JP6622071B2 - Microwave surface wave excitation plasma deposition system - Google Patents
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Description
本発明は、導電体近接領域でマイクロ波表面波励起プラズマを発生させ、発生したプラズマで化学蒸着(CVD)を行う成膜装置に関する。 The present invention relates to a film forming apparatus that generates microwave surface wave excited plasma in a region close to a conductor and performs chemical vapor deposition (CVD) using the generated plasma.
導電性材料の表面に例えばDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜を形成する装置としては、マイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置が用いられる。 As an apparatus for forming, for example, a DLC (diamond-like carbon) film on the surface of a conductive material, a microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus is used.
特許文献1のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、チャンバー内に成膜用の原料ガスが供給されると共に、筒状導電体被処理材に負バイアス電圧が印加されてシース領域が形成される。チャンバーの底壁に設置されたマイクロ波導入窓の上に筒状導電体被処理材が載置され、筒状導電体被処理材にマイクロ波が筒状導電体被処理材の軸方向に照射される。すなわち、筒状導電体被処理材にチャンバーの底壁に設置されたマイクロ波導入窓を通してマイクロ波が筒状導電体被処理材の一端部から他端部方向(筒状導電体被処理材の長手方向)に伝播するように照射されることにより、筒状導電体被処理材の表面付近にプラズマが高密度に生成され筒状導電体被処理材の表面にDLC膜が効率よく形成される。 In the microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus disclosed in Patent Document 1, a raw material gas for film formation is supplied into a chamber, and a negative bias voltage is applied to a cylindrical conductive material to be processed to form a sheath region. The A cylindrical conductor treated material is placed on the microwave introduction window installed on the bottom wall of the chamber, and the microwave is irradiated to the cylindrical conductor treated material in the axial direction of the cylindrical conductor treated material. Is done. That is, the microwave is passed from one end of the cylindrical conductor processed material to the other end (through the cylindrical conductor processed material through the microwave introduction window installed on the bottom wall of the chamber. By irradiation so as to propagate in the longitudinal direction), plasma is generated with high density near the surface of the cylindrical conductor processed material, and a DLC film is efficiently formed on the surface of the cylindrical conductor processed material. .
引用文献2のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置もチャンバーの底面に開口するマイクロ波供給口からマイクロ波を円柱状導電体被処理材の長手方向に伝播するように照射している。 The microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus of the cited document 2 also irradiates the microwave from the microwave supply port that opens at the bottom of the chamber so as to propagate in the longitudinal direction of the cylindrical conductor processed material.
また、特許文献3には、マイクロ波導入窓から離れた位置に被加工材を配置してDLC膜を形成するにあたり、チャンバー内のマイクロ波の定在波の腹に当たる位置に被処理材の支持体を配設することが提案されている。 Further, in Patent Document 3, when forming a DLC film by disposing a workpiece at a position away from the microwave introduction window, the workpiece is supported at a position corresponding to the antinode of the standing wave of the microwave in the chamber. It has been proposed to arrange the body.
従来のマイクロ波表面波励起成膜装置では、チャンバーの底壁に設置されたマイクロ波導入窓からマイクロ波がチャンバー内に放射される。チャンバー内に放射されたマイクロ波は原料ガスをプラズマ化するため、マイクロ波導入窓からの距離が大きくなるにしたがってマイクロ波のエネルギーが減衰する。 In a conventional microwave surface wave excitation film forming apparatus, microwaves are radiated into a chamber from a microwave introduction window installed on the bottom wall of the chamber. Since the microwave radiated into the chamber turns the raw material gas into plasma, the microwave energy attenuates as the distance from the microwave introduction window increases.
また、上記のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、チャンバーの底壁に設置されたマイクロ波導入窓の上に被処理材をセットしてマイクロ波導入窓からマイクロ波を被処理材の軸方向に照射するため、長尺の被処理材に均一に成膜することができない。また、短尺の被処理材には均一に成膜できるが、1回の処理で1個の被処理材しか成膜処理することができない。軸方向に被処理材を積載すれば、1回の処理で複数個を処理することができるが、マイクロ波導入窓からの距離が大になるとマイクロ波のエネルギーが弱くなり積載する被処理材の個数には限りがある。 Further, in the above microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus, the processing material is set on the microwave introduction window installed on the bottom wall of the chamber, and the microwave is transmitted from the microwave introduction window to the axis of the processing material. Since the irradiation is performed in the direction, it is not possible to form a uniform film on a long workpiece. Further, although a film can be uniformly formed on a short object to be processed, only one object to be processed can be formed by one process. If the workpieces are stacked in the axial direction, a plurality of workpieces can be processed in a single process. However, as the distance from the microwave introduction window increases, the microwave energy decreases and The number is limited.
また、特許文献3の提案するマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、依然として被処理材に到達するマイクロ波が弱く、被処理材に効率よく成膜することができない。 Moreover, in the microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus proposed by Patent Document 3, the microwave that reaches the material to be processed is still weak, and the film cannot be efficiently formed on the material to be processed.
すなわち、従来のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、被処理材に均一に成膜することができない。また、多数の被処理材を同時処理することができなく、処理コストが高かった。 That is, the conventional microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus cannot form a film uniformly on the material to be processed. In addition, a large number of materials cannot be processed at the same time, resulting in high processing costs.
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、被処理材に均一に成膜できるマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus capable of uniformly forming a film on a material to be processed.
課題を解決するためになされた本発明に係るマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記チャンバー内のガスを排出するガス排出部と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器と、前記マイクロ波発振器で発生したマイクロ波を前記チャンバー内部に伝播させる導波管と、前記導波管から前記マイクロ波を取り出し前記チャンバー内に配設される導電体被処理物に伝播させるマイクロ波取り出し部と、前記導電体被処理物に負バイアス電圧を印加する負電圧印加部と、を有し、負バイアス電圧を印加することにより発生する弱いプラズマの導電性被処理材の表面シース領域にマイクロ波を伝播させて前記導電性被処理物の表面に前記原料ガス由来の被膜を形成するマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置であって、前記導波管は前記チャンバー内に突出する突出導波管を備え、前記突出導波管は少なくとも前記マイクロ波の半波長より長く、前記マイクロ波取り出し部は前記突出導波管に形成される前記マイクロ波の定在波の腹を望む前記突出導波管の管壁に配設されている。 The microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus according to the present invention made to solve the problem includes a chamber, a source gas supply unit that supplies a source gas into the chamber, and a gas that discharges the gas in the chamber A discharge section, a microwave oscillator for generating a microwave, a waveguide for propagating the microwave generated by the microwave oscillator into the chamber, and extracting the microwave from the waveguide and arranging the microwave in the chamber A microwave extraction unit that propagates to a conductor workpiece to be provided; and a negative voltage application unit that applies a negative bias voltage to the conductor workpiece, and is generated by applying a negative bias voltage. A microwave is propagated to the surface sheath region of the conductive processing material of weak plasma to form the coating film derived from the source gas on the surface of the conductive processing object A microwave surface wave-excited plasma deposition apparatus, wherein the waveguide includes a projecting waveguide projecting into the chamber, and the projecting waveguide is at least longer than a half wavelength of the microwave. The wave extraction portion is disposed on the tube wall of the protruding waveguide that desires the antinode of the standing wave of the microwave formed in the protruding waveguide.
突出導波管に形成されるマイクロ波の定在波の腹を望む突出導波管の管壁に配設されるマイクロ波取り出し部で突出導波管の軸方向と交差する方向にマイクロ波が取り出される。したがって、マイクロ波取り出し部から取り出されるマイクロ波の強度が高いので、被処理物全体に均一に成膜することができる。 Microwaves are generated in the direction intersecting the axial direction of the projecting waveguide at the microwave extraction section disposed on the tube wall of the projecting waveguide where the antinode of the standing wave of the microwave formed in the projecting waveguide is desired. It is taken out. Therefore, since the intensity of the microwave extracted from the microwave extraction unit is high, a film can be uniformly formed on the entire object to be processed.
突出導波管の管壁には、複数のマイクロ波取り出し部を配設することができる。このため、複数の各マイクロ波取り出し部に被処理物をそれぞれ配設することで複数の被処理材を同時に処理することができる。 A plurality of microwave extraction portions can be disposed on the tube wall of the protruding waveguide. For this reason, a to-be-processed object can be simultaneously processed by arrange | positioning a to-be-processed object to each of several microwave extraction part.
上記のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置において、前記突出導波管は終端部に導電性気密蓋を備えるとよい。これにより、突出導波管をチャンバー内に収納することができ、成膜装置の小型化が図れる。また、マイクロ波が導電性気密蓋で反射されるので、定在波が安定して立つ。 In the above microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus, the protruding waveguide may be provided with a conductive hermetic lid at a terminal portion. Accordingly, the protruding waveguide can be accommodated in the chamber, and the film forming apparatus can be reduced in size. In addition, since the microwave is reflected by the conductive hermetic lid, the standing wave stands stably.
また、前記突出導波管は円筒状導波管であるとよい。これにより、円筒状導波管の外周に複数のマイクロ波取り出し部を放射状に延在させることができ、ドーナツ盤状被処理物に均一に成膜することができる。 The protruding waveguide may be a cylindrical waveguide. Thereby, a plurality of microwave extraction portions can be radially extended on the outer periphery of the cylindrical waveguide, and a film can be uniformly formed on the toroidal object.
また、前記マイクロ波取り出し部は前記突出導波管の周方向に複数配置されるとよい。これにより、マイクロ波取り出し部の数だけの被処理物に同時に成膜することができる。 A plurality of the microwave extraction portions may be arranged in the circumferential direction of the protruding waveguide. As a result, it is possible to form films on the objects to be processed as many as the number of microwave extraction portions simultaneously.
また、前記マイクロ波取り出し部は前記突出導波管の軸方向に複数配置されるとよい。これにより、マイクロ波取り出し部の数だけの被処理物に同時に成膜することができる。 A plurality of the microwave extraction portions may be arranged in the axial direction of the protruding waveguide. As a result, it is possible to form films on the objects to be processed as many as the number of microwave extraction portions simultaneously.
また、前記突出導波管は誘電体で満たされるとよい。これにより、突出導波管を伝播するマイクロ波の波長が短くなり、定在波の腹が増加する。その結果、マイクロ波取り出し部の数を増やすことができる。 The projecting waveguide may be filled with a dielectric. This shortens the wavelength of the microwave propagating through the protruding waveguide and increases the antinodes of the standing wave. As a result, the number of microwave extraction units can be increased.
また、前記突出導波管は、コア部に前記マイクロ波を伝播させる導電体アンテナを備えるとよい。これにより、突出導波管を伝播するマイクロ波の減衰が抑制される。 The protruding waveguide may include a conductor antenna for propagating the microwave in the core portion. Thereby, attenuation of the microwave propagating through the protruding waveguide is suppressed.
また、前記マイクロ波取り出し部は、導電体と誘電体で構成されたストリップラインを放射状に備えるとよい。これにより、マイクロ波を板状被処理物に効率よく伝播させることができる。 The microwave extraction unit may be provided with strip lines formed of a conductor and a dielectric in a radial pattern. Thereby, a microwave can be efficiently propagated to a plate-shaped workpiece.
また、前記マイクロ波取り出し部は、取り出し同軸導波管を備えるとよい。取り出し同軸導波管の出射端に被処理物を立設させることでマイクロ波を被処理物に効率よく伝播させることができる。 The microwave extraction unit may include an extraction coaxial waveguide. The microwave can be efficiently propagated to the object to be processed by setting the object to be processed upright at the exit end of the extraction coaxial waveguide.
また、前記取り出し同軸導波管は、前記導電性被処理物と結合する拡径テーパ部を備えるとよい。これにより、マイクロ波を被処理物により効率よく伝播させることができる。 Moreover, the said extraction coaxial waveguide is good to provide the diameter-expansion taper part couple | bonded with the said to-be-processed to-be-processed object. Thereby, a microwave can be efficiently propagated to a to-be-processed object.
また、前記突出導波管コア部の導電体アンテナはパイプ状であり、前記パイプ状導電体アンテナに冷媒を供給する冷却部を備えるとよい。これにより、突出導波管を冷却することができる。 In addition, the conductor antenna of the protruding waveguide core portion may be a pipe shape, and may include a cooling unit that supplies a coolant to the pipe-shaped conductor antenna. Thereby, the protruding waveguide can be cooled.
突出導波管に形成されるマイクロ波の定在波の腹を望む突出導波管の管壁に配設されるマイクロ波取り出し部で突出導波管の軸方向と交差する方向にマイクロ波が取り出される。したがって、取り出されるマイクロ波の強度が高いので、多数の導電体被処理物に均一に成膜することができる。 Microwaves are generated in the direction intersecting the axial direction of the projecting waveguide at the microwave extraction section disposed on the tube wall of the projecting waveguide where the antinode of the standing wave of the microwave formed in the projecting waveguide is desired. It is taken out. Therefore, since the intensity of the extracted microwave is high, it is possible to uniformly form a film on a large number of conductor objects.
以下、発明を実施するための形態を図面に基づき詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施形態1)
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、図1に示すように、チャンバー1と、チャンバー1内に原料ガスを供給する原料ガス供給部2と、チャンバー1内のガスを排出するガス排出部3と、マイクロ波を発生させるマイクロ波発振器4と、マイクロ波発振器4で発生したマイクロ波をチャンバー1の内部に伝播させる導波管5と、導波管5の管壁からマイクロ波を取り出しチャンバー1内に配設される導電体被処理物W0にマイクロ波を伝播させる複数のマイクロ波取り出し部6と、導電体被処理物W0に負バイアス電圧を印加する負電圧印加部7と、を有している。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus of the present embodiment discharges the gas in the chamber 1, the source gas supply unit 2 that supplies the source gas into the chamber 1, and the chamber 1. A gas discharge unit 3, a
チャンバー1は例えばステンレス製で、有底筒状部11と蓋12を備え、蓋12はOリング0を介して筒状部11と係合している。チャンバー1は、接地されている。
The chamber 1 is made of, for example, stainless steel and includes a bottomed
導波管5はマイクロ波整合器8を備える横方向に長い基部導波管51と、基部導波管51にT字に接続され先端部がチャンバー1の内部に突出する縦長導波管52とを有している。
The
縦長導波管52は、チャンバー1の底部に連結する底部連結導波管52aとチャンバー1内に突出する突出導波管52bとを有している。底部連結導波管52aと突出導波管52bの連結部には水冷ジャケット52fを備えている。
The vertically
突出導波管52bの長さは、誘電体(誘電率ε)中を伝播するマイクロ波の波長をλgとするとλg/2より長く設定されるとよい。これにより、マイクロ波の定在波MS0の腹が少なくとも1個突出導波管52bに形成される。
The length of the protruding
マイクロ波の波長λgは光速をc、マイクロ波の周波数をTとすると、次式のように表される。
λg=cT (1)
The wavelength λg of the microwave is expressed by the following equation, where c is the speed of light and T is the frequency of the microwave.
λg = cT (1)
したがって、例えば、真空中(ε=1)でマイクロ波の周波数Tが3GHzの場合、マイクロ波の波長λg=100mmとなる。よって、突出導波管52bの長さは50mm以上に設定されるとよい。また、誘電率を大きくすると波長λgが短くなり、定在波MS0の間隔が短くなることで、軸方向の導電体被処理物W0の充填密度を上げることができる。
Therefore, for example, when the microwave frequency T is 3 GHz in a vacuum (ε = 1), the wavelength λg of the microwave is 100 mm. Therefore, the length of the protruding
突出導波管52bは終端部に気密蓋52eを備え、チャンバー1内のガスが突出導波管52b内に進入するのを防止している。また、例えば気密蓋52eが導電体であると導電性を有するので、下から上に向かって伝播するマイクロ波が気密蓋52eで反射される。その結果、定在波MS0の腹の位置が軸方向に変動することが抑制される。なお、気密蓋52eは省略されてもよい。
The protruding
突出導波管52bのコアに配置されるパイプ状導電体アンテナ52cは同軸導波管のアンテナとして作用しマイクロ波を伝播させる。これによりマイクロ波の減衰が抑制される。また、本実施形態では、パイプ状導電体アンテナ52c内に空気が導入されるので、パイプ状導電体アンテナ52c及び突出導波管52bの温度上昇を抑制することができる。なお、パイプ状導電体アンテナ52cは棒状導電体アンテナでもよいし、省略されてもよい。
The pipe-shaped
マイクロ波取り出し部6は、マイクロ波の定在波MS0の腹を望む突出導波管52bの管壁(外周壁)52b0に開口するマイクロ波取り出し穴52b1に設置される断面コの字状誘電体窓部材61と誘電体窓部材61を覆う導電性スカート62とを備えている。一端部が導電性保持治具9に保持された被処理物Woの他端側が誘電体窓部材61に挿入されている(図3参照)。誘電体窓部材61は例えば石英などである。
The
本実施形態では、負電圧印加部7から被処理物W0に電力を供給するチャンバー1と絶縁されている保持治具9を設けている。
In the present embodiment, a holding
マイクロ波発振器4は、例えば、周波数2.45GHz(波長120mm)、50Wのマイクロ波を発振する。
The
マイクロ波発振器4から発振されたマイクロ波は、マイクロ波整合器8で基部導波管51を導波するように整合される。基部導波管51を伝播するマイクロ波は底部連結導波管52aを伝播して突出導波管52bに伝播して定在波MS0を作る。本実施形態のマイクロ波プラズマ表面波励起成膜装置では、突出導波管52bの長さが1.5λg(=1.5×120mm=180mm)であるので、図1に示すように定在波MS0の腹が縦方向に3個できる。
Microwaves oscillated from the
マイクロ波取り出し穴52b1は、マイクロ波の定在波MS0の腹を望む突出導波管52bの管壁に開口しており、マイクロ波取り出し部6で電界強度が最大のマイクロ波が突出導波管52bの軸方向と交差する方向(径方向)に取り出される。
The
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、マイクロ波の腹が上下方向(突出導波管52bの軸方向)に3個できるので、マイクロ波取り出し部6を上下方向(軸方向)に3個配置することができる。マイクロ波取り出し部6は周方向に多数配置することができ、本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、図2に示すように、90度毎に配置されている。したがって、マイクロ波取り出し部6が合計12個配置されており、被処理物Woを12個一度に処理することができる。
In the microwave surface wave-excited plasma film forming apparatus of this embodiment, since three microwave antinodes can be formed in the vertical direction (the axial direction of the protruding
原料ガス供給部2は、チャンバー1の内部に原料ガス、不活性ガス及び水素ガスを供給する。原料ガスとしては、例えば、DLC原料ガスとして、例えば、TMS(テトラメチルシラン:Si(CH3)4)及びメタン(CH4)を用いる。不活性ガスとしては、アルゴン(Ar)を用いる。なお、この場合、O2はカットされる。ガス排出部3は、図略の真空ポンプと接続されていて、チャンバー1の内部のガスをチャンバー1の外部に排出する。原料ガスとしては、DLC以外の成分の被膜を形成するガスでもよい。 The source gas supply unit 2 supplies source gas, inert gas, and hydrogen gas into the chamber 1. As the source gas, for example, TMS (tetramethylsilane: Si (CH 3 ) 4 ) and methane (CH 4 ) are used as the DLC source gas. Argon (Ar) is used as the inert gas. In this case, O 2 is cut. The gas discharge unit 3 is connected to a vacuum pump (not shown), and discharges the gas inside the chamber 1 to the outside of the chamber 1. The source gas may be a gas that forms a film of a component other than DLC.
負電圧印加部7は、導電体被処理物W0にチャンバー1と絶縁された導電体保持治具9を介して負のパルス電圧を印加する。負電圧印加部7は、印加電圧を例えば、0Vから−500Vに変化させ、その後、−500Vから0Vまで変化させ、これを500Hzの周期で繰り返す。負に帯電した被処理物W0の表面近傍にシース層が形成される。導電体被処理物W0に印加される電圧は−500Vに限定されない。シース層が形成される電圧であればよい。シース層は、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比誘電率ε〜1の層である。印加する負電圧の絶対値を大きくすることにより、シース層の厚さを大きくすることができる。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。
The negative
(実施形態2)
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、突出導波管が一部空気以外の誘電体(例えば石英)で満たされる点が実施形態1のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置と大きく異なる。同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 2)
The microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of the present embodiment is the same as the microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of the first embodiment in that the protruding waveguide is partially filled with a dielectric (for example, quartz) other than air. to differ greatly. The same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、図4に示すように、突出導波管52bの中に誘電体製の筒状体52dを備えている。誘電体は例えば石英であり、石英筒状体52dの中にパイプ状導電体52cが配置されている。
As shown in FIG. 4, the microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus of this embodiment includes a
筒状体52dの中を伝播するマイクロ波の波長λgは筒状体52dの誘電率の√に反比例して短くなる。したがって、突出導波管52bの長さが実施形態1のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置と同じでもマイクロ波の定在波MS0の腹が軸方向に多数できる。その結果、本実施形態のマイクロ波プラズマ表面波励起成膜装置では、実施形態1のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置より多くの被処理物Woを同時に処理することができる。
The wavelength λg of the microwave propagating through the
マイクロ波取り出し部6Aは、図5に示すように、マイクロ波の定在波MS0の腹を望む位置の突出導波管52bの管壁52b0に開口した開口部6A1と筒状体52dに形成された凹部6A2を有している。凹部6A2には板状の被処理物Woの端部が嵌合される。
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置では、突出導波管52bの中に誘電体製の筒状体52dを備えているので、突出導波管52bを伝播するマイクロ波の波長が短くなり、突出導波管52bの長さが同じなら定在波MS0の腹が多くでき、それだけ多くの被処理物Woを同時に処理することができる。突出導波管52bの長さが短くても被処理物Woの数を減らす必要がない。突出導波管52bの長さが短い場合、チャンバー1も小さくでき、マイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置を小型化することができる。
In the microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus of this embodiment, since the
(実施形態3)
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、マイクロ波取り出し部と被処理物が実施形態2のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置と大きく異なる。同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
(Embodiment 3)
The microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of this embodiment is greatly different from the microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of Embodiment 2 in the microwave extraction part and the object to be processed. The same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、図6に示すように、マイクロ波取り出し部6Bがストリップラインである。ストリップライン6Bの一端部がマイクロ波の定在波MS0の腹を望む位置の突出導波管52bの管壁に開口した開口部6A1に挿入され、挿入端部が誘電体製の筒状体52dの外周に当接する。ストリップライン6Bの他端部はドーナツ盤状被処理物W1の内周面に当接する(図7参照)。
In the microwave surface wave excitation plasma film-forming apparatus of this embodiment, as shown in FIG. 6, the
ストリップライン6Bは、両外側金属片6B1と帯状誘電体6B2で隔てられた中央導体板伝送線路6B3を備えている。ストリップライン6Bのインピーダンスを突出導波管52bのインピーダンスとマッチングさせることで、取り出したマイクロ波の定在波MS1を効率よく立たせることができる。
ストリップライン6Bは、図7に示すように、誘電体製の筒状体52dの外周に45度毎に計8個配置されている。したがって、ドーナツ盤状被処理物W1に均一に成膜することができる。
As shown in FIG. 7, a total of eight
ストリップライン6Bを誘電体製の筒状体52dの外周に配置することでドーナツ盤状被処理物W1を一層均一に成膜処理することができる。
(実施形態4)
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、マイクロ波取り出し部と被処理物が実施形態3のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置と大きく異なる。同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。図8は、本実施形態に係るマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置の要部片断面図である。
(Embodiment 4)
The microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of this embodiment is greatly different from the microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of Embodiment 3 in the microwave extraction part and the object to be processed. The same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 8 is a fragmentary cross-sectional view of the main part of the microwave surface wave excitation plasma deposition apparatus according to the present embodiment.
本実施形態に係るマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置のマイクロ波取り出し部6Dは、マイクロ波の伝播方向を90度前後変える同軸導波管である。同軸導波管6Dの一端部がマイクロ波の定在波MS0の腹を望む位置の突出導波管52bの管壁52b0に開口した開口部6A1に挿入され、他端部に筒状被処理物W2が載置されている。
The
同軸導波管6Dは、例えば鉄製の導波管6D1のコアに導電体6D2と石英などの誘電体6D3を配設してなり、導電体6D2の長さを下記のように最適化することで、取り出したマイクロ波の定在波MS2を効率よく立たせることができる。
The
本実施形態の同軸導波管6Dは、水平部から上方に45°折れ曲がり、さらに45°折れ曲がって鉛直方向に延び、拡径テーパ部になる。コア導電体6D2の水平部の長さをL1、45°折れ曲がり部の長さをL2、鉛直部の長さをL3、テーパ部の長さをL4とする(図11参照)。各部の長さL1、L2、L3、L4をn(λg/4)に等しくすることで、取り出したマイクロ波の定在波MS2を効率よく立たせることができる。ここで、λgは同軸導波管6cを伝播するマイクロ波の波長、nは正の整数で、n=1,2,3,・・・である。
The
筒状被処理物W2が載置される同軸導波管6Dの他端部は、拡径テーパ状をしているので、マイクロ波を筒状被処理物W2に効率よく伝播させることができる。
The other end of the
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、同軸導波管からなるマイクロ波取り出し部6Dが突出導波管52bの外周壁(管壁)に左右対称に配置されているので、二つの筒状被処理物W2に同時成膜することができる。
In the microwave surface wave-excited plasma film forming apparatus of this embodiment, the
例えば、同軸導波管からなるマイクロ波取り出し部6Dを前後方向にも配置すれば、四つの筒状被処理物W2に同時成膜することができる。
For example, it is possible to simultaneously deposit a
(実施形態5)
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置は、マイクロ波取り出し部が実施形態4のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置と大きく異なる。同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。図10は、本実施形態に係るマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置の要部片断面図である。
(Embodiment 5)
The microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of this embodiment is greatly different from the microwave surface wave excited plasma film forming apparatus of
本実施形態に係るマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置のマイクロ波取り出し部6Eは、ストリップライン6e1と同軸導波管6e2とを備えている。
ストリップライン6e1は、両外側金属片6e11と帯状誘電体6e12で隔てられた中央導体板伝送線路6e13を備えており、一端部が金属片6e11で覆われていない開放端を形成している。 The strip line 6e 1 includes a central conductor plate transmission line 6e 13 separated by both outer metal pieces 6e 11 and a strip-like dielectric 6e 12 , and forms an open end whose one end is not covered with the metal piece 6e 11. are doing.
ストリップライン6e1は突出導波管52bの径方向に延在するように前記開放端がマイクロ波の定在波MS0の腹を望む位置の突出導波管52bの管壁52b0に開口した開口部6A1に挿入され、挿入端部が誘電体製の筒状体52dの外周に当接している。中央導体板伝送線路6e13の長さLは、次式を満たすとよい。
L=(λg/4)×n (2)
ここで、λgはストリップライン6e1を伝播するマイクロ波の波長、nは正の整数で、n=1,2,3,・・・である。
The strip line 6e 1 extends in the radial direction of the protruding
L = (λg / 4) × n (2)
Here, λg is the wavelength of the microwave propagating through the stripline 6e 1 , n is a positive integer, and n = 1, 2, 3,.
中央導体板伝送線路6e13の長さLが(2)式を満たすと、定在波MS1を安定して立たせることができる。 When the length L of the center conductor plate transmission line 6e 13 satisfies the expression (2), the standing wave MS 1 can be stably stood up.
同軸導波管6e2は、例えば鉄製の導波管6e21のコアに導電体6e22を配設してなり、一端部の形状はストレートで他端部の形状が拡径テーパ状である。 The coaxial waveguide 6e 2 includes, for example, a conductor 6e 22 disposed in the core of an iron waveguide 6e 21 , and one end portion is straight and the other end portion is a diameter-expanding tapered shape.
同軸導波管6e2の一端部は、ストリップライン6e1中を伝播するマイクロ波の定在波MS1の腹を望む位置の金属片6e11に開口した開口部6e110の口に当接して同軸導波管6e2が起立する。拡径テーパ状の他端部には筒状被処理物W2が載置される。 One end of the coaxial waveguide 6e 2 is in contact with the mouth of the opening 6e 110 opened in the metal piece 6e 11 at a position where the antinode of the microwave standing wave MS 1 propagating in the strip line 6e 1 is desired. The coaxial waveguide 6e 2 stands up. The diameter tapered at the other end a cylindrical object to be processed W 2 is placed.
本実施形態のマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置ではストリップラインを配置させることで同軸導波管を90度前後曲げることなく筒状被処理物W2へ伝播させることができるため安価に製作することがきる。 Manufactured at low cost since it is possible to propagate to the tubular object to be processed W 2 without bending the coaxial waveguide 90 degrees back and forth thereby placing the stripline microwave surface wave excitation plasma film forming apparatus of this embodiment I can do it.
1・・・・・・・・・・・チャンバー
2・・・・・・・・・・・原料ガス供給部
3・・・・・・・・・・・ガス排出部
4・・・・・・・・・・・マイクロ波発振器
5・・・・・・・・・・・導波管
52b・・・・・・・・突出導波管
52b0・・・・・・管壁
52c・・・・・・・・導電体アンテナ
52d・・・・・・・・誘電体(筒状誘電体、石英筒)
52e・・・・・・・・導電性気密蓋
6、6A・・・・・・・・マイクロ波取り出し部
6B・・・・・・・・・・マイクロ波取り出し部(ストリップライン)
6D・・・・・・・・・・マイクロ波取り出し部(同軸導波管)
6E・・・・・・・・・・マイクロ波取り出し部(ストリップライン+同軸導波管)
7・・・・・・・・・・・負電圧印加部
9・・・・・・・・・・・空気冷却部
W0、W1、W2・・・・・導電性被処理物
MS0、MS1、MS2・・マイクロ波の定在波
1 ... Chamber 2 ... Raw material gas supply unit 3 ...
52e: Conductive
6D ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Microwave extraction part (coaxial waveguide)
6E ... Microwave extraction part (strip line + coaxial waveguide)
7 ·········· Negative
Claims (11)
前記導波管は前記チャンバー内に突出する突出導波管を備え、前記突出導波管は少なくとも前記マイクロ波の半波長より長く、
前記マイクロ波取り出し部は前記突出導波管の内部空間に形成される前記マイクロ波の定在波の腹を望む前記突出導波管の管壁に配設されているマイクロ波表面波励起プラズマ成膜装置。 A chamber, a source gas supply unit for supplying source gas into the chamber, a gas discharge unit for discharging the gas in the chamber, a microwave oscillator for generating microwaves, and a microwave generated by the microwave oscillator A waveguide for propagating the inside of the chamber, a microwave extraction section for extracting the microwave from the waveguide and propagating it to a conductor workpiece disposed in the chamber, and the conductor workpiece A negative voltage application section for applying a negative bias voltage to the surface, and forming the coating film derived from the source gas on the surface of the conductor object by plasma-forming the source gas with the microwave An excited plasma deposition apparatus,
The waveguide comprises a protruding waveguide protruding into the chamber, the protruding waveguide being at least longer than a half wavelength of the microwave;
The microwave extraction portion is a microwave surface wave excitation plasma component disposed on a tube wall of the protruding waveguide that is desired to have an antinode of the standing wave of the microwave formed in an internal space of the protruding waveguide. Membrane device.
The microwave surface wave-excited plasma film forming apparatus according to claim 10 , wherein the extraction coaxial waveguide includes a diameter-expanding taper portion coupled to the conductor workpiece.
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