JPH05295552A

JPH05295552A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH05295552A
Application number: JP9764692A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Inaba; 宏稲葉; Yuichi Kokado; 雄一小角; Shigehiko Fujimaki; 成彦藤巻; Makoto Kito; 諒鬼頭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1993-11-09

Abstract

(57)【要約】【目的】真空槽内でのプラズマ漏洩を防止すると共に、
高速プラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を実現
する。【構成】プラズマを発生させるために電圧印加装置７か
ら電圧を印加する電極で真空槽を構成し、電極真空槽１
とする。真空槽内には従来のようにア−スシ−ルドを設
けない構成とする。【効果】バイアス電圧値を律速する浮遊電気容量を最小
限度として、バイアス電圧の増加を可能としディスク基
板２上への高速成膜を可能とすると共に、真空槽内のプ
ラズマの漏洩をなくす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマを使用した成
膜処理装置およびエッチング処理装置等のプラズマ処理
装置に係り、特に被処理基板を間欠的に搬送し、静止し
ている間に順次プラズマ処理を行う連続処理型プラズマ
処理装置に好適なプラズマ処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように被処理基材をそのまま、あ
るいはホルダーなどに搭載したものを順次反応容器に送
り込み、プラズマを発生させて被処理基材の表面を改
質、またはエッチングしたり、被処理基材表面に薄膜を
形成した後、基材を送り出すステップを繰り返すことに
よって連続的に多数の基材をプラズマ処理する装置は、
工業的に広く用いられている。この例として、例えば特
開昭６２−５０２８４６号公報にあるような磁気ディス
クや光ディスクの多層膜を順次形成するスパッタ成膜装
置などが知られている。

【０００３】一方、高周波プラズマ処理方法として、電
極面積の非対称性によって生ずる自己バイアス効果を利
用して高エネルギーイオンによるエッチングやイオンア
シスト成膜を行う方法も良く知られており、例えばリア
クティブイオンエッチングや高硬度カーボン膜の成膜等
が行われている。これらの処理では通常、高周波を印加
する側の電極上で処理が行われるが、例えば特開昭６２
−８３４７１号公報に開示されているように、高周波電
極の面積を大きくすることによって接地側基板上でも同
様の処理を行うと、工業的に大きな効果がある。すなわ
ち、前記のような連続多数枚処理を考えると、基板を接
地電位のままにできることは、例えば搬送装置を構成す
る上で非常に有利であった。

【０００４】図８は、被処理ディスク基板にプラズマ処
理する従来の代表的なプラズマ処理装置の構成例を示し
た断面図である。同図において、１６はアースされた真
空槽であり、この中にプラズマを発生させる電極真空槽
１７が絶縁体５を介して配設されている。この電極真空
槽１７の外周部には、真空槽１６に接続されたアースカ
バー３が所定の間隔をおいて設けられ、電極真空槽１７
をアースシールドしている。さらに電極真空槽１７は、
真空槽１６内に開口し、その開口部には接地された基板
ホルダー１９上に搭載された被処理ディスク基板２が保
持されている。電極真空槽１７および真空槽１６は、バ
ルブ４を介して接続された排気機構により真空に排気さ
れる。また、７は高周波電圧印加装置であり、電極真空
槽１７に接続されている。８はガス導入機構であり、プ
ラズマ処理に必要なガスが電極真空槽１７内に供給され
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術を用い
た連続プラズマ処理装置において、基板２を接地電位と
した場合に発生する自己バイアス電圧、成膜速度は、基
板２を高周波側電極上で処理するときに発生するそれ等
の値に比較して１／３程度であり、成膜速度は最大０．
５ｎｍ／ｓ程度となる。また、成膜処理の代わりにエッ
チング処理を行なった場合にも同様でエッチング速度が
遅い。従って、連続多数枚処理を行う場合、成膜もしく
はエッチングに要する時間がネックとなり希望とする時
間内でのプラズマ処理ができず、生産効率が悪いという
問題があった。

【０００６】この原因は、接地された基板２の被処理面
と、電圧供給源側に接続されたプラズマが生成される空
間を取り囲み得る形状の電極部材（電極真空槽１７）に
対して、主に並列で生じる、電圧供給源側に接続された
電極部材と接地した部材間スペ−サによって発生する電
気容量（以下、浮遊電気容量と呼ぶ）に律速されること
にあった。即ち、プラズマ発生時のシ−スの電気容量に
対して浮遊電気容量値が大きいからである。

【０００７】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、プラズマ処理において、プラズマ発生時のシ−
スの電気容量に対して浮遊電気容量値を小さくすること
ができる電極構造を有した改良されたプラズマ処理装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明に関わるプラズマ処理装置は、接地された基
板の被処理面上の空間を取り囲み得る真空槽そのもの
が、供給電源側（電圧供給手段）に接続された電極とす
ることで、従来の問題として指摘した真空槽内に電源側
部材、接地部材間による浮遊電気容量を極力発生させな
い構造としたものである。

【０００９】すなわち、その代表的構成は、真空容器
と、真空容器中の圧力を大気圧より低い状態に保持する
排気手段と、真空容器中にプラズマを発生させるための
電極と、電極に電圧を印加するための電圧供給手段と、
プラズマ発生部にガス状物質を供給する手段とを具備し
て成るプラズマ処理装置において、前記真空容器を、プ
ラズマが生成される空間を取り囲み得る形状の真空槽と
すると共に、これを接地せずに電圧供給手段に接続して
前記プラズマを発生させる電極とする電極真空槽で構成
して成り、前記真空容器内の接地部材を基板とその取り
付け部材で構成して成るプラズマ処理装置としたもので
ある。

【００１０】一般に、プラズマ処理が行われるガス圧は
０．０１〜０．１Ｔｏｒｒ程度であり、このようなガス
圧の場合、基板上に発生するシ−ス距離は、５〜１０ｍ
ｍである。一方、真空槽中において電極部材と、それを
取り囲むア−スシ−ルド間距離は、不必要なプラズマが
発生しないように通常、その間隔を３ｍｍ以下としなけ
ればならない。また、正のバイアス電極においてはその
電極比が、供給電源側：接地電極側（基板側）＝２：１
以上必要である。ここで電気容量について考えるとき、
電極断面積をＡ（ｍ²）、電極距離Ｌ（ｍ）、真空の誘
電率ε₀(Ｆ・ｍ~¹)、比誘電率εsとしたとき次式（１）
で表される。

【００１１】

【数１】Ｃ＝ε₀・εs Ａ／Ｌ …（１）従って、シ−スにより発生する電気容量に対して、ア−
スシ−ルドにおいて発生する浮遊電気容量の方が、大き
い値を持つことになる。

【００１２】これらのことを考慮した電極の等価回路図
を図１に示している。ここで、シ−スにより発生する電
気容量Ｃ_P（Ｆ）、電極と並列に発生する浮遊電気容量
Ｃ_F（Ｆ）、電極間全体の電気容量Ｃ_A（Ｆ）、自己バイ
アス電圧Ｖ_P（Ｖ）、空間電荷電流Ｉ（Ａ）、角速度ω
（ｒａｄ／ｓ）とすると、プラズマシ−スでの電気容量
Ｃ_P（Ｆ）に対して、浮遊電気容量Ｃ_F（Ｆ）は１０Ｃ_P
（Ｆ）以上の値となることが分かる。従って、次式
（２）、（３）

【００１３】

【数２】Ｃ_P≪Ｃ_F …（２）

【００１４】

【数３】Ｃ_A＝Ｃ_P＋Ｃ_F≒Ｃ_F …（３）となり、電極間における全電気容量Ｃ_Aは９割以上が浮
遊電気容量Ｃ_Fによるものとなる。従って、電極間にお
ける電圧値Ｖ_P（自己バイアス電圧）は、次式（４

【００１５】）

【数４】Ｖ_P＝Ｉ／ω・Ｃ_F …（４）と表され、Ｃ_Fに律速されることになる。

【００１６】本発明に関わるプラズマ処理装置では、こ
れらのことを考慮した上で、浮遊電気容量Ｃ_Fを最小限
に押さえる構造としている。即ち、通常、真空槽内にお
いてプラズマを囲み得る供給電源側電極にア−スシ−ル
ドを設け、異常放電を防ぐが、本発明では、真空槽自体
を供給電源側の電極（真空槽と電極とを兼ねた電極真空
槽）として用いることで真空槽内のア−スシ−ルドを撤
廃し、真空槽外の安全のため、真空槽を取り囲み得るア
−スカバーを設けた構造としている。これらについて以
下の実施例の中で具体的に説明する。

【００１７】

【作用】本発明によると、ディスク基板２を接地側とし
た正バイアス電圧値を得る電極構造において、そのバイ
アス電圧値を増加させることが可能となる。実験結果を
図２に示す。ここで、横軸に浮遊電気容量Ｃ_F、縦軸に
バイアス電圧Ｖ_Pをプロットしている。図から分かるよ
うに浮遊電気容量Ｃ_Fを少なくするほどバイアス電圧が
増加する結果が得られた。特に、Ｃ_F＝２５０（ｐＦ）
以下においては、希望とするバイアス電圧値８００
（Ｖ）以上が得られた。

【００１８】また、図３は、縦軸に成膜速度をプロット
しているが、ここでも同様に、浮遊電気容量Ｃ_Fと成膜
速度の逆数的関係が得られている。これは、バイアス電
圧増加によって飛び込むイオンのエネルギ−を増加さ
せ、成膜速度を向上できたと考えられる。

【００１９】また、図８に示した従来装置の真空槽１６
内において、ア−スカバー３を撤廃したことにより、供
給電源側電極−ア−スシ−ルド間における異常放電を引
き起こすこともなく、従来型の構造では致命的な問題で
あったプラズマ漏洩を完全に排除できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面にしたがって
説明する。〈実施例１〉図４は、本発明をディスク基板用プラズマ
処理装置に適用した構成例を示す要部断面概略図であ
る。すなわち、本発明によるプラズマ処理装置は、少な
くとも大気圧以下の圧力に排気可能な真空槽であり、し
かも、高電圧を印加するための電極である電極と真空槽
を兼ねた電極真空槽１、及び基板ホルダーを介して接地
された被処理ディスク基板２と、これらを囲み得るア−
スカバ−３と、これらを絶縁し真空を保持する為の絶縁
材５と、前記電極真空槽１に高電圧を印加するための電
圧印加装置７と、ガス状物質をプラズマ発生領域に導入
するためのガス導入機構８と、電極真空槽１内部を大気
圧以下に保持するための排気機構６と、電極真空槽１と
排気機構６とを仕切るバルブ４とから構成される。

【００２１】このような電極を用い、高周波プラズマを
発生させると、ディスク基板２の基板に大きなバイアス
電圧の降下が生じ、ガス導入機構８からガス状物質とし
てエッチングガスを導入すれば反応性イオンエッチング
処理が施され、例えばメタンガスの如き炭化水素からな
る成膜原料ガスを導入すれば硬質カ−ボン膜の如き成膜
処理を施すことが出来る。

【００２２】〈実施例２〉図５は、図４に示す電極真空
槽１を被処理ディスク基板２を中心に相対向させて２個
用いる。この時、２つのプラズマ処理部のガス圧やガス
流量、印加電圧や電流などをそれぞれ独立に制御するこ
とによって、２つのプラズマ処理部の処理効率の差（成
膜速度や膜質、エッチング速度など）を最小にすれば、
両面同時に均一なプラズマ処理を行うことができる。

【００２３】また、これら２つのプラズマ処理部の処理
条件を独立に設定することにより、一方の処理部では例
えばＣＶＤによる成膜を施し、他方の処理部ではエッチ
ング処理をするとか、両方共にＣＶＤよる成膜をそれぞ
れことなる条件、例えば異なる材質の成膜を行なうと
か、種々の処理を組み合わせることが可能であり、両面
同時に所望のプラズマ処理を施すことができる。

【００２４】また、本実施例に用いる電極の構造は、相
対向する一組の電極真空槽１同志を、ディスク基板２の
基板面に対し、矢印で示したように垂直方向に往復移動
させ、基板２に近付けてプラズマを閉じ込めたり、ま
た、基板２を搬入、搬出移動させるために基板から遠ざ
け開放するものであり、スパッタリング成膜やプラズマ
ＣＶＤなどにも、さらにはプラズマエッチング処理など
にも用いることができる。

【００２５】上記のようにこの電極真空槽１の往復移動
機構は、装置本体にディスク基板２を搬入出する際に用
いるものであるが、具体的には、向かい合った電極真空
槽１を被処理部１８より遠ざけておき、ディスク基板２
が被処理部１８にセットされた後、電極真空槽１をディ
スク基板２の両側からプラズマが漏洩しない距離まで近
づけて、電源７から高電圧を印加し、プラズマを発生さ
せる。処理後はプラズマ停止の後、電極真空槽１を再び
ディスク基板２から遠ざけ、ディスク基板２を排出す
る。

【００２６】〈実施例３〉本発明を適用した磁気ディス
クの製造装置の一例を図６に示す。この装置はディスク
基板２をホルダー１９に搭載し、これをレール１５にの
せて搬送し、仕込み室９、前処理室１０、スパッタ室１
１（この例では１１ａ、１１ｂの２室で構成）、仕切り
室１２、プラズマＣＶＤ室１３、取り出し室１４の順に
移動させ、下地膜、磁性膜、保護膜の順に成膜して取り
出すものである。これら各室内にはレール１５が連続し
て布設されており、基板は各室を移動できる構成となっ
ている。

【００２７】なお、本実施例において前処理室１０は、
単に加熱でもよいが、プラズマＣＶＤ室１３と同じ構造
のものとし、ガス導入機構８（図４、図５参照）からＣ
ＶＤガスの代わりにアルゴンなどの不活性ガスを導入し
てプラズマを発生させることにより、基板表面を軽くエ
ッチングする構成としてもよい。すなわち、この場合に
は本発明のプラズマ処理装置をエッチング処理装置とし
て処理室１０に適用することになる。

【００２８】つぎに上記装置を用いて磁気ディスクを実
際に製造した例について説明する。直径５．２５インチ
のディスク基板２を１枚づつホルダー１９に搭載したも
のを２０セット仕込み室９にセットし、真空排気した。
スパッタ室１１のスパッタ用カソードには、あらかじめ
下地膜用のＣｒターゲットと磁性膜用のＣｏＣｒＴａ合
金ターゲットを一対づつセットし、一旦真空排気した
後、アルゴンを導入し、ガス圧を１０ｍＴｏｒｒに保っ
て、直流プラズマを発生させ、１〜２時間ダミースパッ
タを行った後、プラズマを停止させた。つぎに、前記ホ
ルダ−１９を１枚取り出し室１４側に向かって搬送し、
前処理室１０に到達したところで一旦とめて加熱し、約
２００℃まで基板を加熱した。

【００２９】つぎに、このホルダーをスパッタ室１１に
搬送すると同時に、次のホルダーを仕込み室９から前処
理室１０に送った。このように、それぞれの処理室で処
理を行いながらホルダー１９を順次送り出した。このよ
うにして、スパッタ室１１ａで、ディスク基板にＣｒを
約３００ｎｍスパッタし、つぎに、スパッタ室１１ｂで
ＣｏＣｒＴａ合金を５０ｎｍスパッタした。ついで、プ
ラズマＣＶＤ室１３に搬送した。

【００３０】図５に示したように搬送の際は、処理槽内
をあらかじめ排気し、かつ電極真空槽１をディスク基板
２から遠ざかる方向に移動しておき、被処理部１８にお
いて、ホルダ−１９が容易に通る間隔を確保した。ホル
ダー１９が被処理部１８に到達し、停止した時点で、上
記電極真空槽１をディスク基板面に向かって動かし、被
処理部１８の間隔を小さくして、電極真空槽１とホルダ
−１９との間隔を狭めた。そしてガス導入機構８からメ
タン（ＣＨ₄）ガスを導入し、圧力が６.７（Ｐａ）一定
となるように流量と排気速度を調節した。その後、周波
数１３．５６ＭＨｚの高電圧を印加し、プラズマを発生
させた。この時、実効電力は１ｋＷでバイアス電圧は１
０００（Ｖ）が得られ成膜速度として１ｎｍ／ｓ得られ
た。プラズマを１分間保持した後、電圧印加を停止し、
電極真空槽１を再びディスク基板２から遠ざけ、ガスを
止め、排気した後、ディスク基板ホルダー１９を、取り
出し室１４に送ると同時に、次のディスク基板２を導入
した。

【００３１】上記のサイクルを繰り返すことにより、２
０枚のホルダー１９に搭載したディスク基板２に硬質カ
ーボン保護膜を形成した。この時、ディスク基板上に必
要とした保護膜膜厚２０ｎｍは、成膜速度が１ｎｍ／ｓ
得られたために、実行処理時間は２０ｓ程度と従来に比
較して１／３程度に短縮することが出来た。

【００３２】〈実施例４〉図７は、上記実施例３のプラ
ズマ処理装置を用いて製造した磁気ディスク２１を複数
枚スピンドルに搭載した磁気ディスク装置の一部破断断
面斜視図を示したものである。図示のように、磁気ディ
スク装置は、磁気ヘッド２１と、磁気ディスク２０と、
磁気ヘッド２１をアーム２２を介して磁気ディスク２１
の有効記録再生範囲の中の所定位置に移動させる機構２
５と、磁気ヘッド２１を介して磁気ディスク２０に情報
を書き込み、もしくは読み出すアクセス機構（図示せ
ず）とを備えている。この装置において、従来のカーボ
ン保護膜の耐久性に比較しても遜色ない良好な結果が得
られた。

【００３３】〈実施例５〉この例は、上記実施例１のプ
ラズマ処理装置をエッチング装置に適用し、液晶表示装
置の電解効果トランジスタのゲート電極アレイを形成す
るものである。先ず、基板２として予めガラス基板にア
ルミを蒸着、もしくはスパッタで形成し、この上に所定
のレジストマスクパターンを周知のリソグラフ技術で形
成したものを準備した。次いで、エッチングガスとして
市販のフッ素系ガスをガス導入機構８から導入し、実施
例３のカーボン膜の成膜とほぼ同様のプラズマ発生条件
で基板２をプラズマエッチング処理した。これにより所
定のマスクパターンに対応したアルミのエッチングパタ
ーンが得られ、目的とするアルミのゲート電極アレイを
形成することができた。エッチング速度は従来の約３倍
で、加工精度は従来に比して何ら遜色はなかった。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明により、所期
の目的を達成することができた。すなわち、プラズマＣ
ＶＤ正バイアス電極構造においてバイアス電圧値を律速
する要因を排除し、その値を増加させることができた。
そのため、被処理基板表面へ飛び込むイオンのエネルギ
−を増加、表面上での化学反応を促進させることがで
き、成膜、もしくはエッチング速度の高速化が図れるよ
うになった。したがって、例えば多数枚のディスク基板
を順次搬送して、短時間での効率のよい処理装置を提供
することができ、多工程連続処理装置の適用範囲を大き
く広げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】浮遊電気容量を説明するプラズマＣＶＤ電極構
造の等価回路図。

【図２】浮遊電気容量とバイアス電圧値との関係を示す
特性曲線図。

【図３】浮遊電気容量と成膜速度との関係を示す特性曲
線図。

【図４】本発明によるプラズマ処理装置の一実施例とな
る基本構成を示す断面図。

【図５】同じく他の実施例となるプラズマ処理装置の断
面図。

【図６】同じくさらに異なる他の実施例となる連続プラ
ズマ成膜装置の断面図。

【図７】同じく本発明のプラズマ処理装置を用いて製造
した磁気ディスクを搭載した磁気ディスク装置の一部破
断断面斜視図。

【図８】従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図。

【符号の説明】

１…電極真空槽、２…被処理デ
ィスク基板、３…ア−スカバ−、
４…バルブ、５…絶縁材、
６…排気機構、７…電圧印加機構、
８…ガス導入機構、９…仕込み室、
１０…前処理室、１１…スパッタ室、
１２…仕切り室、１３…プラズマＣＶＤ処理
室、１４…取出し室、１５…レ−ル、
１６…真空槽、１７…電極真空槽、
１８…被処理部、１９…基板ホルダー、
２０…磁気ディスク、２１…ヘッド、
２２…ア−ム、２３…スピンド
ルモ−タ、２４…カバ−、２５…磁気ヘッ
ドを磁気ディスクの有効記録再生範囲の中の所定位置に
移動させる機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鬼頭諒神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器と、真空容器中の圧力を大気圧よ
り低い状態に保持する排気手段と、真空容器中にプラズ
マを発生させるための電極と、電極に電圧を印加するた
めの電圧供給手段と、プラズマ発生部にガス状物質を供
給する手段とを具備して成るプラズマ処理装置におい
て、前記真空容器を、プラズマが生成される空間を取り
囲み得る形状の真空槽とすると共に、これを接地せずに
電圧供給手段に接続して前記プラズマを発生させる電極
とする電極真空槽で構成して成り、前記真空容器内の接
地部材を基板とその取り付け部材で構成して成るプラズ
マ処理装置。
【請求項２】プラズマ被処理基板を中心にその両側に上
記電極真空槽をそれぞれ対向して一組配設せしめ、前記
基板の両面をそれぞれ独立にプラズマ処理できる構成と
して成るプラズマ処理装置。
【請求項３】上記一組の電極真空槽を上記プラズマ被処
理基板の基板面に対して垂直方向に相互に往復移動させ
る電極真空槽移動手段と、前記基板を電極真空槽外に排
出し、搬送せしめる基板移動手段とを具備して成る請求
項１もしくは２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】上記真空容器の外側の大気中にア−スカバ
ーを配設して成る請求項１乃至３何れか記載のプラズマ
処理装置。
【請求項５】上記電極真空槽と基板を含む基板ホルダと
間に発生する電気容量を２５０ｐＦ以下として成る請求
項１乃至４何れか記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】上記電極真空槽をプラズマＣＶＤ処理槽と
して成る請求項１乃至５何れか記載のプラズマ処理装
置。
【請求項７】上記電極真空槽をプラズマエッチング処理
槽として成る請求項１乃至５何れか記載のプラズマ処理
装置。
【請求項８】磁性膜が形成された磁気ディスク基板表面
に、プラズマＣＶＤ処理により保護膜を形成する工程を
有する磁気ディスクの製造方法において、請求項１記載
のプラズマ処理装置のプラズマ発生部に、ガス状物質と
して所定の保護膜形成用ガスを供給して所定の保護膜を
形成して成る磁気ディスクの製造方法。
【請求項９】上記所定の保護膜形成用ガスとして、炭化
水素ガスを供給し、カーボン保護膜を形成して成る請求
項８記載の磁気ディスクの製造方法。
【請求項１０】請求項８もしくは９記載の磁気ディスク
の製造方法にて形成された保護膜を有して成る磁気ディ
スク。
【請求項１１】少なくとも磁気ヘッドと、磁気ディスク
と、磁気ヘッドをアームを介して前記磁気ディスクの有
効記録再生範囲の中の所定位置に移動させる機構と、前
記磁気ヘッドを介して前記磁気ディスクに情報を書き込
み、もしくは読み出すアクセス機構とを具備して成る磁
気ディスク装置において、前記磁気ディスクを請求項１
０記載の磁気ディスクで構成して成る磁気ディスク装
置。