(57)【要約】  本発明はプラズマを用いた物理気相蒸着源に関し、高真空で薄膜を形成する熱的物理気相蒸着源(Thermal Physical Vapor Deposition)にプラズマを結合する技術に関する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にプラズマの発生空間を有する坩堝、
前記坩堝の上面に形成されているノズル、
前記坩堝の長さ方向に沿って坩堝の内部に一定の長さだけ挿入されているプラズマ発生用の電極、
前記プラズマ発生用の電極に連結されたプラズマ発生用電源装置、
前記プラズマ発生用の電極の下部の一部分を取り囲んで前記坩堝内部の一部分を満たす絶縁体、及び
前記絶縁体上に積まれてある蒸発物質を含み、
前記ノズルはノズルの大きさを変更することができ、これにより前記坩堝内部のプラズマの発生空間でプラズマの発生可能圧力が維持されることを特徴とする、プラズマ補助物理気相蒸着源。
【請求項２】
前記坩堝の外周に配置されたヒーターをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ補助物理気相蒸着源。
【請求項３】
前記ヒーターの外周に配置された放熱板をさらに含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプラズマ補助物理気相蒸着源。
【請求項４】
前記プラズマ発生用の電極は、その一部分が前記坩堝内のプラズマの発生空間にまで挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ補助物理気相蒸着源。
【請求項５】
前記坩堝、前記ヒーター及び前記放熱板を全て内部に収納している本体をさらに含む、請求項３に記載のプラズマ補助物理気相蒸着源。
【請求項６】
前記ノズルの大きさは、ノズル孔調節部により調節できることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ補助物理気相蒸着源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いた物理気相蒸着源に関し、高真空で薄膜を形成する熱的物理気相蒸着源(Thermal Physical Vapor Deposition)にプラズマを結合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乾式メッキ法の一種であるPVD(Physical Vapor Deposition)法はその原理によって蒸発(Evaporation）とスパッタリング(Sputtering)、イオンプレーティング(Ion plating)などに大別されるが、装飾用から超硬のような工業用、そして電子分野に至るまで幅広く用いられる蒸着法である。
【０００３】
熱を利用した物理的気相蒸着(Thermal Vapor Deposition)技術は、一般に高真空下にて進行され、このため、プラズマを同時に利用することは不可能であった。その理由は次の通りである。
【０００４】
一般的な熱的物理気相蒸着源は、高真空で使われるため、チャンバー内の粒子がプラズマを発生させるには充分でない環境で使われる。プラズマを発生させるためにチャンバーの真空度を低くする場合には、雰囲気圧力と材料の蒸気圧との差が小さくなり、蒸発率が下がるようになる。蒸発率の低下を防止するために蒸着源の温度を上げる場合には、蒸着源の輻射熱により基板の温度が上がってしまい、低温工程を必要とする製品には使用するのが難しい。
【０００５】
また、基板に別途の加熱装置を設置しない限り、蒸着される粒子は蒸着源の温度に該当するエネルギーのみを有するようになり、この場合、蒸着される粒子は十分なエネルギーを有することができず、良質の薄膜を形成し難いという問題点がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するために、物理気相蒸着源をプラズマ補助物理気相蒸着源で構成し、このために、蒸着源のノズルの形状を特別にし、これにより内部圧力を調節した。これに対しては、以下にて詳細に説明する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題点を次のように解決した。その方法は、チャンバーの圧力はプラズマを生成するための条件を満たすのが難しいが、蒸発する材料の場合、蒸着源のノズルの形状により内部圧力を調節できるので、これを利用して蒸着源の内部をプラズマの発生に適合した圧力に維持してプラズマを発生させることである。
【０００８】
蒸着源の内部にプラズマが発生する場合、蒸発する粒子がプラズマと反応して蒸着源の熱エネルギーに加えてプラズマによるエネルギーを有するようになる。そうすると、基板に追加の加熱なしに、良質の薄膜を得ることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源は、内部にプラズマの発生空間を有する坩堝、前記坩堝の上面に形成されているノズル、前記坩堝の長さ方向に沿って坩堝の内部に一定の長さだけ挿入されているプラズマ発生用の電極、前記プラズマ発生用の電極に連結されたプラズマ発生用電源装置、前記プラズマ発生用の電極の下部の一部分を取り囲んで坩堝内部の一部分を満たす絶縁体、及び前記絶縁体上に積まれてある蒸発物質を含み、前記ノズルはノズルの大きさを変更でき、これにより前記坩堝内部のプラズマの発生空間でプラズマの発生可能圧力が維持されることを特徴とする。
【００１０】
この場合、前記坩堝の外周に配置されたヒーターをさらに含むことができ、また、ヒーターの外周に配置された放熱板をさらに含むことができる。このような前記坩堝、前記ヒーター及び前記放熱板を全て内部に収納している本体をさらに含むことができる。
【００１１】
プラズマ発生用の電極は、その一部分を前記坩堝内のプラズマの発生空間にまで挿入することができる。
【００１２】
プラズマの発生可能圧力の範囲は、10-3mTorr以上であることが好ましい。
【００１３】
ノズルの大きさは、ノズルの孔の大きさを調節するノズル孔調節部により調節することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高真空下で蒸着する場合にも蒸着源の内部の圧力はプラズマの発生が可能な圧力であり、ノズルの形状を調節することによって蒸着源の内部の圧力を調整することができる。プラズマの発生はRF、マイクロ波、DCパルスなどの多様な方法により実現される。
【００１５】
蒸着源の内部でのみプラズマを発生させることによって、プラズマによる基板の温度上昇や、プラズマの荷電粒子による基板の損傷などの問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】従来のPVDチャンバーの概略図。
【図２】本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源の断面図。
【図３】本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源の使用斜視図。
【図４】本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源のノズル孔の大きさを調節するためのノズル孔調節部を示した図面。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して各実施例を説明する。図において、類似の符号は類似の要素を示すために用いられる。説明のため、本明細書において、多様な説明が本発明の理解を助けるために提示される。しかし、このような各実施例はこのような特定の説明がなくても実行できることは明白である。他の例において、公知となった構造及び装置は実施例の説明を容易にするために、ブロックダイアグラムの形態で提示される。
【００１８】
以下の説明は、本発明の実施例に対する基本的な理解を提供するために、一つ以上の実施例の簡略化された説明を提供する。本セクションは実施できるあらゆる実施例に対する包括的な概要ではなく、全ての要素中の核心要素を識別したり、あらゆる実施例の範囲をカバーしようとする意図もない。その唯一の目的は、後述する詳細な説明に対する導入部として、簡略化された形態で、一つ以上の実施例の概念を提供することである。
【００１９】
図１は、従来のPVDチャンバーを概略的に示す構成図である。ターゲット１０は、ディスク(Disk)またはプレート(Plate)タイプになっており、プロセス気体の供給部４０から供給されるプロセス気体(アルゴン(Ar)ガス)と衝突によって表面の原子が飛び出るようになっている。
【００２０】
金属ターゲット１０の下部には、ヒーター３０の上部にウエハーWが設置されていて、金属ターゲット１０から飛び出てきた原子がウエハーWに蒸着されるようになっている。前記金属ターゲット１０の上部には、マグネット２０が設置されており、図示していない回転手段により前記マグネット２０が回転しながら磁場を発生させ、その磁場によりプロセス気体が金属ターゲット１０の表面に衝突するようになる。
【００２１】
本発明の目的は、既存の熱を利用した物理的蒸着源にプラズマの発生源を結合して、蒸着粒子に蒸着源の熱エネルギーに加えてプラズマによるエネルギーを持たせて蒸着膜の品質を向上させるプラズマ補助物理気相蒸着源(Plasma Aided physical Vapor Deposition Source）を提供することである。
【００２２】
このような目的を達成するために、通常のPVDチャンバーとは異なり、本発明に係るプラズマ補助物理気相蒸着源１は、内部にプラズマの発生空間２００を有する坩堝１００、坩堝の上面に形成されているノズル３００、坩堝の長さ方向に沿って坩堝の内部に一定の長さだけ挿入されているプラズマ発生用の電極４００、プラズマ発生用の電極４００に連結されたプラズマ発生用電源装置５００、プラズマ発生用の電極４００の下部の一部分を取り囲んで坩堝内部の一部分を満たす絶縁体６００、及び絶縁体上に積まれてある蒸発物質を含む。
【００２３】
このような構成は、本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源の断面図を示している図２によく示されている。
【００２４】
坩堝１００は、その内部にプラズマの発生空間２００を含んでおり、このプラズマの発生空間でプラズマが発生するようになる。プラズマの発生は、既存の熱的物理蒸着源(Thermal Physical vapor deposition source)にプラズマ発生用の電極４００を挿入可能な構造に形成して(図２参照)、坩堝内部のプラズマの発生空間でプラズマの発生がなされる。
【００２５】
坩堝の上面に形成されているノズル３００は、プラズマの発生空間で発生されたプラズマが坩堝の外部に排出される通路の役割をする。この場合、ノズルの大きさを調整すればプラズマ補助物理気相蒸着源の内部の圧力を変化させることができる。ノズルの大きさの変更により、坩堝内部のプラズマの発生空間でプラズマの発生可能圧力が維持できる。プラズマの発生可能圧力の範囲は10-3mTorr以上であることが好ましい。したがって、所望の工程に応じて、所望のノズルの大きさを適切に選択して使用することができる。このようなノズルの大きさを選択するために、後述するように、図４ではノズルの大きさを調節する構成を開示している。
【００２６】
プラズマ発生用の電極４００は、図２に示すように、坩堝内部に坩堝の長さ方向に沿って一定の長さだけ挿入されている。この場合、プラズマ発生用の電極はその一部分が前記坩堝内のプラズマの発生空間にまで挿入されていてもよい。
【００２７】
プラズマ発生用の電極４００は、プラズマ発生用電源装置５００と連結されている。プラズマ発生用電源はDC、RF、MWなどが可能であり、図２ではMW(micro wave)を利用して発生させる例として同軸構造の電極を坩堝内部に挿入できるように配置した形状を図示している。
【００２８】
また、電極の形状も同軸構造の形状を図示しているが、その他に多様な形状の電極が利用可能である。
【００２９】
絶縁体６００は、プラズマ発生用の電極４００の下部の一部分を取り囲んで坩堝内部の一部分を満たしている。絶縁体は２０００未満の誘電定数を有する絶縁性の物質が好ましいが、その例としては、MgO、MgF2、LiF、CaF2、アルミナ、ガラス、セラミック、酸化マグネシウムなどがある。
【００３０】
蒸発物質は、アルミニウム、マグネシウム、銀、ガリウム、銅、インジウム、セレナイドなどが可能であり、特に制限されるものではない。
【００３１】
図２に示すように、蒸発物質を坩堝の中に入れた後、プラズマ発生用電源により電圧が印加されるとプラズマの発生空間でプラズマが発生され、発生されたプラズマはノズルを通して排出される。このように物理蒸着源の内部でプラズマの発生ができる構造を形成することによって、プラズマ補助物理気相蒸着がなされることを可能にし、これにより基板に追加の加熱なしに、良質の薄膜を得ることができる。
【００３２】
また、蒸着源の内部でのみプラズマを発生させることによって、プラズマによる基板の温度上昇や、プラズマの荷電粒子による基板の損傷などの問題も発生しない。
【００３３】
一方、坩堝の外周に配置されたヒーター７００をさらに含むことができ、ヒーターの外周に配置された放熱板８００をさらに含むことができる。また、本体は、坩堝１００、ヒーター７００及び放熱板８００を全て内部に収納することができる。
【００３４】
ヒーター７００は坩堝を加熱して温度を上げる役割をする部分であり、放熱板８００は坩堝を加熱し、不要な部分は加熱しないように輻射熱を遮断する構造物である。
【００３５】
図３は、本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源の使用斜視図である。
【００３６】
図２によるプラズマ補助物理気相蒸着源１は、プラズマ発生用電源装置５００に連結されたままチャンバーの内部に挿入されており、チャンバーの内部にはノズルに対向した位置に処理対象の基板が存在する。ノズル３００はその大きさを調節できる構成を有することによって、プラズマ物理気相蒸着源の内部圧力をプラズマの発生が可能な圧力(10−3mTorr以上)に調節可能にする。
【００３７】
図４は、本発明の一実施例に係るプラズマ補助物理気相蒸着源のノズル孔の大きさを調節するためのノズル孔調節部の一実施例の様子を図示する。図４を参照すると、ノズルの終端にノズル孔調節部を結合することができ、このようなノズル孔調節部の孔の大きさは多様に製作することができ、必要に応じて適切な孔の大きさを有するノズル孔調節部をノズルの終端に装着すればよい。この場合、ノズル孔調節部の外部の円周上に螺子山が形成されており、ノズルの内部に形成された螺子山と噛み合って結合することによって密閉式に堅く結合できる。
【００３８】
提示された各実施例に対する説明は、任意の本発明の技術分野において、通常の知識を有する者が本発明を利用したりまたは実施できるように提供される。このような各実施例に対する多様な変形は、本発明の技術分野において通常の知識を有した者に明白であり、ここに定義された一般的な原理は本発明の範囲を逸脱することなく他の実施例に適用できる。本発明はここに提示された各実施例に限定されるものではなく、ここに提示された原理及び新規の特徴と一貫する最広義の範囲で解析されるべきである。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図２】
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【国際調査報告】
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