JP2001303253A - Thin film forming apparatus - Google Patents

Thin film forming apparatus

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JP2001303253A
JP2001303253A JP2000129348A JP2000129348A JP2001303253A JP 2001303253 A JP2001303253 A JP 2001303253A JP 2000129348 A JP2000129348 A JP 2000129348A JP 2000129348 A JP2000129348 A JP 2000129348A JP 2001303253 A JP2001303253 A JP 2001303253A
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JP
Japan
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thin film
inlet
plasma
mesh
film forming
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Application number
JP2000129348A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroaki Tamamaki
宏章 玉巻
Masaya Nomura
雅也 野村
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film forming apparatus with which a thin film of a high quality can reliably be obtained at a high speed. SOLUTION: This thin film forming apparatus employing the plasma CVD to form a thin film on a base material includes a plasma generating chamber for generating the ECR plasma to which a magnetic field is applied to a periphery thereof by a magnetic coil and into which an upstream gas is introduced with the introduction of microwaves, an inlet for supplying a downstream gas, and a mesh installed between the inlet and a polymer base material or between the plasma generating chamber and the inlet. The inlet for introducing the downstream gas in disposed so that the supplied downstream gas is uniformly distributed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチック基板
等の基材へのプラズマCVDによる薄膜形成装置に関す
る。
The present invention relates to an apparatus for forming a thin film on a substrate such as a plastic substrate by plasma CVD.

【0002】[0002]

【従来の技術】高性能で地球にやさしい自動車が求めら
れている時代背景の中で、自動車部品のプラステイック
化が押し進められ、自動車の軽量化による燃費向上が図
られてきた。特に熱可塑性プラステイックは、リサイク
ルしやすい材料として注目を集め、積極的な自動車部品
への採用が試みられている。しかし、プラステイック材
料は金属材料に比べ、機械的強度、表面硬度が低く、耐
擦傷性に劣る。さらにその表面は、太陽の紫外線、熱に
より、変色、強度低下を起こし、耐候性は決して良くな
い。自動車の機能、品質を考慮するとプラステイックが
採用できる部品には限界がある。今後、プラステイック
に何らかの表面処理を施して機能向上を図らない限り、
自動車部品のプラステイック化の進展は期待できない。
2. Description of the Related Art In the era of the demand for high-performance and eco-friendly automobiles, the use of plastic parts for automobiles has been promoted, and fuel economy has been improved by reducing the weight of automobiles. In particular, thermoplastic plastic has attracted attention as an easily recyclable material, and its active use in automotive parts has been attempted. However, plastic materials have lower mechanical strength and surface hardness than metal materials and are inferior in scratch resistance. Furthermore, the surface is discolored and weakened by the ultraviolet rays and heat of the sun, and the weather resistance is never good. Considering the functions and quality of automobiles, there are limits to the parts that can be used with plastic. In the future, unless the plastic is subjected to some surface treatment to improve its function,
No progress in plastic parts is expected.

【0003】上記のような、プラステイックの表面処理
方法として、プラズマCVDによる薄膜形成方法が従来
行われている。プラズマCVDによれば、基板温度を4
00℃以上に加熱することによって薄膜中の不純物を除
去して良質な薄膜をコートすることができる。しかし、
耐熱性の低いプラステイックへのコートは不可能であっ
た(スニル・ウィクラマナヤカ、畑中義式他、電子情報
通信学会、技術報告、Vol.93,p.91-86,'93年)。そこ
で、同一のプラズマ装置内で高分子基材をまず非重合性
のガス、例えばCO、H2 、O2 でプラズマ処理し、皮
膜の接着性を上昇させてから、有機珪素化合物のプラズ
マ重合により、耐久性の優れたプラズマ重合皮膜を形成
させるようにした方法がある。しかし、その薄膜は、基
材との接着性に優れるが、不純物である、炭素や、水分
を多く含むため、さほど硬さを有することなく、耐擦傷
性に劣るといった問題があった(特開昭62−1329
40号公報)。一方、真空反応室に反応ガスを導入し、
875ガウスの磁界をかけ、マイクロ波を印加すると電
子サイクロトロン共鳴(ECR)効果により、プラズマ
中の電子がマイクロ波の電界により加速し、高密度プラ
ズマが生成でき、このことを利用したECRプラズマ装
置が開発された(特開昭56−155535号公報)。
As a plastic surface treatment method as described above, a thin film forming method by plasma CVD has been conventionally performed. According to the plasma CVD, a substrate temperature of 4
By heating to 00 ° C. or higher, impurities in the thin film can be removed and a good quality thin film can be coated. But,
It was not possible to coat a plastic with low heat resistance (Sunil Wikramanayaka, Yoshinori Hatanaka et al., IEICE, Technical Report, Vol.93, p.91-86, '93). Therefore, the polymer substrate is first treated with a non-polymerizable gas, for example, CO, H 2 , O 2 in the same plasma device to increase the adhesiveness of the film, and then subjected to plasma polymerization of the organosilicon compound. And a method for forming a plasma-polymerized film having excellent durability. However, the thin film is excellent in adhesion to the base material, but has a problem that it does not have much hardness and is poor in abrasion resistance because it contains a large amount of impurities such as carbon and water (Japanese Patent Application Laid-Open (JP-A) No. 2002-110630). 62-1329
No. 40). Meanwhile, a reaction gas is introduced into the vacuum reaction chamber,
When a magnetic field of 875 Gauss is applied and microwaves are applied, electrons in the plasma are accelerated by the microwave electric field due to the electron cyclotron resonance (ECR) effect, and high-density plasma can be generated. It was developed (JP-A-56-155535).

【0004】しかし、上記従来の方法では、供給ガスを
多量に使用するため、ランニングコストが高いうえ、装
置の汚れも激しく、メンテナンスに手間とコストが多く
かかった。また、皮膜形成に多大な時間を要するため、
プラスチック製基板への熱付加が未だ大きく、基板のダ
メージが大きくなり、皮膜中に残留歪み、クラックが生
じる問題があった。
However, in the above-mentioned conventional method, a large amount of supplied gas is used, so that the running cost is high, the apparatus is very dirty, and maintenance is troublesome and costly. Also, it takes a lot of time to form a film,
There is a problem in that the heat applied to the plastic substrate is still large, the damage to the substrate is increased, and residual strain and cracks are generated in the coating.

【0005】そこで、高品質膜の低温堆積が可能なEC
RプラズマCVD(電子共鳴サイクロトロン共鳴プラズ
マ式化学蒸着、Electron Cycrotron Resonance Plasma
Assisted Chemical Vapor Deposition)技術を利用し
て、プラスチック表面に透明なSiC膜を薄く堆積さ
せ、意匠性を損なうことなしに表面硬度を向上させるよ
うにした高分子基材へのプラズマCVDによるSiO2
薄膜形成方法及び装置を開発した(特願平8―5258
0号)。この装置では、メッシュをプラズマ発生室と供
給ガスの導入口との間に設置し、このメッシュによって
プラズマ中の電子を捕らえて、アースに逃がして、プラ
ズマ中のラジカル(中性子)のみを通過させ、成膜速度
を向上させるようにしている。しかしながら、上記技術
においても、コートされるSiO2 皮膜の硬度には限界
があり、より硬度の高い薄膜を形成することが要望され
ていた。また、SiO2 皮膜は、紫外線を透過するた
め、プラスチック材にこのような薄膜を形成しても、プ
ラスチック材が紫外線によって劣化するおそれがあっ
た。すなわち、約4.5eV〜5eVのバンドギャップ
を持つSiC膜は、約8eVのバンドギャップを持つS
iO2 膜と比較するとバンドギャップが小さく、紫外線
カット特性を有する。
[0005] Therefore, an EC capable of depositing a high quality film at a low temperature is used.
R Plasma CVD (Electron Resonance Cyclotron Resonance Plasma Chemical Vapor Deposition, Electron Cycrotron Resonance Plasma
Using the Assisted Chemical Vapor Deposition) technique, a transparent SiC film to the plastic surface is a thin deposition, SiO 2 by Plasma CVD to polymer substrates so as to improve the surface hardness without compromising the design of
Developed thin film forming method and apparatus (Japanese Patent Application No. 8-5258)
No. 0). In this device, a mesh is installed between the plasma generation chamber and the supply gas inlet, and this mesh captures electrons in the plasma, escapes to ground, and allows only radicals (neutrons) in the plasma to pass. The film forming speed is improved. However, even in the above technique, the hardness of the SiO 2 film to be coated is limited, and it has been demanded to form a thinner film having higher hardness. Further, since the SiO 2 film transmits ultraviolet light, even if such a thin film is formed on a plastic material, the plastic material may be deteriorated by the ultraviolet light. That is, a SiC film having a band gap of about 4.5 eV to 5 eV is an SC film having a band gap of about 8 eV.
Compared with the iO 2 film, the band gap is small, and the film has an ultraviolet cut characteristic.

【0006】このようなことに鑑みて、プラスチック基
材の表面に、十分な硬度と紫外線に対する耐候性を備え
るSiC薄膜を低温で形成することを可能とする高分子
基材へのプラズマCVDによるSiC薄膜形成方法及び
装置を、特願平8−288156号(特開平10−81
971号)として開発した。
In view of the above, SiC thin film having sufficient hardness and weather resistance to ultraviolet light can be formed on the surface of a plastic substrate at a low temperature by SiC by plasma CVD on a polymer substrate. A method and an apparatus for forming a thin film are disclosed in Japanese Patent Application No. 8-288156 (JP-A-10-81).
971).

【0007】しかしながら、この薄膜形成装置において
も、未だに以下の問題点を持っていた。 (1)原料ガス(ダウンストリームガス)導入口の形状
や、プラズマ密度分布により、形成した薄膜の厚さに同
心円状のむらが生じてしまう。 (2)長時間にわたる連続運転により、メッシュに膜成
分が付着し、膜形成速度が低下してしまい、高い品質の
薄膜を高速で得るといった本来の特性を発揮できなくす
るおそれがあった。 (3)本来、メッシュは、基板に近づけるほうが、成膜
速度が上がるが、基板をメッシュに近づけ過ぎると、形
成した薄膜にメッシュ跡が転写されてしまい、品質の劣
化を招く。よって、高い品質の薄膜を得るためには、成
膜速度を犠牲にして、ある程度メッシュを基板から遠ざ
けなければならなかった。
However, this thin film forming apparatus still has the following problems. (1) Concentric unevenness occurs in the thickness of the formed thin film due to the shape of the material gas (downstream gas) inlet and the plasma density distribution. (2) Due to continuous operation for a long time, a film component adheres to the mesh, and the film formation speed is reduced, and there is a possibility that original characteristics such as obtaining a high-quality thin film at high speed may not be exhibited. (3) Originally, the closer the mesh is to the substrate, the higher the film formation speed is. However, if the substrate is too close to the mesh, the trace of the mesh is transferred to the formed thin film, resulting in deterioration of quality. Therefore, in order to obtain a high quality thin film, the mesh has to be moved away from the substrate to some extent at the expense of the film forming speed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
対して、高い品質の薄膜を高速度で得ることが確実にで
きるようにした薄膜形成装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thin film forming apparatus capable of reliably obtaining a high quality thin film at a high speed in view of the above circumstances.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る薄膜形成装置は、周囲に配置した磁気
コイルによって磁界を印加され、マイクロ波が導入され
るとともにアップストリームガスが導入されるようにし
たECRプラズマを発生させるためのプラズマ発生室
と、ダウンストリームガスを供給するための導入口と、
該導入口と高分子基材との間又は上記プラズマ発生室と
上記導入口との間に設置したメッシュとを含む基材への
プラズマCVDによる薄膜形成装置において、上記ダウ
ンストリームガスを導入するための導入口を、供給する
該ダウンストリームガスが均一に分散するように構成し
たことを特徴とする。
In order to achieve the above object, in a thin film forming apparatus according to the present invention, a magnetic field is applied by a magnetic coil arranged around the apparatus, and a microwave is introduced and an upstream gas is introduced. A plasma generation chamber for generating ECR plasma, and an inlet for supplying a downstream gas;
In order to introduce the downstream gas in a thin film forming apparatus by plasma CVD on a substrate including a mesh provided between the inlet and the polymer substrate or between the plasma generating chamber and the inlet. Is characterized in that the downstream gas supplied is uniformly dispersed.

【0010】また、本発明に係る薄膜形成装置は、他の
形態として、上記メッシュを中心部において密になるよ
うに構成したことを特徴とする。さらに、本発明に係る
薄膜形成装置は、他の形態として、上記メッシュを移動
可能に設置したことを特徴とする。さらにまた、本発明
に係る薄膜形成装置は、他の形態として、上記メッシュ
を振動させるようにしたことを特徴とする。
In another aspect, the thin film forming apparatus according to the present invention is characterized in that the mesh is formed so as to be dense at the center. Further, the thin film forming apparatus according to the present invention is characterized in that, in another aspect, the mesh is movably installed. Furthermore, the thin film forming apparatus according to the present invention is characterized in that, in another aspect, the mesh is vibrated.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る薄膜形成装
置の一実施の形態を示す。この装置は、後述するよう
に、HMDSを用いてSiCの薄膜を形成する装置に関
する実施の形態である。この装置は、横型構成のECR
プラズマCVD装置で、プラズマ発生室1の周囲に磁気
コイル2を配置し、プラズマ発生室1内にECR条件で
ある磁界を印加し、マイクロ波を発生室1に導入3さ
せ、プラズマを発生させる。なお、3aは石英ガラスで
ある。磁気コイル2の磁界分布はプラズマ発生室1から
試料室4の方向に低くなる発散磁界型である。アップス
トリームのガスをマスフローコントローラで流量制御し
て、プラズマ発生室内に導入5し、ECRプラズマを発
生させる。アップストリームに供給されるガスとして
は、H2 、He、Ar等を挙げることができる。ただ
し、H2 がHMDSを最も良く分解するので最適であ
る。
FIG. 1 shows an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention. This apparatus is an embodiment relating to an apparatus for forming a SiC thin film using HMDS, as described later. This device is a horizontal ECR
In the plasma CVD apparatus, a magnetic coil 2 is arranged around the plasma generation chamber 1, a magnetic field that is an ECR condition is applied to the inside of the plasma generation chamber 1, and microwaves are introduced 3 into the generation chamber 1 to generate plasma. 3a is a quartz glass. The magnetic field distribution of the magnetic coil 2 is of a divergent magnetic field type that decreases from the plasma generation chamber 1 to the sample chamber 4. The upstream gas is flow-controlled by the mass flow controller and introduced into the plasma generation chamber 5 to generate ECR plasma. Examples of the gas supplied to the upstream include H 2 , He, and Ar. However, it is optimal since H 2 is best degrade HMDS.

【0012】さらに、ダウンストリームにおいて、別の
ガスを流量制御してリング状の導入口6から流し込み、
PC(ポリカーボネート樹脂)あるいはPP(ポリプロ
ピレン)等の高分子基材7(プラスチック製の基板)表
面にSiC膜を堆積することができる。本発明の適用の
対象となるプラスチック製の基板7の原料としては、ポ
リカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)の
他、ポリエチレン(PE)、ポリスチレン(PS)等の
高分子を挙げることができる。本発明では、リング状の
導入口6から流し込むダウンストリームガス(原料ガ
ス)として、ヘキサメチルジシラン(HMDS)をHe
ガスによってバブリングしたものを用いる。なお、本発
明に好適な他のケイ素含有化合物も用いることができ
る。
Further, in the downstream, another gas is flow-controlled from the ring-shaped inlet 6 by controlling the flow rate,
An SiC film can be deposited on the surface of a polymer substrate 7 (plastic substrate) such as PC (polycarbonate resin) or PP (polypropylene). Examples of the raw material of the plastic substrate 7 to which the present invention is applied include polymers such as polyethylene (PE) and polystyrene (PS) in addition to polycarbonate (PC) and polypropylene (PP). In the present invention, Hexamethyldisilane (HMDS) is used as He as a downstream gas (source gas) flowing from the ring-shaped inlet 6.
Use what has been bubbled with gas. Note that other silicon-containing compounds suitable for the present invention can also be used.

【0013】このHMDSと水素ガスを用いたプラズマ
CVDでは、まずアップストリーム・プラズマからの水
素ラジカルにより、HMDSのSi−Si結合が切断さ
れ、前駆体が生じる。さらに、その前駆体が反応して、
SiC膜が堆積していくと考えられている。
In the plasma CVD using HMDS and hydrogen gas, first, a hydrogen radical from upstream plasma breaks the Si—Si bond of HMDS to generate a precursor. In addition, the precursor reacts,
It is believed that the SiC film will be deposited.

【0014】本発明のリング状の導入口6から供給され
る原料ガスの供給システムは、恒温室8、MFC(マス
フローコントローラ)装置9,10、バブリング用He
ガスのタンク11、液体HMDSを内蔵した容器12及
び供給ライン13を含む。この供給システムでは、恒温
室8の28℃に保った容器12内に液体状で存在するH
MDSに、MFC装置9を経由してバブルガスとしてH
eガスを導入する。バブリングされたHMDSは、MF
C装置10を経由して、供給ライン13を通してダウン
ストリームガスとして導入口6から供給される。
The supply system of the source gas supplied from the ring-shaped inlet 6 of the present invention includes a constant temperature chamber 8, MFC (mass flow controller) devices 9 and 10, a bubbling He
It includes a gas tank 11, a container 12 containing a liquid HMDS, and a supply line 13. In this supply system, the H existing in the liquid state in the container 12 maintained at 28 ° C. in the constant temperature chamber 8 is used.
The MDS is supplied with H gas as bubble gas via the MFC device 9.
e gas is introduced. The bubbled HMDS is MF
The gas is supplied from the inlet 6 as a downstream gas through the supply line 13 via the C device 10.

【0015】本実施の形態において、該導入口6は、図
2に拡大して示すように長方形状の縦側内周面に小孔6
aが複数穿設されており、その小孔よりガスが均一に流
れ出るようになっている。この左右の小孔6a同士は、
互いに縦方向でずれている。したがって、図の点線の矢
印で示すように、流出したガス同士が干渉し合わない構
成となっている。さらに、小孔6aの流出方向は、基板
側に向けて5〜20°の角度θが設けられており、確実
にガス同士の干渉を避けることができるようになってい
る。
In the present embodiment, the inlet 6 has a small hole 6 formed in a rectangular inner peripheral surface as shown in an enlarged view in FIG.
a are provided in a plurality of holes so that gas flows out uniformly from the small holes. The left and right small holes 6a are
They are vertically offset from each other. Therefore, as shown by the dotted arrows in the drawing, the outflowing gases do not interfere with each other. Further, the outflow direction of the small holes 6a is provided with an angle θ of 5 to 20 ° toward the substrate side, so that interference between gases can be reliably avoided.

【0016】従来、この導入口6は、円形状に構成され
ていた。このため、導入されたガスが、中心部に集ま
り、均一な分散を行うことができなかった。上記構成と
することにより、供給する該ダウンストリームガスが均
一に分散するようになる。これによって、形成した薄膜
の厚さに同心円状のむらが生じてしまうといった従来の
欠点が解消される。よって、高い品質の薄膜を高速度で
得ることができる。
Conventionally, the inlet 6 is formed in a circular shape. For this reason, the introduced gas gathered at the center and could not be uniformly dispersed. With the above configuration, the supplied downstream gas is uniformly dispersed. This eliminates the conventional disadvantage that concentric unevenness occurs in the thickness of the formed thin film. Therefore, a high-quality thin film can be obtained at a high speed.

【0017】さらに、この装置では、アースに接続した
円形メッシュ14をリング状供給ガス導入口6と基板7
の間に設けている。メッシュ14は、一般的に金属製
(ステンレスが好ましい)であり、アースするかもしく
は直流の正、負電圧を印加している。15で示したもの
は直流電源である。メッシュ14は、プラズマ中の電子
を捕らえて、アースに逃がして、プラズマ中のラジカル
(中性子)のみを通過させる役目を持つ、そのためメッ
シュの直径、ワイヤーの太さ格子の寸法が重要である。
メッシュ14は、リング形状の供給ガス導入口6の直径
と生成するこの地点でのプラズマストリーム16の直径
よりも大きくなければならない。例えば、メッシュ14
をステンレス製ワイヤーで構成した場合、太すぎると形
成膜表面にワイヤーの影が転写され、凹凸になるため、
ある程度細くなければならない。したがって、ワイヤー
の直径はφ0.1mm以上1mm以下が好ましい。
Further, in this apparatus, the circular mesh 14 connected to the ground is connected to the ring-shaped supply gas inlet 6 and the substrate 7.
It is provided between. The mesh 14 is generally made of metal (preferably stainless steel), and is grounded or applies a DC positive or negative voltage. The reference numeral 15 indicates a DC power supply. The mesh 14 has a role of catching electrons in the plasma, escaping to the ground, and passing only radicals (neutrons) in the plasma, and therefore, the diameter of the mesh and the size of the wire thickness grid are important.
The mesh 14 must be larger than the diameter of the ring-shaped feed gas inlet 6 and the diameter of the plasma stream 16 at this point to be generated. For example, mesh 14
If a stainless steel wire is used, if the wire is too thick, the shadow of the wire will be transferred to the surface of the formed film, resulting in unevenness.
It must be thin to some extent. Therefore, the diameter of the wire is preferably φ0.1 mm or more and 1 mm or less.

【0018】メッシュ14の格子サイズは、大きすぎる
とプラズマ中の電子をトラップできず、ラジカルと一緒
にメッシュ14を通過してしまうため、ある程度小さく
しなければならない。したがって、5mm×5mm以下
が好ましい。ただし、格子の形状は限定されることな
く、例えば8角形でも良く、格子1つの面積サイズが2
5mm2 以下であることが好ましい。ECRプラズマC
VD装置内に設置されるメッシュ14の位置ならびにリ
ング状供給ガス導入口6と基板7(プラスチックあるい
は金属、セラミックス、素材は特に限定されない)の位
置関係のマッチングが、SiC膜の低温高速形成の上で
重要である。メッシュ14が設置される位置は、基板7
側に近づけるのではなく、リング状供給ガス導入口6に
近いほどSiC膜の成膜速度は、上昇するので望まし
い。また、プラズマ発生室1内、あるいは、プラズマ発
生室1とリング状供給ガス導入口6の間にメッシュ14
を設置しても効果がある。
If the lattice size of the mesh 14 is too large, the electrons in the plasma cannot be trapped and pass through the mesh 14 together with the radicals. Therefore, it is preferably 5 mm × 5 mm or less. However, the shape of the grid is not limited, and may be, for example, an octagon, and the area size of one grid is 2
It is preferably 5 mm 2 or less. ECR Plasma C
Matching of the position of the mesh 14 installed in the VD apparatus and the positional relationship between the ring-shaped supply gas inlet 6 and the substrate 7 (plastics, metals, ceramics, and materials are not particularly limited) can improve the low-temperature and high-speed formation of the SiC film. Is important. The position where the mesh 14 is installed depends on the position of the substrate 7.
It is desirable that the film formation rate of the SiC film be increased closer to the ring-shaped supply gas inlet 6 instead of closer to the side. Further, a mesh 14 is formed in the plasma generation chamber 1 or between the plasma generation chamber 1 and the ring-shaped supply gas inlet 6.
It is effective to install

【0019】メッシュ14をアースすること、あるいは
マイナスからプラスまで直流電圧を印加することによっ
て、プラズマ中の電子、負イオン、正イオンの量をコン
トロールすることができる。直流電圧を−50Vから+
50の範囲で印加すると成膜スピードは上昇する。特に
OV、つまりメッシュ14をアースだけして、電圧を印
加しない場合がプラズマ中の電子のトラップ効果が最も
高く、成膜速度が著しく高くなる(後述する実施例参
照)。SiC膜の成膜速度を高めるにはメッシュ14を
アースすることが良好である。なお、メッシュ14に直
流電圧を印加する場合、メッシュ14は反応室と完全に
絶縁されてなければならない。ステンレスメッシュ14
は、プラズマ中の電子を捕らえて、アースに逃がし、プ
ラズマ中のラジカル(中性子)のみを通過させる役割を
果たす。
The amount of electrons, negative ions and positive ions in the plasma can be controlled by grounding the mesh 14 or applying a DC voltage from negative to positive. DC voltage from -50V to +
When the voltage is applied in the range of 50, the film forming speed increases. In particular, when the OV, that is, when the mesh 14 is only grounded and no voltage is applied, the effect of trapping electrons in the plasma is the highest, and the film formation speed becomes extremely high (see Examples described later). In order to increase the deposition rate of the SiC film, it is preferable to ground the mesh 14. When a DC voltage is applied to the mesh 14, the mesh 14 must be completely insulated from the reaction chamber. Stainless mesh 14
Plays a role in capturing electrons in the plasma, escaping to the ground, and passing only radicals (neutrons) in the plasma.

【0020】基板7を加熱せずに不純物を含まない良質
SiCをコートするためには、発生したプラズマ条件の
精密制御が必要となる。特に原料の供給ガスの供給量が
重要である。HeによってバブリングされたHMDSを
原料ガスとした場合、0.8から1sccm〔standard
cc/min の略、SI単位系では、cc/min(at 25℃)〕の間
が好適である。1sccmを超えると、反応室内に余分
な膜が付着するようになり、反応室が汚染されてしま
い、良質なSiC膜のコーテイングに障害を及ぼすよう
になる。これに対し、H2 ガスは、5から50sccm
の範囲が好適である。また、試料室4内の圧力は、0.
05から2Paの範囲が好適である。さらに、このプラ
ズマ条件でアースしたメッシュ14をリング状供給ガス
導入口6から0〜50mmの位置に設置すると、著しく
成膜スピードが上昇し効果的である。また、メッシュを
用いても、膜質は低下することはない。マイクロ波の出
力は、100Wから200Wの間が好ましく、特に、1
50W付近が良い。後述する実施例から了解されるよう
に、出力が150Wを超えると、堆積速度が低下してし
まう。
In order to coat high-quality SiC containing no impurities without heating the substrate 7, precise control of generated plasma conditions is required. In particular, the supply amount of the raw material supply gas is important. When HMDS bubbled by He is used as a source gas, 0.8 to 1 sccm [standard
Abbreviation of cc / min, in the SI unit system, is preferably between cc / min (at 25 ° C.). If it exceeds 1 sccm, an extra film will adhere to the reaction chamber, and the reaction chamber will be contaminated, which will impair the coating of a high quality SiC film. In contrast, H 2 gas is 5 to 50 sccm
Is suitable. The pressure in the sample chamber 4 is set to 0.
The range from 05 to 2 Pa is preferred. Further, if the mesh 14 grounded under the plasma conditions is installed at a position of 0 to 50 mm from the ring-shaped supply gas inlet 6, the film formation speed is significantly increased, which is effective. Further, even if a mesh is used, the film quality does not deteriorate. The power of the microwave is preferably between 100 W and 200 W,
Around 50W is good. As will be understood from the examples described later, when the output exceeds 150 W, the deposition rate decreases.

【0021】基板温度は、室温でも良い。しかし、加熱
が可能なプラスチックでは、200℃以上の加熱が良
い。不純物である酸素(O)の含有率が低下するからで
ある。200℃以下の耐熱性を有するプラスチック、す
なわち、室温から200℃未満において使用することが
好適な基板素材としては、ポリアセタール樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレ
ン、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチ
レン、エチレン酸ビスポリマー、エチレンビニルアルコ
ール、ポリフェニレンエーテル、ポリブタジエン、AB
S樹脂、塩化ビニル、ポリアレート、ポリウレタン系樹
脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ユリア樹
脂、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、及び直
鎖状低密度ポリエチレン等を挙げることができる。20
0℃以上の耐熱性を備えたプラスチックとしては、ポリ
イミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリア
ミドフェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン樹脂、
ポリエーテルスルフォン樹脂、及び芳香族ポリエステル
等を挙げることができる。さらに、上記図1の装置にお
いて、冷却水供給口17より冷却水を供給し、冷却水排
出口18より冷却水を排出する。また、7aは基板7の
加熱装置である。
The substrate temperature may be room temperature. However, for plastics that can be heated, heating at 200 ° C. or higher is preferred. This is because the content of oxygen (O) as an impurity is reduced. Plastics having heat resistance of 200 ° C. or less, that is, substrate materials suitable for use at room temperature to less than 200 ° C. include polyacetal resins, epoxy resins, polybutylene terephthalate, polypropylene, methacrylic resins, polycarbonate resins, polystyrene, and ethylene. Acid bispolymer, ethylene vinyl alcohol, polyphenylene ether, polybutadiene, AB
Examples thereof include S resin, vinyl chloride, polyalate, polyurethane resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, urea resin, high density polyethylene, low density polyethylene, and linear low density polyethylene. 20
Plastics having heat resistance of 0 ° C. or higher include polyimide resin, polyethylene terephthalate resin, polyamide phenol resin, fluorine resin, silicone resin, polyphenylene sulfide, polyether ketone resin,
Examples thereof include polyether sulfone resins and aromatic polyesters. Further, in the apparatus shown in FIG. 1, the cooling water is supplied from the cooling water supply port 17 and the cooling water is discharged from the cooling water discharge port 18. 7a is a heating device for the substrate 7.

【0022】なお、基板温度を600℃以下とする場合
には、アモルファス膜もしくは透明アモルファス膜が形
成され、700℃以上とする場合には、多結晶膜が形成
される。
When the substrate temperature is lower than 600 ° C., an amorphous film or a transparent amorphous film is formed, and when the substrate temperature is higher than 700 ° C., a polycrystalline film is formed.

【0023】本発明は、上記導入口6を従来と同一とし
た場合であっても、上記メッシュ14を改良して実施す
ることができる。図3は、そのような実施の形態を示
す。この実施の形態のうち、図3の(a)に示したメッ
シュ31は、中心が密であって、外側が疎であるように
構成したメッシュである。また、図3の(b)で示すよ
うな、一方向にのみワイヤーの走るメッシュ32を準備
し、これを二枚準備して図3の(c)に示すように直交
させるようにし、互いに近接して配置するようにしても
良い。メッシュ31もメッシュ32も流れ方向から見た
メッシュサイズが図1の実施の形態と同様25mm2
下になるように設定する。図3の実施の形態では、メッ
シュを中心部において密になるように構成している。こ
れによって、プラズマ密度分布が均質化し、形成した薄
膜の厚さに同心円状のむらができるといったことが生じ
ない。したがって、装置本来の高い品質の薄膜を高速で
得ることができるといった効果を満足することができ
る。
The present invention can be implemented by improving the mesh 14 even when the inlet 6 is the same as the conventional one. FIG. 3 shows such an embodiment. In this embodiment, the mesh 31 shown in FIG. 3A is a mesh configured such that the center is dense and the outside is sparse. Also, as shown in FIG. 3 (b), a mesh 32 in which the wire runs only in one direction is prepared, and two meshes are prepared so as to be orthogonal to each other as shown in FIG. 3 (c). You may make it arrange | position. Both the mesh 31 and the mesh 32 are set so that the mesh size as viewed from the flow direction is 25 mm 2 or less as in the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 3, the mesh is configured to be dense at the center. As a result, the plasma density distribution is not homogenized, and concentric unevenness in the thickness of the formed thin film does not occur. Therefore, the effect of being able to obtain a high-quality thin film inherent to the device at a high speed can be satisfied.

【0024】なお、従来のメッシュ14に対し、小さい
径(直径2〜4cm)のメッシュを重ねて配置するよう
にしても、プラズマ密度分布を均質化するといった目的
を達成することができる。また、図2に示したガス導入
口6と、このようにメッシュを中心部において密になる
ように構成することにより、より効果を高めることがで
きる。
It is to be noted that, even if a mesh having a small diameter (2 to 4 cm in diameter) is superposed on the conventional mesh 14, the object of homogenizing the plasma density distribution can be achieved. Further, by configuring the gas inlet 6 shown in FIG. 2 and the mesh so as to be dense at the central portion, the effect can be further enhanced.

【0025】図4は、メッシュを移動可能に設置した実
施の形態を示す。この形態では、メッシュ41を滑車4
2に掛け渡したワイヤー43に装着し、モータ44の回
転により、ワイヤー43を摺動させるように構成してい
る。ワイヤー43が摺動することによって、メッシュ4
1がガイド45内で摺動する。これによって、プラズマ
の当たる領域Pが変化する。この実施の形態では、メッ
シュ41に膜成分が付着した場合でも、メッシュ41が
移動することによって、新たなメッシュ面が現れ、導電
性が確保される。長時間にわたる連続運転により、メッ
シュに膜成分が付着し、膜形成速度が低下してしまい、
高い品質の薄膜を高速で得るといった本来の特性を発揮
できなくなるといった従来の欠点が解消される。なお、
メッシュ41は、3時間程度の間隔を空けて移動するこ
とが好適である。
FIG. 4 shows an embodiment in which a mesh is movably installed. In this embodiment, the mesh 41 is connected to the pulley 4
It is configured to be mounted on the wire 43 wrapped around 2 and to slide the wire 43 by the rotation of the motor 44. When the wire 43 slides, the mesh 4
1 slides in the guide 45. Thus, the region P to which the plasma is applied changes. In this embodiment, even when a film component adheres to the mesh 41, a new mesh surface appears by moving the mesh 41, and the conductivity is secured. Due to continuous operation for a long time, the film component adheres to the mesh, and the film formation speed decreases,
The conventional disadvantage that the original characteristics such as obtaining a high quality thin film at high speed cannot be exhibited is solved. In addition,
It is preferable that the mesh 41 moves at intervals of about 3 hours.

【0026】本発明では、さらに、別の実施の形態とし
て、メッシュを常時振動させるようにすることとしても
良い。係る振動は、上記図2から図4について示したい
ずれの実施の形態のメッシュでも付加することができ
る。また、図1の従来の形態のメッシュでも実施するこ
とができる。振動を付与する手段は、当業者にとって公
知の手段、例えば、レシプロ、又はロータリーの機能を
備えた各種振とう機を採用することができる。振動をメ
ッシュに付与することにより、メッシュ跡が基板に転写
されることがなく、メッシュを、基板に近づけることが
でき、成膜速度が上がる。よって、高い品質の薄膜を高
速度で得ることが確実にできる。
In the present invention, as another embodiment, the mesh may be constantly vibrated. Such vibration can be added to the mesh of any of the embodiments shown in FIGS. Further, the present invention can be implemented with the conventional mesh shown in FIG. As means for imparting vibration, means known to those skilled in the art, for example, various shakers having a reciprocating or rotary function can be employed. By imparting the vibration to the mesh, the trace of the mesh is not transferred to the substrate, the mesh can be brought closer to the substrate, and the film formation speed increases. Therefore, it is possible to reliably obtain a high-quality thin film at a high speed.

【0027】[0027]

【発明の効果】上記したところから明かなように、本発
明によれば、高い品質の薄膜を高速度で得ることが確実
にできるようにした薄膜形成装置を提供することができ
る。なお、本発明は、図1〜図4において、SiC薄膜
について説明したが、本発明の目的に沿う限り、他の薄
膜にも適用することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide a thin film forming apparatus capable of reliably obtaining a high quality thin film at a high speed. Although the present invention has been described with reference to the SiC thin film in FIGS. 1 to 4, the present invention can be applied to other thin films as long as the object of the present invention is met.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る薄膜形成装置の一実施の形態を説
明する概念図である。
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a thin film forming apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る薄膜形成装置の一実施の形態のリ
ング状導入口を拡大して示す斜視図である。
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing a ring-shaped inlet of the embodiment of the thin film forming apparatus according to the present invention.

【図3】本発明に係る薄膜形成装置に用いるメッシュの
実施の形態を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an embodiment of a mesh used in the thin film forming apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係る薄膜形成装置に用いるメッシュの
他の実施の形態を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of the mesh used for the thin film forming apparatus according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ発生室 2 磁気コイル 3 マイクロ波導入口 4 試料室 5 プラズマ発生ガス導入口 6 原料(供給)ガスの導入口 7 高分子基材 8 恒温室 9 MFC装置 10 MFC装置 11 Heガスタンク 12 HMDS容器 13 供給ライン 14 メッシュ 15 直流電源 16 プラズマストリーム 17 冷却水供給口 18 冷却水排出口 31、32、41 メッシュ 42 滑車 43 ワイヤー 44 モータ 45 ガイド P 領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation chamber 2 Magnetic coil 3 Microwave introduction port 4 Sample chamber 5 Plasma generation gas introduction port 6 Source gas (supply) gas introduction port 7 Polymer base material 8 Constant temperature chamber 9 MFC device 10 MFC device 11 He gas tank 12 HMDS container 13 Supply line 14 Mesh 15 DC power supply 16 Plasma stream 17 Cooling water supply port 18 Cooling water discharge port 31, 32, 41 Mesh 42 Pulley 43 Wire 44 Motor 45 Guide P area

Claims (4)

【特許請求の範囲】 [Claims] 【請求項1】 周囲に配置した磁気コイルによって磁界
を印加され、マイクロ波が導入されるとともにアップス
トリームガスが導入されるようにしたECRプラズマを
発生させるためのプラズマ発生室と、ダウンストリーム
ガスを供給するための導入口と、該導入口と高分子基材
との間又は上記プラズマ発生室と上記導入口との間に設
置したメッシュとを含む基材へのプラズマCVDによる
薄膜形成装置において、上記ダウンストリームガスを導
入するための導入口を、供給する該ダウンストリームガ
スが均一に分散するように構成したことを特徴とする薄
膜形成装置。
1. A plasma generation chamber for generating an ECR plasma in which a magnetic field is applied by a magnetic coil arranged around the apparatus to introduce a microwave and an upstream gas, and a downstream gas. In the thin film forming apparatus by plasma CVD on a substrate including an inlet for supplying, and a mesh provided between the inlet and the polymer substrate or between the plasma generation chamber and the inlet, A thin film forming apparatus, wherein an inlet for introducing the downstream gas is configured such that the supplied downstream gas is uniformly dispersed.
【請求項2】 周囲に配置した磁気コイルによって磁界
を印加され、マイクロ波が導入されるとともにアップス
トリームガスが導入されるようにしたECRプラズマを
発生させるためのプラズマ発生室と、ダウンストリーム
ガスを供給するための導入口と、該導入口と高分子基材
との間又は上記プラズマ発生室と上記導入口との間に設
置したメッシュとを含む基材へのプラズマCVDによる
薄膜形成装置において、上記メッシュを中心部において
密になるように構成したことを特徴とする薄膜形成装
置。
2. A plasma generation chamber for generating an ECR plasma in which a magnetic field is applied by a magnetic coil arranged around the apparatus to introduce microwaves and an upstream gas, and a downstream gas is supplied to the plasma generation chamber. In the thin film forming apparatus by plasma CVD on a substrate including an inlet for supplying, and a mesh provided between the inlet and the polymer substrate or between the plasma generation chamber and the inlet, A thin film forming apparatus characterized in that the mesh is configured to be dense at the center.
【請求項3】 周囲に配置した磁気コイルによって磁界
を印加され、マイクロ波が導入されるとともにアップス
トリームガスが導入されるようにしたECRプラズマを
発生させるためのプラズマ発生室と、ダウンストリーム
ガスを供給するための導入口と、該導入口と高分子基材
との間又は上記プラズマ発生室と上記導入口との間に設
置したメッシュとを含む基材へのプラズマCVDによる
薄膜形成装置において、上記メッシュを移動可能に設置
したことを特徴とする薄膜形成装置。
3. A plasma generating chamber for generating an ECR plasma in which a magnetic field is applied by a magnetic coil disposed around the apparatus to introduce a microwave and an upstream gas, and a downstream gas. In the thin film forming apparatus by plasma CVD on a substrate including an inlet for supplying, and a mesh provided between the inlet and the polymer substrate or between the plasma generation chamber and the inlet, A thin film forming apparatus, wherein the mesh is movably installed.
【請求項4】 周囲に配置した磁気コイルによって磁界
を印加され、マイクロ波が導入されるとともにアップス
トリームガスが導入されるようにしたECRプラズマを
発生させるためのプラズマ発生室と、ダウンストリーム
ガスを供給するための導入口と、該導入口と高分子基材
との間又は上記プラズマ発生室と上記導入口との間に設
置したメッシュとを含む基材へのプラズマCVDによる
薄膜形成装置において、上記メッシュを振動させるよう
にしたことを特徴とする薄膜形成装置。
4. A plasma generation chamber for generating an ECR plasma in which a magnetic field is applied by a magnetic coil disposed around the cell to introduce a microwave and an upstream gas, and a downstream gas, In the thin film forming apparatus by plasma CVD on a substrate including an inlet for supplying, and a mesh provided between the inlet and the polymer substrate or between the plasma generation chamber and the inlet, A thin film forming apparatus characterized in that the mesh is vibrated.
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