JP2013173973A - 成膜装置、および成膜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基材の成膜面５０ａにプラズマＣＶＤ法によって膜を製造するのに際して、膜厚が局所的に大きくなるように、簡便な方法で精緻に制御する。
【解決手段】基材５０の成膜面５０ａにプラズマＣＶＤ法にて成膜をおこなう成膜装置であって、プラズマＣＶＤ法を実施するための真空チャンバー１０と、原料ガスをプラズマ化するための供給電源２０と、基材５０の成膜面５０ａの反対の面側に配置された磁界発生源としての磁石６０と、基材５０と磁石６０との間に配置された高透磁率材料からなる遮蔽部材としての遮蔽板７０と、を有する。この遮蔽板７０の形状や配置の仕方を調整することによって、基材５０に成膜する膜８０の膜厚を制御することができる。従って、磁石６０の配置や形状、あるいは磁界強度の調整を複雑化することなく、遮蔽板７０の形状や配置を調整することによって精緻な膜厚制御が可能な成膜装置を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、成膜装置、および、それを用いた成膜方法に関する。

従来、基材の成膜面に所望の薄膜を成膜する方法として、成膜した薄膜材料の構成元素を含む化合物の一種類以上の原料ガスを基材の成膜面に供給し、気相、または基板表面での化学反応により成膜を行うＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が、電子工業や機械工業などの分野で用いられている。ＣＶＤは、化学反応を起こさせるエネルギーの与え方により、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、光ＣＶＤに大別されることが多い。このうち、プラズマＣＶＤ法は、基材の成膜面にプラズマＣＶＤを実施するための反応室（チャンバー）内で、反応ガスに電気を供給することによりプラズマ状態にして活性なラジカルやイオンを生成させ、その活性環境下で化学反応を行わせる方法であり、きわめて多種類の材料の薄膜を成膜することができる方法として広く用いられている。

近年、電子機器や機械製品の小型化が進むのに伴い、電子部品や機械部品にプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する膜の膜厚を所望の厚みに制御する要求が高まっている。このような要求に応え得るプラズマＣＶＤ法による成膜方法として、例えば特許文献１に、基材の成膜面近傍に局所的に磁界を発生させることによって、膜の厚さを制御する方法が紹介されている。

特開２０００−１３５３８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の成膜方法では、膜厚制御をより精緻に行うには、磁界発生源の配置や磁界強度の調整が複雑になる虞があるという課題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法により成膜をおこなう成膜装置であって、前記プラズマＣＶＤ法を実施するためのチャンバーと、原料ガスをプラズマ化するための供給電源と、前記基材の前記成膜面の反対の面側に配置された磁界発生源と、前記基材と前記磁界発生源との間に配置された高透磁率材料からなる遮蔽部材と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、基材と磁界発生源との間に、磁界を遮蔽する効果がある高透磁率材料からなる遮蔽部材を配置するので、この遮蔽部材の形状や配置の仕方を調整することによって、基材に成膜する膜の膜厚を制御することができる。
従って、磁界発生源の配置や形状、あるいは磁界強度の調整を複雑化することなく、遮蔽部材の形状や配置を調整することによって精緻な膜厚制御が可能な成膜装置を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載の成膜装置は、前記遮蔽部材の厚みを変えることにより、膜厚分布を制御することが好ましい。

本適用例によれば、遮蔽部材としての高透磁率材料の厚みが厚いほど磁力の遮蔽効果が上がるため、厚みを変えることによって基材の成膜面近傍の磁界強度の制御が可能となるので、これにより、成膜時の膜厚を制御することができる。

［適用例３］上記適用例に記載の成膜装置は、前記遮蔽部材の材質を変えることにより、膜厚分布を制御することが好ましい。

本適用例によれば、遮蔽部材としての高透磁率材料の材質により透磁率が異なるので、材質の選定により成膜時の膜厚を制御することができる。
また、局所的に遮蔽部材の材質を変えることによって、基材の成膜面の膜厚を部分的に変えるという制御も可能となる。

［適用例４］本適用例の成膜方法は、チャンバーと、前記チャンバー内で原料ガスをプラズマ化するための供給電源と、を有する成膜装置を用いて、前記チャンバー内に載置した基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法により成膜を行なう成膜方法であって、前記基材の前記成膜面の反対の面側に磁界発生源を配置して、前記成膜面に局所的に磁界を発生させ、前記基材と前記磁界発生源との間に高透磁率材料からなる遮蔽部材を配置して、前記成膜面近傍の所望の領域の磁力を制御することを特徴とする。

本適用例によれば、基材と磁界発生源との間に、磁界を遮蔽する効果がある高透磁率材料からなる遮蔽部材を配置するので、この遮蔽部材の形状や配置の仕方を調整することにより、基材に成膜する膜の膜厚を制御することができる。
従って、磁界発生源の配置や形状、あるいは磁界強度の調整を複雑化することなく、遮蔽部材の形状や配置を調整することによって、膜厚を精緻に制御した成膜が可能となる。

［適用例５］上記適用例に記載の成膜方法は、前記遮蔽部材の配置および厚みを変えることにより、前記成膜面近傍の所望の領域の磁力の分布を制御することを特徴とする。

本適用例によれば、遮蔽部材としての高透磁率材料の厚みが厚いほど磁力の遮蔽効果が上がるため、厚みを変えることによって基材の成膜面近傍の磁界強度の制御が可能となるので、これにより、成膜時の膜厚を制御することができる。
また、複数の遮蔽部材を配置する構成として、厚みの異なる遮蔽部材を配置することによって成膜時の膜厚を部分的に変えるという制御が可能となる。

［適用例６］上記適用例に記載の成膜方法は、前記遮蔽部材の配置および材質を変えることにより、前記成膜面近傍の所望の領域の磁力の分布を制御することを特徴とする。

本適用例によれば、遮蔽部材としての高透磁率材料の材質により透磁率が異なるので、材質の選定により膜厚を制御して成膜することができる。
また、複数の遮蔽部材を配置する構成として、材質の異なる遮蔽部材を配置することによって成膜時の膜厚を部分的に変えるという制御が可能となる。

実施形態１に係る成膜装置としてのプラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す模式図。 実施形態１に係る遮蔽部材としての遮蔽板による磁力線の制御と膜厚との関係を模式的に示す説明図。 実施形態１に係る真空チャンバー内のプラズマ反応ガスの状態の変化を模式的に説明するものであり、（ａ）は、磁界の発生がない場合のプラズマ反応ガスの状態を示す説明図、（ｂ）は、磁界が発生した場合のプラズマ反応ガスの状態を示す説明図。 プラズマＣＶＤ装置における膜厚制御方法の変形例１を模式的に示す説明図。 プラズマＣＶＤ装置における膜厚制御方法の変形例２を模式的に示す説明図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせて示している。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る成膜装置であるプラズマＣＶＤ装置の一例を示す模式図である。図２は、遮蔽部材としての遮蔽板による磁力線の制御と膜厚との関係を模式的に示す説明図である。また、図３は、真空チャンバー内のプラズマ反応ガスの分布の変化を模式的に示すものであり、（ａ）は磁界の発生がない場合のプラズマ反応ガスの状態を示す説明図、（ｂ）は、磁界が発生した場合のプラズマ反応ガスの状態を示す説明図である。
まず、実施形態１に係る成膜装置としてのプラズマＣＶＤ装置１００の概略構成について説明する。

〔プラズマＣＶＤ装置〕
プラズマＣＶＤ装置１００は、チャンバーとしての真空チャンバー１０、供給電源２０、および、真空チャンバー１０に設けられた原料ガス導入口３０、排気口４０などを有している。

真空チャンバー１０は、基材５０の成膜面５０ａに成膜を行なう際に、プラズマＣＶＤ法を実施するための処理室である。
原料ガス導入口３０は、真空チャンバー１０内に、成膜する膜の原料となるガスを充填するときのガスの導入口である。
排気口４０は、真空チャンバー１０内のガスの排気口であり、この排気口４０の外側には図示しない排気ポンプが接続されている。
また、供給電源２０は、真空チャンバー１０内に充填した原料ガスをプラズマ化するときの電力供給源である。

真空チャンバー１０内には、成膜対象物としての基材５０が、成膜面５０ａをプラズマ生成空間側に向けて設置される。
基材５０の成膜面５０ａの反対の面側には、磁界発生源としての磁石６０が設置されている。磁石６０は、基材５０の成膜面５０ａ近傍に局所的に磁界を発生させるための磁界発生源となる。
また、基材５０と磁石６０との間には、高透磁率材料からなる遮蔽部材としての遮蔽板７０が設置されている。遮蔽板７０は、基材５０と磁石６０との間で局所的に磁界を遮蔽して、成膜面５０ａ近傍の所望の領域の磁力の強さを制御するためのものである。

〔成膜方法〕
次に、上記構成のプラズマＣＶＤ装置１００を用いた膜の成膜方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の成膜方法では、まず、プラズマＣＶＤ装置１００の真空チャンバー１０内に基材５０を載置する。このとき、上記したように、基材５０の成膜面５０ａが真空チャンバー１０のプラズマ生成空間側に向くようにするとともに、基材５０の成膜面５０ａの反対の面側には磁石６０が設置され、該磁石６０と基材５０との間の所望の位置に遮蔽板７０を配置した状態にする（図１を参照）。

次いで、真空チャンバー１０内を排気ポンプによって所定の真空度まで排気した後、原料ガス導入口３０より所定の原料ガスを真空チャンバー１０内に供給するとともに、排気ポンプによる排気と相伴って真空チャンバー１０内を所定の真空度に保持する。

次いで、所定の真空度に保持された真空チャンバー１０内に、供給電源２０によって所定の電圧を印加することにより原料ガスを励起して、真空チャンバー１０内の空間にプラズマ反応ガスを生成する。
このように、真空チャンバー１０内の空間にプラズマ反応ガスを生成した状態において、磁石６０によって基材５０の成膜面５０ａ近傍に磁界を発生させる。すると、その磁界の発生により成膜面５０ａ近傍の磁場が生成された領域には反応ガスが集まることが知られている。この結果、基材５０の成膜面５０ａに膜８０が生成される。
このとき、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００では、遮蔽板７０により、基材５０の成膜面５０ａにおいて生成される磁場に分布が形成されている。即ち、成膜面５０ａにおいて、磁石６０と基材５０との間に高透磁率材料からなる遮蔽板７０が配置された領域では磁石６０による磁界が遮蔽され、その他の領域には磁場が生じる。真空チャンバー１０内において、プラズマ反応ガスは電荷を帯びており、磁石６０による磁界の発生がない場合は、図３（ａ）に示すように、電荷を帯びたプラズマ反応ガス３０ａの分布の偏りは生じないが、磁界の発生がある場合には、図３（ｂ）に示すように、電荷を帯びたプラズマ反応ガス３０ａが、磁石６０によって生じる磁力線ＭＦに沿って移動して密集する。
このような現象により、図２に示すように、基材５０上で磁力線ＭＦによる磁場が強い領域Ｈにはプラズマ反応ガスが密集することにより厚い膜８０が成膜される。一方、基材５０上において、高透磁率材料からなる遮蔽板７０により磁石６０からの磁力線ＭＦが遮蔽されて磁場が弱い領域Ｌのプラズマ反応ガスの密度は磁場の強い領域Ｈよりも低くなるため比較的薄い膜８０が成膜される。

以上述べたように、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置１００を用いた成膜方法によれば、以下の効果を得ることができる。
プラズマＣＶＤ法による成膜方法において、従来の磁石などの磁界発生源を利用した膜厚制御方法では、磁界発生源の形状や配置、あるいは磁界強度の調整によって制御していたため、微細な膜厚制御を行うためにはそれらを複雑に制御する必要があり、精緻な膜厚制御は困難であった。その点、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置１００を用いた成膜方法によれば、磁界発生源としての磁石６０は固定して、磁石６０と基材５０との間に配置する遮蔽板７０の位置を調整することにより、基材５０各部の膜厚を所望の膜厚に制御することができる。したがって、精緻な膜圧制御が比較的容易に実現できる汎用性の高い成膜方法を提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。

（変形例１）
上記実施形態１では、基材５０と磁石６０との間に、同じ厚みの遮蔽板７０を挟持させた構成について説明したが、この構成に限定するものではない。厚みの異なる複数の遮蔽板を用いることにより成膜する膜の膜厚を制御することが可能である。
図４は、プラズマＣＶＤ装置における膜厚制御方法の変形例１を模式的に示す説明図である。
図４に示す本変形例のプラズマＣＶＤ装置の真空チャンバー１０´において、プラズマ生成空間側に成膜面５０ａを向けて設置された基材５０と、基材５０の成膜面５０ａの反対の面側に設置された磁石６０との間に設置された高透磁率材料からなり厚みの異なる複数の遮蔽板１７０Ａと遮蔽板１７０Ｂとが配置されている。本変形例では、遮蔽板１７０Ａよりも遮蔽板１７０Ｂの方が厚い厚みを有している。

このような構成の真空チャンバー１０´内の基材５０の成膜面５０ａ近傍においては、上記実施形態でも説明したように、基材５０と磁石６０との間に介在するものがなく磁石６０からの磁力線ＭＦによる磁場が強い領域Ｈにはプラズマ反応ガスが密集することにより膜８０´は厚く成膜され、基材５０と磁石６０との間に遮蔽板１７０Ａ，１７０Ｂが配置されていることにより磁石６０からの磁力線ＭＦが遮蔽されて磁場が弱い領域ＬＡ，ＬＢのプラズマ反応ガスの密度は磁場の強い領域Ｈよりも低くなるため膜８０´は比較的薄く成膜される。
さらに、高透磁率材料の厚みが厚いほど磁力の遮蔽効果が上がることから、基材５０の成膜面５０ａ近傍において、基材５０と磁石６０との間に遮蔽板１７０Ａが配置された領域ＬＡよりも、基材５０と磁石６０との間に遮蔽板１７０Ａよりも厚みの厚い遮蔽板１７０Ｂが配置された領域ＬＢの方が磁場が弱くなるので、領域ＬＡの膜８０´の膜厚よりも、領域ＬＢの膜８０´の膜厚の方が薄くなっている。

以上述べたように、本変形例によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、同じ強さの磁力線を生成する磁石６０と基材５０との間に、厚みの異なる複数の遮蔽板１７０Ａ，１７０Ｂを配置することにより、基材５０の成膜面５０ａに所望の厚みの分布にて膜８０´を成膜する成膜方法を提供することができる。
なお、例えば精密機械加工（研削）装置を用いて遮蔽板１７０Ａ，１７０Ｂの厚みを調整して加工し、それを基材５０と磁石６０との間に配置することによっても、基材５０の成膜面５０ａへの膜８０´の成膜において、比較的容易に精緻な膜厚制御をおこなうことができる。

（変形例２）
上記変形例１では、厚みの異なる複数の遮蔽板１７０Ａ，１７０Ｂを用いて膜厚制御をおこなう成膜方法について説明したが、この構成に限定するものではない。透磁率の異なる複数種類の高透磁率性材料を基材と磁石との間に配置することにより膜厚制御を行うこともできる。
図５は、プラズマＣＶＤ装置において、透磁率の異なる複数の遮蔽板を配置することにより膜厚制御をおこなう成膜方法の変形例２を模式的に示す説明図である。

図５に示す変形例２のプラズマＣＶＤ装置の真空チャンバー１０´´内において、プラズマ生成空間側に成膜面５０ａを向けて設置された基材５０と、基材５０の成膜面５０ａの反対の面側に設置された磁石６０との間に設置された透磁率の異なる複数の遮蔽板１７０Ｘと遮蔽板１７０Ｙとが配置されている。本変形例では、遮蔽板１７０Ｘの透磁率よりも遮蔽板１７０Ｙの透磁率の方が高い高透磁率材料を使用して形成されている。

基材５０の成膜面５０ａ近傍において、基材５０と磁石６０との間に遮蔽板を配置しない領域Ｈ´の膜８０´´は比較的厚く成膜され、基材５０と磁石６０との間に、所定の透磁率を有する高透磁率材料Ｘからなる遮蔽板１７０Ｙを配置した領域ＬＢ´に成膜される膜８０´´は、遮蔽板１７０Ｙによる磁界の遮蔽効果がさらに高まることにより領域Ｈ´の膜８０´´よりも薄く成膜される。

以上述べた変形例２の成膜方法によれば、基材５０と磁石６０との間に、透磁率が異なる高透磁率材料からなる複数の遮蔽板１７０Ｘ，１７０Ｙを配置することにより、成膜面５０ａにおける膜厚を制御して成膜することができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態および変形例では、プラズマＣＶＤ装置の真空チャンバー１０，１０´，１０´´内に、磁界発生源としての磁石６０を複数配置した構成を説明した。
これに限らず、一つの大きな磁石を配置し、その磁石と基材との間に配置させる遮蔽板の位置や厚み、あるいは高透磁率材料の種類を変更・調整することにより、基材５０の成膜面５０ａにおいて所望の厚みの分布を有する成膜をおこなうことができる。

また、上記変形例１の成膜方法では、基材５０と磁石６０との間に、厚みの異なる複数の遮蔽板１７０Ａ，１７０Ｂを配置することにより膜厚を制御した。
これに限らず、一枚の大きな遮蔽板、例えば基材と同様な面積の遮蔽板を、精密機械加工（研削）装置を用いて遮蔽板の各部の厚みを調整して加工し、それを基材５０と磁石６０との間に配置する構成としても、比較的容易に精緻な膜厚制御をおこなうことができる。

１０…真空チャンバー、２０…供給電源、３０…原料ガス導入口、３０ａ…プラズマ反応ガス、４０…排気口、５０…基材、５０ａ…成膜面、６０…磁界発生源としての磁石、７０，１７０Ａ，１７０Ｂ，１７０Ｘ，１７０Ｙ…遮蔽部材としての遮蔽板、８０，８０´，８０´´…膜、１００…成膜装置としてのプラズマＣＶＤ装置。

Claims (6)

1. 基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法により成膜をおこなう成膜装置であって、
   前記プラズマＣＶＤ法を実施するためのチャンバーと、
   原料ガスをプラズマ化するための供給電源と、
   前記基材の前記成膜面の反対の面側に配置された磁界発生源と、
   前記基材と前記磁界発生源との間に配置された高透磁率材料からなる遮蔽部材と、を有することを特徴とする成膜装置。
2. 請求項１に記載の成膜装置において、
   前記遮蔽部材の厚みを変えることにより膜厚分布を制御することを特徴とする成膜装置。
3. 請求項１または２に記載の成膜装置において、
   前記遮蔽部材の材質を変えることにより膜厚分布を制御することを特徴とする成膜装置。
4. チャンバーと、前記チャンバー内で原料ガスをプラズマ化するための供給電源と、を有する成膜装置を用いて、前記チャンバー内に載置した基材の成膜面にプラズマＣＶＤ法により成膜を行なう成膜方法であって、
   前記基材の前記成膜面の反対の面側に磁界発生源を配置して、前記成膜面に局所的に磁界を発生させ、
   前記基材と前記磁界発生源との間に高透磁率材料からなる遮蔽部材を配置して、前記成膜面近傍の所望の領域の磁力を制御することを特徴とする成膜方法。
5. 請求項４に記載の成膜方法において、
   前記遮蔽部材の配置および厚みを変えることにより前記成膜面近傍の所望の領域の磁力の分布を制御することを特徴とする成膜方法。
6. 請求項４または５に記載の成膜方法において、
   前記遮蔽部材の配置および材質を変えることにより前記成膜面近傍の所望の領域の磁力の分布を制御することを特徴とする成膜方法。

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