(57)【要約】【課題】プラズマＣＶＤ法により、円筒面等のワークの立体表面にも容易に均一な膜を成膜する。さらにワークの立体表面をイオン衝撃によりエッチングして清浄化する。【解決手段】プラズマＣＶＤ用電極は、陽極２と陰極３をリング状（或いはドーナツ状）とし、これらを中心軸が一致するように中心軸方向に交互に配置し、その中心軸上にワーク９を配置するものである。さらに、前記の陽極２と陰極３との間に、それらに印加する電圧に対して中立なリング状の浮遊電極４を配置する。ワーク９に導通するワーク接続電極７を設け、電源５の負側を陰極３と前記ワーク接続電極７との何れかに択一的に切り替える切替スイッチ６を設ける。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク（９）の立体表面にプラズマＣＶＤ法により成膜するためのプラズマＣＶＤ用電極であって、陽極（２）と陰極（３）をリング状とし、これらを中心軸が一致するように中心軸方向に交互に配置し、その中心軸上にワーク（９）を配置することを特徴とするプラズマＣＶＤ用電極。
【請求項２】
陽極（２）と陰極（３）との間に、それらに印加する電圧に対して電位的に中立なリング状の浮遊電極（４）を配置したことを特徴とする請求項１に記載のプラズマＣＶＤ用電極。
【請求項３】
陽極（２）と浮遊電極（４）及び浮遊電極（４）と陰極（３）との間の間隙の幅ｇとその間隙の径方向の深さＤとの比ｇ／Ｄが１／２以下であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマＣＶＤ用電極。
【請求項４】
ワーク（９）に導通するワーク接続電極（７）を有し、電源（５）の負側を陰極（３）と前記ワーク接続電極（７）との何れかに切り替える切替スイッチ（６）を有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラズマＣＶＤ用電極。
【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法によりワークの表面上に薄膜を形成する装置に関し、特にプラズマＣＶＤ法によりワークの円筒状等の立体表面に薄膜を形成するためのプラズマＣＶＤ用電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陰極と陽極との間の電界中で希薄な原料ガスを放電してプラズマ状態とすると、化学的に活性なイオンやラジカルな励起原子や励起分子が生成する。プラズマＣＶＤ法は、陰極と陽極との間に電圧を印加すると共に、その間に成膜材料となる希薄ガスを導入してプラズマとし、このプラズマ中で生成された活性な粒子により、固体表面で化学反応を促進し、薄膜を形成するものである。
【０００３】
基本的なプラズマＣＶＤ装置の構成は、原料ガスの供給系、真空チャンバ、この真空チャンバ内に配置された平行平板型電極及びこの平行平板型電極に電圧を印加するための電源が主なものである。その他に排気系や排ガス処理系等を含んでいる。一般にこのようなプラズマＣＶＤ装置による固体表面への成膜は半導体ウエハ等の基板の平面に対してなされる。しかるに、円筒状の表面等のような立体表面に対しては、ワークの向きをかえながら電極に対して対向した面に順次表面処理を行う必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、ワークの向きをかえながら電極に対して対向した面に順次表面処理を行うためには、ワークの向きを変える機構が必要となり、装置が複雑となる。しかも、真空チャンバ内でワークの向きを変えるためには、面倒な操作を必要とする。さらに、ワークの向きをかえながらその表面の処理を行う場合に、表面によって処理条件のバラツキ等が生じやすく、形成した薄膜の不均一性を生じやすい。
【０００５】
本発明は、前記従来のプラズマＣＶＤ技術における課題に鑑み、プラズマＣＶＤ法により、円筒面等のワークの立体表面にも容易に均一な膜を成膜することが出来るプラズマＣＶＤ用電極を提供することを目的とする。さらにこの目的に加えて、ワークの立体表面をイオン衝撃によりエッチングして清浄化する機能を付加したものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、プラズマＣＶＤ用の陽極２と陰極３とをリング形状としてそれらを交互に中心軸方向に並べて中心軸が一致するよう同軸上に配置し、その中心軸上にワーク９を置いて成膜するようにした。これにより、ワーク９の周りに均一な電界を形成し、均等なプラズマ条件を形成出来るようにしたものである。さらに、陽極２と陰極３とで囲まれた内側、つまりワーク９が配置された側に電界が形成されるように、陽極２と陰極３との間にそれらの電位に対して中立な浮遊電極４を配置し、浮遊電極４と陽極２、陰極３との間隔を適宜に設定した。
【０００７】
すなわち、本発明によるプラズマＣＶＤ用電極は、陽極２と陰極３をリング状（或いはドーナツ状）とし、これらを中心軸が一致するように中心軸方向に交互に配置し、その中心軸上にワーク９を配置するものである。さらに、前記の陽極２と陰極３との間に、それらに印加する電圧に対して中立なリング状の浮遊電極４を配置する。
【０００８】
このようなプラズマＣＶＤ用電極では、リング状の陽極２と陰極３の中心側に電界が形成されるため、その中心軸上にワーク９を配置すると共に、陽極２と陰極３とワーク９との間の空間に希薄な成膜用のガスを導入しながら、ワーク９の周囲でガス分子を放電させて、プラズマとすることが出来る。これにより、ワーク９の向きを変えずにその立体的な表面に均一な薄膜を形成することが可能となる。
【０００９】
また、ワーク９の長さ（高さ）に応じて配置する陽極２と陰極３の数を適宜設定することにより、任意の長さのワーク９の表面に薄膜を形成することが出来る。
なおこの場合に、リング状の陽極２と陰極３の中心側に確実に電界が形成されるように、陽極２と浮遊電極４及び浮遊電極４と陰極３との間の間隙の幅ｇとその間隙の径方向の深さＤとの比ｇ／Ｄを１／２以下とするのがよい。
【００１０】
さらに、ワーク９に導通するワーク接続電極７を設け、電源５の負側を陰極３と前記ワーク接続電極７との何れかに択一的に切り替える切替スイッチ６を設ける。これにより、プラズマＣＶＤによりワーク９の表面に成膜するのに先だって、切替スイッチ６により電源５の負側をワーク接続電極７に接続し、ワーク接続電極７を負電位とした状態で、陽極２の内側にアルゴン等のガスを導入して電離し、発生したイオンをワーク９の表面に衝突させる。これにより、ワーク９の表面がイオン衝撃され、エッチングにより清浄化される。その後、切替スイッチ６を切り替えて電源５の負側を陰極３に接続し、前述するようにしてプラズマＣＶＤにより成膜を行う。こうすることにより、切替スイッチ６の切替と導入するガスの種類を変えるだけで、ワーク９表面の前処理としての洗浄と目的とする膜の形成とが順次行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１は、本発明によるプラズマＣＶＤ用電極の一実施形態を示す縦断側面図である。
【００１２】
円盤状であって、中心に孔を有するリング状ないしはドーナツ状の複数の電極が用意され、これらの中心軸が一致するように等間隔で図１において上下に配列され、プラズマＣＶＤ用電極１が組み立てられている。このうち、一方の電極は陽極２であり、これらの両側にある電極は陰極３である。これら陽極２と陰極３は、それらの外周側においてスペーサを兼ねる絶縁材１２を介して互いに絶縁され、且つ保持されている。図１の例では、陽極２が２つあり、その両側に３つの陰極３があるが、これらの数は後述するワーク９の高さ（長さ）により適宜変更される。
【００１３】
さらに、これら上下に隣り合う陽極２と陰極３の間には、それらと別の浮遊電極４が挿入されている。図示した例における浮遊電極４は、前記陽極２と陰極３と内径は同じであるが、それら陽極２と陰極３より外径が小さく、且つ厚みのあるものである。この浮遊電極４は、その外周側が前記絶縁材１２の内周に嵌め込まれた状態で陽極２と陰極３と同心上に配置され、且つ上下に隣り合う陽極２と陰極３の間に保持されている。この状態で浮遊電極４とその上下の陽極２及び陰極３との間に互いに等しい間隔の間隙が形成されている。なお、図１に示す例では、浮遊電極４は、陽極２と陰極３との間に上下に離して２枚挿入されている。
【００１４】
このような複数ずつの陽極２、陰極３及び浮遊電極４が所定の状態で配列されてなるプラズマＣＶＤ用電極１は、図示してない真空チャンバの中に設置される。そして図１に示すように、これらの陽極２、陰極３及び浮遊電極４の中心軸上にワーク９が設置される。図１に示した例では、円柱形のワーク９が陽極２、陰極３及び浮遊電極４の中心軸上に配置されている。
【００１５】
前記陽極２、陰極３及び浮遊電極４の中心軸上に設置されたワーク９の下端には、ワーク接触電極７が接触している。さらに、このワーク接触電極７を囲むようにリング状の反応ガス供給パイプ８が配置され、図示してない反応ガス供給源から供給されてくる反応ガスがこの反応ガス供給パイプ８の上側に開いた放出口から前記陽極２、陰極３及び浮遊電極４とワーク９との間の空間に供給される。他方、ワーク９の上端側には、前記陽極２、陰極３及び浮遊電極４とワーク９との間の真空度を測定する圧力計１０が配置されている。
【００１６】
図１には、これら陽極２、陰極３及びワーク接触電極７の電源５への電気的接続も示されている。図１に示すように、電源５の正側は陽極２に接続され、電源５の負側は切替スイッチ６の基部側接点に接続されている。この切替スイッチ６の２つの切替接点はそれぞれ前記陽極２の間にある陰極３とワーク９に接触したワーク接触電極７に接続されている。従って、電源５の負側は切替スイッチ６の切替動作により、陰極３とワーク接触電極７とに択一的に切替接続される。
【００１７】
図２は、１組の陽極２、陰極３及び浮遊電極４の一部分を拡大した図である。浮遊電極４は導体からなり、陽極２と陰極３との間に上下に離して２枚挿入されている。
この浮遊電極４は、陽極２と陰極３との間に形成される電界が、その内周側へ向けて、すなわちワーク９の表面側に向けて形成されるように陽極２と陰極３との電位に対して中立な浮遊状態とする電極である。そのため、絶縁材１２により陽極２と陰極３とに絶縁された状態で保持され、電気的に浮遊状態となっている。
【００１８】
この浮遊電極４とその両側の陽極２と陰極３との間には、幅ｇの間隙が形成され、その間隙の深さ、すなわち浮遊電極４の内周縁から絶縁材１２に埋め込まれた基部までの深さはＤである。プラズマＣＶＤ法により成膜を行う場合、陽極２及び陰極３とワーク９との間の空間に例えばメタンとエチレンの混合ガス、アルゴンとナフタレンの混合ガス、アルゴン、或いは窒素と四酸化オスミウムの混合ガス等の成膜用素材ガスを供給しながら、陽極２と陰極３との間にプラズマ放電に適した電圧を印加し、プラズマを発生させる。この場合、陽極２と陰極３との間に形成される電界の緩和と異状放電及び電極側絶縁面のＣＶＤ膜の付着を避ける目的で浮遊電極４を配置し且つその間隔ｇは１ｍｍ〜５ｍｍとするのがよい。
【００１９】
このようなプラズマＣＶＤ用電極１を使用してワーク９の外周円筒面に成膜する場合の手順について次に説明する。
プラズマＣＶＤ法により、ワーク９の周面に成膜をする前に、まずその周面をエッチングし、清浄にする。
【００２０】
プラズマＣＶＤ用電極１を収納した図示してない真空チャンバを予め１Ｐａ以下の圧力に減圧する。切替スイッチ６により電源５の負側をワーク接触電極７側に切り替え、電源５の負側をワーク９に接続する。この状態で、反応ガス供給パイプ８から陽極２及び陰極３とワーク９との間の空間にアルゴンまたはアルゴンと酸素の混合ガスを導入し、圧力数Ｐａないし数１０Ｐａの希薄ガス雰囲気とする。この状態でプラズマ放電を行うことにより、陽極２とワーク９との間の空間で前記ガス分子が電離し、そのイオンが発生する。このイオンは負電位に維持されたワーク９の表面に衝突し、ワーク９の表面に付着した不純物がイオン衝撃により取り除かれる。
【００２１】
次に、この清浄化したワーク９の表面にプラズマＣＶＤ法で所要の薄膜を成膜する。
クリーニング用ガスの供給を停止した後、切替スイッチ６により電源５の負側を陰極３側に切り替え、電源５の負側を陰極３に接続する。この状態では、陽極２と陰極３との間に挿入された２枚の浮遊電極４が、それぞれ隣り合った電極の極性にチャージされる。
【００２２】
真空チャンバ内を予め１Ｐａ以下の圧力に減圧した状態で図示してないガスサーバから反応ガス供給パイプ８を通して例えばメタンとエチレンの混合ガス、アルゴンとナフタレンの混合ガス、アルゴン、或いは窒素と四酸化オスミウムの混合ガス等の成膜用素材ガスを陽極２及び陰極３とワーク９との間の空間に導入し、その空間をプラズマ放電に適した数Ｐａないし数１０Ｐａ圧力の希薄ガス雰囲気に保つ。この状態で陽極２と陰極３との間に成膜に必要な電圧を印加し、プラズマを発生させると、ワーク９の周面に所要の膜が堆積、形成される。
【００２３】
その後、切替スイッチ６により電源５を切断すると共に、成膜用素材ガスの供給を停止する。これにより、ワーク９の周面への成膜が完了する。周面に所要の薄膜を形成したワーク９は、図示してないトランスファーロッド等により真空チャンバから取り出す。
【００２４】
前述のように、陽極２と陰極３との間に２枚の浮遊電極４を挿入し、それらをそれぞれ隣り合った電極の極性にチャージさせることにより、プラズマの生成が安定化する。また、これらの浮遊電極４の存在により、各陽極２、陰極３及び浮遊電極４を絶縁している絶縁材１２の壁面が汚れにくく、電極のメンテナンスの間隔を長くすることが出来る。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によるプラズマＣＶＤ用電極では、リング状の陽極２と陰極３の中心軸上にワーク９を配置すると共に、陽極２と陰極３の中心側に成膜材料となる希薄なガスを導入することで、プラズマＣＶＤ法により、ワーク９の立体表面上に均一な薄膜を成膜することが可能となる。
【００２６】
また、ワーク９の長さ（高さ）に応じて配置する陽極２と陰極３の数を適宜設定することにより、そのワーク９の長さ（高さ）に対応することが出来る。
さらに、ワーク９に導通するワーク接続電極７を設け、電源５の負側を陰極３と前記ワーク接続電極７との何れかに切り替える切替スイッチ６を設けることにより、プラズマＣＶＤによりワーク９の表面に成膜するのに先だって、ワーク９の表面をイオン衝撃により清浄化することも出来る。この前処理工程とその後の成膜工程とは切替スイッチ６による電源５の切替と導入するガスの切替だけで順次行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマＣＶＤ用電極の一実施形態を示す電極部分のみを縦断した側面図である。
【図２】前記のプラズマＣＶＤ用電極の１組の陽極、陰極及び浮遊電極の一部分を拡大した図である。
【符号の説明】
１　　プラズマＣＶＤ用電極
２　　陽極
３　　陰極
４　　浮遊電極
５　　電源
６　　切替スイッチ
７　　ワーク接続電極
９　　ワーク
【図１】
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【図２】
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