JP3762985B2 - Plasma deposition method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の薄膜を系統的に形成可能なコンビナトリアル成膜を、大気圧下で行うことが可能な新規なプラズマ成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
有機物合成や薬学合成の分野で始まったコンビナトリアル合成手法は、現在では無機材料一般にも適用され始め、新機能を有する材料探索に必要不可欠な手法となっている。
たとえば、レーザアブレーション法による薄膜技術とマスク機構を組み合わせたコンビナトリアルレーザMBE(Molecular Beam Epitaxy)装置によれば、酸化亜鉛や二酸化チタンなどの酸化物薄膜の高速合成や機能探索を有効に行なうことができる。
【0003】
従来のコンビナトリアル装置の一例による成膜プロセスでは、酸化物等をベースとする薄膜を形成する場合、基板の下方にターゲットを配置するとともに、ターゲット側の基板面に可動マスクをセットする。この場合、チャンバ内の雰囲気を高真空レベルに設定して行う。
【0004】
しかしながら、従来のコンビナトリアル装置のように可動マスクを基板上でスクリーニングする手法では、特に大気圧の雰囲気下でプラズマ分解反応を行なわせることが実質的に不可能であった。
また、マスク等を用いた場合、大気圧下で生成されるプラズマは電界の乱れ等に極めて敏感であり、適正なプラズマの制御が困難になるという問題があった。
このように、従来ではコンビナトリアル合成手法を、大気圧プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)に応用することができないのが実状であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑み、特にコンビナトリアル成膜を大気圧下で行うことが可能な新規なプラズマ成方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明は次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明は、材料ガスをプラズマ分解して基板にコンビナトリアル成膜するようにしたプラズマ成膜方法であって、所望組成の材料ガスを形成して、この材料ガスを大気圧下に設置された電極ユニットに給送し、そのカソード電極に対して上記基板を移動させなせながら、上記カソード電極に形成された微小開口部から上記材料ガスを放出してプラズマ分解反応を生成させ、上記所望組成の材料ガスの供給量を時間に従って変化させることにより、上記基板に系統的に複数のコンビナトリアル膜を形成することを特徴としている。
【0011】
請求項に記載の発明は、請求項に記載のプラズマ成膜方法において、前記カソード電極内部の予備プラズマ分解室で、給送された前記材料ガスを予めプラズマ分解することを特徴とするものである。
【0012】
請求項に記載の発明は、請求項またはに記載のプラズマ成膜方法において、前記カソード電極と前記基板との間に生成されるプラズマ発生領域外の材料粒子を排気手段によって除去することを特徴とするものである。
【0013】
本発明の作用は次のとおりである。大気圧下に設置された電極ユニットの電極に対して基板を移動させながら、カソード電極の微小開口部から材料ガスを放出してプラズマ分解反応を生成させることで、大気圧プラズマCVDを行なうことができる。これにより、材料ガスの組成や基板温度等のパラメータを変化させた多数の試料を1枚の基板上に効率よく作製することができる。
【0014】
また、上記の場合、カソード電極内部の予備プラズマ分解室において、そこに給送された材料ガスを予めプラズマ分解することで、プラズマ分解反応をより完全かつ適正に行わせることが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基き、本発明によるプラズマ成方法の好適な実施の形態を説明する。
図1と図2は、この実施形態における本発明に用いるプラズマ成膜装置の概略構成を示している。本発明に用いるプラズマ成膜装置は、材料ガスをプラズマ分解して基板に成膜するようにしたものである。
図1において、プラズマ成膜装置は、所望組成の材料ガスを形成して給送する材料ガスユニット10と、基板23に対してプラズマ分解反応を生成させるカソード電極21およびアノード電極22を含む電極ユニット20と、基板23をカソード電極21に対して移動可能に支持するステージユニット40とを備えている。
【0016】
材料ガスユニット10は、ガスボンベ等に充填された材料ガス11を有している。材料ガス11としては、A種ガス11a、B種ガス11b、C種ガス11c等の複数種類の材料ガスが含まれる。これらの材料ガス11は気体または液体状態から気化させるものでもよく、ガス混合器12で所望の組成となるように混合される。なお、材料ガス11としてアセチレン、エチレンあるいはベンゼン等の有機物やSiO2 、TiO2 等の無機物の原料となるガスを含むものである。
【0017】
ガス混合器12は少なくとも、温度制御されたガス2系統と液体原料を気化する機能を備えた2系統の計4種類のガスを混合し得る。このガス混合器12はコンピュータ1によって作動制御されるように構成されており、混合した材料ガス11を給送管13を介して電極ユニット20へ給送するようになっている。
大気圧でプラズマ放電を容易に生起させるために、材料ガス11とともに電離され易いArやHeガス等の希ガスを同時に供送することが好ましい。材料ガス11は、これらの希ガスとの混合ガスを用いてもよい。従って、材料ガスとは、成膜材料を含むガスと希ガスの混合ガスも含むものである。
【0018】
電極ユニット20は大気圧下に設置され、カソード電極21およびアノード電極22で成っている。カソード電極21はフレームもしくは枠体24(図2参照)によって所定位置に配置固定され、高周波発生器25で発生された高周波電力(13.56MHz)がマッチング回路26を介して印加されるようになっている。
【0019】
図2は本発明の実施形態における電極ユニットまわりの構成例を示す断面図である。高周波発生器25からマッチング回路26を経た高周波電力は、コネクタ27に接続される。コネクタ27に接続する銅板製の導線28が給送管13を通ってカソード電極21とコネクタ29に接続される。
また、コネクタ29には、図示を省略しているが、周知の高周波力計が接続され、プラズマに供給される高周波電力と反射電力をモニタし、最適な整合状態と成り得るように、高周波発生器25とマッチング回路26がコンピュータ1によって作動制御されるように構成されている。
【0020】
さらに、図2において、アノード電極22上に基板23が載置され、この基板23の上方にカソード電極21が平行配置される。この配置は、容量結合型のプラズマ発生方法である。カソード電極21の周囲の誘電体(アルミナ)30は、カソード電極21とフレーム24とを絶縁するために配設している。
なお、カソード電極21と基板23の間の隙間(ギャップ)は、例えば2mm程度としている。このとき、プラズマ発生のために印加した高周波発生器25の電力は、おおよそ30Wから120Wである。
この高周波発生器25の電力は、カソード電極21の形状や、上記ギャップと材料ガス等により変化するので、適宜最適となるように選定すべきパラメータである。
【0021】
アノード電極22には、基板加熱用のヒータ31が内蔵され、このヒータ31により昇温可能である。この際、基板23の温度は熱電対32によって検出される。基板温度は、成膜対象物に応じて適宜選定すればよい。
さらに、アノード電極22にはプラズマの電位を調整するために、高周波電力に重畳してバイアス電源33により所定のバイアス電圧が付与される。バイアス電源33は、コンピュータ1によって作動制御されるように構成されている。
【0022】
ステージユニット40は、絶縁板34を介してアノード電極22を支持している。そして、ステッピングモータを駆動源として、アノード電極22をXY軸さらにはZ方向に移動させることができる。ステージユニット40は、コンピュータ1によって作動制御される。これにより、アノード電極22上に設置した基板23を所望速度で所望の位置へ移動させることができる。
【0023】
図2に示されるように、カソード電極21と基板23との間にプラズマPが生成される。この場合、プラズマPの発生領域外の材料粒子を除去するための排気手段が備えられている。この実施形態では、排気手段として、カソード電極21の中心部の周囲にこのカソード電極21の内側上方に連通する複数の連通孔35が形成されている。
【0024】
図3は、本発明の実施形態におけるカソード電極周辺の構成例を示す平面図および斜視図である。
図3(a)は、本発明のプラズマ成膜装置のカソード電極21を基板23側から見た平面図である。図に示すように、カソード電極21は概略箱型の有底構造を有し、下端部(底部)には材料ガス11を放出する微小開口部が形成されている。この実施形態では、微小開口部としてスリット21aが形成されている。このスリット21aはアノード電極22の移動方向Xに対して直交するY方向に形成されている。なお、スリット21aの具体的寸法としては、例えば幅0.5mm、長さ30mmに設定されている。このカソード電極21の微小開口部としてのスリット21aの具体的寸法は、上記実施形態の場合のみに限定されず、必要に応じて適宜変更可能である。
また、スリットの他に、ドット状に多数の小孔を穿設形成したものであってよい。この場合、小孔のドット状のパターンをたとえば千鳥状等に配設することができる。
【0025】
図3(b)は、カソード電極周辺の斜視図である。図は、カソード電極21とアノード電極22上に配置された基板23の配置をも示している。図の矢印は、ステージユニット40により、アノード電極22がX方向に駆動されることを示している。カソード電極21のスリット21aから材料ガスが放出され、アノード電極22との間にプラズマPが生じる。
【0026】
図4は、本発明の実施形態におけるプラズマ成膜装置の作用を示す図である。図において、材料ガス11のうちA種ガス11aおよびB種ガス11bの量を時間に従って変化させて成膜すると、膜の組成が、供給させるガス組成の変化に応じて生成物A′およびB′が得られることを示している。
【0027】
本発明に用いるプラズマ成膜装置は以上のように構成されており、このプラズマ成膜装置及び成膜方法によれば以下のように動作する。
ガス混合器12により、所望組成の材料ガス11を形成し、その混合した材料ガス11を給送管13を介して電極ユニット20へ給送する。そして、カソード電極21に対して基板23を移動させながら、カソード電極21に形成されたスリット21aから材料ガス11を放出することで大気圧下でプラズマ分解反応を生成させることが可能となる。
【0028】
その際、基板23の移動速度と、成膜中のガス流量の組成と、基板23の温度等のパラメータを任意に変化させることにより、複数種類の系統的な条件の試料を1枚の基板上に効率よく作製することができる。
これにより、大気圧プラズマ反応により、複数の薄膜を系統的に形成できる、いわゆるコンビナトリアル膜を効率よく作製することができる。
【0029】
図5は、本発明の実施形態における成膜組成の例を示す図であり、エチレンとCO2 の組成プラズマ共重合体の成膜組成を変えた試料の組成を調べたものである。成膜条件としては、最初エチレンを供給し次にCO2 の供給を増加させた。図において、横軸は試料のX方向の位置(mm)であり、縦軸はFTIR分析装置により測定した赤外吸収スペクトルにより求めたC=Oと、C−Hの赤外線吸収比である。赤外線の吸収比は、C=Oの波数1716cm-1とC−Hの波数2957cm-1の信号の比である。
図から明らかなように、X=0では赤外吸収の比が約0.01であり、X=60mmではこの比が0.15とほぼ直線的に組成が増加している。これにより、CO2 の取り込まれる量が漸増していることが分かる。
【0030】
上記のように膜の組成を変化させながらプラズマ成膜をさせる場合に、プラズマPの発生領域外に、図2の点線矢印で示すような材料粒子が飛散した場合には、成膜組成を正確に制御することができなくなる。この場合には、上記のような不要な材料粒子を、連通孔35から吸引して、排出することができる。
これにより、プラズマPの発生領域外の粒子を排出することで、成膜組成を正確に制御することができる。
【0031】
図6は本発明の第2の実施形態における電極ユニットまわりの構成例を示す断面図である。
図に示すように、このプラズマ成膜装置は、カソード電極21の内部に材料ガス11を予めプラズマ分解する予備プラズマ分解室36が設けられている。この予備プラズマ分解室36は絶縁体(石英管等)により形成され、その周囲に高周波コイル37が巻回されている。
なお、予備プラズマ分解室36に巻回している高周波コイル37には、図示は省略しているが、高周波発生器25とは独立に別の13.56MHzの高周波発生器により高周波電力が供給されている。この配置は、誘導結合型のプラズマ発生方法である。
【0032】
第2の実施形態によれば、電極ユニット20へ給送された材料ガス11は、予め予備プラズマ分解室36でプラズマ分解され(プラズマP′)、さらにその後スリット21aから放出されてプラズマ分解(プラズマP)される。
このように、予備プラズマ分解室36で材料ガス11を予めプラズマ分解することで、プラズマ分解反応をより完全にかつ適正に行わせることができる。
【0033】
本発明のプラズマ成方法は、さらにプラスチックやゴムなどの表面を改質するためのコーティング膜の付着等に応用することができる。この際、装置が大気圧で動作することにより真空排気に要する装置と時間が不要となり、コストも大幅に低減化することができる。
【0034】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々の変更等が可能であり、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
上述の実施形態においては、カソード電極21のスリット21aは、スリットまたはドット状の形状のものを使用することを説明したが、成膜の目的に応じて適宜形状を決定することが可能である。
また、プラズマを発生させる周波数は、13.56MHzに限らず他の周波数あるいはマイクロ波でも良く、適宜選定して最適な周波数とすることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、プラズマ成方法において、コンビナトリアル手法に有効に適用することができ、基板温度等のパラメータを変化させた系統的な条件の多数の試料を1枚の基板上に効率よく作製することができる。
さらに、大気圧下で適正にプラズマ成膜反応を進行させることができるため、大掛かりな真空設備等を必要とせず、低コストで運用することができる等の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態におけるプラズマ成膜装置の概略構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態における電極ユニットまわりの構成例を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態における電極ユニットまわりの構成例を示す平面図および斜視図である。
【図4】本発明の実施形態におけるプラズマ成膜装置の作用を示す図である。
【図5】本発明の実施形態における成膜組成の例を示すグラフである。
【図6】本発明の第2の実施形態における電極ユニットまわりの構成例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 コンピュータ
10 材料ガスユニット
11 材料ガス
12 ガス混合器
13 給送管
20 電極ユニット
21 カソード電極
21a スリット
22 アノード電極
23 基板
24 フレーム
25 高周波発生器
26 マッチング回路
27,29 コネクタ
28 導線
30 誘電体
31 ヒータ
32 熱電対
33 バイアス電源
34 絶縁板
35 複数の連通孔
36 予備プラズマ分解室
37 高周波コイル
40 ステージユニット
P プラズマ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention systematically formable combinatorial forming a plurality of thin films, a novel plasma deposition method capable of performing at atmospheric pressure.
[0002]
[Prior art]
Combinatorial synthesis methods that have started in the fields of organic synthesis and pharmaceutical synthesis are now beginning to be applied to inorganic materials in general, and have become indispensable methods for finding materials with new functions.
For example, according to a combinatorial laser MBE (Molecular Beam Epitaxy) apparatus that combines a thin film technology by laser ablation and a mask mechanism, high-speed synthesis and function search of oxide thin films such as zinc oxide and titanium dioxide can be performed effectively. .
[0003]
In a film forming process using an example of a conventional combinatorial apparatus, when forming a thin film based on an oxide or the like, a target is placed below the substrate and a movable mask is set on the substrate surface on the target side. In this case, the atmosphere in the chamber is set to a high vacuum level.
[0004]
However, in the method of screening a movable mask on a substrate as in the conventional combinatorial apparatus, it is substantially impossible to perform a plasma decomposition reaction particularly in an atmosphere of atmospheric pressure.
Further, when a mask or the like is used, there is a problem that plasma generated under atmospheric pressure is extremely sensitive to electric field disturbance and the like, and it is difficult to control the plasma appropriately.
As described above, in the past, the combinatorial synthesis method could not be applied to atmospheric pressure plasma CVD (Chemical Vapor Deposition).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above points, and an object thereof is to provide a particularly novel plasma deposition method capable of performing combinatorial deposition at atmospheric pressure.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration.
That is, an invention according to claim 1, a plasma film forming method so as to combinatorial formed on the substrate a material gas by plasma decomposition, to form a material gas of desired composition, the material gas atmospheric The material gas is discharged from the minute opening formed in the cathode electrode while generating a plasma decomposition reaction while feeding the electrode unit installed under atmospheric pressure and moving the substrate relative to the cathode electrode. Then , a plurality of combinatorial films are systematically formed on the substrate by changing the supply amount of the material gas having the desired composition according to time .
[0011]
The invention of claim 2 provides the plasma film forming method according to claim 1, in a preliminary plasma decomposition chamber within said cathode electrode, which is characterized in that in advance plasma decomposing the fed the material gas It is.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the plasma film forming method according to the first or second aspect , material particles outside the plasma generation region generated between the cathode electrode and the substrate are removed by an exhaust means. It is characterized by.
[0013]
The operation of the present invention is as follows. Atmospheric pressure plasma CVD can be performed by generating a plasma decomposition reaction by releasing a material gas from a minute opening of the cathode electrode while moving the substrate with respect to the electrode of the electrode unit installed under atmospheric pressure. it can. Thereby, a large number of samples in which parameters such as the composition of the material gas and the substrate temperature are changed can be efficiently manufactured on one substrate.
[0014]
Further, in the above case, in the preliminary plasma decomposition chamber inside the cathode electrode, it is possible to perform the plasma decomposition reaction more completely and properly by previously performing plasma decomposition on the material gas fed thereto.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, based on the drawings, illustrating a preferred embodiment of the plasma film forming method according to the invention.
1 and 2 show a schematic configuration of a plasma film forming apparatus used in the present invention in this embodiment. The plasma film forming apparatus used in the present invention is one in which a material gas is plasma-decomposed to form a film on a substrate.
In FIG. 1, the plasma film forming apparatus includes an electrode unit including a material gas unit 10 that forms and feeds a material gas having a desired composition, and a cathode electrode 21 and an anode electrode 22 that generate a plasma decomposition reaction on a substrate 23. 20 and a stage unit 40 that supports the substrate 23 so as to be movable with respect to the cathode electrode 21.
[0016]
The material gas unit 10 has a material gas 11 filled in a gas cylinder or the like. The material gas 11 includes a plurality of types of material gases such as A-type gas 11a, B-type gas 11b, and C-type gas 11c. These material gases 11 may be vaporized from a gas or liquid state, and are mixed by the gas mixer 12 so as to have a desired composition. The material gas 11 includes an organic material such as acetylene, ethylene, or benzene, or a gas that is a raw material of an inorganic material such as SiO 2 or TiO 2 .
[0017]
The gas mixer 12 can mix a total of four types of gas, that is, at least two temperature-controlled gas systems and two systems having a function of vaporizing a liquid raw material. The gas mixer 12 is configured to be controlled by the computer 1, and feeds the mixed material gas 11 to the electrode unit 20 via the feed pipe 13.
In order to easily generate plasma discharge at atmospheric pressure, it is preferable to simultaneously feed a rare gas such as Ar or He gas that is easily ionized together with the material gas 11. The material gas 11 may be a mixed gas with these rare gases. Therefore, the material gas includes a mixed gas of a gas containing a film forming material and a rare gas.
[0018]
The electrode unit 20 is installed under atmospheric pressure and includes a cathode electrode 21 and an anode electrode 22. The cathode electrode 21 is arranged and fixed at a predetermined position by a frame or a frame body 24 (see FIG. 2), and high frequency power (13.56 MHz) generated by the high frequency generator 25 is applied via the matching circuit 26. ing.
[0019]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example around the electrode unit in the embodiment of the present invention. The high frequency power passed through the matching circuit 26 from the high frequency generator 25 is connected to the connector 27. A copper wire 28 connected to the connector 27 is connected to the cathode electrode 21 and the connector 29 through the feed pipe 13.
Although not shown, the connector 29 is connected to a well-known high-frequency force meter to monitor the high-frequency power and reflected power supplied to the plasma and generate a high-frequency so that an optimum matching state can be obtained. The device 25 and the matching circuit 26 are configured to be controlled by the computer 1.
[0020]
Further, in FIG. 2, a substrate 23 is placed on the anode electrode 22, and the cathode electrode 21 is disposed in parallel above the substrate 23. This arrangement is a capacitively coupled plasma generation method. A dielectric (alumina) 30 around the cathode electrode 21 is provided to insulate the cathode electrode 21 from the frame 24.
The gap (gap) between the cathode electrode 21 and the substrate 23 is, for example, about 2 mm. At this time, the power of the high frequency generator 25 applied for plasma generation is approximately 30 W to 120 W.
The power of the high-frequency generator 25 varies depending on the shape of the cathode electrode 21, the gap, the material gas, and the like.
[0021]
The anode electrode 22 has a built-in heater 31 for heating the substrate, and the heater 31 can raise the temperature. At this time, the temperature of the substrate 23 is detected by the thermocouple 32. The substrate temperature may be appropriately selected according to the film formation target.
Further, in order to adjust the plasma potential, a predetermined bias voltage is applied to the anode electrode 22 by the bias power source 33 so as to be superimposed on the high frequency power. The bias power supply 33 is configured to be controlled by the computer 1.
[0022]
The stage unit 40 supports the anode electrode 22 via the insulating plate 34. The anode electrode 22 can be moved in the XY axis and further in the Z direction using the stepping motor as a drive source. Operation of the stage unit 40 is controlled by the computer 1. Thereby, the board | substrate 23 installed on the anode electrode 22 can be moved to a desired position at a desired speed.
[0023]
As shown in FIG. 2, plasma P is generated between the cathode electrode 21 and the substrate 23. In this case, an exhaust means for removing material particles outside the plasma P generation region is provided. In this embodiment, as exhaust means, a plurality of communication holes 35 communicating with the upper inside of the cathode electrode 21 are formed around the center of the cathode electrode 21.
[0024]
FIG. 3 is a plan view and a perspective view showing a configuration example around the cathode electrode in the embodiment of the present invention.
FIG. 3A is a plan view of the cathode electrode 21 of the plasma film forming apparatus of the present invention as viewed from the substrate 23 side. As shown in the figure, the cathode electrode 21 has a substantially box-shaped bottomed structure, and a minute opening for releasing the material gas 11 is formed at the lower end (bottom). In this embodiment, a slit 21a is formed as a minute opening. The slit 21 a is formed in the Y direction orthogonal to the moving direction X of the anode electrode 22. The specific dimensions of the slit 21a are set to, for example, a width of 0.5 mm and a length of 30 mm. The specific dimension of the slit 21a as the minute opening of the cathode electrode 21 is not limited to the case of the above embodiment, and can be appropriately changed as necessary.
In addition to the slit, a large number of small holes may be formed in a dot shape. In this case, dot-like patterns of small holes can be arranged in a staggered pattern, for example.
[0025]
FIG. 3B is a perspective view around the cathode electrode. The figure also shows the arrangement of the substrate 23 arranged on the cathode electrode 21 and the anode electrode 22. The arrows in the figure indicate that the anode electrode 22 is driven in the X direction by the stage unit 40. Material gas is released from the slit 21 a of the cathode electrode 21, and plasma P is generated between the cathode electrode 21 and the anode electrode 22.
[0026]
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the plasma film forming apparatus in the embodiment of the present invention. In the figure, when the film is formed by changing the amounts of the A-type gas 11a and the B-type gas 11b in the material gas 11 according to time, the composition of the film changes to the products A ′ and B ′ according to the change in the gas composition to be supplied. Is obtained.
[0027]
The plasma film forming apparatus used in the present invention is configured as described above, and the plasma film forming apparatus and film forming method operate as follows.
A material gas 11 having a desired composition is formed by the gas mixer 12, and the mixed material gas 11 is fed to the electrode unit 20 through the feed pipe 13. Then, it is possible to generate a plasma decomposition reaction under atmospheric pressure by discharging the material gas 11 from the slit 21 a formed in the cathode electrode 21 while moving the substrate 23 relative to the cathode electrode 21.
[0028]
At that time, by arbitrarily changing parameters such as the moving speed of the substrate 23, the composition of the gas flow rate during film formation, the temperature of the substrate 23, etc., samples of a plurality of types of systematic conditions are placed on one substrate. Can be produced efficiently.
Thereby, what is called a combinatorial film | membrane which can form a some thin film systematically by atmospheric pressure plasma reaction can be produced efficiently.
[0029]
FIG. 5 is a diagram showing an example of the film forming composition in the embodiment of the present invention, and the composition of a sample obtained by changing the film forming composition of the composition plasma copolymer of ethylene and CO 2 was examined. As film forming conditions, ethylene was first supplied and then CO 2 supply was increased. In the figure, the horizontal axis is the position (mm) in the X direction of the sample, and the vertical axis is the infrared absorption ratio of C = O and C—H determined from the infrared absorption spectrum measured by the FTIR analyzer. The infrared absorption ratio is a ratio of a signal of C = O wave number 1716 cm -1 and C-H wave number 2957 cm -1 .
As is apparent from the figure, when X = 0, the infrared absorption ratio is about 0.01, and when X = 60 mm, the ratio increases almost linearly to 0.15. This shows that the amount of CO 2 taken up gradually increases.
[0030]
When plasma deposition is performed while changing the composition of the film as described above, if the material particles as shown by the dotted arrows in FIG. Can no longer be controlled. In this case, unnecessary material particles as described above can be sucked and discharged from the communication hole 35.
Thereby, the film-forming composition can be accurately controlled by discharging particles outside the region where the plasma P is generated.
[0031]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example around the electrode unit in the second embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the plasma film forming apparatus is provided with a preliminary plasma decomposition chamber 36 for previously decomposing the material gas 11 into the cathode electrode 21. The preliminary plasma decomposition chamber 36 is formed of an insulator (quartz tube or the like), and a high frequency coil 37 is wound around it.
Although not shown, the high frequency coil 37 wound around the preliminary plasma decomposition chamber 36 is supplied with high frequency power by a separate 13.56 MHz high frequency generator independently of the high frequency generator 25. Yes. This arrangement is an inductively coupled plasma generation method.
[0032]
According to the second embodiment, the material gas 11 fed to the electrode unit 20 is plasma-decomposed in advance in the preliminary plasma decomposition chamber 36 (plasma P ′), and then released from the slit 21a to be plasma-decomposed (plasma). P).
As described above, the material gas 11 is previously plasma-decomposed in the preliminary plasma decomposing chamber 36, whereby the plasma decomposing reaction can be performed more completely and properly.
[0033]
Plasma deposition method of the present invention can be further applied to adhesion of the coating film for modifying the surface of plastic or rubber. At this time, since the apparatus operates at atmospheric pressure, the apparatus and time required for evacuation become unnecessary, and the cost can be greatly reduced.
[0034]
Although the present invention has been described above with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. An effect can be obtained.
In the above-described embodiment, it has been described that the slit 21a of the cathode electrode 21 has a slit or dot shape, but the shape can be appropriately determined according to the purpose of film formation.
Further, the frequency for generating plasma is not limited to 13.56 MHz, and may be another frequency or microwave, and can be appropriately selected to be an optimum frequency.
[0035]
【The invention's effect】
According to the present invention described above, the plasma in the film forming method, can be effectively applied to combinatorial methods, one substrate a number of samples of systematic conditions of changing parameters such as substrate temperature It can be efficiently produced on top.
Furthermore, since the plasma film-forming reaction can be appropriately performed under atmospheric pressure, there is an advantage that it can be operated at a low cost without requiring a large vacuum facility or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a plasma film forming apparatus in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example around an electrode unit in the embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are a plan view and a perspective view showing a configuration example around an electrode unit in the embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 4 is a diagram showing the operation of the plasma film forming apparatus in the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an example of a film formation composition in the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration example around an electrode unit in a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Computer 10 Material gas unit 11 Material gas 12 Gas mixer 13 Feed pipe 20 Electrode unit 21 Cathode electrode 21a Slit 22 Anode electrode 23 Substrate 24 Frame 25 High frequency generator 26 Matching circuit 27, 29 Connector 28 Conductor 30 Dielectric 31 Heater 32 Thermocouple 33 Bias power supply 34 Insulating plate 35 Multiple communication holes 36 Preliminary plasma decomposition chamber 37 High frequency coil 40 Stage unit P Plasma

Claims (3)

材料ガスをプラズマ分解して基板にコンビナトリアル成膜するようにしたプラズマ成膜方法であって、
所望組成の材料ガスを形成して、該材料ガスを大気圧下に設置された電極ユニットに給送し、そのカソード電極に対して上記基板を移動させなせながら、上記カソード電極に形成された微小開口部から上記材料ガスを放出してプラズマ分解反応を生成させ、上記所望組成の材料ガスの供給量を時間に従って変化させることにより、上記基板に系統的に複数のコンビナトリアル膜を形成することを特徴とする、プラズマ成膜方法。
A plasma film forming method in which a material gas is plasma decomposed to form a combinatorial film on a substrate,
A material gas having a desired composition is formed, the material gas is fed to an electrode unit installed under atmospheric pressure, and the substrate is moved relative to the cathode electrode, while the minute gas formed on the cathode electrode is formed. A plurality of combinatorial films are systematically formed on the substrate by discharging the material gas from the opening to generate a plasma decomposition reaction and changing the supply amount of the material gas having the desired composition according to time. A plasma film forming method.
前記カソード電極内部の予備プラズマ分解室で、給送された前記材料ガスを予めプラズマ分解することを特徴とする、請求項に記載のプラズマ成膜方法。2. The plasma film forming method according to claim 1 , wherein the supplied material gas is plasma-decomposed in advance in a preliminary plasma decomposition chamber inside the cathode electrode. 前記カソード電極と前記基板との間に生成されるプラズマ発生領域外の材料粒子を排気手段によって除去することを特徴とする、請求項またはに記載のプラズマ成膜方法。And removing the exhaust means of the plasma generation region outside of the material particles generated between the substrate and the cathode electrode, a plasma film forming method according to claim 1 or 2.
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