JP2002180242A - Film forming apparatus - Google Patents
Film forming apparatusInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は成膜装置に関する。
さらに詳しくは、イオンプレーティング等によって基材
に膜を形成（成膜）するための成膜装置に関する。[0001] The present invention relates to a film forming apparatus.
More specifically, the present invention relates to a film forming apparatus for forming (forming) a film on a substrate by ion plating or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、イオンプレーティング装置では、真空容器中で膜材
料を蒸発させ、高周波放電等によるグロー放電を生じさ
せて蒸発物をイオン化および励起する。そして、真空容
器内に直流電界等を生じさせることによってイオンを加
速させ、成膜対象の基材表面に付着させる。また、ＣＶ
Ｄ装置では、真空容器中に膜材料ガス（反応ガス）を導
入し、熱やプラズマによって分解して成膜対象の基材表
面に付着させる。2. Description of the Related Art Conventionally, in an ion plating apparatus, a film material is evaporated in a vacuum vessel, and a glow discharge is generated by a high-frequency discharge or the like to ionize and excite the evaporated material. Then, ions are accelerated by generating a DC electric field or the like in the vacuum vessel, and adhere to the surface of the substrate to be formed. Also, CV
In the D apparatus, a film material gas (reactive gas) is introduced into a vacuum vessel, decomposed by heat or plasma, and adhered to the surface of a substrate to be formed.
【０００３】上記の場合、真空容器内に反応ガスを供給
することにより基材表面に所望の膜材料を形成したり、
また、膜質の向上および均質化を図ることが行われてい
る。一方、真空容器内に供給された反応ガスは減圧用排
気装置によって連続して排気することにより、真空容器
内の減圧状態を維持し、エネルギの低下した反応ガスを
除去する必要がある。In the above case, a desired film material is formed on the surface of a substrate by supplying a reaction gas into a vacuum vessel,
Further, improvement of film quality and homogenization are being performed. On the other hand, the reaction gas supplied into the vacuum vessel needs to be continuously exhausted by the evacuation device for decompression, thereby maintaining the reduced pressure state in the vacuum vessel and removing the reaction gas having reduced energy.
【０００４】しかしながら、真空容器内の全体に反応ガ
スを供給し、これを連続的に排気するため、真空容器内
の真空度を維持するために大容量の排気装置が必要とな
る。また、エネルギが低下した、いわば不要の反応ガス
とともに有用な反応ガスも併せて排気することになる。
これらは成膜効率の低下や処理コストの上昇につながる
とともに、得られる膜の品質も低下する。However, since the reaction gas is supplied to the entire inside of the vacuum vessel and is continuously exhausted, a large-capacity exhaust device is required to maintain the degree of vacuum in the vacuum vessel. In addition, useful reaction gas is exhausted together with unnecessary reaction gas whose energy is reduced, so to speak.
These lead to a decrease in film formation efficiency and an increase in processing cost, and also reduce the quality of the obtained film.
【０００５】また、いわゆる無ガスイオンプレーティン
グと呼ばれる不活性ガスを供給しないで残留ガスや反応
ガスをプラズマ化してイオンプレーティングを行う装置
（たとえば特公平１−４８３４７号公報参照）では、真
空容器内を比較的高真空に維持しているため、上記不利
益は一層大きなものとなる。In an apparatus called ion-free ion plating, in which a residual gas or a reactive gas is turned into plasma without supplying an inert gas to perform ion plating (for example, see Japanese Patent Publication No. 1-48347), a vacuum vessel is used. The disadvantages are even greater because the interior is maintained at a relatively high vacuum.
【０００６】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、大容量の排気装置を必要とすることな
く真空度を維持し、反応ガスに大きなエネルギを付与す
ることによって成膜対象基材の表面において効率的に反
応を生じさせて成膜を行うことができる成膜装置を提供
することを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and maintains a vacuum degree without requiring a large-capacity exhaust device, and applies a large amount of energy to a reaction gas to thereby form a substrate for film formation. It is an object of the present invention to provide a film forming apparatus capable of forming a film by causing a reaction efficiently on a surface of a material.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明の成膜装置は、成
膜用の真空容器と、この真空容器に配設されたガス注入
装置と、排気装置とを備えており、このガス注入装置
が、供給されるガスのうち所定方向の速度成分を持つガ
スを選別して真空容器内に導くガスビーム噴出器を有し
ており、上記所定方向が、真空容器内に取り付けられた
基材の成膜対象面に向くようにガスビーム噴出器が真空
容器に取り付けられている。According to the present invention, there is provided a film forming apparatus comprising: a vacuum container for film formation; a gas injection device provided in the vacuum container; and an exhaust device. Has a gas beam ejector that selects a gas having a velocity component in a predetermined direction from the supplied gas and guides the gas into the vacuum container, and the predetermined direction is a component of the base material mounted in the vacuum container. A gas beam ejector is attached to the vacuum container so as to face the film target surface.
【０００８】かかる成膜装置によれば、ガスビーム噴出
器の作用によって指向性のある高エネルギの反応ガスを
基材の成膜対象面に直接的に供給することができる。そ
の結果、成膜対象面においては反応に十分な反応ガスが
存在するので、反応を促進することができ、高品質の膜
を形成することができる。また、このように、反応ガス
を基材の成膜対象面に向けて供給することによって優れ
た成膜処理がなされるため、従来のように真空容器内全
体に反応ガスを供給することはない。したがって、真空
容器内のガス圧力の上昇を抑えることができ、その結
果、排気装置も従来のごとき大容量のものを用いる必要
がない。According to such a film forming apparatus, it is possible to directly supply a high-energy reactive gas having directivity to the film forming surface of the substrate by the action of the gas beam ejector. As a result, a reaction gas sufficient for the reaction is present on the film formation target surface, so that the reaction can be promoted and a high-quality film can be formed. In addition, since an excellent film formation process is performed by supplying the reaction gas toward the film formation target surface of the base material, the reaction gas is not supplied to the entire inside of the vacuum chamber as in the related art. . Therefore, an increase in the gas pressure in the vacuum vessel can be suppressed, and as a result, there is no need to use a large-capacity exhaust device as in the related art.
【０００９】等方的な運動している指向性を持たないガ
スを熱平衡状態にあると呼ぶのに対して、指向性を有す
るガスは非平衡状態にあると呼ぶが、この非平衡状態に
あるガスの平均運動エネルギは、熱平衡状態のガスの平
均運動エネルギよりも大きいので、膜の結晶の成長表面
での反応を促進する効果がある。An isotropically moving non-directional gas is referred to as being in thermal equilibrium, while a directional gas is referred to as being in non-equilibrium. Since the average kinetic energy of the gas is larger than the average kinetic energy of the gas in the thermal equilibrium state, the gas has an effect of promoting the reaction on the growth surface of the crystal of the film.
【００１０】そして、上記ガスビーム噴出器が、本体
と、この本体に配設された所定方向に向けて噴出口が開
口された制限板と、制限板の後方に形成されたガス除去
空間とを備えており、このガス除去空間にガス吸引装置
が接続されてなる成膜装置が好ましい。 なぜなら、上
記制限板によって噴出口を通過する方向の速度成分を持
ったガスのみが選択されて噴出口を通過するからであ
る。異なる方向の速度成分を持ったガスはガス除去空間
から排気装置によって排気されるのでガスに指向性が与
えられ、ガス除去空間が減圧されるのでガス流はその下
流に向けて圧力降下が大きくなり、大きな差圧によって
高速化して（高エネルギが与えられて）基材の成膜対象
面に送られる。The gas beam ejector includes a main body, a limiting plate provided in the main body, the opening of which is opened in a predetermined direction, and a gas removal space formed behind the limiting plate. Therefore, a film forming apparatus in which a gas suction device is connected to the gas removal space is preferable. This is because only gas having a velocity component in the direction passing through the ejection port is selected by the restriction plate and passes through the ejection port. Gases having velocity components in different directions are exhausted from the gas removal space by the exhaust device, so that the gas is provided with directivity, and the gas removal space is decompressed, so that the gas flow has a large pressure drop downstream. Is accelerated (given high energy) by the large differential pressure and is sent to the surface of the substrate on which the film is to be formed.
【００１１】また、上記制限板が複数枚整列されてお
り、各制限板の後方にそれぞれガス除去空間が形成され
ており、上記ガス吸引装置によって全ガス除去空間から
所定方向以外の速度成分を有するガスが吸引されるよう
に構成されてなる成膜装置にあっては、上記ガスビーム
噴出器の作用が一層向上するので好ましい。A plurality of the limiting plates are arranged, and a gas removing space is formed behind each limiting plate, and the gas suction device has a velocity component other than a predetermined direction from the entire gas removing space. A film forming apparatus configured to suck a gas is preferable because the function of the gas beam ejector is further improved.
【００１２】上記噴出口がスリット状に形成されてなる
成膜装置にあっては、噴出口からガスが面状に噴出され
るため、基材の成膜対象面の広い範囲に直接的にガスを
供給できるので好ましい。この場合、たとえば基材をス
リット状噴出口の長手方向に垂直な方向に移動するよう
に構成すれば、この移動によって面状のガス流が基材の
成膜対象面全体に行き渡るので一層好ましい。In a film forming apparatus in which the above-mentioned ejection port is formed in a slit shape, the gas is ejected in a planar manner from the ejection port. Is preferable since it can be supplied. In this case, for example, it is more preferable to move the base material in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the slit-shaped jet port, since this movement spreads a planar gas flow over the entire surface of the base material on which the film is to be formed.
【００１３】そして、上記ガスビーム噴出器が揺動する
ように構成されてなる成膜装置にあっては、たとえガス
ビーム噴出器から噴出するガスがビーム状であっても、
ガスビームによって基材の面をいわばスキャンすること
ができ、ガスが成膜対象面の全面に均一に行き渡るので
好ましい。[0013] In the film forming apparatus in which the gas beam ejector is configured to swing, even if the gas ejected from the gas beam ejector is in a beam form,
It is preferable that the surface of the base material can be scanned by a gas beam, so that the gas uniformly spreads over the entire surface to be formed.
【００１４】また、このガスビーム噴出器を、横方向の
揺動と縦方向の揺動とが組み合わされた揺動をするよう
に構成することにより、上記成膜対象面のスキャンが容
易となるので好ましい。Further, by configuring the gas beam ejector so as to swing in a combination of the horizontal swing and the vertical swing, the scanning of the film formation target surface is facilitated. preferable.
【００１５】上記噴出口がスリット状に形成されてお
り、上記ガスビーム噴出器が、スリット状の噴出口から
面状に噴出されるガスに垂直な方向に揺動するように構
成されてなる成膜装置にあっては、基材の移動機構を要
することなくガスビーム噴出器の揺動によって面状のガ
ス流を基材の成膜対象面全体に行き渡らせることができ
る。上記スリット状とはとくに幅寸法が一定な長尺開口
に限定されない。たとえば、幅寸法がスリットの両端に
向かうほど大きいものとしたり、小さいものとしたりし
てもよい。The gas outlet is formed in a slit shape, and the gas beam ejector is configured to swing in a direction perpendicular to the gas ejected in a planar manner from the slit-shaped outlet. In the apparatus, the planar gas flow can be spread over the entire surface of the substrate on which the film is to be formed by swinging the gas beam ejector without requiring a mechanism for moving the substrate. The slit shape is not particularly limited to a long opening having a constant width. For example, the width may be larger or smaller toward both ends of the slit.
【００１６】そして、上記ガスビーム噴出器が、その噴
出口が基材の成膜対象面に対して斜めに向くように真空
容器に取り付けられており、上記排気装置が真空容器の
内面に排気口を有しており、この排気口が、上記噴出口
の対向側であって成膜対象面に対して斜め方向の位置に
形成されてなる成膜装置にあっては、基材で反射した供
給ガスが真空容器内に拡散することが制限され、さら
に、排気口に直接入り込むようにすることができるので
好ましい。これにより、真空容器内の残留ガス圧力を低
下させることができる。また、運動エネルギが低下した
ガスを速やかに排出することによって膜質の低下も防止
することができる。The gas beam ejector is attached to the vacuum vessel so that the ejection port faces obliquely to the surface of the substrate on which the film is to be formed, and the exhaust device has an exhaust port on the inner surface of the vacuum vessel. In a film forming apparatus in which this exhaust port is formed on the side opposite to the above-mentioned ejection port and in a position oblique to the surface on which the film is to be formed, the supply gas reflected by the base material is provided. Is restricted because it can be restricted from diffusing into the vacuum vessel and can directly enter the exhaust port. Thereby, the residual gas pressure in the vacuum vessel can be reduced. In addition, by rapidly discharging the gas having reduced kinetic energy, it is possible to prevent the film quality from being lowered.
【００１７】一方、上記成膜装置において、ガス注入装
置から反応ガスが注入されるように構成されたものにあ
っては、以上、説明したとおり、基材の成膜対象面での
反応が促進される。On the other hand, in the film forming apparatus described above, in which the reaction gas is injected from the gas injection apparatus, the reaction on the surface of the substrate on which the film is to be formed is promoted as described above. Is done.
【００１８】また、上記真空容器内にプラズマを生成す
るための電極が配設されており、この電極と真空容器内
壁との間に高周波電界が形成されるように構成されてな
る成膜装置にあっては、いわば真空容器内のほぼ全体に
高周波電界が形成され、プラズマが生成されるので、指
向性を持って基材に向かうガスも効果的にプラズマ化さ
れる。その結果、基材の成膜対象面において反応がさら
に促進される。Further, an electrode for generating plasma is provided in the vacuum vessel, and a film forming apparatus configured to form a high-frequency electric field between the electrode and an inner wall of the vacuum vessel. In this case, a high-frequency electric field is formed almost entirely in the vacuum vessel, and plasma is generated, so that a gas directed toward the substrate with directivity is effectively converted into plasma. As a result, the reaction is further promoted on the surface of the substrate on which the film is to be formed.
【００１９】また、上記ガス注入装置からガスがパルス
状に注入されるように構成されてなる成膜装置にあって
は、連続注入に較べてトータルのガス供給量は同一であ
っても噴出時のガス量が多くなるため、そのときの反応
が円滑になるので好ましい。Further, in a film forming apparatus configured to inject gas in a pulsed manner from the gas injection apparatus, even if the total gas supply amount is the same as compared to continuous injection, Is preferable because the amount of gas increases, and the reaction at that time becomes smooth.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら本
発明の成膜装置の実施形態を説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a film forming apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【００２１】図１には真空容器２を備えた真空成膜装置
１が示されている。真空容器２にはガス注入装置３が配
設され、真空ポンプ４ａを有する排気装置４が接続され
ている。ガス注入装置３からは反応ガスが真空容器２内
に供給され、排気装置４は真空容器２内をほぼ一定の真
空度に保つように排気する。本真空成膜装置１では供給
された反応ガスがプラズマソースガスとしても作用す
る。FIG. 1 shows a vacuum film forming apparatus 1 provided with a vacuum vessel 2. A gas injection device 3 is provided in the vacuum vessel 2, and an exhaust device 4 having a vacuum pump 4a is connected thereto. A reaction gas is supplied from the gas injection device 3 into the vacuum container 2, and the exhaust device 4 exhausts the vacuum container 2 so as to maintain a substantially constant degree of vacuum. In the present vacuum film forming apparatus 1, the supplied reaction gas also functions as a plasma source gas.
【００２２】また、真空容器２の内部には、その天井部
に基材ホルダ５が必要に応じて回転しうるように取り付
けられている。また、真空容器２内の下部には蒸発源６
が配設されている。基材ホルダ５の下端面には複数個の
成膜対象基材（以下、単に基材という）Ｗが取り付けら
れる。基材ホルダ５は高周波電界を発生させるための電
極を兼ねており、この基材ホルダ５には真空容器２の外
部に配設された高周波電源７およびマッチング回路８並
びに直流電源９が接続されている。これにより、基材ホ
ルダ５と真空容器２の内壁との間にプラズマを生成させ
る高周波電圧および直流バイアス電圧が印加される。A substrate holder 5 is mounted on the ceiling of the vacuum vessel 2 so as to be rotatable as required. Further, an evaporation source 6 is provided at a lower portion in the vacuum vessel 2.
Are arranged. A plurality of film formation target substrates (hereinafter, simply referred to as substrates) W are attached to the lower end surface of the substrate holder 5. The substrate holder 5 also serves as an electrode for generating a high-frequency electric field, and the substrate holder 5 is connected to a high-frequency power supply 7, a matching circuit 8, and a DC power supply 9 provided outside the vacuum vessel 2. I have. As a result, a high-frequency voltage and a DC bias voltage for generating plasma are applied between the substrate holder 5 and the inner wall of the vacuum vessel 2.
【００２３】また、蒸発源６は膜材料Ｍと、この膜材料
Ｍを載置するためのるつぼ１０と、るつぼ１０上の膜材
料Ｍを加熱して蒸発させるための電子銃１１とから構成
される。上記高周波電界によって生じたプラズマ中で蒸
発した膜材料Ｍがイオン化され、また、励起されたうえ
で、バイアス電圧によって基材表面に向けて加速させら
れて基材表面に付着する。基材ホルダ５の上部には基材
Ｗを加熱するためのヒータ１２が配設されている。The evaporation source 6 comprises a film material M, a crucible 10 for mounting the film material M, and an electron gun 11 for heating and evaporating the film material M on the crucible 10. You. The film material M evaporated in the plasma generated by the high-frequency electric field is ionized and excited, and then accelerated toward the substrate surface by the bias voltage and adheres to the substrate surface. A heater 12 for heating the substrate W is provided above the substrate holder 5.
【００２４】本実施形態では、膜材料Ｍとして酸化マグ
ネシウム（ＭｇＯ）を用い、反応ガスとして酸素を用い
たものを例に取る。基材Ｗの表面にＭｇＯ膜を形成する
場合、膜材料ＭのＭｇＯを蒸発させるとＭｇＯから酸素
原子が脱離しやすいので、酸素ガスの供給なしで作製し
た膜は酸素欠損状態になりやすい。そのため、ＭｇＯの
成長表面には反応ガスとして酸素ガスを供給する。もち
ろん本発明はこれ以外の膜材料および反応ガスにも適用
することができる。In the present embodiment, an example is described in which magnesium oxide (MgO) is used as the film material M and oxygen is used as the reaction gas. When an MgO film is formed on the surface of the base material W, oxygen atoms are easily desorbed from MgO when the MgO of the film material M is evaporated, so that a film formed without supplying oxygen gas is likely to be in an oxygen-deficient state. Therefore, oxygen gas is supplied as a reaction gas to the growth surface of MgO. Of course, the present invention can be applied to other film materials and reaction gases.
【００２５】図２（ａ）に上記ガス注入装置３を示す。
このガス注入装置３は酸素ガスを指向性があるビーム状
にして基材Ｗの成膜対象面に向けて供給するものであ
る。このようにして基材Ｗの成膜対象面近傍に送られる
酸素ガスのエネルギを高めることにより、ＭｇＯ膜の結
晶性が高まり、柱状組織の数密度が大きくなる。このよ
うに、反応ガスを基材Ｗの成膜対象面に向けて供給する
ことによって優れた成膜処理がなされるため、従来のよ
うに真空容器内全体に酸素ガスを供給することはない。
したがって、真空容器２内の平均ガス圧力の上昇を抑え
ることができ、その結果、排気装置４も従来のごとき大
容量のものを用いる必要がない。ガス注入装置３は酸素
ボンベ等の供給源１３から送られてきた高圧酸素ガスに
指向性を与えるガスビーム噴出器１４を有しており、こ
のガスビーム噴出器１４が真空容器２壁に取り付けられ
ている。ガスビーム噴出器１４は、ハウジング１５と、
ハウジング１５に配設された噴出口１６を有する制限板
１７と、制限板１７の後方に形成されたガス除去空間１
８とを備えている。制限板１７の噴出口１６周縁部分は
後方に向けて湾曲されている。いわばラッパ状にされて
いるものであり、スキマと呼ばれる（以下、スキマと呼
ぶ）。このガスビーム噴出器１４は複数枚のスキマ１７
を有し、その結果、複数個のガス除去空間１８が形成さ
れたものであるが、本発明では単一のスキマと単一のガ
ス除去空間から構成されたものも含む。各ガス除去空間
１８はターボ分子ポンプ等の排気装置１９に接続されて
いる。FIG. 2A shows the gas injection device 3.
The gas injection device 3 supplies oxygen gas in the form of a beam having directivity toward the film formation target surface of the substrate W. By increasing the energy of the oxygen gas sent to the vicinity of the film formation target surface of the substrate W in this manner, the crystallinity of the MgO film is increased, and the number density of the columnar structure is increased. As described above, since an excellent film formation process is performed by supplying the reaction gas toward the film formation target surface of the substrate W, oxygen gas is not supplied to the entire inside of the vacuum vessel as in the related art.
Therefore, an increase in the average gas pressure in the vacuum vessel 2 can be suppressed, and as a result, it is not necessary to use a large-capacity exhaust device 4 as in the related art. The gas injector 3 has a gas beam ejector 14 for giving directivity to the high-pressure oxygen gas sent from a supply source 13 such as an oxygen cylinder, and the gas beam ejector 14 is attached to the wall of the vacuum vessel 2. . The gas beam ejector 14 includes a housing 15 and
A limiting plate 17 having a jet port 16 disposed in a housing 15, and a gas removal space 1 formed behind the limiting plate 17.
8 is provided. The peripheral portion of the ejection port 16 of the restriction plate 17 is curved rearward. It is like a trumpet, and is called a gap (hereinafter, called a gap). The gas beam ejector 14 has a plurality of gaps 17.
As a result, a plurality of gas removal spaces 18 are formed. However, the present invention also includes a configuration including a single gap and a single gas removal space. Each gas removal space 18 is connected to an exhaust device 19 such as a turbo molecular pump.
【００２６】このガスビーム噴出器１４によれば、供給
源１３から送られてきた高圧酸素ガスのうち、上記スキ
マ１７によって噴出口１６を通過する方向の速度成分を
持った部分のみ選択されて噴出口１６を通過する。異な
る方向の速度成分を持った酸素ガスはガス除去空間１８
から排気装置１９によって排気され、回収される。その
結果、一定方向の速度成分を持った（指向性を持った）
酸素ガス、いわばビーム状の酸素ガスＢが真空容器２内
に供給される。また、各ガス除去空間１８は排気される
ことによって減圧されるので、酸素ガス流はその下流に
行くにしたがって圧力降下し、大きな差圧によって高速
化（一般に超音速）して真空容器２内に供給される。す
なわち、高エネルギが与えられた酸素ガスが基材Ｗに送
られる。また、スキマ１７（ガス除去空間１８を含む）
の枚数を増加させるほど酸素ガスの指向性は向上する。
また、噴出口１６の形状および大きさを変更できるよう
に構成するのが好ましい。かかる構成によって基材Ｗの
面での酸素ガスの圧力分布を調節することができる。According to the gas beam ejector 14, only the portion of the high-pressure oxygen gas sent from the supply source 13 having a velocity component in the direction passing through the ejection port 16 is selected by the gap 17 and the ejection port is selected. Pass 16 Oxygen gas having velocity components in different directions is supplied to the gas removal space 18.
Is exhausted by the exhaust device 19 and collected. As a result, it has a velocity component in a certain direction (has directivity)
An oxygen gas, that is, a beam-shaped oxygen gas B is supplied into the vacuum vessel 2. Further, since each gas removal space 18 is decompressed by being evacuated, the oxygen gas flow drops in pressure as it goes downstream, and the oxygen gas flow is accelerated (generally supersonic) by a large differential pressure and enters the vacuum vessel 2. Supplied. That is, oxygen gas to which high energy is given is sent to the base material W. In addition, gap 17 (including gas removal space 18)
The directivity of oxygen gas is improved as the number of sheets is increased.
Further, it is preferable that the configuration is such that the shape and size of the ejection port 16 can be changed. With such a configuration, the pressure distribution of the oxygen gas on the surface of the substrate W can be adjusted.
【００２７】このガスビーム噴出器１４は真空容器２の
縦方向（Ｙ方向）および横方向（Ｘ方向）に揺動可能に
壁に取り付けられている。揺動機構としては、たとえば
横方向の揺動には往復動の駆動シリンダを用い、縦方向
の揺動にはサーボモータとギヤ機構を用いるのもよい。
こうすれば、図２（ｂ）に示すように多数回の横方向の
往復揺動がなされるうちに一回の縦方向の片道揺動がな
されるようにすれば、酸素ガスビームＢが基材Ｗの面を
いわばスキャンすることになり、酸素ガスが全面に均一
に行き渡るので好ましい。その結果、基材Ｗの成膜対象
面の全面で均等に酸化反応が進行し、膜を均質化するこ
とができる。また、その他の揺動機構により、縦方向の
揺動と横方向の揺動の組合せによって酸素ガスビームＢ
の噴出方向を渦巻き状や円状等に変化させることが可能
である。しかし、たとえば基材ホルダ５を所望の方向に
移動、変位しうるように構成すれば、上記ガスビーム噴
出器１４は固定式にしておいてもよい。The gas beam ejector 14 is attached to a wall so as to be swingable in the vertical direction (Y direction) and the horizontal direction (X direction) of the vacuum vessel 2. As the swing mechanism, for example, a reciprocating drive cylinder may be used for the horizontal swing, and a servomotor and a gear mechanism may be used for the vertical swing.
In this way, as shown in FIG. 2 (b), if one longitudinal one-way swing is performed while a large number of reciprocal swings are performed in the transverse direction, the oxygen gas beam B is It is preferable to scan the surface of W, so to speak, so that the oxygen gas is uniformly distributed over the entire surface. As a result, the oxidation reaction proceeds uniformly over the entire surface of the substrate W on which the film is to be formed, and the film can be homogenized. In addition, the other swing mechanism allows the oxygen gas beam B to be combined with the vertical swing and the horizontal swing.
Can be changed in a spiral shape, a circular shape, or the like. However, for example, if the substrate holder 5 is configured to be movable and displaced in a desired direction, the gas beam ejector 14 may be fixed.
【００２８】図３には異なるガスビーム噴出器２０が示
されている。このガスビーム噴出器２０はスキマ２１の
噴出口２２が長尺のスリット形状を呈したものであり、
図示のごとく噴出口２２の長手方向が基材Ｗの成膜対象
面に平行となるように配置されている。その結果、噴出
口２２から噴出した酸素ガスは平面状（帯状）となって
基材Ｗの成膜対象面に向かう。噴出口２２の長手方向寸
法は、帯状の酸素ガス流Ｐの幅が基材Ｗの成膜対象面の
幅寸法をカバーするように決めるのが好ましい。また、
ガスビーム噴出器２０全体が、噴出口２２の長手方向に
垂直な方向に揺動するようにされている。この揺動によ
って帯状の酸素ガス流Ｐが基材Ｗの成膜対象面全体に行
き渡る。しかし、たとえば基材ホルダ５を噴出口２２の
長手方向に垂直な方向に移動するように構成すれば、上
記ガスビーム噴出器２０は固定式にしておいてもよい。FIG. 3 shows a different gas beam ejector 20. In the gas beam ejector 20, the ejection port 22 of the gap 21 has a long slit shape.
As shown in the drawing, the jet ports 22 are arranged such that the longitudinal direction is parallel to the film formation target surface of the substrate W. As a result, the oxygen gas ejected from the ejection port 22 becomes flat (strip-like) and heads toward the film formation target surface of the substrate W. It is preferable that the length of the jet port 22 in the longitudinal direction is determined so that the width of the band-shaped oxygen gas flow P covers the width of the surface of the substrate W on which the film is to be formed. Also,
The entire gas beam ejector 20 swings in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ejection port 22. By this swing, the band-shaped oxygen gas flow P spreads over the entire surface of the substrate W on which the film is to be formed. However, for example, if the substrate holder 5 is configured to move in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the ejection port 22, the gas beam ejector 20 may be fixed.
【００２９】図１に示すように、上記排気装置４はその
排気口４ｂがガス注入装置３の位置と対向する真空容器
２壁面に形成されている。これは、ガスビーム噴出器１
４から噴射して基材Ｗで反射した使用済みの酸素ガスが
うまく排気口４ｂに至るようにするためである。その結
果、基材Ｗで反射した酸素ガスが真空容器２内に拡散す
ることが制限され、さらに、排気口４ｂに直接入り込む
ようにすることができる。これにより、真空容器２内の
残留ガス圧力を低下させることができる。また、運動エ
ネルギが低下した酸素ガスを速やかに排出することによ
って膜質の低下も防止することができる。排気口４ｂの
上下位置もこの目的に沿うように決定すればよい。たと
えば、基材Ｗの配置が、横方向に見てガス注入装置３の
噴出口１６と排気口４ｂとの間の中央であってその上方
にある場合は、噴出口１６と排気口４ｂとの高さ位置を
同一にすればよい。As shown in FIG. 1, the exhaust device 4 has an exhaust port 4b formed on the wall surface of the vacuum vessel 2 facing the position of the gas injection device 3. This is the gas beam ejector 1
This is because the used oxygen gas ejected from the substrate 4 and reflected by the substrate W can reach the exhaust port 4b. As a result, diffusion of the oxygen gas reflected by the base material W into the vacuum vessel 2 is restricted, and the oxygen gas can directly enter the exhaust port 4b. Thereby, the residual gas pressure in the vacuum vessel 2 can be reduced. Further, by rapidly discharging the oxygen gas whose kinetic energy has been reduced, it is possible to prevent the film quality from being deteriorated. The vertical position of the exhaust port 4b may be determined so as to meet this purpose. For example, when the arrangement of the base material W is at the center between and above the ejection port 16 and the exhaust port 4b of the gas injection device 3 when viewed in the lateral direction, the position of the ejection port 16 and the exhaust port 4b What is necessary is just to make the height position the same.
【００３０】本真空成膜装置１では、前述のとおり基材
ホルダ５と真空容器２の内壁との間に高周波電界が形成
される。いわば真空容器２内のほぼ全体に高周波電界が
形成され、プラズマが生成されるので、指向性を持って
基材Ｗに向かう酸素ガスも効果的にプラズマ化される。
その結果、酸化反応が促進される。また、真空容器２内
にわずかに残留した酸素ガスがプラズマ化されるので、
反応ガスとして供給された酸素ガスはプラズマソースガ
スとしても作用することになる。In the present vacuum film forming apparatus 1, a high-frequency electric field is formed between the substrate holder 5 and the inner wall of the vacuum vessel 2 as described above. In other words, since a high-frequency electric field is formed almost entirely in the vacuum vessel 2 and plasma is generated, the oxygen gas directed toward the base material W with the directivity is also effectively turned into plasma.
As a result, the oxidation reaction is promoted. Further, since the oxygen gas slightly remaining in the vacuum vessel 2 is turned into plasma,
The oxygen gas supplied as the reaction gas also acts as a plasma source gas.
【００３１】上記ガス注入装置３（いずれのガスビーム
噴出器１４、２０を有するものも含む）は、酸素ガスを
パルス状に噴出させるものとすることができる。パルス
状の噴出は、たとえば、 ガスの噴出口に開閉可能なシ
ャッタを設けたり、供給ガスのボンベに弁を設けること
によって容易になされる。パルス状に噴出させれば、連
続噴出に較べてトータルの酸素ガス供給量は同一であっ
ても噴出時の酸素量が多くなるため、そのときの酸化反
応が円滑になる。The gas injection device 3 (including one having any of the gas beam ejectors 14 and 20) can eject oxygen gas in a pulsed manner. The pulse-like ejection can be easily performed by, for example, providing a shutter that can be opened and closed at a gas ejection port or providing a valve in a supply gas cylinder. If the gas is ejected in a pulsed manner, the amount of oxygen at the time of ejection is increased even if the total oxygen gas supply amount is the same as compared with the continuous ejection, so that the oxidation reaction at that time becomes smooth.
【００３２】以上説明した真空成膜装置１は、いわゆる
無ガスイオンプレーティング装置を例に取ったが、本発
明はかかる装置には限定されない。供給ガスに指向性を
与えるガス注入装置は、たとえば、 反応性スパッタリ
ングの反応ガスやプラズマＣＶＤの反応ガスなどにに対
しても適用することができ、優れた効果を奏する装置と
なる。The vacuum film forming apparatus 1 described above is an example of a so-called gasless ion plating apparatus, but the present invention is not limited to such an apparatus. The gas injection device that gives directivity to the supplied gas can be applied to, for example, a reactive gas for reactive sputtering or a reactive gas for plasma CVD, and is a device having excellent effects.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明の成膜装置によれば、ガスビーム
噴出器の作用によって指向性のある反応ガスを基材の成
膜対象面に直接的に供給することができる。その結果、
成膜対象面における反応を促進することができ、高品質
の膜を形成することができる。また、このように、反応
ガスを基材の成膜対象面に向けて供給することによって
優れた成膜処理がなされるため、従来のように真空容器
内全体に反応ガスを供給することはない。したがって、
真空容器内の平均ガス圧力の上昇を抑えることができ、
その結果、排気装置も従来のごとき大容量のものを用い
る必要がない。According to the film forming apparatus of the present invention, a reactive gas having directivity can be directly supplied to the surface of the substrate on which the film is to be formed by the action of the gas beam ejector. as a result,
The reaction on the film formation target surface can be promoted, and a high-quality film can be formed. In addition, since an excellent film formation process is performed by supplying the reaction gas toward the film formation target surface of the base material, the reaction gas is not supplied to the entire inside of the vacuum chamber as in the related art. . Therefore,
A rise in the average gas pressure in the vacuum vessel can be suppressed,
As a result, there is no need to use a large-capacity exhaust device as in the related art.
【図１】本発明の真空成膜装置の一実施形態を概略的に
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing one embodiment of a vacuum film forming apparatus of the present invention.
【図２】図２（ａ）は図１の真空成膜装置におけるガス
注入装置の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２
（ａ）のガス注入装置によるガス噴出状態の一例を示す
斜視図である。FIG. 2A is a cross-sectional view showing an example of a gas injection device in the vacuum film forming apparatus of FIG. 1, and FIG. 2B is a sectional view of FIG.
It is a perspective view which shows an example of the gas ejection state by the gas injection apparatus of (a).
【図３】図１の真空成膜装置におけるガス注入装置の他
の例の要部を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a main part of another example of the gas injection device in the vacuum film forming apparatus of FIG. 1;
１ 真空成膜装置 ２ 真空容器 ３ ガス注入装置 ４ 排気装置 ４ａ 真空ポンプ ４ｂ 排気口 ５ 基材ホルダ ６ 蒸発源 ７ 高周波電源 ８ マッチング回路 ９ 直流電源 １０ るつぼ １１ 電子銃 １２ ヒータ １３ （酸素ガスの）供給源 １４ ガスビーム噴出器 １５ ハウジング １６ 噴出口 １７ スキマ １８ ガス除去空間 １９ 排気装置 ２０ ガスビーム噴出器 ２１ スキマ ２２ 噴出口 Ｂ 酸素ガスビーム Ｐ 帯状の酸素ガス流 Ｗ 基材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum film-forming apparatus 2 Vacuum container 3 Gas injection apparatus 4 Exhaust apparatus 4a Vacuum pump 4b Exhaust port 5 Substrate holder 6 Evaporation source 7 High frequency power supply 8 Matching circuit 9 DC power supply 10 Crucible 11 Electron gun 12 Heater 13 (of oxygen gas) Supply source 14 Gas beam ejector 15 Housing 16 Spout port 17 Skimmer 18 Gas removal space 19 Exhaust device 20 Gas beam ejector 21 Skimmer 22 Spout port B Oxygen gas beam P Strip-shaped oxygen gas flow W Substrate
フロントページの続き (72)発明者 瀧川 志朗 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 (72)発明者 能勢 功一 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 (72)発明者 床本 勲 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 (72)発明者 小泉 康浩 兵庫県西宮市田近野町６番107号 新明和 工業株式会社開発センタ内 (72)発明者 梶山 博司 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 加藤 明 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鬼沢 賢一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 峯村 哲郎 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4G075 AA03 AA24 AA42 BA02 BC03 BD01 BD14 BD30 CA25 CA47 CA65 DA01 DA02 EA05 EB01 EB41 EC01 EC13 EC21 ED15 EE01 FA20 4K029 BA43 CA04 DA06 DD02 EA04 4K030 EA05 EA06 EA11 FA01 5F103 AA02 BB06 DD30 NN06 RR06 RR10 Continued on the front page. (72) Inventor Shiro Takigawa 6-107 Takino-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Inside Shinmeiwa Industry Co., Ltd. (72) Inventor Koichi Nose 6-107 Takino-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo In the development center of Meiwa Industries Co., Ltd. (72) Inventor Isao Tokomoto 6-107, Takino-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo In-house of Shin-Meiwa Industry Co., Ltd. No. 107 Shin Meiwa Industry Co., Ltd. Development Center (72) Inventor Hiroshi Kajiyama 1-1-1, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Akira Kato Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture 7-1-1, Hitachi, Ltd.Hitachi Research Laboratories, Ltd. 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City Hitachi, Ltd. Hitachi Research, Ltd. The internal F-term (reference) 4G075 AA03 AA24 AA42 BA02 BC03 BD01 BD14 BD30 CA25 CA47 CA65 DA01 DA02 EA05 EB01 EB41 EC01 EC13 EC21 ED15 EE01 FA20 4K029 BA43 CA04 DA06 DD02 EA04 4K030 EA05 EA06 EA11 FA01 5F103 AA02 BB06 DD30 NN06 RR06 RR10
Claims (11)
されたガス注入装置と、排気装置とを備えており、 上記ガス注入装置が、供給されるガスのうち所定方向の
速度成分を持つガスを選別して真空容器内に導くガスビ
ーム噴出器を有しており、上記所定方向が真空容器内に
取り付けられた基材の成膜対象面に向くようにガスビー
ム噴出器が真空容器に取り付けられてなる成膜装置。1. A vacuum container for film formation, a gas injection device disposed in the vacuum container, and an exhaust device, wherein the gas injection device is configured to control a speed of a supplied gas in a predetermined direction. A gas beam ejector that selects a gas having components and guides the gas into the vacuum vessel, and the gas beam ejector is placed in the vacuum vessel so that the above-described predetermined direction is directed to a film formation target surface of a substrate mounted in the vacuum vessel. A film forming apparatus attached to a device.
体に配設された所定方向に向けて噴出口が開口された制
限板と、制限板の後方に形成されたガス除去空間とを備
えており、該ガス除去空間にガス吸引装置が接続されて
なる請求項１記載の成膜装置。2. The gas beam ejector includes a main body, a limiting plate provided in the main body, the limiting plate having an opening opened in a predetermined direction, and a gas removal space formed behind the limiting plate. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a gas suction device is connected to the gas removal space.
制限板の後方にそれぞれガス除去空間が形成されてお
り、上記ガス吸引装置によって全ガス除去空間から所定
方向以外の速度成分を有するガスが吸引されるように構
成されてなる請求項１記載の成膜装置。3. A plurality of limiting plates are arranged, a gas removing space is formed behind each limiting plate, and the gas suction device has a velocity component other than a predetermined direction from the entire gas removing space. 2. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas is sucked.
る請求項１記載の成膜装置。4. The film forming apparatus according to claim 1, wherein said jet port is formed in a slit shape.
構成されてなる請求項１記載の成膜装置。5. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas beam ejector is configured to swing.
と縦方向の揺動とが組み合わされた揺動をするように構
成されてなる請求項５記載の成膜装置。6. The film forming apparatus according to claim 5, wherein the gas beam ejector is configured to perform a combined swing of the horizontal swing and the vertical swing.
り、上記ガスビーム噴出器が、スリット状の噴出口から
面状に噴出されるガスに垂直な方向に揺動するように構
成されてなる請求項１記載の成膜装置。7. The gas ejection port is formed in a slit shape, and the gas beam ejector is configured to swing in a direction perpendicular to the gas ejected in a planar manner from the slit ejection port. The film forming apparatus according to claim 1.
基材の成膜対象面に対して斜めに向くように真空容器に
取り付けられており、上記排気装置が真空容器の内面に
排気口を有しており、該排気口が、上記噴出口の対向側
であって成膜対象面に対して斜め方向の位置に形成され
てなる請求項１記載の成膜装置。8. The gas beam ejector is attached to a vacuum container so that an ejection port of the gas beam ejector faces obliquely with respect to a film formation target surface of a substrate, and the exhaust device has an exhaust port on an inner surface of the vacuum container. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the exhaust port is formed at a position opposite to the ejection port and in a position oblique to a film formation target surface.
れるように構成されてなる請求項１記載の成膜装置。9. The film forming apparatus according to claim 1, wherein a reaction gas is injected from said gas injection apparatus.
ための電極が配設されており、該電極と真空容器内壁と
の間に高周波電界が形成されるように構成されてなる請
求項１記載の成膜装置。10. An apparatus according to claim 1, wherein an electrode for generating plasma is provided in the vacuum vessel, and a high-frequency electric field is formed between the electrode and an inner wall of the vacuum vessel. Film forming equipment.
に注入されるように構成されてなる請求項１記載の成膜
装置。11. The film forming apparatus according to claim 1, wherein the gas is injected from the gas injection apparatus in a pulsed manner.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2016513180A (en) * | 2013-02-25 | 2016-05-12 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ | Deposition apparatus with gas supply and method for depositing material |
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2000
- 2000-12-20 JP JP2000387015A patent/JP2002180242A/en active Pending
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