JP4993694B2 - プラズマｃｖｄ装置、薄膜形成方法 - Google Patents

Description

本発明はプラズマＣＶＤの技術に係り、特に、絶縁基板表面に薄膜を形成するＣＶＤ装置と薄膜形成方法に関する。

従来より、プラズマＣＶＤ装置は薄膜形成に広く用いられており、成膜対象物を反応槽内に搬入し、反応室内に薄膜の原料ガスを導入し、原料ガスプラズマを形成し、プラズマ内で生成された原料ガスの反応種を成膜対象物の表面に到達させ、薄膜を成長させている。

薄膜を成長させる際には、成膜対象物を一定温度に加熱する必要があることから、プラズマＣＶＤ装置の内部には、静電吸着装置が配置され、静電吸着装置上に成膜対象物を静電吸着し、静電吸着装置内のヒータに通電し、成膜対象物を昇温させている。

図３は、プラズマＣＶＤ装置の真空槽内に配置される静電吸着装置１１２の内部構造を説明するための図面である。
この静電吸着装置１１２は、双極型であり、板状の絶縁物１３９内に正電極１１５₁と負電極１１５₂が配置されている。

正電極１１５₁と負電極１１５₂は互いに離間して配置されており、正電極１１５₁と負電極１１５₂は、吸着電源の正電圧端子と負電圧端子に接続されている。成膜対象物表面に薄膜を形成する際には、静電吸着装置１１２の絶縁物１３９上に成膜対象物を配置し、正電極１１５₁と負電極１１５₂に正電圧と負電圧をそれぞれ印加する。この電圧印加による静電誘導で、成膜対象物の正電極１１５₁上の部分には負電荷が発生し、負電極１１５₂上の部分には正電荷が発生し、成膜対象物と正負電極１１５₁、１１５₂の間に生じる静電吸着力によって成膜対象物が静電吸着装置１１２表面に静電吸着される。

しかし、このような静電吸着装置１１２上にプラズマを形成し、正負電極１１５₁、１１５₂に正電圧と負電圧を印加しながら薄膜を形成しようとすると、プラズマ分布が正負電極１１５₁、１１５₂の配置パターンに影響され、その結果、形成される薄膜の膜厚分布や膜質分布が不均一になるという問題がある。

正負電極１１５₁、１１５₂間の距離を小さくすれば、プラズマへの影響を減少させることができるが、正負電極１１５₁、１１５₂間の距離が小さくなると正負電極１１５₁、１１５₂間に印加できる電圧も小さくなり、静電吸着力が弱くなってしまう。
プラズマＣＶＤ装置を記載した文献は多数有り、例えば下記文献が挙げられる。
特開２００１−８５４１５号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、プラズマに影響を与えず、膜厚分布や膜質分布が均一な薄膜を形成できるプラズマＣＶＤ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、真空槽と、前記真空槽内に配置され、絶縁性基板が配置されるサセプタと、前記サセプタ内に配置され、正電圧または負電圧のいずれか一方の電圧である吸着電圧が印加される平板状の吸着電極と、開口を有し、前記絶縁性基板上に配置される導電性マスクと、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極と、前記真空槽内に原料ガスを導入するガス導入系と、前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、前記吸着電極と前記真空槽との間に直流電圧を印加する吸着電源と、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加するプラズマ電源と、を有し、前記吸着電源により、前記吸着電極に前記吸着電圧を印加し、前記絶縁性基板上に配置された前記導電性マスクに単一の極性の電荷を誘起して前記絶縁性基板を静電吸着しながら、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させて前記開口の底面に露出する前記絶縁性基板の表面に薄膜を成長させるプラズマＣＶＤ装置である。
また、本発明は、絶縁物の基板表面にパターニングされた薄膜を形成する薄膜形成方法であって、プラズマＣＶＤ装置の真空槽内に配置されたサセプタ上に前記基板と、前記基板上に開口を有する導電性マスクとを配置した状態で、前記サセプタ内に配置された吸着電極に正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧を印加し、前記導電性マスクを静電吸着しながら前記真空糟内に原料ガスを導入し、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極に電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記導電性マスクの前記開口の底面に露出する前記基板表面に薄膜を成長させる薄膜形成方法である。
また、本発明は、前記基板よりも大きな前記吸着電極と前記導電性マスクを用い、前記基板が前記吸着電極と前記導電性マスクからはみ出さないようにして前記導電性マスクを静電吸着する薄膜形成方法である。

膜厚分布や膜質分布が均一な薄膜を形成できるプラズマＣＶＤ装置、薄膜形成方法が得られる。

図１の符号３は、本発明の一例のプラズマＣＶＤ装置を示している。
このプラズマＣＶＤ装置３は真空槽１１を有しており、真空槽１１の内部には、サセプタ１２が配置されている。
真空槽１１の外部には、真空排気系３２と、ガス導入系３３と、吸着電源３１と、プラズマ電源３４とが配置されている。
真空槽１１には真空排気系３２が接続されており、真空槽１１内部を真空排気し、真空雰囲気にした状態で成膜対象物２０を真空槽１１内に搬入し、サセプタ１２上に配置する。
サセプタ１２の内部には吸着電極１５が配置されている。

図１の符号２０は、サセプタ１２上に配置された成膜対象物を示している。この成膜対象物２０は、プラスチック基板やガラス基板等の絶縁性基板１９と、該絶縁性基板１９の表面に配置された導電性マスク１７とで構成されており、絶縁性基板１９が、その鉛直下方に位置するサセプタ１２に密着して配置されている。従って、導電性マスク１７は鉛直上方に向けられており、絶縁性基板１９は、吸着電極１５と導電性マスク１７の間に位置し、吸着電極１５と導電性マスク１７によって挟まれている。なお、導電性マスク１７は、導電性材料で構成されており、例えば、金属製である。

吸着電極１５の周囲は絶縁物３９で覆われており、絶縁性基板１９と吸着電極１５は直接接触しないように構成されている。
吸着電極１５は吸着電源３１に接続され、真空槽１１は接地電位に接続されており、吸着電源３１により、真空槽１１と吸着電極１５の間に電圧を印加できるように構成されている。

導電性マスク１７と吸着電極１５の間と、導電性マスク１７と真空槽１１との間には、それぞれ容量成分が発生しており、吸着電源３１によって吸着電極１５と真空槽１１の間に直流電圧が印加されると、導電性マスク１７と吸着電極１５の間の容量成分と、導電性マスク１７と真空槽１１との間の容量成分がそれぞれ充電され、導電性マスク１７と吸着電極１５に誘起された電荷によって導電性マスク１７が吸着電極１５に静電吸着される。吸着電極１５に印加される電圧が正電圧であっても負電圧であっても、導電性マスク１７は静電吸着される。

導電性マスク１７は絶縁性基板１９よりも大きく形成されており、絶縁性基板１９が導電性マスク１７よりも外側にはみ出さないように構成されている。また、吸着電極１５も絶縁性基板１９よりも大きく形成されており、絶縁性基板１９が吸着電極１５よりも外側にはみ出さないように構成されている。
吸着電極１５と導電性マスク１７は、絶縁性基板１９と相似形であり、絶縁性基板１９が四角形の場合、吸着電極１５と導電性マスク１７も四角形になる。

図２は、吸着電極１５の平面形状を示しており、平面形状が四角形の金属膜や金属板によって構成されている。
吸着電極１５は絶縁性基板１９よりも大きく、孔や溝は形成されていないから、絶縁性基板１９のどの部分でも、絶縁性基板１９の裏面に吸着電極１５が位置している。
導電性マスク１７には、所定のパターンで開口２１が形成されており、開口２１の底面には絶縁性基板１９の表面が露出されている。

導電性マスク１７の開口２１の部分を除き、絶縁性基板１９上の導電性マスク１７のどの部分でも、導電性マスク１７は絶縁物３９を介して吸着電極１５と対面するように構成されており、従って、導電性マスク１７が吸着電極１５に静電吸着されると、絶縁性基板１９の外周を含む全体がサセプタ１２上に押しつけられ、絶縁性基板１９とサセプタ１２が密着した状態になる。

サセプタ１２の内部には、ヒータ２４が吸着電極１５とは絶縁した状態で配置されている。
ヒータ２４は、不図示の加熱電源に接続されており、加熱電源によってヒータに通電し、発熱させるとサセプタ１２が加熱される。

導電性マスク１７を静電吸着し、絶縁性基板１９とサセプタ１２との間の密着性を高くされているとサセプタ１２の熱は絶縁性基板１９へ伝導され、真空雰囲気に置かれた絶縁性基板１９が加熱される。絶縁性基板１９とサセプタ１２との間の密着性は高いので、絶縁性基板１９の昇温速度は速い。

サセプタ１２の鉛直上方にはプラズマ生成電極１３が配置されている。
プラズマ生成電極１３は内部が中空であり、ガス導入系３３はプラズマ生成電極１３に接続され、内部の中空部分に原料ガスを導入できるように構成されている。

プラズマ生成電極１３のサセプタ１２に面する面には、中空部分と連通する多数の小孔が設けられており、ガス導入系３３からプラズマ生成電極１３の内部に原料ガスを導入すると、小孔から真空雰囲気の真空槽１１の内部に原料ガスが噴出されるように構成されている。

真空槽１１の内部が所定圧力で安定したところで、プラズマ電源３４によってプラズマ生成電極１３に交流電圧を印加すると、真空槽１１の内部に原料ガスのプラズマが形成され、プラズマ中で原料ガスの反応種(イオンやラジカル)が生成される。反応種が導電性マスク１７の開口２１底面の絶縁性基板１９表面に到達すると、その部分に薄膜が成長する。

本発明では、絶縁性基板１９の裏面には、絶縁物３９を間に挟んで、吸着電極１５が配置されており、この吸着電極１５は正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧が印加される単一極性の電極である。

従って、導電性マスク１７の表面には、単一の極性の電荷(吸着電極１５と同極性の電荷)が誘起されるので、導電性マスク１７の表面近傍に形成される電界は均一であり、プラズマ密度の不均一性は生じない。従って、双極型の静電吸着装置の場合のような、双極の電極の分布に応じた膜厚分布の薄膜が形成されることもない。即ち、本願のプラズマＣＶＤ装置３では、絶縁性基板１９の表面に形成される薄膜の面内膜厚分布は均一である。
開口２１底面に所定膜厚の薄膜が形成されると、原料ガスの導入と、プラズマ電源３４の出力を停止し、真空槽１１の外部に成膜対象物２０を搬出する。

なお、上記実施例ではガス導入系３３をプラズマ生成電極１３に接続し、プラズマ生成電極１３から真空槽１１内に原料ガスを導入したが、ガス導入系３３を真空槽１１に接続し、真空槽１１内に直接原料ガスを導入することもできる。

上記吸着電極はアルミニウムで構成させ、絶縁物３９はアルマイトで構成させることができる。
なお、図１では、サセプタ１２の底面に、放電防止用の接地電極３８が設けられている。

本発明のプラズマＣＶＤ装置を説明するための図面 本発明に用いられる吸着電極の形状を説明するための図面 従来技術のプラズマＣＶＤ装置に用いられる静電吸着装置を説明するための図面

符号の説明

３……プラズマＣＶＤ装置
１１……真空槽
１２……サセプタ
１３……プラズマ生成電極
１５……吸着電極
１７……導電性マスク
１９……絶縁性基板
３１……吸着電源
３２……真空排気系
３３……ガス導入系
３４……プラズマ電源

Claims (3)

1. 真空槽と、
   前記真空槽内に配置され、絶縁性基板が配置されるサセプタと、
   前記サセプタ内に配置され、正電圧または負電圧のいずれか一方の電圧である吸着電圧が印加される平板状の吸着電極と、
   開口を有し、前記絶縁性基板上に配置される導電性マスクと、
   前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極と、
   前記真空槽内に原料ガスを導入するガス導入系と、
   前記真空槽内を真空排気する真空排気系と、
   前記吸着電極と前記真空槽との間に直流電圧を印加する吸着電源と、
   前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加するプラズマ電源と、を有し、
   前記吸着電源により、前記吸着電極に前記吸着電圧を印加し、前記絶縁性基板上に配置された前記導電性マスクに単一の極性の電荷を誘起して前記絶縁性基板を静電吸着しながら、前記プラズマ生成電極に交流電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させて前記開口の底面に露出する前記絶縁性基板の表面に薄膜を成長させるプラズマＣＶＤ装置。
2. 絶縁物の基板表面にパターニングされた薄膜を形成する薄膜形成方法であって、
   プラズマＣＶＤ装置の真空槽内に配置されたサセプタ上に前記基板と、前記基板上に開口を有する導電性マスクとを配置した状態で、前記サセプタ内に配置された吸着電極に正電圧又は負電圧のいずれか一方の電圧を印加し、前記導電性マスクを静電吸着しながら前記真空糟内に原料ガスを導入し、前記真空槽内の前記サセプタの上方に配置されたプラズマ生成電極に電圧を印加して前記原料ガスのプラズマを発生させ、前記導電性マスクの前記開口の底面に露出する前記基板表面に薄膜を成長させる薄膜形成方法。
3. 前記基板よりも大きな前記吸着電極と前記導電性マスクを用い、前記基板が前記吸着電極と前記導電性マスクからはみ出さないようにして前記導電性マスクを静電吸着する請求項２記載の薄膜形成方法。

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