JP2006316299A - Film deposition apparatus, and film deposition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマCVD成膜装置(以下、成膜装置と称する)及びプラズマCVD成膜方法(以下、成膜方法と称する)に係り、特に減圧下において基材表面に均一に薄膜を安定して形成する成膜装置及び成膜方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma CVD film-forming apparatus (hereinafter referred to as a film-forming apparatus) and a plasma CVD film-forming method (hereinafter referred to as a film-forming method), and in particular, stabilizes a thin film uniformly on a substrate surface under reduced pressure. The present invention relates to a film forming apparatus and a film forming method.
従来、プラズマCVD法により基材上に薄膜を形成するためには、容量結合型プラズマと誘導結合型プラズマを用いる方法が知られている(非特許文献1)。 Conventionally, in order to form a thin film on a substrate by plasma CVD, a method using capacitively coupled plasma and inductively coupled plasma is known (Non-Patent Document 1).
本文献106ページ8行目には、容量結合型プラズマは簡単に大口径プラズマを作れることが記載され、ウエハーやガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔等の基材に対して薄膜形成を行う分野で、容量結合型プラズマが広く用いられている。
On
本文献、図6.3及び106ページ13行目から14行目には容量結合型プラズマを薄膜形成に用いる場合、プラズマ放電用の2枚の電極を用い、被成膜基材は、これら2枚の電極上に配置され、この状態で成膜が行われる。
In this document, FIG. 6.3 and
しかしながら、このような方法で成膜を行う場合、特に半導体や絶縁性の被成膜基板を電極上に配置することにより、プラズマの電気の流れにくさ、すなわち放電インピータンスが大きくなるという問題があった。この場合、プラズマ放電を立てにくくなったり、プラズマ放電の安定性が悪くなるという問題が生じる。 However, when a film is formed by such a method, there is a problem that, particularly by disposing a semiconductor or an insulating film-forming substrate on the electrode, it is difficult to flow plasma, that is, discharge impedance increases. there were. In this case, there is a problem that it is difficult to generate plasma discharge or the stability of plasma discharge is deteriorated.
また、放電インピーダンスが大きくなると、同一電力を投入した場合でも放電電圧が上昇し、放電電流は低下する。この結果、成膜速度の低下(生産性低下)、膜応力の増加、基材へのダメージ(電気的なチャージアップの発生、基材が強くエッチングされることによる密着性不良、基材着色発生など)の不具合が生じ、膜品質の低下が問題となる。 Further, when the discharge impedance increases, the discharge voltage increases and the discharge current decreases even when the same power is applied. As a result, film formation rate decreases (productivity decrease), film stress increases, damage to the substrate (electric charge-up occurs, poor adhesion due to strong etching of the substrate, substrate coloring occurs Etc.), and deterioration of film quality becomes a problem.
さらには、基材によって放電インピーダンスが異なるため、形成される膜の膜厚や膜質が異なるという問題が生じ、基材の種類毎に成膜条件を最適化させる必要があった。
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。
Furthermore, since the discharge impedance differs depending on the base material, there arises a problem that the film thickness and film quality of the formed film differ, and it is necessary to optimize the film forming conditions for each type of base material.
For example, when an insulating film such as SiO2 or TiO2 is formed, the discharge impedance is further increased due to the poor decomposability of the film forming material, and the film forming becomes unstable. is there.
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。 On the other hand, there may be a problem that the film forming impedance is small. When the discharge impedance is small, the discharge voltage is small, the discharge current is large, the effect of ion implantation into the substrate is small, and as a result, the adhesion of the film is insufficient, and film peeling may occur.
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、基材表面に均一かつ良質な薄膜を安定して形成できる成膜装置及び成膜方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a film forming apparatus and a film forming method capable of stably forming a uniform and high-quality thin film on the surface of a substrate. It is in.
前述した目的を達成するために第1の発明は、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移動可能に配置され、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、前記2つの電極間の距離を調整する調整手段と、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定する測定手段と、を具備し、前記調整手段は、前記測定手段を用いて測定した前記発光強度が、一定になるよう電極間の距離を調整することを特徴とする成膜装置。である。 In order to achieve the above-described object, a first invention is a film forming apparatus for forming a thin film on a substrate under reduced pressure by a plasma CVD method, and a chamber and a gas supply unit for supplying a gas into the chamber A set of electrodes that are movably disposed on the same surface side of the base material in the chamber and are electrically placed at a floating level; a power source that supplies power between the two electrodes; Adjusting means for adjusting the distance between the two electrodes, and measuring means for measuring the emission intensity of the specific element in the plasma discharge, wherein the adjusting means has the emission intensity measured using the measuring means. A film forming apparatus, wherein the distance between the electrodes is adjusted to be constant. It is.
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。 Here, the electrical floating level refers to the state in which the electrodes are designed and installed using insulating parts and insulating coatings so that insulation is maintained from chambers and film deposition equipment parts installed at the ground level. Means. Despite being designed so that the insulation of the electrode is ensured, the refrigerant required for cooling the electrode is used, and this refrigerant and the piping for circulating supply of the refrigerant have some conductivity The case where a resistance of 10 kΩ to 1000 MΩ is provided between the electrode and the ground based on the ground level (ground level) due to the above is also included in the present invention.
前記チャンバ内に設けられ、前記基材を巻きつけるドラムと、前記基材を搬送する搬送機構とを更に具備してもよい。
前記基材は、前記チャンバ内で直状フリースパン部を有するように保持され、前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われてもよい。
前記ガス供給部は、電気的にフローティングレベルであってもよく、また前記ガス供給部は、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してもよい。
You may further comprise the drum which is provided in the said chamber and winds the said base material, and the conveyance mechanism which conveys the said base material.
The base material may be held in the chamber so as to have a straight free span portion, and film formation may be performed on the free span portion of the base material.
The gas supply unit may be electrically in a floating level, and the gas supply unit may be attached to the electrode side of the base material and supply gas toward the base material surface.
前記電極は平板もしくは曲面形状、あるいは円筒形状を有してもよい。
前記電極は、回転軸に垂直な断面が多角形状を有してもよく、前記多角形は正多角形でもよい。あるいは前記多角形は3角形以上20角形以下であってもよい。
前記電極の回転速度は、毎分0.1回転から毎分30000回転の間に設定する。
前記電極が、回転軸を有し回転することを特徴とする回転軸に垂直な断面が円形または多角形であってもよい。
前記1組の電極は、各々の回転方向が同一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。
前記電極は表面に補助翼が設けられていてもよく、前記補助翼は絶縁性材料で形成されていてもよい。
The electrode may have a flat plate shape, a curved surface shape, or a cylindrical shape.
The electrode may have a polygonal cross section perpendicular to the rotation axis, and the polygon may be a regular polygon. Alternatively, the polygon may be a triangle or more and 20 or less.
The rotation speed of the electrode is set between 0.1 rotations per minute and 30000 rotations per minute.
The electrode may have a rotation axis and rotate, and a cross section perpendicular to the rotation axis may be circular or polygonal.
The one set of electrodes may have the same or different rotation directions.
An auxiliary wing may be provided on the surface of the electrode, and the auxiliary wing may be formed of an insulating material.
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てもよい。前記マグネットは、前記電極と同時には回転せず前記基材に対して固定されていてもよい。
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ガウスであり、前記マグネットは、マグネトロン構造を有する。
前記電源は、周波数が10Hzから27.12MHzが望ましい。
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。
The electrode may include a magnet that concentrates and forms plasma in the vicinity of the substrate. The magnet may be fixed to the substrate without rotating simultaneously with the electrode.
The magnet has a horizontal magnetic flux density on the substrate surface of 10 gauss to 10,000 gauss, and the magnet has a magnetron structure.
The power supply preferably has a frequency of 10 Hz to 27.12 MHz.
In this film forming apparatus, a plurality of sets of electrodes composed of the one set of electrodes may be installed on both sides of the substrate.
前記基材は、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記基材が電気的にフローティングレベルの場合、前記基材に一定の直流電圧を印加してもよい。
前記基材近傍の成膜圧力は0.1Paから100Paの間であってもよい。
前記チャンバは、成膜室と排気室とを有する構成としてもよい。前記排気室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも10倍以上10000倍以下の高い真空度である。
The substrate may be installed at an electrical ground level or may be installed at an electrical floating level. Further, when the base material is at an electrically floating level, a constant DC voltage may be applied to the base material.
The film forming pressure in the vicinity of the substrate may be between 0.1 Pa and 100 Pa.
The chamber may have a film forming chamber and an exhaust chamber. The degree of vacuum in the exhaust chamber is a degree of vacuum higher by 10 times or more and 10000 times or less than the degree of vacuum at the time of film formation in the film forming chamber.
また前記成膜装置は、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。
前記ドラムは、電気的にアースレベルに設置されてもよく、電気的にフローティングレベルに設置されてもよい。また、前記ドラムが電気的にフローティングレベルの場合、前記ドラムに一定の直流電圧を印加してもよい。
The film forming apparatus may further include a substrate transport mechanism. In this case, the substrate is placed on a substrate holding component such as an insulating tray or carrier. Further, the film forming apparatus may include a load lock chamber adjacent to the chamber.
The drum may be installed electrically at a ground level or may be installed electrically at a floating level. Further, when the drum is at an electrically floating level, a constant DC voltage may be applied to the drum.
前記チャンバは、成膜室と基材搬送室とを有する構成としてもよい。この場合、前記成膜室の成膜時圧力が0.1Paから100Paの間であってもよく、前記基材搬送室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも10倍以上10000倍以下の範囲で高くてもよい。
前記チャンバは、成膜室と排気室とを有し、前記電極は前記排気室内に設けられる構成としてもよい。前記排気室の真空度は、前記成膜室成膜時の真空度よりも10倍以上10000倍以下の範囲で高いことが望ましい。
The chamber may have a film forming chamber and a substrate transfer chamber. In this case, the deposition pressure in the deposition chamber may be between 0.1 Pa and 100 Pa, and the degree of vacuum in the base material transfer chamber is 10 times higher than the degree of vacuum in the deposition chamber deposition. It may be high in the range of 10000 times or less.
The chamber may include a film formation chamber and an exhaust chamber, and the electrode may be provided in the exhaust chamber. It is desirable that the degree of vacuum in the exhaust chamber is higher in the range of 10 times or more and 10,000 times or less than the degree of vacuum at the time of film formation in the film forming chamber.
前記成膜室よりも後段の前記基材搬送室に成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えてもよい。前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であってもよい。
前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室に、プラズマ放電処理装置を備えてもよい。
前記基材帯電除去部は前記成膜室よりも前段の前記基材搬送室に設けられていてもよい。
A base material charge removing unit that removes base material charge generated by film formation may be provided in the base material transfer chamber downstream of the film formation chamber. The base material charge removing unit may be a plasma discharge device.
A plasma discharge treatment apparatus may be provided in the base material transfer chamber upstream of the film formation chamber.
The base material charge removing unit may be provided in the base material transfer chamber upstream of the film forming chamber.
前記ドラムは少なくともステンレス、アルミニウム、鉄、銅、クロムのうちいずれかを1以上含む材料から形成されてもよく、その表面平均粗さRaが0.1nm以上10nm以下であってもよい。
前記ドラムを−20℃から200℃の間の一定温度に保つ温度調整手段を更に有してもよい。
前記ドラムは、両端部に電気的絶縁性領域を有してもよい。前記絶縁性領域は、Al、Si、Cr、Ta、Ti、Nb、V、Bi、Y、W、Mo、Zr、Hfのいずれか1以上の酸化膜または窒化膜または酸化窒化膜で形成されてもよく、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成型体、テープ、コーティング膜により被覆していてもよい。
The drum may be formed of a material containing at least one of stainless steel, aluminum, iron, copper, and chromium, and may have a surface average roughness Ra of 0.1 nm to 10 nm.
You may further have a temperature adjustment means to maintain the said drum at the fixed temperature between -20 degreeC and 200 degreeC.
The drum may have an electrically insulating region at both ends. The insulating region is formed of one or more oxide films, nitride films, or oxynitride films of Al, Si, Cr, Ta, Ti, Nb, V, Bi, Y, W, Mo, Zr, and Hf. Alternatively, any one of a polyimide resin, a fluororesin, and a mica may be coated with a tape, a coating film, or the like.
前記チャンバ内に設けられ、成膜後の前記基材が接触するロールを更に具備してもよく、前記ロールは冷却機構を有してもよく、電気的にアースレベルに設置されてもよい。
前記ロールは、成膜により発生した基材帯電を除去する基材帯電除去部を備えてもよい
前記ロールよりも前に基材除電機構を有していてもよく、前記ロールはフローティングレベルに設置されていてもよい。
前記基材帯電除去部はプラズマ放電装置であってもよい。
A roll provided in the chamber and in contact with the substrate after film formation may further be provided, and the roll may have a cooling mechanism or may be installed at an electrical ground level.
The roll may include a base material charge removal unit that removes base material charge generated by film formation. The roll may have a base neutralization mechanism before the roll, and the roll is installed at a floating level. May be.
The base material charge removing unit may be a plasma discharge device.
第2の発明は、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移動可能に配置され、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、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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である。 A second invention is a film forming method in which a thin film is formed on a base material under reduced pressure by a plasma CVD method, wherein a gas is supplied into the chamber and moved to the same surface side of the base material in the chamber. Electric power is supplied to a set of electrodes that are arranged and electrically placed at a floating level to generate plasma, and the emission intensity of a specific element in the plasma discharge is measured, so that the emission intensity becomes constant. And forming a thin film on the substrate while adjusting the distance between the electrodes.
第3の発明は、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、チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、前記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移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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である。 A third invention is a film forming method in which a thin film is formed on a base material under reduced pressure by a plasma CVD method. The base material is wound around a drum provided in the chamber, and gas is supplied into the chamber. In the chamber, the substrate is movably disposed on the same surface side of the substrate, and power is supplied between a pair of electrically floating electrodes to generate plasma, and light emission of a specific element during plasma discharge The film forming method is characterized in that a thin film is formed on the substrate while measuring the intensity and adjusting the distance between the electrodes so that the emission intensity is constant.
第4の発明は、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、チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、前記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移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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である。 A fourth invention is a film forming method in which a thin film is formed on a base material under reduced pressure by a plasma CVD method, the base material is transported to a straight free span portion provided in the chamber, A gas is supplied, and is movably disposed on the same surface side of the substrate in the chamber. Electric power is supplied between a pair of electrodes at an electrically floating level to generate a plasma, The film forming method is characterized in that a thin film is formed on the substrate while measuring the light emission intensity of a specific element and adjusting the distance between the electrodes so that the light emission intensity is constant.
本発明によれば電極間の距離を調整しながら成膜を行うため、放電インピーダンスを最適に設定し、基材上に均一に良質な膜を形成すること、成膜投入電力を大きくし、成膜速度を向上させ、生産性を向上させること、長時間異常放電なく、安定して成膜させることが可能となる。 According to the present invention, the film is formed while adjusting the distance between the electrodes. Therefore, the discharge impedance is set optimally, a good quality film is uniformly formed on the substrate, the film formation input power is increased, and the film formation is performed. It is possible to improve the film speed, improve productivity, and stably form a film without abnormal discharge for a long time.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態に係る成膜装置及び成膜方法について詳細に説明する。
図1は、第1の実施の形態に係る成膜装置1を示す図であり、図2(a)は図1の斜視図,図2(b)は図1の上面図である。
Hereinafter, a film forming apparatus and a film forming method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A and 1B are diagrams showing a
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は放電用イオン化ガスであるアルゴン(Ar)を貯留する。
A
チャンバ3内で支持部9に基材ホルダ11が設けられ、基材ホルダ11上に基材13が保持される。図示してはいないが、成膜時に基板を冷却または加熱し、一定温度とすることを目的として、基板ホルダ11内部および支持部9に冷媒や熱媒を循環させるための温度調節媒体用配管を設けてもよい。この基材13としては、例えば、ウエハー、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
In the
この基材13の表面側に1対の電気的にフローティングレベルに設置された電極35−1、35−2を有する電極ユニット15−1、15−2が設置され、この電極35−1、35−2は一定の周波数で電力を印加可能な電源17に接続される。電源17から電力が供給されて基材13に向けてプラズマ16を発する。チャンバ3には、圧力調整バルブ19を介して真空排気ポンプ21が設けられる。
Electrode units 15-1 and 15-2 having electrodes 35-1 and 35-2 installed at a pair of electrically floating levels on the surface side of the
図2(a)に示すように電極ユニット15−1および電極ユニット15−2は円筒形状を有しており、表面の一部は絶縁性材料からなる円筒状のシールド21−1、21−2で覆われている。
これらシールドは、所望の成膜領域外での異常放電を防止する効果がある。この目的のため、これらシールドは電気的に絶縁性の材料で構成されることが好ましい。
As shown in FIG. 2A, the electrode unit 15-1 and the electrode unit 15-2 have a cylindrical shape, and a part of the surface of the cylindrical shields 21-1, 21-2 is made of an insulating material. Covered with.
These shields have an effect of preventing abnormal discharge outside a desired film formation region. For this purpose, these shields are preferably made of an electrically insulating material.
電極ユニット15−1の内部に保持される電極35−1は両端部にギヤ27−1、27−3が設けられており、ギヤ27−1にはベルト25−1を介してモータ23−1が設けられている。
ギヤ27−3にはベルト25−2を介してモータ23−2が設けられている。
一方、電極ユニット15−2の内部に保持される電極35−2は両端部にギヤ27−2、27−4が設けられており、ギヤ27−2にはベルト25−1を介してモータ23−1が設けられている。
ギヤ27−4にはベルト25−3を介してモータ23−3が設けられている。
The electrode 35-1 held inside the electrode unit 15-1 is provided with gears 27-1 and 27-3 at both ends. The motor 27-1 is connected to the gear 27-1 through a belt 25-1. Is provided.
The gear 27-3 is provided with a motor 23-2 via a belt 25-2.
On the other hand, the electrode 35-2 held inside the electrode unit 15-2 is provided with gears 27-2 and 27-4 at both ends. The gear 27-2 is connected to the motor 23 via a belt 25-1. -1 is provided.
The gear 27-4 is provided with a motor 23-3 via a belt 25-3.
即ち、電極35−1は、モータ23−1、もしくはモータ23−2によって図1のA1、B1方向に回転可能となっている。
同様に、電極35−2は、モータ23−1、もしくはモータ23−3によって図1のC1、D1方向に回転可能となっている。
That is, the electrode 35-1 can be rotated in the directions A1 and B1 in FIG. 1 by the motor 23-1 or the motor 23-2.
Similarly, the electrode 35-2 can be rotated in the C1 and D1 directions of FIG. 1 by the motor 23-1 or the motor 23-3.
またこれら電極の回転速度は0.1回転/分から30000回転/分に設定することが好ましい。回転速度が0.1回転/分よりも低速であると、電極の冷却効果が得られないこと、30000回転/分以上であると回転機構が複雑となり、高価な装置となる問題がある。これら電極の回転速度は、さらに好ましくは、毎分1回転以上1000回転以下、さらに好ましくは毎分1回転以上100回転以下とすることが好ましい。これら回転速度では放電安定性、装置コストの面で最大効果を得ることが可能となる。 The rotation speed of these electrodes is preferably set to 0.1 to 30000 rotations / minute. If the rotation speed is lower than 0.1 rotation / minute, the effect of cooling the electrode cannot be obtained, and if it is 30000 rotation / minute or more, the rotation mechanism becomes complicated and there is a problem that the device becomes expensive. The rotation speed of these electrodes is more preferably 1 to 1000 revolutions per minute, more preferably 1 to 100 revolutions per minute. At these rotational speeds, the maximum effect can be obtained in terms of discharge stability and device cost.
なお、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。 In general, it is preferable to use the same size and the same structure for the electrodes and electrode units used as a set.
また、図2(a)および図2(b)に示すように、電極ユニット15−1および電極ユニット15−2の端部はレール22−1、22−2に接続され、レール22−1、22−2上をE方向およびF方向に移動可能となっている。
さらに、電極ユニット15−1、15−2の周囲にはプラズマ発光モニタ24−1〜24−6が、図示されたようにチャンバ3外部に設置された石英製のビューポート(窓)26−1〜26−5を通してプラズマ16をモニタするか、またはチャンバ3内部に設置され、プラズマ16をモニタ可能なように設けられている。プラズマ発光モニタ24−1〜24−6の詳細については後述する。
2A and 2B, the ends of the electrode unit 15-1 and the electrode unit 15-2 are connected to rails 22-1 and 22-2, and the rails 22-1, 22-2, It can move in the E direction and the F direction on 22-2.
Further, plasma emission monitors 24-1 to 24-6 are arranged around the electrode units 15-1 and 15-2, as shown in the drawing, quartz viewports (windows) 26-1 installed outside the
図1に示すように、電極35−1、35−2は電源17に接続され、電源17から電力が供給されると電極35−1、35−2からプラズマ16が発生する。
なお、電極ユニット15−1および15−2の構造の詳細については後述する。
As shown in FIG. 1, the electrodes 35-1 and 35-2 are connected to a power source 17, and when power is supplied from the power source 17,
Details of the structures of the electrode units 15-1 and 15-2 will be described later.
ガス供給部7−1、7−2、7−3はその噴出口が基材13表面に向けられるように配置される。このため、基材13表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることができ、基材13の大面積の部分に均一な成膜を行うことができる。
The gas supply units 7-1, 7-2, and 7-3 are arranged so that the jet ports thereof are directed to the surface of the
電源17は、その周波数が10Hzから27.12MHzである。10Hz以上の周波数で成膜原料の分解性が良好となり、プラズマ放電および成膜が可能となる一方、27.12MHzよりも高い周波数では電源やそのマッチング回路が高価になり装置コストが高くなる。
さらに好ましくは10kHz〜500kHz、13.56MHz、27.12MHzが好ましい。
The power supply 17 has a frequency of 10 Hz to 27.12 MHz. At a frequency of 10 Hz or higher, the decomposability of the film-forming raw material becomes good, and plasma discharge and film formation are possible. On the other hand, at a frequency higher than 27.12 MHz, the power supply and its matching circuit become expensive and the apparatus cost increases.
More preferably, 10 kHz to 500 kHz, 13.56 MHz, and 27.12 MHz are preferable.
10kHz〜500kHzの成膜用電源を用いた場合は、成膜材料が成膜のために必要な分解を起こす効率が高く、基材13への成膜材料打ち込み効果が高いため良質な膜が得られる。また、13.56MHz、27.12MHzでは成膜材料の成膜に必要な分解を起こす分解効率が更に高まり、ガスの反応性が高くなり、緻密で密着性の高い良質な成膜が可能となる。これら電源は高周波数帯の中でも、産業上利用を許容された周波数であるため、同周波数電源は多数市販化されていて、安価であるという利点がある。
When a film-forming power source of 10 kHz to 500 kHz is used, the film-forming material is highly efficient in causing decomposition necessary for film formation, and a high-quality film is obtained because the film-forming material driving effect on the
電源17の制御方法としては、投入電力制御または放電電圧値を放電電流値で割り算した電気の流れにくさを示す放電インピーダンスを制御する、インピーダンス制御方式がある。投入電力制御では電源17の成膜投入電力を一定となるようにし、プラズマ放電を安定化させながら成膜を行え、安定的、簡便、安価に成膜を行うことができる。 As a control method of the power source 17, there is an impedance control method in which the input impedance control or the discharge impedance indicating the difficulty of the flow of electricity obtained by dividing the discharge voltage value by the discharge current value is used. In the input power control, the film formation input power of the power source 17 is made constant, and the film formation can be performed while stabilizing the plasma discharge, and the film formation can be performed stably, simply, and inexpensively.
インピーダンス制御では、応答性が速く、長時間の成膜におけるインピーダンス変化が生じた場合(例えば放電によりチャンバ3の内壁が温まることで放出し始める水分の影響により、CVD成膜ガスの組成が変化し、結果としてインピーダンスが変化したような場合)、これを一定に維持する効果がある。
In the impedance control, when the response is fast and the impedance changes in the film formation for a long time (for example, the composition of the CVD film formation gas changes due to the influence of moisture that starts to be released when the inner wall of the
または、より簡便に制御する方式として、放電電圧値、放電電流値を単独または組み合わせて用いることが可能である。
これら放電インピーダンスや放電電流、放電電圧をモニタし、制御する方法としては、成膜用電源が保有するモニタ機構や放電安定化回路を用いる方法が最も簡便である。
Alternatively, the discharge voltage value and the discharge current value can be used alone or in combination as a method for simpler control.
As a method for monitoring and controlling the discharge impedance, discharge current, and discharge voltage, a method using a monitor mechanism or a discharge stabilization circuit possessed by the film forming power source is the simplest.
また、電源17の安定成膜のための制御方法として、光学的手法を用いてもよい。たとえば、プラズマエミッションモニタを設置し、プラズマ中での特定元素の発光強度をモニタし、その発光強度を一定とするためのプロセス制御を行ってもよい。この場合のプロセス制御方法としては、成膜原料ガス、分解性ガス、酸化ガス、放電ガス、イオン化ガスなどの供給ガス量を制御したり、成膜圧力、成膜電力、基材温度等の成膜条件を制御してもよい。 An optical method may be used as a control method for stable film formation of the power supply 17. For example, a plasma emission monitor may be installed, the emission intensity of a specific element in the plasma may be monitored, and process control for making the emission intensity constant may be performed. In this case, the process control method includes controlling the amount of supply gas such as film forming source gas, decomposable gas, oxidizing gas, discharge gas, ionized gas, etc., and forming the film forming pressure, film forming power, substrate temperature, etc. The film conditions may be controlled.
基材13は電気的にアースレベルに設置してもよい。基材13をアースレベルに設置した場合、基材13表面に蓄積された帯電電荷が、基材ホルダ11を伝わりアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。
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。
The
In this case, it can be realized by using a metal conductive material for the
また、基材13は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。基材13の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。
Further, the
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3や他の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基材や基材ホルダが設計、設置されている状態を意味している。
Here, the electric floating level is a base material or a base material holder using an insulating part or an insulating coating so that the insulating property is maintained from the
基板ホルダ11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、基材13および基板ホルダ11の冷却または加熱に必要な冷媒や熱媒が用いられ、この冷媒や熱媒、これら媒体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)を基準として、基材13とアースまたは基板ホルダ11とアース間で10kΩ〜1000MΩの抵抗を有している場合も本発明に含まれる。
Although the
具体的には、基材ホルダ11や基材ホルダ支持体に絶縁性、耐プラズマ性及び耐熱性を有するセラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂のような絶縁性材料を用いる方法、または基材ホルダ、基材ホルダ支持体の表面に前記セラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂からなる表面処理を施した材料を用いる方法、チャンバ3と基材ホルダ11との間に前記絶縁性のセラミックス、マイカ、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂からなる部材を挿入する方法があげられる。
Specifically, a method using an insulating material such as ceramic, mica, fluororesin, polyimide resin having insulating properties, plasma resistance and heat resistance for the
セラミックス材料としては、酸化アルミ、酸化珪素、酸化チタン、酸化クロム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、酸化窒化アルミ、酸化窒化珪素、酸化窒化チタン、酸化窒化クロムのような無機酸化窒化膜が上げられる。 Ceramic materials include inorganic oxide films such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, and chromium oxide, inorganic nitride films such as aluminum nitride, silicon nitride, titanium nitride, and chromium nitride, aluminum oxynitride, silicon oxynitride, and oxide Inorganic oxynitride films such as titanium nitride and chromium oxynitride are raised.
ガス供給部7−1、7−2、7−3は電気的にフローティングレベルとしてもよい。この場合、ガス供給部7−1、7−2、7−3に成膜電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。 The gas supply units 7-1, 7-2, and 7-3 may be electrically floating. In this case, it is possible to prevent the deposition power from leaking to the gas supply units 7-1, 7-2 and 7-3, the deposition power can be increased, and the utilization efficiency for the deposition is high. It will be a thing.
また、ガス供給部7−1、7−2、7−3においてチャンバ3内にガスが供給される以前に配管供給口で成膜が生じ、供給口を塞ぐことを回避できる。
Moreover, before the gas is supplied into the
ここで、電極ユニット15−1および電極ユニット15−2の構造について詳細に説明する。図3は図1における電極ユニット15−1の拡大図であり、図4及び図5は図3の変形例である。また、図6は電極ユニット15−1の断面図であり、図7は図6の変形例である。さらに、図8、図9、図10は電極ユニット15−1の変形例である。 Here, the structure of the electrode unit 15-1 and the electrode unit 15-2 will be described in detail. FIG. 3 is an enlarged view of the electrode unit 15-1 in FIG. 1, and FIGS. 4 and 5 are modifications of FIG. 6 is a sectional view of the electrode unit 15-1, and FIG. 7 is a modification of FIG. Further, FIGS. 8, 9 and 10 are modifications of the electrode unit 15-1.
なお、電極ユニット15−2の構造は電極ユニット15−1の構造と同様であるため、説明を省略する。 In addition, since the structure of the electrode unit 15-2 is the same as that of the electrode unit 15-1, description is abbreviate | omitted.
図3に示すように電極ユニット15−1は円筒形状を有しており、表面の一部は円筒状のシールド21−1で覆われている。
また、プラズマ放電形成部のために、24−11、24−12に図示される等にV字型またはU字型のシールド切り欠き部を設けてもよい。
As shown in FIG. 3, the electrode unit 15-1 has a cylindrical shape, and a part of the surface is covered with a cylindrical shield 21-1.
In addition, a V-shaped or U-shaped shield cutout may be provided for the plasma discharge forming portion, such as illustrated in 24-11, 24-12.
なお、図3のように、電極ユニット15−1aの端部のみをシールド22−1,22−2で覆うようにしてもよい。 As shown in FIG. 3, only the end of the electrode unit 15-1a may be covered with the shields 22-1 and 22-2.
また、図5に示すようにシールド21−1だけでなく、電極ユニット15−1の端部にサイドシールド23−1、23−2を設けてもよい。
サイドシールド23−1、23−2は溝部25−1、25−2を有しており、シールド21−1の端部が溝部25−1、25−2に嵌合されている。
In addition to the shield 21-1, as shown in FIG. 5, side shields 23-1, 23-2 may be provided at the end of the electrode unit 15-1.
The side shields 23-1 and 23-2 have groove portions 25-1 and 25-2, and end portions of the shield 21-1 are fitted into the groove portions 25-1 and 25-2.
シールド21−1、22−1,22−2およびサイドシールド23−1、23−2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材料、ポリイミド樹脂材料、無機酸化材料、無機窒化材料、無機酸化窒化材料やこれらの被覆膜を設けた材料が好適に用いられる。 The shields 21-1, 22-1 and 22-2 and the side shields 23-1 and 23-2 are preferably made of an insulating material having excellent plasma resistance, heat resistance, and workability. Specifically, a fluororesin material, a polyimide resin material, an inorganic oxide material, an inorganic nitride material, an inorganic oxynitride material, or a material provided with these coating films is preferably used.
なお、電極ユニット15−1の形状は多角形でもよいが、この場合、放電電圧、電流のムラをなくして一定となるよう安定的に放電形成や成膜を行うためには、電極断面形状は正多角形とすることが好ましい。 The electrode unit 15-1 may have a polygonal shape. In this case, in order to stably perform discharge formation and film formation so that the discharge voltage and current are not uneven, the electrode cross-sectional shape is A regular polygon is preferable.
また、電極ユニット15−1の形状は平板状であってもよい。 Further, the electrode unit 15-1 may have a flat plate shape.
次に、電極ユニット15−1の内部の構造について説明する。
図6に示すように電極ユニット15−1の表面には円筒状の電極35−1が設けられており、電極ユニット15−1の内部には電極ユニット全体を支持するための固定軸27が設けられている。また、電極ユニット15−1の表面である電極35−1は回転してもよく、その回転速度は毎分0.1回転から毎分30000回転が好ましい。
電極35−1と固定軸27の間には電極35−1を冷却するための電極冷却水29が流れている。
Next, the internal structure of the electrode unit 15-1 will be described.
As shown in FIG. 6, a cylindrical electrode 35-1 is provided on the surface of the electrode unit 15-1, and a fixed
電極35−1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、鉄、銅、ステンレスが好適に用いられる。 The electrode 35-1 is electrically conductive for supplying electric power, has excellent plasma resistance, has heat resistance, has high cooling efficiency with cooling water (high thermal conductivity), is a non-magnetic material, and has excellent workability. It is preferable to manufacture using an excellent material. Specifically, aluminum, iron, copper, and stainless steel are preferably used.
また、図7に示すように、電極ユニット15−1cの内部に台座28を設け、台座28上にマグネット29−1、29−2、29−3を備えてもよい。マグネット29−1、29−2、29−3は電極35−1からのプラズマ16が基材13表面に集中して形成するために設置される。
Further, as shown in FIG. 7, a base 28 may be provided inside the electrode unit 15-1c, and magnets 29-1, 29-2, 29-3 may be provided on the base 28. The magnets 29-1, 29-2, and 29-3 are installed so that the
電極ユニット15−1cにおいて回転するのは、図7に示される断面形状では、電極35−1だけとしてもよい。即ち、台座28、冷却水配管31、マグネット29−1、29−2、29−3は基材表面に対向した位置に固定されて設置され、形成されるプラズマ16は基材表面に連続的に形成し、プラズマCVD成膜を行うことが可能である。
In the electrode unit 15-1c, only the electrode 35-1 may be rotated in the cross-sectional shape shown in FIG. That is, the pedestal 28, the cooling water pipe 31, and the magnets 29-1, 29-2, 29-3 are fixed and installed at positions facing the substrate surface, and the formed
台座28には冷却水用配管31−1、31−2が設けられており、冷却水用配管31−1、31−2の内部にはマグネット29−1、29−2、29−3を冷却するための冷却水が流れている。 The pedestal 28 is provided with cooling water pipes 31-1, 31-2, and the magnets 29-1, 29-2, 29-3 are cooled inside the cooling water pipes 31-1, 31-2. Cooling water is flowing.
マグネット29−1、29−2、29−3を設けることにより、基材13表面近傍での反応性が高くなり、良質な膜を高速で形成できる。
電極ユニット15−1cのマグネット29−1、29−2、29−3は基材13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13表面での水平磁束密度が10ガウス以上であれば、基材13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。
By providing the magnets 29-1, 29-2, and 29-3, the reactivity in the vicinity of the surface of the
The magnets 29-1, 29-2, and 29-3 of the electrode unit 15-1c have a horizontal magnetic flux density at the surface position of the
一方、基材13表面での水平磁束密度を10000ガウスよりも高くするには高価な磁石または磁場発生機構が必要となる。
電極35−1cのマグネット29−1、29−2、29−3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。
On the other hand, an expensive magnet or a magnetic field generating mechanism is required to increase the horizontal magnetic flux density on the surface of the
The arrangement structure of the magnets 29-1, 29-2, 29-3 of the electrode 35-1c is a magnetron structure. With the magnetron structure, ions and electrons formed during plasma CVD film formation continuously rotate according to the magnetron structure.
このため、例えば300mm×300mmサイズ以上の大面積の基材13に対してプラズマCVD成膜をする場合においても電極ユニット15−1c表面全体にわたり、電子、イオン等の成膜材料の分解生成物が均一に拡散され、基材13が大面積の場合にも均一且つ安定した成膜が可能となる。
For this reason, for example, when plasma CVD film formation is performed on a large-
また、電極35−1やマグネット29−1、29−2、29−3など電極ユニット15−1cに局所的に偏って熱電子やイオンが蓄積することがなくなり、構成部材の耐熱性が低くてよくなるため、安価に部品を作製できるほか、熱変形、構造物の穴あきや割れ発生といった不具合発生を抑えることが可能となる。 In addition, there is no accumulation of thermoelectrons and ions locally on the electrode unit 15-1c such as the electrode 35-1, the magnets 29-1, 29-2, and 29-3, and the heat resistance of the constituent members is low. Therefore, it is possible to manufacture parts at a low cost, and it is possible to suppress the occurrence of problems such as thermal deformation, the formation of holes in the structure, and the occurrence of cracks.
一方、図8に示すように、電極ユニット15−1dの表面に板状の補助翼33−1を設けてもよい。
補助翼33−1を設けることにより、電極ユニット15−1dの表面近傍に滞留している未反応の分解生成物や副生成物を効率よく取り除くことが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, a plate-like auxiliary blade 33-1 may be provided on the surface of the electrode unit 15-1d.
By providing the auxiliary blade 33-1, it becomes possible to efficiently remove unreacted decomposition products and by-products that are retained in the vicinity of the surface of the electrode unit 15-1d.
補助翼33−1は電気的に絶縁性の材料からなる。
補助翼33−1が電気的に絶縁性であれば電気的にカップリングされることがないため、放電インピーダンス上昇することもなく、プラズマ放電および成膜を安定して行うことが可能となる。
The auxiliary blade 33-1 is made of an electrically insulating material.
If the auxiliary blade 33-1 is electrically insulative, it is not electrically coupled, so that discharge discharge does not increase and plasma discharge and film formation can be performed stably.
なお、補助翼の形状は、図9および図10に示す補助翼33−2、33−3のように、折れ曲がった形状であってもよい。 The shape of the auxiliary wings may be a bent shape like the auxiliary wings 33-2 and 33-3 shown in FIGS.
次に、成膜装置1の概略の動作について説明する。基材13を基材ホルダ11上に設置し、真空排気ポンプ21を動作させ、圧力調整バルブ19を開き、チャンバ3内成膜室を真空排気する。
Next, a schematic operation of the
ガス貯留部5−1、5−2、5−3からそれぞれ流量制御器8−1、8−2、8−3により流量制御しながら成膜用ガスを供給し、均一に混合した後、成膜室内のガス供給部7−1、7−2、7−3へ導き、基材3へ向けて均一に成膜用ガスを噴出させる。圧力調整バルブ19の開度を調整し、成膜室内を所望の真空度に設定する。通常、本プラズマCVD成膜装置および成膜方法においては、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、成膜室の成膜圧力(真空度)を圧力調整バルブ19の開度を調整し、0.1Paから100Paの間の真空度に設定、維持して成膜を行う。
The film forming gas is supplied from the gas storage units 5-1, 5-2, and 5-3 while controlling the flow rate by the flow rate controllers 8-1, 8-2, and 8-3, respectively, and mixed uniformly. The gas is supplied to the gas supply units 7-1, 7-2, and 7-3 in the film chamber, and the film forming gas is jetted uniformly toward the
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。
なお、成膜時は電極35−1、35−2は回転しているが、回転方向は、プラズマ放電を乱すことなく、安定した放電および成膜を可能とするためには、同一方向とすることが好ましい。
Electric power is supplied from the power source 17 to the electrodes 35-1 and 35-2 at a constant frequency,
The electrodes 35-1 and 35-2 are rotating during film formation, but the rotation direction is the same in order to enable stable discharge and film formation without disturbing the plasma discharge. It is preferable.
また、成膜中は、電極ユニット15−1、15−2の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
具体的には、成膜時の放電インピーダンスをリアルタイムで光学的に測定、モニタし、この値が一定となるように、電極ユニット15−1、15−2を図示しないアクチュエータ等を用いて図2(a)のE方向もしくはF方向に移動する。
During film formation, the distance between the electrode units 15-1 and 15-2 is adjusted so that the discharge impedance is constant.
Specifically, the discharge impedance at the time of film formation is optically measured and monitored in real time, and the electrode units 15-1 and 15-2 are not shown in FIG. Move in E direction or F direction in (a).
放電インピーダンスの光学的なモニタ方法としては、プラズマ発光モニタ24−1〜24−6を用い、形成されているプラズマ中の特定元素の発光強度を光学的に測定する方法が、最も簡便かつ正確な方法である。通常検出方法は、プラズマ近傍にシリカ等のオプティカルファイバを設置し、発光は検出器である光電子増倍管へ導かれる。この光路中にモニタする元素に合わせてフィルタを設置する。元素ごとにプラズマの分解によって発せられる特定の光学波長があり、例えば、シリコンの場合251.6nm、アルミの場合396.1nm、タンタルの場合481.2nmに特定の発光を有し、これらに適した光学フィルタを用いることが可能である。
またオプティカルファイバの設置位置、即ちプラズマ発光モニタ部は減圧化であるチャンバ内に設置してもよいし、大気圧下で石英製ビューポート(窓)を介して設置する方法でもよい。またモニタ箇所は、基材が大型である場合、複数箇所でモニタして電極間距離を制御してもよい。
As an optical monitoring method of the discharge impedance, a method of optically measuring the emission intensity of a specific element in the formed plasma using the plasma emission monitors 24-1 to 24-6 is the simplest and most accurate method. Is the method. In the normal detection method, an optical fiber such as silica is installed in the vicinity of plasma, and light emission is guided to a photomultiplier tube as a detector. A filter is installed in the optical path according to the element to be monitored. There is a specific optical wavelength emitted by the decomposition of the plasma for each element, for example, it has a specific emission at 251.6 nm for silicon, 396.1 nm for aluminum, and 481.2 nm for tantalum, suitable for these An optical filter can be used.
Further, the optical fiber installation position, that is, the plasma emission monitor unit may be installed in a chamber where the pressure is reduced, or may be installed through a quartz view port (window) under atmospheric pressure. In addition, when the base material is large, the monitor location may be monitored at a plurality of locations to control the distance between the electrodes.
発光強度は、特にプラズマ中の成膜原料あたりの投入電力を表す指標であり、さらに成膜原料の分解性とその分解生成物が酸化ガスや窒化ガスと反応し、膜を堆積させる成膜反応過程を逐一モニタすることができ、電極間距離を制御する方式に適している。このモニタ値を用い、電極間距離を調整する。 The emission intensity is an index that expresses the input power per film-forming raw material in plasma, and the film-forming reaction in which the film-forming raw material is decomposed and its decomposition products react with oxidizing gas and nitriding gas to deposit the film. The process can be monitored one by one, which is suitable for a method for controlling the distance between electrodes. Using this monitor value, the distance between the electrodes is adjusted.
実際の発光強度が弱い場合は、成膜原料ガスの分解性が低いことに起因しているが、より分解性を高めるため、放電インピーダンスを小さくするように、即ち、電極間距離を狭めるよう電極ユニット15−1、15−2を移動させる。
反対に実際の発光強度が強い場合は、成膜原料ガスの分解性が高いことに起因しているが、より分解性を低くするため、放電インピーダンスを大きくするように、即ち、電極間距離を広げるよう電極ユニット15−1、15−2を移動させる。
異常放電を認識させ、過敏に電極間距離を調整させない別の方法としては、放電電圧値や放電電流値について、経時的に値の平均値またはそれに類する統計演算処理を行い、この値を平均値として求めて電極間距離を調整してもよい。
When the actual emission intensity is weak, this is due to the low decomposability of the film forming raw material gas, but in order to further improve the decomposability, the electrodes are made to reduce the discharge impedance, that is, to reduce the distance between the electrodes. The units 15-1 and 15-2 are moved.
On the contrary, when the actual emission intensity is strong, this is due to the high decomposability of the film forming raw material gas, but in order to lower the decomposability, the discharge impedance is increased, that is, the distance between the electrodes is increased. The electrode units 15-1 and 15-2 are moved so as to be spread.
Another method for recognizing abnormal discharge and preventing the distance between electrodes from being sensitively adjusted is to perform an average value of the discharge voltage value or discharge current value over time or similar statistical calculation processing, and this value is averaged. And the distance between the electrodes may be adjusted.
このようにして、成膜中は発光強度即ち放電インピーダンスが常に一定に保たれている。特に、成膜時間が長時間にわたる場合は、例えばチャンバや成膜部などにプロセスにより生じた熱が蓄積され温度が上昇し、チャンバ内壁や部品から水分が出てきたり、基材から放出される水分量が増加したりまたは減少したりすることで、成膜室の雰囲気、具体的にはガス組成が経時的に変化する問題が生じる。 In this way, the light emission intensity, that is, the discharge impedance is always kept constant during film formation. In particular, when the film formation time is long, for example, heat generated by the process is accumulated in the chamber or the film formation unit, and the temperature rises, so that moisture comes out of the chamber inner wall and parts or is released from the base material. As the amount of moisture increases or decreases, there arises a problem that the atmosphere of the film forming chamber, specifically, the gas composition changes over time.
このほか成膜原料ガスの供給安定性や印加電力の不安定性などに起因して成膜が適切に安定して行われない場合、放電インピーダンスが安定しない問題が生じる。これらの場合、プロセス上の重要なポイントは、成膜原料を適切に分解し、酸化ガス等と反応させて膜を形成する点にある。これら供給ガスや投入電力の不安定性が生じた場合にも、成膜原料を適切に分解させ、適量の酸化ガスを制御しながら供給するためには、放電インピーダンスを一定とするようプロセスを制御することが好ましい。 In addition, when the film formation is not performed properly and stably due to the supply stability of the film forming raw material gas and the instability of the applied power, there arises a problem that the discharge impedance is not stable. In these cases, an important point in the process is that the film forming raw material is appropriately decomposed and reacted with an oxidizing gas to form a film. Even when these supply gases and input power become unstable, the process is controlled so that the discharge impedance is constant in order to properly decompose the film forming raw material and supply an appropriate amount of oxidizing gas. It is preferable.
このように第1の実施の形態によれば、成膜時の放電インピーダンスをリアルタイムで光学的に測定、モニタし、電極ユニット15−1、15−2間の距離を調整する。従って常に放電インピーダンスを一定に保つことが可能となり、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。
As described above, according to the first embodiment, the discharge impedance during film formation is optically measured and monitored in real time, and the distance between the electrode units 15-1 and 15-2 is adjusted. Therefore, the discharge impedance can always be kept constant, the ion implantation effect on the
また、第1の実施の形態によれば、基材を電極上に置いて成膜せず、電気的にカップリングされなくなるため、プラズマ放電のインピーダンス上昇を防ぐことができ、容易にプラズマ形成が可能となり、かつ長時間安定して放電およびプラズマCVD成膜を行うことが可能となる。 In addition, according to the first embodiment, the substrate is not deposited on the electrode and is not electrically coupled, so that it is not electrically coupled, so that an increase in impedance of plasma discharge can be prevented, and plasma formation can be easily performed. It becomes possible to perform discharge and plasma CVD film formation stably for a long time.
また、放電インピーダンスが上昇しないことから、プラズマCVD成膜においては成膜速度の向上(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)をはかることが可能となる。 In addition, since the discharge impedance does not increase, in plasma CVD film formation, the film formation speed is improved (productivity improvement), the film stress is reduced, and damage to the base material is reduced (the occurrence of electrical charge-up is suppressed, the base material) It is possible to improve adhesion by reducing etching and reduce substrate coloring.
さらに、電極が回転することで、電極表面を効率よく冷却可能となり、特に電極内部にマグネットを設置した場合には、マグネットによりプラズマが集中して形成される電極の基板対向表面に、順次冷却された電極表面があらわれ、成膜時のプラズマ放電が飛躍的に安定する。また電極が十分冷却されるために投入電力を大きくすることが可能となる。また電極の冷却効率がよくなることから、電極表面に付着したパーティクル等の異物が飛散し発生するアーキングなどの異常放電がなくなり、結果として、欠陥のない緻密な膜の形成が可能となる。 In addition, the rotation of the electrode enables efficient cooling of the electrode surface. In particular, when a magnet is installed inside the electrode, the magnet is sequentially cooled onto the surface of the electrode facing the substrate where the plasma is concentrated. The electrode surface appears, and the plasma discharge during film formation is dramatically stabilized. Further, since the electrode is sufficiently cooled, the input power can be increased. Further, since the cooling efficiency of the electrode is improved, abnormal discharge such as arcing caused by scattering of foreign matters such as particles adhering to the electrode surface is eliminated, and as a result, a dense film having no defect can be formed.
円筒形の電極は前記冷却効率に優れることから、平板型電極と比較して、そのサイズをコンパクトに設計することが可能となり、結果的に装置寸法が小さく設計できるほか、基板や電極表面近傍での排気コンダクタンスを大きくすることができ、表面付近に滞留している副生成物を効率よく除去することが可能となり、結果として緻密で良質な膜を形成することが可能となる。 Since the cylindrical electrode is excellent in the cooling efficiency, it is possible to design the size compactly compared to the flat plate type electrode. It is possible to increase the exhaust conductance, and to efficiently remove by-products staying in the vicinity of the surface. As a result, a dense and high-quality film can be formed.
次に、本発明の第2の実施の形態に係る成膜装置101について説明する。
図11は、成膜装置101を示す図で、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。
Next, a
FIG. 11 is a diagram showing the
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。 The gas supply units 113-1, 113-2, and 113-3 are gas storage units 111-1, 111-2, and 111- for each supply gas type via the flow rate controllers 114-1, 114-2, and 114-3. 3 and a gas for film formation whose flow rate is individually controlled from 111-1, 111-2, and 111-3 are supplied from the gas reservoir.
チャンバ103に設けられた支持部115には電気的絶縁性部品からなるカップリング部117が設けられ、この支持部115に基材ホルダ119が設けられる。基材ホルダ119は基材121を支持する。
The
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の構造は第1の実施の形態における電極ユニット15−1、15−2と同様であり、電極149−1は図11のA2およびB2方向に回転可能である。
In the
The structure of the electrode units 123-1 and 123-2 is the same as that of the electrode units 15-1 and 15-2 in the first embodiment, and the electrode 149-1 can rotate in the directions A2 and B2 in FIG. .
同様に電極149−2は図11のC2およびD2方向に回転可能である。
また、電極ユニット123−1、123−2は電極ユニット15−1、15−2同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置101においてはプラズマ発光モニタ128−1、128−2はチャンバ103内に設置されている。プラズマ放電、成膜を妨げない位置でかつ発光部をモニタ可能な位置に設置している。
Similarly, the electrode 149-2 can rotate in the directions C2 and D2 in FIG.
Similarly to the electrode units 15-1 and 15-2, the electrode units 123-1 and 123-2 can adjust the distance between the electrode units by moving on a rail (not shown).
In the
排気室109側に圧力調整バルブ129−1を介して真空排気ポンプ131−1が設けられ、成膜室107側に圧力調整バルブ129−2を介して真空排気ポンプ131−2が設けられる。
A vacuum exhaust pump 131-1 is provided on the exhaust chamber 109 side via a pressure adjustment valve 129-1, and a vacuum exhaust pump 131-2 is provided on the
成膜装置101ではチャンバ103内に隔壁105が設けられ、チャンバ103内が成膜室107と排気室109に分けられる。そして、成膜室107と排気室109内の圧力は異なる。成膜室107で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、成膜室の成膜圧力(真空度)は圧力調整バルブ131−2の開度を調整することにより、0.1Paから100Paの間の真空度に設定、維持され、成膜が行われる。排気室109は成膜室107の成膜時真空度の10倍以上10000倍以下の高い真空度とすることが好ましい。
In the
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。
In this way, by separating the
In order to exhaust the by-product efficiently, the exhaust chamber 109 needs to be at least 10 times higher in vacuum than the
成膜装置101における電極149−1、149−2、基材121の電位レベル等については成膜装置1と同様にすることができる。
The potentials of the electrodes 149-1 and 149-2 and the base material 121 in the
ここで基材121が電気的にフローティングレベルの場合、基材121に図示しない直流電源を用いて直流電位をかけ、基材121へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能である。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材121にマイナス10Vからマイナス3000Vのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材121にプラス10Vからプラス3000Vのプラス電位を与えることが好ましい。 Here, when the base material 121 is in an electrically floating level, a direct current potential is applied to the base material 121 using a direct current power source (not shown), and the effect of implanting the ionized film forming material onto the base material 121 is strengthened or weakened. It is possible to install a mechanism to In order to enhance the ionization implantation effect, it is preferable to apply a minus potential of minus 10 V to minus 3000 V to the base material 121, and in order to weaken the ionization implantation effect, a plus potential of plus 10 V to plus 3000 V is preferably imparted to the substrate 121. .
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。
なお、基材ホルダ119を電気的にフローティングレベルとする場合でも、基材121に対して電位をかけない場合はカップリング部117は必要ない。
The coupling portion 117 is a mechanism necessary for applying a potential to the base material 121 in this way, and between the
Even when the
また、設備的には高額、複雑となるが、基材121に10Hz〜27.12MHzの周波数を有する交流電力を与えてもよい。なお、このように基材121に直流電位をかけることは他の実施の形態において行ってもよい。 Moreover, although it is expensive and complicated in terms of equipment, AC power having a frequency of 10 Hz to 27.12 MHz may be applied to the base material 121. In addition, you may perform in this Embodiment that direct current potential is applied to the base material 121 in this way.
次に、本発明の第3の実施の形態に係る成膜装置201について説明する。
図12は成膜装置201を示す図で、この成膜装置201では基材213の両側に電極ユニット215−1、215−2、215−3、215−4を配置したものである。
Next, a
FIG. 12 is a view showing a
チャンバ203内にガス供給部207−1、207−2、207−3、207−4、207−5、207−6が設けられる。ガス供給部207−1、207−2、207−3は供給ガス種ごとに流量制御器240−1、240−2、240−3を介してガス貯留部205−1、205−2、205−3に接続され、ガス供給部207−4、207−5、207−6は供給ガス種ごとに流量制御器240−4、240−5、240−6を介してガス貯留部205−4、205−5、205−6に接続される。
Gas supply units 207-1, 207-2, 207-3, 207-4, 207-5, and 207-6 are provided in the
ガス貯留部205−1、205−2、205−3、205−4、205−5、205−6は成膜用ガスを貯留する。すなわち、ガス貯留部205−1、205−2、205−3は図1のガス貯留部5−1、5−2、5−3に相当する。同様に、ガス貯留部205−4、205−5、205−6はガス貯留部5−1、5−2、5−3に相当する。 The gas storage units 205-1, 205-2, 205-3, 205-4, 205-5, and 205-6 store a film forming gas. That is, the gas storage units 205-1, 205-2, and 205-3 correspond to the gas storage units 5-1, 5-2, and 5-3 in FIG. Similarly, the gas storage units 205-4, 205-5, and 205-6 correspond to the gas storage units 5-1, 5-2, and 5-3.
基材213は基材ホルダ211に保持される。基材213の片面側に電極230−1、230−2を有する電極ユニット215−1、215−2が設けられ、電極230−1、230−2は電源217−1に接続される。
また、基材213の反対の面側に電極230−3、230−4を有する電極ユニット215−3、215−4が設けられ、電極230−3、230−4は電源217−2に接続される。
The base material 213 is held by the base material holder 211. Electrode units 215-1 and 215-2 having electrodes 230-1 and 230-2 are provided on one side of the substrate 213, and the electrodes 230-1 and 230-2 are connected to a power source 217-1.
In addition, electrode units 215-3 and 215-4 having electrodes 230-3 and 230-4 are provided on the opposite surface side of the substrate 213, and the electrodes 230-3 and 230-4 are connected to a power source 217-2. The
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。 The electrode surfaces of these electrodes 230-1, 230-2, 230-3, and 230-4 are electrically placed at a floating level.
電極ユニット215−1、215−2、215−3、215−4の構造は第1の実施の形態における電極ユニット15−1、15−2と同様であり、電極230−1は図12のA3およびB3方向に回転可能であり、電極230−2は図12のC3およびD3方向に回転可能である。
成膜装置201においてはプラズマ発光モニタ218−1〜4はチャンバ103内に設置されている。プラズマ放電、成膜を妨げない位置でかつ発光部をモニタ可能な位置に設置している。
The structure of the electrode units 215-1, 215-2, 215-3, and 215-4 is the same as that of the electrode units 15-1 and 15-2 in the first embodiment, and the electrode 230-1 is the same as A3 in FIG. The electrode 230-2 can rotate in the C3 and D3 directions of FIG.
In the
同様に、電極230−3は図12のA4およびB4方向に回転可能であり、電極230−4は図12のC4およびD4方向に回転可能である。
また、電極ユニット215−1、215−2、215−3、215−4は電極ユニット15−1、15−2同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
Similarly, the electrode 230-3 can rotate in the A4 and B4 directions in FIG. 12, and the electrode 230-4 can rotate in the C4 and D4 directions in FIG.
Also, the electrode units 215-1, 215-2, 215-3, and 215-4, like the electrode units 15-1 and 15-2, adjust the distance between the electrode units by moving on a rail (not shown). Is possible.
次に、成膜装置201の概略動作について説明する。
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。この際、電極230−3、230−4は回転する。
Next, a schematic operation of the
The film forming gas stored in the gas storage units 205-1, 205-2, and 205-3 is individually adjusted in flow rate by the flow rate controllers 240-1, 240-2, and 240-3, and is supplied to the gas supply unit 207-. 1, 207-2, and 207-3 are emitted toward one side of the substrate 213. Power is supplied from the power source 217-1 to the electrodes 230-1 and 230-2, and
同様に、ガス供給部207−4、207−5、207−6から成膜用ガスが基材213の反対の面側に向けて放出される。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)を圧力調整バルブ219の開度を調整し、0.1Paから100Paの間の真空度に設定、維持して成膜を行う。
Similarly, the film forming gas is released from the gas supply units 207-4, 207-5, and 207-6 toward the opposite surface side of the substrate 213. In order to stably form plasma and to form a film having a desired sufficient density and adhesion, the opening pressure of the
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。この際、電極230−3、230−4は回転する。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。
また、成膜中は、電極ユニット215−1、215−2の間の距離および電極ユニット215−3、215−4の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
Power is supplied to the electrodes 230-3 and 230-4 from the power source 217-2, and
During film formation, the distance between the electrode units 215-1 and 215-2 and the distance between the electrode units 215-3 and 215-4 are adjusted so that the discharge impedance is constant.
成膜装置201では、基材213の両側に電極を1組ずつ設けるので、基材213の両面への成膜が可能となり、基材213の応力緩和が可能となり、良質な薄膜を形成することができる。
In the
次に、本発明の第4の実施の形態に係る成膜装置301について説明する。
図13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。
Next, a
FIG. 13 is a view showing a
チャンバ303内にガス供給部313−1、313−2、313−3が設けられる。ガス供給部313−1、313−2、313−3は供給ガス種ごとに流量制御器314−1、314−2、314−3を介して、ガス貯留部311−1、311−2、311−3に接続される。ガス貯留部311−1、311−2、311−3は成膜用ガスを貯留する。
Gas supply sections 313-1, 313-2, and 313-3 are provided in the
チャンバ303内に電極360−1、360−2を有する電極ユニット323−1、323−2が電気的フローティングレベルとして設けられ、この電極360−1、360−2は電源325に接続される。
Electrode units 323-1 and 323-2 having electrodes 360-1 and 360-2 are provided in the
電極360−1、360−2の構造は第1の実施の形態における電極35−1、35−2と同様であり、電極360−1は図13のA5およびB5方向に回転可能であり、電極360−2は図13のC5およびD5方向に回転可能である。 The structures of the electrodes 360-1 and 360-2 are the same as those of the electrodes 35-1 and 35-2 in the first embodiment, and the electrode 360-1 can rotate in the directions A5 and B5 in FIG. 360-2 can rotate in directions C5 and D5 in FIG.
また、電極ユニット323−1、323−2は電極ユニット15−1、15−2同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置301においてはプラズマ発光モニタはチャンバ303内でかつ図面の手前側から奥方向に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極下部近傍、プラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。
Similarly to the electrode units 15-1 and 15-2, the electrode units 323-1 and 323-2 can adjust the distance between the electrode units by moving on a rail (not shown).
In the
チャンバ303内にトレー319の走行用のレール357が設けられる。排気室309側に圧力調整バルブ329−1を介して真空排気ポンプ331−1が設けられ、成膜室307側に圧力調整バルブ329−2を介して真空排気ポンプ331−2が設けられる。
A
真空排気ポンプ331−1は排気室309の排気を行う。真空排気ポンプ331−2は成膜室307側の排気を行う。
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。
The vacuum exhaust pump 331-1 exhausts the
A load lock chamber (preliminary exhaust chamber) 351-1 is provided in the
また、チャンバ303にゲートバルブ341−2を介してロードロック室(予備排気室)351−2が設けられる。ロードロック室351−2に圧力調整バルブ353−2を介して真空排気ポンプ355−2が設けられる。
In addition, a load lock chamber (preliminary exhaust chamber) 351-2 is provided in the
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。
By providing these load lock chambers 351-1 and 351-2, the vacuum inside the
チャンバ303内におけるガス供給部313、電極360等の機能は第1の実施の形態と同様である。
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。
The functions of the gas supply unit 313, the electrode 360, and the like in the
The gate valve 341-1 opens and closes between the
ロードロック室351−1には、複数の基材をストック可能とするためにトレー搬送、移動機構を備えている。基材321を載置したトレー319が多数備えられ、これらのトレー319は上下昇降機能を有する保管ラックに保管することができる。
The load lock chamber 351-1 is provided with a tray transporting and moving mechanism so that a plurality of base materials can be stocked. A large number of
真空排気ポンプ351−1はロードロック室351−1内の排気を行う。ロードロック室351−1の真空度がチャンバ303の真空度とほぼ等しくなり圧力差がなくなった状態で、ゲートバルブ341−1の開閉動作が可能となる。
チャンバ303内ではトレー319がレール357上を走行する。
The vacuum exhaust pump 351-1 exhausts the load lock chamber 351-1. The gate valve 341-1 can be opened and closed in a state where the degree of vacuum in the load lock chamber 351-1 is substantially equal to the degree of vacuum in the
A
ゲートバルブ341−2はチャンバ303とロードロック室351−2の間の開閉を行う。ロードロック室351−2は多数のトレー319を格納でき、トレー319は上下方向に移動可能である。真空排気ポンプ355−2はロードロック室351−2の排気を行う。
The gate valve 341-2 opens and closes between the
次に、この成膜装置301の概略動作について説明する。
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。
Next, the schematic operation of the
The inside of the
大気中で、ロードロック室351−1内に基材321を載置したトレー319をセットする。続いて、真空排気ポンプ355−1を動作させ、圧力調整バルブ353−1を開状態としロードロック室351−1の真空引きを行う。ロードロック室351−1の真空度が、成膜室307を備えるチャンバ303の真空度と同一になった後、ゲートバルブ341−1を開くことが可能となる。このトレー319がレール357上を走行し、トレー319全体がゲートバルブ341−1を通過しチャンバ303に搬送された後、ゲートバルブ341−1は閉じられる。
In the atmosphere, the
ゲートバルブ341−1が閉じられた後、ガス貯留部311−1、311−2、311−3に貯留された成膜用ガスは個別に設けられた流量制御器314−1、314−2、314−3により所望の流量供給され、これらガスは事前に均一に混合され、ガス供給部313−1、313−2、313−3から基材321側に向けて噴出される。また成膜室307および排気室309は真空排気ポンプ331−1、331−2および圧力調整バルブ329−1、329−2により成膜に適した圧力に設定される。排気室309は成膜室307よりも10倍以上10000倍までの範囲のより高い真空度で成膜が行われる。
After the gate valve 341-1 is closed, the film forming gas stored in the gas storage units 311-1, 311-2, 311-3 are individually provided flow rate controllers 314-1, 314-2, A desired flow rate is supplied by 314-3, these gases are uniformly mixed in advance, and are ejected from the gas supply units 313-1, 313-2, and 313-3 toward the
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。
The
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。
In order to stably form plasma and form a film having a desired sufficient density and adhesion, the film formation pressure (vacuum degree) in the film formation chamber in the chamber is the opening of the pressure adjustment valve 329-1. In order to perform film formation while maintaining the vacuum degree between 0.1 Pa and 100 Pa, and to efficiently exhaust the by-products generated on the substrate surface during the film formation, The pressure (degree of vacuum) is adjusted by adjusting the opening of the pressure adjustment valve 329-2, and the film is formed while being set and maintained at a degree of
このとき、電源325から電極360−1、360−2に電力が供給され、電極360−1、360−2からプラズマが発生する。この際、同時に電極360−1、360−2は回転する。そして、基材321上に薄膜が形成される。
At this time, power is supplied from the power source 325 to the electrodes 360-1 and 360-2, and plasma is generated from the electrodes 360-1 and 360-2. At this time, the electrodes 360-1 and 360-2 rotate simultaneously. Then, a thin film is formed on the
また、成膜中は、電極ユニット323−1、323−2の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
薄膜が形成された後、電極360−1、360−2に供給された電力の供給を停止し、プラズマ放電を停止する。更に成膜用ガス供給を停止し、圧力調整バルブ329−1、329−2を全開としてチャンバ303内の残留ガスを排気する。
During film formation, the distance between the electrode units 323-1 and 323-2 is adjusted so that the discharge impedance is constant.
After the thin film is formed, the supply of power supplied to the electrodes 360-1 and 360-2 is stopped, and the plasma discharge is stopped. Further, the film forming gas supply is stopped, and the pressure adjusting valves 329-1 and 329-2 are fully opened to exhaust the residual gas in the
被成膜基材を再格納する部位として、ロードロック室351−1または351−2のいずれかを用いることができる。ここではロードロック室351−2に再格納する場合を説明する。あらかじめロードロック351−2室には被成膜基材を再格納するためのスペースを空けておき、真空排気ポンプ355−2を動作させ、圧力調整バルブ353−2を全開としてロードロック室351−2内部を減圧しておく。 Either the load lock chamber 351-1 or 351-2 can be used as a part for re-storing the film formation substrate. Here, the case of re-storing in the load lock chamber 351-2 will be described. In advance, a space for re-storing the film formation substrate is made in the load lock 351-2 chamber, the vacuum exhaust pump 355-2 is operated, the pressure adjustment valve 353-2 is fully opened, and the load lock chamber 351-. 2 Depressurize the inside.
先に説明の成膜工程が完了し、残留ガスを排気した後、チャンバ303の真空度とロードロック室351−2の真空度を同一にした後、ゲートバルブ341−2を開き、基材トレー319及び被成膜基材をレール357上を搬送させ、ロードロック室351−2の所定の位置に移動させる。基材トレー319がゲートバルブ341−2を通過し、全体がロードロック室351−2に移動した後、ゲートバルブ341−2を閉じる。
After the film formation process described above is completed and the residual gas is exhausted, the vacuum degree of the
以上の工程を複数枚の基材321に対して、連続的に行うことも可能である。また全ての基材321に対して成膜処理が完了した後、ロードロック室351−2の真空引きを停止し、大気開放することで基材の取り出しが可能となる。
It is also possible to continuously perform the above steps on a plurality of
第4の実施の形態によれば、チャンバ303の前後に少なくとも1つのロードロック室351−1(または351−2)を備えるので、真空引き工程と成膜工程を分離させることができ、生産性が向上する。
According to the fourth embodiment, since at least one load lock chamber 351-1 (or 351-2) is provided before and after the
また、車輪付きのトレー319がレール357上を走行しつつ、基材321を搬送するので生産性が向上し、基材321の大面積の部分へ均一且つ安定した連続成膜が可能となる。
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。
In addition, since the
In addition, as a base material transport mechanism, the
なお、トレー319はその表面を絶縁性とし、基材321は電気的にフローティングレベルとすることが好ましい。トレー319を絶縁性とすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、成膜への利用効率も高く、安定した成膜が可能となる。
Note that the surface of the
次に、本発明の第5の実施の形態に係る成膜装置501について説明する。図14は第5の実施の形態に係る成膜装置501を示す図である。
チャンバ403内に隔壁405、407が形成される。隔壁405の上側には基材搬送室409が形成され、隔壁405と隔壁407で囲まれた空間に成膜室411が形成され、隔壁407より下側に排気室413が形成される。
Next, a film forming apparatus 501 according to the fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is a view showing a film forming apparatus 501 according to the fifth embodiment.
基材搬送室409には巻出しローラ415、巻取りローラ417が設けられる。隔壁405で挟まれるようにドラム419が設けられ、巻出しローラ415とドラム419との間にガイドローラ421−1、421−2、421−3および張力ピックアップロール423−1が設けられ、ドラム419と巻取りローラ417との間にガイドローラ421−4、421−5、421−6及び張力ピックアップロール423−2が設けられる。
An unwinding roller 415 and a winding roller 417 are provided in the base
巻出しローラ415は基材16を巻回しており、基材16はガイドローラ421−1、421−2、張力ピックアップロール423−1、ガイドローラ421−3を介してドラム419に巻きつけられ、更にガイドローラ421−4、張力ピックアップロール423−2、ガイドローラ421−5、421−6を介して巻取りローラ17で巻き取られる。張力ピックアップロール423−1、423−2により基材16の張力を調整し、基材を搬送する。
The unwinding roller 415 winds the
また、基材搬送方向は図14においては巻出しローラ415から巻取りローラ417へ基材が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。
基材16は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
Further, in FIG. 14, the substrate transport direction is described so that the substrate proceeds from the unwinding roller 415 to the take-up roller 417, but film formation or substrate processing is performed while the substrate is transported in the reverse direction. It is also possible to repeat these steps. From the viewpoint of productivity and film quality, it is preferable to repeatedly form a film without returning the vacuum to atmospheric pressure.
The
ドラム419近傍に前処理装置425、後処理装置427が設けられる。前処理装置425はたとえば、プラズマ放電装置であり、後処理装置427は成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えばプラズマ放電装置である。
A
隔壁7に挟まれるように、ガス供給部437−1、437−2、437−3が設けられ、ガス供給部437−1、437−2、437−3は流量制御器435−1、435−2、435−3を介してガス貯留部433−1、433−2、433−3に接続される。
ガス貯留部433−1、433−2、433−3は、成膜用ガスを貯留する。
Gas supply units 437-1, 437-2, and 437-3 are provided so as to be sandwiched between the partition walls 7, and the gas supply units 437-1, 437-2, and 437-3 are provided as flow controllers 435-1 and 435-, respectively. 2 and 435-3 to be connected to gas reservoirs 433-1, 433-2 and 433-3.
The gas storage units 433-1, 433-2, and 433-3 store a film forming gas.
ガス供給部437−1、437−2、437−3はその噴出口がドラム419上の基材16に向けられる。このため、基材16表面に均一に成膜用ガスを拡散、供給させることが可能となり、基材16の大面積の部分に均一な成膜が可能となる。
The gas supply ports 437-1, 437-2, and 437-3 have their outlets directed toward the
ガス供給部437−1、437−2の間に電極455−1を備えた電極ユニット439−1が設けられ、ガス供給部437−2、437−3の間に電極455−2を備えた電極ユニット439−2が設けられ、電極455−1、455−2は電源441と接続され、電源441から電力が供給される。電極455−1、455−2電気的にフローティングレベルに設定されている。
An electrode unit 439-1 including an electrode 455-1 is provided between the gas supply units 437-1 and 437-2, and an electrode 455-2 is provided between the gas supply units 437-2 and 437-3. A unit 439-2 is provided, and the electrodes 455-1 and 455-2 are connected to a
電極455−1、455−2の構造は第1の実施の形態における電極35−1、35−2と同様であり、電極455−1は図14のA6およびB6方向に回転可能であり、電極455−2は図14のC6およびD6方向に回転可能である。
また、電極ユニット439−1、439−2は電極ユニット15−1、15−2同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。
成膜装置501においてはプラズマ発光モニタはチャンバ503内でかつ図面の手前側から奥側方向に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極とドラム419の間のプラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。
The structures of the electrodes 455-1 and 455-2 are the same as those of the electrodes 35-1 and 35-2 in the first embodiment, and the electrode 455-1 can rotate in the directions A6 and B6 in FIG. 455-2 can rotate in the C6 and D6 directions of FIG.
Similarly to the electrode units 15-1 and 15-2, the electrode units 439-1 and 439-2 can move on a rail (not shown) to adjust the distance between the electrode units.
In the film forming apparatus 501, the plasma emission monitor is located in the chamber 503 and can monitor the plasma emission between the electrode and the drum 419 so as not to interfere with plasma discharge and film formation from the front side to the back side of the drawing. Installed. The relative position to the electrode position is fixed, and the structure is movable in synchronization with the movement of the electrode.
基材搬送室409には、圧力調整バルブ429−1を介して真空排気ポンプ31−1が設けられ、成膜室411には圧力調整バルブ429−2を介して真空排気ポンプ431−2が設けられ、排気室13には圧力調整バルブ429−3を介して真空排気ポンプ431−3が設けられる。
これら真空排気ポンプの排気能力および圧力調整バルブの開度を調整することで、任意の真空度に設定することが可能である。
The
By adjusting the exhaust capability of these vacuum exhaust pumps and the opening of the pressure adjusting valve, it is possible to set an arbitrary degree of vacuum.
図15はドラム419の側面図、図16はドラム419の断面図である。ドラム419は円筒状のドラム本体61の両端に回転軸63を備える。回転軸63にはベアリング65が設けられる。ドラム温度制御のため、ドラム419および回転軸63の内部には、冷媒や熱媒等の温度調節媒体を循環させるための配管が設置される。ドラムはドラム内を循環させる温度調節媒体の温度を調整することにより、−20℃から+200℃の間で、一定温度に調節することが可能で、その温度制御性は設定温度±2℃であることが好ましい。ドラム本体61の中央部の両側、及び回転軸63周囲には電気的な絶縁部69が設けられ、基材16はドラム本体61の中央部に巻かれる。
FIG. 15 is a side view of the drum 419, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the drum 419. The drum 419 includes
ドラム419は電気的にアースレベルに設置してもよい。ドラム419をアースレベルに設置した場合、基材16表面に蓄積された帯電電荷がアースレベルに開放され、結果として安定した成膜が可能となる。この場合、ドラム本体や回転軸、ベアリング、ドラム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。
The drum 419 may be installed at an electrical ground level. When the drum 419 is installed at the ground level, the charged charges accumulated on the surface of the
また、ドラム419は電気的にフローティングレベル即ち絶縁電位に設置してもよい。ドラム419の電位をフローティングレベルとすることで電力の漏れを防ぐことができ、成膜投入電力を高くすることができ、且つその成膜への利用効率も高いものとなる。
この場合、ドラム回転軸、ベアリング、ドラム支持体部品のいずれか1つ以上を絶縁性部品とすることで実現することができる。
Further, the drum 419 may be placed at an electrically floating level, that is, an insulation potential. By setting the potential of the drum 419 to a floating level, leakage of electric power can be prevented, the electric power used for film formation can be increased, and the use efficiency for film formation can be increased.
In this case, it can be realized by using any one or more of the drum rotation shaft, the bearing, and the drum support member as an insulating component.
ドラム419が電気的にフローティングレベルの場合、ドラム419に直流電位をかけ、基材16へのイオン化された成膜材料の打ち込み効果を強めたり、弱めたりする機構を設置することが可能となる。イオン化打ち込み効果を高めるためには、基材16にマイナス10Vからマイナス3000Vのマイナス電位を与え、イオン化打ち込み効果を弱めるためには、基材16にプラス10Vからプラス3000Vのプラス電位を与えることが好ましい。また、設備的には高額複雑となるが、基材16に10Hz〜27.12MHzの周波数を有する交流電力を与えてもよい。
When the drum 419 is at an electrically floating level, it is possible to install a mechanism that applies a DC potential to the drum 419 to enhance or weaken the effect of implanting the ionized film forming material onto the
基材搬送室409は、電極455−1、455−2の存在する成膜室411とは隔壁(ゾーンシール)405により仕切られ圧力が異なる。基材搬送室409と成膜室411とを圧力的に異なる空間とすることで成膜室411のプラズマ443が基材搬送室409に漏れることによって成膜室411のプラズマ放電状態が不安定になったり、基材搬送室409の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。
The
具体的には、成膜室411の成膜圧力は0.1Paから100Paの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ443を形成することができる。
Specifically, the film formation pressure in the
そして、基材搬送室409の圧力(真空度)は成膜室411の成膜時の圧力(真空度)よりも10倍から10000倍高くする。このように、基材搬送室409の圧力を設定することにより成膜室411のプラズマ443が基材搬送室409に漏れ込むことがなくなり、成膜室411でのプラズマCVD成膜を安定して行うことができる。
Then, the pressure (degree of vacuum) of the base
排気室413は、隔壁(ゾーンシール)407により成膜室411と仕切られ、圧力が異なる。排気室413は成膜室411の成膜時の圧力よりも410倍以上10000倍以下の圧力(真空度)である。成膜室411と排気室413とを仕切り、成膜室411と排気室413に圧力差を設けることで、成膜時に発生した副生成物を基材416の表面近傍から効率よく排気することができる。
The
成膜室411よりも後段の基材搬送室409に成膜により発生した基材帯電を除去するための基材帯電除去部としての後処理装置427を備える。
A
後処理装置427を成膜室411後段の基材搬送室409に設置し、基材帯電を除去することにより基材416をドラム419から所定位置で速やかに離し搬送することができ、安定した基材搬送が可能となり、帯電に起因する基材416の破損や品質低下を防ぎ、基材416表裏面の濡れ性改善による後加工適正向上を図ることがきる。
The
帯電除去部としての後処理装置427として、例えばプラズマ放電装置、電子線照射装置、紫外線照射装置、除電バー、グロー放電装置、コロナ処理装置等、任意の処理装置を用いることが可能である。
As the
プラズマ処理装置、グロー放電装置を用いて放電を形成する場合、基材16近傍でアルゴン、酸素、窒素、ヘリウム等の放電用ガスを単体または混合して供給し、交流(AC)プラズマ、直流(DC)プラズマ、アーク放電、マイクロウェーブ、表面波プラズマ等、任意の放電方式を用いることが可能である。減圧環境下では、プラズマ放電装置を用いる帯電処理方法が最も好ましい。
When a discharge is formed using a plasma processing apparatus or a glow discharge apparatus, a discharge gas such as argon, oxygen, nitrogen, helium or the like is supplied in the vicinity of the
成膜室411よりも前段の基材搬送室409に前処理装置425を備える。前処理装置425は、プラズマ放電処理装置であり、このプラズマ放電処理装置は成膜前に基材16をプラズマ放電処理することにより、基材416の表面を物理的にエッチングすることが可能となり、基材416表面に凹凸形状を形成することが可能な他、化学的な結合状態や官能基を変化させることにより、その後段の成膜時に膜の密着性を向上させることが可能となる。
A
ドラム419は少なくともステンレス、鉄、銅、クロムのいずれか1以上を含む材料により形成される。ドラム419の表面は傷つき防止のため硬質のクロムハードコート処理等を施してもよい。これらの材料は加工が容易で、ドラム自体の熱伝導性がよいので温度制御を行う際に、温度制御性が優れたものとなる。 The drum 419 is formed of a material containing at least one of stainless steel, iron, copper, and chromium. The surface of the drum 419 may be subjected to a hard chrome hard coat treatment or the like to prevent damage. Since these materials are easy to process and the thermal conductivity of the drum itself is good, the temperature controllability is excellent when performing temperature control.
ドラム419は、その表面平均粗さRaが10nm以下、好ましくは5nm以下、さらに好ましくは2nm以下であることが好ましい。通常、プラスチックフィルムや金属板、鋼鈑等、基材16の平均表面粗さRaは通常10〜50nm、特別に表面平坦性を持たせて加工した基材16で5〜10nm、さらに表面コーティング加工により平坦加工を行った場合で、5nm以下の表面平坦性を持つため、これら基材16に対して効率よく冷却、加熱等の温度調整を行うためには、ドラム419は上記範囲が好ましい。
The drum 419 has a surface average roughness Ra of 10 nm or less, preferably 5 nm or less, and more preferably 2 nm or less. Usually, the average surface roughness Ra of the
また、ドラム419表面は平坦であればあるほど好ましいが、表面平均粗さRaの測定限界は現状0.1nmであり、便宜的にこの値を下限としておく。
ドラム419は、冷却媒体及びまたは熱源媒体あるいはヒータを用いることにより−20℃から+200℃の間で一定温度に設定することができる温度調節機構を有している。
The surface of the drum 419 is preferably as flat as possible, but the measurement limit of the surface average roughness Ra is 0.1 nm at present, and this value is set as the lower limit for convenience.
The drum 419 has a temperature adjustment mechanism that can set a constant temperature between −20 ° C. and + 200 ° C. by using a cooling medium and / or a heat source medium or a heater.
温度調節機構により成膜時に発生する熱による基材16の温度の変動を抑えることが可能となる。具体的には、冷却媒体(冷媒)としてエチレングリコール水溶液や熱源媒体(熱媒)としてシリコンオイルを用いたり、ドラム419内を循環させることにより温度調節したり、ドラム419と対向する位置にヒータを設置することが可能である。
The temperature adjustment mechanism can suppress fluctuations in the temperature of the
特に、成膜装置501では関連する機械部品の耐熱性の制約や汎用性の面から設定温度は−20℃から+200℃の間で一定温度に設置できることが好ましく、その制御性は成膜装置1を用いたプロセスにおいては設定温度±2℃以内の範囲で温度制御することが好ましい。 In particular, in the film forming apparatus 501, it is preferable that the set temperature can be set to a constant temperature between −20 ° C. and + 200 ° C. from the viewpoint of heat resistance restrictions of related mechanical parts and versatility. In the process using, it is preferable to control the temperature within a range of set temperature ± 2 ° C.
図15、図16に示すように、ドラム419は基材16の幅方向に基材16により被覆されない絶縁部69およびドラム側面に絶縁部69を有する。絶縁部69を形成することで成膜室11において導電性の金属部分が露出する領域がなくなり、成膜のために形成されたプラズマが電気的にドラム419に落ちることがなくなり、安定したプラズマ443の形成が可能となる。
As shown in FIGS. 15 and 16, the drum 419 includes an insulating
絶縁部69は、Al、Si、Cr、Ta、Ti、Nb、V、Bi、Y、W,Mo、Zr、Hfのいずれか1以上の酸化膜、または窒化膜、または酸化窒化膜で形成される。あるいは、絶縁部69はポリイミド樹脂、フッ素樹脂、マイカのいずれか1の成型体、テープ、コーティング膜により被覆される。これらの方法および材料は絶縁性を確実なものとし、耐熱性、耐プラズマ性を有し、耐久性に優れた材料であるので長時間にわたり安定して用いることが可能である。
The insulating
次に、成膜装置501の概略の動作について説明する。ガス貯留部433−1、433−2、433−3から成膜用ガスがガス供給部437−1、437−2、437−3に供給され、ガス供給部437−1、437−2、437−3から基材16に向けて成膜用ガスが噴出される。
Next, a schematic operation of the film forming apparatus 501 will be described. The gas for forming a film is supplied from the gas storage units 433-1, 433-2, 433-3 to the gas supply units 437-1, 437-2, 437-3, and the gas supply units 437-1, 437-2, 437 are supplied. The film-forming gas is ejected from −3 toward the
また、電源441から電極489−1、489−2に電力が供給され、電極489−1、489−2から基材16に向けてプラズマ443が発せられ、基材16上に薄膜が形成される。この際、同時に電極489−1、489−2は回転する。
また、成膜中は、電極ユニット439−1、439−2の間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
In addition, power is supplied from the
During film formation, the distance between the electrode units 439-1 and 439-2 is adjusted so that the discharge impedance is constant.
次に、本発明の第6の実施の形態について説明する。
図17は成膜装置601を示す図である。成膜装置601は、基材516に成膜処理を実施するチャンバ503と、基材516の搬送を行う第1基材搬送室515、第2基材搬送室519等からなる。チャンバ503内には、隔壁505および隔壁507が形成される。隔壁505と隔壁507で囲まれた空間に成膜室508が形成され、隔壁505の上側および隔壁507の下側に排気室が形成される。隔壁507の下側を第1排気室509、隔壁505の上側を第2排気室511とする。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 17 is a view showing a
第1基材搬送室515は、成膜前の基材516の送り出し等を行い、第2基材搬送室519は、成膜後の基材516の巻取り等を行う。
第1基材搬送室515には、巻き出しローラ541、ガイドローラ543−1、前処理装置545が設けられる。また、第2基材搬送室519には、巻取りローラ547、ガイドローラ543−2、543−3、543−4、張力ピックアップロール544、後処理装置549が設けられる。
The first base
In the first base
巻き出しローラ541は基材516を巻回している。基材516は、巻き出しローラ541からガイドローラ543−1を介し、第1基材搬送室515とチャンバ503を分ける壁に設けられた基材516が通り得るスリット状の水平な空隙である基材搬入口535を介して成膜室508に送り込まれる。
The unwinding
一方、チャンバ503と第2基材搬送室519を分ける壁にも同様の空隙が基材搬出口537として設けられており、成膜室508での成膜工程を終えた基材516は、基材搬出口537を介して第2基材搬送室519に送り出され、ガイドローラ543−2、張力ピックアップロール545、ガイドローラ543−3、543−4を介して巻取りローラ547で巻き取られる。張力ピックアップローラ545は、基材516の張力を調整し、基材516を搬送する。
On the other hand, a similar gap is provided as a substrate carry-out
また、図17では、基材搬送方向は、巻き出しローラ541から巻取りローラ517へ基材516が進むよう説明しているが、逆方向に基材を搬送しながら成膜したり、基材処理を行うこと、これらを繰り返し行うことも可能である。真空を大気圧に戻さず、繰り返し成膜することが生産性、膜質の面からも好ましい。
In FIG. 17, the base material conveyance direction is described so that the
基材516は、ガラス等のセラミックス、樹脂板、プラスチックフィルム、金属板、金属箔、紙、不織布、繊維等である。
The
第1基材搬送室515内には、ガイドローラ543−1と基材搬入口535との間に前処理装置545が、第2基材搬送室519内には、基材搬出口537とガイドローラ543−2の間に後処理装置549が設けられる。
In the first base
前処理装置545および後処理装置549は、基材516の両側に基材516を挟むように設けられる。前処理装置545は、例えばプラズマ放電装置であり、後処理装置549は、成膜により発生した基材帯電を除去する装置であり、例えば、プラズマ放電装置である。
The pretreatment device 545 and the
チャンバ503は、第1基材搬送室515と第2基材搬送室519間に挟まれるように設けられ、基材搬入口535と基材搬出口537間は、基材516が水平に搬送されるフリースバンド部を構成する。基材516は、巻取りローラ547により巻き取られることにより成膜室508内を移動し、その間に成膜処理が成される。
The chamber 503 is provided so as to be sandwiched between the first base
チャンバ503内には、基材516の上面側、下面側の両方にガス供給部521および電極ユニット527が設けられる。
基材516の上面側では、隔壁505に挟まれるように、ガス供給部521−1、521−2、521−3が設けられ、ガス供給部521−1、521−2、521−3は、流量制御器523−1、523−2、523−3を介してガス貯留部525−1、525−2、525−3に接続される。
In the chamber 503, a gas supply unit 521 and an electrode unit 527 are provided on both the upper surface side and the lower surface side of the
On the upper surface side of the
また、基材516の下面側では、隔壁507に挟まれるように、ガス供給部521−4、521−5、521−6が設けられ、ガス供給部521−4、521−5、521−6は、流量制御部523−4、523−5、523−6を介してガス貯留部525−4、525−5、525−6に接続される。
In addition, on the lower surface side of the
ガス貯留部525−1〜525−6は、成膜用ガスを貯留する。
流量制御器523−1〜523−6は、それぞれ、ガス貯留部533−1〜533−6からガス供給部521−1〜521−6に送られるガスの流量を計測する。
The gas storage units 525-1 to 525-6 store the film forming gas.
The flow rate controllers 523-1 to 523-6 respectively measure the flow rates of the gases sent from the gas storage units 533-1 to 533-6 to the gas supply units 521-1 to 521-6.
ガス供給部521−1〜521−6は、その噴出口が、基材516に向けられる。
The gas supply parts 521-1 to 521-6 have their jet ports directed to the
基材516の上部では、ガス供給部521−1、521−2の間に電極555−1を備えた電極ユニット527−1が設けられ、ガス供給部521−2、521−3の間に電極555−2を備えた電極ユニット527−2が設けられ、電極555−1、555−2は、電源529−1と接続され、電源529−1から電力が供給される。電極555−1、555−2は電気的にフローティングレベルに設定されている。
In the upper part of the
一方、基材516の下面も同様に、ガス供給部521−4、521−5の間に電極555−3を備えた電極ユニット527−3が設けられ、ガス供給部521−5、521−6の間に電極555−4を備えた電極ユニット527−4が設けられ、電極555−3、555−4は、電源529−2と接続され、電源529−2から電力が供給される。電極555−3、555−4は電気的にフローティングレベルに設定されている。
On the other hand, the lower surface of the
電極555−1、555−2、555−3、555−4の構造は第1の実施の形態における電極35−1、35−2と同様であり、電極555−1は図17のA7およびB7方向に回転可能であり、電極555−2は図17のC7およびD7方向に回転可能である。 The structures of the electrodes 555-1, 555-2, 555-3, and 555-4 are the same as those of the electrodes 35-1 and 35-2 in the first embodiment, and the electrodes 555-1 are A7 and B7 in FIG. The electrode 555-2 can rotate in directions C7 and D7 in FIG.
同様に、電極555−3は図17のA8およびB8方向に回転可能であり、電極555−4は図17のC8およびD8方向に回転可能である。 Similarly, the electrode 555-3 can rotate in the A8 and B8 directions in FIG. 17, and the electrode 555-4 can rotate in the C8 and D8 directions in FIG.
また、電極ユニット527−1、527−2、527−3、527−4は電極ユニット15−1、15−2同様、図示しないレール上を移動することにより、電極ユニット間の距離を調整することが可能となっている。 Similarly to the electrode units 15-1 and 15-2, the electrode units 527-1, 527-2, 527-3, and 527-4 adjust the distance between the electrode units by moving on a rail (not shown). Is possible.
第1基材搬送室515、第2基材搬送室519、チャンバ503下部の第1排気室509、チャンバ503上部の第2排気室511、およびチャンバ3内の成膜室508の各室には、それぞれ圧力調整バルブ531を介し真空排気ポンプ533が設けられる。
Each of the first
すなわち、第1基材搬送室515には、圧力調整バルブ531−4を介して真空排気ポンプ533−4が、第2基材搬送室519には、圧力調整バルブ531−5を介して真空排気ポンプ533−5が、第1排気室509には、圧力調整バルブ531−3を介して真空排気ポンプ533−3が、第2排気室11には、圧力調整バルブ531−1を介して真空排気ポンプ533−1が、成膜室508には、圧力調整バルブ531−2を介して真空排気ポンプ533−2が設けられる。
That is, the first base
以上の圧力調整バルブ531、真空排気ポンプ533により、第1、第2基材搬送室515、519と、成膜室508、第1、第2排気室509、511の圧力はそれぞれ異なるように設定可能である。
The pressures of the first and second base
すなわち、成膜室511と第1、第2基材搬送室515、519とを圧力的に異なる空間とすることで、成膜室508のプラズマ528が第1、第2基材搬送室515、519に漏れることによって成膜室508のプラズマ放電状態が不安定になったり、第1、第2基材搬送室515、519の部材を傷めたり、基材搬送機構の制御のための電気回路に電気的ダメージを与えて、制御不良を引き起こすことがなくなり、安定した成膜及び基材搬送が可能となる。
That is, by forming the
具体的には、成膜室508の成膜圧力は0.1Paから100Paの間である。このような成膜圧力で成膜を行うことにより、安定したプラズマ28を形成することができる。
Specifically, the film formation pressure in the
そして、第1、第2基材搬送室515、519の圧力(真空度)は、成膜室508の圧力(真空度)よりも10倍から10000倍高くする。このように、第1、第2基材搬送室515、519の圧力を設定することにより、成膜室508のプラズマ528が第1、第2基材搬送室に漏れ込むことがなくなり、成膜室508でのプラズマCVD成膜を安定して行うことができる。
The pressure (degree of vacuum) in the first and second base
一方、第1排気室509および第2排気室511は、成膜室508と、それぞれ、隔壁(ゾーンシール)507および隔壁(ゾーンシール)505により仕切られ、圧力が異なる。第1、第2排気室509、511は、成膜室508の成膜時の圧力よりも10倍以上10000倍以下の高い真空度である。このように圧力差を設けることにより、成膜時に発生した副生成物を基材516の表面近傍から効率よく排気することができる。
On the other hand, the first exhaust chamber 509 and the
次に、成膜装置601の概略の動作について説明する。ガス貯留部525−1、525−2、525−3から成膜用ガスがガス供給部437−1、437−2、437−3に供給され、ガス供給部521−1、521−2、521−3から基材516の上面に向けて成膜用ガスが噴出される。
Next, a schematic operation of the
さらに、ガス貯留部525−4、525−5、525−6から成膜用ガスがガス供給部523−4、523−5、523−6に供給され、ガス供給部521−4、521−5、521−6から基材516の上面に向けて成膜用ガスが噴出される。
Further, the film forming gas is supplied from the gas storage units 525-4, 525-5, and 525-6 to the gas supply units 523-4, 523-5, and 523-6, and the gas supply units 521-4 and 521-5 are supplied. , 521-6 toward the upper surface of the
また、電源529−1から電極555−1、555−2に電力が供給され、電極489−1、489−2から基材16に向けてプラズマ528が発せられ、基材16の上面上に薄膜が形成される。この際、同時に電極489−1、489−2は回転する。
In addition, power is supplied from the power source 529-1 to the electrodes 555-1 and 555-2,
さらに、電源529−2から電極555−3、555−4に電力が供給され、電極489−1、489−2から基材516に向けてプラズマ528が発せられ、基材516の上面上に薄膜が形成される。この際、同時に電極555−3、555−4は回転する。
また、成膜中は、電極ユニット527−1、527−2の間の距離および527−3、527−4間の距離は放電インピーダンスが一定になるように調整される。
成膜装置601においてはプラズマ発光モニタはチャンバ603内で、かつ図面の手前側から奥側に対して、プラズマ放電、成膜を妨げないよう電極下部または電極上部でプラズマ発光をモニタ可能な位置に設置される。電極位置との相対位置は固定化され、電極の移動に同期して移動可能な構造となっている。
Further, power is supplied from the power source 529-2 to the electrodes 555-3 and 555-4, and
During film formation, the distance between the electrode units 527-1 and 527-2 and the distance between 527-3 and 527-4 are adjusted so that the discharge impedance is constant.
In the
以上、本発明に係る各実施の形態について説明したが、第2の実施の形態から第5の実施の形態において、ガス貯留部、ガス供給部、電源、電極等の機能は、第1の実施の形態と同様である。また電源電圧、電源の制御方法、基材の電位、ガス供給部の電位等も第1の実施の形態と同様にすればよい。さらに電極として、図3、図4に示すもの、図5、図6、図7、図8、図9、図10に示すものを適宜用いてもよい。 The embodiments according to the present invention have been described above. In the second to fifth embodiments, the functions of the gas storage unit, the gas supply unit, the power source, the electrodes, and the like are the same as those in the first embodiment. It is the same as the form. Further, the power supply voltage, the power supply control method, the potential of the base material, the potential of the gas supply unit, and the like may be the same as those in the first embodiment. Further, the electrodes shown in FIGS. 3 and 4 and those shown in FIGS. 5, 6, 7, 8, 8, and 10 may be used as appropriate.
次に、図11に示す成膜装置101を用いて実際に成膜を行った際の実験結果について説明する。
図11に示す成膜装置101において、電極149−1および電極149−2は電気的にフローティングレベルとし、図7に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。
Next, an experimental result when actually forming a film using the
In the
成膜チャンバはアースレベルに、基板ホルダはテフロン(登録商標)樹脂を介した構造として、カップリング部は設けず、基板は電気的にフローティングレベルとした。濃度30%のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を基板ホルダ、電極149−1、電極149−2に個別に循環供給させ、基板ホルダを0℃に冷却した。このとき電極149−1と基板ホルダ間、および電極149−2と基板ホルダ間、電極149−1と電極149−2の間の抵抗はそれぞれ1MΩであった。 The film formation chamber was at the ground level, the substrate holder was made of Teflon (registered trademark) resin, the coupling portion was not provided, and the substrate was at an electrically floating level. A refrigerant using an ethylene glycol aqueous solution having a concentration of 30% as a refrigerant was separately circulated and supplied to the substrate holder, electrode 149-1 and electrode 149-2, and the substrate holder was cooled to 0 ° C. At this time, the resistance between the electrode 149-1 and the substrate holder, between the electrode 149-2 and the substrate holder, and between the electrode 149-1 and the electrode 149-2 was 1 MΩ.
基板としてシリコンウエハーを用意し、基板ホルダ上にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を1×10−4Paまで真空引きした。成膜用ガスとして、TEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4を加熱温度120℃で気化して供給した。また成膜用ガスとして、酸素(O2)、アルゴン(Ar)を用意した。 A silicon wafer was prepared as a substrate and set on a substrate holder. Both the exhaust chamber and the film formation chamber were evacuated to 1 × 10 −4 Pa by a vacuum exhaust pump. TEOS (tetraethoxysilane Si (OC 2 H 5 ) 4 was vaporized and supplied at a heating temperature of 120 ° C. as a film forming gas, and oxygen (O 2 ) and argon (Ar) were prepared as film forming gases. did.
TEOS、酸素、アルゴンを、それぞれ20sccm、500sccm、200sccmで供給し、均一に混合させた後、成膜ガス供給部をへて成膜チャンバ内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を10Pa、排気室圧力を0.5Paの一定圧力となるよう圧力を調整した。
TEOS, oxygen, and argon were supplied at 20 sccm, 500 sccm, and 200 sccm, respectively, and mixed uniformly. Then, the gas was supplied onto the substrate in the deposition chamber in a shower shape through the deposition gas supply unit.
Next, the pressure adjusting valve attached to the vacuum exhaust pump was adjusted to adjust the pressure so that the film forming chamber pressure was a constant pressure of 10 Pa and the exhaust chamber pressure was a constant pressure of 0.5 Pa.
成膜用電源に周波数40kHz(Advanced Energy Industries Inc.社製、PEII 10kW)の電源を用い、電極149−1および電極149−2を、それぞれA2、C2方向に毎分8回転で回転させながら、5kWの電力を電力制御方式により印加し、成膜時間5分で成膜を行った。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。また、成膜中は目視により放電のアーキング(異常放電)発生回数をカウントした。 Using a power source with a frequency of 40 kHz (PEII 10 kW, manufactured by Advanced Energy Industries Inc.) as a film forming power source, while rotating the electrode 149-1 and the electrode 149-2 in the A2 and C2 directions at 8 revolutions per minute, A power of 5 kW was applied by a power control method, and film formation was performed with a film formation time of 5 minutes. At this time, film formation was performed using a plasma emission monitor while controlling the distance between the electrodes so that the emission intensity of the silicon element was constant. During film formation, the number of occurrences of arcing (abnormal discharge) of discharge was visually counted.
成膜後、チャンバ内残留ガスを排気し、基板を取り出し、分光エリプソメトリー(JOBIN YVON社製、UVISEL)を用いて、ウエハー基板上に形成されたSiO2膜の膜厚と屈折率を測定して求めた。
また、この成膜を5回連続して実施したところ、図18に示すとおり、再現性のよい結果が得られ、安定した成膜が可能なことが判明した。
After film formation, the residual gas in the chamber is exhausted, the substrate is taken out, and the thickness and refractive index of the SiO2 film formed on the wafer substrate are measured using spectroscopic ellipsometry (manufactured by JOBIN YVON, UVISEL). Asked.
Further, when this film formation was carried out five times in succession, as shown in FIG. 18, it was found that a highly reproducible result was obtained and a stable film formation was possible.
これに対して比較例として、実施例と同様の成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜を行った。この際、平均放電電圧およびアーキング回数は図19に示すとおりであった。 On the other hand, as a comparative example, the same film forming apparatus as in the example was prepared, and the film was formed in the same manner as in the example except that the plasma emission monitor was used and the film was formed without controlling the distance between the electrodes. It was. At this time, the average discharge voltage and the number of arcing were as shown in FIG.
また成膜後、ウエハー基板上に形成されたSiO2膜の膜厚と屈折率を測定した。以上の成膜を5回連続して実施した結果を、図19に示す。
実施例と比較して、形成される膜の膜厚が薄く、屈折率も若干低く疎な膜となり、平均放電電圧も高く、アーキング発生が多いことがわかる。
Further, after the film formation, the thickness and refractive index of the SiO2 film formed on the wafer substrate were measured. FIG. 19 shows the result of the above film formation performed five times in succession.
It can be seen that the thickness of the formed film is smaller than that of the example, the refractive index is slightly low and the film is sparse, the average discharge voltage is high, and arcing is often generated.
図14に示す成膜装置を用意した。電極455−1および電極455−2には図7に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。 A film forming apparatus shown in FIG. 14 was prepared. Magnets having a magnetron structure shown in FIG. 7 were set on the electrodes 455-1 and 455-2, and the average horizontal magnetic flux density on the substrate surface was set to 1000 gauss.
成膜チャンバはアースレベルに、成膜ドラムおよび電極は電気的にフローティングレベルとした。濃度30%のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を成膜ドラム419、電極455−1、電極455−2に個別に循環供給させ、成膜ドラム419を0℃に冷却した。このとき電極455−1と成膜ドラム間、および電極455−2と成膜ドラム間、電極455−1と電極455−2の間の抵抗はそれぞれ1MΩであった。 The film forming chamber was set to the ground level, and the film forming drum and the electrode were set to the electrically floating level. A refrigerant using an ethylene glycol aqueous solution having a concentration of 30% as a refrigerant was separately circulated and supplied to the film formation drum 419, the electrode 455-1, and the electrode 455-2, and the film formation drum 419 was cooled to 0 ° C. At this time, the resistance between the electrode 455-1 and the film formation drum, between the electrode 455-2 and the film formation drum, and between the electrode 455-1 and the electrode 455-2 was 1 MΩ.
基板として0.6m幅のPETフィルム(東洋紡績社製、A4100、厚み100μm)を用意し、基材搬送系にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を1×10−4Paまで真空引きした。成膜用ガスとして、TEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4を加熱温度120℃で気化して供給した。また成膜用ガスとして、酸素(O2)、アルゴン(Ar)を用意した。
A 0.6 m wide PET film (Toyobo Co., Ltd., A4100,
TEOS、酸素、アルゴンを、それぞれ20sccm、500sccm、200sccmで供給し、均一に混合させた後、成膜ガス供給部をへて成膜チャンバ内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を10Pa、基材搬送室および排気室圧力を0.5Paの一定圧力となるよう圧力を調整した。
TEOS, oxygen, and argon were supplied at 20 sccm, 500 sccm, and 200 sccm, respectively, and mixed uniformly. Then, the gas was supplied onto the substrate in the deposition chamber in a shower shape through the deposition gas supply unit.
Next, the pressure adjustment valve attached to the vacuum exhaust pump was adjusted, and the pressure was adjusted so that the film forming chamber pressure was a constant pressure of 10 Pa, and the base material transfer chamber and the exhaust chamber pressure were a constant pressure of 0.5 Pa.
成膜用電源に周波数40kHz(Advanced
Energy Industries Inc.製、PEII 10kW)の電源を用い、電極455−1および電極455−2を、それぞれB6、C6方向に毎分6回転で回転させながら、5kWの電力を電力制御方式により印加し、ライン速度5m/minにより1200m成膜を行った。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。また成膜開始後、成膜距離200m成膜を行う間に発生した放電のアーキング(異常放電)発生回数をカウントした。
The frequency of 40 kHz (Advanced
Using a power source of Energy Industries Inc., PEII 10 kW), 5 kW of power was applied by the power control method while rotating the electrodes 455-1 and 455-2 at 6 revolutions per minute in the B6 and C6 directions, respectively. A film formation of 1200 m was performed at a line speed of 5 m / min. At this time, film formation was performed using a plasma emission monitor while controlling the distance between the electrodes so that the emission intensity of the silicon element was constant. In addition, after the start of film formation, the number of discharge arcing (abnormal discharge) that occurred during film formation at a film formation distance of 200 m was counted.
成膜後、チャンバ内の残留ガスを排気し、基材を取り出し、基材表面の目視観察および200mおきにサンプルリングを行い、これらサンプルの膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア性測定を行った。 After film formation, the residual gas in the chamber was evacuated, the substrate was taken out, the substrate surface was visually observed and sampled every 200 m, and the film thickness measurement, film density measurement, and gas barrier property measurement of these samples were performed. .
膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM;日立製作所(株)製、S−5000H)を用い、断面観察を行うことにより膜厚を求めた。膜密度は、X線反射率測定装置(理学電機(株)製、ATX−E)および付属ソフトウェアにより算出した。ガスバリア性は、酸素透過率測定装置(MOCON社、OX−TRAN 2/20型、測定条件:温度23℃、湿度90%Rh、インディビジュアル測定あり)および水蒸気透過率測定装置(MOCON社、PERMATRAN W3/31型、測定条件:温度40℃、湿度90%Rh)にて測定した。以上の結果を図20にまとめる。
The film thickness was determined by performing cross-sectional observation using a scanning electron microscope (SEM; manufactured by Hitachi, Ltd., S-5000H). The film density was calculated using an X-ray reflectivity measuring apparatus (manufactured by Rigaku Corporation, ATX-E) and attached software. The gas barrier property is determined by oxygen permeability measuring device (MOCON, OX-
また、比較例として、実施例と同様の成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜および評価を行った。結果を図21に示す。
実施例、比較例の比較から、実施例では、放電中のアーキングがほぼ発生せず良質かつ均一な膜が形成可能となる。また投入する電力が成膜に有効に用いられることから、成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成可能となることがわかる。
また、ガスバリア膜として評価した場合、酸素透過率、水蒸気透過率が小さく、かつ安定的にガスバリア性を有する膜を形成できることがわかる。
In addition, as a comparative example, the same film forming apparatus as in the example was prepared, and the film was formed and evaluated in the same manner as in the example, except that the plasma emission monitor was used and the film was formed without controlling the distance between the electrodes. It was. The results are shown in FIG.
From the comparison between the example and the comparative example, in the example, arcing during discharge hardly occurs and a high-quality and uniform film can be formed. In addition, since the electric power to be input is effectively used for film formation, it can be seen that the film formation rate is improved and a high-quality film with high film density, that is, high density can be formed.
Further, when evaluated as a gas barrier film, it can be seen that a film having a small oxygen permeability and water vapor permeability and having a gas barrier property can be stably formed.
図17に示す成膜装置を用意した。電極555−1、555−2、555−3、555−4には図7に示すマグネトロン構造の磁石をセットし、基板表面での平均水平磁束密度は1000ガウスとなるよう設定した。 A film forming apparatus shown in FIG. 17 was prepared. Magnets having a magnetron structure shown in FIG. 7 were set on the electrodes 555-1, 555-2, 555-3, and 555-4, and the average horizontal magnetic flux density on the substrate surface was set to 1000 gauss.
成膜チャンバはアースレベルに、電極555−1、555−2、555−3、555−4および成膜後に初めに接触するロールは電気的にフローティングレベルとした。濃度30%のエチレングリコール水溶液を冷媒とした冷媒を電極555−1、555−2、555−3、555−4に個別に循環供給させ、電極を0℃に冷却した。このとき電極555−1とチャンバ、電極555−2とチャンバ、電極555−3とチャンバ、電極555−4とチャンバおよび各電極間の抵抗はそれぞれ1MΩであった。 The film forming chamber was set to the ground level, and the electrodes 555-1, 555-2, 555-3, and 555-4 and the first contacted roll after the film forming were set to the electrically floating level. A refrigerant using a 30% concentration ethylene glycol aqueous solution as a refrigerant was individually circulated and supplied to the electrodes 555-1, 555-2, 555-3, and 555-4, and the electrodes were cooled to 0 ° C. At this time, the resistance between the electrode 555-1 and the chamber, the electrode 555-2 and the chamber, the electrode 555-3 and the chamber, the electrode 555-4 and the chamber, and the resistance between the electrodes were 1 MΩ.
基板として0.6m幅のPETフィルム(東洋紡績社製、A4100、厚み100μm)を用意し、基材搬送系にセットした。真空排気ポンプにより、排気室および成膜室ともに成膜チャンバ内を1×10−4Paまで真空引きした。成膜用ガスとして、TEOS(テトラエトキシシランSi(OC2H5)4を加熱温度120℃で気化して供給した。さらに成膜用ガスとして、酸素(O2)、アルゴン(Ar)を用意した。
A 0.6 m wide PET film (Toyobo Co., Ltd., A4100,
TEOS、酸素、アルゴンを、それぞれ20sccm、500sccm、200sccmで供給し、均一に混合させた後、電気的にフローティングレベルに設置された成膜ガス供給部をへて成膜室内基板上にガスをシャワー状に供給した。
ついで、真空排気ポンプに取り付けられた圧力調整バルブを調整し、成膜室圧力を10Pa、基材搬送室および排気室圧力を0.5Paの一定圧力となるよう圧力を調整した。
TEOS, oxygen, and argon are supplied at 20 sccm, 500 sccm, and 200 sccm, respectively, and mixed uniformly, and then the gas is showered onto the substrate in the deposition chamber through the deposition gas supply unit that is electrically placed at the floating level. Were supplied in the form of
Next, the pressure adjustment valve attached to the vacuum exhaust pump was adjusted, and the pressure was adjusted so that the film forming chamber pressure was a constant pressure of 10 Pa, and the base material transfer chamber and the exhaust chamber pressure were a constant pressure of 0.5 Pa.
成膜用電源に周波数40kHz(Advanced
Energy Industries, Inc.製、PEII 、10kW)の電源を用い、電極555−1と555−2を、それぞれA8、D8方向に毎分10回転で回転させながら4kWの電力を、電極555−3と555−4を、それぞれB8、C8方向に毎分10回転で回転させながら4kWの電力を印加した。この際、プラズマ発光モニタを用い、シリコン元素の発光強度が一定になるよう電極間距離を制御しながら成膜を行った。
The frequency of 40 kHz (Advanced
Using a power source of Energy Industries, Inc., PEII, 10kW), the electrodes 555-1 and 555-2 were rotated at 10 revolutions per minute in the A8 and D8 directions, respectively, and 4 kW of power was applied to the electrodes 555-3 and 555-3. The power of 4 kW was applied while rotating 555-4 at 10 revolutions per minute in the B8 and C8 directions, respectively. At this time, film formation was performed using a plasma emission monitor while controlling the distance between the electrodes so that the emission intensity of the silicon element was constant.
これら電力の制御はインピーダンス制御により行った。基材ライン速度5m/minにより1200m成膜を行った。成膜開始後、成膜距離200mずつの間に発生する放電のアーキング(異常放電)発生回数をカウントした。 These electric powers were controlled by impedance control. A 1200 m film was formed at a substrate line speed of 5 m / min. After the start of film formation, the number of occurrences of arcing (abnormal discharge) of discharge that occurred during each film formation distance of 200 m was counted.
成膜後、チャンバ内残留ガスを排気し、基板を取り出し、基材表面の目視観察および200mおきにサンプルリングを行い、これらサンプルの膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア測定、基材反り測定を行った。 After film formation, the residual gas in the chamber is exhausted, the substrate is taken out, the substrate surface is visually observed and sampled every 200 m, and the film thickness measurement, film density measurement, gas barrier measurement, and substrate warpage measurement of these samples are performed. went.
膜厚測定、膜密度測定、ガスバリア測定は実施例2と同様に測定、評価を行った。基材反り測定は、サンプルを20mm×20mmサイズに切断し、成膜時上側面を上(+側とする)平らな基準面の上に置き、基材反りによる平らな基準面からの反りによる最高の基材高さをレーザー変位計により測定した。以上の結果を図22に示す。 Film thickness measurement, film density measurement, and gas barrier measurement were measured and evaluated in the same manner as in Example 2. The substrate warpage measurement is performed by cutting a sample into a size of 20 mm × 20 mm, placing the upper side on an upper (plus side) flat reference surface at the time of film formation, and by warping from the flat reference surface due to the substrate warpage. The highest substrate height was measured with a laser displacement meter. The above results are shown in FIG.
また、比較例として図17に示す成膜装置を用意し、プラズマ発光モニタを用い、電極間距離を制御しないで成膜を行った他は、実施例と同様に成膜を行った。結果を図23に示す。 Further, as a comparative example, the film formation apparatus shown in FIG. 17 was prepared, and the film formation was performed in the same manner as in the example except that the plasma emission monitor was used and the film formation was performed without controlling the distance between the electrodes. The results are shown in FIG.
実施例、比較例の比較から、実施例では、放電中のアーキングがほぼ発生せず良質かつ均一な膜が形成可能となる。また投入する電力が成膜に有効に用いられることから、成膜速度が向上し、膜の密度すなわち緻密性の高い良質な膜が形成可能となることがわかる。また本発明による成膜で、両面均一な成膜が可能で、基材反り(カール)のない膜を形成することができる。 From the comparison between the example and the comparative example, in the example, arcing during discharge hardly occurs and a high-quality and uniform film can be formed. In addition, since the electric power to be input is effectively used for film formation, it can be seen that the film formation rate is improved and a high-quality film with high film density, that is, high density can be formed. In addition, the film formation according to the present invention can form a film on both sides uniformly and can form a film free from substrate warpage (curl).
以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る成膜装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the film forming apparatus and the like according to the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea disclosed in the present application, and these naturally belong to the technical scope of the present invention. Understood.
1、101、201、301、501、601………成膜装置
3、103、203、303、403、503………チャンバ
5、111、205、311、433、525………ガス貯留部
7、113、207、313、437、521……ガス供給部
8、114、240、314、435、523…………流量制御器
13、121、213、321、16、516………基材
15、123、215、323、439、527………電極ユニット
17、125、217、325、441、529………電源
35、149、230、360、455、555………電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201,301,501,601 ......... Film formation apparatus 3,103,203,303,403,503 ......... Chamber 5,111,205,311,433,525 ......... Gas storage part 7 , 113, 207, 313, 437, 521...
Claims (57)
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移動可能に配置され、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、
前記2つの電極間の距離を調整する調整手段と、
プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定する測定手段と、
を具備し、
前記調整手段は、前記測定手段を用いて測定した前記発光強度が、一定になるよう電極間の距離を調整することを特徴とする成膜装置。 A film forming apparatus for forming a thin film on a substrate under reduced pressure by a plasma CVD method,
A chamber;
A gas supply unit for supplying gas into the chamber;
In the chamber, a set of electrodes that are movably disposed on the same surface side of the base material and are installed at an electrically floating level;
A power source for supplying power between the two electrodes;
Adjusting means for adjusting the distance between the two electrodes;
A measuring means for measuring the emission intensity of a specific element in the plasma discharge;
Comprising
The film forming apparatus, wherein the adjusting unit adjusts the distance between the electrodes so that the emission intensity measured using the measuring unit is constant.
前記基材を搬送する搬送機構と、
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。 A drum provided in the chamber and around which the substrate is wound;
A transport mechanism for transporting the substrate;
The film forming apparatus according to claim 1, further comprising:
前記基材の前記フリースパン部で成膜が行われることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The substrate is held in the chamber to have a straight free span,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein film formation is performed in the free span portion of the base material.
前記マグネットは電極と同時には回転せず、前記基材の表面に対向して固定されていることを特徴とする請求項1記載の成膜装置。 The electrode includes a magnet that concentrates and forms plasma near the substrate,
The film forming apparatus according to claim 1, wherein the magnet does not rotate simultaneously with the electrode but is fixed to face the surface of the base material.
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移動可能に配置され、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、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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。 A film forming method for forming a thin film on a substrate under reduced pressure by a plasma CVD method,
Supplying gas into the chamber,
Within the chamber, power is supplied to a set of electrodes that are movably disposed on the same surface side of the substrate and are electrically placed at a floating level to generate plasma. A film forming method comprising: forming a thin film on the substrate while measuring a light emission intensity and adjusting a distance between the electrodes so that the light emission intensity is constant.
チャンバ内に設けられたドラムに基材を巻きつけ、
前記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移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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。 A film forming method for forming a thin film on a substrate under reduced pressure by a plasma CVD method,
Wrap the substrate around the drum provided in the chamber,
Supplying gas into the chamber;
In the chamber, it is arranged to be movable on the same surface side of the base material, and power is supplied between a pair of electrodes at an electrically floating level to generate plasma, and the emission intensity of a specific element during plasma discharge And forming a thin film on the substrate while adjusting the distance between the electrodes so that the emission intensity is constant.
チャンバ内に設けた直状フリースパン部に前記基材を搬送し、
前記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移動可能に配置され、電気的にフローティングレベルの1組の電極間に電力を供給し、プラズマを発生させ、プラズマ放電中の特定元素の発光強度を測定し、前記発光強度が一定となるように前記電極間の距離を調整しつつ、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。 A film forming method for forming a thin film on a substrate under reduced pressure by a plasma CVD method,
Transport the base material to a straight free span provided in the chamber,
Supplying gas into the chamber;
In the chamber, it is arranged to be movable on the same surface side of the base material, and power is supplied between a pair of electrodes at an electrically floating level to generate plasma, and the emission intensity of a specific element during plasma discharge And forming a thin film on the substrate while adjusting the distance between the electrodes so that the emission intensity is constant.
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