JPH10275695A

JPH10275695A - プラズマ装置へのガス供給方法及びプラズマ処理装置並びにイオンビーム装置

Info

Publication number: JPH10275695A
Application number: JP9095112A
Authority: JP
Inventors: Takashi Mikami; 隆司三上; Masahiko Okumura; 正彦奥村; Masato Takahashi; 正人高橋; Kiyoshi Ogata; 潔緒方
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】高電位にあるイオン源に、ガスボンベから原
料ガスを供給するガス供給系において酸素や不純物ガス
が混入することなく供給できるようにした安価安全なガ
ス供給装置を与えること。【構成】接地電位にあるガスボンベと高電位にあるチ
ャンバとを金属配管と絶縁配管によって接続し絶縁配管
は真空室によって大気から隔離するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高電位に設置され
るプラズマ化のためのチャンバにガスを供給する手段及
びプラズマ装置、イオンビーム装置に関する。ガスをプ
ラズマ化しこれに電圧を掛けて加速しイオンビームある
いはイオンビームの束（イオンシャワー）にする装置と
して、イオン注入装置、イオンドーピング装置、などが
ある。一括してイオンビーム装置とここでは呼ぶことに
する。さらにプラズマにするがこれをビームにしないで
そのまま試料に照射する装置もある。これらはプラズマ
装置とここでは呼ぶことにする。

【０００２】これらは励起源（イオン源）や、電圧の高
さ、ガスの種類などパラメータはさまざまである。励起
源はフィラメントによるもの、マイクロ波によるもの、
高周波によるものなどがある。いずれにしてもイオン源
の部分には高電圧が印加される。だから原料ガスは高電
圧のチャンバに供給されなければならない。つまりガス
配管は最終的に高電圧のチャンバに接続されなければな
らない。ところがガスボンベは接地電位にあるほうが何
かと便利である。

【０００３】

【従来の技術】従来は、ガスボンベから高電位が印加さ
れる部分にガスを供給する場合、ふたつの形態が有り得
た。高電位にボンベを置くものと、接地電位にボンベを
置くものである。それぞれについて述べる。

【０００４】高電位ボンベ方式…ガスボンベを高電
位に設置する。こうするとガスボンベと高電圧チャンバ
の絶縁の問題が起こらない。図４によって、高電圧ボ
ンベ方式を説明する。これはフィラメントタイプのイオ
ン源を用いた装置の例である。真空に引くことのできる
チャンバ１には熱によって電子を発生するフィラメント
２が設けられる。これは絶縁物の電流導入端子３を介し
てフィラメント電源４につながる。フィラメント電源４
自体が加速電源６によって高電圧に保持される。フィラ
メント２はカソードであって、チャンバ１自体がアノー
ドになる。その間にはイオン源電源５によって電圧が印
加されている。イオン源チャンバ１の出口には３枚の有
孔電極７、８、９が絶縁碍子１０によって互いに絶縁さ
れて設けられる。処理室１２には試料１１が置かれてお
りここへ加速されたイオンビームが注入される。チャン
バ１や処理室１２は真空ポンプ１３によって真空に引か
れている。

【０００５】原料ガスのガスボンベ１４自体が高電圧の
部分に設置される。ボンベ１４からステンレスパイプ１
５によって流量制御器１６につながる。流量制御器１６
は他のステンレスパイプ１７によってイオン源チャンバ
１のガス入口１８に接続される。フィラメント２は加熱
されて熱電子を発生する。チャンバ１が正にフィラメン
ト２が負にバイアスされているからアーク放電が起こ
る。アーク放電によって電子が加速され分子を電離しプ
ラズマを生成する。ガスボンベ自体が高電位架台に載っ
ておりチャンバと同電位であるからステンレスパイプに
よってチャンバとガスボンベをつなぐことができる。パ
イプ内のガス濃度が低くなっても差し支えない。

【０００６】接地電位ボンベ方式…ガスボンベを接
地電位として、ガスボンベと高電位が印加される部分と
の配管にセラミック、テフロン（商品名）などの配管を
用いて大気中で絶縁する。この場合、流量制御器を接地
電位とする場合、流量制御器と高電位部の間、つまり低
ガス圧の部分で絶縁される。流量制御器を高電位とする
場合はガスボンベと流量制御器の間で絶縁される。図５
によってガスボンベを接地するタイプのものを説明す
る。これは同じ形式のイオン源、処理室を示している。
ガス供給系の相違を明確にするためである。ガスボンベ
１４が大地（接地）電位にある。通常はガスボンベを収
容する空間は大地である。一方イオン源の方は高電位に
あるから、途中の配管で絶縁しなければならない。流量
制御器１６とガスボンベ１４の間はステンレス配管２０
によって接続されている。流量制御器１６も大地電位で
ある。流量制御器１６とイオン源チャンバ１の間には絶
縁チューブ２１が設けられる。例えばテフロンのチュー
ブなどを使う。ガスはテフロンチューブ２１の中を進み
チャンバ１に入る。絶縁チューブ２１によって、大地電
位のボンベや流量制御器と、高電圧のチャンバ１が絶縁
される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の方法高電位ボ
ンベ方式、接地電位ボンベ方式にはそれぞれ未だなお
欠点がある。の場合ガス供給装置の全体を高電位に設
置するために、高電圧架台のスぺースを広げなくてはな
らない。装置が大がかりで複雑になり、高コストになっ
てしまう。それだけではない。高電圧架台を広くするの
は難しいので、架台に収容できるガスボンベの容量が限
られる。しかも高電圧架台に載っているからボンベが空
になっても簡単には交換することができない。一旦注入
操作を終了し電圧を下げてからボンベを交換する必要が
ある。操作性が良くないという問題もある。

【０００８】の場合、絶縁体であるセラミックやテフ
ロンチューブで高電圧部と大地部が絶縁される。しかし
絶縁配管は一般に金属配管のような信頼性に欠ける。衝
撃疲労等によってセラミックチューブの場合微小な亀
裂、罅が入ることがある。微小クラックが発生するとチ
ューブからガスのリークが起こる。テフロンの場合は空
気がテフロンを透過することがある。リークは双方向に
起こる可能性がある。チューブが大気圧より圧力が低い
場合特にクラックから空気中の成分がガス配管に入り込
む。テフロンチューブで絶縁する場合は、酸素がテフロ
ンチューブを透過しガス配管に入り込み、処理特性に酸
素が悪影響を及ぼす。反対に毒性の強いガスを使う場合
セラミック、テフロンチューブから洩れて、外気に滲み
出るという恐れもある。

【０００９】プラズマ発生装置などの、ガス供給装置と
高電位部とを結合する配管系において安価に高電位部と
接地電位部を絶縁できるようにしたガス供給方法を提供
することが本発明の第１の目的である。ガス供給装置と
高電位部を結合するガス配管系において不純物ガスが混
入しないようにしたガス供給方法を提供することが本発
明の第２の目的である。ガス供給装置と高電位部を結合
する配管系において真空中で放電が起こらないようにし
たガス供給方法を提供することが本発明の第３の目的で
ある。高電位にあるプラズマ発生装置と接地電位にある
ガスボンベとからなり、不純物ガスが配管に混入しない
ようにしたプラズマ発生装置を提供することが本発明の
第４の目的である。高電位にあるイオン源と、イオンビ
ームとして引き出したものを試料に照射する処理室と接
地電位にあるガスボンベとよりなり不純物ガスが配管に
入らないようにしたイオンビーム装置を提供することが
本発明の第５の目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のガス供給方法
は、ガスボンベは接地電位にし、ガスボンベから高電位
のチャンバにいたる配管の途中に絶縁配管を設け、絶縁
配管を真空室の内部に収容する。単に絶縁配管を介在さ
せるだけなら図５のものと異ならないが、そうではな
い。絶縁配管を真空室によって覆い外界から隔離するの
である。つまり接地電位のガスボンベ−流量制御器−真
空中の絶縁配管−処理室という風に配管系を設ける。絶
縁配管の前後の空気中の配管は導体のパイプ（例えばス
テンレス）とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のガス供給方法は、接地電
位にあるガスボンベと高電位にあるチャンバとを金属配
管と絶縁配管によって接続し絶縁配管は真空室によって
大気から隔離するようにしている。絶縁配管の前後の空
気中の配管は導体のパイプ（例えばステンレス）とす
る。だから信頼性が高くひび割れなどが起こらず漏れが
ない。空気中の酸素や不純物がガスに混入するというこ
とはない。絶縁パイプはセラミックやテフロンなど材料
が限定され罅割れ、クラック発生、透過による漏れの可
能性もある。しかし本発明においては絶縁配管は真空中
に収めてあるから問題はない。ひび割れがあっても大気
中の酸素がパイプから侵入するというような事はない。
酸素以外の不純物のガスへの混入をも防ぐ事ができる。
さらにガスボンベを接地電位にもうけるからガスボンベ
収容のための特別の装置が不要である。広いスペースを
与えることができ安価なガス供給系となる。またガスボ
ンベの交換が容易である。

【００１２】本発明の思想はそういうところにあるが流
量制御器を配管中に設ける場合はさらに工夫をすること
ができる。流量制御器はガス流量を制御するものであ
る。これは所定のガス流量だけを流すための弁装置であ
るが流量を制限するので上流側では圧力が高く、下流側
では圧力が低くなる。配管中に、絶縁配管があるので、
流量制御器と、絶縁配管のどちらを先行させるか？とい
う問題がある。ボンベ−流量制御器−絶縁配管−高電位
部という第１の配置と、ボンベ−絶縁配管−流量制御器
−高電位部という第２の配置が可能である。

【００１３】第１の配置は、流量制御器が大地電位にあ
るので流量制御器の操作が簡単である。しかし流量制御
器によってガス圧が低下するが、ガス圧の低い部分に絶
縁配管を設けている。ガス圧が低いところで絶縁配管の
前後に高い電圧が掛かっているから放電が起こり易いと
いう問題がある。第２の配置は、流量制御器を通る前の
高いガス圧力において絶縁配管を設ける。ガス圧が高い
から絶縁配管の前後の金属パイプ間で放電が起こりにく
い。反面、流量制御器が高電位にあるから操作性が悪
い。しかし流量制御器を直接に手動操作せず遠隔操作す
るようにすればこの難点を克服できる。

【００１４】

【実施例】

（１）ボンベ−流量制御器−絶縁配管−高電位部の実
施例流量制御器の下流側に絶縁配管を設ける第１の配置の実
施例を図１によって説明する。イオン源チャンバ１には
フィラメント２が設けられる。これは絶縁体の導入端子
３を介して外部のフィラメント電源４に接続される。フ
ィラメント２はカソード、チャンバ１壁面がアノードに
なるようにアーク電源５が設けられる。チャンバ１の電
位を高電位にしイオンビームに加速電圧を与える加速電
源６が大地電位とフィラメント間に設けられる。導入さ
れたガスはアーク放電によってプラズマとなる。イオン
源チャンバ１の出口には有孔平板状の加速電極７、減速
電極８、接地電極９が設けられる。これらの電極からプ
ラズマがイオンビームとして引き出される。処理室１２
には試料１１が置かれておりイオンビームが試料面に照
射される。試料室１２とイオン源１は真空ポンプ１３に
よって真空に引かれている。

【００１５】原料ガスのボンベ１４は接地電位にある。
流量制御器１６も接地電位にある。流量制御器１６と高
電位のチャンバ１との間に真空槽２６が新たに設けられ
る。真空槽２６は排気管２５によって真空ポンプ１３に
つながれ、これによって真空に引かれている。真空槽２
６は別異のポンプによって真空に引いてもよい。真空槽
２６の内部には絶縁物の配管２７が設けられる。ガスボ
ンベ１４と流量制御器１６は金属製例えばステンレスの
配管２８によってつながれる。流量制御器１６から延び
る金属配管２９は真空槽２６に入りここで絶縁物配管２
７につながる。真空槽２６の中で配管の一部が絶縁物に
なっているということが重要である。絶縁配管は例えば
テフロン、セラミックなどのチューブである。真空槽２
６の出口側は、絶縁物３０によって絶縁された蓋３１に
よって閉じられる。絶縁物配管２７は金属配管３２に真
空槽２６中でつながっている。金属配管３２は蓋３１の
穴を通り、外部に出てガス入口１８においてチャンバ１
につながる。

【００１６】この実施例では流量制御器は大地電位にあ
り、真空槽も大地電位（接地電位）にある。絶縁物配管
２７の上流側は接地電位、下流側は高電位である。真空
槽は真空に引かれており外部の圧力の方がパイプ内部圧
力よりも低い。たとえ絶縁配管に罅や亀裂があっても外
部から配管に酸素やその他の不純物が入り込むというこ
とがない。原料ガスが空気中の酸素、水蒸気その他の成
分によって汚染されない。反対に有毒のガスがチューブ
から漏れても真空ポンプに吸引され除害装置（図示しな
い）による処理を受けるので作業環境を損なわない。ま
た流量制御器が大地電位であるから流量制御器の操作が
容易であるという利点がある。

【００１７】（２）ボンベ−絶縁配管−流量制御器−
高電位部の実施例絶縁配管の下流側に流量制御器を設ける第２の配置の実
施例を図２によって説明する。イオン源チャンバ１や処
理室１２の構成は図１と同じものを図示している。図１
の例と異なる点は、真空槽と流量制御器の順序である。
流量制御器１６がこの例では真空槽３６、絶縁物配管３
７の下流側にある。真空槽３６の内部に絶縁物配管３７
をもうけるのであるが、これが直接に金属配管３５によ
ってガスボンベ１４につながれている。真空槽３６の出
口側には蓋３８が絶縁物３９によって絶縁されて設けら
れる。絶縁物配管３７からでているステンレスなど金属
配管４０が流量制御器１６につながる。流量制御器１６
から金属配管４２がイオン源チャンバ１のガス入口１８
に延びている。

【００１８】この実施例は流量制御器が高電位にある。
流量制御器は高圧のガスを低圧にすることによって所望
の流量だけを通すものである。これより下流側のガス圧
が低くなる。ガス圧が低いと放電が起こり易い。この例
では絶縁物配管が流量制御器の上流側にあってガス圧が
高い。ガス圧が高いので絶縁物配管の上下流間で放電が
起こりにくい。つまりガス圧を下げ放電の発生を誘起し
やすい流量制御器を絶縁物配管の下流側に追いやること
によって絶縁物配管での放電を効果的に抑制しているの
である。それではどれほどのガス圧があれば放電を抑制
できるのか？約１００Ｔｏｒｒあれば放電が起こりにく
いということを本発明者は確かめた。流量制御器によっ
て流量を絞る前のガス配管の圧力は大気圧より大きいの
が普通である。だから流量制御器を絶縁物配管の下流に
設けるとガス圧は１００Ｔｏｒｒより高くなる。

【００１９】（３）プラズマ処理装置に関する実施例図２と同様に、ガスボンベ−絶縁配管−流量制御器−チ
ャンバとなるが、励起エネルギーがアーク放電ではな
く、高周波放電である場合を図３に示す。プラズマをイ
オンビームにせずに加速しないプラズマのまま試料に当
てるプラズマ処理装置の例である。原料ガスを与える対
象がフィラメントをもつチャンバではなく高周波励起チ
ャンバである。ガス供給系は図２の実施例と同様であ
る。ガスボンベ１４からガスが金属配管４３、絶縁物配
管４５、金属配管４８、流量制御器１６、金属配管４９
を通してガス入口１８からチャンバ１に導入される。絶
縁物配管４５は、真空槽４４によって囲まれる。絶縁物
配管４５はセラミックやテフロンによって作られる。そ
れより上流側の金属配管４３は接地電位にある。下流側
の金属配管４８は高電位にある。流量制御器１６が下流
側の配管にあるので、絶縁物配管４５のガス圧は高くて
放電が起こりにくい。

【００２０】プラズマ室であるチャンバ１はフィラメン
ト励起ではなくて高周波励起のチャンバである。チャン
バ１と蓋５１の間には絶縁物５０があって両者を絶縁し
ている。蓋とチャンバ本体の間には高周波電源５２が高
周波電圧を印加している。チャンバ１の内部にプラズマ
１９が発生する。チャンバ１の内部には試料１１が設け
られる。チャンバ１と処理室５４は絶縁物５３によって
絶縁される。チャンバ１、処理室５４は真空ポンプ１３
によって真空に引かれている。排気管２５によって真空
槽４４も真空ポンプ１３につながれる。

【００２１】

【発明の効果】ガスボンベを接地電位に、プラズマ室な
どの処理装置を高電圧に保つには途中に絶縁配管がなく
てはならないが、本発明は絶縁配管を真空中にいれるの
で絶縁配管にクラックなどがあったとしても不純物ガス
が混入する心配はない。接地電位にあるガスボンベから
高電圧にある処理装置まで不純物混入の恐れなく安価に
ガスを送給することができる。また真空部よりも流量制
御器を下流側にもってくることによって処理室に印加で
きる電圧をより高くできる。優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】絶縁物配管の上流側に流量制御器を有するフィ
ラメントイオン源を用いた本発明の第１の従来例にかか
るイオンビーム装置の概略断面図。

【図２】絶縁物配管の下流側に流量制御器を有するフィ
ラメントイオン源を用いた本発明の第２の従来例にかか
るイオンビーム装置の概略断面図。

【図３】絶縁物配管の下流側に流量制御器を有するフィ
ラメントイオン源を用いた本発明の第３の従来例にかか
るプラズマ処理装置の概略断面図。

【図４】ガスボンベを高電位に置いた従来例にかかるガ
ス供給系をそなえたイオンビーム装置の概略断面図。

【図５】ガスボンベとチャンバの間に絶縁配管を設けた
従来例にかかるガス供給系を備えたイオンビーム装置の
概略断面図。

【符号の説明】

１イオン源チャンバ２フィラメント３絶縁物４フィラメント電源５アーク電源６加速電源７加速電極８減速電極９接地電極１０絶縁碍子１１試料１２処理室１３真空ポンプ１４ガスボンベ１５金属配管１６流量制御器１７金属配管１８ガス入口１９プラズマ２０金属配管２１絶縁物配管２５排気管２６真空槽２７絶縁物配管２８金属配管２９金属配管３０絶縁物３１蓋３２金属配管３５金属配管３６真空槽３７絶縁物配管３８蓋３９絶縁物４０金属配管４２金属配管４３金属配管４４真空槽４５絶縁物配管４６絶縁物４７蓋４８金属配管４９金属配管５０絶縁物シール５１蓋５２高周波電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 37/317 Ｈ０１Ｊ 37/317 ＺＨ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/265 21/265 Ｆ (72)発明者緒方潔京都府京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスをプラズマ化するための高電位のかか
ったプラズマ装置にガスボンベから原料ガスを供給する
方法に於て、ガスボンベを接地電位にもうけ、一部に絶
縁物配管を含む配管によってガスボンベとチャンバをつ
なぎ、絶縁物配管の部分は真空槽に収容されていること
を特徴とするプラズマ装置へのガス供給方法。
【請求項２】接地電位のガスボンベと高電位のプラズマ
装置とをつなぐ配管系において、絶縁物配管を通るガス
圧が１００Ｔｏｒｒ以上であるようにしたことを特徴と
する請求項１に記載のプラズマ装置へのガス供給方法。
【請求項３】ガス導入口とガスをプラズマ化する手段を
有し高電位が印加されるチャンバと、接地電位に設けら
れるガスボンベと、ガスボンベとチャンバのガス導入口
をつなぐ金属配管と絶縁物配管とよりなる配管系と、配
管系の絶縁物配管を囲む真空槽とよりなることを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項４】絶縁物配管の内部のガス圧力が１００Ｔｏ
ｒｒ以上になる部位に絶縁物配管を設ける事を特徴とす
る請求項３に記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】ガス導入口とガスをプラズマ化する手段を
有し高電位が印加されるチャンバと、プラズマに電圧を
印加する事によってイオンビームを引き出す電極と、イ
オンビームが照射されるべき試料を保持する処理室と、
接地電位に設けられるガスボンベと、ガスボンベとチャ
ンバの出す導入口をつなぐ金属配管と絶縁物配管よりな
る配管系と、配管系の絶縁物配管を囲む真空槽とよりな
ることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項６】絶縁物配管の内部のガス圧力が１００Ｔｏ
ｒｒ以上になる部位に絶縁物配管を設ける事を特徴とす
る請求項５に記載のイオンビーム装置。