JP3152548B2 - 高周波誘導プラズマ成膜装置 - Google Patents

高周波誘導プラズマ成膜装置

Info

Publication number
JP3152548B2
JP3152548B2 JP23461093A JP23461093A JP3152548B2 JP 3152548 B2 JP3152548 B2 JP 3152548B2 JP 23461093 A JP23461093 A JP 23461093A JP 23461093 A JP23461093 A JP 23461093A JP 3152548 B2 JP3152548 B2 JP 3152548B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
gas
frequency induction
high frequency
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP23461093A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0790556A (ja
Inventor
久 小牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeol Ltd filed Critical Jeol Ltd
Priority to JP23461093A priority Critical patent/JP3152548B2/ja
Publication of JPH0790556A publication Critical patent/JPH0790556A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3152548B2 publication Critical patent/JP3152548B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマトーチ内に形
成されたプラズマ中に被成膜物質を供給し、被成膜物質
を溶融あるいは蒸発させた後基板に付着させるようにし
た高周波誘導熱プラズマ成膜装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1は従来の高周波誘導プラズマ成膜装
置を示している。図中1はプラズマトーチであり、この
トーチ1は、円筒状の管2と、管2の上部のガスリング
3と、水冷プローブ4と、管2の外側に配置された高周
波誘導コイル5とより構成されている。高周波誘導コイ
ル5は高周波電源6から高周波が供給される。また、管
2は二重管構造となっており、その二重管部分には冷却
水が流されるように構成されている。同様に、ガスリン
グ3や水冷プローブ4も水冷構造となっている(ガスリ
ング3の水冷構造は図示せず)。プラズマトーチ1の下
部にはチャンバー7が配置されているが、このチャンバ
ー7内には被成膜基板8が設置されている。なお、この
チャンバー7も図示していないが水冷構造となってい
る。
【0003】水冷プローブ4は、粉末供給器9、超音波
噴霧器10、材料ガス供給器11に接続されている。粉
末供給器9からはアルゴンガスなどのキャリアガスと共
に被成膜物質である粉末物質が供給される。超音波噴霧
器10からはキャリアガスと共に霧状の物質が供給され
る。材料ガス供給器11からはアルゴンなどのキャリア
ガスと共にSiCl4 やB2 6 などの材料ガスが供給
される。ガスリング3は図示していないがアルゴンガス
や酸素ガスなどのプラズマガス源に接続されており、こ
のプラズマガスはガスリング3を介して管2の内側周辺
部から管2内部に向けて供給される。
【0004】チャンバー7内の基板8は、回転可能な基
板ホルダー12上に載せられているが、この基板ホルダ
ー12も水冷構造となっている。チャンバー7内はロー
タリーポンプのごとき真空ポンプ13によって排気され
るが、チャンバー7と真空ポンプ13との間には、排気
ガスを冷却する冷却器14と、排気ガス中に含まれてい
る粉末物質などを取り除くフィルター15が設けられて
いる。このような構成の動作を次に説明する。
【0005】まず、チャンバー7内を真空ポンプ13に
よって排気し、チャンバー7内を1Torr以下の真空度と
する。次に、ガスリング3を介してプラズマガスとして
アルゴンガスを管2の内壁の周辺部から管2内部に供給
し、更に、高周波電源5より高周波誘導コイル5に、例
えば、4MHzの周波数の高周波電力を供給し、管2内
部にグロー放電を励起させる。その後、管2やチャンバ
ー7内を200Torr程度の圧力に設定し、高周波電力を
上昇させると共に、アルゴンガスに加えて酸素ガスや窒
素ガスなどの反応ガスを管2内に供給する。
【0006】上記したステップで管2とチャンバー7内
にプラズマPを形成し、このプラズマPが安定した時点
で、例えば、粉末供給器9からアルゴンガスなどのキャ
リアガスに搬送させてシリコンなどの粉末材料をプロー
ブ4を介してプラズマP中に供給する。プラズマP中に
供給された粉末材料は、1万度以上のプラズマ中で蒸発
・反応され、プラズマフレーム下部に配置された基板8
上に蒸着される。例えば、粉末材料としてシリコン(S
i)を用い、反応ガスとして酸素ガス(O2)を用いる
と、基板8にはSiO2が蒸着される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記した構成で、粉末
材料をプラズマ中に供給する際、粉末を完全に蒸発させ
る必要から、高周波出力によっても異なるが1μm以下
の径の微粉末を完全に分散させた状態で定量供給させる
高性能の粉末供給装置が必要となる。このような高性能
の超微粉末供給装置は技術的に大変難しい。
【0008】また、蒸発材料を超音波噴霧器10により
霧状にしてプラズマ中に供給する場合、原材料を完全に
霧の状態に保つことが難しく、霧を供給するチューブ内
やプローブ4の先端に霧が澱んでしまい、そこで液滴が
発生し、プラズマで蒸発できない大きさの液滴が管2内
に供給されてしまう。更に、材料ガスの供給では、塩素
などの成膜に関係のない有害な副生成物が発生し、その
処理が大掛かりなものとなっている。
【0009】このように、図1に示した構造でプラズマ
中に材料を供給する方式では、基本的にプラズマの蒸発
エネルギーに関係なく材料が挿入されてしまう問題があ
り、プラズマ中に未蒸発あるいは未蒸発と蒸発した材料
との不均一な被成膜物質が基板に到達し、基板と膜との
密着度を悪化させるばかりか未蒸発の粉末自体が基板に
堆積するなどの問題を引き起こす原因に繋がっていた。
【0010】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、未蒸発材料などが基板に直接堆積
することを防止できる高周波誘導熱プラズマ成膜装置を
実現するにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく高周波誘
導熱プラズマ成膜装置は、筒状の管と、この管の下端に
設けられプラズマガスを管内に供給するためのガスリン
グと、前記管の外側に配置された高周波誘導コイルとを
備えた高周波プラズマトーチの上方に、基板を配置し、
高周波誘導プラズマトーチ内に形成されたプラズマ中に
被成膜物質を供給し、プラズマ中で被成膜物質を溶融あ
るいは蒸発させた後、基板に付着させるようにした高周
波誘導熱プラズマ成膜装置において、被成膜物質を載
せ、上下方向に移動可能な支持部材を、前記ガスリング
に設けたことを特徴としている。
【0012】
【作用】本発明に基づく高周波誘導熱プラズマ成膜装置
は、プラズマの下方から被成膜物質を供給し、プラズマ
によって蒸発させられた物質をプラズマ上方の基板に蒸
着させる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図2は本発明の一実施例である高周波誘導
熱プラズマ成膜装置を示している。この実施例で、図中
20はプラズマトーチであり、このトーチ20は、円筒
状の管21と、管21の下部のガスリング22と、ガス
リング22の中心部のガスリングヘッド23と、管20
の外側に配置された高周波誘導コイル24とより構成さ
れている。高周波誘導コイル24は図示していないが、
高周波電源から高周波が供給される。
【0014】また、管21は二重管構造となっており、
その二重管部分には冷却水が流されるように構成されて
いる。同様に、ガスリング22やガスリングヘッド23
も水冷構造となっている(ガスリング22の水冷構造は
図示せず)。プラズマトーチ20の上部にはチャンバー
25が配置されているが、このチャンバー25内には被
成膜基板26が設置されているが、この基板26は、回
転可能な基板ホルダー27に取り付けられている。な
お、このチャンバー25や基板ホルダー27も図示して
いないが水冷構造となっている。
【0015】ガスリングヘッド23はガスリング22の
中心部で上下方向に移動可能に設けられており、ガスリ
ングヘッド23の上部には被蒸発材料28が載せられて
いる(ガスリングヘッド23は被蒸発材料28の支持部
材を構成している)。このガスリングヘッド23の上下
移動機構としては、エアピストン駆動や電磁駆動方式を
用いることができる。
【0016】ガスリング22はアルゴンガス,酸素ガ
ス,窒素ガスなどのプラズマガス源(図示せず)と接続
されており、ガスリング22を介してプラズマガスは管
21の内側周辺部から管21内部に供給される。なお、
チャンバー25内は図1に示した従来装置と同様に、ロ
ータリーポンプのごとき真空ポンプによって排気され、
更に、チャンバー25と真空ポンプとの間には、図示し
ていないが、排気ガスを冷却する冷却器と、排気ガス中
に含まれている粉末物質などを取り除くフィルターが設
けられている。なお、29はOリングである。このよう
な構成の動作を次に説明する。
【0017】まず、チャンバー25内を真空ポンプによ
って排気し、チャンバー25内を1Torr以下の真空度と
する。次に、ガスリング22を介してプラズマガスとし
てアルゴンガスを管21の内壁の周辺部から管21内部
に供給し、更に、高周波電源より高周波誘導コイル24
に、例えば、4MHzの周波数の高周波電力を供給し、
管21内部にグロー放電を励起させる。その後、管21
やチャンバー25内を200Torr程度の圧力に設定し、
高周波電力を上昇させると共に、ガスリング22を介し
てアルゴンガスに加えて酸素ガス,窒素ガス,水素ガス
などの反応ガスを管21内に供給する。
【0018】上記したステップで管21とチャンバー2
5内にプラズマPが形成されるが、この時点で、プラズ
マが安定状態となるまで、図3に示すようにガスリング
ヘッド23はガスリング22の中心部で下方に移動させ
られており、被蒸発物質28がプラズマPに晒されない
ようにしている。このプラズマPが安定した時点で、図
2に示すようにガスリングヘッド23を上方に移動さ
せ、被蒸発材料28をプラズマPに晒すようにセットす
る。この結果、被蒸発物質28のプラズマに晒された部
分は加熱され、蒸発される。蒸発し反応ガスと反応した
物質は、プラズマと一緒にチャンバー25内を上方に移
動し、基板26に蒸着される。なお、被蒸発物質28の
蒸発量の制御は、高周波電力やガスリングヘッドの径お
よびガスリングヘッドの位置の制御あるいは膜厚コント
ローラによって行うことができる。
【0019】このように、上記した実施例では、電子銃
やスパッタリング成膜装置のように、高真空を使用しな
いため、被蒸発物質の蒸発量が化学反応速度に依存する
ことがない。従って、化学反応をともなった蒸着膜を高
速に形成させることが可能となる。言い換えれば、CV
D法のように化学反応の高速化を損なわず、CVDの欠
点であった原料の効率悪化や副生成物の発生を防止する
ことができる。
【0020】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、図2の実施例
で、基板ホルダー27とガスリングヘッド23との間に
高周波や直流電源を設け、バイアス電圧を印加すること
は好ましい。このバイアス電圧の印加により、電子や負
のイオンが基板28に衝突し、基板表面のクリーニング
を行うことができる。更に、蒸着状態の際には、スパッ
タリング効果のように蒸発物質が勢い良く基板に衝突
し、膜の密着性を向上させることができる。また、チャ
ンバー内の圧力は、熱プラズマが存在する圧力であれ
ば、前記した値に限定されない。
【0021】更に、ガスリングヘッド23の構造は、図
2,図3に示した構造に限定されない。例えば、図4は
ガスリングヘッドの形状を改良した実施例を示してい
る。この図で、図2の実施例と同一部分には同一番号が
付されている。図4(a)は、プラズマPが安定となる
までの状態、図4(b)は、プラズマPが安定化した後
に被蒸発材料28の蒸発を積極的に行う際の状態を示し
ている。すなわち、図4(a)では、ガスリングヘッド
23は下方に下げられており、図4(b)では、ガスリ
ングヘッド23は上方に移動させられている。この実施
例で、ガスリングヘッド23の被蒸発材料28が載せら
れている先端部分(被成膜物質載置部)には、大きな窪
みが形成されている。その結果、図4(b)の状態、す
なわち、ヘッド23が上方に移動され、プラズマPに被
蒸発材料28が晒されるとき、蒸発した材料がガスリン
グ22の内壁に付着することは防止される。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく高
周波誘導熱プラズマ成膜装置は、プラズマの下方から被
成膜物質を供給し、プラズマによって蒸発させられた物
質をプラズマ上方の基板に蒸着させるように構成したの
で、未蒸発物質が基板に付着することは防止され、完全
に蒸気化した材料だけを基板に到達させて膜を形成する
ことができる。また、成膜に関係ない塩素などの副生成
物を発生させることなく、化学反応をともなった蒸着膜
の高速化および厚膜コーティングを行うことができる。
さらに、本発明では、プラズマが安定状態となるまで、
支持部材は下方に移動させられており、被成膜物質がプ
ラズマに晒されず、プラズマが安定した時点で、支持部
材が上方に移動して、被成膜物質をプラズマに晒すよう
にセットできるので、被成膜物質のプラズマに晒された
部分は、良好に加熱され蒸発する。また、この支持部材
の位置の制御により、被成膜物質の蒸発量を制御するこ
ともできる。 加えて、支持部材の被成膜物質載置部に窪
みを形成すれば、支持部材が上方に移動し、プラズマに
被成膜物質が晒されるとき、蒸発した被成膜物質がガス
リングの内壁に付着することは防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の高周波誘導熱プラズマ成膜装置の概略を
示す図である。
【図2】本発明に基づく高周波誘導熱プラズマ成膜装置
の一実施例を示す図である。
【図3】図2の実施例のガスリングヘッドの状態を示す
図である。
【図4】本発明に基づく成膜装置に用いられるガスリン
グヘッドの他の例を示す図である。
【符号の説明】
20 プラズマトーチ 21 管 22 ガスリング 23 ガスリングヘッド 24 高周波誘導コイル 25 チャンバー 26 被成膜基板 27 基板ホルダー 28 被蒸発材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 14/00 - 14/58 H05H 1/42

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状の管と、この管の下端に設けられプ
    ラズマガスを管内に供給するためのガスリングと、前記
    管の外側に配置された高周波誘導コイルとを備えた高周
    波プラズマトーチの上方に、基板を配置し、高周波誘導
    プラズマトーチ内に形成されたプラズマ中に被成膜物質
    を供給し、プラズマ中で被成膜物質を溶融あるいは蒸発
    させた後、基板に付着させるようにした高周波誘導熱プ
    ラズマ成膜装置において、被成膜物質を載せ、上下方向に移動可能な支持部材を、
    前記ガスリングに設け た高周波誘導熱プラズマ成膜装
    置。
  2. 【請求項2】 前記支持部材の被成膜物質載置部が下方
    に窪んでいることを特徴とする請求項1記載の高周波誘
    導熱プラズマ成膜装置。
JP23461093A 1993-09-21 1993-09-21 高周波誘導プラズマ成膜装置 Expired - Lifetime JP3152548B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23461093A JP3152548B2 (ja) 1993-09-21 1993-09-21 高周波誘導プラズマ成膜装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP23461093A JP3152548B2 (ja) 1993-09-21 1993-09-21 高周波誘導プラズマ成膜装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0790556A JPH0790556A (ja) 1995-04-04
JP3152548B2 true JP3152548B2 (ja) 2001-04-03

Family

ID=16973742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP23461093A Expired - Lifetime JP3152548B2 (ja) 1993-09-21 1993-09-21 高周波誘導プラズマ成膜装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3152548B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6969953B2 (en) * 2003-06-30 2005-11-29 General Electric Company System and method for inductive coupling of an expanding thermal plasma
CN106987807B (zh) * 2017-06-01 2019-04-26 京东方科技集团股份有限公司 一种蒸镀源、蒸镀装置及蒸镀方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0790556A (ja) 1995-04-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4112137A (en) Process for coating insulating substrates by reactive ion plating
US20020106452A1 (en) Material fabrication
GB2139648A (en) Method of and apparatus for the coating of a substrate with material electrically transformed into a vapour phase
US4351855A (en) Noncrucible method of and apparatus for the vapor deposition of material upon a substrate using voltaic arc in vacuum
JP2003515676A (ja) プラズマ放射源を使用して機能層を製造する方法
JP3152548B2 (ja) 高周波誘導プラズマ成膜装置
US4438153A (en) Method of and apparatus for the vapor deposition of material upon a substrate
JP2003231963A (ja) 真空蒸着方法とその装置
CA1197493A (en) High pressure, non-local thermal equilibrium arc plasma generating apparatus for deposition of coating upon substrates
JPH10204625A (ja) MgO膜成膜方法及び成膜装置
JP2008306209A (ja) 微小なラインを備えた基板
HU188635B (en) Apparatus for reactive application of layer with plasmatrone
JP4769932B2 (ja) 微小なドットを備えた基板
JP4019457B2 (ja) アーク式蒸発源
JP3865841B2 (ja) 電子ビーム蒸着装置
JPH03260054A (ja) 耐剥離性にすぐれたcBN被覆部材及びその製作法
JPH0257476B2 (ja)
JP4565244B2 (ja) マイクロプラズマによる堆積方法及び装置
JP3372904B2 (ja) 膜形成方法および膜形成装置
JP2004517729A (ja) プラズマ装置および機能層を生成する方法
JP2001143894A (ja) プラズマ発生装置及び薄膜形成装置
JP3647653B2 (ja) クラスタ生成装置
JP2005105314A (ja) 蒸着源、その蒸着源を有する蒸着装置、及び薄膜の製造方法
JP2872773B2 (ja) 化合物の高速蒸着方法及び装置
AU756273B2 (en) Method and apparatus for producing material vapour

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20001226

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090126

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100126

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110126

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110126

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120126

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130126

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130126

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140126

Year of fee payment: 13