JP2003055768A - 成膜方法及び成膜装置 - Google Patents
成膜方法及び成膜装置Info
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Abstract
の薄膜を層状に形成する技術を提供する。 【解決手段】本発明の成膜装置1は、所定の反応ガスを
導入可能に構成された真空槽2を有し、この真空槽2内
に、所定の方向の交流電界を発生するように構成された
電界発生手段6を備える。電界発生手段6は、矩形環状
のコア60と、コア60に巻回されたコイル9とを有す
る。コイル9に対して高周波電力を印加することによっ
て基板50に沿う方向の交流電界を発生させて基板50
に印加する。
Description
プラズマCVDにおいて電界を印加することによって、
その膜質を制御したりできるプロセスに適応される。具
体的にはダイヤモンドやカーボンナノチューブ等のグラ
ファイト系薄膜において、その材料の向きや配向性が電
界を印加することによって制御できるものに関する。
る。図5中、符号101は真空チャンバ(以下「チャン
バ」という。)であり、このチャンバ102は、金属を
用いて製作されグランド電位に接地されている。チャン
バ102には、キャパシタンスマノメータ102aが取
り付けられている。
(例えばタングステン、レニウム)からなり例えば波状
に形成されたフィラメント103が、水平面に対して平
行になるように配置されている。
外部に設けられたフィラメント加熱電源に接続されてい
る。
からなる円板状の基板ホルダ105が設けられ、この基
板ホルダ105は、碍子107によってチャンバ102
から電気的に絶縁されている。そして、基板ホルダ10
5上には、ガラス基板上に磁性材が成膜された基板15
0が設置されている。
アス電源106のマイナス側の出力端子に接続されてい
る。一方、バイアス電源106のプラス側の出力端子は
グランド電位に接地されている。
03との間には、グランド電位に接地されたグランド電
位形成板108が配設されている。
9を介して真空ポンプ110に取り付けられている。こ
こで、仕切バルブ109の上流側には、ピラニ真空計1
11が設けられている。
2、マスフローコントローラ113、仕切バルブ114
及びレギュレータ115を介してガスボンベ116に気
密に接続されるとともに、仕切バルブ117、マスフロ
ーコントローラ118、仕切バルブ119及びレギュレ
ータ120を介してガスボンベ121に気密に接続さ
れ、これによりチャンバ102内に水素とメタンを導入
するようになっている。
てグラファイト系の膜を形成する場合には、まず、仕切
バルブ109を開けて真空ポンプ110を駆動させ、チ
ャンバ102内を排気し、1×10-2Torr(1To
rrは133.322Pa)程度の真空状態にする。
開けてレギュレータ115、120を1気圧より少し高
めに設定し各仕切バルブ114、119を開く。そし
て、マスフローコントローラ113、118を徐々に開
いて導入ガスの流量をメタン:2sccm、水素:8s
ccmに設定し、仕切バルブ112、117の解放度を
調整し、チャンバ102内の圧力を1〜10Torrに
設定する。
らフィラメント103に通電し、フィラメント103の
温度が1500℃以上〜2000℃になるように設定す
る。さらにこの状態でバイアス電源106から基板ホル
ダ105に300V程度出力して基板150に電圧を印
加する。この状態で成膜を続けると基板150上にカー
ボンナノチューブが成長する。
に電圧を印加した場合の電気力線図を示すものである。
基板150は、その表面上に磁性材料(金属)が成膜さ
れていることから導伝体であり、また電位形成板108
はプラス電位であることから基板150に対して電気力
線120が形成される。この場合、基板150上が導電
性薄膜で被覆されているため電気力線120は基板15
0に対して垂直に入射する。
形成されている場合のカーボンナノチューブの一例であ
り、カーボンナノチューブ200は電気力線120と同
じ方向、つまり資料基板150に対して垂直に形成され
る。
VDにおいて電界を印加する方法では、グラファイト系
材料を基板に対して平行に形成することはできないとい
う問題がある。
基板150に対して平行な電界を形成しようとして電位
形成板108を基板150に対して垂直に設置すると、
電気力線120は基板150に対して平行に放出される
が、基板150の表面が導電性薄膜に覆われ導伝体とな
っているため、図6(d)に示すように、基板150に
到達する際には、電気力線120は基板150に対して
垂直に入射し、その結果、基板150上に層状に膜を形
成することができない。
解決するためになされたもので、導電性の表面を有する
基板上にグラファイト系の薄膜を層状に形成する技術を
提供することを目的とする。
になされた請求項1記載の発明は、真空中で化学気相反
応によって成膜対象物に膜を形成する成膜方法であっ
て、前記成膜対象物に対し、当該成膜対象物に沿って交
流電界を印加することを特徴とする成膜方法である。
明において、前記成膜対象物に沿う交流電界は、所定の
コアに巻回されたコイルに対して高周波電力を印加する
ことによって形成することを特徴とする。
明において、前記コイルに対して10kHz以上の高周
波電力を印加することを特徴とする。
いずれか1項記載の発明において、前記成膜対象物は、
その表層部分が導電性を有していることを特徴とする。
反応によって成膜対象物に膜を形成する成膜方法であっ
て、前記成膜対象物に対し、当該成膜対象物に沿って静
電界を印加することを特徴とする。
明において、前記成膜対象物に沿う静電界は、当該成膜
対象物の近傍に設けた一対の電極間に所定の電位差を発
生させることによって形成することを特徴とする。
いずれか1項記載の発明において、前記成膜対象物は、
その表層部分が導電性を有していることを特徴とする。
明において、前記成膜対象物は、その表層部分に導電性
で島状の被成膜部が設けられていることを特徴とする。
いずれか1項記載の方法によって形成されたことを特徴
とする薄膜である。
を導入可能に構成され、化学気相反応によって成膜対象
物に膜を形成するための真空槽と、前記成膜対象物の近
傍に配設され、当該成膜対象物に沿う方向の交流電界を
発生するように構成された電界発生手段とを備えたこと
を特徴とする成膜装置である。
の発明において、前記電界発生手段は、環状のコアと、
該コアに巻回されたコイルと、該コイルに接続された高
周波電源とを有することを特徴とする。
の発明において、前記コアは、当該成膜対象物に対して
ほぼ平行な交流電界印加部を有することを特徴とする。
12乃至のいずれか1項記載の発明において、前記コア
は、長円形状に形成されていることを特徴とする。
13乃至のいずれか1項記載の発明において、前記コイ
ルは、前記コアに対して1回乃至3回巻回されているこ
とを特徴とする。
14乃至のいずれか1項記載の発明において、前記コア
は、当該成膜対象物を保持する保持部を兼ねていること
を特徴とする。
を導入可能に構成され、化学気相反応によって成膜対象
物に膜を形成するための真空槽と、前記成膜対象物の近
傍に配設され、当該成膜対象物に沿う方向の静電界を発
生するように構成された電界発生手段とを備えたことを
特徴とする成膜装置である。
の発明において、前記電界発生手段は、前記成膜対象物
を側方から挟むように配置される一対の平行電極と、該
一対の平行電極に接続された直流電源とを有することを
特徴とする。
よって成膜対象物に沿う方向の交流電界を発生させ、こ
の交流電界を成膜対象物に印加することによって、成膜
対象物の表面に沿う方向に導電性の膜を成長させること
が可能になる。
コアに例えば1回乃至3回巻回されたコイルに対して例
えば10kHz以上の高周波電力を印加することによっ
て簡素な構成で最適の交流電界を形成することができ
る。
行な交流電界印加部を有していれば、容易に成膜対象物
に沿う方向の交流電界を発生させて成膜対象物に印加す
ることができる。
印加する際の損失を小さくするため例えば薄いテープ状
の部材を積層して作成することが好ましいが、その場
合、コアを長円形状に形成するようにすれば、円形を押
しつぶすだけで作成することができるので、製造が容易
になるというメリットがある。
部を兼ねるように構成すれば、より簡素な構成の成膜装
置が得られる。
部分が導電性を有している成膜対象物に対し、簡素な構
成の成膜装置を用いて例えばグラファイト系の薄膜を形
成することが可能になる。
手段によって成膜対象物に沿う方向の静電界を発生さ
せ、この静電界を成膜対象物に印加することによって
も、成膜対象物の表面に沿う方向に導電性の膜を成長さ
せることが可能になる。
象物を例えば側方から挟むように一対の電極を設け、こ
れら一対の電極間に電圧を印加して所定の電位差を発生
させるようにすれば、簡素な構成で最適の静電界を形成
することができる。
施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図1は、本
実施の形態の成膜装置の概略構成を示すものである。図
1に示すように、本実施の形態の成膜装置1は、後述す
る基板(成膜対象物)50に対して成膜を行うための真
空チャンバ(真空槽、以下「チャンバ2」という。)を
有している。
グランド電位に接地されている。また、チャンバ2に
は、キャパシタンスマノメータ3が取り付けられてい
る。
えばタングステン、レニウム)からなるフィラメント4
が、水平面に対して平行になるように配置されている。
けられたフィラメント加熱電源5に接続されている。
に、次のような電界発生手段6が設けられている。本実
施の形態の電界発生手段6は、基板保持部を兼ねるもの
で、長円形状のコア60を有する基板ホルダ7を有し、
この基板ホルダ7上には、ガラス基板上に磁性材が成膜
された基板50が設置されるようになっている。
料(例えばFe基合金)からなるもので、その上部に
は、成膜対象である基板50と同等の大きさで、水平な
保持面を有する交流電界印加部60aが設けられてい
る。
する際の損失を小さくするため例えば薄いテープ状の部
材を積層して作成することが好ましい。
9が1回乃至3回巻回され、このコイル9は、チャンバ
2に対して絶縁された導入端子10を介してチャンバ2
の外部に引き出されている。そして、本実施の形態の場
合、この引き出されたコイル9は、出力が±1500
V、周波数100kHz以上の高周波電源11に接続さ
れている。
して真空ポンプ21に接続され、さらに、この仕切バル
ブ20の上流側には、ピラニ真空計22が設けられてい
る。
スフローコントローラ31、仕切バルブ32及びレギュ
レータ33を介してガスボンベ34に気密に接続される
とともに、仕切バルブ35、マスフローコントローラ3
6、仕切バルブ37及びレギュレータ38を介してガス
ボンベ39に気密に接続され、これによりチャンバ2内
に反応ガスである水素ガスとメタンガスを導入するよう
になっている。
管40、41を連結し、水素ガスとメタンガスをチャン
バ2の外部で混合した状態でチャンバ2内に導入するよ
うに構成されている。
説明する。図2(a)(b)に示されているように、コ
ア60に高周波を印加すると、コア60内に、交流磁場
が発生する。図2(b)に示すように、この交流磁場
は、コア60内において、コア60の周方向に沿って磁
力線(B)が通過している(図2(b)中、紙面に垂直
方向)。そして、この磁力線(B)が時間的な変化する
ことによって、磁力線(B)と垂直方向(図2(b)
中、紙面に平行方向)に交流の電界(E)が発生する。
式で示される。
ア60内で形成される磁束密度B0を1T、高周波電源
の周波数ωとする。
の強度は、 E=3×103V/m=30V/cm となる。
は、φ20cm基板を搭載すると仮定すると、 Vrf=2×20cm×30V/cm=1200V となる。
は、電界発生手段6によって基板50に沿う方向の交流
電界を発生させ、この交流電界を基板50に印加するよ
うにしたことから、基板50の表面方向にグラファイト
系の膜を成長させ層状に形成することが可能になる。
0を用い、このコア60に1回乃至3回巻回されたコイ
ル9に対して例えば100kHz以上の高周波電力を印
加することによって簡素な構成で最適の交流電界を形成
することができる。
が、基板50に対して平行な交流電界印加部60aを有
しているので、基板50に沿う方向の交流電界を基板5
0に印加することができる。
に形成され、円形を押しつぶすだけで作成することがで
きるので、容易に製造することができるものである。
る保持部を兼ねているので、簡素な構成の成膜装置が得
られる。
部分が導電性を有している基板50に対し、簡素な構成
の成膜装置を用いて例えばグラファイト系の薄膜を形成
することができる。
置の概略構成図、図4(a)は、本実施の形態における
成膜対象物を示す平面図、図4(b)は、図4(a)の
S−S線断面図である。以下、上記実施の形態と対応す
る部分については、同一の符号を付しその詳細な説明を
省略する。
置1Aは、従来例と同様の基板ホルダ51を有し、この
基板ホルダ51は、グランド電位に接地されたバイアス
電源52のマイナス側の出力端子に接続されている。
形態の場合は、成膜対象物として、例えばシリコンウェ
ハ53上に、絶縁層54及び半導体層55が順次全面に
わたって形成された基板50Aが用いられる。
3と半導体層55間において安定して電圧を印加するた
めのもので、その構成する材料は特に限定されることは
ないが、耐電圧の確保及び成膜の容易さの観点からは、
シリコン酸化膜(SiO2)を形成することが好ましい。
れることはないが、耐電圧の確保の観点からは、0.1
〜10μmとすることが好ましく、より好ましい絶縁層
54の厚さは、1〜10μmである。
定されることはないが、膜厚制御性の容易さの観点から
は、真空蒸着法によって形成することが好ましい。
限定されることはないが、最適な導伝性を得る観点から
は、シリコンを用いて形成することが好ましい。
されることはないが、最適な体積抵抗率を得る観点から
は、0.01〜10μmとすることが好ましく、より好
ましい半導体層55の厚さは、0.1〜10μmであ
る。
限定されることはないが、膜厚制御性の容易さの観点か
らは、真空蒸着法によって形成することが好ましい。
被成膜部56が複数個形成されている。
に限定されることはないが、カーボンナノチューブを成
長させる観点からは、導入される反応ガスに対して触媒
反応する金属を用いて形成することが好ましい。
を導入する場合には、ニッケル(Ni)を用いることが
好ましい。
されることはないが、量産性確保の観点からは、0.0
5〜0.2μmとすることが好ましく、より好ましい被
成膜部56の厚さは、0.1〜0.2μmである。
限定されることはないが、高純度の膜を形成する観点か
らは、真空蒸着法によって形成することが好ましい。
の容易さの観点から、正方形形状とすることが好まし
い。
イスの作り易さの観点から、0.1〜1μmとすること
が好ましい。
最適化の観点から、0.1〜1mmとすることが好まし
い。
に、次のような電界発生手段6Aが設けられている。
一対の対向する端縁部の側部に設けられた第1及び第2
の電極61、62を有している。
構成する材料は特に限定されることはないが、デバイス
の作り易さと抵抗値の低さの観点からは、例えば白金を
用いて形成することが好ましい。
成する方法は特に限定されることはないが、膜厚制御性
の容易さの観点からは、真空蒸着法によって形成するこ
とが好ましい。
1及び第2の電極61、62は上述した絶縁層54に掛
からないように形成する必要がある。
1、62は、両極性出力可能な直流電源63に接続され
ている。この場合、直流電源63の出力端子ではない方
の端子はグランド電位に接地されている。
電極61、62に所定の電圧を印加する。この場合、第
1及び第2の電極に印加する電圧は、絶縁層54の耐電
圧確保の観点から、20〜50Vとすることが好まし
い。
所定の電圧を印加すると、第1及び第2の電極61、6
2間の半導体層55に基板50Aに沿う方向の電流が流
れ、その結果、被成膜部56の表面において基板50A
に対して平行な静電界が形成され、基板50Aの表面方
向にグラファイト系の膜が成長する。
発生手段6Aによって基板50Aに沿う方向の静電界を
発生させ、この静電界を基板50Aに印加するようにし
たことから、基板50Aの表面方向にグラファイト系の
膜を成長させ層状に形成することが可能になる。
から挟むように第1及び第2の電極61、62を設け、
これら第1及び第2の電極61、62間に電圧を印加し
て所定の電位差を発生させるようにしたことから、簡素
な構成で最適の静電界を形成することができる。
性の表面を有する基板上にグラファイト系の薄膜を層状
に形成することができる。
の概略構成図
図
す平面図 (b):図4(a)のS−S線断面図
発生手段 7…基板ホルダ 9…フィラメント 50…
基板 60…コア
Claims (17)
- 【請求項1】真空中で化学気相反応によって成膜対象物
に膜を形成する成膜方法であって、 前記成膜対象物に対し、当該成膜対象物に沿って交流電
界を印加することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項2】前記成膜対象物に沿う交流電界は、所定の
コアに巻回されたコイルに対して高周波電力を印加する
ことによって形成することを特徴とする請求項1記載の
成膜方法。 - 【請求項3】前記コイルに対して10kHz以上の高周
波電力を印加することを特徴とする請求項2記載の成膜
方法。 - 【請求項4】前記成膜対象物は、その表層部分が導電性
を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
か1項記載の成膜方法。 - 【請求項5】真空中で化学気相反応によって成膜対象物
に膜を形成する成膜方法であって、 前記成膜対象物に対し、当該成膜対象物に沿って静電界
を印加することを特徴とする成膜方法。 - 【請求項6】前記成膜対象物に沿う静電界は、当該成膜
対象物の近傍に設けた一対の電極間に所定の電位差を発
生させることによって形成することを特徴とする請求項
5記載の成膜方法。 - 【請求項7】前記成膜対象物は、その表層部分が導電性
を有していることを特徴とする請求項5又は6のいずれ
か1項記載の成膜方法。 - 【請求項8】前記成膜対象物は、その表層部分に導電性
で島状の被成膜部が設けられていることを特徴とする請
求項7記載の成膜方法。 - 【請求項9】請求項1乃至8のいずれか1項記載の方法
によって形成されたことを特徴とする薄膜。 - 【請求項10】所定の反応ガスを導入可能に構成され、
化学気相反応によって成膜対象物に膜を形成するための
真空槽と、 前記成膜対象物の近傍に配設され、当該成膜対象物に沿
う方向の交流電界を発生するように構成された電界発生
手段とを備えたことを特徴とする成膜装置。 - 【請求項11】前記電界発生手段は、環状のコアと、該
コアに巻回されたコイルと、該コイルに接続された高周
波電源とを有することを特徴とする請求項10記載の成
膜装置。 - 【請求項12】前記コアは、当該成膜対象物に対してほ
ぼ平行な交流電界印加部を有することを特徴とする請求
項11記載の成膜装置。 - 【請求項13】前記コアは、長円形状に形成されている
ことを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項記
載の成膜装置。 - 【請求項14】前記コイルは、前記コアに対して1回乃
至3回巻回されていることを特徴とする請求項11乃至
13のいずれか1項記載の成膜装置。 - 【請求項15】前記コアは、当該成膜対象物を保持する
保持部を兼ねていることを特徴とする請求項11乃至1
4のいずれか1項記載の成膜装置。 - 【請求項16】所定の反応ガスを導入可能に構成され、
化学気相反応によって成膜対象物に膜を形成するための
真空槽と、 前記成膜対象物の近傍に配設され、当該成膜対象物に沿
う方向の静電界を発生するように構成された電界発生手
段とを備えたことを特徴とする成膜装置。 - 【請求項17】前記電界発生手段は、前記成膜対象物を
側方から挟むように配置される一対の平行電極と、該一
対の平行電極に接続された直流電源とを有することを特
徴とする請求項16記載の成膜装置。
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