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KR101010389B1 - Plasma CDD device and film formation method - Google Patents

Plasma CDD device and film formation method Download PDF

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KR101010389B1
KR101010389B1 KR1020070136836A KR20070136836A KR101010389B1 KR 101010389 B1 KR101010389 B1 KR 101010389B1 KR 1020070136836 A KR1020070136836 A KR 1020070136836A KR 20070136836 A KR20070136836 A KR 20070136836A KR 101010389 B1 KR101010389 B1 KR 101010389B1
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cathode
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가즈히토 니시무라
히데키 사사오카
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가시오게산키 가부시키가이샤
자이단호진 고치켄산교신코센타
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Abstract

직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서 성막의 불균일을 없앤다.The film nonuniformity is eliminated in a direct current plasma CVD apparatus.

반응조 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극의 위쪽에서 상기 제 1 전극과 대향하고, 상기 제 1 전극과의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 제 2 전극과, 상기 반응조 내의 상기 제 1 전극의 높이와 상기 제 2 전극의 높이의 사이의 높이에 배치되고, 또한 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 사이의 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 배치된 복수의 분출구가 형성된 제 1 가스 도입 노즐을 구비한다.A first electrode disposed in the reactor, on which the substrate is mounted, a second electrode facing the first electrode above the first electrode, and generating a plasma between the first electrode, and the A first gas outlet disposed at a height between the height of the first electrode and the height of the second electrode, and having a plurality of ejection openings arranged to surround a region in which plasma is generated between the first electrode and the second electrode; And a gas introduction nozzle.

플라즈마, 분출구, 음극, 양극, 기판 Plasma, spout, cathode, anode, substrate

Description

플라즈마 CVD 장치 및 성막방법{PLASMA CVD APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}Plasma CDP device and film formation method {PLASMA CVD APPARATUS AND FILM DEPOSITION METHOD}

본 발명은 플라즈마 CVD 장치 및 성막방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma CVD apparatus and a film formation method.

화학 기상 성장법(Chemical Vapor Deposition: CVD)에 의해 기판 성막을 하는 CVD 장치에서는 반응조에 매트릭스가스와 원료가스인 반응가스를 도입하고, 이것과 배기속도와의 밸런스를 취함으로써, 반응조 내의 압력을 일정하게 하고 있다. 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 CVD 장치에서는 가스 온도가 국소적으로 고온으로 되기 때문에, 반응조 내에서 가스의 난류가 발생한다.In a CVD apparatus which forms a substrate by chemical vapor deposition (CVD), a matrix gas and a reactant gas, which is a raw material gas, are introduced into a reaction tank, and the pressure in the reaction tank is kept constant by balancing the exhaust gas. I'm letting you. In a plasma CVD apparatus that generates plasma, the gas temperature is locally high, so that turbulent flow of gas occurs in the reactor.

반응가스를 포함하는 가스는 가스의 반응에 따라 성막하는 막이 퇴적되는 기판표면을 향해 서서히 또한 균일하게 흐르는 것이 바람직하고, 그 흐름이 너무 빠르면, 성막 불균일의 원인이 되고, 반응가스의 이동 방향의 벡터가 기판을 향해 있지 않으면 막의 성장속도가 느려지는 것이 알려져 있다.It is preferable that the gas containing the reactive gas flows gradually and uniformly toward the substrate surface on which the film to be deposited is deposited according to the reaction of the gas. If the flow is too fast, it causes the film formation unevenness, and thus the vector of the moving direction of the reaction gas. It is known that the growth rate of the film is slowed down if it does not face the substrate.

성막 불균일의 해소나 성장속도의 유지를 목적으로 한 종래의 플라즈마 CVD 장치에는 예를 들면 일본특허 제2628404호, 일본특허공개공보 평1-94615호 및 Yoshiyuki Abe 외 저, “DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. PLASMA CVD(HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE”, Acts Astronautice(영국), 2001년, Vol. 48, No.2-3, p.121-127에 기재된 것이 있다.Conventional plasma CVD apparatuses aimed at eliminating film deposition and maintaining growth rates include, for example, Japanese Patent No. 2628404, Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 1-94615, and Yoshiyuki Abe et al., “DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. PLASMA CVD (HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE ”, Acts Astronautice (UK), 2001, Vol. 48, No. 2-3, and p. 121-127.

일본특허 제2628404호의 플라즈마 CVD 장치에서는 기판의 표면에 평행 혹은 경사진 방향으로부터 반응가스를 공급하고, 기판의 표면에 실질적으로 수직의 방향으로부터 매트릭스가스를 공급하고, 매트릭스가스에 의해 반응가스를 압압하여, 반응가스가 흐르는 방향을 변화시키고, 반응가스를 기판 표면에 내뿜도록 하고 있다.In the plasma CVD apparatus of Japanese Patent No. 2628404, the reaction gas is supplied from the direction parallel or inclined to the surface of the substrate, the matrix gas is supplied from the direction substantially perpendicular to the surface of the substrate, and the reaction gas is pressed by the matrix gas. The flow direction of the reaction gas is changed, and the reaction gas is blown onto the substrate surface.

그런데, 이 플라즈마 CVD 장치는 서셉터를 히터로 가열하여 열플라즈마를 발생시키는 열플라즈마 CVD 장치이며, 전극의 배치를 문제로 하지 않아도 좋다. 그런데, DC 플라즈마 CVD 장치와 같이, 기판에 대향하는 위치에 전극이 배치되는 경우에는 그 전극이 장해로 되어, 기판에 대해 수직방향으로 균일한 가스의 흐름을 형성하는 것이 곤란하다.By the way, this plasma CVD apparatus is a thermal plasma CVD apparatus which heats a susceptor with a heater and produces | generates a thermal plasma, and it is not necessary to make a problem of electrode placement. By the way, when an electrode is arrange | positioned in the position which opposes a board | substrate like a DC plasma CVD apparatus, it will become an obstacle and it is difficult to form a uniform flow of gas perpendicular | vertical to a board | substrate.

일본국 특허공개공보 평1-94615호의 플라즈마 CVD 장치는 기판에 대향하는 음극(캐소드)에 설치된 노즐로부터 직접, 가스를 분사하고 있다. 이것에 의해, 음극으로부터 기판으로의 반응가스를 흘릴 수 있다.The plasma CVD apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. Hei 1-94615 injects gas directly from a nozzle provided at a cathode (cathode) facing a substrate. As a result, the reaction gas can flow from the cathode to the substrate.

그런데, 이 구조에서는 플라즈마 발생시에, 고온으로 되는 음극의 노즐부분에 반응가스에 의한 활성종이 고밀도로 존재하게 된다. 이 때문에, 음극에 개구된 노즐 내에 점차 퇴적물이 축적되어 버려, 가스의 분출을 저해한다고 하는 문제가 있었다. 또, 노즐 근방으로부터 퇴적물이 성장해서 돌기로 되면, 그 돌기에 전계가 집중하므로, 플라즈마가 아크방전이나 불꽃방전으로 이행할 위험성이 있다. 또한, 플라즈마를 향해 실온 혹은 팽창에 의해서 온도가 낮아진 가스를 내뿜게 되므로, 양광주를 부분적으로 수축시켜, 성막 불균일을 발생시킬 위험성도 있었다.By the way, in this structure, the active species by reaction gas exists in high density in the nozzle part of the cathode which becomes high temperature at the time of plasma generation. For this reason, deposits accumulate gradually in the nozzle opened to the cathode, and there existed a problem that gas ejection was inhibited. In addition, when deposits grow and protrude from the vicinity of the nozzle, an electric field concentrates on the protuberances, and there is a risk of the plasma transitioning to arc discharge or spark discharge. In addition, since the gas lowered in temperature due to room temperature or expansion toward the plasma is exerted, there is also a risk of partially contracting the liquor bottle and causing film formation unevenness.

“DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. PLASMA CVD(HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE”의 플라즈마 CVD 장치는 가스 도입구를 반응조의 상부에 설치하고, 가스 배기구를 아래쪽에 설치하여, 음극으로부터 플라즈 마를 통과하고 양극을 향하는 가스의 흐름을 발생시키고 있다.“DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. PLASMA CVD (HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE ”Plasma CVD equipment is equipped with a gas inlet at the top of the reactor and a gas exhaust at the bottom to allow the flow of gas from the cathode through the plasma and towards the anode. It is occurring.

도 37은 이 플라즈마 CVD 장치의 반응조 내의 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 37a는 반응조의 구성을 나타내고, 도 37b는 G1에 있어서의 가스가 흐르는 방향 및 유량을 화살표로 나타내고 있다.FIG. 37 is a view for explaining the flow of the gas in the reaction tank of this plasma CVD apparatus, FIG. 37A shows the configuration of the reaction tank, and FIG. 37B shows the flow direction and the flow rate of the gas in G1 with arrows.

이 플라즈마 CVD 장치는 도 37a와 같이 가스 도입구 GI의 위치와 가스 배출구 GO가 반응조의 중심축을 사이에 두고 반대측에 있다. 그 때문에, 음극(Cathode)의 하부 근방에서는 양극(Anode)을 향하는 가스가 지배적으로 되지만, 도 37b와 같이 가스 도입구 GI측에서 대류하는 가스와 가스 배출구 GO측에서 대류하는 가스에서 온도차가 생긴다. 또, 가스의 국소적인 압력도 다르다. This plasma CVD apparatus is on the opposite side with the position of the gas inlet GI and the gas outlet GO between the center axis of the reactor as shown in FIG. 37A. For this reason, the gas toward the anode becomes dominant near the lower part of the cathode. However, as shown in FIG. 37B, a temperature difference occurs between the gas convection at the gas inlet GI side and the gas convection at the gas outlet GO side. In addition, the local pressure of the gas is also different.

DC 플라즈마 CVD 장치 중에서는 플라즈마 중의 가스 온도에 의해서, 성막재료로 되는 활성종 중의 각 성분의 분압상태가 다르고, 온도가 높아지면, 화학적 포텐셜이 높은 활성종의 분압값이 상대적으로 화학적 포텐셜이 낮은 활성종의 분압값보다 높아진다. 반응조 내의 온도가 다르면, 플라즈마 중의 가스의 온도에 불균일이 생기기 때문에, 장소에 따라 각 활성종의 분압에 불균일이 생기고, 성막이 불균일하게 될 위험성이 있었다. In the DC plasma CVD apparatus, the partial pressure state of each component in the active species to be a film forming material varies depending on the gas temperature in the plasma, and when the temperature is high, the partial pressure value of the active species having high chemical potential is relatively low in chemical potential. Higher than the partial pressure of the species; If the temperature in the reaction tank is different, unevenness occurs in the temperature of the gas in the plasma, so there is a risk that unevenness occurs in the partial pressure of each active species depending on the place, resulting in uneven deposition.

전술한 바와 같이, 일본특허 제2628404호의 플라즈마 CVD 장치는 서셉터를 히터로 가열해서 열플라즈마를 발생시키는 열플라즈마 CVD 장치로, DC 플라즈마 CVD 장치와 같이, 기판에 대향하는 위치에 전극이 배치되는 경우에는 기판에 대해 균일한 가스의 흐름을 형성하는 것이 곤란하였다.As described above, the plasma CVD apparatus of Japanese Patent No. 2628404 is a thermal plasma CVD apparatus that generates a thermal plasma by heating a susceptor with a heater. When an electrode is disposed at a position facing the substrate, such as a DC plasma CVD apparatus. It was difficult to form a uniform gas flow with respect to the substrate.

또, 일본국 특허공개공보 평1-94615의 플라즈마 CVD 장치는 성막할 때에 지 장이 생길 가능성이 있는 동시에, 성막 불균일이 발생할 위험성도 있어, 기술적으로 만족할 수 있는 것은 아니었다.In addition, the plasma CVD apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. Hei 1-94615 has a possibility that a problem may occur when forming a film, and there is a risk of uneven film formation, which is not technically satisfactory.

또, “DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. PLASMA CVD(HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE”의 플라즈마 CVD 장치는 기판에 공급하는 가스의 균일화가 불완전하였다.In addition, "DIAMOND SYNTHESIS BY HIGH GRAVITY D.C. The plasma CVD apparatus of PLASMA CVD (HGCVD) WITH ACTIVE CONTROL OF THE SUBSTRATE TEMPERATURE ”was incomplete in the uniformity of the gas supplied to the substrate.

본원발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 발명으로서, 기판에 대향하는 위치에 전극이 있는 경우에도, 기판 표면에 반응 가스를 균일하게 공급하고, 안정된 성막을 가능하게 하는 플라즈마 CVD 장치 및 성막방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a plasma CVD apparatus and a film forming method for uniformly supplying a reaction gas to the surface of a substrate and enabling stable film formation even when there is an electrode at a position facing the substrate. For the purpose of

본 발명의 제 1 관점에 관한 플라즈마 CVD 장치는 반응조 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극의 위쪽에서 상기 제 1 전극과 대향하고, 상기 제 1 전극과의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 제 2 전극과, 상기 반응조 내의 상기 제 1 전극의 높이와 상기 제 2 전극의 높이의 사이의 높이에 배치되고, 또한 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 사이의 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 배치된 복수의 분출구가 형성된 제 1 가스도입 노즐을 구비하며, 상기 제 2 전극은 복수의 전극으로 구성되고, 상기 제 2 전극의 각 전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류는 각각 개별로 소정의 값으로 설정되는 것을 특징으로 한다.A plasma CVD apparatus according to a first aspect of the present invention is disposed in a reaction tank, and faces a first electrode on which a substrate is mounted, facing the first electrode above the first electrode, and between the first electrode and the plasma. And a region arranged at a height between the height of the second electrode and the height of the first electrode in the reactor and the height of the second electrode in the reactor, and where the plasma is generated between the first electrode and the second electrode. And a first gas introduction nozzle having a plurality of ejection openings arranged to surround the second electrode, wherein the second electrode includes a plurality of electrodes, and a voltage or a current between each electrode of the second electrode and the first electrode Each of them is individually set to a predetermined value.

또한, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 플라즈마에 의해 활성종이 형성되는 원료가스가 포함해도 좋다.The first gas introduction nozzle may include a source gas in which active species are formed by the plasma.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 플라즈마에 의해 활성종이 형성되는 원료가스 및 매트릭스가스를 포함해도 좋다.In addition, the first gas introduction nozzle may include a source gas and a matrix gas in which active species are formed by the plasma.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 복수의 분출구로부터 상기 제 1 전극의 중심축을 향해 횡방향으로 가스를 분출하는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that a said 1st gas introduction nozzle blows a gas in the horizontal direction toward the center axis of the said 1st electrode from the said some injection port.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 제 1 전극의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said 1st gas introduction nozzle is arrange | positioned so that the periphery of the said 1st electrode may be enclosed.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구는 서로 등간격으로 배치되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the said some injection port of the said 1st gas introduction nozzle is arrange | positioned at equal intervals mutually.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구는 상기 제 1 전극의 중심축과의 거리가 서로 동등한 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the plurality of ejection openings of the first gas introduction nozzle have the same distance from the central axis of the first electrode.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구 중의 2개로 이루어지는 각 조의 분출구는 각각 상기 제 1 전극의 중심축을 중심으로 해서 서로 대향하도록 배치되는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the jet port of each tank which consists of two of the said jet nozzles of the said 1st gas introduction nozzle is mutually opposing each other centering on the central axis of the said 1st electrode.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 분출구의 높이가 상기 플라즈마의 양광주가 발생하는 영역의 최상점보다 높은 위치에 있는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the height of the said blower outlet of the said 1st gas introduction nozzle is in the position higher than the highest point of the area | region where the positive wine column of the said plasma generate | occur | produces.

또, 상기 제 1 가스도입 노즐은 링형상이어도 좋고, 상기 반응조 내의 상기 제 2 전극의 측변을 따라 서로 대향하는 관이어도 좋다.The first gas introduction nozzle may be in a ring shape or may be a tube facing each other along the side of the second electrode in the reactor.

또, 상기 제 2 전극의 위쪽으로부터 매트릭스가스를, 상기 제 1 가스도입 노즐로부터 분출된 가스를 향해 분출하는 제 2 가스도입 노즐을 구비해도 좋다.Moreover, you may be provided with the 2nd gas introduction nozzle which blows a matrix gas from the upper side of the said 2nd electrode toward the gas blown out from the said 1st gas introduction nozzle.

상기 제 1 전극의 아래쪽에 배치되고, 상기 반응조로부터 가스를 배출하는 복수의 배출용 관로를 구비하는 것이 바람직하다.It is preferable that a plurality of discharge pipes are arranged below the first electrode and discharge gas from the reaction tank.

특히, 상기 복수의 배출용 관로는 상기 제 1 전극의 주위를 둘러싸도록 배치 되는 것이 바람직하다.In particular, the plurality of discharge conduits are preferably arranged to surround the periphery of the first electrode.

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이 경우, 상기 복수의 전극은 상기 제 1 전극의 중앙부에 대향하는 중앙전극과, 상기 제 1 전극의 주변부에 대향하는 주변전극으로 구성되고, 상승시에, 상기 소정의 처리의 개시시에는 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값은 상기 주변전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값보다 높게 설정되어도 좋다.In this case, the plurality of electrodes is composed of a central electrode facing the central portion of the first electrode and a peripheral electrode facing the peripheral portion of the first electrode, and at the rising, the central electrode at the start of the predetermined process. The voltage or current value between the first electrode and the first electrode may be set higher than the voltage or current value between the peripheral electrode and the first electrode.

또, 상기 복수의 전극은 상기 제 1 전극의 중앙부에 대향하는 상기 중앙전극과, 상기 제 1 전극의 주변부에 대향하는 주변전극으로 구성되고, 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이에 양광주가 형성된 후에, 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값은 상기 주변전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값 미만으로 되어도 좋다.The plurality of electrodes may include the center electrode facing the central portion of the first electrode and a peripheral electrode facing the peripheral portion of the first electrode, and a positive light column may be disposed between the center electrode and the first electrode. After formation, the voltage or current value between the center electrode and the first electrode may be less than the voltage or current value between the peripheral electrode and the first electrode.

또, 상기 복수의 전극 사이에 절연물이 배치되어 있는 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that the insulator is arrange | positioned between the said some electrode.

플라즈마 CVD 장치는, 처리 대상의 기판이 탑재되는 기판 재치면을 가지며, 상기 기판 재치면에는 상기 기판이 수납될 수 있는 오목부가 형성되며, 표면이 그래파이트로 형성되어 있는 전극과, 상기 전극의 일부가 상기 기판의 주위로 노출된 상태에서 탄화수소를 반응가스로 하여 상기 전극 상에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판에 탄소막을 성막하는 플라즈마 발생수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.The plasma CVD apparatus has a substrate placing surface on which a substrate to be processed is mounted, and a recess for accommodating the substrate is formed in the substrate placing surface, an electrode having a surface formed of graphite, and a part of the electrode And plasma generating means for forming a carbon film on the substrate by generating a plasma on the electrode using hydrocarbon as a reaction gas in a state exposed to the periphery of the substrate.

본 발명의 성막방법은, 기판이 탑재되는 제 1 전극과, 복수의 전극들로 구성되는 제 2 전극의 사이에, 상기 제2 전극의 각 전극과 상기 제1 전극의 사이에 각각 개별적으로 소정의 값으로 설정되는 전압 또는 전류를 인가하고, 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 배치된 복수의 분출구로부터 반응가스를 분출시키는 것을 특징으로 한다.According to the film forming method of the present invention, a predetermined electrode is separately provided between a first electrode on which a substrate is mounted and a second electrode composed of a plurality of electrodes, between each electrode of the second electrode and the first electrode. A voltage or a current set to a value is applied, and the reaction gas is blown out from a plurality of blowing holes arranged to surround a region where plasma is generated.

본 발명에 따르면, 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서 성막의 불균일을 없앤을 있다는 효과가 얻어진다.According to the present invention, the effect of eliminating the unevenness in film formation in the direct current plasma CVD apparatus is obtained.

이하, 도면에 의거하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described based on drawing.

[제 1 실시형태][First embodiment]

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 플라즈마 CVD 장치의 개략을 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an outline of a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 처리 대상의 기판(1)의 표면에 막을 형성하는 장치이며, 반응조인 챔버(10)를 구비하고 있다. 챔버(10)는 기판(1)을 외기로부터 차단한다.This DC plasma CVD apparatus is an apparatus which forms a film on the surface of the board | substrate 1 of a process object, and is equipped with the chamber 10 which is a reaction tank. The chamber 10 isolates the substrate 1 from the outside air.

챔버(10) 내에는 원주형상의 강제(鋼製)의 스테이지(11)가 배치되고, 스테이지(11)의 상부에 원판형상의 열전도성이 좋고, 융점이 높은 예를 들면 몰리브덴제 혹은 그래파이트제의 양극(11a)이 탑재되어 있다. 양극(11a)의 직경은 예를 들면 80㎜, 두께는 20㎜이다. 기판(1)은 직사각형이며, 양극(11a)의 상측 탑재면에 고정된다. 스테이지(11)는 양극(11a)과 함께 축(11x)을 중심으로 해서 회전하도록 설정되어 있다.In the chamber 10, a columnar steel stage 11 is disposed, and a disk-shaped thermal conductivity is good on the upper portion of the stage 11, and a melting point, for example, made of molybdenum or graphite The anode 11a is mounted. The diameter of the anode 11a is 80 mm, for example, and thickness is 20 mm. The board | substrate 1 is rectangular and is fixed to the upper mounting surface of the anode 11a. The stage 11 is set to rotate about the axis 11x with the anode 11a.

양극(11a)의 하측의 스테이지(11)에는 폐색된 공간(11b)이 설치되어 있고, 공간(11b)에는 냉각부재(12)가 배치되어 있다. 냉각부재(12)는 기판(1)을 필요에 따라 냉각하기 위해 설치된 것이고, 도시하지 않은 이동기구에 의해, 냉각부재(12)가 화살표와 같이 상하로 이동 자유로운 구조로 되어 있다. 냉각부재(12)는 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되고, 그 내부에서는 냉각된 물 또는 냉각된 염화칼슘 수용액 등의 냉각매체가 관로(12a)로부터 냉각부재(12) 내의 유로(12b)에 들어가고, 관로(12c)로부터 배출되도록 순환하여, 냉각부재(12) 전체를 식히고 있다.The closed space 11b is provided in the stage 11 below the anode 11a, and the cooling member 12 is disposed in the space 11b. The cooling member 12 is provided in order to cool the board | substrate 1 as needed, and is structured so that the cooling member 12 can move up and down like an arrow by the moving mechanism which is not shown in figure. The cooling member 12 is made of a metal having high thermal conductivity such as copper, and inside the cooling medium such as cooled water or cooled calcium chloride aqueous solution is transferred from the conduit 12a to the flow path 12b in the cooling member 12. It enters and circulates so that it may be discharged | emitted from the conduit 12c, and the cooling member 12 whole is cooled.

이 때문에, 냉각부재(12)가 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 냉각부재(12)의 상면(1)이 스테이지(11)의 하면에 맞닿고, 맞닿아진 스테이지(11)가 그 상부의 양극(11a)을 냉각하고, 양극(11a)이 기판(1)의 열을 빼앗는 구조로 되어 있다. 관로(12c)로부터 배출된 냉각매체는 도시하지 않은 냉각장치에 의해서 냉각되고, 재차 관로(12c)로 송출되도록 순환된다. 냉각부재(12)의 상면은 기판(1)을 면방향으로 균등하게 냉각하기 때문에, 기판(1)보다 한층 큰 것이 바람직하다.For this reason, when the cooling member 12 moves upwards, the upper surface 1 of the cooling member 12 abuts on the lower surface of the stage 11, and the stage 11 which abuts is the anode of the upper part ( The structure 11a is cooled and the anode 11a takes the heat of the board | substrate 1 into consideration. The cooling medium discharged from the conduit 12c is cooled by a cooling device (not shown) and circulated so as to be sent out to the conduit 12c again. Since the upper surface of the cooling member 12 cools the board | substrate 1 evenly to a surface direction, it is preferable to be larger than the board | substrate 1 further.

또, 양극(11a)의 하측에 설치된 공간(11b)은 스테이지(11)에 의해서 간막이되어 있고, 내부에는 기체가 봉입되어 있거나 혹은 대기 개방된 상태로 되어 있다.In addition, the space 11b provided below the anode 11a is partitioned by the stage 11, and gas is enclosed in the inside or it is in the air-opened state.

양극(11a)의 위쪽에는 원판형상의 음극(13)이 배치되어 있다. 음극(13)은 음극 지지체(14)에 의해 지지되고, 음극(13)과 양극(11a)이 대향하고 있다. 음극(13)은 융점이 높은 몰리브덴 혹은 그래파이트 등으로 형성되고, 예를 들면 직경이 80㎜이고 두께가 20㎜이다. 음극 지지체(14)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 혹은 탄화규소 등의 내열성 탄화물로 구성되어 있다. 음극(13)과 양극(11a)의 거리는 예를 들면 50㎜이다.The disk-shaped negative electrode 13 is arrange | positioned above the positive electrode 11a. The negative electrode 13 is supported by the negative electrode support 14, and the negative electrode 13 and the positive electrode 11a face each other. The cathode 13 is formed of molybdenum, graphite, or the like having a high melting point. For example, the cathode 13 is 80 mm in diameter and 20 mm in thickness. The negative electrode support body 14 is comprised from heat resistant oxides, such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, or heat resistant carbides, such as silicon carbide. The distance between the cathode 13 and the anode 11a is 50 mm, for example.

음극(13)의 내부에는 냉각매체가 흐르는 유로가 형성되어 있어도 좋다. 냉각매체가 흐르는 것에 의해 음극(13)의 과열을 억제할 수 있다. 냉각매체로서는 챔버(10)의 외부로부터 도입되는 물, 염화칼슘 수용액 등이 바람직하다.The flow path through which the cooling medium flows may be formed inside the cathode 13. Overheating of the cathode 13 can be suppressed by the flow of the cooling medium. As a cooling medium, water, calcium chloride aqueous solution, etc. which are introduce | transduced from the exterior of the chamber 10 are preferable.

양극(11a)의 외주면의 근방에는 아크의 발생을 억제하기 위한 절연부(15)가 배치되어 있다. 절연부(15)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 및 탄화규소 등의 내열성 탄화물 중의 적어도 어느 하나로 구성되어 있다.In the vicinity of the outer circumferential surface of the anode 11a, an insulating portion 15 for suppressing generation of arc is disposed. The insulating portion 15 is composed of at least one of heat resistant oxides such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and heat resistant carbides such as silicon carbide.

절연부(15)는 링형상이고, 챔버(10)의 바닥부에 세워 설치된 지지체(16)에 의해서 양극(11a)과 동일한 높이로 지지되고, 그 내주측에서 양극(11a)의 외주를 둘러싸고 있다. 절연부(15)의 외경은 음극(13)의 최외경의 1.2배 이상의 길이로 되어 있다.The insulating part 15 is ring-shaped, is supported by the support body 16 standing up at the bottom of the chamber 10 at the same height as the anode 11a, and surrounds the outer circumference of the anode 11a on the inner circumferential side thereof. . The outer diameter of the insulating portion 15 is 1.2 times or more the length of the outermost diameter of the cathode 13.

절연부(15)는 음극(13)과 양극(11a)의 사이의 이상 방전(아크방전, 불꽃방전)의 발생을 억제하는 것이기 때문에, 음극(13)의 외주 측면을 따라 음극(13)과 대향하여 탑재되어 있다. 또한, 절연부(15)는 음극(13)에 대해 양극(11a)의 측면을 숨기도록 해도 좋다.Since the insulating part 15 suppresses the occurrence of abnormal discharge (arc discharge, spark discharge) between the negative electrode 13 and the positive electrode 11a, the insulating portion 15 is disposed along the outer circumferential side of the negative electrode 13. It is mounted toward. In addition, the insulating part 15 may hide the side surface of the positive electrode 11a with respect to the negative electrode 13.

챔버(10)의 측면에는 창(17)이 형성되어, 챔버(10) 내의 관찰이 가능하게 되어 있다. 창(17)에는 내열성 유리가 끼워 넣어져, 챔버(10) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(10)의 외측에 예를 들면 창(17)의 유리를 통해 기판(1)의 온도를 측정하는 방사온도계(18)가 배치되어 있다.The window 17 is formed in the side surface of the chamber 10, and the observation in the chamber 10 is attained. The heat resistant glass is inserted into the window 17, and the airtightness in the chamber 10 is ensured. Outside the chamber 10, a radiation thermometer 18 is arranged which measures the temperature of the substrate 1 via the glass of the window 17, for example.

이 직류 플라즈마 CVD 장치에는 반응가스를 포함하는 원료가스를 가스튜 브(19)를 통해 도입하는 원료계(도시 생략)와 챔버(10) 내로부터 기체를 복수의 배기용 관로(20)를 통해 배출하여 챔버(10) 내의 기압을 조정하는 배기계(도시 생략)와, 전압설정부(21)를 구비하고 있다.This DC plasma CVD apparatus discharges gas from a raw material system (not shown) for introducing a source gas containing a reaction gas through a gas tube 19 and from inside the chamber 10 through a plurality of exhaust conduits 20. And an exhaust system (not shown) for adjusting the air pressure in the chamber 10, and a voltage setting unit 21.

가스튜브(19)는 챔버(10)에 설치된 구멍을 통해 챔버(10) 내에 도입되어 있고, 반응조 내의 가스튜브(19)의 적어도 일부는 불소수지나 실리콘고무 등의 절연체로 구성되어 있다. 챔버의 구멍과 가스튜브(19)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어, 챔버(10) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(10) 내에서 가스튜브(19)는 가스도입 노즐인 링노즐(22)에 접속되어 있다. 링노즐(22)은 진원(眞圓)상태인 것이 바람직하지만, 정다각형상이어도 좋다.The gas tube 19 is introduced into the chamber 10 through a hole provided in the chamber 10, and at least a part of the gas tube 19 in the reaction tank is made of an insulator such as fluororesin or silicone rubber. Between the hole of a chamber and the outer periphery of the gas tube 19 is sealed with the sealing material, and the airtightness in the chamber 10 is ensured. In the chamber 10, the gas tube 19 is connected to the ring nozzle 22 which is a gas introduction nozzle. The ring nozzle 22 is preferably in a round shape, but may be a regular polygon.

도 2는 링노즐(22)과 배기용 관로(20)의 설명도이다.2 is an explanatory view of the ring nozzle 22 and the exhaust conduit 20.

링노즐(22)은 전체가 링형상으로 되어 있는 동시에, 원료가스가 유통하도록 중공으로 되어 있다. 링노즐(22)의 링형상의 내주면측에는 구경이 동등한 복수의 분출구(22a)가 등간격으로 배치되어 있다. 복수의 분출구(22a)는 양극(11a)의 중심축인 축(11x)과의 사이의 거리도 서로 동등하고, 또 개개의 분출구(22a)는 축(11x)을 중심으로 해서 반대의 위치에도 분출구(22a)가 서로 대향하도록 점대칭으로 설치되어 있다. 이와 같이 복수의 분출구(22a)는 후술하는 바와 같이, 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 형성되고, 원료가스가 분출구(22a)로부터 축(11x)을 향해 균등하게 분출된다.The ring nozzle 22 is hollow in its entirety in a ring shape and flows through the source gas. On the inner circumferential surface side of the ring nozzle 22, a plurality of ejection openings 22a having the same diameter are arranged at equal intervals. The plurality of ejection openings 22a are also equal to each other in the distance between the shaft 11x, which is the central axis of the anode 11a, and the individual ejection openings 22a are also ejected at opposite positions centering on the shaft 11x. It is provided in point symmetry so that 22a may oppose each other. As described above, the plurality of ejection openings 22a are formed to surround the region where the plasma is generated, and the source gas is ejected evenly from the ejection opening 22a toward the shaft 11x.

음극 지지체(14)에 부착된 절연체의 노즐 지지체(23)에 의해서 링노즐(22)이 지지된다. 링노즐(22)의 분출구(22a)는 음극 지지체(14)의 최하부(음극(13)의 음 극 지지체(14)로부터 노출된 측면에서의 최상부) 이하의 위치에서, 양극(11a)의 높이보다 높고 또한 양극(11a)과 음극(13)의 사이에 생기는 양광주(陽光柱) PC의 최고점보다 높은 위치에 설정된다. 이 범위로 링노즐(22)이 지지되면, 원료가스가 음극(13)과 양극(11a)의 사이에 들어가기 쉽고, 또 양광주 PC 내의 가스온도를 원료가스의 분출에 의해 국소적으로 냉각하는 것을 방지할 수 있다.The ring nozzle 22 is supported by the nozzle support 23 of the insulator attached to the cathode support 14. The ejection opening 22a of the ring nozzle 22 is lower than the height of the anode 11a at a position lower than the lowermost part of the cathode support 14 (the uppermost part on the side exposed from the cathode support 14 of the cathode 13). It is set at a position higher than the highest point of the positive light column PC generated between the positive electrode 11a and the negative electrode 13. When the ring nozzle 22 is supported in this range, it is easy for the source gas to enter between the cathode 13 and the anode 11a, and locally cools the gas temperature in the bright wine PC by the source gas. It can prevent.

링노즐(22)의 내경은 음극(13)의 외경 및 양극(11a)의 외경보다 크다. 링노즐(22)의 중심은 양극(11a)의 축(11x) 상에 있다. 양극(11a)의 중심으로부터 각 분출구(22a)를 응시하는 각도는 대략 균등하게 되어 있다.The inner diameter of the ring nozzle 22 is larger than the outer diameter of the negative electrode 13 and the outer diameter of the positive electrode 11a. The center of the ring nozzle 22 is on the axis 11x of the anode 11a. The angles gazing at each jet port 22a from the center of the anode 11a are substantially equal.

4개의 배기용 관로(20)는 챔버(10)의 바닥면에 축(11x)을 중심으로 해서 스테이지(11) 또는 양극(11a)의 주위를 둘러싸도록 등간격으로 개구된 4개의 구멍을 각각 관통하고 있다. 그 구멍과 배기용 관로(20)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어 있다.The four exhaust conduits 20 penetrate through the four holes opened at equal intervals to surround the stage 11 or the anode 11a around the shaft 11x at the bottom surface of the chamber 10, respectively. Doing. The sealing member is sealed between the hole and the outer circumference of the exhaust pipe 20.

전압설정부(21)는 양극(11a)과 음극(13)의 사이의 전압 또는 전류값을 설정하는 제어장치이며, 가변전원(21b)을 구비하고 있다. 전압설정부(21)와 양극(11a) 및 음극(13)은 리드선에 의해 각각 접속되어 있다. 각 리드선은 챔버(10)에 설치된 구멍을 통과하고, 각각 음극(13)과 양극(11a)에 접속되어 있다. 리드선이 통과된 챔버(10)의 구멍은 시일재로 밀봉되어 있다.The voltage setting section 21 is a control device for setting a voltage or current value between the positive electrode 11a and the negative electrode 13, and includes a variable power supply 21b. The voltage setting section 21, the positive electrode 11a and the negative electrode 13 are connected by lead wires, respectively. Each lead wire passes through a hole provided in the chamber 10 and is connected to the cathode 13 and the anode 11a, respectively. The hole of the chamber 10 through which the lead wire passed is sealed with the sealing material.

전압설정부(21)는 제어부(21a)를 구비하고, 그 제어부(21a)는 방사온도계(18)와 리드선에 의해 접속되며, 가변전원(21b)과 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(21a)는 기동되면, 방사온도계(18)가 측정한 기판(1)의 온도를 참조하고, 기 판(1)의 온도가 예정 값으로 되도록 양극(11a)과 음극(13)의 사이의 전압 또는 전류값을 조정한다.The voltage setting unit 21 includes a control unit 21a, which is connected to the radiation thermometer 18 by a lead wire, and is connected by a variable power source 21b and a lead wire. When the control part 21a is started, it references the temperature of the board | substrate 1 measured by the radiation thermometer 18, and between the anode 11a and the cathode 13 so that the temperature of the board | substrate 1 may become a predetermined value. Adjust the voltage or current value.

다음에, 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 성막처리를 설명한다.Next, a film forming process of forming a film on the substrate 1 using the direct current plasma CVD apparatus of FIG. 1 will be described.

이 성막처리에서는 기판(1)의 표면에 카본 나노 월로 이루어지는 전자방출막을 성막한다.In this film forming process, an electron-emitting film made of carbon nanowalls is formed on the surface of the substrate 1.

카본 나노 월은 곡면을 이루는 꽃잎형상(부채형상)의 복수의 탄소 박편이 기립하면서 서로 랜덤한 방향으로 연결되어 구성된다. 각 탄소 박편은 격자간격이 0.34㎚의 수층∼수십층의 그라펜 시트(graphene sheet)로 구성된다.The carbon nanowall is formed by connecting a plurality of carbon flakes in the shape of a petal (liquid) constituting a curved surface in a random direction. Each carbon flake is composed of several layers to several tens of graphene sheets having a lattice spacing of 0.34 nm.

성막처리에서는 우선 예를 들면 니켈판을 기판(1)으로서 잘라내고, 에탄올 또는 아세톤에 의해 탈지/초음파 세척을 충분히 실행한다. 기판(1)의 표면이 금속으로 형성되어 있는 경우에는 기판(1)의 표면을 다이아몬드 미립자나 산화 알루미늄 미립자와 같이 고융점이고 직경이 작은 다수의 절연 미립자로 극히 얇게 덮는다. 왜냐하면, 기판(1)의 표면이 금속으로 형성되어 있는 경우, 원료가스의 활성종이 기판(1) 내에 확산되어 버려, 활성종에 의한 퇴적물이 기판(1)의 표면에 퇴적되기 어렵다는 문제가 있다. 그러나, 기판(1)의 표면을 다수의 절연 미립자로 극히 얇게 덮는 것에 의해, 양극(11a)과 음극(13)의 사이의 경계를 거의 차단하는 일 없이, 절연 미립자의 표면으로부터 퇴적물을 퇴적시킬 수 있다.In the film forming process, first, for example, the nickel plate is cut out as the substrate 1, and degreasing / ultrasound washing is sufficiently performed with ethanol or acetone. When the surface of the board | substrate 1 is formed with the metal, the surface of the board | substrate 1 is covered very thinly with many insulating fine particles with a high melting point and small diameter like microparticles | fine-particles and aluminum oxide microparticles | fine-particles. This is because when the surface of the substrate 1 is formed of metal, active species of the source gas diffuse into the substrate 1, and there is a problem that deposits by the active species are less likely to be deposited on the surface of the substrate 1. However, by covering the surface of the substrate 1 extremely thinly with a large number of insulating fine particles, deposits can be deposited from the surface of the insulating fine particles without almost blocking the boundary between the positive electrode 11a and the negative electrode 13. have.

이 기판(1)을 양극(11a) 상에 탑재한다.The substrate 1 is mounted on the anode 11a.

기판(1)의 탑재가 완료되면, 다음에 챔버(10) 내를 배기계를 이용하여 감압 하고, 계속해서 원료가스로서, 가스튜브(19)로부터 수소가스와 메탄 등의 조성 중에 탄소를 함유하는 화합물의 반응가스(탄소함유 화합물)를 보낸다. 원료가스는 링노즐(22)의 분출구(22a)로부터 분출된다.After the mounting of the substrate 1 is completed, the chamber 10 is then decompressed using an exhaust system, and then, as a source gas, a compound containing carbon in a composition such as hydrogen gas and methane from the gas tube 19. The reaction gas (carbon-containing compound) of is sent. The source gas is ejected from the ejection port 22a of the ring nozzle 22.

원료가스 중의 조성 중에 탄소를 함유하는 반응가스는 전체의 3vol%∼30vol%의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 예를 들면, 메탄의 유량을 50SCCM, 수소의 유량을 500SCCM으로 하고, 전체의 압력을 0.05∼1.5atm, 바람직하게는 0.07∼0.1atm으로 한다. 또, 축(11x)을 축으로 하여 기판(1)마다 양극(11a)을 1rpm으로 회전시키고, 기판(1) 상의 온도 불균일이 5% 이내로 되도록 하여 양극(11a)과 음극(13)의 사이에 직류전원을 인가하고, 플라즈마를 발생시켜, 플라즈마 상태 및 기판(1)의 온도를 제어한다.It is preferable that the reaction gas containing carbon in the composition in source gas exists in the range of 3 vol%-30 vol% of the whole. For example, the flow rate of methane is 50 SCCM, the flow rate of hydrogen is 500 SCCM, and the total pressure is 0.05 to 1.5 atm, preferably 0.07 to 0.1 atm. Further, the anode 11a is rotated at 1 rpm for each substrate 1 with the axis 11x as the axis, and the temperature nonuniformity on the substrate 1 is within 5%, between the anode 11a and the cathode 13. A DC power source is applied to generate a plasma to control the plasma state and the temperature of the substrate 1.

카본 나노 월의 성막시에는 기판(1)의 카본 나노 월이 성막되는 개소의 온도를 900℃∼1100℃에서 소정 시간의 성막을 실행한다. 이 온도는 방사온도계(18)에 의해 측정되어 있다. 이 때, 냉각부재(12)는 양극(11a)의 온도에 영향이 없도록 충분히 양극(11a)으로부터 이간되어 있다. 방사온도계(18)는 직류 플라즈마 CVD 장치의 플라즈마 복사를 감산하여 기판(1)측의 표면에서의 열복사만으로부터 온도를 구하도록 설정되어 있다.At the time of film-forming of carbon nanowall, film formation of predetermined time is performed at 900 degreeC-1100 degreeC in the temperature of the location where the carbon nanowall of the board | substrate 1 is formed. This temperature is measured by the radiation thermometer 18. At this time, the cooling member 12 is sufficiently separated from the anode 11a so as not to affect the temperature of the anode 11a. The radiation thermometer 18 is set to subtract the plasma radiation of the direct-current plasma CVD apparatus to obtain a temperature from only heat radiation on the surface of the substrate 1 side.

카본 나노 월의 성막 과정에서 예를 들면 전자방출막의 막질을 변화시키고, 카본 나노 월 상에 다수의 다이아몬드 미립자를 포함하는 다이아몬드층을 적층하는 경우에는 양극(11a)에 냉각부재(12)를 상승하여 맞닿게 한다. 이것에 의해, 극적으로 기판(1)의 온도를 냉각할 수 있고, 다이아몬드층을 적층할 수 있다. 다이아 몬드층의 성막에 수반하여, 다이아몬드층의 간극으로부터는 카본 나노 월의 일부가 변형된 봉형상이고 또한 카본 나노튜브와는 달라 코어가 쌓인 sp2 결합의 탄소가 성장한다. 이 봉형상 탄소는 다이아몬드층의 표면으로부터 돌출하도록 연장되어 있고, 구조상 전계집중하기 쉽고, 전자를 방출하는 부위로 된다.In the process of forming the carbon nanowall, for example, the film quality of the electron-emitting film is changed, and when the diamond layer including a plurality of diamond fine particles is laminated on the carbon nanowall, the cooling member 12 is raised on the anode 11a. Make contact. Thereby, the temperature of the board | substrate 1 can be cooled dramatically, and a diamond layer can be laminated | stacked. With the formation of the diamond layer, sp 2 bond carbon in which cores are accumulated is grown from the gap of the diamond layer in the shape of a rod in which a part of the carbon nanowall is deformed, and unlike the carbon nanotubes. The rod-shaped carbon extends so as to protrude from the surface of the diamond layer, and is structurally easy to concentrate on electric field and becomes a site for emitting electrons.

성막의 종료 단계에서는 양극(11a)과 음극(13)의 사이의 전압의 인가를 정지하고, 계속해서 원료가스의 공급을 정지하며, 퍼지가스로서 질소가스를 챔버(10) 내에 공급하여 챔버(10) 내를 질소분위기로 한 후, 상온으로 되돌린 상태에서 기판(1)을 꺼낸다.At the end of film formation, the application of the voltage between the anode 11a and the cathode 13 is stopped, the supply of source gas is subsequently stopped, and nitrogen gas is supplied into the chamber 10 as a purge gas to supply the chamber 10. The inside of the inside) is placed in a nitrogen atmosphere, and the substrate 1 is taken out in the state of returning to normal temperature.

이상의 본 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 다음과 같은 [1]∼[6]의 이점을 갖는다.The DC plasma CVD apparatus according to the present embodiment described above has the following advantages [1] to [6].

[1] 링노즐(22)을 챔버(10) 내에 배치하고, 링노즐(22)의 분출구(22a)로부터 원료가스를 축(11x)을 향해 수평으로 즉 내측 횡방향으로 분출시키고, 4개의 배기용 관로(20)로부터 배기한다. 분출구(22a)는 링노즐(22)에 등간격으로 배치되고, 배기용 관로(20)는 스테이지(11)의 주변에 등간격으로 배치되어 있기 때문에, 원료가스의 흐름이 챔버(10) 내에서 축(11x)을 대칭으로 균등하게 되어 있다. 또, 음극(13) 및 음극 지지체(14)가 원료가스의 흐름을 방해하는 일이 없으므로, 축(11x)의 임의의 음극(13)의 중앙 바로 아래까지 효율 좋게 흐르고, 기판(1) 상의 끝으로부터 중앙에 이를 때까지 원료가스가 균등하게 널리 퍼져, 양광주 PC 내의 원료가스로부터 발생하는 활성종 밀도가 균등하게 되며, 기판(1) 표면에 균등하게 성막할 수 있다.[1] The ring nozzle 22 is disposed in the chamber 10, and the source gas is blown horizontally, that is, in the inner transverse direction, from the jet port 22a of the ring nozzle 22 toward the shaft 11x, and the four exhausts are discharged. It exhausts from the pipeline 20. Since the jet port 22a is arranged at equal intervals in the ring nozzle 22, and the exhaust conduit 20 is arranged at equal intervals around the stage 11, the flow of source gas flows in the chamber 10. The axis 11x is symmetrically equalized. In addition, since the cathode 13 and the cathode support 14 do not disturb the flow of the source gas, the cathode 13 and the cathode support 14 flow efficiently to just below the center of any cathode 13 of the shaft 11x, and the end on the substrate 1 The raw material gas spreads evenly from the center until it reaches the center, and the density of active species generated from the raw material gas in the bright wine PC is equalized, and the film can be formed evenly on the surface of the substrate 1.

여기서, 원료가스의 흐름방법의 차이에 의한 영향을, 실험에 의해 조사한 결과를 설명한다.Here, the result of having investigated the influence by the difference of the flow method of source gas by experiment is demonstrated.

도 3a, 도 3b는 비교 실험에 이용한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성을 설명하는 도면이다.3A and 3B are views for explaining the configuration of the direct current plasma CVD apparatus used in the comparative experiment.

도 4a는 도 3a 및 도 3b에 나타내는 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서 음극에 발생하는 글로(glow)의 상태를 나타내는 도면이다. 도 4b는 제 1 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 음극에 발생하는 글로의 상태를 나타내는 도면이다.FIG. 4A is a diagram showing a state of glow generated in the cathode in the DC plasma CVD apparatus shown in FIGS. 3A and 3B. FIG. 4B is a diagram showing a glow state occurring in the cathode in the DC plasma CVD apparatus according to the first embodiment.

이 실험에서는 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치의 일부를, 원료가스의 흐름이 축(11x)에 대칭으로 되지 않도록, 또 양극(11a)과 노즐의 사이에 음극(13)이 입체 장해로 되는 바와 같이 배치되도록 변경되어 있다. 예를 들면, 도 3b와 같이, 링노즐(22) 및 노즐 지지체(23)를 챔버(10) 내로부터 제거하고 또한 가스튜브(19)를 챔버(10)의 음극 지지체(14)보다 상측에 배치한 가스샤워 노즐(25)에 접속하고, 가스가 가스샤워 노즐(25)로부터 아래쪽을 향해 샤워형상으로 분출되도록 하고, 복수인 배기용 관로(20)를 1개만 남기고 다른 배기용 관로(20)에 예를 들면 마개(24)를 하고, 그 마개(24)를 한 배기용 관로(20)로부터의 배기가 불가능하도록 하고 있다. 다른 구성은 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치와 동일하다. 또한, 유체인 원료가스의 움직임에 대해, 원료가스의 입구와 출구의 위치에 의한 효과를 나타내기 위해, 비교 실험의 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서도 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치와 마찬가지로 절연부(15)를 설치하고 있다.In this experiment, a part of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 1 is used so that the flow of source gas does not become symmetrical to the axis 11x, and the cathode 13 becomes a three-dimensional obstacle between the anode 11a and the nozzle. It is changed to be deployed. For example, as shown in FIG. 3B, the ring nozzle 22 and the nozzle support 23 are removed from the chamber 10, and the gas tube 19 is disposed above the cathode support 14 of the chamber 10. One gas shower nozzle 25 is connected, and the gas is ejected downward from the gas shower nozzle 25 in a shower shape, and the other exhaust pipe line 20 is left in the other exhaust pipe line 20 with only one exhaust pipe line 20 remaining therein. For example, the stopper 24 is provided, and exhausting from the exhaust conduit 20 with the stopper 24 is prevented. The other configuration is the same as that of the direct current plasma CVD apparatus of FIG. In addition, in order to show the effect by the positions of the inlet and the outlet of the source gas on the movement of the source gas which is a fluid, the insulation section 15 is similar to the DC plasma CVD apparatus of this embodiment also in the DC plasma CVD apparatus of the comparative experiment. ) Is being installed.

도 3b와 같이 변경된 직류 플라즈마 CVD 장치와 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치에서, 음극(13)의 하측에 발생하는 글로의 상태를 관찰하였다. 또한, 원료가스는 수소로 하고, 가스 유량을 500sccm, 가스압 30torr, 음극(13)에 흐르는 전류를 2A로 하고 있다.In the DC plasma CVD apparatus modified as shown in FIG. 3B and the DC plasma CVD apparatus of FIG. 1, the state of glow generated under the cathode 13 was observed. In addition, the source gas is hydrogen, the gas flow rate is 500 sccm, the gas pressure is 30torr, and the current flowing in the cathode 13 is 2A.

도 3b와 같이 변경된 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 가스샤워 노즐(25)로부터 분출된 원료가스가, 마개(24)를 하고 있지 않은 1개소의 배기용 관로(20)를 향해 빠지므로, 도 3a에 화살표로 나타낸 바와 같이 방사상으로 흐르지 않고, 또한 음극(13)보다 아래쪽에서도 축(11x)에 대해 대칭으로 가스가 흐르지 않고, 도 3b에 이점쇄선으로 나타낸 바와 같이, 마개(24)를 하고 있지 않은 배기용 관로(20)를 향해 원료가스의 흐름이 집중한다. 또, 음극(13)이 원료가스의 흐름에 대해 입체 장해로 되므로, 음극(13)을 돌아 들어가서 양극(11a)의 중심에 있는 축(11x)까지 도달하기 어렵게 되고, 기판(1)의 표면에서는 도달하는 활성종 밀도에 면내 불균일이 생긴다. 이러한 불균일은 기판(1)이 대형화됨에 수반해서 음극(13)이나 양극(11a)이 대형화될수록 현저하게 된다. In the DC plasma CVD apparatus modified as in FIG. 3B, the raw material gas ejected from the gas shower nozzle 25 is discharged toward the one exhaust pipe 20 which is not provided with a stopper 24. As shown in FIG. 3B, the exhaust pipe line does not radially flow, and no gas flows symmetrically with respect to the axis 11x even below the cathode 13 and does not have a stopper 24 as indicated by the double-dotted line in FIG. 3B. The flow of source gas concentrates toward (20). In addition, since the cathode 13 becomes a steric hindrance to the flow of the source gas, it is difficult to return to the cathode 13 and reach the axis 11x at the center of the anode 11a, so that the surface of the substrate 1 In-plane nonuniformity occurs in the active species density that is reached. This nonuniformity becomes remarkable as the cathode 13 or the anode 11a is enlarged as the substrate 1 is enlarged.

그 때문에, 도 3b의 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 도 4a와 같이, 음극(13)에 발생하는 음극 글로의 형상에 경사가 생긴다. 음극(13)에 발생하는 음극 글로의 형상에 경사가 발생하는 것은 온도분포에도 경사가 있는 것을 나타내고 있으므로, 기판(1)으로의 성막에 불균일이 생길 위험성이 있다. 이에 대해, 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 도 4b와 같이 음극(13)에 발생하는 글로에 경사가 생기지 않는다. 따라서, 기판(1)에 대해 균일한 성막이 가능하다.Therefore, in the DC plasma CVD apparatus of FIG. 3B, as shown in FIG. 4A, the inclination occurs in the shape of the cathode glow generated in the cathode 13. Inclination in the shape of the cathode glow generated in the cathode 13 indicates that the temperature distribution is also inclined, and there is a risk of unevenness in the film formation on the substrate 1. On the other hand, in the DC plasma CVD apparatus of FIG. 1, as shown in FIG. 4B, no inclination occurs in the glow generated in the cathode 13. Therefore, uniform film formation with respect to the board | substrate 1 is possible.

[2] 가스튜브(19)를 절연체로 구성하고, 링노즐(22)을 절연체의 노즐 지지체(23)에 의해 지지하고, 링노즐(22)을 전원이나 그랜드로부터 절연하고 있으므로, 음극(13) 혹은 양극(11a)으로부터의 필요없는 아크방전 등의 발생이 없다.[2] Since the gas tube 19 is made of an insulator, the ring nozzle 22 is supported by the nozzle support 23 of the insulator, and the ring nozzle 22 is insulated from the power source or the gland, the cathode 13 Or there is no occurrence of unnecessary arc discharge from the anode 11a.

[3] 링형상의 링노즐(22)의 내경이 음극(13)이나 양극(11a)의 외경보다 크므로, 음극(13)이나 양극(11a)의 사이에 있는 활성종의 밀도가 높은 양광주 PC에 링노즐(22)이 중첩되지 않기 때문에, 플라즈마에 의한 링노즐(22)의 분출구(22a)의 부분의 온도상승이 적어, 분출구(22a)에 퇴적물이 발생하는 것이 억제된다.[3] Since the inner diameter of the ring-shaped ring nozzle 22 is larger than the outer diameter of the negative electrode 13 or the positive electrode 11a, a high density liquor of active species between the negative electrode 13 or the positive electrode 11a Since the ring nozzle 22 does not overlap with PC, the temperature rise of the part of the jet nozzle 22a of the ring nozzle 22 by plasma is small, and generation | occurrence | production of a deposit in the jet nozzle 22a is suppressed.

[4] 링노즐(22)의 분출구(22a)의 높이가 양광주 PC의 최고점보다 높으므로, 분출구(22a)로부터 분출되는 낮은 온도의 가스로, 양광주 PC의 가스온도를 측면으로부터 부분적으로 냉각하는 일이 없어, 양광주 PC의 형상의 대칭성을 흐트러뜨리는 일이 없다.[4] Since the height of the spout port 22a of the ring nozzle 22 is higher than the highest point of the Yangzhou liquor PC, the gas temperature of the Yangju Liquor PC is partially cooled by the low temperature gas ejected from the jet port 22a. We do not do it and do not disturb the symmetry of the shape of the Yanggwangju PC.

[5] 절연부(15)에 의해 음극(13)으로부터 양극(11a)의 외주를 향해 균등한 성막을 저해하는 아크방전의 발생이 방지된다.[5] The insulator 15 prevents the occurrence of arc discharge that inhibits uniform film formation from the cathode 13 toward the outer circumference of the anode 11a.

[6] 음극(13)의 전극면과 동일하거나 혹은 낮은 위치에 링노즐(22)을 배치시키고, 또 링노즐(22)로부터 횡방향으로 방출되는 원료가스는 아래쪽의 배기용 관로(20)에 끌어당겨지기 때문에, 양광주 PC 내에서 발생한 반응성이 높은 활성조의 확산에 의해서 음극(13)에 접하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 아크방전이나 스파크의 원인이 되는 음극(13)으로의 활성종에 의한 퇴적을 방지하는 것이 가능하다.[6] The ring nozzle 22 is disposed at the same or lower position as the electrode surface of the cathode 13, and the source gas discharged from the ring nozzle 22 in the lateral direction is transferred to the exhaust pipe 20 for the lower side. Since it is attracted, the contact with the cathode 13 can be prevented by diffusion of a highly reactive active tank generated in the Yangju wine PC. Therefore, it is possible to prevent deposition by active species on the negative electrode 13 which causes arc discharge or sparks.

[제 2 실시형태]Second Embodiment

도 5a, 도 5b는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도이며, 도 1중의 요소와 공통된 요소에는 공통의 부호를 붙이고 있다.5A and 5B are structural diagrams of the DC plasma CVD apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which elements common to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극(13)을 음극(27)으로 변경하고, 전압설정부(21)를 전압설정부(28)로 변경한 것이다.In this DC plasma CVD apparatus, the cathode 13 of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 1 is changed to the cathode 27, and the voltage setting unit 21 is changed to the voltage setting unit 28.

음극(27)은 양극(11a)의 중앙부와 대향하는 원판형상의 중앙전극(27a)과, 중앙전극(27a)의 외주를 둘러싼 링형상(도 5b 참조)이고, 중앙전극(27a)에 대해 동심원을 이루는 동시에, 양극(11a)의 주변부와 대향하는 주변전극(27b)과, 중앙전극(27a)과 주변전극(27b)의 사이에 간극없이 충전되어 있는 세라믹 등의 절연부(27c)를 갖고 있다.The cathode 27 is a disk-shaped center electrode 27a facing the center of the anode 11a, and a ring shape (see FIG. 5B) surrounding the outer periphery of the center electrode 27a, and is concentric with the center electrode 27a. At the same time, it has a peripheral electrode 27b facing the periphery of the anode 11a, and an insulating portion 27c such as ceramic filled with no gap between the central electrode 27a and the peripheral electrode 27b. .

중앙전극(27a)과 주변전극(27b)의 사이에 절연부(27c)를 개재시키지 않는 경우, 중앙전극(27a) 및 주변전극(27b)의 사이의 거리를 충분히 길게 마련하지 않으면, 기판(1) 뿐만 아니라, 서로 대향하는 중앙전극(27a)의 측벽 및 주변전극(27b)의 측벽에서의 전계강도가 약해지고, 음극 글로로 덮여지지 않는 부분이 발생한다. 이 부분은 이온의 충격(bombardment)이 적어지기 때문에, 퇴적물이 퇴적되기 싶다. 이러한 퇴적물은 아크방전이나 불꽃방전의 원인이 된다. 이 때문에, 절연부(27c)를 개재시키는 것에 의해서, 서로 대향하는 중앙전극(27a)의 측벽 및 주변전극(27b)의 측벽에 막이 퇴적되는 것을 방지하고 있다.In the case where the insulating portion 27c is not interposed between the center electrode 27a and the peripheral electrode 27b, the substrate 1 is not provided with a sufficiently long distance between the center electrode 27a and the peripheral electrode 27b. In addition, the electric field strength at the side wall of the center electrode 27a and the side wall of the peripheral electrode 27b facing each other is weakened, and a portion not covered with the cathode glow occurs. In this part, since the bombardment of ions becomes small, a deposit wants to deposit. These deposits cause arc discharges or spark discharges. For this reason, by interposing the insulating portion 27c, the film is prevented from being deposited on the sidewall of the center electrode 27a and the sidewall of the peripheral electrode 27b which face each other.

전압설정부(28)는 제어부(28a)와 가변전원(28b, 28c)을 구비하고 있다.The voltage setting section 28 includes a control section 28a and variable power supplies 28b and 28c.

제어부(28a)는 방사온도계(18)와 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어 부(28a)는 가변전원(28b, 28c)을 제어하고, 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 전압 또는 전류와, 양극(11a)과 주변전극(27b)의 사이의 전압 또는 전류를 개별로 설정하는 기능을 갖고 있다. 다른 구성은 도 1의 직류 플라즈마 CVD 장치와 마찬가지이다.The control unit 28a is connected to the radiation thermometer 18 by a lead wire. The control unit 28a controls the variable power sources 28b and 28c and controls the voltage or current between the anode 11a and the center electrode 27a and the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 27b. It has the function of setting the current individually. The other configuration is the same as that of the direct current plasma CVD apparatus of FIG.

도 5의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 경우, 플라즈마의 상승시에 기판(1)을 1rpm으로 회전시키고, 전압설정부(28)의 제어에 의해, 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 전위차가 양극(11a)과 주변전극(27b) 사이의 전위차보다 크게 되도록 하여, 음극(27)과 양극(11a)의 사이의 전압을 설정한다. 이러한, 전압의 인가방법을 하는 것에 의해, 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이에서 작은 양광주 PC를 발생시킨다. 이것에 의해 처음부터 큰 양광주를 발생시킬 때에 빈번하게 발생하는 아크방전의 발생을 예방할 수 있다.In the case of forming the film on the substrate 1 using the DC plasma CVD apparatus of FIG. 5, when the plasma rises, the substrate 1 is rotated at 1 rpm, and the anode 11a and the center are controlled by the voltage setting unit 28. The voltage difference between the cathode 27 and the anode 11a is set so that the potential difference between the electrodes 27a is larger than the potential difference between the anode 11a and the peripheral electrode 27b. By applying such a voltage application method, a small positive column PC is generated between the anode 11a and the center electrode 27a. As a result, it is possible to prevent the occurrence of arc discharge that frequently occurs when generating a large positive liquor from the beginning.

이와 같이 전압 또는 전류의 인가에 의해, 기판(1)의 중앙부분의 상부에 안정된 양광주 PC가 형성된 후, 제어부(28a)는 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 전압 또는 전류값이 양극(11a)과 주변전극(27b)의 사이의 전압 미만 또는 전류값 미만으로 되도록 전압 또는 전류를 인가하고, 이것에 의해 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 온도와, 양극(11a)과 주변전극(27b)의 사이의 온도를 근사 또는 대략 일치시키고, 기판(1)에 성막을 실시한다.In this way, after the stable positive liquor PC is formed on the upper portion of the center portion of the substrate 1 by the application of voltage or current, the controller 28a determines the voltage or current value between the anode 11a and the center electrode 27a. A voltage or a current is applied so that the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 27b is less than the voltage or less than the current value, whereby the temperature between the anode 11a and the center electrode 27a and the anode ( A film is formed on the substrate 1 by approximating or roughly matching the temperature between 11a) and the peripheral electrode 27b.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 음극(27)을 중앙전극(27a)과 주변전극(27b)으로 구성하고, 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 전압 또는 전류값과, 양극(11a)과 주변전극(27b)의 사이의 전압 또는 전류를 독립적으로 설정할 있다. 그리고, 플라즈마의 상승시에, 양극(11a)과 중앙전극(27a)의 사이의 전압이 양극(11a)과 주변전극(27b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하고 있다. 이것에 의해, 양극(11a)과 음극(27)의 거리를 짧게 하여 양광주 PC를 형성할 수 있다. 양극(11a)과 음극(27)에 인가하는 전압이 낮아도 좋고, 아크방전이나 불꽃방전의 발생 빈도를 억제할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the cathode 27 is composed of the center electrode 27a and the peripheral electrode 27b, and the voltage or current value between the anode 11a and the center electrode 27a, and the anode 11a. ) And the voltage or current between the peripheral electrode 27b can be set independently. When the plasma rises, the voltage between the anode 11a and the center electrode 27a is made higher than the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 27b. This makes it possible to shorten the distance between the anode 11a and the cathode 27 to form a positive column PC. The voltage applied to the positive electrode 11a and the negative electrode 27 may be low, and the frequency of occurrence of arc discharge or spark discharge can be suppressed.

또, 중앙전극(27a)에 대해 흘리는 전류에 대해, 주변전극(27b)에 흘리는 전류를 적게 하여 기판(1)의 중심에 집중한 양광주 PC를 발생시키고, 그 후에, 주변전극(27b)에 부여하는 전력을 증가시켜 주변전극(27b)에 흘리는 전류를 증가시키는 것에 의해, 성막의 초기에 발생하는 국소적인 아크방전을 방지하고, 그 후에 양광주 PC를 필요한 크기로 성막시킬 수 있다.In addition, with respect to the current flowing through the center electrode 27a, the current flowing through the peripheral electrode 27b is reduced so that a positive light column PC concentrated in the center of the substrate 1 is generated, and then the peripheral electrode 27b is generated. By increasing the current to be applied to the peripheral electrode 27b to increase the power to be applied, local arc discharge occurring at the beginning of film formation can be prevented, and then the positive light column PC can be formed into a required size.

[제 3 실시형태][Third Embodiment]

본 발명의 제 3 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성예를 도 6에 나타낸다. 또한, 도 6에서는 도 1의 제 1 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치와 공통된 요소에는 공통의 부호를 붙이고 있다.The structural example of the direct current plasma CVD apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention is shown in FIG. In FIG. 6, the same code | symbol is attached | subjected to the element common to the DC plasma CVD apparatus of 1st Embodiment of FIG.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 반응조인 챔버(30)를 구비하고 있다. 챔버(30)는 기판(1)을 외기로부터 차단한다.This DC plasma CVD apparatus is equipped with the chamber 30 which is a reaction tank. The chamber 30 isolates the substrate 1 from the outside air.

챔버(30) 내에는 원주형상의 강제의 스테이지(11)가 배치되고, 스테이지(11)의 상부에 원판형상의 열전도성이 좋고, 융점이 높은 예를 들면 몰리브덴 혹은 그래파이트제의 양극(11a)이 탑재되어 있다. 기판(1)은 직사각형이며, 양극(11a)의 상측 탑재면에 고정된다. 스테이지(11)는 양극(11a)과 함께 축(11x)을 중심으로 해서 회전하도록 설정되어 있다.In the chamber 30, a columnar forced stage 11 is arranged, and a disk-shaped thermal conductivity is good on the upper part of the stage 11, and a high melting point, for example, molybdenum or graphite anode 11a is formed. It is mounted. The board | substrate 1 is rectangular and is fixed to the upper mounting surface of the anode 11a. The stage 11 is set to rotate about the axis 11x with the anode 11a.

양극(11a)의 하측의 스테이지(11)에는 폐색된 공간(11b)이 설치되어 있고, 공간(11b)에는 냉각부재(12)가 배치되어 있다. 냉각부재(12)는 기판(1)을 필요에 따라 냉각하기 위해 설치된 것이며, 도시하지 않은 이동기구에 의해, 냉각부재(12)가 화살표와 같이 상하로 이동 자유로운 구조로 되어 있다. 냉각부재(12)는 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되고, 그 내부에서는 냉각된 물 또는 냉각된 염화칼슘 수용액 등의 냉각매체가 관로(12a)로부터 냉각부재(12) 내의 유로(12b)에 들어가고, 관로(12c)로부터 배출되도록 순환하여, 냉각부재(12) 전체를 식히고 있다.The closed space 11b is provided in the stage 11 below the anode 11a, and the cooling member 12 is disposed in the space 11b. The cooling member 12 is provided in order to cool the board | substrate 1 as needed, and is structured so that the cooling member 12 can move up and down like an arrow by the moving mechanism which is not shown in figure. The cooling member 12 is made of a metal having high thermal conductivity such as copper, and inside the cooling medium such as cooled water or cooled calcium chloride aqueous solution is transferred from the conduit 12a to the flow path 12b in the cooling member 12. It enters and circulates so that it may be discharged | emitted from the conduit 12c, and the cooling member 12 whole is cooled.

이 때문에, 냉각부재(12)가 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 냉각부재(12)의 상면(1)이 스테이지(11)의 하면에 맞닿고, 맞닿아진 스테이지(11)가 그 상부의 양극(11a)을 냉각하고, 양극(11a)이 기판(1)의 열을 빼앗는 구조로 되어 있다. 관로(12c)로부터 배출된 냉각매체는 도시하지 않은 냉각장치에 의해서 냉각되고, 재차 관로(12a)로 송출되도록 순환된다. For this reason, when the cooling member 12 moves upwards, the upper surface 1 of the cooling member 12 abuts on the lower surface of the stage 11, and the stage 11 which abuts is the anode of the upper part ( The structure 11a is cooled and the anode 11a takes the heat of the board | substrate 1 into consideration. The cooling medium discharged from the conduit 12c is cooled by a cooling device (not shown) and circulated so as to be sent out to the conduit 12a again.

양극(11a)의 위쪽에는 원판형상의 음극(13)이 배치되어 있다. 음극(13)은 음극 지지체(14)에 의해 지지되고, 음극(13)과 양극(11a)이 대향하고 있다. 음극(13)은 융점이 높은 몰리브덴 혹은 그래파이트 등으로 형성되어 있다. 음극 지지체(14)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 혹은 탄화규소 등의 내열성 탄화물로 구성되어 있다. The disk-shaped negative electrode 13 is arrange | positioned above the positive electrode 11a. The negative electrode 13 is supported by the negative electrode support 14, and the negative electrode 13 and the positive electrode 11a face each other. The cathode 13 is made of molybdenum, graphite, or the like having a high melting point. The negative electrode support body 14 is comprised from heat resistant oxides, such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, or heat resistant carbides, such as silicon carbide.

음극(13)의 내부에는 냉각매체가 흐르는 유로가 형성되어 있어도 좋다. 냉 각매체가 흐르는 것에 의해 음극(13)의 과열을 억제할 수 있다. The flow path through which the cooling medium flows may be formed inside the cathode 13. Overheating of the cathode 13 can be suppressed by the flow of the cooling medium.

양극(11a)의 외주면의 근방에는 아크의 발생을 억제하기 위한 절연부(15)가 배치되어 있다. 절연부(15)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 및 탄화규소 등의 내열성 탄화물 중의 적어도 어느 하나로 구성되어 있다.In the vicinity of the outer circumferential surface of the anode 11a, an insulating portion 15 for suppressing generation of arc is disposed. The insulating portion 15 is composed of at least one of heat resistant oxides such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and heat resistant carbides such as silicon carbide.

절연부(15)는 링형상이고, 챔버(10)의 바닥부에 세워 설치된 지지체(16)에 의해서 양극(11a)과 동일한 높이로 지지되고, 그 내주측에서 양극(11a)의 외주를 둘러싸고 있다. 절연부(15)의 외경은 음극(13)의 최외경의 1.2배 이상의 길이로 되어 있다.The insulating part 15 is ring-shaped, is supported by the support body 16 standing up at the bottom of the chamber 10 at the same height as the anode 11a, and surrounds the outer circumference of the anode 11a on the inner circumferential side thereof. . The outer diameter of the insulating portion 15 is 1.2 times or more the length of the outermost diameter of the cathode 13.

또한, 절연부(15)는 음극(13)과 양극(11a) 사이의 이상 방전(아크방전, 불꽃방전)의 발생을 억제하는 것이며, 양극(11a)의 외주 측면을 따라 음극(13)과 대향하는 면에 탑재되어 음극(13)에 대해 양극(11a)의 측면을 숨기도록 해도 좋다.In addition, the insulating portion 15 suppresses the occurrence of abnormal discharge (arc discharge, spark discharge) between the cathode 13 and the anode 11a, and faces the cathode 13 along the outer circumferential side of the anode 11a. The side surface of the positive electrode 11a may be hidden with respect to the negative electrode 13.

챔버(10)의 측면에는 창(17)이 형성되어, 챔버(30) 내의 관찰이 가능하게 되어 있다. 창(17)에는 내열성 유리가 끼워 넣어져, 챔버(30) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(30)의 외측에 예를 들면 창(17)의 유리를 통해 기판(1)의 온도를 측정하는 방사온도계(18)가 배치되어 있다.The window 17 is formed in the side surface of the chamber 10, and the observation in the chamber 30 is possible. The heat resistant glass is inserted in the window 17, and the airtightness in the chamber 30 is ensured. Outside the chamber 30, a radiation thermometer 18 is arranged which measures the temperature of the substrate 1 via, for example, the glass of the window 17.

이 직류 플라즈마 CVD 장치에는 활성종의 원료로 되는 반응가스를 가스튜브(31)를 통해 도입하는 반응가스계(도시 생략)와 매트릭스가스(캐리어가스)를 가스튜브(32)를 통해 도입하는 원료계(도시 생략)와 챔버(30) 내로부터 기체를 복수의 배기용 관로(20)를 통해 배출하여 챔버(30) 내의 기압을 조정하는 배기계(도시 생략)와, 전압설정부(21)를 구비하고 있다.In this DC plasma CVD apparatus, a reaction gas system (not shown) for introducing a reactive gas, which is a raw material of active species, through the gas tube 31 and a raw material system for introducing a matrix gas (carrier gas) through the gas tube 32. (Not shown) and an exhaust system (not shown) for discharging gas from the chamber 30 through the plurality of exhaust conduits 20 to adjust the air pressure in the chamber 30, and a voltage setting unit 21. have.

가스튜브(31)는 절연체로 구성되고, 챔버(30)에 설치된 구멍을 통과하고 있다. 이 구멍과 가스튜브(31)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어, 챔버(30) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(30) 내에서 가스튜브(31)는 링노즐(33)에 접속되어 있다. The gas tube 31 is comprised from the insulator and passes through the hole provided in the chamber 30. Between this hole and the outer periphery of the gas tube 31 is sealed with the sealing material, and the airtightness in the chamber 30 is ensured. The gas tube 31 is connected to the ring nozzle 33 in the chamber 30.

링노즐(33)은 도 2에 나타낸 링노즐(22)과 마찬가지의 것이며, 링노즐(33)의 링형상의 내주면측에는 구경이 동등한 복수의 분출구(33a)가 서로 등간격으로 배치되고, 복수의 분출구(33a)는 양극(11a)의 중심축인 축(11x)과의 사이의 거리도 서로 동등하다. 개개의 분출구(33a)는 축(11x)을 중심으로 해서 반대의 위치에도 분출구(33a)가 서로 대향하도록 점대칭으로 설치되어 있고, 원료가스가 분출구(33a)로부터 축(11x)을 향해 균등하게 분출된다.The ring nozzle 33 is similar to the ring nozzle 22 shown in FIG. 2, and a plurality of ejection openings 33a having the same diameter are arranged at equal intervals on the inner peripheral surface of the ring shape of the ring nozzle 33. The ejection opening 33a is also equal to each other with a distance between the axis 11x which is the central axis of the anode 11a. The individual ejection openings 33a are provided in point symmetry such that the ejection openings 33a are opposed to each other at opposite positions centering on the shaft 11x, and the source gas is ejected evenly from the ejection opening 33a toward the shaft 11x. do.

음극 지지체(14)에 부착된 절연체의 노즐 지지체(23)에 의해서, 링노즐(33)은 지지된다. 링노즐(33)이 지지되는 높이는 분출구(33a)가 음극 지지체(14)의 최하부(음극(13)의 음극 지지체(14)로부터 노출된 측면에서의 최상부) 이하이고 또한 양극(11a)과 음극(13)의 사이에 생기는 양광주 PC의 최고점보다 높은 위치에 설정된다. 이 범위로 링노즐(33)이 지지되면, 원료가스가 음극(13)과 양극(11a)의 사이에 들어가기 쉽고, 또 양광주 PC 내의 가스온도를 반응가스의 분출에 의해 국소적으로 냉각함으로써 생기는 양광주 PC의 대칭성의 흐트러짐을 억제할 수 있다.The ring nozzle 33 is supported by the nozzle support 23 of the insulator attached to the cathode support 14. The height at which the ring nozzle 33 is supported is equal to or less than the lowermost part of the blower outlet 33a (the uppermost part on the side exposed from the negative electrode support 14 of the negative electrode 13) and the positive electrode 11a and the negative electrode ( It is set at a position higher than the highest point of the Yanggwangju PC that occurs between 13). When the ring nozzle 33 is supported in this range, the raw material gas is likely to enter between the cathode 13 and the anode 11a, and is produced by locally cooling the gas temperature in the bright wine column PC by ejecting the reaction gas. The disturbance of the symmetry of the positive light column PC can be suppressed.

링노즐(22)의 내경은 음극(13)의 외경 및 양극(11a)의 외경보다 크다. 링노즐(33)의 중심은 양극(11a)의 축(11x) 상에 있다. 양극(11a)의 중심으로부터 각 분 출구(33a)를 응시하는 각도는 대략 균등하게 되어 있다.The inner diameter of the ring nozzle 22 is larger than the outer diameter of the negative electrode 13 and the outer diameter of the positive electrode 11a. The center of the ring nozzle 33 is on the axis 11x of the anode 11a. The angles gazing at each outlet 33a from the center of the anode 11a are substantially equal.

4개의 배기용 관로(20)는 챔버(30)의 바닥면에 축(11x)을 중심으로 해서 스테이지(11)를 둘러싸도록 등간격으로 개구된 4개의 구멍을 각각 관통하고 있다. 그 구멍과 배기용 관로(20)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어 있다.The four exhaust conduits 20 penetrate through the four holes opened at equal intervals so as to surround the stage 11 about the axis 11x at the bottom surface of the chamber 30, respectively. The sealing member is sealed between the hole and the outer circumference of the exhaust pipe 20.

전압설정부(21)는 양극(11a)과 음극(13) 사이의 전압 또는 전류값을 설정하는 제어장치이며, 가변전원(21b)을 구비하고 있다. 전압설정부(21)와 양극(11a) 및 음극(13)은 리드선에 의해 각각 접속되어 있다. 각 리드선은 챔버(30)에 설치된 구멍을 통과하고, 각각 음극(13)과 양극(11a)에 접속되어 있다. 리드선이 통과된 챔버(30)의 구멍은 시일재로 밀봉되어 있다.The voltage setting section 21 is a control device for setting a voltage or current value between the positive electrode 11a and the negative electrode 13, and includes a variable power supply 21b. The voltage setting section 21, the positive electrode 11a and the negative electrode 13 are connected by lead wires, respectively. Each lead wire passes through a hole provided in the chamber 30 and is connected to the cathode 13 and the anode 11a, respectively. The hole of the chamber 30 through which the lead wire passed is sealed with the sealing material.

전압설정부(21)는 제어부(21a)를 구비하며, 그 제어부(21a)는 방사온도계(18)와 리드선에 의해 접속되고, 가변전원(21b)과 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(21a)는 기동되면, 방사온도계(18)가 측정한 기판(1)의 온도를 참조하고, 기판(1)의 온도가 예정 값으로 되도록 양극(11a)과 음극(13)의 사이의 전압 또는 전류값을 조정한다.The voltage setting unit 21 includes a control unit 21a, which is connected to the radiation thermometer 18 by a lead wire, and is connected by a variable power source 21b and a lead wire. When the control part 21a is started, it references the temperature of the board | substrate 1 measured by the radiation thermometer 18, and the voltage between the anode 11a and the cathode 13 so that the temperature of the board | substrate 1 may become a predetermined value. Or adjust the current value.

가스튜브(32)는 절연체로 구성되고, 챔버(30)에 설치된 구멍을 통과하고 있다. 그 구멍과 가스튜브(32)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어, 챔버(30) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(30) 내에서 가스튜브(32)는 가스샤워 노즐(34)에 접속되어 있다.The gas tube 32 consists of an insulator, and passes through the hole provided in the chamber 30. The airtightness in the chamber 30 is ensured between the hole and the outer periphery of the gas tube 32 with the sealing material. In the chamber 30, the gas tube 32 is connected to the gas shower nozzle 34.

가스샤워 노즐(34)은 음극(13)을 지지하는 음극 지지체(14)의 위쪽이고 또한 링노즐(33)로부터 위쪽에 배치되고, 하면에 구경이 동등한 복수의 분출구가 축(11x)을 중심으로 해서 동심원형상 혹은 방사상으로 형성되어 있다. 또 개개의 분출구는 축(11x)을 중심으로 해서 반대의 위치에도 분출구가 서로 대향하도록 점대칭으로 설치되어 있고, 매트릭스가스를 아래쪽으로 샤워형상으로 분출한다.The gas shower nozzle 34 is located above the cathode support 14 supporting the cathode 13 and above the ring nozzle 33, and a plurality of ejection openings having the same diameter on the lower surface is centered on the shaft 11x. Therefore, they are formed concentrically or radially. In addition, the individual jets are provided in point symmetry such that the jet ports face each other at opposite positions centering on the shaft 11x, and blow out the matrix gas downward in a shower shape.

본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 성막을 하는 경우의 기본적 동작은 제 1 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하는 경우와 마찬가지이다. 단, 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치의 경우, 매트릭스가스와 반응가스가 독립적으로 도입되고, 반응가스가 링노즐(33)로부터 내측 횡방향으로 분출하고, 매트릭스가스가 가스샤워 노즐(34)로부터 아래방향으로 분출된다. 매트릭스가스는 횡방향으로 분출되는 반응가스의 흐름의 벡터를 변화시키고, 기판(1)쪽으로 기울어져 아래의 기판(1)을 향해 흐르도록 한다.The basic operation | movement at the time of forming into a film using the DC plasma CVD apparatus of this embodiment is the same as that of using the DC plasma CVD apparatus of 1st Embodiment. In the DC plasma CVD apparatus of this embodiment, however, the matrix gas and the reaction gas are introduced independently, the reaction gas is ejected from the ring nozzle 33 in the inner transverse direction, and the matrix gas is discharged from the gas shower nozzle 34. Ejected downward. The matrix gas changes the vector of the flow of the reaction gas ejected in the transverse direction and is inclined toward the substrate 1 so as to flow toward the substrate 1 below.

여기서, 링노즐(33)의 높이에 대한 검증 실험에 대해 설명한다.Here, the verification experiment about the height of the ring nozzle 33 is demonstrated.

도 7은 검증 실험의 개요를 나타내는 도면이다.7 is a diagram illustrating an outline of a verification experiment.

이 검증 실험에서는 양극(11a) 및 음극(13)의 직경을 160㎜, 이들 높이를 각각 15㎜로 하고, 양극(11a)과 음극(13)의 거리를 60㎜로 하고, 링노즐(33)의 내경을 305㎜, 관직경을 0.25인치로 하고, 가스샤워 노즐(34)의 분출구인 하면과 음극(13)의 하면의 거리를 260㎜로 하고, 가스샤워 노즐(34)로부터 방출되는 매트릭스가스의 수소를 600sccm, 매트릭스가스의 아르곤을 48sccm으로 하고, 링노즐(33)의 분출구(33a)로부터 방출되는 반응가스의 메탄을 60sccm으로 하고, 가스압을 60Torr로 하며, 음극(13) 및 양극(11a) 사이의 전류를 16A로 하고, 기판(1)으로서 한변이 75㎜의 정방형이고 두께가 0.7㎜인 실리콘기판을 이용하고, 성막시간을 2 시간으로 하고, 링노즐(33)의 높이를 바꾸어, 성막을 실행하였다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 링노즐(33)의 분출구(33a)의 위치가 음극(13)의 하면으로부터 아래로 10㎜의 위치에 있는 경우를 위치 high, 양극(11a)의 상면으로부터 위로 10㎜의 위치에 있는 경우를 위치 low로 한다.In this verification experiment, the diameters of the positive electrode 11a and the negative electrode 13 were 160 mm, these heights were 15 mm, respectively, and the distance between the positive electrode 11a and the negative electrode 13 was 60 mm, and the ring nozzle 33 The matrix gas discharged from the gas shower nozzle 34 with the inner diameter of 305 mm and the tube diameter of 0.25 inch, the distance between the lower surface of the gas shower nozzle 34 and the lower surface of the cathode 13 being 260 mm. 600 sccm of hydrogen, 48 sccm of argon of the matrix gas, 60 sccm of methane of the reaction gas discharged from the spout 33a of the ring nozzle 33, 60 Torr of gas pressure, the cathode 13 and the anode 11a. A current of 16A) is used, a silicon substrate having a square of 0.7 mm and a thickness of 0.7 mm is used as the substrate 1, the film formation time is 2 hours, and the height of the ring nozzle 33 is changed. Film formation was performed. As shown in FIG. 7, when the position of the blower outlet 33a of the ring nozzle 33 is in the position of 10 mm down from the lower surface of the cathode 13, it is 10 mm upward from the upper surface of the anode 11a. The position is set to low when the position is at.

도 8 및 도 9는 검증 실험의 결과를 설명하는 도면이다. 이 검증 실험에서는 도 8에 나타내는 기판(1)의 중앙이고, 축(11x) 상에 위치하고 있는 관측점 A와, 기판(1)의 임의의 단면으로부터의 거리 L1을 10㎜로 하고, 해당 임의의 단면에 인접하는 2개의 단면으로부터의 거리 L2를 37.5㎜로 한 관측점 B로, 카본 나노 월의 성장의 관측을 실행하였다.8 and 9 illustrate the results of the verification experiment. In this verification experiment, the observation point A located in the center of the board | substrate 1 shown in FIG. 8 and located on the axis | shaft 11x, and the distance L1 from arbitrary cross sections of the board | substrate 1 shall be 10 mm, and this arbitrary cross section The observation of the growth of a carbon nanowall was performed at observation point B which made distance L2 from 2 cross sections adjacent to 37.5 mm.

또, 위치 high로부터 반응가스를 방출한 경우 및 위치 low로부터 반응가스를 방출한 경우의 양쪽에서, 기판(1)에 카본 나노 월의 성장이 보였다.In addition, the growth of carbon nanowalls was observed on the substrate 1 in both the case where the reaction gas was discharged from the position high and when the reaction gas was discharged from the position low.

도 9의 (a) 및 (c)는 각각 링노즐(33)의 분출구(33a)의 위치가 위치 high에 있는 경우에 있어서 2시간 플라즈마 CVD를 실행했을 때의 관측점 A, 관측점 B에서의 카본 나노 월의 성장을 나타내는 단층 SEM상이다. 도 9의 (b) 및 (d)는 각각 링노즐(33)의 분출구(33a)의 위치가 위치 low에 있는 경우에 있어서 2시간 플라즈마 CVD를 실행했을 때의 관측점 A, 관측점 B에서의 카본 나노 월의 성장을 나타내는 단층 SEM상이다.9 (a) and 9 (c) show carbon nanos at observation point A and observation point B when plasma CVD is performed for two hours when the position of the jet port 33a of the ring nozzle 33 is at the position high, respectively. It is a single-layer SEM image showing the growth of the month. 9 (b) and 9 (d) show carbon nanos at observation point A and observation point B when plasma CVD is performed for 2 hours when the position of the jet port 33a of the ring nozzle 33 is at the position low, respectively. It is a single-layer SEM image showing the growth of the month.

도 9의 (a) 및 (c)에 나타내는 바와 같이, 위치 high으로부터만 반응가스를 방출한 경우, 관측점 A와 관측점 B에서 카본 나노 월의 성장의 정도에 그다지 차이는 없었다. 이에 반해, 위치 low으로부터만 반응가스를 방출한 경우에는 도 9의 (b) 및 (d)에 나타내는 바와 같이 차이가 보이고, 관측점 B쪽이 관측점 A보다 카본 나노 월이 크게 성장하고 있었다.As shown in Figs. 9A and 9C, when the reaction gas was released only from the position high, there was no difference in the degree of growth of the carbon nanowall at the observation point A and the observation point B. On the other hand, when the reaction gas was discharged only from the position low, the difference was seen as shown in Figs. 9B and 9D, and the carbon nanowall was larger in the observation point B than in the observation point A.

이것은 위치 low의 경우, 링노즐(33)로부터 분출되는 반응가스가 위치 high의 경우에 비해 위치가 너무 낮아 관측점 A까지 도달하기 어려운 것과, 중심부보다 외측에 있는 플라즈마 내의 주변부의 온도를 냉각하기 위해, 플라즈마 내에 있어서의 중심부와 주변부에서 가스의 온도의 차가 크게 되는 것이 원인으로 고려된다. 기판(1)의 외주에 가까운 부분에서의 플라즈마 내의 가스 온도의 저하는 비교적 화학적 포텐셜이 낮은 활성종의 밀도를 증대시키는 것으로도 이어져, 성막의 불균일이 생기고 있다.This means that in the case of the position low, the reaction gas ejected from the ring nozzle 33 is too low to reach the viewpoint A as compared with the case of the position high, and in order to cool the temperature of the periphery in the plasma outside the center, The cause is considered to be a large difference in the temperature of the gas at the center and the periphery in the plasma. The decrease in the gas temperature in the plasma near the outer periphery of the substrate 1 also leads to an increase in the density of the active species having a relatively low chemical potential, resulting in uneven film formation.

한편, 위치 high의 경우에는 양광주 PC에 직접, 저온의 반응가스가 내뿜어지지 않으므로, 가스 중의 온도구배가 작아, 성막 불균일이 발생하지 않는다.On the other hand, in the case of the position high, since the low-temperature reaction gas is not blown directly to the Yangju winemaker PC, the temperature gradient in the gas is small, and film formation unevenness does not occur.

다음에, 분출구(33a)의 직경을 변화시켜 성막 상태를 관찰하는 실험에 대해 설명한다.Next, the experiment which observes the film-forming state by changing the diameter of the blower outlet 33a is demonstrated.

링노즐(33)의 위치를 전술한 도 7에 나타내는 위치 high의 위치로 설정하고, 분출구(33a)의 직경을 0.5㎜, 1.0㎜, 1.5㎜로 변화시켜, 기판의 표면에서의 방사율의 변화를 측정하였다. 실리콘기판 상에 카본 나노 월과 같은 그래파이트 구조의 집합체를 성막하는 경우, 막두께가 두꺼워짐에 따라, 일반적으로 방사율은 높아지는 경향이 있다. 또한 분출구(33a)의 직경이 0.5㎜일 때의 분출 직후의 가스의 이동속도를 500㎝/s, 분출구(33a)의 직경이 1.0㎜일 때의 분출 직후의 가스의 이동속도를 125㎝/s, 분출구(33a)의 직경이 1.5㎜일 때의 분출 직후의 가스의 이동속도를 55㎝/s로 하고, 단위시간당 반응가스의 유량을 동등하게 하고 있다.The position of the ring nozzle 33 is set to the position of the position high shown in FIG. 7, and the diameter of the jet port 33a is changed to 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm to change the emissivity on the surface of the substrate. Measured. In the case of depositing an aggregate of graphite structures such as carbon nanowalls on a silicon substrate, as the film thickness increases, emissivity generally tends to increase. In addition, the movement speed of the gas immediately after the ejection when the diameter of the ejection opening 33a is 0.5 mm is 500 cm / s, and the movement speed of the gas immediately after the ejection when the diameter of the ejection opening 33a is 1.0 mm is 125 cm / s. The flow rate of the gas immediately after the ejection when the diameter of the ejection port 33a is 1.5 mm is set to 55 cm / s, and the flow rate of the reaction gas per unit time is made equal.

도 10의 (a), (b), (c)는 각각 위치 high에서의 링노즐(33)의 분출구(33a)의 직경을 0.5㎜, 1.0㎜, 1.5㎜로 한 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 2시간 플라즈마 CVD 처리를 실행했을 때의 도 8에 나타내는 관측점 A(기판 중심)에 있어서의 성막 상태를 나타내는 SEM 단면상이다. 도 11은 분출구(33a)의 직경을 0.5㎜, 1.0㎜, 1.5로 했을 때의 기판(1)에서의 방사율을 나타내는 도면이다.10 (a), 10 (b) and 10 (c) each show a plasma CVD apparatus in which the diameters of the ejection openings 33a of the ring nozzles 33 at positions high are 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5 mm, respectively. It is an SEM cross-sectional view which shows the film-forming state in observation point A (substrate center) shown in FIG. 8 at the time plasma CVD process is performed. FIG. 11: is a figure which shows the emissivity in the board | substrate 1 when the diameter of the blower outlet 33a is set to 0.5 mm, 1.0 mm, and 1.5.

단층 SEM 관찰에서 확인한 결과, 분출구(33a)의 직경이 0.5㎜인 경우의 관찰점 A, B 각각에서의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 성장에 큰 차이는 보이지 않고, 또, 분출구(33a)의 직경이 1.0㎜인 경우의 관찰점 A, B 각각에서의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 성장에 큰 차이는 보이지 않으며, 분출구(33a)의 직경이 1.5㎜인 경우의 관찰점 A, B 각각에서의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 성장에 큰 차이는 보이지 않았다. 그러나, 도 10의 (a)∼(c)에 나타내는 바와 같이, 분출구 직경이 0.5㎜인 경우(φ0.5)와, 1.0㎜인 경우(φ1.0)와, 1.5㎜인 경우(φ1.5)에서, 관측점 A에서의 단층 SEM상을 비교하면, φ1.0, φ1.5인 경우의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 성장이 φ0.5의 경우보다 큰 것을 알 수 있다.As a result of confirming by single-layer SEM observation, when a diameter of the jet port 33a is 0.5 mm, the growth of the carbon nanowall in the substrate vertical direction at each of the observation points A and B is not seen, and the jet port 33a is No significant difference is observed in the growth of the carbon nanowalls in the vertical direction of the substrate at the observation points A and B when the diameter is 1.0 mm, and at each of the observation points A and B when the diameter of the jet port 33a is 1.5 mm. No significant difference was observed in the growth of the substrate vertical direction of the carbon nanowalls. However, as shown to (a)-(c) of FIG. 10, when the ejection opening diameter is 0.5 mm (phi 0.5), 1.0 mm (phi 1.0), and 1.5 mm (phi 1.5) ) Shows that the growth in the vertical direction of the substrate of the carbon nanowall in the case of φ 1.0 and φ 1.5 is greater than that in the case of φ 0.5 when comparing the single-layer SEM image at the observation point A.

도 11로부터 명백한 바와 같이, 기판의 방사율 변화는 φ0.5, φ1.0에서는 거의 변하지 않고, 1시간 30분 후에는 플래토(plateau)에 도달하였지만, φ1.5는 카본 나노 월의 성장에 수반하는 방사율의 증가가 느려지는 경향이 보였다. 이러한 방사율의 증가는 기판면 상에서의 카본 나노 월을 구성하는 그래파이트 성분의 밀도에 의존한다.As is apparent from Fig. 11, the emissivity change of the substrate is almost unchanged at? 0.5 and? 1.0, and reaches plateau after 1 hour and 30 minutes, but? 1.5 is accompanied by growth of carbon nanowalls. Increasing emissivity tends to slow down. This increase in emissivity depends on the density of the graphite components that make up the carbon nanowalls on the substrate surface.

또, 카본 나노 월의 성장은 기판(1)에 대해 수직을 향해 오는 활성종의 양이 많을수록, 기판 연직방향으로의 성장이 빠른 것이 알려져 있다. φ0.5에서는 방사율이 빨라 플래트에 도달하고 도한 카본 나노 월의 높이가 φ1.0, φ1.5의 경우보다 낮기 때문에 횡방향의 성장속도의 비율이 φ1.0, φ1.5의 경우보다 크다고 고려된다. 이것은 φ0.5에서의 플라즈마에 의해서 형성된 활성종의 흐름이 다른 2개의 경우에 비해 횡방향의 속도성분이 크고, 메탄가스의 분출속도가 너무 빨라, 플라즈마의 양광주 PC를 통과하는 가스의 흐름이 약간 흐트러져 있는 것을 시사하고 있다.It is also known that the growth of the carbon nanowall is faster in the vertical direction of the substrate as the amount of the active species that is perpendicular to the substrate 1 increases. At φ0.5, the emissivity is fast and reaches the plate. Since the height of the carbon nanowall is lower than that of φ1.0 and φ1.5, it is considered that the ratio of the growth rate in the transverse direction is larger than that of φ1.0 and φ1.5. do. This is because the flow rate of the active species formed by the plasma at φ 0.5 is larger in the lateral velocity component and the rate of ejection of the methane gas is too fast. It suggests that it is a bit distracted.

또, φ1.5의 경우는 성장시간이 2시간에서의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 높이는 성막시간이 2시간에서의 φ0.5, φ1.0의 카본 나노 월의 기판 연직방향의 높이와 그다지 변함없지만, 방사율이 플래트에 도달할 때까지의 속도가 다른 2개의 경우에 비해 느리고, 또한 카본 나노 월의 기판 연직방향의 성장이 φ1.0과 대략 동등한 것은 기판 연직방향의 성장속도성분이 φ1.0과 동일정도이지만, 그래파이트 성분 전체의 퇴적속도는 φ0.5, φ1.0에 비해 느리고, 그만큼 카본 나노 월의 횡방향의 성장속도가 느려져 있는 것을 시사하고 있다. 이것은 반응가스의 분출속도가 느리기 때문에 반응가스의 대류를 흐트러트리는 일이 적지만, 그만큼 플라즈마의 중앙까지 도달하는 반응가스의 양이 φ0.5, φ1.0에 비해 적기 때문으로 고려된다.In the case of φ 1.5, the height in the vertical direction of the substrate of the carbon nanowall at the growth time of 2 hours is not the same as the height in the vertical direction of the substrate of the carbon nanowall of φ0.5 and φ1.0 at the deposition time of 2 hours. Although unchanged, the speed until the emissivity reaches the plate is slow compared to the other two cases, and the growth in the vertical direction of the substrate in the carbon nanowall is approximately equal to φ 1.0, so that the growth rate component in the vertical direction of the substrate is φ1. Although it is about the same as 0, the deposition rate of the whole graphite component is slow compared with (phi) 0.5 and (phi) 1.0, and it suggests that the growth rate of the carbon nanowall lateral direction is slowed by that much. This is less likely to disturb the convection of the reaction gas due to the slower ejection rate of the reaction gas, but is considered to be because the amount of the reaction gas reaching the center of the plasma is smaller than that of? 0.5 and? 1.0.

즉, 관측점 A에 있어서, φ0.5에서 성막된 카본 나노 월은 φ1.5에서 성막된 카본 나노 월에 비해 기판의 단위면적당 카본 나노 월의 밀도가 높지만, 기판 연직 방향의 성장이 느리다. 한편, φ1.5에서 성막된 카본 나노 월은 φ0.5에서 성막된 카본 나노 월에 비해 기판 연직방향의 성장이 빠르지만, 기판의 단위면적당 카본 나노 월의 밀도가 충분히 높아질 때까지 느리다. 그러나, φ1.5에서 성막된 카본 나노 월은 성막시간이 2시간 경과하면, 충분한 밀도까지 성장한다.In other words, in the viewpoint A, the carbon nanowalls formed at φ0.5 have a higher density of carbon nanowalls per unit area of the substrate than the carbon nanowalls formed at φ1.5, but the growth in the vertical direction of the substrate is slow. On the other hand, the carbon nanowalls formed at φ1.5 have faster growth in the vertical direction of the substrate than the carbon nanowalls formed at φ0.5, but are slow until the density of the carbon nanowalls per unit area of the substrate is sufficiently high. However, the carbon nanowalls formed at φ1.5 grow to a sufficient density after 2 hours of deposition.

이 때문에, 본 실시예의 경우에서는 카본 나노 월의 균일한 성장에는 링노즐(33)로부터 분출된 직후의 반응가스의 이동속도가 125㎝/s 정도(φ1.0의 노즐)인 것이 바람직하고, 약간 균일성이 뒤떨어지지만, 양호한 전자방출특성을 얻는 것으면, 반응가스의 이동 속도가 55㎝/s 정도(φ1.5의 노즐)∼125㎝/s 정도(φ1.0의 노즐)인 것이 바람직하다.For this reason, in the case of the present embodiment, for uniform growth of the carbon nanowall, it is preferable that the moving speed of the reaction gas immediately after being ejected from the ring nozzle 33 is about 125 cm / s (nozzle of φ 1.0), and slightly Although it is inferior in uniformity, it is preferable that the moving speed of the reaction gas is about 55 cm / s (nozzle of φ 1.5) to about 125 cm / s (nozzle of phi 1.0) as long as good electron emission characteristics are obtained. .

이상의 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치는 제 1 실시형태와 마찬가지의 효과가 얻어지는 동시에, 또한 다음의 [7]에 나타내는 이점을 갖는다.The above-described direct current plasma CVD apparatus of this embodiment obtains the same effects as those of the first embodiment, and also has the advantages shown in the following [7].

[7] 일반적으로 CVD에서는 매트릭스가스에 대한 반응가스의 농도가 막질에 영향을 주는 것이 알려져 있지만, 단지 반응가스와 매트릭스가스가 소정의 농도로 혼합된 혼합가스를 도입하고, 자연스럽게 발생하는 대류에 의해 기판으로 혼합가스를 운반하는 방법에서는 대류에 의해서는 새로이 도입된 혼합가스의 일부가 기판(1)에 충분히 도달하기 전에 배기구(20)로부터 배출되기 때문에, 기판(1)상의 반응가스의 농도가 도입된 혼합가스 중의 농도보다 옅어질 가능성이 있다. 또, 그것을 보충하기 위해 혼합가스 중의 반응가스의 농도를 올리면, 음극(13)이나 그것을 지지하는 음극 지지체(14)에 반응가스에 의한 퇴적이 생기기 쉬워지고, 이것이 플라즈마가 아크방전이나 불꽃방전으로 이행하는 원인으로 된다. 이에 대해, 본 실 시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치는 매트릭스가스와 반응가스를 독립적으로 도입하고, 반응가스의 분출위치를 기판(1)에 대해 비교적 높게 하고, 또한 그것보다 높은 위치에 매트릭스가스의 분출위치를 설치했으므로 매트릭스가스의 다운포스(down force)에 의해 기판(1)을 향해 반응가스의 흐름을 조작할 수 있어, 쓸데없이 배출되는 반응가스의 양을 저감할 수 있다. 또, 매트릭스가스의 분출위치를 음극(13)이나 그것을 지지하는 음극 지지체(14)의 위쪽으로 하고, 또한 반응가스의 분출위치를 음극(13)의 하면 이하로 했기 때문에, 매트릭스가스가 배기용 관로(20)에 이를 때까지의 동안에 다운포스를 부여하므로, 반응가스가 매트릭스가스의 흐름의 방향에 거슬러서 음극(13)을 향해 역류하는 것이 억제되고, 음극(13)이나 그것을 지지하는 음극 지지체(14)에 반응가스의 성분이 부착되는 것을 예방할 수 있다.[7] In CVD, it is generally known that the concentration of the reaction gas to the matrix gas affects the film quality, but only by introducing a mixed gas in which the reaction gas and the matrix gas are mixed at a predetermined concentration, and by naturally occurring convection. In the method of conveying the mixed gas to the substrate, a portion of the newly introduced mixed gas is discharged from the exhaust port 20 before the substrate 1 sufficiently reaches the substrate 1 by convection, so that the concentration of the reaction gas on the substrate 1 is introduced. It may be lighter than the concentration in the mixed gas. When the concentration of the reaction gas in the mixed gas is increased to compensate for this, deposition of the reaction gas on the cathode 13 and the cathode support 14 supporting the same tends to occur, which causes the plasma to move to arc discharge or flame discharge. It causes. On the other hand, the direct current plasma CVD apparatus of this embodiment introduces the matrix gas and the reaction gas independently, makes the ejection position of the reaction gas relatively high with respect to the substrate 1, and the ejection position of the matrix gas at a position higher than that. Since it is possible to control the flow of the reaction gas toward the substrate 1 by the down force of the matrix gas, it is possible to reduce the amount of the reaction gas discharged unnecessarily. In addition, since the ejection position of the matrix gas was above the cathode 13 or the cathode support 14 supporting the same, and the ejection position of the reaction gas was below the lower surface of the cathode 13, the matrix gas was discharged to the exhaust pipe. Since downforce is given until it reaches (20), it is suppressed that the reaction gas flows back toward the cathode 13 against the direction of the flow of the matrix gas, and the cathode 13 or the cathode support 14 supporting it is suppressed. It is possible to prevent the components of the reaction gas from adhering to).

[제 4 실시형태][Fourth Embodiment]

도 12a, 도 12b는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도이고, 도 6중의 제 3 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치와 공통된 요소에는 공통의 부호를 붙이고 있다.12A and 12B are structural diagrams of a direct current plasma CVD apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and elements common to those of the direct current plasma CVD apparatus according to the third embodiment in FIG.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 도 6의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극(13)을 음극(35)으로 변경하고, 전압 설정부(21)를 전압 설정부(36)로 변경한 것이다.In this DC plasma CVD apparatus, the cathode 13 of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 6 is changed to the cathode 35, and the voltage setting unit 21 is changed to the voltage setting unit 36.

음극(35)은 양극(11a)의 중앙부에 대향하는 중앙전극(35a)과, 중앙전극(35a)의 외주를 둘러싼 링형상(도 12b)이고, 중앙전극(35a)에 대해 동심원을 이루는 동시에, 양극(11a)의 주변부와 대향하는 주변전극(35b)과, 중앙전극(35a)과 주변전극(35b)의 사이에 간극없이 충전되어 있는 세라믹 등의 절연부(35c)를 갖고 있다.The cathode 35 is a center electrode 35a facing the center of the anode 11a and a ring shape (Fig. 12B) surrounding the outer circumference of the center electrode 35a, and concentric with the center electrode 35a. A peripheral electrode 35b facing the peripheral portion of the anode 11a and an insulating portion 35c such as ceramic filled with no gap between the central electrode 35a and the peripheral electrode 35b are provided.

중앙전극(35a)과 주변전극(35b)의 사이에 절연부(35c)를 개재시키지 않는 경우, 중앙전극(35a) 및 주변전극(35b)의 사이의 거리가 충분히 길지 않으면, 기판(1) 뿐만 아니라, 서로 대향하는 중앙전극(35a)의 측벽 및 주변전극(35b)의 측벽에, 활성종에 의해서 성장하는 막이 퇴적되어 버린다. 이 때문에, 절연부(35c)를 개재시키는 것에 의해서, 서로 대향하는 중앙전극(35a)의 측벽 및 주변전극(35b)의 측벽에 막이 퇴적되는 것을 방지하고 있다.When the insulating portion 35c is not interposed between the center electrode 35a and the peripheral electrode 35b, if the distance between the center electrode 35a and the peripheral electrode 35b is not long enough, then only the substrate 1 is provided. Rather, films grown by active species are deposited on the sidewalls of the center electrode 35a and the peripheral electrode 35b facing each other. For this reason, by interposing the insulating part 35c, film is prevented from being deposited on the side wall of the center electrode 35a and the side wall of the peripheral electrode 35b which oppose each other.

전압설정부(36)는 제어부(36a)와 가변전원(36b, 36c)을 구비하고 있다.The voltage setting section 36 includes a control section 36a and variable power supplies 36b and 36c.

제어부(36a)는 방사온도계(18)와 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(36a)는 가변전원(36b, 36c)을 제어하고, 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 전압 또는 전류와, 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 전압 또는 전류를 개별로 설정하는 기능을 갖고 있다. 다른 구성은 도 6의 직류 플라즈마 CVD 장치와 마찬가지이다.The control part 36a is connected with the radiation thermometer 18 by the lead wire. The controller 36a controls the variable power supplies 36b and 36c, and controls the voltage or current between the anode 11a and the center electrode 35a, and the voltage or current between the anode 11a and the peripheral electrode 35b. It has the function to set each individually. The other configuration is the same as that of the direct current plasma CVD apparatus of FIG.

도 12의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 경우, 플라즈마의 상승시에 기판(1)을 1rpm으로 회전시키고, 전압설정부(36)의 제어에 의해, 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 전압이 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하여, 음극(35)과 양극(11a)의 사이의 전압을 설정한다. 이러한 전압의 인가방법을 하는 것에 의해, 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이에서 플라즈마의 양광주 PC를 발생시키고, 또 성막 초기단계에서의 아크의 발생을 예방할 수 있다.In the case of forming the film on the substrate 1 using the DC plasma CVD apparatus of FIG. 12, when the plasma rises, the substrate 1 is rotated at 1 rpm, and the anode 11a and the center are controlled by the voltage setting unit 36. The voltage between the cathode 35 and the anode 11a is set so that the voltage between the electrode 35a is higher than the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 35b. By applying such a voltage application method, a positive light column PC of plasma can be generated between the anode 11a and the center electrode 35a, and generation of an arc in the initial stage of film formation can be prevented.

이와 같이 전압 또는 전류의 인가에 의해, 기판(1)의 중앙부분의 상부에 안 정된 양광주 PC가 형성된 후, 전압설정부(36a)는 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 전압 또는 전류값이 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 전압 미만 또는 전류값 미만으로 되도록 전압 또는 전류를 인가하고, 이것에 의해 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 온도와, 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 온도를 근사 또는 대략 일치시키고, 기판(1)에 성막을 실시한다.In this way, after the stable positive liquor PC is formed on the upper portion of the center portion of the substrate 1 by the application of voltage or current, the voltage setting portion 36a is a voltage between the anode 11a and the center electrode 35a. Alternatively, a voltage or current is applied such that the current value is less than the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 35b or less than the current value, whereby the temperature between the anode 11a and the center electrode 35a is applied. The substrate 1 is formed by approximating or roughly matching the temperature between the anode 11a and the peripheral electrode 35b.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 음극(35)을 중앙전극(35a)과 주변전극(35b)으로 구성하고, 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 전압 또는 전류값과, 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 전압 또는 전류를 독립적으로 설정할 수 있다. 그리고, 플라즈마의 상승시에, 양극(11a)과 중앙전극(35a)의 사이의 전압이, 양극(11a)과 주변전극(35b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하고 있다. 이것에 의해, 양극(11a)과 음극(35)의 거리를 짧게 하여 양광주 PC를 형성할 수 있다. 양극(11a)과 음극(35)에 인가하는 전압이 낮아도 좋아, 아크방전이나 불꽃방전의 발생 빈도를 억제할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the cathode 35 is composed of the center electrode 35a and the peripheral electrode 35b, and the voltage or current value between the anode 11a and the center electrode 35a, and the anode 11a. ) And the voltage or current between the peripheral electrode 35b can be set independently. When the plasma rises, the voltage between the anode 11a and the center electrode 35a is made higher than the voltage between the anode 11a and the peripheral electrode 35b. Thereby, the positive column PC can be formed by shortening the distance of the anode 11a and the cathode 35. FIG. The voltage applied to the positive electrode 11a and the negative electrode 35 may be low, so that the frequency of occurrence of arc discharge or spark discharge can be suppressed.

또, 중앙전극(35a)에 대해 흘리는 전류에 대해, 주변전극(35b)에 흘리는 전류를 적게 하여 기판(1)의 중심에 집중한 양광주 PC를 발생시키고, 그 후에, 주변전극(35b)에 부여하는 전력을 증가시켜 주변전극(35b)에 흘리는 전류를 증가시키는 것에 의해, 성막의 초기에 발생하는 국소적인 아크방전을 방지하고, 그 후에 양광주 PC를 필요한 크기로 성장시킬 수 있다.In addition, with respect to the current flowing through the center electrode 35a, the current flowing through the peripheral electrode 35b is reduced so that the positive light column PC concentrated in the center of the substrate 1 is generated, and then the peripheral electrode 35b is generated. By increasing the current to be applied to the peripheral electrode 35b by increasing the power to be applied, local arc discharge occurring at the beginning of film formation can be prevented, and then the bright wine PC can be grown to the required size.

[제 5 실시형태][Fifth Embodiment]

도 13은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치를 나타내 는 구성도이다.Fig. 13 is a configuration diagram showing a direct current plasma CVD apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.

도 14는 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 원료가스 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 개략도이다.FIG. 14 is a schematic view showing a cathode, a source gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 13 from above.

도 15는 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 개략 단면도이다.15 is a schematic cross-sectional view of the direct-current plasma CVD apparatus of FIG. 13 viewed from the side.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 처리 대상의 기판(1)의 표면에 막을 형성하는 장치이며, 반응조인 챔버(50)를 구비하고 있다. 챔버(50)는 기판(1)을 외기로부터 차단한다.This DC plasma CVD apparatus is an apparatus which forms a film on the surface of the board | substrate 1 to be processed, and is equipped with the chamber 50 which is a reaction tank. The chamber 50 isolates the substrate 1 from the outside air.

챔버(50) 내에는 직방체의 강제의 스테이지(51)가 배치되고, 스테이지(51)의 상부에 장방형의 판형상의 열전도성이 좋고, 융점이 높은 예를 들면 몰리브덴제 혹은 그래파이트제의 양극(51a)이 탑재되어 있다. 기판(1)은 양극(51a)의 상측 탑재면에 고정된다. 기판(1)은 장방형이어도 좋으며, 정방형의 기판(1)을 복수개 양극(51a)에 배열해도 좋다.In the chamber 50, a rectangular rectangular steel stage 51 is disposed, and a rectangular plate-shaped thermal conductivity is good on the upper part of the stage 51, and a high melting point, for example, a molybdenum or graphite anode 51a. This is mounted. The substrate 1 is fixed to the upper mounting surface of the anode 51a. The board | substrate 1 may be rectangular, and you may arrange | position the square board | substrate 1 to the some anode 51a.

양극(51a)의 하측의 스테이지(51)에는 폐색된 공간(51b)이 설치되어 있고, 공간(51b)에는 냉각부재(52)가 배치되어 있다. 냉각부재(52)는 기판(1)을 필요에 따라서 냉각하기 위해 설치된 것이며, 도시하지 않은 이동기구에 의해, 냉각부재(52)가 화살표와 같이 상하로 이동 자유로운 구조로 되어 있다. 냉각부재(52)는 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되고, 그 내부에는 냉각된 물 또는 냉각된 염화칼슘 수용액 등의 냉각매체가 관로(52a)로부터 냉각부재(52) 내의 유로(52b)에 들어가고, 관로(52c)로부터 배출되도록 순환하여, 냉각부재(52) 전체를 식히고 있다.The closed space 51b is provided in the stage 51 below the anode 51a, and the cooling member 52 is disposed in the space 51b. The cooling member 52 is provided in order to cool the board | substrate 1 as needed, and is structured so that the cooling member 52 can move up and down like an arrow by the moving mechanism which is not shown in figure. The cooling member 52 is made of a metal having high thermal conductivity such as copper, and inside thereof, a cooling medium such as cooled water or cooled calcium chloride solution is supplied from the conduit 52a to the flow path 52b in the cooling member 52. It enters and circulates so that it may be discharged | emitted from the pipeline 52c, and the whole cooling member 52 is cooled.

이 때문에, 냉각부재(52)가 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 냉각부재(52)의 상면(1)이 스테이지(51)의 하면에 맞닿고, 맞닿아진 스테이지(51)가 그 상부의 양극(51a)을 냉각하고, 양극(11a)이 기판(1)의 열을 빼앗는 구조로 되어 있다. 냉각부재(52)의 상면은 장방형으로 되어 있으며, 스테이지(51)의 길이방향 전체를 냉각한다.For this reason, when the cooling member 52 moves upwards, the upper surface 1 of the cooling member 52 abuts on the lower surface of the stage 51, and the stage 51 which abuts is the anode of the upper part ( 51a) is cooled and the anode 11a takes the structure of the board | substrate 1 away. The upper surface of the cooling member 52 is rectangular, and cools the whole longitudinal direction of the stage 51.

관로(52c)로부터 배출된 냉각매체는 도시하지 않은 냉각장치에 의해서 냉각되고, 재차 관로(52a)로 송출되도록 순환된다.The cooling medium discharged from the conduit 52c is cooled by a cooling device (not shown) and circulated to be sent to the conduit 52a again.

또, 양극(51a)의 하측에 설치된 공간(51b)은 스테이지(51)에 의해서 간막이되어 있고, 내부에는 기체가 봉입되어 있거나 혹은 대기 개방된 상태로 되어 있다.Moreover, the space 51b provided below the anode 51a is partitioned by the stage 51, and gas is enclosed in the inside or is open | released to the atmosphere.

양극(51a)의 위쪽에는 장방형의 판형상의 음극(53)이 배치되어 있다. 음극(53)은 음극 지지체(54)에 의해 지지되고, 음극(53)과 양극(51a)이 대향하고 있다. 음극(53)은 융점이 높은 몰리브덴 혹은 그래파이트 등으로 형성되어 있다.A rectangular plate-shaped negative electrode 53 is disposed above the positive electrode 51a. The negative electrode 53 is supported by the negative electrode support body 54, and the negative electrode 53 and the positive electrode 51 a face each other. The cathode 53 is made of molybdenum or graphite having a high melting point.

음극 지지체(54)는 석영유리나 알루미늄 등의 내열성 산화물, 질화 알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 혹은 탄화규소 등의 내열성 탄화물로 구성되어 있다.The negative electrode support body 54 is comprised from heat resistant oxides, such as quartz glass and aluminum, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, or heat resistant carbides, such as silicon carbide.

음극(53)의 내부에는 냉각매체가 흐르는 유로가 형성되어 있어도 좋다. 냉각매체가 흐르는 것에 의해 음극(53)의 과열을 억제할 수 있다. 냉각매체로서는 챔버(50)의 외부로부터 도입되는 물, 염화칼슘 수용액 등이 바람직하다.The flow path through which the cooling medium flows may be formed inside the cathode 53. Overheating of the cathode 53 can be suppressed by the flow of the cooling medium. As a cooling medium, water, calcium chloride aqueous solution, etc. which are introduce | transduced from the exterior of the chamber 50 are preferable.

양극(51a)의 외주면의 근방에는 아크의 발생을 억제하기 위한 절연체(55)가 배치되어 있다. 절연체(55)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루 미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 및 탄화규소 등의 내열성 탄화물 중의 적어도 어느 하나로 구성되어 있다.Insulators 55 for suppressing the generation of arc are arranged near the outer circumferential surface of the anode 51a. The insulator 55 is comprised with at least any one of heat resistant oxides, such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, and heat resistant carbides, such as silicon carbide.

절연체(55)는 환상이며, 챔버(50)의 바닥부에 세워 설치된 지지체(56)에 의해서 양극(51a)과 동일한 높이로 지지되고, 그 내주측에서 양극(51a)의 외주를 근접해서 둘러싸고 있다. The insulator 55 is annular and is supported at the same height as the anode 51a by the support body 56 that stands up at the bottom of the chamber 50, and surrounds the outer periphery of the anode 51a close to the inner circumference side. .

또한, 절연체(55)는 음극(53)과 양극(51a)의 사이의 이상 방전(아크방전, 불꽃방전)의 발생을 억제하는 것이며, 양극(51a)의 외주 측면을 따라 음극(53)과 대향하여 탑재되어 있다. 절연체(55)는 음극(53)에 대해 양극(51a)의 측면을 숨기도록 해도 좋다.In addition, the insulator 55 suppresses the occurrence of abnormal discharge (arc discharge, spark discharge) between the cathode 53 and the anode 51a, and the cathode 53 and the cathode 53a are disposed along the outer circumferential side of the anode 51a. It is mounted toward. The insulator 55 may hide the side surface of the positive electrode 51a with respect to the negative electrode 53.

챔버(50)의 측면에는 창(57)이 형성되어, 챔버(50) 내의 관찰이 가능하게 되어 있다. 창(57)에는 내열성 유리가 끼워 넣어져, 챔버(50) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(50)의 외측에 예를 들면 창(57)의 유리를 통해 기판(1)의 온도를 측정하는 방사온도계(58)가 배치되어 있다.The window 57 is formed in the side surface of the chamber 50, and the observation in the chamber 50 is attained. The heat resistant glass is inserted into the window 57, and the airtightness in the chamber 50 is ensured. Outside the chamber 50, a radiation thermometer 58 is arranged which measures the temperature of the substrate 1 through, for example, the glass of the window 57.

이 직류 플라즈마 CVD 장치에는 반응가스를 포함하는 원료가스를 가스튜브(59)를 통해 도입하는 원료계(도시 생략)와, 챔버(50) 내로부터 기체를 복수의 배기용 관로(60)를 통해 배출하여 챔버(50) 내의 기압을 조정하는 배기계(도시 생략)와, 전압설정부(61)를 구비하고 있다.This DC plasma CVD apparatus includes a raw material system (not shown) for introducing a raw material gas containing a reactive gas through a gas tube 59, and discharges gas from the chamber 50 through a plurality of exhaust conduits 60. And an exhaust system (not shown) for adjusting the air pressure in the chamber 50 and a voltage setting section 61.

가스튜브(59)는 챔버(50)에 설치된 구멍을 통해 챔버(50) 내에 도입되어 있고, 반응조 내의 가스튜브(59)의 적어도 일부는 불소수지나 실리콘고무 등의 절연체로 구성되어 있다. 그 구멍과 가스튜브(59)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되 어, 챔버(50) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(50) 내에서 가스튜브(59)는 가스도입 노즐인 노즐(62)에 접속되어 있다. The gas tube 59 is introduced into the chamber 50 through a hole provided in the chamber 50, and at least a part of the gas tube 59 in the reaction tank is made of an insulator such as fluororesin or silicone rubber. Between the hole and the outer circumference of the gas tube 59 is sealed with a sealing material, and the airtightness in the chamber 50 is ensured. In the chamber 50, the gas tube 59 is connected to the nozzle 62 which is a gas introduction nozzle.

노즐(62)은 양극(51a) 및 음극(53)의 한쪽의 긴변에 평행한 부분(62A)과, 양극(51a) 및 음극(53)의 다른쪽의 긴변에 평행한 부분(62B)을 갖는다. 노즐(62)은 전체가 환상으로 되어 있어도 좋고, 가스튜브(59)와의 접속점으로부터 부분(62A, 62B)이 분기되어도 좋다. 노즐(62)은 원료가스가 유통하도록 중공으로 되어 있다. 노즐(62)의 부분(62A, 62B)에는 복수의 분출구(62a)가 부분(62A, 62B)에서 음극(53)의 장척방향을 따른 중심축인 축(53x)에 대해 선대칭으로 등간격으로 형성되고, 원료가스가 분출구(62a)로부터 기판(1)측을 향해 수평으로, 즉 내측 횡방향으로 분출된다.The nozzle 62 has a portion 62A parallel to one long side of the anode 51a and the cathode 53, and a portion 62B parallel to the other long side of the anode 51a and the cathode 53. . The whole nozzle 62 may be annular, and the parts 62A and 62B may branch off from the connection point with the gas tube 59. The nozzle 62 is hollow so that source gas can flow. A plurality of ejection openings 62a are formed at portions 62A and 62B of the nozzle 62 at equal intervals in line symmetry with respect to the axis 53x which is the central axis along the long direction of the cathode 53 at the portions 62A and 62B. Then, the source gas is ejected horizontally from the jet port 62a toward the substrate 1 side, that is, in the inner lateral direction.

음극 지지체(54)에 부착된 절연체의 노즐 지지체(63)에 의해서 노즐(62)은 지지된다. 노즐(62)이 지지되는 높이는 분출구(62a)가 음극 지지체(54)의 최하부(음극(53)이 노출된 측면에서의 최상부) 이하의 위치이고, 또한 양극(51a)과 음극(53)의 사이에 생기는 양광주 PC의 최고점보다 높은 위치로 되도록 설정된다. 이 범위로 노즐(62)이 지지되면, 원료가스가 음극(53)과 양극(51a)의 사이에 들어가기 쉽고, 또 양광주 PC의 온도를 원료가스의 분출에 의해 국소적으로 냉각되는 것을 방지할 수 있다.The nozzle 62 is supported by the nozzle support 63 of the insulator attached to the cathode support 54. The height at which the nozzle 62 is supported is a position below the lowermost part of the cathode support 54 (the uppermost part on the side where the cathode 53 is exposed), and between the anode 51a and the cathode 53. It is set so that it may become a position higher than the highest point of the bright wine PC which generate | occur | produces. When the nozzle 62 is supported in this range, it is easy for the source gas to enter between the cathode 53 and the anode 51a, and the temperature of the bright wine PC can be prevented from being locally cooled by the ejection of the source gas. Can be.

노즐(62)의 부분(62A, 62B)의 간격은 음극(53)의 폭(단척방향)보다 크고, 노즐(62)의 부분(62A, 62B)은 도 14에 나타내는 바와 같이, 음극(53)의 장척방향의 양 측면보다 더욱 외측에 위치한다. 부분(62A, 62B)은 대략 양극(51a)의 장척방향 의 중심선으로부터 등거리에 있다.The interval between the portions 62A and 62B of the nozzle 62 is larger than the width (short direction) of the cathode 53, and the portions 62A and 62B of the nozzle 62 are the cathode 53 as shown in FIG. 14. It is located on the outside of both sides of the long direction of. Portions 62A and 62B are approximately equidistant from the elongated centerline of anode 51a.

배기용 관로(60)는 챔버(50)의 바닥면에, 스테이지(51)를 둘러싸도록 등간격으로 개구된 복수의 구멍을 각각 관통하고 있다. 그 구멍과 배기용 관로(60)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어 있다.The exhaust conduit 60 penetrates through the plurality of holes opened at equal intervals so as to surround the stage 51 on the bottom surface of the chamber 50. The sealing member is sealed between the hole and the outer circumference of the exhaust conduit 60.

전압설정부(61)는 양극(51a)과 음극(53)의 사이의 전압 또는 전류값을 설정하는 제어장치이고, 제어부(61a)와 가변전원(61b)을 구비하고 있다. 전압설정부(61)와 양극(51a) 및 음극(53)은 리드선에 의해 각각 접속되어 있다. 각 리드선은 챔버(50)에 설치된 구멍을 관통하고 있다. 리드선이 통과된 구멍은 시일재로 밀봉되어 있다.The voltage setting unit 61 is a control device for setting a voltage or current value between the positive electrode 51a and the negative electrode 53, and includes a control unit 61a and a variable power supply 61b. The voltage setting section 61, the positive electrode 51a and the negative electrode 53 are connected by lead wires, respectively. Each lead wire passes through a hole provided in the chamber 50. The hole through which the lead wire passed is sealed with a sealing material.

전압설정부(61)의 제어부(61a)는 방사온도계(58)와 리드선에 의해 접속되고, 가변전원(61b)과 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(61a)는 기동되면, 방사온도계(58)가 측정한 기판(1)의 온도를 참조하고, 기판(1)의 온도가 예정 값으로 되도록, 양극(51a)과 음극(53)의 사이의 전압 또는 전류값을 조정한다.The control part 61a of the voltage setting part 61 is connected by the radiation thermometer 58 and the lead wire, and is connected by the variable power supply 61b and the lead wire. When the control part 61a starts, it references the temperature of the board | substrate 1 measured by the radiation thermometer 58, and between the anode 51a and the cathode 53 so that the temperature of the board | substrate 1 may become a predetermined value. Adjust the voltage or current value.

다음에, 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 성막처리를 설명한다.Next, a film forming process of forming a film on the substrate 1 using the direct current plasma CVD apparatus of FIG. 13 will be described.

이 성막처리에서는 기판(1)의 표면에 카본 나노 월로 이루어지는 전자방출막을 성막한다.In this film forming process, an electron-emitting film made of carbon nanowalls is formed on the surface of the substrate 1.

성막처리에서는 우선, 예를 들면 니켈판을 기판(1)으로서 잘라내고, 에탄올 또는 아세톤에 의해 탈지/초음파 세척을 충분히 실행한다.In the film forming process, first, for example, the nickel plate is cut out as the substrate 1, and degreasing / ultrasound washing is sufficiently performed with ethanol or acetone.

이 기판(1)을 양극(51a) 상에 탑재한다.This substrate 1 is mounted on the anode 51a.

기판(1)의 탑재가 완료되면, 다음에 챔버(50) 내를 배기계를 이용하여 감압하고, 계속해서 원료가스로서, 가스튜브(59)로부터 수소가스와 메탄 등의 조성 중에 탄소를 함유하는 화합물의 반응가스(탄소함유 화합물)를 보낸다. 원료가스는 노즐(62)의 분출구(62a)로부터 분출된다.When the mounting of the substrate 1 is completed, the chamber 50 is then depressurized using an exhaust system, and thereafter, a compound containing carbon in the composition of hydrogen gas and methane from the gas tube 59 as a source gas. The reaction gas (carbon-containing compound) of is sent. The source gas is ejected from the ejection opening 62a of the nozzle 62.

카본 나노 월의 성막시에는 기판(1)의 카본 나노 월이 성막되는 개소의 온도를 900℃∼1100℃에서 소정 시간의 성막을 실행한다. 이 온도는 방사온도계(58)에 의해 측정되어 있다. 이 때, 냉각부재(52)는 양극(51a)의 온도에 영향이 없도록 충분히 양극(51a)으로부터 이간되어 있다. 방사온도계(58)는 직류 플라즈마 CVD 장치의 플라즈마 복사를 감산하여 기판(1)측의 표면에서의 열복사만으로부터 온도를 구하도록 설정되어 있다.At the time of film-forming of carbon nanowall, film formation of predetermined time is performed at 900 degreeC-1100 degreeC in the temperature of the location where the carbon nanowall of the board | substrate 1 is formed. This temperature is measured by the radiation thermometer 58. At this time, the cooling member 52 is sufficiently separated from the anode 51a so as not to affect the temperature of the anode 51a. The radiation thermometer 58 is set to subtract the plasma radiation of the direct-current plasma CVD apparatus to obtain a temperature from only heat radiation on the surface of the substrate 1 side.

카본 나노 월의 성막 과정에서 예를 들면 전자방출막의 막질을 변화시키고, 카본 나노 월 상에 다수의 다이아몬드 미립자를 포함하는 다이아몬드층을 적층하는 경우에는 양극(51a)에 냉각부재(52)를 상승하여 맞닿게 한다. 이것에 의해, 극적으로 기판(1)의 온도를 냉각할 수 있고, 다이아몬드층을 적층할 수 있다. 다이아몬드층의 성장에 수반해서, 다이아몬드층의 간극으로부터는 카카본 나노 월의 일부가 변형된 봉형상이고 또한 본 나노 튜브와는 달라 코어가 쌓인 sp2 결합의 탄소가 성장한다. 이 봉형상 탄소는 다이아몬드층의 표면으로부터 돌출하도록 연장되어 있고, 구조상 전계 집중하기 쉽고, 전자를 방출하는 부위로 된다.In the process of forming the carbon nanowall, for example, the film quality of the electron-emitting film is changed, and when the diamond layer including a plurality of diamond fine particles is laminated on the carbon nanowall, the cooling member 52 is raised on the anode 51a. Make contact. Thereby, the temperature of the board | substrate 1 can be cooled dramatically, and a diamond layer can be laminated | stacked. With the growth of the diamond layer, the carbon of the sp 2 bond in which the core is piled up grows from the gap of the diamond layer in which a part of carbon nanowall is deformed, and unlike this nanotube. This rod-shaped carbon extends so as to protrude from the surface of the diamond layer, and is structurally easy to concentrate an electric field and becomes a site for emitting electrons.

성막의 종료 단계에서는 양극(51a)과 음극(53)의 사이의 전압이 인가를 정지 하고, 계속해서 원료가스의 공급을 정지하고, 퍼지가스로서 질소가스를 챔버(50) 내에 공급하여 챔버(50) 내를 질소분위기로 한 후, 상온으로 되돌린 상태에서 기판(1)을 꺼낸다.At the end of film formation, the voltage between the anode 51a and the cathode 53 stops the application, the supply of the source gas is stopped, and the nitrogen gas is supplied into the chamber 50 as a purge gas to supply the chamber 50. The inside of the inside) is placed in a nitrogen atmosphere, and the substrate 1 is taken out in the state of returning to normal temperature.

이상의 본 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 제 1 실시형태의 [1]∼[6]과 마찬가지의 효과가 얻어지는 동시에, 또한 다음의 [8] 및 [9]에 나타내는 이점을 갖고 있다.In the DC plasma CVD apparatus according to the present embodiment described above, the same effects as in [1] to [6] of the first embodiment can be obtained, and also have advantages shown in the following [8] and [9].

[8] 면적이 넓은 기판(1)에 성막을 실행하고자 하면, 제 1 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 양극(11a) 및 음극(13)의 면적(외경)을 크게 할 필요가 있다. 그러나, 양극(11a) 및 음극(13)의 외경을 크게 하면, 양극(11a)의 중심에 공급되는 반응가스가 부족하거나, 외주측과 중심부에서 무시할 수 없는 온도차가 생기는 경우가 있다. 그 때문에, 성막의 불균일이 생길 위험성이 있었다.[8] When the film is to be formed on the large substrate 1, it is necessary to increase the area (outer diameter) of the anode 11a and the cathode 13 in the DC plasma CVD apparatus of the first embodiment. However, when the outer diameters of the positive electrode 11a and the negative electrode 13 are increased, the reaction gas supplied to the center of the positive electrode 11a may be insufficient, or there may be a temperature difference that cannot be ignored between the outer peripheral side and the center portion. Therefore, there was a risk of unevenness in film formation.

이에 대해, 이상의 본 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치에서는 양극(51a) 및 음극(53)을 장방형으로 하고, 장척방향으로 이행한 노즐(62)의 부분(62A, 62B)을 배치하고 있다. 이것에 의해, 장척방향으로는 변동하지 않는 원료가스의 공급이 가능하게 되고, 장척방향의 성막의 불균일을 억제할 수 있다. 따라서, 양극(51a) 및 음극(53)의 단척방향의 길이를 적절하게 해 두면, 대면적의 기판(1)에 대해 불균일이 억제된 성막이 가능하다.In contrast, in the DC plasma CVD apparatus according to the present embodiment described above, the anodes 51a and the cathode 53 have a rectangular shape, and portions 62A and 62B of the nozzles 62 shifted in the long direction are arranged. This makes it possible to supply the raw material gas which does not fluctuate in the long direction, and to suppress the unevenness of film formation in the long direction. Therefore, if the length of the short direction of the anode 51a and the cathode 53 is set appropriately, the film-forming which the nonuniformity was suppressed with respect to the board | substrate 1 of a large area is possible.

[9] 양극(51a) 및 음극(53)이 장방형이므로, 정방형의 기판(1)을 양극(51a) 및 음극(53)의 장척방향으로 배열해서 배치할 수 있고, 한번에 복수개의 기판(1)에 대해 동시에 성막이 가능하게 되어, 양산에 적합하다. 이 경우, 복수개의 기판(1) 이 동일 로봇에서 성막되므로, 필요 개수를 동시에 성막하면, 로봇간 불균일을 고려하지 않아도 좋다.[9] Since the anode 51a and the cathode 53 are rectangular, the square substrates 1 can be arranged in the long direction of the anode 51a and the cathode 53, and the plurality of substrates 1 can be disposed at one time. It is possible to form a film at the same time, and is suitable for mass production. In this case, since the plurality of substrates 1 are formed by the same robot, if the required number is formed at the same time, it is not necessary to take into account the nonuniformity between the robots.

[제 6 실시형태][Sixth Embodiment]

도 16a는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도이고, 도 16b는 음극을 아래에서 본 평면도이다.FIG. 16A is a configuration diagram of a DC plasma CVD apparatus according to a sixth embodiment of the present invention, and FIG. 16B is a plan view of the cathode viewed from below.

도 17은 도 16a의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 원료가스 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면이다.FIG. 17 is a view showing a cathode, a source gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 16A from above.

도 18은 도 16a의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도이다.18 is a sectional side view of the direct-current plasma CVD apparatus of FIG. 16A.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 도 13에 나타내는 제 5 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극(53)을 음극(65)으로 변경하고, 전압설정부(61)를 전압설정부(66)로 변경한 것이다.In this DC plasma CVD apparatus, the cathode 53 of the DC plasma CVD apparatus of the fifth embodiment shown in FIG. 13 is changed to the cathode 65, and the voltage setting unit 61 is changed to the voltage setting unit 66. .

음극(65)은 양극(51a)의 중앙부에 대향하는 중앙전극(65a)과, 중앙전극(65a)의 외주를 둘러싼 환상(도 16b)이고, 양극(51a)의 주변부와 대향하는 주변전극(65b)과, 중앙전극(65a)과 주변전극(65b)의 사이에 간극없이 충전되어 있는 세라믹 등의 절연부(65c)를 갖고 있다.The cathode 65 is a central electrode 65a facing the center of the anode 51a and an annular shape (Fig. 16B) surrounding the outer circumference of the center electrode 65a, and the peripheral electrode 65b facing the peripheral portion of the anode 51a. ) And an insulating portion 65c such as ceramic, which is filled between the center electrode 65a and the peripheral electrode 65b without a gap.

중앙전극(65a)과 주변전극(65b)의 사이에 절연부(65c)를 개재시키지 않는 경우, 중앙전극(65a) 및 주변전극(65b)의 사이의 거리가 충분히 길지 않으면, 기판(1) 뿐만 아니라, 서로 대향하는 중앙전극(65a)의 측벽 및 주변전극(65b)의 측벽에, 활성종에 의해서 성장하는 막이 퇴적되어 버린다. 이 때문에, 절연부(65c)를 개재시키는 것에 의해서, 서로 대향하는 중앙전극(65a)의 측벽 및 주변전극(65b)의 측벽에 탄소막이 퇴적되는 것을 방지하고 있다.When the insulating portion 65c is not interposed between the center electrode 65a and the peripheral electrode 65b, if the distance between the center electrode 65a and the peripheral electrode 65b is not long enough, then only the substrate 1 is provided. Rather, films grown by active species are deposited on the sidewalls of the center electrode 65a and the peripheral electrode 65b facing each other. For this reason, the carbon film is prevented from being deposited on the side wall of the center electrode 65a and the side wall of the peripheral electrode 65b which face each other by interposing the insulating portion 65c.

전압설정부(66)는 제어부(66a)와 가변전원(66b, 66c)을 구비하고 있다.The voltage setting section 66 includes a control section 66a and variable power supplies 66b and 66c.

제어부(66a)는 방사온도계(58)와 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(66a)는 가변전원(66b, 66c)을 제어하고, 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 전압 또는 전류와, 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 전압 또는 전류를 개별로 설정하는 기능을 갖고 있다. 다른 구성은 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치와 마찬가지이다.The control part 66a is connected with the radiation thermometer 58 by the lead wire. The controller 66a controls the variable power sources 66b and 66c and controls the voltage or current between the anode 51a and the center electrode 65a and the voltage or current between the anode 51a and the peripheral electrode 65b. It has the function to set each individually. The other configuration is the same as that of the direct current plasma CVD apparatus of FIG.

도 16의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 경우, 플라즈마의 상승시에, 전압설정부(66)의 제어에 의해, 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 전위차가 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 전위차보다 커지도록 하여, 음극(65)과 양극(51a)의 사이의 전압을 설정한다. 이러한 전압의 인가방법을 하는 것에 의해, 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이에서 플라즈마의 양광주 PC를 발생시키고, 또, 성막 초기단계에서의 아크의 발생을 예방할 수 있다.In the case where the film is formed on the substrate 1 using the DC plasma CVD apparatus of FIG. 16, the potential difference between the anode 51a and the center electrode 65a is controlled by the voltage setting unit 66 at the time of the plasma rise. The voltage between the cathode 65 and the anode 51a is set so as to be larger than the potential difference between the anode 51a and the peripheral electrode 65b. By applying such a voltage application method, the positive beam PC of plasma can be generated between the anode 51a and the center electrode 65a, and the generation of an arc in the initial stage of film formation can be prevented.

이와 같이 전압 또는 전류를 인가하는 것에 의해, 기판(1)의 중앙부분의 상부에 안정된 양광주 PC가 형성된다. 그 후, 제어부(66a)는 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 전압 또는 전류값이 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 전압 미만 또는 전류값 미만으로 되도록 전압 또는 전류를 인가하고, 이것에 의해 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 온도와, 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 온도를 근사 또는 대략 일치시키고, 기판(1)에 성막을 실시한다.By applying a voltage or a current in this manner, a stable positive liquor PC is formed on the upper portion of the center portion of the substrate 1. Thereafter, the controller 66a controls the voltage or current such that the voltage or current value between the anode 51a and the center electrode 65a is less than the voltage or current value between the anode 51a and the peripheral electrode 65b. Is applied to form a film on the substrate 1 by approximating or roughly matching the temperature between the anode 51a and the center electrode 65a and the temperature between the anode 51a and the peripheral electrode 65b. Is carried out.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 음극(65)을 중앙전극(65a)과 주변전극(65b) 으로 구성하고, 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 전압 또는 전류값과, 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 전압 또는 전류를 독립적으로 설정할 수 있다. 그리고, 플라즈마의 상승시에, 양극(51a)과 중앙전극(65a)의 사이의 전압이 양극(51a)과 주변전극(65b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하고 있다. 이것에 의해, 양극(51a)과 음극(65)의 거리를 짧게 하여 양광주 PC를 형성할 수 있다. 양극(51a)과 음극(65)에 인가하는 전압이 낮아도 좋으며, 아크방전이나 불꽃방전의 발생 빈도를 억제할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the cathode 65 is composed of the center electrode 65a and the peripheral electrode 65b, and the voltage or current value between the anode 51a and the center electrode 65a, and the anode 51a. ) And the voltage or current between the peripheral electrode 65b can be set independently. When the plasma rises, the voltage between the anode 51a and the center electrode 65a is made higher than the voltage between the anode 51a and the peripheral electrode 65b. As a result, the distance between the positive electrode 51a and the negative electrode 65 can be shortened to form a positive wine column PC. The voltage applied to the positive electrode 51a and the negative electrode 65 may be low, and the occurrence frequency of arc discharge or spark discharge can be suppressed.

또, 중앙전극(65a)에 대해 흘리는 전류에 대해, 주변전극(65b)에 흘리는 전류를 적게 하여 기판(1)의 장척의 중심에 집중한 양광주 PC를 발생시키고, 그 후에, 주변전극(65b)에 부가하는 전력을 증가시켜 주변전극(65b)에 흘리는 전류를 증가시키는 것에 의해, 성막의 초기에 발생하는 국소적인 아크방전을 방지하고, 그 후에 양광주 PC를 필요한 크기로 성장시킬 수 있다.In addition, with respect to the current flowing through the center electrode 65a, the current flowing through the peripheral electrode 65b is reduced so that a positive light column PC focused on the long center of the substrate 1 is generated, and then the peripheral electrode 65b. By increasing the power added to), increasing the current flowing through the peripheral electrode 65b, local arc discharge occurring at the beginning of film formation can be prevented, and then the bright wine PC can be grown to the required size.

[제 7 실시형태][Seventh Embodiment]

도 19는 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치를 나타내는 구성도이고, 도 13 중의 요소와 공통된 요소에는 공통의 부호를 붙이고 있다.FIG. 19 is a configuration diagram showing the direct-current plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention, in which elements common to those in FIG. 13 are assigned the same reference numerals.

도 20은 도 19의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 반응가스 노즐 및 매트릭스가스 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면이다.20 is a view showing a cathode, a reaction gas nozzle and a matrix gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 19 from above.

도 21은 도 19의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도이다.FIG. 21 is a side cross-sectional view of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 19.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 처리 대상의 기판(1)의 표면에 막을 형성하는 장치이며, 반응조인 챔버(70)를 구비하고 있다. 챔버(70)는 기판(1)을 외기로부터 차단한다.This DC plasma CVD apparatus is an apparatus which forms a film on the surface of the board | substrate 1 to be processed, and is equipped with the chamber 70 which is a reaction tank. The chamber 70 isolates the substrate 1 from the outside air.

챔버(70) 내에는 직방체의 강제의 스테이지(51)가 배치되고, 스테이지(51)의 상부에 장방형의 판형상의 열전도성이 좋고, 융점이 높은 예를 들면 몰리브덴 혹은 그래파이트제의 양극(51a)이 탑재되어 있다. 기판(1)은 양극(51a)의 상측 탑재면에 고정된다. 기판(1)은 장방형이어도 좋으며, 정방형의 기판(1)을 복수개 양극(51a)에 배열해도 좋다.In the chamber 70, a forged rectangular stage 51 is disposed, and a rectangular plate-shaped thermal conductivity is good on the upper stage 51, and a high melting point, for example, molybdenum or graphite anode 51a is formed. It is mounted. The substrate 1 is fixed to the upper mounting surface of the anode 51a. The board | substrate 1 may be rectangular, and you may arrange | position the square board | substrate 1 to the some anode 51a.

양극(51a)의 하측의 스테이지(51)에는 폐색된 공간(51b)이 설치되어 있고, 공간(51b)에는 냉각부재(52)가 배치되어 있다. 냉각부재(52)는 기판(1)을 필요에 따라서 냉각하기 위해 설치된 것이며, 도시하지 않은 이동기구에 의해, 냉각부재(52)가 화살표와 같이 상하로 이동 자유로운 구조로 되어 있다. 냉각부재(52)는 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되고, 그 내부에서는 냉각된 물 또는 냉각된 염화칼슘 수용액 등의 냉각매체가 관로(52a)로부터 냉각부재(52) 내의 유로(52b)로 들어가, 관로(52c)로부터 배출되도록 순환하여, 냉각부재(52) 전체를 식히고 있다.The closed space 51b is provided in the stage 51 below the anode 51a, and the cooling member 52 is disposed in the space 51b. The cooling member 52 is provided in order to cool the board | substrate 1 as needed, and is structured so that the cooling member 52 can move up and down like an arrow by the moving mechanism which is not shown in figure. The cooling member 52 is made of a metal having high thermal conductivity such as copper, and inside the cooling medium such as cooled water or cooled calcium chloride aqueous solution is transferred from the conduit 52a to the flow path 52b in the cooling member 52. It enters and circulates so that it may be discharged | emitted from the conduit 52c, and the whole cooling member 52 is cooled.

이 때문에, 냉각부재(52)가 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 냉각부재(52)의 상면(1)이 스테이지(51)의 하면에 맞닿고, 맞닿아진 스테이지(51)가 그 상부의 양극(51a)을 냉각하고, 양극(51a)이 기판(1)의 열을 빼앗는 구조로 되어 있다. 냉각부재(52)의 상면은 장방형으로 되어 있으며, 스테이지(51)의 길이방향 전체를 냉각한다.For this reason, when the cooling member 52 moves upwards, the upper surface 1 of the cooling member 52 abuts on the lower surface of the stage 51, and the stage 51 which abuts is the anode of the upper part ( The structure 51a is cooled, and the anode 51a takes the heat of the board | substrate 1 into consideration. The upper surface of the cooling member 52 is rectangular, and cools the whole longitudinal direction of the stage 51.

관로(52c)로부터 배출된 냉각매체는 도시하지 않은 냉각장치에 의해서 냉각 되어, 재차 관로(52a)로 송출되도록 순환된다.The cooling medium discharged from the conduit 52c is cooled by a cooling device (not shown), and is circulated to be sent to the conduit 52a again.

또, 양극(51a)의 하측에 설치된 공간(51b)은 스테이지(51)에 의해서 간막이되어 있고, 내부에는 기체가 봉입되어 있거나 혹은 대기 개방된 상태로 되어 있다.Moreover, the space 51b provided below the anode 51a is partitioned by the stage 51, and gas is enclosed in the inside or is open | released to the atmosphere.

양극(51a)의 위쪽에는 장방형의 판형상의 음극(53)이 배치되어 있다. 음극(53)은 음극 지지체(54)에 의해 지지되고, 음극(53)과 양극(51a)이 대향하고 있다. 음극(53)은 융점이 높은 몰리브덴 혹은 그래파이트 등으로 형성되어 있다.A rectangular plate-shaped negative electrode 53 is disposed above the positive electrode 51a. The negative electrode 53 is supported by the negative electrode support body 54, and the negative electrode 53 and the positive electrode 51 a face each other. The cathode 53 is made of molybdenum or graphite having a high melting point.

음극 지지체(54)는 석영유리나 알루미늄 등의 내열성 산화물, 질화 알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 혹은 탄화규소 등의 내열성 탄화물로 구성되어 있다.The negative electrode support body 54 is comprised from heat resistant oxides, such as quartz glass and aluminum, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, or heat resistant carbides, such as silicon carbide.

음극(53)의 내부에는 냉각매체가 흐르는 유로가 형성되어 있어도 좋다. 냉각매체가 흐르는 것에 의해 음극(53)의 과열을 억제할 수 있다. 냉각매체로서는 챔버(70)의 외부로부터 도입되는 물, 염화칼슘 수용액 등이 바람직하다.The flow path through which the cooling medium flows may be formed inside the cathode 53. Overheating of the cathode 53 can be suppressed by the flow of the cooling medium. As a cooling medium, water, calcium chloride aqueous solution, etc. which are introduce | transduced from the exterior of the chamber 70 are preferable.

양극(51a)의 외주면의 근방에는 아크의 발생을 억제하기 위한 절연체(55)가 배치되어 있다. 절연체(55)는 석영유리나 알루미나 등의 내열성 산화물, 질화알루미늄, 질화규소 등의 내열성 질화물, 및 탄화규소 등의 내열성 탄화물 중의 적어도 어느 하나로 구성되어 있다.Insulators 55 for suppressing the generation of arc are arranged near the outer circumferential surface of the anode 51a. The insulator 55 is comprised with at least any one of heat resistant oxides, such as quartz glass and alumina, heat resistant nitrides, such as aluminum nitride and silicon nitride, and heat resistant carbides, such as silicon carbide.

절연체(55)는 환상이며, 챔버(70)의 바닥부에 세워 설치된 지지체(56)에 의해서 양극(51a)과 동일한 높이로 지지되고, 그 내주측에서 양극(51a)의 외주를 근접해서 둘러싸고 있다. The insulator 55 is annular and is supported at the same height as the anode 51a by the support body 56 that stands up at the bottom of the chamber 70, and surrounds the outer periphery of the anode 51a close to the inner circumference side. .

또한, 절연체(55)는 음극(53)과 양극(51a)의 사이의 이상 방전(아크방전, 불 꽃방전)의 발생을 억제하는 것이며, 양극(51a)의 외주 측면을 따라 음극(53)과 대향하여 탑재되어 있다. 절연체(55)는 음극(53)에 대해 양극(51a)의 측면을 숨기도록 해도 좋다.The insulator 55 suppresses the occurrence of abnormal discharge (arc discharge, flame discharge) between the cathode 53 and the anode 51a, and the cathode 53 and the outer circumferential side of the anode 51a. It is mounted oppositely. The insulator 55 may hide the side surface of the positive electrode 51a with respect to the negative electrode 53.

챔버(70)의 측면에는 창(57)이 형성되어, 챔버(70) 내의 관찰이 가능하게 되어 있다. 창(57)에는 내열성 유리가 끼워 넣어져, 챔버(70) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(70)의 외측에 예를 들면 창(57)의 유리를 통해 기판(1)의 온도를 측정하는 방사온도계(58)가 배치되어 있다.The window 57 is formed in the side surface of the chamber 70, and the observation in the chamber 70 is possible. The heat resistant glass is inserted in the window 57, and the airtightness in the chamber 70 is ensured. Outside the chamber 70, a radiation thermometer 58 is arranged which measures the temperature of the substrate 1 through the glass of the window 57, for example.

이 직류 플라즈마 CVD 장치에는 반응가스를 가스튜브(71)를 통해 도입하는 반응가스계(도시 생략)와, 매트릭스가스를 가스튜브(72)를 통해 도입하는 원료계(도시 생략)와, 챔버(70) 내로부터 기체를 복수의 배기용 관로(60)를 통해 배출하여 챔버(70) 내의 기압을 조정하는 배기계(도시생략)와, 전압설정부(61)를 구비하고 있다.The DC plasma CVD apparatus includes a reaction gas system (not shown) for introducing a reaction gas through the gas tube 71, a raw material system (not shown) for introducing the matrix gas through the gas tube 72, and a chamber 70. And an exhaust system (not shown) for adjusting the air pressure in the chamber 70 by discharging the gas from the inside of the chamber through the plurality of exhaust pipe lines 60, and a voltage setting unit 61.

가스튜브(71)는 챔버(70)에 설치된 구멍을 통해 챔버(70) 내에 도입되어 있고, 적어도 반응조 내의 일부에 있어서 불소수지나 실리콘고무 등의 절연체로 구성되어 있다. 그 구멍과 가스튜브(71)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어, 챔버(70) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(70) 내에서 가스튜브(71)는 가스도입 노즐인 노즐(73)에 접속되어 있다. The gas tube 71 is introduced into the chamber 70 through a hole provided in the chamber 70, and is formed of an insulator such as fluororesin or silicone rubber in at least part of the reaction tank. Between the hole and the outer periphery of the gas tube 71 is sealed with a sealing material, and the airtightness in the chamber 70 is ensured. In the chamber 70, the gas tube 71 is connected to the nozzle 73 which is a gas introduction nozzle.

노즐(73)은 양극(51a) 및 음극(53)의 한쪽의 긴변에 평행한 부분(73A)과, 양극(51a) 및 음극(53)의 다른쪽의 긴변에 평행한 부분(73B)을 갖는다. 노즐(73)은 전체가 환상으로 되어 있어도 좋고, 가스튜브(71)와의 접속점으로부터 부분(73A, 73B)이 분기되어 있어도 좋다. 노즐(73)은 원료가스가 유통하도록 중공으로 되어 있다. 노즐(73)의 부분(73A, 73B)에는 복수의 분출구(73a)가 부분(73A, 73B)에서 선대칭으로 등간격으로 형성되고, 원료가스가 분출구(73a)로부터 기판(1)측을 향해 수평으로, 즉 내측 횡방향으로 분출된다.The nozzle 73 has a portion 73A parallel to one long side of the anode 51a and the cathode 53, and a portion 73B parallel to the other long side of the anode 51a and the cathode 53. . The whole nozzle 73 may be annular, and the parts 73A and 73B may branch off from the connection point with the gas tube 71. The nozzle 73 is hollow so that source gas can flow. A plurality of ejection openings 73a are formed at portions 73A and 73B of the nozzle 73 at equal intervals in line symmetry at the portions 73A and 73B, and the source gas is horizontal from the ejection opening 73a toward the substrate 1 side. , That is, it is ejected in the inner transverse direction.

음극 지지체(54)에 부착된 절연체의 노즐 지지체(63)에 의해서 노즐(73)은 지지된다. 노즐(73)이 지지되는 높이는 분출구(73a)가 음극 지지체(54)의 최하부(음극(53)이 노출된 측면에서의 최상부) 이하의 위치이고, 또한 양극(51a)과 음극(53)의 사이에 생기는 양광주 PC의 최고점보다 높은 위치로 되도록 설정된다. 이 범위로 노즐(73)이 지지되면, 원료가스가 음극(53)과 양극(51a)의 사이에 들어가기 쉽고, 또 양광주 PC의 온도를 원료가스의 분출에 의해 국소적으로 냉각되는 것을 방지할 수 있다.The nozzle 73 is supported by the nozzle support 63 of the insulator attached to the cathode support 54. The height at which the nozzle 73 is supported is the position below the lowermost part of the cathode support 54 (the uppermost part on the side where the cathode 53 is exposed), and between the anode 51a and the cathode 53. It is set so that it may become a position higher than the highest point of the positive beam PC which arises at the time. When the nozzle 73 is supported in this range, it is easy for the source gas to enter between the cathode 53 and the anode 51a, and it is possible to prevent the temperature of the bright wine PC from being locally cooled by the ejection of the source gas. Can be.

노즐(73)의 부분(73A, 73B)의 간격은 음극(53)의 폭(단척방향)보다 크고, 노즐(73)의 부분(73A, 73B)은 도 20에 나타내는 바와 같이, 음극(53)의 장척방향의 양 측면보다 더욱 외측에 위치한다. 부분(73A, 73B)은 대략 양극(51a)의 장척방향의 중심선으로부터 등거리에 있다.The distance between the portions 73A and 73B of the nozzle 73 is larger than the width (short direction) of the cathode 53, and the portions 73A and 73B of the nozzle 73 are the cathodes 53 as shown in FIG. 20. It is located on the outside of both sides of the long direction of. The portions 73A and 73B are approximately equidistant from the long center line of the anode 51a.

배기용 관로(60)는 챔버(70)의 바닥면에, 스테이지(71)를 둘러싸도록 등간격으로 개구된 복수의 구멍을 각각 관통하고 있다. 그 구멍과 배기용 관로(60)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어 있다.The exhaust conduit 60 penetrates through the plurality of holes opened at equal intervals so as to surround the stage 71 on the bottom surface of the chamber 70. The sealing member is sealed between the hole and the outer circumference of the exhaust conduit 60.

전압설정부(61)는 양극(51a)과 음극(53)의 사이의 전압 또는 전류값을 설정하는 제어장치이며, 제어부(61a)와 가변전원(61b)을 구비하고 있다. 전압설정 부(61)와 양극(51a) 및 음극(53)은 리드선에 의해 각각 접속되어 있다. 각 리드선은 챔버(70)에 설치된 구멍을 관통하고 있다. 리드선이 통과된 챔버(70)의 구멍은 시일재로 밀봉되어 있다.The voltage setting unit 61 is a control device for setting a voltage or current value between the positive electrode 51a and the negative electrode 53, and includes a control unit 61a and a variable power supply 61b. The voltage setting section 61, the positive electrode 51a and the negative electrode 53 are connected by lead wires, respectively. Each lead wire passes through a hole provided in the chamber 70. The hole of the chamber 70 through which the lead wire passed is sealed with the sealing material.

전압설정부(61)의 제어부(61a)는 방사온도계(58)와 리드선에 의해 접속되고, 가변전원(61b)과 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(61a)는 기동되면, 방사온도계(58)가 측정된 기판(1)의 온도를 참조하고, 기판(1)의 온도가 예정 값으로 되도록, 양극(51a)과 음극(53)의 사이의 전압 또는 전류값을 조정한다.The control part 61a of the voltage setting part 61 is connected by the radiation thermometer 58 and the lead wire, and is connected by the variable power supply 61b and the lead wire. When the control part 61a starts, the radiation thermometer 58 refers to the temperature of the measured board | substrate 1, and between the anode 51a and the cathode 53 so that the temperature of the board | substrate 1 may become a predetermined value. Adjust the voltage or current value.

가스튜브(72)는 절연체로 구성되고, 챔버(70)에 설치된 구멍을 통과하고 있다. 그 구멍과 가스튜브(72)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어, 챔버(70) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 챔버(70) 내에서 가스튜브(72)는 매트릭스가스용의 가스샤워 노즐(74)에 접속되어 있다.The gas tube 72 consists of an insulator and passes through the hole provided in the chamber 70. The sealing member is sealed between the hole and the outer circumference of the gas tube 72 to secure the airtightness in the chamber 70. In the chamber 70, the gas tube 72 is connected to the gas shower nozzle 74 for matrix gas.

가스샤워 노즐(74)은 음극(53)과 대략 동일한 길이를 갖고, 음극(53)을 지지하는 음극 지지체(54)의 위쪽이고 또한 노즐(73)보다 위쪽의 높이에 배치되고, 음극(53)의 장척방향을 따른 중심축인 축(53x)에 대해 평행하고 또한 선대칭으로 되도록 배치되고, 매트릭스가스를 아래쪽으로 샤워형상으로 분출한다.The gas shower nozzle 74 has a length substantially the same as that of the cathode 53, and is disposed above the cathode support 54 supporting the cathode 53 and at a height above the nozzle 73, and the cathode 53. It is arranged so as to be parallel and linearly symmetrical about the axis 53x which is the central axis along the long direction of, and blows the matrix gas downward into the shower shape.

본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 성막을 하는 경우의 기본적인 동작은 제 5 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하는 경우와 마찬가지이다. 단, 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치의 경우, 매트릭스가스와 반응가스가 독립적으로 도입되고, 반응가스가 노즐(73)로부터 내측 횡방향으로 분출하고, 매트릭스 가스가 가스샤워 노즐(74)로부터 아래방향으로 분출된다. 매트릭스가스 는 횡방향으로 분출되는 반응가스의 흐름의 벡터를 변화시키고, 기판(1)쪽에 비스듬히 아래의 기판(1)을 향해 흐르도록 한다.The basic operation | movement at the time of forming into a film using the DC plasma CVD apparatus of this embodiment is the same as the case of using the DC plasma CVD apparatus of 5th Embodiment. However, in the DC plasma CVD apparatus of the present embodiment, the matrix gas and the reaction gas are introduced independently, the reaction gas is ejected from the nozzle 73 inward and horizontal direction, and the matrix gas is lowered from the gas shower nozzle 74. Ejected in the direction. The matrix gas changes the vector of the flow of the reaction gas ejected in the transverse direction and flows obliquely toward the substrate 1 toward the substrate 1.

이상의 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치는 제 5 실시형태와 마찬가지의 효과가 얻어지는 동시에, 또한 다음의 [10]에 나타내는 이점을 갖는다.The above-described direct current plasma CVD apparatus of this embodiment obtains the same effects as those of the fifth embodiment, and also has the advantages shown in the following [10].

[10] 일반적으로 CVD에서는 매트릭스가스에 대한 반응가스의 농도가 막질에 영향을 주는 것이 알려져 있지만, 단지 반응가스와 매트릭스가스가 소정의 농도로 혼합된 혼합가스를 도입하고, 자연스럽게 발생하는 대류에 의해서 기판에 혼합가스를 운반하는 방법에서는 대류에 의해서는 새로이 도입된 혼합가스에 의해서 기판(1) 상에 충분히 성막할 수 있는 정도의 혼합가스가 기판(1) 상에 충분히 도달하기 전에 배기용 관로(60)로부터 배출되고, 반응가스를 쓸데없이 소비할 가능성이 있다. 또 그것을 보충하기 위해 혼합가스 중의 반응가스의 농도를 올리면, 음극(53)이나 그것을 지지하는 절연성의 음극 지지체(54)에 반응가스에 의한 퇴적이 생기기 쉬워지고, 이것이 플라즈마가 아크방전이나 불꽃방전으로 이행하는 원인이 된다. 이에 대해, 본 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치는 매트릭스가스와 반응가스를 독립적으로 도입하고, 반응가스의 분출위치를 기판(1)에 대해 비교적 높게 하고, 또한 그것보다 높은 위치에 매트릭스가스의 분출위치를 설치했으므로 매트릭스가스의 다운포스에 의해 기판(1)을 향해 반응가스의 흐름을 조작할 수 있고, 매트릭스가스의 분출위치를 음극(53)이나 그것을 지지하는 절연성의 음극 지지체(54)의 위쪽으로 하고, 또한 반응가스의 분출위치를 음극(53)의 하면 이하로 했기 때문에, 매트릭스가스가 배기용 관로(60)에 이를 때까지의 동안에 다운포스를 부여하므 로, 반응가스가 매트릭스가스의 흐름의 방향에 거슬러서 음극(53)을 향해 역류하는 것이 억제되고, 음극(53)이나 그것을 지지하는 절연성의 음극 지지체(54)에 반응가스의 성분이 부착되는 것을 예방할 수 있다.[10] In CVD, it is generally known that the concentration of the reaction gas with respect to the matrix gas affects the film quality, but only by introducing a mixed gas in which the reaction gas and the matrix gas are mixed at a predetermined concentration, and by naturally occurring convection. In the method of conveying the mixed gas to the substrate, the conduit for exhaust gas before the mixed gas sufficiently reaches the substrate 1 to the extent that it can be sufficiently formed on the substrate 1 by the newly introduced mixed gas by convection ( 60), it is possible to consume the reaction gas unnecessarily. When the concentration of the reaction gas in the mixed gas is increased to compensate for this, deposition of the reaction gas easily occurs on the cathode 53 or the insulating cathode support 54 supporting it, which causes the plasma to be arc discharged or flame discharged. It causes the transition. In contrast, the direct current plasma CVD apparatus of this embodiment introduces the matrix gas and the reaction gas independently, makes the ejection position of the reaction gas relatively high with respect to the substrate 1, and the ejection position of the matrix gas at a position higher than that. Since it is possible to control the flow of the reaction gas toward the substrate 1 by the downforce of the matrix gas, the ejection position of the matrix gas is directed to the cathode 53 or the insulating cathode support 54 supporting it. In addition, since the ejection position of the reaction gas is lower than the lower surface of the cathode 53, downforce is applied until the matrix gas reaches the exhaust conduit 60, so that the reaction gas is The backflow toward the cathode 53 is suppressed against the direction, and the component of the reaction gas adheres to the cathode 53 or the insulating cathode support 54 supporting it. Can be prevented.

[제 8 실시형태][Eighth Embodiment]

도 22a, 도 22b는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도이고, 도 19 중의 요소와 공통된 요소에는 공통의 부호를 붙이고 있다.22A and 22B are structural diagrams of a direct-current plasma CVD apparatus according to an eighth embodiment of the present invention, in which elements common to those in FIG. 19 are assigned the same reference numerals.

도 23은 도 22a의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 반응가스용의 노즐, 매트릭스가스용 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면이다.FIG. 23 is a view showing a cathode, a reaction gas nozzle, a matrix gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 22A from above.

도 24는 도 22a의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도이다.FIG. 24 is a side cross-sectional view of the direct-current plasma CVD apparatus of FIG. 22A.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 도 19에 나타내는 제 7 실시형태의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극(53)을 음극(75)으로 변경하고, 전압설정부(61)를 전압설정부(76)로 변경한 것이다.In this DC plasma CVD apparatus, the cathode 53 of the DC plasma CVD apparatus of the seventh embodiment shown in FIG. 19 is changed to the cathode 75, and the voltage setting unit 61 is changed to the voltage setting unit 76. .

음극(75)은 양극(51a)의 중앙부에 대향하는 중앙전극(75a)과, 중앙전극(75a)의 외주를 둘러싼 환상(도 22b)이고, 양극(51a)의 주변부와 대향하는 주변전극(75b)과, 중앙전극(75a)과 주변전극(75b)의 사이에 간극없이 충전되어 있는 세라믹 등의 절연부(75c)를 갖고 있다.The cathode 75 is a center electrode 75a facing the center of the anode 51a and an annular shape (Fig. 22B) surrounding the outer circumference of the center electrode 75a, and the peripheral electrode 75b facing the periphery of the anode 51a. ) And an insulating portion 75c such as ceramic, which is filled between the center electrode 75a and the peripheral electrode 75b without a gap.

중앙전극(75a)과 주변전극(75b)의 사이에 절연부(75c)를 개재시키지 않는 경우, 중앙전극(75a) 및 주변전극(75b)의 사이의 거리가 충분히 길지 않으면, 기판(1) 뿐만 아니라, 서로 대향하는 중앙전극(75a)의 측벽 및 주변전극(75b)의 측벽에, 활성종에 의해서 성장하는 막이 퇴적되어 버린다. 이 때문에, 절연부(75c)를 개재시키는 것에 의해서, 서로 대향하는 중앙전극(75a)의 측벽 및 주변전극(75b)의 측벽에 탄소막이 퇴적되는 것을 방지하고 있다.When the insulating portion 75c is not interposed between the center electrode 75a and the peripheral electrode 75b, if the distance between the center electrode 75a and the peripheral electrode 75b is not long enough, then only the substrate 1 is provided. Rather, films grown by active species are deposited on the sidewalls of the center electrode 75a and the peripheral electrode 75b facing each other. For this reason, the carbon film is prevented from being deposited on the side wall of the center electrode 75a and the side wall of the peripheral electrode 75b which face each other by interposing the insulating portion 75c.

전압설정부(76)는 제어부(76a)와 가변전원(76b, 76c)을 구비하고 있다.The voltage setting section 76 includes a control section 76a and variable power supplies 76b and 76c.

제어부(76a)는 방사온도계(58)와 리드선에 의해 접속되어 있다. 제어부(76a)는 가변전원(76b, 76c)을 제어하고, 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 전압 또는 전류와, 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 전압 또는 전류를 개별로 설정하는 기능을 갖고 있다. 다른 구성은 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치와 마찬가지이다.The control unit 76a is connected to the radiation thermometer 58 by a lead wire. The controller 76a controls the variable power supplies 76b and 76c, and controls the voltage or current between the anode 51a and the center electrode 75a, and the voltage or current between the anode 51a and the peripheral electrode 75b. It has the function to set each individually. The other configuration is the same as that of the direct current plasma CVD apparatus of FIG.

도 22의 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(1)에 성막하는 경우, 플라즈마의 상승시에, 전압설정부(76)의 제어에 의해, 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 전압이 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하여, 음극(75)과 양극(51a)의 사이의 전압을 설정한다. 이러한 전압의 인가방법을 하는 것에 의해, 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이에서 플라즈마의 양광주 PC를 발생시키고, 또, 성막 초기단계에서의 아크의 발생을 예방할 수 있다.In the case where the film is formed on the substrate 1 using the DC plasma CVD apparatus of FIG. 22, when the plasma rises, the voltage between the anode 51a and the center electrode 75a is controlled by the control of the voltage setting unit 76. The voltage between the cathode 75 and the anode 51a is set to be higher than the voltage between the anode 51a and the peripheral electrode 75b. By applying such a voltage application method, the positive beam PC of plasma can be generated between the anode 51a and the center electrode 75a, and generation of an arc in the initial stage of film formation can be prevented.

이와 같이 전압 또는 전류를 인가하는 것에 의해, 기판(1)의 중앙부분의 상부에 안정된 양광주 PC가 형성된다. 그 후, 제어부(76a)는 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 전압 또는 전류값이 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 전압 미만 또는 전류값 미만으로 되도록 전압 또는 전류를 인가하고, 이것에 의해 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 온도와, 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 온도를 근사 또는 대략 일치시키고, 기판(1)에 성막을 실시한다.By applying a voltage or a current in this way, a stable positive liquor PC is formed in the upper part of the center part of the board | substrate 1. As shown in FIG. Thereafter, the controller 76a controls the voltage or current such that the voltage or current value between the anode 51a and the center electrode 75a is less than the voltage or current value between the anode 51a and the peripheral electrode 75b. Is applied to form a film on the substrate 1 by approximating or roughly matching the temperature between the anode 51a and the center electrode 75a and the temperature between the anode 51a and the peripheral electrode 75b. Is carried out.

이상과 같이, 본 실시형태에서는 음극(75)을 중앙전극(75a)과 주변전극(75b)으로 구성하고, 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 전압 또는 전류값과, 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 전압 또는 전류를 독립적으로 설정할 수 있다. 그리고, 플라즈마의 상승시에, 양극(51a)과 중앙전극(75a)의 사이의 전압이 양극(51a)과 주변전극(75b)의 사이의 전압보다 높아지도록 하고 있다. 이것에 의해, 양극(51a)과 음극(75)의 거리를 짧게 하여 양광주 PC를 형성할 수 있다. 양극(51a)과 음극(75)에 인가하는 전압이 낮아도 좋아, 아크방전이나 불꽃방전의 발생 빈도를 억제할 수 있다.As described above, in the present embodiment, the cathode 75 is composed of the center electrode 75a and the peripheral electrode 75b, and the voltage or current value between the anode 51a and the center electrode 75a, and the anode 51a. ) And the voltage or current between the peripheral electrode 75b can be set independently. When the plasma rises, the voltage between the anode 51a and the center electrode 75a is made higher than the voltage between the anode 51a and the peripheral electrode 75b. Thereby, the positive column PC can be formed by shortening the distance between the anode 51a and the cathode 75. FIG. The voltage applied to the positive electrode 51a and the negative electrode 75 may be low, so that the frequency of occurrence of arc discharge or spark discharge can be suppressed.

또, 중앙전극(75a)에 대해 흘리는 전류에 대해, 주변전극(75b)에 흘리는 전류를 적게 하여 기판(1)의 장척의 중심에 집중된 양광주 PC를 발생시키고, 그 후에, 주변전극(75b)에 부가하는 전력을 증가시켜 주변전극(75b)에 흘리는 전류를 증가시키는 것에 의해, 성막의 초기에 발생하는 국소적인 아크방전을 방지하고, 그 후에 양광주 PC를 필요한 크기로 성장시킬 수 있다.In addition, the amount of current flowing through the peripheral electrode 75b is reduced with respect to the current flowing through the center electrode 75a, so that a positive light column PC concentrated at the long center of the substrate 1 is generated. Thereafter, the peripheral electrode 75b is used. By increasing the power added to the peripheral electrode 75b to increase the current, the local arc discharge occurring at the beginning of film formation can be prevented, and then the bright wine PC can be grown to the required size.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 각종 변형이 가능하다. 그 변형예로서는 예를 들면 다음과 같은 것이 있다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. Examples of such modifications include the following.

[a] 복수의 전극으로 구성되는 음극(27, 35)의 구성은 처리 대상체로 되는 기판(1)이나 양극(11a)의 사이즈에 의해 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 도 25의 음극(90)은 중앙전극(90a)과 복수의 주변전극(90b)으로 구성되어 있다. 이 경우, 복수의 주변전극(90b)마다 양극(11a)과의 사이의 전압 또는 전류값을 개별적으로 설정해도 좋다. 중앙전극(90a)과 주변전극(90b)의 사이에는 세라믹으로 이루어 지는 절연부(90c)가 충전되어 있다. 도 26 및 도 27에 나타내지는 음극(91, 92)은 복수의 주변전극(91b, 92b)을 중앙전극(91a, 92a)과 동일한 사이즈의 원형으로 한 것이다. 각 전극(91, 92)에서는 주변전극(91b, 92b)과 중앙전극(91a, 92a)의 사이에 세라믹으로 이루어지는 절연부(91c, 92c)가 충전되어 있다.[a] The configuration of the cathodes 27 and 35 composed of a plurality of electrodes can be appropriately changed depending on the size of the substrate 1 and the anode 11a serving as the processing object. For example, the cathode 90 of FIG. 25 is composed of a central electrode 90a and a plurality of peripheral electrodes 90b. In this case, the voltage or current value between the anode 11a may be set individually for each of the plurality of peripheral electrodes 90b. An insulating part 90c made of ceramic is filled between the center electrode 90a and the peripheral electrode 90b. The cathodes 91 and 92 shown in FIGS. 26 and 27 have a plurality of peripheral electrodes 91b and 92b of the same size as the center electrodes 91a and 92a. In each of the electrodes 91 and 92, insulating portions 91c and 92c made of ceramic are filled between the peripheral electrodes 91b and 92b and the center electrodes 91a and 92a.

[b] 음극(27, 35)의 구성은 동심원형상으로 중앙전극(27a, 35a)과 주변전극(27b, 37b)을 배치했지만, 도 28에 나타내는 음극(93)과 같이, 3개의 동심원형상의 링형상의 중앙전극(93a)과, 중앙전극(93a)의 외주를 이간해서 둘러싸는 링형상의 제 1 주변전극(93b)과, 제 1 주변전극(93b)의 외주를 이간해서 둘러싸는 링형상의 제 2 주변전극(93c)을 구비해도 좋다.[b] The configurations of the cathodes 27 and 35 were arranged concentrically with the center electrodes 27a and 35a and the peripheral electrodes 27b and 37b. However, as shown in the cathode 93 shown in FIG. A ring-shaped center electrode 93a, a ring-shaped first peripheral electrode 93b surrounding the outer circumference of the center electrode 93a, and a ring-shaped space surrounding the outer circumference of the first peripheral electrode 93b The second peripheral electrode 93c may be provided.

[c] 냉각부재(12)에 대해서도 변형이 가능하다.[c] The cooling member 12 can also be modified.

도 29의 (a)는 직류 플라즈마 CVD 장치의 냉각부재(12)의 다른 변형예를 나타내는 상면도이고, 도 29의 (b)는 도 29의 (a)의 A-A선을 따른 냉각부재(12)의 개략 단면도이다. 도 30의 (a)는 도 29의 냉각부재(12)의 상면도이고, 도 30의 (b)는 도 30의 (a)의 B-B선을 따른 냉각부재(12)의 냉각시의 동작을 나타내는 개략 단면도이다. 도 29의 (a), (b)에 나타내는 플라즈마 CVD 장치에서는 냉각부재(12)에는 냉각장치(99)로부터 공급되는 냉각매체가 통과하는 관로(12a, 12b, 12c)가 형성되어 있다. 또, 냉각부재(12)의 상면(12w)에는 통기구(12x)로부터 냉각부재(12)의 측면(12z)까지 연통되는 홈(12y)이 형성되어 있다. 이 때문에, 도 30의 (b)에 나타내는 바와 같이, 냉각부재(12)의 상면(12w)이 스테이지(11)에 맞닿아도, 냉기가스는 홈(12y)과 스테이지의 간극에 생긴 유로에 의해서 화살표와 같이 이동하는 것 에 의해서 효율 좋게 통기하여 냉각할 수 있다. 또, 헬륨가스 봉입부(94)로부터 유량조절부(95)에 의해 배출 유량이 조절된 헬륨가스가 삼방밸브(98)로 송출된다. 질소가스 봉입부(96)로부터 유량조절부(97)에 의해 배출 유량이 조절된 질소가스가 삼방밸브(98)로 송출된다. 삼방밸브(98)가 열리면, 냉각된 헬륨가스 및 냉각된 질소가스 봉입부(96)로부터 유량조절부(97)에 의해 배출 유량이 조절된 질소가스가 삼방밸브(98)로 송출된다. 삼방밸브(98)가 열리면, 냉각된 헬륨가스 및 냉각된 질소가스가 통기구(12x)를 통해 스테이지(11)의 맞닿음면에 내뿜어 기판(1)을 냉각할 수 있다.FIG. 29A is a top view showing another modified example of the cooling member 12 of the DC plasma CVD apparatus, and FIG. 29B is a cooling member 12 along the line AA of FIG. 29A. It is a schematic cross section of. FIG. 30A is a top view of the cooling member 12 of FIG. 29, and FIG. 30B shows an operation during cooling of the cooling member 12 along the line BB of FIG. 30A. It is a schematic cross section. In the plasma CVD apparatuses shown in FIGS. 29A and 29B, the cooling members 12 are provided with conduits 12a, 12b, and 12c through which the cooling medium supplied from the cooling apparatus 99 passes. Moreover, the groove | channel 12y which communicates from the vent 12x to the side surface 12z of the cooling member 12 is formed in the upper surface 12w of the cooling member 12. As shown in FIG. For this reason, as shown to FIG. 30 (b), even if the upper surface 12w of the cooling member 12 abuts on the stage 11, cold gas will flow by the flow path which arose in the clearance gap between the groove 12y and the stage. By moving as shown by the arrow, it can be efficiently aerated and cooled. Moreover, helium gas from which the discharge flow rate was adjusted by the flow volume control part 95 is sent from the helium gas sealing part 94 to the three-way valve 98. FIG. The nitrogen gas in which the discharge flow rate was adjusted by the flow rate adjusting part 97 from the nitrogen gas encapsulation part 96 is sent out to the three-way valve 98. When the three-way valve 98 is opened, the nitrogen gas whose discharge flow rate is adjusted by the flow rate adjusting part 97 from the cooled helium gas and the cooled nitrogen gas encapsulation part 96 is sent to the three-way valve 98. When the three-way valve 98 is opened, the cooled helium gas and the cooled nitrogen gas may be blown out to the contact surface of the stage 11 through the vent 12x to cool the substrate 1.

[제 9 실시형태][Ninth Embodiment]

도 31은 본 발명의 제 9 실시형태에 관한 플라즈마 CVD 장치이 개요를 나타내는 구성도이다.31 is a configuration diagram showing an outline of a plasma CVD apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.

이 직류 플라즈마 CVD 장치는 처리 대상의 기판(101)의 표면에 막을 형성하는 장치이며, 반응조인 챔버(110)를 구비하고 있다. 챔버(110)는 기판(101)을 외기로부터 차단한다.This DC plasma CVD apparatus is an apparatus which forms a film on the surface of the board | substrate 101 to be processed, and has the chamber 110 which is a reaction tank. The chamber 110 blocks the substrate 101 from the outside air.

챔버(110) 내에는 원주형상의 강제의 스테이지(111)가 배치되고, 스테이지(111)의 상부의 전극 탑재면(111a)에 원판형상의 양극(112)이 탑재되어 있다. 양극(112)의 상측의 기판 탑재면(112a)에 예를 들면 직사각형의 기판(101)이 탑재된다. 양극(112)은 그래파이트로 형성되고, 그 표면의 산술평균 조도 Ra는 5㎛ 정도이다.In the chamber 110, a columnar forced stage 111 is disposed, and a disk-shaped anode 112 is mounted on the electrode mounting surface 111a on the upper portion of the stage 111. For example, a rectangular substrate 101 is mounted on the substrate mounting surface 112a on the upper side of the anode 112. The anode 112 is formed of graphite, and the arithmetic mean roughness Ra of the surface thereof is about 5 µm.

양극(112)의 외주면은 석영유리 등의 절연체로 구성된 링(114)으로 둘러싸여 있다. 스테이지(111), 양극(112) 및 링(114)은 축(111x)을 중심으로 하여 회전하도록 설정되어 있다.The outer circumferential surface of the anode 112 is surrounded by a ring 114 made of an insulator such as quartz glass. The stage 111, the anode 112, and the ring 114 are set to rotate about the axis 111x.

양극(112)의 하측의 스테이지(111)에는 폐색된 원주형상의 공간(111b)이 설치되고, 스테이지(111)의 전극 탑재면(111a)의 부분이 판형상으로 되어 있다.In the stage 111 below the anode 112, a closed cylindrical space 111b is provided, and a portion of the electrode mounting surface 111a of the stage 111 has a plate shape.

스테이지(111)의 공간(111b)에는 기둥형상의 냉각부재(113)가 배치되어 있다. 냉각부재(113)는 기판(101)을 필요에 따라 냉각하기 위해 설치된 것이며, 동 등의 열전도성이 높은 금속으로 형성되어 있다. 냉각부재(113)는 도시하지 않은 이동기구에 의해 화살표와 같이 상하로 이동하는 구조로 되어 있다.The columnar cooling member 113 is disposed in the space 111b of the stage 111. The cooling member 113 is provided in order to cool the board | substrate 101 as needed, and is formed with the metal of high thermal conductivity, such as copper. The cooling member 113 is structured to move up and down like an arrow by a moving mechanism (not shown).

냉각부재(113)의 상단면은 스테이지(111)의 전극 탑재면(111a)과는 반대측의 면(이하, 이 면을 이면이라 함)(111c)에 대향하는 대향면(113)이며, 외경이 크게 되어 있다. 냉각부재(113)가 위쪽으로 이동하는 것에 의해, 대향면(113a)이 스테이지(111)의 이면(111c)에 근접하도록 혹은 맞닿도록 대향한다.The upper surface of the cooling member 113 is an opposing surface 113 opposite to the surface (hereinafter referred to as the rear surface) 111c on the side opposite to the electrode mounting surface 111a of the stage 111, and the outer diameter is It is large. By moving the cooling member 113 upward, the opposing surface 113a opposes to approach or abut the back surface 111c of the stage 111.

냉각부재(113)의 내부에는 냉각된 물 혹은 염화칼슘 수용액 등의 냉각매체를 흘리는 유로(113b)가 형성되어 있다. 유로(113b)는 냉각부재(113)의 측면으로부터 대향면(113a)의 근방을 통과하고, 재차 냉각부재(113)의 측면에 도달해 있다. 유로(113b)는 관로(113c, 113d)를 통해 냉각기(115)와 접속되고, 냉각매체가 냉각기(115)에 의해 냉각되어, 유로(113b)와 냉각기(115)의 사이를 순환하여 흐른다.Inside the cooling member 113, a flow passage 113b for flowing a cooling medium such as cooled water or an aqueous calcium chloride solution is formed. The flow path 113b passes through the vicinity of the opposing surface 113a from the side surface of the cooling member 113, and reaches the side surface of the cooling member 113 again. The flow passage 113b is connected to the cooler 115 through the conduits 113c and 113d, and the cooling medium is cooled by the cooler 115 to circulate between the flow passage 113b and the cooler 115.

냉각부재(113)의 대향면(113a)의 중앙에는 통기구(113e)가 개구되어 있다. 통기구(113e)는 냉각부재(113)의 아래쪽의 측면에 관통되어 있다. 냉각부재(113)의 아래쪽의 측면에 있어서 통기구(113e)는 관로(116)와 접속되어 있다. 관 로(116)는 밸브(117) 및 유량조정기(118)를 통해 봄베(119)에 접속되어 있다. 봄베(119)에는 냉각가스로서의 헬륨가스 혹은 질소가스 등이 봉입되어 있다. 냉각가스는 공간(111b) 내에 충만되지만, 양극(112)의 기판 탑재면(112a)측에 충만되는 일은 없다.The vent 113e is opened in the center of the opposing surface 113a of the cooling member 113. The vent 113e penetrates through the lower side of the cooling member 113. On the lower side of the cooling member 113, the air vent 113e is connected to the conduit 116. The pipeline 116 is connected to the cylinder 119 via a valve 117 and a flow regulator 118. The cylinder 119 is filled with helium gas or nitrogen gas as a cooling gas. The cooling gas is filled in the space 111b but is not filled in the substrate mounting surface 112a side of the anode 112.

이와 같이, 냉각부재(113)에는 냉각매체에 의해서 스테이지(111)를 냉각하는 기구 뿐만 아니라, 통기구(113e)로부터 냉각가스를 스테이지(111)에 내뿜어 스테이지(111)를 냉각하는 기구를 구비하고 있다. 그 때문에, 양극(112) 및 기판(101)을 냉각하는 경우에, 대향면(113a)을 스테이지(111)의 이면(111c)에 부분적 또는 전체적으로 맞닿는 방법이나, 대향면(113a)을 이면(111c)에 근접시켜 냉각가스를 스테이지(111)에 내뿜어 스테이지(111)를 냉각하는 방법이나, 그 양쪽 어느 하나를 선택할 수 있다.Thus, the cooling member 113 is equipped with not only the mechanism which cools the stage 111 with a cooling medium, but also the mechanism which cools the stage 111 by blowing out cooling gas to the stage 111 from the vent 113e. . Therefore, in the case where the anode 112 and the substrate 101 are cooled, a method in which the opposing surface 113a partially or entirely contacts the back surface 111c of the stage 111 or the opposing surface 113a is the back surface 111c. ) And a method of cooling the stage 111 by blowing a cooling gas to the stage 111, or both.

양극(112)의 기판 탑재면(112a)에 대향하도록, 음극(120)이 지지되어 있다. 음극(120)과 양극(112)의 사이에는 플라즈마를 발생시키기 위한 전압을 인가하는 전원(121)이 접속되어 있다.The cathode 120 is supported so as to face the substrate mounting surface 112a of the anode 112. A power source 121 for applying a voltage for generating a plasma is connected between the cathode 120 and the anode 112.

챔버(110)의 음극(120)보다 높은 위치에는 도시하지 않은 원료가스계로부터 공급된 원료가스를 챔버(110) 내에 도입하는 가스도입관(122)이 설치되어 있다. 챔버(110)의 바닥부에는 원료가스를 배출하는 가스배기관(123)이 설치되어 있다.At a position higher than the cathode 120 of the chamber 110, a gas introduction pipe 122 for introducing a source gas supplied from a source gas system (not shown) into the chamber 110 is provided. At the bottom of the chamber 110, a gas exhaust pipe 123 for discharging raw material gas is installed.

가스도입관(122) 및 가스배기관(123)은 챔버(110)에 설치된 구멍을 각각 통과하고, 각 구멍과 가스도입관(122) 및 가스배기관(123)의 외주의 사이는 시일재로 밀봉되어 챔버(110) 내의 기밀성이 확보되어 있다. 가스배기관(123)에는 원료가스 를 가스배기관(123)으로부터 배출하여 챔버(110)내의 기압을 조정하는 도시하지 않은 배기계가 접속되어 있다.The gas introduction pipe 122 and the gas exhaust pipe 123 pass through holes provided in the chamber 110, respectively, and are sealed between the holes and the outer circumference of the gas introduction pipe 122 and the gas exhaust pipe 123 with a sealing material. The airtightness in the chamber 110 is ensured. The gas exhaust pipe 123 is connected with an exhaust system (not shown) for discharging the source gas from the gas exhaust pipe 123 to adjust the air pressure in the chamber 110.

챔버(110)의 측면에 챔버(110)의 내부를 관찰하기 위한 창(125)을 형성해도 좋다. 이 경우, 창(125)에는 내열성 유리가 끼워 넣어져, 챔버(110) 내의 기밀성이 확보된다. 챔버(110)의 외측에 창(125)의 내열유리를 통해 기판(101)의 온도를 측정하기 위한 분광 방사 휘도계(126)가 배치된다.The window 125 for observing the inside of the chamber 110 may be formed on the side surface of the chamber 110. In this case, heat resistant glass is inserted into the window 125, and the airtightness in the chamber 110 is ensured. Outside the chamber 110, a spectroradiometer is arranged for measuring the temperature of the substrate 101 through the heat-resistant glass of the window 125.

이 직류 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 기판(101)에 성막을 실행하는 경우에는 처음에, 기판(101)을 양극(112)의 기판 탑재면(112a) 상에 탑재한다. 기판(101)의 탑재가 완료되면, 다음에 챔버(110) 내를 배기계를 이용하여 감압하고, 계속해서 가스도입관(122)으로부터 원료가스를 챔버(110) 내에 도입한다. 원료가스는 성막의 재료로 되는 메탄 등의 반응가스와, 성막의 성막재료로 되지 않는 수소 등의 매트릭스가스(캐리어가스)와 소정의 비율로 혼합된 것이다. 예를 들면 그래파이트나 다이아몬드 미립자 등의 탄소막을 기판(101)에 성막하는 경우, 반응가스는 탄소를 함유하는 화합물의 가스로 된다.In the case where film formation is performed on the substrate 101 using this DC plasma CVD apparatus, the substrate 101 is first mounted on the substrate mounting surface 112a of the anode 112. When the mounting of the substrate 101 is completed, the chamber 110 is then decompressed using an exhaust system, and then source gas is introduced into the chamber 110 from the gas introduction pipe 122. The source gas is mixed at a predetermined ratio with a reaction gas such as methane, which is a material for film formation, and a matrix gas (carrier gas), such as hydrogen, that is not, a film material for film formation. For example, when a carbon film such as graphite or diamond fine particles is formed on the substrate 101, the reaction gas is a gas of a compound containing carbon.

원료가스의 도입량 및 배기량을 조절하고, 챔버(110) 내의 기압을 소정값 혹은 소정값으로부터의 어긋남이 허용범위에 들어가도록 설정한다. 또, 스테이지(111)를 예를 들면 10rpm으로 회전시켜 기판(101) 및 양극(112)을 회전시킨다. 이 상태에서, 양극(112)과 음극(120) 사이에 직류전압을 인가하고, 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마가 발생하면, 플라즈마에 의해 반응가스로부터 활성종이 생성되어 기판(101)으로의 성막이 개시된다. 기판(101) 및 양극(112)을 회전시키는 것 에 의해, 기판(101)의 위치에 의한 온도 불균일이 작아지고, 기판(101) 상에서의 성막의 불균일이 방지된다.The introduction amount and the exhaust amount of the source gas are adjusted, and the air pressure in the chamber 110 is set so that the deviation from the predetermined value or the predetermined value falls within the allowable range. The substrate 111 and the anode 112 are rotated by rotating the stage 111 at, for example, 10 rpm. In this state, a DC voltage is applied between the anode 112 and the cathode 120 to generate a plasma. When plasma is generated, active species are generated from the reaction gas by the plasma, and film formation on the substrate 101 is started. By rotating the substrate 101 and the anode 112, the temperature nonuniformity due to the position of the substrate 101 becomes small, and the nonuniformity of film formation on the substrate 101 is prevented.

성막에 의한 기판(101)의 온도 상승을 억제하여 원하는 막질을 확보하기 위해, 혹은 성막 도중에 기판(101)의 온도를 변화시켜 막질을 변화시키기 위해, 냉각부재(113)에 조립된 냉각기구를 적절히 선택하여 사용한다. 즉, 냉각기(115)에서 냉각된 냉각매체를 냉각부재(113)의 유로(113b)에 흘리면서, 대향면(113a)을 이면(111c)에 맞닿게 해도 좋고, 대향면(113a)을 이면(111c)에 근접시켜 냉각가스를 이면(111c)에 내뿜어도 좋으며, 유로(113b)에 냉각매체를 흘리면서, 대향면(113a)의 일부를 이면(111c)에 맞닿게 하여 냉각가스를 이면(111c)에 내뿜어도 좋다.In order to suppress the temperature rise of the substrate 101 due to the film formation and to secure desired film quality, or to change the film quality by changing the temperature of the substrate 101 during the film formation, a cooling mechanism assembled to the cooling member 113 is appropriately used. Select and use. That is, while the cooling medium cooled by the cooler 115 flows to the flow path 113b of the cooling member 113, the opposing surface 113a may contact the back surface 111c, and the opposing surface 113a may be the back surface 111c. ) And the cooling gas may be blown out on the back surface 111c, and a part of the opposing surface 113a is brought into contact with the back surface 111c while the cooling medium flows through the flow path 113b. You may flush.

분광방사 휘도계(126)에 의해 기판(101)의 표면온도를 측정할 수 있으므로, 플라즈마에 의한 기판(101)의 표면 온도에 따라, 기판(101)의 냉각 타이밍이나 양극(112) 및 음극(120)간에 인가하는 전압이 제어 가능하다.Since the surface temperature of the substrate 101 can be measured by the spectroradiometer 126, the cooling timing of the substrate 101, the anode 112 and the cathode (in accordance with the surface temperature of the substrate 101 by plasma). The voltage applied between 120 can be controlled.

성막이 개시되고 나서 소정시간이 경과하고, 성막이 종료 단계로 되었을 때, 양극(112)과 음극(120)의 사이의 전압의 인가를 정지하고, 계속해서 원료가스의 공급을 정지하며, 퍼지가스로서 질소가스를 챔버(110) 내에 공급하여 상압으로 복귀시킨 후, 기판(101)을 꺼낸다.When a predetermined time elapses from the start of film formation, and when the film formation is in the end stage, the application of the voltage between the anode 112 and the cathode 120 is stopped, and the supply of source gas is subsequently stopped, and the purge gas is stopped. As a result, nitrogen gas is supplied into the chamber 110 to return to normal pressure, and then the substrate 101 is taken out.

다음에, 이 직류 플라즈마 CVD 장치의 이점을 설명한다.Next, the advantages of this DC plasma CVD apparatus will be described.

기판(101)에 성막을 실행하면, 기판(101), 양극(112) 및 음극(120)은 양극(112)과 음극(120)의 사이에 발생하는 플라즈마에 노출되는 것에 의해서 가열된다. 기판(101)에 부가된 에너지의 일부는 열복사에 의해서도 챔버(110)에 전달되 지만, 그의 대부분은 기판(101)으로부터 양극(112) 및 스테이지(111), 또한 스테이지(111)를 통해 냉각부재(113)로 전달되고, 부가되는 전열량과 확산하는 전열량이 밸런스를 취함으로써, 기판(101)의 온도는 일정하게 유지된다.When film formation is performed on the substrate 101, the substrate 101, the anode 112, and the cathode 120 are heated by being exposed to a plasma generated between the anode 112 and the cathode 120. Some of the energy added to the substrate 101 is transferred to the chamber 110 by heat radiation, but most of the energy is transferred from the substrate 101 through the anode 112 and the stage 111, and also through the stage 111. The temperature of the substrate 101 is kept constant by balancing the amount of heat transmitted and the amount of heat transmitted and the amount of heat transmitted to 113.

여기서, 양극(112)을 그래파이트로 구성한 경우(이하, 이 전극을 그래파이트 전극이라 함)와, 몰리브덴으로 구성한 경우(이하, 이 전극을 몰리브덴 전극이라 함)에서 성막을 실행하고, 그 비교를 실행하였다.Here, film formation was performed in the case where the anode 112 was made of graphite (hereinafter, referred to as a graphite electrode), and in the case of being made of molybdenum (hereinafter, referred to as a molybdenum electrode), and the comparison was performed. .

성막 조건은 그래파이트 전극 및 몰리브덴 전극의 어느 경우도, 반응가스의 메탄의 유량을 50sccm, 매트릭스가스의 수소의 유량을 500sccm으로 한 원료가스를 챔버(110) 내에 도입하고, 배기 속도를 조절함으로써 전체 압력을 999.32Pa로 유지하였다. 또, 음극(120)과 그래파이트 전극 및 몰리브덴 전극의 사이의 전류밀도가 0.15A/㎠(전류/전극면적)로 되도록 전력을 인가하고, 플라즈마를 발생시켰다.In the film forming conditions, for both the graphite electrode and the molybdenum electrode, the source pressure having the flow rate of methane of the reaction gas of 50 sccm and the flow rate of hydrogen of the matrix gas of 500 sccm was introduced into the chamber 110, and the exhaust pressure was adjusted to control the overall pressure. Was maintained at 999.32 Pa. Further, electric power was applied to generate a plasma so that the current density between the cathode 120 and the graphite electrode and the molybdenum electrode was 0.15 A / cm 2 (current / electrode area).

몰리브덴 전극의 표면의 산술평균 조도 Ra는 1.5㎛이고, 벌크의 이동에 의한 열전도율 λ는 132W·m-1·k-1이었다. 양극(112)으로 한 그래파이트의 표면의 산술평균 조도 Ra는 5㎛이고, 벌크의 열전도율 λ는 120W·m-1·k-1이었다.Arithmetic mean roughness Ra of the surface of the molybdenum electrode was 1.5 micrometers, and thermal conductivity (lambda) by the movement of a bulk was 132 W * m <-1> k <-1> . The arithmetic mean roughness Ra of the surface of the graphite made of the anode 112 was 5 µm, and the thermal conductivity λ of the bulk was 120 W · m −1 · k −1 .

기판(101)에는 두께 0.5㎜의 실리콘을 사용하고, 기판(101)의 온도를 변화시키기 위해, 성막개시 시각으로부터 약 2시간까지는 도 31의 대향면(113a)과 스테이지(111)의 이면(111c)의 거리 x를 60㎜로 하였다. 이 동안, 그래파이트 전극을 이용한 플라즈마 CVD 장치에서는 기판(101) 상에 곡면을 이루는 꽃잎형상(부채형상)의 복수의 탄소 박편이 기립하면서 서로 랜덤한 방향으로 연결되어 구성되는 카본 나노 월이 성막되었다. 각 탄소 박편은 격자간격이 0.34㎚인 수층∼수십층의 그라펜 시트이었다. 그 이후에는 거리 x를 0.5㎜로 근접시켰다. 그리고, 스테이지(111)의 하측의 공간(111b)에 냉각가스로서의 헬륨가스를, 통기구(113e)를 통해 500sccm으로 도입함으로써 기판(101)의 온도를 하강시켰다. 이 동안, 그래파이트 전극을 이용한 플라즈마 CVD 장치에서는 기판(101) 상의 카본 나노 월 상에, 입경이 나노미터 수치(1㎛ 미만)인 복수의 미결정 다이아몬드 미립자를 포함하는 층인 미결정 다이아몬드막이 퇴적되고, 미결정 다이아몬드 미립자의 성장과 함께 주로 카본 나노 월의 일부가 성장하고, 미결정 다이아몬드막의 간극을 관통하고, 미결정 다이아몬드막의 표면으로부터 돌출되어 있는 침형상의 탄소봉이 형성되었다. 이 탄소봉은 내부까지 탄소가 형성되어 있고, 카본 나노 튜브와 같이 얇은 탄소층에서 내부가 공동으로 되도록 형성된 통형상 구조체가 아니라, 강직(剛直)이며, 카본 나노 월로부터 성장하고 있으므로 기계 강도가 강하다.Silicon having a thickness of 0.5 mm is used for the substrate 101, and in order to change the temperature of the substrate 101, the opposing surface 113a of FIG. 31 and the back surface 111c of the stage 111 are formed from about the deposition time of about 2 hours. ), The distance x was 60 mm. In the meantime, in the plasma CVD apparatus using the graphite electrode, a plurality of carbon flakes in the shape of petals (liquids) forming a curved surface stand on the substrate 101, and carbon nanowalls formed by connecting in a random direction are formed. Each carbon flake was a graphene sheet of several layers to several ten layers having a lattice spacing of 0.34 nm. Thereafter, the distance x was approached to 0.5 mm. The temperature of the substrate 101 was lowered by introducing helium gas as a cooling gas into the space 111b below the stage 111 at 500 sccm through the air vent 113e. In the plasma CVD apparatus using a graphite electrode, a microcrystalline diamond film, which is a layer containing a plurality of microcrystalline diamond particles having a particle diameter of nanometer (less than 1 μm), is deposited on a carbon nanowall on the substrate 101, and microcrystalline diamond is deposited. With the growth of the fine particles, part of the carbon nanowall grew mainly, and needle-shaped carbon rods were formed that penetrated the gap between the microcrystalline diamond film and protruded from the surface of the microcrystalline diamond film. This carbon rod is not a cylindrical structure in which carbon is formed to the inside, and is formed so that the inside becomes hollow in a thin carbon layer such as a carbon nanotube, but is rigid and grows from the carbon nanowall, so that the mechanical strength is strong.

기판(101)의 온도 계측에는 분광방사 휘도계(126)를 이용하고, 기판(101)으로부터의 적외 복사 강도를 분광 측정하고, 회색체 근사를 적용하여 기판(101)의 온도, 및 방사율을 평가하였다.A spectroradiometer is used to measure the temperature of the substrate 101, spectroscopically measures the infrared radiation intensity from the substrate 101, and evaluates the temperature and the emissivity of the substrate 101 by applying a gray body approximation. It was.

도 32는 양극(112)의 차이에 의한 기판(101)의 측정온도를 나타내는 그래프이다.32 is a graph showing the measurement temperature of the substrate 101 due to the difference between the anodes 112.

도 32에 나타내는 바와 같이, 어느 쪽의 전극에 있어서도, 성막개시 30분 이내에 기판(101)의 온도가 최고점에 달하고, 그 후, 전류밀도 일정의 상태에서 기판(101)의 온도가 하강 경향을 나타내고 있다. 이러한 기판(101)의 온도가 하강 경향을 갖는 이유는 기판(101)에 그라펜 시트의 집합체인 카본 나노 월이 퇴적되어 감으로써, 기판(101)의 상면의 방사율이 상승하고, 기판(101)의 표면으로부터 챔버 내로의 복사에 의한 전열량이 증대해 가기 때문이다. 또한, 카본 나노 월이 기판(101) 상에 성막되는 것에 의해서 기판(101)의 방사율이 일정값에 도달한 후에는 기판(101)의 온도는 안정되어 있다. 이러한 현상은 기판(101)의 온도가 900℃를 초과하는 바와 같은 CVD에 의한 성막시에는 기판(101)의 온도에 대해 주변의 방사율이 크게 영향을 주는 것을 나타내고 있다.As shown in Fig. 32, the temperature of the substrate 101 reaches the highest point within 30 minutes at the start of film formation in either of the electrodes, and thereafter, the temperature of the substrate 101 shows a tendency to fall in a state of constant current density. have. The reason why the temperature of the substrate 101 tends to decrease is that carbon nanowalls, which are aggregates of graphene sheets, are deposited on the substrate 101, so that the emissivity of the upper surface of the substrate 101 increases, and the substrate 101 This is because the amount of heat transfer due to radiation from the surface of the to the chamber increases. In addition, the temperature of the substrate 101 is stabilized after the emissivity of the substrate 101 reaches a constant value by depositing the carbon nanowall on the substrate 101. This phenomenon indicates that the peripheral emissivity greatly affects the temperature of the substrate 101 during the film formation by CVD such that the temperature of the substrate 101 exceeds 900 ° C.

전극에 의한 기판(101)의 온도를 비교하면, 기판(101)의 온도가 크게 변동하는 초기성막 영역에 있어서는 그래파이트 전극 상의 기판(101)의 온도는 몰리브덴 전극 상의 그것에 대해 100℃ 이상 낮은 온도로 되었다. 또, 그 이후의 온도가 안정된 상태에서는 거리 x가 0.5㎜일 때에도, 그래파이트 전극의 기판(101)의 온도가 몰리브덴 전극의 경우의 기판(101)의 온도보다 40℃ 낮아진다.Comparing the temperature of the substrate 101 by the electrode, in the initial film formation region in which the temperature of the substrate 101 varies greatly, the temperature of the substrate 101 on the graphite electrode is lower than that on the molybdenum electrode by at least 100 ° C. . In the state where the temperature thereafter is stable, even when the distance x is 0.5 mm, the temperature of the substrate 101 of the graphite electrode is 40 ° C lower than the temperature of the substrate 101 of the molybdenum electrode.

도 33은 도 32의 로 조작에 있어서 인가 전류를 일정하게 한 상태에서 플라즈마에 인가된 전력의 변화를 나타내는 그래프이다.33 is a graph showing a change in power applied to the plasma in a state in which the applied current is made constant in the furnace operation of FIG. 32.

이 성막시에는 양극(112)과 음극(120)의 사이에 흐르는 전류밀도는 0.15A/㎠로 일정하게 되도록 제어되어 있고, 인가전압은 가스의 상태에 따라서 자동적으로 변동한다. 실제로는 전극간의 가스의 밀도가 낮을수록, 인가전압은 감소하는 경향을 갖는다. 기판(101)의 온도가 높은 몰리브덴 전극의 경우 쪽이 기판(101)이나 전극에 의해서 주위의 가스온도가 높아지고, 그만큼 밀도를 감소시키는 것으로 되기 때문에, 기판(101)의 온도가 낮은 그래파이트 전극에 대해 동일한 전류밀도를 흘리기 위한 전압은 작아진다. 이 때문에, 몰리브덴 전극의 경우에 인가되는 전력 쪽이 그래파이트 전극의 경우에 비해 항상 작아지지만, 그 변화량은 인가 전력에 대해 1.5% 이하이다.At the time of film formation, the current density flowing between the anode 112 and the cathode 120 is controlled to be constant at 0.15 A / cm 2, and the applied voltage automatically changes depending on the state of the gas. In practice, the lower the density of the gas between the electrodes, the more the applied voltage tends to decrease. In the case of the molybdenum electrode having a high temperature of the substrate 101, the surrounding gas temperature is increased by the substrate 101 and the electrode, and the density is reduced accordingly, so that the graphite electrode having the low temperature of the substrate 101 is reduced. The voltage for flowing the same current density becomes smaller. For this reason, the power applied in the case of the molybdenum electrode is always smaller than in the case of the graphite electrode, but the amount of change is 1.5% or less with respect to the applied power.

이러한 인가 전력이 거의 변화하지 않음에도 불구하고, 기판(101)의 온도가 항상 몰리브덴 전극과 그래파이트 전극에서 100℃의 차가 생기는 원인은 이 온도영역에 있어서 그래파이트 전극 쪽이 몰리브덴 전극보다 열을 배출하기 쉽게 되어 있기 때문이다. 몰리브덴에 대해 열전도율이 작고 또한 표면이 거친 그래파이트 전극 쪽이 열을 배출하기 쉬운 경향을 갖는 것은 양자의 전극에 있어서 접촉에 의한 열전도보다 열복사에 의한 열전도의 기여가 크게 되어 있기 때문으로 설명할 수 있다. 접촉 열저항이 크기 때문에 전극재료 자체의 열전도율이 의미를 이루지 않으면 0.9 이상의 방사율을 갖는 그래파이트에 대해, 몰리브덴은 표면에 의한 반사를 위해 0.3 정도의 방사율 밖에 갖지 않기 때문에, 그래파이트 전극 쪽이 기판(101)의 온도가 작아지는 것을 용이하게 설명할 수 있다.Although the applied power hardly changes, the reason why the temperature of the substrate 101 is always 100 degrees Celsius between the molybdenum electrode and the graphite electrode is that the graphite electrode is more likely to dissipate heat than the molybdenum electrode in this temperature range. Because it is. The reason that the thermal conductivity of molybdenum is small and the surface of the graphite electrode having a rough surface tends to dissipate heat can be explained by the fact that the contribution of thermal conductivity by heat radiation is greater than that of contact in both electrodes. If the thermal conductivity of the electrode material itself is not significant because of the high contact thermal resistance, for molybdenum having an emissivity of 0.9 or more, since molybdenum has only an emissivity of about 0.3 for reflection by the surface, the graphite electrode is on the substrate 101. It can be easily explained that the temperature of?

또, 기판(101)의 온도가 높을 때일수록 몰리브덴 전극과 그래파이트 전극의 사이의 온도차가 더욱 크게 되는 경향은 접촉에 의한 열전도가 온도차에 비례해서 전열량이 변화하는 것에 대해, 열복사에서는 절대온도의 4승에 비례해서 전열량이 커지기 때문에, 기판(101)의 온도가 높아질수록 급격하게 방출되는 전열량이 증대하여 온도가 높아지기 어렵게 되는 것과 대응하고 있다. 이들로부터도 성막 중의 열전도에 있어서는 열복사의 비율이 큰 것이 시사된다.In addition, the higher the temperature of the substrate 101 is, the larger the temperature difference between the molybdenum electrode and the graphite electrode is. The heat conduction caused by the contact changes in proportion to the temperature difference. Since the heat transfer amount increases in proportion to the power, the heat transfer amount suddenly increased as the temperature of the substrate 101 increases, which corresponds to the difficulty in increasing the temperature. These also suggest that the ratio of heat radiation is large in the heat conduction in film-forming.

여기서, 각 전열방식에 의한 전열양의 추측을 실행하기 위해, 표면 조도 Ra 의 양극의 위에 경면 연마된 기판을 설치했을 때를 고려한다. 표면 y를 기판의 이면, 표면 z를 양극의 표면으로 하고, 기판의 이면 y가 경면으로 하면 양극의 표면 조도 Ra에 비해 대략 평면으로 할 수 있으므로, 접촉에 의한 전열은 길이가 Ra인 양극의 돌기를 통해 전달되는 것으로 고려된다. 이 경우, 기판(101)의 온도를 T1, 양극 온도를 T2로 했을 때, 접촉에 의해서 기판으로부터 양극의 사이에 흐르는 단위면적당의 전열량 Wt1Here, in order to perform the estimation of the heat transfer amount by each heat transfer method, the case where the mirror-polished board | substrate is provided on the anode of surface roughness Ra is considered. If the surface y is the back surface of the substrate and the surface z is the surface of the anode, and the surface y of the substrate is the mirror surface, the surface roughness Ra of the anode can be roughly flat compared to the surface roughness Ra of the anode. It is considered to be delivered through. In this case, when the temperature of the substrate 101 is T 1 and the anode temperature is T 2 , the heat transfer amount W t1 per unit area flowing between the substrate and the anode by contact is

Figure 112007092848237-pat00001
Figure 112007092848237-pat00001

으로 나타낼 수 있다. 단, λ는 양극 재료의 열전도율, r은 기판(101)과 양극(112)의 사이의 외관상의 접촉면적에 대한 기판(101)과 양극(112)의 사이의 진실 접촉면적의 비율, Ra는 표면의 산술 평균 조도이다. 더욱 정확한 식에는 기판(101)과 양극(112)의 사이의 간격에 대해 보정항이 도입되지만, 본건에서는 개산(槪算)하는 것이 목적이므로 이것은 생략한다.It can be represented as Where λ is the thermal conductivity of the anode material, r is the ratio of the true contact area between the substrate 101 and the anode 112 to the apparent contact area between the substrate 101 and the anode 112, and Ra is the surface Arithmetic mean roughness of. In a more accurate equation, a correction term is introduced for the gap between the substrate 101 and the anode 112, but this is omitted since it is for the purpose of approximation.

상술한 고체끼리의 접촉에 의한 전열 이외에, 기판(101)-양극(112)간의 간극의 기체를 통해 전달되는 열전도가 있다. 온도가 다른 평행이평판 사이에 있는 정지(靜止)층을 통한 열전도로 단순화해서 고려했을 때, 도 32에 나타내는 데이타를 얻었을 때의 플라즈마 CVD에서 일반적으로 실행되는 0.1기압 이하의 분위기하에 있어서, 평균 자유 행로는 기판의 이면측의 표면조도보다 충분히 크다고 간주할 수 있으므로, 전열은 자유 분자 열전도로 고려할 수 있다. 또, 이 때, 전열량 Wg1In addition to the heat transfer by the contact between the solids described above, there is a heat conduction transferred through the gas in the gap between the substrate 101 and the anode 112. In consideration of the heat conduction through the stationary layer between the parallel plates having different temperatures, the average value in an atmosphere of 0.1 atm or less generally performed in plasma CVD when the data shown in FIG. 32 is obtained. Since the free path can be considered sufficiently larger than the surface roughness on the back side of the substrate, the heat transfer can be considered as a free molecular heat conduction. At this time, the heat amount W g1 is

Figure 112007092848237-pat00002
Figure 112007092848237-pat00002

로 나타낼 수 있다. 여기서, ∧: 자유 분자 열전도율, α: 적응계수, p: 압력, γ : 비열비, k: 볼츠만 정수, m : 기체분자의 질량이다. 개산을 위한 간략화로서 적응계수를 가장 큰 1로 하고, 비열비를 7/5, 기체분자의 질량을 플라즈마의 주요 가스인 수소분자의 3.3×10-27㎏로 하여 계산한다. It can be represented as. Where: 자유: free molecular thermal conductivity, α: adaptive coefficient, p: pressure, γ: specific heat ratio, k: Boltzmann constant, and m: mass of gas molecules. For the sake of simplicity, the adaptation coefficient is calculated to be 1, the specific heat ratio is 7/5, and the mass of gas molecules is 3.3x10 -27 kg of hydrogen molecules, which are the main gases of plasma.

마지막으로, 복사에 의한 전열량을 살펴본다. 양극을 무한평행평판으로 고려했을 때, 면 y로부터 면 z에 열복사에 의해서 전달되는 전열량 Wr1Finally, look at the heat transfer by radiation. Considering the anode as an infinite parallel plane, the heat transfer W r1 transferred by heat radiation from plane y to plane z is

Figure 112007092848237-pat00003
Figure 112007092848237-pat00003

으로 나타내진다. 여기서, ε1, ε2는 각각 면 y, 면 z의 방사율, σ는 스테판 볼츠만 계수(5.67×10-8Wm-2K-4)이다.It is represented by Here, ε 1 and ε 2 are the emissivity of plane y and plane z, respectively, and σ is the Stefan Boltzmann coefficient (5.67 × 10 -8 Wm -2 K -4 ).

이들 3개의 전열의 메커니즘에 대해, 기판으로 되는 실리콘의 방사율을 0.6, 몰리브덴의 방사율을 0.3, 그래파이트의 방사율을 0.9, 기판(101)과 양극(112)의 사이의 외관상의 접촉면적에 대한 기판(101)과 양극(112)의 사이의 진실 접촉면적의 비율을 1/100000, 기판온도가 920℃이고, 양극온도 860℃에서 기판면적 □30㎜인 경우의 전열량의 계산을 실행하면, 몰리브덴 전극에서는 기판(101)과의 접촉 열전도가 약 5W, 몰리브덴 전극과 기판의 사이의 자유분자에 의한 열전도가 약 10W, 열복사에 의한 가열이 약 5W로 되는 것에 반해, 그래파이트 전극에서는 기판과의 접촉 열전도가 약 1W, 그래파이트 전극과 기판(101)의 사이의 자유분자에 의한 열전도가 약 10W, 열복사에 의한 가열이 약 11W로 된다. 이와 같이, 계면에 응력이 인가되지 않고 r이 매우 작은 값으로 될 때, r에 의존하지 않는 열복사, 자유분자 열전도에 의한 전열의 비율이 높아진다.For these three electrothermal mechanisms, the emissivity of silicon to be the substrate is 0.6, the emissivity of molybdenum is 0.3, the emissivity of graphite is 0.9, and the substrate is in contact with the apparent contact area between the substrate 101 and the anode 112 ( Molybdenum electrode is calculated by calculating the heat transfer amount when the ratio of true contact area between 101) and anode 112 is 1/100000, substrate temperature is 920 ° C, and substrate area is □ 30 mm at anode temperature of 860 ° C. In the thermal contact with the substrate 101 is about 5W, the thermal conductivity between the molybdenum electrode and the substrate is about 10W, the heating by heat radiation is about 5W, whereas in the graphite electrode, the contact thermal conductivity with the substrate is About 1W, the thermal conductivity of the free molecules between the graphite electrode and the substrate 101 is about 10W, and the heating by heat radiation is about 11W. In this way, when stress is not applied to the interface and r becomes a very small value, the ratio of heat radiation not dependent on r and heat transfer due to free molecule thermal conduction increases.

이와 같이 r이 작은 경우에, 플라즈마로부터 기판으로의 전열이 일정한 경우를 고려한다. 기판과 양극의 사이의 외관상의 접촉면적에 대한 기판과 양극의 사이의 진실 접촉면적의 비율 r이 배치어긋남에 의해 불균일되어도, r의 절대값이 작기 때문에 기판으로부터 양극에 전달되는 전열량의 변화는 복사에 의한 전열에는 거의 의존하지 않고, r에 비례해서 변화하는 접촉에 의한 전열량만을 변화시키게 된다. 이 때, 복사에 의한 전열의 기여가 클수록, 접촉에 의한 전열량의 변화의 대부분은 (T1 4-T2 4)에 비례해서 변화하기 때문에 온도변화에 대해 전열량 변화가 크고, 복사에 의한 전열량의 변화에 의해서 보충되고, 상대적으로 T1의 변화량을 작게 할 수 있다. 이와 같이, 복사에 의한 열전도의 기여가 큰 그래파이트 전극은 더욱 복사율이 작은 전극에 대해 r의 변화에 의한 기판 온도의 불균일을 억제하고, 성막조건을 안정시키는 것이 가능해진다.In this case, when r is small, the case where the heat transfer from the plasma to the substrate is constant is considered. Even if the ratio r of the true contact area between the substrate and the anode with respect to the apparent contact area between the substrate and the anode is uneven due to misalignment, since the absolute value of r is small, the change in the amount of heat transferred from the substrate to the anode is changed. It hardly depends on heat transfer by radiation, and changes only the heat transfer amount due to the contact which changes in proportion to r. At this time, the greater the contribution of heat transfer by radiation, the greater the change in heat amount due to contact changes in proportion to (T 1 4 -T 2 4 ), so that the change in heat quantity is large with respect to temperature change, It is supplemented by the change of heat quantity, and the change amount of T1 can be made relatively small. As described above, the graphite electrode having a large contribution of thermal conductivity due to radiation can suppress unevenness of the substrate temperature due to the change of r with respect to the electrode having a smaller radiation rate, and stabilize the film forming conditions.

또, 양극(112)을 그래파이트 전극으로 하는 것에 의해, 불필요한 퇴적물이 양극(112)에 퇴적하는 것을 방지할 수 있는 것을 이하에 나타낸다.In addition, by using the anode 112 as a graphite electrode, it is shown below that unnecessary deposits can be prevented from being deposited on the anode 112.

도 34a, 도 34b는 각각 성막후의 몰리브덴 전극, 그래파이트 전극의 상태를 나타내는 사진이다.34A and 34B are photographs showing the states of the molybdenum electrode and the graphite electrode after film formation, respectively.

양극(112)이 몰리브덴 전극인 경우, 도 34a에 나타내는 바와 같이, 성막 후에, 기판(101)이 탑재되어 있지 않았던 부분에는 탄화 피막이 형성되어 있었다. 이 때문에, 탄화 피막이 형성된 몰리브덴 전극에 새로운 기판을 배치하면, 탄화 피막이 형성되어 있는 위치에서의 표면 조도가 더욱 불균일되고, 접촉 열전도에 의해서 온도 제어가 더욱 곤란하게 되었다.In the case where the anode 112 is a molybdenum electrode, as shown in FIG. 34A, a carbonized film was formed in a portion where the substrate 101 was not mounted after film formation. For this reason, when a new board | substrate is arrange | positioned at the molybdenum electrode in which the carbonization film was formed, the surface roughness in the position in which the carbide film is formed becomes more uneven, and temperature control became more difficult by contact heat conduction.

이에 대해, 그래파이트 전극에서는 도 34b와 같이 거의 퇴적물이 존재하지 않았기 때문에, 표면조도의 불균일이 없고, 더욱 안정된 온도 제어가 가능하게 되었다.On the other hand, since almost no deposits existed in the graphite electrode as shown in Fig. 34B, the surface roughness was not uneven and more stable temperature control was possible.

몰리브덴 전극의 탄화 피막과 몰리브덴 전극의 이면간의 저항은 3MΩ 이상이고, 양극과 음극의 사이의 인가전압 자체의 불균일도 발생하였지만, 그래파이트 전극의 표면(기판이 탑재된 부분과 그렇지 않은 부분에 관계없음)과 이면간의 저항은 성막전의 상태와 변화가 없어, 양극의 표면에서의 음극과의 사이의 인가 전압은 면내 균등으로 할 수 있었다.The resistance between the carbonized film of the molybdenum electrode and the back surface of the molybdenum electrode is 3 MΩ or more, and the nonuniformity of the applied voltage itself between the anode and the cathode has occurred, but the surface of the graphite electrode (regardless of the portion on which the substrate is mounted or not) The resistance between the back and the back surface did not change with the state before the film formation, and the applied voltage between the cathode and the cathode on the surface of the anode could be equal in-plane.

이와 같이, 양극(112)을 그래파이트 전극으로 하는 것에 의해, 양극(112)에 절연물로 되는 탄화 피막이 거의 퇴적하지 않으므로, 실질적인 양극(112)의 형상이 성막 과정에서 변화하지 않고, 이것에 의해 플라즈마 형상도 변화하는 것을 방지할 수 있어, 성막의 안정화도 기대할 수 있다.Thus, since the carbonization film which becomes an insulator on the anode 112 hardly deposits by using the anode 112 as a graphite electrode, the shape of the anode 112 substantially does not change during the film formation process, whereby the plasma shape The change can also be prevented, and stabilization of film formation can also be expected.

또한, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 각종 변형이 가능하다.In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.

도 35에 나타내는 바와 같이, 열복사를 증대하기 위해, 양극(112)의 열복사면을 넓게 하도록 기판 탑재면(112a)에 기판(101)을 수납할 수 있는 오목부를 형성해도 좋다.As shown in FIG. 35, in order to increase thermal radiation, you may form the recessed part which can accommodate the board | substrate 101 in the board | substrate mounting surface 112a so that the thermal radiation surface of the anode 112 may be widened.

이 경우, 양극(112)에서의 온도가 균등하게 되도록 양극(112)의 두께를 동등하게 하기 때문에, 양극(112)의 이면측이 양극(112)의 오목부의 깊이에 맞도록 돌출된 볼록부로 되어 있는 것이 바람직하고, 양극(112)의 볼록부에 맞추어 스테이지(111)의 전극 탑재면(111a)에 오목부가 형성되고, 스테이지(111)에서의 온도가 균등하게 되도록 스테이지(111)의 두께를 동등하게 하기 위해, 스테이지(111)의 이면측이 전극 탑재면(111a)에 오목부의 깊이에 맞도록 돌출된 볼록부로 되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 스테이지(111)의 이면측에 끼워 맞추도록 대향면(113a)에 오목부가 형서되는 것이 바람직하다.In this case, since the thickness of the anode 112 is equalized so that the temperature at the anode 112 is equal, the back side of the anode 112 is a convex portion protruding to match the depth of the recess of the anode 112. It is preferable to have a concave portion in the electrode mounting surface 111a of the stage 111 in accordance with the convex portion of the anode 112, and the thickness of the stage 111 is equal so that the temperature at the stage 111 is equalized. In order to make it easy, it is preferable that the back surface side of the stage 111 is a convex part which protruded to the depth of a recessed part in the electrode mounting surface 111a. And it is preferable that the recessed part is formed in the opposing surface 113a so that it may fit on the back surface side of the stage 111. FIG.

또, 도 36에 나타내는 바와 같이, 기판(101)의 이면이 평활하지 않아도, 기판(101)의 이면의 형상에 맞추어 기판(101)을 끼워 맞출 수 있도록 오목부를 형성해도 좋다.36, even if the back surface of the board | substrate 101 is not smooth, you may form a recessed part so that the board | substrate 101 may be fitted to the shape of the back surface of the board | substrate 101. Moreover, as shown in FIG.

이 경우, 양극(112)에서의 온도가 균등하게 되도록 양극(112)의 두께를 동등하게 하기 위해, 양극(112)의 이면측이 양극(112)의 오목부의 깊이에 맞도록 돌출 된 볼록부로 되어 있는 것이 바람직하고, 양극(112)의 블록부에 맞추어 스테이지(111)의 전극 탑재면(111a)에 오목부가 형성되고, 스테이지(111)에서의 온도가 균등하게 되도록 스테이지(111)의 두께를 동등하게 하기 위해, 스테이지(111)의 이면측이 전극탑재면(111a)에 오목부의 깊이에 맞도록 돌출된 볼록부로 되어 있는 것이 바람직하다. 그리고, 스테이지(111)의 이면측에 끼워 맞추도록 대향면(113a)에 오목부가 형성되는 것이 바람직하다.In this case, in order to equalize the thickness of the anode 112 so that the temperature at the anode 112 is equal, the rear surface side of the anode 112 is a convex portion protruding to match the depth of the recess of the anode 112. It is preferable to have a concave portion formed on the electrode mounting surface 111a of the stage 111 in accordance with the block portion of the anode 112, and the thickness of the stage 111 is equal so that the temperature at the stage 111 is equalized. In order to make it possible, it is preferable that the back surface side of the stage 111 is a convex part which protruded to the depth of the recessed part in the electrode mounting surface 111a. And it is preferable that the recessed part is formed in the opposing surface 113a so that it may fit on the back surface side of the stage 111. FIG.

또, 예를 들면, 전원(121)이 직류전압을 양극(112)과 음극(120)의 사이에 인가하는 구성이 아니어도, 고주파를 인가하는 플라즈마 CVD 장치이어도 좋다. 이 경우에도, 기판(101)을 냉각하는 전극에 그래파이트를 이용하는 것에 의해, 기판을 열의 복사로 냉각할 수 있고, 성막을 안정화할 수 있다.For example, the power supply 121 may not be configured to apply a DC voltage between the anode 112 and the cathode 120, or may be a plasma CVD apparatus that applies high frequency. Also in this case, by using graphite as the electrode for cooling the substrate 101, the substrate can be cooled by radiation of heat, and film formation can be stabilized.

또한, 본 발명은 본 발명의 광의의 정신과 범위를 이탈하지 않고, 각종 실시형태 및 변형이 가능하게 되는 것이다. 또, 상술한 실시형태는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 범위는 실시형태가 아닌, 특허청구범위에 의해서 나타내어진다. 그리고, 특허청구범위내 및 그것과 동등한 발명의 의의의 범위내에서 실시되는 각종 변형이 본 발명의 범위내로 간주된다.In addition, various embodiments and modifications of the present invention can be made without departing from the broader spirit and scope of the present invention. In addition, embodiment mentioned above is for demonstrating this invention, and does not limit the scope of the present invention. That is, the scope of the present invention is shown not by embodiment but by Claim. And various modifications implemented within a claim and the meaning of the invention equivalent to it are considered within the scope of this invention.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 플라즈마 CVD 장치를 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing a plasma CVD apparatus according to a first embodiment of the present invention;

도 2는 도 1중의 링 노즐 및 배기구를 나타내는 평면도,2 is a plan view showing the ring nozzle and the exhaust port of FIG.

도 3a 및 도 3b는 비교 실험에 이용한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성을 설명하는 도면, 3A and 3B are views for explaining the configuration of a direct-current plasma CVD apparatus used in a comparative experiment;

도 4a는 도 3a 및 도 3b에 나타내는 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서 음극에 발생하는 글로의 상태를 나타내는 도면,4A is a view showing a state of glow generated in a cathode in the DC plasma CVD apparatus shown in FIGS. 3A and 3B;

도 4b는 제 1 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치에 있어서, 음극에 발생하는 글로의 상태를 나타내는 도면,4B is a diagram showing a glow state occurring in a cathode in the DC plasma CVD apparatus according to the first embodiment;

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성을 나타내는 도면,5A and 5B show the structure of a direct-current plasma CVD apparatus according to a second embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도,6 is a configuration diagram of a direct-current plasma CVD apparatus according to a third embodiment of the present invention;

도 7은 검증 실험의 개요를 나타내는 도면,7 is a view showing an outline of a verification experiment;

도 8은 검증 실험의 결과를 설명하는 도면,8 is a diagram illustrating a result of a verification experiment;

도 9의 (a) 내지 (d)는 검증 실험의 결과를 설명하는 화상을 나타내는 도면,9A to 9D are diagrams showing images illustrating the results of verification experiments;

도 10의 (a) 내지 (c)는 실험 결과를 나타내는 도면,(A) to (c) is a view showing the experimental results,

도 11은 실험 결과를 나타내는 도면,11 is a view showing experimental results,

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치를 나타내는 구성도,12A and 12B are structural diagrams showing a direct-current plasma CVD apparatus according to a fourth embodiment of the present invention;

도 13은 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치를 나타내는 구성도,13 is a configuration diagram showing a direct-current plasma CVD apparatus according to a fifth embodiment of the present invention;

도 14는 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 원료가스 노즐, 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면,FIG. 14 is a view showing a cathode, a source gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 13 from above;

도 15는 도 13의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도,FIG. 15 is a side cross-sectional view of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 13;

도 16a 및 도 16b는 본 발명의 제 6 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도,16A and 16B are a schematic diagram of a direct-current plasma CVD apparatus according to a sixth embodiment of the present invention;

도 17은 도 16a의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 원료가스 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면,FIG. 17 is a view showing the cathode, source gas nozzle, and exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 16A from above;

도 18은 도 16a의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도,18 is a side cross-sectional view of the direct-current plasma CVD apparatus of FIG. 16A;

도 19는 본 발명의 제 7 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도,19 is a configuration diagram of a direct-current plasma CVD apparatus according to the seventh embodiment of the present invention;

도 20은 도 19의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 반응가스 노즐, 매트릭스가스 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면,20 is a view showing the cathode, the reaction gas nozzle, the matrix gas nozzle, and the exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 19 from above;

도 21은 도 19의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도,21 is a sectional side view of the direct-current plasma CVD apparatus of FIG. 19;

도 22a 및 도 22b는 본 발명의 제 8 실시형태에 관한 직류 플라즈마 CVD 장치의 구성도,22A and 22B are structural diagrams of a direct-current plasma CVD apparatus according to an eighth embodiment of the present invention;

도 23은 도 22a의 직류 플라즈마 CVD 장치의 음극, 반응가스용 노즐, 매트릭스가스용 노즐 및 배기용 관로를 위쪽에서 나타낸 도면,FIG. 23 is a view showing a cathode, a reaction gas nozzle, a matrix gas nozzle, and an exhaust pipe of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 22A from above;

도 24는 도 22a의 직류 플라즈마 CVD 장치를 측쪽에서 본 단면도,FIG. 24 is a side cross-sectional view of the DC plasma CVD apparatus of FIG. 22A;

도 25는 음극의 변형예를 나타내는 도면,25 is a view showing a modification of the cathode;

도 26은 음극의 변형예를 나타내는 도면,26 is a view showing a modification of the cathode;

도 27은 음극의 변형예를 나타내는 도면,27 is a diagram showing a modification of the cathode;

도 28은 음극의 변형예를 나타내는 도면,28 is a diagram showing a modification of the cathode;

도 29의 (a), (b)는 냉각부재의 변형예를 나타내는 도면, 29 (a) and 29 (b) show a modification of the cooling member,

도 30의 (a), (b)는 냉각부재의 변형예를 나타내는 도면, (A) and (b) are views showing a modification of the cooling member,

도 31은 본 발명의 제 9 실시형태에 관한 플라즈마 CVD 장치의 개요를 나타내는 구성도,31 is a configuration diagram showing an outline of a plasma CVD apparatus according to a ninth embodiment of the present invention;

도 32는 성막시의 그래파이트 전극과 몰리브덴 전극의 온도의 차를 설명하는 도면,32 is a diagram illustrating a difference in temperature between a graphite electrode and a molybdenum electrode during film formation;

도 33은 플라즈마에 인가된 전력의 변화를 나타내는 그래프,33 is a graph showing a change in power applied to a plasma;

도 34a 및 도 34b는 성막 후의 양극의 상태를 나타내는 도면,34A and 34B are views showing the state of the anode after film formation;

도 35는 플라즈마 CVD 장치의 변형예의 개요를 나타내는 구성도,35 is a configuration diagram showing an outline of a modification of the plasma CVD apparatus;

도 36은 플라즈마 CVD 장치의 변형예의 개요를 나타내는 구성도,36 is a configuration diagram showing an outline of a modification of the plasma CVD apparatus;

도 37a는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 구성을 나타내는 도면, 도 37b는 도 37a에 나타내는 종래의 플라즈마 CVD 장치의 반응조 내의 가스의 흐름을 설명하기 위한 도면.37A is a diagram showing the configuration of a conventional plasma CVD apparatus, and FIG. 37B is a diagram for explaining the flow of gas in a reaction tank of the conventional plasma CVD apparatus shown in FIG. 37A.

Claims (24)

반응조 내에 배치되고, 기판이 탑재되는 제 1 전극과,A first electrode disposed in the reaction tank, on which the substrate is mounted; 상기 제 1 전극의 위쪽에서 상기 제 1 전극과 대향하고, 상기 제 1 전극과의 사이에서 플라즈마를 발생시키는 제 2 전극과, A second electrode facing the first electrode above the first electrode and generating a plasma between the first electrode; 상기 반응조 내의 상기 제 1 전극의 높이와 상기 제 2 전극의 높이의 사이의 높이에 배치되고, 또한 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 사이의 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 배치된 복수의 분출구가 형성된 제 1 가스도입 노즐을 구비하며,A plurality of jets arranged at a height between a height of the first electrode and a height of the second electrode in the reactor, and arranged to surround a region where a plasma is generated between the first electrode and the second electrode; Is provided with a first gas introduction nozzle, 상기 제 2 전극은 복수의 전극으로 구성되고, 상기 제 2 전극의 각 전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류는 각각 개별로 소정의 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.The second electrode is composed of a plurality of electrodes, and the voltage or current between each electrode of the second electrode and the first electrode is set individually to a predetermined value, respectively. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐에 의해서 상기 플라즈마에 의해 활성종이 형성되는 원료가스가 도입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And a source gas into which active species are formed by the plasma is introduced by the first gas introduction nozzle. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐에 의해서 상기 플라즈마에 의해 활성종이 형성되는 원료가스 및 매트릭스가스가 도입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And a gaseous gas and a matrix gas into which active species are formed by said plasma are introduced by said first gas introduction nozzle. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 복수의 분출구로부터 상기 제 1 전극의 중 심축을 향해 횡방향으로 가스를 분출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the first gas introduction nozzle ejects gas from the plurality of jets in a transverse direction toward the central axis of the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 제 1 전극의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the first gas introduction nozzle is arranged to surround the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구는 서로 등간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And said plurality of jets of said first gas introduction nozzle are arranged at equal intervals from each other. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구는 상기 제 1 전극의 중심축과의 거리가 서로 동등한 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And said plurality of ejection openings of said first gas introduction nozzle are equal to each other at a distance from a central axis of said first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 복수의 분출구 중의 2개로 이루어지는 각 조의 분출구는 각각 상기 제 1 전극의 중심축을 중심으로 해서 서로 대향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.A plasma CVD apparatus according to claim 1, wherein each of the pair of ejection openings consisting of two of the plurality of ejection openings of the first gas introduction nozzle is disposed to face each other with respect to the central axis of the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐의 상기 분출구의 높이가 상기 플라즈마의 양광주가 발생하는 영역의 최상점보다 높은 위치에 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the height of the jet port of the first gas introduction nozzle is at a position higher than the highest point of the region where the positive liquor of the plasma is generated. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐은 링형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the first gas introduction nozzle has a ring shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 가스도입 노즐은 상기 반응조 내의 상기 제 2 전극의 측변을 따라 서로 대향하는 관인 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the first gas introduction nozzle is a tube facing each other along a side of the second electrode in the reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 2 전극의 위쪽으로부터 매트릭스가스를, 상기 제 1 가스도입 노즐로부터 분출된 가스를 향해 분출하는 제 2 가스도입 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And a second gas introduction nozzle for ejecting a matrix gas from above the second electrode toward the gas ejected from the first gas introduction nozzle. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극의 아래쪽에 배치되고, 상기 반응조로부터 가스를 배출하는 복수의 배출용 관로를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And a plurality of discharge conduits for discharging gas from the reaction tank, disposed below the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극의 아래쪽에 배치되고, 또한 상기 제 1 전극의 주위를 둘러싸도록 배치되어 상기 반응조로부터 가스를 배출하는 복수의 배출용 관로를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And a plurality of discharge conduits disposed below the first electrode and arranged to surround the first electrode to discharge gas from the reaction tank. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 전극은 상기 제 1 전극의 중앙부에 대향하는 중앙전극과, 상기 제 1 전극의 주변부에 대향하는 주변전극으로 구성되고,The plurality of electrodes includes a central electrode facing the central portion of the first electrode and a peripheral electrode facing the peripheral portion of the first electrode, 상승시에, 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값은 상기 주변전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값보다 높게 설정되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.In the rising, the voltage or current value between the center electrode and the first electrode is set higher than the voltage or current value between the peripheral electrode and the first electrode. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 전극은 상기 제 1 전극의 중앙부에 대향하는 중앙전극과, 상기 제 1 전극의 주변부에 대향하는 주변전극으로 구성되고,The plurality of electrodes includes a central electrode facing the central portion of the first electrode and a peripheral electrode facing the peripheral portion of the first electrode, 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이에 양광주가 형성된 후에, 상기 중앙전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값은 상기 주변전극과 상기 제 1 전극의 사이의 전압 또는 전류값 미만으로 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.After the positive column is formed between the center electrode and the first electrode, the voltage or current value between the center electrode and the first electrode is less than the voltage or current value between the peripheral electrode and the first electrode. Plasma CVD apparatus, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 복수의 전극 사이에 절연물이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.An insulator is disposed between the plurality of electrodes. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 전극은 표면이 그래파이트로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And said first electrode has a surface formed of graphite. 처리 대상의 기판이 탑재되는 기판 재치면을 가지며, 상기 기판 재치면에는 상기 기판이 수납될 수 있는 오목부가 형성되며, 표면이 그래파이트로 형성되어 있는 전극과,An electrode having a substrate placing surface on which a substrate to be processed is mounted, a recess in which the substrate can be stored is formed on the substrate placing surface, and the surface of which is formed of graphite; 상기 전극의 일부가 상기 기판의 주위로 노출된 상태에서 탄화수소를 반응가스로 하여 상기 전극 상에 플라즈마를 발생시켜 상기 기판에 탄소막을 성막하는 플라즈마 발생수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And plasma generating means for forming a carbon film on the substrate by generating a plasma on the electrode using hydrocarbon as a reaction gas while a part of the electrode is exposed to the periphery of the substrate. 제 20 항에 있어서,The method of claim 20, 상기 전극을 지지하는 스테이지를 구비하고,And a stage for supporting the electrode, 상기 스테이지를 냉각하는 것에 의해, 상기 전극을 냉각해서 상기 기판 온도를 내리는 냉각수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And cooling means for cooling the electrode to lower the substrate temperature by cooling the stage. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 냉각수단은 상기 기판에 성막이 실행되어 있을 때에 해당 기판의 냉각을 개시하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치.And the cooling means starts cooling the substrate when film formation is performed on the substrate. 삭제delete 기판이 탑재되는 제 1 전극과, 복수의 전극들로 구성되는 제 2 전극의 사이에, 상기 제2 전극의 각 전극과 상기 제1 전극의 사이에 각각 개별적으로 소정의 값으로 설정되는 전압 또는 전류를 인가하고, 플라즈마가 발생하는 영역을 둘러싸도록 배치된 복수의 분출구로부터 반응가스를 분출시키는 것을 특징으로 하는 성막방법.A voltage or current which is individually set to a predetermined value between the first electrode on which the substrate is mounted and the second electrode composed of a plurality of electrodes, and between each electrode of the second electrode and the first electrode, respectively. And spraying the reaction gas from a plurality of jets arranged to surround the region where the plasma is generated.
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