JP2739286B2 - プラズマ処理方法 - Google Patents
プラズマ処理方法Info
- Publication number
- JP2739286B2 JP2739286B2 JP6145739A JP14573994A JP2739286B2 JP 2739286 B2 JP2739286 B2 JP 2739286B2 JP 6145739 A JP6145739 A JP 6145739A JP 14573994 A JP14573994 A JP 14573994A JP 2739286 B2 JP2739286 B2 JP 2739286B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- film
- substrate
- plasma
- microwave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波電界と、外
部磁場との相互作用によって、大きくかつ均一な薄膜を
形成するプラズマ処理方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、薄膜の形成手段としては、電子サ
イクロトロン共鳴(ECR) を用い、その発散磁場を利用し
て、この共鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、
そこでの被膜、特に、アモルファス構造を有する被膜を
形成する方法が知られている。さらに、一般的に、かか
る電子サイクロトロン共鳴CVD(化学気相法) に加えて、
反応性気体を用いる被膜形成手段としては、数種類が知
られている。これらの被膜形成手段には、たとえば、熱
CVD 、加熱フィラメントCVD 、化学輸送法、13.56MHzの
周波数を用いるプラズマ CVD法、マイクロ波のみを用い
るプラズマCVD法が知られている。 【０００３】特に、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、
活性種を磁場によりピンチングし、高エネルギー化する
ことにより電子エネルギーを大きくし、効率よく反応性
気体をプラズマ化させている。しかし、電子サイクロト
ロン共鳴CVD法は、反応性気体をプラズマ化させること
により、反応性気体の有する高エネルギーにより、基板
の被膜形成面がスパッタ (損傷) を受ける。このスパッ
タを防ぐため、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、電子
サイクロトロン共鳴条件を満たした空間より「離れた位
置」に基板を配設し、高エネルギー条件下でのプラズマ
状態を避けたイオンシャワ−化した反応性気体を基板表
面に到達させることにより、被膜形成または異方性エッ
チングを行なっていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるシャワ
−化した反応性気体を用いた被膜形成方法では、その気
体の種類により異方性エッチング、アモルファス構造の
被膜形成等のエッチング、またはディポジッションのい
ずれか一方のプロセスのみを採用したものであった。そ
のため、この場合の被膜形成面上には、アモルファス構
造の被膜が形成され易く、結晶性、特に、多結晶性また
は単結晶を有する被膜の形成がきわめて困難であった。
加えて、上記シャワ−化した反応性気体を用いた被膜形
成方法は、スパッタを防止するために、エネルギーを弱
めているので、高いエネルギーを用いることにより、初
めて反応性気体の活性化、または反応をさせ得るような
被膜を形成することが不可能であった。 【０００５】本発明は、被膜を磁界およびマイクロ波の
相互作用によって形成すると共に、少なくとも一部に結
晶性を有する被膜を形成するプラズマ処理方法を提供す
ることを目的とする。 【０００６】 【０００７】本発明のプラズマ処理方法は、減圧状態に
保持されたプラズマ発生室、当該プラズマ発生室を囲ん
で設けられた磁場発生手段、前記プラズマ発生室にマイ
クロ波を供給する手段を備えた磁場および電場の相互作
用を利用するプラズマ処理方法において、前記プラズマ
発生室に反応性気体を導入し、当該反応性気体に対して
外部より磁界およびマイクロ波を加え、電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たす共鳴磁場の内で、電界強度が最も
大きく、かつ略等磁場となる領域に被膜形成面を有する
基板を配設し、前記磁界とマイクロ波との相互作用によ
り発生する高エネルギー励起種に直流バイアス電圧を印
加しながら、エッチングをさせつつ被膜形成を行なうこ
とを特徴とする。本発明のプラズマ処理方法により形成
される被膜は、ダイヤモンド膜またはｉ−カーボン膜で
あることを特徴とする。 【０００８】 【作 用】被膜を形成する基板の被膜形成面は、マイ
クロ波電力の電界強度が最も大きく、かつ略等磁場とな
る領域に配設される。そして、上記領域における電場お
よび磁場は、相互に作用し、電子サイクロトロン共鳴(E
CR) を生ぜしめる。さらに、磁場の強度程度を調整する
と、この領域においてのみ、反応性気体は、初めて分解
または反応させることができ、基板上にエッチングさせ
ながら被膜が形成される。このようにして形成された基
板上の被膜は、たとえば、ｉ−カ−ボン膜（ダイヤモン
ドまたは微結晶粒を有する炭素被膜）、高融点の金属
膜、またはセラミック性絶縁被膜である。 【０００９】すなわち、本発明は、従来より知られたマ
イクロ波を用いたプラズマCVD 法に磁場の力を加え、さ
らにマイクロ波の電場と磁場との相互作用、好ましくは
電子サイクロトロン共鳴（ECR ）条件、またはホイッス
ラ−共鳴条件を含む相互作用を利用して、幅広い圧力範
囲において高密度高エネルギーのプラズマを発生させ
る。その共鳴空間での高エネルギー状態を利用して、た
とえば活性炭素原子を多量に発生させ、再現性に優れ、
均一な膜厚、均質な特性のダイヤモンド膜、ｉ−カ−ボ
ン膜等の被膜の形成を可能としたものである。また、加
える磁場の強さが任意に変更可能なため、電子のみでは
なく特定のイオンの電子サイクロトロン共鳴条件を設定
することができる。 【００１０】また、本発明は、磁場とマイクロ波の相互
作用により発生する高エネルギー励起種に直流バイアス
電圧を印加して、エッチングと被膜形成とを同時に行な
う。このようにすると、基板側に多量の励起子が到達
し、薄膜の形成速度を向上させる。さらに、本発明の構
成に付加して、マイクロ波と磁場との相互作用により高
密度プラズマを発生させた後、基板表面上まで到る間に
高エネルギーを持つ光（たとえば紫外光）を照射し、活
性種にエネルギーを与え続けると、高密度プラズマ発生
領域より十分離れた位置においても、高エネルギー状態
に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダイヤモ
ンド、ｉ−カ−ボン膜を形成することも可能である。 【００１１】 【実 施 例】図１は本発明の一実施例で、磁場印加可
能なマイクロ波プラズマCVD装置を説明するための図で
ある。図１において、マイクロ波プラズマCVD装置は、
減圧状態に保持可能なプラズマ発生空間(1) と、補助空
間(2)と、加熱空間(3) と、マイクロ波発振器(4) と、
磁場を発生する電磁石(5)、(5')と、ガス導入系(6) 、
(7) と、排気系を構成するタ−ボ分子ポンプ(8) と、基
板(10)と、基板ホルダ(10') と、圧力調整バルブ(11)
と、ロ−タリ−ポンプ(14)と、マイクロ波導入窓(15)
と、水冷系(18)、(18') と、赤外線加熱ヒ−タ(20)、赤
外線反射面(21)と、レンズ系(22)と、電源(23)、電源(2
5)とから構成されている。 【００１２】まず、薄膜形成用基板(10)は、基板ホルダ
(10') 上に設置される。この基板ホルダ(10') は、高熱
伝導性を有し、かつマイクロ波をできるだけ乱さないた
め、セラミックの窒化アルミニュ−ム製のものを用い
た。この基板ホルダ(10') は、赤外線加熱ヒ−タ(20)か
ら発射される赤外線が赤外線反射面(21)であるレンズ系
(22)を介して集光されることにより、たとえば500℃で
加熱される。次に、プラズマ発生空間(1) には、ガス導
入系(6) から水素、ガス導入系(7)からメタン(CH4) ま
たはアセチレン(C2H2)、がそれぞれ導入され、また、外
部より2.45GHzの周波数のマイクロ波が500Ｗの強さで加
えられる。 【００１３】さらに、プラズマ発生空間(1) には、磁場
約2Kガウスが電磁石(5) 、(5')により印加され、高密度
プラズマを発生させる。この時、プラズマ発生空間(1)
の圧力は、0.1Pa に保持されている。この高密度プラズ
マ領域より高エネルギーを持つ水素原子または電子が基
板(10)上に到り、基板の表面を洗浄する。さらに、上記
水素の導入を中止した後、ガス導入系(7) より導入され
た炭化物気体、たとえばメタン(CH4) 、アセチレン(C2H
2)を活性化せしめる。そして、高エネルギーに励起され
た炭素原子が生成され、赤外線加熱ヒータ(20)によっ
て、約 500℃で加熱された基板(10)上に、上記炭素原子
が堆積し、ダイヤモンドまたはｉ−カ−ボン膜が形成さ
れる。 【００１４】図１において、磁場は、２つのリング状の
電磁石（５）、（５’）を用いたヘルムホルツコイル方
式を採用した。さらに、プラズマ発生空間（１）を４分
割した空間（３０）に対し、電場・磁場の強度を調べた
結果を図２に示す。図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の
一実施例である図１に示す被膜形成装置におけるコンピ
ュータシュミレーションによる磁場および電場特性を説
明するための図である。なお、図１における電磁石
（５）、および電磁石（５’）の中心軸上で、且つ電磁
石（５）と電磁石（５’）との中点を原点とする。図２
（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は、プラズマ発生空間
（１）の横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸
（Ｙ軸）は、電磁石（５）、（５’）の半径方向を示
す。図２（Ａ）における曲線は、磁場の等磁位面を示
す。そして、その線に示されている数字は、電磁石
（５）が約２０００ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。電磁石（５）の強度を調整すると、電場・磁場の
相互作用を有する空間（１００）（８７５±１８５ガウ
ス）において、磁場の強さを基板の被形成面の広い面積
にわたって概略均一にさせることができる。図２（Ａ）
において、たとえば、線（２６）が８７５ガウスとなる
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を生ずる等磁場
面である。 【００１５】さらに、この電子サイクロトロン共鳴条件
を生ずる空間（１００）は、図２（Ｂ）に示す如く、電
場が最大となる領域となるようにしている。図２（Ｂ）
の横軸は、図２（Ａ）と同じく反応性気体の流れる方向
を示し、縦軸は、電場（電界強度）の強さを示す。電場
は、空間（１００）以外に空間（１００’）にも最大と
なる領域がある。しかし、ここに対応する図２（Ａ）の
磁場は、きわめて等磁場面が多く存在している。すなわ
ち、空間（１００’）には、基板（１０）における被形
成面の半径方向（図２（Ａ）における縦軸方向）での膜
厚のばらつきが大きくなり、図２（Ａ）における符号
（２６’）で示す電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
条件部分で良質の被膜ができるのみである。その結果と
して、基板（１０）の表面には、均一かつ均質な被膜を
期待できない。もちろん、基板（１０）の表面に、被膜
をドーナツ型に作らんとする場合はそれでもよい。 【００１６】また、空間（１００）に対して、その原点
を対称とした反対側には、最大の電場となり、かつ磁場
が広い領域にわたって一定となる領域が存在する。基板
（１０）の加熱を行なう必要がない場合は、上記空間で
の被膜形成が有効である。しかし、マイクロ波の電場を
乱すことなく基板（１０）を加熱する手段は得難い。こ
れらの結果、基板（１０）の出し入れの容易さ、基板
（１０）を加熱するための容易さを考慮し、均一な膜で
あり、かつ均質な被膜とするためには、図２（Ａ）の空
間（１００）が３つの領域の中で、最も工業的に量産性
の優れた位置と推定される。この結果、本発明では、空
間（１００）に基板（１０）を配設すると、この基板
（１０）が円形であった場合、半径１００ｍｍまで、好
ましくは半径５０ｍｍまでの大きさで均一、均質に被膜
形成が形成される。さらに、大面積とするには、たとえ
ばこの４倍の面積において同じく均一な膜厚とするに
は、周波数を２．４５ＧＨｚではなく、１．２２５ＧＨ
ｚとすればこの空間の直径（図２（Ａ）のＲ方向）を２
倍とすることができる。 【００１７】図３は図２において基板の位置における円
形空間の磁場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
を説明するための図である。図３（Ｂ）より明らかなご
とく、電場は、最大25KV/mにまで達せしめ得ることが判
る。また、比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄
膜形成を行なった。その時、基板(10)上に形成された薄
膜は、グラファイト膜であった。さらに、本実施例と同
条件下において、基板(10)の温度を650 ℃以上とした場
合、ダイヤモンド薄膜を形成することが可能であった。
本実施例において形成された薄膜の電子線回析像をとっ
たところアモルファス特有のハロ−パタ−ンと共に、ダ
イヤモンドのスポットがみられ、ｉ−カ−ボン膜となっ
ていた。さらに、基板(10)の温度を上げて被膜を形成し
ていくにしたがい、ハロ−パタ−ンが少しずつ消えてい
き650 ℃以上でダイヤモンド膜となった。 【００１８】また、基板(10)の加熱温度を150 ℃未満と
した場合、磁場を加えてもｉ−カ−ボン膜を形成するこ
とはできなかった。かかる方式において、基板(10)上に
炭化珪化物気体（メチルシラン）を用い、炭化珪素の多
結晶膜を形成することができる。アルミニュ−ム化物気
体とアンモニアとの反応により窒化アルミニュ−ム被膜
を形成することもできる。さらに、タングステン、チタ
ン、モリブデン、またはそれらの珪化物の高融点導体を
形成することもできる。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生室に反応
性気体を導入し、当該反応性気体に対して外部より磁界
およびマイクロ波を加え、電子サイクロトロン共鳴条件
を満たすと共に、前記磁界とマイクロ波との相互作用に
より高エネルギー励起種を発生させ、エッチングをさせ
ながら被膜を形成したので、面積の大きい、均一な薄膜
を得ることができる。本発明によれば、前記高エネルギ
ー励起種に直流バイアス電圧を印加しながらエッチング
をさせつつ被膜形成を行なったので、より面積を大き
く、かつ緻密で固い膜とすることができる。本発明によ
れば、前記高エネルギー励起種に、加えて紫外線を照射
することによって、より一層品質の良い薄膜を得ること
ができる。本発明によれば、基板の被膜形成面は、最大
の電界強度で、かつ略等磁場となる領域に配置したの
で、大面積で均一な薄膜を形成することができると共
に、結晶性を少なくとも一部に有する被膜を形成するこ
とが可能となった。本発明によれば、作製された薄膜
は、引張、圧縮とも膜応力をほとんど有さない良好な膜
であった。
部磁場との相互作用によって、大きくかつ均一な薄膜を
形成するプラズマ処理方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】従来、薄膜の形成手段としては、電子サ
イクロトロン共鳴(ECR) を用い、その発散磁場を利用し
て、この共鳴空間より「離れた位置」に基板を配設し、
そこでの被膜、特に、アモルファス構造を有する被膜を
形成する方法が知られている。さらに、一般的に、かか
る電子サイクロトロン共鳴CVD(化学気相法) に加えて、
反応性気体を用いる被膜形成手段としては、数種類が知
られている。これらの被膜形成手段には、たとえば、熱
CVD 、加熱フィラメントCVD 、化学輸送法、13.56MHzの
周波数を用いるプラズマ CVD法、マイクロ波のみを用い
るプラズマCVD法が知られている。 【０００３】特に、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、
活性種を磁場によりピンチングし、高エネルギー化する
ことにより電子エネルギーを大きくし、効率よく反応性
気体をプラズマ化させている。しかし、電子サイクロト
ロン共鳴CVD法は、反応性気体をプラズマ化させること
により、反応性気体の有する高エネルギーにより、基板
の被膜形成面がスパッタ (損傷) を受ける。このスパッ
タを防ぐため、電子サイクロトロン共鳴CVD法は、電子
サイクロトロン共鳴条件を満たした空間より「離れた位
置」に基板を配設し、高エネルギー条件下でのプラズマ
状態を避けたイオンシャワ−化した反応性気体を基板表
面に到達させることにより、被膜形成または異方性エッ
チングを行なっていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかし、かかるシャワ
−化した反応性気体を用いた被膜形成方法では、その気
体の種類により異方性エッチング、アモルファス構造の
被膜形成等のエッチング、またはディポジッションのい
ずれか一方のプロセスのみを採用したものであった。そ
のため、この場合の被膜形成面上には、アモルファス構
造の被膜が形成され易く、結晶性、特に、多結晶性また
は単結晶を有する被膜の形成がきわめて困難であった。
加えて、上記シャワ−化した反応性気体を用いた被膜形
成方法は、スパッタを防止するために、エネルギーを弱
めているので、高いエネルギーを用いることにより、初
めて反応性気体の活性化、または反応をさせ得るような
被膜を形成することが不可能であった。 【０００５】本発明は、被膜を磁界およびマイクロ波の
相互作用によって形成すると共に、少なくとも一部に結
晶性を有する被膜を形成するプラズマ処理方法を提供す
ることを目的とする。 【０００６】 【０００７】本発明のプラズマ処理方法は、減圧状態に
保持されたプラズマ発生室、当該プラズマ発生室を囲ん
で設けられた磁場発生手段、前記プラズマ発生室にマイ
クロ波を供給する手段を備えた磁場および電場の相互作
用を利用するプラズマ処理方法において、前記プラズマ
発生室に反応性気体を導入し、当該反応性気体に対して
外部より磁界およびマイクロ波を加え、電子サイクロト
ロン共鳴条件を満たす共鳴磁場の内で、電界強度が最も
大きく、かつ略等磁場となる領域に被膜形成面を有する
基板を配設し、前記磁界とマイクロ波との相互作用によ
り発生する高エネルギー励起種に直流バイアス電圧を印
加しながら、エッチングをさせつつ被膜形成を行なうこ
とを特徴とする。本発明のプラズマ処理方法により形成
される被膜は、ダイヤモンド膜またはｉ−カーボン膜で
あることを特徴とする。 【０００８】 【作 用】被膜を形成する基板の被膜形成面は、マイ
クロ波電力の電界強度が最も大きく、かつ略等磁場とな
る領域に配設される。そして、上記領域における電場お
よび磁場は、相互に作用し、電子サイクロトロン共鳴(E
CR) を生ぜしめる。さらに、磁場の強度程度を調整する
と、この領域においてのみ、反応性気体は、初めて分解
または反応させることができ、基板上にエッチングさせ
ながら被膜が形成される。このようにして形成された基
板上の被膜は、たとえば、ｉ−カ−ボン膜（ダイヤモン
ドまたは微結晶粒を有する炭素被膜）、高融点の金属
膜、またはセラミック性絶縁被膜である。 【０００９】すなわち、本発明は、従来より知られたマ
イクロ波を用いたプラズマCVD 法に磁場の力を加え、さ
らにマイクロ波の電場と磁場との相互作用、好ましくは
電子サイクロトロン共鳴（ECR ）条件、またはホイッス
ラ−共鳴条件を含む相互作用を利用して、幅広い圧力範
囲において高密度高エネルギーのプラズマを発生させ
る。その共鳴空間での高エネルギー状態を利用して、た
とえば活性炭素原子を多量に発生させ、再現性に優れ、
均一な膜厚、均質な特性のダイヤモンド膜、ｉ−カ−ボ
ン膜等の被膜の形成を可能としたものである。また、加
える磁場の強さが任意に変更可能なため、電子のみでは
なく特定のイオンの電子サイクロトロン共鳴条件を設定
することができる。 【００１０】また、本発明は、磁場とマイクロ波の相互
作用により発生する高エネルギー励起種に直流バイアス
電圧を印加して、エッチングと被膜形成とを同時に行な
う。このようにすると、基板側に多量の励起子が到達
し、薄膜の形成速度を向上させる。さらに、本発明の構
成に付加して、マイクロ波と磁場との相互作用により高
密度プラズマを発生させた後、基板表面上まで到る間に
高エネルギーを持つ光（たとえば紫外光）を照射し、活
性種にエネルギーを与え続けると、高密度プラズマ発生
領域より十分離れた位置においても、高エネルギー状態
に励起された炭素原子が存在し、より大面積にダイヤモ
ンド、ｉ−カ−ボン膜を形成することも可能である。 【００１１】 【実 施 例】図１は本発明の一実施例で、磁場印加可
能なマイクロ波プラズマCVD装置を説明するための図で
ある。図１において、マイクロ波プラズマCVD装置は、
減圧状態に保持可能なプラズマ発生空間(1) と、補助空
間(2)と、加熱空間(3) と、マイクロ波発振器(4) と、
磁場を発生する電磁石(5)、(5')と、ガス導入系(6) 、
(7) と、排気系を構成するタ−ボ分子ポンプ(8) と、基
板(10)と、基板ホルダ(10') と、圧力調整バルブ(11)
と、ロ−タリ−ポンプ(14)と、マイクロ波導入窓(15)
と、水冷系(18)、(18') と、赤外線加熱ヒ−タ(20)、赤
外線反射面(21)と、レンズ系(22)と、電源(23)、電源(2
5)とから構成されている。 【００１２】まず、薄膜形成用基板(10)は、基板ホルダ
(10') 上に設置される。この基板ホルダ(10') は、高熱
伝導性を有し、かつマイクロ波をできるだけ乱さないた
め、セラミックの窒化アルミニュ−ム製のものを用い
た。この基板ホルダ(10') は、赤外線加熱ヒ−タ(20)か
ら発射される赤外線が赤外線反射面(21)であるレンズ系
(22)を介して集光されることにより、たとえば500℃で
加熱される。次に、プラズマ発生空間(1) には、ガス導
入系(6) から水素、ガス導入系(7)からメタン(CH4) ま
たはアセチレン(C2H2)、がそれぞれ導入され、また、外
部より2.45GHzの周波数のマイクロ波が500Ｗの強さで加
えられる。 【００１３】さらに、プラズマ発生空間(1) には、磁場
約2Kガウスが電磁石(5) 、(5')により印加され、高密度
プラズマを発生させる。この時、プラズマ発生空間(1)
の圧力は、0.1Pa に保持されている。この高密度プラズ
マ領域より高エネルギーを持つ水素原子または電子が基
板(10)上に到り、基板の表面を洗浄する。さらに、上記
水素の導入を中止した後、ガス導入系(7) より導入され
た炭化物気体、たとえばメタン(CH4) 、アセチレン(C2H
2)を活性化せしめる。そして、高エネルギーに励起され
た炭素原子が生成され、赤外線加熱ヒータ(20)によっ
て、約 500℃で加熱された基板(10)上に、上記炭素原子
が堆積し、ダイヤモンドまたはｉ−カ−ボン膜が形成さ
れる。 【００１４】図１において、磁場は、２つのリング状の
電磁石（５）、（５’）を用いたヘルムホルツコイル方
式を採用した。さらに、プラズマ発生空間（１）を４分
割した空間（３０）に対し、電場・磁場の強度を調べた
結果を図２に示す。図２（Ａ）および（Ｂ）は本発明の
一実施例である図１に示す被膜形成装置におけるコンピ
ュータシュミレーションによる磁場および電場特性を説
明するための図である。なお、図１における電磁石
（５）、および電磁石（５’）の中心軸上で、且つ電磁
石（５）と電磁石（５’）との中点を原点とする。図２
（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は、プラズマ発生空間
（１）の横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸
（Ｙ軸）は、電磁石（５）、（５’）の半径方向を示
す。図２（Ａ）における曲線は、磁場の等磁位面を示
す。そして、その線に示されている数字は、電磁石
（５）が約２０００ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。電磁石（５）の強度を調整すると、電場・磁場の
相互作用を有する空間（１００）（８７５±１８５ガウ
ス）において、磁場の強さを基板の被形成面の広い面積
にわたって概略均一にさせることができる。図２（Ａ）
において、たとえば、線（２６）が８７５ガウスとなる
電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）条件を生ずる等磁場
面である。 【００１５】さらに、この電子サイクロトロン共鳴条件
を生ずる空間（１００）は、図２（Ｂ）に示す如く、電
場が最大となる領域となるようにしている。図２（Ｂ）
の横軸は、図２（Ａ）と同じく反応性気体の流れる方向
を示し、縦軸は、電場（電界強度）の強さを示す。電場
は、空間（１００）以外に空間（１００’）にも最大と
なる領域がある。しかし、ここに対応する図２（Ａ）の
磁場は、きわめて等磁場面が多く存在している。すなわ
ち、空間（１００’）には、基板（１０）における被形
成面の半径方向（図２（Ａ）における縦軸方向）での膜
厚のばらつきが大きくなり、図２（Ａ）における符号
（２６’）で示す電子サイクロトロン共鳴条件を満たす
条件部分で良質の被膜ができるのみである。その結果と
して、基板（１０）の表面には、均一かつ均質な被膜を
期待できない。もちろん、基板（１０）の表面に、被膜
をドーナツ型に作らんとする場合はそれでもよい。 【００１６】また、空間（１００）に対して、その原点
を対称とした反対側には、最大の電場となり、かつ磁場
が広い領域にわたって一定となる領域が存在する。基板
（１０）の加熱を行なう必要がない場合は、上記空間で
の被膜形成が有効である。しかし、マイクロ波の電場を
乱すことなく基板（１０）を加熱する手段は得難い。こ
れらの結果、基板（１０）の出し入れの容易さ、基板
（１０）を加熱するための容易さを考慮し、均一な膜で
あり、かつ均質な被膜とするためには、図２（Ａ）の空
間（１００）が３つの領域の中で、最も工業的に量産性
の優れた位置と推定される。この結果、本発明では、空
間（１００）に基板（１０）を配設すると、この基板
（１０）が円形であった場合、半径１００ｍｍまで、好
ましくは半径５０ｍｍまでの大きさで均一、均質に被膜
形成が形成される。さらに、大面積とするには、たとえ
ばこの４倍の面積において同じく均一な膜厚とするに
は、周波数を２．４５ＧＨｚではなく、１．２２５ＧＨ
ｚとすればこの空間の直径（図２（Ａ）のＲ方向）を２
倍とすることができる。 【００１７】図３は図２において基板の位置における円
形空間の磁場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
を説明するための図である。図３（Ｂ）より明らかなご
とく、電場は、最大25KV/mにまで達せしめ得ることが判
る。また、比較のために同条件下で磁場を印加せずに薄
膜形成を行なった。その時、基板(10)上に形成された薄
膜は、グラファイト膜であった。さらに、本実施例と同
条件下において、基板(10)の温度を650 ℃以上とした場
合、ダイヤモンド薄膜を形成することが可能であった。
本実施例において形成された薄膜の電子線回析像をとっ
たところアモルファス特有のハロ−パタ−ンと共に、ダ
イヤモンドのスポットがみられ、ｉ−カ−ボン膜となっ
ていた。さらに、基板(10)の温度を上げて被膜を形成し
ていくにしたがい、ハロ−パタ−ンが少しずつ消えてい
き650 ℃以上でダイヤモンド膜となった。 【００１８】また、基板(10)の加熱温度を150 ℃未満と
した場合、磁場を加えてもｉ−カ−ボン膜を形成するこ
とはできなかった。かかる方式において、基板(10)上に
炭化珪化物気体（メチルシラン）を用い、炭化珪素の多
結晶膜を形成することができる。アルミニュ−ム化物気
体とアンモニアとの反応により窒化アルミニュ−ム被膜
を形成することもできる。さらに、タングステン、チタ
ン、モリブデン、またはそれらの珪化物の高融点導体を
形成することもできる。 【００１９】 【発明の効果】本発明によれば、プラズマ発生室に反応
性気体を導入し、当該反応性気体に対して外部より磁界
およびマイクロ波を加え、電子サイクロトロン共鳴条件
を満たすと共に、前記磁界とマイクロ波との相互作用に
より高エネルギー励起種を発生させ、エッチングをさせ
ながら被膜を形成したので、面積の大きい、均一な薄膜
を得ることができる。本発明によれば、前記高エネルギ
ー励起種に直流バイアス電圧を印加しながらエッチング
をさせつつ被膜形成を行なったので、より面積を大き
く、かつ緻密で固い膜とすることができる。本発明によ
れば、前記高エネルギー励起種に、加えて紫外線を照射
することによって、より一層品質の良い薄膜を得ること
ができる。本発明によれば、基板の被膜形成面は、最大
の電界強度で、かつ略等磁場となる領域に配置したの
で、大面積で均一な薄膜を形成することができると共
に、結晶性を少なくとも一部に有する被膜を形成するこ
とが可能となった。本発明によれば、作製された薄膜
は、引張、圧縮とも膜応力をほとんど有さない良好な膜
であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例で、磁場印加可能なマイクロ
波プラズマCVD装置を説明するための図である。 【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例である
図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミレ
ーションによる磁場および電場特性を説明するための図
である。 【図３】図２において基板の位置における円形空間の磁
場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場を説明する
ための図である。 【符号の説明】 １・・・・・プラズマ発生空間 ２・・・・・補助空間 ３・・・・・加熱空間 ４・・・・・マイクロ波発振器 ５、５’・・磁場を発生する電磁石 ６、７・・・ガス導入系 ８・・・・・ターボ分子ポンプ 10・・・・・基板 10' ・・・・基板ホルダ 11・・・・・圧力調整バルブ 14・・・・・ロータリーポンプ 15・・・・・マイクロ波導入窓 18、18' ・・水冷系 20・・・・・赤外線加熱ヒ−タ 21・・・・・赤外線反射面 22・・・・・レンズ系 23、25・・・電源 100 ・・・・最大電場となる空間
波プラズマCVD装置を説明するための図である。 【図２】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の一実施例である
図１に示す被膜形成装置におけるコンピュータシュミレ
ーションによる磁場および電場特性を説明するための図
である。 【図３】図２において基板の位置における円形空間の磁
場（Ａ）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場を説明する
ための図である。 【符号の説明】 １・・・・・プラズマ発生空間 ２・・・・・補助空間 ３・・・・・加熱空間 ４・・・・・マイクロ波発振器 ５、５’・・磁場を発生する電磁石 ６、７・・・ガス導入系 ８・・・・・ターボ分子ポンプ 10・・・・・基板 10' ・・・・基板ホルダ 11・・・・・圧力調整バルブ 14・・・・・ロータリーポンプ 15・・・・・マイクロ波導入窓 18、18' ・・水冷系 20・・・・・赤外線加熱ヒ−タ 21・・・・・赤外線反射面 22・・・・・レンズ系 23、25・・・電源 100 ・・・・最大電場となる空間
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山崎 舜平
神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社
半導体エネルギー研究所内
(56)参考文献 特開 昭63−121667（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．減圧状態に保持されたプラズマ発生室、当該プラズ
マ発生室を囲んで設けられた磁場発生手段、前記プラズ
マ発生室にマイクロ波を供給する手段を備えた磁場およ
び電場の相互作用を利用するプラズマ処理方法におい
て、 前記プラズマ発生室に反応性気体を導入し、 当該反応性気体に対して外部より磁界およびマイクロ波
を加え、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす共鳴磁場
の内で、電界強度が最も大きく、かつ略等磁場となる領
域に被膜形成面を有する基板を配設し、 前記磁界とマイクロ波との相互作用により発生する高エ
ネルギー励起種に直流バイアス電圧を印加しながら、エ
ッチングをさせつつ被膜形成を行なうことを特徴とする
プラズマ処理方法。 ２．前記被膜は、ダイヤモンド膜またはｉ−カーボン膜
であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145739A JP2739286B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6145739A JP2739286B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14506790A Division JPH0317274A (ja) | 1990-06-01 | 1990-06-01 | 被膜形成方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8311203A Division JP2899254B2 (ja) | 1996-11-08 | 1996-11-08 | プラズマｃｖｄ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07233478A JPH07233478A (ja) | 1995-09-05 |
| JP2739286B2 true JP2739286B2 (ja) | 1998-04-15 |
Family
ID=15392032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6145739A Expired - Lifetime JP2739286B2 (ja) | 1994-06-06 | 1994-06-06 | プラズマ処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2739286B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63121667A (ja) * | 1986-11-10 | 1988-05-25 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 薄膜形成装置 |
-
1994
- 1994-06-06 JP JP6145739A patent/JP2739286B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07233478A (ja) | 1995-09-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR900008505B1 (ko) | 탄소 석출을 위한 마이크로파 강화 cvd 방법 | |
| US5039548A (en) | Plasma chemical vapor reaction method employing cyclotron resonance | |
| US6838126B2 (en) | Method for forming I-carbon film | |
| US7125588B2 (en) | Pulsed plasma CVD method for forming a film | |
| JPS63210275A (ja) | プラズマ反応装置内を清浄にする方法 | |
| US20050196549A1 (en) | Microwave enhanced CVD method and apparatus | |
| JP3041844B2 (ja) | 成膜又はエッチング装置 | |
| JP4741060B2 (ja) | 基板の析出表面上に反応ガスからの原子又は分子をエピタキシャルに析出させる方法及び装置 | |
| JPS63121667A (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JP2739286B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JPH0420985B2 (ja) | ||
| JP2769977B2 (ja) | プラズマ処理方法 | |
| JP2899254B2 (ja) | プラズマｃｖｄ装置 | |
| US6677001B1 (en) | Microwave enhanced CVD method and apparatus | |
| JPH0543792B2 (ja) | ||
| JP2660244B2 (ja) | 表面処理方法 | |
| JP2715277B2 (ja) | 薄膜形成装置 | |
| JP2617539B2 (ja) | 立方晶窒化ほう素膜の製造装置 | |
| JP2965935B2 (ja) | プラズマｃｖｄ方法 | |
| JP2892347B2 (ja) | 薄膜形成方法 | |
| JPS63169387A (ja) | 薄膜形成方法 | |
| JPH0543793B2 (ja) | ||
| JP3291274B2 (ja) | 炭素被膜作製方法 | |
| JPH0672307B2 (ja) | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 | |
| JP3212719B2 (ja) | 低圧誘導結合型プラズマを用いたｃｖｄ法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |