JP2009132948A

JP2009132948A - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP2009132948A
Application number: JP2007307716A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamashita; 征士山下; Masayoshi Umeno; 正義梅野; Hideo Uchida; 秀雄内田; Sudip Adhikari; スディープアディカリ
Original assignee: Toyota Motor Corp; Chubu University
Current assignee: Toyota Motor Corp; Chubu University
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-18

Abstract

【課題】誘電体部材の成分の混入を防止して、良質な膜体の製造が行えるプラズマＣＶＤ装置を提供すること。
【解決手段】チャンバ１１内に原料ガスを供給し、石英窓１６を通じてチャンバ１１内にマイクロ波を導入して原料ガスのプラズマを生成してカーボンなどの成膜を行う装置であって、石英窓１６のチャンバ１１側に保護材３０を設けて構成されている。この保護材３０を設けることにより、石英窓１６の近傍で表面波プラズマが生成される場合であっても、そのプラズマによって石英窓１６がエッチングされ石英窓１６の成分がチャンバ１１内に混入することを防止することができる。従って、石英窓１６の成分が膜体に添加されることを防止でき、良質な膜体を製造することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマを用いて成膜などを行うプラズマＣＶＤ装置に関するものである。

従来、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）装置として、特開２００６−２８６８９２号公報に記載されるように、マイクロ波を誘電体部材を介してプラズマ生成室内に導入して表面波を形成し、その表面波により励起されたプラズマを利用してＳｉＯ_２などの成膜を行うものが知られている。
特開２００６−２８６８９２号公報

しかしながら、このようなプラズマＣＶＤ装置にあっては、良質の膜体を製造できないおそれがある。すなわち、誘電体部材の表面近傍にプラズマを形成するものであるため、形成したプラズマにより誘電体部材がエッチングされ、誘電体成分が製造すべき膜体に添加される場合があり、所望の膜体が製造できないおそれがある。

本発明は、上述した問題点を鑑みてなされたものであり、誘電体部材の構成成分の混入を防止して、良質な膜体の製造が行えるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、膜体を成長させるための基材を収容したチャンバと、前記チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、誘電体部材を通じて前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記誘電体部材のチャンバ側に設けられ、プラズマ生成時に前記誘電体部材を保護する保護部材とを備えて構成されている。

この発明によれば、誘電体部材を保護する保護部材を備えることにより、誘電体部材の近傍で表面波プラズマが生成される場合であっても、そのプラズマによって誘電体部材がエッチングされ誘電体部材の構成成分がチャンバ内に混入することを防止することができる。このため、誘電体部材の構成成分が膜体に添加されることを防止でき、良質な膜体を製造することができる。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、前記誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物を前記誘電体部材のチャンバ側の表面にコーティングして構成されていることが好ましい。

この発明によれば、保護部材として誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物を誘電体部材にコーティングすることにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ内に混入することを低減することができる。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、アルミナコーティングであることが好ましい。

この発明によれば、保護部材としてアルミナコーティングを用いることにより、アルミナが石英などの誘電体部材と誘電率が大きく異ならないため、保護部材を設けてもプラズマ形成にほとんど影響を与えることなく成膜が行える。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質を前記誘電体部材のチャンバ側の表面にコーティングして構成されていることが好ましい。

この発明によれば、保護部材として酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質を誘電体部材にコーティングすることにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ内に混入することを防止することができる。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、前記誘電体部材のチャンバ側に配置され、前記誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物により形成される板体であることが好ましい。

この発明によれば、保護部材として誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物により形成される板体を誘電体部材のチャンバ側に配置することにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ内に混入することを低減することができる。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、アルミナにより形成される板体であることが好ましい。

この発明によれば、保護部材としてアルミナにより形成される板体を用いることにより、アルミナが石英などの誘電体部材と誘電率が大きく異ならないため、保護部材を設けてもプラズマ形成に与える影響を軽減できる。

また本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、前記保護部材は、前記誘電体部材のチャンバ側に配置され、酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質により形成される板体であることが好ましい。

この発明によれば、保護部材として酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない板体を誘電体部材のチャンバ側に配置することにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ内に混入することを防止することができる。

本発明に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、誘電体の構成成分の混入を防止して、良質な膜体の製造が行える。

以下、添付図面を参照しながら本発明に係るプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposit）装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成概要を示す側面断面図である。図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置１０は、チャンバ１１と、原料ガス源１２と、導波路１４と、マイクロ波発生部１５とを備えている。

チャンバ１１は、原料ガスＧのプラズマＰが生成するための気密容器である。チャンバ１１は、原料ガス源１２と配管２２を介して接続されている。原料ガス源１２はチャンバ１１に原料ガスＧを供給する。原料ガス源１２及び配管２２は、原料ガス供給部として機能する。

チャンバ１１の排出口１９には、排気ポンプからなる排気手段１３が設けられている。アモルファスカーボン膜を成長するに先立って、排気手段１３は真空引きによりチャンバ１１内を減圧する。チャンバ１１内には、アモルファスカーボンＣを成長させるための基材Ｂが収容されている。また、チャンバ１１内には、基材Ｂを支持するための基材ステージ１８が設けられている。

マイクロ波発生部１５は、チャンバ１１に導入された原料ガスＧをプラズマ化するためのマイクロ波Ｗを、導波路１４を介してチャンバ１１へ出力し、原料ガスＧに照射する。マイクロ波発生部１５は、例えば出力６００〜１４００［Ｗ］、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波Ｗをマグネトロン等により発生する。マイクロ波発生部１５及び導波路１４は、チャンバ１１内に原料ガスＧのプラズマを生成するプラズマ生成部として機能する。

導波路１４は、マイクロ波発生部１５から出力されたマイクロ波Ｗを導波しつつ、チャンバ１１の内部へ提供する。導波路１４は、チャンバ１１上に石英窓１６を介して設けられている。導波路１４におけるチャンバ１１と対向する面にはスロットアンテナ１７が設けられており、マイクロ波Ｗはこのスロットアンテナ１７を介してチャンバ１１内部の原料ガスＧに照射される。なお、導波路１４上には導波路１４を冷却するための冷却ファン２０が設置されている。石英窓１６は、マイクロ波Ｗをチャンバ１１内に導入するための誘電体部材として機能するものである。

原料ガス源１２は、アモルファスカーボンＣを成長するための原料ガスＧをチャンバ１１に供給する。原料ガス源１２は、炭素原料ガス源としてメタン（ＣＨ_４）源、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）源、およびアセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）源のうち少なくとも一つを含んで構成される。また、原料ガス源１２は、アモルファスカーボン膜に添加される不純物原子（ドーパント）を供給するためのドーパントガス源として、例えば窒素（Ｎ_２）源を含んで構成される。また、原料ガス源１２は、キャリアガスを供給するためのキャリアガス源として、アルゴン（Ａｒ）源などの不活性ガス源を含んで構成される。これらのガス源は、それぞれガス流量を調整する図示しないマスフローコントローラ（ＭＦＣ：Mass Flow Controler）を介してチャンバ１１に接続されており、各原料ガスはマスフローコントローラを経由した後に混合されて原料ガスＧとしてチャンバ１１に供給される。

石英窓１６のチャンバ１１側には、保護材３０が設けられている。保護材３０は、プラズマ生成時に石英窓１６を保護する保護部材として機能する。この保護材３０は、例えば石英窓１６の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物を石英窓１６の表面にコーティングすることにより構成される。この場合、保護材３０の素材としては、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）が用いられる。この保護材３０は、例えば蒸着より石英窓１６の表面に付着させて形成すればよい。保護材３０の膜厚は、石英窓１６の厚さと比べて十分に薄いものでよく、例えば石英窓１６が２ｃｍである場合、１μｍ程度とされる。

また、保護材３０としては、酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質を石英窓１６のチャンバ側の表面にコーティングして構成してもよい。この場合、保護材３０の素材としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどが用いられる。

また、保護材３０として、石英窓１６の表面に付着される膜体でなく、石英窓１６のチャンバ１１側に配置される板体を用いてもよい。例えば、石英窓１６と別体となる板体を石英窓１６と重ねるように配置してもよい。この場合、保護材３０の素材としては、石英窓１６の表面に石英窓１６の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物、又は酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質を用いることが好ましい。例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドなどの板体が用いられる。

その際、保護材３０の板厚は、プラズマ密度又は電子温度に応じて部分的に変化させてあるものを用いることが好ましい。例えば、図２に示すように、プラズマ密度が大きい部分ほど保護膜３０の膜厚を薄くし、又は電子温度が高い部分ほど保護膜３０の膜厚を薄く形成したものが好ましい。図２は、保護材３０の中央部分に薄い部分３０ａを形成した場合を示したものである。このような膜厚とすることにより、プラズマ生成時において保護材３０の膨張量の均一化を図ることができ、保護材３０又は石英窓３０の破損を抑制することができる。

次に、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の動作について説明する。

図１において、まず、チャンバ１１の基材ステージ１８に基材Ｂを設置したのち、チャンバ１１の内部を減圧する。そして、原料ガス源１２より、メタン、エチレン、アセチレンなどの炭素原料ガスと、窒素などのドーパントガスと、アルゴンなどのキャリアガスとを含む原料ガスＧをチャンバ１１内に供給しつつ、マイクロ波発生部１５からマイクロ波Ｗを出力し、石英窓１６を通じてマイクロ波Ｗをチャンバ１１内の原料ガスＧに照射する。

チャンバ１１の内部では、マイクロ波発生部１５から導波路１４、石英窓１６を介して照射されたマイクロ波Ｗによって表面波プラズマＰが発生する。これにより、原料ガスＧは炭素を含むラジカルに変化し、基材Ｂの表面へ移動し、堆積する。

このとき、石英窓１６のチャンバ１１側には保護材３０が設けられている。このため、表面波プラズマＰに石英窓１６が直接晒されることが防止できる。従って、石英窓１６が表面波プラズマＰにエッチングされ石英窓１６の酸素成分がチャンバ１１内に混入し成膜物に添加されるような事態を回避できる。

また、保護材３０として石英窓１６の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物からなるものを用いる場合、保護材３０を設けない場合と比べて表面波プラズマＰにエッチングにより酸素成分がチャンバ１１内に混入することを抑制することができる。また、保護材３０として酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質からなるものを用いる場合、表面波プラズマＰにエッチングにより酸素成分がチャンバ１１内に混入することを回避することができる。

そして、プラズマＰが基材Ｂ上に堆積してアモルファスカーボンＣが成長し、所定のバンドギャップエネルギーを有するアモルファスカーボンＣを生成することができる。

以上のように本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、石英窓１６を保護する保護材３０を備えることにより、石英窓１６の近傍で表面波プラズマが生成される場合であっても、そのプラズマによって石英窓１６がエッチングされ石英窓１６の構成成分がチャンバ１１内に混入することを防止することができる。このため、石英窓１６の構成成分が膜体に添加されることを防止でき、良質な膜体を製造することができる。

例えば、プラズマＣＶＤ装置１０において、保護材３０を設けずにアモルファスカーボンの製造を行う場合、保護材３０を設ける場合と比べて成膜されたアモルファスカーボンに含まれる酸素濃度が高いものとなる。

実際にアモルファスカーボンの製造を行った結果を示す。まず、アモルファスカーボンの製造の成膜手法としては、マイクロ波を用いた表面波プラズマＣＶＤ法を用いた。材料ガスとその流量は、アセチレンを２０ｍｌ／ｍｉｎとした。キャリアガスとその流量は、Ａｒを２００ｍｌ／ｍｉｎとした。チャンバ内の圧力は、ガス導入時に１００Ｐａとした。基材としては、シリコン基板を用いた。

マイクロ波のパワーは、７００ｗとし連続的に供給した。石英窓としては、直径２０ｃｍ、厚さ２ｃｍのものを用いた。

このような条件により、アモルファスカーボンを製造したところ、保護材３０を設けない場合には、製造されたアモルファスカーボンの酸素濃度は、４．４８％となった。酸素濃度の測定は、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）によって行った。これに対し、保護材３０を設けた場合には、製造されたアモルファスカーボンの酸素濃度は、１．０％以下となると考えられる。

また本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置において、保護材３０の素材として石英窓１６の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物からなるものを用いることにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ１１内に混入することを低減することができ、良質な膜体の製造が可能となる。

また、保護材３０としてアルミナにより形成されるものを用いる場合、アルミナが石英などの誘電体部材と誘電率が大きく異ならないことから、保護材３０を設けてもプラズマ形成にほとんど影響を与えることなく成膜が行える。

さらに、保護材３０の素材として酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質からなるものを用いることにより、プラズマのエッチングにより酸素成分がチャンバ１１内に混入することを防止することができ、良質な膜体の製造が可能となる。

なお、上述した実施形態は本発明に係るプラズマＣＶＤ装置の一例を示すものである。本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、この実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

例えば、上述した実施形態では、アモルファスカーボンを製造する場合について説明したが、その他の製造に適用してもよい。また、上述した実施形態では誘電体部材として石英からなるものを用いた場合について説明したが、その他の誘電体からなるものを用いた場合に適用してもよい。

本発明の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成概要図である。図１のプラズマＣＶＤ装置における保護材の変形例の説明図である。

符号の説明

１０…プラズマＣＶＤ装置、１１…チャンバ、１２…原料ガス源、１３…排気手段、１４…導波路、１５…マイクロ波発生部、１６…石英窓、１７…スロットアンテナ、１８…基材ステージ、１９…排出口、２０…冷却ファン、３０…保護材、Ｂ…基材、Ｃ…アモルファスカーボン、Ｇ…原料ガス、Ｐ…表面波プラズマ、Ｗ…マイクロ波。

Claims

膜体を成長させるための基材を収容したチャンバと、
前記チャンバ内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
誘電体部材を通じて前記チャンバ内にマイクロ波を導入して前記原料ガスのプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記誘電体部材のチャンバ側に設けられ、プラズマ生成時に前記誘電体部材を保護する保護部材と、
を備えたプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、前記誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物を前記誘電体部材のチャンバ側の表面にコーティングして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、アルミナコーティングであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質を前記誘電体部材のチャンバ側の表面にコーティングして構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、前記誘電体部材のチャンバ側に配置され、前記誘電体部材の素材よりも結合エネルギの大きい酸化物により形成される板体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、アルミナにより形成される板体であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマＣＶＤ装置。
前記保護部材は、前記誘電体部材のチャンバ側に配置され、酸素成分を含まない化合物又は酸素成分を含まない物質により形成される板体であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。