JP4531185B2

JP4531185B2 - 真空処理装置

Info

Publication number: JP4531185B2
Application number: JP2000058110A
Authority: JP
Inventors: 邦明黒川; 俊信金田; 招佑平田; 正志菊池
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2000-03-03
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: JP2001240973A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空処理装置に関し、特に、プラズマを生成して基板表面に薄膜を成膜するプラズマＣＶＤ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大面積のガラス基板に、薄膜を成膜する方法として、プラズマＣＶＤ法が多く用いられている。
【０００３】
図５の符号１０１に、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置を示す。
この成膜装置１０１は真空槽１０２を有している。真空槽１０２の下部には、真空槽１０２の底面を挿通して支柱１２５が配置されており、支柱１２５の先端には、板状の台座１０３の底部が取り付けられている。真空槽１０２の上部には、絶縁ブロック１８１を介して電極１０４が取り付けられている。
【０００４】
電極１０４は有底容器状に形成され、容器開口部には容器内部を蓋するようにシャワープレート１０５が取り付けられている。従って、シャワープレート１０５と電極１０４との間に空間１２４が形成されている。
【０００５】
電極１０４にはガス導入管１０７が接続されており、ガス導入管１０７を介して不図示のガスボンベ内のガスを空間１２４内に導入することができるように構成されている。シャワープレート１０５には多数のガス噴出口１０６が設けられており、空間１２４内に導入されたガスはガス噴出口１０６から真空槽１０２内に噴出されるようになっている。
【０００６】
台座１０３は、表面が平坦に形成されており、その部分に基板１１０を配置すると、基板１１０とシャワープレート１０５とは互いに近接して平行に位置するようになっている。台座１０３上に基板１１０を配置した状態で、ガス噴出口１０６からガスを噴出させると、そのガスは基板１１０の表面に吹き付けられる。
【０００７】
電極１０４とシャワープレート１０５とは、ともに導電材で構成されており、電極１０４は真空槽１０２の外部に設けられた高周波電源１０９に接続されている。
【０００８】
上記構成の成膜装置１０１を用いて基板１１０の表面に薄膜を成膜するには、まず、図示しない排気系で真空槽１０２内を真空排気し、真空状態を維持した状態で基板１１０を真空槽１０２内に搬入し、台座１０３上に載置する。その後、ガス導入管１０７から原料ガスを導入して、ガス噴出口１０６から真空槽１０２内に原料ガスを噴出させる。
【０００９】
電極１０４は絶縁ブロック１８１を介して真空槽１０２と絶縁されており、真空槽１０２を接地電位に接続した状態で、高周波電源１０９を起動して電極１０４に高周波電圧を印加すると、シャワープレート１０５と台座１０３の間に高周波電圧が印加されて放電が生じ、電極１０４と基板１１０の表面との間にプラズマが発生する。こうして発生したプラズマ内で原料ガスが分解され、基板１１０の表面で気相成長反応が起こることにより、基板１１０の表面に薄膜が成膜される。
【００１０】
上述の支柱１２５は、真空槽１０２外部に設けられた図示しない昇降機構により上下し、台座１０３を昇降させてシャワープレート１０５と基板１１０の表面との間隔を調整できるようにされている。従って、上述の台座１０３は、支柱１２５のインピーダンス１２６と、昇降機構のインピーダンス１２７を介して真空槽１０２と電気的に接続され、接地された真空槽１０２と同電位になるので、台座１０３とシャワープレート１０５との間に放電が生じる。
【００１１】
上述の成膜装置１０１において、１３．５６ＭＨｚ程度の周波数の高周波電圧を電極１０４に印加した場合には、支柱１２５のインピーダンス１２６は無視できる程度の大きさであるため、台座１０３と真空槽１０２とは実際に同電位であり、何ら問題なかった。
【００１２】
しかしながら、近年、さらに膜質の良い薄膜、例えば、膜応力の再現性が良く、高い均一性を有する膜を成膜するため、高周波電圧の周波数を更に高めることが望まれてきており、最近では２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電圧が用いられ始めている。
【００１３】
このように高い周波数(２７．１２ＭＨｚ)の高周波電力を電極１０４に供給すると、図６にの符号１２６に示す支柱１２５内部のインピーダンスが高くなり、無視できない程度の大きさになる。このインピーダンス１２６と、昇降機構内部のインピーダンス１２７とを介して台座１０３と真空槽１０２とが電気的に接続されることにより、本来同電位であるべき台座１０３と真空槽１０２との間に電位差が生じてしまう。この電位差により、プラズマ１７０が台座１０３の側部及び下部まで回り込んでしまい、不安定になってしまうという問題が生じる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、高周波電力によってプラズマが台座の側面や裏面に回り込むことにより、プラズマが不安定になることを防止する技術を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、真空排気可能であって、接地可能に構成された真空槽と、前記真空槽内に配置され、高周波電圧が印加できるように構成された電極と、前記電極と対向配置され、処理対象物が載置できるように構成された導電性の台座を有する真空処理装置であって、一端が前記台座に固定され、他端が前記真空槽の壁面に固定された、複数のニッケル系合金からなる金属板が、表面に形成されたアルミナ層を介して積層されて構成された板状の導電部材を有し、前記導電部材によって、前記台座と前記真空槽とが電気的に接続され、前記導電部材は、一枚の前記金属板を用いた場合に比べて積層した枚数倍の表面積によって、インピーダンスが低下された真空処理装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の真空処理装置であって、前記導電部材は、可撓性を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の真空処理装置によれば、一端が台座裏面に固定され、他端が真空槽の内部壁面に固定された導電部材を有しているので、台座と真空槽とは導電部材を介して電気的に接続される。
【００１７】
台座が導電性を有する取付部材によって真空槽に取り付けられ、取付部材によって真空槽と同電位になるようにされたものとしたときに、高周波電力の周波数が高くなった場合でも、台座と真空槽とは導電部材を介して直接接続されるため、台座と真空槽との間に電位差は生じない。従って、プラズマが台座の側面や裏面に回り込んで不安定にならないようにすることができる。
【００１８】
なお、本発明において、導電部材を板状に形成してもよい。板状に形成することで、導電部材の表面積が大きくなり、高周波電力が電極に供給されても、導電部材は表皮効果により低インピーダンスになるので、台座と真空槽との間をほぼ同電位に保つことができる。
【００１９】
また、本発明において、可撓性を有する導電部材を用いても良い。導電部材が可撓性を有しない場合には、台座が昇降可能な場合に、導電部材が両端から応力を受けて変形して破壊したり、導電部材の端部が台座又は真空槽から外れてしまい、台座と真空槽とを電気的に接続できないことがあるが、可撓性を有する導電部材を用いることにより、台座が上昇したときには導電部材が伸び、下降したときには曲がることで、破壊したり外れたりしないようにすることができる。従って、台座が昇降する場合でも、台座と真空槽とを確実に接続することができる。
【００２０】
さらに、本発明において、導電部材が、絶縁体を介して積層された複数の金属板で構成されるものとしてもよい。このように構成することにより、導電体の表面積が大きくなるので、表皮効果がより顕著になり、表面抵抗が下がり、導電部材全体のインピーダンスがさらに低くなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下で図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図５の符号１に、プラズマＣＶＤ法を実施する本実施形態の成膜装置を示す。
【００２２】
この成膜装置１は、真空槽２を有している。真空槽２の下部には、真空槽２の底面を挿通して支柱２５が配置されており、支柱２５の先端には、板状の台座３の底部が取り付けられている。真空槽２の上部には、絶縁ブロック８１を介して電極４が気密に取り付けられている。
【００２３】
電極４は有底容器状に形成され、容器開口部には容器内部を蓋するようにシャワープレート５が取り付けられており、シャワープレート５と電極４との間に空間２４が形成されている。
【００２４】
電極４にはガス導入管７が接続されており、ガス導入管７を介して不図示のガスボンベ内部のガスを空間２４内に導入することができるように構成されている。シャワープレート５には多数のガス噴出口６が設けられており、導入されたガスはガス噴出口６から真空槽２内に噴出されるようになっている。
【００２５】
台座３は、表面が平坦に形成されており、その部分に、処理対象物の一例である基板１０を配置すると、基板１０とシャワープレート５とは互いに近接して平行に位置するようになっている。台座３上に基板１０を配置した状態で、ガス噴出口６からガスを噴出させると、そのガスは基板１０の表面に吹き付けられる。
【００２６】
台座３の裏面と、真空槽２の底面との間には、導電板３０が複数配置されている。この導電板３０は本発明の導電部材の一例であって、一端が台座３の裏面にねじ止めで固定され、他端が真空槽２の内部底面にねじ止めで固定されている。台座３の平面図(図１(ｂ))には、４枚の導電板３０₁〜３０₄が矩形の台座３の各辺ごとに１枚ずつ取り付けられている状態を示している。
【００２７】
上述した支柱２５は、不図示の昇降機構により上下動され、台座３を上下方向に移動させ、所定位置に静止させることができるように構成されている。
導電板３０₁〜３０₄は可撓性を有しており、図２(ａ)に示すように台座３が下降した場合には導電板３０₁〜３０₄が曲がり、図２(ｂ)に示すように台座３が上昇した場合には導電板３０₁〜３０₄が伸びるので、台座３が昇降しても導電板３０₁〜３０₄が破壊したり、導電板３０₁〜３０₄の端部が台座３の裏面や真空槽２の底面から外れることはない。
電極４とシャワープレート５とは、ともに導電材で成り、電極４は真空槽２の外部に設けられた高周波電源９に接続されている。
【００２８】
上述の構成の成膜装置１は、台座３を昇降させて台座３とシャワープレート５との間隔を調整することで、様々な条件のプロセスに対応できるようにされている。かかる成膜装置１を用いて、ＴＥＯＳ／Ｏ₂系プラズマＣＶＤ法でガラス基板の表面にSiO₂膜を成膜するには、プロセス開始前に、予め不図示の昇降機構で台座３を昇降させて静止させ、台座３とシャワープレート５との間を、ＴＥＯＳ／Ｏ₂系プラズマＣＶＤ法に対応した間隔にしておき、不図示の排気系で真空槽２内を真空排気しておく。
【００２９】
次に、真空状態を維持した状態で、予め所定温度まで昇温された未処理の基板１０を不図示の搬送系で真空槽２内へと搬送し、台座３上に載置させたのちに、不図示の導入系から、ＴＥＯＳガスとＯ₂ガスの混合ガスを導入し、真空槽２内の圧力が１００Ｐａになるようにする。
【００３０】
真空槽２は接地電位に接続され、導電板３０₁〜３０₄を介して台座３と電気的に直接接続されている。電極４は絶縁ブロック８１を介して真空槽２と絶縁されており、高周波電源９を起動して電極４に高周波電圧を印加すると、シャワープレート５と台座３との間に高周波電圧が印加されて放電が生じ、放電により真空槽２内にプラズマが生じる。
【００３１】
従来の成膜装置１０１では、上述したように台座１０３と真空槽１０２との電気的接続は、支柱１２５及び昇降機構(図示せず)が介在していたため、２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電力を電極１０４に供給すると、支柱１２５内部のインピーダンス１２６が無視できない程度に高くなり、台座１０３と真空槽１０２との間に電位差が生じていた。
【００３２】
しかしながら本実施形態の成膜装置１では、台座３と真空槽２との電気的接続は、導電板３０₁〜３０₄によって直接なされている。導電板３０₁〜３０₄のインピーダンスは、表皮効果により高周波電圧に対しても極めて低く、無視できる程度である。このように低インピーダンスの導電板３０₁〜３０₄を介して台座３と真空槽２とが電気的に接続されることにより、２７．１２ＭＨｚ以上の高周波電圧が印加された場合であっても、台座３と真空槽２とはほぼ同電位になる。
【００３３】
従って、図３に示すように、放電で生じるプラズマ７０は台座３の下部に回り込まずに、台座３と電極４との間にのみ生じ、安定になる。
かかる安定なプラズマ７０により原料ガスが分解され、基板１０の表面で気相成長して、基板１０の表面にSiO₂膜が成膜される。所定膜厚のSiO₂膜が成膜されたら、高周波電力の供給と原料ガスの導入を停止し、不図示の搬送系で基板１０を真空槽２外へと搬出する。
【００３４】
なお、上述した各導電板３０₁〜３０₄は、図４(ａ)にその断面図を示すように、短冊状の金属板４０が複数貼り合わされるか、またはコーティングされることで構成されている。図４(ａ)には５枚の金属板４０₁〜４０₅が貼り合わされ、またはコーティングされた状態を示している。
【００３５】
各金属板４０₁〜４０₅は、図４(ｂ)に示すように、クロム１６％,鉄７％を含むニッケル系合金(商標名インコネル)からなる板５１の表面に、アルミ層５２が被覆された後に陽極酸化され、アルミ５２の表面にアルミナ層５３が形成されることで成る。ここでは長さが３００〜４００mm、幅が５０mm、厚みが０．１mmの金属板４０₁〜４０₅を用いている。
【００３６】
板５１は耐食性の高いニッケル性合金で構成されており、更にその保護膜として、より耐食性の高いアルミナ層５３が形成されているため、金属板４０₁〜４０₅は腐食しにくい。導電板３０₁〜３０₄は、このように腐食しにくい金属板４０₁〜４０₅で構成されているため、長期間の使用に耐えうる。
【００３７】
また、各金属板４０₁〜４０₅の表面には、絶縁体であるアルミナ層５３が形成されているので、互いに隣接する金属板４０₁〜４０₅の板５１及びアルミ層５２は、アルミナ層５３により互いに絶縁される。従って、複数枚の金属板４０₁〜４０₅を積層した場合には、導電部材として１枚の導電板を用いた場合に比して、導電体である板５１及びアルミ層５２の表面積は、積層した枚数倍になる。ここでは５枚の導電板３０₁〜３０₄を用いているので、表面積は５倍になる。このように、導電体である板５１及びアルミ層５２の表面積が大きくなることにより、表皮効果がより顕著になり、表面抵抗が下がり、インピーダンスがさらに低くなる。
【００３８】
また、本実施形態では、プラズマＣＶＤ法を実施する成膜装置について説明したが、本発明の真空処理装置はこれに限られるものではなく、真空雰囲気中で電極に高周波電圧を印加する構成の処理装置であればよい。
【００３９】
さらに、導電板３０₁〜３０₄を構成する板５１としてニッケル系合金を用いたが、本発明の導電部材の材料はこれに限らず、耐食性が高く可撓性を有する材料であればよい。
【００４０】
また、５枚の金属板４０₁〜４０₅を積層して導電板３０₁〜３０₄を構成しているが、５枚の金属板に限られるものではない。
【００４１】
【発明の効果】
プラズマの回り込みを防止し、プラズマを安定に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】(ａ)：本発明の一実施形態の真空処理装置を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の台座及び導電板の配置を説明する平面図
【図２】(ａ)：本発明の真空処理装置の台座が下降した状態を説明する断面図
(ｂ)：本発明の真空処理装置の台座が上昇した状態を説明する断面図
【図３】本発明の一実施形態の真空処理装置におけるプラズマ分布を示す断面図
【図４】(ａ)：本発明の一実施形態の導電板を説明する断面図
(ｂ)：本発明の一実施形態の導電板を構成する金属板を説明する断面図
【図５】従来の真空処理装置を説明する断面図
【図６】従来の真空処理装置におけるプラズマ分布を説明する断面図
【符号の説明】
１……成膜装置(真空処理装置) ２……真空槽３……台座４……電極９……高周波電源１０……基板(処理対象物) ３０₁〜３０₄……導電板(導電部材)

Claims

真空排気可能であって、接地可能に構成された真空槽と、
前記真空槽内に配置され、高周波電圧が印加できるように構成された電極と、
前記電極と対向配置され、処理対象物が載置できるように構成された導電性の台座を有する真空処理装置であって、
一端が前記台座に固定され、他端が前記真空槽の壁面に固定された、複数のニッケル系合金からなる金属板が、表面に形成されたアルミナ層を介して積層されて構成された板状の導電部材を有し、
前記導電部材によって、前記台座と前記真空槽とが電気的に接続され、
前記導電部材は、一枚の前記金属板を用いた場合に比べて積層した枚数倍の表面積によって、インピーダンスが低下された真空処理装置。
前記導電部材は、可撓性を有することを特徴とする請求項１記載の真空処理装置。