JP6107730B2 - 成膜装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に被膜を形成するための成膜装置に関するものである。

従来より、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に被膜を形成するための成膜装置に関し種々提案されている。
例えば、上述した被加工材料の表面にＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）成膜処理する技術が特許文献１（特開２００４−４７２０７号公報）等により知られている。

この特許文献１に開示された技術では、プラズマ生成装置がマイクロ波導入口である石英窓を通して処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓の端面にあるマイクロ波導入面の周辺領域にプラズマが生成される。続いて、マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。この結果、被加工材料の表面に沿ってシース層が生成され、生成されたシース層は被加工材料の表面に沿って、即ち、表面から外側に向かって拡大する。また同時に、供給されたマイクロ波は、このシース層に沿って高エネルギ密度の表面波として伝播し、プラズマが伸長する。この結果、原料ガスが表面波によってプラズマ励起されて高密度プラズマとなり、被加工材料の表面はＤＬＣ成膜処理される。

特開２００４−４７２０７号公報

しかしながら、前記した特許文献１に開示された技術では、マイクロ波を処理容器に導入する石英窓から突出するように被加工材料が配置されている。よって、被加工材料が石英窓に近接して配置されているため、成膜時に被加工材料からスパッタされたスパッタ粒子が石英窓に付着し、堆積してしまう。そして、石英窓に付着した膜は、例えば、プラズマにより帯電して、アーキングが発生する原因となる。その結果、プラズマ放電が不安定になり、被加工材料の表面に形成された皮膜の膜特性が不均一になる可能性がある。この膜特性の不均一化を低減するためには、例えば、石英窓を頻繁に交換することが必要となり、生産性が低下するという問題がある。

本発明は前記従来技術における問題点を解消するためになされたものであり、成膜装置内においてマイクロ波供給部から被加工材料に至るマイクロ波の進行経路において、スパッタ粒子が付着しにくい状態でマイクロ波供給窓を配置することを可能とし、もってマイクロ波供給窓の汚染を軽減することが可能な成膜装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る成膜装置は、導電性を有する被加工材料を少なくとも含み、前記被加工材料へマイクロ波を供給する導波管から突設された同軸導波管に沿う方向へ、前記被加工材料が収容される処理容器の内側に向かって突出する中心導体の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記被加工材料の処理表面に沿う第１方向に突出形成された形状であって、前記第１方向と交差する方向に設けられ、前記中心導体または前記中心導体と電気的に接続された導電体で被覆される上端面と、前記上端面と接続し、前記上端面と交差する方向に延びる側面に第１マイクロ波透過部とが設けられた突出部とを備え、前記マイクロ波供給部により供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝播させるマイクロ波供給窓と、前記第１マイクロ波透過部及び前記中心導体の少なくとも一部を囲む位置に、前記第１マイクロ波透過部及び前記中心導体との間に所定間隔を開けて設けられる側面電極と、を備えたことを特徴とする。

請求項２に係る成膜装置は、請求項１の成膜装置において、前記側面電極は、アースされており、前記マイクロ波供給窓のうち、前記突出部の前記側面の前記第１方向における基端部側の一部、及び前記一部から前記第１方向と交差する方向に延出された面が、前記側面電極と導通された導電体により被覆され、前記第１マイクロ波透過部は、前記突出部の前記側面のうち、前記導電体により被覆されていない部分に設けられることを特徴とする。

請求項３に係る成膜装置は、請求項１の成膜装置において、前記マイクロ波供給窓には、前記第１マイクロ波透過部と交差する方向に延長された第２マイクロ波透過部を備え、前記第１マイクロ波透過部の前記第１方向の長さは、前記第２マイクロ波透過部の前記交差する方向の長さより長いことを特徴とする。

請求項４に係る成膜装置は、請求項１乃至請求項３のいずれかの成膜装置において、前記中心導体は、前記同軸導波管に沿う方向に前記マイクロ波供給窓から突出し、前記被加工材料と、前記被加工材料を保持する保持具とを含み、前記側面電極は、その内周面と前記中心導体との間隔、および前記内周面と前記第１マイクロ波透過部の外周面との間隔のうち、少なくともいずれかの間隔を変化させる形状に形成されていることを特徴とする。

請求項５に係る成膜装置は、請求項４の成膜装置において、前記側面電極の内周面には、前記同軸導波管に沿う方向に前記マイクロ波供給窓から突出する前記中心導体の外周面と、前記第１マイクロ波透過部とに対向して段差が設けられていることを特徴とする。

請求項１に係る成膜装置では、マイクロ波供給窓の被加工材料の処理表面に沿う第１方向に突出形成された突出部は、この第１方向と交差する方向に設けられた上端面が、中心導体または中心導体と電気的に接続された導電体で被覆され、前記上端面と接続し、前記上端面と交差する方向に延びる側面に第１マイクロ波透過部が設けられている。これにより、マイクロ波供給窓のうち、第１マイクロ波透過部は、突出部の上端面と交差する方向に延びる側面に設けられているため、マイクロ波が透過する領域が堆積物で埋まりにくく、第１マイクロ波透過部にて膜が堆積されることを防止することができる。この結果、より安定してマイクロ波を被加工材料に供給させることができる。

請求項２に係る成膜装置では、マイクロ波供給窓のうち、突出部の側面の第１方向における基端部側の一部、及び該一部から第１方向と交差する方向に延出された面が、アースされた側面電極と導通された導電体により被覆されている。第１マイクロ波透過部は、突出部の側面のうち、導電体により被覆されていない部分に設けられている。この第１マイクロ波透過部においても、スパッタ粒子が堆積する場合がある。しかしながら、この場合、導電体はアースされた側面電極と接続されているため、導電体が被覆された領域に、導電性のスパッタ粒子が付着してもアーキングを生じにくくすることができ、膜特性の不均一化を低減できる。マイクロ波は、突出部の側面のうち、導電体により被覆されていない部分に設けられた第１マイクロ波透過部を透過する。

請求項３に係る成膜装置では、マイクロ波供給窓には、第１マイクロ波透過部と交差する方向に延長された第２マイクロ波透過部を備えているので、マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波は、第１マイクロ波透過部及び第２マイクロ波透過部を介して透過され、マイクロ波供給窓におけるマイクロ波の透過領域を拡大することができる。このとき、第２マイクロ波透過部は、第１マイクロ波透過部と交差又は直交する状態で存在するので、側面に設けられる第１マイクロ波透過部より、スパッタ粒子が付着しやすい。スパッタ粒子が第２マイクロ波透過部に付着される場合においても、第１マイクロ波透過部の第１方向の長さは、第２マイクロ波透過部の第1マイクロ波透過部と交差する方向の長さより長いため、第１マイクロ波透過部ではスパッタ粒子の付着によるアーキングが生じにくく、膜特性の不均一化を低減できる。

請求項４に係る成膜装置では、第１マイクロ波透過部、及び、被加工材料が収容される処理容器の内側に向かって突出する中心導体との間に所定間隔を開けて設けられる側面電極は、その内周面と中心導体との間隔、および、その内周面と第１マイクロ波透過部の外周面との間隔のうち、少なくともいずれかの間隔を変化させる形状に形成されている。この構成では、側面電極の内周面と第１マイクロ波透過部の外周面との間隔は狭くなる。これにより第１マイクロ波透過部にはスパッタ粒子がより付着し難くなって第１マイクロ波透過部がスパッタ粒子により汚染されることを防止することができる。

請求項５に係る成膜装置では、側面電極の内周面には、同軸導波管に沿う方向にマイクロ波供給窓から処理容器の内側に向かって突出する中心導体の外周面と、第１マイクロ波透過部とに対向して段差が設けられている。段差が設けられていることにより、中心導体が成膜されて発生するスパッタ粒子は、段差部分に付着し易く、第１マイクロ波透過部にはより付着し難くなるため、第１マイクロ波透過部がスパッタ粒子により汚染されることを防止することができる。

第１実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す説明図である。 第１実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を従来の成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成と比較して示す模式説明図である。 第２実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第３実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第４実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第５実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第６実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第７実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。 第８実施形態に係る成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る成膜装置について、本発明を具体化した第１実施形態乃至第８実施形態に基づき図面を参照しつつ詳細に説明する。先ず、第１実施形態に係る成膜装置１の概略構成について図１に基づいて説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る成膜装置１は、処理容器２、真空ポンプ３、ガス供給部５、及び制御部６等から構成されている。処理容器２は、ステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器である。真空ポンプ３は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器２の内部には、成膜対象である導電性を有する被加工材料８が、ステンレス等で形成された導電性を有する保持具９により保持されている。

ガス供給部５は、処理容器２の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅなどの不活性ガスとＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、又はＴＭＳ（テトラメチルシラン）等の原料ガスとが供給される。本実施形態では、ＣＨ４、およびＴＭＳの原料ガスにより被加工材料８がＤＬＣ成膜処理される。

ガス供給部５から供給される原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が、制御部、または作業者により制御される。原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのＣＨ結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。Ｈ２が原料ガスに含まれてもよい。

処理容器２の内部に保持された被加工材料８に対してＤＬＣ成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、負電圧電源１５、及び負電圧パルス発生部１６により発生される。本実施形態では、特開２００４−４７２０７号公報に開示された方法（以下、「ＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｈｅａｔｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ法）」という。）により表面波励起プラズマが発生される。以降の記載では、ＭＶＰ法を説明する。

マイクロ波パルス制御部１１は制御部６の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器１２へ供給する。マイクロ波発振器１２は、マイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源１３は、制御部６の指示に従い、指示された出力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器１２へ電力を供給する。マイクロ波発振器１２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、パルス状のマイクロ波パルスで後述するアイソレータ１７に供給する。

マイクロ波パルスは、マイクロ波発振器１２からアイソレータ１７、チューナ１８、導波管１９、導波管１９から図示されない同軸導波管変換器を介して突設された同軸導波管２１、及び石英などのマイクロ波を透過する誘電体等からなるマイクロ波供給窓２２を経由し、保持具９及び被加工材料８の処理表面に供給される。アイソレータ１７は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器１２へ戻ることを防ぐものである。チューナ１８は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナ１８前後のインピーダンスを整合するものである。

マイクロ波供給窓２２は多段形状に形成されている。マイクロ波供給窓２２の中央領域には、保持具９に向かって突出形成された突出部２２Ａが設けられている。突出部２２Ａの中央位置には、保持具９の下端を支持する支持凹部２２Ｂが形成されている。保持具９は、凸部を有する。保持具９の凸部が、突出部２２Ａの支持凹部２２Ｂに嵌合されている。これにより突出部２２Ａの支持凹部２２Ｂ及び上端面２２Ｃは、導電性の保持具９にて被覆されることとなる。また、突出部２２Ａの側面は開放されており、かかる開放部は第１マイクロ波透過部２２Ｄとなる。
また、マイクロ波供給窓２２において、第１マイクロ波透過部２２Ｄを除く部分である下方部分の外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面導体２３で被覆されている。
側面導体２３は、処理容器２の内側面にネジ止め等によって固定され、電気的に処理容器２に接続されている。マイクロ波供給窓２２の中央には同軸導波管２１の中心導体２１Ａが設けられる。中心導体２１Ａから、処理容器２の内部に向けて中心導体２１Ｂが延長されている。延長された中心導体２１Ｂと、支持凹部２２Ｂ内の保持具９と側面導体２３とで処理容器２内部にも同軸導波管が構成され、マイクロ波が突出部２２Ａに伝播する。

図１に示すように、側面導体２３において、第１マイクロ波透過部２２Ｄの下部の周囲を囲むように形成された水平部２３Ｂ上面には、筒状の側面電極２３Ａが形成されている。側面電極２３Ａは、第１マイクロ波透過部２２Ｄと、保持具９及び被加工材料８から構成される中心導体２４との間に所定間隔を保持しつつ第１マイクロ波透過部２２Ｄ及び中心導体２４の一部を囲んでいる。側面電極２３Ａは、ステンレス等の金属で形成されており、側面電極２３Ａの内周面と中心導体２４、第１マイクロ波透過部２２Ｄの外周面との間に、側面導体２３の水平部２３Ｂ側が閉塞され、且つ、図１の上方側が開放された略円筒状の空間２０が形成されている。

前記のように、マイクロ波供給窓２２において、第１マイクロ波透過部２２Ｄを除く残余の外周面は、導電性の保持具９及び側面導体２３により被覆されているので、マイクロ波供給窓２２に供給されたパルス状のマイクロ波は、第１マイクロ波透過部２２Ｄに伝播する。この結果、空間２０及び被加工材料８の処理表面に沿ってプラズマが生成される。また、被加工材料８の保持具９と接触する下方側に対して反対側である上方側の部分は、マイクロ波供給窓２２から処理容器２の内側に向かって突出するように配置され、負のバイアス電圧パルスを印加するための負電圧電極２５が電気的に接続されている。

マイクロ波供給窓２２の中心導体２１Ａと保持具９との間には、真空を保持するため、石英等の誘電体が配置されている。被加工材料８は、例えば棒状であり、マイクロ波供給窓２２の中心導体の延長線上に保持される。

被加工材料８の材質は、表面が導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では低温焼戻し鋼である。ここで低温焼戻し鋼とは、ＪＩＳ Ｇ４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ４４０１（炭素工具鋼鋼材）、Ｇ４４−４（合金工具用鋼鋼材）、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料８は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。

負電圧電源１５は、制御部６の指示に従い、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、負電圧電源１５から供給された負のバイアス電圧をパルス状にするパルス化を行う。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部１６が制御部６の指示に従い、負のバイアス電圧パルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。このパルス状の負のバイアス電圧が、処理容器２の内部に保持された被加工材料８に負電圧電極２５を介して印加される。

即ち、被加工材料８が、金属基材の場合、またはセラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料８の少なくとも処理表面全域に負のバイアス電圧パルスが印加される。また、保持具９の表面全域にも被加工材料８を介して負のバイアス電圧パルスが印加される。
ここに、第１マイクロ波透過部２２Ｄの長さ（高さ）は２ｍｍ以上に設定されており、また、第１マイクロ波透過部２２Ｄと側面電極２３Ａの内周面との間隔は２ｍｍ以下に設定されている、側面電極２３Ａの高さは２０ｍｍ以上に設定されている。
また、側面電極２３Ａの高さは、図１、図２（Ａ）に示すように、突出部２２Ａの高さよりも高く形成されているので、側面電極２３Ａの内周面と第１マイクロ波透過部２２Ｄ及び中心導体２４の外周面との間に存在する狭い領域が中心導体２４の突出方向に拡大される。これにより、空間２０内の中心導体がプラズマ衝撃によりスパッタリングされて生成されるスパッタ粒子のほとんどは側面電極２３Ａの内周面及び側面導体２３の水平部２３Ｂに付着する。従って第１マイクロ波透過部２２Ｄにスパッタ粒子が付着し難くなって第１マイクロ波透過部２２Ｄがスパッタ粒子により汚染されることを防止することができる。

尚、負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６が本発明の負電圧印加部の一例である。また、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、アイソレータ１７、チューナ１８、導波管１９、及び同軸導波管２１が本発明のマイクロ波供給部の一例である。
成膜装置１は負電圧電源１５、および負電圧パルス発生部１６を備えたが、更に正電圧電源、および正電圧パルス発生部を備えてもよいし、負電圧パルス発生部１６の代わりに、パルス状の負のバイアス電圧でなく、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備えてもよい。

制御部６には、圧力調整バルブ７、大気開放バルブ１０、真空計２６、負電圧電源１５、負電圧パルス発生部１６、マイクロ波パルス制御部１１、ガス供給部５、及びマイクロ波電源１３が電気的に接続されている。

制御部６は、負電圧電源１５とマイクロ波電源１３に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力と負のバイアス電圧パルスの印加電圧を制御する。制御部６は、負電圧パルス発生部１６及びマイクロ波パルス制御部１１に制御信号を出力することによって、パルス状の負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、供給電圧、デューティ比、及びマイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、デューティ比、及び供給電力を制御する。

制御部６は、ガス供給部５に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部６は、処理容器２に取り付けられた真空計２６から入力される処理容器２内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ７に出力する。この制御信号が入力された圧力調整バルブ７は、この制御信号に含まれる圧力信号に基づいて、バルブ開度を調節することにより、処理容器２内の圧力を制御する。

制御部６は、全開、全閉の制御信号を大気開放バルブ１０に出力する。全開の制御信号が入力された大気開放バルブ１０は、バルブ開度を全開にする。全閉の制御信号が入力された大気開放バルブ１０は、バルブ開度を全閉にする。大気開放バルブ１０が全開になった場合には、処理容器２は、大気開放バルブ１０を介して、内部の圧力が外気圧と同じになる。

［表面波励起プラズマの説明］
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギ密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。

一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。シース層とは、物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料８の場合、電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒１の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−１００Ｖの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。

従って、被加工材料８を保持する保持具９の一端に近接して配置されたマイクロ波供給窓２２からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝播する。この結果、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、表面波励起プラズマである。

このような被加工材料８の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は１０¹¹〜１０¹²ｃｍ^―3に達する。このＭＶＰ法を用いたプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合は、通常のプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合よりも１桁から２桁高い成膜速度３〜３０（ナノｍ／秒）が得られるので高速成膜が可能である。

続いて、図２に基づき、第１実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２の第１マイクロ波透過部２２Ｄの構成について、従来の成膜装置におけるマイクロ波供給窓のマイクロ波透過部の構成と比較して説明する。
尚、以下においては、理解を容易にするため、同一の部材等に対しては同一の番号を付して説明する。

図２（Ａ）には、第１実施形態に係る成膜装置１のマイクロ波供給窓２２に形成される第１マイクロ波透過部２２Ｄの構成が示されている。前記したように、マイクロ波供給窓２２において、突出部２２Ａの支持凹部２２Ｂ及び上端面２２Ｃは、導電性の保持具９にて被覆され、また、第１マイクロ波透過部２２Ｄを除く部分である下方部分の外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面導体２３で被覆されていることから、マイクロ波供給窓２２から供給されるマイクロ波ＭＷは、第１マイクロ波透過部２２Ｄから側面電極２３Ａとの間の空間２０を介して被加工材料８及び保持具９の処理表面に沿って供給され、且つ、被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されることに基づき、マイクロ波がシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝播し、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。

このように発生されたプラズマが空間２０に侵入すると、プラズマによりスパッタされて飛び出したスパッタ粒子は、その大部分が側面電極２３Ａ内周面及びその内側に存在する側面導体２３の水平部２３Ｂの上面に付着する。これにより、スパッタ粒子が第１マイクロ波透過部２２Ｄに付着し難くなる。この結果、第１マイクロ波透過部２２Ｄにて膜が堆積されることを防止することができ、第１マイクロ波透過部２２Ｄの汚染を軽減して成膜装置１の生産性を向上することができる。

これに対して、従来の成膜装置においては、図２（Ｂ）に示すように、マイクロ波供給窓２２において、突出部２２Ａの支持凹部２２Ｂ及び上端面２２Ｃの一部２２Ｃ１は、導電性の保持具９にて被覆され、また、マイクロ波供給窓２２の下部全体の外周面は、ステンレス等の金属で形成された側面導体２３で被覆されているものの、上端面２２Ｃの残余部分２２Ｃ２は、保持具９で被覆されていないので、マイクロ波供給窓２２から供給されるマイクロ波ＭＷは、保持具９で被覆されていない上端面２２Ｃの残余部分２２Ｃ２から側面電極２３Ａとの間の空間２０を介して被加工材料８及び保持具９の処理表面に沿って供給され、且つ、被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されることに基づき、マイクロ波がシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝播し、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。

このように発生されたプラズマが空間２０に侵入すると、プラズマによりスパッタされて飛び出したスパッタ粒子は、その大部分が側面電極２３Ａ内周面及びマイクロ波ＭＷの進行経路上に存在するマイクロ波供給窓２２の上端面２２Ｃの残余部分２２Ｃ２の上面に付着する。このようにスパッタ粒子がマイクロ波供給窓２２の上端面２２Ｃに付着すると、マイクロ波供給窓２２に膜が形成堆積されるので、プラズマにより帯電して、アーキングが発生する原因となる。その結果、プラズマ放電が不安定になり、被加工材料の表面に形成された皮膜の膜特性が不均一になる可能性がある。この膜特性の不均一化を低減するためには、例えば、マイクロ波供給窓２２を頻繁に交換することが必要となり、生産性が低下する。

次に、第２実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図３に基づき説明する。図３において、第２実施形態に係る成膜装置１では、マイクロ波供給窓２２の下部を被覆する側面導体２３における水平部２３Ｂの内側周端縁２３Ｃが、側面電極２３Ａの内周面と面一に形成されている。

これにより、第１マイクロ波透過部２２Ｄの下端から水平方向に延長された第２マイクロ波透過部２２Ｅが設けられている。かかる第２マイクロ波透過部２２Ｅは、導電性の保持具９及び側面導体２３のいずれにも被覆されていない。

従って、マイクロ波供給窓２２から供給されるマイクロ波は、第１マイクロ波透過部２２Ｄ及び第２マイクロ波透過部２２Ｅから側面電極２３Ａとの間の空間２０を介して被加工材料８及び保持具９の処理表面に沿って供給され、且つ、被加工材料８及び保持具９に負のバイアス電圧が印加されることに基づき、マイクロ波がシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝播し、被加工材料８及び保持具９の表面に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。

このようにマイクロ波供給窓２２から供給されるマイクロ波は、第１マイクロ波透過部２２Ｄ及び第２マイクロ波透過部２２Ｅを介して透過されるので、マイクロ波供給窓２２におけるマイクロ波の透過領域を拡大することができる。
このとき、第２マイクロ波透過部２２Ｅは、第１マイクロ波透過部２２Ｄと直交する状態で存在するので、スパッタ粒子が第２マイクロ波透過部２２Ｅに若干付着されるものの、第１マイクロ波透過部２２Ｄにスパッタ粒子が付着されない限り成膜上全く問題はない。

従って、スパッタ粒子が第１マイクロ波透過部２２Ｄに付着し難くなる点では前記第１実施形態に係る成膜装置１と同様であり、第１マイクロ波透過部２２Ｄにて膜が堆積されることを防止することができ、第１マイクロ波透過部２２Ｄの汚染を軽減して成膜装置１の生産性を向上することができる。

次に、第３実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図４に基づき説明する。
図４において、第３実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成は、前記した第１実施形態の成膜装置１と同様の構成を有しているが、保持具９には導電性を有する板状の被覆部材９Ａが設けられている。かかる被覆部材９Ａの周縁からは延出部９Ｂが延設されている（図４では、下方に垂下されている）。

保持具９に設けられた被覆部材９Ａは、マイクロ波供給窓２２における突出部２２Ａの上端面２２Ｃを被覆する。また、被覆部材９Ａの延出部９Ｂは、突出部２２Ａの側面に形成される第１マイクロ波透過部２２Ｄの上方の一部を被覆する。

第３実施形態における図４に示す構成によれば、保持具９に設けた導電性の被覆部材９Ａにより被覆することができることから、保持具９とマイクロ波供給窓２２の突出部２２Ａのサイズ（直径）を同一にする必要はなく、これより保持具９のサイズ（直径）を細く形成することができる。

尚、マイクロ波供給窓２２における突出部２２Ａの側面に形成される第１マイクロ波透過部２２Ｄは、その一部が被覆部材９Ａの延出部９Ｂにより被覆されており、マイクロ波は、延出部９Ｂにより被覆されていない残余の第１マイクロ波透過部２２Ｄを透過することとなるが、マイクロ波をシース層に伝播させる上で何ら問題はない。

次に、第４実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図５に基づき説明する。
図５において、第４実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成は、前記した第１実施形態の成膜装置１と同様の構成を有しているが、マイクロ波供給窓２２の突出部２２Ａに当接する側面導体２３の水平部２３Ｂが厚く形成されている。

これにより、水平部２３Ｂの内周縁部は、第１マイクロ波透過部２２Ｄの一部を被覆する。この結果、第１マイクロ波透過部２２Ｄの透過面積は狭くなるものであるが、マイクロ波は、第１マイクロ波透過部２２Ｄの全面から透過しなくてもよく、第１マイクロ波透過部２２Ｄの一部から透過できればマイクロ波をシース層に伝播させる上で何ら問題はない。

次に、第５実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図６に基づき説明する。
図６において、第５実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成は、前記した第１実施形態の成膜装置１と同様の構成を有しているが、側面電極２３Ａは、その内周面と中心導体２４における保持具９との間隔、及び、その内周面と第１マイクロ波透過部２２Ｄの外周面との間隔が狭くなるように構成されている。

具体的には、図６において、側面電極２３Ａの内側面には、第１マイクロ波透過部２２Ｄ及び保持具９の下部に対応して、段差部２３Ｄが設けられている。段差部２３Ｄは、側面電極２３Ａと一体に形成加工してもよく、また、側面電極２３Ａとは別体に形成した後、側面電極２３Ａの内部に取り付けてもよい。

第５実施形態に係る図６に示す構成によれば、側面電極２３Ａの内周面と第１マイクロ波透過部２２Ｄの外周面との間隔、及び、側面電極２３Ａの内周面と保持具９の外周面との間隔は、側面電極２３Ａの上端付近より、第1マイクロ波透過部２２Ｄに近い下端領域において、共に狭くなる。これにより第１マイクロ波透過部２２Ｄにはスパッタ粒子がより付着し難くなって第１マイクロ波透過部２２Ｄがスパッタ粒子により汚染されることを防止することができる。

次に、第６実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図７に基づき説明する。
図７において、第６実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成は、前記した第１実施形態の成膜装置１と同様の構成を有しているが、保持具９の端面（図７の下端面）にマイクロ波供給窓２２の突出部２２Ａと同一サイズに形成された導電性の被覆部材９Ａが設けられており、かかる被覆部材９Ａによりマイクロ波供給窓２２の突出部２２Ａの上端面２２Ｃが被覆されている。

また、第１マイクロ波透過部２２Ｄの上方で、保持具９の外周面に対応して、側面電極２３Ａの内側面には、段差部２３Ｄが設けられている。かかる段差部２３Ｄは、側面電極２３Ａと一体に形成加工してもよい。また、側面電極２３Ａとは別体に形成した後、側面電極２３Ａの内部に取り付けてもよい。

第６実施形態に係る図７に示す構成によれば、側面電極２３Ａの内周面と保持具９の外周面との間隔を狭くすることにより、側面電極２３Ａの内周面と第１マイクロ波透過部２２Ｄの外周面との間隔と、側面電極２３Ａの内周面と保持具９の外周面との間隔とを同程度に保持しつつ、両間隔は図７に示すように屈曲部を介して連続される。

また、第７実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図８に基づき説明すると、第７実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成は、前記した第１実施形態の成膜装置１と同様の構成を有しているが、保持具９のサイズはマイクロ波供給窓２２の突出部２２Ａのサイズよりも大きく形成され、また、第１マイクロ波透過部２２Ｄに対応して、側面電極２３Ａの内周面に段差部２３Ｄが設けられている。

第７実施形態に係る図８に示す構成によれば、保持具９のサイズを大きくして保持具９の外周面と側面電極２３Ａの内周面との間隔を狭くするとともに、第１マイクロ波透過部２２Ｄに対応して側面電極２３Ａの内周壁に段差部２３Ｄを設けて第１マイクロ波透過部２２Ｄと側面電極２３Ａの内周面との間隔を狭くすることにより、側面電極２３Ａの内周面と第１マイクロ波透過部２２Ｄの外周面との間隔と、側面電極２３Ａの内周面と保持具９の外周面との間隔とを同程度に保持しつつ、両間隔は図８に示すように屈曲部を介して連続される。

前記第６実施形態及び第７実施形態におけるように、第１マイクロ波透過部２２Ｄを介して通過するマイクロ波が侵入する経路が、屈曲部を介して連続されている場合においても、マイクロ波の伝播に支障はない。

次に、第８実施形態に係る成膜装置１におけるマイクロ波供給窓２２のマイクロ波透過部の構成について図９に基づき説明する。
前記第１乃至第７実施形態においては、第１マイクロ波透過部２２Ｄは、側面電極２３Ａの内周面に平行に形成するように構成したが、これに限定されることはない。図９に示す第８実施形態におけるように、突出部２２Ａの形状を同軸導波管２１側から離間するに従って徐々に外側に拡径するテーパ状に形成してもよい。かかる構成では、第１マイクロ波透過部２２Ｄは、図９に示すように、上方に向かうに従って拡径するようにテーパ状に形成され、保持具９の下端部にて下方に向かって縮径するようにテーパ部９Ｃを形成することにより、第１マイクロ波透過部２２Ｄを透過するマイクロ波が空間２０内を上方へ進行するようにしている。

尚、本発明は前記第１乃至第第７実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。

１ 成膜装置
２ 処理容器
５ ガス供給部
６ 制御部
８ 被加工材料
９ 保持具
１１ マイクロ波パルス制御部
１２ マイクロ波発振器
１３ マイクロ波電源
１５ 負電圧電源
１６ 負電圧パルス発生部
１７ アイソレータ
１８ チューナ
１９ 導波管
２１ 同軸導波管
２２ マイクロ波供給窓
２２Ａ 突出部
２２Ｂ 支持凹部
２２Ｃ 上端面
２２Ｄ 第１マイクロ波透過部
２２Ｅ 第２マイクロ波透過部
２３Ａ 側面電極
２３Ｂ 水平部
２３Ｃ 内側周端縁
２３Ｄ 段差部
２５ 負電圧電極

Claims (5)

1. 導電性を有する被加工材料を少なくとも含み、前記被加工材料へマイクロ波を供給する導波管から突設された同軸導波管に沿う方向へ、前記被加工材料が収容される処理容器の内側に向かって突出する中心導体の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
   前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
   前記被加工材料の処理表面に沿う第１方向に突出形成された形状であって、前記第１方向と交差する方向に設けられ、前記中心導体または前記中心導体と電気的に接続された導電体で被覆される上端面と、前記上端面と接続し、前記上端面と交差する方向に延びる側面に第１マイクロ波透過部とが設けられた突出部とを備え、前記マイクロ波供給部により供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝播させるマイクロ波供給窓と、
   前記第１マイクロ波透過部及び前記中心導体の少なくとも一部を囲む位置に、前記第１マイクロ波透過部及び前記中心導体との間に所定間隔を開けて設けられる側面電極と、
   を備えたことを特徴とする成膜装置。
2. 前記側面電極は、アースされており、
   前記マイクロ波供給窓のうち、前記突出部の前記側面の前記第１方向における基端部側の一部、及び前記一部から前記第１方向と交差する方向に延出された面が、前記側面電極と導通された導電体により被覆され、
   前記第１マイクロ波透過部は、前記突出部の前記側面のうち、前記導電体により被覆されていない部分に設けられることを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
3. 前記マイクロ波供給窓には、前記第１マイクロ波透過部と交差する方向に延長された第２マイクロ波透過部を備え、
   前記第１マイクロ波透過部の前記第１方向の長さは、前記第２マイクロ波透過部の前記交差する方向の長さより長いことを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
4. 前記中心導体は、前記同軸導波管に沿う方向に前記マイクロ波供給窓から突出し、前記被加工材料と、前記被加工材料を保持する保持具とを含み、
   前記側面電極は、その内周面と前記中心導体との間隔、および前記内周面と前記第１マイクロ波透過部の外周面との間隔のうち、少なくともいずれかの間隔を変化させる形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の成膜装置。
5. 前記側面電極の内周面には、前記同軸導波管に沿う方向に前記マイクロ波供給窓から前記処理容器の内側に向かって突出する前記中心導体の外周面と、前記第１マイクロ波透過部とに対向して段差が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。

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