JPH09120899A - プラズマ製作のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】基質上の沈積の均質度を改善することができ
る、プラズマの作製のための装置または方法を提供す
る。 【解決手段】高周波電磁波、例えばマイクロ波により、
特に基質（１）の被覆のためのモノマーのプラズマ重合
のために、真空室（５）において基質（１）の処理のた
めのプラズマを作製するための装置と方法において、電
磁波が一つの源泉、例えばマイクロ波発電機（２）から
反応室（８）へ接続され、そこでプラズマがプラズマ域
（１０）において点火される場合、基質（１）を含む被
覆域（１８）が真空室（５）において電磁波の接続方向
に直角方向に、反応室（８）にあるプラズマ域（１０）
と並んで配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は請求項１または９
の前提部に従った、高周波電磁波による真空室での基質
処理のためのプラズマの製作に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】このよ
うな装置はプラズマ処理のために、あるいは例えばプラ
ズマ重合体層、硬質層などのような層の分離のために使
用することができる。

【０００３】プラズマ重合においてはプラズマの励起の
ために、マイクロ波や下方メガヘルツ領域にある無線周
波数放射も使用することができる。工業的応用にはしか
し、はるかに高くまたこのため工業的に重要な分離率の
ために、マイクロ波励起が普及している。マイクロ波は
しかし、その波長が被覆される工作物の寸法の規模によ
って決定されるという欠点を有している（２．４５GHz
では波長は約１２cmとなる）。したがって大面積の均質
なプラズマ（またこれと結びついて層厚さと層化学の観
点から均質なプラズマは）を得ることは極めて困難であ
る。したがって種々な開発作業がプラズマ均質化と取り
組んできた： ・マイクロ波と高周波励起の組み合わせにより改善を得
ようとする試みがすでに行われた。しかしこれでは従
来、単に直径１５cmまでの基質のための反応装置しか実
現されなかった。

【０００４】・マイクロ波プラズマを別の電界または磁
界を用いて安定し均質化する別の試みは、電子／サイク
ロトン−共鳴の利用である（ＤＥ−４１ ３６ ２９７
Ａ）。ただしこの効果は極めて低い圧力領域でしか使用
できない。このような僅かな圧力領域ではしかし、大型
ポンプのための費用や、あり得る真空漏れのためにプロ
セス安全性に問題がある。

【０００５】・均質なプラズマを製作する別の可能性
は、小さいプラズマ源の並列、またラッパ放射器による
マイクロ波域の拡大である。ただしこれまで、この方法
では未だ実用に耐える大面積の被覆は達成されなかっ
た。

【０００６】・いわゆる”Slow-wave-structure ”（Ｄ
Ｅ ３１ ４７ ９８６ Ａ）を用いる導波路からのマ
イクロ波放射の分離も可能である。この場合、マイクロ
波放射が導波路の幅側からスリットを通じて分離され
る。

【０００７】Slow-wave-structure 分離は個別のアンテ
ナでも代えることができる。しかしこの方法によっては
十分な均質性をもつ大面積のプラズマは達成できなかっ
た。のみならずこれらのすべての方法の場合、基質はマ
イクロ波放射の内部にあり、このため放射線に敏感な材
料、例えばポリラクチドは被覆または処理することがで
きない。

【０００８】マイクロ波プラズマの均質化のための処置
は、ＤＥ ４１ ３２ ５５６Ａ、ＤＤ ２６３ ６４
８ ＡおよびＤＥ ４１ ２６ ２１６ Ａから既知で
ある。

【０００９】この発明の根底となる課題は、これを用い
て基質上の沈積の均質度を改善することができる、プラ
ズマの作製のための装置または方法を記載することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題の解決には請求
項１または９の特徴が役立つ。

【００１１】この発明において有利な方法で考えられて
いるのは、基質を含む被覆域が、真空室の中で電磁波の
接続方向に直角に、反応室の中にあるプラズマ域と並ん
で配置されていることである。

【００１２】主要な利点は、基質がプラズマ域の外部に
配置されており、プラズマ反応製品によってしか達せら
れないことにある。基質は電磁波の放射の外部にあり、
このため放射線に敏感な工作物も被覆することができ
る。

【００１３】この発明は高度に再生可能な層厚さでの基
質の均質な被覆を可能とする。

【００１４】この発明による装置の簡単な構造は、容易
な清掃を可能とするため、停止時間を僅かにすることが
できる。

【００１５】有利なことにプラズマ域と並んで配置され
たガス供給装置が、電磁波の接続方向と直角に反応ガス
をプラズマ域を通って導くため、プラズマ反応製品が基
質の上へ流れる。このガスは反応室の中にあるプラズマ
域による圧力勾配のため、真空室へと流れ、そこで基質
に到達する。この流れによりプラズマ均質性は二次的な
意味をもつことになる。これは反応ガスが恐らくは種々
なプラズマ強度をもつ領域を通るため、活性化が平均化
されるためである。これによってマイクロ波均質性から
のガス供給の問題点の切り離しが行われ、プラズマ均質
性の問題は空間次元へと縮小される。

【００１６】この発明の有利な再構成においては、プラ
ズマ域の上方の反応室の中に、ガス流をコントロールす
る手段が設けられる。このコントロール手段は、基質に
向けられたスロット状の流れ断面積縮小部を形成してい
る。コントロール手段として、例えば電磁波の接続方向
と直角に走り、その位置を調整可能なプレートが配置さ
れている。例えば硼珪酸塩ガラスからなるこのプレート
を用いて、ガス流れは流速と薄層状条件保護の観点から
影響を受ける。流れ管路の形態の変化は、圧力に関係な
く流速の変化を可能にする。

【００１７】反応室への電磁波の接続は、それ自体は公
知のアンテナ分離またはスリット分離の方途で行われ
る。この時、電磁波は波動発電機によって放出され、導
波路へと導かれる。導波路から次いで放射線はアンテナ
分離またはスリット分離により、半導体と均質化ホッパ
ーの間を均質化ホッパーへと導かれる。電磁波はマイク
ロ波を透過するが真空気密の窓、例えば石英ガラス板を
通って反応室に達し、そこでプラズマは発火してプラズ
マ域となる。

【００１８】これに代わり電磁波は、中に金属からなる
内部導体が走っている絶縁材料からなる、反応室中に突
起している案内導波路を用いて、反応室の中へ接続する
ことができ、この時、電磁波は波動発電機によって内部
導体に接続される。

【００１９】有利なことに電磁波の接続方向で、マイク
ロ波透過の真空気密窓の後に、容易に交換できるマイク
ロ波透過硼珪酸塩盤が配置されている。窓の水平配置の
場合、このような硼珪酸塩盤は固定せずに窓の上に乗せ
ることができる。このような好ましくは薄い硼珪酸塩盤
は安価であり、容易に交換し容易に清掃することがで
き、真空気密窓の汚れをほとんど防止する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施例の図面を用
いてさらに詳細に説明する。

【００２１】高周波電磁波により鋼製の真空室５の中の
基質１の被覆のためのプラズマ作製のための第１図に示
した装置は、マイクロ波気密の材料からなるケーシング
７を備えている。第１図はケーシング７の横断面図で、
主として真空室５と、真空室５の側方に配置され真空室
５は連結した好ましくは真鍮製の反応室８を囲んでい
る。

【００２２】第１図の実施例は、導波路３からのマイク
ロ波放射の分離が、スリット分離またはアンテナ分離に
よって行われる構造に関する。

【００２３】電磁波のための発電機２、例えばマイクロ
波発電機によって作製されたマイクロ波は、導波路へと
導かれる。この導波路から放射線は次に複数のスリット
１１を備えるスリット分離により、あるいはそれ自体は
公知のアンテナ分離によって、均質化ホッパー４へと導
かれる。この場合、分離の均質性は、後に説明するよう
に、被覆の均等性に関しては副次的な役割を演じる。マ
イクロ波はマイクロ波透過であるが真空気密の窓６、例
えば石英ガラス板を通って反応室８に達し、ここでプラ
ズマはプラズマ域１０の中で点火する。窓６の上にはマ
イクロ波透過の薄い硼珪酸塩盤１６を置くことができ、
これは容易に交換することができ、有利なコストで真空
気密窓６を汚れから保護する。除去することができる硼
珪酸塩盤１６は簡単な方法で清掃することができる。

【００２４】反応ガスは管状のガス供給装置１２から反
応室８へと導入される。管１２はプラズマ域１０の側方
にあり、有利なことにマイクロ波の接続方向に直角に配
置されているため、反応ガスはマイクロ波の接続方向と
直角にプラズマ域１０を通り基質１の上へと流れる。管
１２はこのために、単数または複数のプラズマ域１０に
向いた切欠き部、例えば穿孔１３またはスリット状の切
欠き部を備えている。反応ガスの流出方向はこの場合、
基質１の方向に向くように設定されている。有利なこと
に流れ方向は被覆される基質１の表面に直角に走ってい
る。

【００２５】プラズマ域１０の上方には反応室の中に、
高さと傾斜角度を調節することができる、例えば硼珪酸
塩ガラスからなるプレート１４が配置されている。高さ
は反応室８の下限からのプレート１４の距離によって調
節される。プレート１４の傾斜に関しては、プラズマ域
１０から流出するガス流が、速度と均等性に関して影響
されることがある。プレート１４の空いた末端での流れ
断面積を狭めることにより、ガス流は薄層状条件を高度
に保ちつつ均等化される。プラズマ域１０の前で管１２
を通り導入される反応ガスは、圧力勾配のためにプラズ
マ域１０を通り真空室５に流入し、ここで基質１に達す
る。プラズマ域１０を通りマイクロ波の接続方向に直角
な反応ガスの横流れは、プラズマ均質性に比較的僅かな
意味しかないことを可能とする。これはガスが種々なプ
ラズマ強度をもつ領域を通過するため、活性化が平均化
と、したがって均等化を得るためである。これによって
マイクロ波均質性からのガス供給の問題の切り離しが達
成される。プラズマ均質性の問題は空間次元に縮小され
る。重要なのは基質がマイクロ波放射の外側にあり、こ
れによって放射に敏感な工作物も被覆できることであ
る。

【００２６】プレート１４を用いた流れ管路の形態の簡
単な変更により、反応ガスの流れ速度を、プラズマ域１
０と被覆域１６との間の圧力に関係なく変化させること
ができる。

【００２７】この装置の簡単な構造は、チャージ交替時
の容易な清掃を可能とし、また中断時間を僅かに留め
る。

【００２８】第２図はスリット分離を備える１実施例に
おける、反応室８の部分切断した遠近法図を示す。この
ために導波路３と均質化ホッパー４との間に、幾つかの
スリット状の切欠き１１を備えるスリットスクリーン９
が設けられており、これはジグザグ状に前後して配置さ
れている。スリット分離により、反応室８へのマイクロ
波エネルギーの接続の比較的高い再生度が達成できる。

【００２９】第３図はＥＰ ００ ２６３ ６４８ Ａ
によるアンテナ分離を備える第２図に代わる実施例を示
す。導波路３と均質化ホッパー４との間には、アンテナ
プレート１５が配置されており、これは均質化ホッパー
４の中に突出し、導波路３に沿って並んで配置された複
数のアンテナ要素１７を備えている。

【００３０】真空ポンプ２０のための吸入接続部を備え
る真空室５は、第２と第３図の実施例ではフランジ１９
に真空気密に固定されており、このフランジは第１図と
第４図の略図には描かれていない。

【００３１】第４図に示す別の実施例においては、反応
室８への電磁波の接続が、ガス供給装置１２に平行に走
り、プラズマ域１０の中に配置された棒を用いて、案内
導波路２２と内部導線２４から行われる。案内導波路２
２は絶縁材からなっており、マイクロ波はマイクロ波発
電機２から金属からなる内部導線２４へと接続される。
この種の装置はＤＥ ４１ ３６ ２９７ Ａから公知
である。

【００３２】第５図は第４図の線Ｖ−Ｖに沿った横断面
図を示す。第５図からは、プレート１４が反応室８の全
幅と全長にわたり延びていることも明らかとなる。この
ことは示したすべての実施例に適用される。プレート１
４を用いて反応ガス、好ましくはヘキサメチルジシロク
サンの流れ速度を、０．５から１０ｍ／ｓ、好ましくは
１から３ｍ／ｓの間に調節することができる。

【００３３】好ましいのは２．４５GHzの周波数を用い
ることである。

【００３４】第６図は基質の縁からの距離に応じて、高
い再生度をもって達成できる層厚さを示す。このグラフ
はヘクサメチルジシロクサンを用いて、ポリカーボネイ
ト基質上での層厚さの均質性を示している。縁部には層
厚さの低下が生じる。

【００３５】被覆の間の基質上下運動により、被覆は二
つの次元に拡大することができる。

【００３６】この装置はその幅において、形態上または
軸に関する限定を受けないため、装置の対応する幅によ
り、任意に大きい基質を均質に被覆することができる。
この方法は極めて環境に易しく、これは有利にも法的制
限を受けない僅かな量の無毒のプロセスガスしか使用し
ないためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施例の横断面図である。

【図２】 スリット分離を備え真空室のない第１図の実
施例の遠近法図である。

【図３】 アンテナ分離の第１図による別の実施例を、
真空室なしで遠近法図で示したものである。

【図４】 反応室への電磁波の直接接続を有する実施例
の横断面図である。

【図５】 第４図の線Ｖ−Ｖに沿った断面図である。

【図６】 基質縁からの間隔に依存する層厚さの均質性
を示すグラフである。

【符号の説明】

１…基質 ２…マイクロ波発電機 ３…導波路 ４…ホッパー ５…真空室 ６…窓 ８…反応室 １０…プラズマ域 １４…プレート １８…被覆域 ２２…案内導波路 ２４…内部導線

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波電磁波、例えばマイクロ波、特に
   基質（１）の被覆のためのモノマーのプラズマ重合化の
   ために真空室（５）中で基質（１）を処理するためのプ
   ラズマ作製のための装置において、 電磁波がある源泉、例えばマイクロ波発電機（２）から
   反応室（８）に接続され、反応室の中でプラズマがプラ
   ズマ域（１０）で点火されるものであって、基質（１）
   を含む被覆域（１８）が真空室（５）の中で電磁波の接
   続方向と直角方向に、反応室（８）の中にあるプラズマ
   域（１０）と並んで配置されていることを特徴とする装
   置。
2. 【請求項２】 プラズマ域（１０）と並んで配置された
   ガス供給装置（１２）が、反応ガスを電磁波の接続方向
   と直角にプラズマ域（１０）を通って導かれるため、プ
   ラズマ反応製品が基質へ流れて来ることを特徴とする、
   請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 プラズマ域（１０）の上方の反応室
   （８）の中で、電磁波の接続方向に直角に走り、位置を
   調整することができる、例えば硼珪酸塩ガラスからなる
   プレート（１４）が配置されていることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の装置。
4. 【請求項４】 電磁波が導波路（３）と均質化ホッパー
   （４）とにより、マイクロ波透過の真空気密の窓（６）
   を通って、導波路（３）と均質化ホッパー（４）の間の
   アンテナ分離により反応室（８）へと接続されることを
   特徴とする請求項１から３までのうちいずれか一つの請
   求項に記載の装置。
5. 【請求項５】 電磁波が導波路（３）と均質化ホッパー
   （４）を通じて、マイクロ波透過の真空気密窓（６）を
   通って、導波路（３）と均質化ホッパー（４）の間のス
   リット分離により反応室（８）へ接続されることを特徴
   とする請求項１から３までのうちいずれか一つの請求項
   に記載の装置。
6. 【請求項６】 容易に交換でき、マイクロ波透過の硼珪
   酸塩盤（１６）が、電磁波の接続方向に窓（６）の後に
   配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の装
   置。
7. 【請求項７】 反応室（８）の中に突出する、金属から
   なる内部導線（２４）が走っている絶縁材料からなる案
   内導波路（２２）により、電磁波が反応室（８）に接続
   され、その際に電磁波が波動発電機（２）によって内部
   導線（２４）に接続されることを特徴とする請求項１か
   ら３までのうちいずれか一つの請求項に記載の装置。
8. 【請求項８】 真空室（５）の中で基質（１）が、電磁
   波の接続方向に平行に上下運動できることを特徴とする
   請求項１から７までのうちいずれか一つの請求項に記載
   の装置。
9. 【請求項９】 高周波の電磁波、例えばマイクロ波によ
   り基質（１）の処理のためのプラズマを作製するための
   方法であり、特にプラズマ域（１０）の中でプラズマが
   点火される反応室（８）中での電磁波の接続により、真
   空中で基質（１）の被覆のためのモノマーをプラズマ重
   合化するための方法であって、被覆域（１８）を放射線
   とプラズマ域（１０）の外部にある基質（１）の領域に
   被覆域（１８）があるように、電磁波が接続されること
   を特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 反応ガスからのガス流が電磁波の接続
    方向に直角の反応ガスからプラズマ域（１０）によって
    作製され、プラズマ反応製品が基質（１）へ流れること
    を特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 ガス流が反応室（８）において均質化
    されることを特徴とする、請求項９または１０に記載の
    方法。
12. 【請求項１２】 ガス流が例えば流れ断面積を狭める変
    化によって均質化されることを特徴とする、請求項１１
    に記載の方法。
13. 【請求項１３】 プラズマ域（１０）と被覆域（１８）
    の間の反応ガスの流れ断面積が狭められることを特徴と
    する請求項９から１２までのうちいずれか一つの請求項
    に記載の方法。
14. 【請求項１４】 周波数２．４５GHz の電磁波が使用さ
    れることを特徴とする請求項９から１３までのうちいず
    れか一つの請求項に記載の方法。