JP3438977B2 - プラズマcvd装置を用いた被膜形成方法 - Google Patents
プラズマcvd装置を用いた被膜形成方法Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基板上に硬質炭素被膜
等の各種被膜を形成するプラズマCVD装置を用いた被
膜形成方法に関するものである。
等の各種被膜を形成するプラズマCVD装置を用いた被
膜形成方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電気カミソリの刃、半導体材料、
磁気ヘッド、圧電材料、或いは各種機器の摺動部等の特
性向上や表面保護を図るべく、これらの表面に、各種資
材からなる被膜を形成することが行なわれている。例え
ば、電気カミソリの刃の製造工程においては、ECR
(電子サイクロトロン共鳴)プラズマCVD(chemical va
por deposition)装置を用いて、Si基板の表面に硬質
炭素被膜(ダイヤモンド状被膜)が形成される。
磁気ヘッド、圧電材料、或いは各種機器の摺動部等の特
性向上や表面保護を図るべく、これらの表面に、各種資
材からなる被膜を形成することが行なわれている。例え
ば、電気カミソリの刃の製造工程においては、ECR
(電子サイクロトロン共鳴)プラズマCVD(chemical va
por deposition)装置を用いて、Si基板の表面に硬質
炭素被膜(ダイヤモンド状被膜)が形成される。
【0003】図3は、従来のECRプラズマCVD装置
の構成を表わしている(特開平3-175620号)。該ECRプ
ラズマCVD装置においては、真空チャンバー(10)の内
部に、プラズマ発生室(4)と、基板(11)が設置されるべ
き反応室とが形成され、プラズマ発生室(4)には、導波
管(2)を介してマイクロ波発生装置(1)が接続されてい
る。導波管(2)とプラズマ発生室(4)の接続部にはマイ
クロ波導入窓(3)が設けられる。プラズマ発生室(4)に
は、プラズマ発生室(4)にアルゴン(Ar)等の放電ガス
を導入するための放電ガス導入管(5)が接続されてい
る。又、プラズマ発生室(4)を包囲して、プラズマ磁界
発生装置(6)が設けられる。真空チャンバー(10)内の反
応室には、基板ホルダー(12)が設置されると共に、反応
ガス導入管(14)が接続されている。基板ホルダー(12)に
は、高周波電源(13)が接続されている。
の構成を表わしている(特開平3-175620号)。該ECRプ
ラズマCVD装置においては、真空チャンバー(10)の内
部に、プラズマ発生室(4)と、基板(11)が設置されるべ
き反応室とが形成され、プラズマ発生室(4)には、導波
管(2)を介してマイクロ波発生装置(1)が接続されてい
る。導波管(2)とプラズマ発生室(4)の接続部にはマイ
クロ波導入窓(3)が設けられる。プラズマ発生室(4)に
は、プラズマ発生室(4)にアルゴン(Ar)等の放電ガス
を導入するための放電ガス導入管(5)が接続されてい
る。又、プラズマ発生室(4)を包囲して、プラズマ磁界
発生装置(6)が設けられる。真空チャンバー(10)内の反
応室には、基板ホルダー(12)が設置されると共に、反応
ガス導入管(14)が接続されている。基板ホルダー(12)に
は、高周波電源(13)が接続されている。
【0004】マイクロ波発生装置(1)からのマイクロ波
は、導波管(2)、マイクロ波導入窓(3)を経て、プラズ
マ発生室(4)に導かれる。マイクロ波による高周波磁界
とプラズマ磁界発生装置(6)からの磁界の作用によっ
て、プラズマ発生室(4)には高密度のプラズマが形成さ
れる。このプラズマは、プラズマ磁界発生装置(6)によ
る発散磁界に沿って、反応室に導かれる。
は、導波管(2)、マイクロ波導入窓(3)を経て、プラズ
マ発生室(4)に導かれる。マイクロ波による高周波磁界
とプラズマ磁界発生装置(6)からの磁界の作用によっ
て、プラズマ発生室(4)には高密度のプラズマが形成さ
れる。このプラズマは、プラズマ磁界発生装置(6)によ
る発散磁界に沿って、反応室に導かれる。
【0005】反応室では、反応ガス導入管(14)から導入
された原料ガスとしてのメタン(CH4)ガスがプラズマ
の作用によって分解され、炭素Cが基板ホルダー(12)上
の基板(11)の表面に堆積するのである。ここで、基板ホ
ルダー(12)には高周波電源(13)によって所定の高周波電
圧(RF電圧)が印加されて、基板(11)には負の自己バイ
アスが発生しており、所謂バイアスプラズマCVD法が
実施される。即ち、プラズマ中におけるイオンの移動速
度は電子に比べて遅いため、RF電圧印加中の電位振れ
に対して、電子は追随するが、イオンは追随できない。
従って、基板(11)にRF電圧を印加することにより、多
くの電子が基板(11)に向けて放射され、基板(11)に負の
自己バイアスが発生する。この結果、プラズマ中の正イ
オンが基板(11)側に引き込まれ、図4に示す如く、基板
(11)上にはダイヤモンド状被膜(15)が形成されるのであ
る。
された原料ガスとしてのメタン(CH4)ガスがプラズマ
の作用によって分解され、炭素Cが基板ホルダー(12)上
の基板(11)の表面に堆積するのである。ここで、基板ホ
ルダー(12)には高周波電源(13)によって所定の高周波電
圧(RF電圧)が印加されて、基板(11)には負の自己バイ
アスが発生しており、所謂バイアスプラズマCVD法が
実施される。即ち、プラズマ中におけるイオンの移動速
度は電子に比べて遅いため、RF電圧印加中の電位振れ
に対して、電子は追随するが、イオンは追随できない。
従って、基板(11)にRF電圧を印加することにより、多
くの電子が基板(11)に向けて放射され、基板(11)に負の
自己バイアスが発生する。この結果、プラズマ中の正イ
オンが基板(11)側に引き込まれ、図4に示す如く、基板
(11)上にはダイヤモンド状被膜(15)が形成されるのであ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のEC
RプラズマCVD装置においては、プラズマの作用によ
って生じたイオン、ラジカル等の被膜形成種の多くは基
板(11)上に堆積して、被膜が形成されるが、被膜形成種
の一部は、プラズマ発生室(4)の内壁にも堆積して、不
要な被膜が形成されることになる。従って、被膜形成種
の全てが本来の被膜形成に寄与せず、基板(11)上の成膜
速度が低下する問題があった。又、長時間のプロセスに
おいては、プラズマ発生室(4)の内壁に形成された被膜
が剥離し、基板上の被膜に悪影響を及ぼす問題があっ
た。
RプラズマCVD装置においては、プラズマの作用によ
って生じたイオン、ラジカル等の被膜形成種の多くは基
板(11)上に堆積して、被膜が形成されるが、被膜形成種
の一部は、プラズマ発生室(4)の内壁にも堆積して、不
要な被膜が形成されることになる。従って、被膜形成種
の全てが本来の被膜形成に寄与せず、基板(11)上の成膜
速度が低下する問題があった。又、長時間のプロセスに
おいては、プラズマ発生室(4)の内壁に形成された被膜
が剥離し、基板上の被膜に悪影響を及ぼす問題があっ
た。
【0007】本発明の目的は、プラズマの作用によって
生じた被膜形成種の内、従来よりも多くの被膜形成種を
基板上に堆積させて、品質の良好な被膜を高い成膜速度
で形成することの出来るプラズマCVD装置を用いた被
膜形成方法を提供することである。
生じた被膜形成種の内、従来よりも多くの被膜形成種を
基板上に堆積させて、品質の良好な被膜を高い成膜速度
で形成することの出来るプラズマCVD装置を用いた被
膜形成方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決する為の手段】本発明に用いられるプラズ
マCVD装置は、プラズマ発生室と、プラズマ発生室内
にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、プ
ラズマ発生室に接続して形成された反応室と、反応室内
に設けられた基板ホルダーと、反応室内に反応ガスを導
入するための反応ガス導入手段を具えると共に、プラズ
マ発生室内には、プラズマ発生室の内周壁に沿う筒状の
電極が設置され、該筒状電極には、筒状電極に直流電圧
又は高周波電圧を印加するための電源が接続されてい
る。
マCVD装置は、プラズマ発生室と、プラズマ発生室内
にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、プ
ラズマ発生室に接続して形成された反応室と、反応室内
に設けられた基板ホルダーと、反応室内に反応ガスを導
入するための反応ガス導入手段を具えると共に、プラズ
マ発生室内には、プラズマ発生室の内周壁に沿う筒状の
電極が設置され、該筒状電極には、筒状電極に直流電圧
又は高周波電圧を印加するための電源が接続されてい
る。
【0009】具体的構成において、基板ホルダーには、
基板に発生する自己バイアスが負となる様に基板ホルダ
ーに高周波電圧を印加するための第2の電源が接続され
ている。
基板に発生する自己バイアスが負となる様に基板ホルダ
ーに高周波電圧を印加するための第2の電源が接続され
ている。
【0010】又、プラズマ発生手段は、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマ源から構成される。
ロン共鳴プラズマ源から構成される。
【0011】更に又、筒状電極は、電子サイクロトロン
共鳴プラズマ源による電子サイクロトロン共鳴点を包囲
する位置に設置されている。
共鳴プラズマ源による電子サイクロトロン共鳴点を包囲
する位置に設置されている。
【0012】本発明に係る被膜形成方法は、上記本発明
のプラズマCVD装置において、プラズマ発生室内にプ
ラズマを発生させた状態で、プラズマ発生室内の筒状電
極に、直流電圧又は高周波電圧を印加するものである。
のプラズマCVD装置において、プラズマ発生室内にプ
ラズマを発生させた状態で、プラズマ発生室内の筒状電
極に、直流電圧又は高周波電圧を印加するものである。
【0013】具体的には、筒状電極は、基板上に形成す
べき被膜と密着性の低い材料を含む資材から形成されて
おり、基板上に被膜を形成しつつ、筒状電極に直流電圧
又は高周波電圧を印加することによって、筒状電極の内
面に付着した被膜をスパッタ除去する。
べき被膜と密着性の低い材料を含む資材から形成されて
おり、基板上に被膜を形成しつつ、筒状電極に直流電圧
又は高周波電圧を印加することによって、筒状電極の内
面に付着した被膜をスパッタ除去する。
【0014】この場合、基板上に形成すべき被膜は硬質
炭素被膜であって、前記密着性の低い材料は、ステンレ
ス鋼、Fe、Al、Cu、或いはTiである。
炭素被膜であって、前記密着性の低い材料は、ステンレ
ス鋼、Fe、Al、Cu、或いはTiである。
【0015】又、他の具体的方法において、筒状電極
は、基板上に形成すべき被膜と密着性の高い材料を含む
資材から形成されており、基板上に被膜を形成しつつ、
或いは被膜形成後、筒状電極に直流電圧又は高周波電圧
を印加することによって、筒状電極の内面に付着した被
膜をスパッタ除去する。
は、基板上に形成すべき被膜と密着性の高い材料を含む
資材から形成されており、基板上に被膜を形成しつつ、
或いは被膜形成後、筒状電極に直流電圧又は高周波電圧
を印加することによって、筒状電極の内面に付着した被
膜をスパッタ除去する。
【0016】この場合、基板上に形成すべき被膜は硬質
炭素被膜であって、前記密着性の高い材料は、Si、
C、Ru、或いはGeである。
炭素被膜であって、前記密着性の高い材料は、Si、
C、Ru、或いはGeである。
【0017】更に他の具体的方法において、筒状電極の
資材は、基板上に形成すべき被膜の構成元素の内、少な
くとも1つの元素を含んでおり、基板上に被膜を形成し
つつ、筒状電極に直流電圧又は高周波電圧を印加するこ
とによって、筒状電極の内面をスパッタし、筒状電極の
資材を基板上に堆積させる。
資材は、基板上に形成すべき被膜の構成元素の内、少な
くとも1つの元素を含んでおり、基板上に被膜を形成し
つつ、筒状電極に直流電圧又は高周波電圧を印加するこ
とによって、筒状電極の内面をスパッタし、筒状電極の
資材を基板上に堆積させる。
【0018】
【作用】本発明に用いられるプラズマCVD装置におい
ては、プラズマ発生室、プラズマ発生手段、反応室、基
板ホルダー、及び反応ガス導入手段によって、従来装置
と同様の被膜形成装置が構成され、基板ホルダー上の基
板に被膜を形成出来る。ここで、プラズマ発生室内の筒
状電極に電圧を印加しない状態では、従来装置ではプラ
ズマ発生室の内壁に堆積していた被膜形成種が、本発明
では筒状電極の内周面に堆積することになる。
ては、プラズマ発生室、プラズマ発生手段、反応室、基
板ホルダー、及び反応ガス導入手段によって、従来装置
と同様の被膜形成装置が構成され、基板ホルダー上の基
板に被膜を形成出来る。ここで、プラズマ発生室内の筒
状電極に電圧を印加しない状態では、従来装置ではプラ
ズマ発生室の内壁に堆積していた被膜形成種が、本発明
では筒状電極の内周面に堆積することになる。
【0019】しかし、基板上に被膜を形成する過程で、
或いは被膜形成後に、プラズマ発生室内にプラズマを発
生させた状態で、筒状電極に直流電圧或いは高周波電圧
を印加することによって、プラズマ中の陽イオンが筒状
電極の内周面へスパッタされ、筒状電極内周面の被膜が
スパッタ除去される。この結果、筒状電極内周面の被膜
形成は、可及的に抑制されると共に、スパッタされた被
膜形成種が基板表面に堆積することになる。尚、プラズ
マ発生手段のパワーが比較的低い場合には、筒状電極内
周面に微小な厚さの被膜が形成されることになるが、被
膜の厚さが極く薄い場合には、剥離の虞れはない。従っ
て、長時間のプロセスを経ても、筒状電極内周面の被膜
の剥離に起因する問題は発生せず、成膜に寄与する被膜
形成種が増加して、基板上の成膜速度が向上する。
或いは被膜形成後に、プラズマ発生室内にプラズマを発
生させた状態で、筒状電極に直流電圧或いは高周波電圧
を印加することによって、プラズマ中の陽イオンが筒状
電極の内周面へスパッタされ、筒状電極内周面の被膜が
スパッタ除去される。この結果、筒状電極内周面の被膜
形成は、可及的に抑制されると共に、スパッタされた被
膜形成種が基板表面に堆積することになる。尚、プラズ
マ発生手段のパワーが比較的低い場合には、筒状電極内
周面に微小な厚さの被膜が形成されることになるが、被
膜の厚さが極く薄い場合には、剥離の虞れはない。従っ
て、長時間のプロセスを経ても、筒状電極内周面の被膜
の剥離に起因する問題は発生せず、成膜に寄与する被膜
形成種が増加して、基板上の成膜速度が向上する。
【0020】具体的構成において、基板ホルダーに対し
て、基板に発生する自己バイアスが負となる様に高周波
電圧を印加することによって、バイアスプラズマCVD
法が実施され、例えばダイヤモンド状被膜の形成が可能
となる。
て、基板に発生する自己バイアスが負となる様に高周波
電圧を印加することによって、バイアスプラズマCVD
法が実施され、例えばダイヤモンド状被膜の形成が可能
となる。
【0021】又、プラズマ発生手段として、電子サイク
ロトロン共鳴プラズマ源を採用すれば、プラズマの密度
を更に上げることが出来、低温で高品質の被膜を形成す
ることが出来る。
ロトロン共鳴プラズマ源を採用すれば、プラズマの密度
を更に上げることが出来、低温で高品質の被膜を形成す
ることが出来る。
【0022】更に又、筒状電極を、電子サイクロトロン
共鳴プラズマ源による電子サイクロトロン共鳴点を包囲
する位置に設置すれば、筒状電極内周面の被膜に対し
て、密度の高いプラズマによる効果的なスパッタ除去が
行なわれる。
共鳴プラズマ源による電子サイクロトロン共鳴点を包囲
する位置に設置すれば、筒状電極内周面の被膜に対し
て、密度の高いプラズマによる効果的なスパッタ除去が
行なわれる。
【0023】具体的な被膜形成方法において、筒状電極
を、基板上に形成すべき被膜と密着性の低い材料を含む
資材から形成した場合には、筒状電極内周面に堆積した
被膜の厚さがある限度を越えると、剥離の虞れがある
が、基板上の薄膜形成と同時に、筒状電極内面の被膜を
スパッタ除去することによって、該被膜の厚さを限度以
下に抑え、剥離の発生を未然に防止することが出来る。
を、基板上に形成すべき被膜と密着性の低い材料を含む
資材から形成した場合には、筒状電極内周面に堆積した
被膜の厚さがある限度を越えると、剥離の虞れがある
が、基板上の薄膜形成と同時に、筒状電極内面の被膜を
スパッタ除去することによって、該被膜の厚さを限度以
下に抑え、剥離の発生を未然に防止することが出来る。
【0024】又、筒状電極を、基板上に形成すべき被膜
と密着性の高い材料を含む資材から形成した場合には、
被膜が比較的厚くなっても剥離の虞れはないから、筒状
電極内周面の被膜に対するスパッタ除去は、基板上の被
膜形成の終了後に行なうことが可能である。
と密着性の高い材料を含む資材から形成した場合には、
被膜が比較的厚くなっても剥離の虞れはないから、筒状
電極内周面の被膜に対するスパッタ除去は、基板上の被
膜形成の終了後に行なうことが可能である。
【0025】更に他の具体的方法において、筒状電極
を、基板上に形成すべき被膜の構成元素の内、少なくと
も1つの元素を含んだ資材から形成した場合、プラズマ
発生手段のパワーをある程度まで上げることによって、
筒状電極内周面に対する被膜の形成は完全に阻止するこ
とが出来、更には、筒状電極自体をターゲットとするス
パッタによって、筒状電極の資材を基板上に堆積させる
ことが出来る。これによって、基板上の被膜に筒状電極
の構成元素を含めることが出来、被膜の特性改善が可能
となる。
を、基板上に形成すべき被膜の構成元素の内、少なくと
も1つの元素を含んだ資材から形成した場合、プラズマ
発生手段のパワーをある程度まで上げることによって、
筒状電極内周面に対する被膜の形成は完全に阻止するこ
とが出来、更には、筒状電極自体をターゲットとするス
パッタによって、筒状電極の資材を基板上に堆積させる
ことが出来る。これによって、基板上の被膜に筒状電極
の構成元素を含めることが出来、被膜の特性改善が可能
となる。
【0026】
【発明の効果】本発明に係るプラズマCVD装置を用い
た被膜形成方法によれば、プラズマの作用によって生じ
た被膜形成種の内、従来よりも多くの被膜形成種を基板
上に堆積させて、品質の良好な被膜を高い成膜速度で形
成することが出来る。
た被膜形成方法によれば、プラズマの作用によって生じ
た被膜形成種の内、従来よりも多くの被膜形成種を基板
上に堆積させて、品質の良好な被膜を高い成膜速度で形
成することが出来る。
【0027】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき、図面に沿っ
て詳述する。装置構成 本発明に用いられるプラズマCVD装置においては、図
1に示す如く、真空チャンバー(10)の内部に、プラズマ
発生室(4)と、基板(11)が設置されるべき反応室とが形
成され、プラズマ発生室(4)には、導波管(2)を介して
マイクロ波発生装置(1)が接続されている。導波管(2)
とプラズマ発生室(4)の接続部にはマイクロ波導入窓
(3)が設けられる。プラズマ発生室(4)には、プラズマ
発生室(4)にアルゴン(Ar)等の放電ガスを導入するた
めの放電ガス導入管(5)が接続されている。又、プラズ
マ発生室(4)を包囲して、プラズマ磁界発生装置(6)が
設けられる。
て詳述する。装置構成 本発明に用いられるプラズマCVD装置においては、図
1に示す如く、真空チャンバー(10)の内部に、プラズマ
発生室(4)と、基板(11)が設置されるべき反応室とが形
成され、プラズマ発生室(4)には、導波管(2)を介して
マイクロ波発生装置(1)が接続されている。導波管(2)
とプラズマ発生室(4)の接続部にはマイクロ波導入窓
(3)が設けられる。プラズマ発生室(4)には、プラズマ
発生室(4)にアルゴン(Ar)等の放電ガスを導入するた
めの放電ガス導入管(5)が接続されている。又、プラズ
マ発生室(4)を包囲して、プラズマ磁界発生装置(6)が
設けられる。
【0028】上述の構成は、従来装置と同様であるが、
本発明においては更に、プラズマ発生室(4)の内部に、
円筒状の絶縁体(8)を介して、円筒状の電極(7)が取り
付けられ、該筒状電極(7)には、筒状電極(7)に13.
56MHzの高周波電圧を印加するための高周波電源
(9)が接続されている。
本発明においては更に、プラズマ発生室(4)の内部に、
円筒状の絶縁体(8)を介して、円筒状の電極(7)が取り
付けられ、該筒状電極(7)には、筒状電極(7)に13.
56MHzの高周波電圧を印加するための高周波電源
(9)が接続されている。
【0029】以下、上記プラズマCVD装置を用いて、
Si基板上に硬質炭素被膜であるダイヤモンド状被膜を
形成する方法について、複数の実施例に沿って具体的に
説明する。
Si基板上に硬質炭素被膜であるダイヤモンド状被膜を
形成する方法について、複数の実施例に沿って具体的に
説明する。
【0030】第1実施例
本実施例では、筒状電極(7)は、ダイヤモンド状被膜と
の密着性が低いステンレス鋼を用いて形成する。この場
合、筒状電極(7)内周面に堆積する被膜の剥離を防止す
るために、基板(11)に対する成膜と同時に、筒状電極
(7)内周面の被膜の除去を行なう。
の密着性が低いステンレス鋼を用いて形成する。この場
合、筒状電極(7)内周面に堆積する被膜の剥離を防止す
るために、基板(11)に対する成膜と同時に、筒状電極
(7)内周面の被膜の除去を行なう。
【0031】先ず、基板ホルダー(12)上に基板(11)を取
り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10-7T
orrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)からAr
ガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、マイ
クロ波発生装置(1)から2.45GHz、300Wのマ
イクロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成され
たArプラズマを基板(11)表面に放射する。これと同時
に、ステンレス鋼製の筒状電極(7)に対して、高周波電
源(9)からRF電圧を印加して、−400Vの自己バイ
アスを発生させる。
り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10-7T
orrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)からAr
ガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、マイ
クロ波発生装置(1)から2.45GHz、300Wのマ
イクロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成され
たArプラズマを基板(11)表面に放射する。これと同時
に、ステンレス鋼製の筒状電極(7)に対して、高周波電
源(9)からRF電圧を印加して、−400Vの自己バイ
アスを発生させる。
【0032】又、これと同時に、基板(11)に発生する自
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
【0033】以上の工程を約3分間行ない、基板(11)の
表面に、膜厚2600オングストロームのダイヤモンド
状被膜(15)を形成した。
表面に、膜厚2600オングストロームのダイヤモンド
状被膜(15)を形成した。
【0034】一方、比較例として、筒状電極(7)にRF
電圧を印加しない状態で、他の条件は上記第1実施例と
同一として、基板(11)の表面にダイヤモンド状被膜を形
成した。そして、第1実施例及び比較例によって、夫々
の基板上に形成されたダイヤモンド状被膜の厚さと、筒
状電極内周面に形成された被膜の厚さを測定した。
電圧を印加しない状態で、他の条件は上記第1実施例と
同一として、基板(11)の表面にダイヤモンド状被膜を形
成した。そして、第1実施例及び比較例によって、夫々
の基板上に形成されたダイヤモンド状被膜の厚さと、筒
状電極内周面に形成された被膜の厚さを測定した。
【0035】この結果、下記表1に示す様に、比較例の
筒状電極内周面に形成された被膜の膜厚が1に対して、
上記第1実施例の筒状電極内周面に形成された被膜の膜
厚は0.65の大きさとなった。
筒状電極内周面に形成された被膜の膜厚が1に対して、
上記第1実施例の筒状電極内周面に形成された被膜の膜
厚は0.65の大きさとなった。
【0036】
【表1】
【0037】この結果から明らかな様に、第1実施例に
よれば、電極内周面の被膜を従来よりも約35%薄くす
ることが出来る。これは、電極に印加されたRF電圧に
よって発生する自己バイアス電圧により、電極内周面の
被膜がスパッタされたものと考えられる。従って、第1
実施例によれば、電極内周面の被膜の厚さが限界となる
まで、長時間に亘ってプロセスを行なうことが出来、こ
れによって、基板上の被膜の厚さを大きくすることが出
来る。
よれば、電極内周面の被膜を従来よりも約35%薄くす
ることが出来る。これは、電極に印加されたRF電圧に
よって発生する自己バイアス電圧により、電極内周面の
被膜がスパッタされたものと考えられる。従って、第1
実施例によれば、電極内周面の被膜の厚さが限界となる
まで、長時間に亘ってプロセスを行なうことが出来、こ
れによって、基板上の被膜の厚さを大きくすることが出
来る。
【0038】又、下記表2は、上記第1実施例及び比較
例において、基板上に形成されたダイヤモンド状被膜の
膜厚を比較したものである。
例において、基板上に形成されたダイヤモンド状被膜の
膜厚を比較したものである。
【0039】
【表2】
【0040】この結果から明らかな様に、第1実施例に
よれば、従来よりも厚いダイヤモンド状被膜が得られ
る。これは、電極内周面の被膜がスパッタされることに
よって、被膜形成種が基板表面に放射され、成膜に寄与
したものと考えられる。
よれば、従来よりも厚いダイヤモンド状被膜が得られ
る。これは、電極内周面の被膜がスパッタされることに
よって、被膜形成種が基板表面に放射され、成膜に寄与
したものと考えられる。
【0041】第2実施例
本実施例では、筒状電極(7)は、ダイヤモンド状被膜と
の密着性が高いSiを用いて形成する。この場合、筒状
電極(7)内周面に堆積した被膜が剥離する虞れがないこ
とから、基板(11)に対する成膜が終了した後に、電極内
周面の被膜の除去を行なう。
の密着性が高いSiを用いて形成する。この場合、筒状
電極(7)内周面に堆積した被膜が剥離する虞れがないこ
とから、基板(11)に対する成膜が終了した後に、電極内
周面の被膜の除去を行なう。
【0042】先ず、基板ホルダー(12)上にSi基板(11)
を取り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10
-7Torrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)から
Arガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、
マイクロ波発生装置(1)から2.45GHz、300W
のマイクロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成
されたArプラズマを基板(11)表面に放射する。
を取り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10
-7Torrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)から
Arガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、
マイクロ波発生装置(1)から2.45GHz、300W
のマイクロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成
されたArプラズマを基板(11)表面に放射する。
【0043】又、これと同時に、基板(11)に発生する自
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
【0044】以上の工程を約3分間行ない、基板(11)の
表面に、膜厚2400オングストロームのダイヤモンド
状被膜(15)を形成した。
表面に、膜厚2400オングストロームのダイヤモンド
状被膜(15)を形成した。
【0045】その後、放電ガス導入管(5)からArガス
を5.7×10-4Torrで供給すると共に、マイクロ
波発生装置(1)から2.45GHz、300Wのマイク
ロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内にArプラズマ
を発生させると同時に、筒状電極(7)に対して、高周波
電源(9)からRF電圧を印加して、−400Vの自己バ
イアスを発生させる。以上の工程を約30分行なって、
筒状電極(7)の内周面に付着した被膜をスパッタ除去す
る。
を5.7×10-4Torrで供給すると共に、マイクロ
波発生装置(1)から2.45GHz、300Wのマイク
ロ波を供給して、プラズマ発生室(4)内にArプラズマ
を発生させると同時に、筒状電極(7)に対して、高周波
電源(9)からRF電圧を印加して、−400Vの自己バ
イアスを発生させる。以上の工程を約30分行なって、
筒状電極(7)の内周面に付着した被膜をスパッタ除去す
る。
【0046】そして、第2実施例によって基板上に形成
されたダイヤモンド状被膜の厚さと、筒状電極内周面に
形成された被膜の厚さを測定し、上記の比較例と比較し
た。
されたダイヤモンド状被膜の厚さと、筒状電極内周面に
形成された被膜の厚さを測定し、上記の比較例と比較し
た。
【0047】この結果、下記表3に示す様に、比較例の
筒状電極内周面に形成された被膜の膜厚が1に対して、
上記第2実施例の筒状電極内周面に形成された被膜の膜
厚は0.81の大きさとなった。
筒状電極内周面に形成された被膜の膜厚が1に対して、
上記第2実施例の筒状電極内周面に形成された被膜の膜
厚は0.81の大きさとなった。
【0048】
【表3】
【0049】この結果から明らかな様に、第2実施例に
よれば、電極内周面に付着した被膜をスパッタにより効
果的に除去することが出来る。尚、上記工程を更に続行
すれば、電極内周面に付着した被膜を完全に除去するこ
とが出来る。
よれば、電極内周面に付着した被膜をスパッタにより効
果的に除去することが出来る。尚、上記工程を更に続行
すれば、電極内周面に付着した被膜を完全に除去するこ
とが出来る。
【0050】第3実施例
本実施例は、上記プラズマCVD装置を用いて、Si基
板上に形成される被膜の組成を制御するものである。
尚、本実施例の装置構成は上記第2実施例と同一であ
り、成膜工程は上記第1実施例と同一であるが、マイク
ロ波発生装置(1)から発生するマイクロ波の電力を0〜
800Wの範囲で変化させて、異なるマイクロ波電力の
下で基板(11)上に得られるダイヤモンド状被膜(15)の組
成を調べる。
板上に形成される被膜の組成を制御するものである。
尚、本実施例の装置構成は上記第2実施例と同一であ
り、成膜工程は上記第1実施例と同一であるが、マイク
ロ波発生装置(1)から発生するマイクロ波の電力を0〜
800Wの範囲で変化させて、異なるマイクロ波電力の
下で基板(11)上に得られるダイヤモンド状被膜(15)の組
成を調べる。
【0051】先ず、基板ホルダー(12)上にSi基板(11)
を取り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10
-7Torrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)から
Arガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、
マイクロ波発生装置(1)から2.45GHzのマイクロ
波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成されたAr
プラズマを基板(11)表面に放射する。これと同時に、S
i製の筒状電極(7)に対して、高周波電源(9)からRF
電圧を印加して、−500Vの自己バイアスを発生させ
る。
を取り付け、真空チャンバー(10)の内部を10-5〜10
-7Torrに排気する。次に、放電ガス導入管(5)から
Arガスを5.7×10-4Torrで供給すると共に、
マイクロ波発生装置(1)から2.45GHzのマイクロ
波を供給して、プラズマ発生室(4)内に形成されたAr
プラズマを基板(11)表面に放射する。これと同時に、S
i製の筒状電極(7)に対して、高周波電源(9)からRF
電圧を印加して、−500Vの自己バイアスを発生させ
る。
【0052】又、これと同時に、基板(11)に発生する自
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
己バイアスが−50Vとなる様に、高周波電源(13)から
13.56MHzのRF電圧を基板ホルダー(12)に印加
する。反応ガス導入管(14)からは、CH4ガスを1.3×
10-3Torrで供給する。反応ガス導入管(14)から供
給されたCH4ガスは、プラズマの作用により分解さ
れ、これによって生じた炭素が、反応性の高いイオン又
は中性の活性状態となって、基板(11)の表面へ放射され
る。
【0053】この結果、基板(11)の表面にダイヤモンド
状被膜(15)が形成される。
状被膜(15)が形成される。
【0054】図2は、上記第3実施例によって得られた
ダイヤモンド状被膜のSiとCの組成比を、マイクロ波
電力との関係で表わしたものである。図示の如く、マイ
クロ波電力が300W以下では、被膜中にSiは含まれ
ておらず、300Wを越えると微量ながら被膜中にSi
が含まれることになり、マイクロ波電力の増大に伴っ
て、Siの量が増加している。
ダイヤモンド状被膜のSiとCの組成比を、マイクロ波
電力との関係で表わしたものである。図示の如く、マイ
クロ波電力が300W以下では、被膜中にSiは含まれ
ておらず、300Wを越えると微量ながら被膜中にSi
が含まれることになり、マイクロ波電力の増大に伴っ
て、Siの量が増加している。
【0055】これは、マイクロ波電力が300W以下で
は、筒状電極(7)内周面に被膜が低い成膜速度で堆積す
ることになり、電極内周面はスパッタされないが、マイ
クロ波電力が300Wを越えると、筒状電極をスパッタ
するイオン量が増加することによって、電極内周面の被
膜は完全にスパッタ除去され、更にマイクロ波電力が増
大してイオン量が増加すると、Si製の電極の内周面が
スパッタされ始め、そのスパッタ原子が基板上の被膜に
混入するからである。
は、筒状電極(7)内周面に被膜が低い成膜速度で堆積す
ることになり、電極内周面はスパッタされないが、マイ
クロ波電力が300Wを越えると、筒状電極をスパッタ
するイオン量が増加することによって、電極内周面の被
膜は完全にスパッタ除去され、更にマイクロ波電力が増
大してイオン量が増加すると、Si製の電極の内周面が
スパッタされ始め、そのスパッタ原子が基板上の被膜に
混入するからである。
【0056】従って、第3実施例によれば、マイクロ波
電力を制御することによって、筒状電極内周面に付着す
る被膜の除去と、基板上に形成される被膜の組成の制御
が可能である。
電力を制御することによって、筒状電極内周面に付着す
る被膜の除去と、基板上に形成される被膜の組成の制御
が可能である。
【0057】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例え
ば筒状電極(7)は、円筒形に限らず、例えば多角柱状の
筒形や、複数枚の平板電極を円陣に配置して、実質的に
筒状の電極を形成するものであっても、同様の効果が得
られるのは言うまでもない。又、筒状電極(7)には直流
電圧を印加して、筒状電極(7)内周面の被膜をスパッタ
除去する構成も採用可能である。
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例え
ば筒状電極(7)は、円筒形に限らず、例えば多角柱状の
筒形や、複数枚の平板電極を円陣に配置して、実質的に
筒状の電極を形成するものであっても、同様の効果が得
られるのは言うまでもない。又、筒状電極(7)には直流
電圧を印加して、筒状電極(7)内周面の被膜をスパッタ
除去する構成も採用可能である。
【図1】本発明に用いられるプラズマCVD装置の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図2】基板上に形成される被膜の組成とマイクロ波電
力との関係を表わすグラフである。
力との関係を表わすグラフである。
【図3】従来のプラズマCVD装置の構成を示す図であ
る。
る。
【図4】基板上にダイヤモンド状被膜が形成されている
状態の断面図である。
状態の断面図である。
(1) マイクロ波発生装置
(2) 導波管
(3) マイクロ波導入窓
(4) プラズマ発生室
(5) 放電ガス導入管
(6) プラズマ磁界発生装置
(7) 筒状電極
(8) 絶縁体
(10) 真空チャンバー
(11) 基板
(12) 基板ホルダー
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 木山 精一
大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号
三洋電機株式会社内
(56)参考文献 特開 平4−291713(JP,A)
特開 平5−335279(JP,A)
特開 平6−252054(JP,A)
特開 平4−329679(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
C23C 16/00 - 16/56
C30B 29/04
H01L 21/205
H01L 21/31
H05H 1/46
Claims (5)
- 【請求項1】 プラズマCVD装置を用いて基板上に被
膜を形成する方法であって、プラズマCVD装置は、プ
ラズマ発生室と、プラズマ発生室内にプラズマを発生さ
せるためのプラズマ発生手段と、プラズマ発生室に接続
して形成された反応室と、反応室内に設けられた基板ホ
ルダーと、反応室内に反応ガスを導入するための反応ガ
ス導入手段を具えると共に、プラズマ発生室内には、プ
ラズマ発生室の内周壁に沿う実質的に筒状の電極が設置
され、該筒状電極は、前記基板上に形成すべき前記被膜
と密着性の低い材料を含む資材から形成されており、プ
ラズマ発生室内にプラズマを発生させた状態で、前記筒
状電極に、直流電圧又は高周波電圧を印加することによ
って、前記筒状電極の内面に付着した前記被膜をスパッ
タ除去することを特徴とするプラズマCVD装置を用い
た被膜形成方法。 - 【請求項2】 基板上に形成すべき被膜は硬質炭素被膜
であって、前記密着性の低い材料は、ステンレス鋼、F
e、Al、Cu、或いはTiである請求項1に記載のプ
ラズマCVD装置を用いた被膜形成方法。 - 【請求項3】 プラズマCVD装置を用いて基板上に被
膜を形成する方法であって、プラズマCVD装置は、プ
ラズマ発生室と、プラズマ発生室内にプラズマを発生さ
せるためのプラズマ発生手段と、プラズマ発生室に接続
して形成された反応室と、反応室内に設けられた基板ホ
ルダーと、反応室内に反応ガスを導入するための反応ガ
ス導入手段を具えると共に、プラズマ発生室内には、プ
ラズマ発生室の内周壁に沿う実質的に筒状の電極が設置
され、該筒状電極は、前記基板上に形成すべき前記被膜
と密着性の高い材料を含む資材から形成されており、プ
ラズマ発生室内にプラズマを発生させた状態で、前記筒
状電極に、直流電圧又は高周波電圧を印加することによ
って、前記筒状電極の内面に付着した前記被膜をスパッ
タ除去することを特徴とするプラズマCVD装置を用い
た被膜形成方法。 - 【請求項4】 基板上に形成すべき被膜は硬質炭素被膜
であって、前記密着性の高い材料は、Si、C、Ru、
或いはGeである請求項3に記載のプラズマCVD装置
を用いた被膜形成方法。 - 【請求項5】 プラズマCVD装置を用いて基板上に被
膜を形成する方法であって、プラズマCVD装置は、プ
ラズマ発生室と、プラズマ発生室内にプラズ マを発生さ
せるためのプラズマ発生手段と、プラズマ発生室に接続
して形成された反応室と、反応室内に設けられた基板ホ
ルダーと、反応室内に反応ガスを導入するための反応ガ
ス導入手段を具えると共に、プラズマ発生室内には、プ
ラズマ発生室の内周壁に沿う実質的に筒状の電極が設置
され、該筒状電極の資材は、前記基板上に形成すべき前
記被膜の構成元素の内、少なくとも1つの元素を含んで
おり、基板上に被膜を形成しつつ、筒状電極に直流電圧
又は高周波電圧を印加することによって、筒状電極の内
面をスパッタし、筒状電極の資材を基板上に堆積させる
ことを特徴とするプラズマCVD装置を用いた被膜形成
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33623894A JP3438977B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | プラズマcvd装置を用いた被膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33623894A JP3438977B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | プラズマcvd装置を用いた被膜形成方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08176834A JPH08176834A (ja) | 1996-07-09 |
JP3438977B2 true JP3438977B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=18297072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33623894A Expired - Fee Related JP3438977B2 (ja) | 1994-12-22 | 1994-12-22 | プラズマcvd装置を用いた被膜形成方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3438977B2 (ja) |
-
1994
- 1994-12-22 JP JP33623894A patent/JP3438977B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08176834A (ja) | 1996-07-09 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |