JP3314346B2 - Ｃｖｄプラズマの点火の処理方法と装置 - Google Patents

Ｃｖｄプラズマの点火の処理方法と装置

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JP3314346B2 JP20020592A JP20020592A JP3314346B2 JP 3314346 B2 JP3314346 B2 JP 3314346B2 JP 20020592 A JP20020592 A JP 20020592A JP 20020592 A JP20020592 A JP 20020592A JP 3314346 B2 JP3314346 B2 JP 3314346B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】発明は基板の被覆のための反応室
のＣＶＤプラズマの点火のための処理方法に関してい
る。そこではプラズマが、点火の後、マイクロ波パルス
によって励起されそしてあらかじめ定められた時間保持
されている反応室へ反応ガスが通される。発明はまた処
理方法を遂行する装置にも関している。
【０００２】
【従来の技術】基板、特にガラス基板の被覆のために基
板は被覆室のプラズマに晒される。望みの被覆の種類に
よって、点火傾向の異なる適当な反応ガスが採用され
る。点火傾向とはガスの低点火電圧そしてまたは低励起
電圧を意味するものと理解される。マイクロ波プラズマ
は、特に、プラズマが電子受動体として振る舞うガスを
含んでいるときは特に、点火困難な性質を示す。プラズ
マが各パルス間隔の後に再点火されねばならないので特
別に重要な点火問題がパルス−形状のプラズマのガスの
場合に起こる。このようなプラズマは、ＰＩＣＶＤプラ
ズマとして、例えばＪ．ＯＰＴ．ＣＯＭＭ．８／１９８
７，１２２頁以降に記載されている。反応室の上流で反
応ガスが励起されているマイクロ波下流プラズマの点火
のための処理方法を米国特許４，８８８，０８８号は開
示している。このプラズマの点火は１ＭＨｚの高電圧で
ガス入り口側の反応室の端部で起こる。
【０００３】高周波成分のための当初の費用は取り扱う
ことを意図としている周波数と共に上昇するので高周波
の使用は非経済的な解決法である。
【０００４】米国特許４，８８８，０８８号によればガ
ス入り口側の点火電極の設置は開示された応用に対して
損害ではないけれども、他のマイクロ波被覆方法では、
例えば、反応ガスが基板の上流で結合されそして混合さ
れているＰＩＣＶＤ法では、不利である。反応室の帯域
上流の反応ガスの点火はガスの互いの反応に導く；これ
は、順に、反応ガスの一部が反応室の上流に既に堆積さ
せられるという結果をもたらす。その他に、不明確な反
応生成物、例えばほこり、が形成され、基板に作られた
層の不活性の原因になる。点火過程による反応ガスの部
分的堆積によって器壁に形成された層は一般的には貧弱
な接着性であり容易に剥れる；微粒子のように、それら
は基板に作られた層の性質を損なう。
【０００５】さらなる欠点は層の厚さの正確な保持がも
はや不可能であるということに在る。というのは反応ガ
スの不確定な部分が点火の間に点火電極の領域で消費さ
れるからである。
【０００６】コロナ放電によるワーク片の表面処理のた
めの処理方法と装置とはＤＥ−ＯＳ３，３２２，３４１
で知られている。一方では、接地放電とそれによるワー
ク片への損傷を避けるために、他方では、点火上の問題
の再発生を防止するため、電圧パルスは各々の場合に初
期にコロナ放電を点火するためのパルスピークを呈示し
そして引き続いてコロナ放電を維持するために適した振
幅になってゆく。被覆、硬化、焼き戻し等を行うことを
可能にするこの処理方法はワーク片が陰極として接続さ
れそしてワーク片を取り囲む真空室の壁が数１００から
１，０００ＶＯＬＴの電圧源に陽極として接続されてい
るというマイクロ波プラズマで作動する処理方法とは異
なっている。しかしながらこの便利な処理方法は、例え
ば、ガラス基板の被覆のために利用することができな
い。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】それ故に、発明は、経
済的でそして反応室の望ましくない反応生成物が被覆の
性質を損なわないような、マイクロ波プラズマの点火、
特にパルスマイクロ波プラズマ、のための処理方法と装
置とに関している。
【０００８】この目的は請求の範囲１の特徴に一致した
処理方法と請求の範囲１２の特徴に一致した装置とによ
って達せられる。発明の別の実施例は請求の範囲１０と
１７である。従属した請求項は有利な更なる展開に関し
ている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】驚いたことに、反応ガス
と励起物は、被覆室の方向ではなく、その反対の真空ポ
ンプの方に移動するものであるけれども反応室のプラズ
マは反応室のガス出口側で安全に点火されることができ
るということが発見された。
【００１０】同時に、点火の間に形成された反応生成物
は被覆室に通されないでむしろポンプによって除去され
るという有利さが得られる。
【００１１】さらに驚いたことには米国特許４，８８
８，０８８号の薦めに反して、点火装置の周波数は少な
くとも１ＭＨｚも必要ではなくて、むしろマイクロ波プ
ラズマの安全な点火はかなり低い周波数でも可能である
ということが発見された。
【００１２】ＰＩＣＶＤ法では、マイクロ波パルスの間
隔は被覆の厚さと性質とには決定的に重要であるから、
低周波高電圧、即ち好ましくは３０ＫＨｚよりも低い周
波数を、この低周波高電圧はマイクロ波パルスと同期し
ているが、使用するときには注意が払われるべきであ
る。低周波高電圧とマイクロ波パルスとの間に固定した
位相関係がないと、マイクロ波パルスについて関連のな
い点火は、その周波数の周期がプラズマパルスの間隔よ
りもそんなに小さくない周波数を用いるとき、パルスの
間隔と、ある状況では、パルス毎に堆積した層の性質と
が統計学的に揺らいでいるという結果をもたらす。低周
波高電圧の同期化とそれ故に低周波高電圧とマイクロ波
パルスとの間の固定した位相関係の形成はプラズマの点
火が、マイクロ波パルスに関して、いつも同時刻に発生
することを確保している。
【００１３】低周波高電圧はマイクロ波パルスと同時に
開始するようにスイッチされることが有利である。この
目的のために、マイクロ波発生器と同様に点火電圧はパ
ルス化されている。ここでパルス間隔で点火を断続する
ことは望ましくない被覆をされた電極と同様にガス放電
の範囲が著しく狭められるという有利さを提供する。
【００１４】貧弱にしか点火できないガス、または非常
に急激に消滅する傾向にあるガスの点火のためにマイク
ロ波パルスの全ての時間において低周波高電圧を保持す
ることが有利である。というのはこの場合にプラズマは
マイクロ波被覆パルス間に点火装置の周波数に対応して
連続的に再点火される。全てのマイクロ波パルス間のプ
ラズマの消滅を安全に防ぐことができる。
【００１５】３０ＫＨｚよりも小さい周波数の低周波高
電圧を使用するとき、高電圧はマイクロ波パルスと同期
する必要はなくそして全ての被覆の周期の間にターンオ
ンに留まっていることができる。
【００１６】別の実施例によれば、特に急激に点火し得
るガスに適しているが、プラズマはマイクロ波プラズマ
と有利に同期したと同様に、マイクロ波パルス毎に少な
くとも一つの高電圧パルスによって点火される。容易に
点火し得るガスの場合には、ガスの点火のためにはマイ
クロ波被覆パルス毎に単一の短いサイリスタパルスを使
用することで充分である。そのパルス長さがμ秒領域に
ある高電圧パルスが反応ガスを点火するために利用され
る。
【００１７】高電圧パルスはマイクロ波パルスと同時に
開始する。しかしながら、マイクロ波パルスは、この場
合に時間遅延τがプラズマが点火の後に識別されないと
ころの時間範囲内にあるということに注意が払われねば
ならないけれども、高電圧パルスに関して時間遅延を持
って印加される。ある応用では高電圧パルスの前にマイ
クロ波パルスを持つことは実用的である。マイクロ波パ
ルスに関して高電圧パルスの位置は、点火後のマイクロ
波パルスの時間間隔が完全な被覆に充分であるというこ
とが確実であれば、本質的に非臨界的である。負である
こともできる遅延期間τの選択された長さはガス圧力と
ガスの種類に依存している。高電圧が反応室から印加さ
れる位置の距離もまたガス圧力とガスの種類に依存して
いる。ガスは反応室から５０ｃｍ離れた距離で安全に点
火されるということが発見されている。
【００１８】５から３０ＫＶの範囲の電圧が電圧パルス
に対してと同様に低周波高電圧に対して採用されてい
る。
【００１９】処理方法を遂行するための装置は、ガス供
給ラインのある反応室と、反応ガスのためのガス放出ラ
インと、そしてマイクロ波装置とから成っており、電流
供給源とマイクロ波パルスの作製のためのクロック発生
器とに接続されている。加えて、スイッチできる高電圧
源がプラズマ点火のためのガス放出ラインへ接続されて
いる。点火高電圧をガス室へ移行させるために、点火装
置の出力は、高電圧に留まりながら、ガス放出ラインの
誘電壁に載置されまたは金属壁の場合には絶縁されたケ
ーブルによって延長され、排気ガス流に壁の穴を越えて
高電圧を与えている。
【００２０】スイッチ可能な高電圧源はクロック発生器
に接続されているので高電圧パルスまたは低周波高電圧
とマイクロ波パルスとの同期が確保されている。スイッ
チ可能な高電圧源は、望ましい点火の種類によって、高
電圧パルスの伝送のためにまたは低周波高電圧の伝送の
ために設計されている。
【００２１】マイクロ波パルスが点火高電圧に関して時
間遅延を持って印加される場合には、調整可能な遅延素
子がマイクロ波装置のためのスイッチできる電流源の前
に接続されている。高電圧がマイクロ波パルスに関して
時間遅延を持って印加されるべきである場合には、遅延
素子はしたがって高電圧源の前に接続されている。
【００２２】別の実施例によれば、点火電圧が越えられ
る程度にまでマイクロ波パルスが急速に高められるなら
ば別々の点火装置は免除される。この場合に、各マイク
ロ波パルスは周期的に急激に増大され、それは高い消滅
電圧のガスの場合には有利である。この接続において、
急激に増大するマイクロ波パルスはその増大が被覆目的
のＰＩＣＶＤ方法で使用されるパルス振幅の１．１から
１０倍であるならばプラズマの安全な点火を確保する。
【００２３】処理方法を遂行するための装置はマイクロ
波装置の電流ユニットが制御できるように設計され、ク
ロック発生器によって供給された各パルスの間に、マイ
クロ波装置へ伝送された電流が短時間の間に周期的に急
激に増大されるようになっている。マイクロ波パルスの
周期の間に複数の急激なパルスの立ち上がりをセットで
きるようにするために、電源供給ユニットはプログラム
可能に設計されている。第一の超過パルス上昇はマイク
ロ波パルスの初期に置かれている。
【００２４】基板の加熱を防止するため、または基板の
弱い加熱を与えるために、マイクロ波パルスの急激な増
大によって、マイクロ波パルス超上昇の時間範囲の合計
がマイクロ波被覆パルスの間隔τの１／１０よりも小さ
くなるように選定されている。マイクロ波被覆パルス毎
の単一のマイクロ波パルス超上昇を伴う点火では、急激
なパルス増大の間隔は、例えば、１ｍｓｅｃのマイクロ
波被覆パルスで１μｓｅｃに制限されている。例示的な
実施例が図面を参照して下記により詳細に記述されてい
る。
【００２５】図１には、プラズマの点火のための装置を
備えた、マイクロ波被覆装置が図示されている。被覆さ
れる基板（図示されていない）はガス供給ライン９を経
て反応ガスが供給される反応室に在る。使用された反応
ガスはガス放出ライン１０とこの後に接続された真空ポ
ンプ（図示されていない）とを経て除去される。
【００２６】反応室１の上には、マイクロ波装置があ
り、アンテナ２、チュウニングユニット３そしてマイク
ロ波源４とを含んでいる。マイクロ波源は電流供給５ａ
に接続され、その電流供給５ａは遅延素子６の挿入され
たクロック発生器７に接続されている。
【００２７】さらに、スイッチ可能な高電圧源（点火装
置）８ａ、８ｂはクロック発生器７の出力に接続されて
いる；この源の高電圧出力はガス放出ライン１０に接続
されている。ガス室へ点火高電圧を伝送するために高電
圧源８ａ、８ｂの出力は誘電壁の場合には、ケーブルに
よってガス放出ライン１０へ配置され、また、金属壁の
場合には、絶縁的に壁の穴を通った後、排気ガス流へと
至っている。スイッチ可能な高電圧源８ａ、８ｂの二つ
の異なる実施例が図２と図４とにより詳細に図示されて
いる。
【００２８】図２は、それによって各々の高電圧パルス
が発生されるところの、スイッチ可能な高電圧源８ａを
示している。クロック発生器７から到着するクロック信
号はインバータ１１を経てそしてそれから抵抗１２を経
てスイッチングトランジスタ１３に印加されており、高
電圧変成器１４はこのトランジスタのコレクタに接続さ
れている。高電圧変成器１４の２次巻線とガス放出ライ
ン１０との接続は接続ケーブルによって確立されてい
る。
【００２９】スイッチ可能な高電圧源８ａ、その出力
で、図３に図式的に示された高電圧パルスを発生する。
最も上のダイヤグラムでは、高電圧Ｕｚは時間ｔにした
がってプロットされ、そして最も下のダイヤグラムで
は、マイクロ波パワーＬは時間ｔにしたがってプロット
されている。高電圧パルスの振幅は約５から３０ＫＶで
ある。高電圧パルスはほぼ鋸歯状波でありそして、例え
ば、１μｓｅｃのパルス幅ｔを呈示する。
【００３０】クロック発生器７の出力はマイクロ波源４
のために電源供給５ａへ同じパルスを印加するので、マ
イクロ波パルスはまた高電圧パルスと同時刻に発生され
る。時間遅延τが高電圧パルスとマイクロ波パルスとの
間に望まれるならば、望ましい時間範囲が遅延素子６に
セットされる。遅延期間τは図３で選択されるのでマイ
クロ波パルスの初期にはまだ高電圧パルスの中にある。
【００３１】
【実施例１】２０体積パーセントのＴｉＣｌ ４ と８０体
積パーセントの０ ２ とから成る反応ガスは反応室１を経
て導入されそしてガス放出ライン１０で点火される。ガ
ス圧力は１ｍｂａｒである。点火は１５ＫＶの高電圧パ
ルスで行われる。高電圧パルスの減衰時間は１／ｅ＝ほ
ぼ１μｓｅｃである。高電圧パルスとマイクロ波パルス
との間の時間遅延はτ０．１ｍｓｅｃである。マイクロ
波パルスの時間周期Ｔは１ｍｓｅｃであり、マイクロ波
パルスの時間間隔は１０ｍｓｅｃである。
【００３２】図４はスイッチできる高電圧源８ｂの更な
る実施例を示している。クロック発生器７によって供給
されたパルスはまず１０から１００ＫＨｚの範囲で動作
する周波数発生器１６へ通る。周波数発生器１６の出力
は−付加的な駆動トランジスタを経て−高電圧変成器１
４に印加されており、その２次巻線は接続ライン１５を
経てガス放出ライン１０へ接続されている。クロック発
生器７によって供給されたパルスが周波数発生器１６に
到着すると直ちに、低周波高電圧が接続ライン１５に現
れる。
【００３３】図５は、ダイヤグラムの最も上の部分の、
時間ｔにしたがった低周波高電圧Ｕｚを示し、そしてそ
の下に、マイクロ波パルス（時間ｔに依存したマイクロ
波出力Ｌ）を示している。低周波高電圧は、マイクロ波
パルスの初めに、低周波高電圧が最大値を通過するよう
な仕方でマイクロ波パルスと同期している。低周波高電
圧はマイクロ波パルスの全時間周期Ｔにわたって保持さ
れる。時間遅延τはここで示された図のようにゼロに等
しい。しかしながら、マイクロ波パルスの開始の前また
は後で低周波高電圧を印加することが可能でありそして
それ故にマイクロ波パルスの初期に先だってまたは後に
ガスを点火することが可能である。
【００３４】別の実施例が図６に図式的に図示されてい
る。ガス放出ライン１０に従事した、分離した点火装置
はここで示された配置で済まされている、というのは電
流供給５ｂはクロック発生器によってスイッチできるば
かりでなく付加的にその出力を制御できるように設計さ
れているからである。スイッチできる電流供給５ｂはプ
ログラム可能なので、マイクロ波源は、そのマイクロ波
パルスの少なくとも初期に、被覆のためにマイクロ波パ
ルスに普通に必要とされているよりも大きいパワーが供
給される。そこで、時間を越えてパルスの制限された急
激な増大が作り出され、反応室１のガスを点火するため
に利用される。貧弱にしか点火しないガスの場合には、
一連の周期的な急激に増大するマイクロ波パルスを発生
することはまた可能である。このことは、また高い消滅
電圧を有しているガスが含まれている場合には、有利で
ある。
【００３５】
【実施例２】２０体積パーセントのＴｉＣｌ ４ と８０体
積パーセントの０ ２ とからなる反応ガスが反応室１へ通
される。ガス圧力は１ｍｂａｒである。マイクロ波パル
スの急激な立ち上がりは被覆に利用されたマイクロ波パ
ルスの２倍に達する。パルスの急激な立ち上がりの間隔
は１μｓｅｃである。
【図面の簡単な説明】
【図１】点火装置を備えた被覆装置の体系を示してい
る。
【図２】スイッチできる高電圧源の回路ダイヤグラムを
示している。
【図３】二つのパルス−時間ダイヤグラムを示してい
る。
【図４】更なる実施例による高電圧源の回路ダイヤグラ
ムを示している。
【図５】更なる実施例による二つのパルス−時間ダイヤ
グラムを示している。
【図６】更なる実施例による被覆装置の体系を示してい
る。
【図７】マイクロ波パルスダイヤグラムを示している。
【符号の説明】
１…反応室、２…アンテナ、３…チュウニングユニッ
ト、４…マイクロ波源、５ａ，ｂ…電流供給ユニット、
６…遅延素子、７…クロック発生器、８ａ，ｂ…スイッ
チできる高電圧源、９…ガス供給ライン、１０…ガス放
出ライン、１１…インバータ、１２…抵抗、１３…トラ
ンジスタ、１４…高電圧変成器、１５…高電圧接続ライ
ン、１６…周波数発生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フォルカー パケット ドイツ連邦共和国、65 マインツ−フィ ンテン、ゼルトリウスリング 187 (72)発明者 ヘルゲ フォクト ドイツ連邦共和国、6506 ナッケンハイ ム、ルンドトルードシュトラーセ 29 (72)発明者 ギュンター ワイドマン ドイツ連邦共和国、6509 アルムシャイ ム、バーンホッフシュトラーセ 107 (56)参考文献 特開 平４−174514（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−151021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−29076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−152973（ＪＰ，Ａ) 米国特許4645981（ＵＳ，Ａ) 米国特許4888088（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C23C 14/00 - 16/56 H01L 21/205 H01L 21/3065 H01L 21/31 H05H 1/46

Claims (17)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を被覆するために、反応ガスを反応
    室へ通し、プラズマが点火された後、マイクロウェーブ
    パルスによって反応室内で励起され、かつそれが予め決
    められた時間保持される、反応室内でのＣＶＤプラズマ
    の点火のための方法において、 プラズマは、反応室のガス出口側で、少なくとも短時間
    の間に印加される高電圧によって点火されることを特徴
    とするＣＶＤプラズマの点火方法。
  2. 【請求項２】 ５から３０ＫＶの高電圧が採用されるこ
    とで特徴づけられた、請求の範囲１による方法。
  3. 【請求項３】 プラズマはマイクロパルス毎に少なくと
    も一つの高電圧パルスによって点火され、この高電圧パ
    ルスはマイクロ波パルスと同期しているということで特
    徴づけられる請求の範囲１または２のいずれかの方法。
  4. 【請求項４】 マイクロ波パルスは、高電圧パルスと同
    時にまたは時間遅延して、または高電圧パルスに先行し
    て、開始することで特徴づけられる請求の範囲３による
    方法。
  5. 【請求項５】 プラズマが低周波高電圧によって点火さ
    れることで特徴づけられる請求の範囲１または２のいず
    れかによる方法。
  6. 【請求項６】 低周波高電圧がマイクロ波パルスと同期
    していることで特徴づけられる請求の範囲５により方
    法。
  7. 【請求項７】 低周波高電圧はマイクロ波パルスと共に
    開始しそして少くともマイクロ波パルスの間に保持され
    ることで特徴づけられる請求の範囲６による方法。
  8. 【請求項８】 低周波高電圧はマイクロ波パルスの間隔
    の間に切断されることで特徴づけられる請求の範囲６ま
    たは７のいづれかによる方法。
  9. 【請求項９】 １０から１００ＫＨｚの周波数の高電圧
    を使用することによって特徴づけられる請求の範囲６−
    ８のいづれかによる方法。
  10. 【請求項１０】 反応ガスが反応室へ通され、プラズマ
    がそこで励起され、マイクロ波パルスによって点火の
    後、そして予め決められた時間保持され、各マイクロ波
    パルスの間の短時間にマイクロ波パルスは周期的に急激
    に増大されることで特徴づけられるところの基板の被覆
    のために反応室内のＣＶＤプラズマの点火のための方
    法。
  11. 【請求項１１】 マイクロ波パルスが１．１から１０倍
    で急激に増大されることで特徴づけられる請求の範囲１
    ０による方法。
  12. 【請求項１２】 ガス供給ラインのある反応室を備えそ
    して反応ガスのためのガス放出ラインを備え、そして電
    流供給ユニットとマイクロ波パルスの発生のためのクロ
    ック発生器とに接続されたマイクロ波装置を備え、スイ
    ッチ可能な高電圧源（８ａ、８ｂ）の出力がガス放出ラ
    イン（１０）に接続されることで特徴づけられるところ
    の請求の範囲１−９のいずれかによる処理方法を遂行す
    るための装置。
  13. 【請求項１３】 スイッチ可能な高電圧源（８ａ、８
    ｂ）がクロック発生器（７）に接続されていることで特
    徴づけられる請求の範囲１２による装置。
  14. 【請求項１４】 調整可能な遅延素子（６）がスイッチ
    可能な電流供給ユニット（５ａ、５ｂ）またはスイッチ
    可能な高電圧源（８ａ、８ｂ）の前に接続されているこ
    とで特徴づけられる請求の範囲１２または１３による装
    置。
  15. 【請求項１５】 スイッチ可能な高電圧源（８ａ）は高
    電圧パルスの伝送のために設計されていることで特徴づ
    けられた請求の範囲１２−１４のいずれかによる装置。
  16. 【請求項１６】 スイッチ可能な高電圧源（８ｂ）は低
    周波高電圧の伝送のために設計されていることで特徴づ
    けられた請求の範囲１２−１４のいずれかによる装置。
  17. 【請求項１７】 ガス供給ラインのある反応室を備えそ
    して反応ガスのためのガス放出ラインを備え、そして電
    流供給源とマイクロ波パルスの発生のためのクロック発
    生器とに接続されたマイクロ波装置を備え、電源供給源
    （５ｂ）は、クロック発生器（７）によって供給された
    各パルスの間に、急激に増大した電流をマイクロ波源に
    周期的に分配するように設計されていることで特徴づけ
    られた請求の範囲１０または１１のいずれかによる処理
    方法を遂行するための装置。
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