JPH0686663B2 - マイクロ波プラズマによる膜形成装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマによる膜形成装置Info
- Publication number
- JPH0686663B2 JPH0686663B2 JP872983A JP872983A JPH0686663B2 JP H0686663 B2 JPH0686663 B2 JP H0686663B2 JP 872983 A JP872983 A JP 872983A JP 872983 A JP872983 A JP 872983A JP H0686663 B2 JPH0686663 B2 JP H0686663B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- film forming
- magnetic field
- plasma
- forming apparatus
- Prior art date
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
- H01J37/32192—Microwave generated discharge
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はマイクロ波放電プラズマを利用した膜形成装置
の改良に係り、特に、ラジカル粒子を有効に利用して高
速の膜形成を行うのに好適なマイクロ波プラズマによる
膜形成装置に関する。
の改良に係り、特に、ラジカル粒子を有効に利用して高
速の膜形成を行うのに好適なマイクロ波プラズマによる
膜形成装置に関する。
従来技術を第１図に従つて説明する。第１図において、
従来のマイクロ波Ｗによる放電プラズマを利用した膜形
成装置では、プラズマ生成部10で発生した試料ガスＧの
プラズマは、これと直結した高温炉３内に置かれた試料
基板４に照射されていた。このため、プラズマ生成部10
と試料基板４との距離は一般に、石英管（高融点酸化物
円筒の一例）５の口径の10倍以上もあつた。一般に、膜
形成、例えば硬質カーボン膜を生成するには、基板４を
700〜1000℃程度に加熱し、これにCnHm系試料ガスＧの
プラズマ、或いは（CnHm＋H2）混合ガスのプラズマを基
板４に照射させれば良いことは良く知られている。第１
図に示したマイクロ波放電を利用した膜形成装置は、他
の膜形成装置（例えばCVD装置）に対し、低ガス圧で高
密度プラズマが無電極方式で発生できるため、硬質カー
ボン膜生成にあたつては、ガス使用量が少なく、高速か
つ高質の膜形成が可能である。
従来のマイクロ波Ｗによる放電プラズマを利用した膜形
成装置では、プラズマ生成部10で発生した試料ガスＧの
プラズマは、これと直結した高温炉３内に置かれた試料
基板４に照射されていた。このため、プラズマ生成部10
と試料基板４との距離は一般に、石英管（高融点酸化物
円筒の一例）５の口径の10倍以上もあつた。一般に、膜
形成、例えば硬質カーボン膜を生成するには、基板４を
700〜1000℃程度に加熱し、これにCnHm系試料ガスＧの
プラズマ、或いは（CnHm＋H2）混合ガスのプラズマを基
板４に照射させれば良いことは良く知られている。第１
図に示したマイクロ波放電を利用した膜形成装置は、他
の膜形成装置（例えばCVD装置）に対し、低ガス圧で高
密度プラズマが無電極方式で発生できるため、硬質カー
ボン膜生成にあたつては、ガス使用量が少なく、高速か
つ高質の膜形成が可能である。
一方、最近の研究結果から、プラズマ中の中性ラジカル
粒子が膜形成のスピードを始めとしてその生成機構に大
きく寄与しており、多量のラジカル粒子を有効に利用す
れば良質の膜が高速に生成できることがわかつてきた。
例えば、硬質カーボン膜形成の場合、基板４上に堆積し
たカーボンのうち、結合の弱いカーボン原子は水素ラジ
カル粒子と反応して除去されるため、基板４には結合力
の強いカーボン膜、即ちダイヤモンド等が析出される。
第１図に示した従来例では、プラズマ発生領域10で生成
されたラジカル粒子を、石英管５の10倍もの距離にわた
つて、イオンや中性ガス分子と衝突せず輸送させるた
め、ガス圧を下げ、いわゆる平均自由行程を長くする必
要があつた。しかしながら、一般に、ラジカル粒子数は
圧力に比例して増加する。従つて、従来の第１図に示し
た装置でガス圧を上げても、輸送距離が長いためにラジ
カル粒子はイオン、残留ガスと衝突してしまい、基板４
に達するラジカル粒子数が増えなかつた。このため、膜
形成速度は、動作圧の10‐4Torr（1.3×10‐2Pa）台に
応じたラジカル生成量で制限され、従来例の第１図では
CVD法と同等か、それよりやや高い数1000／分の値に
抑えられていた。
粒子が膜形成のスピードを始めとしてその生成機構に大
きく寄与しており、多量のラジカル粒子を有効に利用す
れば良質の膜が高速に生成できることがわかつてきた。
例えば、硬質カーボン膜形成の場合、基板４上に堆積し
たカーボンのうち、結合の弱いカーボン原子は水素ラジ
カル粒子と反応して除去されるため、基板４には結合力
の強いカーボン膜、即ちダイヤモンド等が析出される。
第１図に示した従来例では、プラズマ発生領域10で生成
されたラジカル粒子を、石英管５の10倍もの距離にわた
つて、イオンや中性ガス分子と衝突せず輸送させるた
め、ガス圧を下げ、いわゆる平均自由行程を長くする必
要があつた。しかしながら、一般に、ラジカル粒子数は
圧力に比例して増加する。従つて、従来の第１図に示し
た装置でガス圧を上げても、輸送距離が長いためにラジ
カル粒子はイオン、残留ガスと衝突してしまい、基板４
に達するラジカル粒子数が増えなかつた。このため、膜
形成速度は、動作圧の10‐4Torr（1.3×10‐2Pa）台に
応じたラジカル生成量で制限され、従来例の第１図では
CVD法と同等か、それよりやや高い数1000／分の値に
抑えられていた。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とす
るところは、高いガス圧力下で発生する中性ラジカルを
有効に利用できる高性能なマイクロ波プラズマによる膜
形成装置を提供するにある。
るところは、高いガス圧力下で発生する中性ラジカルを
有効に利用できる高性能なマイクロ波プラズマによる膜
形成装置を提供するにある。
一般に、ラジカル粒子は反応性が高いため、イオンや中
性粒子との一回衝突で別の分子種になる。
性粒子との一回衝突で別の分子種になる。
中性ラジカル粒子を損失なく輸送するには、基板をプラ
ズマ生成部（同時にラジカル生成部でもある）に置く装
置構成が必要である。
ズマ生成部（同時にラジカル生成部でもある）に置く装
置構成が必要である。
そこで、本発明は、試料基板を円筒の端面から円筒口径
の３倍の距離の範囲内に設置し、試料基板をプラズマ発
生部に持ち込むようにしたものである。
の３倍の距離の範囲内に設置し、試料基板をプラズマ発
生部に持ち込むようにしたものである。
〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。第２
図において、基板４は加熱台８の上に設置して、石英管
５の端面からその口径分だけ離れた位置に置かれる。試
料ガスは、導入パイプ７によつて、石英管５内に導入さ
れる。第２図において、石英管５の端面位置は、磁界コ
イル２の中央部分（磁界強度最大位置）に一致するよう
に構成される。これはいわゆるVB加速によるプラズマ粒
子流が石英管５の端面をたたき、端面の機械的破損を引
き起すことを防ぐためである。従つて、プラズマは、第
１図中、磁場コイル２の中央部分、即ち石英管５の端面
から右側部分で発生する。試料４の加熱板８は、ヒータ
ーをセラミツクスでコーテイングしたものを利用した。
これは、プラズマ中では電子線加熱が使えないこと、ま
た、セラミツクス表面は耐高温性に優れ、プラズマとの
相互作用による表面からの不純物発生が少なく、雰囲気
を高純度に保てるからである。
図において、基板４は加熱台８の上に設置して、石英管
５の端面からその口径分だけ離れた位置に置かれる。試
料ガスは、導入パイプ７によつて、石英管５内に導入さ
れる。第２図において、石英管５の端面位置は、磁界コ
イル２の中央部分（磁界強度最大位置）に一致するよう
に構成される。これはいわゆるVB加速によるプラズマ粒
子流が石英管５の端面をたたき、端面の機械的破損を引
き起すことを防ぐためである。従つて、プラズマは、第
１図中、磁場コイル２の中央部分、即ち石英管５の端面
から右側部分で発生する。試料４の加熱板８は、ヒータ
ーをセラミツクスでコーテイングしたものを利用した。
これは、プラズマ中では電子線加熱が使えないこと、ま
た、セラミツクス表面は耐高温性に優れ、プラズマとの
相互作用による表面からの不純物発生が少なく、雰囲気
を高純度に保てるからである。
第２図において、ガスとして（CH4＋H2）混合ガス（CH4
濃度５〜30％）を使い、シリコン基板４の温度700〜100
0℃，ガス圧0.1〜10‐3Torr（13〜0.1Pa）の範囲で硬質
カーボン膜を従来値の数倍の値で堆積できた。また、基
板４の位置を石英管５の端面から遠ざけるに伴い、膜成
長速度の減少がみられた。この結果、試料基板４の設置
位置はプラズマ発生部かその近傍であることが必要であ
る。換言するならば、試料基板４は石英管５の端面から
石英管５の口径の３倍の距離の範囲内であることが必要
とされる。
濃度５〜30％）を使い、シリコン基板４の温度700〜100
0℃，ガス圧0.1〜10‐3Torr（13〜0.1Pa）の範囲で硬質
カーボン膜を従来値の数倍の値で堆積できた。また、基
板４の位置を石英管５の端面から遠ざけるに伴い、膜成
長速度の減少がみられた。この結果、試料基板４の設置
位置はプラズマ発生部かその近傍であることが必要であ
る。換言するならば、試料基板４は石英管５の端面から
石英管５の口径の３倍の距離の範囲内であることが必要
とされる。
第３図は本発明の他の実施例を示すものである。即ち、
本実施例ではマイクロ波プラズマ発生部分に、高温加熱
した基板４を置く装置構成として、高温炉３の内部に石
英管５をおき、かつ石英管５の端面位置を、高温炉３の
外側に巻かれた磁界コイル２の最大磁界強度位置に一致
させる。また、第３図においては、炉内はメッシュ状の
導波管１′を用いた。これは導波管１を炉３内に直接、
持ち込むと、基板４の輻射による加熱効率が劣化するか
らである。即ち、導波管１は熱遮蔽の効果をもたらして
基板４の昇温の効率を低化させるからである。第３図の
変形例では温度コントロール第２図の例に比べ精密、か
つ一様にできるため、生成した膜質は第２図による膜に
比べ結晶性などが良く、制御性に優れることがわかつ
た。
本実施例ではマイクロ波プラズマ発生部分に、高温加熱
した基板４を置く装置構成として、高温炉３の内部に石
英管５をおき、かつ石英管５の端面位置を、高温炉３の
外側に巻かれた磁界コイル２の最大磁界強度位置に一致
させる。また、第３図においては、炉内はメッシュ状の
導波管１′を用いた。これは導波管１を炉３内に直接、
持ち込むと、基板４の輻射による加熱効率が劣化するか
らである。即ち、導波管１は熱遮蔽の効果をもたらして
基板４の昇温の効率を低化させるからである。第３図の
変形例では温度コントロール第２図の例に比べ精密、か
つ一様にできるため、生成した膜質は第２図による膜に
比べ結晶性などが良く、制御性に優れることがわかつ
た。
第２図、第３図において、ガス圧は従来のCVD装置に比
べ一桁は低く、しかも膜生成速度は従来値より高い。使
用したガス圧範囲は平均自由行程に換算して数cm〜数mm
であるが、基板がその生成領域に置かれたため、中性ラ
ジカル粒子が有効に基板に輸送でき、結果的に高速の膜
生成速度が得られた。
べ一桁は低く、しかも膜生成速度は従来値より高い。使
用したガス圧範囲は平均自由行程に換算して数cm〜数mm
であるが、基板がその生成領域に置かれたため、中性ラ
ジカル粒子が有効に基板に輸送でき、結果的に高速の膜
生成速度が得られた。
このような本発明の実施例によれば、基板をプラズマ発
生部又は発生部近傍に置くことにより、高圧雰囲気下の
マイクロ波放電で生成する多量の中性ラジカル粒子を有
効に利用でき、従来にない高品質、高速の膜生成速度が
得られ、実用に供しその効果は著しく大である。
生部又は発生部近傍に置くことにより、高圧雰囲気下の
マイクロ波放電で生成する多量の中性ラジカル粒子を有
効に利用でき、従来にない高品質、高速の膜生成速度が
得られ、実用に供しその効果は著しく大である。
以上説明した本発明によれば、高いガス圧力下で発生す
る中性ラジカルを有効に利用できる高性能なマイクロ波
プラズマによる膜形成装置を得ることができる。
る中性ラジカルを有効に利用できる高性能なマイクロ波
プラズマによる膜形成装置を得ることができる。
第１図は従来のマイクロ波プラズマによる膜形成装置を
示す基本構成図、第２図は本発明のマイクロ波プラズマ
による膜形成装置の一実施例を示す基本構成図、第３図
は本発明の他の実施例を示す基本構成図である。 1,1′……導波管、２……ソレノイドコイル、３……高
温炉、４……基板、５……石英管、６……真空排気装
置、７……ガス導入パイプ、８……加熱板、10……プラ
ズマ生成領域。
示す基本構成図、第２図は本発明のマイクロ波プラズマ
による膜形成装置の一実施例を示す基本構成図、第３図
は本発明の他の実施例を示す基本構成図である。 1,1′……導波管、２……ソレノイドコイル、３……高
温炉、４……基板、５……石英管、６……真空排気装
置、７……ガス導入パイプ、８……加熱板、10……プラ
ズマ生成領域。
Claims (3)
- 【請求項１】マイクロ波を伝播させる導波管内部に置か
れた高融点絶縁物製の円筒と、該円筒に試料ガスを導入
するためのガス導入機構と、上記円筒を真空引きするた
めの排気装置と、上記マイクロ波の伝播方向と平行な方
向に磁界を印加するための磁界発生手段と、該磁界発生
手段の磁界とマイクロ波電界との相互作用により発生す
るプラズマが照射されて膜が形成される試料基板とを備
えたマイクロ波プラズマによる膜形成装置において、上
記試料基板を加熱するための加熱手段を備え、かつ、上
記試料基板を上記円筒の端面から円筒口径の３倍の距離
の範囲内に設置してなることを特徴とするマイクロ波プ
ラズマによる膜形成装置。 - 【請求項２】上記円筒の端面は、上記磁界発生手段によ
る磁界最大強度位置にあることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載のマイクロ波プラズマによる膜形成装
置。 - 【請求項３】上記円筒を高温炉の中に置くと共に、上記
高温炉部分に位置する上記導波管を網状にしてなること
を特徴とする特許請求の範囲第１項、又は第２項記載の
マイクロ波プラズマによる膜形成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP872983A JPH0686663B2 (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP872983A JPH0686663B2 (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1180359A Division JPH0627346B2 (ja) | 1989-07-14 | 1989-07-14 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置、及びその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59136130A JPS59136130A (ja) | 1984-08-04 |
| JPH0686663B2 true JPH0686663B2 (ja) | 1994-11-02 |
Family
ID=11701035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP872983A Expired - Lifetime JPH0686663B2 (ja) | 1983-01-24 | 1983-01-24 | マイクロ波プラズマによる膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686663B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63217620A (ja) * | 1987-03-06 | 1988-09-09 | Hitachi Ltd | プラズマ処理装置 |
| US5433788A (en) * | 1987-01-19 | 1995-07-18 | Hitachi, Ltd. | Apparatus for plasma treatment using electron cyclotron resonance |
| US4926791A (en) | 1987-04-27 | 1990-05-22 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Microwave plasma apparatus employing helmholtz coils and ioffe bars |
| JP2719929B2 (ja) * | 1988-07-25 | 1998-02-25 | 電気興業株式会社 | マイクロ波プラズマｃｖｄ法によるダイヤモンド膜合成装置 |
| JP2715277B2 (ja) * | 1995-08-28 | 1998-02-18 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 薄膜形成装置 |
| GB2397782B (en) * | 2002-03-13 | 2006-04-12 | Gopalakrishnan Srinivasan | Process and synthesizer for molecular engineering and synthesis of materials |
-
1983
- 1983-01-24 JP JP872983A patent/JPH0686663B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59136130A (ja) | 1984-08-04 |
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