JPH09195054A - 薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電極間距離を小さくして装置の小型化を図る
薄膜生成装置を提供する。 【解決手段】 原料ガスをプラズマ化し基体３に薄膜を
形成する薄膜形成装置において、上記原料ガスに放電電
圧を印加するための電極４と、電極４に電圧を供給する
電源１０とを有し、電極４と基体３との間の距離ｄを２
０ミリメートル（ｍｍ）＜ｄ≦１８０ｍｍとする。ま
た、上記電極４は、網目状（メッシュ）であることが挙
げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料ガスをプラズ
マ化し基体に薄膜を形成する薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来において、一般に、薄膜形成装置
は、図３に示すように、反応槽１００内で、表面に基体
１０３が配置されたカソード１０１と、この基体１０３
と対向配置されてなるアノード１０２とが配設され、前
記カソード１０１に電源１０４からの所定のバイアス電
位を印加して、ガス供給管１０５から送られる原料ガス
をプラズマ化し、このプラズマ化された原料ガスがカソ
ード１０１に設置された基体１０３に引き付けられて成
膜する、いわゆるプラズマ化学気相成長（以下、プラズ
マＣＶＤという：chemical vapor deposition ）法にて
基体１０３の表面に薄膜を形成するものである。

【０００３】また、原料ガスをプラズマ化する際、反応
槽１００は、真空ポンプ等を備えた減圧系に接続する真
空ライン管１０６より減圧される。

【０００４】図４に示した薄膜形成装置にて絶縁膜を成
膜すると、４０〜１００ｎｍの厚さのものが得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示し
た薄膜形成装置において、アノード１０２と基体１０３
との間の距離すなわち作業距離または電極間距離を小さ
くすることが望まれている。従来においては、この作業
距離は、２００乃至３００ｍｍに設定されている。

【０００６】また、上記作業距離が大きいと、例えば薄
膜を成膜する速度が小さくなったり、反応槽の大きさも
大きくなるため装置全体が大きくなったり、当該反応槽
の表面積が大きくなるため洗浄に時間が掛かったりして
しまう。

【０００７】そこで、本発明は、上述の実情に鑑みてな
されたものであり、電極間距離を小さくして装置の小型
化を図る薄膜生成装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成装
置は、原料ガスをプラズマ化し基体に薄膜を形成する薄
膜形成装置において、上記原料ガスに放電電圧を印加す
るための電極と、上記電極に電圧を供給する電源とを有
し、上記電極と上記基体との間の距離ｄを２０ミリメー
トル＜ｄ≦１８０ミリメートルとすることを特徴とする
ことで上述の問題を解決する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る薄膜形成装置
の実施の形態の構成例について、図面を参照しながら説
明する。

【００１０】上記薄膜形成装置は、図１に示すように、
原料ガスをプラズマ化し基体３に薄膜を形成する薄膜形
成装置において、上記原料ガスに放電電圧を印加するた
めの電極４，７と、電極４，７に電圧を供給する電源１
０とを有し、電極４と基体３との間の距離ｄを２０ミリ
メートル（ｍｍ）＜ｄ≦１８０ｍｍとすることを特徴と
している。

【００１１】また、基板３に成膜される薄膜は、ＤＬＣ
薄膜であることが挙げられる。

【００１２】また、上記電極４は、網目状（メッシュ）
であることが挙げられる。このメッシュ状とするのは、
上から導入されたガスがメッシュ電極を通り抜け、プラ
ズマ中にさらされやすくするためである。

【００１３】上記薄膜形成装置によれば、先ず、上記真
空ポンプを作動させて排気管８より主真空槽５内部の排
気を行い系内の圧が０．１パスカル（Ｐａ）以下になる
まで減圧され、供給管１より原料ガスが導入される。こ
のときの反応管２内の圧力及び原料ガスの流量は、成膜
条件、成膜する薄膜の膜厚及び成膜速度に応じて変化さ
せることも可能である。

【００１４】次に、反応管２内の圧力が安定した後、電
極４に所定の直流電圧が印加され、プラズマが発生す
る。ここで、プラズマが発生することで、後述するよう
に、反応管２内部の圧力が上昇するため、結果として反
応管２と主真空槽５との間に圧力の勾配が生じる。この
圧力勾配に応じて、反応管２内のプラズマは、基板３に
吹き付けられ、基板３にＤＬＣ薄膜が成膜される。

【００１５】そこで、上記電極４としてメッシュ状のも
のとすることで、前記電極間距離すなわち電極４と基体
３との間の作業距離を小さくしても、上記原料ガスを反
応管２内に全体に安定して分散させることができる。

【００１６】上記薄膜形成装置において、供給管１から
供給される原料ガスは、例えばメタン、ベンゼン、プロ
パン、エチレン、スチレン等の炭化水素ガスである。

【００１７】また、反応管２は上記原料ガスをプラズマ
化し、基板３に成膜するための空間すなわち反応場を提
供する部分であり、上記基板３を保持する保持台７との
間に数ミリメートル程度の隙間９が生じるように配設さ
れる。

【００１８】基板３は、例えばディスク形状や長方形状
等の平面を有する形状のものであり、保持台ともなるカ
ソード電極７の所定の位置に設置される。

【００１９】また、電極７は、基板３を載置するための
導電性を有する保持台でもあり、絶縁板６上に載置され
る。

【００２０】電源１０は、例えば１．５ｋＶの大きさの
直流電圧を発生するものであり、正極が例えば銅製でメ
ッシュ状の電極４に接続され、負極が保持台７に接続さ
れるとともに接地されている。このようにすることで、
電極４は所定の電位となり、また、保持台７は接地電位
となるため、両者の間に電位差が生じて原料ガスをプラ
ズマ化する。

【００２１】ところで、主真空槽５は、反応管２を囲ん
でおり、排気管８が配設されている。なお、この排気管
８には図示はしないが真空ポンプ等の減圧系が接続され
ており、この真空ポンプを作動させることで主真空槽５
の内部は減圧される。

【００２２】このように、反応管２内部と主真空槽５と
の間に生じる圧力差と、隙間９近傍で生じる圧力差とに
より、反応管２内部で発生したプラズマが、この隙間９
より主真空槽５に向かって加速され、基板３に衝突、反
応してＤＬＣ薄膜が成膜される。

【００２３】また、上記電極４と基体３との間に設ける
距離（ｍｍ）を変化させて、成膜速度（μｍ／ｍｉｎ）
及び電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍ）を測定した結果を表１に示
す。なお、表１において、電極４及び保持台７間で生じ
る電界強度Ｅ（ｋＶ／ｍ）は、以下の（１）式で定義さ
れた値である。ここでは、印加電圧Ｖを１．５ｋＶと
し、電極基板間距離ｄを変化させた結果が示される。

【００２４】 Ｅ＝Ｖ／ｄ ・・・（１）

【００２５】

【表１】

【００２６】また、表１において、各電極基板間距離が
適当であるか、成膜速度、成膜される薄膜の硬度及び該
薄膜の表面の状態の面より検討した結果も記されてい
る。ここで、成膜速度については、２μｍ／ｍｉｎ以下
であるものを円印で示している。表１においては、全て
の電極基板間距離において円印が付されている。

【００２７】また、硬度については、ビッカース硬さを
測定しこの測定結果を用いて検討し、ビッカース硬さが
１０００以上であるものを円印、８００乃至１０００で
あるものを三角印、８００であるものをばつ（×）印で
示している。表１においては、電極基板間距離が３０乃
至５０ｍｍである場合に円印が、また、それ以外の場合
すなわち２０ｍｍと、８０乃至１８０ｍｍが三角印が付
されている。

【００２８】最後に、表面の状態については、顕微鏡を
用いて実際に表面を目視して、荒れているか否かを検討
した。表１においては、電極基板間距離が３０乃至１８
０ｍｍのときに円印が、２０ｍｍであるときにはばつ印
が付されている。

【００２９】ここで、さらに、上述の成膜速度、硬度及
び表面状態により、全てが円印である場合円印を、１つ
でも三角印がある場合三角印を、また、１つでもばつ
（×）印がある場合ばつ印を示すことで、総合評価を下
している。

【００３０】この総合評価によれば、電極基板間距離が
２０ｍｍである場合は表面状態の検査結果がばつ（×）
であるため、ＤＬＣ薄膜を成膜するのに適当でないこと
がわかる。これは、２０ｍｍ以下になると、作業距離が
小さすぎるため、プラズマが基体３の表面に衝突する際
に生じる衝撃が大きくなり膜の密度が低下するためであ
ると考えられる。

【００３１】また、３０乃至５０ｍｍには全て検査結果
で円印が付されており、ＤＬＣ薄膜を成膜するのに最適
な距離であることがわかる。また、８０乃至１８０ｍｍ
においては、硬度の検査結果についてのみ三角印が付さ
れており、ＤＬＣ薄膜を成膜するのに最適な距離ではな
いが、適当な距離であることがわかる。

【００３２】次に、本発明に係る実施の形態となる薄膜
形成装置として、曲率を持った基体表面や円筒側面等の
所望の箇所にＤＬＣ薄膜を成膜する具体例について、図
面を参照しながら説明する。

【００３３】例えば図２は、回転ドラム等の円筒の側面
にＤＬＣ薄膜を成膜するための薄膜形成装置の例につい
ての具体的な構成を示している。なお、本例では電極基
板間距離すなわち電極２４と円筒２３の側面との間の距
離を最適な３０ｍｍとしている。

【００３４】図２によれば、図示されない減圧系により
主真空槽２５内部が減圧される。主真空槽２５内の圧力
が安定してから、供給管２１から反応管２２に原料ガス
を導入する。また、電線３０を介して図示されない電源
より電極２４に放電電圧が印加され、円筒２３側の電極
（図示せず）は接地される。円筒２３が導電性であれば
円筒２３自体を接地すればよい。そこで、反応管２２内
の電極２４及び円筒２３の間に電界が生じて、原料ガス
はプラズマ化される。

【００３５】このプラズマが、図１と同様に、反応管２
２と主真空槽２５との間に隙間が設けられ、反応管２２
と主真空槽２５との間に生じる圧力差により、当該隙間
から円筒２３の側面に吹き付けられ、円筒２３の側面に
ＤＬＣ薄膜が成膜される。

【００３６】図２において、反応管２２の底面に穴３１
が配設され、反応管２２で発生したプラズマは、この穴
３１を通して円筒２３の側面に吹き付けられる。

【００３７】また、円筒２３は、第２の回転軸２９によ
り回転可能に支持される。また、モータ２６からの回転
動作は、第１の回転軸２７に伝導し、ギヤ部２８にて第
１の回転軸２７に対して垂直方向に設けられた第２の回
転軸２９に伝導し、円筒２３が回転する。

【００３８】次に、図３は、曲率を持った基体４３の表
面にＤＬＣ薄膜を成膜するための薄膜形成装置の具体的
な構成を示している。ここで本例では電極基体間距離Ｄ
を、例えば最適な３０ｍｍとしている。

【００３９】図３によれば、図示しない真空ポンプ等の
減圧系により排気管４８から主真空槽４５内部の基体が
排気され、主真空槽４５内部が減圧される。主真空槽４
５内の圧力が安定してから、供給管４１から反応管４２
に原料ガスを導入する。また、直流電源５０より電極４
４，４７間に放電電圧が印加される。そこで、反応管４
２内の電極４４と基体４３を保持する電極４７との間に
電界が生じて、原料ガスはプラズマ化される。

【００４０】このプラズマが、図１と同様に、反応管４
２と主真空槽４５との間に隙間が設けられ、反応管４２
と主真空槽４５との間に生じる圧力差により、当該隙間
から基体４３の側面に吹き付けられ、基体４３の表面に
ＤＬＣ薄膜が成膜される。

【００４１】以上、本発明に係る薄膜形成装置が適用さ
れる具体例について説明したが、本発明は上述した具体
例に限定されることなく、種々の変更が可能である。例
えば基体上に成膜する薄膜としてＤＬＣ薄膜を挙げた
が、他に窒化チタンやシアン化チタン等の硬質膜であれ
ば、原料ガスを選択することで成膜可能である。

【００４２】また、電源１０として直流電圧を発生する
直流電源である例を挙げたが、交流電源を用いて一方の
端子例えば負極側を接地することで、電源１０としても
よい。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る薄膜
形成装置によれば、電極間距離すなわち基体に薄膜を形
成させる際に必要とされる作業距離を２０＜ｄ≦１８０
ミリメートルに抑えることで、装置全体を小さくし、さ
らに反応槽の表面積が小さくなるため洗浄が短時間で済
みメンテナンスが容易になる。また、成膜速度も上げら
れる。さらに、曲率を有する基体や円筒等にもＤＬＣ膜
を形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る薄膜形成装置の実施の形態の概略
構成を示す断面図である。

【図２】円筒の側面に薄膜を形成するための薄膜形成装
置の具体例について一部を切り欠いて示す斜視図であ
る。

【図３】曲率を有する基体の表面に薄膜を形成するため
の薄膜形成装置の具体例の断面図である。

【図４】従来の薄膜形成装置の要部を示す図である。

【符号の説明】

２ 反応管、 ３ 基板、 ４ 電極、 ５ 主真空
槽、 ７ 電極、 １０電源、 ２２ 反応管、 ２３
円筒、 ２４ 電極、 ２５ 主真空槽、４２ 反応
管、 ４３ 円筒、 ４４ 電極、 ４５ 主真空槽、
４７ 電極、 ５０ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ３０Ｂ 30/02 Ｃ３０Ｂ 30/02 (72)発明者 天野 俊二 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 林 弘志 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原料ガスをプラズマ化し基体に薄膜を形
   成する薄膜形成装置において、 上記原料ガスに放電電圧を印加するための電極と、 上記電極に電圧を供給する電源とを有し、 上記電極と上記基体との間の距離ｄを２０ミリメートル
   ＜ｄ≦１８０ミリメートルとすることを特徴とする薄膜
   形成装置。
2. 【請求項２】 上記電源は、放電電圧として直流電圧を
   上記電極に印加することを特徴とする請求項１記載の薄
   膜形成装置。
3. 【請求項３】 上記基体に成膜する薄膜はダイヤモンド
   状カーボン薄膜であることを特徴とする請求項１記載の
   薄膜形成装置。
4. 【請求項４】 上記電極は、網目状であることを特徴と
   する請求項１記載の薄膜形成装置。