基礎技術解説コーティング

CVD膜の被覆性およびボイド形成

薄膜のコーティング法の一つに化学的気相堆積法(Chemical vapor deposition : CVD)がある。この手法は他のコーティング法に比べて、均一で平坦性に優れている。堆積できる膜も、有機、無機、金属膜となり広範囲である。均一性の観点では、真空チャンバーを用いた減圧CVD法が有効であるが、最近では、大気圧下で行う大気圧CVDも注目されている。ここでは、プラズマを用いたCVD法について述べる。プラズマCVD法では、熱処理などの高温で得られていた膜を低温で形成することが可能となる。ここでは、樹脂材料で形成された周期パターン上へ、HMDS(hexamethyldisilazane, C6H19NSi2 )をソースとして、HMDSO(hexamethyldisiloxane, C6H18OSi2)重合膜をプラズマCVD法により堆積した。パターン周期は0.39~1.5μmの範囲で変化させている。断面形状の観察を行って、重合膜の平坦性を評価する。平坦性の指数として、基板から重合膜表面までの高さについて、各周期パターンの凹部と凸部の比を用いた。パターン周期が約0.75μmになると平坦性の閾値があり、閾値以上のパターン周期では平坦性指数は約0.5と低下する。また、閾値以下では良好な平坦性となるが、重合膜中にボイドが形成される。重合膜中のボイドの形成メカニズムについても述べる。

プラズマCVD装置の構成図
プラズマCVD装置の構成図

プラズマCVDDは減圧で行うため、真空チャンバー、RF高周波電源等の設備が必要となる。右図には基本的な装置構造を示している。真空チャンバー内には、対向電極構造の放電ステージが存在する。ステージは加熱機構がついており、重合反応の促進が可能となる。電極間に13.56MHzの高周波を印加することによりプラズマを生じさせる。キャリアガスとして、通常Arガスが用いられる。液体ソースは減圧により蒸気となり反応室まで送り込まれる。プラズマ重合による反応生成物は、ステージ上の基板に堆積する。

周期パターンとして、ArFエキシマレーザー(波長193nm)に感度を有する化学増幅型レジストを用いた。レジストの主成分はスチレン系の樹脂である。周期パターンの作製プロセスは、以下の通りである。まず、平坦基板上にレジスト膜をスピンコート法により形成した。レジスト膜厚は0.36μmである。そして、ソフトベークを130℃で90秒間行った後で、ArFエキシマレーザを用いて、周期ラインパターンをレジスト膜に露光した。露光量は46mJ/cm2である。そして、熱処理を130℃で90秒間施した後で、パターン現像を行った。現像液は、2.38%のTMAH (tetramethylammoniumhydroxide) 水溶液を使用した。パターン寸法および断面形状は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した。下の左図(a)に、パターン断面の模式図を示している。ここで、寸法Aはパターン線幅であり、0.21~0.75μmの範囲で変化させている。また、寸法Bはパターン間隔であり、0.18~0.75μmに変化させた。寸法Cはパターン高さであり0.36μmである。寸法Dはパターン周期であり、0.39~1.5μmの範囲で変化させた。全ての試料において、パターン線幅Aとパターン間隔Bとの比(A/B)が約0.8になるように形成した。

プラズマCVD装置として、サムコインターナショナル社製のPLAMA TOTAL DRY SYSTEM (PDM-303)を使用している。チャンバーは石英製であり、直径250cmの円筒形である。チャンバー内部には、SUS製の平行平板電極が4cmの間隔で容量結合型に設置されている。重合膜のソースとしては、HMDS(nacalai tesque, SPグレード)を使用している。

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以下のような図や解説が続きます。

  • [図] 周期パターン上へのプラズマ重合膜の堆積
  • [図] FT-IR法によるプラズマ重合膜の構造解析
  • [図] 断面形状測定による重合膜の平坦性評価
  • [図] 重合膜の平坦性のパターンピッチ依存性
  • [図] ボイド形成のメカニズム

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