薄膜形成装置
【課題】基板上部で安定してプラズマを生成させることができる薄膜形成装置を提供する。
【解決手段】基板に薄膜を形成する薄膜形成装置は、減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、前記成膜容器の前記成膜空間内に、薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部を有する。前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備える。
【解決手段】基板に薄膜を形成する薄膜形成装置は、減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、前記成膜容器の前記成膜空間内に、薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部を有する。前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、基板に薄膜を形成するとき、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）技術が広く使用されている。例えば、基板上にＳｉＯ2膜を形成する場合、Ｓｉを含む原料ガスとＯを含む酸化ガス（反応ガス）が用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが反応ガスとして用いられる。
このとき反応ガスを、基板に堆積した原料ガスの原料成分と効率よく反応させるために、プラズマを用いて反応ガスを活性化させて原料成分を反応させることにより、基板に薄膜を形成するプラズマ生成装置を用いる場合が多い。
【０００３】
このようなプラズマ生成装置として、真空容器と、前記真空容器の壁面に設けられた開口部と、前記開口部を気密に覆うように取り付けられる板状の高周波アンテナ導体と、を備えるプラズマ生成装置が知られている（特許文献１）。
当該プラズマ生成装置は、プラズマ生成装置の開口部に高周波アンテナ導体が取り付けられた構造を有するため、この高周波アンテナ導体によりプラズマ生成領域に必要な磁界を容易に与えることができ、容易にプラズマを生成することができる。このプラズマを用いて効率よく薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１４２０１６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記プラズマ生成装置を、ＡＬＤ法を用いる薄膜形成装置に用いた場合、従来のＣＶＤ装置等に比べて成膜空間内の圧力が高く、しかも、基板に原料ガスの成分を吸着させるために流す原料ガスの消費を抑制するために成膜空間が狭く構成されているので、成膜空間内に原料を流してプラズマを生成しようとするとき、高周波アンテナ導体近傍ではなく、部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生し、この部分でプラズマが支配的かつ安定的に発生する場合がある。このため、必ずしも成膜空間内の成膜しようとする基板の上部でプラズマが発生せず、効率のよい薄膜の形成ができない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、安定して基板上部でプラズマを生成させることができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備える。
【０００８】
前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する第１の磁石と、前記電極板の外側に、前記第１の磁石と並行するように設けられ、前記成膜空間に向く端部の極性が前記第１の磁石の前記極性と異なる第２の磁石と、を備える。
【００１０】
その際、前記磁石のそれぞれの配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の別の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を一組として、複数の組が平面上に並列し、前記磁石の前記極性は、隣接する組の磁石の極性とお互いに異なる。
【００１２】
その際、前記複数の組それぞれにおける前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【００１３】
なお、前記薄膜形成装置は、前記ガス導入部が、前記ガスの他に前記薄膜を形成する原料成分を含む原料ガスを導入し、前記ガスを、基板に堆積する前記原料成分を反応させる反応ガスとして導入することにより、原子層単位で前記薄膜を形成する装置であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述の薄膜形成装置では、従来に比べて安定して基板上部でプラズマを生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である薄膜形成装置の構成を表す概略図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す薄膜形成装置に用いるプラズマ電極部の一例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すプラズマ電極部の断面図である。
【図３】本実施形態のプラズマ電極部の他の例を示す上面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、従来の電極板と電子密度分布の測定結果を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のプラズマ電極部のさらに他の例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のプラズマ電極部のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態である薄膜形成装置１０の構成を示す概略図である。
【００１７】
図１に示す薄膜形成装置１０は、生成されるプラズマを用いて、基板に薄膜を形成するＡＬＤ薄膜形成装置である。薄膜形成装置１０は、電極板を流れる電流によって生成される磁界により、プラズマを生成する方式である。この方式は、モノポールアンテナ等のアンテナ素子等の共振により発生する高電圧によりプラズマを生成する方式と異なる。このため、プラズマを生成する素子が共振するように供給する電力の周波数を調整する必要がない。
【００１８】
（薄膜形成装置）
以下、薄膜としてＡｌ2Ｏ3の薄膜を形成する例を用いて、薄膜形成装置１０について説明する。
薄膜形成装置１０は、給電ユニット１２と、成膜容器１４と、ガス導入部１６と、ガス排気部１８と、を有する。
【００１９】
給電ユニット１２は、高周波電源２２と、高周波ケーブル２４と、マッチングボックス２６と、伝送線２８，２９と、プラズマ電極部３０と、を有する。
高周波電源２２は、例えば、１０〜１０００Ｗで数１０ＭＨｚの高周波電力をプラズマ電極部３０の電極板３０ａ（図２（ａ），（ｂ）参照）に給電する。マッチングボックス２６は、高周波ケーブル２４を通して提供される電力がプラズマ電極部３０の電極板３０ａに効率よく供給されるように、インピーダンスを整合する。マッチングボックス２６は、キャパシタおよびインダクタ等の素子を設けた公知の整合回路を備える。
マッチングボックス２６から延びる伝送線２８は、例えば、一定の幅を備える銅板状の伝送線路であり、電極板３０ａへ数十アンペアの電流を流すことができる。伝送線２９は、電極板３０ａから延び接地されている。
【００２０】
プラズマ電極部３０は、後述する隔壁３２上に固定された電極板３０ａ（図２（ａ），（ｂ）参照）を備え、この電極板３０ａの一方の面３１ｅ（図２（ｂ）参照）は成膜容器１４内の成膜空間に向いて隔壁３２の面に対して平行に配置されている。プラズマ電極部３０の電極板３０ａでは、伝送線２８が接続されている端面と伝送線２９が接続されている端面との間で電流が流れる。プラズマ電極部３０の構成は後述する。
【００２１】
成膜容器１４は、内部空間３８を容器内に有し、内部空間３８は、隔壁３２により上部空間と下部の成膜空間４０に区分けされている。成膜容器１４は、例えば、アルミニウム等の材質で形成されて内部空間３８を１〜１００Ｐａの減圧状態にできるように、密閉されている。成膜容器１４の上部空間には、マッチングボックス２６と、伝送線２８，２９と、プラズマ電極部３０と、を有する。隔壁３２の上部空間に面する側には、隔壁３２上にプラズマ電極部３０が固定されている。プラズマ電極部３０の周囲には、周囲の隔壁３２と絶縁するための絶縁部材３４が設けられている。一方、隔壁３２の成膜空間４０に面する側には、誘電体３６が設けられている。誘電体３６には、例えば石英板が用いられる。誘電体３６を設けるのは、プラズマによる電極板３０ａや後述する磁石の腐食を防ぎ、かつ効率よくプラズマへエネルギを供給させるためである。
【００２２】
成膜容器１４の成膜空間４０には、ヒータ４２と、サセプタ４４と、昇降機構４６と、が設けられている。
ヒータ４２は、サセプタ４４に載置する基板２０を所定の温度、例えば２５０℃程度に加熱する。
サセプタ４４は、基板２０を載置する載置台を有する。
昇降機構４６は、ガラス基板２０を載置したサセプタ４４をヒータ４２ともに、成膜空間４０内を自在に昇降する。成膜プロセス段階では、プラズマ電極部３０に近接するように、基板２０を所定の位置にセットする。
【００２３】
ガス導入部１６は、成膜容器１４の成膜空間４０内に、薄膜形成に用いる原料ガスおよび反応ガスを導入する。ガス導入部１６は、原料ガス供給部５０と反応ガス供給部５１と、を有する。
原料ガス供給部５０は、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)を気化してガスとして成膜容器１４に供給する。反応ガス供給部５１は、酸素ガスを反応ガスとして成膜容器１４に供給する。
【００２４】
ガス排気部１８は、成膜空間４０内の側壁から延びる排気管と、ターボ分子ポンプ５２と、ドライポンプ５４と、を有する。ドライポンプ５４は、成膜空間４０内を粗引きし、ターボ分子ポンプ５２は、成膜空間４０内の圧力を所定の圧力に維持する。ターボ分子ポンプ５２とドライポンプ５４とは、排気管で接続されている。
【００２５】
（プラズマ電極板部）
図２（ａ）は、給電ユニット１２に用いられるプラズマ電極部３０の一例の上面図である。図２（ｂ）は、給電ユニット１２に用いられるプラズマ電極部３０の一例の断面図である。
プラズマ電極部３０は、成膜空間４０内のサセプタ４４の上部に設けられ、反応ガスを用いてプラズマを生成させる。プラズマ電極部３０は、矩形形状のプラズマ生成用電極板（以降、電極板という）３０ａと、磁石３０ｂを備える。電極板３０ａの成膜空間４０に向く第１の主面３１ｅの電極板３０ａの幅方向（図２（ａ），（ｂ）中の横方向）中央部分には、電流が電極板３０ａを流れる方向、すなわちＸ方向に沿って一定の溝深さを有する凹状の溝３１ｆが設けられ、凹状の溝部３１ｆを充填するように磁石３０ｂが設けられている。磁石３０ｂの端部は、電極板３０ａの第１の主面３１ｅと面一になっている。この磁石３０ｂの成膜空間４０に向く端部は同じＮ極を有する。すなわち、磁石３０ｂの成膜空間４０に向く端部はＸ方向に沿ってＮ極をなし、その反対側の端部はＳ極となっている。このような磁石３０ｂに１つの棒磁石が用いられてもよいし、複数の磁石が溝部３１ｆに一様に配列されて磁石３０ｂを形成してもよい。一方、電極板３０は、例えば、銅、アルミニウム等が用いられる。
【００２６】
電極板３０ａでは、図２（ａ）に示すように、給電線２８と接続された一方の端面３１ａから給電線２９に接続された他方の端面３１ｂに向けて、すなわちＸ方向に高周波電流が流れる。電極板３０ａの一方の主面３１ｅは成膜空間４０に向いている。給電線２９は、図１に示すように接地されている。なお、電極板３０ａの中央部分に溝３１ｆを設けることで、中央部分に電流が流れにくくなるが、電流は、中央部分より側面側に偏って流れやすいため、中央部分に溝３１ｆが設けられてもプラズマＰの生成に大きな影響を受けない。
一方、図２（ｂ）に示すように磁石３０ｂにより、成膜空間４０内の電極板３０ａの下側の空間に磁界が形成され、この空間では電極板３０ａに電力が供給されたときプラズマＰが発生しやすい。したがって、従来のように、部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生することは少なく、万が一、上記部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生しても、この部分でプラズマが維持されない。すなわち、電極板３０ａの下側の空間でプラズマが安定して発生するように、磁石３０ｂは電極板３０ａの幅方向に横切る磁界を形成する。
【００２７】
なお、電極板３０ａを流れる電流の表層は、電極板３０ａの電気抵抗率、流れる電流の周波数、および、電極板３０ａの透磁率に依存して定まる。例えば、銅あるいはアルミニウムを電極板３０ａの材質として用い、電流の周波数を数１０ＭＨｚとする場合、表層の深さはおよそ０．１ｍｍ程度である。したがって、第１の主面３１ｅと第１の主面３１ｅと対向する第２の面の表層に流れる電流を考慮して、電極板３０ａの厚さは、０．２ｍｍより厚いことが好ましい。しかし、磁石３０ｂを溝３１ｆに設けるためには、電極板３０ａの厚さは、数ｍｍ〜１０数ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
図３は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０の他の一例を示す。
図３に示すプラズマ電極部３０は、図２（ａ）に示す形態と同様に、電極板３０ａと、一対の磁石３０ｂを備える。しかし、磁石３０ｂは、電流の流れる上流側に設けられている。すなわち、磁石３０ｂの配置位置の中心が、電流の流れる方向、すなわちＸ方向の電極板３０ａの中心に対して、Ｘ方向の上流側にオフセットしている。図３に示すプラズマ電極部３０は、これ以外、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０と同じであるので、これらの説明は省略する。
このように、図３に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｂの配置位置をオフセットするのは、発生するプラズマの密度を均一にするためである。
【００２９】
図４（ａ），（ｂ）は、電極板と生成されるプラズマの電子密度の関係を説明する図である。
図４（ａ）に示すように磁石３０ｂを配置せず、溝３１ｆもない矩形形状の電極板６０を電極板３０ａの代わりに用いたとき、成膜空間４０内で生成されるプラズマの電子密度は、図４（ｂ）に示すような値となる。このとき、電極板６０の端面６０ａに１ｋＷの高周波電力（１３．５６〜６０ＭＨｚ）が付与され、端面６０ｂが接地されている。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、接地側（端面６０ｂの側）では電子密度が高く、給電側（端面６０ａの側）では電子密度が低い。この理由については、明確ではないが、接地側では電流により生成された磁場に基づいて生成されるプラズマ（電流に由来するプラズマ）が支配的であるのに対し、給電側では高電圧によって生成されるプラズマ（電圧に由来するプラズマ）が支配的であることに起因すると考えられる。高電圧の給電側では、電子はその電界により加熱されるため、十分なエネルギを受け取ることができず、高密度なプラズマが生成されにくいと考えられるからである。
【００３０】
したがって、電極板３０ａでは、給電側でプラズマ密度が低くなるため、給電側において磁石３０ｂ，３０ｃを設けて電極板３０ａが作り出す電界を横切る磁界を形成する。これにより、給電側において、プラズマ密度を高めることができる。
したがって、図３に示すように磁石３０ｂの配置位置をＸ方向の上流側、すなわちＸ方向の上流側にオフセットすることで、プラズマの密度をＸ方向において均一に近づけることができる。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０のさらに他の一例を示す。
図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、２つの電極板３０ａ1，３０ａ2を有し、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向の両側及び電極板３０ａ1，３０ａ2で挟まれた間隙に、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅが配置されている。磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅのそれぞれの成膜空間４０に向く端部の極性は、同じ極性となっている。すなわち、電極板３０ａ1，３０ａ2は、お互いの側面が対向するように平面上に配列され、さらに、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは、配列した電極板３０ａ1，３０ａ2の間および電極板３０ａ1，３０ａ2の両側の側面の外側に上記平面上に配置される。なお、電極板３０ａ1，３０ａ2のそれぞれは、図５（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示す電極板３０ａと同様に、中央部分にＸ方向に沿って延びる溝を有し、この溝に磁石３０ｂ1，３０ｂ2が設けられている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部は、Ｘ方向に沿って同じ極性を有し、この端部は、電極板３０ａ1，３０ａ2の成膜空間４０に向く第１の主面と面一になっている。
このような磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの成膜空間４０に向く端部の極性が、隣接する磁石の端部における極性と異なっている。すなわち、磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの成膜空間４０に向く端部の極性は、順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極となっている。
【００３２】
このようにプラズマ電極部３０を構成することで、図５（ｂ）に示すように、電極板３０ａ1，３０ａ2の下部の空間で磁界が形成され、この磁界の近傍でプラズマＰが安定して生成する。したがって、成膜空間４０内の基板２０の近傍では、別々のプラズマＰによって生成された反応ガスのラジカルが一体化して電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向において略均一になり、基板２０に堆積した原料ガスの原料成分を均一に反応させることができる。したがって、薄膜は均一に形成され得る。
【００３３】
図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅのＸ方向（電流の流れる方向）における配置位置の中心を、電極板３０ａ1，３０ａ2のＸ方向における中心に対してＸ方向上流側にオフセットしてもよい。このように磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの中心をオフセットすることで、図３に示す形態と同様の理由により、発生するプラズマの密度をＸ方向において略均一に近づけることができる。
【００３４】
図６（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０のさらに他の一例を示す。
図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、２つの電極板３０ａ1，３０ａ2を有する。図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０と異なり、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向の両側及び電極板３０ａ1，３０ａ2で挟まれた間隙に、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは配置されていない。
電極板３０ａ1，３０ａ2のそれぞれは、図６（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示す電極板３０ａと同様に、中央部分にＸ方向に沿って延びる溝を有し、この溝に磁石３０ｂ1，３０ｂ2が設けられている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部は、Ｘ方向に沿って同じ極性を有するが、磁石３０ｂ1，３０ｂ2の極性は、お互いに異なっている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の上記端部は、電極板３０ａ1，３０ａ2の成膜空間４０に向く第１の主面と面一になっている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部の極性は、Ｎ極、Ｓ極となっている。
このようにプラズマ電極部３０を構成することで、図６（ｂ）に示すように、電極板３０ａ1，３０ａ2の下部には磁界が形成され、この磁界の近傍の空間でプラズマＰが安定して生成する。したがって、成膜空間４０内の基板２０の近傍では、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向において反応ガスのラジカルが略均一になり、基板２０に堆積した原料ガスの原料成分を均一に反応させることができる。したがって、薄膜は均一に形成され得る。
【００３５】
図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｂ1，３０ｂ2のＸ方向（電流の流れる方向）における配置位置の中心を、電極板３０ａ1，３０ａ2のＸ方向における中心に対してＸ方向上流側にオフセットしてもよい。このように磁石３０ｂ1，３０ｂ2の中心をオフセットすることで、図３に示す形態と同様の理由により、発生するプラズマの密度をＸ方向において略均一に近づけることができる。
【００３６】
このような薄膜形成装置１０は、ＡＬＤ装置として有効に用いることができる。
ＡＬＤ装置として薄膜形成装置１０を用いる場合、原料ガス供給部５０から原料ガスをパルス状に短時間供給して原料ガスを基板２０に吸着させる。このとき、原料ガスの原料成分が原子層単位で基板２０に吸着される。このような吸着の処理では、原料ガスの化学的性質に依拠して基板２０上に原子単位で原料成分が層状に堆積する。薄膜形成装置１０は、原料ガスを十分に成膜空間４０から排気した後、反応ガス供給部５１から反応ガスを成膜空間に供給する。このとき、薄膜形成装置１０は、プラズマ電極部３０に高周波電力を供給して成膜空間４０内にプラズマを生成させる。成膜空間４０内には、電流が流れる電極板を、電極板の幅方向に横切るように磁石による磁界が形成されているので、プラズマを電極板直下の磁界近傍に集中して発生させることができる。このため、成膜空間４０内の別の部分で異常放電が発生しにくい。この部分で異常放電によるプラズマが発生しても、電極板直下の磁界近傍に集中してプラズマが発生し易く、しかもプラズマの密度が高いので、異常放電によるプラズマは維持されにくく、成膜空間４０内の電極板直下の部分にプラズマが安定して生成される。
【００３７】
特に、ＡＬＤに用いる薄膜形成装置において、供給される原料ガスに対して薄膜の形成の際に基板に吸着する原料ガスは極めて少なく、排気する原料ガスがほとんどである。このため、原料ガスの無駄な消費を抑えるために成膜空間４０の高さは低く構成されている。しかも、反応ガスを供給するとき従来のＣＶＤの場合に比べて圧力が高く維持される。このため、成膜空間４０内では、意図しない場所で異常放電によるプラズマが発生し、基板２０の上部でプラズマは発生しない場合がある。しかし、図５（ａ），（ｂ）に示す形態、あるいは図６（ａ），（ｂ）に示す形態のように、電極板を幅方向に横切る磁界を形成することにより、高さの低い成膜空間４０内で、基板４０の上部で安定してプラズマを生成させることができる。
【００３８】
以上、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上記実施形態では、電極板が１つまたは２つであるが、３つ以上の電極板により、プラズマ電極部が構成されてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 薄膜形成装置
１２ 給電ユニット
１４ 成膜容器
１６ ガス導入部
１８ ガス排気部
２０ ガラス基板
２２ 高周波電源
２４ 高周波ケーブル
２６ マッチングボックス
２８，２９ 伝送線
３０ プラズマ電極部
３０ａ，３０ａ1，３０ａ2、６０ 電極板
３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 磁石
３１ａ，３１ｂ，６０ａ，６０ｂ 端面
３１ｅ 第１の主面
３２ 隔壁
３４ 絶縁部材
３６ 誘電体
３８ 内部空間
４０ 成膜空間
４２ ヒータ
４４ サセプタ
４６ 昇降機構
５０ 原料ガス供給部
５１ 反応ガス供給部
５２ ターボ分子ポンプ
５４ ドライポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて基板に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、基板に薄膜を形成するとき、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする２種類のガスを基板上に交互に供給し、基板上に原子層単位で薄膜を形成することを複数回繰り返して所望厚さの膜を形成するＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）技術が広く使用されている。例えば、基板上にＳｉＯ2膜を形成する場合、Ｓｉを含む原料ガスとＯを含む酸化ガス（反応ガス）が用いられる。また、基板上に窒化膜を形成する場合、酸化ガスの代わりに窒化ガスが反応ガスとして用いられる。
このとき反応ガスを、基板に堆積した原料ガスの原料成分と効率よく反応させるために、プラズマを用いて反応ガスを活性化させて原料成分を反応させることにより、基板に薄膜を形成するプラズマ生成装置を用いる場合が多い。
【０００３】
このようなプラズマ生成装置として、真空容器と、前記真空容器の壁面に設けられた開口部と、前記開口部を気密に覆うように取り付けられる板状の高周波アンテナ導体と、を備えるプラズマ生成装置が知られている（特許文献１）。
当該プラズマ生成装置は、プラズマ生成装置の開口部に高周波アンテナ導体が取り付けられた構造を有するため、この高周波アンテナ導体によりプラズマ生成領域に必要な磁界を容易に与えることができ、容易にプラズマを生成することができる。このプラズマを用いて効率よく薄膜を形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００９／１４２０１６Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記プラズマ生成装置を、ＡＬＤ法を用いる薄膜形成装置に用いた場合、従来のＣＶＤ装置等に比べて成膜空間内の圧力が高く、しかも、基板に原料ガスの成分を吸着させるために流す原料ガスの消費を抑制するために成膜空間が狭く構成されているので、成膜空間内に原料を流してプラズマを生成しようとするとき、高周波アンテナ導体近傍ではなく、部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生し、この部分でプラズマが支配的かつ安定的に発生する場合がある。このため、必ずしも成膜空間内の成膜しようとする基板の上部でプラズマが発生せず、効率のよい薄膜の形成ができない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するために、安定して基板上部でプラズマを生成させることができる薄膜形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備える。
【０００８】
前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【０００９】
さらに、本発明の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する第１の磁石と、前記電極板の外側に、前記第１の磁石と並行するように設けられ、前記成膜空間に向く端部の極性が前記第１の磁石の前記極性と異なる第２の磁石と、を備える。
【００１０】
その際、前記磁石のそれぞれの配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【００１１】
さらに、本発明の別の一態様は、基板に薄膜を形成する薄膜形成装置である。当該装置は、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有する。
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を一組として、複数の組が平面上に並列し、前記磁石の前記極性は、隣接する組の磁石の極性とお互いに異なる。
【００１２】
その際、前記複数の組それぞれにおける前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、ことが好ましい。
【００１３】
なお、前記薄膜形成装置は、前記ガス導入部が、前記ガスの他に前記薄膜を形成する原料成分を含む原料ガスを導入し、前記ガスを、基板に堆積する前記原料成分を反応させる反応ガスとして導入することにより、原子層単位で前記薄膜を形成する装置であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述の薄膜形成装置では、従来に比べて安定して基板上部でプラズマを生成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である薄膜形成装置の構成を表す概略図である。
【図２】（ａ）は、図１に示す薄膜形成装置に用いるプラズマ電極部の一例を示す上面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すプラズマ電極部の断面図である。
【図３】本実施形態のプラズマ電極部の他の例を示す上面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、従来の電極板と電子密度分布の測定結果を示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のプラズマ電極部のさらに他の例を示す図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のプラズマ電極部のさらに他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態である薄膜形成装置１０の構成を示す概略図である。
【００１７】
図１に示す薄膜形成装置１０は、生成されるプラズマを用いて、基板に薄膜を形成するＡＬＤ薄膜形成装置である。薄膜形成装置１０は、電極板を流れる電流によって生成される磁界により、プラズマを生成する方式である。この方式は、モノポールアンテナ等のアンテナ素子等の共振により発生する高電圧によりプラズマを生成する方式と異なる。このため、プラズマを生成する素子が共振するように供給する電力の周波数を調整する必要がない。
【００１８】
（薄膜形成装置）
以下、薄膜としてＡｌ2Ｏ3の薄膜を形成する例を用いて、薄膜形成装置１０について説明する。
薄膜形成装置１０は、給電ユニット１２と、成膜容器１４と、ガス導入部１６と、ガス排気部１８と、を有する。
【００１９】
給電ユニット１２は、高周波電源２２と、高周波ケーブル２４と、マッチングボックス２６と、伝送線２８，２９と、プラズマ電極部３０と、を有する。
高周波電源２２は、例えば、１０〜１０００Ｗで数１０ＭＨｚの高周波電力をプラズマ電極部３０の電極板３０ａ（図２（ａ），（ｂ）参照）に給電する。マッチングボックス２６は、高周波ケーブル２４を通して提供される電力がプラズマ電極部３０の電極板３０ａに効率よく供給されるように、インピーダンスを整合する。マッチングボックス２６は、キャパシタおよびインダクタ等の素子を設けた公知の整合回路を備える。
マッチングボックス２６から延びる伝送線２８は、例えば、一定の幅を備える銅板状の伝送線路であり、電極板３０ａへ数十アンペアの電流を流すことができる。伝送線２９は、電極板３０ａから延び接地されている。
【００２０】
プラズマ電極部３０は、後述する隔壁３２上に固定された電極板３０ａ（図２（ａ），（ｂ）参照）を備え、この電極板３０ａの一方の面３１ｅ（図２（ｂ）参照）は成膜容器１４内の成膜空間に向いて隔壁３２の面に対して平行に配置されている。プラズマ電極部３０の電極板３０ａでは、伝送線２８が接続されている端面と伝送線２９が接続されている端面との間で電流が流れる。プラズマ電極部３０の構成は後述する。
【００２１】
成膜容器１４は、内部空間３８を容器内に有し、内部空間３８は、隔壁３２により上部空間と下部の成膜空間４０に区分けされている。成膜容器１４は、例えば、アルミニウム等の材質で形成されて内部空間３８を１〜１００Ｐａの減圧状態にできるように、密閉されている。成膜容器１４の上部空間には、マッチングボックス２６と、伝送線２８，２９と、プラズマ電極部３０と、を有する。隔壁３２の上部空間に面する側には、隔壁３２上にプラズマ電極部３０が固定されている。プラズマ電極部３０の周囲には、周囲の隔壁３２と絶縁するための絶縁部材３４が設けられている。一方、隔壁３２の成膜空間４０に面する側には、誘電体３６が設けられている。誘電体３６には、例えば石英板が用いられる。誘電体３６を設けるのは、プラズマによる電極板３０ａや後述する磁石の腐食を防ぎ、かつ効率よくプラズマへエネルギを供給させるためである。
【００２２】
成膜容器１４の成膜空間４０には、ヒータ４２と、サセプタ４４と、昇降機構４６と、が設けられている。
ヒータ４２は、サセプタ４４に載置する基板２０を所定の温度、例えば２５０℃程度に加熱する。
サセプタ４４は、基板２０を載置する載置台を有する。
昇降機構４６は、ガラス基板２０を載置したサセプタ４４をヒータ４２ともに、成膜空間４０内を自在に昇降する。成膜プロセス段階では、プラズマ電極部３０に近接するように、基板２０を所定の位置にセットする。
【００２３】
ガス導入部１６は、成膜容器１４の成膜空間４０内に、薄膜形成に用いる原料ガスおよび反応ガスを導入する。ガス導入部１６は、原料ガス供給部５０と反応ガス供給部５１と、を有する。
原料ガス供給部５０は、例えば、トリメチルアルミニウム(TMA)を気化してガスとして成膜容器１４に供給する。反応ガス供給部５１は、酸素ガスを反応ガスとして成膜容器１４に供給する。
【００２４】
ガス排気部１８は、成膜空間４０内の側壁から延びる排気管と、ターボ分子ポンプ５２と、ドライポンプ５４と、を有する。ドライポンプ５４は、成膜空間４０内を粗引きし、ターボ分子ポンプ５２は、成膜空間４０内の圧力を所定の圧力に維持する。ターボ分子ポンプ５２とドライポンプ５４とは、排気管で接続されている。
【００２５】
（プラズマ電極板部）
図２（ａ）は、給電ユニット１２に用いられるプラズマ電極部３０の一例の上面図である。図２（ｂ）は、給電ユニット１２に用いられるプラズマ電極部３０の一例の断面図である。
プラズマ電極部３０は、成膜空間４０内のサセプタ４４の上部に設けられ、反応ガスを用いてプラズマを生成させる。プラズマ電極部３０は、矩形形状のプラズマ生成用電極板（以降、電極板という）３０ａと、磁石３０ｂを備える。電極板３０ａの成膜空間４０に向く第１の主面３１ｅの電極板３０ａの幅方向（図２（ａ），（ｂ）中の横方向）中央部分には、電流が電極板３０ａを流れる方向、すなわちＸ方向に沿って一定の溝深さを有する凹状の溝３１ｆが設けられ、凹状の溝部３１ｆを充填するように磁石３０ｂが設けられている。磁石３０ｂの端部は、電極板３０ａの第１の主面３１ｅと面一になっている。この磁石３０ｂの成膜空間４０に向く端部は同じＮ極を有する。すなわち、磁石３０ｂの成膜空間４０に向く端部はＸ方向に沿ってＮ極をなし、その反対側の端部はＳ極となっている。このような磁石３０ｂに１つの棒磁石が用いられてもよいし、複数の磁石が溝部３１ｆに一様に配列されて磁石３０ｂを形成してもよい。一方、電極板３０は、例えば、銅、アルミニウム等が用いられる。
【００２６】
電極板３０ａでは、図２（ａ）に示すように、給電線２８と接続された一方の端面３１ａから給電線２９に接続された他方の端面３１ｂに向けて、すなわちＸ方向に高周波電流が流れる。電極板３０ａの一方の主面３１ｅは成膜空間４０に向いている。給電線２９は、図１に示すように接地されている。なお、電極板３０ａの中央部分に溝３１ｆを設けることで、中央部分に電流が流れにくくなるが、電流は、中央部分より側面側に偏って流れやすいため、中央部分に溝３１ｆが設けられてもプラズマＰの生成に大きな影響を受けない。
一方、図２（ｂ）に示すように磁石３０ｂにより、成膜空間４０内の電極板３０ａの下側の空間に磁界が形成され、この空間では電極板３０ａに電力が供給されたときプラズマＰが発生しやすい。したがって、従来のように、部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生することは少なく、万が一、上記部分的に狭くなった局所的な凹状の空間で異常放電が発生しても、この部分でプラズマが維持されない。すなわち、電極板３０ａの下側の空間でプラズマが安定して発生するように、磁石３０ｂは電極板３０ａの幅方向に横切る磁界を形成する。
【００２７】
なお、電極板３０ａを流れる電流の表層は、電極板３０ａの電気抵抗率、流れる電流の周波数、および、電極板３０ａの透磁率に依存して定まる。例えば、銅あるいはアルミニウムを電極板３０ａの材質として用い、電流の周波数を数１０ＭＨｚとする場合、表層の深さはおよそ０．１ｍｍ程度である。したがって、第１の主面３１ｅと第１の主面３１ｅと対向する第２の面の表層に流れる電流を考慮して、電極板３０ａの厚さは、０．２ｍｍより厚いことが好ましい。しかし、磁石３０ｂを溝３１ｆに設けるためには、電極板３０ａの厚さは、数ｍｍ〜１０数ｍｍであることが好ましい。
【００２８】
図３は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０の他の一例を示す。
図３に示すプラズマ電極部３０は、図２（ａ）に示す形態と同様に、電極板３０ａと、一対の磁石３０ｂを備える。しかし、磁石３０ｂは、電流の流れる上流側に設けられている。すなわち、磁石３０ｂの配置位置の中心が、電流の流れる方向、すなわちＸ方向の電極板３０ａの中心に対して、Ｘ方向の上流側にオフセットしている。図３に示すプラズマ電極部３０は、これ以外、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０と同じであるので、これらの説明は省略する。
このように、図３に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｂの配置位置をオフセットするのは、発生するプラズマの密度を均一にするためである。
【００２９】
図４（ａ），（ｂ）は、電極板と生成されるプラズマの電子密度の関係を説明する図である。
図４（ａ）に示すように磁石３０ｂを配置せず、溝３１ｆもない矩形形状の電極板６０を電極板３０ａの代わりに用いたとき、成膜空間４０内で生成されるプラズマの電子密度は、図４（ｂ）に示すような値となる。このとき、電極板６０の端面６０ａに１ｋＷの高周波電力（１３．５６〜６０ＭＨｚ）が付与され、端面６０ｂが接地されている。
すなわち、図４（ｂ）に示すように、接地側（端面６０ｂの側）では電子密度が高く、給電側（端面６０ａの側）では電子密度が低い。この理由については、明確ではないが、接地側では電流により生成された磁場に基づいて生成されるプラズマ（電流に由来するプラズマ）が支配的であるのに対し、給電側では高電圧によって生成されるプラズマ（電圧に由来するプラズマ）が支配的であることに起因すると考えられる。高電圧の給電側では、電子はその電界により加熱されるため、十分なエネルギを受け取ることができず、高密度なプラズマが生成されにくいと考えられるからである。
【００３０】
したがって、電極板３０ａでは、給電側でプラズマ密度が低くなるため、給電側において磁石３０ｂ，３０ｃを設けて電極板３０ａが作り出す電界を横切る磁界を形成する。これにより、給電側において、プラズマ密度を高めることができる。
したがって、図３に示すように磁石３０ｂの配置位置をＸ方向の上流側、すなわちＸ方向の上流側にオフセットすることで、プラズマの密度をＸ方向において均一に近づけることができる。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０のさらに他の一例を示す。
図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、２つの電極板３０ａ1，３０ａ2を有し、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向の両側及び電極板３０ａ1，３０ａ2で挟まれた間隙に、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅが配置されている。磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅのそれぞれの成膜空間４０に向く端部の極性は、同じ極性となっている。すなわち、電極板３０ａ1，３０ａ2は、お互いの側面が対向するように平面上に配列され、さらに、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは、配列した電極板３０ａ1，３０ａ2の間および電極板３０ａ1，３０ａ2の両側の側面の外側に上記平面上に配置される。なお、電極板３０ａ1，３０ａ2のそれぞれは、図５（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示す電極板３０ａと同様に、中央部分にＸ方向に沿って延びる溝を有し、この溝に磁石３０ｂ1，３０ｂ2が設けられている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部は、Ｘ方向に沿って同じ極性を有し、この端部は、電極板３０ａ1，３０ａ2の成膜空間４０に向く第１の主面と面一になっている。
このような磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの成膜空間４０に向く端部の極性が、隣接する磁石の端部における極性と異なっている。すなわち、磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの成膜空間４０に向く端部の極性は、順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極となっている。
【００３２】
このようにプラズマ電極部３０を構成することで、図５（ｂ）に示すように、電極板３０ａ1，３０ａ2の下部の空間で磁界が形成され、この磁界の近傍でプラズマＰが安定して生成する。したがって、成膜空間４０内の基板２０の近傍では、別々のプラズマＰによって生成された反応ガスのラジカルが一体化して電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向において略均一になり、基板２０に堆積した原料ガスの原料成分を均一に反応させることができる。したがって、薄膜は均一に形成され得る。
【００３３】
図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅのＸ方向（電流の流れる方向）における配置位置の中心を、電極板３０ａ1，３０ａ2のＸ方向における中心に対してＸ方向上流側にオフセットしてもよい。このように磁石３０ｃ，３０ｂ1，３０ｄ，３０ｂ2，３０ｅの中心をオフセットすることで、図３に示す形態と同様の理由により、発生するプラズマの密度をＸ方向において略均一に近づけることができる。
【００３４】
図６（ａ），（ｂ）は、図２（ａ）に示すプラズマ電極部３０のさらに他の一例を示す。
図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、２つの電極板３０ａ1，３０ａ2を有する。図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０は、図５（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０と異なり、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向の両側及び電極板３０ａ1，３０ａ2で挟まれた間隙に、磁石３０ｃ，３０ｄ，３０ｅは配置されていない。
電極板３０ａ1，３０ａ2のそれぞれは、図６（ｂ）に示すように、図２（ｂ）に示す電極板３０ａと同様に、中央部分にＸ方向に沿って延びる溝を有し、この溝に磁石３０ｂ1，３０ｂ2が設けられている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部は、Ｘ方向に沿って同じ極性を有するが、磁石３０ｂ1，３０ｂ2の極性は、お互いに異なっている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の上記端部は、電極板３０ａ1，３０ａ2の成膜空間４０に向く第１の主面と面一になっている。磁石３０ｂ1，３０ｂ2の成膜空間４０に向く端部の極性は、Ｎ極、Ｓ極となっている。
このようにプラズマ電極部３０を構成することで、図６（ｂ）に示すように、電極板３０ａ1，３０ａ2の下部には磁界が形成され、この磁界の近傍の空間でプラズマＰが安定して生成する。したがって、成膜空間４０内の基板２０の近傍では、電極板３０ａ1，３０ａ2の幅方向において反応ガスのラジカルが略均一になり、基板２０に堆積した原料ガスの原料成分を均一に反応させることができる。したがって、薄膜は均一に形成され得る。
【００３５】
図６（ａ），（ｂ）に示すプラズマ電極部３０の磁石３０ｂ1，３０ｂ2のＸ方向（電流の流れる方向）における配置位置の中心を、電極板３０ａ1，３０ａ2のＸ方向における中心に対してＸ方向上流側にオフセットしてもよい。このように磁石３０ｂ1，３０ｂ2の中心をオフセットすることで、図３に示す形態と同様の理由により、発生するプラズマの密度をＸ方向において略均一に近づけることができる。
【００３６】
このような薄膜形成装置１０は、ＡＬＤ装置として有効に用いることができる。
ＡＬＤ装置として薄膜形成装置１０を用いる場合、原料ガス供給部５０から原料ガスをパルス状に短時間供給して原料ガスを基板２０に吸着させる。このとき、原料ガスの原料成分が原子層単位で基板２０に吸着される。このような吸着の処理では、原料ガスの化学的性質に依拠して基板２０上に原子単位で原料成分が層状に堆積する。薄膜形成装置１０は、原料ガスを十分に成膜空間４０から排気した後、反応ガス供給部５１から反応ガスを成膜空間に供給する。このとき、薄膜形成装置１０は、プラズマ電極部３０に高周波電力を供給して成膜空間４０内にプラズマを生成させる。成膜空間４０内には、電流が流れる電極板を、電極板の幅方向に横切るように磁石による磁界が形成されているので、プラズマを電極板直下の磁界近傍に集中して発生させることができる。このため、成膜空間４０内の別の部分で異常放電が発生しにくい。この部分で異常放電によるプラズマが発生しても、電極板直下の磁界近傍に集中してプラズマが発生し易く、しかもプラズマの密度が高いので、異常放電によるプラズマは維持されにくく、成膜空間４０内の電極板直下の部分にプラズマが安定して生成される。
【００３７】
特に、ＡＬＤに用いる薄膜形成装置において、供給される原料ガスに対して薄膜の形成の際に基板に吸着する原料ガスは極めて少なく、排気する原料ガスがほとんどである。このため、原料ガスの無駄な消費を抑えるために成膜空間４０の高さは低く構成されている。しかも、反応ガスを供給するとき従来のＣＶＤの場合に比べて圧力が高く維持される。このため、成膜空間４０内では、意図しない場所で異常放電によるプラズマが発生し、基板２０の上部でプラズマは発生しない場合がある。しかし、図５（ａ），（ｂ）に示す形態、あるいは図６（ａ），（ｂ）に示す形態のように、電極板を幅方向に横切る磁界を形成することにより、高さの低い成膜空間４０内で、基板４０の上部で安定してプラズマを生成させることができる。
【００３８】
以上、本発明の薄膜形成装置について詳細に説明したが、本発明の薄膜形成装置は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。例えば、上記実施形態では、電極板が１つまたは２つであるが、３つ以上の電極板により、プラズマ電極部が構成されてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０ 薄膜形成装置
１２ 給電ユニット
１４ 成膜容器
１６ ガス導入部
１８ ガス排気部
２０ ガラス基板
２２ 高周波電源
２４ 高周波ケーブル
２６ マッチングボックス
２８，２９ 伝送線
３０ プラズマ電極部
３０ａ，３０ａ1，３０ａ2、６０ 電極板
３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ 磁石
３１ａ，３１ｂ，６０ａ，６０ｂ 端面
３１ｅ 第１の主面
３２ 隔壁
３４ 絶縁部材
３６ 誘電体
３８ 内部空間
４０ 成膜空間
４２ ヒータ
４４ サセプタ
４６ 昇降機構
５０ 原料ガス供給部
５１ 反応ガス供給部
５２ ターボ分子ポンプ
５４ ドライポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する第１の磁石と、前記電極板の外側に、前記第１の磁石と並行するように設けられ、前記成膜空間に向く端部の極性が前記第１の磁石の前記極性と異なる第２の磁石と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
前記磁石のそれぞれの配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を一組として、複数の組が平面上に並列し、前記磁石の前記極性は、隣接する組の磁石の極性とお互いに異なる、ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
前記複数の組それぞれにおける前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記ガス導入部は、前記ガスの他に前記薄膜を形成する原料成分を含む原料ガスを導入し、前記ガスを、基板に堆積する前記原料成分を反応させる反応ガスとして導入することにより、原子層単位で前記薄膜を形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項１】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間において、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する第１の磁石と、前記電極板の外側に、前記第１の磁石と並行するように設けられ、前記成膜空間に向く端部の極性が前記第１の磁石の前記極性と異なる第２の磁石と、を備えることを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項４】
前記磁石のそれぞれの配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項２に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
基板に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
減圧状態で基板に薄膜を形成する成膜空間を備える成膜容器と、
前記成膜容器の前記成膜空間内に薄膜形成に用いるガスを導入するガス導入部と、
前記成膜空間内の基板を載置する載置台の上部に設けられ、前記ガスを用いてプラズマを生成させるプラズマ電極部と、を有し、
前記プラズマ電極部は、電流が一方の端面から他方の端面に流れ、主面が前記成膜空間に向く、矩形形状のプラズマ生成用電極板と、前記電極板の前記主面の中央部分に前記電流の流れる方向に沿って設けられる凹状の溝部を充填するように設けられ、前記成膜空間に向く端部が同じ極性を有する磁石と、を一組として、複数の組が平面上に並列し、前記磁石の前記極性は、隣接する組の磁石の極性とお互いに異なる、ことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項６】
前記複数の組それぞれにおける前記磁石の配置位置の中心は、前記電流の流れる方向の前記電極板の中心に対して、前記電流の上流側にオフセットしている、請求項５に記載の薄膜形成装置。
【請求項７】
前記ガス導入部は、前記ガスの他に前記薄膜を形成する原料成分を含む原料ガスを導入し、前記ガスを、基板に堆積する前記原料成分を反応させる反応ガスとして導入することにより、原子層単位で前記薄膜を形成する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７７１７４（Ｐ２０１２−１７７１７４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１２２６（Ｐ２０１１−４１２２６）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００５９０２）三井造船株式会社 (1,723)
【Ｆターム（参考）】
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