하는 것이 바람직하다. 이 경우, 전극선 (205, 206) 등의 기판 (209) 의 상부에 배치된 전극을 상부 전극이라고 하고, 기판 (209) 의 하부 (지지 부재 (210) 의 하부) 에 배치된 전극을 하부 전극이라고 한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 유로판의 본체와 전극을 다른 부재로서 제작하고, 돌기와 돌기 구멍을 이용하여 감합하는 것도 가능하지만, 유지 구를 이용하여 전극을 유로판의 하면에 형성하는 것도 가능하다. 돌기 홈 가공이 불필요하고, 착탈이 용이해진다. 또한, 유로판의 본체와 전극을 일체 성형해도 된다. 장치의 제조가 용이해진다. 가스 통로는 유로판과 방전 전극의 일체 성형 후에 가공하여 형성해도 되고, 유로판과 방전 전극의 일체 성형시에 동시에 형성해도 된다.
질화막의 프로세스 가스인 질소나 암모니아를 처음부터 흐르게 해도 플라즈마는 생성되지 않지만, Ar 을 흐르게 하면 플라즈마가 생성되는 것을 알았다. 따라서, 먼저 Ar 을 흐르게 하여 플라즈마를 생성해 두고, 플라즈마 중의 전자를 증가시켜 두고, 조금씩, 질소나 암모니아의 유량을 늘림으로써, 질화막의 생성에 필요한 플라즈마가 안정적으로 생성되는 것을 알았다.
도 1 에 나타내는 실시예에서는, 전극선이 석영 부재에 직접 접촉하지 않고 중공부 중에서 뜬 상태로 설치한 것이지만, 중공부를 형성하지 않고 전극선이 석영 부재에 직접 접촉하도록 설치해도 된다. 플라즈마 헤드의 제작이 용이해진다. 전극선 또는 금속 박에는, Mo 또는 Mo 합금을 사용하는 것이 바람직하다. Mo 또는 Mo 합금은, 세라믹과의 밀착성이 양호하다.
전극선의 주위에 중공부를 형성하는 경우에도, 형성하지 않는 경우에도, 전극을 구성하는 절연 부재 (상기 부재 (203, 204) 에 상당한다) 로는, 세라믹 부재를 사용하는 것이 바람직하고, 이 세라믹 부재로는 석영 또는 투광성 알루미나를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유로판의 재질을, 내열성을 갖는 금속 또는 세라믹으로 해도 된다.
종래의 CVD 장치에서 사용되는 전극은, 예를 들어, 카본이 노출된 구조이기 때문에, 카본에 포함되는 불순물이 밖으로 나오는 문제가 있었지만, 본 발명에 관련된 전극 구조는 전극선의 외측을 석영관으로 덮고 있기 때문에 불순물이 외부로 나올 우려가 없다.
전극선의 재질은, W 를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, Th 또는 ThO 를 함유하는 W 를 사용하는 것이 보다 바람직하고, Th 의 함유량이 4 중량％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 전극선의 일함수가 낮아지고, 열전자 방출이 촉진되기 때문에, 플라즈마의 발생이 용이해진다.
전극선에 적절한 전류를 외부로부터 공급하여 전극 전체를 가열하는 것이 바람직하다. 전극 표면의 온도가 낮으면 전극 표면에 질화막이나 실리콘막이 퇴적될 가능성이 있고, 유로를 좁히거나 막히게 하는 등의 문제가 있어 바람직하지 않다. 전극을 가열함으로써, 전극 표면에 있어서의 퇴적물의 성장을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 전극의 온도를 제어함으로써, W 로 이루어지는 전극 재료에 부가된 Th 나 PTO 등의 금속의 일함수가 제어 가능해진다. 이로써 금속으로부터 방출되는 전자 밀도의 제어가 가능해지고, CVD 프로세스의 보다 정밀한 제어가 가능해진다.
또한, 전극재의 표면에 방사성 물질을 도포하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스트론튬을 도포하는 것이 바람직하다. 방사성 물질을 도포함으로써 플라즈마가 여기되기 쉬워진다.
또한, 전극선의 재료보다 일함수가 작은 재료를 이미터재로서 이용하여, 전극선의 표면에 이미터재로 이루어지는 층을 형성하는 것이 바람직하다. 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, TiSrO, MgO, TiO 로 이루어지는 화합물 군에서 선택된 어느 1 종 이상의 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 어느 경우에도, 전극선의 일함수가 낮아지고, 열전자 방출이 촉진되기 때문에, 플라즈마의 발생이 용이해진다.
이미터재로 이루어지는 층은, 이미터재의 원료를 유발로 분쇄 후, 물에 용해시키고, 아교를 이용하여 전극선의 표면에 도포한 후, 소성함으로써 형성한다. 혹은, MOCVD 에 의해 형성해도 된다. 이미터재에 의해 코일의 간극을 충분히 매립할 수 있다. 또한, 이미터재를 보다 치밀하게 형성할 수 있어, 조성비도 양호해진다.
또한, 석영 부재 중에 배치한 전극선으로 이루어지는 석영 전극은, 상기한 바와 같이 고주파 전극으로서 사용할 뿐만 아니라, 히터로서 기능시키는 것이 바람직하다. 석영 전극을 히터로서 사용함으로써, 피막체의 온도를 높이는 등, 피막체의 온도 제어가 가능해진다.
(전극의 제조 방법)
도 2(a) 및 (b) 는, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 전극을 제조하는 방법을 나타내는 도면이다. 먼저 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 일단에 개구부 (214) 를 갖고, 다른 일단이 닫힌 중공의 석영 부재 (214) 를 준비한다. 전극 (212) 은, 예를 들어, Ni 또는 Ni 합금으로 이루어지는 전극선을 사용한다. 도 2 에서는, 전극선은 직선상의 전극선이지만, 코일상 전극선으로 하는 것이 보다 바람직하다. 코일상으로 함으로써 전극 면적이 증가하고, 방전 면적을 크게 하는 것이 가능해진다. 전극 (212) 의 단부에는, 인출선 (213) 을 부착해 둔다. 인출선은, 예를 들어, Mo 또는 Mo 합금으로 이루어지는 두께 20 ㎛ 정도의 금속 박을 사용한다. 다음으로, 석영 부재 (211) 의 내부를 감압하여, 진공 또는 250 Torr 이하의 압력으로 하고, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 개구부 (214) 를 봉지한다. 이로써, 전극 (216) 이 석영 부재 (215) 에 접촉하지 않고 뜬 상태로 인출선 (217) 에 의해 지지된 전극 부재가 완성된다.
중공부를 감압으로 하는 경우의 봉입 가스는, 상기한 바와 같이, Ar, Ne 등의 노블 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 중공부에 봉입 가스를 도입하기 전에, 불순물 농도가 10 ppb 이하인 클린한 가스 (예를 들어 Ar 가스) 를 이용하여, 중공부 내를 퍼지한 후 봉입 가스를 도입하는 것이 바람직하다.
(플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 1 구체예)
도 5(a) 및 (b) 는 각각, 본 발명의 플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 1 구체예의 정면도 및 측면도이다. 단위 부재의 제 1 구체예는, 용량 결합 플라즈마를 생성하는 경우의 플라즈마 헤드의 단위 부재이다. 단위 부재는, 유전체 부재 (42) 와 유전체 부재 (42) 를 협착시키는 1 쌍의 전극 (45, 46) 으로 구성된다. 유전체 부재 (42) 는 상하로 관통하는 구멍부를 구비하고 있으며, 그 구멍부가 플라즈마 생성 통로 (43) 로서 기능한다. 유전체 부재 (42) 는 일체의 부재로 구성해도 되고, 복수의 부재를 첩합 (貼合) 하여, 혹은 조합하여 형성해도 된다. 복수의 부재로 형성한 경우에는, 접합부에서 가스가 리크되지 않도록 가공하는 것이 바람직하다. 구멍부의 일단이 가스 도입구 (41) 가 되고, 전극 (45, 46) 에 전계를 인가하고, 도입된 가스 분자에 대하여 전기 에너지를 부여하여, 라디칼, 이온, 전자로 이루어지는 플라즈마를 생성한다. 전계는, 일정 전계, 고주파 전계, 펄스 전계 등을 사용하는 것이 바람직하고, 특히, 펄스 전계를 사용하는 것이 바람직하다. 유전체를 개재하여 전계를 인가하기 때문에, 일정 전계를 인가한 경우에도, 유전체의 표면에서 전하의 축적과 소멸이 반복된다. 그 때문에, 플라즈마 방전 상태는, 아크 방전에 이르지 않고 안정적인 글로우 방전이 된다. 생성된 플라즈마는, 구멍부의 다른 1 개의 단부인 플라즈마 공급구 (50) 로부터 분출된다. 플라즈마 생성 조건에 따라 다르기도 하지만, 일반적으로 플라즈마 공급구 (50) 로부터 수 ㎜ 내지 수 ㎝ 의 범위에 플라즈마가 공급된다. 단위 부재는, 도 3(b) 에 측면도를 나타내는 바와 같이, 1 개의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 되고, 도 5(c) 에 나타내는 바와 같이 복수의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 된다. 작은 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 1 개의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급해도 된다. 대면적의 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 복수의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급하는 것이 성막 균일성 향상의 점에서 바람직하다.
또한, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 유전체 부재에 가스 통로용의 구멍부를 형성하지 않아도, 유전체 부재를 간격을 두고 평행하게 배치하여, 간극부를 가스 통로로서 이용하는 것도 가능하다.
유전체 부재의 재료는, 플라스틱, 유리, 이산화실리콘, 산화알루미늄 등의 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 비유전율이 2 이상인 유전체 부재를 사용하는 것이 바람직하다. 비유전율이 10 이상인 유전체 부재를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 유전체 부재의 두께는 0.01 ∼ 4 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 지나치게 두꺼우면 방전 플라즈마를 발생하는 데에 고전압을 필요로 하고, 지나치게 얇으면 아크 방전이 발생하기 쉬워진다.
전극의 재료는, 구리, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속이나 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 전극 사이의 거리는, 유전체 부재의 두께, 인가 전압의 크기에 따라 다르기도 하지만, 0.1 ∼ 50 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다.
(플라즈마 헤드의 구조)
(플라즈마 헤드의 제 1 구체예)
도 3(a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 1 구체예의 정면도이고, 도 3(b) 및 (c) 는, 제 1 구체예의 측면도이다. 플라즈마 헤드는, 플라즈마 헤드 단위 부재 (1, 2, 3) 을 포함하여, 복수의 플라즈마 헤드 단위 부재를 순차적으로 인접시켜 형성되어 있다. 도 3(a) 에서는, 플라즈마 헤드 단위 부재 사이에 완충 부재 (10) 를 삽입하여 플라즈마 헤드 단위 부재를 병렬 배치하고 있다. 완충 부재는 반드시 플라즈마 헤드의 구성에 필수적인 부재는 아니지만, 삽입함으로써, 예를 들어, 유리 등의 파손되기 쉬운 부재를 유전체 부재 (5) 로서 사용하고, 복수의 플라즈마 헤드 단위 부재를 단단히 조여 고정시킬 때에, 유전체 부재 (5) 가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 플라즈마 헤드도, 사용하는 단위 부재의 구조에 따라, 도 3(b) 에 측면도를 나타내는 바와 같이, 1 개의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 되고, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이 복수의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 된다.
(플라즈마 헤드의 제 2 구체예)
도 4(a) 및 (b) 는 각각, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 2 구체예의 정면도 및 측면도이다. 플라즈마 헤드는, 플라즈마 헤드 단위 부재 (21, 22, 23) 를 포함하여, 복수의 플라즈마 헤드 단위 부재를 순차적으로 인접시켜 형성되어 있다. 플라즈마 헤드는, 도 2(b) 에 측면도를 나타내는 바와 같이, 복수의 플라즈마 공급구를 구비하고 있다. 유전체 부재 (35) 는, 내부에 중공부를 구비하도록 가공되어 있다. 이 중공부가, 가스 분배 통로나 플라즈마 생성 통로로서 기능한다. 일체의 유전체 부재의 내부에 중공부를 형성해도 되고, 1 장의 유전체판에 오목부를 형성하고, 다른 유전체판을 첩합하여 중공부를 형성해도 된다. 플라즈마 생성 원료가 되는 가스는, 가스 공급구 (34) 로부터 공급된다. 유전체 부재 (35) 의 상부에는 가스 공급구 (34) 로부터 공급된 가스를 복수의 플라즈마 생성 통로 (36) 에 분배하는 가스 분배 통로 영역이 형성되어 있다. 이와 같은 구조로 함으로써, 간소한 구조로, 원료 가스를 균등하게 다수의 플라즈마 생성부에 공급할 수 있기 때문에, CVD 장치의 소형화에 공헌한다.
(CVD 장치의 구조)
도 8 은, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 단면도이다. CVD 장치는, 제 1 가스를 공급하는 원료 가스 공급 유닛 (101) 과, 제 2 가스를 공급하는 원료 가스 유닛 (102) 과, 플라즈마 헤드 단위 부재와 완충 부재를 순차적으로 인접 배치한 플라즈마 헤드 (104) 와, 플라즈마 헤드 단위 부재에 전력을 공급하는 전원 (103) 과, 기판을 반송하는 기판 반송 유닛 (110) 으로 구성된다. 플라즈마 헤드 단위 부재는, 플라즈마 생성 통로를 구비한 유전체 부재와 전극으로 이루어진다. 상부의 가스 도입구로부터 원료 가스를 도입하고, 플라즈마 생성 통로에 있어서, 유전체 부재를 개재하여 전극으로부터 전계를 원료 가스 분자에 인가하여 여기하고, 라디칼, 이온, 전자로 이루어지는 플라즈마를 생성한다. 생성된 플라즈마를 하부의 플라즈마 공급구로부터 기판 반송 유닛 (110) 상에 놓여진 기판 (109) 에 공급한다. 반송 유닛에 의해 기판을 이동하면서 성막을 실시한다. 이로써 연속 성막이 가능해진다. 기판이 롤 투 롤로 보내지는 띠상 기판인 것이 보다 바람직하다. 또는, 성막 중, 기판은 정지 위치에 있고, 성막 후 반송 유닛에 의해 다음의 성막면으로 이동하는 방식을 채용해도 된다.
또한, 기판 (109) 의 하방에는 도시되지 않은 하부 전극이 있어, 기판의 하측으로부터 바이어스 전압이 인가 가능하게 되어 있다.
가스 출구는 도 8 에 나타내는 바와 같이 하방향을 향하여 개구되어 있어도 되고, 수평 방향을 향하여 개구되어 있어도 된다. 가스 출구를 하방향을 향하여 개구되는 경우에는, 성막 균일성이 향상된다. 가스 출구를 수평 방향을 향하여 개구되는 경우에는, 장치의 설치 면적을 작게 할 수 있다.
플라즈마 방전은 유전체 배리어 방전이기 때문에, 플라즈마는 안정적인 글로우 방전이 된다. 또한, 플라즈마는, 전자의 온도가 높고, 라디칼, 이온의 온도가 낮은 비평형 플라즈마가 된다. 이로써 기판의 과잉의 온도 상승을 회피하는 것이 가능해진다.
실리콘 질화막을 생성하는 경우에는, 예를 들어, 원료 가스는, 실란 가스와 암모니아 가스를 사용한다. 인접하는 플라즈마 헤드 단위 부재에 교대로 실란 가스와 암모니아 가스를 공급하고, 각각의 플라즈마 생성 통로에서 실리콘 플라즈마 (105) 와 질소 플라즈마 (106) 를 생성한다. 실리콘 플라즈마와 질소 플라즈마는 플라즈마 공급구로부터 하방에 수 ㎜ 내지 수 ㎝ 의 범위로 확산되어, 플라즈마 반응 영역 (107) 이 형성된다. 이 영역에 접촉하도록 기판 (109) 을 배치함으로써, 기판 (109) 상에 질화막 (108) 이 형성된다.
실리콘 질화막을 생성하는 경우에는, 다른 실리콘원 가스나 질소원 가스를 사용하는 것도 가능하다. 실리콘원 가스로는, 실란이나 디실란, 또는, 이들 가스를 불활성 가스로 희석한 혼합 가스를 사용할 수 있다. 질소원 가스로는, 암모니아나 질소, 또는 이들 가스를 불활성 가스로 희석한 혼합 가스를 사용할 수 있다.
복수의 유로판 중, 인접하는 유로판에 의해 실리콘원 가스와 질소원 가스를 독립적으로 공급하고, 실리콘 질화막을 생성할 수 있다. 그 때, 이들 유로판의 양단에서 질소 등의 불활성 가스로 이루어지는 커튼 시일용의 가스를 흐르게 하는 것도 가능하다. 실리콘원 가스와 질소원 가스의 유량을 독립적으로 제어 가능하고, 프로세스 조건의 정밀 제어가 가능하다.
또한, 실리콘원 가스와 질소원 가스의 혼합 가스를 동일한 유로판으로부터 공급하여 실리콘 질화막을 생성하는 것도 가능하다. 장치 구성이 간편해진다.
실리콘 질화막 이외에도, 질소원 가스를 공급하지 않고, 실리콘원 가스만 공급함으로써 실리콘막을 생성하는 것도 가능하다.
성막 등을 위해서 플라즈마를 여기하는 동안, 유로판의 내부의 전극 근방에 노블 가스 또는 노블 가스를 포함하는 혼합 가스 (예 : 아르곤과 질소) 를 도입하고, 전극의 공랭을 실시하는 것이 바람직하다. 냉각을 실시하지 않고, 플라즈마 여기에 의해 전극 자체의 열이 상승하면, 전극 표면에 사용하고 있는 유전체 이외의 막이나 이물질이 부착되어 전극으로서의 기능이 손상된다는 문제가 있어, 그 방지를 위해서, 20 ℃ 정도의 온도의 냉각 가스를 순환시키는 것이 바람직하다.
또한, 프로세스 가스나 캐리어 가스가 통과하는 가스 통로나 유로판 사이의 스페이스에 이동 가능한 유전체 부재를 끼워 넣는 것이 바람직하다. 유전체 부재는 석영을 사용하는 것이 바람직하다. 가스 유로 면적을 조정하는 것이 가능하여, 프로세스의 제어성이 향상된다. 도 11(a), (b), (c) 는, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 유로판의 단면도이다. 유로판 (331) 과 유전체 부재 (333, 334) 에 둘러싸인 유로 (332) (도 11(a)) 는, 유전체 부재 (333, 334) 를 이동시킴으로써, 유로 (336) (도 11(b)), 유로 (340) (도 11(c)) 에 나타내는 바와 같이, 단면적을 제어하는 것이 가능하다. 유로 면적을 제어함으로써 가스의 유속을 제어하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 가스의 유로 면적을 좁게 함으로써 가스의 유속을 크게 할 수 있다.
(플라즈마 생성 조건)
플라즈마를 생성하는 조건은, 플라즈마를 이용하는 목적에 따라 적절히 결정된다. 용량 결합 플라즈마를 생성하는 경우에는, 1 쌍의 전극 사이에 일정 전계, 고주파 전계, 펄스 전계, 마이크로파에 의한 전계를 인가하여 플라즈마를 발생시킨다. 일정 전계 이외의 전계를 인가하는 경우, 사용 주파수는, 일반적인 플라즈마 장치에서 사용되는 13.56 ㎒ 여도 되고, 그 이상이어도 되고, 그 이하여도 된다. 특허문헌 6 에는, 플라즈마 장치로 100 ㎒ 의 고주파 플라즈마를 이용하여 퇴적막에 대한 손상을 방지하는 기술이 개시되어 있다. 전계의 주파수를 제어함으로써, 퇴적 속도, 퇴적막의 막질 등을 최적화할 수 있다.
플라즈마 생성용의 전계는, 특히, 펄스 전계를 사용하는 것이 바람직하다. 펄스 전계의 전계 강도는 10 ∼ 1000 ㎸/㎝ 의 범위로 하는 것이 바람직하다. 펄스 전계의 주파수는 0.5 ㎑ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
(유도 결합 플라즈마 장치)
(플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 2 구체예)
본 발명의 플라즈마 헤드에 관련된 기술적 사상은, 용량 결합 플라즈마 생성용 플라즈마 헤드에 한정하여 적용되는 것이 아니라, 예를 들어, 유도 결합 플라즈마 생성용 플라즈마 헤드에 적용하는 것도 가능하다.
도 6(a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 단위 부재의 제 2 구체예의 정면도이고, 도 6(b) 및 (c) 는, 제 2 구체예의 측면도이다. 제 2 구체예는, 유도 결합 플라즈마 생성용 플라즈마 헤드의 단위 부재이다. 단위 부재는, 유전체 부재 (62) 와 유전체 부재 (62) 의 주위에 인접하여 배치된 유도 코일 (64) 로 구성된다. 유전체 부재 (62) 는 상하로 관통하는 구멍부를 구비하고 있고, 그 구멍부가 플라즈마 생성 통로 (63) 로서 기능한다. 유전체 부재 (62) 는 일체의 부재로 구성해도 되고, 복수의 부재를 첩합하여 혹은, 조합하여 형성해도 된다. 복수의 부재로 형성한 경우에는, 접합부에서 가스가 리크되지 않도록 가공하는 것이 바람직하다. 구멍부의 일단이 가스 도입구 (61) 가 되고, 유도 코일 (64) 에 전류를 흘려, 형성되는 자계에 의해 도입된 가스 분자에 대하여 자기 에너지를 부여하여, 라디칼, 이온, 전자로 이루어지는 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 방전 상태는, 안정적인 글로우 방전이 된다. 생성된 플라즈마는, 구멍부의 다른 1 개의 단부인 플라즈마 공급구 (65) 로부터 분출된다. 플라즈마 생성 조건에 따라 다르기도 하지만, 일반적으로 플라즈마 공급구 (65) 로부터 수 ㎜ 내지 수 ㎝ 의 범위에 플라즈마가 공급된다. 단위 부재는, 도 6(b) 에 측면도를 나타내는 바와 같이, 1 개의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 되고, 도 6(c) 에 나타내는 바와 같이 복수의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 된다. 작은 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 1 개의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급해도 된다. 대면적의 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 복수의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급하는 것이 바람직하다.
(플라즈마 헤드의 제 3 구체예)
도 7(a) 는, 본 발명의 플라즈마 헤드의 제 3 구체예의 단위 부재의 정면도이고, 도 7(b) 및 (c) 는, 제 3 구체예의 측면도이다. 제 3 구체예는, 유도 결합 플라즈마 생성용 플라즈마 헤드의 단위 부재이다. 단위 부재는, 유전체 부재 (82) 와 유전체 부재 (82) 에 인접하여 배치된 유도 코일 (84) 로 구성된다. 유전체 부재 (82) 는 상하로 관통하는 구멍부를 구비하고 있고, 그 구멍부가 플라즈마 생성 통로 (83) 로서 기능한다. 유전체 부재 (82) 는 일체의 부재로 구성해도 되고, 복수의 부재를 첩합하여, 혹은 조합하여 형성해도 된다. 복수의 부재로 형성한 경우에는, 접합부에서 가스가 리크되지 않도록 가공하는 것이 바람직하다. 유도 코일 (84) 의 단자 (86) 와 단자 (87) 는 전기적으로 접촉하지 않도록, 유전체 부재를 개재하여 이간되어 배치된다. 구멍부의 일단이 가스 도입구 (81) 가 되고, 유도 코일 (84) 에 전류를 흘려, 형성되는 자계에 의해 도입된 가스 분자에 대하여 자기 에너지를 부여하여, 라디칼, 이온, 전자로 이루어지는 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 방전 상태는, 안정적인 글로우 방전이 된다. 생성된 플라즈마는, 구멍부의 다른 1 개의 단부인 플라즈마 공급구 (85) 로부터 분출된다. 플라즈마 생성 조건에 따라 다르기도 하지만, 일반적으로 플라즈마 공급구 (85) 로부터 수 ㎜ 내지 수 ㎝ 의 범위에 플라즈마가 공급된다. 단위 부재는, 도 7(b) 에 측면도를 나타내는 바와 같이, 1 개의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 되고, 도 7(c) 에 나타내는 바와 같이 복수의 플라즈마 공급구를 구비하고 있어도 된다. 작은 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 1 개의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급해도 된다. 대면적의 기판에 성막을 실시하는 경우에는, 복수의 플라즈마 공급구로부터 플라즈마를 공급하는 것이 바람직하다.
(플라즈마 헤드의 제조 방법)
(첩합법)
본 발명에 관련된 플라즈마 헤드를 구성하는 유전체 부재의 제작을 실시하는 데에는, 플라즈마 생성 통로나 가스 분배 통로와 같은 복잡한 형상의 중공부를 가공할 필요가 있다. 이러한 중공부를 갖는 유전체 부재는, 복수의 유전체 부재의 표면에 오목부를 형성한 후, 오목부를 갖는 유전체 부재끼리를 첩합하거나, 또는 오목부를 갖는 유전체 부재와 평탄한 유전체 부재를 첩합하여 형성하는 것이 가능하다.
이러한 방법으로 첩부 (貼付) 하여 중공부를 형성한 유전체 부재를, 추가로 전극 또는 유도 코일과 적층하여 플라즈마 헤드 단위 부재를 형성한다. 또한 복수의 플라즈마 헤드 단위를 테플론 (등록상표) 등의 완충 부재를 개재하여 적층하여 플라즈마 헤드를 형성한다.
(사출 성형법)
플라즈마 헤드 단위는, 사출 성형법을 이용해도 제작하는 것이 가능하다. 전극 또는 유도 코일과 중자를 형 안에 배치하여, 유전체 부재의 원료를 상기 형 안에 흘려 넣는다. 그 후, 형으로부터 떼 내고, 전극 또는 유도 코일은 남기고 중자를 빼낸다. 제작한 플라즈마 헤드 단위 부재는, 또한 테플론 (등록상표) 등의 완충 부재를 개재하여 복수 적층하여 플라즈마 헤드를 형성한다.
(유사한 선행 기술과의 차이점)
특허문헌 4 에는, 복수의 유전체 세관을 결속한 플라즈마 헤드로부터 유전체 방전에 의해 생성된 플라즈마를 물체에 조사하여, 물체 표면의 개질이나 살균을 실시하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 4 에 개시된 기술은, 복수의 플라즈마 분출구를 구비하고는 있지만, 가스 도입구나 플라즈마를 생성하는 전극이, 각 세관으로 독립된 것은 아니다. 또한, 각 세관의 각각에 독립된 가스 도입구나 전극을 구비하는 기술을 시사하는 기재도 없다. 따라서, 특허문헌 4 에 기재된 내용으로부터, 본 발명에 관련된 복수 배치된 플라즈마 생성부로 상이한 플라즈마를 발생하고, 플라즈마 헤드와 기판 사이의 공간에서 플라즈마 반응시키는 기술을 용이하게 고안할 수 있는 것은 아니다.
특허문헌 5 에는, TEOS 등의 금속 함유 가스와 산소 등의 반응 가스를 반응시키고, 산화실리콘 등의 금속 함유 박막을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 5 에 기재된 기술은, 플라즈마화한 반응 가스와 플라즈마화하지 않은 금속 함유 가스를 합류시켜 반응시켜 박막을 형성하는 기술로, 플라즈마 헤드를 복수의 단위 부재를 병렬 배치하여 구성하고, 그 단위 부재마다 상이한 플라즈마를 발생시킨 후, 이러한 상이한 플라즈마끼리의 반응으로 박막을 형성하는 본 발명에 관련된 기술과는 상이하다. 본 발명에 관련된 기술은, 복수의 유전체 부재와 전극을 교대로 적층함으로써, 상이한 플라즈마를 생성하는 플라즈마 분출구를 매우 근접시켜 고밀도로 형성하는 것이 가능한 기술로, 특허문헌 5 에 기재된 내용으로부터 본 발명에 관련된 기술을 용이하게 고안할 수 있는 것은 아니다.
산업상 이용가능성
이상과 같이, 본 발명에 관련된 CVD 장치 및 CVD 막의 제조 방법을 사용함으로써, 예를 들어, 태양 전지의 반사 방지막 형성을 목적으로 하는 고품질 질화막의 저비용 제조가 가능해지고, 일렉트로닉스의 분야에서 크게 공헌한다.
실시예
이하에, 실시예를 이용하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
(실시예 1)
(전극 시험 1)
본 발명에 관련된 중공부를 구비한 전극 (상부 전극) 의 플라즈마 생성 최적 조건을 조사하기 위해서, 중공부 분위기와 유로판에 흐르게 하는 가스의 조건을 변경하여, 플라즈마가 자연 착화하는 최저 공급 전력을 측정하였다. 비교를 위하여, 중공부를 갖지 않는 방전 전극에 대해서도 측정을 실시하였다. 또한, 유로판은 셸락 부재에 의해 형성하고, 가스 통로는, 유로판의 측면에 형성하였다.
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또한, 방전 전극을 구성하는 부재는 이하의 것을 사용하였다.
전극선 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않음.
세라믹 부재 : 석영
플라즈마가 자연 착화하는 전원 출력이 700 W 이하인 경우가, 불꽃 방전이 발생하지 않고, 플라즈마 상태도 안정적이어서, 성막에 적합한 것을 알았다. 그 결과, 플라즈마를 안정적으로 유지하기 위해서 유로판에 흐르게 하는 캐리어 가스로는, N2 를 포함하지 않는 Ar 을 사용하는 것이 바람직한 것을 알았다. 또한, 중공부의 분위기로는, 진공 봉지로 하거나, 250 Torr 이하의 Ar 봉지로 하는 것이 바람직한 것을 알았다. 또한, 봉입 가스를 다른 가스로 하여 실시한 실험에 의해, Ar 이외의 Ne 등의 노블 가스를, 캐리어 가스 및 중공부의 봉입 가스로서 사용한 경우에도 Ar 과 동일한 우수한 결과가 얻어졌다.
(실시예 2)
(전극 시험 2)
다음으로, 본 발명에 관련된 전극을 이용하여, 부재의 재료와 유로판에 흐르게 하는 가스의 조건을 변경하여, 플라즈마가 자연 착화하는 최저 공급 전력을 측정하였다. 또한, 방전 전극은 중공부 있음, 노블 가스 봉입 (250 Torr) 으로 하였다. 또한, 유로판은 내열성 금속 부재에 의해 형성하고, 가스 통로는, 유로판의 측면에 형성하였다.
Figure pat00002
조건 1 : 직선상 전극선 (Ni 합금), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영, Ni 합금은 Ni-W 합금을 사용하였다.
조건 2 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo 합금) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영, Mo 합금은 Mo-W 합금을 사용하였다.
조건 3 : 직선상 전극선 (Th·1 중량％ 함유 W), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
조건 4 : 직선상 전극선 (Th·4 중량％ 함유 W), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
조건 5 : 직선상 전극선 (Th·10 중량％ 함유 W), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
조건 6 : 직선상 전극선 (ThO·4 중량％ 함유 W), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
조건 7 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 투광성 알루미나
조건 8 : 코일상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
(실시예 3)
(전극 시험 3)
다음으로, 본 발명에 관련된 전극을 이용하여, 전극선의 표면에 형성하는 이미터재로 이루어지는 층과 유로판에 흐르게 하는 가스의 조건을 변경하여, 플라즈마가 자연 착화하는 최저 공급 전력을 측정하였다. 또한, 방전 전극은 중공부 있음, 노블 가스 봉입 (250 Torr) 으로 하였다.
Figure pat00003
조건 9 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않고, 세라믹 부재는 석영
조건 10 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 TiSrO 를 아교 도포·소성에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
조건 11 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 MgO 를 아교 도포·소성에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
조건 12 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 TiO 를 아교 도포·소성에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
조건 13 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 TiSrO 를 MOCVD 에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
조건 14 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 MgO 를 MOCVD 에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
조건 15 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재로서 페로브스카이트형 결정 구조의 TiO 를 MOCVD 에 의해 형성, 세라믹 부재는 석영
(실시예 4)
(질화막의 성막 평가 1)
유전체 배리어 방전용으로 준비한 전극을 이용하여, 고주파 전원 혹은 저주파 전원을 이용하여 대기압 플라즈마를 발생시키는 경우, 단순히 상부 및 하부 전극 사이에 적절한 실행 전압을 인가하는 것에 더하여, 예를 들어, 하부 전극에 바이어스로서 전압을 인가하고, 기판 표면에 충돌하는 전자 혹은 하전한 반응 분자의 충돌 에너지를 완화시켜, 기판의 데미지를 제어하여 목적으로 하는 반응이 보다 양호하게 진행되도록 할 수도 있다. 전극과 기판 사이뿐만 아니라, 전극과 전극 사이에서 플라즈마가 발생하도록 바이어스 전압을 인가하여 질화실리콘막을 퇴적하고, 막질을 평가하였다.
도 9(a), (b), (c) 는, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 플라즈마 헤드의 단면도이다. 도 9(a) 는, 기판을 어스 전위로 하여, 복수의 전극에 대하여 순서대로 정의 바이어스 전압, 부의 바이어스 전압을 인가한 경우의 플라즈마의 생성 상태를 나타내는 도면이다. 도 9(b) 는, 도 9(a) 에 있어서의 기판 전위를 플로팅으로 한 경우이다. 도 9(c) 는, 기판을 어스 전위로 하여 모든 전극에 정의 바이어스 전압을 인가한 경우의 플라즈마의 생성 상태를 나타내는 도면이다.
퇴적막을 평가한 결과, 도 9(a) 에 나타내는 경우에는, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마가 생성되고, 치밀한 박막이 얻어진 데에 반하여, 도 9(b), (c) 의 경우에는, 글로우 방전에 의한 안정적인 플라즈마가 생성되었지만, 도 9(a) 의 경우에 비교하여 치밀함이 부족한 박막이 얻어졌다. 도 9(a) 의 경우에는, 인접하는 전극 사이에서도 플라즈마가 형성되어, 플라즈마 영역이 넓고, 성막 속도가 커진다. 또한, 기판에 대한 정 이온의 충돌이 완화되기 때문에, 퇴적막에 있어서의 데미지가 작아지는 것으로 생각된다.
Figure pat00004
또한, 방전 전극을 구성하는 부재는 이하의 것을 사용하였다. 플라즈마 여기 주파수는 13.56 ㎒ 를 사용하였다.
중공부 있음, 진공 봉지
전극선 : 직선상 전극선 (Ni), 일단이 금속 박 (Mo) 에 접속, 이미터재는 사용하지 않음.
세라믹 부재 : 석영
종래법으로서 열 CVD 법에 의해 질화막을 형성하는 경우와 비교하였다. 본 발명의 성막법에서는, 도 9(a), (b), (c) 에 나타내는 어느 바이어스 인가의 경우에도 열 CVD 법과 비교하여, 퇴적 속도의 향상이 보였다. 그 중에서도, 도 9(a) 에 나타내는 바이어스 인가의 경우에, 특히 높은 성막 속도가 얻어졌다. 한편, 퇴적한 막의 막질을 평가하기 위해서, 완충 불산에 의한 에칭 속도를 평가하였다. 에칭 속도가 작을수록 막질이 치밀한 것을 나타낸다. 열 CVD 법으로는 퇴적 속도는 낮기는 하지만 치밀한 막의 형성이 가능하다. 그에 반하여, 도 9(a), (b), (c) 에 나타내는 플라즈마 헤드를 사용한 본 발명에 의한 CVD 법 중에서는, 특히 도 9(a) 에 나타내는 경우가 가장 막질이 치밀해 지는 것을 알 수 있었다.
(실시예 5)
(질화막의 성막 평가 2)
실시예 4 와 동일한 성막 평가 실험을, 플라즈마 여기 주파수를 변화시켜 실시하였다.
Figure pat00005
Figure pat00006
(실시예 6)
아르곤 이온 등의 정 이온의 충돌에 의한 기판 데미지의 완화를 목적으로 하여, 기판측에 정의 바이어스 전압을 인가하는 방식의 효과를 평가하였다. 도 10 은, 본 발명의 실시예에 관련된 CVD 장치의 플라즈마 헤드의 단면도이다. 퇴적 기판 (324) 의 아래에 유전체 기판 (325) 을 배치하고, 그 아래에 바이어스 전압 인가 전극 (326) 을 배치하였다. 바이어스 전압 인가 전극 (326) 에는, 전원 (327) 에 의해 정의 바이어스 전압을 인가하였다. 전극 (322) 로부터 퇴적 기판 (324) 을 향하는 아르곤의 정 이온 (328) 에 의한 기판 데미지가 바이어스 전압 인가 전극 (326) 에 의해 형성되는 전계에 의해 완화되는 것으로 생각된다. 실험 결과, 퇴적된 박막의 막질은, 전원 (327) 에 의해 정의 바이어스 전압을 인가한 경우에는 인가하지 않은 경우에 비하여, 보다 치밀해져 있는 것을 알 수 있었다.
(실시예 7)
방전 전극의 냉각 효과를 조사하기 위해서, 13.56 ㎒ 로 2000 W 의 RF 전력으로 Ar 가스 플라즈마를 1 시간 계속해서 발생한 후, 전극 온도를 측정하였다. 그 결과, 냉각을 실시하지 않은 경우에는, 전극 온도가 150 ℃ 가 된 것에 반하여, Ar 가스 및 질소 가스로 냉각시킨 경우, 각각의 전극 온도는 50 ℃, 60 ℃ 로 충분한 냉각의 효과가 얻어졌다.
1, 2, 3 ; 플라즈마 헤드 단위 부재
4, 11, 15 ; 가스 도입구
5, 12, 16 ; 유전체 부재
6, 13, 17 ; 플라즈마 생성 통로
7, 14, 18 ; 플라즈마 공급구
8, 9 ; 전극
10 ; 완충 부재
21, 22, 23 ; 플라즈마 헤드 단위 부재
24, 35 ; 가스 분배 통로
25, 33 ; 유전체 부재
26, 36 ; 플라즈마 생성 통로
27, 37 ; 플라즈마 공급구
28, 29 ; 전극
30 ; 완충 부재
31 ; 가스 분배 통로 영역
32 ; 플라즈마 생성 통로 영역
34 ; 가스 공급 배관
41, 47, 51 ; 가스 도입구
42, 48, 52 ; 유전체 부재
43, 49, 53 ; 플라즈마 생성 통로
44, 50, 54 ; 플라즈마 공급구
45, 46 ; 전극
61, 66, 71 ; 가스 도입구
62, 67, 72 ; 유전체 부재
63, 68, 73 ; 플라즈마 생성 통로
65, 70, 75 ; 플라즈마 공급구
64, 69, 74 ; 유도 코일
81, 88, 95 ; 가스 도입구
82, 89, 96 ; 유전체 부재
83, 90, 97 ; 플라즈마 생성 통로
85, 91, 98 ; 플라즈마 공급구
84, 92, 99 ; 유도 코일
86, 87, 93, 94 ; 코일 단자
101, 102 ; 원료 가스 공급 유닛
103 ; 전원
104 ; 플라즈마 헤드
105, 106 ; 플라즈마
107 ; 플라즈마 반응 영역
108 ; 박막
109 ; 기판
110 ; 기판 반송 유닛
111 ; 가스 도입구
112 ; 전원
113 ; 용기
114, 115 ; 전극
116, 117 ; 고체 유전체
118 ; 플라즈마
119 ; 플라즈마 분출구
120 ; 박막
121 ; 기판
201, 202 ; 유로판
203, 204 ; 석영 부재
205, 206 ; 전극선
207, 208 ; 가스 플로우의 방향
209 ; 기판
210 ; 지지 부재
211, 215 ; 석영 부재
212, 216 ; 전극선
213, 217 ; 전극 인출선
214 ; 개구부
218 ; 봉지부
301, 306, 311, 321 ; 유로판
302, 307, 312, 322 ; 방전 전극
303, 308, 313, 323 ; 플라즈마
304, 309, 314, 324 ; 기판
305, 310, 315, 325 ; 유전체 기판
326 ; 바이어스 전압 인가 전극
327 ; 바이어스 전압 인가 전원
328 ; 아르곤 정이온
331, 335, 339 ; 유로판
332, 336, 340 ; 유로
333, 334, 337, 338, 341, 342 ; 유전체 부재

Claims (10)

  1. 유로판을 소정 장 수 겹쳐 쌓아 구성되고, 상기 유로판의 가스 출구측 단면에, 세라믹 부재의 내부에 전극선 또는 금속박이 봉입 배치되어 이루어지는 방전 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유로판의 측면에 가스 통로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공부 내가 진공인 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중공부 내에 가스가 봉입되고, 상기 가스가 노블 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 중공부 내가 250 Torr 이하로 감압되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전극선이 Th 또는 ThO 를 함유하는 W 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    Th 의 함유량이 4 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유로판의 상기 가스 출구측 단면에 돌기 구멍을 갖고, 상기 방전 전극의 일면에 돌기를 갖고, 그 돌기 구멍을 그 돌기에 감합함으로써 상기 방전 전극을 상기 유로판에 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    유지 구 (具) 를 이용하여, 상기 방전 전극을 상기 유로판의 하면에 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유로판과 상기 방전 전극을 일체 성형한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.
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