JPH03215671A - シートプラズマｃｖｄ法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シートプラズマＣＶＤ法及び装置に関するも
のである。

［従来の技術］ 従来のプラズマＣＶＤ装置のプラズマ源としては、直流
グロー放電や高周波グロー放電、マイクロ波放電などが
使われていたが、これらはグロー放電を基本としている
ためにプラズマ密度が１０８〜１０１２ｔｏｎｓ／ｃｍ
３であり、成膜スピードという点では、プラズマ密度が
不足していた。

［発明の解決しようとする課題］ これに対し、アーク放電を基本とした例えば真空第２５
巻第１０号（１９８２）に示される複合陰極型プラズマ
ガンによって得られるプラズマの密度は１０１３〜１０
”ｉｏｎｓ／ｃｍ３にも達し、これをプラズマＣＶＤに
用いることにより、高速化が期待され、またそのような
特許が特開昭６０−１１０８７６号に見られていた。し
かし、この特許においては基板がプラズマの中に位置し
ているため、プラズマ密度が大きすぎ、基板のオーバー
ヒートとなりガラスやプラスチックは変形、溶解するな
ど不適当であった。一方、ガスの供給への配慮も特に示
されず、単にチャンバーに供給されるだけであった。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、従来の上記欠点を解消し、新しいプラズマＣ
ＶＤ方法及び装置を開発すべく種々検討の結果生まれた
ものであり、その特徴は、アーク放電により発生せしめ
たアーク放電プラズマ流を磁界によってシート化したシ
ートプラズマの一方の側から反応ガスを供給し、該シー
トプラズマの他方の側に、該シートプラズマと平行な基
体上に、上記反応ガスの気相反応によって生成する薄膜
を形成することを特徴とするシートプラズマＣＶＤ法及
び真空室と、排気系と、アーク放電プラズマ流発生源と
、該アーク放電プラズマ流がアーク放電プラズマ流を発
生するための直流電源と、上記アーク放電プラズマ流発
生源との間でアーク放電を形成するアノードと、上記ア
ーク放電プラズマ流発生源から発生したアーク放電プラ
ズマ流をアノードへ導くための磁場を与える磁場手段と
、アーク放電プラズマ流をシート状のシートプラズマに
変形する磁場手段と、該シートプラズマの一方の側に、
薄膜を形成する基体を該シートプラズマと平行な面内で
搬送する基体搬送手段と、上記シートプラズマの他方の
側に、反応ガスを供給する反応ガス供給ノズルを有する
ことを特徴とするＣＶＤ装置を提供するものである。

本発明においいて、ガス供給ノズルは、均一で巾広のガ
スの流れの分布を作り出すための工夫をされたものであ
る。第１図は本発明のＣＶＤ方法の一実施例の概念図で
ある。供給ノズル６はシートプラズマ８と類似の大きさ
を有するボックス構造をなし、シートプラズマと対向す
る反応ガス供給部１０はシートプラズマと平行に配され
ており、該反応ガス供給部ｌＯに形成された、反応ガス
が噴出する多数の細孔７を有している。かかる細孔７は
、供給ノズル６の容積に比べて十分小さいことが好まし
い。

即ち、供給ノズルの内容積を大きくすることにより、ガ
ス噴出圧力を反応ガス供給部１０にわたって均一化し、
これにより各細孔から吹き出すガス流量を一定にし、均
一なガス分布、つまり均一な膜厚分布を得ることができ
る細孔の数、その位置は制約されるものではな《、コー
トする材料製膜スピードなどによって決められる。ただ
、もし膜厚分布がプラズマのシート長手方向、つまり基
板搬送方向に垂直な方向で、不均一になった場合、穴の
数又は大きさを調整して膜厚分布を修正できるメリット
がある。

細孔の径も特に限定するものではないが、１．０ｍｍ　
ｃｍφ以下、０．１ｍｍφ以上が適当である。

第２図は本発明の方法によってシートプラズマを用いて
コーティングを行う場合に用いる装置の一例を示したも
のである。

本発明においては、アーク放電によるプラズマ流を用い
る。かかるアーク放電プラズマ流は、アーク放電プラズ
マ流発生源２ｌとアノード２２の間で、プラズマ発生直
流電源２４によってアーク放電を行うことで生成される
。

かかるアーク放電プラズマ流発生源２ｌとしては、複合
陰極型プラズマ発生装置、又は、圧力勾配型プラズマ発
生装置、又は両者を組み合わせたプラズマ発生装置が好
ましい。このようなプラズマ発生装置については、真空
第２５巻第ｌＯ号（１９８２年発行）に記載されている
。

複合陰極型プラズマ発生装置とは、第３図に示したよう
なもので、熱容量の小さい補助陰極５２と、ＬａＢ　ａ
からなる主陰極５１とを有し、該補助陰極５２に初期放
電を集中させ、それを利用して主陰極ＬａＢａ５１を加
熱し、主陰極ＬａＢｓ５１が最終陰極としてアーク放電
を行うようにしたプラズマ発生装置である。補助陰極５
２としてはＷからなるコイル又はＴａからなるパイプ状
のものが挙げられる。

このような複合陰極型プラズマ発生装置においては、熱
容量の小さな補助陰極を集中的に初期放電で加熱し、初
期陰極として動作させ、間接的にＬａＢ　ａの主陰極を
加熱し、最終的にはＬａＢｓの主陰極によるアーク放電
へと移行させる方式であるので、補助陰極が２５００℃
以上の高温になって寿命に影響する以前にＬａＢａの主
陰極が１５００〜１８００℃に加熱され、大電子流放出
可能になるので、補助陰極のそれ以上の温度上昇が避け
られるという点が大きな利点である。

又、圧力勾配型プラズマ発生装置とは、陰極と陽極の間
に中間電極を介在させ、陰極領域をＩ　Ｔｏｒｒ程度に
、そして陽極領域を１０−”　Ｔｏｒｒ程度に保って放
電を行うものであり、陽極領域からのイオン逆流による
陰極の損傷がない上に、中間電極のない放電形式のもの
と比較して、放電電子流をつくりだすためのキャリアガ
スのガス効率が飛躍的に高く、大電流放電が可能である
という利点を有している。

複合陰極型プラズマ発生装置と、圧力勾配型プラズマ発
生装置とは、それぞれ、上記のような利点を有しており
、両者を組み合わせたプラズマ発生装置、即ち、陰極と
して複合陰極を用いると共に中間電極も配したプラズマ
発生装置は、上記利点を同時に得ることができるので本
発明のアーク放電でプラズマ流発生源２ｌとして大変好
ましい。

第２図にはアーク放電プラズマ発生源２１として、複合
陰極４ｌと、環状永久磁石を含む第１中間電極４２、空
芯コイルを含む第２中間電極４３を有するものを用いた
場合を示した。

本発明においては、プラズマ発生源２ｌとアノード２２
を薄膜形成領域を挟むように配置し、２個以上の空芯コ
イル２６によってプラズマ発生源２ｌからアノード２２
方向に向かう磁場２７を形成し、プラズマ発生源２１か
ら発生したアーク放電による高密度のプラズマ流を真空
室２３に引き出す。

さらに、引き出したプラズマをシート状にするために、
一対の永久磁石２８をプラズマガンとスパッタリング領
域の間で、Ｎ極面を対向させてプラズマをガス供給ノズ
ル３０と基板２９方向から挟み、かつ、永久磁石のＮ極
、あるいは、Ｓ極面をターゲット面、あるいは、被膜を
形成する基板面２９と平行になるように配置し、プラズ
マをガス供給ノズル３０、あるいは、基板２９と平行な
方向に押しつぶし、シート状の高密度プラズマ３ｌを形
成する。また、シートプラズマ３ｌを挟むようにガス供
給ノズル３０と基板２９を配置する。

シートプラズマ３１は、長《なるとそれの自己電流によ
る磁界のため、ねじれが顕著になりプラズマの分布に悪
影響を及ぼすので、長いプラズマの場合は、別の磁場手
段等によりこれを修正するのが望ましい。シートプラズ
マ３ｌとガス供給ノズル３０は、プラズマにより加熱さ
れ変形、溶融しない程度の距離を保って位置されるべき
である。具体的にはシートプラズマの中心部から２ｃｍ
以上離す必要がある。

また、基板２９とシートプラズマ３ｌの距離はプラスチ
ックのように基板温度上昇を極端に嫌うものは距離をで
きるだけ離して、ガラスのようにある程度加熱してもい
い場合は２ｃｍ〜ｌＯｃｍ程度とし、また高耐熱セラミ
ック基板のようにかなり高温まで加熱でき、かつ加熱す
ることが可能な場合ではプラズマに極端に近づける（接
触させる）ことも有効である。

アーク放電プラズマ流発生源（プラズマガン）（３．２
１）の導入口３３に導入されるガスの種類は特に限定さ
れるものではないが、もっとも安全に放電させやすいガ
スとして、Ａｒが最も良く使われるが、コートする材料
によっては、ＨｅやＨ２あるいはＡｒ，　Ｈｅ，　Ｈ２
の混合ガスでもかなわない。また、反応ガスのうち、例
えばＮ２や０。はプラズマガン陰極４ｌと中間電極４２
．　４３の間から導入することもそれらのイオン化度を
促進する？めに有効である。

反応ガスとしてガス供給ノズル３０から供給されるガス
は、例えばＣＨ．，Ｈ．，Ｎ２，０。，ＳｉＨ４，ＣＯ
■，Ｎ２０等であり、コートする材料によって異なる。

例えば、ダイヤモンドライクカーボン膜を形成する場合
には、ＣＨ．　，又はＣＨ４＋Ｈ２　，などで、ＳｉＯ
■膜を形成する場合はＳｉＨ４と０■が導入される。

基板は、加熱しても加熱しなくてもよい。この方法の特
徴は、高いプラズマ密度が得られるので、基板を加熱し
なくても高品質の膜が高速で得られることである。

第２図において、永久磁石２８によってシート状に変形
されたシートプラズマ３ｌは紙面に垂直な方向に幅を有
している。

ガス導入口３３からは、放電用ガスが導入される。又、
真空室２３は排気手段によってｌＯ−３Ｔｏｒｒ程度又
はそれ以下に保たれることが望ましい。

第２図のような配置では基板２９は紙面と垂直な方向に
搬送されると効率的である。

［作　用］ 本発明において、使用されるシートプラズマは、アーク
放電を利用しているため、従来のマグネトロンスパッタ
やイオンブレーティングに利用されているグロー放電型
プラズマに比べて、ブラスマの密度が５０〜１００倍高
《、ガスの電離度は数十％となり、イオン密度、電子密
度、中性活性種密度も非常に高い。このような高密度の
プラズマを挾んで供給ノズル３０と基板を対向させ、反
応ガスを供給すると、かかる反応ガスは基板に到達する
前に、高密度のプラズマの中を通り、反応性の高いイオ
ンや中性の活性種となる。その結果、基板上での反応性
が高まり、従来よりも高速の成膜速度で実現できる。

又、反応ガス供給ノズルの反応ガス供給部を大面積とし
、又、反応ガス供給面の細孔を反応ガス供給ノズルの容
積より十分小さくすることにより、大面積で均一な反応
ガス供給を実現できる。

［実施例］ 巾２０ｃｍ、長さ４０ｃｍ、厚み（肉眼的に）ｌｃｍの
シートプラズマ３ｌに対し、５ｃｍ離して巾１０ｃｍ、
長さ３０ｃｍ、厚み５ｃｍφの細孔を多数有したガス供
給ノズル３０を平行に配置し、２０ｃｍＸ　２０ｃｍの
ガラス基板２９をプラズマより５ｃｍ離した位置を平行
に通過させるような構造のプラズマＣＶＤ装置を作成し
た。

この装置において、Ｃｌ４を２００　ＳＣＣＭの流量で
真空室２３内に反応ガス供給ノズル３０から供給し、Ａ
ｒを放電ガスとしたプラズマＩＯＯＡ　（プラズマ発生
用直流電源２４の電流値）のシートプラズマを通過させ
反対側の移動ガラス基板に膜付けを行なった。基板移動
スピード１　ｍ／ｍｉｎで約１０００人の透明なアモル
ファスカーボン膜が基板面全体に均一に得られた。

［効果］ 本発明においては、反応ガス供給ノズルを上述のような
構造にしたため、大面積にわたり均一に反応ガスを供給
でき、アーク放電プラズマ流をシート化したシートプラ
ズマを用いているため、大面積にわたり高速で均一な膜
が形成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＣＶＤ方法の一実施例の概念図、第
２図は本発明のＣＶＤ装置の一実施例の断面図、第３図
は本発明において用いるアーク放電プラズマ流発生源の
陰極としての複合陰極の一例の断面図である。 １；反応ガス ２：プラズマ発生用ガス ３：複合陰極型プラズマガン ４：プラズマ圧着用永久磁石 ５：移動基板 ６：ガス供給ノズル ７：細孔（０．１〜１ｍｍφ） ８：シートプラズマ ９：水冷アノード １０：反応ガス供給部 ２１　： ２２： ２３： ２４＝ ２５＝ ２６＝ ２７： ２８： ２９： ３０： ３１　＝ ３２＝ ４ｌ　： ４２： ４３： ５１　： ５２： ５３： ５４： ５５： アーク放電プラズマ流発生源 アノード 真空室 プラズマ発生用直流電源 基板保持及び搬送手段 空芯コイル 空芯コイルによって作られた磁場の方向永久磁石 基体 ガス供給ノズル シートプラズマ ガス導入口 複合陰極 環状永久磁石を内蔵した第１中間電極 空芯コイルを内蔵した第２中間電極 ＬａＢｓ主陰極 Ｔａパイプの補助陰極 陰極を保護するためのＷからなる円板 Ｍｏからなる円筒 Ｍｏからなる円板状の熱シールド ５６：冷却水 ５７：ステンレスからなる［衾極支主寺台５８： ガス導入口 第３ 図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　アーク放電により発生せしめたアーク放電プラ
   ズマ流を磁界によってシート化したシートプラズマの一
   方の側から反応ガスを供給 し、該シートプラズマの他方の側に、該シートプラズマ
   と平行な基体上に、上記反応ガスの気相反応によって生
   成する薄膜を形成す ることを特徴とするシートプラズマＣＶＤ 法。
2. （２）　シートプラズマにほぼ平行に配置され、大面積
   にわたって均一に反応ガスを供給できる反応ガス供給ノ
   ズルから反応ガスを供給することを特徴とする請求項１
   記載のシートプラズマＣＶＤ法。
3. （３）　シートプラズマに対向する面に多数の細孔を有
   し、該シートプラズマに対抗する面内において、各細孔
   部でのガス噴出圧力差のない反応ガス供給ノズルから反
   応ガスを供給することを特徴とする請求項１又は２記載
   のシートプラズマＣＶＤ法。
4. （４）　真空室と、排気系と、アーク放電プラズマ流発
   生源と、該アーク放電プラズマ流がアーク放電プラズマ
   流を発生するための直流電源と、上記アーク放電プラズ
   マ流発生源との間でアーク放電を形成するアノードと、
   上記 アーク放電プラズマ流発生源から発生した アーク放電プラズマ流をアノードへ導くための磁場を与
   える磁場手段と、アーク放電プラズマ流をシート状のシ
   ートプラズマに変形する磁場手段と、該シートプラズマ
   の一方の側に、薄膜を形成する基体を該シートプラズマ
   と平行な面内で搬送する基体搬送手段と、上記シートプ
   ラズマの他方の側に、反応ガスを供給する反応ガス供給
   ノズルを有することを特徴とするＣＶＤ装置。
5. （５）　反応ガス供給ノズルは、反応ガス供給部がシー
   トプラズマと平行に配されており、該反応ガス供給部は
   多数の細孔を有し、各細孔部におけるガス噴出圧力差が
   なく、該反応ガス供給部全体から均一に反応ガスを供給
   できるようにしたノズルであることを特徴とする請求項
   ４記載のＣＶＤ装置。