JPH10110262A - プラズマ成膜装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】真空容器内に導入されるオスミウムガス量を簡
易に定量化して高精度成膜を可能にするプラズマ成膜装
置の提供。成膜作業時における作業者の安全性を確保す
ることができるプラズマ成膜装置の提供。 【解決手段】プラズマ成膜装置を真空容器と、該真空容
器内にて放電面が所要の間隔をおいて対向するように配
置された陽電極及び陰電極と、真空容器内を所要の真空
状態にする排気手段と、陽電極及び陰電極との間に高電
圧を印加して直流グロー放電を発生させる高電圧印加手
段と、真空容器内に金属化合部含有ガスを供給するガス
導入手段とから構成する。ガス導入手段は真空容器内に
連通する昇華室に対して気密状態で取付けられ、内部に
中空部を有した弾性変形可能な保持部材、該保持部材の
中空部内に挿入され、結晶化した四酸化オスミウムが所
定量封入されたガラス容器から構成する。排気手段の排
気口に原料ガス吸着手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、負グロー相領域
内に設けた被成膜体の表面にオスミウム薄膜を成膜する
プラズマ成膜、詳しくは真空容器内に対してオスミウム
ガスを定量供給して高精度成膜を可能にすると共に成膜
作業の安全性を確保することが可能なプラズマ成膜装置
に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】本出願人は、例えば特
願平５−１２１５９５号において気密容器と、放電面が
対向するように前記気密容器内に配置される陰電極及び
陽電極と、前記気密容器内を高真空状態にする排気手段
と、所定の金属化合物をガス化した原料ガスを、高真空
状態にした前記気密容器内に拡散させるガス導入手段
と、陰電極−陽電極間に直流グロー放電を行わせる高電
圧印加手段とを備え、負グロー相領域内に配した基体の
表面に陽イオン化したガス分子を付着堆積させて金属薄
膜を製膜するプラズマ製膜装置を提案した。

【０００３】該プラズマ製膜装置にあっては、ガス導入
手段により被成膜体表面に成膜される金属化合物を含有
した原料ガスを真空容器内に導入して真空容器内におけ
るガス圧をほぼ一定にしているが、該ガス圧を一定にす
るには供給される原料ガスの濃度を一定にする必要があ
った。このため、成膜作業時には所望のガス濃度に応じ
て導入される結晶化した金属化合物の量を正確に計測し
なければならず、作業に手間がかかる問題を有してい
る。

【０００４】又、電気抵抗が少なく、光の透過性に優れ
た透明薄膜の原料として四酸化オスミウムを原料ガスに
使用しているが、四酸化オスミウムは人体に対して極め
て有毒であり、作業者の安全を確保する上においてその
取扱いが困難であり、成膜作業効率が悪かった。特に、
成膜作業時には真空容器内にオスミウムガスを供給しな
がら排気してガス圧をほぼ一定にしたり、成膜作業の終
了時には真空容器中を大気圧に戻す際にオスミウムガス
を大気中に放出しているが、これにより空気が汚染され
て作業者の安全を損なうおそれがあった。

【０００５】本発明は、上記した従来の欠点を解決する
ために発明されたものであり、その課題とする処は、真
空容器内に導入されるオスミウムガス量を簡易に定量化
して高精度成膜を可能にするプラズマ成膜装置を提供す
ることにある。

【０００６】又、本発明の他の課題は、成膜作業時にお
ける作業者の安全性を確保することができるプラズマ成
膜装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため本発明は、真空
容器と、該真空容器内にて放電面が所要の間隔をおいて
対向するように配置された陽電極及び陰電極と、真空容
器内を所要の真空状態にする排気手段と、陽電極及び陰
電極との間に高電圧を印加して直流グロー放電を発生さ
せる高電圧印加手段と、真空容器内に金属化合部含有ガ
スを供給するガス導入手段とから構成されるプラズマ成
膜装置のガス導入手段を、真空容器内に連通する昇華室
に対して気密状態で取付けられ、内部に中空部を有した
弾性変形可能な保持部材、該保持部材の中空部内に挿入
され、結晶化した四酸化オスミウムが所定量封入された
ガラス容器から構成すると共に排気手段の排気口には原
料ガス吸着手段を設ける。

【０００８】そして中空部にガラス容器が挿入された保
持部材を昇華室に取付けた後、排気手段により真空容器
内を所要の真空度にした状態で保持部材を弾性変形して
ガラス容器を破断して真空容器内に所定量のオスミウム
ガスを導入させる。また、成膜作業中及び成膜作業後に
おいては、真空容器内から排出される空気に含有された
オスミウムガスを原料ガス吸着手段に吸着させて回収す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３により説明する。

【００１０】図１はプラズマ成膜装置の概略を示す略体
断面図である。

【００１１】図２はガス導入手段を示す略体斜視図であ
る。

【００１２】プラズマ成膜装置Ｐは、内部を気密状態と
することができる真空容器１と、真空容器１に配置され
る陰電極３及び陽電極５と、真空容器１内を高真空状態
にする排気手段７と、四酸化オスミウム（ＯｓＯ4 ）の
昇華ガスを真空容器１内に導入するガス導入手段９と、
陰電極３−陽電極５間に直流高電圧を印加する電源手段
１１とから構成される。

【００１３】真空容器１は、例えば天板部１３、ガラス
製或いはステンレス製の円筒部１５、金属製の基盤１
７、パッキン１９等で構成されている。尚、生物医学分
野で使用する場合には真空容器１内にフリーズ・フラク
チャーエッチング法に対応するカッターやハンガー（何
れも図示せず）を設ければよい。

【００１４】基盤１７には陰電極３が、その放電面２１
を上方に向け、かつ電気的絶縁状態で設けられている。
尚、放電面２１を除いた陰電極３の周囲には漏洩放電防
止筒２３が設けられ、漏洩放電を防止している。又、被
成膜体２５の種類によっては該被成膜体２５を所要の温
度に加熱する必要があるが、この場合にあっては陰電極
３内に形成された空所（図示せず）内に電気ヒータ、熱
電対（何れも図示せず）を設け、電気ヒータにより陰電
極３を加熱すると共に熱伝対により温度管理すればよ
い。

【００１５】天板部１３には陽電極５がその放電面２７
を下方に向け、かつ電気的絶縁状態で設けられている。
尚、放電面２７を除いた陰電極３の周囲には漏洩放電防
止筒２９が設けられ、漏洩放電を防止している。

【００１６】ガス導入手段９は天板部１３の上面に設け
られ、真空容器１内部と連通する昇華室３１と、該昇華
室３１の接続口部３１ａに気密状に挿嵌される保持部材
３３と、該保持部材３３を気密状に閉鎖するキャップ等
の閉鎖部材３５とから構成され、昇華室３１と真空容器
１とを連通する透孔１３ａには真空容器１内に導入され
るオスミウムガスの量を調整する調節ねじ３７が設けら
れている。

【００１７】保持部材３３は、例えばシリコンゴム等の
弾性変形可能な材質で、内部に中空部３３ａを有した円
筒形状からなり、接続口部３１ａ側の一方端部外周には
パッキング３３ｂが設けられている。又、保持部材３３
の他方端部外周にはねじ３３ｃが旋設され、該他方端部
に閉鎖部材３５が気密状にねじ止めされている。尚、パ
ッキング３３ｂとしては保持部材３３の一方端部外周に
一体成形したもの或いは端部外周に形成された溝（図示
せず）に挿嵌したものの何れであってもよい。

【００１８】保持部材３３の中空部３３ａ内には四酸化
オスミウムの粉末結晶が所定量、例えば０．１ｍｇ分、
封入されたガラス容器３９が挿入保持される。該ガラス
容器３９は保持部材３３の中空部３３ａ内に挿入するに
際し、外周面に予めきずを付けておくことによりその破
断を容易化することができる。

【００１９】排気手段７は基盤１７に真空容器１内部と
連通するように取付けられた排気管４１に接続されるロ
ータリーポンプ４３と、該ロータリーポンプ４３の排気
口に設けられるガス吸着部材４５とからなり、ガス吸着
部材４５は所望の網目からなるフィルターに過マンガン
酸カリウム、活性アルミニウムを付着させ、該網目を通
過する真空容器１内から排気されるオスミウムガスを吸
着シテ空気から分離させる。又、排気手段７はロータリ
ーポンプ４３の駆動に伴って真空容器１内を約１×１０
^-3Ｔｏｒｒ以下の真空状態に形成する。

【００２０】電源手段１１はその（＋）側が陽電極５
に、又（−）側が陰電極３に夫々接続され、約１〜３ｋ
Ｖの範囲で可変設定された直流電力を印加させる。尚、
陰電極３及び陽電極５間に印加される直流電力は電圧計
及び電流計（何れも図示せず）によりモニターされる。

【００２１】次に、上記のように構成されたプラズマ成
膜装置によるオスミウム薄膜の成膜作用を説明する。

【００２２】図３は放電時間と膜厚との関係を示すグラ
フである。

【００２３】先ず、開放された基盤１７の陰電極３上面
に、シリコン基板、ガラス板、薄膜によるレプリカを作
成する場合には試料等の被成膜体２５を、熱伝導性に優
れ、かつ電気的絶縁性を有したセラミック板等の絶縁板
４９を介し、かつ負グロー相内に位置するよう載置した
後、基盤１７に対して天板部１３及び円筒部１５を夫々
装着して真空容器１に形成する。

【００２４】又、昇華室３１の接続口部３１ａに対し、
中空部３３ａ内に結晶化した四酸化オスミウムが封入さ
れたガラス容器３９が挿入され、かつ他方端部が閉鎖部
材３５により閉鎖された保持部材３３の一方端部を挿嵌
させる。このとき、調節ねじ３７を回動操作して真空容
器１内と昇華室３１を連通する透孔１３ａを開放させて
おく。

【００２５】次に、排気手段７を駆動して真空容器１内
の空気を排気することにより真空容器１内を、約１×１
０^-3Ｔｏｒｒ以下の真空状態にした後、調節ねじ３７を
回動操作して透孔１３ａを閉鎖させる。次に、該状態に
て保持部材３３を弾性変形させて折り曲げることにより
中空部３３ａ内のガラス容器３９を破断し、昇華室３１
内にて四酸化オスミウムを昇華させてガス化した後、調
節ねじ３７の回動操作により透孔１３ａを開放させて昇
華室３１内のオスミウムガスを真空容器１内に導入して
所要のガス圧（０．０６〜０．０７Ｔｏｒｒ）にさせ
る。尚、真空容器１内のガス圧が所要の値になったと
き、調節ねじ３７を回動操作して透孔１３ａを閉鎖させ
る。

【００２６】次に、上記状態にて電源手段１１により陰
電極３及び陽電極５間に、所要の直流電圧が印加される
と、陰電極３及び陽電極５間の電界により真空容器１内
に導入されたオスミウム分子が励起されてプラズマ状態
になり、陰電極３及び陽電極５間にグロー放電を発生さ
せ、被成膜体２５の表面に上記プラズマにより陽イオン
化したオスミウム分子を付着堆積させて非晶質で高純度
のオスミウム薄膜を成膜することができる。このとき、
被成膜体２５が陰電極３上方の負グロー相内に配置され
ているため、被成膜体２５の表面に対してオスミウム分
子をほぼ均一に付着堆積させて成膜することができる。
尚、一本のガラス容器３９内に封入された四酸化オスミ
ウム（０．１ｇ）を使用し、ガス圧を０．０６〜０．０
７Ｔｏｒｒ、印加電圧を１．１〜１．２ｋＶ、印加電流
を２〜３ｍＡとした場合における放電時間と成膜される
膜厚との関係を図３に示す。

【００２７】次に、上記成膜作業が終了すると、電源手
段１１による直流電圧の印加を中断した後、排気手段７
を作動しながら回動操作される調節ねじ３７により透孔
１３ａを開放させて昇華室３１内に残っているオスミウ
ムガスを真空容器１内に導入させると共に天板部１３に
設けられた大気開放バルブ（図示せず）を開放して真空
容器１内に空気を導入しながら真空容器１内の空気及び
オスミウムガスを排気させる。このとき、排気されたオ
スミウムガスはガス吸着部材４５に吸着されて空気から
分離されるため、オスミウムガスによる空気汚染を防止
することができる。

【００２８】本実施の形態は、人体に有害なオスミウム
ガスを、安全性を確保しながら真空容器１内に定量供給
してガス濃度を安定化し、高精度に成膜することができ
る。又、成膜作業中及び作業後においても、真空容器１
中のオスミウムガスを確実に回収して大気汚染を防止
し、作業環境の安全性を確保することができる。

【００２９】実施例１ 上記したプラズマ成膜装置によりガラス基板の表面にオ
スミウム薄膜を成膜して太陽電池、液晶ディスプレイ、
ＥＬ素子等の光デバイス用基板を形成した。

【００３０】従来、光デバイス用基板に形成される電極
としての透明導電性薄膜としてはIndium Tin Oxide（Ｉ
ＴＯ）薄膜、二酸化錫（ＳｎＯ₂ ）薄膜、酸化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）薄膜が知られているが、その内、ＩＴＯ薄膜につ
いては結晶膜で、表面に凹凸が存在し、波長４００〜１
０００ｎｍ程度では光の透過率が８０％以上、電気抵抗
率が１０^-3Ωcmを示しているが、光デバイス用基板、特
に液晶ディスプレイの基板として使用する場合には、４
００ｎｍ以下の波長においても高い光の透過率が要求さ
れると共に２×１０^-4Ωcmの電気抵抗率が要求されるた
め、ＩＴＯ薄膜を形成する際にドナー密度を高くしたり
する高度な成膜技術が要求される問題を有している。

【００３１】これに対して本実施の形態により成膜され
るオスミウム薄膜は非結晶（アモルファス）で表面の凹
凸が少なく、可視光線領域において光の透過度が８０％
以上、電気抵抗率が１０^-6Ωcm程度であるため、光デバ
イス用基板に電極を形成する際の薄膜として極めて有効
である。

【００３２】実施例２ シリコン基板或いはガラス基板上に、予めフォトレジス
トにより所望の電極パターンを形成しておき、上記した
プラズマ成膜装置Ｐによりシリコン基板或いはガラス基
板上にオスミウム薄膜を成膜してフォトレジストによる
電極パターンを形成させる。そして成膜後に、リフトオ
フ手段等によりシリコン基板或いはガラス基板からフォ
トレジスト及び余分なオスミウム薄膜を除去してシリコ
ン基板或いはガラス基板上に電極パターンを形成した。

【００３３】尚、シリコン基板或いはガラス基板状にオ
スミウム薄膜を製膜した後にフォトレジストパターンに
より電極パターンを形成し、次にこの基板をＯ₂ プラズ
マにてエッチング処理することによりフォトレジストの
ない箇所に成膜されたオスミウム薄膜を容易にエッチン
グ処理することができた。

【００３４】このように成膜されたオスミウム薄膜の電
極は、高純度で電気抵抗が低く、微小パターンで成膜可
能であるため、透明電極を高密度化することができる。

【００３５】実施例３ 電子顕微鏡の顕鏡試料の表面にオスミウム薄膜を成膜し
た。成膜されたオスミウム薄膜は導電性に優れ、かつ二
次電子の放出も良好で、高出力の電子線を照射しても帯
電したり、コンタミネーションを起こすことがなく、高
分解能で顕鏡できた。尚、顕鏡試料としては、試料表面
に厚さが１０〜２０ｎｍのオスミウム薄膜を成膜した
後、該試料のみを溶解する溶液中に浸せきして溶解させ
てオスミウム薄膜のレプリカ像にすればよい。

【００３６】

【発明の効果】このため本発明は、真空容器内に導入さ
れるオスミウムガス量を簡易に定量化して高精度成膜を
可能にすることができる。又、本発明は、成膜作業時に
おける作業者の安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラズマ成膜装置の概略を示す略体断面図であ
る。

【図２】ガス導入手段を示す略体斜視図である。

【図３】放電時間と膜厚との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｐ：プラズマ成膜装置、１：真空容器、３：陰電極、
５：陽電極、７：排気手段、９：ガス導入手段、１１：
電源手段、２５：被成膜体、３１：昇華室、３３：保持
部材、３３ａ：中空部、３９：ガラス容器、４５：ガス
吸着部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空容器と、該真空容器内にて放電面が所
   要の間隔をおいて対向するように配置された陽電極及び
   陰電極と、真空容器内を所要の真空状態にする排気手段
   と、陽電極及び陰電極との間に高電圧を印加して直流グ
   ロー放電を発生させる高電圧印加手段と、真空容器内に
   金属化合部含有ガスを供給するガス導入手段とからなる
   プラズマ成膜装置において、ガス導入手段は真空容器内
   に連通する昇華室に対して気密状態で取付けられ、内部
   に中空部を有した弾性変形可能な保持部材、該保持部材
   の中空部内に挿入され、結晶化した四酸化オスミウムが
   所定量封入されたガラス容器からなると共に排気手段の
   排気口には原料ガス吸着手段を設け、中空部にガラス容
   器が挿入された保持部材を昇華室に取付けた後、排気手
   段により真空容器内を所要の真空度にした状態で保持部
   材を弾性変形してガラス容器を破断することにより真空
   容器内にオスミウムガスを導入させる一方、真空容器内
   から排出される空気に含有されたオスミウムガスを原料
   ガス吸着手段に吸着させて回収可能にしたプラズマ成膜
   装置。
2. 【請求項２】請求項１において、原料ガス吸着手段は所
   要のメッシュ度からなるフィルターに過マンガン酸カリ
   ウム及び活性アルミニウムの粒子を付着させたプラズマ
   成膜装置。