JP2933508B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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    • H05H1/2406Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
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    • H05H1/2418Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes the electrodes being embedded in the dielectric

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ処理装置に係
る。
【0002】
【従来の技術】従来プラズマ処理装置としては、アルミ
ナ等のセラミック材を溶射することにより金属表面をコ
ーティングしてなる電極を高周波電極として用いたもの
が知られている。
【0003】しかし、従来のプラズマ処理装置を用いて
成膜を行った場合、成膜した膜の特性には限界があっ
た。例えば絶縁膜については絶縁耐圧としては8MV/
cmが限界であった。
【0004】また、高周波電極にはガス噴射口などの微
細な孔が形成されることが多いが、溶射ではこの微細な
孔の内面までコーティングすることは困難である。従っ
て、この孔の内面がプラズマによりアタックされ成膜雰
囲気の汚染の原因となっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた特性
を有する膜の形成が可能なプラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。
【0006】本発明は、高周波電極に微細な孔が形成さ
れていてもその孔の表面も十分にセラミックで覆われて
おり、成膜雰囲気を汚染することのないプラズマ処理装
置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の要旨は、
プラズマ発生用ガスを通気させるガス噴出用の孔を複数
形成してなる金属からなる高周波電極板が、プラズマに
曝される全表面にセラミック材を形成してなるプラズマ
処理装置に存在する。
【0008】本発明の第2の要旨は、第1の要旨におい
て、前記セラミック材は焼結セラミック材であることを
特徴とするプラズマ処理装置に存在する。
【0009】
【0010】本発明の第の要旨は、第の要旨におい
て、前記セラミック材はアルミナ又は酸化ジルコニウム
であることを特徴とするプラズマ処理装置に存在する。
【0011】本発明の第の要旨は、第の要旨におい
て、前記金属はタングステン又はモリブデンであること
を特徴とするプラズマ処理装置に存在する。
【0012】
【0013】
【作用】以下に、本発明の作用及び実施態様例を本発明
をなすに際して得た知見などとともに説明する。
【0014】プラズマ処理装置により半導体膜、絶縁膜
その他の各種膜の成膜が行われるが、優れた特性(例え
ば、絶縁膜の場合は高い絶縁耐圧、半導体膜の場合は高
い易動度)を達成するために、原料ガスの不純物濃度を
ppbレベルにまで制御し、また、プラズマ処理装置の
成膜室の内壁はその表面からのガス放出量の少ない材料
(例えばクロム酸化物をよりなる酸化不動態膜を表面に
有するステンレス鋼)により構成し、不純物濃度を極力
低減せしめている。
【0015】このように、不純物濃度を極力低減せしめ
ているにもかかわらず、従来のプラズマ処理装置では優
れた特性の膜の成膜を行うことができなかった。
【0016】本発明者はその原因の探求を行った。その
結果、高周波電極からのガス放出が大きな原因となって
いることを見いだした。そして、より重要なことは、1
-6Torr・L/secを境として急激に特性の向上
が認められることを知見したことである。すなわち、1
-6Torr・L/secには臨界的意義が認められ、
10-6Torr・L/sec以下とすることにより優れ
た特性を有する膜を成膜することができる。
【0017】なお、10-7Torr・L/sec以下が
ガス放出量がより一層少なくなり好ましい。
【0018】一方、5×10-8Torr・L/secを
境として効果(例えば絶縁耐圧)は飽和する。従って、
経済的観点から5×10-8Torr・L/secを下限
とする。
【0019】(請求項2・請求項3) ガス放出を低減せしめる手段を鋭意探求したところ、金
属を被覆するセラミック材としては、焼結セラミックが
従来の溶射セラミックよりはるかにガス放出量が少ない
ことを見いだした。
【0020】すなわち、本発明では、セラミック材は焼
結セラミック材としたため、高周波電極からの放出ガス
量を従来よりも著しく低減させることができ、特性の良
好な膜の成膜が可能となった。
【0021】焼結セラミックが溶射セラミックよりも放
出ガス量が著しく少ない理由は明確ではない。ただ、次
のように推定される。すなわち、従来の溶射セラミック
の表面を子細に観察するとその表面には空房が存在し、
その空房が不純物ガスの溜まり場となり、放出ガス源に
なると考えられる。それに対し、焼結セラミックの表面
にはそのような空房は存在せず、そのため放出ガス量が
溶射セラミックより少ないものと考えられる。
【0022】焼結セラミックとは焼結工程を経て形成さ
れたセラミックであるが、焼結方法としては、例えば、
HP法(加圧焼結法)、SPS法(放電プラズマ焼結
法)、HIP法(等方加圧圧縮焼結法)があげられる。
HP法では10-7Torr・L/secのレベル、SP
S法では10-8Torr・L/secのレベル、HIP
法では10-9Torr・L/secのレベルの放出ガス
量が達成可能である。
【0023】(請求項4) 請求項1あるいは請求項3の発明におけるセラミックの
種類は特に限定されないが、アルミナ、酸化ジルコニウ
ム(またはジルコニア)が特に好ましい。アルミナ、酸
化ジルコニウムは、耐食性、耐プラズマ特性に優れてい
るため電極からの不純物の混入が他のセラミックに比べ
少なく、より優れた特性を有する膜の成膜が可能とな
る。
【0024】(請求項5) 従来の高周波電極の金属にはハステロイ(登録商標)が
用いられている。しかるに、焼結セラミックの焼結は高
圧・高温下において行われるため、ハステロイを用いる
とクラックの発生をともなうことが多いことが判明し
た。タングステン、タンタル又はモリブデンを用いた場
合にはかかるクラックの発生を有効に防止することがで
きるため好ましい。
【0025】(請求項6) 溶射セラミックの場合はガス噴射口などのガス噴射用の
微細な孔の内面をセラミックでコーティングすることは
困難であることは前述した通りである。
【0026】それに対し、請求項3の発明に示す焼結セ
ラミックは、ガス噴射用の微細な孔を有する高周波電極
に対して特に有効である。
【0027】すなわち、金属の所定の位置(噴射口など
の微細な孔に対応する位置)に、設計上決定された微細
な孔の径(a)よりも大きめの孔(a+α)を開けてお
き、焼結後、レーザなどにより、所定の位置に(a)の
大きさで微細な孔をあければよい。これにより、微細な
孔であってもその内面には(α/2)の厚さの焼結セラ
ミックを形成することができる。ここでαの大きさには
限定されないので希望する厚さの焼結セラミックを微細
な孔の内面に形成することができる。
【0028】
【実施例】(実施例1) 30cm四方、板厚5mmのタングステン(W)製の板
を用意した。この金属板1の表面粗さはRa30nmと
した。
【0029】この板にパンチングにより3mm径の孔2
を形成した(図1(a))。
【0030】この板を図1(b)に示すように、型の中
にアルミナ(Al23)粉末3とともに配置した。粉末
3は、平均粒径100μm、純度99.9%のものを用
いた。
【0031】次に図1(c)に示すように、HP法によ
り高圧・高温において焼結を行った。圧力は30MP
a、温度は1500℃とし、焼結時間は2時間とした。
【0032】焼結終了が、図1(d)に示すように、型
から電極を取り出し、パンチングにより形成した孔の間
にガス噴射用の孔(0.3mm径)4をレーザにより開
けるとともに高周波電力印加用の穴10もレーザで開け
た。
【0033】以上のようにして約10個の高周波電極を
作製し、この高周波電極についてガス放出特性を調べた
ところ、約10-6〜5×10-7Torr・L/secで
あった。
【0034】この高周波電極を組み込んでプラズマ処理
装置を作製した。プラズマ処理装置の成膜室の内壁はク
ロム酸化物からなる不動態膜を表面に有するステンレス
鋼により構成し、その内壁からの放出ガス量は10-8
10-7Torr・L/secとした。このプラズマ処理
装置を用いて窒化シリコン膜をプラズマCVD法により
形成した。なお、その際、原料ガス中における不純物濃
度は数ppb以下にし、成膜前には窒素ガスを用いて回
分パージを行った。
【0035】成膜した窒化シリコン膜の絶縁耐圧を測定
したところ、絶縁耐圧は8.0〜9.0MV/cmであ
った。
【0036】(実施例2) 本例では、焼結をSPS法を用いて行った。他の点は実
施例1と同様とした。
【0037】ガス放出特性は5×10-7〜5×10-8
orr・L/secであった。また、絶縁耐圧は9.0
〜9.5MV/cmであった。
【0038】(実施例3) 本例では、焼結をHIP法を用いて行った。他の点は実
施例1と同様とした。
【0039】ガス放出特性は5×10-8〜5×10-9
orr・L/secであった。また、絶縁耐圧は9.5
〜10.0MV/cmであった。
【0040】図2に実施例1〜実施例3において測定し
た絶縁耐圧の結果をまとめて示す。図2から明かなよう
に、絶縁耐圧は、10-6Torr・L/secを境とし
て急激に向上している。また、5×10-8Torr・L
/secを境として絶縁耐圧は飽和している。
【0041】(実施例4) 本例では、図3(a)に示す高周波電極を実施例1と同
様の条件でHP法により作製した。この高周波電極は、
凹状のセラミック体5に金属体6を嵌合あるいは接着し
たものである。
【0042】まず、焼結により凹状のセラミックを作製
した後、このセラミックとモリブデン(Mo)金属板と
を接着剤セラセットSN(商標)を用いて接着した。
【0043】ガス放出特性は5×10-6〜×10-7To
rr・L/secであった。また、絶縁耐圧は8.0〜
9.0MV/cmであった。
【0044】(実施例5) 本例では、図3(b)〜(d)に示す高周波電極を作製
した。セラミックはHP法により作製し、金属はタング
ステンを用いた。電極の作製手順は、実施例1と同じと
した。
【0045】図3(b),(c)に示すようにセラミッ
ク7と金属8の熱膨張の差を下げるために金属板の孔を
色々な形状に加工することができる。また、図3(d)
に示すように金属糸で網タイプ9のものを作製し、金属
板を代用することもできる。
【0046】
【発明の効果】(請求項1) 請求項1に係る発明によれば、優れた特性(例えば絶縁
耐圧が8.0MV/cm以上)を有する膜の成膜が可能
となる。
【0047】(請求項2・請求項3) 請求項2、請求項3に係る発明によれば、高周波電極か
らのガス放出量を従来よりも著しく低減せしめることが
可能となり、特性の良好な膜の成膜が可能となた。
【0048】(請求項4) 電極からの不純物の混入が他のセラミックに比べ少な
く、より優れた特性を有する膜の成膜が可能となる。
【0049】(請求項5) 高周波電極におけるクラックの発生を有効に防止するこ
とができる。
【0050】(請求項6) ガス噴射口などの微細な孔の内面がセラミックで容易か
つ確実にコーティングされた高周波電極を有しており、
特にCVD装置等に有効に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波電極の製造工程例を示す工程図である。
【図2】放出ガス量と絶縁耐圧との関係を示すグラフで
ある。
【図3】実施例に係る高周波電極を示す概念図である。
【符号の説明】
1 金属板、 2 孔、 3 アルミナ粉末、 4 ガス噴射用の孔、 5 セラミック体、 6 金属体、 7 セラミック、 9 金属、 10 高周波電力印加用の穴。
フロントページの続き (72)発明者 大見 忠弘 宮城県仙台市青葉区米ヶ袋2の1の17の 301 (56)参考文献 特開 平5−251198(JP,A) 特開 平6−119995(JP,A) 特開 平6−264247(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 H01L 21/3065

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ発生用ガスを通気させるガス噴
    出用の孔を複数形成してなる金属からなる高周波電極板
    が、プラズマに曝される全表面にセラミック材を形成し
    てなるプラズマ処理装置。
  2. 【請求項2】 前記セラミック材は焼結セラミック材で
    あることを特徴とする請求項1記載のプラズマ処理装
    置。
  3. 【請求項3】 前記セラミック材はアルミナ又は酸化ジ
    ルコニウムであることを特徴とする請求項記載のプラ
    ズマ処理装置。
  4. 【請求項4】 前記金属はタングステン又はモリブデン
    であることを特徴とする請求項記載のプラズマ処理装
    置。
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