JPH05331648A

JPH05331648A - ポリマー基板にガス相で無機化合物をプラズマ堆積する反応装置

Info

Publication number: JPH05331648A
Application number: JP4151668A
Authority: JP
Inventors: Jean-Christophe Rostaing; ロスタン・ジヤン−クリストフ; Coeuret Francois; コウレ・フランソワ
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-14
Also published as: FR2677841A1; FR2677841B1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】透明なポリマー基板に、保護及び濾光用の層
を形成する。【構成】反応装置は、この反応装置の囲い１内に延び
る端部１５が段々に口が広がり、被覆すべき基板６を覆
う端部開口表面を有する外形１６を呈するプラズマ柱１
３，１５を有し、堆積すべき化合物の前駆ガス注入手段
は、プラズマ柱の端部開口からわずかに離れた平面内
に、前記端部開口と平行にほぼ位置し、基板支持台５に
垂直にほぼ規則的に分配された複数の注入オリフィス２
８を有し、基板支持台５は冷却手段３０，３１を備え、
高周波界の影響による基板の自動分極のお蔭で基板のイ
オン衝撃を変えるように高周波発生器３２に接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、基板支持台が内部に配
置された気密な囲いを有し、プラズマ柱は囲い内で基板
支持台に垂直に延び、プラズマ発生ガス源に接続可能
で、プラズマ発生ガスの励起手段と組合され、プラズマ
柱端部と基板支持台との間に配置された少なくとも１種
類の無機化合物の前駆ガス注入手段を有する種類の、ポ
リマー基板にガス相で無機化合物をプラズマ堆積する反
応装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排出後に前記ガスを注入する種類のこの
ような反応装置は、本出願人名義によるフランス国特許
公開第２，６１４，３１７号明細書に記されている。こ
の文献に記された反応装置は、高性能の光学的要素製造
のために、透明なポリマー、特にポリカーボネート製の
基板に、保護及び／又は濾光のケイ素化合物を低温で堆
積するのに特に適しているが、基板の大きな表面に、急
速で均一な堆積を行うことはできない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、より大きな
寸法の基板に０．２ｕｍ／ｍｉｎにも達する大きな堆積
速度で、ほぼ均一な堆積を行うことができる、融通性が
あり、容易に制御可能に利用する上記種類の反応装置を
提案することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そのため本発明の一特徴
によれば、囲い内に延びるプラズマの端部は段々に口が
広がり、被覆すべき基板区域面と少なくとも等しい端部
開口面を有する外形を呈する。

【０００５】本発明の他の特徴によれば、注入装置は、
基板支持台の方へ向けられ、プラズマ柱の端部開口から
１５ｍｍを超えないわずかな距離だけ離れて平行に延び
る平面内にほぼ位置する複数の注入オリフィスを有し、
注入オリフィスは基板支持台と垂直にほぼ規則的に分配
されるのが好ましい。

【０００６】本発明のさらに特別な他の特徴によれば、
基板支持台は高周波発生器に電気的に接続される。この
ような組合せによって、著しく巾が広げられ、基板支持
台からわずかに離れて半径方向に均一性を保っている拡
散プラズマが得られ、基板支持台では堆積用前駆ガス注
入が行われ、基板のイオン衝撃は、基板表面がゆがんだ
形状である時でも、その表面の比較的均一な分極を実現
できる高周波界効果で、基板の自動分極による前駆体の
生成とは別に容易に変えられる。

【０００７】本発明の他の特徴及び利点は、限定しない
例として添付の図面と関連づけて一実施態様についてな
される以下の記載から明らかにされるであろう。

【０００８】

【実施例】図示された実施態様では、反応装置は、上端
部が開かれており、その底部２には真空ポンプ４と接続
された排気管路３が取付けられている円筒形囲い１を有
する。囲い内には、この図示された実施例ではポリカー
ボネート又はポリスチレンＣＲ３９製レンズの“ガラ
ス”補整装置である被覆すべき基板６用の金属製基板支
持台５が、底部２からはなれて中央に取付けられてい
る。

【０００９】囲い１の上部開口の縁には、気密なように
貫通しているガス供給管９によって、符号１０で全体的
に示された注入装置の金属構造体を支える環状金属フラ
ンジ８が、気密パッキング７を介在して取付けられてい
る。

【００１０】フランジ８には、上部管状部分１３を有す
る排気鐘１２が取付けられ、上部管状部分１３内には、
下端が逆漏斗形１６を形成するように徐々に広がる、プ
ラズマ柱の管状部分１５が溶接部１４によって取付けら
れ、前記逆漏斗形の下端開口面は基板支持台５と平行に
延び、被覆すべき基板６の区域の表面と少くとも等しい
か、典型的にはそれより大きい表面を有する。排気鐘１
２及びプラズマ柱の管状部分１５は、石英でつくられる
のが有利である。

【００１１】排気鐘１２の上方でプラズマ柱１５上端
は、プラズマ柱１５の内側に表面波プラズマを維持する
いわゆるサーファトロン／サーファガイド(Surfatron／
Surfaguide) の利用配置でマイクロ波発生器１８及びプ
ラズマ柱と同軸の管状案内部１９に連結された、横方向
長方形導波管１７と組合され、プラズマ柱１５はその上
端で、タンク２０，２０′から出るプラズマ発生ガス又
はその混合物を供給される。従来のやり方では、管状案
内部１９は環状同調ピストン２１を、長方形導波管１７
は同調しうる短絡ピストン２２を有し、両ピストン２１
又は２２は手動又は、好ましくは遠隔操作によって動か
すことができる。

【００１２】ガス供給管９の下端において、注入装置構
造体１０は、逆漏斗１６の下端の周りに、環状分配室２
４を形成する第１環状金属構造体２３を有し、前記環状
分配室は、第２環状金属構造体２６の下方環状分配室２
５と連通しており、第２環状金属構造体２６からは、基
板支持台５及び逆漏斗１６の開口端と平行な平面内に延
び、下方に向けられた注入オリフィス２８でそれぞれ終
る複数の金属管２７が内側の方へ放射状に延びている。

【００１３】金属管２７は角度的に分配され、いくつか
の注入オリフィス２８が基板支持台５と垂直にほぼ規則
的に分配されるように、異なった長さを有する。注入装
置構造体１０は、ガス供給管９及びフランジ８を経てア
ースに接続される。本発明の一態様によれば、注入オリ
フィス２８面と逆漏斗１６の開口面との間の距離は、１
ｃｍ以下又は１ｃｍに等しく、基板６に対する距離は１
０ｃｍを超えない。

【００１４】図面に見るように、基板支持台５は、例え
ば水のような冷却流体が分配管路３０によって供給され
る内部空間２９を限定する小ケース形状を呈し、冷却流
体の戻りは管路３１によって行われる。基板支持台５の
金属構造体は、インピーダンス自動同調回路３３を経て
分極高周波発生器（ＲＦ発生器）３２に接続される。Ｒ
Ｆ発生器３２及びマイクロ波発生器１８は、同期操作ユ
ニット３４（図示せず）に電気的に接続されるのが有利
である。

【００１５】基板支持台５はその上部に、温度変化をざ
っと追跡する熱電対端子３５を有する。本発明の特別な
特徴によれば、基板６がゆがんだ形をしているときにそ
の表面の比較的均一な分極を実現するために、被覆すべ
き基板６の形状にぴったり合い、基板６と基板支持台６
との間の電気的、熱的接触を確実にする、取りはずし自
由な金属製型を基板支持台５に付け加えることができ
る。

【００１６】本発明の一実施態様によれば、ＲＦ発生器
３２によって発せられるネット出力Ｗｒｆ及びＲＦ自動
分極とイオン流にその間比較的変化しないやり方で接続
されるアースと基板支持台５間の直流電圧Ｖｄｃに基い
て簡略化された制御条件に置かれるように、基板６の周
り及びその側面の基板支持台５の自由表面は、例えばセ
ラミックのようなイオン衝撃に耐える十分な厚さの誘電
体層３７で被覆されるのが有利である。

【００１７】同じように、注入装置構造体の放射状金属
管２７と基板支持台５との間に点弧されるＲＦプラズマ
の自動分極を一層効果的に変え、したがってイオン衝撃
を変えるために、付加的な導電性管束２７を追加するこ
とができるが、注入オリフィス２８からわずかに（５〜
１５ｍｍ）離れ、環状構造体２６に支持されることによ
ってアースに接続される金属製格子３８の形状をした別
個の基準電極を、基板支持台５と注入オリフィス２８の
平面との間に挿入するのが好ましい。この配置は、ＲＦ
プラズマを注入装置から離れて閉じ込める利点を有し、
頻繁な清掃をしなければならない無機化合物に富んだ堆
積によって注入装置が被覆されないようにする。

【００１８】光学的基板に保護及び濾光層を堆積するた
めに注入オリフィス２８によって注入される前駆ガス
は、典型的にはガス供給管９が接続されているタンク３
９に貯蔵されたシランである。プラズマ柱の形状を考慮
すると、プラズマ発生ガスは、タンク２０，２０′に貯
蔵されたアルゴン／窒素又はアルゴン／酸素の混合物が
有利であり、アルゴンは放射電力に作用することによ
り、ある程度の融通性をもってプラズマの発光帯を調整
でき、またポンプ排気速度を増加できる。プラズマのパ
ラメータの正確な再現を保証するためには、マイクロ波
の直接出力及び反射出力の正確な測定及び制御手段を配
置しなければならない。しかしながら、同調ピストン２
１及び２２の正確な自動位置決め手段を設けることによ
って、反射出力なしですますことができる。

【００１９】次に例として、ポリカーボネート製の基板
６上に、ケイ素を主成分とした堆積を得るための装置の
使用方法を掲げよう。プラズマ発生ガスは、アルゴンと
酸素又は窒素の混合物で構成され、堆積すべき無機化合
物の前駆ガスはシランである。基板支持台上に基板が位
置決めされると、囲１内は１０^-2Ｐａ以下、典型的には
５×１０^-3に調整された真空となる。

【００２０】マイクロ波発生器１８は、典型的には周波
数２．４５ＧＨｚ、出力ほぼ５００Ｗで運転され、ＲＦ
発生器は、典型的には周波数１３．５６ＭＨｚ、出力数
百Ｗで運転される。まず基板表面の活性化が、次のパラ
メータによって二つの段階で行われる。１．流量Ａｒ：８５ｓｃｃｍ圧力０．１ＰａＭＷ出力２００Ｗ２．流量Ａｒ：７６．５ｓｃｃｍＮＨ₃：８．５ｓｃｃｍ圧力０．１ＰａＭＷ出力２００Ｗ。

【００２１】次いでＳｉ：Ｈ接着層の堆積が、次のパラ
メータで行われ、流量Ａｒ：１７．０ｓｃｃｍＨｅ：５．０ｓｃｃｍ（排出後にＳｉＨ₄とともに注
入）ＭＷ出力２００Ｗそれからケイ素の硬い構造で透明な層の堆積が、次のパ
ラメータにより行われた。流量Ａｒ：１２５ｓｃｃｍＯ₂：６２．５ｓｃｃｍＳｉＨ₄：６．５ｓｃｃｍ圧力０．１ＰａＭＷ出力４００Ｗ。

【００２２】また、わずかに炭化された水素化ケイ素の
窒化物層の堆積を、次のパラメータにより行うことがで
きる。流量Ａｒ：１２５ｃｍ³／ｍｉｎＮ₂：１５ｃｍ³／ｍｉｎＳｉＨ₄：４〜５ｓｃｃｍ圧力０．０８ＰａＭＷ出力２００Ｗ。

【００２３】すべての場合に、ガス流量及び圧力はあら
かじめ調整され、次のやり方で操作するマイクロ波プラ
ズマの点弧によって開始される。すなわちまず同調ピス
トン２１，２１が位置決めされ、次いでマイクロ波発生
器１８が始動し、放射電力が適当な値に調節される。マ
イクロ波プラズマは自然にはスタートせず、プラズマ柱
１５の外側に配置された補助高周波電極を用いて開始さ
れる。この手順は、前駆ガスの注入がないので、まずマ
イクロ波プラズマを確立するのに好ましく、堆積すべき
層の厚さは、１分間当りほぼ１０００オングストローム
の堆積速度で、前駆ガス流量を正確に変えることはでき
ない。

【００２４】このような組合せによって、０．２ｕｍ／
ｍｉｎ以上の酸化ケイ素の増加速度が得られ、基板の温
度上昇は、基板支持台の冷却なしに２５分以上継続して
処理を可能にするように、十分小さくできる。同様な結
果は、窒化ケイ素の場合にも得られる。本発明による装
置は、本出願人名義のフランス国特許公開第２，６１
４，３１７号、同第２，６３１，３４６号及びフランス
国特許出願第９０．０５５２９号明細書による堆積の実
現に用いられ、それらの内容は参考のためにここで重複
して取り入れられている。

【００２５】記載の組合せは、プラズマ柱の出口におい
て励起された種の密度の半径方向均一性が得られ、励起
された種の通過濃度及び通過時間の分配を制御でき、注
入された前駆ガス流束の最適空間配分が得られる。本発
明は、特別の実施態様に関して記述されてきたが、本発
明はそれに限定されるものではなくて、却って当業者に
とって自明の修正及び変形を受け入れるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反応装置の略図的垂直断面図。

【符号の説明】

１円筒形囲い２囲い１の底部３排気管路４真空ポンプ５基板６の金属製支持台６基板７，１１気密パッキング８環状金属フランジ９ガス供給管１０注入装置構造体１２排気鐘１３排気鐘１２の上部管状部分１５プラズマ柱の管状部分１６逆漏斗形１７長方形導波管１８マイクロ波発生器１９管状案内部２０，２０′ プラズマ発生ガスタンク２１，２２ピストン２３第１環状金属構造体２４環状分配室２５下方環状分配室２６第２環状金属構造体２７放射状金属管２８注入オリフィス２９内部空間３２分極高周波発生器（ＲＦ発生器）３３インピーダンス自動同調回路３４同期操作ユニット３５熱電対端子３６金属製型３７誘電体層３８金属製格子（基準電極）３９前駆ガスのタンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者コウレ・フランソワフランス国．78280・グヤンクール．レシダンス・レ・シンホニー．ブールバール・ベートーベン．63

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板支持台（５）が内部に配置されてい
る気密な囲い（１）；基板支持台に垂直に囲い内で延び
る端部（１５，１６）を有し、プラズマ発生源（２０，
２１′）に接続可能で、かつプラズマ発生ガス励起手段
（１７，１８）と組合されるプラズマ柱（１３，１
５）；及びプラズマ柱端部と基板支持台との間に配置さ
れた少なくとも１種類の前駆ガス注入手段（１０）を有
する、ポリマー基板にガス相で無機化合物をプラズマ堆
積する反応装置において、プラズマ柱の端部が、段々に
口が拡がり、被覆すべき基板（６）区域面と少なくとも
等しい端部開口面を有する外形（１６）を呈することを
特徴とする反応装置。
【請求項２】注入手段（１０）が、基板支持台（５）
の方に向けられ、プラズマ柱の端部開口から１５ｍｍを
超えないわずかな距離だけ離れて平行に延びる平面内に
ほぼ位置する複数の注入オリフィス（２８）を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の反応装置。
【請求項３】注入オリフィス（２８）が、基板支持台
（５）に垂直にほぼ規則的に分配されることを特徴とす
る請求項２記載の反応装置。
【請求項４】注入オリフィス（２８）が、金属構造体
（２７）によって形成され、プラズマ柱（１５）の端部
開口と比べて外側に配置された環状分配室（２５）から
供給される請求項２又は３記載の反応装置。
【請求項５】基板支持台（５）が金属であり、冷却手
段（３０，３１）を有することを特徴とする請求項１な
いし４のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項６】基板支持台（５）が、被覆すべき基板
（６）の外形に適合した交換可能な金属型（３６）を有
することを特徴とする請求項５記載の反応装置。
【請求項７】基板支持台（５）が、高周波発生器（３
２）と電気的に接続されていることを特徴とする請求項
５又は６記載の反応装置。
【請求項８】注入用金属構造体（２７）と基板支持台
（５）との間に配置された金属製格子（３８）を有する
請求項７記載の反応装置。
【請求項９】基板支持台（５）が、基板（６）の寸法
より大きい横断寸法を有し、基板によって覆われていな
い少なくとも基板支持台の上部面が、セラミック材料製
被覆で覆われていることを特徴とする請求項７又は８記
載の反応装置。
【請求項１０】プラズマ柱が、囲い（１）に気密に取
付けられた鐘の形状をした部分（１２）を、広げられた
端部（１６）の上に有することを特徴とする請求項１な
いし９のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項１１】囲い（１）が上部入口開口を有し、鐘
の形状をした部分（１２）が、前記上部入口開口に気密
に取付けられた環状フランジ（８）によって支えられる
ことを特徴とする請求項１０記載の反応装置。
【請求項１２】注入手段（１０）が環状フランジ
（８）によって支えられることを特徴とする請求項１１
記載の反応装置。
【請求項１３】プラズマ発生ガス励起手段がマイクロ
波発生器（１８）を有することを特徴とする請求項１な
いし１２のいずれか１項に記載の反応装置。
【請求項１４】プラズマ発生ガスがアルゴンを含むこ
とを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記
載の反応装置。