JPH07310186A - Plasma cvd method and apparatus therefor - Google Patents

Plasma cvd method and apparatus therefor

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JPH07310186A
JPH07310186A JP6103037A JP10303794A JPH07310186A JP H07310186 A JPH07310186 A JP H07310186A JP 6103037 A JP6103037 A JP 6103037A JP 10303794 A JP10303794 A JP 10303794A JP H07310186 A JPH07310186 A JP H07310186A
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JP
Japan
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plasma
sheet
magnetic field
substrate
film forming
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JP6103037A
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Japanese (ja)
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Makiko Ooyamaguchi
まき子 大山口
Koichi Sasagawa
孝市 笹川
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PURPOSE:To form films having excellent denseness and tight adhesion at a high film forming rate on substrates by forming the plasma formed by an arc discharge to a sheet form, introducing this plasma into a film forming chamber and impressing a magnetic field thereon, thereby bending the plasma. CONSTITUTION:The discharge gas introduced from a gas introducing port 20 is converted to the plasma by the arc discharge of a plasma forming means 1 and the formed plasma is introduced into a plasma introducing section 2. The plasma advance to a pressure regulating chamber 5 in the state that the plasma is converged to a circular cylindrical shape by the magnetic field formed by a permanent magnet built in a first intermediate electrode 21 and an air-core coil 4 built in a second intermediate electrode 22. The plasma is deformed to the sheet-like plasma 15 by a first magnetic field impressing means 3 during the course thereof and is accelerated by a voltage applying means 14, by which the plasma is introduced into the pressure regulating chamber 5. Further, the twist of the plasma is corrected by a second magnetic field impressing means and is introduced into the film forming chamber 6. At this time, the sheet-like plasma 15 is bent nearly 90 deg. by a third magnetic field impressing means 7 and is converted to an anode 16.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜形成法の一種であ
るプラズマCVD方法、及びそれに使用する装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma CVD method, which is a kind of thin film forming method, and an apparatus used therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】薄膜形成方法は大別して物理的方法(P
VD)と化学的方法(CVD)の二つがある。前者の代
表例はスパッタや真空蒸着である。CVD法は、化学反
応を起こすために必要な活性化エネルギーを与える手段
により、以下の3つに分類される。熱を用いる(温度を
上げる)方法を熱CVD、光(近紫外から真空紫外光、
レーザ光など)を用いる方法を光CVD、プラズマを用
いる方法をプラズマCVDという。プラズマCVD法に
は、熱プラズマを利用するものと低温プラズマを用いる
方法があるが、工業的にはグロー放電などで発生させた
低温プラズマを用いることが多い。従来のプラズマCV
D装置のプラズマ源として、直流や高周波によって発生
するグロー放電やマイクロ波放電などが使われていた
が、これらはいずれもグロー放電を用いているためにプ
ラズマ密度が低く(108 〜1012ions/cm3)、その結果、
成膜速度も遅いという問題があった。
2. Description of the Related Art Thin film forming methods are roughly classified into physical methods (P
There are two types: VD) and chemical method (CVD). Typical examples of the former are sputtering and vacuum evaporation. The CVD method is classified into the following three types according to the means for giving the activation energy necessary for causing a chemical reaction. The method of using heat (increasing the temperature) is thermal CVD, light (from near ultraviolet to vacuum ultraviolet light,
A method using laser light) is called optical CVD, and a method using plasma is called plasma CVD. The plasma CVD method includes a method using thermal plasma and a method using low temperature plasma, but industrially, low temperature plasma generated by glow discharge or the like is often used. Conventional plasma CV
As the plasma source of the D device, glow discharge or microwave discharge generated by direct current or high frequency has been used, but all of them have low plasma density (10 8 to 10 12 ions) because they use glow discharge. / cm 3 ) and, as a result,
There is a problem that the film forming speed is slow.

【0003】またCVD法で形成した膜は、絶縁膜や導
電膜として使用されることが多いが緻密な膜が得られ
ず、かつ密着性に劣るものが多かった。さらに、プラズ
マCVD法は成膜に寄与する反応種がイオンと中性粒子
になるため、得られる膜の電気的特性(絶縁性、導電
性)が高くないという問題もあった。
A film formed by the CVD method is often used as an insulating film or a conductive film, but a dense film cannot be obtained and the adhesion is often poor. Further, in the plasma CVD method, since the reactive species that contribute to film formation are ions and neutral particles, there is a problem in that the electrical characteristics (insulation and conductivity) of the obtained film are not high.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これに対し、アーク放
電型の、複合陰極型プラズマガンによって得られるプラ
ズマ密度は1012〜1014ions/cm3であり、これをプラズマ
CVD装置に用いることで高速成膜が期待できる(真空
第25巻第10号(1982))。このため、アーク放電をプラ
ズマ源に用いて、より高いプラズマ密度を得る事が考え
られた(特開昭60ー110876、特開平1-252781)。しか
し、これらの方法では、基板がプラズマ中に位置してい
るので、基板へのイオン衝撃などのため、使用できる基
板が限定された。また、金属化合物を成膜する場合、た
とえば、陽極に設けた孔から金属化合気体を導入する
と、孔が金属化合物で覆われ易かった(特開平1-25278
1)。
On the other hand, the plasma density obtained by the arc discharge type composite cathode type plasma gun is 10 12 to 10 14 ions / cm 3 , and by using this in the plasma CVD apparatus. High-speed film formation can be expected (Vacuum Volume 25, No. 10 (1982)). Therefore, it has been considered to use arc discharge as a plasma source to obtain a higher plasma density (JP-A-60-110876, JP-A-1-52781). However, in these methods, since the substrate is located in the plasma, the substrates that can be used are limited due to ion bombardment to the substrate. Further, when a metal compound is formed into a film, for example, when a metal compound gas is introduced from a hole provided in an anode, the hole is easily covered with the metal compound (Japanese Patent Laid-Open No. 1-25278).
1).

【0005】そのため、基板の位置をプラズマの外に置
くとともに反応ガス導入部を陽極とは別の位置に設置す
ることが行われた(特開平3-215671)。しかし、プラズ
マ密度を変える事なく基板位置をプラズマ外に出すと、
基板に到達するイオン、中性活性種は激減し成膜速度、
反応ガスの使用効率が著しく低下してしまうという問題
点が生じた。また、成膜速度をあげるため、低真空度で
成膜を行うとプラズマが不安定になり安定した均一な膜
の製造が困難であった。
Therefore, it has been carried out that the position of the substrate is placed outside the plasma and the reaction gas introduction part is placed at a position different from the anode (Japanese Patent Laid-Open No. 3-215671). However, if the substrate position is taken out of the plasma without changing the plasma density,
Ions and neutral active species reaching the substrate are drastically reduced, film formation speed,
There is a problem that the use efficiency of the reaction gas is significantly reduced. Further, since the film forming speed is increased, when the film is formed at a low degree of vacuum, the plasma becomes unstable and it is difficult to manufacture a stable and uniform film.

【0006】本発明は、このような問題を解決すること
を目的とする。
The present invention aims to solve such a problem.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、第1に、アーク放電によりプラズマを生成する
第1工程、前記プラズマを磁界によりシート状に成形す
る第2工程、前記シート状のプラズマを磁界により曲げ
る第3工程、前記シート状のプラズマを曲げる前のプラ
ズマの進行方向に設置された基板上に気相反応によって
薄膜を形成する第4工程からなることを特徴とするプラ
ズマCVD法(請求項1)を提供する。
To achieve the above object, in the present invention, firstly, a first step of generating plasma by arc discharge, a second step of shaping the plasma into a sheet by a magnetic field, and the sheet. Plasma comprising a third step of bending a sheet-shaped plasma by a magnetic field, and a fourth step of forming a thin film by a gas phase reaction on a substrate placed in the traveling direction of the plasma before the sheet-shaped plasma is bent. A CVD method (claim 1) is provided.

【0008】第2に、アーク放電によりプラズマを生成
するプラズマ生成手段、該プラズマの形状をシート状に
変形させるための磁場印加手段、基板を支持する支持手
段、前記基板と対向する側から前記シート状のプラズマ
を介して反応ガスを供給するガス供給手段、前記シート
状のプラズマを曲げるための磁場印加手段、前記基板を
所定の圧力に保持するための成膜室及び該成膜室を所定
の圧力に設定するための排気手段にて構成されるプラズ
マCVD装置(請求項2)を提供する。
Secondly, plasma generating means for generating plasma by arc discharge, magnetic field applying means for deforming the shape of the plasma into a sheet shape, supporting means for supporting the substrate, the sheet from the side facing the substrate. Gas supply means for supplying a reaction gas through a sheet-shaped plasma, magnetic field application means for bending the sheet-shaped plasma, a film forming chamber for holding the substrate at a predetermined pressure, and a film forming chamber having a predetermined film forming chamber. Provided is a plasma CVD apparatus (Claim 2) comprising exhaust means for setting the pressure.

【0009】第3に、アーク放電によりプラズマを生成
する第1工程、前記プラズマを磁界によりシート状に成
形する第2工程、前記シート状のプラズマ中の電子を加
速する第3工程、前記シート状のプラズマを磁界により
曲げる第4工程、前記シート状のプラズマを曲げる前の
プラズマの進行方向に設置された基板上に気相反応によ
って薄膜を形成する第5工程からなることを特徴とする
プラズマCVD法(請求項3)を提供する。
Thirdly, a first step of generating plasma by arc discharge, a second step of shaping the plasma into a sheet by a magnetic field, a third step of accelerating electrons in the sheet of plasma, the sheet of Plasma CVD, which comprises a fourth step of bending the plasma in a magnetic field by a magnetic field, and a fifth step of forming a thin film by a gas phase reaction on a substrate placed in the traveling direction of the plasma before bending the sheet-shaped plasma. Providing a law (claim 3).

【0010】第4に、アーク放電によりプラズマを生成
するプラズマ生成手段、前記プラズマの形状をシート状
に変形させるための磁場印加手段、前記シート状のプラ
ズマ中の電子を加速するための電圧印加手段、基板を支
持する支持手段、前記基板を所定の圧力に保持するため
の成膜室、前記プラズマ生成手段と前記成膜室の間に設
置される圧力調整室、前記圧力調整室および前記成膜室
内をそれぞれ所定の圧力に設定するための排気手段、前
記成膜室内でプラズマを介して前記基板と対向する側か
ら反応ガスを供給するガス供給手段及び前記成膜室内で
プラズマの方向を曲げるための磁場印加手段にて構成さ
れるプラズマCVD装置(請求項4)を提供する。
Fourth, plasma generating means for generating plasma by arc discharge, magnetic field applying means for deforming the shape of the plasma into a sheet shape, voltage applying means for accelerating electrons in the sheet-like plasma. A supporting means for supporting the substrate, a film forming chamber for holding the substrate at a predetermined pressure, a pressure adjusting chamber installed between the plasma generating means and the film forming chamber, the pressure adjusting chamber and the film forming Exhaust means for setting each chamber to a predetermined pressure, gas supply means for supplying a reaction gas from the side facing the substrate via plasma in the film forming chamber, and for bending the direction of plasma in the film forming chamber There is provided a plasma CVD apparatus (claim 4) constituted by the magnetic field applying means.

【0011】[0011]

【作用】本発明では、アーク放電によってプラズマを生
成するため、従来のグロー放電で生成したプラズマより
もその密度を 50 〜100 倍程度高くすることができる。
そのため、キャリアガス(Ar)の電離度が数十%と高
くなり、イオン密度、電子密度、中性活性種密度は、い
ずれも従来のプラズマと比べ桁違いに高くなる。ここ
で、プラズマCVDにおける薄膜形成過程で最も重要な
役割を担うのはラジカルなどの中性活性種である。とこ
ろが、イオンや電子が成膜中の基板を直接衝撃すること
は、膜物性(特に電気的特性)の点から好ましくないこ
とが多い。そのため、基板上に中性活性種のみを供給す
ることが望ましい。
In the present invention, since plasma is generated by arc discharge, its density can be increased by 50 to 100 times that of plasma generated by conventional glow discharge.
Therefore, the ionization degree of the carrier gas (Ar) is as high as several tens of percent, and the ion density, electron density, and neutral active species density are all orders of magnitude higher than those of conventional plasma. Here, neutral active species such as radicals play the most important role in the thin film formation process in plasma CVD. However, direct impact of ions or electrons on the substrate during film formation is often undesirable from the viewpoint of film physical properties (particularly electrical characteristics). Therefore, it is desirable to supply only the neutral active species onto the substrate.

【0012】ここで、成膜室に導入したシート状のプラ
ズマを磁界によって曲げると、電子やイオンはその磁界
により曲げられるが、中性活性種は電荷を持たないの
で、磁界による影響を受けずに直進する。本発明では中
性活性種の向かう方向に基板を設置してあるので、中性
活性種が効率よく成膜に寄与することになる。この結
果、膜の電気的特性が向上する。また、磁界を印加して
プラズマの形状をシート状に形成し、プラズマの均一性
が向上しているため、中性活性種のエネルギー分布の均
一性も高く、成膜した薄膜の均一性も従来のCVDに比
べ格段に向上する(請求項1、2)。
Here, when the sheet-like plasma introduced into the film forming chamber is bent by a magnetic field, electrons and ions are bent by the magnetic field, but neutral active species have no electric charge and therefore are not affected by the magnetic field. Go straight to. In the present invention, since the substrate is installed in the direction toward the neutral active species, the neutral active species contributes to the film formation efficiently. As a result, the electrical characteristics of the film are improved. Also, by applying a magnetic field, the shape of the plasma is formed into a sheet shape, and the uniformity of the plasma is improved, so the energy distribution of neutral active species is also highly uniform, and the uniformity of the formed thin film is It is remarkably improved as compared with CVD of (claims 1 and 2).

【0013】また、中性活性種の運動エネルギーが高い
ほど、成膜速度は速くなる。このため、放電プラズマ中
の電子流のエネルギーを高めることにより、生成された
中性活性種の運動エネルギーも高くなり、より高速の成
膜が可能になる。電子流のエネルギーを高めるには、圧
力調整室のガス圧を成膜室より低く設定しプラズマ流中
の電子の電離作用を抑制する。次に、圧力調整室の手前
に設けた電圧印加手段で加速電圧をかけ電子を加速す
る。加速された電子は、圧力の高い成膜室でキャリアー
ガス及び反応ガスの電離を促進し、高密度のプラズマが
生成される。この時、成膜室から圧力調整室へのイオン
の逆流が起こり空間電位が中和され電子の加速が安定的
に進む。放電プラズマ中の電子流領域を加速することに
より、ガスのイオン化効率も高くなり、ラジカルなどの
中性活性種のエネルギーやキャリアガスの電離効率が著
しく向上して高速での成膜が可能になる。さらに成膜速
度を上げるためには、ある程度低真空度での成膜が好ま
しい。本発明では、従来の圧力勾配型プラズマ源を利用
したプラズマCVDに比べ低真空度(10-1Torr程度)で
も、プラズマを磁界によりシート状に成形し、均一で安
定なプラズマを作る事ができる。また、低真空度ではイ
オンの平均自由行程が短くなるため、廻り込みが発生
し、複雑な凹凸を持つ表面への成膜(ステップカバレー
ジ)もより容易となる(請求項3、4)。
Further, the higher the kinetic energy of the neutral active species, the faster the film formation rate. Therefore, by increasing the energy of the electron flow in the discharge plasma, the kinetic energy of the generated neutral active species also increases, and higher speed film formation becomes possible. In order to increase the energy of the electron flow, the gas pressure in the pressure adjustment chamber is set lower than that in the film formation chamber to suppress the ionization action of electrons in the plasma flow. Next, an accelerating voltage is applied by a voltage applying means provided in front of the pressure adjusting chamber to accelerate the electrons. The accelerated electrons accelerate the ionization of the carrier gas and the reaction gas in the film forming chamber having a high pressure, and high density plasma is generated. At this time, the backflow of ions from the film formation chamber to the pressure adjustment chamber occurs, the space potential is neutralized, and the acceleration of electrons proceeds stably. By accelerating the electron flow region in the discharge plasma, the gas ionization efficiency is also increased, and the energy of neutral active species such as radicals and the ionization efficiency of the carrier gas are significantly improved, enabling high-speed film formation. . In order to further increase the film formation rate, it is preferable to form the film at a low degree of vacuum. According to the present invention, it is possible to form a uniform and stable plasma by shaping the plasma into a sheet with a magnetic field even at a low vacuum degree (about 10 -1 Torr) as compared with the conventional plasma CVD using a pressure gradient type plasma source. . Moreover, since the mean free path of ions is shortened at a low degree of vacuum, wraparound occurs, and film formation (step coverage) on a surface having complicated irregularities becomes easier (claims 3 and 4).

【0014】以下、図面を引用して、実施例により本発
明をより具体的に説明するが、本発明は、これに限られ
るものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕図1は、本発明(請求項3、4)の一実施
例に係るプラズマCVD装置概略断面図である。このプ
ラズマCVD装置は、プラズマ生成手段1、プラズマ導
入部2、プラズマ生成部1とプラズマ導入部2の間に設
置された空芯コイル4、圧力調整室5、プラズマ導入部
2と圧力調整室5との間に設置された第1の磁界印加手
段3と、プラズマ中の電子を加速するために設置された
電圧印加手段14及び加速電源18、成膜室6、シート
状のプラズマのねじれを解消し、均一性を高めるため第
2の磁界印加手段3a、プラズマを所定の方向に曲げる
ための第3の磁界印加手段7、前記成膜室内に反応ガス
を均一に供給するためのガス供給手段9、基板11を支
持する手段12、および前記成膜室を所定の圧力に設定
するための排気手段(図示せず)に接続された排気口1
3bとを備えている。
[Embodiment 1] FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention (claims 3 and 4). This plasma CVD apparatus includes a plasma generating unit 1, a plasma introducing unit 2, an air-core coil 4 installed between the plasma generating unit 1 and the plasma introducing unit 2, a pressure adjusting chamber 5, a plasma introducing unit 2 and a pressure adjusting chamber 5. The first magnetic field applying means 3 installed between the first magnetic field applying means and the voltage applying means 14 and the acceleration power source 18, which are installed to accelerate the electrons in the plasma, the film forming chamber 6, and the twisting of the sheet-like plasma. Then, the second magnetic field applying means 3a for improving the uniformity, the third magnetic field applying means 7 for bending the plasma in a predetermined direction, and the gas supplying means 9 for uniformly supplying the reaction gas into the film forming chamber. An exhaust port 1 connected to a means 12 for supporting the substrate 11 and an exhaust means (not shown) for setting the film forming chamber to a predetermined pressure.
3b and.

【0016】圧力調整室5の出入口はシート状に形成さ
れたプラズマ(以下、シート状プラズマという)15に
接触しない程度の大きさに設定してある。また、圧力調
整室には図示していない排気手段に接続された排気口1
3aが設けられ、この排気手段によって内部の圧力を10
-3〜10-6Torrの範囲内で調整可能になっている。第3の
磁界印加手段7は、シート状プラズマ15をほぼ90°
曲げて、陽極16上に導くために設けられている。この
シート状プラズマ15が曲がる前のプラズマの進行方向
に基板11が設置されている。
The inlet and outlet of the pressure adjusting chamber 5 are set to a size that does not come into contact with the sheet-shaped plasma (hereinafter referred to as sheet-shaped plasma) 15. Further, the pressure adjusting chamber has an exhaust port 1 connected to an exhaust means (not shown).
3a is provided, and the internal pressure is reduced to 10 by this exhaust means.
Adjustable within the range of -3 to 10 -6 Torr. The third magnetic field applying means 7 applies the sheet-shaped plasma 15 to the surface by approximately 90 °.
It is provided to bend and lead onto the anode 16. The substrate 11 is installed in the plasma traveling direction before the sheet-shaped plasma 15 is bent.

【0017】効率良く成膜するために、成膜室6は、陽
極16と反応ガス供給手段9とが設置された第1の部屋
と基板11を支持する基板ホルダ12が設置された第2
の部屋とに分けてもよい。これら両部屋は、ゲートバル
ブ17によって仕切られる。このような構成において
は、ゲートバルブ17を閉じて第2の部屋で基板11の
出し入れを行うと、第1の部屋を大気圧に戻す必要がな
いので、成膜のサイクルタイムを短くすることができ
る。第2の部屋に対応する位置にも排気口13cが設け
られており、図示していない排気手段に接続されてい
る。そして、第1及び第2の部屋内は排気手段によって
所定の圧力に調整できるように構成される。
In order to form a film efficiently, the film forming chamber 6 has a first chamber in which an anode 16 and a reaction gas supply means 9 are installed and a second chamber in which a substrate holder 12 for supporting a substrate 11 is installed.
The room may be divided into These chambers are partitioned by the gate valve 17. In such a configuration, when the gate valve 17 is closed and the substrate 11 is taken in and out in the second chamber, it is not necessary to return the first chamber to the atmospheric pressure, so that the film formation cycle time can be shortened. it can. An exhaust port 13c is also provided at a position corresponding to the second room, and is connected to an exhaust means (not shown). The inside of the first and second chambers is configured to be adjusted to a predetermined pressure by exhaust means.

【0018】基板支持手段12は、矢印方向に移動可能
に設置されている。基板支持手段12を移動させること
によって、シート状プラズマ15と基板11との距離を
10〜300mmの範囲で調整することができる。この距離
は、成膜物質や所望の成膜速度に応じて変えることもで
きる。次に、本実施例のプラズマCVD装置によるアモ
ルファスカーボン薄膜形成過程を説明する。
The substrate supporting means 12 is installed so as to be movable in the arrow direction. By moving the substrate supporting means 12, the distance between the sheet-shaped plasma 15 and the substrate 11 is increased.
It can be adjusted in the range of 10 to 300 mm. This distance can also be changed depending on the film forming material and the desired film forming rate. Next, a process of forming an amorphous carbon thin film by the plasma CVD apparatus of this embodiment will be described.

【0019】まず、基板11には直径8インチの単結晶
Siウエハを用意し、この基板11を基板ホルダー12に
取り付ける。そして、排気口13a、13bに接続され
た排気手段によって圧力調整室内の圧力を5×10-6Tor
r、成膜室内の第1の部屋内の圧力を5×10-6Torrに設
定した後、プラズマ生成手段1の主放電電源19によっ
て陰極部と陽極16との間に約 600Vの直流電圧を印加
する。この時、前述のようにガス導入口20から放電ガ
ス(Arガス)を導入し、この導入量を調整することによ
り前記陰極部の近傍領域の圧力を1Torr程度に維持す
る。また、前記排気手段によって、第1の部屋内に設置
された陽極16の近傍領域の圧力が約2×10 -3Torrとな
るように調整する。これにより、プラズマ生成手段1の
陰極部付近でアーク放電が生じて前記放電ガスがプラズ
マ化される。生成されたプラズマは、第1の中間電極2
1、第2の中間電極22に所定の電圧を印加することで
プラズマ導入部2に導入される。このプラズマは、第1
の中間電極21に内蔵された永久磁石(図示せず)、第
2の中間電極22に内蔵された第2の空芯コイル(図示
せず)および空芯コイル4によって形成される磁界(磁
場)により、円柱状に集束した状態で圧力調整室5に向
かう。そして、その途中、前述のように第1の磁界印加
手段3によって、シート状に変形されたシート状プラズ
マ15となり、電圧印加手段14によって加速され、こ
の状態で圧力調整室5に導入される。なお、第1の磁界
印加手段3は、変形したシート状プラズマ15の幅が基
板11の幅より広くなるよう( 400〜500mm ) に設定さ
れている。さらに第2の磁界印加手段3aによってねじ
れが補正され均一性が向上し、成膜室6に導入される。
その際、シート状プラズマ15は、第3の磁界印加手段
7によってほぼ90゜曲げられ陽極16に集束する。
First, the substrate 11 is a single crystal having a diameter of 8 inches.
Prepare a Si wafer and place this substrate 11 on the substrate holder 12.
Install. And connected to the exhaust ports 13a, 13b
The pressure in the pressure control chamber is 5 × 10-6Tor
r, the pressure in the first chamber in the deposition chamber is 5 × 10-6Set up in Torr
After setting, the main discharge power source 19 of the plasma generating means 1
Apply a DC voltage of about 600V between the cathode and anode 16
To do. At this time, as described above, the discharge gas is supplied from the gas inlet 20.
Gas (Ar gas) is introduced and the amount introduced is adjusted.
Maintain the pressure in the area near the cathode at around 1 Torr
It Also, installed in the first room by the exhaust means
The pressure in the region near the anode 16 is about 2 × 10 -3With Torr
Adjust so that As a result, the plasma generation means 1
Arc discharge occurs near the cathode and the discharge gas is plasmified.
Be converted The generated plasma is generated by the first intermediate electrode 2
By applying a predetermined voltage to the first and second intermediate electrodes 22,
It is introduced into the plasma introduction unit 2. This plasma is
Permanent magnet (not shown) built in the intermediate electrode 21 of the
A second air-core coil (shown in the figure) built in the second intermediate electrode 22.
The magnetic field (magnetic field) formed by the
Depending on the field), it is directed to the pressure adjustment chamber 5 in a state of being focused in a cylindrical shape.
Kau. Then, during the process, the first magnetic field is applied as described above.
The sheet-like plasm which has been transformed into the sheet-like shape by the means 3.
And becomes accelerated by the voltage applying means 14,
In this state, it is introduced into the pressure adjusting chamber 5. The first magnetic field
The applying means 3 is based on the width of the deformed sheet-shaped plasma 15.
Set to be wider than the width of the plate 11 (400 to 500 mm).
Has been. Further, by the second magnetic field applying means 3a, the screw
This is corrected, the uniformity is improved, and the film is introduced into the film forming chamber 6.
At that time, the sheet-shaped plasma 15 is generated by the third magnetic field applying means.
It is bent by 90 ° by 7 and focused on the anode 16.

【0020】この後、排気口13b、13cに接続され
た排気手段を用いて、第1の部屋および第2の部屋の圧
力がそれぞれ5×10-2Torrとなるように調整する。この
状態でゲートバルブ17を開き、基板支持手段12によ
りシート状プラズマ15と基板11との距離が約50mmと
なるように基板支持手段12の位置を調整する。この状
態で、ガス供給手段9から反応ガスとしてCH4(メタ
ン)を流量2cc/sで第1の部屋内に導入する。なお、反
応ガスの導入後も成膜室内の圧力が5×10-2Torrに維持
されるように前記排気手段で調整しておく。
Thereafter, the pressure in the first chamber and the pressure in the second chamber are adjusted to 5 × 10 -2 Torr by using the exhaust means connected to the exhaust ports 13b and 13c. In this state, the gate valve 17 is opened, and the substrate supporting means 12 adjusts the position of the substrate supporting means 12 so that the distance between the sheet-shaped plasma 15 and the substrate 11 is about 50 mm. In this state, CH 4 (methane) as a reaction gas is introduced into the first chamber from the gas supply means 9 at a flow rate of 2 cc / s. It should be noted that the exhaust means is adjusted so that the pressure in the film forming chamber is maintained at 5 × 10 −2 Torr even after the introduction of the reaction gas.

【0021】本実施例でのCVD条件および基板11の
膜厚分布を以下に示す。 真空容器内の到達真空度 :5×10-6 Torr 圧力調整室の真空度 :5×10-4 Torr 成膜時の成膜室の真空度 :5×10-2 Torr アーク放電電圧 : 100V アーク放電電流 : 100A 加速電圧 : 120V 反応ガス流量 : 2cc/s 基板とシート状プラズマとの距離 : 50mm 成膜速度(レート) : 300nm/min 膜厚 : 1μm 基板の膜厚分布 : ±3 % 〔実施例2〕図2は、請求項2記載のプラズマCVD装
置の主要部の概略断面図である。装置の構成及び機能
は、その符号を図1と共通に用いて説明の重複を省く。
The CVD conditions and the film thickness distribution of the substrate 11 in this embodiment are shown below. Achieved vacuum degree in the vacuum container: 5 × 10 -6 Torr Vacuum degree in the pressure control chamber: 5 × 10 -4 Torr Vacuum degree in the film formation chamber during film formation: 5 × 10 -2 Torr Arc discharge voltage: 100 V arc Discharge current: 100 A Acceleration voltage: 120 V Reaction gas flow rate: 2 cc / s Distance between substrate and sheet-like plasma: 50 mm Deposition rate (rate): 300 nm / min Film thickness: 1 μm Substrate film thickness distribution: ± 3% [Implementation] Example 2] FIG. 2 is a schematic sectional view of a main part of a plasma CVD apparatus according to a second aspect. With respect to the configuration and function of the device, the same reference numerals are used in common with FIG.

【0022】実施例1と同様にアモルファスカーボン薄
膜の成膜を行った。その際の成膜条件と基板11の膜厚
分布を以下に示す。 真空容器内の到達真空度 :1×10-5 Torr 成膜時の成膜室の真空度 :1×10-3 Torr アーク放電電圧 : 80V アーク放電電流 : 90A 反応ガス流量 : 2cc/s 基板とシート状プラズマとの距離 : 50mm 成膜速度(レート) : 120nm/min 膜厚 : 1μm 基板の膜厚分布 : ±3 % 〔比較例〕従来のシートプラズマCVD装置(特開平3
−215671)を用い、実施例1と同様にアモルファ
スカーボン薄膜の成膜を行った。その際の成膜条件と基
板11の膜厚分布を以下に示す。 真空容器内の到達真空度 :1×10-5 Torr 成膜時の真空容器内真空度 :1×10-3 Torr アーク放電電圧 : 60V アーク放電電流 : 70A 反応ガス流量 : 4cc/s 基板とシート状プラズマとの距離 : 50mm 成膜速度(レート) : 100nm/min 膜厚 : 1μm 基板の膜厚分布 : ±8 % 本実施例と比較例とを比べて分かるように、本実施例
は、成膜速度、膜厚分布の均一性及び反応ガスの使用効
率の点で優れている。
An amorphous carbon thin film was formed in the same manner as in Example 1. The film forming conditions and the film thickness distribution of the substrate 11 at that time are shown below. Degree of vacuum reached in the vacuum container: 1 × 10 -5 Torr Vacuum degree of the film forming chamber during film formation: 1 × 10 -3 Torr Arc discharge voltage: 80 V Arc discharge current: 90 A Reaction gas flow rate: 2 cc / s Substrate Distance from sheet-like plasma: 50 mm Deposition rate (rate): 120 nm / min Film thickness: 1 μm Substrate film thickness distribution: ± 3% [Comparative example] Conventional sheet plasma CVD apparatus
-215671) was used to form an amorphous carbon thin film in the same manner as in Example 1. The film forming conditions and the film thickness distribution of the substrate 11 at that time are shown below. Degree of vacuum reached in the vacuum vessel: 1 × 10 -5 Torr Vacuum degree in the vacuum vessel during film formation: 1 × 10 -3 Torr Arc discharge voltage: 60 V Arc discharge current: 70 A Reaction gas flow rate: 4 cc / s Substrate and sheet Distance from plasma: 50 mm Film formation rate (rate): 100 nm / min Film thickness: 1 μm Substrate film thickness distribution: ± 8% As can be seen by comparing the present example with the comparative example, It is excellent in terms of film speed, uniformity of film thickness distribution, and use efficiency of reaction gas.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明は、アーク放電によって生成した
プラズマを電圧印加手段によって加速することで、反応
ガスからエネルギーの高い中性活性種を得ることができ
るので、基板上に得られる膜の緻密性や密着性の向上が
なされる。また、プラズマの密度が高いので成膜速度が
早い利点もあり、量産化に適する。さらに、シートプラ
ズマを用いているため、成膜した膜厚の均一性が向上
し、大面積の成膜にも適する。さらに本発明では、薄膜
形成に寄与する反応種が主として中性活性種になるた
め、得られる膜の物性、特に電気的特性が向上する利点
もある。
According to the present invention, since plasma generated by arc discharge is accelerated by the voltage applying means, neutral active species having high energy can be obtained from the reaction gas. Therefore, the dense film of the film obtained on the substrate can be obtained. Properties and adhesion are improved. Further, since the plasma density is high, there is an advantage that the film forming speed is fast, which is suitable for mass production. Further, since the sheet plasma is used, the uniformity of the formed film thickness is improved, which is suitable for forming a large area film. Further, in the present invention, the reactive species that contribute to the thin film formation are mainly neutral active species, so that there is an advantage that the physical properties of the obtained film, particularly the electrical characteristics are improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】は、本発明の一実施例(実施例1)にかかるプ
ラズマCVD装置の概略断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma CVD apparatus according to an embodiment (Example 1) of the present invention.

【図2】は、本発明の一実施例(実施例2)にかかるプ
ラズマCVD装置の概略断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a plasma CVD apparatus according to one example (Example 2) of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成手段 2 プラズマ導入部 3 第1の磁界印加手段 3a 第2の磁界印加手段 4 空芯コイル 5 圧力調整室 6 成膜室 7 第3の磁界印加手段 9 ガス供給手段 11 基板 12 基板支持手段 13 排気口 14 電圧印加手段 15 プラズマ流 16 陽極 17 ゲートバルブ 18 加速電源 19 主電源 20 Arガス導入口 21 第1の中間電極 22 第2の中間電極 以上 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation means 2 Plasma introduction part 3 1st magnetic field application means 3a 2nd magnetic field application means 4 Air core coil 5 Pressure adjustment chamber 6 Film-forming chamber 7 3rd magnetic field application means 9 Gas supply means 11 Substrate 12 Substrate support Means 13 Exhaust port 14 Voltage applying means 15 Plasma flow 16 Anode 17 Gate valve 18 Accelerating power source 19 Main power source 20 Ar gas inlet port 21 First intermediate electrode 22 Second intermediate electrode or more

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 アーク放電によりプラズマを生成する第
1工程、前記プラズマを磁界によりシート状に成形する
第2工程、前記シート状のプラズマを磁界により曲げる
第3工程、前記シート状のプラズマを曲げる前のプラズ
マの進行方向に設置された基板上に気相反応によって薄
膜を形成する第4工程からなることを特徴とするプラズ
マCVD法。
1. A first step of generating plasma by arc discharge, a second step of shaping the plasma into a sheet by a magnetic field, a third step of bending the sheet of plasma by a magnetic field, and a bending of the sheet of plasma. A plasma CVD method comprising a fourth step of forming a thin film by a gas phase reaction on a substrate placed in the preceding plasma traveling direction.
【請求項2】 アーク放電によりプラズマを生成するプ
ラズマ生成手段、該プラズマの形状をシート状に変形さ
せるための磁場印加手段、基板を支持する支持手段、前
記基板と対向する側から前記シート状のプラズマを介し
て反応ガスを供給するガス供給手段、前記シート状のプ
ラズマを曲げるための磁場印加手段、前記基板を所定の
圧力に保持するための成膜室及び該成膜室を所定の圧力
に設定するための排気手段にて構成されるプラズマCV
D装置。
2. A plasma generating means for generating plasma by arc discharge, a magnetic field applying means for deforming the shape of the plasma into a sheet shape, a supporting means for supporting a substrate, and the sheet-like shape from the side facing the substrate. Gas supply means for supplying a reactive gas through plasma, magnetic field applying means for bending the sheet-like plasma, film forming chamber for holding the substrate at a predetermined pressure, and the film forming chamber at a predetermined pressure Plasma CV composed of exhaust means for setting
D device.
【請求項3】 アーク放電によりプラズマを生成する第
1工程、前記プラズマを磁界によりシート状に成形する
第2工程、前記シート状のプラズマ中の電子を加速する
第3工程、前記シート状のプラズマを磁界により曲げる
第4工程、前記シート状のプラズマを曲げる前のプラズ
マの進行方向に設置された基板上に気相反応によって薄
膜を形成する第5工程からなることを特徴とするプラズ
マCVD法。
3. A first step of generating plasma by arc discharge, a second step of shaping the plasma into a sheet by a magnetic field, a third step of accelerating electrons in the sheet of plasma, and the sheet of plasma. Is a magnetic field, and a fourth step of bending the sheet-shaped plasma by a magnetic field, and a fifth step of forming a thin film by a gas phase reaction on a substrate placed in the direction of advance of the plasma before bending the sheet-shaped plasma.
【請求項4】 アーク放電によりプラズマを生成するプ
ラズマ生成手段、前記プラズマの形状をシート状に変形
させるための磁場印加手段、前記シート状のプラズマ中
の電子を加速するための電圧印加手段、基板を支持する
支持手段、前記基板を所定の圧力に保持するための成膜
室、前記プラズマ生成手段と前記成膜室の間に設置さ
れ、前記成膜室より低い圧力に設定された圧力調整室、
前記圧力調整室および前記成膜室内をそれぞれ所定の圧
力に設定するための排気手段、前記成膜室内でプラズマ
を介して前記基板と対向する側から反応ガスを供給する
ガス供給手段及び前記成膜室内でプラズマの方向を曲げ
るための磁場印加手段にて構成されるプラズマCVD装
置。
4. Plasma generation means for generating plasma by arc discharge, magnetic field application means for deforming the shape of the plasma into a sheet shape, voltage application means for accelerating electrons in the sheet-shaped plasma, and substrate. Supporting means for supporting the substrate, a film forming chamber for holding the substrate at a predetermined pressure, a pressure adjusting chamber installed between the plasma generating means and the film forming chamber and set to a pressure lower than that of the film forming chamber. ,
Exhaust means for setting the pressure adjusting chamber and the film forming chamber to predetermined pressures, gas supply means for supplying a reaction gas from the side facing the substrate through plasma in the film forming chamber, and the film forming A plasma CVD apparatus including a magnetic field applying unit for bending the direction of plasma in a room.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007154265A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Shin Meiwa Ind Co Ltd Film-forming apparatus using sheet plasma

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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