JP6234860B2 - 成膜装置および成膜方法 - Google Patents
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Description
<1.プラズマ処理装置100>
<1−1.構成>
プラズマ処理装置100の構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、プラズマ処理装置100の概略構成を模式的に示す図である。
プラズマ処理装置100において実行される処理の流れについて、引き続き図1を参照しながら説明する。以下に説明する処理は、プラズマ処理装置100の制御部(図示省略)の制御下で実行される。
<2−1.構成>
次に、成膜装置10について、図2〜図6を参照しながら説明する。図2は、成膜装置10の構成を模式的に示す側断面図である。図3は、図2を矢印Q方向から見た平断面図である。図4、図5は、誘導結合型アンテナ21の配列例を示す図である。図6は、誘導結合型アンテナ21への電力の供給タイミングと、基材9への電圧の印加タイミングとを説明するための図である。なお、以下に参照する図面には、方向を説明するためにXYZ直交座標軸が、適宜付されている。この座標軸におけるZ軸の方向は、鉛直線の方向を示し、XY平面は水平面である。また、X軸およびY軸の各々は、チャンバー1の側壁と平行な軸である。また、Y軸は、基材9の搬送方向と平行な軸である。
チャンバー1は、例えば、直方体形状の外形を呈する中空部材であり、内部に処理空間Vを形成する。チャンバー1の天板11は、その下面が水平姿勢となるように配置されており、当該下面から処理空間Vに向けて、後述する誘導結合型アンテナ21が、複数個、間隔をあけて突設されている。また、チャンバー1の底板12の付近には、基材9の搬送経路が規定されている。また、チャンバー1の側壁の一つには、例えばゲートバルブによって開閉されるゲート190(図1参照)が設けられており、チャンバー1は、このゲート190を介して、搬送チャンバー(第1搬送チャンバー120a、あるいは、第2搬送チャンバー120b)と接続されている。
プラズマ発生部2は、処理空間Vにプラズマを発生させる装置であり、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ(誘導結合タイプの高周波アンテナ)21を、複数個、備える。もっとも、誘導結合型アンテナ21の個数は、必ずしも複数である必要はなく、1個であってもよい。ただし、ここでいう「低インダクタンスの誘導結合型アンテナ」とは、単体のインダクタンスが11.5μH(マイクロヘンリー)以下であるような誘導結合型アンテナをいう。
ガス供給部3は、処理空間Vに、成膜の材料となる材料ガスを供給する。ここでは、各種の炭化水素ガスを含むガスを、材料ガスとして用いることができる。例えば、メタンガス、アセチレンガス等が材料ガスとして好適である。
相対移動部4は、基材9を、誘導結合型アンテナ21に対して相対移動させる。上述したとおり、この実施の形態では、誘導結合型アンテナ21はチャンバー1に対して固定されており、相対移動部4は、固定された誘導結合型アンテナ21に対して基材9を移動させる。
電圧印加部5は、誘導結合型アンテナ21への高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧(バイアス電圧)を印加する。
シールド部材6は、支持部材41の下面側への炭素ラジカル82(後述する)の回り込みを抑制するための部材である。
制御部7は、成膜装置10が備える各構成要素と電気的に接続され、これら各要素を制御する。制御部7は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うCPU、プログラム等を記憶するROM、演算処理の作業領域となるRAM、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、LAN等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なコンピュータにより構成される。また、制御部7は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。成膜装置10においては、制御部7の制御下で、基材9に対して定められた処理が実行される。
成膜装置10において実行される処理の流れについて、図7を参照しながら説明する。以下に説明する処理は、制御部7の制御下で実行される。図7は、当該処理の流れを示す図である。
第1の実施の形態に係る成膜装置10によると、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21に高周波電力を間欠的に供給し、誘導結合型アンテナ21への高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧を印加する。上述したとおり、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21は、高周波電力のオン・オフに、即座に応答できるため、高周波電力の間欠供給の繰り返しの周波数f1を、十分高いものとすることができる。ひいては、基材9に印加する負の電圧の周波数(具体的には、負極性のパルス波形の周波数)f2を、十分高いものとすることができる。これによって、高い成膜効率で、DLC膜を成膜できる。
<1.成膜装置10aの構成>
第2の実施の形態に係る成膜装置10aについて、図10〜図12を参照しながら説明する。図10は、成膜装置10aの構成を模式的に示す側断面図である。図11、図12は、誘導結合型アンテナ21aの配列例を示す図である。図面および以下の説明においては、第1の実施の形態に係る成膜装置10が備える構成要素と同じ構成要素については、同じ符号で示すとともに、説明を省略する。
プラズマ発生部2aは、処理空間Vにプラズマを発生させる装置であり、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21aを、複数個、備える。もっとも、誘導結合型アンテナ21aの個数は、必ずしも複数である必要はなく、1個であってもよい。ただし、上述したとおり、「低インダクタンスの誘導結合型アンテナ」とは、単体のインダクタンスが11.5μH以下であるような誘導結合型アンテナをいう。
成膜装置10aにおいて実行される処理の流れは、第1の実施の形態に係る成膜装置10において実行される処理の流れと同様である。
第2の実施の形態に係る成膜装置10aにおいても、第1の実施の形態に係る成膜装置10と同様の効果を得ることができる。すなわち、成膜装置10aにおいても、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21aに高周波電力を間欠的に供給し、誘導結合型アンテナ21aへの高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧を印加するところ、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21aは、高周波電力のオン・オフに、即座に応答できるため、高周波電力の間欠供給の繰り返しの周波数f1、ひいては、基材9に印加する負の電圧の周波数f2を、十分高いものとすることができる。これによって、高い成膜効率で、DLC膜を成膜できる。
<1.成膜装置10bの構成>
第3の実施の形態に係る成膜装置10bについて、図13、図14を参照しながら説明する。図13は、成膜装置10bの構成を模式的に示す側断面図である。図14は、図13を矢印Q方向から見た平断面図である。図面および以下の説明においては、第1の実施の形態に係る成膜装置10が備える構成要素と同じ構成要素については、同じ符号で示すとともに、説明を省略する。
プラズマ発生部2bは、処理空間Vにプラズマを発生させる装置であり、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21bを、1個、備える。もっとも、誘導結合型アンテナ21bの個数は、必ずしも1個である必要はなく、複数個であってもよい。ただし、上述したとおり、「低インダクタンスの誘導結合型アンテナ」とは、単体のインダクタンスが11.5μH以下であるような誘導結合型アンテナをいう。
相対移動部4bは、基材9を、誘導結合型アンテナ21bに対して相対移動させる。上述したとおり、この実施の形態でも、誘導結合型アンテナ21bはチャンバー1に対して固定されており、相対移動部4bは、固定された誘導結合型アンテナ21bに対して基材9を移動させる。
電圧印加部5bは、誘導結合型アンテナ21bへの高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧を印加する。
成膜装置10bにおいて実行される処理の流れは、第1の実施の形態に係る成膜装置10において実行される処理の流れと同様である。
第3の実施の形態に係る成膜装置10bにおいても、第1の実施の形態に係る成膜装置10と同様の効果を得ることができる。すなわち、成膜装置10bにおいても、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21bに高周波電力を間欠的に給電し、誘導結合型アンテナ21bへの高周波電力の給電が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧を印加するところ、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21bは、高周波電力のオン・オフに、即座に応答できるため、高周波電力の間欠供給の繰り返しの周波数f1、ひいては、基材9に印加する負の電圧の周波数f2を、十分高いものとすることができる。これによって、高い成膜効率で、DLC膜を成膜できる。
<1.成膜装置10cの構成>
第4の実施の形態に係る成膜装置10cについて、図15を参照しながら説明する。図15は、成膜装置10cの要部を上方から見た模式図である。図面および以下の説明においては、第1の実施の形態に係る成膜装置10が備える構成要素と同じ構成要素については、同じ符号で示すとともに、説明を省略する。
チャンバー1cは、筒状(例えば、円筒状)の外形を呈する中空部材であり、内部に処理空間Vを形成する。チャンバー1cの周壁の一部には、未処理の基材9をチャンバー1c内に搬入するための搬入ゲート11cが形成されており、別の一部には、処理済みの基材9をチャンバー1cから搬出するための搬出ゲート12cが形成されている。各ゲート11c,12cは、例えばゲートバルブによって開閉されて、チャンバー1cと隣り合うチャンバーに対して接続された状態(開状態)と、当該隣り合うチャンバーを遮断密閉する状態(閉状態)との間で切替可能となっている。
プラズマ発生部2cは、処理空間Vにプラズマを発生させる装置であり、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21cを、複数個、備える。この誘導結合型アンテナ21cとして、例えば、上記の各実施の形態に係る誘導結合型アンテナ21,21a,21bの少なくとも一つを用いることができる。図示の例では、第1の実施の形態に係る誘導結合型アンテナ21が、誘導結合型アンテナ21cとして用いられている。この場合、各誘導結合型アンテナ21cは、チャンバー1cの内壁から内向きに突設される。また、チャンバー1cの軸方向(紙面と直交する方向)に沿って複数の誘導結合型アンテナ21cが配列され、当該複数の誘導結合型アンテナ21cが、チャンバー1c内壁の周方向に沿って間隔をあけて、複数組、設けられる。
相対移動部4cは、基材9を、誘導結合型アンテナ21cに対して相対移動させる機構であり、基材9に当接してこれを支持しつつ、基材9を環状の搬送経路に沿って搬送する基材搬送部41cを、備える。基材搬送部41cは、具体的には、例えば、回転体411cと、これを回転させる回転駆動部412cと、を備える。
電圧印加部5cは、誘導結合型アンテナ21cへの高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧(バイアス電圧)を印加する要素である。ただし、この電圧印加部5cも、上記の各実施の形態に係る電圧印加部5,5bと同様、バイアス電圧のオンとオフとを繰り返して行うものであり、例えば、負極性のパルス電圧を供給するパルス電圧供給部51cを備える。パルス電圧供給部51cは、例えば、DC電源を有するパルス電源を含んで構成することができる。パルス電圧供給部51cは、予め設定されたパラメータによって規定されるパルス波形に応じた負極性のパルス電圧を形成する(図6参照)。ただし、成膜装置10cでも、上記の各実施の形態に係る成膜装置10,10a,10bと同様、パルス波形の周波数f2は、上述した高周波電力供給部22cから誘導結合型アンテナ21cへ間欠供給される高周波電力の繰り返しの周波数f1と一致する(f1=f2)。また、パルスの持続時間t2は、例えば、1μs程度であることが好ましい。また、負電圧レベルV2は、例えば、5kV以上、かつ、10kV以下であることが好ましく、例えば、10kV程度であることが好ましい。また、電流は100A程度であることが好ましい。
成膜装置10cにおいて実行される処理の流れは、第1の実施の形態に係る成膜装置10において実行される処理の流れと同様である。
第4の実施の形態に係る成膜装置10cにおいても、第1の実施の形態に係る成膜装置10と同様の効果を得ることができる。すなわち、成膜装置10cにおいても、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21cに高周波電力を間欠的に供給し、誘導結合型アンテナ21cへの高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、基材9に負の電圧を印加するところ、低インダクタンスの誘導結合型アンテナ21cは、高周波電力のオン・オフに、即座に応答できるため、高周波電力の間欠供給の繰り返しの周波数f1、ひいては、基材9に印加する負の電圧の周波数f2を、十分高いものとすることができる。これによって、高い成膜効率で、DLC膜を成膜できる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この発明はその趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
1 チャンバー
2 プラズマ発生部
21 誘導結合型アンテナ
24 高周波電力供給部
3 ガス供給部
31 ガス供給源
33 ガス供給ポート
4 相対移動部
41 支持部材
42 支持部材搬送部
421 搬送ローラ
422 回転駆動部
5 電圧印加部
51 パルス電源
52 シュー
53 付勢部材
6 シールド部材
61 シールド板
7 制御部
9 基材
10a 成膜装置
2a プラズマ発生部
21a 誘導結合型アンテナ
10b 成膜装置
2b プラズマ発生部
21b 誘導結合型アンテナ
22b 高周波電力供給部
4b 相対移動部
41b 基材搬送部
411b 搬送ローラ
412b 回転駆動部
5b 電圧印加部
51b パルス電源
10c 成膜装置
1c チャンバー
2c プラズマ発生部
21c 誘導結合型アンテナ
4c 相対移動部
41c 基材搬送部
411c 回転体
412c 回転駆動部
413c 支持領域
5c 電圧印加部
51c パルス電源
100 プラズマ処理装置
Claims (15)
- 内部に処理空間を形成するチャンバーと、
前記処理空間に配置された低インダクタンスの誘導結合型アンテナと、
前記誘導結合型アンテナに、間欠的に繰り返し周波数が2KHz以上、かつ、10KHz以下で高周波電力を供給する高周波電力供給部と、
前記処理空間に、炭化水素を含むガスを供給するガス供給部と、
膜付けの対象物である基材を、前記誘導結合型アンテナに対して、相対移動させる相対移動部と、
前記誘導結合型アンテナへの高周波電力の供給が一時的に停止されている時間帯に、前記基材に負の電圧を印加する電圧印加部と、
を備える、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置であって、
前記相対移動部が、
前記基材に当接して前記基材を支持する支持部材と、
前記支持部材に当接して前記支持部材を支持しつつ、前記支持部材を搬送経路に沿って搬送する支持部材搬送部と、
を備え、
前記電圧印加部が、
前記支持部材を介して前記基材に負の電圧を印加する、
成膜装置。 - 請求項2に記載の成膜装置であって、
前記基材の下面の全体に前記支持部材が当接する、
成膜装置。 - 請求項2または3に記載の成膜装置であって、
前記電圧印加部が、
前記支持部材が通過する領域内に固定的に配置され、搬送される前記支持部材に摺動自在に当接するシューと、
前記シューに負の電圧を供給する電圧供給部と、
を備える、成膜装置。 - 請求項4に記載の成膜装置であって、
前記電圧印加部が、
前記シューを前記支持部材に近づける方向に付勢する付勢部材、
を備える、成膜装置。 - 請求項4または5に記載の成膜装置であって、
前記シューが、カーボンにより形成されている、成膜装置。 - 請求項1に記載の成膜装置であって、
前記相対移動部が、
前記基材に当接して前記基材を支持しつつ、前記基材を搬送経路に沿って搬送する基材搬送部、
を備え、
前記電圧印加部が、
前記基材搬送部を介して前記基材に負の電圧を印加する、
成膜装置。 - 請求項7に記載の成膜装置であって、
前記基材搬送部が、
前記基材に下方から当接して前記基材を支持するローラと、
前記ローラを回転させる回転駆動部と、
を備え、
前記電圧印加部が、
前記ローラを介して前記基材に負の電圧を印加する、
成膜装置。 - 請求項1から8のいずれかに記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナに高周波電力が供給されることによって、前記処理空間に、電子密度が3×1010(個/cm3)以上のプラズマが生成される、
成膜装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナの巻き数が一周未満である、
成膜装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナの巻き数が一周である、
成膜装置。 - 請求項10または11に記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナを複数個備え、
前記複数の誘導結合型アンテナが、第1の方向に沿って配列され、
前記複数の誘導結合型アンテナの各々が、前記第1の方向と直交する第2の方向に沿う姿勢で配置される、
成膜装置。 - 請求項10または11に記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナを複数個備え、
前記複数の誘導結合型アンテナが、第1の方向に沿って配列され、
前記複数の誘導結合型アンテナの各々が、前記第1の方向に沿う姿勢で配置される、
成膜装置。 - 請求項1から9のいずれかに記載の成膜装置であって、
前記誘導結合型アンテナが、直線棒状である、
成膜装置。 - a)内部に処理空間を形成するチャンバー内に、膜付けの対象物である基材を搬入する工程と、
b)前記処理空間に、炭化水素を含むガスを供給する工程と、
c)前記処理空間に配置された低インダクタンスの誘導結合型アンテナに対して前記基材を相対移動させつつ、前記基材に対する成膜処理を行う工程と、
を備え、
前記c)工程が、
c1)前記誘導結合型アンテナに、高周波電力を供給する工程と、
c2)前記誘導結合型アンテナへの高周波電力の供給を停止し、前記供給が停止されている時間帯に、前記基材に負の電圧を印加する工程と、
c3)前記c1)工程と前記c2)工程とを交互に繰り返す繰り返し工程と、
を備え、
前記繰り返し工程による高周波電力の間欠供給の繰り返し周波数は2KHz以上、かつ、10KHz以下である、成膜方法。
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