(57)【要約】【課題】効率的に基板温度を変化させ、又、装置隔壁に熱応力による変形をもたらさずに、安定して成膜することができる成膜装置を実現する。【解決手段】成膜の原料となる原料ガスが原料ガス導入口１７から導入された反応槽１０内で、処理対象の基板１は、陽極１３上に載置される。反応槽１０内にあって、陽極３の下方に、反応槽１０内の気密を維持した状態で移動して陽極１３からの距離を自由に変えることのできる冷却プレート２１が配置されている。冷却プレート２１には、シャフト２２を介して循環水冷却機２５から、温度制御された冷却水が与えられ、陽極１３を、隔壁を介さず冷却することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象体に成膜をする成膜装置であって、
反応槽と、
成膜の原料となる原料ガスを前記反応槽内に流通させる手段と、
前記反応槽内にあって処理対象体が載置されるステージと、
前記反応槽内にあって、前記ステージの下方に位置し、該反応槽の気密を維持した状態で移動して前記ステージからの距離を自由に変えることのできる温度制御された温度制御用部材と、
を備えることを特徴する成膜装置。
【請求項２】
前記ステージが、前記反応槽内にプラズマを誘起するための陰極又は陽極であることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
前記反応槽内に複数の支柱によって固定されて前記ステージを所定の位置に支持し、前記ステージの下側を下方に露出させる孔が形成されたステージサポートを有することを特徴する請求項１又は２に記載の成膜装置。
【請求項４】
前記温度制御用部材に接触させない状態で、前記ステージの下側と前記温度制御用部材とを覆う保護カバーを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項５】
前記温度制御用部材の上側と、前記ステージの下側とに、該温度制御用部材の移動方向と平行方向に放熱板がそれぞれ設置され、各々の放熱板は該温度制御用部材が移動することによって接触せずに放熱板同士が対向することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項６】
前記温度制御用部材と前記ステージとの間に、抜き差し可能で熱輻射光に対して高反射率の材料によって形成された反射板を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の成膜装置。
【請求項７】
前記温度制御用部材が前記ステージから最も離れた位置にある状態で、前記ステージからの熱輻射光に対して高反射率の材料で構成された反射板による扉を該温度制御用部材の上側で開閉する開閉機構を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれが１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナノダイヤモンド（ＮＤ）とカーボンナノウォール（ＣＮＷ）とで電子放出面を構成したＮＤ／ＣＮＷエミッタは、電子放出特性に優れることが、下記特許文献１に示されている。
ＮＤ／ＣＮＷエミッタは、プラズマＣＶＤ成膜装置によって、作製可能である。
【０００３】
プラズマＣＶＤプロセスによって基板上に所定の薄膜を成膜する際には、基板温度が成膜速度、膜質を決定する最も重要なパラメータとなる。例えば、ＮＤ／ＣＮＷエミッタは、ＤＣプラズマＣＶＤ法によって作製されるが、その作製の過程は、プラズマに暴露された基板上にまず、グラフェンシート集合体であるＣＮＷを成膜し、その後、基板温度を数十℃程度低下させることでＣＮＷ層上にＮＤ層を形成する。
【０００４】
プラズマＣＶＤ法によって基板温度を制御する方法としては、プラズマへの印加電力、反応槽内圧力を減少させることで、プラズマが基板へ与える熱流速を変化させる方法と、基板からヒートシンクへ熱流束を変化させる方法とがある。
【０００５】
プラズマの温度を変えることによって基板温度を低下させる最も簡便な方法は、プラズマを誘起する電力を減少させることである。しかし、電力を減少させると、プラズマ中の気体、電子温度が下がるだけでなく、堆積物の原料となる活性種の分布範囲が小さくなるため、有効な成膜面積が小さくなるという問題がある。このため、ＣＮＷ層上にＮＤ層を形成する場合のように、基板温度を大きく減少させる場合には、プラズマ自体に大きな影響を与えないで基板温度を変化させる後者の方法が望ましい。
【０００６】
そのような基板温度の制御方法としては、以下の１），２），３）のような技術が周知である。
１）基板が載置される電極（或いはステージ）の背面に流体を通す管を設け、管に流入させる流体の温度を制御することで基板温度を変化させる方法。
【０００７】
２）反応槽内で基板自体を、温度調節機能が備わった基板載置台から離したり、あるいは載置させたりすることで大きく基板温度を変化させる方法（下記特許文献２参照）。
【０００８】
３）流体を通すことで温度が制御された温度制御部材と、基板（あるいは基板を載せたステージ、電極）が載置されている反応槽隔壁との距離、あるいは、隔壁との接触面積を変化させることで、基板から流体までの熱抵抗を変化させて基板温度を制御する方法。
【０００９】
尚、ＮＤ／ＣＮＷエミッタを作製する際に好適な基板温度の測定方法には、下記特許文献３に示されたものが公知なっている。
特許文献３に示された基板温度の測定方法は、プラズマ雰囲気で加熱される基板の温度を測定する温度測定装置であって、予め、基板からの熱輻射による放射輝度が、輝度計の計測誤差以下の状態のプラズマ発光のスペクトルを測定しておいてから、測定されたスペクトルのうち、プラズマ誘起電力を変化させても各波長の放射輝度比が変化しない波長領域を選定し、基板に関するプランクの放射式或いはその近似式と前記スペクトルを線形結合した式を、その選定された波長領域において、基板の熱輻射とプラズマ発光が重畳したスペクトルに非線形最小自乗法によりフィッティングさせることで、基板に加熱処理している際の基板の温度を、フィットされた式のパラメータより算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−１７９４５７号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５３０９号公報
【特許文献３】特開２００７−６４８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の１）の方法では、一般に、循環させる流体の温度は、上昇させるより下降させる方が難しいため、微妙な制御を行うためには、一度冷却してからヒータによって制御しなければならないため、エネルギーのロスが大きい。又、循環される流体は、冷却される循環水冷却機内の量を含めるとその熱容量が、基板やそれが載置されるステージに対して非常に大きなものとなるため、基板温度を大きく変化させるときには、エネルギーのロスはさらに大きなものとなる。
【００１２】
２）の方法では、比較的簡便に基板温度を大きく変化させうるが、プラズマＣＶＤ法などの場合ではプラズマの分布状態に対する基板の配置が、合成される膜特性や成膜領域を大きく変化させる問題がある。このため、基板自体を移動させる本手法は、基板温度のみを変化させたい場合には不適当である。
【００１３】
３）の方法は、比較的プラズマ条件を変化させずに基板温度を大きく（数十℃程度）変化させうる方法であるが、以下の理由により真空槽の耐久性及び成膜の安定性に問題が生じる。
通常、減圧された状態を維持しなければならない成膜過程において、反応槽の隔壁は大気圧差に耐えるよう、ある程度の厚みをもたせた金属、或いは石英ガラスで作製される。しかし、基板温度を変化させるために隔壁の裏表で大きな温度勾配を生じさせると、隔壁に熱応力による変形が生じる。
【００１４】
この変形により隔壁と基板や基板載置台との接触面積が減少し、基板と温度制御部材までの間の熱抵抗が増大する。この熱抵抗の増大が、基板温度に所定の変化をもたらすために必要となる冷却力を増大させるため、装置の運転を続けるに従って隔壁に生じる熱応力と、それによる変形量がさらに増大する。このような悪循環は、隔壁を厚くすることで抑制されるが、隔壁厚さの増大は、温度制御部材と基板間の熱流束に対して、隔壁を通して装置本体に逃げる熱流束の大きさを増大させることになり、温度制御域を減少させる問題がある。又、隔壁を通して装置本体に流れる熱流束の増大は、基板温度を高い状態に維持したい場合に、エネルギーの損失を増大させる。
【００１５】
本発明は、以上のような現情を鑑みてなされた発明であり、プラズマを誘起する電極と基板の位置関係、すなわちプラズマと基板の位置関係を変えることなく、効率的に基板温度を変化させ、又、装置隔壁に熱応力による変形をもたらさずに、安定して成膜することができる成膜装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の観点に係る成膜装置は、
処理対象体に成膜をする成膜装置であって、
反応槽と、
成膜の原料となる原料ガスを前記反応槽内に流通させる手段と、
前記反応槽内にあって処理対象体が載置されるステージと、
前記反応槽内にあって、前記ステージの下方に位置し、該反応槽の気密を維持した状態で移動して前記ステージからの距離を自由に変えることのできる温度制御された温度制御用部材と、
を備えることを特徴する。
【００１７】
尚、前記ステージが、前記反応槽内にプラズマを誘起するための陰極又は陽極であってもよい。
【００１８】
又、前記反応槽内に複数の支柱によって固定されて前記ステージを所定の位置に支持し、前記ステージの下側を下方に露出させる孔が形成されたステージサポートを有してもよい。
【００１９】
又、前記温度制御用部材に接触させない状態で、前記ステージの下側と前記温度制御用部材とを覆う保護カバーを有してもよい。
【００２０】
又、前記温度制御用部材の上側と、前記ステージの下側とに、該温度制御用部材の移動方向と平行方向に放熱板がそれぞれ設置され、各々の放熱板は該温度制御用部材が移動することによって接触せずに放熱板同士が対向するようにしてもよい。
【００２１】
又、前記温度制御用部材と前記ステージとの間に、抜き差し可能で熱輻射光に対して高反射率の材料によって形成された反射板を有してもよい。
【００２２】
又、前記温度制御用部材が前記ステージから最も離れた位置にある状態で、前記ステージからの熱輻射光に対して高反射率の材料で構成された反射板による扉を該温度制御用部材の上側で開閉する開閉機構を有してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、プラズマと基板の位置関係を変えることなく、効率的に基板温度を変化させ、又、装置隔壁に熱応力による変形をもたらさずに、安定して成膜することができる成膜装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置を示す構成図である。
【図２】プラズマＣＶＤ成膜装置の底部から見た電極サポート及び陽極を示す図である。
【図３】従来型のプラズマＣＶＤ成膜装置を示す構成図である。
【図４】図１の構成例と図３の構成例の装置において、冷却板の操作によって基板温度がどのように変化するかを、分光的に評価した結果を示す図である。
【図５】基板の温度と放射率変化を示す図である。
【図６】図１の装置での成膜によって得られたＮＤ／ＣＮＷ膜による電子放出特性を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置の要部を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置の要部を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置を示す構成図である。
図２は、プラズマＣＶＤ成膜装置の底部側から見た電極サポート及び陽極を示す図である。
【００２６】
このプラズマＣＶＤ成膜装置は、処理対象のニッケル等の基板１の表面に膜を形成する装置であり、反応槽１０を備えている。
反応槽１０は、平板上の底部１０ａと、底部１０ａから立設されて反応槽１０の内部を囲む側隔壁１０ｂと、側隔壁１０ｂの上側に取り付けられて反応槽１０の内部を上側から覆う甲板部１０ｃとを備え、基板１を外気から遮断する。
【００２７】
底部１０ａには、例えば３本の支柱１１が立てられ、３本の支柱１１の上端に、円板状の例えばステンレス製の電極サポート１２が取り付けられている。電極サポート１２の上面に例えばモリブデン製の陽極１３が載置されている。陽極１３の表面に基板１が載置される。電極サポート１２の中央部には、陽極１３の裏面を下側に露出させるための孔があけられている。
【００２８】
反応槽１０の底部１０ａには、円筒状の保護カバー１４が立てられ、保護カバー１４の内周面が電極サポート１２及び支柱１１を、隙間をあけて囲んでいる。
陽極１３の上方に陰極１５が支持されている。陰極１５は、陽極１３及びそれに載置された基板１に対向している。
【００２９】
陽極１３及び陰極１５には、反応槽１０に形成された図示しない挿通孔から挿通されたリード１６ａ，１６ｂがそれぞれ接続されている。リード１６ａ，１６ｂが挿通された挿通孔は、電流導入端子やシール剤等で封止され、反応槽１０の内部の気密性を保っている。
【００３０】
反応槽１０の甲板部１０ｃには、原料ガス導入口１７が形成され、反応槽１０の底部１０ａには、排気口１８が形成されている。排気口１８は、図示しない可変バルブを介して図示しない排気装置に接続されている。反応槽１０の側隔壁１０ｂには、石英ガラス製の覗き窓１９が配置されている。
【００３１】
陽極１３の下側には、陽極１３を冷却するための冷却機構２０が配置されている。冷却機構２０は、陽極１３の裏面と対向する円板状の冷却プレート２１と冷却プレート２１を下側から支持するシャフト２２と、シャフト２２を上下に昇降させることにより、冷却プレート２１を昇降させる昇降装置２３と、フレキシブルチューブ２４と、反応槽１０の外部に設けられた循環水冷却機２５とで、構成されている。底部１０ａには、凹部１０ｄが形成され、昇降装置２３が冷却プレート２１を陽極１３から大きく離した状態では、冷却プレート２１が凹部１０ｄに収まるようになっている。
【００３２】
冷却プレート２１の内部には、図示しない水路が形成され、冷却水が流通するようになっている。シャフト２２の内部には、冷却プレート２１に冷却水を導く図示しない水路と、冷却プレート２１から排出された水を循環水冷却機２５に排出する図示しない水路が形成されている。循環水冷却機２５は、シャフト２２を介して冷却水を冷却プレート２１に送り、冷却プレート２１から排出された水を再び冷却して、冷却プレート２１に送る。
【００３３】
フレキシブルチューブ２４の上端は、冷却プレート２１の下側に固着され、フレキシブルチューブ２４の下端は底部１０ａの凹部１０ｄの最下部に接続され、冷却プレート２１及びシャフト２２を昇降させても、反応槽１０の気密が保たれるようになっている。
【００３４】
反応槽１０の外部には、分光輝度計３０と制御部３１とが備えられている。
分光輝度計３０は、覗き窓１９を介して基板１の表面からの光スペクトルを計測する。制御部３１は、光スペクトルの計測結果から基板１の温度及び放射率を同時に求め、これに応じて陰極１５に印加する電圧及び電流を制御する。
【００３５】
以上の構成のプラズマＣＶＤ成膜装置は、流量制御された原料ガス（水素、メタンガス）が原料ガス導入口１７から反応槽１０内に導入される。又、可変バルブを介して排気装置に接続された排気口１８は、図示しない圧力計からのデータに応じて可変バルブを制御することで、排気速度が制御され、反応槽１０内の圧力は減圧された状態で一定に保たれる。
【００３６】
原料ガス雰囲気で陰極１５、陽極１３間に所定の電圧を印加することで、プラズマの陽光柱が基板１の上方に発生する。基板１を陽光柱４０に曝した状態で、基板１の温度を制御することで、グラフェンシートの集合体であるカーボンナノウォール（ＣＮＷ）の層やナノメートルサイズの結晶集合体であるナノダイヤモンド（ＮＤ）の層からなる複合層を基板１に連続的に成膜することが可能である。このようなＮＤ／ＣＮＷの複合層を持つ構造体は、電界放出型光源のエミッタとして、非常に優れた電子放出特性を示す。
【００３７】
ＮＤ／ＣＮＷの複合層を持つＮＤ／ＣＮＷエミッタを作製する場合、成膜過程において基板１の温度と放射率をその場計測するため、基板１からの光のスペクトルを、覗き窓１９を通して分光輝度計３０で定期的に計測する。制御部３１は、計測されたスペクトルから基板１の温度と放射率を同時にリアルタイムで計算する。この制御部３１は、測定されたスペクトルから、基板１からの熱輻射光の寄与分を、事前に測定したプラズマ光のみのスペクトルを利用した非線形最小自乗法によって評価することで、基板１の温度と、（相対的な）基板１の輻射率をリアルタイムに算出できる。又、その結果をうけてプラズマを誘起するために陰極に印加される電圧、電流を制御することができる。
【００３８】
ＮＤ層やＣＮＷ層を成膜する際に堆積物の膜特性を決定する最も支配的な要因は基板１の温度であり、成膜領域を確保しつつ膜質を制御するためには、プラズマ条件と、ほとんど独立に基板１の温度を制御する操作が必要となる。冷却機構２０は、循環水冷却機２５によって２０℃に管理された水を冷却プレート２１の内部に循環させ、基板１が載置される陽極１３の背面に冷却プレート２１を近づけたり、遠ざけたりすることで、陽極１３上に載置された基板１の温度を変化させる。
【００３９】
この冷却プレート２１と基板１が載置される陽極１３との間の放射伝熱をできるだけ妨げないように、電極サポート１２の中央部にあけられた孔を、冷却プレート２１の外径に近い大きさとすることが望ましい。
【００４０】
電極サポート１２を、できるだけ細い支柱１１を使用して必要最小限の本数で支えることにより、支柱１１を通して反応槽１０に逃げる熱流速を最小限に抑えることが望ましい。又、支柱１１を円筒、又は円柱型にすることで支柱１１に生じる熱応力による変形を、最小限に抑えることができる。
【００４１】
冷却プレート２１と陽極１３との間の熱伝導は基本的に輻射伝熱であるため、冷却プレート２１や陽極１３の背面などに不必要な堆積が生じると、両者の表面の放射率が変化して、同じ構成でも陽極１３と冷却プレート２１間の熱流束が変化してしまう。保護カバー１４は、この輻射伝熱に影響を及ぼす堆積を抑制するために、陽光柱内で生まれた活性なガスが直接電極サポート１２の内側に入ってこないようにする。又、保護カバー１４は電極サポート１２や支柱１１から輻射伝熱によって反応槽１０に逃げる熱流束を抑える効果も期待できる。又、保護カバー１４は、冷却プレート２１に直接接触させないため、強い温度勾配が生じず、保護カバー１４の熱応力による変形はごく僅かである。
【００４２】
図３は、従来型のプラズマＣＶＤ成膜装置を示す構成図であり、図１と共通する要素には共通の符合が付されている。
【００４３】
冷却プレート２１が反応槽１０の隔壁の外部にある本実施形態に対し、図３に示されるような従来型のプラズマＣＶＤ成膜装置は、反応槽１０の底部１０ａの一部を反応槽１０の内側に凸状になるように形成し、凸状となった凸部１０ｅの頂部に陽極１３が載置され、その下方から冷却プレート２１を近づける。即ち、冷却プレート２１が反応槽１０の隔壁の外部にある。このような装置では、基板１の温度冷却時に、凸部１０ｅの隔壁は反応槽１０内部側と大気側との間で強い温度勾配に曝される。この熱応力による隔壁の変形を小さくするために、凸部１０ｅは厚い金属で作製される。
【００４４】
図４に、図１の構成例と図３の構成例の装置において、冷却板の操作によって基板温度がどのように変化するかを、公知の前記特許文献３の手法に基づいて分光的に評価した結果を示す。
試料には、厚さ０．７ｍｍの低抵抗Ｐ型Ｓｉ基板（抵抗率：１〜１０Ω・ｃｍ）を使用し、反応槽１０内部に、原料ガスを水素５００ｓｃｃｍ、メタンガス５５ｓｃｃｍで導入し、ガス圧６０Ｔｏｒｒとなるように維持した。電極間隔は６０ｍｍとし、冷却プレート２１が最も下げられた状態（冷却プレート２１と陽極１３の背面の間の距離ｘ１、冷却プレート２１と凸部１０ｅの隔壁との間の距離ｘ２が各々５５ｍｍ）でプラズマからの熱流束により各々の基板１の表面温度が９８０℃に維持するよう電極間に流れる電流量を調節した。基板１の温度が安定した後、電流量一定のままで、冷却プレート２１を段階的に近づけていき、冷却プレート２１の操作から5分後に計測された基板１の温度の値を評価した。冷却プレート２１に流される循環水は、循環水冷却機２５によって、入水温度が常に２０℃に保たれ、約５Ｌ／ｍｉｎで流された。図３凸部１０ｅの隔壁は厚さ１０ｍｍの調質鋼で作製されたものを使用した。
【００４５】
図４（１）に示されるように、本実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置の冷却機構２０によれば、冷却プレート２１の位置ｘ１が、３０ｍｍ以下になると基板１の温度が下がり始め、その後、冷却プレート２１の位置ｘ１が３ｍｍのところでほぼ９００℃に達し、基板温度を８０℃下げることができた。
【００４６】
一方、図４（２）に示される従来型のプラズマＣＶＤ成膜装置による実験結果では、凸部１０ｅの厚い隔壁が熱抵抗となることで、冷却プレート２１と凸部１０ｅの隔壁との距離ｘ２を１ｍｍまで近づけても基板温度の低下は５℃であった。又、さらに、凸部１０ｅの隔壁と冷却プレート２１の間の距離ｘ２を操作可能な最小距離である０．５ｍｍまで近づけても、１５℃程度しか基板１の温度は下がらなかった。冷却プレート２１と凸部１０ｅの隔壁を接触させることで４０℃程度基板１の温度を下げることが可能ではあるが、接触と非接触の間で大きな温度差があり、その間での温度調整はできなかった。又、このような実験を繰り返すことで、隔壁の変形が進み、冷却可能な基板温度幅は徐々に減少していった。
【００４７】
以上の結果から、本実施形態における冷却機構２０が温度制御幅の大きさや操作の安定性において従来型のプラズマＣＶＤ成膜装置よりも、優越した特性をもつことが示された。
次に、本実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置で、Ｎｉ基板１上にＮＤ／ＣＮＷを成膜した際の、ＣＮＷ成膜後の冷却によるＮＤ成膜過程における、基板温度と放射率変化を示す。
【００４８】
図５は、基板の温度と放射率変化を示す図である。
試料として０．５ｍｍ厚さのＮｉ基板１を用いた。前処理として基板１に５０ｎｍ粒径のダイヤモンド粉末を１０μｇ／ｃｍ２塗布する処理を行った。その後、基板１を陽極１３に載置した状態で反応槽１０の内部を減圧し、原料ガスを水素５００ｓｃｃｍ、メタンガス５５ｓｃｃｍで導入し、排気速度を調節することでガス圧６０Ｔｏｒｒとなるように維持した。電極間隔は６０ｍｍとし、ｘ１が５５ｍｍの状態で基板１温度を９９０℃となるように維持することでＣＮＷの成膜を２時間行った。その後、（図５では時刻０：３０から）冷却プレート２１を徐々にｘ１＝４ｍｍまで上昇させることで基板１の温度を低下させ、ＮＤの成膜を行った。基板１の温度を冷却させることで、ＣＮＷ膜上にＮＤが成膜され、基板１の放射率が、ＣＮＷ成膜時のプラトー値（図５では１とした）に対して、徐々に０．７まで減少した。
【００４９】
この成膜によって得られたＮＤ／ＣＮＷ膜による電子放出特性を図６に示す。電界強度、及び電子放出密度を、１×１０−４Ｐａ以下の真空槽内で、ＮＤ／ＣＮＷ膜表面と陽極とを距離を２．９ｍｍで対向させ、陽極側に５００Ｈｚのパルス電圧を印加した際の電圧変化とＮＤ／ＣＮＷ層を流れる電流変化をオシロスコープによって記録することで評価した。
【００５０】
図６に示されるように、Ｎｉ基板１上のＮＤ／ＣＮＷ膜は、１ｍＡ／ｃｍ２の電子放出をもたらす電界強度（閾値電界強度）が０．９５Ｖ／μｍであった。これは、実用的な電子放出素子に期待されるメルクマールである閾値電界強度１Ｖ／μｍ以下を達成しており、本実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置によって、Ｎｉ基板１上にもＮＤ/ＣＮＷ膜を成膜することが可能であることが示された。
【００５１】
［第２の実施形態］
図７及び図８は、本発明の第２の実施形態に係るプラズマＣＶＤ成膜装置の要部を示す図であり、図１中の要素と共通する要素には共通の符合が付されている。
【００５２】
前述の第１の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置の冷却過程の実験結果をしめす図４（１）では、冷却プレート２１が陽極１３に対して近づくほど、距離ステップΔｘ１に対する温度変化量が大きくなっている。これは、陽極１３の背面のとある一点から冷却プレート２１全体を望む立体角Ω＝ｔａｎ−１（Ｒ／ｘ１）（但し、Ｒは冷却プレート２１の半径）が、ｘ１が小さくなるほど非線形的に大きくなることで、両者間の輻射伝熱を大きくするためである。このような傾向は、冷却機構２０による温度変化量を大きく、かつ微細に制御したい場合に問題となる可能性がある。
【００５３】
そこで、この第２の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置では、陽極１３の裏面に伝熱フィン１３ａ及び伝熱フィン１３ｂが形成し、冷却プレート２１の上側面に伝熱フィン２１ａ及び伝熱フィン２１ｂが形成されている。
【００５４】
伝熱フィン１３ａは、円筒状をなし、軸が陽極１３の裏面から下方を向いている。
伝熱フィン１３ｂは、円筒状をなし、伝熱フィン１３ａと同軸であると共に、伝熱フィン１３ａの外径よりも、伝熱フィン１３ｂの内径が大きくなっている。
伝熱フィン２１ａは、円筒状をなし、軸が冷却プレート２１の上面から上方を向いている。伝熱フィン２１ｂは、円筒状をなし、伝熱フィン２１ａと同軸であると共に、伝熱フィン２１ａの外径よりも、伝熱フィン２１ｂの内径が大きくなっている。
伝熱フィン１３ａ及び伝熱フィン１３ｂと伝熱フィン２１ａ及び伝熱フィン２１ｂとは、接触しない構成であるとともに、冷却プレート２１が陽極１３に近づいたとき、伝熱フィン２１ａの外周面が伝熱フィン１３ａの内周面と対向し、伝熱フィン２１ｂの外周面が伝熱フィン１３ｂの内周面と対向するようになっている。
【００５５】
このような構成を採用することにより、陽極１３と、冷却プレート２１の対向面積を実質的に増大させることができ、輻射熱によって交換される熱エネルギーを増大させることができる。
【００５６】
又、熱交換に最も寄与する最近接しあった状態の伝熱フィンの対向面積が、冷却プレート２１が近づくにつれて、その距離に対して線形的に増大していくので、第１の実施形態の冷却プレート２１と陽極１３が近接しているときに生じる温度変化の非線形性が緩和される。
【００５７】
［第３の実施形態］
図９は、本発明の第３の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置の要部を示す図であり、図１中の要素と共通する要素には共通の符合が付されている。
【００５８】
このプラズマＣＶＤ成膜装置は、金属板で構成され、陽極１３からの輻射熱を反射するカバー５０と、カバー５０で底部１０ａの凹部１０ｄの上側を開閉する反射板開閉機構５１を備え、他の構成は第１の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置と同様になっている。
【００５９】
前述の第１の実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置では、冷却プレート２１を陽極１３から離すにしたがって、陽極１３のある点から冷却プレート２１を望む立体角は減少し、陽極１３から冷却プレート２１に伝わる熱流束は少なくなっていくが、冷却プレート２１の可動範囲はフレキシブルチューブ２４の伸縮性の限界によって制限される。よって、冷却プレート２１を最も陽極１３から離した状態にあっても、熱輻射によって冷却プレート２１へ伝わる熱流速が、陽極１３から電極サポート１２、支柱１１を通じて装置に拡散される熱流速に対して無視できない量になる場合がある。
【００６０】
これに対し、図９の本実施形態のプラズマＣＶＤ成膜装置では、冷却プレート２１が最下点にある状態で、反射板開閉機構５１がカバー５０で凹部１０ｄの上方を閉じる。これにより、冷却プレート２１に向かう輻射熱はカバー５０によって陽極１３側に反射され、陽極１３から冷却プレート２１に向かう熱流速が減少し、基板１の温度を高温に維持するときの損失を最小限に抑えることか可能となる。
【００６１】
尚、カバー５０は、図９のような開閉式だけでなく、温度制御用部材の冷却プレート２１と陽極１３との間にカバー５０を抜き差しする機構を設け、冷却プレート２１と陽極１３との間にカバー５０を差し入れて陽極１３から冷却プレート２１に向かう輻射熱をカバー５０で反射させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１        基板
１０      反応槽
１０ａ    底部
１０ｂ    側隔壁
１０ｃ    甲板部
１０ｄ    凹部
１１      支柱
１２      電極サポート
１３      陽極
１３ａ    伝熱フィン
１３ｂ    伝熱フィン
１４      保護カバー
１５      陰極
１７      原料ガス導入口
１８      排気口
２０      冷却機構
２１      冷却プレート
２１ａ    伝熱フィン
２１ｂ    伝熱フィン
２２      シャフト
２３      昇降装置
２４      フレキシブルチューブ
２５      循環水冷却機
３０      分光輝度計
３１      制御部
４０      陽光柱
５０      カバー
５１      反射板開閉機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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