JP2006283119A - 成膜装置及び成膜方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 チャンバ3内にガス供給部7−1、7−2、7−3が設けられる。チャンバ3内の基材13の同一表面側に電気的にフローティングレベルに設定された電極35−1、35−2が設けられ、電極15−1、15−2に電源17から電力が供給される。チャンバ3内にガス供給部7−1、7−2、7−3から成膜用ガスが供給され、電極35−1、35−2からプラズマが発生し、基材13上に薄膜が形成される。
【選択図】 図1
Description
以上の問題は、例えばSiO2やTiO2のような絶縁膜を形成する際は、成膜材料の分解性が悪いことに起因して放電インピーダンスが更に大きくなり、成膜が不安定になるという問題がある。
一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起すことがある。
ここで電気的フローティングレベルとは、アースレベルに設置されたチャンバや成膜装置部品とは絶縁性が保たれるように、絶縁性部品や絶縁性コーティングを用い電極が設計、設置されている状態を意味している。電極の絶縁性が確保されているように設計されているにもかかわらず、電極の冷却に必要な冷媒が用いられ、この冷媒や冷媒を循環供給するための配管が若干の導電性を有することに起因してアースレベル(グランドレベル)を基準とし、電極とアースとの間で10kΩ〜1000MΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
この成膜装置では、前記1組の電極から構成される複数組の電極が、前記基板の両側に設置されてもよい。
前記電源は、周波数が10Hzから27.12MHzが望ましい。前記電源は、投入電力制御または、インピーダンス制御等により制御される。
前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給する。前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルである。
また成膜装置は、基材搬送機構を更に具備してもよい。この場合、基材は、絶縁性のトレー、キャリア等の基材保持部品に載置される。また成膜装置は、前記チャンバに隣接するロードロック室を備えてもよい。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る成膜装置1の概略構成を示す図である。チャンバ3内に成膜室4が形成され、成膜室4内にガス供給部7−1、7−2、7−3が設けられる。ガス供給部7−1、7−2、7−3は供給ガス種ごとに流量制御器8−1、8−2、8−3を介してガス貯留部5−1、5−2、5−3と接続される。ガス貯留部5−1、5−2、5−3は成膜用ガスを保持しており、ガス貯留部5−1は、例えば成膜原料であるTEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4)を貯留し、ガス貯留部5−2は分解性の酸化ガスである酸素(O2)を貯留し、ガス貯留部5−3は放電用イオンガスであるアルゴン(Ar)を貯留する。
支持台31に絶縁性シールド板33が設けられ、この絶縁性シールド板33に電極35が設けられる。電極35には電力供給配線37が設けられ、電極35の内部に温度調節媒体用配管39が設けられる。電極ユニット15−2も同一の構造体を用いることが可能である。また通常、組にして使用する電極および電極ユニットは、同一サイズ、同一構造体を用いるのが好適である。
さらに好ましくは10kHz〜500kHz、13.56MHz、27.12MHzが好ましい。
この場合、基材ホルダ11やホルダ支持体に金属製の導電性材料を用いることで実現できる。
セラミックス材料としては、酸化アルミや酸化珪素のような無機酸化膜、窒化アルミ、窒化珪素、窒化チタン、窒化クロムのような無機窒化膜、酸窒化アルミ、酸窒化珪素、酸窒化チタン、酸窒化クロムのような無機酸窒化膜が上げられる。
電源17から電極35−1、35−2に一定周波数で電力を供給し、電極35−1、35−2から基材13に向けてプラズマ16が発せられ、基材13上に薄膜が形成される。成膜時に発生した副生成物は真空排気ポンプ21により排気される。
また、電極の配置や形状により、必要に応じてインピーダンスの大きさを調整することが可能となる。先に放電インピーダンスが大きくなる場合の不具合を説明したが、一方で成膜インピーダンスが小さいことが問題となる場合もある。放電インピーダンスが小さい場合は、放電電圧が小さく、放電電流が大きくなり、基材へのイオン打ち込み効果が小さくなり、結果として膜の密着性が不足し、膜剥離を起こすことがある。このような場合、具体的には対になって設置されている電極35−1と電極35−2の距離を広げることで放電インピーダンスは増加する。この結果、印加電力一定の場合、成膜の放電電圧は大きく、放電電流は小さくなり、結果としてイオン打ち込み効果が高まり、密着性の高い膜を形成することが可能となる。
反対に電極35−1と電極35−2の距離を狭めることで、放電インピーダンスは減少し、印加電力一定の場合、放電電圧は小さく、放電電流は大きくなり、成膜速度の向上(生産性向上)、膜応力の低減、基材へのダメージ低減(電気的なチャージアップの発生抑制、基材エッチング低減による密着性向上、基材着色低減)を図ることが可能となる。
このように、本発明により、放電インピーダンスを最適とすることが可能となり、基材13へのイオン打ち込み効果を調整し、膜の密着性を高めたり、基材へのダメージを低減し、良質な膜の形成が可能となる。
図4は、成膜装置101の概略構成を示すもので、チャンバ103内に隔壁105が設けられ、隔壁105により成膜室107と排気室109が形成される。
ガス供給部113−1、113−2、113−3は供給ガス種ごとに流量制御器114−1、114−2、114−3を介してガス貯留部111−1、111−2、111−3に接続され、ガス貯留部から111−1、111−2、111−3から個々に流量制御された成膜用ガスが供給される。
チャンバ103内に、電気的にフローティングレベルに設置された電極149−1、149−2を有する電極ユニット123−1、123−2が設けられ、この電極149−1、149−2は電源125に接続される。
電極ユニット123−1、123−2のマグネット構造はマグネトロン構造となっている。図5、図6、図7に示すように、マグネットケース141内に絶縁性スペーサ142、ベースプレート143が設けられ、このベースプレート143にマグネット145が設けられる。マグネットケース141に絶縁性シールド板147が設けられ、この絶縁性シールド板147に電極149が取り付けられる。従ってマグネットケース141と電極149は電気的に絶縁されており、マグネットケース141をチャンバ103内に設置、固定しても電極149は電気的にフローティングレベルとすることが可能である。電極149に電力供給配線151が接続され、電力供給配線151は電源125に接続される。また、電極149内部には電極149及びマグネット145冷却のための温度調節媒体用配管153が設けられる。
このように、成膜室107と排気室109に分けることにより成膜時に発生した副生成物を基材121表面近傍から効率よく排気できる。
副生成物を効率よく排気するためには、成膜室107に対して排気室109は少なくとも10倍以上高い真空度であることが必要である。また排気室109の真空度を成膜室107よりも10000倍高いものとするには高価な排気系が必要となるため、10000倍以下とするのが好ましい。
電極ユニット123−1、123−2のマグネット145は基材121の表面位置での水平磁束密度が10ガウスから10000ガウスである。基材121表面での水平磁束密度が10ガウス以上であれば、基材121表面近傍での反応性を十分高めることが可能となり、良質な膜を高速で形成することができる。
電極123−1、123−2のマグネット145の配置構造はマグネトロン構造である。マグネトロン構造とすることでプラズマCVD成膜時に形成されるイオンや電子はこのマグネトロン構造に従って連続的に回転運動を行う。
電極149、149−1、149−2は、電力を投入するために導電性でプラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、冷却水による冷却効率が高く(熱伝導率が高く)、非磁性材料で加工性に優れた材料を用い作製することが好ましい。具体的には、アルミニウム、銅、ステンレスが好適に用いられる。
絶縁シールド板147は、絶縁性で、プラズマ耐性に優れ、耐熱性を有し、加工性に優れた材料を用いることが好ましい。具体的には、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂が好適に用いられる。
カップリング部117はこのように基材121に対して電位をかける場合に必要な機構で、基材ホルダ119を電気的にフローティングレベルとするためにチャンバ103と基材121と基材ホルダ119間に設置される電気的絶縁性の部材である。
図8は成膜装置201を示すもので、この成膜装置201では基材213の両側に電極230−1、230−2、230−3、230−4を配置したものである。
また、基材213の反対の面側に電極230−3、230−4が設けられ、電極230−3、230−4は電源217−2に接続される。
これら電極230−1、230−2、230−3、230−4の電極表面は電気的にフローティングレベルに設置されている。
ガス貯留部205−1、205−2、205−3に貯留された成膜用ガスは流量制御器240−1、240−2、240−3により個別に流量調整されて、ガス供給部207−1、207−2、207−3から基材213の片面側に向けて放出される。電源217−1から電極230−1、230−2に電力が供給され、プラズマ216が発生する。
電源217−2から電極230−3、230−4に電力が供給され、電極230−3、230−4からプラズマ216が発生する。そして、基材213の両面に薄膜が形成される。成膜時の副生成物は真空排気ポンプ221から排出される。
図9は成膜装置301を示す図である。チャンバ303内に隔壁305が設けられ、チャンバ303内に成膜室307、排気室309が形成される。
チャンバ303にゲートバルブ341−1を介してロードロック室(予備排気室)351−1が設けられる。ロードロック室351−1に圧力調整バルブ353−1を介して真空排気ポンプ355−1が設けられる。
これらロードロック室351−1、351−2を設けることにより、大気雰囲気下への基材の出し入れを行う際に、成膜部を有するチャンバ303内部の真空を大気圧に戻すことなく連続して成膜処理を行うことが可能となる。この結果、生産性が高い装置となり、高い真空度を維持できるため、チャンバ303内部に水分吸着を防ぐことができ、良質な膜を形成可能なことなどの利点が得られる。
ゲートバルブ341−1はチャンバ303とロードロック室351−1との間の開閉を行う。ゲートバルブ341−2はチャンバ303とロードロック室351−2との間の開閉を行う。
チャンバ303内ではトレー319がレール357上を走行する。
成膜室307および排気室309を備えたチャンバ303内部は真空排気ポンプ331−1および331−2により連続的に排気され圧力調整バルブ331−1および圧力調整バルブ331−2により、所望の真空度に設定される。
トレー319がチャンバ303内のレール357上を走行し、電極360−1、360−2の下の位置に到達する。トレー319は電極360−1、360−2で停止してよいし、一定速度で走行させながら通過させてもよい。また必要膜厚を得るために、トレー319を双方向搬送を繰り返し成膜を行ってもよい。
安定してプラズマを形成し、所望の十分な緻密性と密着性を有する膜を形成するためには、チャンバ内成膜室の成膜圧力(真空度)は圧力調整バルブ329−1の開度を調整し、0.1Paから100Paの間の真空度に設定、維持して成膜を行い、また成膜時に基板表面に生成される副生成物を効率よく排気するため、チャンバ内排気室の圧力(真空度)は圧力調整バルブ329−2の開度を調整し、成膜室圧力の10倍から10000倍高い真空度に設定、維持して成膜を行う。
なお、基材搬送機構としては、レール357上を車輪付きトレー319で搬送させる他、基材の端部を爪で保持し、アーム移動する構造や基材をトレーや枠に積載し、全体をアームで移動する機構等を用いることもできる。
図4に示す成膜装置101において、電極149−1、149−2は前述したように図5、図6、図7に示すマグネトロン構造のマグネット145をセットし、基材121表面での平均水平磁束密度が1000ガウスとなるように設定した。チャンバ103はアースレベルに、基材ホルダ119はテフロン(登録商標)樹脂を介した構造として電気的にフローティングレベルとした。
図11は、この成膜を5回連続で実施した結果を示すもので、図11に示すとおり、再現性の良い結果が得られ、安定した成膜が可能なことが判明した。
これら以外は、図4に示す装置と全く同様の設定手順で成膜を行った。図12は成膜結果を示す図である。
3、103、203、303………チャンバ
5、111、205、311………ガス貯留部
7、113、207、313……ガス供給部
8、114、240、314…………流量制御器
13、121、213、321………基材
15、123、215、323………電極ユニット
17、125、217、325………電源
35、149、230、360………電極
Claims (19)
- プラズマCVD法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内にガスを供給するガス供給部と、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された1組の電極と、
前記2つの電極間に電力を供給する電源と、
を具備することを特徴とする成膜装置。 - 前記1組の電極から構成される複数組の電極が、前記基板の両側に設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電極は、基材近傍にプラズマを集中して形成するマグネットを備えることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記マグネットは、基材表面での水平磁束密度が10ガウスから10000ガウスであることを特徴とする請求項3記載の成膜装置。
- 前記マグネットは、マグネトロン構造を有することを特徴とする請求項3記載の成膜装置。
- 前記電源は、周波数が10Hzから27.12MHzであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電源は、投入電力制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記電源は、インピーダンス制御されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記基材は、電気的にアースレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記基材は電気的にフローティングレベルに設置されることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記基材に一定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項10記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、前記基材の前記電極側に取り付けられ、前記基材表面に向けてガスを供給することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記チャンバは、成膜室と排気室とを有することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記排気室の真空度は、前記成膜室の成膜時の真空度に対して10倍以上10000倍以下の真空度であることを特徴とする請求項14記載の成膜装置。
- 基材搬送機構を更に具備することを特徴とする請求項1記載の成膜装置。
- 前記基材は、絶縁性の基材保持部品に載置されることを特徴とする請求項16記載の成膜装置。
- 前記チャンバに隣接するロードロック室を備えることを特徴とする請求項16記載の成膜装置。
- プラズマCVD法により、減圧下で基材に薄膜を形成する成膜方法であって、
チャンバ内にガスを供給し、
前記チャンバ内で、前記基材の同一表面側に配置され、電気的にフローティングレベルに設置された1組の電極に電力を供給してプラズマを発生させ、
前記基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
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