JPH02101745A - プラズマ反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の利用分野」 本発明は、一対の電極のそれぞれに独立した電磁エネル
ギ供給手段を有し、そのそれぞれを互いに位相調整手段
を用いて相互制御せしめることにより、大容量空間で均
一なプラズマを発生せしめ、そのプラズマによりプラズ
マ空間中の基体または部材上に被膜を形成したり、また
はこの基体または部材表面を全面的または選択的にエツ
チングするプラズマ反応を行うためのプラズマ反応装置
を提供することにある。

本発明は、その結果、被膜形成、例えば炭素または炭素
を主成分とする保護用被膜または窒化珪素または窒化珪
素を主成分とする保護用被膜で部材上を覆ったものであ
る。またはエツチング例として、大面積で多量の基体ま
たは部材にバイアスエツチングを行わしめるものである
。

「従来技術」 一般にプラズマＣＶＤ法においては、平坦面を有する基
板上に平面状に成膜する方法が工業的に有効であるとさ
れている。さらに、プラズマＣＶＤ法でありながら、ス
パッタ効果を伴わせつつ成膜させる方法も知られている
。その代表例である炭素膜のコーティングに関しては、
本発明人の出願になる特許側ｒ炭素被膜を存する複合体
およびその作製方法ｊ　（特願昭５６−１４６９３６昭
和５６年９月１７日出ＩＮ）が知られている。しかし、
これらは一対の電極のみを用いる平行平板型を有し、１
つの高周波電源より導出した２つの出力端をそれぞれの
電極に連結し、一方の電極（カソード側）に基板を配設
し、自ら発生するセルフバイアスを用いて平坦面の上面
に炭素膜を成膜する装置である。

「従来の問題点」 かかる１つの高周波電源を用いるため、平行平板型のプ
ラズマ反応方法においては、電極の一方の側の電極に平
行に密接して基板を配設してその上面にプラズマＣｖＤ
がなされる、またはプラズマエッチがなされる。

そのため、大量生産をぜんとしても、単に電極を大面積
とし、形成する膜も被膜を一方の電極面でのみ処理する
もので生産性が悪い。この基体または部材に独立してバ
イアスを印加することがむずかしく、薄膜形成に最適な
プロセス条件を探すことが困難である。さらに基体また
は部材にバイアス印加をしたエツチング方法に関しても
、多量に同時に処理をすることができない、このため、
大容量空間で一度に多数の部材に対し膜を形成する装置
またはエツチングする装置が求められていた。

本発明はかかる目的のためになされたものである。

「問題を解決すべき手段」 本発明は、かかるプラズマＣＶＤまたはプラズマエツチ
ング用として、反応空間の一端側および他端側の双方か
ら互いに離間して一対の電極（第１および第２の電極）
を配設する。さらにそれぞれ独立した電磁エネルギ供給
手段およびマツチングボックスを有する。そしてそれぞ
れの電極にマツチングボックスを介して供給される電磁
エネルギの位相を互いに制御する位相調整器を有する。

そしてそれぞれの電極から発せられる電磁エネルギを用
い、反応空間にに一レベルの大電力を供給し、かつそれ
ぞれの電極の位相を制御して相乗効果を有するプラズマ
を反応空間で発生せしめるためのプラズマ反応装置に関
する。

この空間内に必要に応じて直流または交流バイアスを加
えるための第３の電極を設ける。そして一対の電極間の
空間（プラズマ空間）に被処理面を有する基体、部材を
ホルダを用いて配設する。

反応空間は減圧にされ、反応性気体が供給される。

反応性気体のプラズマ化のため、一対の電極のそれぞれ
には所定の電力および周波数の電磁エネルギが電磁エネ
ルギ供給手段、マツチングボックスを介して供給される
。このそれぞれの電極には、接地に対して互いに位相が
概略１８０　”または概略０°となるよう異なった高周
波電圧をそれぞれの高周波電源より印加し、互いに対称
または同相の交番電圧が印加されるよう位相調整器で調
整、制御する。

結果として、合わせて実質的に１つの高周波の交番電圧
としてプラズマ空間を構成する枠構造内に印加し、反応
性気体を完全に分解、電離させるための高周波プラズマ
を誘起させる。さらにそのそれぞれの高周波電源の他端
を接地せしめる。

さらに発生させる場合、基体または部材に対して直流（
自己または外部よりの直流バイアス用電圧）または交番
（交流バイアス用電圧）電圧を印加する。すると自己直
流バイアス方式の場合、第２の交番電圧で一方の電極側
で加速されたイオンが部材の被形成面上をスパッタしつ
つ、被形成面上に強く被膜化またはエツチングをさせる
。

この基体または部材はそれを取り囲む枠構造をホルダを
かねて設け、ここの電位をフローティングとする場合、
接地とする場合および前記した如く外部より直流または
交流バイアスを印加する場合の３種類を選ぶことができ
る。

即ち、基体または部材は接地レベルとし、電位は零であ
るが電流は流れる状態を呈せしめ得る。

またこの基体または部材をフローティングとすると、プ
ラズマ化されたイオンがすでに被処理物表面に到達した
正極性電荷と自己反発し、スパッタ効果を抑止しつつ成
膜またはエツチングをさせ得る。

第１の交番電圧を１〜５０ＭＨｚの反応性気体のプラズ
マグロー放電の生じやすい周波数とし、バイアス用筆２
の交番電圧を１０Ｈｚ〜１００ＫＨｚの周波数で基体ま
たは部材に印加すると、反応性気体に運動エネルギを加
え被形成面上にスパッタ作用を与えつつ成膜またはエツ
チングが可能である。

第１の交番電圧がそれぞれ独立した電磁エネルギ供給手
段およびマツチングボックスをへてそれぞれの電極に印
加させる場合、また概略Ｏ°即ち０±３０°以内の場合
と概略１８０　”即ち１８０±３０゜以内の場合では、
反応空間全体へ均一に広げるためには後者即ち１８０±
３０″以内（概略１８０°）が優れていた。また、９０
±３０″以内の位相とすると、プラズマが特に一方の電
極側にかたよってしまった。これは反応空間内でイオン
を双方の電極で一方から他方の電極にまた他方の電極か
ら一方の電極に大きく運動させる位相とすることにより
、空間をより広くプラズマ化し、そのイオンを運動させ
るためと推定される。

以下に図面に従って本発明の作製方法を記す。

「実施例１」 第２図は、基体または部材上にプラズマ反応法により薄
膜形成またはエツチングを行う方法を実施するためのプ
ラズマ処理装置の概要を示す。

図面において、プラズマ反応装置の反応容器（７）はゲ
ート弁（９）で外部と仕切られている。ガス系（３０）
において、キャリアガスである水素またはアルゴンを（
３１）より、反応性気体である炭化水素気体、例えばメ
タン（Ｃ１，）、エチレン（Ｃ，Ｈ，）を（３２）より
、弗化炭素気体である弗化炭素（ＣｔＦｉ、Ｃ＋Ｆｓ）
を（３３）より、■価またはＶ価の不純物であるＢ２Ｈ
４またはＮＨ，を（３４）より、反応容器のエツチング
用気体である弗化窒素または酸素を（３５）より、バル
ブ（２８）、流量計（２９）をへて反応系（５０）中に
ノズル（２５）を経て導入する。

この反応容器（７）の上下に同一形状を有せしめて第１
の一対の電極として第１および第２の電極（３−１）　
、　（３−２）をアルミニウムの金属メツシュで構成せ
しめる。

このそれぞれの電極は第１および第２の電磁エネルギ供
給手段（１５−１）　、　（１５−２）を有する。それ
ぞれの電源である供給手段より１〜１００ＭＨ２の交番
電圧例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電圧を発し、その
電磁エネルギをＬＣＲで構成され反応容器内のインピー
ダンスとマツチングをさせるためのマツチングボックス
（１６−１）　、　（１６−２）を有する。このマツチ
ングボックスより導入端子（４−１）　、　（４−２）
をへてそれぞれの電極（３−１）　、　（３−２）に電
磁エネルギが供給される。第１および第２の電源（１５
−１）　、　（１５−２）は同一周波数の同一波形を原
則とするが、定倍波形を用いてもよい。

それぞれの電源の位相は位相調整器（２６）で１８０＠
±３０°以内に互いに制御されている。

反応性気体はノズル（２５）より下方向に放出される。

バイアス電圧は１０Ｈｚ〜１００ＫＨｚよりなるバイア
ス手段（１７）により供給される。そしてこのバイアス
はスイッチ（１０）が（１１−２）のとき基体または部
材に供給される。

かくして反応空間（８）にプラズマが発生する。

排気系（２５）は、圧力調整バルブ（２１）、ターボ分
子ポンプ＜２２）　、ロータリーポンプ（２３）を経て
不要気体を排気する。

これらの反応性気体は、反応空間（８）で０．００１〜
ｉ、Ｑｔｏｒｒ例えば０．０５ｔｏｒｒとした。

かかる空間において、０．５〜５０ＫＷ　（単位面積あ
たり０．００５〜５Ｗ／ｃｍ”）例えばＩＫ−（単位面
積あたり０．１Ｗ／ｃｍ”の高エネルギ）の第１の高周
波電圧を加える。

さらに第２の交番電圧による交流バイアスの印加により
、被形成面上には−５０〜−６００Ｖ（例えばその出力
はＩＫＷ）の負の自己バイアス電圧が印加されており、
この負の自己バイアス電圧により加速された反応性気体
を基体または部材上にスパッタしつつ成膜またはエツチ
ングし、かつ緻密な膜形成または高速異方性エツチング
をすることができた。

「実施例２」 この実施例は、実施例１で用いたプラズマ反応装置によ
り、第１図に示す如く、有機物の部材要部上に炭素を主
成分とする膜を作製した例である。

第１図（Ａ）において、アルミニウムの部上に有機樹脂
が設けられたＯＰＣ（有機感光導電体）ドラムを用い、
その上に光伝導体または保護膜としてＤＬＣ膜を形成し
たものである。

反応性気体は、例えばエチレンと弗化炭素の混合気体と
した。その割合はＣｚＦ６／Ｃｚｔ１４＝１／４〜４／
１とし、代表的には１／１である。この割合を可変する
ことにより、透過率および比抵抗を制御することができ
る。バイアスはスイッチ（１０）を（１１−２）とし強
（印加した。基体または部材（１）の温度は室温〜１５
０℃、代表的には外部加熱をすることなく室温に保持さ
せる。かくして被形成面上はビッカース硬度７００〜５
０００Ｋｇ／ｍｍ”、光学的エネルギバンド巾１．０〜
５．５ｅＶを有し、有機樹脂上にも密着させて成膜させ
得る。可視光に対し、透光性のアモルファス構造または
結晶構造を有する弗素と水素とが添加された炭素または
炭素を主成分とする被膜を０．１〜８μｍ例えば０．５
μｍ（平面部）、１〜３μｍ（凸部）に生成させた。成
膜速度は１００〜１０００人／分を有していた。

第１　図（Ａ）、　（Ｂ）において、このプラスチック
ス（１）は軽量であり、この上への密着性向上のためエ
チレンと水素とを用いて０．０１〜０．１　μｍの厚さ
に形成した。その上にＣ，Ｆ、とＮＨ３とＨ２との混合
気体を用い、比抵抗が１×１０６〜５×１０′３Ωｃ１
１１、好ましくは１×１０７〜５×１０′！ΩｃＩ１１
の膜を０．２〜２μｍの厚さに形成した。かくしてＯＰ
Ｃドラム上に本発明方法により炭素を主成分とする被膜
を作製することができた。

「実施例３」 この実施例は窒化珪素を形成する例である。

反応性気体として第２図でジシラン（ＳｉｔＨ４）を（
３３）より窒素（Ｎｚ）を（３２）より供給し、（Ｓｉ
ｚＨａ）／Ｎｚ＝１／３〜１／１０とした。外部より加
熱することない室温または３００°Ｃまでの温度、代表
的には室温で、基体または部材は半導体集積回路基板ま
たはこれをリードフレーム上にアッセンブルしたものま
たはハイブリッドＩＣを用いた。これを基体（１）とし
て第１図（Ｃ）で略記する。ここに実施例１と同じく、
０．０５ｔｏｒｒの圧力で高周波を加えた。すると窒化
珪素膜をこれらの上面に１００人／分の成膜速度で形成
することが可能となった。この窒化珪素膜はこの後工程
の有機樹脂モールド剤との密着性を向上させ、さらに耐
ナトリウム性の向上に優れたものであった。

実施例１において、半導体集積回路基板にスパッタによ
るプラズマ損傷を与えないため、スイッチ（１０）は（
１１−１）または（１１−３）として被形成面を有する
基体または部材にバイアスがかからないようにした。

「実施例４」 この実施例は第１図（Ｄ）に示したものである。

第２図のプラズマ処理装置を実施例と同様に用いた。そ
して板状の基体ホルダを陽光柱プラズマ空間（８）内に
配設し、その両面に被形成面を有する基板（１１）　、
　（１１’）を保持し、ここに多層に被膜を形成した例
であり、この基体としてはガラス板がある。このガラス
板は自動車、オートバイ、航空機、船舶のフロントウィ
ンド、サイドミラー、サイドウィンド、リアウィンドま
たは建築物の窓であり、その外気に触れる面倒である。

この基板上にまず実施例３に示した窒化珪素膜を形成し
た。さらに反応性気体を排除し、実施例１に示した如く
、この上に弗素が添加された炭素膜を０．１〜５μｍ例
えば０．５μｍの厚さに形成した。

本発明において、特にこの炭素または弗素が添加された
■価または７価の添加物の添加されていない炭素を主成
分とする被膜は、排水性を有し、ビッカース硬度１００
０〜５０００ｇ／ｍｍ”を有する。また静電気の発生に
よるゴミの付着を防ぐため、比抵抗はｌＸｌ０’〜５Ｘ
１０″Ωｃ１１の範囲、特に好ましくはＩ　ＸＩＯ’〜
ｌＸｌ０”Ωｃｌｌの範囲とした。

第１図（１））はこのウィンドのほこりが付着するとと
もに、雨があたる表面上のみに形成したものである。

本実施例において、ガラスは酸化珪素よりなり、酸素を
含有し、弗化物気体とは反応しやすいため、ＤＬＣを形
成する前に耐酸素性を有するバッファ層として透光性で
かつ緻密性がよい窒化珪素または窒化珪素を主成分とす
る膜（４５−１）　、　（４５’−１）を形成した。そ
して耐弗素性を酸化珪素より有する窒化珪素上に弗素が
添加された炭素膜または炭素を主成分とする被膜（４５
−２）　、　（４５°−２）を積層した。この第１図（
Ｄ）の縦断面図はフロントウィンドのみならず、サイド
ウィンド、ミラー表面であってもよい。第１図（Ｅ）は
曲面上に対し形成したものである。これらは実使用上風
切りが強く、また鉱物質のほこりが衝突しやすく、結果
として失透、濁りが摩耗により発生しやすいため、本発
明は優れたものである。

「実施例５」 この実施例は実施例１で用いた装置を用いた。

第２図において、酸素（０□）または弗化窒素（ＮＦ、
）のみを導入し、基体または部材上の被膜のエツチング
除去を１００〜３００λ／分の速度でした。この実施例
において、エツチングされる材料は炭素または炭素を主
成分とする被膜（プラズマ酸素でエツチングされる）、
窒化珪素、タングステン、モリブデン等の金属または金
属珪化物（Ｎｈのプラズマによりエツチングされる）で
ある。またエツチング気体を塩素とすると、アルミニウ
ムのエツチングが可能となる。またエツチング用気体を
塩素または臭素とすると、酸化物超電導材料が可能とな
る。

「効果」 本発明装置により、プラズマ反応空間にＫＷレベルの大
電力を提供することができた。また位相を±３０°の範
囲で微調整ができるため、装置設計上ホルダ等完全対称
構造にできない形状を電気的に保証することができるよ
うになった。またこれで初めて１辺が０．５〜３ｍを有
する大容量空間にもプラズマを均一のプラズマ濃度に発
生させ得、さらにバイアスを実効的に印加できなかった
部材に対しても可能となり、かつ大容量空間での成膜ま
たはエツチングが可能となった。

本発明において、第２図の電極を上下ではなく前後配置
としてもよい。また第２図の反応装置を９０″横向きと
しても、それらは用途によって決められるべきものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基体または部材上に被膜を形成した例
およびその要部を示す。 第２図は本発明のプラズマ装置の概要を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反応容器内にプラズマを発生させるための一対の電
   極、前記一対の電極間にプラズマ反応被処理物を配設せ
   しめる手段とを有し、前記一対の電極のそれぞれにはマ
   ッチング手段と電磁エネルギ供給手段とを連結して具備
   せしめ、前記それぞれの電磁エネルギ供給手段間には位
   相調整手段を具備したことを特徴とするプラズマ反応装
   置。 ２、特許請求の範囲第１項において、プラズマ反応処理
   物には交流または直流バイアスを印加する手段を具備し
   たことを特徴とするプラズマ反応装置。