JP4875528B2 - 薄膜形成装置およびプラズマ発生方法 - Google Patents
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Description
高品質な薄膜を高速で製膜するためには、高圧下(例えば1kPa以上)において高周波数の電圧を電極に印加することが必要となり、さらに、電極と基板との距離を狭くすることが必要となる。
また、大面積の薄膜を形成する際には、電極上での定在波の影響を低減するために、位相変調方式が用いられる。位相変調方式は1つの電極に複数の給電点を設け、各給電点に給電する高周波の位相差を時間的に変化させるものである(例えば特許文献1参照)。
薄膜形成装置120は、基板110を支持および加熱する基板支持部材104と、基板支持部材104に対向して配置されたカソード部121およびアノード部122を主に有している。また、アノード部122はアースブロック123に設置され、カソード部121は絶縁材125を介してアースブロック123に設置されている。
図8(a)に示すように、カソード部121と基板支持部材104との距離が広い場合には、カソード部121とアノード部122との間にプラズマが生ずるためリターンパスは等しくなるが、プラズマと基板との距離が遠く、プラズマにより生成される製膜前駆体が基板に届きにくくなるため、製膜速度が遅くなるという問題があった。一方で、図8(b)に示すように、カソード部121と基板支持部材104との距離が狭い場合には、カソード部121と基板110との間で放電するため、十分な製膜速度が得られるが、リターンパスが長くなるという問題があった。
本発明に係る薄膜形成装置は、プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、前記基板の表面に対向して配置される少なくとも2つの電極と、前記電極と前記基板を介して反対側に配置され、各前記電極との間にプラズマを発生させるための基板支持部材と、各前記電極に接続され、各前記電極に高周波電圧を供給する少なくとも1つの高周波電源と、隣り合う前記電極に印加される電圧を逆位相として一対の電極とする少なくとも1つの位相調整手段と、を備え、全ての前記一対の電極間の距離が、両者間で放電が発生しない距離であり、かつ、いずれも略等しく設定され、前記基板支持部材の電位が、前記一対の電極の電位の間の電位とされていることを特徴とする。
また、上記構成によれば、基板支持部材を接地する必要がないため、基板支持部材に対する電気的接続が不要となる。これにより、移動物との電気的接触が不要となり、電気的な安定性を確保することができるため、薄膜を形成する際の再現性を向上させることが可能となる。
上記の薄膜形成装置において、前記位相変調手段が、前記電極上の定在波の節および腹の位置を変化させることとしてもよい。
上記の薄膜形成装置において、前記位相変調手段が、前記電極上の定在波の節および腹の位置を隣接する前記電極間で対応させることとしてもよい。
以下に、本発明に係る薄膜形成装置およびプラズマ発生方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図1において、本実施形態に係る薄膜形成装置1は、反応室12と、反応室12内に設けられたプラズマ発生装置5とを備えている。プラズマ発生装置5は、基板10の表面に対向して配置され、互いに所定の間隔をおいて配置される複数の電極3と、電極3と基板10を介して反対側に配置され、電極3との間の空間にプラズマを発生させるための基板支持部材11と、隣り合う前記電極3に印加される電圧を逆位相とする移相器(位相調整手段)4とを主な構成として備えている。
上記移相器4は、3つの電極3a,3b,3cのうち、中央に設けられた電極3bに接続され、電極3bに印加される電圧を、電極3bと隣り合う電極3aおよび電極3cに印加される電圧とは逆位相とする。
また、上記の電極間の距離は、長すぎても電子が気体分子と衝突しすぎてエネルギーを失ってしまい、電極まで到達することができないためにプラズマを維持することができなくなる。したがって、電極3a、電極3b、および電極3cの間隔をある閾値以上とすることによっても、隣り合う電極間での放電を防止することができる。
なお、隣り合う電極間に絶縁体を設けることによっても同様の効果が得られる。
まず反応室12を真空排気系(図示せず)によって排気しながら、ガス導入系(図示せず)により反応室12が一定のガス圧となるように反応ガスが導入される。さらに、電極3a、電極3b、および電極3cに高周波電源2によって高周波電圧が印加される。ここで、電極3bには、移相器4によって電極3aおよび電極3cに印加される電圧とは逆位相の電圧が印加される。その結果、基板支持部材11の電位は、電極3aおよび電極3cの電位と電極3bの電位との間となる。これにより、高周波電源2から電極3aおよび電極3cにプラスの電圧が供給されている期間においては、電極3bにはマイナスの電圧が供給されることとなる。その結果、電極3aおよび電極3cと基板支持部材11との間、基板支持部材11と電極3bとの間にプラズマが発生し、電極3aおよび電極3c、基板支持部材11、電極3bを通るリターンパスが形成される。また、高周波電源2から電極3aおよび電極3cにマイナスの電圧が供給されている期間においては、電極3bにはプラスの電圧が供給されることとなる。その結果、電極3bと基板支持部材11との間、基板支持部材11と電極3aおよび電極3cとの間にプラズマが発生し、電極3b、基板支持部材11、電極3aおよび電極3cを通るリターンパスが形成される。
そして、このようにして発生したプラズマにより、基板支持部材11によって所定の温度に加熱された基板10の表面上に膜が形成される。
この場合において、電極3a、電極3b、および電極3cは、等間隔で配置されているため、いずれの電極においても、上記のリターンパスは等しい長さとなる。したがって、リターンパスのインピーダンスを均一化することができ、薄膜を均一的に形成することが可能となる。
また、基板の大きさに応じて電極3の設置数を増減させることで、大面積の基板であっても均一な薄膜を形成することができる。
特に、直線的移動機構等を電極3に設け、反応室12外部から電極3の位置を調整可能とすれば、容易にプラズマ強度を調整することが可能となる。
次に、本発明の第2の実施形態について、図2を用いて説明する。
本実施形態の薄膜形成装置が第1の実施形態と異なる点は、基板が電極に対して相対的に移動する点である。以下、本実施形態の薄膜形成装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
上記電極23は、基板10の移動経路の下方に配置されており、上方を移動する基板の長さ方向(移動方向と一致)および幅方向(移動方向と直交する方向)に沿って2次元的に配置されている。また、電極23は、反応室12の外側に設けられた高周波電源2に接続されている。なお、図2では、説明の便宜上、2つの電極23a,23bのみを図示している。また、以降の説明において、全ての電極を示すときは単に符号「23」を付し、各電極を示すときは符号「23a」、「23b」を付すこととする。
電極23は隣接する電極間で放電が起きないように配置されている。また、電極23は、上記基板10の幅方向において、等間隔に配置されている。
反応ガスが導入された反応室12において、電極23aおよび電極23bに高周波電源2によって高周波電圧が印加される。ここで、電極23aには、移相器4によって電極23bに印加される電圧とは逆位相の電圧が印加される。その結果、基板支持部材21の電位は、電極23aの電位と電極23bの電位との間となり、これらの電位差によってプラズマ形成領域25にプラズマが生じる。このプラズマにより、基板支持部材21によって所定の温度に加熱されながら矢印26の方向に移動する基板10の表面上に膜が形成される。
また、本実施形態によれば、電極23に対して基板10を相対的に移動させるので、上述した第1の実施形態と比較して、電極23の設置数を削減することが可能となる。
次に、本発明の第3の実施形態について、図3を用いて説明する。
本実施形態の薄膜形成装置が上記の第1の実施形態と異なる点は、電極3の表面の長さ方向(基板に対向する面における紙面の左右方向)の距離が高周波電圧の4分の1波長以上である点および電極3に印加される電圧の位相を変調する位相変調器(位相変調手段)8を備えている点である。以下、電極3a,3bを例に挙げて説明する。
この場合において、基板10上の薄膜を均一に形成するために、位相変調器8によって電極3上における定在波の腹および節の位置を移動させる。具体的には、図4および図5に示すように、定在波の腹および節の位置を継時的に変化させることにより、プラズマが発生する位置を移動させる。
図4には、ある時刻Aにおける電極3a、電極3b、および基板支持部材11の長さ方向の位置と、該位置における各電位との関係が示されている。また、図5には、時刻Aとは異なる時刻Bにおける電極3a、電極3b、および基板支持部材11の長さ方向の位置と、該位置における各電位との関係が示されている。
図4において、電極3aと基板支持部材11との電位差および基板支持部材11と電極3bとの電位差は、電極3の略中央部で最大となっている。この場合において、放電は電極3の略中央部で行われることとなる。
一方、時刻Aとは異なる時刻Bにおける電極3aと基板支持部材11との電位差および基板支持部材11と電極3bとの電位差は、図5に示すように、電極3の端部近傍で最大となっている。この場合において、放電は電極3の端部近傍で行われることとなる。
上記のように、電極3上のある地点における電極3a、電極3b、および基板支持部材11の電位を継時的に変化させることにより、プラズマ発生位置を移動させ、基板10上の薄膜を更に均一に形成することが可能となる。
また、定在波の節および腹の位置を、隣接する電極3aと電極3bとの間で対応させることにより、リターンパスの長さを一定とすることが可能となる。
次に、本発明の第4の実施形態について、図9を用いて説明する。
本実施形態の薄膜形成装置が上記の各実施形態と異なる点は、隣り合ってペアを形成する電極間にて基板支持部材を介して放電を行う点である。以下、ペアとなる電極40a,40bおよび電極41a,41bを例に挙げて説明する。
移相器43は、電極40aに印加される電圧を、電極40bに印加される電圧とは逆位相とする。移相器44は、電極41aに印加される電圧を、電極41bに印加される電圧とは逆位相とする。
2 高周波電源
3,23 電極
4 移相器
5,28,35 プラズマ発生装置
8 位相変調器
10 基板
11,21 基板支持部材
Claims (7)
- プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
前記基板の表面に対向して配置される少なくとも2つの電極と、
前記電極と前記基板を介して反対側に配置され、各前記電極との間にプラズマを発生させるための基板支持部材と、
各前記電極に接続され、各前記電極に高周波電圧を供給する少なくとも1つの高周波電源と、
隣り合う前記電極に印加される電圧を逆位相として一対の電極とする少なくとも1つの位相調整手段と、
を備え、
全ての前記一対の電極間の距離が、両者間で放電が発生しない距離であり、かつ、いずれも略等しく設定され、
前記基板支持部材の電位が、前記一対の電極の電位の間の電位とされている薄膜形成装置。 - プラズマの発生する方向に略直交する方向に基板を移動させ、該基板の表面にプラズマを利用して薄膜を形成する薄膜形成装置であって、
移動する前記基板の表面に対向するように配置される少なくとも2つの電極と、
前記電極と前記基板を介して反対側に配置され、各前記電極との間にプラズマを発生させるための基板支持部材と、
各前記電極に接続され、各前記電極に高周波電圧を供給する少なくとも1つの高周波電源と、
隣り合う前記電極に印加される電圧を逆位相として一対の電極とする位相調整手段と、
を備え、
前記一対の電極間の距離が、両者間で放電が発生しない距離とされ、
前記基板支持部材の電位が、前記一対の電極の電位の間の電位とされている薄膜形成装置。 - 前記電極に印加される電圧の位相を変調する位相変調手段を備え、
前記電極の表面の長さ方向の距離が、前記高周波電圧の4分の1波長以上である請求項1または2に記載の薄膜形成装置。 - 前記位相変調手段が、前記電極上の定在波の節および腹の位置を変化させる請求項1から3のいずれかに記載の薄膜形成装置。
- 前記位相変調手段が、前記電極上の定在波の節および腹の位置を隣接する前記電極間で対応させる請求項1から4のいずれかに記載の薄膜形成装置。
- プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成させるためのプラズマ発生方法であって、
前記基板の表面に対向するように少なくとも2つの電極を配置するとともに、前記基板を介して前記電極と反対側に各前記電極との間にプラズマを発生させるための基板支持部材を配置し、
各前記電極を高周波電源に接続し、隣り合う前記電極に逆位相となる高周波電圧を供給して一対の電極とし、
全ての前記一対の電極間の距離が、両者間で放電が発生しない距離であり、かつ、いずれも略等しく設定され、
前記基板支持部材の電位が、前記一対の電極の電位の間の電位とされているプラズマ発生方法。 - プラズマの発生する方向に略直交する方向に基板を移動させ、プラズマを利用して基板の表面に薄膜を形成させるためのプラズマ発生方法であって、
移動する前記基板の表面に対向するように、少なくとも2つの電極を配置するとともに、前記基板を介して前記電極と反対側に、各前記電極との間にプラズマを発生させるための基板支持部材を配置し、
各前記電極を高周波電源に接続し、隣り合う前記電極に逆位相となる高周波電圧を供給して一対の電極とし、
前記一対の電極間の距離が、両者間で放電が発生しない距離とされ、
前記基板支持部材の電位が、前記一対の電極の電位の間の電位とされているプラズマ発生方法。
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