JP5607760B2 - Ｃｖｄ装置及びｃｖｄ方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置及びプラズマＣＶＤ方法に関する。

プラズマＣＶＤは、真空中での放電により成膜原料ガスをプラズマ状態とし、プラズマのエネルギーにより原料ガスを分解して加工対象の被処理基板の表面に対して薄膜を形成する。また、イオン化した分子を加工対象に印加されたマイナス電位により加速し、膜質を改善する手法もよく用いられている。

とくにＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などの炭素系保護膜においては、被処理基板を両面成膜する装置構成及び方法が採用されている（特許文献１参照）。

この特許文献１に示されるように、従来は被処理基板の両面に成膜を行うにあたって、被処理基板と対向する位置に電極を設け、電極側に高周波電圧を印加することで、真空室内にプラズマを形成している。この際、被処理基板には電圧が印加され、イオン化された原料ガスがマイナス電位により加速されることで、被処理基板上に成膜が行われる。

特開２００８−１７１５０５

しかしながら、特許文献１に示されるような従来装置を用いて、被処理基板上に厚いカーボン膜を成膜する場合、成膜速度が遅く、時間が掛かってしまうという問題がある。また、被処理基板と電極の間の空間に一様にプラズマが形成されるため、被処理基板だけでなく、電極や容器内壁にも膜が堆積してしまう。電極や容器内壁上に膜が堆積すると、膜剥れが生じ、被処理基板上に付着するとパーティクルが発生してしまう。また、成膜速度が遅いため、被処理基板への成膜が完了するまでに時間を要し、電極や容器内壁への堆積量も多くなる。このため、クリーニング頻度が多くなり、生産性が低下してしまう。

また、従来の装置では、被処理基板に対向する電極に高周波電源及び整合器を設けねばならず、装置が高価になってしまうという問題を有する。

本発明はこれらの問題点に鑑み為されたものであり、被処理基板上へのカーボン膜の堆積速度の向上、被処理基板以外の部材への堆積を低減させることによるクリーニング頻度の低減、さらには安価に製作が可能であるプラズマＣＶＤ装置を提供するものである。

上述した課題を解決するために、本発明は、ＣＶＤ装置であって、真空容器と、前記真空容器内に磁場を形成するための磁場形成手段と、前記真空容器内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、前記真空容器内に基板を保持するための基板ホルダと、を備え、前記プラズマ発生手段が、前記基板ホルダ内に設けられる電極と、前記電極に電圧を印加する電源とを有することを特徴とする。

本発明に係る装置を用いることで、被処理基板上へのカーボン膜の堆積速度を向上させることが可能と成る。また被処理基板以外への部材への堆積を低減させることによりクリーニング頻度の低減が可能である。さらに本発明に係る装置は、従来のプラズマＣＶＤ装置に比べ安価に作製可能である。

本発明の一実施形態に係る真空処理装置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係るホルダの正面図である。 本発明の一実施形態に係るホルダのＡ−Ａ′断面図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置に形成される磁場及びプラズマを説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置に形成される磁場の強度及び分布の制御を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る真空処理装置に形成される磁場の強度及び分布の制御を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。

（第１の実施形態）
図１乃至図３及び図５を参照して、本実施形態に係る真空処理装置を説明する。
本実施形態に係る真空処理装置は、真空排気されるロードロック室１１とプロセス室２１を有している。ロードロック室１１及びプロセス室２１はゲートバルブ３１によって空間的に分離できる構成となっている。真空処理装置は、大気開放したロードロック室１１内に基板２を投入し、真空に排気する。その後、真空排気されたロードロック室１１と真空保管されたプロセス室２１の間のゲートバルブ３１を開放し、スライダー３によってプロセス室２１に基板を搬送する。プロセス室２１において、搬送された基板２に対して所定の処理が行われる。このような装置構成であることで、基板の交換のたびにプロセス室２１を大気開放する必要がなくなる利点がある。なお、本実施形態に係る真空処理装置は、上述のようにロードロック室１１とプロセス室２１とを各１つずつ備えて構成されているが、処理工程によっては複数のプロセス室を備える構成であってもよい。

ロードロック室１１は、排気手段１３や大気開放用のベント手段１４を有するものである。一例として、排気手段１３としてはドライポンプが用いられ、ベント手段１４としてはＮ２（窒素）ガスやドライエアーを導入するガス導入手段が用いられる。

プロセス室２１は、加熱、冷却、成膜若しくはエッチングなどの処理を基板２に施すチャンバである。プロセス室２１は放電ガスを導入するためのガス導入手段２４や排気手段を有する。排気手段としては、一例として、ターボ分子ポンプ２６と背圧排気用ポンプ２７を有する。さらに、排気コンダクタンスを変化できるメインバルブ２５やバリアブルオリフィスを有していることが望ましい。その他に、基板２に高電圧を印加するための電源２２や、基板２の温度を測定するための温度測定手段３０を備えている。温度測定手段３０としては例えば、放射温度計が用いられる。

電圧印加手段は、ホルダ１を介して基板２に高電圧を印加するものであり、電源２２や、電圧印加用シリンダー２３を備えている。電圧印加用シリンダー２３は、キャリアの搬送時には、ホルダ１と電圧印加手段を非接触とすべく、電圧印加手段を動作させる。

プロセス室２１には、ホルダ１の周囲にシールド２８が設けられており、基板処理中にプロセス室２１の内壁に膜が堆積することを防止している。シールド２８の裏面には磁場形成手段２９が設けられている。この磁場形成手段２９によって形成される磁場により、基板処理中におけるプロセス室２１の空間内のプラズマ密度分布をコントロールすることが可能となる。磁場形成手段２９としては、永久磁石や電磁石が用いられる。またシールド２８は電気的に接地されており、プロセス室２１においてプラズマを形成する際にはアノードとして機能する。なお、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置において、シールド２８の接地は必須の構成要素では無く、シールド２８がアノードとして機能するならば他の装置構成も採用可能である。

磁場形成手段２９とシールド２８の間には、放熱シート３２が設けられている。放熱用シート３２は、プロセス室２１に形成されたプラズマによってシールド２８が加熱され、その熱が磁場形成手段２９に伝わるのを抑制している。放熱シート３２にはアルミ等の熱伝導率の高い材質が用いられる。なお、放熱シート３２は磁場形成手段２９からの磁力線に影響を与えないよう非磁性材であることが望ましい。

図４Ａに、基板２が保持された状態の、ホルダ１の正面図を示す。また図４Ｂに、図４ＡにおけるＡ−Ａ′断面図を示す。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、スライダー３部分を省略して図示している。

まず、本実施形態で用いられる基板２は、厚さ０．１ｍｍ程度のシート状の金属部材を、５０×５０ｍｍ〜５００×５００ｍｍ程度の矩形状に形成したものである。ホルダ１は、導電性を有する矩形の枠状のホルダ本体に、基板２を挟んで保持できるバネ式支持部１０１を備えており、さらに搬送時の基板２の揺れや熱膨張などによる基板２の反りなどの変形を防ぐためのガイド部１１１も有している。バネ式支持部１０１は高電圧を基板２に印加するために金属板から構成されている。また、ガイド部１１１は熱逃げを抑えるように熱伝導の低い絶縁材から構成されている。また、バネ式支持部１０１は、基板２を挿入しやすいように、先端部分が外側に広がった形状になっている。

本実施形態では、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように基板２の上部中央１箇所にバネ式支持部１０１を設け、基板を保持している。なお、ガイド部１１１は基板２の湾曲を防ぐための部材であるため、基板２と触れている必要はない。

シート状の基板２は、スライダー３に支持された基板保持手段としてのホルダ１に保持されるため、垂直に保持された状態で両面に処理がなされる。また、高電圧はホルダ１のバネ式支持部１０１を介して基板２に印加されるため、ホルダ１と基板２の電位は実質的に等しくなる。

ロードロック室１１から搬送されたキャリアは、プロセス室２１の所定位置（処理位置）に停止させゲートバルブ３１を閉じることで、プロセス室２１を他の処理室から隔離される。

次に、プロセス室２１における基板２への成膜処理について説明する。
本実施形態では、一例として基板２に対してＤＬＣの成膜を行う。基板２へのＤＬＣの成膜においては、基板２が加熱された状態で成膜される事が望ましい。このため、基板２の加熱処理を成膜に先立って行う。まず、プロセス室２１に不活性ガスを導入する。次に、電圧印加用シリンダー２３を駆動することによって、ホルダ１と電圧印加手段を電気的に接触させる。電圧印加手段で印加される高電圧は、好ましくは、直流電圧（ＤＣ）もしくはパルスＤＣであり、基板２に電圧が印加されプロセス室２１にプラズマが形成される。直流電圧は交流電圧に比べて一定の電圧が印加されるため、所望の膜特性を得やすい。また、直流電源により電圧を印加してプラズマ室２１にプラズマを形成する場合、高周波電源を用いる必要が無い。このため、整合器や耐圧を考慮した設計が不要となるため、従来の装置に比べ安価に装置を作製可能である。このプラズマによるイオン衝撃により、基板２の温度が上昇する。このとき、磁場によって、プラズマが基板２近傍に閉じ込められているため、基板２を速やかに加熱することができる。

基板２の加熱後、プロセス室２１に炭化水素ガスを導入する。炭化水素ガスはプロセス室２１内に形成されたプラズマにより分解され、基板２に印加された負の電圧によりイオンが基板２に引き込まれ、カーボン膜が成膜される。

このとき、シールド２８の裏面に設けられた磁場形成手段２９により、図５のようにプロセス室２１内には磁場が形成される。該磁場により、プロセス室２１に形成されたプラズマは、基板２近傍に閉じ込められる。このため、本実施形態においては、アノードであるシールド２８へのカーボン膜の堆積が抑制される。さらに、仮に膜が付着したとしても、シールド２８に付着するカーボン膜は、イオン衝撃が少ないためにポリマー状の膜が成膜される。このため、膜が割れたり、剥離することを防止でき、パーティクルの発生を抑制することができる。また、シールド２８を接地した場合、シールド２８には電圧が印加されていないため、イオンを積極的に引き込むことは無い。このため、シールド２８に対する膜の付着をより一層抑制することが可能となる。
よって、本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置によれば、プロセス室２１の内壁への膜の付着がシールド２８により低減され、さらにシールド２８への膜の付着も抑制することができるため、クリーニングを行う頻度が少なくなり、生産性の向上が望める。

一方で磁場によって、プラズマが基板２近傍に閉じ込められるため、基板２へのカーボン膜の堆積速度も増加する。このため、従来のプラズマＣＶＤ装置に比べ、短時間で成膜することが可能となる。

特許文献１に示されるような従来のプラズマＣＶＤ装置においては、プラズマ発生用の電極は基板と対向した位置に設けられ、その結果プラズマが基板から離間した位置に発生するため、プラズマによる基板の加熱及び基板上への成膜は時間を要した。それに対して、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は、ホルダ１及び基板２に対して電圧を印加して基板２近傍にプラズマを形成し、さらに磁場によって該プラズマを基板２近傍に閉じ込めることができるため、従来よりも速く基板２を加熱する効果と、従来よりも速く基板２上にカーボン膜を成膜する効果とを与えることができるのである。

なお、本実施形態においてＤＬＣ膜の成膜を例に説明したが、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置及びプラズマＣＶＤ方法は他のプロセスにも適用可能である。

（実施例１）
本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いて、基板２に対してＤＬＣ膜を成膜する場合の実施例を以下に示す。

まず、基板２をプロセス室２１に搬入して、ゲートバルブ３１を閉鎖後、ガス導入手段２４により、Ａｒガスを５００ｓｃｃｍ（ｓｔａｎｄａｒｄ
ｃｃ／ｍｉｎ）で導入した。該Ａｒガスの導入により、プロセス室２１内の圧力を２０Ｐａとした。

磁場形成手段２９として永久磁石を用い、プラズマ室２１内に磁場が形成された状態で、電圧印加手段により、基板２にパルス電圧マイナス４００Ｖを印加して、プラズマを形成した。基板２をプラズマにより５秒程度加熱することで、基板２の温度は５００℃程度に達した。このように、ＤＬＣ膜の成膜前にＡｒガスのプラズマによって基板の加熱処理を行うことで、基板表面のクリーニングや、吸着しているガスの除去が行われ、ＤＬＣ膜と基板との密着性が向上する。

次にプロセス室２１にエチレンガスを２５０ｓｃｃｍで導入して、プロセス室２１の圧力を２０Ｐａとした。同時に、基板２にパルス電圧マイナス１０００Ｖを印加して、プラズマを形成した。１００秒程電圧を印加することで約１００ｎｍの厚さのＤＬＣ膜が成膜された。

なお、本実施形態では、基板２の両面に成膜処理を施しているが、仮に片面にのみ成膜処理を施す場合においても、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置は有用である。

また、本実施形態においては、シールド２８とプロセス室２１の内壁との間に磁場形成手段２９を設けたが、シールド２８と基板２の間に磁場を形成出来るならば、磁場形成手段２９をプロセス室２１の外に設けても良い。ただし、磁場形成手段２９をシールド２８とプロセス室２１の内壁に設けた場合、シールド２８の基板側表面に形成される磁場強度が大きくなる。このため、磁場形成手段２９として永久磁石を用いる場合は、より少なく、小さい永久磁石で目標とされる磁場強度を達成することが可能となる。また、磁場形成手段２９として電磁石を用いる場合は、より小さい電流で目標とされる磁場強度を達成することが可能となる。

一方、磁場形成手段２９の配置についても、図１乃至図３及び図５では、基板２の被処理面に対して、磁極が対向する位置にのみ磁場形成手段２９が設けられているが、その他の位置にも磁場形成手段２９が設けられていても良い。また、図１乃至図３及び図５において、シールド２８の裏面に複数の磁場形成手段２９が設けられているが、仮に大きな１の磁場形成手段２９であっても良い。複数の磁場形成手段２９を設けた場合には、１の磁場形成手段２９よりも価格が安いことや、処理に応じて磁場形成手段２９の個数を適宜変更可能であること、後述する磁場形成手段駆動手段により個々に移動させる場合に精密な制御が望める等の利点がある。

（第２の実施形態）
上述のように、第１の実施形態では、磁場形成手段２９により、磁場を形成し、プラズマを基板２側に閉じ込めていた。このとき、磁場形成手段２９により、プロセス室２１に形成される磁場の強度を変化させることで、プラズマ密度の分布を変化させることが可能となる。これにより、基板２の温度及び成膜速度を制御することが可能となる。

図６及び図７は、本実施形態に係る、磁場形成手段２９により形成される磁場の分布及び強度を変化させる場合のプラズマＣＶＤ装置を説明するための図である。

図６は磁場形成手段２９として永久磁石を用いた場合のプラズマＣＶＤ装置を説明するための図である。磁場形成手段２９を、基板２と対向する方向に移動可能な磁場形成手段駆動手段３３を備えている。磁場形成手段駆動手段３３は、磁場形成手段２９を、磁場形成手段２９とホルダ１又は基板２との間の空間の体積が増減する方向、例えば、磁場形成手段２９と基板２との距離を変える方向や、基板２の法線方向に移動させる。磁場形成手段２９とホルダ１又は基板２との間の空間の体積が増減する方向であればよいので、磁場形成手段を基板２の法線方向に対して角度を付けて移動させても構わない。これにより、磁場形成手段２９と基板２との間の空間内の磁場の分布が変化するため、プロセス室２１内のプラズマ密度の分布を変化させることができる。図６では、全ての磁場形成手段２９が一様に磁場形成手段駆動手段３３により移動する構成となっているが、個々の磁場形成手段ごとに磁場形成手段駆動手段が設けられていても良い。個々の磁場形成手段ごとに磁場形成手段駆動手段を設けた場合、磁場形成手段と基板２との距離を個々に調整できるため、基板２に成膜される膜の膜厚分布等をより精密に制御することが可能となる。

図７は磁場形成手段２９として電磁石を用いた場合のプラズマＣＶＤ装置を説明するための図である。電磁石に電流を流し、プロセス室２１に磁場を形成するための電磁石用電源３４が設けられている。この電磁石用電源３４から供給される電流を変化させることで、プロセス室２１形成される磁場を変化することが可能である。なお、図７では、全ての磁場形成手段２９が一様に電磁石用電源３４により電圧が印加され、電流が流れているが、個々の磁場形成手段ごとに電磁石用電源が設けられていても良い。個々の磁場形成手段ごとに電磁石用電源を設けた場合、磁場形成手段により形成される磁場を個々に調整できるため、基板２に成膜される膜の膜厚分布等をより精密に制御することが可能となる。また図６に示す装置のように、電磁石と基板との位置を変更可能な磁場形成手段駆動手段が設けられていても良い。

本実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置を用いることで、例えば、温度測定手段３０により測定された基板２の温度を、磁場形成手段駆動手段３３や電磁石用電源３４にフィードバックすることで、成膜処理中の基板２の温度を一定に保つことや、シールド２８上にカーボン膜が付着した場合に放電電流の変化が生じるため、この電流を一定に保つことなどが可能となる。

なお、上述した本発明の一実施形態では、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

Claims (13)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内に磁場を形成するための磁場形成手段と、
   前記真空容器内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生手段と、
   前記真空容器内に基板を保持するための基板ホルダと、
   前記真空容器内において前記基板ホルダに対向する位置に設けられたシールドと、
   を備え、
   前記真空容器の内壁と前記シールドとの間に前記磁場形成手段が配置されており、
   前記シールドは接地されており、
   前記プラズマ発生手段が、前記基板ホルダ内に設けられる電極と、前記電極に電圧を印加する電源とを有する
   ことを特徴とするＣＶＤ装置。
2. 前記電源は前記電極に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
3. 前記磁場形成手段を、前記磁場形成手段と前記基板ホルダとの間の空間の体積が増減する方向に移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載のＣＶＤ装置。
4. 前記磁場形成手段と前記シールドの間に放熱シートが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
5. 前記プラズマは炭化水素ガスのプラズマであり、前記炭化水素ガスのプラズマにより前記基板上にカーボン膜が成膜されることを特徴とする請求項１に記載のＣＶＤ装置。
6. 真空容器と、
   前記真空容器内に磁場を形成するための磁場形成手段と、
   内部に電極を有し、前記真空容器内に基板を保持するための基板ホルダと、
   前記電極に前記真空容器内にプラズマを発生させるための電圧を印加する電源と、
   前記真空容器内において前記基板ホルダに対向する位置に設けられたシールドと、
   を備え、
   前記真空容器の内壁と前記シールドとの間に前記磁場形成手段が配置されており、
   前記シールドは接地されており、
   前記基板ホルダと対向する側に前記電源に接続された電極が設けられていない
   ことを特徴とするＣＶＤ装置。
7. 前記電源は前記電極に直流電圧を印加する直流電源であることを特徴とする請求項８に記載のＣＶＤ装置。
8. 基板を保持している基板ホルダと、磁場を形成している磁場形成手段と、前記基板ホルダに対向する位置に設けられ接地されているシールドと、を内部に有する真空容器であって、前記磁場形成手段が前記真空容器の内壁と前記シールドとの間に配置されている真空容器において、前記基板上に成膜処理を行うＣＶＤ方法であって、
   前記磁場形成手段と前記基板ホルダとの間の空間に原料ガスを導入するステップと、
   前記基板ホルダに電圧を印加させることで前記原料ガスのプラズマを形成するステップと、
   前記原料ガスのプラズマにより前記基板上に成膜を行うステップと、
   を備えるＣＶＤ方法。
9. 前記原料ガスを導入するステップの前に、
   前記磁場形成手段と前記基板ホルダとの間の前記空間に不活性ガスを導入するステップと、
   前記基板ホルダに電圧を印加させることで前記不活性ガスのプラズマを形成するステップと、
   前記不活性ガスのプラズマにより前記基板の加熱を行うステップと、
   をさらに備える請求項１０に記載のＣＶＤ方法。
10. 前記電圧は直流電圧であることを特徴とする請求項１０に記載のＣＶＤ方法。
11. 前記原料ガスのプラズマは前記磁場によって前記基板近傍に閉じ込められることを特徴とする請求項１０に記載のＣＶＤ方法。
12. 前記磁場形成手段を、前記磁場形成手段と前記基板ホルダとの間の前記空間の体積が増減するように移動させることによって、前記磁場を変化させることを特徴とする請求項１０に記載のＣＶＤ方法。
13. 前記原料ガスは炭化水素ガスであり、前記炭化水素ガスのプラズマにより前記基板上にカーボン膜が成膜されることを特徴とする請求項１０に記載のＣＶＤ方法。

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