CN106337170A - 等离子体化学气相沉积装置以及成膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于提供一种能够在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜的等离子体CVD装置。为此，本发明的一方式是一种等离子体CVD装置，具备：腔室(11)；高频电源(6)，其提供50～500kHz的高频输出；第1电极(14)，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，用于配置基材；第2电极(15)，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，与所述第1电极对置；气体导入口(20)，其向所述腔室内导入原料气体；和控制部，其进行控制使得向所述第1电极以及所述第2电极提供所述高频输出。

Description

等离子体化学气相沉积装置以及成膜方法

技术领域

本发明涉及等离子体化学气相沉积即CVD(chemical vapor deposition)装置以及成膜方法。

背景技术

图7是示意性地表示现有的等离子体CVD装置的剖面图。

该等离子体CVD装置具有腔室1，在该腔室1内配置了配置基材2的电极3。该电极3经由匹配器(未图示)与50～500kHz的高频电源(RF电源)4连接，电极3作为RF电极而发挥作用。该高频电源4经由匹配器以及电极3对基材2施加高频。即，该等离子体CVD装置通过高频电源4，将50～500kHz的高频电流经由匹配器提供给电极3，使得在基材2的上方产生气体的等离子体。另外，腔室1与接地电位连接。

在电极3的周围配置有加热器5。在腔室1设置有导入原料气体的气体导入口10。该气体导入口10与向腔室1内导入原料气体的气体导入路径(未图示)相连。气体导入路径具有气体配管(未图示)。此外，在腔室1连接了对其内部进行真空排气的真空泵13(例如参照专利文献1)。

作为使用上述现有的等离子体CVD装置在基材上使高硬度的DLC(Diamond LikeCarbon，金刚石碳)膜成膜的方法之一，存在提高高频电源4的输出的方法。但是，若提高高频电源4的输出，则电力变得容易集中于电导不同的部分，尤其是在基材2具有立体的形状的情况下电力变得更容易集中。结果，变得容易发生异常放电，因此使高硬度的DLC膜成膜变得困难。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2008-38217号公报

发明内容

本发明的一方式的课题在于，提供一种抑制异常放电的同时能够使高硬度的膜成膜的等离子体CVD装置或成膜方法。

以下，说明本发明的各种方式。

[1]一种等离子体CVD装置，其特征在于，具备：

腔室；

高频电源，其提供50～500kHz的高频输出；

第1电极，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，用于配置基材；

第2电极，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，与所述第1电极对置；

气体导入口，其向所述腔室内导入原料气体；和

控制部，其进行控制使得向所述第1电极以及所述第2电极提供所述高频输出。

根据上述等离子体CVD装置，通过由高频电源向第1电极以及第2电极的双方提供50～500kHz的频率的高频输出，从而能够在第1电极与第2电极之间产生原料气体的等离子体而使膜成膜于基材。

[2]在上述[1]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述第1电极以及所述第2电极各自的外径为50mm以上且1000mm以下，

所述第1电极与所述第2电极之间的距离为10mm以上且500mm以下。

[3]在上述[1]或[2]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述原料气体是DLC膜、碳化硅膜以及氧化硅膜中的任意一者的成膜用气体。

[4]在上述[3]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述DLC膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物。

[5]在上述[3]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物。

[6]在上述[4]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述DLC膜的成膜用气体包含甲苯。

[7]在上述[5]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含HMDS。

[8]在上述[1]～[7]的任意一项中，等离子体CVD装置的特征在于，

具有对所述腔室内进行真空排气的真空排气机构。

[9]在上述[8]中，等离子体CVD装置的特征在于，

所述真空排气机构具有从由旋转泵、旋转泵与机械增压泵的组、以及干式泵、干式泵与机械增压泵的组构成的群中选择的其中之一。

[10]一种成膜方法，其特征在于，

在腔室内配置第1电极以及与所述第1电极对置的第2电极，

在所述第1电极上配置基材，

向所述腔室内导入原料气体的同时，对所述腔室内进行真空排气，

通过向所述第1电极以及所述第2电极提供50～500kHz的高频输出，从而在所述第1电极与所述第2电极之间产生所述原料气体的等离子体而使膜成膜于所述基材。

[11]在上述[10]中，成膜方法的特征在于，

所述第1电极以及所述第2电极各自的外径为50mm以上且1000mm以下，

所述第1电极与所述第2电极之间的距离为10mm以上且500mm以下。

[12]在上述[10]或[11]中，成膜方法的特征在于，

所述原料气体是DLC膜、碳化硅膜以及氧化硅膜中的任意一者的成膜用气体。

[13]在上述[12]中，成膜方法的特征在于，

所述DLC膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物。

[14]在上述[12]中，成膜方法的特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物。

[15]在上述[13]中，成膜方法的特征在于，

所述DLC膜的成膜用气体包含甲苯。

[16]在上述[14]中，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含HMDS。

[17]在上述[10]～[16]的任意一项中，成膜方法的特征在于，

通过对所述腔室内进行真空排气，从而使所述腔室内的压力为0.5Pa以上且20Pa以下。

根据本发明的一方式，能够提供一种能够在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜的等离子体CVD装置或成膜方法。

附图说明

图1是简要表示本发明的一方式所涉及的等离子体CVD装置的构成图。

图2是表示高频输出与自偏压Vdc的关系的图。

图3是表示高频输出与DLC膜的膜厚以及成膜速率的关系的图。

图4是表示高频输出与DLC膜的努氏硬度的关系的图。

图5是表示高频输出与DLC膜的折射率的关系的图。

图6是根据图4以及图5的数据来绘制了DLC膜的努氏硬度与折射率的关系的图。

图7是示意性地表示现有的等离子体CVD装置的剖面图。

符号说明

1…腔室

2…基材

3…电极

4…高频电源(RF电源)

5…加热器

6…高频电源(RF电源)

7…匹配器

10…气体导入口

11…腔室

12…基材

13…真空泵

14…第1电极

15…第2电极

16…真空泵

20…气体导入口

21…第1电极的外径

22…第2电极的外径

23…第1电极与第2电极之间的距离

具体实施方式

以下，使用附图来详细说明本发明的实施方式以及实施例。但是，若是本领域技术人员则能够容易理解，本发明并不限定于以下说明，在不脱离本发明的主旨及其范围内，能够对其形态以及详细内容进行各种变更。因此，本发明不应解释为限定于以下所示的实施方式的记载内容以及实施例。

图1是简要表示本发明的一方式所涉及的等离子体CVD装置的构成图。该等离子体CVD装置具有腔室11，在该腔室11内配置了第1电极14以及第2电极15。第2电极15被配置为与第1电极14对置。在第1电极14上配置了基材12，该基材12定位成与第2电极15对置。基材12可以具有立体的形状。

另外，在本实施方式中，在第1电极14上配置了基材12，但也可以构成为将第1电极14设为保持基材12的基材支架，在该基材支架上保持基材，在该情况下基材支架起到第1电极的作用。

第1电极14以及第2电极15分别经由匹配器7与50～500kHz的高频电源(RF电源)6电连接。即，高频电源6经由匹配器7与第1电极14以及第2电极15的双方电连接，高频电源6经由匹配器7以及第1电极14向基材12施加高频输出。然后，该等离子体CVD装置通过高频电源6，经由匹配器7向第1以及第2电极14、15提供50～500kHz的高频电流，从而在第1电极14与第2电极15之间(即基材12的上方)产生原料气体的等离子体。另外，腔室11与接地电位连接。此外，等离子体CVD装置具有控制高频电源6的控制部(未图示)，该控制部进行控制使得向第1以及第2电极14、15提供来自高频电源6的高频输出。

另外，在本实施方式中，使用了频率50～500kHz的高频电源，但更优选为使用频率400kHz以下的高频电源。在使用了400kHz以下的高频电源的情况下，具有能够通过使用了匹配变压器等的低价的匹配器来取得匹配的优点。此外，若高频电源的频率低于50kHz，则会产生在基材产生感应加热这样的问题。此外，若高频电源的频率超过500kHz，则施加于基材的偏压下降，会产生绝缘体膜不易被成膜这样的问题。

第1电极14的外径21以及第2电极15的外径22各自为50mm以上且1000mm以下为宜。此外，第1电极14与第2电极15之间的距离23为10mm以上且500mm以下为宜。这样的外径21、22以及距离23适于在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜。

此外，在第1电极14的周围也可以配置有加热器(未图示)。能够通过该加热器对基材12进行加热。另外，基材12能够使用各种材质以及各种形状(特别是立体形状)的基材。

在腔室11设置有导入原料气体的气体导入口20。该气体导入口20与向腔室11内导入原料气体的气体导入路径(未图示)相连。气体导入路径具有气体配管(未图示)。在该气体配管，设置了计测气体流量的流量计(未图示)以及控制气体流量的气流控制器(未图示)。通过流量计从而适量的原料气体(例如DLC膜、碳化硅膜以及氧化硅膜中的任意一者的成膜用气体)从气体导入口被提供到腔室11内。DLC膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物为宜，例如包含甲苯为宜。此外，碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物为宜，例如包含六甲基二硅氮烷或六甲基二硅氧烷(以下也将这些总称为HMDS)为宜。

此外，在腔室11，连接了作为对其内部进行真空排气的真空排气机构的真空泵16。该泵16不使用高价且维护繁杂的涡轮分子泵、扩散泵而由廉价且维护简单的泵来构成为宜。廉价且维护简单的泵例如是从由旋转泵、旋转泵与机械增压泵的组、以及干式泵、干式泵与机械增压泵的组构成的群中选择的一个泵或组。对于这样的简单的构成的泵而言，仅能够得到0.5Pa程度的真空度，但在本发明的一方式所涉及的方法中，即使在这样的低真空下也能够制造高质量的皮膜。

上述等离子体CVD装置中的50～500kHz的高频电源6兼备直流电源和高频电源的优点，具有使用了50～500kHz这样的工业上也容易处理的频率这样的优点，还具有即使在低真空下生产性也优异这样的优点。此外，在50～500kHz的高频电源的情况下，与现有的13.56MHz的高频电源相比具有提高对基材的偏置效应这样的优点，由此具有能够实现工艺的低真空化以及高速化的优点。该优点能够实现低成本化。

接着，说明使用图1的等离子体CVD装置在基材12上对膜进行成膜的方法。

在第1电极14上配置基材12，从气体导入口20向腔室11内导入原料气体的同时，通过真空泵16对腔室11内进行真空排气。通过原料气体的导入以及排气的平衡而使腔室11内成为规定压力(0.5Pa以上且20Pa以下)。另外，在本实施方式中，将腔室11内进行减压后对膜进行成膜，但并不限定于此，也可以使腔室11内的压力成为常压来对膜进行成膜。

接着，从高频电源6经由匹配器7向第1电极14以及第2电极15提供频率50～500kHz(例如380kHz)的高频输出。由此，在第1电极14与第2电极15之间产生原料气体的等离子体而成膜于基材12。

通过将从气体导入口20导入的原料气体设为DLC膜的成膜用气体，从而能够在腔室11内产生DLC膜的成膜用气体的等离子体而使DLC膜成膜于基材12。DLC膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物为宜，包含甲苯为宜。

此外，通过将从气体导入口20导入的原料气体设为碳化硅膜的成膜用气体，从而能够在腔室11内产生碳化硅膜的成膜用气体的等离子体而使碳化硅膜成膜于基材12。碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物为宜，包含HMDS为宜。

此外，通过将从气体导入口20导入的原料气体设为氧化硅膜的成膜用气体，从而能够在腔室11内产生氧化硅膜的成膜用气体的等离子体而使氧化硅膜成膜于基材12。

根据上述实施方式，由于通过高频电源6向第1电极14以及第2电极15的双方提供50～500kHz的频率的高频输出，因此能够在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜。此外，即使基材12具有立体的形状，也能够在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜。此外，通过向第1电极14以及第2电极15的双方提供高频输出而能够对高硬度的膜进行成膜的理由可以认为是通过从对置的第1电极14和第2电极15释放出的γ电子(二次电子)在第1电极14与第2电极15之间进行往复运动，从而原料气体的电离效应得到飞跃性的提高。

此外，在本实施方式中，将第1电极14以及第2电极15各自的外径21、22设为50mm以上且1000mm以下，将第1电极14与第2电极15之间的距离23设为10mm以上且500mm以下，向这样的第1电极14以及第2电极15的双方提供50～500kHz的频率的高频输出。因此，能够在抑制腔室11内的异常放电的同时使高硬度的膜成膜于基材12。

【实施例】

在本实施例中，使用图1所示的等离子体CVD装置在基材上通过以下的成膜条件使DLC膜成膜，此时进行了以下测定。测定高频输出与自偏压Vdc的关系，图2中示出了其结果。此外测定高频输出与DLC膜的膜厚以及成膜速率的关系，图3中示出了其结果。此外测定高频输出与DLC膜的努氏硬度的关系，图4中示出了其结果。此外测定高频输出与DLC膜的折射率的关系，图5中示出了其结果。

在比较例中，使用图7所示的等离子体CVD装置在基材上通过以下的成膜条件使DLC膜成膜，此时进行了与上述实施例同样的测定。在图2、图3、图4以及图5中示出了它们的结果。

(DLC膜的成膜条件)

基材：硅(15×15mm)

成膜装置：图1以及图7所示的等离子体CVD装置

图1的第1电极与第2电极的距离23：60mm

原料气体(起始原料)：甲苯

高频电源的频率：380kHz

成膜时间：20min

图2～图5中的“单”是图7所示的等离子体CVD装置的结果，“双”是图1所示的等离子体CVD装置的结果。此外图2～图5中的“单”的φ160mm、φ260mm是电极3的外径，“双”的φ260mm是第1以及第2电极14、15的外径。此外图2～图5中的10sccm、30sccm、50sccm是甲苯的流量。

图2是表示高频输出与自偏压Vdc的关系的图。

根据图2，图1的等离子体CVD装置与图7的等离子体CVD装置相比自偏压Vdc相对于高频输出的绝对值较小。因此，可以说与图7的等离子体CVD装置相比，图1的等离子体CVD装置能够提高输出，此外即使提高输出也能够抑制异常放电。

图3是表示高频输出与DLC膜的膜厚以及成膜速率的关系的图。

在图7的等离子体CVD装置中，若使高频输出高于400W，则会产生异常放电而不能使DLC膜成膜，与此相对而在图1的等离子体CVD装置中，即便使高频输出高于400W也能够在抑制异常放电的同时使DLC膜成膜。

图4是表示高频输出与DLC膜的努氏硬度的关系的图。

根据图4，由图1的等离子体CVD装置成膜的DLC膜与由图7的等离子体CVD装置成膜的DLC膜相比，能够提高努氏硬度。

图5是表示高频输出与DLC膜的折射率的关系的图。

根据图5，由图1的等离子体CVD装置成膜的DLC膜与由图7的等离子体CVD装置成膜的DLC膜相比，能够提高折射率。

图6是根据图4以及图5的数据来绘制了DLC膜的努氏硬度与折射率的关系的图。如图6所示，可以看到若努氏硬度提高则折射率也提高这样的相关关系。

根据本实施例，向第1电极14以及第2电极15的双方提供380kHz的频率的高频输出的图1的等离子体CVD装置与向一个电极3提供380kHz的频率的高频输出的图7的等离子体CVD装置相比，能够在抑制异常放电的同时使高硬度的膜成膜的情况得到了确认。

Claims (17)

1.一种等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，具备：

腔室；

高频电源，其提供50～500kHz的高频输出；

第1电极，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，用于配置基材；

第2电极，其配置在所述腔室内，与所述高频电源电连接，与所述第1电极对置；

气体导入口，其向所述腔室内导入原料气体；和

控制部，其进行控制使得向所述第1电极以及所述第2电极提供所述高频输出。

2.根据权利要求1所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述第1电极以及所述第2电极各自的外径为50mm以上且1000mm以下，

所述第1电极与所述第2电极之间的距离为10mm以上且500mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述原料气体是类金刚石碳膜、碳化硅膜以及氧化硅膜中的任意一者的成膜用气体。

4.根据权利要求3所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述类金刚石碳膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物。

5.根据权利要求3所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物。

6.根据权利要求4所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述类金刚石碳膜的成膜用气体包含甲苯。

7.根据权利要求5所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含六甲基二硅氮烷或六甲基二硅氧烷。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述等离子体化学气相沉积装置具有对所述腔室内进行真空排气的真空排气机构。

9.根据权利要求8所述的等离子体化学气相沉积装置，其特征在于，

所述真空排气机构具有从由旋转泵、旋转泵与机械增压泵的组、以及干式泵、干式泵与机械增压泵的组构成的群中选择的其中之一。

10.一种成膜方法，其特征在于，

在腔室内配置第1电极以及与所述第1电极对置的第2电极，

在所述第1电极上配置基材，

向所述腔室内导入原料气体的同时，对所述腔室内进行真空排气，

通过向所述第1电极以及所述第2电极提供50～500kHz的高频输出，从而在所述第1电极与所述第2电极之间产生所述原料气体的等离子体而使膜成膜于所述基材。

11.根据权利要求10所述的成膜方法，其特征在于，

所述第1电极以及所述第2电极各自的外径为50mm以上且1000mm以下，

所述第1电极与所述第2电极之间的距离为10mm以上且500mm以下。

12.根据权利要求10或11所述的成膜方法，其特征在于，

所述原料气体是类金刚石碳膜、碳化硅膜以及氧化硅膜中的任意一者的成膜用气体。

13.根据权利要求12所述的成膜方法，其特征在于，

所述类金刚石碳膜的成膜用气体包含含有6个以上的C原子的烃系化合物。

14.根据权利要求12所述的成膜方法，其特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含含有2个以上的Si原子的硅化合物。

15.根据权利要求13所述的成膜方法，其特征在于，

所述类金刚石碳膜的成膜用气体包含甲苯。

16.根据权利要求14所述的成膜方法，其特征在于，

所述碳化硅膜的成膜用气体包含六甲基二硅氮烷或六甲基二硅氧烷。

17.根据权利要求10～16中任一项所述的成膜方法，其特征在于，

通过对所述腔室内进行真空排气，从而使所述腔室内的压力为0.5Pa以上且20Pa以下。