JP4558755B2 - プラズマcvd装置 - Google Patents
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陰極と、
処理対象の基板が載置される基板載置面を有し、前記基板載置面に前記基板が収納できる凹部が形成され、表面がグラファイトで形成されている陽極と、
前記陽極の一部が前記基板の周囲で露出した状態で前記陽極と前記陰極との間にプラズマを発生させて前記基板に炭素膜を成膜する所定の処理を行うプラズマ発生手段と、
を備えることを特徴とする。
前記ステージを冷却することにより、前記陽極を冷却して前記基板温度を下げる冷却手段をさらに備えてもよい。
また、前記プラズマ発生手段が行う所定の処理は、炭化水素を反応ガスとしてプラズマ化して前記基板に前記炭素膜の成膜を行うことであってもよい。
図1は、本発明の実施形態に係るプラズマCVD装置の概要を示す構成図である。
陽極12の外周面は、石英ガラス等の絶縁体で構成されたリング14で囲まれている。ステージ11、陽極12及びリング14は、軸11xを中心にして回転するように設定されている。
ステージ11の空間11bには、柱状の冷却部材13が配置されている。冷却部材13は基板1を必要に応じて冷却するために設けられたものであり、銅等の熱伝導率の高い金属で形成されている。冷却部材13は、図示しない移動機構により、矢印の通り上下に移動する構成になっている。
このように、冷却部材13には、冷却媒体によってステージ11を冷却する機構ばかりでなく、通気口13eから冷却ガスをステージ11に吹き付けてステージ11を冷却する機構を備えている。そのため、陽極12及び基板1を冷却する場合に、対向面13aをステージ11の裏面11cに部分的または全体的に当接する方法や、対向面13aを裏面11cに近づけて冷却ガスをステージ11に吹き付けてステージ11を冷却する方法や、その両方のいずれかを選択することができる。
基板1に成膜を行うと、基板1、陽極12及び陰極20は、陽極12と陰極20との間に発生するプラズマにさらされることによって加熱される。基板1に与えられたエネルギーの一部は、熱輻射によってもチャンバー10に伝えられるものの、その大部分は、基板1から陽極12及びステージ11、加えてステージ11を介して冷却部材12へと伝えられ、与えられる伝熱量と拡散する伝熱量がつり合うことで、基板1の温度は一定に保たれる。
モリブデン電極の表面の算術平均粗さRaは、1.5μmであり、バルクの移動による熱伝導率λは、132W・m−1・K−1であった。陽極12としたグラファイトの表面の算術平均粗さRaは5μmで、バルクの熱伝導率λは、120W・m−1・K−1であった。
基板1の温度の計測には分光放射輝度計26を用い、基板1からの赤外輻射強度を分光測定し、灰色体近似を適用して基板1の温度、ならびに放射率を評価した。
図2に示すように、どちらの電極においても、成膜開始30分以内に、基板1の温度が最高点に達し、その後、電流密度一定の状態で基板1の温度が下降傾向を示している。このような基板1の温度が下降傾向をもつ理由は、基板1にグラフェンシートの集合体であるカーボンナノウォールが堆積していくことで、基板1の上面の放射率が上昇し、基板1の表面からチャンバー内への輻射による伝熱量が増大していくためである。さらにカーボンナノウォールが基板1上に成膜されることによって基板1の放射率が定値に達してのちは、基板1の温度は安定している。この様な現象は、基板1の温度が900℃を超えるようなCVDによる成膜に際しては、基板1の温度に対して、周辺の放射率が大きく影響を与えることを示している。
この成膜の際には、陽極12と陰極20との間に流れる電流密度は0.15A/cm2と一定となるように制御されており、印加電圧はガスの状態によって自動的に変動する。実際には電極間のガスの密度が低いほど、印加電圧は減少する傾向をもつ。基板1の温度の高いモリブデン電極の場合のほうが、基板1や電極によって周囲のガス温度が高くなり、その分、密度を減少させることになるため、基板1の温度の低いグラファイト電極に対して同じ電流密度を流すための電圧は小さくなる。このため、モリブデン電極の場合に印加される電力のほうがグラファイト電極の場合に比べて常に小さくなるが、その変化量は印加電力に対して1.5%以下である。
図4(a),(b)は、それぞれ成膜後のモリブデン電極、グラファイト電極の状態を示す写真である。
これに対し、グラファイト電極では、図4(b)のように、ほとんど堆積物が存在しなかったため、表面粗さのばらつきがなく、より安定した温度制御が可能となった。
モリブデン電極の炭化皮膜とモリブデン電極の裏面間の抵抗は、3MΩ以上であり、陽極と陰極との間の印加電圧自体のばらつきも発生したが、グラファイト電極の表面(基板を載せられた部分とそうでない部分によらず)と裏面間の抵抗は、成膜前の状態と変化がなく、陽極の表面での陰極との間の印加電圧は面内均等にすることができた。
図5に示すように、熱輻射を増大するために、陽極12の熱輻射面を広くするように基板載置面12aに基板1が収納できる凹部を形成してもよい。
この場合、陽極12での温度が均等になるように陽極12の厚さを等しくするため、陽極12の裏側が陽極12の凹部の深さにあうように突出した凸部となっていることが好ましく、陽極12の凸部に合わせてステージ11の電極載置面11aに凹部が形成され、ステージ11での温度が均等になるようにステージ11の厚さを等しくするため、ステージ11の裏側が、電極載置面11aに凹部の深さにあうように突出した凸部となっていることが好ましい。そして、ステージ11の裏側に嵌合するように対向面13aに凹部が形成されることが好ましい。
この場合、陽極12での温度が均等になるように陽極12の厚さを等しくするため、陽極12の裏側が陽極12の凹部の深さにあうように突出した凸部となっていることが好ましく、陽極12の凸部に合わせてステージ11の電極載置面11aに凹部が形成され、ステージ11での温度が均等になるようにステージ11の厚さを等しくするため、ステージ11の裏側が、電極載置面11aに凹部の深さにあうように突出した凸部となっていることが好ましい。そして、ステージ11の裏側に嵌合するように対向面13aに凹部が形成されることが好ましい。
Claims (4)
- 陰極と、
処理対象の基板が載置される基板載置面を有し、前記基板載置面に前記基板が収納できる凹部が形成され、表面がグラファイトで形成されている陽極と、
前記陽極の一部が前記基板の周囲で露出した状態で前記陽極と前記陰極との間にプラズマを発生させて前記基板に炭素膜を成膜する所定の処理を行うプラズマ発生手段と、
を備えることを特徴とするプラズマCVD装置。 - 前記陽極を支持するステージを備え、
前記ステージを冷却することにより、前記陽極を冷却して前記基板温度を下げる冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。 - 前記冷却手段は、前記基板に成膜が行われているときに該基板の冷却を開始することを特徴とする請求項2に記載のプラズマCVD装置。
- 前記プラズマ発生手段が行う前記所定の処理は、炭化水素を反応ガスとしてプラズマ化して前記基板に前記炭素膜の成膜を行うことであることを特徴とする請求項1に記載のプラズマCVD装置。
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