JP2000517000A - マイクロ波プラズマ電極のアレイを有するプラズマｃｖｄ装置及びプラズマｃｖｄ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラズマＣＶＤ装置（特に、ＰＩＣＶＤ装置）の場合、マイクロ波プラズマ電極（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のアレイを用いて、層の均一度が改善され、その際、隣り合ったプラズマ電極（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ；２ｃ，２ｄ）を時間的にずらして制御することによって、干渉が回避される。そのために、マイクロパルス（Ａ，Ｂ）が、ＰＩＣＶＤ方法のマクロパルス内に設けられる。付加的に、隣り合ったモジュール間の継ぎ目位置での層析出の均一度は、適切な電極（６，６２ａ−ｃ）を用いた高周波励起によって、並びに、磁界によって、又は、ガス入り口（５）の形状構成によって最適化することができる。従って、工程中コーティングすることができる面は、任意にスケーリングすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波プラズマ電極のアレイを有するプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶ Ｄ方法 本発明は、マイクロ波プラズマ電極のアレイと制御回路とを有するプラズマＣ ＶＤ装置は、並びに、相応のコーティング方法に関する。 その種の装置乃至方法は、米国特許明細書第５０１７４０４号公報（ドイツ連 邦共和国特許公開第３８３０２４９号公報）から公知である。そこには、個別プ ラズマ電極を、形成されたプラズマ柱体が重畳されるように配設することが提案 されている。個別プラズマ電極は、相互に独立して、供給電力を介してスイッチ ング及び制御可能であり、それにより、エッジ効果を補償し、又は、薄膜形成特 性の所期の経過を形成するようにされている。高周波フィールドでの妨害となる 干渉効果が生じないということから出発していることは明らかである。 プラズマパルスＣＶＤ技術の分野での用途が記載されており、マイクロ波アン テナ等用の例も示されている。これらの例は、２次元アレイに該当する。 前述の米国特許明細書第５０１７４０４号公報は、明らかに、本出願の開示の 部分として挙げられ、システムの装置上の構成から、プラズマ電極を適切に制御 すると、本発明を実施するのに適していることが分かる。 大面積薄膜の均一性に高い要求が掛けられている場合には、プラズマ柱体の重 畳を最適な形状が形成されるようにすると、前述の記載とは異なり、隣接マイク ロ波フィールドの干渉が妨害となって現れることが分かった。 ヨーロッパ特許公開第０４２０１１７号公報には、マイクロ波アレイによる励 起を用いるプラズマＣＶＤでの干渉による妨害が記載されており、これを遮断し ないで安定作動するのは不可能である。種々の偏波、つまり、隣接マイクロ波源 で、電界ベクトルの方向性を設けることが提案されている。 しかし、ここでは、個別モジュールでの均一な励起比を達成することは明らか に困難である。と言うのは、例に示されている交差した矩形導波管は、非対称な 導波管の幾何学形状のために許容されないからである。 他の形式の干渉回避策は、隣り合ったプラズマ電極の周波数をシフトすること である。しかし、市販のマイクロ波発生器は、はっきりとした周波数変動並びに 高い帯域幅（特に、パルス作動時）を有しており、その結果、比較的大きな周波 数差にする必要がある。しかし、種々のプラズマ化学的な処置の仕方は最早排除 することができない。しかも、任意の周波数のマイク ロ波発生器を直ぐ簡単に作ることはできない。と言うのは、許容された産業用の 周波数用でしか、経済活動は可能でないからである。 通常のプラズマＣＶＤ方法は、コーティングの全期間中、基板上に反応性ガス が流入され、それと同時にプラズマ発生エネルギが反応容積内に導入され、その 結果、既に旨くいった（即ち、膜が形成された）反応の反応性ガス及び排気ガス が錯綜した形式で混合されるか、又は、基板の種々異なる位置で種々異なる成分 で代理される。そうすることによって、コーティングの形成速度、特性（特に、 厚さ、付着強度及び安定性）並びに反応性ガスの歩留まりが制限される。 その種の制限は、プラズマパルスＣＶＤ方法（ＰＩＣＶＤ方法）を用いること によって克服することができる。 この方法では、プラズマ発生エネルギがパルス化されて導入され、反応性ガス は、連続的に反応室内に流入される。ＰＩＣＶＤ方法の場合に典型的には、パル ス休止期間は、（薄膜形成）反応が行われる基板上のガス容積を、完全に新鮮な 反応性ガスによって交換するのに必要な時間に適合される。この時間は、複数パ ラメータ、例えば、基板の大きさ及び形状、反応性ガスの流量及び温度、反応器 内の圧力及びガス流入の形式（例えば、ノズル形状）に依存している。 この方法は、２サイクルエンジンと同様に作動し、 薄膜形成プラズマパルスには、使用済みガスが新鮮なガスによって置換されるパ ルス休止期間が続く。 この方法の別の利点は、基板の温度負荷が小さいことであり、と言うのは、パ ルス期間中しかエネルギが供給されず、パルス休止期間中基板は冷却されるから である。そうすることによって、逆に、パルス期間中、比較的高いエネルギを使 用することが可能であり、そのようにして、例えば、種々の特性で薄膜を析出す ることができる（さもないと純粋な材料でしか薄膜を析出できない）。 典型的には、パルス期間の値は、０．１〜１０ｍｓであり、パルス休止期間の 値は、１０〜１００ｍｓである。 マイクロ波のエネルギを照射すると有利である。と言うのは、その際、プラズ マを、ｍｂａｒ領域内のガス圧で形成することができるからである。そのガス圧 は、比較的僅かなコストで形成することができる。ＰＩＣＶＤ方法は、例えば、 有利には、誘電体管（例えば、この誘電体管から、通信用ファイバの型（Ｖｏｒ ｆｏｒｍｅｎ）が製造される）の内部コーティングのために用いることができ（ ヨーロッパ特許公開第００３６１９１号公報、ドイツ連邦共和国特許公開第３８ ３０６２２号公報、ドイツ連邦共和国特許公開第４０３４２１１号公報）、球冠 状のガラス基板上にＩＲ透過誘電ミラーを被着する為に（ドイツ連邦共和国特許 公開第４００８４０５号公報、ドイツ連邦共和国特許公開第４３３４６７２号公 報）、又は、平坦な薄膜導波管をガラス又はプラスチック上に析出するために（ ドイツ連邦共和国特許公開第４１３７６０６号公報、ドイツ連邦共和国特許公開 第４２２８８５３号公報）用いることができる。 本発明の課題は、マイクロ波プラズマ電極のアレイと制御回路とを有するプラ ズマＣＶＤ装置及び相応の方法を、コーティングユニットの寸法を任意にスケー リングすることができ、経済的な構成を用いて、形成された薄膜が極めて均一に なるようにすることができるようにすることにある。 この課題は、隣り合った２つのプラズマ電極には、制御回路によって種々の時 間にマイクロ波パルスが印加され、前記個別マイクロ波パルスの期間は、公知の プラズマパルスＣＶＤ方法のパルスの期間に比して短いようにした装置、及び、 各２つの隣り合ったプラズマ電極に種々の時間にマイクロ波パルスを印加し、個 別マイクロ波パルスの期間を、公知プラズマパルスＣＶＤ方法のパルスの期間に 比して短くする方法により解決される。 隣り合ったプラズマ電極のマイクロ波励起の時間的減結合は、干渉を回避する ための別の手段として示される。マイクロ波出力は、プラズマＣＶＤ方法（ＰＩ ＣＶＤ）の、ガス備蓄量を使い果たすパルスのパルス 期間よりも著しく速くクロック制御することができる。従って、隣り合ったプラ ズマ電極を時間的にずらしてクロック制御することができ、その際、そうするこ とによって、ＰＩＣＶＤ方法のプラズマ及び析出特性が妨害となる影響を及ぼさ れることはない。 請求項２乃至８によると、パルス期間は、高々５０μ秒であり、つまり、関与 のガス化学体の典型的な時定数である約１００μ秒よりも明らかに短い。 本発明によると、モジュラーシステムを用いて、同時にコーティングされる面 を任意にスケーリングすることができる。小さなモジュールを用いて得られたデ ータは、任意の多数のモジュールを有するアレイに転用することができる。 その他の有利な実施例は、従属請求項３〜６乃至９〜１３項に記載されている 。 隣り合ったプラズマ電極で、それぞれ時間的にずらされた数十〜数百個のパル スは、請求項３又は９によると、ＰＩＣＶＤ方法の１つの全体パルスを形成する 。 請求項４及び１０は、高周波励起（ＲＦ）と組み合わされて得られる。これに より、本発明のマイクロ波励起と共に、ＲＦ電極の間隔と拡がりを適切な寸法に することにより、フィールド分布を適切に制御することによって、薄膜を更に均 一にすることができる。ＲＦ励起は、パルス化していも、マイクロ波に同期させ るか（エネルギ節約のためにも）、又は、所期の他の時間経過特性にしてもよい 。 マイクロ波励起と高周波励起とを組み合わせることも、Ｍｏｉｓａｎ Ｍ．， Ｗｅｒｔｈｅｉｍｅｒ Ｍ．Ｒ．，Ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ５９（１９９３）、１−１３頁以下から公知である。 その際、その目的は、イオン照射によって薄膜の質を変えることであった。 それに対して、ここでは、ＲＦ励起の力線を簡単に成形することができる点を 、薄膜の均一性を改善するために利用できる。 殊に、請求項５乃至１１で提案されているようなリニアアレイの場合、請求項 ６及び１２に相応すると、種々に位相シフトされた２つのクロックしか、プラズ マ電極全ての非干渉パルスのために必要とせず、それにより、制御及びマイクロ 波発生用のコストを効果的に制限することができる。 本発明について、図を用いて詳細に説明する。 図１は、プラズマＣＶＤ装置の略図であり、 図２は、マイクロ波励起の時間経過特性の略図であり、 図３は、薄膜コーティング装置の略図である。 図１に示されたプラズマＣＶＤ装置は、基板１、例えば、ガラス板を有してい る。多数のマイクロ波アンテナ、ここでは、４つの部材２ａ〜２ｄが、基板１に 対向して一列又は平面状アレイとなるように設けてもよい。このホーンマイクロ 波アンテナ２ａ〜２ｄは、マイクロ波プラズマ電極として使用され、マイクロ波 発生器２１ａ〜２１ｄにより、マグネトロン２２ａ〜２２ｄ及びアイソレータ２ ３ａ〜２３ｄを介して信号供給される。マイクロ波ウインドウ２４（例えば、基 板１と同様であり、それ自体コーティング用である）は、真空室４をマイクロ波 アンテナ２ａ〜２ｄに対して隔離する。基板１は、相互に平行に向かい合わせて 真空室４内に配設されている。 プロセスガスは、ガス容器５１ａ，５１ｂから流量調整器５２ａ，５２ｂ、ガ スバルブ５３ａ，５３ｂ及び等分配されたガス入り口５を介して真空室４に供給 され、使い終わった残留ガスは、圧力調整器５４を介して真空ポンプ５５によっ て再度排気される。 制御部７は、これらの部材全てを、インターフェース７０によって設定された パラメータに応じて適切に調整する。 そこまでの範囲で、この装置は、公知のプラズマＣＶＤ装置、殊に、ＰＩＣＶ Ｄ装置及び米国特許明細書第５０１７４０４号公報（ドイツ連邦共和国特許公開 第３８３０２４９号公報）記載の装置に相応している。 特別な点は、マイクロ波発生器２１ａ〜２１ｄは、２つのグループ２１ａ，２ １ｃ及び２１ｂ，２１ｄで 別個に制御部７からの信号Ａ乃至Ｂを用いて制御され、その際、プッシュブルに 位相シフトされている短いマイクロ波パルス２０Ａ乃至２０Ｂのパルス列により 制御される点にある。従って、隣り合ったマイクロ波アンテナ２ａ，２ｂ；２ｂ ，２ｃ；２ｃ，２ｄは、各時間で一回だけ作動され、その結果、相互に干渉しな い。図２には、このパルス経過特性が示されている。マイクロパルスのパルス期 間及び休止期間は、それぞれ２５μ秒であり、約１０個のマイクロパルスＡ及び Ｂは、一緒に、約０．５ｍｓの期間のＰＩＣＶＤ方法の１つのパルスを形成する 。 当然、アンテナアレイを介しての膜厚経過特性を所期のように調整するための 米国特許明細書第５０１７４０４号公報の手段は、本発明と組み合わせることが できる。 形成されたプラズマ領域１２ａ〜１２ｄは、その、析出出力が低下する縁領域 内で、干渉現象なしに重畳され、その結果、アンテナの幾何学的形状を重畳領域 ６２ａ〜６２ｄに適合させさえすれば、均一な安定した移行を実施することがで きる。領域６２ａ〜６２ｄの適合は、同時に高周波フィールドを最適に形成する のに役立つ。 一列に並べられた４つのマイクロ波アンテナ２ａ〜２ｄの個数は、任意に抽出 した１例に過ぎない。典型的には、数センチメータ幅をカバーする、マイクロ波 発生器２１ｉ，マグネトロン２２ｉ，アイソレータ２３ｉ及びホーンアンテナ２ ｉ（ｉ＝１〜ｎ）のモジュールは、任意に、相互に列にすることが屡々行われ、 例えば、大きなフラットガラス板又は薄板路を露光するために２〜３メータ幅に もされる。 以下のプロセス例により、この方法について説明する： プロセス例１： 真空室４は、先ず、所望のプロセス圧力のかなり下迄排気される。その後、流 量調整器５２ａ，５２ｂ並びにバルブ５３ａ，５３ｂを介して、コーティングに 適した混合ガスが形成される。この混合ガスは、例えば、析出のためには、２０ ０ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｂｉｃ ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ）のＳｉＯ ２の酸素並びに２０ｓｃｃｍのヘキサメチレンジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）から なる。コーティングの全期間中、このガスは連続的に（パルス状でなく！）流さ れる。圧力調整ユニット５４を介して、プロセス圧力は、１ミリバールに調整さ れる。この圧力が達成されると即座に、マイクロ波発生器２１ａ，２１ｄは、図 ２に示されたパルス列で制御される。 各パルス列Ａ，Ｂは、図２によると、それぞれ２５μ秒の期間の１０個の個別 パルス（”マイクロパルス”）から形成され、出力側Ａ及びＢでプッシュプルに 位相シフトされる。全体でＰＩＣＶＤに典型的な１つ の”マクロパルス”を形成するマイクロパルスは、コーティング混合ガスをプラ ズマ室１２ａ〜１２ｄ内で（プラズマに）変換し、所望のＳｉＯ₂層が析出され る基板１に拡散される。 ”マクロパルス”の終了後、発散された混合ガスが排気され、新鮮な混合ガス によって置換される。完全な混合ガスのために、２つのマクロパルス間のパルス 休止期間は、典型的には１０−１００ｍｓの長さ（真空室４の幾何学的形状に依 存する）である。パルス休止期間後、マクロパルスのマイクロパルスシーケンス が再度制御され、それにより、直ぐ次の層位置を目標層厚が達成される迄析出す るようにされる。その後、真空室４は、空気を入れられ、コーティングされた基 板１が取り出される。 プロセス例２： そのパラメータでのプロセスは、例１と同様に経過し、今度は、基板は、フレ キシブルな薄板３０１であり、連続的にコーティング室３０４内で移動される。 図３には、薄板３０１用の巻回装置３４１，３４２を有する装置の横断面が示さ れている。 薄板３０１の速度は、薄板３０１の各面要素が目標層厚でコーティングされる ように適合される。５０ｎｍ／分の典型的な析出速度及び５０ｎｍの目標厚の場 合、薄板３０１は、６秒間プラズマ領域３０５を横断する必要がある。従って、 １マイクロパルス間の薄板 ３０１の移動は無視することができる。 プロセスは、例２と同様に経過し、その際、１マイクロパルス中、並びにその 前後１ミリ秒間、高周波フィールドが制御される。高周波電極３０６の幾何学的 構成によって（２つのマイクロ波アンテナ３０２ａ，３０２ｂのインターフェー スの領域内で電極間隔を小さくして）、このインターフェースでの非均一性を補 償することができる。その際、高周波発生器の出力は、最適な層均一度になるよ うに調整することができる。実行装置内で、高周波出力が、コーティングの厚さ 測定を介して追従制御される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年８月２６日（１９９８．８．２６） 【補正内容】 請求の範囲 １． マイクロ波プラズマ電極（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のアレイと制御回路（７） とを有するプラズマＣＶＤ装置において、 制御回路（７）は、２つの出力側（Ａ，Ｂ）を有しており、それぞれ隣り合っ た２つのプラズマ電極（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）には、種々の出力側（Ａ，Ｂ）が接 続されており、回路装置は、前記２つの出力側（Ａ，Ｂ）を択一選択的に種々異 なる、それぞれ高々５０μｍ秒の時間に作動する ことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 ２． 付加的に１つの無線周波励起系（６，６１，６２ａ−ｃ）が設けられてい る請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。 ３． リニアアレイが設けられている請求項１又は２記載のプラズマＣＶＤ装置 。 ４． 各２つのプラズマ電極（２ａ，２ｃ；２ｂ，２ｄ）には、リニアアレイ内 で制御回路（７）によって同じ時間でマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）が印加される 請求項３記載のプラズマＣＶＤ装置。 ５． マイクロ波プラズマ電極のアレイは、関連のプラズマをパルス状のマイク ロ波励起によって形成するプラズマＣＶＤ薄膜形成方法において、各２つの隣り 合ったプラズマ電極に種々の時間にマ イクロ波パルスを印加し、個別マイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）の期間を、公知プラ ズマパルスＣＶＤ方法のパルスの期間に比して短くすることを特徴とするプラズ マＣＶＤ薄膜形成方法。 ６． 個別マイクロ波パルスの期間を高々５０μ秒にする請求項５記載のプラズ マＣＶＤ方法。 ７． 全てのプラズマ電極（２ａ−２ｄ）の幾つかの、１０１〜１０２のオーダ ーのマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）により、一緒にプラズマパルスＣＶＤ方法の１ つパルスを形成する請求項７記載のプラズマＣＶＤ方法。 ８． 付加的に無線周波励起により、電界を形成する請求項７〜９までのいずれ か５記載のプラズマＣＶＤ方法。 ９． リニアアレイが設けられており、大面積基板（３０１）をストライプ状に 薄膜形成する請求項５〜８までのいずれか１記載のプラズマＣＶＤ方法。 １０． ２つの異なった時間（Ａ，Ｂ）だけを設け、該時間にマイクロ波パルス を送出し、リニアアレイ内でプラズマ電極（２ａ−２ｄ）に交互に配属する請求 項９記載のプラズマＣＶＤ方法。 １１． 磁場又はガス出口（５）を薄膜析出の均一化のために付加的に利用する 請求項５〜１０までのいずれか１記載の方法プラズマＣＶＤ方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルクス クール ドイツ連邦共和国 ザウルハイム ヴェー ルシュテッター シュトラーセ 33 (72)発明者 ローラント ホーホハウス ドイツ連邦共和国 マインツ ルートヴィ ッヒ―シュヴァムプ―シュトラーセ 43 (72)発明者 ハルトムート バウフ ドイツ連邦共和国 ヴァイルロート ウン タードルフシュトラーセ １ (72)発明者 マーティン ヘミング ドイツ連邦共和国 シュトロムベルク プ ファールベルク 14 (72)発明者 トーマス キュパー ドイツ連邦共和国 バート ガンダースハ イム フクスヴィンケル 11 (72)発明者 ラルス ベーヴィッヒ ドイツ連邦共和国 バート ガンダースハ イム ラントヴェーア 48

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． マイクロ波プラズマ電極（２ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のアレイと制御回路（７） とを有するプラズマＣＶＤ装置において、 隣り合った２つのプラズマ電極（２ａ，２ｂ；２ｂ，２ｃ；２ｃ，２ｄ）には 、制御回路（７）によって種々の時間にマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）が印加され 、前記個別マイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）の期間は、公知のプラズマパルスＣＶＤ 方法のパルスの期間に比して短いことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。 ２． 個別マイクロ波パルスの期間は、高々５０μ秒である請求項１記載のプラ ズマＣＶＤ装置。 ３． 全てのプラズマ電極（２ａ−２ｄ）の幾つかの、１０１〜１０２のオーダ ーのマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）は、一緒にプラズマＣＶＤ方法の１つパルスを 形成する請求項１記載のプラズマＣＶＤ装置。 ４． 付加的に１つの無線周波励起系（６，６１，６２ａ−ｃ）が設けられてい る請求項１，２又は３記載のプラズマＣＶＤ装置。 ５． リニアアレイが設けられている請求項１〜４までのいずれか１記載のプラ ズマＣＶＤ装置。 ６． 各２つのプラズマ電極（２ａ，２ｃ；２ｂ，２ｄ）には、リニアアレイ内 で制御回路（７）によっ て同じ時間でマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）が印加される請求項５記載のプラズマ ＣＶＤ装置。 ７． マイクロ波プラズマ電極のアレイは、関連のプラズマをパルス状のマイク ロ波励起によって形成するプラズマＣＶＤ薄膜形成方法において、 各２つの隣り合ったプラズマ電極に種々の時間にマイクロ波パルスを印加し、 個別マイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）の期間を、公知プラズマパルスＣＶＤ方法のパ ルスの期間に比して短くすることを特徴とするプラズマＣＶＤ薄膜形成方法。 ８． 個別マイクロ波パルスの期間を高々５０μ秒にする請求項７記載のプラズ マＣＶＤ方法。 ９． 全てのプラズマ電極（２ａ−２ｄ）の幾つかの、１０１〜１０２のオーダ ーのマイクロ波パルス（Ａ，Ｂ）により、一緒にプラズマパルスＣＶＤ方法の１ つのパルスを形成する請求項７記載のプラズマＣＶＤ方法。 １０． 付加的に無線周波励起により、電界を形成する請求項７〜９までのいず れか１記載のプラズマＣＶＤ方法。 １１． リニアアレイが設けられており、大面積基板（３０１）をストライプ状 に薄膜形成する請求項７〜１０までのいずれか１記載のプラズマＣＶＤ方法。 １２． ２つの異なった時間（Ａ，Ｂ）だけを設け、 該時間にマイクロ波パルスを送出し、リニアアレイ内でプラズマ電極（２ａ−２ ｄ）に交互に配属する請求項１１記載のプラズマＣＶＤ方法。 １３． 磁場又はガス出口（５）を薄膜析出の均一化のために付加的に利用する 請求項７〜１２までのいずれか１記載の方法プラズマＣＶＤ方法。