JP4854283B2 - プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置 - Google Patents

プラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置 Download PDF

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３次元形状を有する基板上に、プラズマを用いて均一に成膜をするプラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置に関する。
従来のプラズマ成膜方法を説明する。
まず、第一の従来例を図３（ａ）により説明する（特許文献１参照）。本従来例では、まず真空容器内のホルダー９に基材８を設置し、真空容器を一定圧力以下の真空度まで真空排気する。次に、原料ガスとしてメタンを前記真空容器内に導入した後、一対の電磁コイル１６、１６に所定の電流を流すことによりマイクロ波を吸収可能な磁場を形成する。この状態で、マイクロ波をマイクロ波電源１５から導波管１４を介して真空容器内に導入することによりプラズマ１２を発生させる。プラズマ１２の発生と同時に、負電圧の直流電圧と同じく負電圧のパルス電圧をバイアス電源１１から高周波絶縁スルー１０を通して基材８にそれぞれ印可し、該基材８に硬質炭素膜を成膜することができる。本従来例によれば、基材８が３次元形状若しくは複雑な形状であっても成膜することが可能となる。
次に、第二の従来例を図３（ｂ）により説明する（特許文献２参照）。本従来例では、まず、真空容器１８内の基板ホルダー１９に、板状の表面が磁化されている希土類系永久磁石２０と酸化マグネシュウムあるいはシリコンウェハーなどの非磁性体基板２１を固定する。さらに、スパッタターゲット２２にポリクロロトリフロロエチレンを高周波電極２４に固定する。次に、油回転ポンプ２８を作動させた後、粗引きバルブ３２を開き、油拡散ポンプ２７を作動させてメインバルブ３１を開き排気を行う。これと並行して排気効果を高めるためヒーター３０を作動させて容器１８全体を加熱する。容器内の真空度が上昇するとバルブ３４を開けてガスボンベ２９よりヘリウムガスを導入し、ガス圧を設定する。ここで高周波電源２６により高周波電極２４に高周波電圧を印加し、プラズマが安定的に発生するように真空容器１８内の圧力を調節する。マッチングボックス２５内のコンデンサーにより反射高周波電力を最小にするよう設定し、メインバルブ３１で圧力を再び調整し直し、安定なプラズマ状態を得るようにする。さらに、ターゲット２２の表面汚染物を取り除くためにスパッタエッチングを１０分程度行った後、シャッター２３を開き、基板２１上での膜形成を行う。
以上の操作により発生した高周波プラズマは基板上で垂直方向に印加された磁場の効果により基板中央部付近に絞り込まれる。すなわち、本従来例のプラズマ成膜方法は、基板裏面に永久磁石を装着して基板表面と垂直方向の磁界を形成し、その磁界によってプラズマを集束し、形成すべき膜を構成する原子、分子、又はイオンを集束されたプラズマによって基板表面上に輸送し、重合することを特徴とする。その結果、反応プラズマ粒子を基板の表面上に導いて基板表面を改質することが可能となる。
特開２００３−３２６２号公報 特開平０３−０６８７７２号公報
しかし、上記した従来例のプラズマ成膜方法では次のような問題があった。
すなわち、第一の従来例のプラズマ成膜方法では、三次元形状若しくは複雑な形状の物の表面に成膜することが可能であるが、成膜される物に負電圧を印加する必要があるため、絶縁性の物には効果が無い。また、プラズマ自体の形状は変化しないため膜厚の均一性は得られない。
さらに、第二の従来例のプラズマ成膜方法では、永久磁石を使用するため鉄などの材料に比べコスト高となってしまっていた。
本発明は、以上の点に着目して成されたもので成膜均一性が良く、かつ基板ホルダーが安価ですむプラズマ成膜方法及びプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。
本発明は、上述の目的を達成するため以下の（１）及び（２）の構成を備えるものである。
（１）成膜チャンバーの両端にプラズマ収束コイルを設置し、前記プラズマ収束コイルの一端側にプラズマ源を設置し、前記両プラズマ収束コイルによりプラズマを保持及び収束する磁場を発生させると共に、成膜される平板でない３次元形状の基板の裏側に、該基板に沿わせた形状を有しかつ材質が強磁性体である基板ホルダーを設置することにより、プラズマを該基板に沿うように近づけることを特徴とするプラズマ成膜方法。
（２）成膜チャンバーの両端にプラズマ収束コイルを設置し、前記プラズマ収束コイルの一端側にプラズマ源を設置し、前記両プラズマ収束コイルによりプラズマを保持及び収束する磁場を発生させると共に、成膜される平板でない３次元形状の基板の裏側に、該基板に沿わせた形状を有しかつ材質が強磁性体である基板ホルダーを設置することにより、プラズマを該基板に沿うように近づけるように配置することを特徴とするプラズマ成膜装置。
本発明を実施することにより、基板表面上でプラズマ密度が均一化されるため成膜均一性の良い成膜が可能となる。さらに、電気的絶縁性の基板も成膜が可能であり、基板ホルダーの材料として安価な鉄を使用することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。
図１は本実施例を説明するためのプラズマ成膜装置の図である。
まず、平板でない湾曲した基板３の形状に沿う、材質が強磁性体、例えば鉄である基板ホルダー２を用意し、これに基板３を固定し、その後、成膜チャンバーを真空ポンプで十分に排気する。
プラズマ４を成膜チャンバーに導入する。プラズマは不活性ガスを電離することで得る。図１では、プラズマ４を別のチャンバー内で生成して成膜チャンバーに導いているが、プラズマ生成を成膜チャンバー内で行っても良い。
この時、成膜チャンバーの左右に設置したプラズマ集束コイル１による磁場は、プラズマ４を収束、及び保持する目的で印加される。また、この磁場は強磁性体、例えば鉄でできている基板ホルダー２も磁化する。その結果、プラズマはプラズマ集束コイル１による磁場及び基板ホルダー２が磁化されることによってできる磁場との合成磁場の影響を受ける。つまり、プラズマ４は基板３に沿うように近づくこととなる。
次に、上記プラズマを通過するように材料ガス７又は蒸着材料６の蒸気を基板３に向かって照射し、基板上に膜を得る。最後に、チャンバーを大気圧までベントし、基板３を取出す。
図２に、本実施例のプラズマ成膜方法を実際に実施した場合の効果を示す。具体的には、図２は、長さ１０ｃｍ、幅５ｃｍのポリカーボネート製の平板を長さ方向に曲率半径５ｃｍで湾曲させ、基板として用いたときの、成膜均一性を見たものである。
白丸が基板ホルダーに非磁性のものを用いた場合、黒丸が強磁性体を用いた場合である。図２より、非磁性基板ホルダーを使用した場合、膜圧の分布は中央の最もプラズマに近接している場所を１００とすると、中央から５ｃｍ離れた両端で６０であった。強磁性体基板ホルダーを使用した場合、両端で８５であった。また、成膜速度が２０％程度向上した。この結果より、本発明により、良好なプラズマ成膜が実現できていることが分かる。
本発明に係るプラズマ成膜方法を実施するためのプラズマ成膜装置を示す図である。 本発明に係るプラズマ成膜方法による成膜の均一性を示す図である。 従来例に係るプラズマ成膜方法を実施するためのプラズマ成膜装置を示す図である。
符号の説明
１ プラズマ収束コイル
２ 基板ホルダー
３ 基板
４ プラズマ
５ プラズマ源
６ 蒸着材料
７ 材料ガス
８ 基材
９ ホルダー
１０ 高周波絶縁スルー
１１ バイアス電源
１２ プラズマ
１３ ガス導入管
１４ 導波管
１５ マイクロ波電源
１６ 電磁コイル
１８ 真空容器
１９ 基板ホルダー
２０ 永久磁石
２１ 基板
２２ ターゲット
２３ シャッター
２４ 高周波電極
２５ マッチングボックス
２６ 高周波電源
２７ 油拡散ポンプ
２８ 油回転ポンプ
２９ ガスボンベ
３０ ヒーター
３１ メインバルブ
３２ 粗引きバルブ
３３ 油拡散ポンプ用吸引バルブ
３４ ガス導入用可変バルブ

Claims (2)

  1. 成膜チャンバーの両端にプラズマ収束コイルを設置し、前記プラズマ収束コイルの一端側にプラズマ源を設置し、前記両プラズマ収束コイルによりプラズマを保持及び収束する磁場を発生させると共に、成膜される平板でない３次元形状の基板の裏側に、該基板に沿わせた形状を有しかつ材質が強磁性体である基板ホルダーを設置することにより、プラズマを該基板に沿うように近づけることを特徴とするプラズマ成膜方法。
  2. 成膜チャンバーの両端にプラズマ収束コイルを設置し、前記プラズマ収束コイルの一端側にプラズマ源を設置し、前記両プラズマ収束コイルによりプラズマを保持及び収束する磁場を発生させると共に、成膜される平板でない３次元形状の基板の裏側に、該基板に沿わせた形状を有しかつ材質が強磁性体である基板ホルダーを設置することにより、プラズマを該基板に沿うように近づけるように配置することを特徴とするプラズマ成膜装置。
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