JP5250209B2 - Cleaning method for plasma CVD apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマCVD装置のクリーニング方法に関する。 The present invention relates to a method for cleaning a plasma CVD apparatus.
カーボンナノチューブは、その電気的性質から、半導体の多層配線や、電界効果型トランジスタのゲートチャネル用配線などに使用しうる。このカーボンナノチューブは、アーク放電法や、CVD方法で作製される。 Carbon nanotubes can be used for semiconductor multilayer wiring, gate channel wiring of field effect transistors, and the like due to their electrical properties. The carbon nanotube is produced by an arc discharge method or a CVD method.
カーボンナノチューブを作製するためのCVD方法としては、例えば、Ni、Fe、Coなどの遷移金属層が形成された基板を真空チャンバー内に設置し、炭素供給ガスと水素ガスとを真空チャンバー内に導入した後、プラズマ発生手段によりプラズマを発生させ、プラズマで解離されたガスを基板表面に接触させることで、基板にカーボンナノチューブを気相成長せしめるプラズマCVD方法がある。このようなプラズマCVD法を実施するための装置としては、プラズマ発生手段を有する真空チャンバー内に基板がプラズマに曝されないように、基板とプラズマ発生領域との間にメッシュ状の遮蔽手段を設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、上記のようなプラズマCVD装置を用いて、カーボンナノチューブを成長させる場合、多数枚の基板にカーボンナノチューブを成長せしめて積算処理(成長)時間が長くなると、メッシュ状の遮蔽手段に、すすや反応の副生成物等が付着してしまう。この付着物が、基板上に不純物として堆積してカーボンナノチューブの成長を阻害することがあるという問題があった。また、付着物によりメッシュが絶縁されてしまい、チャージアップが生じやすいという問題があった。 By the way, when carbon nanotubes are grown using the plasma CVD apparatus as described above, if the carbon nanotubes are grown on a large number of substrates and the integration processing (growth) time becomes long, the mesh-like shielding means can be quickly Reaction by-products and the like will adhere. There is a problem in that this deposit may be deposited as an impurity on the substrate and inhibit the growth of the carbon nanotubes. Further, there is a problem that the mesh is insulated by the deposits and charge-up is likely to occur.
また、この場合にメッシュだけをプラズマCVD装置から取り外して磨いたり、薬品に浸漬したりすれば、真空チャンバーを大気開放する必要が生じるので、装置の再起動まで時間がかかるという問題があった。 In this case, if only the mesh is removed from the plasma CVD apparatus and polished, or immersed in chemicals, the vacuum chamber needs to be opened to the atmosphere, so that there is a problem that it takes time until the apparatus is restarted.
そこで、本発明の課題は、前記従来技術の問題点を解決し、メッシュをプラズマCVD装置から取り外すことなく、プラズマCVD装置のメッシュに付着した付着物を除去するクリーニング方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a cleaning method for solving the problems of the prior art and removing the deposits attached to the mesh of the plasma CVD apparatus without removing the mesh from the plasma CVD apparatus.
本発明のプラズマCVD装置のクリーニング方法は、真空チャンバー内にプラズマを発生させるプラズマ発生手段、真空チャンバーの底部に設けられた基板ステージ、及び前記基板ステージに対向して配置され、発生したプラズマに基板が曝されないようにプラズマを遮蔽する遮蔽部材を備えたプラズマCVD装置のクリーニング方法において、真空チャンバー内に酸素原子含有ガスを導入し、プラズマ発生手段によりプラズマを発生させ、前記遮蔽部材に正の直流電圧を10V〜200V印加してプラズマ中の酸素イオンを前記遮蔽部材に引きつけることにより、前記遮蔽部材のクリーニングを行うようにしたことを特徴とする。これによれば、遮蔽部材に付着した付着物を簡易に除去できる。酸素イオンを遮蔽部材に引きつけることにより、より高いクリーニング効果が得られる。 Cleaning method of the plasma CVD apparatus of the present invention, a plasma generating means for Ru plasma is generated in a vacuum chamber, a substrate stage provided at the bottom of the vacuum chamber, and is disposed to face the substrate stage, in the generated plasma In a cleaning method of a plasma CVD apparatus provided with a shielding member that shields plasma so that a substrate is not exposed , an oxygen atom- containing gas is introduced into a vacuum chamber , plasma is generated by a plasma generating means , and a positive voltage is applied to the shielding member. The shielding member is cleaned by applying a DC voltage of 10 V to 200 V and attracting oxygen ions in plasma to the shielding member. According to this, the deposit | attachment adhering to the shielding member can be removed easily. By attracting oxygen ions to the shielding member, a higher cleaning effect can be obtained.
本発明において、酸素原子含有ガスとして、酸素ガス、オゾンガス、一酸化窒素ガス、水蒸気ガスまたは大気を用いることが好ましい。これによれば、クリーニングに必要な酸素イオンを十分に得ることができるので、より効率よくクリーニングを行うことができる。 In the present invention, it is preferable to use oxygen gas, ozone gas, nitrogen monoxide gas, water vapor gas, or air as the oxygen atom-containing gas . According to this, since sufficient oxygen ions required for cleaning can be obtained, cleaning can be performed more efficiently.
本発明のプラズマCVD装置のクリーニング方法によれば、真空チャンバーを大気開放することなく付着物を簡易に除去できるという優れた効果を奏する。 According to the cleaning method of the plasma CVD apparatus of the present invention, it is possible to easily remove the deposits without opening the vacuum chamber to the atmosphere.
本発明のクリーニング方法の対象であるプラズマCVD装置1を、図1を用いて説明する。プラズマCVD装置1は、真空チャンバー11からなり、この真空チャンバー11には、ロータリーポンプやターボ分子ポンプなどの真空排気手段12がその底部に設けられている。
A plasma CVD apparatus 1 that is an object of the cleaning method of the present invention will be described with reference to FIG. The plasma CVD apparatus 1 includes a
真空チャンバー11の天井部には、ガス導入手段2が設けられており、真空チャンバー11内にカーボンナノチューブ成長用のガスを導入できるように構成されている。ガス導入手段2は、シャワーヘッド21を備え、このシャワーヘッド21は図示しないガス源にガス管22を介して連通している。ここで、ガス源としては、カーボンナノチューブ成長用の原料ガス源及びこの原料ガスを希釈するための希釈ガス源、ならびにクリーニング用のクリーニングガス源が設けられている。
A
真空チャンバー11の上部には、プラズマ発生手段3として、マイクロ波キャビティ31が設けられ、マイクロ波キャビティ31から発振されたマイクロ波は、導波管32及び石英窓33を介して真空チャンバー11内に導入されて、ガス導入手段2により真空チャンバー11内に導入されたガスをプラズマ状態とする。
A
また、真空チャンバー11の底部には、シャワーヘッド21に対向して、被処理基板Sが載置される基板ステージ4が設けられている。
A
本発明のクリーニングの対象であるプラズマCVD装置では、プラズマ発生領域Pと被処理基板Sとの間に、基板ステージ4に対向して、メッシュ状の遮蔽部材5を設けている。この遮蔽部材5を設けることで、プラズマ発生時におけるプラズマ中の解離した電子は、遮蔽部材5の上面に形成されたシース領域によって被処理基板S側に侵入できない。メッシュ状の遮蔽部材5は、金属製であり、例えば、ステンレスで作製され、メッシュ状の遮蔽部材5の各網目の大きさは、1〜3mmに設定される。各網目の大きさを、1mmより小さく設定すると、ガスの流れを遮ってしまい、3mmより大きく設定すると、プラズマを遮ることができない。
In the plasma CVD apparatus to be cleaned according to the present invention, a mesh-
遮蔽部材5と基板ステージ4上に載置された被処理基板Sとの間の距離は、20〜100mmの範囲に設定される。この範囲に設定されていれば、遮蔽部材5を通過したラジカルが被処理基板S上に均一に広がって、均一なカーボンナノチューブを作製することが可能である。20mmより距離が短いと、遮蔽部材5を通過したラジカルが被処理基板S上に均一に広がらない。また、100mmを超えた距離では、基板に到達する前にラジカルが失活してしまう。
The distance between the
また、遮蔽部材5は、電圧印加手段6に接続され、クリーニング中に遮蔽部材5とアース(真空チャンバー)間に電圧を印加できるように構成されている。なお、遮蔽部材5は、基板用の電圧印加手段(図示せず)と電圧源を共有し、遮蔽部材5と被処理基板Sとの間に電圧を印加するように構成してもよい。
Further, the
図に示すプラズマCVD装置を用いたカーボンナノチューブの形成方法について、以下説明する。 A method for forming carbon nanotubes using the plasma CVD apparatus shown in the drawing will be described below.
はじめに、上記被処理基板S(遷移金属、例えばNi、Fe、Coからなる基板)を基板ステージ4上に載置し、真空排気手段12を作動して真空チャンバー11を所定の真空度まで排気し、この状態で原料ガス及び希釈ガスを真空チャンバー11内に導入する。原料ガスとしては、炭素原子含有ガス、例えば、メタン、アセチレンなどの炭化水素ガス若しくは気化させたアルコールを用いることができる。好ましくは、メタンなど、加熱した基板温度で分解しないものである。また、希釈ガスとしては、水素、アンモニア、窒素若しくはアルゴンのうち少なくとも1つを用いることができる。
First, the substrate to be processed S (a substrate made of a transition metal such as Ni, Fe, Co) is placed on the
次いで、被処理基板Sを基板ステージに設けられた図示しない加熱手段により所定温度まで加熱して、基板温度が安定した後、マイクロ波キャビティ31からマイクロ波を、例えば、発振パワー2kW程度で発振し、石英窓33を介して真空チャンバー11内にプラズマを発生させる。
Next, the substrate S to be processed is heated to a predetermined temperature by a heating means (not shown) provided on the substrate stage, and the substrate temperature is stabilized. Then, plasma is generated in the
次いで、被処理基板Sと遮蔽部材5とに電圧を印加し、イオン種を遮蔽部材5でプラズマで解離された原料ガスのみを通過せしめて被処理基板Sに到達させて接触させることで、被処理基板S表面にカーボンナノチューブを気相成長させ、被処理基板Sの全表面に、被処理基板Sに対して垂直な向きに揃った配向性を有するカーボンナノチューブが作製される。
Next, a voltage is applied to the substrate to be processed S and the
このようにしてカーボンナノチューブを作製する場合、多数回カーボンナノチューブの成長を繰り返し、積算処理時間が長くなると、メッシュ状の遮蔽部材5にすすや反応の副生成物が付着することがある。この付着物は、絶縁体であり、カーボンナノチューブ生成時にチャージアップの原因となり、カーボンナノチューブの成長を阻害する場合がある。また、この付着物が基板上に堆積して、カーボンナノチューブの成長を阻害する場合がある。従って、1枚以上の基板にカーボンナノチューブを成長せしめた後は、プラズマCVD装置1の遮蔽部材5をクリーニングする必要がある。
When carbon nanotubes are produced in this manner, soot and reaction by-products may adhere to the mesh-
以下、本発明のプラズマCVD装置のクリーニング方法を説明する。 Hereinafter, the cleaning method of the plasma CVD apparatus of the present invention will be described.
1枚以上の基板にカーボンナノチューブを成長せしめたプラズマCVD装置において、まず、遮蔽部材には真空チャンバー11内部を排気した後に、クリーニングガスを10〜1000sccm条件で導入する。
In a plasma CVD apparatus in which carbon nanotubes are grown on one or more substrates, first, the inside of the
クリーニングガスとしては、酸素原子含有ガスがあげられる。酸素原子含有ガスとしては、O2、O3、NO、H2Oがあり、また、大気のように酸素を含む気体であってもよい。ただし、炭素を含むガス、例えば、CO、CO2は、付着物の原因になりうるのでクリーニングガスとしては用いない。また、前記した酸素原子含有ガスとしては、クリーニングに必要な酸素イオンを十分に形成することができ、かつ、ハンドリングがよいという面から、大気及びO2ガスが好ましく、とくにO2ガスが好ましい。 An example of the cleaning gas is an oxygen atom-containing gas. Examples of the oxygen atom-containing gas include O 2 , O 3 , NO, and H 2 O, and a gas containing oxygen such as the atmosphere may be used. However, carbon-containing gases such as CO and CO 2 are not used as cleaning gases because they can cause deposits. As examples of the oxygen-containing gas, the oxygen ions required for cleaning can be sufficiently formed, and handling terms of good, preferably air, and O 2 gas, in particular O 2 gas is preferable.
次いで、プラズマ発生手段により、発振パワー:0.5〜3kW条件でプラズマを発生させ、所定の時間、このプラズマ中の酸素イオンにより遮蔽部材5に付着したすすなどの付着物をエッチングし、又は酸化することにより、クリーニングする。図2は、クリーニング中のプラズマCVD装置を示す模式図であり、図1と同一の構成要素には、同一の参照符号を付してある。図2に示すように、プラズマP’が付着物が付着した遮蔽部材5全体の上に広がるように真空チャンバー11内の圧力を設定すれば、遮蔽部材5全体を均一にクリーニングすることが可能である。好ましくは、カーボンナノチューブ形成時の圧力(1〜10Torr)の1/3〜5倍程度の圧力、より好ましくは1/2〜2倍に設定することである。プラズマCVD装置内の圧力が形成時の圧力の1/3より低いと、プラズマ密度が薄く、クリーニング効果がない。他方で、形成時の圧力の5倍より圧力が高いとプラズマが密集してしまい、遮蔽部材5全体をクリーニングすることが不可能である。
Next, plasma is generated by plasma generating means under conditions of oscillation power: 0.5 to 3 kW, and deposits such as soot adhering to the
クリーニング時間は適宜設定され、例えば10〜40分クリーニングすれば、大部分の付着物を除去することができる。 The cleaning time is appropriately set. For example, if the cleaning is performed for 10 to 40 minutes, most of the deposits can be removed.
クリーニング中には、遮蔽部材5に正電圧を10〜200Vで印加することが好ましい。正電圧を印加することにより、プラズマ中の酸素イオンをひきつけることで、効率よく遮蔽部材5のクリーニングを行うことが可能である。
During cleaning, it is preferable to apply a positive voltage to the shielding
本実施例では、図1に示すプラズマCVD装置1の遮蔽部材5をクリーニングし、遮蔽部材に付着した付着物を除去した。
In this example, the shielding
クリーニング対象のプラズマCVD装置の真空チャンバー11は、内径50mmの石英管からなるものであり、ガス導入手段2から20分間メタンガスとH2ガス(メタンガス:20sccm、H2ガス:80sccm)を圧力2.0Torrで導入し、プラズマを発生せしめて基板上にカーボンナノチューブを形成せしめる工程を10回繰り返したものである。このプラズマCVD装置1の遮蔽部材5の表面には茶色の副生成物が付着している。
The
このプラズマCVD装置1内に大気を100sccmで導入して、圧力:2Torr、発振パワー:1kWの条件でプラズマ発生手段3により真空チャンバー内にプラズマを発生させた。40分後、プラズマ発生手段を停止して、クリーニングを終了した。 Air was introduced into the plasma CVD apparatus 1 at 100 sccm, and plasma was generated in the vacuum chamber by the plasma generating means 3 under the conditions of pressure: 2 Torr and oscillation power: 1 kW. After 40 minutes, the plasma generating means was stopped and cleaning was completed.
終了後、遮蔽部材を目視で確認したところ、40分のクリーニングでほとんどの付着物は除去できた。 When the shielding member was visually confirmed after completion, most of the deposits could be removed by cleaning for 40 minutes.
本実施例では、実施例1と同一のクリーニング対象に対し、遮蔽部材5に、アース電位(チャンバー電位)に対して+200Vの電位を印加しながら20分間クリーニングを行った点以外は、全て実施例1と同一の条件とした。
In the present embodiment, the same cleaning object as in the first embodiment is used except that the shielding
クリーニング終了後、遮蔽部材5を目視で確認したところ、20分間のクリーニングでほとんどの付着物を除去することができた。
When the shielding
本実施例では、実施例2と同一のクリーニング対象に対し、遮蔽部材5に、アース電位(チャンバー電位)に対して+200Vの電位を印加しながら、酸素ガス雰囲気中で10分間クリーニングを行った点以外は、全て実施例2と同一の条件とした。
In this example, the same cleaning object as in Example 2 was cleaned for 10 minutes in an oxygen gas atmosphere while applying a + 200V potential to the shielding
クリーニング終了後、遮蔽部材を目視で確認したところ、10分間のクリーニングでほとんどの付着物を除去することができた。 When the shielding member was visually confirmed after the cleaning was completed, most of the deposits could be removed by cleaning for 10 minutes.
本発明によれば、遮蔽部材を取り外すことなく、かつ、チャンバーを大気開放することなく遮蔽部材のクリーニングを行うことができた。よって、本発明は、カーボンナノチューブ製造分野で利用可能である。 According to the present invention, the shielding member can be cleaned without removing the shielding member and without opening the chamber to the atmosphere. Therefore, the present invention can be used in the field of carbon nanotube production.
1 プラズマCVD装置
2 ガス導入手段
3 プラズマ発生手段
4 基板ステージ
5 遮蔽部材
6 電圧印加手段
11 真空チャンバー
12 真空排気手段
21 シャワーヘッド
22 ガス管
31 マイクロ波キャビティ
32 導波管
33 石英窓
P プラズマ
S 被処理基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
真空チャンバー内に酸素原子含有ガスを導入し、プラズマ発生手段によりプラズマを発生させ、前記遮蔽部材に正の直流電圧を10V〜200V印加してプラズマ中の酸素イオンを前記遮蔽部材に引きつけることにより、前記遮蔽部材のクリーニングを行うようにしたことを特徴とするプラズマCVD装置のクリーニング方法。 Plasma generating means for generating plasma in the vacuum chamber, a substrate stage provided at the bottom of the vacuum chamber, and a shielding member arranged to face the substrate stage so as to shield the plasma from exposure to the generated plasma In the cleaning method of the plasma CVD apparatus provided with
By introducing an oxygen atom-containing gas into the vacuum chamber, generating plasma by plasma generating means, applying a positive DC voltage of 10 V to 200 V to the shielding member, and attracting oxygen ions in the plasma to the shielding member, A method of cleaning a plasma CVD apparatus, wherein the shielding member is cleaned.
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