JP3802246B2 - Deposition equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する分野】
本発明は、高周波誘導プラズマ発生装置を備えた成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ターゲットに極めて高いエネルギーのビームを当てることによりターゲットを局部的に加熱し、瞬時、ターゲツトを構成している材料を蒸発させ、その蒸発粒子を基板上に膜状に付着させる成膜方式は、ターゲットを成す材料の組成比に忠実な組成比の膜を基板上に得ることが出来る。
【0003】
図1はこの様な成膜方式を具体化した装置として、レーザーアブレーション蒸着装置の概略を示したものである。
【0004】
図中1は真空チャンバーで、内部中央にターゲット2が設けられている。該ターゲットは、チャンバー外に設けられた回転駆動機構(モータ等から成る)3の回転軸4上に取り付けられている。該ターゲットの斜め(ターゲット表面に対し大略20°隔てた)上方に、基板5が配置されている。該基板は、チャンバー外に設けられた回転駆動機構(モータ等から成る)6により回転する基板ホルダー7の先端面に取り付けられている。又、該基板ホルダーの内部には、チャンバー外に設けられた加熱電源(図示せず)から加熱電流が流されるヒータ8が設けられている。9はチャンバー外に設けられたレーザー発生源で、該レーザー発生源からのレーザービームは集束レンズ10により集光され、チャンバー壁に取り付けられた、例えば石英ガラス製の窓11を通して前記ターゲット2上に照射される。12はゲート弁、13は例えばクライオポンプの如き排気装置である。
【0005】
次に、この様な装置の成膜動作について説明する。尚、前記ターゲットとしてYBCO等の超伝導物質の粉末を焼結させたものを用意し、又、レーザー発生源としてパルスレーザー源を使用する。
【0006】
先ず、ゲート弁12を開き、排気装置13によりチャンバー1内を10-6 Pa程度の高真空状態にする。同時に、回転駆動機構3,6によりそれぞれ回転軸4,基板ホルダー7を通じてターゲット2,基板5をそれぞれ回転させる。又、ヒータ8により基板5を加熱する。この状態において、レーザー発生源9からパルス状にレーザービームを発生させ、集光レンズ10によりターゲット2上に集光させる。すると、レーザービームの当たったターゲット2の部分が極めて高温に加熱され、ターゲット2を成す材料が瞬時蒸発する。この様にターゲット2を成す材料が蒸発することにより、ターゲット2と基板5に間にブルームと称するプラズマ状態の高温蒸気が発生し、基板5上にターゲット2を成す組成材料と同じ組成材料の蒸発粒子が膜状に付着する。
【0007】
この様な成膜方式は、超伝導膜の形成の他に強誘電体膜等の形成等に応用可能である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
さて、前記レーザーアブレーション蒸着装置は、レーザー発生源の種類にもよるが、大体100パルス程度で交換する必要がある。即ち、比較的頻繁にレーザー発生源を取り替えねばならなず、操作が厄介である。又、この交換には一般に数10万円のランニングコストが掛かる。従って、1パルス当たり数10nm程度の膜が形成されると考えると、僅か1μm成膜するのに数千円から数万円も掛かることになる。そして、成膜面積が大きくなる程、1パルス当たりの成膜レートが落ちるので、前記ターゲットの蒸発にレーザーを使用した成膜装置は極めて費用の掛かるものとなる。
【0009】
本発明は、この様な問題を解決する新規な成膜装置を提供することを目的としたものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に基づく成膜装置は、真空チャンバー内にターゲットと基板を配置し、ターゲットに光を照射することによりターゲットの組成材料を蒸発させて基板上に膜状に付着させるように成した成膜装置において、真空チャンバー外に高周波プラズマ発生装置を配置し、該高周波プラズマ発生装置により発生された高周波プラズマからの光を透明な窓を介してチャンバー内に集光し、該光がターゲットに照射されるように成したことを特徴とする。
【0011】
請求項2に基づく成膜装置は、前記窓は集光レンズを成していることを特徴とする。
【0012】
請求項3に基づく成膜装置は、ガス導入孔が設けられたプラズマ生成用管の周囲にコイルを巻き、このコイルに高周波を供給することにより前記管内に高周波誘導プラズマを発生させ、この高周波誘導プラズマの反先方部からの光がターゲットに照射されるように成したことを特徴とする。
【0013】
請求項4に基づく成膜装置は、高周波プラズマとターゲットの間にシャッターを設けたことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0016】
図2は本発明に一例を示した成膜装置の概略図である。図中、前記図1で使用された符号と同一符号の付されたものは同一構成要素である。
【0017】
図2に示す成膜装置の構成と図1に示す成膜装置の構成とで異なる所は、ターゲットを蒸発させる手段の構成にある。この点について以下に説明する。
【0018】
図中14は絶縁性物質で形成された円筒管で、その周囲には高周波電源15に接続されているRFコイル16が巻かれている。尚、RFコイルを管の内部に埋め込む形で巻く様にしても良い。この管の一方の端部には透明石英ガラス製の蓋17が設けられており、該蓋に近い箇所にガス導入用の孔18が設けられている。この管の他方の端部にはチャンバー19が繋がっており、該チャンバーの先端部には排気装置(図示せず)が繋がっている。尚、前記円筒管14は、実際には、従来から知られている、内管と外管から成り、これらの管の間に冷却水を流す二重管構造のものが使われている。20は前記蓋17に対し一定の間隔を開けてチャンバー1の壁に取り付けられた集束レンズで、21は蓋17と集束レンズ20との間に配置されたシャッターで水冷構造に成っている。
【0019】
この様な構成の成膜装置の動作を次に説明する。
先ず、ゲート弁12を開き、排気装置13によりチャンバー1内を10-6 Pa程度の高真空状態にする。同時に、回転駆動機構3,6によりそれぞれ回転軸4,基板ホルダー7を通じてターゲット2,基板5をそれぞれ回転させる。又、ヒータ8により基板5を加熱する。
【0020】
この状態において、シャッター21を閉じておき、高周波電源15からの高周波出力を2KW程度にし、円筒管14及びチャンバー19内を排気装置(図示せず)により133Pa(1Torr)以下の圧力になるように排気する。そして、孔18から円筒管14内に、例えばArガスの如き不活性ガスを30L/min程度に流す。すると、一旦管内に低温プラズマ(グロープラズマ)が励起される。この時点で、管内の圧力は1330〜1×105Pa(10〜760Torr)程度になっているが、この圧力状態を保ったままで、高周波電源15からの高周波出力を10KW程度に上昇させ、更に、前記Arガスの他に空気を10L/min程度流し始め、その時点から徐々にArガスの導入量を少なくして行き零にする。そして、高周波出力を30KW程度に上昇させる。この様な過程を経ることにより、管内の空気プラズマ(熱プラズマ)が安定したら、前記シャッター21を開ける。
【0021】
しかして、管内に発生した熱プラズマから放たれる光は、数100nm〜1300nmの波長の光であり、RFコイル16から200mm程度離れた樹脂を燃焼させる程の高照度光である。この様な高照度光を集光レンズ20により集光してターゲット2へ当てる。すると、高照度光の当たったターゲットの部分が極めて高温に加熱され、ターゲット2を成す材料が瞬時蒸発する。この様にターゲット2を成す材料が蒸発することにより、ターゲット2と基板5に間にブルームと称するプラズマ状態の高温蒸気が発生し、基板5上にターゲット2を成す組成材料と同じ組成材料の膜が形成される。
【0022】
尚、前記実施例では、ターゲット2の蒸発に、円筒管14内に発生した熱プラズマのターゲット側の部分(熱プラズマの反先方部分)からの光を利用するようにたが、チャンバー19をコンパクトに形成し、その先端に蓋17を取り付けらる構造にし、熱ブラズマの先方部分からの光を利用するようにしても良い。
【0023】
又、前記シャッター22の開閉の周期をコントロールすることにより、熱プラズマからの光ビームをパルス的にターゲットに照射するように成しても良い。この様にすれば、熱プラズマからの光ビームの照射量をターゲットの種類等に応じてコントロールすることに出来る。
【0024】
又、熱プラズマからの光の光路中にガルバノミラー等からなる走査機構を設け、プラズマからの光でターゲツト上を走査することによって、幅広くターゲット上に光を当てるようにしても良い。この様にすることにより、ターゲットを幅広く使えると共に、基板上での成膜面積の拡大を計ることが可能となる。
【0025】
又、前記実施例では、熱プラズマを空気で形成したが、他のガス、例えば、酸素ガスや窒素ガス等で形成するようにしても良い。
【0026】
又、前記実施例では、装置構成を簡単にするために、集光レンズが、熱プラズマからの光をターゲット方向に通す窓の役目を兼ねる様に構成しているが、集光レンズを蓋とチャンバーの間に配置し、チャンバー壁に別に透明な窓を設けても良い。
【0027】
【発明の効果】
本発明は、高周波誘導熱プラズマからの光を照射することによりターゲットを成す物質を蒸発させ、基板上にターゲットの組成物質と同一物質の膜を付着させるように成したものであり、通常、高周波誘導熱プラズマ源を交換する必要はなく、又、高周波誘導熱プラズマ源の定期点検以外にはメンテナンスは不要なため、長時間安定で連続した光照射が行える。その為、費用的にも操作的にも従来に比べ著しく有利になる。
【0028】
又、高周波出力や、RFコイルが巻かれた管の径等を変えることにより、種々の強度や断面積の光を得ることが出来るので、成膜応用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の成膜装置の概略を示している。
【図2】 本発明の成膜装置の一実施例の概略を示している。
【符号の説明】
1,19…チャンバー、2…ターゲット、3,6…回転駆動機構、4…回転軸、5…基板、7…基板ホルダー、8…ヒータ、12…ゲート弁、13…排気装置、14…円筒管、15…高周波電源、16…RFコイル、17…蓋、18…ガス導入用孔、20…集束レンズ、21…シャッター[0001]
[Field of the Invention]
The present invention relates to a film forming apparatus provided with a high frequency induction plasma generator.
[0002]
[Prior art]
The film formation method in which the target is heated locally by applying a very high energy beam to the target, the material constituting the target is instantaneously evaporated, and the evaporated particles adhere to the substrate in the form of a film. It is possible to obtain a film having a composition ratio faithful to the composition ratio of the material comprising
[0003]
FIG. 1 shows an outline of a laser ablation vapor deposition apparatus as an apparatus embodying such a film formation method.
[0004]
In the figure, 1 is a vacuum chamber, and a target 2 is provided in the center of the interior. The target is mounted on a rotation shaft 4 of a rotation drive mechanism (comprising a motor or the like) 3 provided outside the chamber. A substrate 5 is disposed obliquely above the target (approximately 20 ° apart from the target surface). The substrate is attached to the front end surface of a substrate holder 7 that is rotated by a rotation drive mechanism (comprising a motor or the like) 6 provided outside the chamber. In addition, a heater 8 is provided inside the substrate holder to allow a heating current to flow from a heating power source (not shown) provided outside the chamber. Reference numeral 9 denotes a laser generation source provided outside the chamber. The laser beam from the laser generation source is collected by the focusing lens 10 and is attached to the chamber wall on the target 2 through a window 11 made of, for example, quartz glass. Irradiated. 12 is a gate valve and 13 is an exhaust device such as a cryopump.
[0005]
Next, the film forming operation of such an apparatus will be described. A target obtained by sintering a powder of a superconducting material such as YBCO is prepared as the target, and a pulse laser source is used as a laser generation source.
[0006]
First, the
[0007]
Such a film formation method can be applied to formation of a ferroelectric film or the like in addition to formation of a superconducting film.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The laser ablation deposition apparatus needs to be replaced with about 100 pulses, depending on the type of laser source. That is, the laser source must be replaced relatively frequently and is cumbersome to operate. Moreover, this exchange generally requires a running cost of several hundred thousand yen. Accordingly, if it is considered that a film of about several tens of nanometers per pulse is formed, it takes several thousand to several tens of thousands of yen to form a film of only 1 μm. As the film formation area increases, the film formation rate per pulse decreases, so that a film formation apparatus using a laser for evaporation of the target becomes very expensive.
[0009]
An object of the present invention is to provide a novel film forming apparatus that solves such problems.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a film forming apparatus in which a target and a substrate are arranged in a vacuum chamber, and the composition material of the target is evaporated to adhere to the substrate in a film form by irradiating the target with light. In the membrane apparatus, a high-frequency plasma generator is disposed outside the vacuum chamber, the light from the high-frequency plasma generated by the high-frequency plasma generator is condensed into the chamber through a transparent window, and the target is irradiated with the light. It is characterized by being made.
[0011]
The film forming apparatus according to claim 2 is characterized in that the window forms a condensing lens.
[0012]
In the film forming apparatus according to claim 3, a coil is wound around a plasma generating tube provided with a gas introduction hole, and a high frequency induction plasma is generated in the tube by supplying a high frequency to the coil. The target is irradiated with light from the opposite side of the plasma.
[0013]
The film forming apparatus according to claim 4 is characterized in that a shutter is provided between the high-frequency plasma and the target.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
FIG. 2 is a schematic view of a film forming apparatus showing an example of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those used in FIG. 1 denote the same components.
[0017]
The difference between the structure of the film forming apparatus shown in FIG. 2 and the structure of the film forming apparatus shown in FIG. 1 is the structure of the means for evaporating the target. This will be described below.
[0018]
In the figure,
[0019]
Next, the operation of the film forming apparatus having such a configuration will be described.
First, the
[0020]
In this state, the
[0021]
Therefore, the light emitted from the thermal plasma generated in the tube is light having a wavelength of several hundred nm to 1300 nm, and high illuminance light enough to burn a resin away from the
[0022]
In the above-described embodiment, the light from the target side portion (the opposite side portion of the thermal plasma) of the thermal plasma generated in the
[0023]
Further, the target may be irradiated with a light beam from thermal plasma in a pulse manner by controlling the opening / closing cycle of the shutter 22. In this way, the irradiation amount of the light beam from the thermal plasma can be controlled according to the type of the target.
[0024]
In addition, a scanning mechanism including a galvanometer mirror or the like may be provided in the optical path of light from the thermal plasma, and light may be applied to a wide range of targets by scanning the target with light from the plasma. By doing so, it is possible to use a wide range of targets and increase the film-forming area on the substrate.
[0025]
Moreover, in the said Example, although the thermal plasma was formed with air, you may make it form with other gas, for example, oxygen gas, nitrogen gas, etc.
[0026]
In the above embodiment, in order to simplify the apparatus configuration, the condensing lens is configured so as to serve as a window for passing light from the thermal plasma in the target direction. A transparent window may be provided between the chambers and separately provided on the chamber wall.
[0027]
【The invention's effect】
The present invention evaporates a substance that forms a target by irradiating light from a high-frequency induction thermal plasma, and deposits a film of the same substance as the composition material of the target on a substrate. There is no need to replace the induction thermal plasma source, and no maintenance is required other than periodic inspection of the high frequency induction thermal plasma source, so that stable and continuous light irradiation can be performed for a long time. For this reason, both the cost and the operation are remarkably advantageous as compared with the prior art.
[0028]
In addition, by changing the high-frequency output, the diameter of the tube around which the RF coil is wound, etc., light with various intensities and cross-sectional areas can be obtained, so that the film application range is expanded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an outline of a conventional film forming apparatus.
FIG. 2 shows an outline of an embodiment of a film forming apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31344098A JP3802246B2 (en) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | Deposition equipment |
Applications Claiming Priority (1)
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JP31344098A JP3802246B2 (en) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | Deposition equipment |
Publications (2)
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JP2000144385A JP2000144385A (en) | 2000-05-26 |
JP3802246B2 true JP3802246B2 (en) | 2006-07-26 |
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Family Applications (1)
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1998
- 1998-11-04 JP JP31344098A patent/JP3802246B2/en not_active Expired - Fee Related
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