JPH09169595A

JPH09169595A - 薄膜形成方法

Info

Publication number: JPH09169595A
Application number: JP7349157A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Amatachi; 茂樹天立; Takahiro Aoyama; 隆浩青山; Hiroyuki Yoshiki; 宏之吉木; Tatsuya Saijo; 達也西條; Koji Itaya; 耕司板谷
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1995-12-19
Filing date: 1995-12-19
Publication date: 1997-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロ波導入窓に取付けられた真空封止材
に、プロセスガスによる堆積物が付着され難くして薄膜
を形成する薄膜形成方法を提供する。【解決手段】窓部を有していて内側に被処理物が配置
されるプラズマ室と、マイクロ波を伝搬させる導波管
と、プラズマ室の窓部と導波管との結合部に配設された
真空封止材とを具備したプラズマ処理装置を用いて、被
処理物をプラズマ処理して薄膜を形成する薄膜形成方法
を対象とし、プラズマ室内に生成された電子サイクロト
ロン共鳴領域を、真空封止材から被処理物側へ予め定め
た距離を移動させた状態でプラズマ処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理物をプラズ
マ処理して薄膜を形成する薄膜形成方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】種々の薄膜を形成するプラズマＣＶＤ装
置や、半導体及びＬＣＤ製造製造用装置にマイクロ波を
使用したプラズマ装置が用いられている。例えば図７
は、特開平５−３３５０９５号に示された従来のプラズ
マ処理装置の概略構成図であり、図８は、図７のＩ−Ｉ
線断面図である。図示するように、この装置は、マイク
ロ波電源１、マイクロ波電源１を保護するアイソレータ
２、コーナ方形導波管３、マイクロ波電力を検出するパ
ワーモニタ４、有効に電力を伝送するためにインピーダ
ンスの整合をとる自動インピーダンス整合器５、コーナ
方形導波管６、プラズマ処理する長尺のプラズマ室７、
プラズマ室７を電界ベクトルと平行な側壁（以下、Ｅ面
という）に取付けたプラズマ室結合用方形導波管８、終
端装置９を備えている。マイクロ波電源１は、アイソレ
ータ２とコーナ方形導波管３とパワーモニタ４と自動イ
ンピーダンス整合器５とコーナ方形導波管６とを介し
て、プラズマ室結合用方形導波管８の一端に接続され、
この結合用方形導波管８の他端に終端装置９が接続され
ている。

【０００３】プラズマ室７は、図８に示したように、方
形導波管８側の側壁７ａに室内と連通する長尺の突出部
７ｂが設けられ、この突出部を方形導波管８の片方のＥ
面８ａに対向させた状態で配置されている。突出部７ｂ
には、方形導波管８側に導波管８の管軸方向に沿って伸
びる細長い矩形状の窓部７ｃが設けられ、この窓部７ｃ
の端部のマイクロ波導入窓は、石英ガラス板などのマイ
クロ波を吸収しない物質からなる真空封止材１１により
真空封じされている。プラズマ室７には、また排気口７
ｄが設けられ、この排気口は図示しない真空ポンプに接
続されており、さらにプラズマ室７の１つの壁部を気密
に貫通させてプロセスガス導入パイプ１２が取り付けら
れている。このプラズマ室７内には、シート状の被処理
物１３が巻かれたローラ１４と、被処理物を巻き取
る巻取ローラ１５とが対向配置され、被処理物１３は窓
部７ｃに対向配置されている。

【０００４】プラズマ室結合用方形導波管８は、そのＥ
面８ａに管軸方向に沿って伸びる２つのスロット８ｂ，
８ｃが設けられている。このスロット８ｂ，８ｃは、プ
ラズマ室７の窓部７ｃとほぼ等しい長さを有するが、そ
の幅寸法は、窓部７ｃの幅寸法よりも小さく設定されて
いる。結合用方形導波管８は、スロット８
ｂ，８ｃをプラズマ室７の窓部７ｃに対向させた状態で
電気的に接続されている。

【０００５】プラズマ室７と結合用方形導波管８との間
には、磁界発生手段１０として永久磁石がスロット８
ｂ，８ｃに沿ってＥ面８ａの幅方向の中央部に配置さ
れ、またこの永久磁石を支持しつつ磁石の長手方向の周
囲にマイクロ波の導波路を形成するアルミニウム、銅、
ステンレスなどからなるマイクロ波導波路形成部材１７
が配置され、適宜の手段により固定されている。

【０００６】終端装置９は、ダミーロードを用いてお
り、ダミーロードは冷却水の導入口９ａと排出口９ｂと
を有していて、プラズマ室７に放射されなかった余分な
マイクロ波を導入口９ａから導入した冷却水に吸収さ
せ、マイクロ波により加熱された冷却水を排出口９ｂか
ら排出させるようになっている。

【０００７】上記のプラズマ処理装置を用いてプラズマ
処理を行う場合には、プラズマ室７内に被処理物１３を
セットした後、プラズマ室７内を高真空状態にする。そ
の後、プロセスガス導入パイプ１２からプラズマ室７内
に、所定のプロセスガスをプラズマ室内が所定の圧力に
なるまで供給する。この状態でマイクロ波電源１からプ
ラズマ室結合用方形導波管８の一端にマイクロ波を供給
すると、方形導波管８内に進入したマイクロ波は、スロ
ット８ｂ，８ｃから放射されて真空封止材１１とプラズ
マ室７の窓部７ｃとを通してプラズマ室７内に伝搬し、
プラズマ室内のプロセスガスをプラズマ化して、プラズ
マ室７の窓部７ｃに沿って帯状のプラズマが生成され
る。このプラズマを広い面積を有する被処理物１３の幅
方向の全体に照射することができ、被処理物１３をロー
ラ１５により巻き取ってスロット８ｂ，８ｃの単軸方向
に移動させることにより、所望のプラズマ処理を連続的
に行わせることができる。

【０００８】特に磁界発生手段１０を設けたことによ
り、プラズマ室７の窓部７ｃと被処理物１３との間の空
間に磁界が生じているため、プラズマ中のイオンが磁界
により力を受けて螺旋運動する。これによりプロセスガ
スのイオン化が促進され、被処理物に照射されるプラズ
マの密度が高められる。さらに、この空間で電子サイク
ロトロン共鳴を生じさせるように、磁界発生手段により
発生させる磁界の強さを設定しておくと、プラズマ密度
を飛躍的に高めることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】近年、様々な薄膜の形
成やエッチングなどのプラズマプロセスにおいては、大
面積の被処理物にプラズマを均一に照射し、低温下でし
かも高速に処理する技術が必要とされるようになった。
また、実用の生産ラインにおいては、装置の可動率をあ
げるために、装置のメンテナンス時間を極力少なくする
ことが望まれる。

【００１０】ところが、プロセスガスとして例えばアル
ゴンとメタンガスとの混合ガスを用いて、ダイヤモンド
ライクカーボン膜（以下、ＤＬＣ膜という）を形成する
従来のマイクロ波プラズマ処理装置では、被処理物上だ
けではなく、プラズマに直接晒されるプラズマ室のマイ
クロ波導入部やマイクロ波導入窓に取付けられた真空封
止材表面にもＤＬＣ膜が堆積する。このように、マイク
ロ波の伝搬経路にあたる真空封止材上にプロセスガスが
マイクロ波によりプラズマ化された粒子が堆積すると、
プラズマ室内に供給されるマイクロ波電力が減少し、プ
ラズマ分布の均一性が低下する。そこで、堆積物を除去
する作業を頻繁に行う必要が生じ、装置の稼動率を下げ
ることになる。

【００１１】本発明の目的は、以上の問題点を解決し、
マイクロ波導入窓に取付けられた真空封止材に、プロセ
スガスによる堆積物が付着され難くして薄膜を形成する
薄膜形成方法を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１におい
ては、窓部を有していて内側に被処理物が配置されるプ
ラズマ室と、マイクロ波を伝搬させる導波管と、プラズ
マ室の窓部と導波管との結合部に配設された真空封止材
とを具備したプラズマ処理装置を用いて、被処理物をプ
ラズマ処理して薄膜を形成する薄膜形成方法を対象と
し、プラズマ処理を行うガスと異なるガスをプラズマ化
させて、真空封止材を予め定めた温度に加熱した後、そ
の加熱を停止してプラズマ処理を行う薄膜形成方法を特
徴とする。

【００１３】また、本発明の請求項２においては、窓部
を有していて内側に被処理物が配置されるプラズマ室
と、マイクロ波を伝搬させる導波管と、プラズマ室の窓
部と導波管との結合部に配設された真空封止材とを具備
したプラズマ処理装置を用いて、被処理物をプラズマ処
理して薄膜を形成する薄膜形成方法を対象とし、真空封
止材を予め定めた温度に電気ヒータにより加熱した後、
その加熱を続行してプラズマ処理を行う薄膜形成方法を
特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の請求項３においては、窓
部を有していて内側に被処理物が配置されるプラズマ室
と、マイクロ波を伝搬させる導波管と、プラズマ室の窓
部と導波管との結合部に配設された真空封止材とを具備
したプラズマ処理装置を用いて、被処理物をプラズマ処
理して薄膜を形成する薄膜形成方法を対象とし、プラズ
マ室内に生成された電子サイクロトロン共鳴領域を、真
空封止材から被処理物側へ予め定めた距離を移動させた
状態でプラズマ処理を行う薄膜形成方法を特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

＜第１の実施形態＞図１は、本発明の方法を実施する第
１の実施形態を示すプラズマ処理装置であって、従来例
を示す図８に対応する概略断面図である。同図におい
て、図８と異なる構成を示すと、２０は開閉部材、２１
は加熱用ガス導入パイプである。なお、図８と同一の構
成部分は同一の符号を付している。

【００１６】この第１の実施形態を示すプラズマ処理装
置は、従来例を示す図８の例えばプラズマ室７の側壁７
ａに、この側壁の開口部７ｅを開閉自在とする金属製の
開閉部材２０が配設されている。また、開閉部材２０に
より閉じられたプラズマ室７の窓部７ｃの空間に、加熱
用ガスを供給するための加熱用ガス導入パイプ２１
が例えば側壁７ａに配設されている。

【００１７】以上のように構成されたプラズマ処理装置
において、まず予備実験のためのＤＬＣ膜形成を、開閉
部材２０を開いた状態で、プロセスガスとして、アルゴ
ンとメタンガスとが１：４の混合ガスをプロセスガス導
入パイプ１２からプラズマ室７に供給しながら、圧力２
５ｍＴｏｒｒ、周波数２．４５ＧHZ、入射電力３Ｋ
Ｗの条件で、しかも電子サイクロトロン共鳴領域（以
下、ＥＣＲ面という）を、真空封止材１１の被処理物１
３側の表面に形成させた状態で４時間行った。この４時
間の予備実験を繰り返して、真空封止材の表面温度を室
温から約３００℃まで変化させたときの真空封止
材表面のＤＬＣ膜堆積量の変化を調べた。その結果を図
２に示す。図２の横軸は真空封止材の表面温度を示し、
縦軸は真空封止材の表面温度が２０℃のときの真空封止
材の膜堆積量に対する各温度における膜堆積量の比であ
る膜堆積割合を示している。なお、予備実験に際し、プ
ラズマが生成されると、真空封止材の表面温度が上昇し
始めて、約２０分程度で約２００〜２５０℃に維持され
るので、室温から約２００℃までは図示しない冷却手段
により、そのときの温度を維持するように制御し、また
約２５０〜３００℃までは図示しない加熱手段により、
そのときの温度を維持するように制御している。

【００１８】つぎに、開閉部材２０を閉じた状態で、加
熱用ガス導入パイプ２１からプラズマ室７の窓部の空間
に酸素、アルゴン、窒素ガスなどの非プロセスガスを供
給しながら、周波数２．４５ＧHZ、入射電力３ＫＷの条
件で、マイクロ波によりプラズマを生成させ、プラズマ
化された粒子により真空封止材１１を加熱し、その真空
封止材の表面温度を約２００℃にした。その後、非プロ
セスガスの供給を止めて、開閉部材を開いた状態で、通
常のＤＬＣ膜形成を、上記のプロセスガスを供給しなが
ら、圧力２５ｍＴｏｒｒ、周波数２．４５ＧHZ、入射電
力３ＫＷの条件で４時間行った。

【００１９】本実施形態を示すプラズマ処理装置におい
ては、真空封止材１１を加熱することにより、図２に示
すように、ＤＬＣ膜堆積割合は、真空封止材の表面温度
の増加に伴って減少し、約２００℃前後で膜堆積割合が
０．２５で推移し、３００℃まで加熱すると多少ではあ
るが、さらに膜堆積割合の減少がみられた。したがっ
て、ＤＬＣ膜形成を行う前に、図２から明らかなよう
に、予め真空封止材を約２００℃以上に加熱することが
好ましい。

【００２０】ここで、プラズマが生成されているときの
加熱により真空封止材１１の表面温度が約２００℃に維
持されるプラズマ処理装置を例示すると、例えば予め約
２００℃に加熱して膜形成したときの膜堆積量と２０℃
から膜形成したのときの膜堆積量との差異は、図２から
明らかなように、前者では膜堆積割合が０．２５のまま
で推移するのに対し、後者では２０℃から約２００℃ま
での膜堆積割合が１から０．２５へと次第に低下する
が、その間の膜堆積量分が前者よりも多くなる。その結
果、真空封止材の表面温度が低い状態でプラズマ処理を
開始する従来の薄膜形成方法よりも堆積物の堆積速度を
低減することができる。因みに、従来の薄膜形成方法よ
りも膜堆積量を約４０％程度低減することができた。

【００２１】＜第２の実施形態＞図３は、本発明の方法
を実施する第２の実施形態を示すプラズマ処理装置であ
って、従来例を示す図８に対応する概略断面図である。
同図において、図８と異なる構成を示すと、３０は電気
ヒータ、３１はヒータ用電源である。なお、図８と同一
の構成部分は同一の符号を付している。

【００２２】この第２の実施形態を示すプラズマ処理装
置は、従来例を示す図８の例えばプラズマ室７の窓部７
ｃの端部に、電気ヒータ３０が図４に示すように、窓部
７ｃの全周に沿って配設されている。この電気ヒータ
は、タングステンまたはタンタルをスパイラル状に巻い
たヒータ線からなり、ヒータ用電源３１に接続されてい
る。

【００２３】以上のように構成されたプラズマ処理装置
において、先に電気ヒータ３０により真空封止材１１を
加熱し、その真空封止材の表面温度を約４００℃にした
状態で、ＤＬＣ膜形成を、上記のプロセスガスをプラズ
マ室７供給しながら、圧力２５ｍＴｏｒｒ、周波数２．
４５ＧHZ、入射電力３ＫＷの条件で４時間行った。

【００２４】本実施形態を示すプラズマ処理装置におい
ては、第１の実施形態と同様に加熱するが、プラズマが
生成されているときの加熱により、真空封止材１１の表
面温度が飽和する温度以上に真空封止材を加熱すること
により、さらに膜堆積割合を減少させることができる。
したがって、ＤＬＣ膜形成を行う前に、図２から明らか
なように、予め真空封止材をプラズマによる真空封止材
の表面温度が飽和する温度以上に加熱することが好まし
い。

【００２５】ここで、プラズマ処理による真空封止材の
表面温度が約２００℃に維持されているプラズマ処理装
置を例示すると、例えば予め約４００℃に加熱して膜形
成したときの膜堆積量と２０℃から膜形成したのときの
膜堆積量とを比較すると、第１の実施形態と同様に、真
空封止材の表面温度が低い状態でプラズマ処理を開始す
る従来の薄膜形成方法よりも堆積物の堆積速度を低減す
ることができる。因みに、従来の薄膜形成方法よりも膜
堆積量を約５０％程度低減することができた。

【００２６】＜第３の実施形態＞図３は、本発明の方法
を実施する第３の実施形態を示すプラズマ処理装置であ
って、従来例を示す図８に対応する概略断面図である。
同図において、図８と異なる構成を示すと、４０は磁界
発生手段である。なお、図８と同一の構成部分は同一の
符号を付している。

【００２７】この第３の実施形態を示すプラズマ処理装
置は、従来例を示す図８の例えばプラズマ室７の突出部
７ｂの外周を取り囲むように、プラズマ室内の磁場強度
を可変できる磁界発生手段４０としてのソレノイドコイ
ルが配設されている。

【００２８】以上のように構成されたプラズマ処理装置
において、ＤＬＣ膜形成を、上記のプロセスガスをプラ
ズマ室７に供給しながら、２５ｍＴｏｒｒ、周波数２．
４５ＧHZ、入射電力３ＫＷの条件で４時間行った。この
際、磁界発生手段４０により真空封止材１１の表面に形
成させた８７５ＧaussのＥＣＲ面を、磁界発生手段とし
てのソレノイドコイルに流す電流を調整することによ
り、真空封止材から被処理物１３側へ移動させたときの
真空封止材のＤＬＣ膜堆積量の変化を調べた。その結果
を図６に示す。図６の横軸は真空封止材表面からＥＣＲ
面までの距離を示し、縦軸はＥＣＲ面を真空封止材の表
面に形成させたときの真空封止材の膜堆積量に対する各
距離におけるＤＬＣ膜堆積割合を示している。

【００２９】本実施形態を示すプラズマ処理装置におい
ては、ＥＣＲ面を被処理物側へ移動させることにより、
図６に示すように、膜堆積割合は真空封止材から離れる
に伴い減少し、ある領域では略０となる。ところが、理
由は不明であるが、この領域から離れるに伴い逆に増加
している。この膜堆積割合が減少して略０となる現象
は、イオン化の促進によりプラズマ化された粒子の密度
が非常に高いプラズマがＥＣＲ面で生成されており、こ
のＥＣＲ面を被処理物側へ移動させると、真空封止材表
面でのプラズマ化された粒子の密度が低減されることに
よるものと言える。したがって、ＥＣＲ面を被処理物側
へ移動させる距離は、ＤＬＣ膜堆積割合が略０を示す１
０〜１７ｍｍに設定することが好ましい。

【００３０】本発明は、上記の実施形態に限定されるこ
となく、マイクロ波導入窓に取付けられた真空封止材を
具備した種々の形態のプラズマ処理装置に適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載した発明に
よれば、マイクロ波導入窓に取付けられた真空封止材を
高温に加熱すればする程、膜堆積量の低減が顕著にな
り、プラズマが生成されているときと同程度に加熱した
場合でも、従来より膜堆積量を約４０％程度低減するこ
とができる。

【００３２】また、請求項２に記載した発明によれば、
プラズマが生成されているときの真空封止材の温度以上
に、しかもさらに高温に加熱させることができるので、
従来より膜堆積量を約５０％以上低減することができ
る。

【００３３】さらに、請求項３に記載した発明によれ
ば、ＥＣＲ面を真空封止材から離す距離を選定すれば、
膜堆積割合が略０にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施する第１の実施形態を示す
プラズマ処理装置であって、従来例を示す図８に対応す
る概略断面図である。

【図２】真空封止材の表面温度と膜堆積量との関係を示
す図である。

【図３】本発明の方法を実施する第２の実施形態を示す
プラズマ処理装置であって、従来例を示す図８に対応す
る概略断面図である。

【図４】第２の実施形態で用いる電気ヒータの配置図で
ある。

【図５】本発明の方法を実施する第３の実施形態を示す
プラズマ処理装置であって、従来例を示す図８に対応す
る概略断面図である。

【図６】真空封止材表面からＥＣＲ面までの距離と膜堆
積量との関係を示す図である。

【図７】従来例を示すプラズマ処理装置の概略構成図で
ある。

【図８】図７のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。

【符号の説明】

７プラズマ室８導波管１１真空封止材３０電気ヒータ４０磁界発生手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西條達也大阪市淀川区田川２丁目１番11号株式会社ダイヘン内 (72)発明者板谷耕司大阪市淀川区田川２丁目１番11号株式会社ダイヘン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窓部を有していて内側に被処理物が配置
されるプラズマ室と、マイクロ波を伝搬させる導波管
と、前記プラズマ室の窓部と前記導波管との結合部に配
設された真空封止材とを具備したプラズマ処理装置を用
いて、前記被処理物をプラズマ処理して薄膜を形成する
薄膜形成方法おいて、前記プラズマ処理を行うガスと異なるガスをプラズマ化
させて、前記真空封止材を予め定めた温度に加熱した
後、前記加熱を停止して前記プラズマ処理を行う薄膜形
成方法。
【請求項２】窓部を有していて内側に被処理物が配置
されるプラズマ室と、マイクロ波を伝搬させる導波管
と、前記プラズマ室の窓部と前記導波管との結合部に配
設された真空封止材とを具備したプラズマ処理装置を用
いて、前記被処理物をプラズマ処理して薄膜を形成する
薄膜形成方法おいて、前記真空封止材を予め定めた温度に電気ヒータにより加
熱した後、前記加熱を続行して前記プラズマ処理を行う
薄膜形成方法。
【請求項３】窓部を有していて内側に被処理物が配置
されるプラズマ室と、マイクロ波を伝搬させる導波管
と、前記プラズマ室の窓部と前記導波管との結合部に配
設された真空封止材とを具備したプラズマ処理装置を用
いて、前記被処理物をプラズマ処理して薄膜を形成する
薄膜形成方法おいて、前記プラズマ室内に生成された電子サイクロトロン共鳴
領域を、前記真空封止材から前記被処理物側へ予め定め
た距離を移動させた状態で前記プラズマ処理を行う薄膜
形成方法。