JP2003041371A - 電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製造方法 - Google Patents
電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板と蒸着される複合金属膜との結合力に優
れる高品質の蒸着膜を形成し得る、ＥＣＲを利用した常
温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製
造方法を提供する。 【解決手段】 反応チャンバ10と、素材が装着される載
置部15と、プラズマを供給するＥＣＲシステム１と、有
機物質または有機金属化合物を供給する有機物供給シス
テム３と、金属イオンを供給するスパッタリングシステ
ム２と、金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導す
る誘導電圧を供給する誘導電圧供給システム４と、前記
反応チャンバ内部の真空度を調節する真空システム５
と、を包含してＥＣＲを利用した常温化学蒸着システム
を構成する。
れる高品質の蒸着膜を形成し得る、ＥＣＲを利用した常
温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製
造方法を提供する。 【解決手段】 反応チャンバ10と、素材が装着される載
置部15と、プラズマを供給するＥＣＲシステム１と、有
機物質または有機金属化合物を供給する有機物供給シス
テム３と、金属イオンを供給するスパッタリングシステ
ム２と、金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導す
る誘導電圧を供給する誘導電圧供給システム４と、前記
反応チャンバ内部の真空度を調節する真空システム５
と、を包含してＥＣＲを利用した常温化学蒸着システム
を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子サイクロトロ
ン共鳴(Electron Cyclotron Resonance、以下、ＥＣ
Ｒと略称する)を利用した常温化学蒸着システム及びこ
れを利用した複合金属膜の製造方法に関する。
ン共鳴(Electron Cyclotron Resonance、以下、ＥＣ
Ｒと略称する)を利用した常温化学蒸着システム及びこ
れを利用した複合金属膜の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、金属膜を形成する代表的技術とし
ては、イオンビーム(ion beam)蒸着法、スパッタリン
グ(sputtering)蒸着法及び熱蒸着(thermal evaporatio
n)法などの方法が挙げられ、以下、これら方法について
詳しく説明する。先ず、前記イオンビーム蒸着法は、タ
ングステンフィラメントのるつぼ形炉(crucible furna
ce)で金属を蒸気化すると、熱電子の衝突により外部に
噴出された金属蒸気は、分子形態またはクラスターを形
成して電磁気場内でイオン化された後、粒子加速器によ
り加速され基板に衝突して膜を形成するようになる。
ては、イオンビーム(ion beam)蒸着法、スパッタリン
グ(sputtering)蒸着法及び熱蒸着(thermal evaporatio
n)法などの方法が挙げられ、以下、これら方法について
詳しく説明する。先ず、前記イオンビーム蒸着法は、タ
ングステンフィラメントのるつぼ形炉(crucible furna
ce)で金属を蒸気化すると、熱電子の衝突により外部に
噴出された金属蒸気は、分子形態またはクラスターを形
成して電磁気場内でイオン化された後、粒子加速器によ
り加速され基板に衝突して膜を形成するようになる。
【０００３】ここで、前記膜成長のメカニズムは、クラ
スター形成、核生成及び付着原子の表面移動の順に行わ
れる。また、イオンビーム内におけるイオンエネルギー
は、eV〜MeVの広いエネルギー範囲を有し、エネルギー
範囲によって、ハイエネルギー(high energy、MeV)、
ナロービーム(narrow beam、数百keV〜数十keV)及びブ
ロードビーム(broadbeam、数百eV〜数eV)に大別され
る。
スター形成、核生成及び付着原子の表面移動の順に行わ
れる。また、イオンビーム内におけるイオンエネルギー
は、eV〜MeVの広いエネルギー範囲を有し、エネルギー
範囲によって、ハイエネルギー(high energy、MeV)、
ナロービーム(narrow beam、数百keV〜数十keV)及びブ
ロードビーム(broadbeam、数百eV〜数eV)に大別され
る。
【０００４】イオンエネルギーの高いハイエネルギー及
びナロービームは、無機膜の埋込層の形成や表面改質、
イオン注入及び物理蒸着などの用途に主に使用される
が、高イオンエネルギーを有するため、基板との衝突時
に周囲温度が上昇して欠陥が多量に形成され、よって、
界面及び表面形状の粗度が大幅に増加する傾向がある。
一方、ブロードビームの場合は、主に物理蒸着に適用さ
れ、イオン補助蒸着(Ion Assisted Deposition：ＩＡ
Ｄ)方式によって、気体原子により基板を活性化させな
がら金属を物理的に蒸着するイオン気相蒸着(Ion Vapo
r Deposition：ＩＶＤ)と、蒸着しようとする物質を原
子やイオンクラスターに形成しエネルギーを加えて直接
蒸着するイオンクラスタービーム(Ion Cluster Bea
m：ＩＣＢ)と、の2種類に区分される。
びナロービームは、無機膜の埋込層の形成や表面改質、
イオン注入及び物理蒸着などの用途に主に使用される
が、高イオンエネルギーを有するため、基板との衝突時
に周囲温度が上昇して欠陥が多量に形成され、よって、
界面及び表面形状の粗度が大幅に増加する傾向がある。
一方、ブロードビームの場合は、主に物理蒸着に適用さ
れ、イオン補助蒸着(Ion Assisted Deposition：ＩＡ
Ｄ)方式によって、気体原子により基板を活性化させな
がら金属を物理的に蒸着するイオン気相蒸着(Ion Vapo
r Deposition：ＩＶＤ)と、蒸着しようとする物質を原
子やイオンクラスターに形成しエネルギーを加えて直接
蒸着するイオンクラスタービーム(Ion Cluster Bea
m：ＩＣＢ)と、の2種類に区分される。
【０００５】このような前記イオンビームによる物理蒸
着は、蒸着速度が速く複数個のるつぼ形炉を使用すると
複合金属膜を形成することができるという長所がある
が、一方、次に記述するような短所がある。 １）金属を蒸気化するので、反応器内の圧力条件によっ
て膜に含まれる金属の量及び組成を制御することが非常
に困難である。
着は、蒸着速度が速く複数個のるつぼ形炉を使用すると
複合金属膜を形成することができるという長所がある
が、一方、次に記述するような短所がある。 １）金属を蒸気化するので、反応器内の圧力条件によっ
て膜に含まれる金属の量及び組成を制御することが非常
に困難である。
【０００６】２）金属の種類により溶融点が異なるた
め、るつぼ形炉の温度によって蒸発速度が変化し、従っ
て、用いられる金属ソース(source)が制限される。ま
た、るつぼ形炉の大きさが限定されるため、連続工程へ
の適用が非常に困難である。 ３）低エネルギーを有するブロードビームの場合でも、
金属イオンのフォーカシングによる問題点のため、大面
積化が困難である。
め、るつぼ形炉の温度によって蒸発速度が変化し、従っ
て、用いられる金属ソース(source)が制限される。ま
た、るつぼ形炉の大きさが限定されるため、連続工程へ
の適用が非常に困難である。 ３）低エネルギーを有するブロードビームの場合でも、
金属イオンのフォーカシングによる問題点のため、大面
積化が困難である。
【０００７】４）加速化された高いエネルギーのイオン
と基板との衝突により周囲温度が上昇して欠陥が多量に
発生するので、界面結合力が弱く、時間の経過につれ膜
の劣化が発生する。 ５）基板が高分子のような有機物である場合は、工程中
に材料の変形または物性変化が発生する場合がある。
と基板との衝突により周囲温度が上昇して欠陥が多量に
発生するので、界面結合力が弱く、時間の経過につれ膜
の劣化が発生する。 ５）基板が高分子のような有機物である場合は、工程中
に材料の変形または物性変化が発生する場合がある。
【０００８】一方、前記スパッタリングによる物理蒸着
方法は、マイクロウェーブ、ＲＦプラズマ及びＤＣ放電
によって金属ターゲットをエッチングすることでイオン
化された金属を基板に物理蒸着する方法であって、簡便
で迅速に蒸着を行えるという長所はあるが、界面損傷が
大きいので、膜に欠陥が形成されて機械的強度や界面間
の結合力が悪く、膜の上層部へ行くほど膜成分が金属間
の結合力だけで構成されるので、結合エネルギーが急速
に弱化するという短所がある。
方法は、マイクロウェーブ、ＲＦプラズマ及びＤＣ放電
によって金属ターゲットをエッチングすることでイオン
化された金属を基板に物理蒸着する方法であって、簡便
で迅速に蒸着を行えるという長所はあるが、界面損傷が
大きいので、膜に欠陥が形成されて機械的強度や界面間
の結合力が悪く、膜の上層部へ行くほど膜成分が金属間
の結合力だけで構成されるので、結合エネルギーが急速
に弱化するという短所がある。
【０００９】また、前記熱蒸着法は、真空中で金属、化
合物、または合金を加熱して溶融状態から蒸発させ、蒸
発された粒子を基板表面に蒸着させる方法である。蒸発
過程が熱交換過程であるという点で前記スパッタリング
法とは相異し、このようにして形成された薄膜を真空熱
蒸着薄膜という。前記熱蒸着法の長所としては、１）装
置全体の構成が比較的簡単で、２）多様な物質に容易に
適用することが可能で、３）薄膜の形成メカニズムが比
較的単純であるため薄膜の形成時に核生成や膜成長理論
を適用することが容易で、４）薄膜を形成する時の熱的
及び電気的煩雑さが少ないため薄膜形成時の膜の物性研
究に好適で、また、５）熱力学的に平衡である時の物質
とは異なる結晶構造を有する物質や他の成分比を有する
化合物を形成することができることなどが挙げられる。
合物、または合金を加熱して溶融状態から蒸発させ、蒸
発された粒子を基板表面に蒸着させる方法である。蒸発
過程が熱交換過程であるという点で前記スパッタリング
法とは相異し、このようにして形成された薄膜を真空熱
蒸着薄膜という。前記熱蒸着法の長所としては、１）装
置全体の構成が比較的簡単で、２）多様な物質に容易に
適用することが可能で、３）薄膜の形成メカニズムが比
較的単純であるため薄膜の形成時に核生成や膜成長理論
を適用することが容易で、４）薄膜を形成する時の熱的
及び電気的煩雑さが少ないため薄膜形成時の膜の物性研
究に好適で、また、５）熱力学的に平衡である時の物質
とは異なる結晶構造を有する物質や他の成分比を有する
化合物を形成することができることなどが挙げられる。
【００１０】しかし、主に融点の低い材料の蒸着に有利
で、蒸気圧を考慮すると用いられる蒸発源材料が制限さ
れ、スパッタリング法と同様に製造された薄膜の結合力
が悪いという短所がある。従って、最近ではイオンビー
ムとスパッタリングとを結合した装備が開発されて(米
国特許第6,214,183号明細書)、イオンビームをマグネト
ロンターゲットに照射させることで、多量のスパッタリ
ング粒子及び二次イオンを生成させているが、スパッタ
リングの機能を増進させるためにイオンビームが利用さ
れているだけで、根本的に膜の特性を改善させることは
できなかった。
で、蒸気圧を考慮すると用いられる蒸発源材料が制限さ
れ、スパッタリング法と同様に製造された薄膜の結合力
が悪いという短所がある。従って、最近ではイオンビー
ムとスパッタリングとを結合した装備が開発されて(米
国特許第6,214,183号明細書)、イオンビームをマグネト
ロンターゲットに照射させることで、多量のスパッタリ
ング粒子及び二次イオンを生成させているが、スパッタ
リングの機能を増進させるためにイオンビームが利用さ
れているだけで、根本的に膜の特性を改善させることは
できなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の各蒸
着方法は、蒸着膜の特性が優秀でなく、特に、膜特性の
改善に有用でなかった。また、高温で蒸着が行われた
り、基板に物理的な損傷を与えたりする等の不都合な点
があった。本発明は、このような従来の課題に鑑みてな
されたもので、基板と蒸着される金属膜との結合力に優
れる高品質の蒸着膜を形成し得る、ＥＣＲを利用した常
温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製
造方法を提供することを目的とする。
着方法は、蒸着膜の特性が優秀でなく、特に、膜特性の
改善に有用でなかった。また、高温で蒸着が行われた
り、基板に物理的な損傷を与えたりする等の不都合な点
があった。本発明は、このような従来の課題に鑑みてな
されたもので、基板と蒸着される金属膜との結合力に優
れる高品質の蒸着膜を形成し得る、ＥＣＲを利用した常
温化学蒸着システム及びこれを利用した複合金属膜の製
造方法を提供することを目的とする。
【００１２】そして、本発明の他の目的は、紙、繊維、
及び高分子樹脂など、コーティング対象材料に種類を問
わず、更に、基本材料の劣化や変形のような物性変化を
起こさずに、導電性を自由に変化し得る方法を提供しよ
うとする。本発明のその他の目的は、用いられる金属が
異なるスパッタリングガンを複数個設置するか、また
は、多種の有機金属化合物を同時に供給することで、常
温で化学蒸着反応によって多成分系の金属膜を形成し得
る方法を提供しようとする。
及び高分子樹脂など、コーティング対象材料に種類を問
わず、更に、基本材料の劣化や変形のような物性変化を
起こさずに、導電性を自由に変化し得る方法を提供しよ
うとする。本発明のその他の目的は、用いられる金属が
異なるスパッタリングガンを複数個設置するか、また
は、多種の有機金属化合物を同時に供給することで、常
温で化学蒸着反応によって多成分系の金属膜を形成し得
る方法を提供しようとする。
【００１３】また、本発明のその他の目的は、雰囲気ガ
スの組成、スパッタリング速度及び圧力などの工程変数
を制御することで、金属膜の組成を変化させたり、比抵
抗特性を10-1〜108Ωの範囲内で自由に変化し得る方法
を提供しようとする。更に、本発明のその他の目的は、
高速の膜形成が可能で、幅１ｍ以上のシート型または立
体型の素材に対して大面積の金属膜を連続的にコーティ
ングし得る方法を提供しようとする。
スの組成、スパッタリング速度及び圧力などの工程変数
を制御することで、金属膜の組成を変化させたり、比抵
抗特性を10-1〜108Ωの範囲内で自由に変化し得る方法
を提供しようとする。更に、本発明のその他の目的は、
高速の膜形成が可能で、幅１ｍ以上のシート型または立
体型の素材に対して大面積の金属膜を連続的にコーティ
ングし得る方法を提供しようとする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明は、金属イオン及びラジカルイオンを基
板に蒸着させる反応環境を提供する反応チャンバと、該
反応チャンバ内に設けられ、金属イオン及びラジカルイ
オンが蒸着される素材が載置される載置部と、前記反応
チャンバにプラズマを供給する電子サイクロトロン共鳴
システムと、前記反応チャンバに有機物質または有機金
属化合物を供給する有機物供給システムと、前記反応チ
ャンバに金属イオンを供給するスパッタリングシステム
と、前記金属イオン及びラジカルイオンを前記載置部に
載置される素材に誘導する誘導電圧を供給する誘導電圧
供給システムと、前記反応チャンバの内部の真空度を調
節する真空システムと、を包含することを特徴とするＥ
ＣＲを利用した常温化学蒸着システムを提供する。
るため、本発明は、金属イオン及びラジカルイオンを基
板に蒸着させる反応環境を提供する反応チャンバと、該
反応チャンバ内に設けられ、金属イオン及びラジカルイ
オンが蒸着される素材が載置される載置部と、前記反応
チャンバにプラズマを供給する電子サイクロトロン共鳴
システムと、前記反応チャンバに有機物質または有機金
属化合物を供給する有機物供給システムと、前記反応チ
ャンバに金属イオンを供給するスパッタリングシステム
と、前記金属イオン及びラジカルイオンを前記載置部に
載置される素材に誘導する誘導電圧を供給する誘導電圧
供給システムと、前記反応チャンバの内部の真空度を調
節する真空システムと、を包含することを特徴とするＥ
ＣＲを利用した常温化学蒸着システムを提供する。
【００１５】且つ、本発明は、ＥＣＲを利用してプラズ
マを形成するＥＣＲシステム及び金属イオンの供給シス
テム（例えばスパッタリングシステム等）を利用して、
先ず、前記ＥＣＲシステムから水素、アルゴン及び窒素
などのガスをプラズマに形成して反応の行われる反応チ
ャンバ内に供給すると共に、有機物質及び金属イオンを
前記反応チャンバに供給し、次いで、前記金属イオン及
び有機物質を前記プラズマと反応させて有機物質イオン
及びラジカルイオンをそれぞれ生成させた後、ＤＣバイ
アスにより前記有機物質イオン及びラジカルイオンを素
材の表面に誘導して化学結合させることを包含する複合
金属膜の製造方法を提供する。
マを形成するＥＣＲシステム及び金属イオンの供給シス
テム（例えばスパッタリングシステム等）を利用して、
先ず、前記ＥＣＲシステムから水素、アルゴン及び窒素
などのガスをプラズマに形成して反応の行われる反応チ
ャンバ内に供給すると共に、有機物質及び金属イオンを
前記反応チャンバに供給し、次いで、前記金属イオン及
び有機物質を前記プラズマと反応させて有機物質イオン
及びラジカルイオンをそれぞれ生成させた後、ＤＣバイ
アスにより前記有機物質イオン及びラジカルイオンを素
材の表面に誘導して化学結合させることを包含する複合
金属膜の製造方法を提供する。
【００１６】詳しく説明すると、先ず、電子の磁場によ
る回転周波数と電源として加えられるマイクロウェーブ
の周波数とが一致する時に発生するＥＣＲプラズマを利
用して、水素、窒素及びアルゴンのような気体分子の高
密度プラズマイオンを発生させ、発生されたプラズマ
は、別途に供給される有機金属化合物や金属蒸気をイオ
ン化させるか、または、プラズマエッチング領域に位置
させた金属をラジカルイオン化させる。
る回転周波数と電源として加えられるマイクロウェーブ
の周波数とが一致する時に発生するＥＣＲプラズマを利
用して、水素、窒素及びアルゴンのような気体分子の高
密度プラズマイオンを発生させ、発生されたプラズマ
は、別途に供給される有機金属化合物や金属蒸気をイオ
ン化させるか、または、プラズマエッチング領域に位置
させた金属をラジカルイオン化させる。
【００１７】次いで、誘導電圧供給システムにより供給
される−1〜−100kVの範囲の電圧を利用して、イオン化
された金属及び有機物を載置部上の素材に誘導させる。
本発明において、金属薄膜を形成する方法を大きく分け
ると次の３種類に分類される。 i）有機金属化合物だけを供給し、ＥＣＲにより生成さ
れたプラズマを利用して金属と有機物とに分解させてそ
れぞれラジカル化させた後、ＤＣバイアスの誘導により
素材表面に金属膜を蒸着させる。
される−1〜−100kVの範囲の電圧を利用して、イオン化
された金属及び有機物を載置部上の素材に誘導させる。
本発明において、金属薄膜を形成する方法を大きく分け
ると次の３種類に分類される。 i）有機金属化合物だけを供給し、ＥＣＲにより生成さ
れたプラズマを利用して金属と有機物とに分解させてそ
れぞれラジカル化させた後、ＤＣバイアスの誘導により
素材表面に金属膜を蒸着させる。
【００１８】ii）ＥＣＲにより生成されたプラズマのエ
ッチング領域に金属を位置させ、その下部に芳香族及び
炭化水素系有機物を独立的に供給すると、プラズマエッ
チング領域で金属ラジカルが生成され、供給された有機
物はプラズマによってラジカル化された後、ＤＣバイア
スの誘導によって素材表面に金属膜が蒸着される。 iii）ＥＣＲにより生成されたプラズマの下部領域にス
パッタリングシステムを設けて金属蒸気を供給し、芳香
族及び炭化水素系有機物を別途に供給すると、プラズマ
の影響によってそれぞれイオン化されたラジカルが形成
され、ＤＣバイアスの誘導により素材表面に金属膜が蒸
着される。
ッチング領域に金属を位置させ、その下部に芳香族及び
炭化水素系有機物を独立的に供給すると、プラズマエッ
チング領域で金属ラジカルが生成され、供給された有機
物はプラズマによってラジカル化された後、ＤＣバイア
スの誘導によって素材表面に金属膜が蒸着される。 iii）ＥＣＲにより生成されたプラズマの下部領域にス
パッタリングシステムを設けて金属蒸気を供給し、芳香
族及び炭化水素系有機物を別途に供給すると、プラズマ
の影響によってそれぞれイオン化されたラジカルが形成
され、ＤＣバイアスの誘導により素材表面に金属膜が蒸
着される。
【００１９】次いで、蒸着領域の周囲に反応性気体の有
機物を供給しながら基板の周囲に−1〜−100kVの範囲の
負（−）の直流高電圧、または、高周波パルス電圧を印
加すると、ＥＣＲにより生成された高密度及び高エネル
ギーのプラズマイオンが、金属イオン及び反応領域内に
存在する有機物とそれぞれ衝突してイオン化または炭化
水素ラジカルを生成して、基板上で金属イオン間の化学
的結合が発生して常温で複合金属膜が形成される。
機物を供給しながら基板の周囲に−1〜−100kVの範囲の
負（−）の直流高電圧、または、高周波パルス電圧を印
加すると、ＥＣＲにより生成された高密度及び高エネル
ギーのプラズマイオンが、金属イオン及び反応領域内に
存在する有機物とそれぞれ衝突してイオン化または炭化
水素ラジカルを生成して、基板上で金属イオン間の化学
的結合が発生して常温で複合金属膜が形成される。
【００２０】前記ＥＣＲシステムは、マイクロウェーブ
を生成する発振器と、プラズマを形成するためのガスを
供給するガス供給部と、ＥＣＲによるプラズマが形成さ
れる空間であるＥＣＲチャンバと、該ＥＣＲチャンバに
装着されて磁場を形成する少なくとも一つの磁石と、前
記ＥＣＲチャンバにマイクロウェーブを供給する導波管
と、インピーダンスマッチングのために前記ＥＣＲチャ
ンバと発振器間の導波管に連結されるインピーダンスマ
ッチング部と、を包含して構成され、ここで、前記ガス
供給部を介して供給されるガスは、酸化、還元及び不活
性ガス中から選択された少なくとも一つで、前記ＥＣＲ
チャンバは、内壁に付着される不純物によるプラズマの
汚染を防止するために装着される石英からなる内部チャ
ンバを追加包含して構成される。
を生成する発振器と、プラズマを形成するためのガスを
供給するガス供給部と、ＥＣＲによるプラズマが形成さ
れる空間であるＥＣＲチャンバと、該ＥＣＲチャンバに
装着されて磁場を形成する少なくとも一つの磁石と、前
記ＥＣＲチャンバにマイクロウェーブを供給する導波管
と、インピーダンスマッチングのために前記ＥＣＲチャ
ンバと発振器間の導波管に連結されるインピーダンスマ
ッチング部と、を包含して構成され、ここで、前記ガス
供給部を介して供給されるガスは、酸化、還元及び不活
性ガス中から選択された少なくとも一つで、前記ＥＣＲ
チャンバは、内壁に付着される不純物によるプラズマの
汚染を防止するために装着される石英からなる内部チャ
ンバを追加包含して構成される。
【００２１】前記スパッタリングシステムは、ＤＣマグ
ネトロンスパッタリングシステムまたはＲＦスパッタリ
ングシステムから選択された一つである。前記誘導電圧
供給システムは、商用交流電圧を昇圧させる昇圧器と、
該昇圧器により昇圧された交流電圧を負の直流電圧に変
換するＡＣ−ＤＣコンバータと、前記載置部近傍に設け
られ、前記ＡＣ−ＤＣコンバータにより供給される電圧
が印加されて金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘
導するグリッドと、により構成される。
ネトロンスパッタリングシステムまたはＲＦスパッタリ
ングシステムから選択された一つである。前記誘導電圧
供給システムは、商用交流電圧を昇圧させる昇圧器と、
該昇圧器により昇圧された交流電圧を負の直流電圧に変
換するＡＣ−ＤＣコンバータと、前記載置部近傍に設け
られ、前記ＡＣ−ＤＣコンバータにより供給される電圧
が印加されて金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘
導するグリッドと、により構成される。
【００２２】前記真空システムは、前記反応チャンバ内
の圧力を感知する圧力センサーと、該圧力センサーによ
り感知された反応チャンバ内の圧力を適正に制御するた
めの圧力制御部と、を付加して構成される。本発明にお
いて、前記有機物質は、気体状態の炭化水素または液体
状態の炭化水素から選択され、前記気体状態の炭化水素
としては、メタン、エタン、プロパン及びブタン中の何
れか一つ、前記液体状態の炭化水素としては、ヘキサ
ン、ベンゼン、トルエン、パラキシレン(p-Xylene)、エ
チルベンゼン(Ethylbenzene)、スチレン(Stylene)、1,
1,1,5,5,5,-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタンジオナト[1,
1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentanedionato[H(fac)]]
及びテトラハイドロフラン[Tetrahydrofuran(THF)]中の
何れか一つが選択される。
の圧力を感知する圧力センサーと、該圧力センサーによ
り感知された反応チャンバ内の圧力を適正に制御するた
めの圧力制御部と、を付加して構成される。本発明にお
いて、前記有機物質は、気体状態の炭化水素または液体
状態の炭化水素から選択され、前記気体状態の炭化水素
としては、メタン、エタン、プロパン及びブタン中の何
れか一つ、前記液体状態の炭化水素としては、ヘキサ
ン、ベンゼン、トルエン、パラキシレン(p-Xylene)、エ
チルベンゼン(Ethylbenzene)、スチレン(Stylene)、1,
1,1,5,5,5,-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタンジオナト[1,
1,1,5,5,5,-hexafluoro-2,4-pentanedionato[H(fac)]]
及びテトラハイドロフラン[Tetrahydrofuran(THF)]中の
何れか一つが選択される。
【００２３】本発明において、前記金属イオン及び有機
物質としては有機金属化合物の前駆体が供給され、該有
機金属化合物の前駆体は、Li(acetate)、(CH3)3Al、(C2
H5)3Al、(C4H9)3Al、(CH3)3Bi、(C2H5)3Sb、(C3H7)3S
b、Ag(trifluoroacetate)、Ag(acetate)、(C2H5O)4Si、
(C2H5)3SiH、(CH3)4Sn、(C2H5)4Sn、Cu(hfac)2、Cu(aca
c)、Cu(DPM)、(hfac)Cu(I)MP、(Hfac)Cu(I)(DMB)、(CO
D)Pt(CH3)2、Pt(CH3)2(CH 3NC)2、Pd(allyl)2、Ni(C5H5)
2、Ni(CO)4及びPt(hfac)2中の何れか一つが選択され
る。
物質としては有機金属化合物の前駆体が供給され、該有
機金属化合物の前駆体は、Li(acetate)、(CH3)3Al、(C2
H5)3Al、(C4H9)3Al、(CH3)3Bi、(C2H5)3Sb、(C3H7)3S
b、Ag(trifluoroacetate)、Ag(acetate)、(C2H5O)4Si、
(C2H5)3SiH、(CH3)4Sn、(C2H5)4Sn、Cu(hfac)2、Cu(aca
c)、Cu(DPM)、(hfac)Cu(I)MP、(Hfac)Cu(I)(DMB)、(CO
D)Pt(CH3)2、Pt(CH3)2(CH 3NC)2、Pd(allyl)2、Ni(C5H5)
2、Ni(CO)4及びPt(hfac)2中の何れか一つが選択され
る。
【００２４】本発明において、前記金属イオンとして
は、金属をスパッタリングしてイオンに変換させたもの
が供給され、前記有機物質としては、ガスまたは液体状
態の有機物質から選択されたものが供給される。本発明
において、前記金属イオン及びラジカルイオンがコーテ
ィングされる素材としては、高分子樹脂、金属、セラミ
ック、紙及び繊維中の何れか一つが選択される。
は、金属をスパッタリングしてイオンに変換させたもの
が供給され、前記有機物質としては、ガスまたは液体状
態の有機物質から選択されたものが供給される。本発明
において、前記金属イオン及びラジカルイオンがコーテ
ィングされる素材としては、高分子樹脂、金属、セラミ
ック、紙及び繊維中の何れか一つが選択される。
【００２５】ここで、前記金属イオン及びラジカルイオ
ンにより形成される素材の金属膜表面比抵抗は10-1〜10
8Ωの範囲で、静電気防止及び電磁波遮蔽などに幅広く
適用することができる。
ンにより形成される素材の金属膜表面比抵抗は10-1〜10
8Ωの範囲で、静電気防止及び電磁波遮蔽などに幅広く
適用することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。本実施形態に係るＥＣＲを
利用した常温化学蒸着システムにおいては、図１に示し
たように、反応チャンバ10にプラズマを供給するＥＣＲ
システム１、反応チャンバ10に金属イオンを供給するス
パッタリングシステム２、反応チャンバ10に気相または
液相系の有機物ガスを供給する有機物供給システム３、
金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導する誘導電
圧供給システム４、反応チャンバ10内を真空度を調節す
る真空システム５、により構成され、詳しく説明すると
次のようである。
し、図面を用いて説明する。本実施形態に係るＥＣＲを
利用した常温化学蒸着システムにおいては、図１に示し
たように、反応チャンバ10にプラズマを供給するＥＣＲ
システム１、反応チャンバ10に金属イオンを供給するス
パッタリングシステム２、反応チャンバ10に気相または
液相系の有機物ガスを供給する有機物供給システム３、
金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導する誘導電
圧供給システム４、反応チャンバ10内を真空度を調節す
る真空システム５、により構成され、詳しく説明すると
次のようである。
【００２７】先ず、前記ＥＣＲシステム１においては、
基本的にマイクロウェーブシステム、磁場関連構成品及
び工程自動化のための装置などに構成され、前記マイク
ロウェーブシステムは、マイクロウェーブを発生させる
発振器20(米国Astex社製品(モデルS-100)であって、最
大出力１kW、安定度は0.1%、リップルは最大１%を越え
ない)と、マイクロウェーブの方向及びモードを変えて
ＥＣＲチャンバ39に誘導し、均一したプラズマを生成さ
せる方向性カプラ(directional coupler)22と、サーキ
ュレータ26と、該サーキュレータ26に分岐連結されて入
射波及び反射波の出力を測定する電力計24と、該電力計
24に入力されるマイクロウェーブを減殺させる減殺器23
と、前記発振器20に復帰する反射波を遮蔽するアイソレ
ータ25と、反射波が前記発振器20に復帰して損傷を負わ
せることを防止するサーキュレータ／疑似負荷21と、マ
イクロウェーブのチューニングのための３−スタブ式チ
ューナー28と、対称形プラズマカプラ(symmetric plas
ma coupler）29と、により構成される。
基本的にマイクロウェーブシステム、磁場関連構成品及
び工程自動化のための装置などに構成され、前記マイク
ロウェーブシステムは、マイクロウェーブを発生させる
発振器20(米国Astex社製品(モデルS-100)であって、最
大出力１kW、安定度は0.1%、リップルは最大１%を越え
ない)と、マイクロウェーブの方向及びモードを変えて
ＥＣＲチャンバ39に誘導し、均一したプラズマを生成さ
せる方向性カプラ(directional coupler)22と、サーキ
ュレータ26と、該サーキュレータ26に分岐連結されて入
射波及び反射波の出力を測定する電力計24と、該電力計
24に入力されるマイクロウェーブを減殺させる減殺器23
と、前記発振器20に復帰する反射波を遮蔽するアイソレ
ータ25と、反射波が前記発振器20に復帰して損傷を負わ
せることを防止するサーキュレータ／疑似負荷21と、マ
イクロウェーブのチューニングのための３−スタブ式チ
ューナー28と、対称形プラズマカプラ(symmetric plas
ma coupler）29と、により構成される。
【００２８】また、前記発振器20から前記対称形プラズ
マカップラ29まで長く連結されてある導波管30を通称ウ
ェーブガイドとし、材質は銅で、内部に特殊コーティン
グ処理を施してマイクロウェーブ波形を效果的に伝達し
得る機能を有する。ここで、前記導波管30に介装される
サーキュレータ／疑似負荷21から対称形プラズマカップ
ラ29まででインピーダンスマッチング部を構成する。
マカップラ29まで長く連結されてある導波管30を通称ウ
ェーブガイドとし、材質は銅で、内部に特殊コーティン
グ処理を施してマイクロウェーブ波形を效果的に伝達し
得る機能を有する。ここで、前記導波管30に介装される
サーキュレータ／疑似負荷21から対称形プラズマカップ
ラ29まででインピーダンスマッチング部を構成する。
【００２９】前記ＥＣＲシステムにおける磁場の役割
は、共振層を形成し、プラズマを密閉させ、フラックス
ラインを沿って移動するプラズマ運動を制御することで
システムの性能を左右する。従って、発生する共振特性
のために３A／mm2以上の高電流密度が必要で、絶縁体劣
化防止用冷却装置が必要である。また、前記真空システ
ム５は、低圧放電形式のものが採用されるので、ターボ
モレキュラーポンプ71、ルートブロアー72及びロータリ
ポンプ75の組合わせで構成され、更に、前記反応チャン
バ10から排出されるガス中に含まれた有害物質などを除
去するためのケミカルトラップ73及びフィルター74など
が付加的に連結される。
は、共振層を形成し、プラズマを密閉させ、フラックス
ラインを沿って移動するプラズマ運動を制御することで
システムの性能を左右する。従って、発生する共振特性
のために３A／mm2以上の高電流密度が必要で、絶縁体劣
化防止用冷却装置が必要である。また、前記真空システ
ム５は、低圧放電形式のものが採用されるので、ターボ
モレキュラーポンプ71、ルートブロアー72及びロータリ
ポンプ75の組合わせで構成され、更に、前記反応チャン
バ10から排出されるガス中に含まれた有害物質などを除
去するためのケミカルトラップ73及びフィルター74など
が付加的に連結される。
【００３０】また、前記ターボモレキュラーポンプ71の
前端には開閉量の調節を行うためのスロットルバルブ70
が装着され、前記反応チャンバ10内の圧力を感知するた
めの圧力センサー60が装着され、前記スロットルバルブ
70は、バルブ制御部65により制御される。ここで、前記
バルブ制御部65は、前記圧力センサー60の感知する反応
チャンバ10内の圧力に基づいて反応チャンバ10内を適正
圧力を維持するために、前記スロットルバルブ70を制御
する。ここで、スロットルバルブ70とバルブ制御部65で
圧力制御部を構成する。
前端には開閉量の調節を行うためのスロットルバルブ70
が装着され、前記反応チャンバ10内の圧力を感知するた
めの圧力センサー60が装着され、前記スロットルバルブ
70は、バルブ制御部65により制御される。ここで、前記
バルブ制御部65は、前記圧力センサー60の感知する反応
チャンバ10内の圧力に基づいて反応チャンバ10内を適正
圧力を維持するために、前記スロットルバルブ70を制御
する。ここで、スロットルバルブ70とバルブ制御部65で
圧力制御部を構成する。
【００３１】前記ＥＣＲシステムのＥＣＲチャンバ39に
供給される注入ガス32としては、酸化ガス、還元ガスま
たは不活性ガスなどを使用することが可能で、第１質量
流量計33を介してＥＣＲ現象が発生する前記ＥＣＲチャ
ンバ39内に供給される。該ＥＣＲチャンバ39の上、下方
端にはそれぞれ2.5kW及び5kWの第１磁石35及び第２磁石
37が装着され、中央には透視窓が形成されてプラズマ状
態を確認することができる。
供給される注入ガス32としては、酸化ガス、還元ガスま
たは不活性ガスなどを使用することが可能で、第１質量
流量計33を介してＥＣＲ現象が発生する前記ＥＣＲチャ
ンバ39内に供給される。該ＥＣＲチャンバ39の上、下方
端にはそれぞれ2.5kW及び5kWの第１磁石35及び第２磁石
37が装着され、中央には透視窓が形成されてプラズマ状
態を確認することができる。
【００３２】ここで、前記第１磁石35及び第2磁石37と
しては、永久磁石または電磁石を使用することが可能
で、もし、前記第１及び第２磁石35、37を電磁石で構成
した場合、電磁石コイルは中空状の銅管により製作さ
れ、内部空間に冷却水を供給することで、稼動時に発生
する熱を冷却させるように構成されている。電磁石の磁
場は所定電流に対する距離の関数で、軸方向及び半径方
向によって相互相異する分布を有する。
しては、永久磁石または電磁石を使用することが可能
で、もし、前記第１及び第２磁石35、37を電磁石で構成
した場合、電磁石コイルは中空状の銅管により製作さ
れ、内部空間に冷却水を供給することで、稼動時に発生
する熱を冷却させるように構成されている。電磁石の磁
場は所定電流に対する距離の関数で、軸方向及び半径方
向によって相互相異する分布を有する。
【００３３】また、前記ＥＣＲチャンバ39の内部には石
英(quartz)により製作された円筒状の内部チャンバを設
けて、前記ＥＣＲチャンバ39の壁に吸着された不純物分
子が脱着されてプラズマを汚染させる現象を防止する。
更に、前記ＥＣＲシステムの下方端、即ち、前記ＥＣＲ
チャンバ39の下方端には、載置部15上に載置する素材
（図示せず）の表面改質が発生する反応チャンバ10が連
結される。
英(quartz)により製作された円筒状の内部チャンバを設
けて、前記ＥＣＲチャンバ39の壁に吸着された不純物分
子が脱着されてプラズマを汚染させる現象を防止する。
更に、前記ＥＣＲシステムの下方端、即ち、前記ＥＣＲ
チャンバ39の下方端には、載置部15上に載置する素材
（図示せず）の表面改質が発生する反応チャンバ10が連
結される。
【００３４】前記スパッタリングシステム２は、金属イ
オンを放出する装置(スパッタリングガン)であって、金
属イオンを放出するためにＤＣマグネトロン方式やＲＦ
スパッタリング(高周波数スパッタリング)方式のスパッ
タリング装置55を利用して前記反応チャンバ10内に設け
られたターゲット56をスパッタリングさせることで金属
イオンを供給する。
オンを放出する装置(スパッタリングガン)であって、金
属イオンを放出するためにＤＣマグネトロン方式やＲＦ
スパッタリング(高周波数スパッタリング)方式のスパッ
タリング装置55を利用して前記反応チャンバ10内に設け
られたターゲット56をスパッタリングさせることで金属
イオンを供給する。
【００３５】前記有機物供給システム３は、メタン、プ
ロパン等の気相炭化水素または気相有機金属化合物前駆
体のような気相有機物40を、第２質量流量計41を利用し
て供給量を制御しながら供給し、また、ヘキサン類のよ
うな液相炭化水素または液相有機金属化合物前駆体のよ
うな液相有機物は、第３質量流量計43を介して計量され
て供給されるガス42(前記注入ガス32のようなガス)を利
用して恒温機能を有するバブラー44を利用して供給す
る。
ロパン等の気相炭化水素または気相有機金属化合物前駆
体のような気相有機物40を、第２質量流量計41を利用し
て供給量を制御しながら供給し、また、ヘキサン類のよ
うな液相炭化水素または液相有機金属化合物前駆体のよ
うな液相有機物は、第３質量流量計43を介して計量され
て供給されるガス42(前記注入ガス32のようなガス)を利
用して恒温機能を有するバブラー44を利用して供給す
る。
【００３６】尚、気相炭化水素として、例えばエタン、
ブタン等もある。また、液相炭化水素として、例えばベ
ンゼン、トルエン、パラキシレン(p-Xylene)、エチルベ
ンゼン(Ethylbenzene)、スチレン(Stylene)、1,1,1,5,
5,5,-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタンジオナト[1,1,1,5,
5,5,-hexafluoro-2,4-pentanedionato[H(fac)]]及びテ
トラハイドロフラン[Tetrahydrofuran(THF)]もある。
ブタン等もある。また、液相炭化水素として、例えばベ
ンゼン、トルエン、パラキシレン(p-Xylene)、エチルベ
ンゼン(Ethylbenzene)、スチレン(Stylene)、1,1,1,5,
5,5,-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタンジオナト[1,1,1,5,
5,5,-hexafluoro-2,4-pentanedionato[H(fac)]]及びテ
トラハイドロフラン[Tetrahydrofuran(THF)]もある。
【００３７】また、気相及び液相有機金属化合物前駆体
として、Li(acetate)、(CH3)3Al、(C2H5)3Al、(C4H9)3A
l、(CH3)3Bi、(C2H5)3Sb、(C3H7)3Sb、Ag(trifluoroace
tate)、Ag(acetate)、(C2H5O)4Si、(C2H5)3SiH、(CH3)4
Sn、(C2H5)4Sn、Cu(hfac)2、Cu(acac)、Cu(DPM)、(hfa
c)Cu(I)MP、(Hfac)Cu(I)(DMB)、(COD)Pt(CH3)2、Pt(C
H 3)2(CH3NC)2、Pd(allyl)2、Ni(C5H5)2、Ni(CO)4及びPt
(hfac)2等がある。
として、Li(acetate)、(CH3)3Al、(C2H5)3Al、(C4H9)3A
l、(CH3)3Bi、(C2H5)3Sb、(C3H7)3Sb、Ag(trifluoroace
tate)、Ag(acetate)、(C2H5O)4Si、(C2H5)3SiH、(CH3)4
Sn、(C2H5)4Sn、Cu(hfac)2、Cu(acac)、Cu(DPM)、(hfa
c)Cu(I)MP、(Hfac)Cu(I)(DMB)、(COD)Pt(CH3)2、Pt(C
H 3)2(CH3NC)2、Pd(allyl)2、Ni(C5H5)2、Ni(CO)4及びPt
(hfac)2等がある。
【００３８】前記誘導電圧供給システム４は、電源50、
交流電圧を15,000V(20mAの電流)に昇圧させる昇圧トラ
ンス51及び該昇圧トランス51により高圧に昇圧された交
流電圧を整流して負（−）の直流電圧に変換するＡＣ−
ＤＣコンバータ52、載置部15近傍に設けられてＡＣ−Ｄ
Ｃコンバータ52により供給される電圧が印加されて前記
金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導するグリッ
ド（図示せず）と、により構成され、前記ＡＣ−ＤＣコ
ンバータ52により整流された負の直流電圧は、金属イオ
ン及びラジカルイオンを前記載置部15上の素材に誘導す
る。
交流電圧を15,000V(20mAの電流)に昇圧させる昇圧トラ
ンス51及び該昇圧トランス51により高圧に昇圧された交
流電圧を整流して負（−）の直流電圧に変換するＡＣ−
ＤＣコンバータ52、載置部15近傍に設けられてＡＣ−Ｄ
Ｃコンバータ52により供給される電圧が印加されて前記
金属イオン及びラジカルイオンを素材に誘導するグリッ
ド（図示せず）と、により構成され、前記ＡＣ−ＤＣコ
ンバータ52により整流された負の直流電圧は、金属イオ
ン及びラジカルイオンを前記載置部15上の素材に誘導す
る。
【００３９】ここで、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ52は、
４段の整流ダイオードにより整流が行われ、それぞれ47
1pF／30kV容量を有する４個のコンデンサに充電され
て、全体的に各コンデンサの充電量を全て加算した入力
値の４倍の約60kVの直流電圧が発生され、発生される電
圧の予想波形は、パルスバイアスにより生成される球形
波でなく、60Hzの負電圧曲線カーブにより形成された数
パーセントリップル率を含む直流負電圧が形成される。
４段の整流ダイオードにより整流が行われ、それぞれ47
1pF／30kV容量を有する４個のコンデンサに充電され
て、全体的に各コンデンサの充電量を全て加算した入力
値の４倍の約60kVの直流電圧が発生され、発生される電
圧の予想波形は、パルスバイアスにより生成される球形
波でなく、60Hzの負電圧曲線カーブにより形成された数
パーセントリップル率を含む直流負電圧が形成される。
【００４０】有機金属化合物はＥＣＲ領域でそれぞれ陽
イオンと陰イオンとに分解され、即ち、金属イオンは大
体陽イオンに分解され、炭化水素ラジカルは更に分解さ
れて陰イオンに変換される。載置部15の周囲に設けられ
たグリッド（図示せず）に前記ＡＣ−ＤＣコンバータ52
から負電荷を有するサイクル電流を供給すると、素材周
囲では金属陽イオンの濃度が急激に増加する。ここで、
グリッドは、ステンレススチールのような金属からなる
網（mesh）が使用される。また、グリッドに供給される
負電圧の波形としては、負の直流高電圧またはサイクル
半波形負電圧（パルス電圧）が適用され、本発明では、
−1〜−100kVの範囲の値を有する。
イオンと陰イオンとに分解され、即ち、金属イオンは大
体陽イオンに分解され、炭化水素ラジカルは更に分解さ
れて陰イオンに変換される。載置部15の周囲に設けられ
たグリッド（図示せず）に前記ＡＣ−ＤＣコンバータ52
から負電荷を有するサイクル電流を供給すると、素材周
囲では金属陽イオンの濃度が急激に増加する。ここで、
グリッドは、ステンレススチールのような金属からなる
網（mesh）が使用される。また、グリッドに供給される
負電圧の波形としては、負の直流高電圧またはサイクル
半波形負電圧（パルス電圧）が適用され、本発明では、
−1〜−100kVの範囲の値を有する。
【００４１】素材の周囲で急激に増加した金属陽イオン
の量が周囲蒸気量よりも多くなると、気相均一反応より
もエネルギー的に安定化された非均一反応によって素材
の表面に金属膜が蒸着される。一方、ＥＣＲプラズマに
より分解されて生成される炭化水素陰イオンは、素材の
表面に生成された活性基と反応してプラズマ重合反応を
起こすので、最終的には金属と炭化膜とが複合的に結合
された膜が基板の表面に形成される。
の量が周囲蒸気量よりも多くなると、気相均一反応より
もエネルギー的に安定化された非均一反応によって素材
の表面に金属膜が蒸着される。一方、ＥＣＲプラズマに
より分解されて生成される炭化水素陰イオンは、素材の
表面に生成された活性基と反応してプラズマ重合反応を
起こすので、最終的には金属と炭化膜とが複合的に結合
された膜が基板の表面に形成される。
【００４２】本発明においては、グリッドに供給される
負電圧を変化させることで素材周囲の陽イオン濃度及び
陰イオン濃度を制御して、結果的に所望する複合膜の電
気伝導度を制御することができる。以下、実施例を用い
て本発明を詳しく説明する。 実施例１ ＥＣＲマイクロウェーブパワー700W、第１磁石35に170A
(24V)の電流及び第２磁石37に120A(17V)の電流をそれぞ
れ供給して、上、下端電磁石に磁場の重畳原理により87
5ガウスのＥＣＲ条件を形成した。このとき、反応チャ
ンバ10の圧力は25mtorr、グリッドに印加される直流電
圧は−10kVに維持し、有機金属の前駆体であるCu(hfac)
2をバブラー44を介して供給しながら該バブラー44内の
圧力を200torrに調節し、アルゴン及び水素の供給を、
供給なしと100sccm以下の流量範囲の条件下で、100×10
0mmの大きさを有するPET（試片）を載置部15に載置して
30分間の間常温蒸着した。
負電圧を変化させることで素材周囲の陽イオン濃度及び
陰イオン濃度を制御して、結果的に所望する複合膜の電
気伝導度を制御することができる。以下、実施例を用い
て本発明を詳しく説明する。 実施例１ ＥＣＲマイクロウェーブパワー700W、第１磁石35に170A
(24V)の電流及び第２磁石37に120A(17V)の電流をそれぞ
れ供給して、上、下端電磁石に磁場の重畳原理により87
5ガウスのＥＣＲ条件を形成した。このとき、反応チャ
ンバ10の圧力は25mtorr、グリッドに印加される直流電
圧は−10kVに維持し、有機金属の前駆体であるCu(hfac)
2をバブラー44を介して供給しながら該バブラー44内の
圧力を200torrに調節し、アルゴン及び水素の供給を、
供給なしと100sccm以下の流量範囲の条件下で、100×10
0mmの大きさを有するPET（試片）を載置部15に載置して
30分間の間常温蒸着した。
【００４３】銅薄膜の蒸着された試片の表面比抵抗をAS
TM D257により測定した結果、表面比抵抗は蒸着前1012
〜1014Ω／cm2から蒸着後100〜108Ω／cm2に変化した。
アルゴンと水素の比による表面比抵抗の変化を表１に示
した。
TM D257により測定した結果、表面比抵抗は蒸着前1012
〜1014Ω／cm2から蒸着後100〜108Ω／cm2に変化した。
アルゴンと水素の比による表面比抵抗の変化を表１に示
した。
【００４４】
【表１】
【００４５】実施例２
水素とアルゴンの供給比が0.5の場合に対し、マイクロ
ウェーブパワーを700Wから200Wに変化させ、その他は前
記第1実施例と同一条件にした。表面比抵抗値は45.45Ω
から0.68MΩに増加した。マイクロウェーブパワーの変
化による表面比抵抗の変化を表２に示した。
ウェーブパワーを700Wから200Wに変化させ、その他は前
記第1実施例と同一条件にした。表面比抵抗値は45.45Ω
から0.68MΩに増加した。マイクロウェーブパワーの変
化による表面比抵抗の変化を表２に示した。
【００４６】
【表２】
【００４７】実施例３
前記実施例１と同一条件下で、コーティング対象となる
生地素材として多様な高分子樹脂、シリコンウエハ、紙
または繊維を使用した場合、金属膜がコーティングされ
て、生地素材の表面が導電性を有するように改質するこ
とが可能であった。生地素材の種類及び表面改質による
表面比抵抗の平均値を表３に示した。
生地素材として多様な高分子樹脂、シリコンウエハ、紙
または繊維を使用した場合、金属膜がコーティングされ
て、生地素材の表面が導電性を有するように改質するこ
とが可能であった。生地素材の種類及び表面改質による
表面比抵抗の平均値を表３に示した。
【００４８】
【表３】
【００４９】実施例４
水素とアルゴンの供給比が0.5の場合に対して、磁場の
強度を変化させるために第１磁石35及び第２磁石37に供
給される電流を変化させ、その他は前記実施例１と同一
条件にした時、表面比抵抗値は45Ωより増加した。前記
第１及び第２磁石35、37に供給される電流量による表面
比抵抗の変化を表４に示した。
強度を変化させるために第１磁石35及び第２磁石37に供
給される電流を変化させ、その他は前記実施例１と同一
条件にした時、表面比抵抗値は45Ωより増加した。前記
第１及び第２磁石35、37に供給される電流量による表面
比抵抗の変化を表４に示した。
【００５０】
【表４】
【００５１】実施例５
前記実施例１のように有機金属前駆体を供給する代わり
に反応チャンバ10内にターゲット56として銅(Cu)を装着
し、スパッタリング装置55によりスパッタリングさせな
がら、炭化水素のn-ヘキサンを10cc／minに供給して10
分間の間銅薄膜を蒸着した。生成される銅金属薄膜の表
面比抵抗は減少され、蒸着速度は約20倍増加した。金属
イオンの供給方法による表面比抵抗の変化を表５に示し
た。
に反応チャンバ10内にターゲット56として銅(Cu)を装着
し、スパッタリング装置55によりスパッタリングさせな
がら、炭化水素のn-ヘキサンを10cc／minに供給して10
分間の間銅薄膜を蒸着した。生成される銅金属薄膜の表
面比抵抗は減少され、蒸着速度は約20倍増加した。金属
イオンの供給方法による表面比抵抗の変化を表５に示し
た。
【００５２】
【表５】
【００５３】比較例１
本実施例により製造された銅金属薄膜と、スパッタリン
グ法を利用して製造された薄膜と、の表面を比較した結
果、本実施例による薄膜の表面は、非晶質形態で、銅金
属の結晶が殆ど見られないが、スパッタリング法単独に
より製造された薄膜の表面は、銅金属結晶により覆われ
ていることが確認された。
グ法を利用して製造された薄膜と、の表面を比較した結
果、本実施例による薄膜の表面は、非晶質形態で、銅金
属の結晶が殆ど見られないが、スパッタリング法単独に
より製造された薄膜の表面は、銅金属結晶により覆われ
ていることが確認された。
【００５４】比較例２
本実施例により高分子樹脂に蒸着された銅薄膜と、スパ
ッタリング法を利用して蒸着された薄膜と、の断面を比
較した結果、本実施例による薄膜の断面は、高分子樹脂
と堅固に結合され、銅と高分子樹脂との境界面も明確で
なかった。一方、スパッタリング法単独により製造され
た薄膜の断面は、薄膜の上層部へ行くほど円周状に形成
されて結合力が非常に弱く、高分子樹脂と銅薄膜間の境
界面も明確であることが分かった。
ッタリング法を利用して蒸着された薄膜と、の断面を比
較した結果、本実施例による薄膜の断面は、高分子樹脂
と堅固に結合され、銅と高分子樹脂との境界面も明確で
なかった。一方、スパッタリング法単独により製造され
た薄膜の断面は、薄膜の上層部へ行くほど円周状に形成
されて結合力が非常に弱く、高分子樹脂と銅薄膜間の境
界面も明確であることが分かった。
【００５５】比較例３
高分子樹脂に化学蒸着される複合金属膜の組成比に対
し、蒸着方法による変化を比較するためにオージェ（Au
ger）分析装置により分析した結果、本実施例による金
属膜の組成比は、図２に示したように、Cu：74%、C：25
%及びO：1%により構成された複合膜で、抵抗は69.6Ω／
cmであった。一方、スパッタリング法単独で製造された
薄膜は、図３に示したように、殆どCu：100%により構成
されて、前記比較例２の結果を裏付けている。
し、蒸着方法による変化を比較するためにオージェ（Au
ger）分析装置により分析した結果、本実施例による金
属膜の組成比は、図２に示したように、Cu：74%、C：25
%及びO：1%により構成された複合膜で、抵抗は69.6Ω／
cmであった。一方、スパッタリング法単独で製造された
薄膜は、図３に示したように、殆どCu：100%により構成
されて、前記比較例２の結果を裏付けている。
【００５６】比較例４
図４は、プラズマエッチング領域にニッケルを載置させ
た後、パラキシレン有機物を独立的に供給することで高
分子樹脂に蒸着された複合金属膜の組成をオージェ分析
装置により分析した結果を示したグラフで、膜の組成
は、前駆体に含まれたCu：3.5%、C：25%、F：3%、O：2.
5%及び電極質からスパッタリングされたZn：2%、Ni：63
%により構成された複合膜で、抵抗は69.6Ω／cmであっ
た。
た後、パラキシレン有機物を独立的に供給することで高
分子樹脂に蒸着された複合金属膜の組成をオージェ分析
装置により分析した結果を示したグラフで、膜の組成
は、前駆体に含まれたCu：3.5%、C：25%、F：3%、O：2.
5%及び電極質からスパッタリングされたZn：2%、Ni：63
%により構成された複合膜で、抵抗は69.6Ω／cmであっ
た。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＥＣ
Ｒを利用した常温化学蒸着システム及びそれを利用した
金属複合膜の製造方法においては、高分子の表面上に多
成分の金属薄膜を製造することが可能で、具体的には次
のような効果がある。 （１）本発明により形成される金属膜は、従来の技術で
あるスパッタリング法やイオンビーム蒸着法により製造
される金属膜に比べて基板と金属膜間の結合が非常に堅
固な優れた膜特性を有する。
Ｒを利用した常温化学蒸着システム及びそれを利用した
金属複合膜の製造方法においては、高分子の表面上に多
成分の金属薄膜を製造することが可能で、具体的には次
のような効果がある。 （１）本発明により形成される金属膜は、従来の技術で
あるスパッタリング法やイオンビーム蒸着法により製造
される金属膜に比べて基板と金属膜間の結合が非常に堅
固な優れた膜特性を有する。
【００５８】（２）ＥＣＲ条件によってイオン化エネル
ギーが高いため高密度のプラズマが形成され、イオン化
金属の供給装置であるスパッタリングシステムとの結合
により化学蒸着速度を一層向上させることが可能で、複
数個のスパッタリングガンをチャンバ内に設けると多成
分系の金属膜の形成や組成の制御が一層容易になる。 （３）蒸着領域とプラズマ領域とが分離され、膜成長メ
カニズムが金属粒子の衝突によるものであった従来の技
術とは異なる、化学反応であるので、素材の変形や機械
的強度の低下などの物性変化が発生しない。
ギーが高いため高密度のプラズマが形成され、イオン化
金属の供給装置であるスパッタリングシステムとの結合
により化学蒸着速度を一層向上させることが可能で、複
数個のスパッタリングガンをチャンバ内に設けると多成
分系の金属膜の形成や組成の制御が一層容易になる。 （３）蒸着領域とプラズマ領域とが分離され、膜成長メ
カニズムが金属粒子の衝突によるものであった従来の技
術とは異なる、化学反応であるので、素材の変形や機械
的強度の低下などの物性変化が発生しない。
【００５９】（４）プラズマパワー、膜内に含まれた金
属の組成や種類及び有機物の濃度分布などを制御するこ
とで、蒸着された金属膜の電導度を幅広く調節すること
ができる。 （５）化学的に構成された多成分系金属膜の蒸着が可能
であるため、特殊技能が要求される新機能及び高性能金
属膜の製造が可能である。
属の組成や種類及び有機物の濃度分布などを制御するこ
とで、蒸着された金属膜の電導度を幅広く調節すること
ができる。 （５）化学的に構成された多成分系金属膜の蒸着が可能
であるため、特殊技能が要求される新機能及び高性能金
属膜の製造が可能である。
【００６０】（６）本発明のＥＣＲを利用した常温化学
蒸着システムによって高分子樹脂の表面に金属薄膜を製
造する方法は、プラズマをチャンバの外部で生成して注
入するので、素材の大面積化及び連続工程の構成が便利
で、大量生産設備への適用に非常に有利である。
蒸着システムによって高分子樹脂の表面に金属薄膜を製
造する方法は、プラズマをチャンバの外部で生成して注
入するので、素材の大面積化及び連続工程の構成が便利
で、大量生産設備への適用に非常に有利である。
【図１】本発明に係るＥＣＲを利用した常温化学蒸着シ
ステムの一実施形態を示した構成図である。
ステムの一実施形態を示した構成図である。
【図２】本発明により製造された銅金属薄膜のオージェ
分析結果を示したグラフである。
分析結果を示したグラフである。
【図３】既存のスパッタリング法単独で製造された銅金
属薄膜のオージェ分析結果を示したグラフである。
属薄膜のオージェ分析結果を示したグラフである。
【図４】ＥＣＲプラズマエッチング領域にニッケル金属
を装入させ、反応器の側面に有機物を供給して製造され
たニッケル金属薄膜のオージェ分析結果を示したグラフ
である。
を装入させ、反応器の側面に有機物を供給して製造され
たニッケル金属薄膜のオージェ分析結果を示したグラフ
である。
10：反応チャンバ 15：載置部
20：発振器 30：導波管
35：第１磁石 37：第２磁石
39：ＥＣＲチャンバ 50：電源
55：スパッタリング装置 56：ターゲット
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 朴 達 根
大韓民国ソウル特別市江南區大峙洞506鮮
景アパート５−501
(72)発明者 趙 炳 源
大韓民国ソウル特別市恩平區鷹岩洞714慶
南アパート101−1402
(72)発明者 禹 柱 満
大韓民国ソウル特別市蘆原區中溪１洞３住
公アパート518−203
(72)発明者 全 法 柱
大韓民国ソウル特別市蘆原區上溪６洞住公
アパート105−403
Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 BC01 BC02 BC04
BC06 CA51 CA62 CA63 DA02
DA18 EB01 EB44
4K030 AA09 AA11 AA16 AA17 BA01
CA04 CA07 CA08 FA03 FA14
HA02 KA30 KA49
4M104 AA01 AA10 BB04 DD37 DD43
DD44 DD45 HH08
Claims (14)
- 【請求項１】反応チャンバと、 前記反応チャンバ内に設けられて素材が載置される載置
部と、 前記反応チャンバにプラズマを供給する電子サイクロト
ロン共鳴システムと、 前記反応チャンバに有機物質または有機金属化合物を供
給する有機物供給システムと、 前記反応チャンバに金属イオンを供給するスパッタリン
グシステムと、 前記載置部に載置される素材に金属イオン及びラジカル
イオンを誘導する誘導電圧を供給する誘導電圧供給シス
テムと、 前記反応チャンバの内部の真空度を調節する真空システ
ムと、 を包含して構成されることを特徴とする電子サイクロト
ロン共鳴を利用した常温化学蒸着システム。 - 【請求項２】前記電子サイクロトロン共鳴システムは、 マイクロウェーブを生成する発振器と、 プラズマを形成するためのガスを供給するガス供給部
と、 電子サイクロトロン共鳴によるプラズマ形成空間である
ＥＣＲチャンバと、 前記ＥＣＲチャンバに装着されて磁場を形成する少なく
とも一つの磁石と、 前記ＥＣＲチャンバにマイクロウェーブを供給する導波
管と、 インピーダンスマッチングのために前記ＥＣＲチャンバ
と発振器間の導波管に連結されるインピーダンスマッチ
ング部と、 を包含して構成されることを特徴とする請求項1に記載
の電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化学蒸着シス
テム。 - 【請求項３】前記ガス供給部を介して供給されるガスと
して、酸化ガス、還元ガス及び不活性ガス中から選択さ
れた少なくとも一つであることを特徴とする請求項２に
記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化学蒸着
システム。 - 【請求項４】前記スパッタリングシステムは、ＤＣマグ
ネトロンスパッタリングシステムまたはＲＦスパッタリ
ングシステムから選択されることを特徴とする請求項1
〜３のいずれか１つに記載の電子サイクロトロン共鳴を
利用した常温化学蒸着システム。 - 【請求項５】前記誘導電圧供給システムは、 商用交流電圧を昇圧させる昇圧器と、 前記昇圧器により昇圧された交流電圧を負の直流電圧に
変換するＡＣ−ＤＣコンバータと、 前記載置部近傍に設けられ、前記ＡＣ−ＤＣコンバータ
により供給される電圧が印加されて前記金属イオン及び
ラジカルイオンを素材に誘導するグリッドと、 により構成されて、−1〜−100kVの範囲で負の電圧が供
給可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１つに記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化
学蒸着システム。 - 【請求項６】前記真空システムは、 前記反応チャンバ内の圧力を感知する圧力センサーと、 前記圧力センサーにより感知される反応チャンバ内の圧
力を適正に制御するための圧力制御部とを付加して構成
されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに
記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した常温化学蒸着
システム。 - 【請求項７】反応が行われる反応チャンバ内に電子サイ
クロトロン共鳴を利用してガスをプラズマに形成して供
給すると共に、有機物質及び金属イオンを前記反応チャ
ンバに供給し、 金属イオン及び有機物質を前記プラズマとそれぞれ反応
させて有機物質イオン及びラジカルイオンを生成させ、 前記有機物質イオン及びラジカルイオンを素材の表面に
誘導して化学結合させることを包含して行われることを
特徴とする電子サイクロトロン共鳴を利用した複合金属
膜の製造方法。 - 【請求項８】前記有機物質としては、気体状態の炭化水
素及び液体状態の炭化水素中のどちらか一つが選択され
ることを特徴とする請求項７に記載の電子サイクロトロ
ン共鳴を利用した複合金属膜の製造方法。 - 【請求項９】前記気体状態の炭化水素としては、メタ
ン、エタン、プロパン及びブタン中の何れか一つが選択
され、前記液体状態の炭化水素としては、トルエン、パ
ラキシレン、エチルベンゼン、スチレン、1,1,1,5,5,5,
-ヘキサフルオロ-2,4-ペンタンジオナト[H(fac)]及びテ
トラハイドロフラン中の何れか一つが選択されることを
中の何れか一つが選択されることを特徴とする請求項８
に記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した複合金属膜
の製造方法。 - 【請求項１０】前記金属イオン及び有機物質の供給は、
有機金属化合物前駆体を供給することによって行われる
ことを特徴とする請求項７に記載の電子サイクロトロン
共鳴を利用した複合金属膜の製造方法。 - 【請求項１１】前記有機金属化合物の前駆体としては、
Li(acetate)、(CH3)3Al、(C2H5)3Al、(C4H9)3Al、(CH3)
3Bi、(C2H5)3Sb、(C3H7)3Sb、Ag(trifluoroacetate)、A
g(acetate)、(C2H5O)4Si、(C2H5)3SiH、(CH3)4Sn、(C2H
5)4Sn、Cu(hfac)2、Cu(acac)、Cu(DPM)、(hfac)Cu(I)M
P、(Hfac)Cu(I)(DMB)、(COD)Pt(CH3)2、Pt(CH3)2(CH3N
C) 2、Pd(allyl)2、Ni(C5H5)2、Ni(CO)4及びPt(hfac)2中
の何れか一つが選択されることを特徴とする請求項１０
に記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した複合金属膜
の製造方法。 - 【請求項１２】前記金属イオンの供給は、金属をスパッ
タリングして金属イオンに変換して供給し、前記有機物
質の供給は、ガスまたは液体状態の有機物質のいずれか
一方を選択して供給することを特徴とする請求項７に記
載の電子サイクロトロン共鳴を利用した複合金属膜の製
造方法。 - 【請求項１３】前記金属イオン及びラジカルイオンがコ
ーティングされる素材としては、高分子樹脂、金属、セ
ラミック、紙及び繊維中の何れか一つが選択されること
を特徴とする請求項７〜１２のいずれか１つに記載の電
子サイクロトロン共鳴を利用した複合金属膜の製造方
法。 - 【請求項１４】前記金属イオン及びラジカルイオンによ
り形成された素材の金属膜表面比抵抗は、10-1〜108Ω
の範囲であることを特徴とする請求項７〜１３のいずれ
か１つに記載の電子サイクロトロン共鳴を利用した複合
金属膜の製造方法。
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| CN100593585C (zh) * | 2007-08-21 | 2010-03-10 | 西安电子科技大学 | 微波电子回旋共振等离子体化学气相淀积设备 |
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| FR3019708B1 (fr) * | 2014-04-04 | 2016-05-06 | Hydromecanique & Frottement | Procede et dispositif pour generer un plasma excite par une energie micro-onde dans le domaine de la resonnance cyclonique electronique (rce), pour realiser un traitement de surface ou revetement autour d'un element filiforme. |
| KR102071145B1 (ko) * | 2017-09-18 | 2020-01-29 | 고려대학교 세종산학협력단 | 스트레쳐블 다중모드 센서 및 그 제조 방법 |
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