KR950007480B1 - 마이크로파 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

마이크로파 플라즈마 발생장치
제1도는 본 발명의 제 1 실시예의 마이크로파 플라즈마, 발생장치의 단면도.
제2도는 본 발명의 제 2 실시예의 마이크로파 플라즈마 발생장치의 단면도.
제3도는 종래의 마이크로파 플라즈마 부착장치의 구성도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(11) : 도파관 (12) : 마그네트론
(13) : 동축관 (14) : 동조기
(15) : 타게트(Target) (16) : 테프론판
(17) : 타게트호울더 (18) : 영구자석
(19) : 수냉파이프 (20) : 개공부
(21) : 플랜지 (22) : 가스도입구
(23) : 배기구 (24) : 진공챔버
(25) : 기판울더 (26) : 기판
(27) : 유리판 (28) : 전원
본 발명은 반도체프로세스기술, 표면처리기술등의 스퍼터링에 의해 막형성을 행하는 마이크로파 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
이하에 종래의 스프터형 ECR(Electron Cycloton Resonance) 마이크로파플라즈마부창착장치(일본국, 마쯔오까 시게타카, 오노켕이찌 : 응용몰리, 제57권 (1988) P.1301.)에 대해서 설명한다.
제3도는 종래의 마이크로파플라즈마부착장치의 구성도이며, 공명실(1)은 기본적으로 진공 속에서의 원통공진모우드 TE 112형상을 취하고 있다. 그 공명실(1)에 도파관(2)으로부터 진공시일드창(3)을 통해서 2.45GHz의 마이크로파를 도입한다. 그 공명실(1)내에서 2.45GH의 마이크로파에 대해서, ECR조건을 만족하도록 875G의 자장강도를 외부코일(4)에 의해 인가하고 있다. 방전가스로서 아르곤 등을 가스도입구 (5)로부터 공명실(1)내에 넣는다. 플라즈마인출구멍(6)에 접하고, 플라즈마 흐름(7)을 에워싸도록 원통형상의 타게트(8)를 배치하고 있다. 그 아래쪽에는 기판호울더(9)와 그 위에 기판(10)이 설치되어 있다.
방전가스로서 아르곤을 사용하고, 10-4-10-3Torr의 압력범위에서 공범실(1)내에 플라즈마를 생성한다.
플라즈마는 코일(4)의 발산자장구배에 의한 저에너지이온(수eV-수십eV)의 플라즈마파(7)로서 플라즈마인 출구멍(6)으로부터 흘러 나간다. 이때 타게트(8)에 마이너스의 전압(DC(직류) 또는 RF(교류 : 13.56MHz))을 인가하면, 플라즈마흐름(7)속의 이온이 타게트(8) 표면에 입사하여 스퍼턴링이 일어난다. 타게트(8)로부터 스퍼터되는 입자의 일부는 기판(10)의 방향으로 날라와서 박막이 형성된다.
그러나, 이와 같은 구성의 것에 있어서는 자장발생을 위하여 코일을 사용하고 있다는 것과, 플라즈마발생부와 스퍼터링부가 분리되어 있기 때문에 장치가 커진다. 또 타게트가 링형상으므로 가공하기 어렵다고 하는 과제가 있었다.
그리하여 본 발명은, 상기 과제어 비추어, 끝부분이 문손잡이 형의 동축관(同軸管)의 내부관의 평탄부에 전기적으로 연결된 마그네트론 스게터를 묻어 넣으므로서, 타게트의 주위로부터 마이크로파를 방사하므로서, 플라즈마 발생부와 스퍼터링부를 동일하게 하여 원판타게트를 사용할 수 있는 마이크로파 플라즈마발생장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 마이크로파플라즈마 발생장치는, 마이크로파 발진기와, 일단부에 마이크로파발진기가 설치된 도파관과, 상기 도파관의 마이크로파 발진기가 설치된 쪽과는 반대쪽의 끝에 관통되어서 설치되고, 끝부분이 구멍뚫린 문손잡이형인 동축관과, 내부가 비어 있는 동축관의 내부관과, 상기 내부관의 내부이고 또한, 구멍이 뚫려 있는 평탄부에 설치된 타게트호울더와, 상기 타게트호울더상에 설치된 타게트와 하부에 설치된 자석과, 문손잡이부와 가스도입구와 배기구가 형성된 진공챔버를 구비하고, 상기 타게트와 상기 타게트호울더는 내부관과는 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마이크로파플라즈마발생장치에 의하면, 문손잡이형의 동축관을 전파해온 마이크로파가, 주위로부터 동축관의 내부관의 끝부분에 묻어 넣은 마그네트론 스퍼터용의 위에 방사된다.
이하, 본 발명의 일실시예를 첨부 도면에 의거해서 설명한다.
제1도에 있어서, (11)은 도파관으로서, 도파관(11)의 끝에는 마그네트론(12)이 장착되어 있다. 그 마그네트론(12)과 반대쪽의 끝에는 동축관(13)이 장착되어 있으며, 도파관(11)으로부터 동축관(13)에 마이크로파가 전파되도록 되어 있다. 동축관 (13)은 도파관(11)을 관통하고 있으며, 내부관 (13a)과 외부관(13b)으로 구성되어 있다. 도파관(11)을 사이에 두고 한쪽의 동축의 공간부의 길이를 변화할 수 있도록 상하로 이동가능한 동조기(Tuner)(14)가 붙어 있다. 또 한쪽의 동축관(13)의 끝은 문손잡이형 동축관(13')으로 되어 있다. 문손잡이형 동축관(13')의 내부(13a')은 동축관 (13)의 내부관(13a)의 연장상에 있으며, 직경을 서서히 크게 위하여 45°의 원주모양부분으로 이루어져 있으며, 내부는 공동이고, 평탄부에는 타게트(15)가 설치되어 있다. 타게트(15)는 내부관(13a')과는 테프론관(16)에 의해서 전기적으로 절연적으로 타게트 호울더(17)에 의해 지지되어 있으며, 타게트 호울더(17)의 내부에는 타게트(15)의 면위에 자장을 발생시키기 위한 링형상의 자기갭을 가진 동심원의 영구자석(18)이 내장되어 있다. 또, 영구자석(18)과 타게트(15)는 물냉각할 수 있도록 되어 있고, 내부관(13a)의 공통부분을 물냉각파이프(19)가 통과하고 있으며, 도파관(11)을 사이에 반대쪽의 동축관(13)으로부터 비기 시작하고 있으며, 이 물냉각파이프(19)에 전위를 인가하므로서, 타게트(15)의 전위를 인가를 인가하므로서, 타게트(15)의 전위를 변화시킬 수 있다. 내부관(13a')을 어느 방향으로도 어떤 일정한 간격을 유지하여 덮어 싸도록 문손잡이형 동축관(13')의 외부관(13b')이, 외부관(13b)의 연장상에 있다. 외부관(13b')은 평탄부에 타게트(15)와 거의 동일직경의 제공부(20)이 있다. 외부관 (13b')의 바깥쪽에는 프랜지(21)가 형성되어 있으며, 가스도입구(22)와 배기구(23)을 가진 진공챔버(24)에 장착어 있다. 진공챔버(24)에 내부에는 개공부(20)와 기판호울더(25)가 설치되어 있으며, 그 위에는 기판(26)이 있다. 또, 동축관(13)의 공간에는 진공밀봉용의 유리판(27)이 있으며, 마이크로파는 유리판(27)을 통과할 수 있도록 되어 있다. 유리판(27)은 문손잡이형 동축관(13')의 근원부분에 설치되어 있으며, 스퍼터 입자에 의한 흐려짐이 없도록 되어 있다.
이와 같은 구조에 있어서, 마그네트론(12)으로 발진된 2.45GHz의 마이크로파는, 예를들면 109mm×54.5mm의 도파관(11)을 전파해서, 동조기(14)의 위치를 변화시켜서 임피이던스를 변화시키므로서, 예를들면 내경 24mm, 외경 54mm의 동축관 (13)에 도입되고 문손잡이형 동축관(13')을 전파하여, 타게트(15)위에 방사된다. 이때 가스도입구(22)로부터 아르곤가스등을 도입해서, 진공챔버(24)내에 가스압력을 2×10-2Torr로 하면 방전이 개시된다. 또, 동조기(14)의 위치를 적당히 변화시켜, 마이크로파의 반사파가 최소가 되도록 한다. 그리고, 가스압력을 저하시켜서 예를들면 1×10-3Torr로 하면,플라즈마가 영구자석(18)의 타게트(15)상에서의 자장이 120가우스의 자기갭에 포획된 마그네톤방전으로 이행한다. 또, 타게트(15)에 마이너스의 전위를 인가할 수 있도록 물냉각파이프(19)에 직류 전원(28)을 연결하면, 플라즈마 속의 이온이 타게트(15)를 스퍼터한다. 또한, 영구자석의 자장을 120가우스로 하였으나, 0.1-0.9킬로가우스에서도 동일효과를 얻는다.
다음에 본 발명의 제2의 실시예에 대해서 설명한다.
제2도는 제2의 실시예를 표시하고 있으며, 이 실시예는, 동축관(33)에 장착된 배기구(48)에 의해서 동축관(33)과 도파관(31)의 공간을 배기할 수 있는 점이 제1의 실시예와 크게 다른 부분이다. 또, 가스도입구(42)는 개공부(40)의 주위에 있고, 복수의 구멍이 뚫린 링현상의 가스방출고리(49)에 연결되어 있다. 기타는 제1의 실시예와 마찬가지다. 이와 같은 구조에 있어서, 가스도입구(42)로부터 들어온 아르곤등의 가스는 가스방출고리(49)에 의해 타게트(35)근처에 분출된다. 그리고, 가스는 마이크로파가 통과하는 동축관(33)의 공간부를 통과해서, 동조기(34)의 측면에 붙은 배기구(48)로부터 배출된다. 또, 배기구(48)에는 마이크로파가 누설되지 않도록 금속망이 형성되어 있다. 그리고, 진공챔버(44)내를 8×10-3Torr로 하면 방전이 개시된다. 동조기 (34)에 의해서 반사파가 최소로 되게 하고, 가스압력을 낮추어가면 플라즈마가 타게트 위로 이행한다. 2-5×10-4Torr로 마그네트론 스퍼터링을 행할 수 있다.
본 발명의 마이크로파플라즈마발생장치에 의하면, 동축관의 내부관의 끝부분에 전기적으로 절연된 마그네트론방전용의 타게트를 설치하므로서, 소형으로 되고,저가스압력으로 고속스퍼터링을 행할 수 있다.

Claims (6)

  1. 마이크로발진기와, 일단부에마이크로발진기가 설치된 도파관과, 상기 도파관의 마이크로발진기가 설치된 쪽과는 반대쪽의 끝에 관통되어서 설치되고 끝부분이 구멍뚫린 문손잡이형인 동축관과, 내부가비어있는 동축관의 내부관과, 상기 내부관의 내부이고 또한 구멍이 뚫려 있는 평탄부에 설치된 타게트호울더와, 상기 타게트호울더상에 설치된 타게트와, 상기 타게트의 하부에 설치된 자석과, 문손잡이부와 가스도입구와 배기구가 형성된 진공챔버를 구비하고, 타게트와 상기 타게트호울더는 내부관과는 전기적으로 절연되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파플라즈마발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 자석은 동심원형상으로 N극과 S극이 있는 영구자석이고 타게트상의 자장이 0.1-0.9킬로카우스인 것을 특징으로 하는 마이크로파플라즈마발생장치.
  3. 제1항에 있어서, 동축관은 문손잡이형의 근원부분이 45。로 벌어져 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파플라즈마발생장치.
  4. 제1항에 있어서, 동축관은 동조기를 가진 것을 특징으로 하는 마이크로파플라즈마발생장치.
  5. 제1항에 있어서, 타게트호울더는 직류전압을 인가할 수 있는 수단을 가진 것을 특징으로 하는 마이크로파플라즈마발생장치.
  6. 제1항에 있어서, 타게트호울더는 고주파출력전압을 인가할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로프플라즈마발생장치.
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