JPS63118074A - 薄膜形成装置 - Google Patents

薄膜形成装置

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JPS63118074A
JPS63118074A JP26340586A JP26340586A JPS63118074A JP S63118074 A JPS63118074 A JP S63118074A JP 26340586 A JP26340586 A JP 26340586A JP 26340586 A JP26340586 A JP 26340586A JP S63118074 A JPS63118074 A JP S63118074A
Authority
JP
Japan
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vacuum
vessel
plasma generation
plasma producing
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP26340586A
Other languages
English (en)
Inventor
Tsutomu Mitani
力 三谷
Hideo Kurokawa
英雄 黒川
Taketoshi Yonezawa
米澤 武敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP26340586A priority Critical patent/JPS63118074A/ja
Publication of JPS63118074A publication Critical patent/JPS63118074A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

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、原料ガスをプラズマ化し薄膜を基体表面に堆
積させる薄膜形成装置に関するものである。
従来の技術 近年、半導体素子、電子部品素子の製造、および光学部
品の表面コート層の形成等において多種多様の機能薄膜
1表面保護膜が用いられ、また薄膜形成装置も真空蒸着
装置、スパッタリング装置。
CvC装置等多くの形式のものが用いられている。
特に最近、ダイヤモンド膜、およびダイヤモンド状炭素
膜の合成、応用が積極的に行なわれている。ダイヤモン
ド膜、およびダイヤモンド状炭素膜は機械的、光学的、
熱的、音響的特性において優れた特性を有し、また窒素
等をドーピングすることで半導体素子としても応用でき
る。ダイヤモンド膜、およびダイヤモンド状炭素膜の合
成装置も多くのものが発表されている。
例えば、謬考文献として次のものが挙げられる。
(1)難波義捷:ダイヤモンド薄膜の低圧合成の研究、
応用機械工学、1984年7月号 (2)松本稍一部:ダイヤモンドの低圧合成、現代化学
、1984年9月号 (3)瀬高信雄:ダイヤモンドの1氏圧合成、日本産業
技術振興協会、技術資料i’a 13 B 、 59/
6/20(4)黒用曲:プラズマ・インジェクンヨンC
VD法による高硬度炭素膜の形成及び評価、昭和60年
度精機学会春期大会学術講演論文集、/l1422中で
もプラズマ・インジェクションCVD法(以下、PI・
cvp法と略記)によれば、優れた特性のダイヤモンド
状炭素膜を他のCVD法、イオンビーム法、あるいはス
パッタリング法等に比べ基体温度が室温でも高速成膜で
きるため、ダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜の工
業応用化に適している。
以下にPI・CVD法によるダイヤモンド状炭素膜の合
成について説明する。第2図にPI・(4D装置の略図
を示す。装置の基本構成はダイヤモンド状炭素膜を合成
する基本39を設置する真空容器37と、原料であるメ
タンガス42を導入しプラズマ化するプラズマ発生容器
45から成っている。まず基体39を接地されている基
体ホルダー38に取付は真空容器37とプラズマ発生容
器46を密閉し、バルブ36全開き真空ポンプ36で1
0 TOrr程度に真空排気する。次に原料のメタンガ
ス42と補助ガスのアルゴンガス43全プラズマ発生容
器45へ導入し例えば圧力0.27Ortとし、この混
合ガスを高周波電源40とプラズマ発生容器46の外周
に巻回したプラズマ発生電極46とでプラズマ化する。
このプラズマ中には炭素原子を含むイオンと中性種が存
在し、イオンは直流電源41とメツシュ状電極44によ
り基体39方向へ加速され、また、中性種はプラズマ発
生容器45と真空容器3了との圧力差により基体方向へ
粘性流として噴射され、基体39上へダイヤモンド状炭
素膜が合成されていく。
PI・CVD法ではダイヤモンド状炭素膜以外にも、原
料ガス、補助ガスを変えることで多種類の薄膜が合成で
きる。例えば太陽電池用に水素化アモルファスシリコン
全合成する場合、原料ガス2s工H4、補助ガスiH2
とすれば、プラズマCVDと同様に SiH4+ H2→aisi−H なる反応で合成できる。又、硬質保護膜として炭化チタ
ンを合成する場合、原料ガスfT1c14 。
an4とすれば、 TLC8a +(H4→Tie +Heβ↑なる反応で
合成できる。
このPI・CvD装置ではプラズマ発生容器45は真空
容器3了に真空フランジ47で締結されている。ここで
、プラズマ発生容器46の材質は、プラズマのスパッタ
リング作用で管壁材質がたたき出され膜特性全劣化させ
ないこと、高周波電力が効率良く原料ガスをプラズマ化
させることなどの理由からガラスが用いられる。
発明が解決しようとする問題点 第2図に示す従来のPI・CvD装置ではプラズマ発生
容器45のプラズマ発生電極46の近傍、後端部には大
気にさらされているため、’ kg/ cAの圧力がガ
ラス管に外圧荷重として作用する。例えばプラズマ発生
容器46全直径10(mの円筒形状とした場付プラズマ
発生容器45軸方向には78.5 kgの力が、また直
径2oCmの場合プラズマ発生容器46軸方向には31
4kgもの力がかかる。
プラズマ発生容器45の温度が室温程度ならば、この力
はプラズマ発生容器45の肉厚”t5mnnあるいは1
0aonと厚くすること、および例えば第3図に示す様
にプラズマ発生容器62と真空フランジ部材61とをテ
ーパー形状としプラズマ発生容器62に過大な応力集中
が発生しない締結にすることなどによってプラズマ発生
容器の強度設計は十分で破壊は防げる。しかし、実際の
成膜時には、PI・CVD法も他のプラズマを用いた底
膜方法と同様に非平衡プラズマが発生しているため、電
子温度は10万°C程度、イオン、中性種温度は500
’C程度もありこのプラズマによる加熱と、プラズマ発
生電極による加熱とによってプラズマ発生容器は300
〜500 ’Cに加熱される。この温度において、ガラ
スの機械的強度は著るしく低下するため、例えプラズマ
発生容器の肉厚全例えば10mmあるいは更に厚くしよ
うと、あるいは第3図に示した様に設計しても強度設計
は不十分であり、従来の装置構成で大型化することは困
難である。
従って従来の技術では装置が小型に制限されるため、優
れた特性のダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜、水
素化アモルファスシリコン膜、炭化チタン膜などに!産
化するのは困難である。
問題点を解決するだめの手段 以上記した従来技術にあった問題点はプラズマ発生容器
に大気圧が作用しない装置構成によって根本的に解決で
きるもので、本発明はプラズマ発生電極を外周に設置し
たプラズマ発生容器と、プラズマ発生電極とプラズマ発
生容器と基体とを内蔵する真空容器とによって薄膜形成
装置を構成したものである。
作用 本発明によればプラズマ発生容器には外圧荷重が全くか
からないため、プラズマ発生容器であるガラス管の直径
を例えば20(1m、あるいは更に大型化してもガラス
管の肉厚は2mm程度で十分であり、成膜中にガラス管
温度が300〜500°Cとなってもプラズマ発生容器
は破壊しない。このため、量産化に向けて装置の大型化
が容易に行なえる。
実施例 以下に本発明の1実施例を第1図に示す。この実施例で
は、プラズマ発生電極12を外周に設置したプラズマ発
生容器11と、基体5を設置する第1の真空容器3と、
ブラズ々発生電極12およびプラズマ発生容器11を真
空状態に囲む第2の真空容器13とから成っている。第
2の真空容器13は例えば真空フランジ16で第1の真
空容器に真空リークが無いように装着される。またプラ
ズマ発生容器11は、例えば第2の真空容器13に固定
された支持体14により締結される。あるいは、プラズ
マ発生容器11は、基体6の寸法形状に合わせて位置決
めができるように、例えば3次元位置調整機構で支持さ
れていても良い。
更に本発明の薄膜形成装置で例えばダイヤモンド状炭素
膜を合成する例を第1図を用いて記す。
まず、ダイヤモンド状炭素膜全合底する基体5を接地さ
れている基体ホルダー4に取付は第1の真空容器3、第
2の真空容器13、プラズマ発生容器11とを密閉し、
パルプ2 、15i開き真空ポンプ1で1 o−”ro
rr程度に真空排気する。次に原料のメタンガス8と補
助ガスのアルゴンガス9をプラズマ発生容器11へ導入
し例えば0.2Torrとし、この混合ガスを高周波電
源6とプラズマ発生容器11の外周に巻回したプラズマ
発生電極12とでプラズマ化する。このプラズマ中には
炭素原子を含むイオンと中性種が存在し、イオンは直流
電源了とメソシュ状電極1oにより基体6方向へ加速さ
れ、また中性種はプラズマ発生容器11と第1の真空容
器3との圧力差により基体方向へ粘性流として噴射され
、基体5上へダイヤモンド状炭素膜が合成されていく。
第1図では支持体14は、例えば第1の真空容器3と第
2の真空容器13との間で気密性を保持しうるものが望
ましい。支持体14が気密性を保持しうるl]的として
は、合成条件によっては第1の真空容器3内の圧力が例
えば0.01Torrと低真空となり、第1の真空容器
3内でもプラズマが発生し、■高周波電力のロスとなる
、■第1の真空容器3内壁に堆積物が蓄積して汚染する
ことなどを防ぐためである。また、第1の真空容器3内
でプラズマが発生しない場合は支持体14は気体が通過
できる構造でも良く、この場合、第2の真空容器13は
排気管17.パルプ21真空ポンプ1で真空排気される
ので、排気管18.パルプ16は必要とは限らない。い
ずれにせよ、本発明は、支持体14の構造等に関して何
ら規定するものではない。
以上述べた実施例ではプラズマ発生電極を外周に設置し
たプラズマ発生容器が、基体を設置する第1の真空容器
に装着された第2の真空容器に内蔵されているが、本発
明では例えば第2図に示す様にプラズマ発生電極を外周
に設置したプラズマ発生容器が基体を設置する真空容器
に内蔵されていてもよい。第2図に示す例においても、
プラズマ発生容器29は成膜中に何ら外圧荷重は受けな
い。
本発明において、ダイヤモンド状炭素膜以外にも、原料
ガス、補助ガスを変えることで優れた特性の水素化アモ
ルファスシリコン膜、炭化チタン膜等々、多種類の薄膜
が合成できることは言うまでもない。
発明の効果 以上のように本発明は、装置の大型化が容易であるため
、優れた特性のダイヤモンド膜、ダイヤモンド状炭素膜
、水素化アモルファスシリコン膜。
炭化チタン膜等々を量産化し、それら薄膜を応用した製
品を低コストで提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の実施例における薄膜形成装置
の原理図、第3図は従来の薄膜形成装置の原理図、第4
図は第3図の真空フランジの詳細を示す断正面図である
。 1.19・・・・・・真空ポンプ、2,15,20゜3
1・・・・・・バルブ、3・・・・・・第1の真空容器
、4゜22・・・・・・基体ホルダー、5.23・・・
・・・基体、6゜24・・・・・・高周波電源、7,2
5・・・・・・直流電源、8゜26・・・・・・メタン
ガス、9.27・川・・アルゴンガス、10.28・・
・・・・メツシュ状電極、11.29・・・・・・プラ
ズマ発生容器、12 、30・・・・・・プラズマ発生
電極、13・・・・・・第2の真空容器、14 、33
・・・・・支持体、16・・・・・・真空フランジ、1
7.1B。 32.34・・・・・・排気管、21・・・・・・真空
容器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 24高ノt11ンノit 源 第3図 助 市周遺電凍 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)プラズマ発生電極を外周に設置したプラズマ発生
    容器と、前記プラズマ発生電極と前記プラズマ発生容器
    と基体とを内蔵する真空容器とによって構成された薄膜
    形成装置。
  2. (2)真空容器が、少なくとも基体を内蔵する第1の真
    空容器と、プラズマ発生容器の少なくともプラズマ発生
    電極が設置してある部分を内蔵する第2の真空容器とに
    よって構成された特許請求の範囲第1項記載の薄膜形成
    装置。
JP26340586A 1986-11-05 1986-11-05 薄膜形成装置 Pending JPS63118074A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4940015A (en) * 1988-07-30 1990-07-10 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Plasma reactor for diamond synthesis
EP0563748A2 (en) * 1992-03-30 1993-10-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of forming film by plasma CVD

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS57201527A (en) * 1981-06-01 1982-12-10 Toshiba Corp Ion implantation method
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JPS6050169A (ja) * 1983-08-26 1985-03-19 Res Dev Corp Of Japan 薄膜形成方法

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