JP2007119870A - Plasma film deposition system - Google Patents
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Description
本発明は、超撥水性を有する撥水膜を成膜するためのプラズマ成膜装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma film forming apparatus for forming a water repellent film having super water repellency.
図10は従来例の成膜装置の断面を示す図である。プラズマ発生源1と成膜室5が中間電極G1、G2と陽極4を介して接続されている。G1、G2、4はオリフィス形状のプラズマ導入口を持ち、G1、G2はそれぞれ抵抗14、15を介して電源6の正極に電気的に接続されている。
FIG. 10 is a view showing a cross section of a conventional film forming apparatus. The plasma generation source 1 and the
成膜室5が排気装置(図示せず)によって排気された後、例えばアルゴンArのような不活性ガス9がプラズマ発生源1に導入される。電源6によって電圧が印加されるとプラズマ発生源1内にプラズマ10が発生する。プラズマ10は中間電極G1、中間電極G2、陽極4のオリフィスを通して成膜室5内に導入されるが、空間で反転し陽極4に戻る。またプラズマが引き出される部分11、11aを挟んでガス管7と基板8が配置されている。
After the
成膜はプラズマの引き出された部分11、11aを用いて行われる。例えば、HMDSO(ヘキサメチルジシロキサン)のような反応ガス12がガス管7から導入されると、プラズマの引き出された部分11、11aによって分解又は重合される。そして、基板8上にSi系保護膜13などの機能性薄膜が成膜される。
Film formation is performed using the
例えば、特許文献1において低分子フッ素化合物を用いた撥水膜の成膜の例が示されている。
しかし、上記従来例においては、高圧雰囲気下で成膜を行うとき膜の均一性が悪かった。すなわち、撥水膜を成膜するとモノマーの噴出し口の直上に白濁部分が生じ、その部分は超撥水性を示すものの、周辺部は撥水性が得られなかった。 However, in the above conventional example, the film uniformity is poor when the film is formed in a high-pressure atmosphere. That is, when a water-repellent film was formed, a cloudy portion was formed immediately above the outlet of the monomer, and the portion showed super water repellency, but the peripheral portion could not obtain water repellency.
原因は、成膜装置に導入されるプラズマと成膜の原料となるモノマーの分布が関係していると思われる。図8にその正面配置図を示す。本成膜装置に用いられているプラズマ発生源は高密度のプラズマを発生することができるが、そのプラズマは強度分布を持っている。プラズマ軸中心の部分11aは高密度、かつ高エネルギーであり、その周辺部11になるにつれて低くなる。
The cause seems to be related to the plasma introduced into the film forming apparatus and the distribution of the monomer as the film forming raw material. FIG. 8 shows a front layout view thereof. The plasma generation source used in this film forming apparatus can generate high-density plasma, but the plasma has an intensity distribution. The
プラズマの水平方向の強度分布を定性的に表すと図9の17のようになる。一方、モノマーはガス管7によって基板8に向かって噴出される。ところが、圧力が高い場合には、基板付近のガス分布は18のように不均一性を生じる。これは圧力が高いと気体分子の拡散が少なくなり、ガス濃度の均一化が進行しないためだと考えられる。そして、17と18の相乗効果により、基板付近のガス濃度+プラズマ密度=反応量であり、膜の分布は16のようになり、膜19の中心は反応量が多いため超撥水性を示すが白濁部分20となり、周辺部は反応が少なく撥水性が低くなる。一方、現在の装置配置では、全体のプラズマ密度を下げるか、圧力を下げると超撥水性が得られなかった。超撥水性を得るためには、高いプラズマ密度と高圧条件は不可欠である。 The intensity distribution in the horizontal direction of the plasma is qualitatively expressed as 17 in FIG. On the other hand, the monomer is ejected toward the substrate 8 by the gas pipe 7. However, when the pressure is high, the gas distribution in the vicinity of the substrate is uneven as shown by 18. This is thought to be due to the fact that when the pressure is high, the diffusion of gas molecules decreases and the gas concentration does not progress uniformly. Then, due to the synergistic effect of 17 and 18, the gas concentration in the vicinity of the substrate + plasma density = reaction amount, the distribution of the film becomes 16, and the center of the film 19 shows a super water repellency because the reaction amount is large. The cloudy portion 20 is formed, and there is little reaction in the peripheral portion, resulting in low water repellency. On the other hand, with the current apparatus arrangement, super water repellency could not be obtained if the overall plasma density was lowered or the pressure was lowered. In order to obtain super water repellency, high plasma density and high pressure conditions are indispensable.
本発明は、以上の点に着目してなされたもので均一な超撥水膜を成膜することができるプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above points, and an object thereof is to provide a plasma film forming apparatus capable of forming a uniform super water-repellent film.
本発明は、上述の目的を達成するため、以下(1)〜(6)の構成を備えるものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention comprises the following configurations (1) to (6).
(1)円柱状又は短冊状で軸中心部が周辺部よりも密度が高い分布をもつプラズマを用い、圧力が高く気体の拡散が少ない雰囲気下で気相成長もしくは重合により基板に成膜を行う成膜装置において、反応ガスを供給するガス管が複数に分岐され、該分岐されたガス管の噴出口はガス流が該プラズマの軸中心の周辺部に向かって噴出されるように配置され、かつ、該基板は成膜面の背面側から覆われるように囲いが設置されていることを特徴とするプラズマ成膜装置。 (1) A film is formed on a substrate by vapor phase growth or polymerization in an atmosphere of high pressure and low gas diffusion, using a plasma having a cylindrical shape or a strip shape and having a density in which the central part of the shaft is higher in density than the peripheral part. In the film forming apparatus, a gas pipe for supplying a reaction gas is branched into a plurality of gas pipes, and a jet outlet of the branched gas pipe is arranged so that a gas flow is jetted toward the periphery of the plasma axis center, In addition, the plasma film forming apparatus is characterized in that the substrate is provided with an enclosure so as to be covered from the back side of the film forming surface.
(2)前記基板の囲いが台形、若しくはおわん型の形状を有することを特徴とする前記(1)記載のプラズマ成膜装置。 (2) The plasma film forming apparatus according to (1), wherein the enclosure of the substrate has a trapezoidal shape or a bowl shape.
(3)前記分岐ガス管は、この分岐ガス管の噴出口の列がプラズマ断面の水平中心軸に平行になるように配置されていることを特徴とする前記(1)記載のプラズマ成膜装置。 (3) The plasma film forming apparatus according to (1), wherein the branch gas pipe is arranged so that a row of outlets of the branch gas pipe is parallel to a horizontal central axis of a plasma cross section. .
(4)異なる複数の前記反応ガスを同時に導入するために、複数の前記分岐ガス管が配置されていることを特徴とする前記(1)乃至前記(3)いずれか記載のプラズマ成膜装置。 (4) The plasma film forming apparatus according to any one of (1) to (3), wherein a plurality of branch gas pipes are arranged to simultaneously introduce a plurality of different reaction gases.
(5)前記複数の反応ガスとしてヘキサメチルジシロキサン、メタン、アセチレン、四フッ化炭素の少なくとも1種類以上の被反応ガスと、酸素、水素、フッ素の少なくとも1種類以上の反応促進ガスを用いることを特徴とする前記(4)記載のプラズマ成膜装置。 (5) As the plurality of reaction gases, at least one reaction gas of hexamethyldisiloxane, methane, acetylene, and carbon tetrafluoride and at least one reaction promotion gas of oxygen, hydrogen, and fluorine are used. (4) The plasma film forming apparatus according to (4).
(6)前記分岐ガス管は、この分岐ガス管の噴出口の列が複数の異なる垂直面内に垂直に配置されたことを特徴とする前記(1)又は前記(4)記載のプラズマ成膜装置。 (6) The plasma film formation according to (1) or (4), wherein the branch gas pipe has a row of outlets of the branch gas pipe arranged vertically in a plurality of different vertical planes. apparatus.
本発明によれば、均一な超撥水膜を成膜することができるプラズマ成膜装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the plasma film-forming apparatus which can form a uniform super water-repellent film.
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
図1は本発明による成膜装置の断面を示す図である。プラズマ発生源21と成膜室25が中間電極G3、G4と陽極24を介して接続されている。G3、G4、24はオリフィス形状の導入口を持ち、G3、G4はそれぞれ抵抗34、35を介して電源26の正極に接続されている。プラズマの引き出し部分31、31aを挟んでガス管27と被成膜基材28が配置されている。そして、27は二つに分岐している。28は囲い36によって成膜面の反対面の表面近傍が囲われている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a film forming apparatus according to the present invention. The
図2に正面配置図を示す。ガス管27と被成膜基材28の間にプラズマの引き出し部分31、31aが挟まれており、ガス管27の各々の噴出口は31に向かって配置されている。また、ガス管27の列は31aのプラズマ中心軸と直角になるように配置されることが望ましい。なお、31aの直径は約5cm以下なので、ガス管27の二つの噴出口の間隔は5cm以上であることが適当である。囲い36の大きさは、横方向の幅36aと取り付けた基板表面からの囲いの深さ36bとの関係が、36a:36b=5:1以上であることが望ましい(図4参照)。
FIG. 2 shows a front layout view.
プラズマは次のように生成される。成膜室25が排気装置(図示せず)によって排気された後、例えばアルゴンArのような不活性ガス29が導入される。26によって電圧が印加されるとプラズマ発生源21内にプラズマ30が生成される。プラズマ30はG3、G4、24のオリフィスを通して成膜室25内に導入されるが、空間で反転して陽極24に戻る。成膜は31、31aを用いて行われる。例えば、HMDSOのような反応ガス32がガス管27から導入されると31、31aによって分解又は重合される。そして、基材28上にSi系保護膜33などの機能性薄膜が成膜される。
The plasma is generated as follows. After the
本発明によって、膜の均一性が向上し、ガス噴出口直上の基板の白濁を防ぐことができ、150×150cm2の平面内で超撥水膜が得られた。 According to the present invention, the uniformity of the film is improved, the white turbidity of the substrate immediately above the gas jetting port can be prevented, and a super water-repellent film is obtained in a 150 × 150 cm 2 plane.
図5に本発明による成膜装置の正面配置図を示し、発明の原理を説明する。成膜プロセスは次のようなものと考えられる。分岐されたガス管27から噴出されたHMDSOモノマーガスがアルゴンプラズマの周辺部31に向かって噴出されると、囲い36によってガス溜り38が基板近傍に形成される。そして、ガス溜り38とプラズマの周辺部31の表面反応により、基板28上に膜33が成膜される。
FIG. 5 shows a front layout of the film forming apparatus according to the present invention, and the principle of the invention will be described. The film formation process is considered as follows. When the HMDSO monomer gas ejected from the
今、ガス濃度、プラズマ密度及び膜分布の関係をみると、水平方向に係る噴出されるガスの濃度分布42はガス噴出口の数を反映して二つ凸の形状を示す。本発明によるガス溜りの形成によりガス濃度の不均一性が改善され40のようになる。さらに、中心部に凸であるプラズマ密度41と重ね合わせることによって反応量が均一化され、平坦な形状の膜分布39、43になると考えられる。 Now, looking at the relationship between the gas concentration, the plasma density, and the film distribution, the concentration distribution 42 of the gas to be ejected in the horizontal direction shows a two-convex shape reflecting the number of gas ejection ports. The formation of the gas reservoir according to the present invention improves the non-uniformity of the gas concentration to 40. Furthermore, it is considered that the reaction amount is made uniform by superimposing the plasma density 41 that is convex in the center, and the film distributions 39 and 43 have flat shapes.
実施例1ではガス管は2本に分岐されていたが、図3のように反応ガスが4本以上のガス管に分岐して供給されるプラズマ成膜装置であってもよい。この際、ガス管の直上にプラズマの中心部分31aが配置されないようにすることが重要である。なお、31、31aの断面形状は円形でも矩形でもよい。
In the first embodiment, the gas pipe is branched into two. However, as shown in FIG. 3, it may be a plasma film forming apparatus in which the reactive gas is branched and supplied to four or more gas pipes. At this time, it is important that the
図4のように反応ガスが2種類以上のプラズマ成膜装置であってもよい。また、ヘキサメチルジシロキサンHMDSOのガスが、メタンCH4、アセチレンC2H2、酸素O2、水素H2、四フッ化炭素CF4のガスであるプラズマ成膜装置であってもよい。 As shown in FIG. 4, a plasma film forming apparatus having two or more kinds of reactive gases may be used. Further, a plasma film forming apparatus in which the gas of hexamethyldisiloxane HMDSO is a gas of methane CH 4 , acetylene C 2 H 2 , oxygen O 2 , hydrogen H 2 , or carbon tetrafluoride CF 4 may be used.
実施例1では、囲い36が台形状のものであったが、お椀型のようなものであるプラズマ成膜装置であってもよい。
In the first embodiment, the
実施例2の4本に分岐されたガス管の噴出口は、図3では同一垂直面内に配置されているが、例えば図7のように異なる垂直面内に垂直に配置されるプラズマ成膜装置であってもよい。こうすることで、より効率的、かつ三次元的に反応ガスを分散させることが可能となる。 In FIG. 3, the nozzles of the gas pipe branched into four in Example 2 are arranged in the same vertical plane. For example, as shown in FIG. 7, plasma film deposition is arranged vertically in different vertical planes. It may be a device. By doing so, it becomes possible to disperse the reaction gas more efficiently and three-dimensionally.
1 プラズマ発生源
4 陽極
5 成膜室
6 電源
7 ガス管
8 基板
9 不活性ガス
10 プラズマ
11 引き出されたプラズマの周辺部
11a 引き出されたプラズマの中心部
12 反応ガス
13 Si系保護膜
14 抵抗
15 抵抗
16 従来例における膜の分布
17 従来例におけるプラズマの水平方向の強度分布
18 従来例における基板付近のモノマーガスの濃度分布
19 膜
20 白濁部分
21 プラズマ発生源
24 陽極
25 成膜室
26 電源
27 分岐されたガス管
28 基板
29 不活性ガス
31 アルゴンプラズマの周辺部
31a アルゴンプラズマの中心部
32 反応ガス
33 膜
34 抵抗
35 抵抗
36 囲い
36a 囲いの横方向の幅
36b 囲いの深さ
38 ガス溜り
39 本発明に係る膜の分布
40 本発明に係る改善されたモノマーガスの濃度分布
41 本発明に係るプラズマの水平方向の強度分布
42 本発明に係るモノマーガスの濃度分布
43 平坦な形状の膜分布
G1 中間電極
G2 中間電極
G3 中間電極
G4 中間電極
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- 2005-10-28 JP JP2005315249A patent/JP4717591B2/en active Active
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