JP4993694B2 - Plasma CVD apparatus and thin film forming method - Google Patents
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Description
本発明はプラズマCVDの技術に係り、特に、絶縁基板表面に薄膜を形成するCVD装置と薄膜形成方法に関する。 The present invention relates to a plasma CVD technique, and more particularly to a CVD apparatus and a thin film forming method for forming a thin film on the surface of an insulating substrate.
従来より、プラズマCVD装置は薄膜形成に広く用いられており、成膜対象物を反応槽内に搬入し、反応室内に薄膜の原料ガスを導入し、原料ガスプラズマを形成し、プラズマ内で生成された原料ガスの反応種を成膜対象物の表面に到達させ、薄膜を成長させている。 Conventionally, a plasma CVD apparatus has been widely used for thin film formation. An object to be formed is carried into a reaction vessel, a raw material gas for the thin film is introduced into the reaction chamber, a raw material gas plasma is formed, and generated in the plasma. The reactive species of the source gas thus made reach the surface of the film formation target to grow a thin film.
薄膜を成長させる際には、成膜対象物を一定温度に加熱する必要があることから、プラズマCVD装置の内部には、静電吸着装置が配置され、静電吸着装置上に成膜対象物を静電吸着し、静電吸着装置内のヒータに通電し、成膜対象物を昇温させている。 When growing a thin film, it is necessary to heat the film formation target to a certain temperature. Therefore, an electrostatic adsorption device is arranged inside the plasma CVD apparatus, and the film formation target is placed on the electrostatic adsorption apparatus. Is electrostatically adsorbed, and a heater in the electrostatic attraction apparatus is energized to raise the temperature of the film formation target.
図3は、プラズマCVD装置の真空槽内に配置される静電吸着装置112の内部構造を説明するための図面である。
この静電吸着装置112は、双極型であり、板状の絶縁物139内に正電極1151と負電極1152が配置されている。
FIG. 3 is a drawing for explaining the internal structure of the
This
正電極1151と負電極1152は互いに離間して配置されており、正電極1151と負電極1152は、吸着電源の正電圧端子と負電圧端子に接続されている。成膜対象物表面に薄膜を形成する際には、静電吸着装置112の絶縁物139上に成膜対象物を配置し、正電極1151と負電極1152に正電圧と負電圧をそれぞれ印加する。この電圧印加による静電誘導で、成膜対象物の正電極1151上の部分には負電荷が発生し、負電極1152上の部分には正電荷が発生し、成膜対象物と正負電極1151、1152の間に生じる静電吸着力によって成膜対象物が静電吸着装置112表面に静電吸着される。
Positive electrode 115 1 and the negative electrode 115 2 is disposed apart from each other, the positive electrode 115 1 and the negative electrode 115 2 is connected to a positive voltage terminal and a negative voltage terminal of the adsorption power. When forming a thin film on the film-forming target surface, the film-forming target is placed on the
しかし、このような静電吸着装置112上にプラズマを形成し、正負電極1151、1152に正電圧と負電圧を印加しながら薄膜を形成しようとすると、プラズマ分布が正負電極1151、1152の配置パターンに影響され、その結果、形成される薄膜の膜厚分布や膜質分布が不均一になるという問題がある。
However, when plasma is formed on such an
正負電極1151、1152間の距離を小さくすれば、プラズマへの影響を減少させることができるが、正負電極1151、1152間の距離が小さくなると正負電極1151、1152間に印加できる電圧も小さくなり、静電吸着力が弱くなってしまう。
プラズマCVD装置を記載した文献は多数有り、例えば下記文献が挙げられる。
There are a large number of documents describing plasma CVD apparatuses. For example, the following documents can be cited.
本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、プラズマに影響を与えず、膜厚分布や膜質分布が均一な薄膜を形成できるプラズマCVD装置を提供することにある。 The present invention was created to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is to provide a plasma CVD apparatus capable of forming a thin film having a uniform film thickness distribution and film quality distribution without affecting plasma.
上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、絶縁性基板が配置されるサセプタと、前記サセプタ内に配置され、正電圧または負電圧のいずれか一方の電圧である吸着電圧が印加される平板状の吸着電極と、開口を有し、前記絶縁性基板上に配置される導電性マスクと、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極と、前記真空槽内に原料ガスを導入するガス導入系と、前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、前記吸着電極と前記真空槽との間に直流電圧を印加する吸着電源と、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加するプラズマ電源と、を有し、前記吸着電源により、前記吸着電極に前記吸着電圧を印加し、前記絶縁性基板上に配置された前記導電性マスクに単一の極性の電荷を誘起して前記絶縁性基板を静電吸着しながら、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させて前記開口の底面に露出する前記絶縁性基板の表面に薄膜を成長させるプラズマCVD装置である。
また、本発明は、絶縁物の基板表面にパターニングされた薄膜を形成する薄膜形成方法であって、プラズマCVD装置の真空槽内に配置されたサセプタ上に前記基板と、前記基板上に開口を有する導電性マスクとを配置した状態で、前記サセプタ内に配置された吸着電極に正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧を印加し、前記導電性マスクを静電吸着しながら前記真空糟内に原料ガスを導入し、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極に電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記導電性マスクの前記開口の底面に露出する前記基板表面に薄膜を成長させる薄膜形成方法である。
また、本発明は、前記基板よりも大きな前記吸着電極と前記導電性マスクを用い、前記基板が前記吸着電極と前記導電性マスクからはみ出さないようにして前記導電性マスクを静電吸着する薄膜形成方法である。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a vacuum chamber, a susceptor disposed in the vacuum chamber and having an insulating substrate disposed therein, and disposed in the susceptor, and being either positive voltage or negative voltage. A flat suction electrode to which a suction voltage as a voltage is applied, a conductive mask having an opening and disposed on the insulating substrate, and plasma generation disposed above the susceptor in the vacuum chamber An electrode, a gas introduction system that introduces a source gas into the vacuum chamber, a vacuum exhaust system that evacuates the vacuum chamber, and an adsorption power source that applies a DC voltage between the adsorption electrode and the vacuum chamber; the plasma power source for applying an AC voltage to the plasma generating electrode, have a, by the suction power, the attraction voltage is applied to the chucking electrode, the single to the conductive mask disposed on the insulating substrate Induce a charge of one polarity Then, while electrostatically adsorbing the insulating substrate, an AC voltage is applied to the plasma generation electrode to generate plasma of the source gas and grow a thin film on the surface of the insulating substrate exposed at the bottom of the opening This is a plasma CVD apparatus.
Further, the present invention provides a thin film forming method for forming a thin film that is patterned on the substrate surface of the insulator, and the substrate on a support septum disposed in the vacuum chamber of the flop plasma CVD device, on said substrate In a state where a conductive mask having an opening is disposed , either a positive voltage or a negative voltage is applied to the suction electrode disposed in the susceptor, and the vacuum is applied while electrostatically attracting the conductive mask. the raw material gas is introduced into the cake, the voltage is applied to the upwardly disposed plasma generating electrode of the susceptor in the vacuum chamber to generate plasma of the source gas, the bottom surface of the opening of the conductive mask A thin film forming method of growing a thin film on the surface of the substrate exposed to the substrate.
The present invention also provides a thin film that electrostatically adsorbs the conductive mask using the suction electrode and the conductive mask that are larger than the substrate so that the substrate does not protrude from the suction electrode and the conductive mask. It is a forming method.
膜厚分布や膜質分布が均一な薄膜を形成できるプラズマCVD装置、薄膜形成方法が得られる。 A plasma CVD apparatus and a thin film forming method capable of forming a thin film with uniform film thickness distribution and film quality distribution can be obtained.
図1の符号3は、本発明の一例のプラズマCVD装置を示している。
このプラズマCVD装置3は真空槽11を有しており、真空槽11の内部には、サセプタ12が配置されている。
真空槽11の外部には、真空排気系32と、ガス導入系33と、吸着電源31と、プラズマ電源34とが配置されている。
真空槽11には真空排気系32が接続されており、真空槽11内部を真空排気し、真空雰囲気にした状態で成膜対象物20を真空槽11内に搬入し、サセプタ12上に配置する。
サセプタ12の内部には吸着電極15が配置されている。
The
A
An
An
図1の符号20は、サセプタ12上に配置された成膜対象物を示している。この成膜対象物20は、プラスチック基板やガラス基板等の絶縁性基板19と、該絶縁性基板19の表面に配置された導電性マスク17とで構成されており、絶縁性基板19が、その鉛直下方に位置するサセプタ12に密着して配置されている。従って、導電性マスク17は鉛直上方に向けられており、絶縁性基板19は、吸着電極15と導電性マスク17の間に位置し、吸着電極15と導電性マスク17によって挟まれている。なお、導電性マスク17は、導電性材料で構成されており、例えば、金属製である。
吸着電極15の周囲は絶縁物39で覆われており、絶縁性基板19と吸着電極15は直接接触しないように構成されている。
吸着電極15は吸着電源31に接続され、真空槽11は接地電位に接続されており、吸着電源31により、真空槽11と吸着電極15の間に電圧を印加できるように構成されている。
The periphery of the
The
導電性マスク17と吸着電極15の間と、導電性マスク17と真空槽11との間には、それぞれ容量成分が発生しており、吸着電源31によって吸着電極15と真空槽11の間に直流電圧が印加されると、導電性マスク17と吸着電極15の間の容量成分と、導電性マスク17と真空槽11との間の容量成分がそれぞれ充電され、導電性マスク17と吸着電極15に誘起された電荷によって導電性マスク17が吸着電極15に静電吸着される。吸着電極15に印加される電圧が正電圧であっても負電圧であっても、導電性マスク17は静電吸着される。
Capacitance components are generated between the
導電性マスク17は絶縁性基板19よりも大きく形成されており、絶縁性基板19が導電性マスク17よりも外側にはみ出さないように構成されている。また、吸着電極15も絶縁性基板19よりも大きく形成されており、絶縁性基板19が吸着電極15よりも外側にはみ出さないように構成されている。
吸着電極15と導電性マスク17は、絶縁性基板19と相似形であり、絶縁性基板19が四角形の場合、吸着電極15と導電性マスク17も四角形になる。
The
The
図2は、吸着電極15の平面形状を示しており、平面形状が四角形の金属膜や金属板によって構成されている。
吸着電極15は絶縁性基板19よりも大きく、孔や溝は形成されていないから、絶縁性基板19のどの部分でも、絶縁性基板19の裏面に吸着電極15が位置している。
導電性マスク17には、所定のパターンで開口21が形成されており、開口21の底面には絶縁性基板19の表面が露出されている。
FIG. 2 shows the planar shape of the
Since the
An
導電性マスク17の開口21の部分を除き、絶縁性基板19上の導電性マスク17のどの部分でも、導電性マスク17は絶縁物39を介して吸着電極15と対面するように構成されており、従って、導電性マスク17が吸着電極15に静電吸着されると、絶縁性基板19の外周を含む全体がサセプタ12上に押しつけられ、絶縁性基板19とサセプタ12が密着した状態になる。
Except for the portion of the opening 21 of the
サセプタ12の内部には、ヒータ24が吸着電極15とは絶縁した状態で配置されている。
ヒータ24は、不図示の加熱電源に接続されており、加熱電源によってヒータに通電し、発熱させるとサセプタ12が加熱される。
Inside the
The
導電性マスク17を静電吸着し、絶縁性基板19とサセプタ12との間の密着性を高くされているとサセプタ12の熱は絶縁性基板19へ伝導され、真空雰囲気に置かれた絶縁性基板19が加熱される。絶縁性基板19とサセプタ12との間の密着性は高いので、絶縁性基板19の昇温速度は速い。
When the
サセプタ12の鉛直上方にはプラズマ生成電極13が配置されている。
プラズマ生成電極13は内部が中空であり、ガス導入系33はプラズマ生成電極13に接続され、内部の中空部分に原料ガスを導入できるように構成されている。
A
The
プラズマ生成電極13のサセプタ12に面する面には、中空部分と連通する多数の小孔が設けられており、ガス導入系33からプラズマ生成電極13の内部に原料ガスを導入すると、小孔から真空雰囲気の真空槽11の内部に原料ガスが噴出されるように構成されている。
The surface of the
真空槽11の内部が所定圧力で安定したところで、プラズマ電源34によってプラズマ生成電極13に交流電圧を印加すると、真空槽11の内部に原料ガスのプラズマが形成され、プラズマ中で原料ガスの反応種(イオンやラジカル)が生成される。反応種が導電性マスク17の開口21底面の絶縁性基板19表面に到達すると、その部分に薄膜が成長する。
When an AC voltage is applied to the
本発明では、絶縁性基板19の裏面には、絶縁物39を間に挟んで、吸着電極15が配置されており、この吸着電極15は正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧が印加される単一極性の電極である。
In the present invention, the
従って、導電性マスク17の表面には、単一の極性の電荷(吸着電極15と同極性の電荷)が誘起されるので、導電性マスク17の表面近傍に形成される電界は均一であり、プラズマ密度の不均一性は生じない。従って、双極型の静電吸着装置の場合のような、双極の電極の分布に応じた膜厚分布の薄膜が形成されることもない。即ち、本願のプラズマCVD装置3では、絶縁性基板19の表面に形成される薄膜の面内膜厚分布は均一である。
開口21底面に所定膜厚の薄膜が形成されると、原料ガスの導入と、プラズマ電源34の出力を停止し、真空槽11の外部に成膜対象物20を搬出する。
Accordingly, since a single polarity charge (a charge having the same polarity as the adsorption electrode 15) is induced on the surface of the
When a thin film having a predetermined thickness is formed on the bottom surface of the
なお、上記実施例ではガス導入系33をプラズマ生成電極13に接続し、プラズマ生成電極13から真空槽11内に原料ガスを導入したが、ガス導入系33を真空槽11に接続し、真空槽11内に直接原料ガスを導入することもできる。
In the above embodiment, the gas introduction system 33 is connected to the
上記吸着電極はアルミニウムで構成させ、絶縁物39はアルマイトで構成させることができる。
なお、図1では、サセプタ12の底面に、放電防止用の接地電極38が設けられている。
The adsorption electrode can be made of aluminum, and the
In FIG. 1, a
3……プラズマCVD装置
11……真空槽
12……サセプタ
13……プラズマ生成電極
15……吸着電極
17……導電性マスク
19……絶縁性基板
31……吸着電源
32……真空排気系
33……ガス導入系
34……プラズマ電源
3 ...
Claims (3)
前記真空槽内に配置され、絶縁性基板が配置されるサセプタと、
前記サセプタ内に配置され、正電圧または負電圧のいずれか一方の電圧である吸着電圧が印加される平板状の吸着電極と、
開口を有し、前記絶縁性基板上に配置される導電性マスクと、
前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極と、
前記真空槽内に原料ガスを導入するガス導入系と、
前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、
前記吸着電極と前記真空槽との間に直流電圧を印加する吸着電源と、
前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加するプラズマ電源と、を有し、
前記吸着電源により、前記吸着電極に前記吸着電圧を印加し、前記絶縁性基板上に配置された前記導電性マスクに単一の極性の電荷を誘起して前記絶縁性基板を静電吸着しながら、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させて前記開口の底面に露出する前記絶縁性基板の表面に薄膜を成長させるプラズマCVD装置。 A vacuum chamber;
A susceptor disposed in the vacuum chamber and disposed with an insulating substrate ;
A plate-like adsorption electrode that is arranged in the susceptor and to which an adsorption voltage that is either a positive voltage or a negative voltage is applied ;
A conductive mask having an opening and disposed on the insulating substrate;
A plasma generating electrode disposed above the susceptor in the vacuum chamber;
A gas introduction system for introducing a raw material gas into the vacuum chamber;
An evacuation system for evacuating the vacuum chamber;
An adsorption power source for applying a DC voltage between the adsorption electrode and the vacuum chamber;
Have a, a plasma power source for applying an AC voltage to the plasma generating electrode,
The adsorption power source applies the adsorption voltage to the adsorption electrode, induces a single polarity charge on the conductive mask disposed on the insulating substrate, and electrostatically adsorbs the insulating substrate. A plasma CVD apparatus in which an alternating voltage is applied to the plasma generating electrode to generate plasma of the source gas to grow a thin film on the surface of the insulating substrate exposed at the bottom surface of the opening .
プラズマCVD装置の真空槽内に配置されたサセプタ上に前記基板と、前記基板上に開口を有する導電性マスクとを配置した状態で、前記サセプタ内に配置された吸着電極に正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧を印加し、前記導電性マスクを静電吸着しながら前記真空糟内に原料ガスを導入し、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極に電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記導電性マスクの前記開口の底面に露出する前記基板表面に薄膜を成長させる薄膜形成方法。 A thin film forming method for forming a patterned thin film on a substrate surface of an insulator,
Said substrate on arranged service septa of the vacuum chamber of the flop plasma CVD apparatus, in the state in which the conductive mask having an opening on said substrate, a positive voltage to the adsorption electrode disposed within the susceptor or applying any one of a voltage of a negative voltage, wherein a conductive mask introducing a raw material gas into the vacuum dregs while electrostatically attracting the plasma generation electrodes disposed above the susceptor in the vacuum chamber by applying a voltage to generate a plasma of the material gas, a thin film forming method of growing a thin film on the substrate surface exposed to the bottom surface of the opening of the conductive mask.
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