JP4683418B2

JP4683418B2 - プラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JP4683418B2
Application number: JP2005180446A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　誠; 智岡田; 史新野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-21
Filing date: 2005-06-21
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-06-21
Also published as: JP2007002272A

Description

本発明は、真空容器の内部に陽極を配置し、真空容器の外部に陰極を配置したタイプのプラズマＣＶＤ装置に関し、特には、基板に絶縁膜を蒸着する場合に真空容器内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうのを抑制することができるプラズマＣＶＤ装置に関する。

図２は従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。図２に示すように、従来のプラズマＣＶＤ装置による成膜方法では、まず最初に、成膜チャンバー（真空容器）７内に基板６が配置される。次いで、成膜チャンバー（真空容器）７およびプラズマチャンバー１の内部が真空になるまで排気装置９によって十分に排気される。次いで、例えばアルゴン、ヘリウムなどの放電ガス４が陰極２の大気側から導入される。次いで、電源１０によって陰極２と陽極５との間に電圧が印加され、グロー放電によるプラズマ１１が発生せしめられる。この時、第１および第２の中間電極３によってプラズマ１１がガイドされ、プラズマ１１に電位勾配が与えられる。また、電磁石１２によってプラズマ１１がガイドされる。それにより、陰極２から陽極５にプラズマ１１がスムーズに導かれる。３〜５分程グロー放電が続けられると、加熱された陰極２が熱電子を放出するようになる。こうなると、グロー放電は電離度を上げ、高密度放電すなわちアーク放電になる。次いで、大気側から配管８を介して成膜チャンバー（真空容器）７内に導入された材料ガスがアーク放電に曝され、それにより、基板６の表面に薄膜が形成される。成膜が終了すると、成膜チャンバー（真空容器）７およびプラズマチャンバー１の内部の圧力が大気圧に等しくなるまで増加せしめられ、表面に薄膜が形成された基板６が成膜チャンバー（真空容器）７から取り出される。

図２に示したように、真空容器（成膜チャンバー）７の内部に陽極５が配置され、真空容器（成膜チャンバー）７の外部に陰極２が配置されたタイプのプラズマＣＶＤ装置の例としては、例えば非特許文献１（浦本上進（名古屋大プラズマ研究所），「プラズマ物理の高温化学への応用」，溶融塩，１９８８年５月，第３１巻，第２号別刷，ｐ．１４７−１５７）のＦｉｇ．２、特許文献１（特開２００２−１７７７６５号公報）の図４などに記載されたものがある。

特開２００２−１７７７６５号公報

浦本上進（名古屋大プラズマ研究所），「プラズマ物理の高温化学への応用」，溶融塩，１９８８年５月，第３１巻，第２号別刷，ｐ．１４７−１５７

ところが、非特許文献１のＦｉｇ．２、特許文献１の図４などに記載されたようなプラズマＣＶＤ装置には、例えば大気側から配管を介して成膜チャンバー（真空容器）内に導入された材料ガスが蒸発せしめられ、それにより、基板の表面に絶縁膜が形成される場合に、真空容器（成膜チャンバー）内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極の表面に堆積するのを抑制するための手段が設けられていない。そのため、非特許文献１のＦｉｇ．２、特許文献１の図４などに記載されたようなプラズマＣＶＤ装置では、基板の表面に絶縁膜が形成される場合に、真空容器（成膜チャンバー）内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうおそれがある。仮に、絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうと、陽極が高抵抗化してしまい、放電が不安定になってしまうおそれがある。

前記問題点に鑑み、本発明は、基板に絶縁膜を蒸着する場合に真空容器内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうのを抑制することができるプラズマＣＶＤ装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によれば、真空容器の内部に陽極を配置し、前記真空容器の外部に陰極を配置したプラズマＣＶＤ装置において、
炭素によって形成された構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、プラズマの電子電流の直径以下の大きさの前記構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置が提供される。

請求項３に記載の発明によれば、直径が５ｍｍであって長さが３０ｍｍの円柱状の前記構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置が提供される。

請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置では、高融点物質から成る熱容量の小さい構造物が、真空容器の内部の陽極上に配置されている。換言すれば、プラズマによって加熱されることにより熱電子を放出する構造物が、真空容器の内部の陽極上に配置されている。詳細には、真空容器内で蒸発せしめられた絶縁膜が真空容器の内部の陽極の表面に堆積するのを抑制するための構造物が陽極上に配置されている。そのため、真空容器内に配置された基板に絶縁膜が蒸着される場合に真空容器内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうのを抑制することができる。

請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置では、真空容器の内部の陽極上に配置されている構造物が、炭素によって形成されている。

請求項２及び３に記載のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマの電子電流の直径以下の大きさの構造物が陽極上に配置されている。詳細には、直径が５ｍｍであって長さが３０ｍｍの円柱状の構造物が陽極上に配置されている。換言すれば、プラズマによって比較的短い時間内に十分に加熱され得る程度に比較的小さい構造物が陽極上に配置されている。そのため、比較的短い時間内にプラズマを安定させることができる。つまり、比較的短い時間内にプラズマを安定させつつ、絶縁膜が陽極の表面に堆積してしまうのを抑制することができる。

以下、本発明のプラズマＣＶＤ装置の第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。図１において、１はプラズマチャンバーを示しており、２は陰極を示しており、３はプラズマをガイドするための第１および第２の中間電極を示している。４は陰極２の大気側から導入される例えばアルゴン、ヘリウムなどの放電ガスを示しており、５は陽極を示しており、６は成膜が行われる基板を示しており、７は成膜チャンバー（真空容器）を示している。８は大気側から成膜チャンバー（真空容器）７内に材料ガスを導入するための配管を示しており、９は成膜チャンバー（真空容器）７内を真空にするための排気装置を示している。１０は陰極２と陽極５との間に電圧を印加するための電源を示しており、１１はグロー放電によるプラズマを示しており、１２はプラズマ１１をガイドするための電磁石を示している。

図１に示すように、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、図２に示した従来のプラズマＣＶＤ装置とは異なり、成膜チャンバー（真空容器）７内で蒸発せしめられた絶縁膜が陽極５の表面に堆積するのを抑制するための構造物５’が陽極５上に配置されている。第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、この構造物５’の大きさが、プラズマ１１の電子電流の直径以下に設定されている。詳細には、圧力が３×１０^−４Ｔｏｒｒ（４×１０^−２Ｐａ）に設定され、磁場強度が１キロガウス程度に設定されている第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、構造物５’の大きさが約３ｃｍ以下に設定されている。更に詳細には、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、直径が約５ｍｍであって長さが約３０ｍｍの円柱状に構造物５’が形成されている。

また、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、構造物５’が炭素によって形成されているが、本発明に関連する発明のプラズマＣＶＤ装置では、代わりに、例えばタングステン、モリブデン、タンタルなどによって構造物５’を形成することも可能である。

詳細には、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、構造物５’が、高融点物質から成る熱容量の小さい構造物として形成され、プラズマ１１によって加熱されることにより熱電子を放出するように形成されている。

第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置による成膜方法では、まず最初に、成膜チャンバー（真空容器）７内に基板６が配置される。次いで、成膜チャンバー（真空容器）７およびプラズマチャンバー１の内部が真空になるまで十分に排気される。次いで、例えばアルゴン、ヘリウムなどの放電ガス４が陰極２の大気側から導入される。次いで、電源１０によって陰極２と陽極５との間に電圧が印加され、グロー放電によるプラズマ１１が発生せしめられる。この時、第１および第２の中間電極３によってプラズマ１１に電位勾配が与えられ、電磁石１２によってプラズマ１１がガイドされ、それにより、陰極２から陽極５にプラズマ１１がスムーズに導かれる。

３〜５分程グロー放電が続けられると、加熱された陰極２が熱電子を放出するようになる。こうなると、グロー放電は電離度を上げ、高密度放電すなわちアーク放電になる。一方、成膜チャンバー（真空容器）７内の陽極５上に配置された構造物５’も、プラズマ１１によって加熱され、熱電子を放出するようになる。

次いで、大気側から配管８を介して成膜チャンバー（真空容器）７内に導入された材料ガスがアーク放電に曝され、それにより、基板６の表面に薄膜が形成される。一方、陽極５上に配置された構造物５’によって、陽極５の表面に薄膜が形成されてしまうことは抑制されている。

成膜が終了すると、成膜チャンバー（真空容器）７およびプラズマチャンバー１の内部の圧力が大気圧に等しくなるまで増加せしめられ、表面に薄膜が形成された基板６が成膜チャンバー（真空容器）７から取り出される。

上述したように、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、成膜チャンバー（真空容器）７内で蒸発せしめられた例えば絶縁膜用の材料ガスが成膜チャンバー（真空容器）７の内部の陽極５の表面に堆積してしまうのを抑制するために、構造物５’が陽極５上に配置されている。そのため、成膜チャンバー（真空容器）７内に配置された基板６に例えば絶縁膜が蒸着される場合に、成膜チャンバー（真空容器）７内で蒸発せしめられた絶縁膜用の材料ガスが陽極５の表面に堆積してしまうのを抑制することができる。

また、第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置では、プラズマ１１によって比較的短い時間内に十分に加熱され得る程度に比較的小さい構造物５’が陽極５上に配置されている。そのため、比較的短い時間内にプラズマ１１を安定させることができる。つまり、比較的短い時間内にプラズマ１１を安定させつつ、絶縁膜が陽極５の表面に堆積してしまうのに伴って放電が不安定になってしまうのを抑制することができる。すなわち、基板６に絶縁膜が蒸着される場合にも、成膜チャンバー（真空容器）７内の陽極５の導電性を維持することができる。

第１の実施形態のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。従来のプラズマＣＶＤ装置の概略構成図である。

符号の説明

１プラズマチャンバー
２陰極
３中間電極
４放電ガス
５陽極
５’ 構造物
６基板
７成膜チャンバー（真空容器）
８配管
９排気装置
１０電源
１１電磁石

Claims

真空容器の内部に陽極を配置し、前記真空容器の外部に陰極を配置したプラズマＣＶＤ装置において、
炭素によって形成された構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とするプラズマＣＶＤ装置。
プラズマの電子電流の直径以下の大きさの前記構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ装置。
直径が５ｍｍであって長さが３０ｍｍの円柱状の前記構造物を前記陽極上に配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマＣＶＤ装置。