JPH1060651A - 薄膜形成方法及び薄膜形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応管内の圧力を制御し、膜厚分布が均一化
される薄膜形成方法及び薄膜形成装置を提供する。 【解決手段】 電極１０を備えた反応管９内に原料ガス
を供給しながらプラズマ化学気相成長法により基体５表
面に薄膜を形成するに際して、反応管９内の圧力を測定
し、反応管９を移動させることにより反応管９と基体５
とのギャップを調整し、反応管９内の圧力を一定に保つ
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ法
により薄膜を形成する薄膜形成方法及び薄膜形成装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】薄膜形成方法としては、スパッタリング
法やプラズマＣＶＤ法等が挙げられる。このうち、スパ
ッタリング法では、Ａｒ等のスパッタガスを電磁や磁場
を利用して電離し、加速することでターゲット表面に衝
突させる。そして、プラズマ粒子が衝突したターゲット
からターゲット原子がはじき出され、このはじき出され
た原子が被成膜体上に堆積することで、スパッタ膜が形
成される。しかし、このスパッタ法でカーボン膜を成膜
する場合には、成膜速度が一般に遅く、工業的見地から
みたときに生産性に劣っている。

【０００３】一方、プラズマＣＶＤ法では、薄膜の原料
となる原料ガスを、電場で発生したプラズマのエネルギ
ーによって電離或いは合成等の化学反応を起こさせる。
この化学反応の結果生成された反応物が被成膜体上に堆
積することで、ＣＶＤ膜が形成される。このプラズマＣ
ＶＤ法は、スパッタリング法に比べて成膜速度が速く、
特にカーボン膜の成膜手段として期待されるものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したプ
ラズマＣＶＤ法において、膜厚分布を均一化して薄膜を
形成するためには、プラズマ雰囲気中の反応管内の圧力
を一定にすることが重要である。

【０００５】一般に、プラズマＣＶＤ装置では、反応管
内部でプラズマを発生させるため、図５に示すように、
反応管内部の温度は成膜時間が経過するとともに上昇
し、それに伴って原料ガスが膨張して反応管内の圧力が
上昇してしまう。そのため、反応管内の圧力が一定せ
ず、膜厚が不均一になる虞があった。

【０００６】さらに、反応管内の圧力を調べるために取
り付けられた真空計は、金属部（導通部）が導電部とな
って異常放電を誘発し、破損してしまう虞があった。

【０００７】そこで、本発明は、上述した問題点を解決
するために提案されたものであり、反応管内の圧力を制
御し、膜厚分布が均一化される薄膜形成方法を提供する
ことを目的とするものである。

【０００８】また、本発明は、真空計が破損する等の不
都合な点を解消し、反応管内の圧力を制御することによ
って、膜厚分布が均一化される薄膜形成装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る薄膜形成方
法は、電極を備えた反応管内に原料ガスを供給しながら
プラズマ化学気相成長法により基体表面に薄膜を形成す
るに際して、反応管内の圧力を測定し、反応管を移動さ
せることにより反応管と基体とのギャップを調整し、反
応管内の圧力を一定に保つことを特徴とする。

【００１０】本発明に係る薄膜形成装置は、電極を備え
た反応管内に原料ガスを供給しながらプラズマ化学気相
成長法により基体上に薄膜を形成する薄膜形成装置にお
いて、真空計と、反応管の絶縁樹脂製接続部とが絶縁樹
脂製真空計用チューブで接続され、電源が絶縁化される
ことによって電気的に中性状態とされた真空計によって
反応管内の圧力を測定する圧力測定機構と、上記反応管
を一軸パルスステージに取り付け、ギャップ調整用モー
ターにて駆動することによって、反応管と基体とのギャ
ップを調整可能とした反応管位置調整機構とを備えてい
ることを特徴とする。

【００１１】本発明に係る薄膜形成方法においては、反
応管内の圧力を測定し、基体と反応管とのギャップを調
整することにより、反応管内の圧力が一定に保たれ、膜
厚分布が均一化される。

【００１２】また、本発明に係る薄膜形成装置において
は、真空計と、反応管の絶縁樹脂製接続部とが絶縁樹脂
製真空計用チューブで接続され、真空計が電気的に中性
状態になるようにした圧力測定機構を備えていることか
ら、成膜中に異常放電を発生して真空計を破損する等の
不都合な点が解消され、プラズマ雰囲気中の反応管内の
圧力を測定することができる。

【００１３】また、この薄膜形成装置においては、上記
反応管をギャップ調整用モーターにて駆動する一軸パル
スステージに取り付けることによって、反応管を移動操
作できるようにした反応管位置調整機構を備えているこ
とから、上記圧力測定機構による測定結果をもとに、反
応管と基体とのギャップを調整することができるため、
反応管内の圧力が一定に保たれ、膜厚分布が均一化され
る。

【００１４】なお、上記絶縁樹脂製真空計用チューブの
長さは、１５００ｍｍ以上が好ましい。絶縁樹脂製真空
計用チューブの長さが１５００ｍｍ未満になると、上述
した絶縁効果が低くなり、真空計が破損してしまう虞が
生じる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明に係る薄膜形成方法は、プ
ラズマ化学気相成長法（以下、プラズマＣＶＤ法と称
す。）により薄膜を形成するに際して、反応管内の圧力
を測定し、反応管を移動させて反応管と基体とのギャッ
プを調整し、反応管内の圧力を一定に保つことにより、
成膜された薄膜の膜厚を均一化しようとするものであ
る。

【００１６】反応管内の圧力は、上述したように、反応
管内部の温度の上昇とともに上昇してしまう。そのた
め、この反応管内の圧力を測定し、この測定結果によ
り、反応管と被成膜体との距離を調整して、反応管内の
圧力を一定に保つ。これにより、被成膜体には、膜厚分
布が均一化された薄膜が形成される。

【００１７】具体的には、反応管内の圧力を測定するた
めに、真空計を反応官に取り付ける。しかしながら、真
空計の金属部が導電部となって異常放電を誘発するた
め、真空計を電気的に中性状態にする必要がある。

【００１８】本発明に係る薄膜形成装置は、真空計を電
気的に中性状態に保つために、真空計と反応管の絶縁樹
脂製接続部とが絶縁樹脂製真空計用チューブで接続され
ている。この薄膜形成装置においては、真空計に所定の
長さを有する絶縁樹脂製真空計用チューブが接続されて
いるので、反応管内のプラズマが真空計まで届く心配が
ない。なお、この時、真空計の電源は、絶縁トランスで
大地から浮かされている。

【００１９】また、この薄膜装置においては、上記反応
管をギャップ調整用モーターにて駆動する一軸パルスス
テージに取り付けることによって、反応管を移動操作で
きるようにした反応管位置調整機構を備えている。

【００２０】したがって、この薄膜形成装置は、成膜中
に異常放電を発生することなく、プラズマ雰囲気中の反
応管内の圧力を測定でき、上記圧力測定機構による測定
結果をもとに、反応管と基体とのギャップを調整するこ
とができるため、反応管内の圧力を一定に保つことがで
きる。

【００２１】なお、上記絶縁製真空計用チューブの長さ
は、１５００ｍｍ以上が好ましい。絶縁製真空計用チュ
ーブの長さは１５００ｍｍ未満になると、絶縁効果が小
さく実用的でない。

【００２２】以下、本発明を適用したプラズマＣＶＤ装
置、及びこれを用いて例えば非磁性支持体上に金属磁性
膜が成膜されたフィルム上に保護膜としてカーボン膜を
成膜する方法について、図面を参照しながら詳細に説明
する。

【００２３】なお、本実施の形態においては、フィルム
状の基体に成膜を行うプラズマＣＶＤ装置、及びカーボ
ン膜の成膜方法について述べるが、本発明においては、
これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で形状、材料等を任意に変更することが可能で
あることは言うまでもない。

【００２４】先ず始めに、このプラズマＣＶＤ装置１に
ついて説明する。このプラズマＣＶＤ装置１は、図１に
示すように、図示しない排気系によって排気されて内部
が真空状態となされた真空槽２内に、送りロール３，巻
き取りロール４とが配設されており、これら送りロール
３から巻き取りロール４に向かって、ポリエチレンテレ
フタレートからなるフィルム５が順次走行されるように
なされている。

【００２５】これら送りロール３から巻き取りロール４
側に上記フィルム５が走行する中途部には、上記各ロー
ル３，４よりも大径となされた円筒キャン６が配設され
ている。

【００２６】したがって、上記フィルム５は、上記送り
ロール３から順次送り出され、上記円筒キャン６の周面
に沿って移動走行され、更に上記巻き取りロール４に順
次巻き取られることとなる。

【００２７】また、上記送りロール３と上記円筒キャン
６との間、及び該円筒キャン６と上記巻き取りロール４
との間には、各ロール３、４より小径のガイドロール
７、８がそれぞれ配設され、上記送りロール３から上記
円筒キャン６、該円筒キャン６から上記巻き取りロール
４に亘って走行する上記フィルム５に所定のテンション
をかけ、該フィルム５が円滑に走行するようになされて
いる。

【００２８】上記円筒キャン６の下方には、図１及び図
２に示すように、成膜面に対して開口する箱型の反応管
９が設けられる。後述するように、反応管９は、成膜面
に対して、ギャップＧ（図３に示す。）が一定になるよ
うに、該円筒キャン６の周面に略平行となるように曲面
化された開口部を有する。

【００２９】反応管９には、この内部に炭化水素系の化
合物を主成分とした原料ガスを供給するガス供給管１１
が接続され、供給された原料ガスを反応管９内に均一に
分散させるガス分散板１２が設けられる。この反応管９
内のガス分散板１２の前方には、複数の空孔を有し、メ
ッシュ状に形成された電極１０が配されている。そし
て、ガス供給官１１より導入された原料ガスは、直流電
源により放電電圧が印加された電極１０を通過するとき
プラズマ状態となり、反応官９内で所定の反応を起こ
す。この時の分解生成物が、円筒キャン６の周面を走行
するフィルム５の表面に連続的に被着し、カーボン膜が
成膜される。

【００３０】また、プラズマ雰囲気中の反応管９内の圧
力を測定する圧力測定機構として、図１及び図３に示す
ように、真空槽２の側壁２ａには、金属製取付フランジ
１３を介して真空計１４が取付けられる。この真空計１
４は、テフロン製真空計用チューブ１６、ポリカーボネ
イト製取付フランジ１５を介して反応管９と接続され、
電気的に中性状態とされる。なお、真空計１４の入力電
源は、アーク電流が流れ込んで破壊することがないよう
に、絶縁トランスで大地から浮かされている。

【００３１】また、反応管位置調整機構として、図１に
示すように、反応管９は、一軸パルスステージ１７に取
り付けられ、矢印Ａ方向に可動自在となっている。ここ
で、一軸パルスステージ１７は、反応管９の幅より小と
された矩形の２枚の支持板１７ａにより反応官９を固定
支持し、支持板１７ａの一端が矢印Ａ方向の溝に可動自
在に支持されて、反応官９が矢印Ａ方向にスライド出来
るような構成になっている。また、一軸パルスステージ
１７は、水冷ギャップ調整用モーター１８により駆動さ
れる。

【００３２】したがって、この反応管位置調整機構にお
いては、真空計１４による測定結果を基にして、一軸パ
ルスステージ１７により反応管９を矢印Ａ方向に移動操
作させ、反応管９の開口部と成膜面とのギャップＧを調
整することによって、反応官９内の圧力が一定に保たれ
る。

【００３３】以下、上述したプラズマＣＶＤ装置を用い
て、カーボン膜を成膜する際の薄膜形成方法について説
明する。

【００３４】先ず、原料ガスをガス供給管１１により反
応官９内に導入し、ガス分散板１２、電極１０を通過さ
せる。原料ガスは、所定の直流電圧が印加された電極１
０を通過する時、プラズマ状態となり、反応管９内で所
定の反応を起こす。この時の分解生成物が円筒キャン６
の周面を走行するフィルム５の表面に連続的に被着し
て、カーボン膜が成膜される。

【００３５】この時の成膜中の反応管９内の圧力を真空
計１４によって測定する。この時、真空計１４は、上述
したように、ポリカーボネイト製取付フランジ１５に取
り付けられたポリフッ化エチレン樹脂製真空計用チュー
ブ１６で反応管９と接続され、その電源は、絶縁トラン
スを経由していることによって電気的に中性状態とされ
ている。したがって、取付フランジ１５が導電部になっ
て異常放電を発生し、反応管９内のプラズマが真空計１
４に届く心配もなく、真空計１４が破損されることがな
い。

【００３６】次に、この測定結果を基にして、一軸パル
スステージ１７及び水冷ギャップ調整用モーター１８に
より反応管９を矢印Ａ方向に移動調整して、反応管９の
開口部と成膜面とのギャップＧを調整し、反応管９内の
圧力を一定且つ均一に保つ。

【００３７】このような薄膜形成方法によれば、反応管
９内の圧力を一定に保つことができることから、良好な
状態でカーボン膜を成膜し、薄膜の膜厚分布を均一化す
ることができる。

【００３８】なお、ここでは、反応管位置調整機構によ
って、反応管９とフィルム５表面とのギャップを２μｍ
精度で位置決めできる機構とした。これによって、反応
管９内の圧力を設定値の±１Ｐａ以内に制御でき、長手
方向の膜厚を設定値の±１０％以内に制御することがで
きた。

【００３９】また、真空計１４には、市販のピラニーゲ
ージ、サーモカップルゲージ、ペニングゲージ等を使用
することができる。真空計１４は、図４に示すように、
１つのプラズマ装置に２つ設けてもよく、その種類や個
数を特に限定するものではない。

【００４０】反応管９の取付フランジ１５及び真空計用
チューブ１６には、絶縁性、耐熱性を有したポリカーボ
ネイト、ポリフッ化エチレン樹脂、デルリン等の絶縁材
が使用でき、特に限定されるものではない。

【００４１】ところで、上述したプラズマＣＶＤ装置の
真空計用チューブ１６の長さを変えて、カーボン膜の成
膜を行った。そして、成膜時間７０分間における異常放
電発生の回数を調べた。その結果を表１に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１の結果から、真空計用チューブ１６の
長さは１５００ｍｍ以上が好ましいことがわかる。真空
計用チューブ１６の長さが１５００ｍｍ未満になると、
真空計用チューブ１６の中に原料ガスが回って真空計１
４において異常放電が発生しやすくなる。また、真空計
用チューブ１６の長さが１００ｍｍ以下になると、上述
した効果が少なく、真空計１４が破損しやすくなってし
まう。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る薄膜形成方法においては、反応管内の圧力を測
定し、反応管が移動して反応管と基体とのギャップを調
整することから、反応管内の圧力が一定に保たれて膜厚
分布が均一化される。

【００４５】また、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置に
おいては、真空計と、反応管の絶縁樹脂製接続部とが絶
縁樹脂製真空計用チューブで接続され、真空計が電気的
に中性状態になるようにした圧力測定機構とを備えてい
ることから、成膜中に異常放電を発生して真空計を破損
する等の不都合な点を解消し、プラズマ雰囲気中の反応
管内の圧力を測定することができる。

【００４６】さらに、本発明に係るプラズマＣＶＤ装置
は、上記反応管をギャップ調整用モーターにて駆動する
一軸パルスステージに取り付けることによって、反応管
を移動操作できるようにした反応管位置調整機構を備え
ていることから、上記圧力測定機構による測定結果をも
とに、反応管と基体とのギャップを調整することができ
るため、反応管内の圧力が一定に保たれて膜厚分布が均
一化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したプラズマＣＶＤ装置の構成を
示す模式図である。

【図２】同プラズマＣＶＤ装置の反応管の構成を示す要
部斜視図である。

【図３】同プラズマＣＶＤ装置の反応管と真空計の接続
状態を示す要部構成図である。

【図４】別のプラズマＣＶＤ装置の反応管と真空計の接
続状態を示す要部構成図である。

【図５】成膜時間と、反応管内の温度変化及び圧力変化
とのを示す特性図である。

【符号の説明】

１ プラズマＣＶＤ装置、２ 真空槽、５ フィルム、
６ 円筒キャン、９ 反応管、１０ 電極、１１ ガス
供給管、１３ 取付フランジ、１４ 真空計、１５ 取
付フランジ、１６ 真空計用チューブ、１７ 一軸パル
スステージ、１８ギャップ調整用モーター

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極を備えた反応管内に原料ガスを供給
   しながらプラズマ化学気相成長法により基体表面に薄膜
   を形成するに際して、 反応管内の圧力を測定し、 反応管を移動させることにより反応管と基体とのギャッ
   プを調整し、 反応管内の圧力を一定に保つことを特徴とする薄膜形成
   方法。
2. 【請求項２】 電極を備えた反応管内に原料ガスを供給
   しながらプラズマ化学気相成長法により基体上に薄膜を
   形成する薄膜形成装置において、 真空計と、反応管の絶縁樹脂製接続部とが絶縁樹脂製真
   空計用チューブで接続され、電源が絶縁化されることに
   よって電気的に中性状態とされた真空計によって、反応
   管内の圧力を測定する圧力測定機構と、 上記反応管を一軸パルスステージに取り付け、ギャップ
   調整用モーターにて駆動することによって、反応管と基
   体とのギャップを調整可能とした反応管位置調整機構
   と、 を備えていることを特徴とする薄膜成形装置。
3. 【請求項３】 上記絶縁樹脂製真空計用チューブの長さ
   を１５００ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項２記
   載の薄膜形成装置。