JP5540201B2 - 電磁波プラズマ発生装置、その発生方法、その表面処理装置、およびその表面処理方法。 - Google Patents

Description

本発明は、電磁波プラズマ発生装置、その発生方法、その表面処理装置、およびその表面処理方法に関するものである。

近年、半導体産業においては、配線密度の高密化に伴い、極めてクリーン度の高い環境が求められている。このようなクリーン度の高い環境を得るためには、半導体製造装置を構成する金属製部品、金属配管などの部材の表面がクリーンであることが求められる。金属製部品、金属配管などの部材の表面をクリーンにする方法の一つに、プラズマ法を用いるものがある。プラズマを高密度で発生させ、部材の表面をプラズマ処理することにより、クリーンにすることができる。さらに、反応ガスなどとともに部材表面をプラズマ処理することにより、部材表面に耐食性の高い薄膜を形成することもできる。そのため、プラズマ法に対するニーズは高まってきている。

特に、半導体装置に用いる金属配管は、腐食性ガスを用いることが多いので、その配管内部を耐食性薄膜で保護したいというニーズは高かった。しかし、プラズマを金属配管の内部表面に均一に発生させて、耐食性薄膜を形成することは困難であった。さらに、複雑な形状を有する部材の表面を均一にプラズマ処理することはより困難であった。そこで、このような金属配管の内部形状に合わせてプラズマを発生させる手段が求められていた。

特許文献１では、電磁波を用いてプラズマを制御し、導電性材質からなる被処理部材をプラズマ処理する例について開示されている。この被処理部材は、奥行きが深く、開口部は狭いので、アスペクト比が高い内部形状を有している。このような内部形状を有する被処理部材に対しても、負バイアス電圧と２．４５ＧＨｚの電磁波を調整することによって、当該内部形状に沿って存在するプラズマシーズで重畳し、内面プラズマを生成維持することが可能になっている。

しかし、前記内面プラズマが、奥行き方向に沿って均一ではなく、被処理部材の内部表面を均一にプラズマ処理できないという問題があった。
電磁波を被処理部材の内部に反射させることなく伝搬進入させることができないため、十分な電磁波のパワーを内部に導入できないので、電界強度の不均一分布が生じ、内面プラズマの不均一分布が生じるためである。また、被処理部材の反対側が開放されている場合には、被処理部材の内部で前記電磁波が奥行き方向の定在波を形成し、電界強度の不均一分布が生じ、内面プラズマの不均一分布が生じるためである。

さらに、負バイアス電圧の値をいくら上げても、内面プラズマが全面点火されない場合もあった。
前記内面プラズマは、ターゲットに印加する負バイアス電圧の値を徐々に上げてある電圧値となったときに、前記被処理部材の内部で全面点火され生成維持されるが、電磁場が不均一に分布し、さらに、プラズマを被処理部材の内部に誘導する手段がない場合には、内面プラズマを生成するための電磁波を被処理部材の内部に均一に伝搬進入させることができないためである。
特開２００４−４７２０７号公報

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、小さい負バイアス電圧値で電磁波プラズマを発生させ、パイプのような高アスペクト比の内部形状を有する被処理部材の内部に前記電磁波プラズマを均一に伝搬させる電磁波プラズマ発生方法およびその発生装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の電磁波プラズマ発生装置は、ガス供給部、ガス排出部および電磁波供給部が備えられたチャンバーと、被処理部材に負の直流バイアス電圧を印加するバイアス印加手段とを具備しており、少なくとも一つの開口部を有する中空部を有する被処理部材の中空部の内部にプラズマを発生させる電磁波プラズマ発生装置であって、前記被処理部材が前記チャンバー内に配置されるとともに、前記電磁波供給部が、前記被処理部材の前記開口部を望む位置に配置され、前記チャンバー内で発生されるプラズマ生成領域を前記中空部内に誘導するプラズマ誘導手段が少なくとも１つ以上備えられ、該プラズマ誘導手段は、前記被処理部材の前記中空部に配置される線状の導電体であり、前記被処理部材の外表面には絶縁性薄膜が設けられていることを特徴とする。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記絶縁性薄膜がシリカコートであることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記線状の導電体が、前記中空部の中心軸と同軸状に配置されていることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記中空部に別の開口部が設けられている場合に、前記線状の導電体の一端側が前記中空部の内部に配置され、前記線状の導電体の他端側が前記別の開口部より突出するように配置され、かつ、その突出長が前記被処理部材の内部から外部へ伝搬する電磁波の波長の１／４の整数倍の長さとされていることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記中空部に別の開口部が設けられている場合に、前記別の開口部に、電磁波吸収部材が配置されていることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記電磁波供給部が、前記チャンバー内を望む位置に配置された誘電体と、前記誘電体を介して前記チャンバー内に電磁波を供給するために前記誘電体に接続された同軸ケーブルもしくは導波管とからなることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記線状の導電体が、前記誘電体に接続されていることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生装置は、前記誘電体が、前記チャンバー内を望む位置に配置されたフランジ部の内部に備えられ、前記フランジ部には、前記誘電体を貫通して前記フランジ部と同軸線路を形成する同軸内導体部が設けられ、前記同軸内導体部の一端側に前記線状の導電体が接続され、前記同軸内導体部の他端側に同軸ケーブルもしくは導波管が接続されていることが好ましい。

本発明の電磁波プラズマ発生方法は、ガス供給部、ガス排出部および電磁波供給部が備えられたチャンバーと、被処理部材に負の直流バイアス電圧を印加するバイアス印加手段とを用いて、少なくとも１つの開口部を有する中空部を有しかつ外表面に絶縁性薄膜が設けられた被処理部材の中空部の内部に電磁波プラズマを発生させる電磁波プラズマ発生方法であって、前記被処理部材を前記チャンバー内に配置するとともに、前記電磁波供給部を前記被処理部材の前記開口部を望む位置に配置し、前記チャンバー内で発生させるプラズマ生成領域を、前記被処理部材の前記中空部に配置される線状の導電体からなるプラズマ誘導手段によって、前記中空部内に誘導することを特徴とする。

本発明の電磁波プラズマ表面処理装置は、本発明の電磁波プラズマ発生装置に、窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガスの供給手段が備えられていることを特徴とする。

本発明の電磁波プラズマ表面処理方法は、本発明の電磁波プラズマ発生方法において、チャンバー内部に窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガスを供給しながら、電磁波プラズマを発生させて被処理部材の内壁面を表面処理することを特徴とする。

上記の構成によれば、小さい負バイアス電圧値で電磁波プラズマを発生させ、パイプのような高アスペクト比の内部形状を有する被処理部材の内部に前記電磁波プラズマを均一に伝搬させる電磁波プラズマ発生方法およびその発生装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０１は、ガス供給部４０、ガス排出部４１および電磁波供給部２２が備えられたチャンバー１０に、被処理部材３と、線状の導電体７からなるプラズマ誘導手段１とが備えられて構成されている。
また、電磁波供給部２２には、誘電体５１が備えられている。

被処理部材３は、開口された中空部５を備えたパイプ状被処理部材１８であり、誘電体５１を介してチャンバーと直流的に絶縁されて配置されている。なお、被処理部材３の材料としては、導電性材料であればよく、たとえば、金属あるいは合金材料などを挙げることができ、ＳＵＳなどを用いることができる。

線状の導電体７は、長手方向をパイプ状被処理部材１８の長手方向と平行にされて、かつ開口された中空部５の内壁面５ｃに接触されずに中空部５の内部に配置されている。
このように、パイプ状被処理部材１８の内部形状に合わせて、線状の導電体７が配置されることによって、パイプ状被処理部材１８の内部形状に合わせて、電磁波プラズマを形成することができ、パイプ状被処理部材１８の中空部５の内壁面５ｃをプラズマ処理することができる。
また、線状の導電体７が内壁面５ｃに接触する場合には、電磁波プラズマの分布が不均一となり好ましくない。
なお、線状の導電体７の材料としては、たとえば、タングステン・ワイヤー（Ｗ線）などを用いることができる。

また、線状の導電体７は、パイプ状被処理部材１８の中空部５の内部に同軸状構造となるように配置されている。
同軸状構造とは、中空部５の中心軸となる位置に線状の導電体７が配置される構造をいい、このように配置することによって、中空部５へ伝搬進入する電磁波の反射を減らすことができ、パイプ状被処理部材１８の内部で電磁波プラズマを均一に分布させることができる。

さらに、線状の導電体７は、その他端側７ｂが、パイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂから外部に電磁波供給部２２から放射される電磁波の波長の１／４の整数倍の長さだけ飛び出るように配置され、アンテナ部２とされている。
アンテナ部２が、前記被処理部材の内部から外部へ伝搬する電磁波の波長の１／４の整数倍の長さだけ飛び出るように配置されている場合には、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に、反射が起こらない。中空部５の中を伝搬してきた電磁波が中空部５の外に完全放射されるためである。その結果、電磁波を中空部５の中心軸方向に沿って、これまで以上に長く、均一に伝搬することができ、電磁波プラズマを均一に発生することができる。

なお、アンテナ部２を設けない場合でも、線状の導電体７の他端側７ｂが十分長く伸ばされた場合には、アンテナ部２を設ける場合と同様の効果を得ることができる。具体的には、電磁波を線状の導電体７に沿って長く伝搬させた場合には、線状の導電体７は抵抗を有するので、電磁波のパワーを減衰させつつ完全吸収することができ、中空部５の別の開口部５ｂで反射を起こさず、実質的に外部に電磁波を完全放射させることができる。その結果、電磁波が中空部５の長手方向に沿って、定在波を形成することを防ぐことができ、電磁波プラズマを均一に発生させることができる。

パイプ状被処理部材１８は、配線３２によりチャンバー１０の外部に配置されたバイアス印加手段３０と接続されている。バイアス印加手段３０を操作して、パイプ状被処理部材１８に負のバイアス電圧を印加できる構成となっている。そのため、バイアス印加手段３０を操作して、パイプ状被処理部材１８に負バイアスを印加し、発生させる電磁波プラズマをパイプ状被処理部材１８の奥行き方向に均一に分布させることができる。
特に、電磁波供給部２２からパイプ状被処理部材１８に向けて放射された電磁波が、シース領域とプラズマ相との境界に沿って、中空部５の開口部５ａから別の開口部５ｂに向けて伝搬される際に、パイプ状被処理部材１８に負のバイアス電圧を印加することによって、前記電磁波に沿って発生される電磁波プラズマの均一性を高めることができる。

電磁波供給部２２は、チャンバー１０内を望む位置に配置された誘電体５１と、誘電体５１を介してチャンバー１０内に電磁波を供給するために誘電体５１に接続された同軸ケーブル６０とから構成されている。
誘電体５１は、チャンバー１０に設けられた孔部１１に挿入され構成されている。誘電体５１とチャンバー１０の間には、シール部５５が挿入され、誘電体５１がチャンバー１０に支持部６４により固定されることにより、チャンバー１０内の減圧状態が保たれる構成となっている。

同軸ケーブル６０は、電磁波供給源２０に接続されている。また、同軸ケーブル６０は、線状の内部導体部６２と、それを取り囲む絶縁体と、更に前記絶縁体を取り囲む外部導体部６３とを有している。電磁波供給源２０から発生された電磁波は、同軸ケーブル６０の中の内部導体部６２と外部導体部６３との間を伝搬し、コネクタ部５３によって同軸ケーブル６０と接続された外部アンテナ部５７の先端から、誘電体５１を介して、パイプ状被処理部材１８に放射される構成となっている。
なお、同軸ケーブル６０の代わりに導波管を用いても良い。

電磁波供給部２２には、電磁波をほとんど吸収することがない誘電体材料からなる誘電体５１が備えられているので、減圧状態とされたチャンバー１０内に配置された被処理部材３に向けて、パワーを減衰させることなく、電磁波を伝搬させることができる。
なお、誘電体５１の材料としては、石英ガラスなどを挙げることができる。

また、チャンバー１０内を減圧状態とした後、ガス供給口４０およびガス排出口４１のバルブを調節して、ガスの濃度を調整することができる。
さらに、ガス供給部４０には、窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガス供給部４２が設けられ、チャンバー１０内に窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの反応ガスを供給できる構成となっている。プラズマＣＶＤ用の反応ガスとしては、たとえば、ＳｉＨ_４とＯ_２や、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）とＯ_３などを挙げることができる。これらの反応ガスを用いた場合には、パイプ状被処理部材１８の開口された中空部５の内部にプラズマを発生させて、プラズマＣＶＤ法の原理で内壁面５ｃに薄膜を形成することができる。たとえば、ＳｉＯ_２やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜などを形成することができる。
また、Ａｒなどの不活性ガスを用いた場合には、プラズマ表面処理により、パイプ状被処理部材１８の中空部５の内壁面５ｃのクリーニングを行うことができる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０２は、プラズマ誘導手段１として用いられた線状の導電体７の他端側７ｂにアンテナ部２が設けられる代わりに、セラミックの布からなる電磁波吸収部材７０が、パイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂ側に配置されている他は、図１において示した電磁波プラズマ発生装置１０１と同一の構成である。なお、実施形態１と同一の部材については同一の符号をつけて示してある。

電磁波吸収部材７０がパイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂに配置された場合には、電磁波が電磁波吸収部材７０に吸収されるので、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に反射が起こらず、定在波が形成されるのを防ぎ、進行波のみを形成することができ、アンテナ部２を設ける場合と同様の効果を得ることができる。
電磁波吸収部材７０の材料としては、セラミックの布のほか、カーボン、Ｃ／Ｃコンポジットなどを用いることができる。
なお、図２においては、電磁波吸収部材７０を中空部５の別の開口部５ｂからスペースをあけて上方に配置されているが、この開口部５ｂに接して配置されていても良い。
また、本発明の実施形態では、線状の導電体７の他端部７ｂはアンテナ部２とされていないが、線状の導電体７の他端部７ｂがアンテナ部２とされ、その上で、電磁波吸収部材７０が配置されていても良い。どちらも電磁波の反射を防止するという同一の効果をもたらすためである。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置のさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０３は、プラズマ誘導手段１として線状の導電体７とともに、パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃに絶縁性薄膜１２が成膜されている他は、図１において示した電磁波プラズマ発生装置１０１と同一の構成である。なお、実施形態１と同一の部材については同一の符号をつけて示してある。

パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃに絶縁性薄膜１２が設けられた場合には、絶縁性薄膜１２に接するプラズマシースに直流バイアスがかからないため，電磁波が外表面１８ｃに沿って伝搬されず、絶縁性薄膜１２上にプラズマを形成することはできない．よって電磁波は、実質的にパイプ状被処理部材１８の内部でのみ吸収される。そのため、絶縁性薄膜１２を設けない場合に比べて、パイプ状被処理部材１８の内部に形成されたプラズマの密度を大きくすることができる。
絶縁性薄膜１２の材料としては、シリカなどを挙げることができる。たとえば、パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃにＣＶＤ法などでシリカコーティング層からなる薄膜を形成して、絶縁性薄膜１２とする。

（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置のさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０４は、プラズマ誘導手段１として、アース部１４に接続された線状の導電体７が２本用いられている他は、図１において示した電磁波プラズマ発生装置１０１と同一の構成である。また、被処理部材３としてバルブ状被処理部材１９を用いている。なお、実施形態１と同一の部材については同一の符号をつけて示してある。

バルブ状被処理部材１９は、中空部５が分岐部１５で分岐され、水平方向にそれぞれ反対方向に折れ曲がり、中空部５の別の開口部５ｂが副中空部１６、１７とされている。分岐部１５において開閉を行う機構を設けることにより（不図示）ことにより、副中空部１６、１７とから流入するガスや水などの流体の流れを制御することができる構成となっている。

図４に示すように、バルブ状被処理部材１９は、その中空部５の開口部５ａを電磁波供給部２２に向けて配置されている。
副中空部１６において、線状の導電体７の一端側７ａは、その長手方向を副中空部１６の長手方向と平行にされて、かつ、副中空部１６の内壁面１６ｃに接触されずに、副中空部１６の内部に配置され、かつ、同軸状構造となるように配置されている。
また、線状の導電体７の他端側７ｂは、バルブ状被処理部材１９の副中空部１６から外部に、電磁波供給部２２から放射される電磁波の波長の１／４の整数倍の長さだけ飛び出るように配置されてアンテナ部２とされている。
さらに、このアンテナ部２は、アース部１４に接続されている。
また、２つある線状の導電体７の他方も、副中空部１７において同様の構成で配置されている。

電磁波供給部２２からバルブ状被処理部材１９に向かって放射された電磁波は、中空部５の開口部５ａから入射される。入射された電磁波は、分岐部１５で副中空部１６、１７へ分岐され、副中空部１６、１７の内部に配置された線状の導電体７からなるプラズマ誘導手段１に沿って、バルブ状被処理部材１９の外部に放射される。この電磁波に沿って、電磁波プラズマも中空部５および副中空部１６，１７の内部形状に沿って形成される。
このように、バルブ状被処理部材１９が複雑な形状であったとしても、線状の導電体７からなるプラズマ誘導手段１を用いることにより、内部形状に沿って電磁波プラズマを形成することができ、内壁面１６ｃ、１７ｃのプラズマ表面処理を行うことができる。

本実施形態の電磁波プラズマの発生方法では、中空部５の別の開口部５ｂが２つの副中空部１６、１７とされたバルブ状被処理部材１９についての一例を示したが、中空部５の別の開口部５ｂに複数の副中空部が存在する被処理部材である場合でも、個々の副中空部に線状の導電体７を導入することにより、電磁波を中空部５の開口部５ａから別の開口部５ｂに設けられた副中空部まで誘導し、容易に、かつ、均一に副中空部の内部表面をプラズマ処理することができる。

（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置のさらに別の一例を示す断面模式図である。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０５は、被処理部材３としてパイプ状被処理部材１８を用い、電磁波供給部２２にフランジ部５０を用いている他は、図１において示した電磁波プラズマ発生装置１０１と同一の構成である。また、なお、実施形態１と同一の部材については同一の符号をつけて示してある。

電磁波供給部２２は、チャンバー１０に設けられた孔部１１にフランジ部５０が挿入され構成されている。フランジ部５０はチャンバー１０に隙間なく挿入されて、真空リークを防ぐ措置がなされているので、チャンバー１０内の減圧状態が保たれている。
また、パイプ状被処理部材１８は、絶縁リング部５６を介してフランジ部５０上に配置されており、電気的絶縁性が確保されている。

フランジ部５０は、同軸内導体部５９が誘電体５１で取り囲まれ、更にその誘電体５１をＳＵＳの外部筐体が取り囲んで形成されている。また、同軸ケーブル６０は、内部導体部６２が絶縁体で取り囲まれ、その絶縁体が外部導体部６３で取り囲まれて形成されている。また、その同軸ケーブル６０は電磁波供給源２０と接続されている。フランジ部５０のチャンバー１０外部側では、同軸ケーブル６０が接続され、フランジ部５０の同軸内導体部５９と同軸ケーブル６０の内部導体部６２とが接続されている。さらに、フランジ部５０のチャンバー１０内部側では、線状の導電体７の一端側７ａが、同軸内導体部５９と接続されている。

フランジ部５０には、誘電体５１を貫通して同軸内導体部５９が設けられている。つまり、フランジ部５０と同軸内導体部５９との間には、誘電体５１が備えられており、かつ同軸ケーブル６０の内部導体部６２とプラズマ誘導手段１との間に直流電流が流れうる構成となっている。電磁波供給源２０で発生された電磁波は、同軸ケーブル６０の内部導体部６２と外部導体部６３の間を伝搬して、フランジ部５０内部の誘電体５１まで伝搬され、そこから線状の導電体７に案内され、パイプ状被処理部材１８の中空部５の内部に放射される構成となっている。

このようにして放射された電磁波は、線状の導電体７の同軸状に中空部５の内部を伝搬する。さらに、中空部５の別の開口部５ｂにはアンテナ部２が設けられているので、中空部５の別の開口部５ｂで反射することなく、中空部５の外部に放射される。このため、パイプ状被処理部材１８の中空部の内部形状に沿って、均一に電磁波を形成することができ、その電磁波に沿って均一に電磁波プラズマを形成することができる。
なお、同軸ケーブル６０の代わりに導波管を用いても良い。

フランジ部５０内部の誘電体５１に線状の導電体７が接続されていることが好ましい。線状の導電体７をパイプ状被処理部材１８の中空部５の中心軸に配置するとともに、電磁波供給部２２の中心軸に配置することにもなり、電磁波をより均一に誘導することができるためである。

（実施形態６）
次に、本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生方法の一例について、電磁波プラズマ発生装置１０１を用いて説明する。
先に記載したように、電磁波プラズマ発生装置１０１は、ガス供給部４０、ガス排出部４１および電磁波供給部２２が備えられたチャンバー１０と、パイプ状被処理部材１８にバイアス電圧を印加するバイアス印加手段３０とが備えられている。電磁波供給部２２は、誘電体３５と電磁波供給源２０に接続された同軸ケーブル６０とから構成され、その誘電体５１がチャンバー１０内を望む位置に配置されている。また、少なくとも１つの開口部５ａを有する中空部５を有するパイプ状被処理部材１８が、チャンバー１０の内部に、開口部５ａを電磁波供給部２２側に向けて配置されている。
チャンバー１０内を減圧し、ガス供給部４０からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部４１のバルブを調節して、チャンバー１０内のガスの量を一定として、チャンバー１０内圧力を一定にして、初期プラズマを電磁波供給部２２の近接領域に形成する。その後、１００ＭＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数の電磁波を、電磁波供給部２２から放射した後に、パイプ状被処理部材１８に負のバイアス電圧を徐々に印加する。プラズマ誘導手段１である線状の導電体７が、チャンバー１０内で発生したプラズマ生成領域を中空部５内に誘導し、ある負のバイアス電圧となったときに、プラズマが全面点火する。プラズマが全面点火されることにより、パイプ状被処理部材１８の内部を均一にプラズマ表面処理することができる。

また、プラズマ誘導手段１として、パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃに絶縁性薄膜１２を設けることによっても、パイプ状被処理部材１８の内部に電磁波プラズマを誘導することができ、パイプ状被処理部材１８の内部を均一にプラズマ処理することができる。

（実施形態７）
次に、本発明の実施形態である電磁波プラズマ表面処理装置の一例について、電磁波プラズマ発生装置１０１を用いて説明する。
本発明の実施形態である電磁波プラズマ表面処理装置は、図１に示すように、ガス供給部４０に、窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガスの供給手段４２が備えられ、構成されている。
そのため、所定の表面処理用反応ガスを供給手段４２からガス供給部４０を介してチャンバー１０内に導入することができ、パイプ状被処理部材１８の内壁面１８ｃを、この所定の表面処理用反応ガスでプラズマ表面処理をすることができる。

（実施形態８）
次に、本発明の実施形態である電磁波プラズマ表面処理方法の一例について、電磁波プラズマ発生装置１０１を用いて説明する。
実施形態６に記載したように、パイプ状被処理部材１８の内部で電磁波プラズマを全面点火させた状態で、表面処理用反応ガスを供給手段４２からガス供給部４０を介してチャンバー１０内に導入し、パイプ状被処理部材１８の内壁面１８ｃを、この表面処理用反応ガスでプラズマ表面処理する。たとえば、プラズマＣＶＤ用の表面処理用反応ガスを用いた場合には、被処理部材１８の内壁面１８ｃにプラズマＣＶＤ法により均一な膜厚の薄膜を形成することができる。
以下、本発明の実施形態の効果について説明する。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０１は、プラズマ誘導手段１が、長手方向をパイプ状被処理部材１８の長手方向と平行にされて、かつ中空部５の内壁面５ｃに接触されずに中空部５の内部に配置され、かつ、パイプ状被処理部材１８の中空部５の内部に同軸状構造となるように配置されている構成なので、中空部５に差し込まれた線状の導電体７のまわりに中空部５の内部形状に沿って、電磁波プラズマを形成することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０１は、線状の導電体７の他端側７ｂが、パイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂから外部に、電磁波供給部２２から放射される電磁波の波長の１／４の整数倍の長さだけ飛び出るように配置されてアンテナ部２とされているので、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に、反射が起こらなくすることができる。その結果、電磁波を中空部５の軸方向に沿った定在波の形成を防止することが出来、電磁波プラズマを均一に発生することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０２は、パイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂ側に電磁波吸収部材７０が配置されているので、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に、反射が起こらなくすることができる。その結果、電磁波を中空部５の軸方向に沿った定在波の形成を防止することが出来、電磁波プラズマを均一に発生することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０３は、パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃに絶縁性薄膜１２が設けられているので、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に、反射が起こらなくすることができる。その結果、電磁波を中空部５の軸方向に沿った定在波の形成を防止することが出来、電磁波プラズマを均一に発生することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０１〜１０５は、パイプ状被処理部材１８が、配線３２を介して、前記チャンバー１０の外部に備えられたバイアス印加手段３０に接続されているので、パイプ状被処理部材１８に負のバイアス電圧を印加することができ、電磁波プラズマを拡大することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０１〜１０５は、電磁波供給部２２に誘電体５１が備えられているので、この誘電体５１を介して、電磁波をチャンバー１０内の被処理部材３の内部に容易に導入することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置１０５は、電磁波供給部２２に誘電体５１を貫通した同軸内導体部５９を備えたフランジ部５０が配置され、前記フランジ部５０のチャンバー外部側に電磁波を供給する同軸ケーブル６０が接続され、前記フランジ部５０のチャンバー内部側にプラズマ誘導手段１が接続されているので、電磁波供給源２０で発生された電磁波を、誘電体５１を介して、フランジ部５０の同軸内導体部５９に案内され、チャンバー１０内に電磁波を伝搬することができ、それに伴い電磁波プラズマを発生させることができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、アンテナ部２を表面波アンテナとして機能させることができるので、中空部５の別の開口部５ｂに電磁波が達した際に、電磁波の反射を防止し、電磁波が中空部５の軸方向に沿って定在波を形成するのを防止でき、電磁波プラズマをより均一に発生することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、パイプ状被処理部材１８の中空部５の別の開口部５ｂに電磁波吸収部材７０を配置することにより、この開口部５ｂに電磁波が達した際に、電磁波の反射を防止し、電磁波が被処理部材３内で定在波を形成するのが防止でき、電磁波プラズマをより均一に発生することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、負バイアス電圧が直流の場合、パイプ状被処理部材１８の外表面１８ｃに絶縁性薄膜１２を設けることにより、プラズマ相をパイプ状被処理部材１８の内部に閉じ込めることができ、プラズマを誘導することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、パイプ状被処理部材１８に負のバイアス電圧を印加する構成なので、電磁波に沿って発生されたプラズマを強めることができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、誘電体５１を介して、電磁波供給部２２からパイプ状被処理部材１８に向けて電磁波が放射される構成なので、容易に、かつ、効率的に電磁波プラズマをパイプ状被処理部材１８の内部に生成することができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、電磁波によってプラズマが発生させるので、マグネトロン方式などに比べてエネルギー効率が高く、安価にプラズマ表面処理を行うことができる。

本発明の実施形態である電磁波プラズマの発生方法は、中空部５の別の開口部５ｂに２つの副中空部１６，１７が存在するバルブ状被処理部材１９である場合でも、個々の副中空部１６，１７にプラズマ誘導手段１を配置することにより、電磁波を中空部５の開口部５ａから別の開口部５ｂに設けられた副中空部１６、１７まで誘導することができる構成なので、容易に、かつ、均一に副中空部１６，１７の内部表面をプラズマ処理することができる。

本発明の実施形態であるプラズマ表面処理装置は、電磁波プラズマ発生装置１０１〜１０５に、表面処理用のガス供給部４２を取り付けた構成なので、容易に表面処理用のガスを供給することができ、高アスペクト形状のパイプ状被処理部材１８であっても、配管形状が複雑なバルブ状被処理部材１９でも、容易に、かつ、均一にその内部表面をプラズマ処理することができる。

本発明の実施形態であるプラズマ表面処理方法は、先に記載の電磁波プラズマの発生方法を用いて、表面処理用の反応ガスを供給して成膜する方法なので、高アスペクト形状のパイプ状被処理部材１８であっても、配管形状が複雑なバルブ状被処理部材１９の内部でも、容易に、かつ、均一に電磁波プラズマを発生させることができ、その内部表面をプラズマ処理することができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
図４に示すバルブ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成できるかどうか確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、何のコーティング処理も行っていない。この被処理部材をチャンバー内に配置し、図４に示すように、開口された中空部を電磁波供給部である誘電体上に配置し、副中空部には、プラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を内壁に接触しないように差込み、副中空部の他端側から３ｃｍとなる位置に配置したアース部材に固定した。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を９３Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−１００Ｖまで変化させた。
バイアス電圧を−６６Ｖ印加したときに、プラズマが全面点火し、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができた。

（実施例２）
図４に示すバルブ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成できるかどうか確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、シリカコーティング処理を行った。この被処理部材をチャンバー内に配置し、図４に示すように、開口された中空部を電磁波供給部である誘電体上に配置した。しかし、実施例１とは異なり、副中空部には、プラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を配置しなかった。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を９３Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−１００Ｖまで変化させた。
バイアス電圧を−８３Ｖ印加したときに、プラズマが全面点火し、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができた。

（比較例１）
図４に示すバルブ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成できるかどうか確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、何のコーティング処理も行っていない。この被処理部材をチャンバー内に配置し、図４に示すように、開口された中空部を電磁波供給部である誘電体上に配置した。しかし、実施例１とは異なり、副中空部には、プラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を配置しなかった。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を９３Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−１００Ｖまで変化させた。
バイアス電圧を−１００Ｖとしても、プラズマが全面点火することはなく、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することはできなかった。
以上、実施例１，２および比較例１の実験条件および実験結果を表１に示す。

（実施例３）
１／４インチ径、長さ１００ｍｍのパイプ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材（１／４インチ・パイプ）を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成できるかどうか確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、シリカコーティング処理を行った。この被処理部材をチャンバー内に配置し、図３に示すように、開口された中空部の開口部を電磁波供給部である誘電体上に配置し、開口された中空部の別の開口部には、プラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を内壁に接触しないように差込んだ。また、このＷ線は、開口された中空部の別の開口部から３ｃｍほど外部に飛び出すように配置した。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を９３Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−５０Ｖまで変化させた。
バイアス電圧を−４６Ｖ印加したときに、プラズマが全面点火し、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができた。

（比較例２）
１／４インチ径、長さ１００ｍｍのパイプ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成できるかどうか確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、何のコーティング処理も行わなかった。また、実施例３と同様に、この被処理部材をチャンバー内に配置し、開口された中空部を電磁波供給部である誘電体上に配置したが、中空部にはプラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を配置しなかった。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを４０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を９３Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−５０Ｖまで変化させた。
バイアス電圧を−５０Ｖとしても、プラズマが全面点火することはなく、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができなかった。
以上、実施例３および比較例２の実験条件および実験結果を表２に示す。

（実施例４）
１／４インチ径、長さ１００ｍｍのパイプ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材を用いて、配管内にプラズマを内部形状に沿って均一に形成するのに必要な電磁波のパワーが、アンテナ部２を形成した場合としない場合とでどの程度違いがあるかを確認する実験を行った。
被処理部材の外面には、シリカコーティング処理を行った。この被処理部材をチャンバー内に配置し、図３に示すように、開口された中空部の開口部を電磁波供給部である誘電体上に配置し、開口された中空部の別の開口部には、プラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を内壁に接触しないように差込んだ。また、このＷ線は、開口された中空部の別の開口部から３ｃｍほど外部に飛び出すように配置した。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを２０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を３２Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、１００Ｗのパワーで電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−５４Ｖまで変化させた。その後、電磁波のパワーを１００Ｗから３００Ｗまで変化させた。
電磁波のパワーを３００Ｗとしたときに、プラズマが全面点火し、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができた。

（実施例５）
１／４インチ径、長さ１００ｍｍのパイプ状形状を有したＳＵＳからなる被処理部材の外面には、シリカコーティング処理を行った。また、実施例４と同様に、この被処理部材をチャンバー内に配置し、開口された中空部を電磁波供給部である誘電体上に配置したが、中空部にはプラズマ誘導手段であるタングステン・ワイヤー（Ｗ線）を配置しなかった。
チャンバー内を減圧し、ガス供給部からＡｒガスを２０ｓｃｃｍの流速で流入させた後、ガス排出部のバルブを調節して、チャンバー内のガスの量を一定として、チャンバー内圧力を３２Ｐａとして、初期プラズマを供給口の近接領域に形成した。その後、２．５ＧＨｚの周波数で、１２ｃｍの波長（真空中）の電磁波を、１００Ｗのパワーで電磁波供給部から放射した後に、被処理部材に印加するバイアス電圧を０Ｖから−５４Ｖまで変化させた。その後、電磁波のパワーを１００Ｗから３００Ｗまで変化させた。
電磁波のパワーを３００Ｗとしても、プラズマが全面点火することはなく、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができなかった。
さらに電磁波のパワーを上げ、５００Ｗとしたときに、プラズマが全面点火し、配管側面に設けた微細観測穴からの発光を確認することができた。
以上、実施例４および実施例５の実験条件および実験結果を表３に示す。

本発明は、電磁波プラズマ発生装置とその発生方法に関するものであり、この発生装置と発生方法を用いることにより、高アスペクト比を有するパイプ状の配管の内部においても、その表面をガスにより洗浄したり、耐食性薄膜によりコーティングすることができる。そのため、腐食性ガスを用いる半導体産業などにおいて利用可能性がある。

本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。 本発明の実施形態である電磁波プラズマ発生装置の一例を示す断面模式図である。

符号の説明

１…プラズマ誘導手段、１ａ…一端側、１ｂ…他端側、２…アンテナ部、３…被処理部材、３ａ…一端側、３ｂ…他端側、５…中空部、５ａ…開口部、５ｂ…別の開口部、７…線状の導電体、７ａ…一端側、７ｂ…他端側、１０…チャンバー、１１…孔部、１２…絶縁性薄膜、１４…アース部、１５…分岐部、１６、１７…副中空部、１８…パイプ状被処理部材、１９…バルブ状被処理部材、２０…電磁波供給源、２２…電磁波供給部、３０…バイアス印加手段、３２…配線、４０…ガス供給部、４１…ガス排出部、４２…反応ガス供給部、５０…フランジ部、５１…誘電体、５３…コネクタ部、５５…シール部、５６…絶縁リング部、５７…外部アンテナ部、５９…同軸内導体部、６０…同軸ケーブル、６２…内部導体部、６３…外部導体部、６４…支持部、７０…電磁波吸収部材、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５…電磁波プラズマ発生装置。

Claims (11)

1. ガス供給部、ガス排出部および電磁波供給部が備えられたチャンバーと、被処理部材に負の直流バイアス電圧を印加するバイアス印加手段とを具備しており、少なくとも一つの開口部を有する中空部を有する被処理部材の中空部の内部にプラズマを発生させる電磁波プラズマ発生装置であって、
   前記被処理部材が前記チャンバー内に配置されるとともに、前記電磁波供給部が、前記被処理部材の前記開口部を望む位置に配置され、
   前記チャンバー内で発生されるプラズマ生成領域を前記中空部内に誘導するプラズマ誘導手段が少なくとも１つ以上備えられ、
   該プラズマ誘導手段は、前記被処理部材の前記中空部に配置される線状の導電体であり、
   前記被処理部材の外表面には絶縁性薄膜が設けられていることを特徴とする電磁波プラズマ発生装置。
2. 前記絶縁性薄膜がシリカコートであることを特徴とする請求項１に記載の電磁波プラズマ発生装置。
3. 前記線状の導電体が、前記中空部の中心軸と同軸状に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁波プラズマ発生装置。
4. 前記中空部に別の開口部が設けられている場合に、
   前記線状の導電体の一端側が前記中空部の内部に配置され、
   前記線状の導電体の他端側が前記別の開口部より突出するように配置され、かつ、その突出長が前記被処理部材の内部から外部へ伝搬する電磁波の波長の１／４の整数倍の長さとされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電磁波プラズマ発生装置。
5. 前記中空部に別の開口部が設けられている場合に、
   前記別の開口部に、電磁波吸収部材が配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電磁波プラズマ発生装置。
6. 前記電磁波供給部が、前記チャンバー内を望む位置に配置された誘電体と、前記誘電体を介して前記チャンバー内に電磁波を供給するために前記誘電体に接続された同軸ケーブルもしくは導波管とからなることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電磁波プラズマ発生装置。
7. 前記線状の導電体が、前記誘電体に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の電磁波プラズマ発生装置。
8. 前記誘電体が、前記チャンバー内を望む位置に配置されたフランジ部の内部に備えられ、
   前記フランジ部には、前記誘電体を貫通して前記フランジ部と同軸線路を形成する同軸内導体部が設けられ、
   前記同軸内導体部の一端側に前記線状の導電体が接続され、
   前記同軸内導体部の他端側に同軸ケーブルもしくは導波管が接続されていることを特徴とする請求項６または７に記載の電磁波プラズマ発生装置。
9. ガス供給部、ガス排出部および電磁波供給部が備えられたチャンバーと、被処理部材に負の直流バイアス電圧を印加するバイアス印加手段とを用いて、
   少なくとも１つの開口部を有する中空部を有しかつ外表面に絶縁性薄膜が設けられた被処理部材の中空部の内部に電磁波プラズマを発生させる電磁波プラズマ発生方法であって、
   前記被処理部材を前記チャンバー内に配置するとともに、前記電磁波供給部を前記被処理部材の前記開口部を望む位置に配置し、
   前記チャンバー内で発生させるプラズマ生成領域を、前記被処理部材の前記中空部に配置される線状の導電体からなるプラズマ誘導手段によって、前記中空部内に誘導することを特徴とする電磁波プラズマ発生方法。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電磁波プラズマ発生装置に、窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガスの供給手段が備えられていることを特徴とする電磁波プラズマ表面処理装置。
11. 請求項９に記載の電磁波プラズマ発生方法において、
    チャンバー内部に窒化、クリーニングまたはプラズマＣＶＤの表面処理用反応ガスを供給しながら、電磁波プラズマを発生させて被処理部材の内壁面を表面処理することを特徴とする電磁波プラズマ表面処理方法。

Images