JP2001220681A

JP2001220681A - プラズマｃｖｄ装置及び薄膜形成方法

Info

Publication number: JP2001220681A
Application number: JP2000029235A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Endo; 徹哉遠藤; Naoki Watanabe; 直樹渡辺
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-14
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP4422274B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、簡単な構成で小型かつ安価に作製
することができ、基板の有効な表面にわたって膜厚が均
一な薄膜を高速で堆積することができるプラズマＣＶＤ
装置及び薄膜形成方法を提供することを目的とする。【解決手段】真空室内に、平板状放電電極と基板とを
互いに対向して設置し、真空室内に導入した反応性ガス
をプラズマ発生手段によりプラズマ化し、基板上に薄膜
を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板と前
記平板状放電電極との間の空間に、基板表面近傍に高密
度プラズマ領域を形成するための磁界を発生させる閉ル
ープ型磁界発生機構を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ装
置及び薄膜形成方法に係り、特に磁気ディスク、半導体
集積回路、液晶表示装置等に用いられるアモルファスシ
リコン、窒化シリコン、ダイヤモンドライクカーボン等
の種々の薄膜を形成するのに好適なプラズマＣＶＤ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラズマＣＶＤ（ＰＣＶＤ）装置には、
平行平板型、電子サイクロン共鳴（ＥＣＲ）型等、様々
な装置構成のものが種々の薄膜形成に用いられ、特に、
平行平板型ＰＣＶＤ装置は、簡単な装置構成で安定した
成膜が行えることから、半導体集積回路、液晶表示装
置、電子部品、磁気ディスク装置等の薄膜形成に広く実
用化されている。これらの回路や装置等は、近年の急速
な小型化、微細化、高集積化の展開に伴い、これらに用
いられる薄膜もより一層の膜厚均一性が求められるとも
に、量産性の観点から、高速成膜の要求が強まってい
る。

【０００３】このようなＰＣＶＤ装置の現状をハードデ
ィスク（ＨＤ）の保護膜形成用装置を例に挙げて説明す
る。ハードディスクのような磁気記録媒体は、中心に孔
があいた円板状のアルミニウム製又はガラス製基板を基
板ホルダーに装着して、基板の両面からＣｒ等の金属下
地膜、ＣｏＣｒＴａ等の磁性記録膜及び保護膜を、スパ
ッタ法、ＰＣＶＤ法により順次成膜処理して作製する。
ここで、保護膜は、固定磁気ディスク装置（ＨＤＤ）の
起動・停止時にヘッドとの接触・揺動による損傷や大気
との接触による腐食から前記磁気記録膜を保護するため
に設けられるものであり、信頼性のある書き込み、読み
出しを長期にわたり維持する上で極めて重要な構成要素
である。この保護膜の中でも、ダイヤモンドライクカー
ボン（ＤＬＣ）膜は、耐摩耗性、耐食性に優れているこ
とから、ハードディスク保護膜として特に注目をあびて
いる。ＤＬＣ膜形成用のプラズマＣＶＤ装置は、真空室
内の２つの平板状電極の間にディスク基板を配置し、メ
タン（ＣＨ_４）やトルエン（Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３）等の炭化
水素系の反応ガスを導入した後、ＲＦ電力を２つの平板
状電極にそれぞれ供給してプラズマを発生させる。反応
性ガスはプラズマにより活性化され、生成した活性種が
基板上に堆積してカーボン膜が基板両面に同時に形成さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の平行平
板型放電方式では、プラズマは基板と電極間の空間全体
に広がっているために、カーボン膜は基板だけでなく、
プラズマと接触している電極部分にも堆積する。すなわ
ち、プラズマが真空室全体に広がり基板周辺の密度が薄
くなるため、基板上への堆積速度は遅いという問題があ
った。その結果、保護膜形成プロセスは、スパッタ法に
よる磁気情報記録層形成からプラズマＣＶＤによるカー
ボン保護膜形成までの一連のハードディスク製造プロセ
スの律速となっていた。従って、システムの高スループ
ット化を図り、量産性の優れたシステムを構築するに
は、カーボン膜の高速成膜が可能なプラズマＣＶＤ装置
が必須となる。

【０００５】以上のＰＣＶＤ装置であっても、投入電力
やガス流量、反応ガス濃度を増加させることにより堆積
速度はある程度改善されるが、上記高スループットを得
るには十分でなく、また、重合による膜質の低下、装置
の排気システムの大型化、材料コストの面等の制約か
ら、堆積速度はせいぜい１ｎｍ／ｓｅｃ程度に止まって
いるのが現状である。さらに、従来のＰＣＶＤ装置は、
ハードディスク基板面の膜厚均一性が低いという問題が
あった。

【０００６】そこで、堆積速度を向上させる目的で、電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマＣＶＤ法（特
開平２−２２５６７２号公報）やマグネトロンプラズマ
ＣＶＤ法（特開平３−２４７７７０号公報）等が提案さ
れている。しかしながら、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
は、プラズマ発生手段が大きく、装置全体が複雑、かつ
高価なものになるという問題がある上に、ディスク中心
孔部やディスク外周部分において膜厚が厚くなり、基板
表面の広範囲で均一膜厚のＤＬＣ膜を得ることは困難と
いう問題があった。これに対して、特開平１１−２４６
９７２号公報に開示されるように、ディスクの中心孔に
ダミーのリングを取り付けて成膜することにより、ディ
スク基板面の膜厚均一性を高める試みがなされている
が、リングの取り付け、取り外し等の工数が増え、かえ
って生産性が低下してしまうと問題があった。

【０００７】一方、マグネトロンプラズマＣＶＤ法は、
放電電極内に磁石を配置し、その磁界により電極周辺の
プラズマ密度を増加させて堆積速度を向上させようとす
るものであるが、通常の平行平板型に比べて堆積速度は
改善されるものの未だ十分とは言えず、さらに膜厚均一
性が低いというの問題があった。特開平３−２４７７７
０号公報に記載された方法では、基板を移動させること
により膜厚均一性の改善を図っているが、基板を移動さ
せる機構が必要となり、装置全体が大型化するととも
に、移動に伴って放電の安定性が低下し、またゴミが発
生し易くなるという問題がある。

【０００８】以上はハードディスク基板の両面同時成膜
を行うＰＣＶＤ装置について述べたものであるが、Ｓｉ
ウエハやガラス基板の片面にアモルファスシリコン、窒
化シリコン等を成膜する場合についても、アモルファス
シリコン製造の場合は原料ガスにシランやジシラン等の
ガスを使用し、半導体や電子部品の保護膜や絶縁膜に有
効な窒化シリコンにはシラン・アンモニア・窒素等の反
応ガスを使用する以外は、事情は同様であり、これらの
薄膜についてもより高速の成膜が望まれている。

【０００９】本発明は、上記の各問題に鑑み、簡単な構
成で小型かつ安価に作製することができ、基板の有効な
表面にわたって膜厚が均一な薄膜を高速で堆積すること
ができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とす
る。さらに、種々の薄膜を、高速かつ均一厚に堆積可能
な薄膜形成方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、従来のＰＣＶ
Ｄ装置にかかる問題点を解決し、上記目的を達成すべ
く、高速成膜に有効な高密度のプラズマとその効果的な
閉じこめ方法を鋭意検討した結果して、完成するに至っ
たものである。すなわち、本発明のプラズマＣＶＤ装置
は、真空室内に、平板状放電電極と基板とを互いに対向
して設置し、真空室内に導入した反応性ガスをプラズマ
発生手段によりプラズマ化し、前記基板上に薄膜を形成
するプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板と前記平板
状放電電極との間の空間に、基板表面近傍に高密度プラ
ズマ領域を形成するための磁界を発生させる閉ループ型
磁界発生機構を設けたことを特徴とする。このように、
真空室内の基板の近くに閉ループ型磁界発生機構を設け
ることにより、基板面に平行な磁界が発生し、これによ
り基板近傍に高密度のプラズマを閉じこめることができ
るようになる。その結果、薄膜の堆積に有効な活性種が
基板近傍に多量に生成して基板上に拡散するため、高い
堆積速度で薄膜を形成することが可能となる。そして、
反応性ガス種を選択することにより、アモルファスシリ
コン、窒化シリコン、ＤＬＣ膜等の種々の薄膜を高速成
膜することが可能となる。

【００１１】前記閉ループ型磁界発生機構は、前記基板
の中心軸と同軸に配置され、該軸方向又は径方向に着磁
された中心磁石と、その外周に軸対称に配置され、前記
中心磁石と逆方向に着磁された外周磁石と、から構成す
るのが好ましい。永久磁石を用い基板面と平行な磁場を
形成することにより、プラズマは効果的に閉じこめられ
て基板近傍に高密度プラズマ領域を形成することが可能
となり、その結果、高速で膜厚均一性に優れた成膜を行
うことができる。また、永久磁石を用いているため、そ
の形状、磁気特性等を適宜選択することにより、様々な
形状、大きさの基板についても、それぞれに好適な磁場
を容易に形成することができ、高速で、かつ均一に薄膜
を形成することが可能となる。また、本発明において
は、前記閉ループ型磁界発生機構を、前記基板の両側に
２つの環状の外周磁石を配置し、該２つの外周磁石の着
磁方向を基板面に垂直又は平行とし、かつ互いに反発す
るように配置する構成としてもよい。このように、中心
磁石を省略した場合であっても、２つの外周磁石の相互
作用により、水平磁界領域が中心方向に向かって形成さ
れるため、中心磁石を配置した場合と同様に、プラズマ
の閉じこめ効果が得られ、高速成膜、均一膜厚成膜を実
現することができる。

【００１２】また、本発明において、前記基板の前記平
板状放電電極と反対側に、第２の平板状放電電極を設
け、さらには第２の閉ループ型磁界発生機構を設けるこ
ともできる。かかる構成とすることにより、基板両面の
高速同時成膜が可能となり、特に、ハードディスク、コ
ンパクトディスク、光ディスク等の生産性をより向上さ
せることができる。また、本発明の閉ループ型磁界発生
機構により、ハードディスク等の孔あき基板で従来問題
となった中心孔周辺の厚膜化が防止でき、どのような形
状であっても優れた均一膜を得ることができる。

【００１３】前記中心磁石と外周磁石はそれぞれ移動可
能とするのが好ましい。磁石と基板との距離を調整する
ことにより、磁界形状、強度を最適化でき、膜厚均一性
を一層向上させることができ、ディスク基板、ウエハ、
ガラス基板等、様々な形状、大きさの基板であっても、
高い膜厚均一性をもって高速に薄膜を形成することが可
能となる。

【００１４】本発明のプラズマＣＶＤ装置においては、
前記磁石に冷却機構を設けるのが好ましい。磁石の温度
上昇を抑制して磁界強度の変動を防止できる結果、大き
なＲＦパワーで成膜する場合でも、安定した成膜を行う
ことができる。さらに、前記基板にバイアスを印加する
手段を設けるのが好ましい。バイアス印加手段を設ける
ことにより、基板に流れ込むイオンの量、エネルギーを
制御するとともに、プラズマの閉じこめ効果を一層高め
ることが可能となる。この結果、高密度のプラズマの作
用及び基板バイアスの作用の相乗効果により、より高特
性の薄膜を形成することができる。例えば、極めて高い
硬度のダイアモンドライクカーボン膜を得ることが可能
となり、今後ハードディスクがさらに高密度化される場
合に要求される保護膜の薄層化にも対応する保護膜を提
供することが可能となる。

【００１５】本発明の薄膜形成方法は、上記本発明のプ
ラズマＣＶＤ装置に所定の反応性ガスを導入し、前記放
電電極に電力を印加して前記基板近傍に高密度プラズマ
を発生させ、前記反応ガスの構成元素を少なくとも１つ
含む薄膜を前記基板上に堆積することを特徴とする。基
板近傍に高密度プラズマを形成し、高密度プラズマの作
用、さらには制御されたイオンのエネルギー及び量を利
用することにより、薄膜の一層の高特性化が可能となる
とともに、かかる高特性薄膜を高速かつ均一厚に形成す
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。本発明のＰＣＶＤ装置の一構成例
を図１〜３に示す。図１は、ハードディスク基板の両面
に同時に保護膜を形成するためのＰＣＶＤ装置の全体構
成を示す概略断面図、図２及び３は、閉ループ型磁界発
生機構及びその取り付け方法を示す概略図である。

【００１７】ＰＣＶＤ装置は、図１に示すように、排気
口２及びガス導入管３を有する真空室１の内部に、ガス
導入管３と接続され、多数のガス噴出口を有する平板状
電極４と、基板の膜堆積部の上部のプラズマ密度を高め
るための閉ループ型磁界発生機構１０，１１と、がハー
ドディスク基板を保持する基板ホルダー２２の両側に２
組配置され、２枚のハードディスク基板の両面に同時に
薄膜を形成することが可能な装置構成となっている。

【００１８】図１において、高周波電源（不図示）に連
結される電極４は、多数の噴出口を有する電極プレート
５からガスが一様に基板側に噴出されるように、内部に
シャワープレート６が設けられている。この電極４は、
絶縁リング８を介して接地電位にある電極ブロック７に
より支持され、該電極ブロック７には、電極プレート５
と真空室１の壁との放電を防止するために電極シールド
９が設けられている。なお、ガス導入管３の電極４側の
一部は絶縁材で構成され、ガス導入管３を接地電位に保
っている。また、排気口２は、不図示のメインバルブを
介して排気装置に接続されている

【００１９】閉ループ型磁界発生機構１０、１１は、図
２（ａ）、（ｂ）に示すように、基板面に垂直方向で、
互いに逆方向に着磁された中心磁石１１及び外周磁石１
０とからなり、それぞれケース１３，１２に収納されて
いる。中心磁石と外周磁石とで形成される基板面に平行
な磁場により、プラズマは基板上の中心磁石と外周磁石
との間に閉じこめられて、基板近傍に高密度のプラズマ
領域が生成する。図２（ｂ）の例では、中心磁石１１に
は４分割されたブロック磁石、外周磁石には１２分割さ
れたブロック磁石が用いられているが、一体型の磁石を
用いてもよい。なお、取り扱い性、コスト及び作り易さ
の観点から、通常、外周磁石には１０〜１５分割、中心
磁石には１〜４分割したブロック磁石が好適に用いられ
る。

【００２０】中心磁石１１は、図３（ｂ）に示す円筒部
材１７と蓋材１８とからなるケース１３内に納められ、
ネジが形成された支柱１４に両端からナット１６により
締め付け固定されており、ナット位置を移動させること
により、基板と磁石との距離を自由に調節することがで
きる。支柱１４の一端部には鍔２０が形成されており
（図２（ａ））、この鍔２０を電極プレート５とシャワ
ープレート６とで挟持することにより、中心磁石が支持
されている。一方、外周磁石１０は、図３（ａ）に示す
ように、リング状の樋状部材１９の中に収納され、蓋の
役割をも果たす外周磁石固定板１５にネジ止め金具２０
を介して固定され、この固定板１５は、真空室１の壁に
移動可能に取り付けられる。

【００２１】ここで、中心磁石及び外周磁石のケース１
３，１２にはステンレス材を用いることができるが、中
心磁石ケース１３は高周波電力が加わりケース材料がス
パッタされる可能性があるため、スパッタ率の低いセラ
ミック（アルミナ等）材や堆積しようとする薄膜と同じ
材料のケースを用いるのが好ましい。さらに、中心磁石
ケースの支柱、ナット等についてもステンレス材を用い
ることができるが、ケースと同様にセラミック材等を用
いることができる。また、永久磁石としては、ＳｍＣｏ
等の希土類金属系磁石が好適に用いられ、基板の大き
さ、形状等に応じて、その形状、磁気特性等が定められ
る。また、アルニコ等他の材質の磁石を用いてもよい。

【００２２】図２（ｃ）は、磁石、基板２１及び外周磁
石固定板１５の位置関係を示す平面概略図であり、固定
板１５の縁は真空室の壁に移動可能に取り付けられる。
このように構成することにより、電極プレート５から噴
出されるガスはすべて高密度プラズマ空間を通って基板
２１上に流れるため、反応ガスの利用効率を向上させる
ことができる。なお、固定板の形状はこれに限らず、例
えば図５に示すようのものであってもよい。

【００２３】基板ホルダー２２は、ハードディスク基板
を２枚搭載可能なホルダーであり、ディスク基板の外周
側面を３〜４本程度のツメで支持し、基板ホルダー全体
を支持具２３により保持する構成となっている。また、
基板ホルダー２２には、バイアス電圧印加手段（不図
示）が接続され、基板に入射するイオンの量、エネルギ
ーを制御することができる。ここで、バイアス印加手段
としては、基板材質等により、高周波、パルスまたは直
流電源を用いることができる。

【００２４】以上のように、本発明は、薄膜を形成しよ
うとする基板近傍に、基板表面に平行な磁界を形成する
永久磁石からなる閉ループ型磁界発生機構を配置し、薄
膜形成面上の領域のプラズマ密度を大きくすることによ
り、従来のＰＣＶＤ装置と比べて、成膜速度を大幅に向
上させることが可能となる。また、中心磁石上の水平磁
界は弱くプラズマ密度も小さくなるため、すなわち、薄
膜形成面上の空間のプラズマ密度だけを大きくすること
ができるため、従来問題となっていた基板中心孔近傍の
厚膜化を抑制し、薄膜形成面全体で均一な膜厚の薄膜を
形成することが可能となる。

【００２５】本発明の閉ループ型磁界発生機構は、磁石
の着磁方向を基板に垂直に配置する場合に限らず、図４
（ａ）、（ｂ）に示すように、着磁方向を基板表面と平
行にしてもよい。この場合も、基板表面の薄膜形成面上
の中心磁石と外周磁石の間の空間に水平磁場が形成され
るため、この空間にプラズマを閉じこめることができ、
同様に高速でかつ均一膜厚の成膜が可能となる。なお、
径方向の着磁の困難さ及びコスト面から一体型の磁石を
製造するのは難しく、中心磁石は３〜５分割、外周磁石
は１０〜１５分割したブロック磁石が好適に用いられ
る。

【００２６】さらに、図１の構成のＰＣＶＤ装置の閉ル
ープ型磁界発生機構においては、中心磁石を省略し、外
周磁石だけを用いた場合であっても本発明の効果を奏す
ることができる。これは、基板の両側に配置した２つの
外周磁石間の相互作用により、単独では外周磁石の近傍
に局在する磁力線が他方の外周磁石の磁力線により中心
方向に押し出され、水平磁場成分が中心方向に伸びるた
めと考えられる。この場合、着磁方向は軸方向、径方向
のいずれでもよいが、２つの外周磁石が互いに反発する
ように配置する。さらに、中心磁石及び外周磁石の配置
・構成は、上記のものに限ることはなく、例えば、外周
磁石を複数個同心円状に配置する構成としてもよい。こ
の場合、隣り合う外周磁石は磁石間の水平磁場成分が大
きくなるように配置される。また、中心磁石及び外周磁
石の取り付け方法も図３に示した方法には限られず、例
えば、中心磁石の支柱を用いる代わりに、中心磁石ケー
スと外周磁石ケースとを橋かけして連結固定する方法等
が用いられる。

【００２７】以上は、ハードディスク基板の両面同時成
膜装置について説明したが、電極４を１つとし、ディス
ク基板の片面側にのみ閉ループ型磁界発生機構を設け
て、片面成膜の装置構成としてもよい。また、本発明の
ＰＣＶＤ装置は、ハードディスク以外のコンパクトディ
スクや光ディスクについても同様に適用できることは勿
論のこと、矩形状の基板、Ｓｉウエハ等の薄膜形成装置
として用いることができる。例えば、太陽電池や液晶表
示装置の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板に用いられる
アモルファスシリコンや集積回路の絶縁膜等に用いられ
る窒化シリコン膜の形成装置として好適に用いることが
できる。これらの場合も、上記した構造の閉ループ型磁
界発生機構を用いて、同様に高速成膜を行うことができ
る。なお、膜厚均一性を一層高めるために、基板の大き
さ、形状に応じて、磁石の形状、特性や基板と中心磁石
及び外周磁石との距離等を最適化すればよい。また、中
心磁石を配置せず、外周磁石のみを基板の表裏両側に配
置することにより、均一性を高めることも可能である。
また、例えば、フェライト、アルニコ、ＮｄＦｅＢ系
等、磁石の材質を使い分けることで強度を調節すること
ができる。

【００２８】また、ＴＦＴ基板のような矩形状基板の場
合には、中心磁石及び外周磁石とも矩形とし、外周磁石
を環状として中心磁石を囲むようにすればよい。また、
外周磁石を前述したように複数個配置しても、さらには
中心磁石を除いた構成としてもよい。なお、本発明にお
いて、環状とは、囲むようなの形状のものをいい、円で
あるか矩形であるかは問わない意味である。また、環状
磁石を用いず、基板の一辺よりも長い棒状磁石を複数個
並べて磁石間に水平磁界を形成する構成としてもよい。

【００２９】また、ＲＦパワーが大きいときは、磁石が
加熱されるので、磁石を水冷や空冷等しても良い。特
に、キューリー点が低い磁石を用いる場合は、このよう
な冷却機構を設けるのが好ましく、例えば、磁石ケース
を冷却用容器に収納し、容器内部に水、空気等の冷媒を
通して冷却すればよい。具体的には、外周磁石の場合、
磁石ケースの樋状部材１９を樋状の容器に収納し、この
容器を固定板１５にｏ−リング等のシールを介して取り
付けるか、直接溶接して固定すればよい。一方、中心磁
石を冷却する場合は、内部に中心磁石ケース１３を収納
できる空間を有する円柱状の容器に空洞の支柱をｏ−リ
ング等のシールを介し、あるいは直接溶接により取り付
け、この支柱を電極４，電極ブロック７を貫通させ、真
空室壁１に移動可能に固定して外部から容器内部に冷媒
を供給できる構成とすればよい。なお、冷媒に水を用い
る場合は、磁石の腐食を防止するため、磁石を樹脂コー
トして保護するが好ましい。あるいは、磁石ケースを溶
接、シール等により磁石を密封してもよい。また、冷却
用の容器を別途用いず、磁石ケース１２，１３そのもの
を以上の容器の構造として、冷媒がケース内部を循環で
きる構成としても良いことは言うまでもない。

【００３０】さらに、本発明においては、基板回転又は
移動手段や磁石の往復運動手段等を用いて、膜厚均一性
をより一層向上させるようにしてもよい。なお、磁石ケ
ース等に付着した膜は、メンテナンスの際に、酸素プラ
ズマ（カーボン膜の場合）、ＮＦ_３プラズマ（ａ−Ｓｉ
等）によりクリーニング処理を行うことにより、長期間
安定した成膜を維持することができる。

【００３１】（実施例）図１の装置を用いて、３．５あ
るいは２．５インチ径のＡｌ製ハードディスク基板（中
心部の孔径は１インチ）の表裏面に、ダイヤモンドライ
クカーボン膜の保護膜を形成した。閉ループ型磁界発生
機構及び外周磁石固定板１５は、図２に示す構造のもの
を用いた。ここで、外周径１３０ｍｍ、内周径１１０ｍ
ｍのＳＵＳ製ケース（１ｍｍ厚）に１０ｍｍ厚、径方向
幅８ｍｍのＳｍＣｏ磁石を１２個収納した外周磁石を図
２（ｃ）に示す固定板に取り付け、さらに真空室の壁に
基板との距離が１０ｍｍとなるように取り付けた。中心
磁石については、外周径２２ｍｍのアルミナ製ケース
（１ｍｍ厚）に１０ｍｍ厚、径方向幅８ｍｍのＳｍＣｏ
磁石を４個収納したものを外周磁石と着磁方向が逆にな
るように配置し、ＳＵＳ製の支柱（３ｍｍ径）とナット
を用いて、基板との距離が１０ｍｍとなるように取り付
けた。この場合、基板表面での磁界強度は０．０３Ｔで
あった。なお、電極プレートの面積は２３０ｘ３７０ｍ
ｍである。

【００３２】以上の構成の真空室１内に、トルエン／Ｈ
_２の混合ガスを、ガス導入管３、電極４を介してに導入
し、メインバルブ（不図示）を調節して内部を４Ｐａに
保った。電極４にＲＦ電力を７５０〜８００Ｗ供給して
プラズマを発生させ、この状態を所定時間保持して、基
板の両表面にカーボン膜を堆積させた。ここで、基板に
は−２５０Ｖのパルス電圧（２００ｋＨｚ、パルス幅５
００ｎsec）を印加した。また、磁石配置と堆積速度及
び膜厚均一性との関係を調べるために、中心磁石と基板
との距離をプラスマイナス５ｍｍ程度移動させて同様に
薄膜を形成した。さらに、比較のため、閉ループ型磁界
発生機構を除いた以外は、同様にして、カーボン膜を基
板上に堆積させた（比較例）。

【００３３】成膜中に放電状況を外部から観察したとこ
ろ、比較例の装置では、プラズマは真空室全体にわたり
ぼんやりと広がっていたのに対し、本実施例の装置で
は、図１に示すように、基板上に特に明るい部分が局在
化していることが観察された。また、成膜中に基板側に
流れる電流を測定したところ、比較例の場合は０．６７
Ａであったのに対し、本実施例では２．５Ａと大きな値
を示した。これは、本実施例では、閉ループ型磁界発生
機構によりプラズマが基板近傍の空間に閉じこめられ、
高密度のプラズマ領域が形成されているのを裏付けるも
のと考えられる。

【００３４】成膜終了後、基板を取り出し、膜厚及び膜
硬度を測定したところ、比較例の場合、成膜レートは約
１ｎｍ／ｓｅｃであったの対し、本実施例では５〜１０
ｎｍ／ｓｅｃとなり、従来の５〜１０倍もの高速成膜が
可能となることが分かった。さらに、膜厚分布は、基板
表裏面の１５〜４５ｍｍ径の範囲でプラスマイナス１〜
３％と極めて均一性の高い薄膜が得られ、比較例のプラ
スマイナス３０％に比べて、本実施例のＰＣＶＤ装置が
膜厚均一性の高い成膜を実現できることが分かった。基
板両面から堆積する場合、前述のようにプラズマ３０が
基板と電極間の空間全体に広がるため、中央に孔を有す
るハードディスクの中央部のプラズマが基板の両面から
漏れ出て、プラズマ密度に偏りを生じる。このため、デ
ィスク中央部の膜が厚くなるという問題があったが、本
実施例では、閉ループ型の磁界を形成しているため、中
央部分のプラズマ密度は薄く、基板有効面の上だけが高
密度領域となるため、膜厚均一性が向上したものと考え
られる。また、本実施例の形状の閉ループ型磁界発生機
構を用いた場合、中心磁石を外周磁石よりも基板から若
干離した方が、膜厚均一性は向上する傾向にあることが
分かった。

【００３５】さらに、本実施例で得られた膜の硬度は３
０ＧＰａと比較例の１．５倍もの高い値となり、高密度
のプラズマを基板近傍に形成することにより、成膜速度
を向上させるだけでなく、膜特性を改善できることが判
明した。これは、バイアス印加によるイオン引き込みと
高密度プラズマとが相乗的に作用し、多量のイオン衝撃
を受けて、カーボン膜はダイヤモンド構造をより多く含
むダイヤモンドライクカーボン膜となったものと考えら
れる。

【００３６】以上のように、原料ガスにＣＨ_４やＣ_６Ｈ
_５ＣＨ_３等の炭化水素を使用した場合には、ＤＬＣ膜が
形成されるが、例えば、原料ガスとしてシランガスを使
用した場合には、アモルファスシリコンを成膜すること
ができる。この方法によれば、従来のプラズマ内に高密
度領域を形成することになるので、放電電力増加による
堆積速度を向上させる場合と異なり、膜中に欠陥を生じ
させることなく、良質な膜質及び均一な膜厚分布のアモ
ルファスシリコンを大面積の基板に高速成膜することが
できる。この場合、基板は大型のガラス基板であるの
で、前述したように、矩形形状の閉ループ型発生機構等
を採用すれば良い。なお、アモルファスシリコン形成の
場合は、イオン種による衝撃により欠陥を生じるため、
負の基板バイアスは印加しない方がよい。同様に、原料
ガスにシラン・アンモニア・窒素等の反応ガスを使用し
た場合には、半導体や電子部品の保護膜や絶縁膜に有効
である良質な膜質及び均一な膜厚分布の窒化シリコンを
高速で形成することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、ハードディスク情報記録媒体である磁気ディス
クのカーボン保護膜やアモルファスシリコン等の非晶質
半導体あるいは窒化シリコン等の集積回路における絶縁
膜等を、巨大な装置構成を必要とせず、簡単な構成で小
型かつ安価に製造することができ、基板の有効表面にわ
たって均一な膜厚の高特性薄膜を高速で堆積することが
できるＰＣＶＤ装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＰＣＶＤ装置の一構成例を示す概略断
面図である。

【図２】閉ループ型磁界発生機構の一例を示す概略図で
ある。

【図３】中心及び外周磁石の取り付け方法を示す概略図
である。

【図４】本発明の閉ループ型磁界発生機構の他の例を示
す概略図である。

【図５】中心及び外周磁石と基板との配置をを示す概略
図である。

【符号の説明】

１真空室、２排気口、３ガス導入管、４平板状電極、５電極プレート、６シャワープレート、７電極ブロック、８絶縁リング、９電極シールド、１０，１１閉ループ型磁界発生機構（プラズマ高密度
化機構）、１２，１３磁石ケース、１４支柱、１５外周磁石ケース固定板、２１基板、２２基板ホルダー、３０プラズマ。

フロントページの続きＦターム(参考） 4K030 BA28 BA30 EA05 FA01 GA01 KA20 KA22 KA30 KA34 LA18 LA20 4M104 AA10 BB01 DD44 GG09 5D112 AA07 BC05 FB26 FB29 5F045 AA08 AB04 AB07 AB33 AC01 AF10 AF11 BB02 BB08 BB09 EH04 EH05 EH06 EH14 EH16 EH19 EJ01 EJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空室内に、平板状放電電極と基板とを
互いに対向して設置し、真空室内に導入した反応性ガス
をプラズマ発生手段によりプラズマ化し、基板上に薄膜
を形成するプラズマＣＶＤ装置であって、前記基板と前
記平板状放電電極との間の空間に、基板表面近傍に高密
度プラズマ領域を形成するための磁界を発生させる閉ル
ープ型磁界発生機構を設けたことを特徴とするプラズマ
ＣＶＤ装置。
【請求項２】前記基板の前記平板状放電電極と反対側
に、第２の平板状放電電極を設け、前記基板と第２の放
電電極との間の空間に、第２の閉ループ型磁界発生機構
を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。
【請求項３】前記閉ループ型磁界発生機構は、前記基
板の中心軸と同軸に配置され、該軸方向又は径方向に着
磁された中心磁石と、その外周に軸対称に配置され、前
記中心磁石と逆方向に着磁された外周磁石と、からなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマＣＶ
Ｄ装置。
【請求項４】前記閉ループ型磁界発生機構は、前記基
板の両側に配置された２つの環状の外周磁石であり、該
２つの外周磁石の着磁方向を基板面に垂直又は平行と
し、かつ互いに反発するように配置したことを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項５】前記基板の前記平板状放電電極と反対側
に、第２の平板状放電電極を設けたことを特徴とする請
求項４項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項６】前記中心磁石及び／又は外周磁石は移動
可能に配置したことを特徴とする請求項３〜５のいずれ
か１項に記載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項７】前記磁石に冷却機構を設けたことを特徴
とする請求項３〜６のいずれか１項に記載のプラズマＣ
ＶＤ装置。
【請求項８】前記基板にバイアスを印加する手段を設
けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記
載のプラズマＣＶＤ装置。
【請求項９】前記基板は、中心孔を有する基板である
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の
プラズマＣＶＤ装置。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載さ
れたプラズマＣＶＤ装置に所定の反応性ガスを導入し、
前記放電電極に電力を印加して前記基板近傍に高密度プ
ラズマを発生させ、前記反応ガスの構成元素を少なくと
も１つ含む薄膜を前記基板上に堆積することを特徴とす
る薄膜形成方法。