JP2020117781A - 成膜装置 - Google Patents
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Abstract
Description
基板に対して基板電圧を印加する基板用電源と、電極用電源と基板用電源を制御して、電極と基板との間に生じる電界を制御する電源制御部とを備え、磁界発生部は、発生する磁界の磁力線が電界に基づく電気力線に重なるように配置され、被加工材は磁力線上に配置され、チャンバ内に導入された媒体ガスは、電極と基板との間に生じた電界に基づいてプラズマ化され、これによって生じたイオンが磁界の作用によって被加工材上へ誘導され、被加工材の表面に炭素膜が形成されることを特徴としている。
(1)Si(シリコン)ウエハー。ただし、n型、p型は問わない。SiO2表面処理Siウエハーも含む。
(2)炭化物:SiC、WC、TiC等
(3)窒化物:TiN、CrN、CN、Si3N4等
(4)酸化物:SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2、TiO2、CuO、PbO、In2O3、SnO2等
(5)金属:W、Cr、Ti、Mo、Ge、Ta、Zn、Al、Cu
(6)合金:
(a)鋼材:SUJ2、SKD、S45C、SKH等(いずれも記号)
(b)ステンレス鋼:SUS304、SUS430等(いずれも規格名)
(c)アルミニウム合金:Al1050、Al5052、Al7075等(いずれも合金番号)
(7)ガラス全般。SiO2、B2O3、P2O5、Al2O3、PbO、Na2O、K2O、CaO、MgO、BaO、TiO2、Nb2O5、SnO2、Ta2O5、Li2O、SrO、ZnO、ZrO2、La2O3、TeO2、Bi2O3、In2O3、GeO2、WO3、Y2O3、Gd2O3、Yb2O3、Ga2O3、Lu2O3、F等を含有したものも含む。
(8)合成樹脂:PE(ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、PP(ポリプロピレン)、PS(ポリスチレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、AS(アクリロニトリルスチレン共重合樹脂)、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体)、PVC(ポリ塩化ビニル)、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、POM(ポリオキシメチレン)、PA(ポリアミド)、PC(ポリカーボネイト)、PF(フェノール樹脂)、EP(エポキシ樹脂)、MF(メラミン樹脂)、PI(ポリイミド樹脂)等
(9)炭素材料:グラファイト、ダイヤモンド、グラフェン、カーボンナノチューブ、カーボンブラック、フラーレン、カーボンファイバー等
(10)その他:繊維、木材等
制御部50は、ガス供給装置43、ターボ分子ポンプ44、メカニカルブースターポンプ45、及び温度制御部47にそれぞれ接続されている。ガス供給装置43は、制御部50の制御にしたがって、チャンバ11内に、所定のタイミングで放電発生用の媒体ガス、例えば、アセチレンガス、テトラメチルシランガス、ベンゼンガスその他の炭化水素系ガス、又は、アルゴン、窒素、酸素、メタン、テトラメチルシラン、へリウム、ネオン、クリプトン、キセノン、若しくは、これらの混合ガスを供給する。ここで、媒体ガスとして炭素を含まないガスを用いた場合、基板12として炭素を含有する基板を用いる。
上記実施形態においては、電極20を基板12よりも直径の小さな柱状としていたが、電極20の形状はこれに限定されず、例えば、基板12と互いに対向し合う円板状としてもよい。ここで、電極20の形状にかかわらず、基板12よりも小径とすると、電極20と基板12との間の電界における電気力線の広がりを抑えることができるため、電気力線全体に対して、磁界発生部30による磁力線を重ねやすくなり、プラズマ化されたガスによって生じたイオンを効率よく誘導することができるため好ましい。
なお、永久磁石132の数、種類や磁化の強さは、成膜装置の仕様等に応じて適宜設定できる。
表1に記載の成膜条件及び成膜結果については次のとおりである。
(1)開始真空度(単位Pa)
ガス供給装置43から媒体ガスを導入開始する時のチャンバ11内の真空度である。
(2)TMS(テトラメチルシラン)、C2H2(アセチレンガス)
(a)sccm:チャンバ11内へのTMSガス又はアセチレンガスの流入量(単位sccm)であり、0°C、1気圧における1分あたりの流入量(単位cc)である。1sccmは約1.667×10−8m3/sである。
(b)Pa:TMSガス又はアセチレンガス導入後の到達圧力である(単位Pa)。
(a)−Ev:電極用バイポーラ電源21が電極20に印加するパルスのマイナス電圧値(単位V)
(b)+Ev:電極用バイポーラ電源21が電極20に印加するパルスのプラス電圧値(単位V)
(c)S(V):基板用バイポーラ電源33が基板12に印加するパルスのマイナス電圧値(単位V)
比較例1、2では電極20を設けていないため、−Evと+Evは設定されていない。
被加工材15に形成された、Si−DLC層(Siを含有したDLC膜)の膜厚及びDLC膜(DLC層)の膜厚(単位nm)を株式会社ミツトヨ製SURFTEST SJ−410(型番)で測定した。表2に示す膜厚は、n型のシリコンウエハーのサンプル(被加工材15)において、マスキング部分と成膜部分との段差として測定した。
成膜レート(単位nm/分)は、中間層がない場合では成膜時間と膜厚に基づいて算出した。中間層がある場合では中間層の成膜レートを除いたDLC膜のみの成膜レートを算出したが、表2では一部実施例・比較例で表示を省略している。表2に示す結果は、n型のシリコンウエハーのサンプル(被加工材15)上に形成された膜についてのものである。
株式会社堀場製作所製Auto SE(型番)を用いて、分光エリプソメトリー法により、波長550nmの入射光に対して、形成されたDLC膜の屈折率nと消衰係数値kを測定した。表2に示す結果は、n型のシリコンウエハーのサンプル(被加工材15)上に形成された膜についてのものである。なお、測定を行っていない実施例・比較例では表示を省略している。
RENISHAW社製inVia StreamLine PlusB(型番)を用いて、形成されたDLC膜について、ラマン分光法により、Gピーク位置(Gpeak position)(単位cm−1)、Gピークの半値全幅(単位cm−1)、Gピーク強度(I(G))、及び、Dピーク強度(I(D))を測定し、DピークとGピークの強度比(I(D)/I(G))を算出した。表2に示す結果は、n型のシリコンウエハーのサンプル(被加工材15)上に形成された膜についてのものである。なお、測定を行っていない実施例・比較例では表示を省略している。
(7)永久磁石32:
永久磁石32は、サマリウムコバルト磁石であり、組成はSm:Co=2:17(重量%)のものを用いた。その形状は、縦10mm×横10mm×高さ20mmであり、着磁方向は高さ方向(中心軸AX3に沿った方向)であり、磁束密度は486mT=4860Gである。
実施例1〜19、24〜26、29では、図3(b)と図4に示すように、基材31上に24個の永久磁石32を等角度間隔に配置した。実施例20〜23、27、28は、実施例1〜19と同様の配置から2個の永久磁石を除いて22個としている。比較例1、2では磁界発生部30を設けていない。
電極20は、SUS304(ステンレス鋼・規格名)を用いた。
電極20の直径は、実施例1〜19、24〜26、29では270mm、実施例20〜23、27、28では180mmとした。比較例1、2では電極20を設けていない。
基板12は、SUS304(ステンレス鋼・規格名)を用いた。
基板12の直径は、実施例1〜19、26では600mm、実施例20〜25、27〜29では450mm、比較例1、2では600mmとした。
周波数:実施例1〜29、及び、比較例1〜2のいずれも8kHz
デューティー比(−S duty):実施例1〜29、比較例1〜2のいずれも30%
遅延比率(delay):実施例1〜24、26〜29は5%、実施例25は30%、比較例1〜2は電極電圧なし
(a)実施例1〜12、15、20、21、23〜26、28、29、及び、比較例1〜2:
nSi(切り出しn型のシリコンウエハー)であり、サイズは30mm×25mm×525μmである。
nSi、SUS304、Al5052、SUJ2、及び、SKDのそれぞれのサンプルであり、サイズは次の通りである。
nSi:30mm×25mm×525μm
SUS304:30mm×30mm×1mm
Al5052:30mm×30mm×5mm
SUJ2:12mm×12mm×5mm
SKD:12mm×12mm×5mm
nSi、SUS304、Al5052、SUJ2、SKD、及び、Znのそれぞれのサンプルである。Znのサンプルのサイズは45mm×30mm×0.5mmであり、Zn以外のサンプルのサイズは実施例13の各サンプルと同一である。
nSi、SUS304、Al5052、SUJ2、SKD、Zn、及び、PIのそれぞれのサンプルであり、PIのサンプルのサイズは45mm×30mm×0.05mmであり、PI以外のサンプルのサイズは、実施例13、14、16〜18、22の各サンプルと同一である。
比較例1、2においては、電極20を設けていないため、基板12の周辺で下方にわずかにプラズマ状態が見られたものの、基板12の上方に配置された被加工材15にはDLC膜は形成されなかった。
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的又は本発明の思想の範囲内において改良又は変更が可能である。
11 チャンバ
12 基板
13 上面
14 保持部
14a 棒状部
14b 腕部
15 被加工材
20、120 電極
20a、120a 下面
21 電極用バイポーラ電源
30、130 磁界発生部
31 基材
31a 上面
32、132 永久磁石
33 基板用バイポーラ電源
41 電源制御部
42 駆動部
43 ガス供給装置
44 ターボ分子ポンプ(TMP)
45 メカニカルブースターポンプ(MV)
46 ロータリーポンプ
47 温度制御部
50 制御部
122 収容空間(収容凹部)
AX1、AX2、AX3 中心軸
BB 調整弁
LB 磁力線
LE 電気力線
M 磁化方向(着磁方向)
Claims (8)
- 放電発生用の媒体ガスが導入されるチャンバ内に、電極と、前記電極に対向して配置された基板と、磁界発生部と、被加工材を保持する保持部とを備え、
さらに、
前記電極に対して電極電圧を印加する電極用電源と、
前記基板に対して基板電圧を印加する基板用電源と、
前記電極用電源と前記基板用電源を制御して、前記電極と前記基板との間に生じる電界を制御する電源制御部とを備え、
前記磁界発生部は、発生する磁界の磁力線が前記電界に基づく電気力線に重なるように配置され、
前記被加工材は前記磁力線上に配置され、
前記チャンバ内に導入された前記媒体ガスは、前記電極と前記基板との間に生じた電界に基づいてプラズマ化され、これによって生じたイオンが前記磁界の作用によって前記被加工材上へ誘導され、
前記被加工材の表面に炭素膜が形成されることを特徴とする成膜装置。 - 前記磁界発生部は基材上に配置された複数の磁石を備え、
前記基材は、前記電極と前記基板との間において、前記基板と対向するように配置される請求項1に記載の成膜装置。 - 前記複数の磁石は永久磁石であって、円板状の前記基材の表面の周縁部に所定の間隔で配置され、かつ、前記複数の磁石の磁化方向は前記基材の表面の法線方向に沿っており、
前記電極は前記基板に垂直な方向に沿って延びる柱状をなしており、
前記基材は、前記電極において前記基板へ対向する対向面上に、前記電極と同心状となるように配置される請求項2に記載の成膜装置。 - 前記電極は前記基板に垂直な方向に沿って延びる柱状をなしており、前記電極内に設けられた空間に、前記磁界発生部としての少なくとも1つの磁石が、その磁化方向を前記電極の軸方向に沿うように配置されている請求項1に記載の成膜装置。
- 前記基板は、その中心軸を中心として回転可能に設けられ、
前記保持部は前記基板の中心軸を中心として回転可能に設けられている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の成膜装置。 - 前記電源制御部は、前記基板電圧のパルスが前記電極電圧のパルスに対して所定の遅延時間を有するように、前記電極用電源と前記基板用電源を制御する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の成膜装置。
- 前記遅延時間は前記電極電圧の周期の3〜30%の範囲である請求項6に記載の成膜装置。
- 前記チャンバ内に前記媒体ガスを導入開始時の前記チャンバの真空度は0.1〜0.3Paの範囲である請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の成膜装置。
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