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KR900005118B1 - 박막 형성장치 - Google Patents

박막 형성장치 Download PDF

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KR900005118B1
KR900005118B1 KR1019870006373A KR870006373A KR900005118B1 KR 900005118 B1 KR900005118 B1 KR 900005118B1 KR 1019870006373 A KR1019870006373 A KR 1019870006373A KR 870006373 A KR870006373 A KR 870006373A KR 900005118 B1 KR900005118 B1 KR 900005118B1
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KR
South Korea
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electron beam
gas
thin film
substrate
forming apparatus
Prior art date
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KR1019870006373A
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English (en)
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KR880002268A (ko
Inventor
히로기 이도오
나 데루오 이
Original Assignee
미쓰비시전기주식회사
시끼 모리야
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority claimed from JP62069035A external-priority patent/JPS63235476A/ja
Application filed by 미쓰비시전기주식회사, 시끼 모리야 filed Critical 미쓰비시전기주식회사
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Abstract

내용 없음.

Description

박막 형성장치
제1도는 이 발명의 한 실시예에 의한 박막형성장치를 표시하는 개략단면도.
제2도는 이 발명의 다른 실시예를 표시하는 개략단면도.
제3도는 이 발명의 또다른 실시예를 표시하는 개략단면도.
제4도는 이 발명의 별도 실시예를 표시하는 개략단면도.
제5도는 이 발명의 별도 실시예에 의하여 측정한 기판반경방향에 대한 이온전류밀도의 관계를 표시하는 선도.
제6도는 종래의 박막형성장치를 표시하는 개략단면도.
제7도는 종래의 다른 박막 형성장치를 표시하는 개략단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1A : 진공조 2 : 기판
6,7 : 고압가스통 8,9 : 가스유량조정밸브
8a,9a : 공급관 10 : 게이트밸브
11 : 진공배기계 12,12a : 내부조
13,13a,14,14a : 가스분사노즐 15,15a : 전자비임방출전극
16,16a : 전자비임인출전극 17,17a : 전자비임조사수단
18,18a : 개구부 19,19a : 가속전극
20,20a : 여기(勵起)영역 24 : 제1직류전원
25 : 제2직류전원 26 : 분사가스
28 : 절연세라믹 29 : 이온화실
102 : 필라멘트 105 : 기판홀더
106 : 진공조 107 : 배기계
109 : 가스분사노즐 110 : 그리드
111 : 전계시일드판 112 : 그리드전극
116 : 시일드판 117 : 전원
118 : 교류전원 119 : 제1직류전원
120 : 제2직류전원
이 발명은 반응성가스를 이용하여 박막을 형성하는 박막형성장치에 관한 것이다.
최근에 반도체공업의 발전에 수반하여 반도체의 각종 제조방법에 개발되고 있다.
이중에서 일반적으로 CVD(Chemical Vapor Deposition)법으로 호칭되는 것이 있으며 이 CVD법은 주로 고온공간(기판포함하여) 또는 활성화된 공간에서의 화학반응을 이용하여 기판상에 박막을 형성하는 방법이다.
구체적으로는 예를 들어 실리콘(Si), 질화실리콘(Si3N4) 혹은 2산화실리콘(SiO2)등의 다결정질의 박막제조가 행하여지고 있다.
제6도는 예를들면 솔리드. 스태이트. 태크노로지(solid state tech. 77.4월호 63-70면)에 표시된 종래의 호트월(hot-wall)형의 감압 CVD법에 의한 박판형성장치의 개념도이다.
도면에서, 1은 석영제의 반응관이며 이 석영반응관(1) 내부에는 복수개의 기판(2) 및 이들 기판(2)을 길이방향에 등간격으로 하여 병렬로 고정하는 기판 고정부재(3)가 배치되어 있다. 또 석영반응관(1)에는 고압가스통(6) 및 (7)에서 가스유량 조정밸브(8)(9)를 통하여 반응가스가 도입된다.
동시에 석영반응관(1)내의 반응완료가스는 게이트밸브(10)를 통하여 진공배기계(11)를 거쳐 배출된다.
석영반응관(1)의 주위에는 교류전원(4)에 접속된 히터(5)가 배치되어 있으며 석영반응관(1)내의 기판(2)을 수 100℃ 내지 수 1000℃정도의 고온으로 가열하여 기판(2)상에 반응 가스의 화학반응을 일으키게 한다.
종래의 박막형성장치는 상술한 바와 같이 구성되며 이 장치를 실제 운전시에는 먼저 진공배기계(11)를 가동시켜서 석영반응관(1)내의 가스를 배기하는 동시에 가스유량조정밸브(8)(9)를 조정하여 고압가스통(6)(7)에서 가스유량조정밸브(8)(9)를 통하여 석영반응관(1)내에 예를 들면 에틸렌가스, 실란가스(SiH4) 또는 산소가스(O2)와 같은 반응성가스 및 아르곤(Ar), 수소(H2)등의 담체(carrier)가스를 도입하면서 석영반응관(1)내를 0.1mmHg~10mmHg 정도로 감압한다.
다음에 히터(5)에 의하여 기판(2)을 수 100℃-수 1000℃ 정도의 고온으로 가열하여 기판(2)상에서 반응가스의 화학반응(예를 들면 C2H4→2C+2H2혹은 SiH4+2O2→SiO2+2H2O)을 일으키게 한다. 이 반응결과 생성한 탄소 혹은 2산화실리콘을 기판(2)상에 퇴적시켜서 박막을 형성시킬 수 있다.
제7도는 예를 들면 일본특개소 55-9949호 공보에 표시된 종래의 기판상에 박막을 형성하기 위하여 세척하는 박막형성장치를 표시하는 개략 단면도이다.
도면에서, 101은 보우트, 102는 이 보우트(101) 하방에 설치되고 보우트(101)에 접속된 필라멘트, 103 및 104는 보우트(101) 상방에 설치된 전극, 105는 이들 전극(102)(104) 상방에 설치되고 세척할 기판 예를 들면 증착박막, 다층박막 또는 급속기판(도시생략)을 고정하기 위한 기판홀더, 106은 이들의 보우트(101), 필라멘트(102), 전극(103)(104), 기판홀더(105)를 수용하는 진공조, 107은 이 진공조(106)중의 가스를 배출하기 위한 배기계, 108은 진공조(106)에 가스를 도입하기 위한 리이크밸브이다.
그리고 필라멘트(102)의 일단 및 전극(103)은 전원(도시생략)에 접속되지만 보우트(101) 및 필라멘트(102)의 타단 및 전극(104)은 진공조(106)에 접속된후 도시한 바와 같이 접지된다. 종래의 기판세척을 위한 박막형성장치는 상기와 같이 구성되고 먼저 기판홀더(105)에 기판을 고착하여 배기계(107)에 의하여 진공조(106)를 10-5mmHg 영역까지 배기한다.
그후 리이크밸브에서 진공조(106)내로 수소가스를 도입하고 가스분위기를 10-2mmHg 부근으로 한다.
다음에 필라멘트(102)에 통전하여 이것을 가열하고 전극(103)(104)간에 전입을 인가하면은 전극(103)(104)을 중심으로 수소가스의 이온화 방전이 일어나며 기판홀더(105)는 이방전영역 내에 들어간다. 기판은 이 이온화 수소입자가 충돌하게되며 수소이온에 의하여 기판표면의 산화막이 환원되어서 세척된다.
이 경우 세척효과를 더 높이기 위하여 기판홀더(105)에 부전압을 인가하여도 된다.
종래부터 사용되는 CVD장치는 상기와 같이 구성되어 있으므로 고온도의 분위기중의 화학반응에 의한 박막생성과정을 포함하기 때문에 예를 들면 자기 디스크상에 형성되어 있는 자성매체의 상층에 탄소윤활막을 형성하는 경우 고온에서 처리하지 않으면 안되므로 먼저 형성되어있는 자성매체가 파괴된다는 문제점이 있었다.
또한 CVD장치는 기판(2)으로서 예를 들면 플라스틱 재료를 사용하고 이 표면에 화합물 박막으로서 2산화실리콘(SiO2)박막을 형성하는 식의 저온도에서의 박막형성에는 적용못하며 또 적용된다고 하여도 그 박막형성 속도가 느리다는 문제점이 있었다. 또 상기와 같은 종래의 박막형성장치로 기판을 세척하는 경우에는 기판에 도달하는 이온량을 증가시키기 위하여 진공조(106)중의 가스압력을 증가시킨다든가, 전극(103)(104)간에 인가전압을 높이든가, 또는 기판에 부전압을 인가한다든가 하면은 글로우(glow) 방전중에 순서 아아크 방전이 생겨 기판을 손상시키는 경우가 있다.
또 기판표면에 도달하는 이온량이 기판중심부에 집중하기 때문에 세척이 고루지 못하고 대면적 기판의 세척에는 적용못한다는 문제점이 있었다.
이 발명은 상술과 같은 문제점을 해소하기 위하여 여러가지 검토결과 완성한 것이며 진공조와 내부조를 구비하고 이 내부조의 내측에 기체분사용 노즐을 갖추는 동시에 이 노즐에서 분출한 반응성가스의 통로에 상당하는 부분의 내부조벽을 절개하며 또한 그 반응성가스 부출방향의 진공조내 공간에 기판을 배치하는 한편 내부조내의 반응성가스 통로방향에 전자비임인출전극 및 전자비임방출전극을 설치하며 그리고 내부조에서의 반응성가스통로와 상기 벽면의 절개부에 가속전극을 구비하므로서 반응성가스를 이용하여 고성능의 박막이 효과적으로 생성되는 박막형성장치에 관한 것이다.
이 발명에 관한 다른 박막형성장치는 기판과 대향하는 개구부가 있는 1개의 내부조와 이 내부조내에 배치되고 상이한 종류의 반응성가스를 분사하기 위한 복수개의 가스분사노즐과 이 가스분사노즐에서 분사된 반응성가스에 전자비임을 조사(照射)하는 전자비임조사수단을 갖춘것이다.
이 발명의 다른 발명에 관한 박막형성장치는 기판을 향하여 가스를 분사하는 가스분사노즐과 이 분사된 가스에 전자비임을 조사하여 글로우방전을 유기시키는 전자비임조사부와 글로우방전중의 이온을 인출하여 운동에너지를 주어서 기판상에 균일하게 충돌시키는 이온가속부를 설치한 것이다.
이 발명에 관한 박막형성장치는 내부조내에서 분출하고 있는 반응성가스에 전자비임을 조사하므로서 반응성가스를 해리 및 여기와 일부 이온화하여 반응을 촉진시켜 유리한 원소를 기판상에 증착시키는 것이다.
또한 이 발명에서는 전자비임조사에 의하여 반응성가스를 효과적으로 해리 혹은 반응시킬 수 있을 뿐만 아니라 전자비임조사에 의하여 생성되는 이온량을 제어할 수 있기 때문에 고성능의 박막을 형성할 수 있는 것이다.
실제에는 반응성가스의 여기, 해리 혹은 이온화는 주로 내부조 및 내부조에서 나온 영역의 반응성가스가 혼재하는 가운데 유기되고 있으며 따라서 유리한 원소의 발생과 기판상으로의 퇴적이 원활하게 수행되는 것이다.
그리고 또한 이 발명에서는 내부조에서 가스분사노즐에서 분사되는 2종류 이상의 각각 다른 화합물 원소를 함유한 반응성가스에 전자비임조사수단에 의하여 전자비임을 조사하므로서 반응성가스를 여기, 해리 및 일부 이온화한 영역을 특히 기판근방에 형성하여 화학반응을 촉진시켜 고성능의 화합물 박막을 기판상에 증착시키는 것이다.
그리고 이 발명의 다른 발명에 있어서는 고진공중에서 효율적으로 안정된 글로우방전이 유기되어 형성된 이온이 기판상에 균일하게 충돌하고 더우기 그 충돌 운동에너지를 변화시키므로서 기판의 표면세척, 표면스패터(Spatter), 표면개질 및 이온주입을 할 수 있는 것이다.
다음은 이 발명의 한 실시예를 도면에 의하여 설명한다.
제1도는 이 발명의 한 실시예에 따라 구성한 박막형성장치이며, 1A는 진공조, 2는 박막이 형성되는 기판, 6은 반응성고압가스통, 8은 가스유량조정밸브, 10은 배기밸브, 11은 진공조(1A)를 고진공으로 유지하는 배기계, 13은 가스분사노즐, 15는 필라멘트로된 전자비임방출전극, 16은 텅스텐 와이어로된 전자비임인출전극, 19는 가속전극, 20은 반응성가스의 여기 및 전리영역, 21은 장치전체를 위요(圍繞)하는 내부조, 23은 필라멘트를 가열하는 교류전원, 24는 전자비임인출전극(16)을 필라멘트(15)에 대하여 정전위를 유지하는 제1직류전원, 25는 전자비임방출전극(15)과 가속전극(19)간에 전압을 인가하는 제2직류전원, 26은 분사가스, 28은 절연세라믹, 29는 이온화실이다.
이어서 이 장치의 작용효과에 관하여 설명한다.
일예로서 탄화수소계 C×H×y 가스를 반응성가스로 사용하여 C×Hzy→Xc+YH2의 반응을 일으켜서 흑연막 혹은 다이아몬드막을 형성하는 경우에 관하여 설명한다.
먼저 배기계(11)에 의하여 고진공으로 유지되고 있는 진공조(1A)내의 내부조내로 고압가스통(6)로부터의 공급관에 설치되어 있는 유량조절밸브(8)를 조정하므로서 유량이 조절된 반응성가스(26)를 분사노즐(13)에서 도입하여 진공조(1A)내의 가스압력을 10-4~10-3Torr정도가 되도록 조정한다.
한편 교류전원(23)에 의하여 2000℃ 정도로 가열되어 있는 전자비임방출전극(15)에서 분사노즐(13)상면에 설치된 전자비임인출전극(16)에 전자비임이 방출되도록 제1직류전원(24)에 의하여 10~100V 정도의 전압을 인가하고 1~5A 정도의 전자비임을 방출시킨다.
전자비임인출전극(16)은 전자비임에 의하여 가열되기 때문에 이 전자비임인출전극(16)근방을 통과하는 반응성가스(26)를 활성화하는 효과가 있다.
가열된 전자비임인출전극(16) 및 상술의 전자비임에 의하여 반응성가스인 탄화수소계의 가스는 C×Hzy→XC+YH2의 반응을 일으켜 해리하고 또 이 반응에 의하여 형성한 유리된 탄소 및 수소의 일부는 전자비임과 충돌하여 여기되고 또 일부이온화 되는 것이다.
내부조(12)의 가스압력은 진공조내보다도 높은 가스압력이 유지되고 있으므로 전자비임을 조사한때는 반응성가스의 해리반응이 촉진되는 것이다.
한편 전자비임방출전극(15) 및 가속전극(19)간에 제2직류전원에 의하여 0~수 KV 정도의 전압을 인가하면은 상술의 이온은 가속되어서 기판에 도달하기 때문에 이때의 가속전압을 변경하므로서 기판에 입사하는 탄소이온 혹은 수소이온의 운동에너지를 제어하는 것이 가능하며 이에 의하여 기판상에 형성시키는 탄소막의 막직을 흑연에서 비결정성탄소, 탄소막 그리고 나아가서는 다이아몬드막으로까지 제어할 수가 있다.
상술의 실시예에서는 탄화수소계의 가스를 해리하여 탄소막을 형성하는 경우에 관하여 설명하였지만 반응성가스로서 탄화수소계의 가스와는 별도로 실란가스와 질소가스를 함유하는 가스 예를 들면 SiH4+NH3의 조합 혹은 실란가스와 산소원소를 함유하는 가스 예를들면 SiH4+N2O의 조합 등을 사용하여 실시하면은 SiN 박막 혹은 SiO2박막등을 형성할 수 있음은 말할것도 없다.
그리고 상기 실시예에서는 전자비임인출전극에 10~100V의 전압을 인가하고 1~5A의 전자비임을 방출시키는 것에 대하여 설명하였지만 인가전압을 100V 이상으로 하였을때도 같은 효과를 기대할 수가 있다.
다음은 이 발명의 다른 실시예에 관하여 설명한다.
제2도는 이 발명의 다른 실시예를 표시하는 개략단면도이며 (2), (6)~(9) 및 (11)은 상술한 종래장치와 같다.
진공조(1A)내에는 기판(2)이 배치되며 이 기판(2)의 한측면에 대향하여 내부조(12)가 설치되어 있다.
이 내부조(12)의 내부에는 상이한 반응성가스를 내부조(12)내에 분사하는 2개의 분사노즐(13) 및 (14)가 설치되어 있다.
이들의 분사노즐(13) 및 (14)는 내부조(12) 및 진공조(1A)를 관통하여 진공조(1A)의 외부로 뻗는 공급로인 공급관(8a)(9a)을 통하여 고압가스통(6)(7)에 각각 접속되어 있다.
공급관(8a)(9a)의 도중에는 가스유량밸브(8)(9)가 각각 설치되어 있다.
가스분사노즐(13)(14)의 상방에는 필라멘트등의 전자비임방출전극(15)과, 이 전자비임방출전극(15)과 가스분사노즐(13)(14)간에 설치된 전자비임인출전극(16)으로된 전자비임조사수단(17)이 배치되어 있다.
이들 전자비임방출전극(15) 및 전자비임인출전극(16)간에 전압이 인가되므로서 전자비임방출전극(15)에서 전자비임을 발생시켜 이 전자비임분사노즐(13)(14)에서 분사된 반응성가스에 조사한다.
가스분사노블(13)(14)에서 분사된 반응가스는 전자비임조사수단(17)에 의하여 발생된 전자비임내를 통과하는 경우에 이 전자비임에 조사되므로서 활성화되고 더우기 내부조(12)의 상부에 형성된 개구부(18)를 통과하는 경우 개구부(18)의 원주가장자리에 설치된 가속전극(19)에 의하여 가속되어 내부조(12)에서 기판(2)상으로 분사된다.
상술한 바와 같이 구성된 박막형성장치에서 반응성가스로서 예를 들면 실린가스(SiH4) 및 산소가스(O2)를 사용하는 경우 이들의 가스를 각각 고압가스통(6)(7)에서 도입하고
Figure kpo00001
의 반응에 의하여 2산화실리콘(SiO2)의 화합물 박막을 기판(2)의 표면상에 형성한다.
이와 같은 화합물 박막을 형성시키기 위하여는 먼저 진공배기계(11)에 의하여 진공조(1A)내를 소정의 고진공도로 유지시킨 다음 고압가스통(6)(7)과 가스분사노즐(13)(14)을 연통하는 공급관(8a)(9a)의 중간에 각각 설치되어 있는 가스유량 조정 밸브(8)(9)를 조정하여 각각 상이한 화합물원소를 함유한 반응성가스(여기서는 SiH4와 O2)를 일정비율로서 가스분사노즐(13)(14)에서 진공조(1A)내에 도입한다.
이때 진공조(1A)내를 10-5mmHg~10-3mmHg 정도의 압력에 또 내부조(12) 내부는 10-2mmHg~10-1mmHg 정도의 압력으로 유지시킨다.
한편 전자비임방출전극(15)과 전자비임인출전극(16)간에는 전압을 인가하므로서 전자비임전극(15)에서 최대 5A 정도까지의 전자비임을 방출시킨다.
이 전자비임에 의하여 전자비임인출전극(16)은 가열되기 때문에 이 전자비임인출전극(16)내를 통과하는 반응성가스는 활성화된다. 또한 전자비임방출전극(15)에서 전자비임이 조사되어서 반응성가스인 SiH4와 O2는 여기, 해리 및 일부 이온화되어 대단히 활성화된 상태로 되어서 여기영역(20)을 발생시키며 기판(2)에 도달한다.
이때 진공조(1A)의 내부가스 압력은 내부조(12)내의 가스압력보다 낮게 유지되고 있으므로 내부조(12)외측의 여기영역(20)에서 반응성가스의 여기, 해리 및 이온화가 촉진된다.
또 가속전극(19)에 의하여 발생한 전계에 의하여 이온화된 반응성가스를 가속하여 기판(2)에 도달시키고 기판(2) 표면에서는 상술한 반응식(A)이 일어나 화합물 박막이 기판(2)상에 퇴적된다.
따라서 가속전극(19)에 의하여 기판(2)에 분사되는 이온의 운동에너지를 제어하는 것에 의하여 기판(2)상에 형성되는 화합물 박막의 결정성을 제어할 수가 있다.
이와 같이 반응성가스는 전자비임으로 활성화되는 동시에 가속전극(19)에 의하여 가속되므로 고성능의 화합물 박막을 고속으로서 효율적으로 그러면서도 저온프로세스에서도 형성할 수가 있는 것이다.
그리고 상술한 실시예에서는 1개의 내부조(12)내에 가스분사노즐(13)(14)를 2개 설치한 경우를 설명하였지만은 같은 내부조(12)내에 상이한 반응성가스에 대응하는 가스분사노즐을 3개 이상 설치하여도 된다.
다음은 이 발명의 또다른 실시예를 제3도에 의하여 설명한다.
도면에서 (1A), (12)~(20)은 상술한 제2도와 똑같다.
이 도면의 박막형성장치는 각각 1개의 가스분사노즐(13)(14)을 설치한 내부조(12)(12a)를 2개 설치한 것을 제외하고는 제2도에 표시한 박막형성장치와 동일하다.
각 내부조(12)(12a)의 내부에는 각각 가스분사노즐(13)(14), 전자비임방출전극(15)(15a)와 전자비임인출전극(16)(16a)로된 전자비임조사수단(17)(17a) 및 가속전극(19)(19a)가 각각 설치되어 있다.
상술한 바와 같이 구성된 박막형성장치는 제2도에 표시한 장치와 거의 같은 동작을 한다.
예를 들면 반응가스로서 SiO4와 O2를 사용하는 경우 제2도와 같은 진공도로 유지된 내부조(12)(12a)에 가스분사노즐(13)(14)에서 반응성가스가 분사된다.
분사된 반응성가스는 전자비임조사수단(17)(17a)에 의하여 활성화되고 여기 영역(20)(20a)이 발생한다.
또 이온화된 반응성가스는 가속전극(19)(19a)에 의하여 가속되어 기판(2)에 도달한다.
기판(2)표면에서는 상기 (A)식에 표시하는 반응이 진행되어 SiO2의 화합물 박막을 기판(2)표면상에 형성한다.
상술한 박막형성장치에서는 각 내부조(12)(12a)에서 분사되는 반응성가스를 각각 독자적으로 제어할 수 있기 때문에 기판(2)상에 형성되는 화합물 박막의 결정성이나 화학량론 조성을 자유로히 변경할 수 있다.
더우기 고성능의 화합물을 고속으로서 효율적으로 그러면서도 저온프로세스에서도 형성할 수가 있는 것이다.
그리고 상술한 실시예에서는 각각 1개의 가스분사노즐(13a)(14a)등을 갖춘 내부조(12)(12a)를 2개 설치한 경우를 설명하였지만 더우기 이와 같은 내부조를 3개 이상 증설하여도 된다.
즉 반응성가스로서 예를 들면 실란(SiH4), 수소(H2) 및 메탄(CH4)가스를 사용하여 a-Si1-xCx : H를 형성하는 경우등 조성원소가 많은 화합물 박막을 고성능이며 효율적으로 형성할 수가 있다.
다음은 이 발명의 별도 실시예를 설명한다.
제4도는 이 발명의 별도 실시예를 표시하는 개략단면도이며, (102), (105)~(107)은 상기 종래장치의 것과 똑같다.
109는 세척가스를 분사하기 위한 가스분사노즐, 110은 이 가스분사노즐(109)의 상방에 설치되어 열전자를 인출하기 위한 그리드, 111은 그리드(110) 및 필라멘트(102)를 둘러싸는 전계시일드판, 112는 이 전계시일드판(111)의 상방에 설치되며 또한 중심에 동심원상의 개구부가 있는 그리드전극, 113은 필라멘트(102), 그리드(110), 전계시일드판(111) 및 그리드전극(112)에 의하여 구성된 전자비임조사부, 114는 그리드전극(112)의 상방에 설치된 가속전극이며 그리드전극(112)과 함께 이온가속부(115)를 구성한다.
116은 가스분사노즐(10) 전자비임조사부(113) 및 가속전극(114)을 시일드하기 위한 시일드판이다.
117은 진공조(106)의 외부에 설치된 전원이며 118은 필라멘트(102)를 가열하는 교류전원, 119는 그리드전극(112)을 필라멘트(102)에 대하여 정전위를 유지하는 제1직류전원, 120은 그리드전극(112)을 가속전극(114)에 대하여 정전위를 유지하는 제2직류전원이다.
상기와 같이 구성된 기판상에 박막형성을 위하여 세척하는 박막형성장치는 먼저 배기계(107)에 의하여 10-6mmHg 정도의 고진공으로 유지되고 있는 진공조(106)내에 가스분사노즐(109)로부터 세척가스를 도입하여 진공조(106)내의 가스압력이 10-4~10-3mmHg 정도가 되도록 가스압력을 조정한다.
이 경우 장치내의 가스압력은 시일드판(116)에 의하여 10-3~10-2mmHg 정도의 진공도로 유지된다.
이어서 교류전원(118)에 의하여 2000℃ 정도로 가열되어 있는 필라멘트(102)에서 그리드(110)에 대하여 전자비임이 방출되도록 제1직류전원(119)에 의하여 10~200V 정도의 전압을 그리드(110) 및 필라멘트(102)간에 인가한다.
이 전압의 인가에 의하여 필라멘트(102)에서 1~5A 정도의 전자가 방출되고 세척가스중에 글로우방전을 유기하며 플라즈마를 형성한다.
한편 그리드전극(112) 및 가속전극(114)간에 제2직류전원(120)에 의하여 수100~수 KV 정도의 전압을 인가하면은 상기 글로우방전에 의하여 형성된 플라즈마 중의 이온이 가속 제어되어 기판홀더(105)내의 기판에 이온이 충돌한다.
이 이온의 운동에너지를 변경하므로서 기판의 표면세척에서 표면스패터 등을 행할 수가 있다.
또 상기 세척가스 대신 질소가스 혹은 산소가스를 사용하므로서 기판표면에 질화막 혹은 산화막을 형성할 수가 있다.
또한 수소가스를 사용하여 산화피막의 환원제거 등의 표면개질 및 이온주입도 행할 수가 있다.
이때 그리드전극(112) 및 가속전극(114)간의 갭 및 이들의 전극의 구경을 적당히 변경하므로서 기판표면에 도달하는 이온의 이온전류밀도를 균일하게 할 수가 있다.
제5도는 그리드전극(112) 및 가속전극(114)간의 간극을 10mm, 각전극의 구경을 약
Figure kpo00002
40mm, 약
Figure kpo00003
50mm 내로 하고 3KV의 가속전압을 인가하였을때에 기판에 도달하는 이온의 이온전류밀도를 측정하고 기판의 반경방향에 대하여 표시한 것이다.
(도면중 흑점은 실측치).
그리드전극(112) 및 가속전극(114)을 사용하지 않는 경우에 비하여 이들의 전극을 사용한 이 발명에 의한 장치의 경우는 기판상에서의 이온전류밀도의 분포가 균일하다는 것을 알 수 있다.
또한 이 장치에서 알미늄기판을 사용하고 가스분사노즐(109)에서 알곤가스를 도입하여 30분간 알미늄기판을 세척하고 나서 크롬막을 클러스터 이온비임법에 의하여 증착하고 이 기판의 크롬막의 부착력을 측정한바 400kg/cm2이상이었다.
이에 대하여 상기와 같은 세척을 행하지 않은 알미늄기판의 크롬막의 부착력은 200kg/cm2정도였다.
이상과 같이 이 발명에 의하면 전자비임조사와 이온비임가속수단을 병용하였기 때문에, (1) 반응성가스를 효율적으로 해리할 수 있으며 높은 증착속도를 얻게된다. (2) 가속전압을 변경하므로서 박막의 막질을 제어할 수 있으며 고성능의 박막을 얻는다. (3) 종래의 CVD장치에 비교하여 저온도에서 박막을 형성할 수 있다라는 효과를 얻을 수 있다.
또한 이 발명에서는 기판과 대향하는 개구부가 있는 1개의 내부조와 이 내부조내에 배치되어 상이한 종류의 반응성가스를 분사하기 위한 복수개의 가스분사노즐과 이 가스분사노즐에서 분사된 반응성가스에 전자비임을 조사하는 전자비임조사수단을 구비하고, 또는 기판과 대향하는 개구부가 있는 복수개의 내부조와 이들 각 내부조에 배치되어 상이한 종류의 반응성가스를 분사하기 위한 복수개의 가스분사노즐과 이들 가스분사노즐에서 분사된 반응성가스에 전자비임을 조사하는 전자비임조사수단을 구비하였으므로 고성능의 화합물 박막을 고속도로서 효율적으로 그러면서도 저온프로세스에 의하여 형성할 수 있는 효과가 있다.
그리고 또한 이 발명은 가스분사노즐과 전자비임조사부와 이온가속부를 구비하였으므로 효율적으로 안정된 글로우방전이 유지되어 형성된 이온이 기판상에 균일하게 충돌하며 더우기 그 충돌에너지를 자유로히 변화시키므로서 기판의 표면세척, 표면스패터, 또는 표면개질, 이온주입을 효과적으로 행할 수 있는 효과가 있다
또 표면세척한 기판상에 피복한 막의 밀착등의 복성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (23)

  1. 진공조와 내부조를 구비하고 이 내부조의 내측에 기체분사용 노즐을 갖추는 동시에 이 노즐에서 분출한 반응성가스의 통로에 상당하는 부분의 내부조벽을 절개하며, 그 반응성가스 분출방향의 진공조내에 기판을 설치하는 한편 내부조내의 반응성가스 통로 방향에 전자비임인출전극 및 전자비임방출수단을 설치하며, 그리고 내부조내의 반응성가스통로와 상기 벽 절개부에 가속전극을 구비한 박막형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 진공조내의 가스압력은 약 10-4~10-3Torr에 조절하는 박막형성장치.
  3. 제1항에 있어서, 전자비임인출전극은 텅스텐 와이어로 하고 직류전류에 의하여 10~100V의 전압을 인가하도록한 박막형성장치.
  4. 제1항에 있어서, 전자비임방출수단은 필라멘트로하고 교류전류를 공급하여 2000℃ 정도에 가열하도록한 박막형성장치.
  5. 소정의 진공도로 유지된 진공조와, 이 진공조내에 배치되어 상기 기판과 대향하는 개구부가 있는 1개의 내부조와, 이 내부조내에 배치되어 상기 진공조 외부의 복수의 반응가스원에 접속되어 상기 내부조의 개구부를 통하여 상기 기판으로 향해 각각 상이한 종류의 반응가스를 분가하기 위한 복수개의 가스분사노즐과 이들의 가스분사노즐로부터 분사되는 반응성가스의 통로에 근접하여 설치되고 상기 반응성가스에 전자비임을 조사하기 위한 전자비임조사수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  6. 제5항에 있어서, 전자비임조사수단과 기판간에 전자비임이 조사된 반응성가스를 가속하기 위한 가속수단을 설치한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  7. 제6항에 있어서, 가속수단은 내부조의 개구부에 설치된 가속전극으로 된것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  8. 제5항에 있어서, 전자비임조사수단은 내부조내에 서로 근접하여 배치된 전자비임방출전극과 전자비임인출전극으로 된 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  9. 제8항에 있어서, 전자비임인출전극은 가스분사노즐로부터 분사되는 반응성가스의 통로에 배치되어 반응성가스가 통과하는 경우에 상기 반응성가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  10. 제5항에 있어서, 복수의 반응가스원과 복수개의 가스분사노즐을 접속하는 공급로에 가스유량 조절밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  11. 제5항에 있어서, 내부조의 내부는 진공조 보다도 진공도가 낮은 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  12. 소정의 진공도로 유지된 진공조와, 이 진공조내에 배치된 기판과, 상기 진공조내에 배치되어 상기 기판과 대향하는 개구부가 있는 복수개의 내부조와 이들 각 내부조내에 배치되고 상기 진공조 외부의 복수의 반응가스원에 접속되어 상기 내부조의 개구부를 통하여 상기 기판으로 향해 각각 상이한 종류의 반응성가스를 분사하기 위한 복수개의 가스분사노즐과 이들 분사노즐로부터 분사되는 반응성가스의 통로에 근접하여 설치되고 상기 반응성가스에 전자비임을 조사하기 위한 전자비임 조사수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  13. 제12항에 있어서, 각 전자비임조사수단과 기판간에 전자비임이 조사된 반응성가스를 가속하기 위한 가속수단을 설치한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  14. 제13항에 있어서, 각 가속수단은 내부조의 개구부에 설치된 가속전극으로 된것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  15. 제12항에 있어서, 전자비임 조사수단은 각 내부조내에 서로 근접하여 배치된 전자비임방출전극과 전자비임인출전극으로 된것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  16. 제1항에 있어서, 각 전자비임인출전극은 각 가스분사노즐로부터 분사되는 각 반응성가스의 통로에 배치되어 반응성가스가 통과하는 경우에 상기 반응성가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  17. 제12항에 있어서, 복수의 반응성가스원과 복수의 가스분사노즐을 접속하는 공급로에 가스유량 조절밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  18. 제12항에 있어서, 각 내부조의 내부는 진공조내 보다도 진공조가 낮은 것을 특징으로 하는 박막형성장치.
  19. 가스를 분사하기 위한 가스분사노즐과, 이 가스분사노즐의 상방에 설치되어 상기 가스분사노즐로부터 분사된 가스에 전자비임을 조사하여 글로우방전을 유지시키기 위한 전자비임조사부와, 이 전자비임조사부의 상방에 설치되어 상기 글로우방전에 의하여 발생된 이온을 가속하기 위한 이온가속부와 이 이온가속부의 상방에 설치되어 상기 가속이온이 충돌하는 기판이 설치되는 기판홀더와, 상기 전자비임조사부 및 상기 이온가속부에 접속된 전원을 구비한 것을 특징으로 하는 기판의 클리닝장치.
  20. 제19항에 있어서, 가스는 알곤, 질소, 산소 및 수소로된 군(群)에서 선정된 가스인 것을 특징으로 하는 기판의 클리닝장치.
  21. 제19항에 있어서, 전자비임조사부는 필라멘트, 그리드, 전계시일드판, 그리고 그리드전극으로 된것을 특징으로 하는 기판의 클리닝장치.
  22. 제19항에 있어서, 이온가속부는 그리드전극과 가속전극으로 된것을 특징으로 하는 기판의 클리닝장치.
  23. 제19항에 있어서, 기판은 증착박막, 다층박막, 그리고 금속기판으로된 군(群)에서 선정된 것을 특징으로 하는 기판의 클리닝장치.
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