JPH11273895A - Plasma generating device using microwave - Google Patents

Plasma generating device using microwave

Info

Publication number
JPH11273895A
JPH11273895A JP10093874A JP9387498A JPH11273895A JP H11273895 A JPH11273895 A JP H11273895A JP 10093874 A JP10093874 A JP 10093874A JP 9387498 A JP9387498 A JP 9387498A JP H11273895 A JPH11273895 A JP H11273895A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
gas
microwave
diamond
plasma generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10093874A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Kudo
稔 工藤
Norikazu Taniyama
記一 谷山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Micro Denshi Co Ltd
Original Assignee
Micro Denshi Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Micro Denshi Co Ltd filed Critical Micro Denshi Co Ltd
Priority to JP10093874A priority Critical patent/JPH11273895A/en
Publication of JPH11273895A publication Critical patent/JPH11273895A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To design a plasma generating device by using a specific expression, for working/processing an object by means of microwave plasma, for example, a plasma generating device for coating an object by bringing diamond to chemical vapor phase epitaxy on a surface of the object, or sputtering and etching the object, or sintering the object. SOLUTION: In a plasma generating device for heating supplied gas (H2 CH4 ) by plasma 35 and bringing diamond to chemical vapor phase epitaxy on an object 28 by means of plasmatic gas, when the thickness growth speed of the diamond growing on the object 28 and a distance from a middle part of the plasma 25 to a surface of the object 28 are expressed by H(r) and r, respectively, the thickness growth speed H(r) of the diamond or the distance r of the object 28 is determined from calculated values of an expression: H(r)=K.(1/r<2> ), where, K is a proportionality constant determined by the degree of vacuum P, a gas flow rate L, a microwave output E, and the like.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空室に供給した
ガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化
ガス(プラズマの作用を受けたガス)によって物体を加
工処理するためのプラズマ発生装置、例えば、物体面に
ダイヤモンドを化学気相成長させる等の物体のコ−テン
グ加工処理や物体のスパッタリング、エッチング、また
は、物体のシンタリングの加工処理を行なうプラズマ発
生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator for heating a gas supplied to a vacuum chamber by microwave plasma and processing an object with a plasma gas (gas subjected to plasma). The present invention relates to a plasma generating apparatus for performing a coating process on an object, such as chemical vapor deposition of diamond on an object surface, or a sputtering, etching, or sintering process on an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は物体面にダイヤモンドを化学気相
成長させて物体をコ−テング加工処理する第1の従来例
を示した空胴共振形のプラズマ発生装置の概略構成図で
ある。このプラズマ発生装置は、矩形導波管11により
マイクロ波MW(周波数:2450MHz)を伝送して
共振室(真空室)12内にプラズマ13を発生させる構
成となっている。
2. Description of the Related Art FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a cavity resonance type plasma generating apparatus showing a first conventional example in which diamond is chemically vapor-deposited on an object surface and a coating process is performed on the object. This plasma generator is configured to generate a plasma 13 in a resonance chamber (vacuum chamber) 12 by transmitting a microwave MW (frequency: 2450 MHz) through a rectangular waveguide 11.

【0003】なお、導波管11は一端側が共振室12に
連結され、その他端側がインピ−ダンス整合器を介して
マイクロ波発振器に連結されている。また、この導波管
11と共振室12との間には、石英ガラスなどの誘電体
材料からなる隔壁14を設け、共振室12を気密構造と
してある。
The waveguide 11 has one end connected to the resonance chamber 12 and the other end connected to a microwave oscillator via an impedance matching device. A partition 14 made of a dielectric material such as quartz glass is provided between the waveguide 11 and the resonance chamber 12, and the resonance chamber 12 has an airtight structure.

【0004】さらに、上記共振室12は真空ポンプ15
によって空気排出されて真空室となっており、また、こ
の共振室12には、水素(H2)ガス、メタン(CH4
ガスなどがダイヤモンドの要素ガスとしてガス供給管1
6より供給される。そして、ダイヤモンドを成長させる
物体17(例えば、シリコンウェハ−等)は、共振室1
2内に発生するマイクロ波プラズマ13の発光部内に保
持されている。
Further, the resonance chamber 12 has a vacuum pump 15
The air is exhausted to form a vacuum chamber, and the resonance chamber 12 contains hydrogen (H 2 ) gas and methane (CH 4 ).
Gas supply pipe 1
Supplied from 6. The object 17 (for example, a silicon wafer or the like) on which diamond is to be grown is placed in the resonance chamber 1.
2 is held in a light emitting portion of the microwave plasma 13 generated in the inside.

【0005】このようなプラズマ発生装置は、導波管1
1よりマイクロ波MWが伝送されると、マイクロ波の電
界強度が強くなる共振室12内の部所にプラズマ13が
発生する。このプラズマ13の発生によって水素ガスや
メタンガス等の要素ガスが加熱され、プラズマ化ガスに
よって物体17の面上にダイヤモンドを化学気相成長さ
せる。
[0005] Such a plasma generator includes a waveguide 1.
When the microwave MW is transmitted from 1, the plasma 13 is generated at a location in the resonance chamber 12 where the electric field strength of the microwave is increased. The generation of the plasma 13 heats an element gas such as a hydrogen gas or a methane gas, and causes the plasma-forming gas to cause diamond to grow on the surface of the object 17 by chemical vapor deposition.

【0006】図7は物体面にダイヤモンドを化学気相成
長させて物体をコ−テング加工処理する第2の従来例を
示した同軸線路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図
8は図7上のA−A線断面図である。このプラズマ発生
装置は、外部導体21aとこの外部導体21aの内部中
央を通る棒状の内部導体21bとからなる同軸線路21
によってマイクロ波MW(周波数:2450MHz)を
伝送する構成となっている。つまり、この同軸線路21
がインピ−ダンス整合器22を介してマイクロ波発振器
に連結されている。
FIG. 7 is a schematic diagram of a coaxial line type plasma generator showing a second conventional example in which diamond is chemically vapor-deposited on an object surface and the object is subjected to a coating process, and FIG. 8 is FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The plasma generator includes a coaxial line 21 composed of an outer conductor 21a and a rod-shaped inner conductor 21b passing through the inner center of the outer conductor 21a.
To transmit microwave MW (frequency: 2450 MHz). That is, this coaxial line 21
Are connected to a microwave oscillator via an impedance matching unit 22.

【0007】また、この同軸線路21の一端側が真空室
23に連結されている。この真空室23は気密構造とす
るため、真空室23と同軸線路21とを仕切部材24に
よって仕切ってある。なお、この仕切部材24は、マイ
クロ波を透過させ、マイクロ波電力を吸収しない石英ガ
ラスなどの誘電体材で形成されている。
[0007] One end of the coaxial line 21 is connected to a vacuum chamber 23. The vacuum chamber 23 is separated from the coaxial line 21 by a partition member 24 in order to form an airtight structure. The partition member 24 is formed of a dielectric material such as quartz glass that transmits microwaves and does not absorb microwave power.

【0008】上記した同軸線路21の内部導体21b
は、その先端部21cが仕切部材24を通って真空室2
3内に突入している。そして、真空室23内に突入させ
た上記先端部21cは、マイクロ波電界がその先端で強
くなるように、マイクロ波の波長λに対して、(λ/
4)+n・(λ/2)の長さに定められている。(n=
0,1,2,3・・・・・・・・) また、上記した先端部21cの先端は、マイクロ波電界
を集中させ、プラズマ25を発生し易くするため鋭利の
形状となっている。
The above-mentioned inner conductor 21b of the coaxial line 21
The tip 21c of the vacuum chamber 2 passes through the partition member 24.
3 has entered. The distal end portion 21c protruding into the vacuum chamber 23 has a wavelength (λ /
4) The length is determined to be + n · (λ / 2). (N =
0, 1, 2, 3,...) The tip of the tip 21c has a sharp shape to concentrate the microwave electric field and to easily generate the plasma 25.

【0009】上記した真空室23は、約1Torr〜数
百Torr程度の真空度に調整するための真空ポンプ2
6を備え、また、水素(H2)ガスやメタン(CH4)ガ
スなどのダイヤモンド要素ガスを真空室23に供給する
ガス供給管27を備えている。
The above-mentioned vacuum chamber 23 is provided with a vacuum pump 2 for adjusting the degree of vacuum to about 1 Torr to several hundred Torr.
6 and a gas supply pipe 27 for supplying a diamond element gas such as hydrogen (H 2 ) gas or methane (CH 4 ) gas to the vacuum chamber 23.

【0010】一方、真空室23には、ダイヤモンドを化
学気相成長させる物体(例えば、シリコンウェハ−等)
28と、この物体28を取付けるようにして物体28を
加熱するヒ−タ29とが配設されている。そして、物体
28については、プラズマ25の発光部の外方、つま
り、プラズマ25の発光部外でダイヤモンドを化学気相
成長させることができる発光部外位置に配設する構成と
なっている。なお、30はヒ−タ29の給電線である。
On the other hand, in the vacuum chamber 23, an object (for example, a silicon wafer or the like) on which diamond is subjected to chemical vapor deposition.
And a heater 29 for heating the object 28 so that the object 28 is attached. The object 28 is arranged outside the light-emitting portion of the plasma 25, that is, at a position outside the light-emitting portion where diamond can be chemically vapor-grown outside the light-emitting portion of the plasma 25. Reference numeral 30 denotes a power supply line of the heater 29.

【0011】この従来例のプラズマ発生装置は、同軸線
路21によってマイクロ波MWが伝送されると、内部導
体21bの先端部21cの先端でマイクロ波電界が強く
なりプラズマ25が発生する。これより、ダイヤモンド
の要素ガスがプラズマ25によって加熱し、プラズマ化
ガスが物体28上に降り注ぎダイヤモンドが化学気相成
長される。
In this conventional plasma generator, when microwaves MW are transmitted through the coaxial line 21, the microwave electric field becomes strong at the tip of the tip 21c of the internal conductor 21b, and plasma 25 is generated. As a result, the element gas of diamond is heated by the plasma 25, the plasma gas is dropped onto the object 28, and diamond is grown by chemical vapor deposition.

【0012】なお、ダイヤモンドを化学気相成長させる
上記した物体17、28は、ダイヤモンド基板などのよ
うにダイヤモンドの核をもった物体以外のものについて
は、ダイヤモンド粉を混合させたアルコ−ル液の容器に
入れ、この容器に超音波をかけたり、その他の手段によ
って物体面にダイヤモンドの核を作る前工程処理が行な
われる。
The above-mentioned objects 17 and 28 for chemical vapor deposition of diamond are not limited to objects having a diamond nucleus such as a diamond substrate. The container is placed in a container, and the container is subjected to a pre-process for forming a diamond nucleus on the object surface by applying ultrasonic waves or other means.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】マイクロ波プラズマを
使って物体を加工処理する上記したようなプラズマ発生
装置については、設計の拠り所となる基本的なモデルが
未だに存在しないため、経験に頼って装置設計を行なっ
ている現状にある。
With respect to the above-mentioned plasma generating apparatus for processing an object using microwave plasma, a basic model on which the design is based does not yet exist, and therefore, the apparatus is relied on experience. We are currently designing.

【0014】例えば、プラズマと物体との立体的位置関
係によって加工処理速度がどのように変るのか皆目見当
がつかなかった。一般には、全てプラズマ発生装置の特
有の構造に左右されると考えられていた。
For example, no one has any idea how the processing speed changes depending on the three-dimensional positional relationship between the plasma and the object. It was generally believed that all depended on the specific structure of the plasma generator.

【0015】本発明は上記した実情にかんがみ、製品と
して必要となる物体のコ−テング、スパッタリング、エ
ッチング、シンタリングなどの加工処理状態を目標とし
て装置設計することができるマイクロ波を利用したプラ
ズマ発生装置を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned circumstances, the present invention provides a plasma generation utilizing microwaves which can be designed for an apparatus with a target of a processing state such as coating, sputtering, etching and sintering of an object required as a product. It is intended to provide a device.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明では、第1の発明として、真空室に供給し
たガスをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ
化ガスによって物体を加工処理するマイクロ波を利用し
たプラズマ発生装置において、プラズマの中心部から物
体面までの距離r、または、物体の加工処理速度H
(r)を、 H(r)=K・(1/r2) K: 真空度、ガス流量、マイクロ波出力等によって決
まる比例係数 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
According to the present invention, as a first invention, a gas supplied to a vacuum chamber is heated by microwave plasma, and an object is processed by a plasma gas. In a plasma generator using microwaves, the distance r from the center of the plasma to the object surface or the processing speed H of the object
(R) is defined by H (r) = K ・ (1 / r 2 ) where K is a conditional expression of a proportionality coefficient determined by a degree of vacuum, a gas flow rate, a microwave output, and the like. We propose a plasma generator that utilizes the method.

【0017】第2の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室の真空度Pの3乗根に比例する係数としたことを特
徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案
する。
As a second invention, H of the first invention is used.
In (r) = K · (1 / r 2 ), the proportional coefficient K is a coefficient proportional to the cube root of the degree of vacuum P in the vacuum chamber. A plasma generating apparatus using microwaves is proposed. I do.

【0018】第3の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例する係数とし
たことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発生
装置を提案する。
According to a third aspect, H of the first aspect is used.
(R) = K · (1 / r 2 ), wherein the proportional coefficient K is a coefficient proportional to the cube root of the gas flow rate L supplied to the vacuum chamber, wherein the plasma generator using microwaves is characterized in that Suggest.

【0019】第4の発明としては、第1の発明のH
(r)=K・(1/r2)において、比例係数Kは、マ
イクロ波出力Eに比例する係数としたことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
As a fourth invention, H of the first invention is used.
In (r) = K · (1 / r 2 ), a proportional coefficient K is a coefficient proportional to the microwave output E, and a plasma generator using microwaves is proposed.

【0020】第5の発明としては、真空室に供給したガ
スをマイクロ波プラズマによって加熱し、プラズマ化ガ
スによって物体を加工処理するマイクロ波を利用したプ
ラズマ発生装置において、物体の加工処理速度H(r、
P、L、E)を、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2) α: 装置構造等とガス組成によって定まる定数 P: 真空度 L: ガス流量 E: マイクロ波出力 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置を提案する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a plasma generating apparatus using microwaves, in which a gas supplied to a vacuum chamber is heated by microwave plasma, and the object is processed by a plasma gas. r,
P, L, and E), H (r, P , L, E) = α · 3 √P · 3 √L · E · (1 / r 2) α: determined by the device structure or the like and the gas composition constant P: The present invention proposes a plasma generator using microwaves, characterized in that it is determined and configured according to a conditional expression of vacuum degree L: gas flow rate E: microwave output.

【0021】第6の発明としては、第1または第5の発
明において、物体の加工処理としてダイヤモンドの化学
気相成長を含む物体のコ−テングの他、物体のスパッタ
リング、エッチングまたはシンタリングを行なう構成と
したことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置を提案する。
According to a sixth aspect of the present invention, in the first or fifth aspect, in addition to the object coating including the chemical vapor deposition of diamond as the object processing, sputtering, etching or sintering of the object is performed. We propose a plasma generator using microwaves, which is characterized by having a configuration.

【0022】[0022]

【作用】プラズマ中心部から物体面までの距離r以外の
諸条件、つまり、真空室の真空度、真空室に供給するガ
ス流量、マイクロ波出力、ガス成分及び配合、処理する
物体の状態などの諸条件を比例係数Kとすれば、物体の
加工処理速度H(r)は、物体の距離rの2乗に反比例
する。すなわち、プラズマの発光部を点光源として、H
(r)=K・(1/r2)の式が成立する。
[Function] Conditions other than the distance r from the center of the plasma to the object surface, such as the degree of vacuum in the vacuum chamber, the gas flow rate supplied to the vacuum chamber, the microwave output, the gas components and the composition, the state of the object to be processed, etc. Assuming that the conditions are proportional coefficients K, the processing speed H (r) of the object is inversely proportional to the square of the distance r of the object. That is, when the light emitting portion of the plasma is used as a point light source, H
The equation (r) = KK (1 / r 2 ) holds.

【0023】このことから、プラズマと物体の立体的な
位置関係によって物体の加工処理速度を知ることができ
る。例えば、プラズマ中心部からシリコンウェハ−まで
の距離によって、シリコンウェハ−に成長するダイヤモ
ンドの厚み成長速度、つまり、分布量が定まる。この結
果、第1の発明によれば、加工処理状態が予め定められ
た物体を生産する場合は、この物体の加工処理速度をH
(r)として上記した計算式より距離rを算出し、この
算出値にもとづいてプラズマ発生装置を設計することが
できる。
From this, the processing speed of the object can be known from the three-dimensional positional relationship between the plasma and the object. For example, the distance from the center of the plasma to the silicon wafer determines the thickness growth rate of diamond growing on the silicon wafer, that is, the distribution amount. As a result, according to the first aspect, when an object whose processing state is predetermined is produced, the processing speed of the object is set to H.
The distance r is calculated from the above formula as (r), and the plasma generator can be designed based on the calculated value.

【0024】また、上記の式H(r)=K・(1/
2)において、比例係数Kは、真空室の真空度P、真
空室に供給するガス流量Lの3乗根に比例し、マイクロ
波出力Eに比例することが実験によって確認された。こ
の結果、第5の発明によれば、物体までの距離rの他
に、真空度P、ガス流量L、マイクロ波出力Eについて
も物体の加工処理にしたがって定めることができる。
Further, the above equation H (r) = KK (1 /
In r 2 ), experiments confirmed that the proportionality coefficient K was proportional to the cube root of the degree of vacuum P in the vacuum chamber and the gas flow rate L supplied to the vacuum chamber, and was proportional to the microwave output E. As a result, according to the fifth aspect, in addition to the distance r to the object, the degree of vacuum P, the gas flow rate L, and the microwave output E can be determined according to the processing of the object.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本発明は物体をコ−テングした
り、物体をスパッタリング、エッチングしたりする他、
物体をシンタリングする等の加工処理装置として実施す
ることができるが、ダイヤモンドを化学気相成長させて
物体をコ−テングする実施形態について図面に沿って説
明する。図1は本発明の第1実施形態を示す空胴共振器
形のプラズマ発生装置の概略構成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention is applicable to coating an object, sputtering and etching an object, and the like.
The present invention can be embodied as a processing apparatus for sintering an object or the like. An embodiment in which diamond is subjected to chemical vapor deposition to coat the object will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cavity resonator type plasma generator according to a first embodiment of the present invention.

【0026】この第1実施形態のプラズマ発生装置は、
ガス供給口部41aをマイクロ波プラズマ13の中心に
配設させたガス供給管41を備えている。また、このプ
ラズマ発生装置は、共振室12に連通させた真空室42
を設け、真空ポンプ15によってこの真空室42から空
気排出する構成としてある。
The plasma generator according to the first embodiment has
A gas supply pipe 41 having a gas supply port 41a disposed at the center of the microwave plasma 13 is provided. Further, the plasma generator includes a vacuum chamber 42 connected to the resonance chamber 12.
, And air is exhausted from the vacuum chamber 42 by the vacuum pump 15.

【0027】さらに、この実施形態では、ダイヤモンド
を化学気相成長させる物体17をヒ−タ43に取付ける
と共に、この物体17がプラズマ13の発光部外となる
ように配設してある。なお、その他は図6に示す第1の
従来例と同様の構成であるので、同一の部材及び部所に
ついては同じ参照符号を付してその説明を省略する。
Further, in this embodiment, an object 17 for chemical vapor deposition of diamond is attached to the heater 43 and the object 17 is arranged outside the light emitting portion of the plasma 13. The rest of the configuration is the same as that of the first conventional example shown in FIG. 6, and therefore, the same members and portions are denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.

【0028】このように構成したプラズマ発生装置は、
真空室42に供給される水素ガスやメタンガスなどの要
素ガスがガス供給管41によって全てプラズマ13の中
心部に送り込まれる。この結果、供給される全ての要素
ガスがプラズマ13内に入り、プラズマ13によって加
熱され、プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ43によっ
て昇温された物体(例えば、シリコンウェハ−、ダイヤ
モンド基板など)17の面上に降り注ぎダイヤモンドが
化学気相成長する。
The plasma generator configured as above is
Element gases such as hydrogen gas and methane gas supplied to the vacuum chamber 42 are all fed into the center of the plasma 13 by the gas supply pipe 41. As a result, all the supplied element gases enter the plasma 13, are heated by the plasma 13, and the gas subjected to the plasma action is heated by the heater 43 (for example, a silicon wafer, a diamond substrate, or the like). ) Diamond falls on the surface of 17 and diamond is grown by chemical vapor deposition.

【0029】このことから、ダイヤモンドの成長速度が
速く、ダイヤモンド生成効率の高いプラズマ発生装置と
なる。なお、上記したガス供給管41は、石英ガラス、
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成する。
From the above, a plasma generator having a high diamond growth rate and high diamond generation efficiency can be obtained. The gas supply pipe 41 is made of quartz glass,
It is composed of materials such as carbon and high melting point metal.

【0030】図2は本発明の第2実施形態を示す同軸線
路形のプラズマ発生装置の概略構成図、図3は図2上の
B−B線断面図、図4は同プラズマ発生装置のプラズマ
発光部を示す部分拡大図である。この第2実施形態のプ
ラズマ発生装置は、同軸線路21の内部導体21b内に
ガス供給管51を設けた構成となっている。なお、その
他は図7及び図8に示す第2の従来例と同様の構成であ
るので、同一の部材及び部所については同じ参照符号を
付してその説明を省略する。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a coaxial line type plasma generator according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 2, and FIG. FIG. 3 is a partially enlarged view showing a light emitting unit. The plasma generator of the second embodiment has a configuration in which a gas supply pipe 51 is provided in an inner conductor 21b of a coaxial line 21. The rest of the configuration is the same as that of the second conventional example shown in FIGS. 7 and 8, and therefore, the same members and portions are denoted by the same reference characters and description thereof will be omitted.

【0031】上記したガス供給管51は、石英ガラス、
カ−ボン、高融点金属などの材料で構成し、その先端の
ガス供給口部51aが内部導体21bの先端部21cの
先端に位置するようになっている。このように構成した
プラズマ発生装置は、真空室23に供給される水素ガス
やメタンガスなどの要素ガスがガス供給管51によって
全てプラズマ25の中央に送り込まれる。
The gas supply pipe 51 is made of quartz glass,
It is made of a material such as carbon or a high melting point metal, and the gas supply port 51a at the tip is located at the tip of the tip 21c of the internal conductor 21b. In the plasma generator configured as described above, all element gases such as hydrogen gas and methane gas supplied to the vacuum chamber 23 are sent to the center of the plasma 25 by the gas supply pipe 51.

【0032】この結果、供給された全ての要素ガスがプ
ラズマ25内に入り、プラズマ25によって加熱され、
プラズマ作用を受けたガスがヒ−タ29により昇温され
た物体28に降り注ぎ、物体(シリコンウェハ−、ダイ
ヤモンド基板など)28の面上にダイヤモンドが化学気
相成長する。このことから、ダイヤモンドの成長速度が
速く、また、ダイヤモンドがプラズマ25によって加熱
されたガスのみによって成長することから、均一化され
た結晶のダイヤモンドが生成する。
As a result, all the supplied element gases enter the plasma 25 and are heated by the plasma 25,
The gas subjected to the plasma action falls on the object 28 heated by the heater 29, and diamond is grown on the surface of the object (silicon wafer, diamond substrate, etc.) 28 by chemical vapor deposition. From this, the growth rate of the diamond is high, and the diamond is grown only by the gas heated by the plasma 25, so that a uniform crystal diamond is generated.

【0033】上記のように構成した第1、第2実施形態
のプラズマ発生装置は、ダイヤモンドの厚み成長速度が
プラズマ(13、25)に対する物体(17、28)の
位置によって大きく変るため、所定のダイヤモンド厚み
の製品(例えば、シリコンウェハ−)を生産する場合
に、物体(17、28)の距離rを設定することが重要
となる。
In the plasma generators of the first and second embodiments configured as described above, the thickness growth rate of diamond greatly varies depending on the position of the object (17, 28) with respect to the plasma (13, 25). When producing a diamond-thick product (for example, a silicon wafer), it is important to set the distance r between the objects (17, 28).

【0034】しかし、この距離rをどのように設定すれ
ばよいのかの目安がないため、実験を繰返して設定した
り、経験にもとづいて設定する他はなかった。そこで、
上記実施形態では、 H(r)=K・(1/r2) ・・・・・(1) から距離rを算出し、この算出値にしたがって上記距離
rが設定してある。
However, since there is no guide on how to set the distance r, there is no other way than to set the distance r by repeating the experiment or based on experience. Therefore,
In the above embodiment, the distance r is calculated from H (r) = K = (1 / r 2 ) (1), and the distance r is set according to the calculated value.

【0035】すなわち、所定のダイヤモンド厚みを得る
ためのダイヤモンド成長速度を加工処理速度H(r)と
すれば、この成長速度H(r)が、プラズマ(13、2
5)の中心部から物体(17、28)面までの距離rの
2乗に反比例して定まることが本出願の発明者によって
確認された。すなわち、プラズマの中心から放射される
粒子にガウスの定理が当てはまる。ガウスの定理を粒子
について当てはめて説明する。点源(プラズマの中心)
から単位時間に同量の粒子が連続的に放出されている。
この時、点源から放出される粒子は、点源を中心として
単位半径の単位球の表面のどの部分にも均等に降り注
ぐ。単位時間に点源から放出された粒子の数と、単位球
表面上に単位時間降り注ぐ粒子の数は同じである。球の
半径が大きくなった場合でも、この球表面に単位時間に
降り注ぐ粒子の数は、単位球表面に単位時間に降り注ぐ
粒子の数と同じである。また、この球表面のどの部分に
も均等に降り注ぐ。点源から放出される粒子数が時間的
に変化する場合も、球表面に粒子が到達する時間を考慮
すれば上記のことは成立する。
That is, assuming that the diamond growth rate for obtaining a predetermined diamond thickness is the processing rate H (r), the growth rate H (r) is equal to the plasma (13,2).
It has been confirmed by the inventor of the present application that the distance is determined in inverse proportion to the square of the distance r from the center of 5) to the plane of the object (17, 28). That is, Gauss's theorem applies to particles emitted from the center of the plasma. I explain Gauss's theorem by applying it to particles. Point source (center of plasma)
From the same amount of particles are continuously released per unit time.
At this time, the particles emitted from the point source uniformly fall on any part of the surface of the unit sphere having a unit radius with the point source as a center. The number of particles emitted from the point source per unit time is the same as the number of particles falling on the unit sphere surface for a unit time. Even when the radius of the sphere increases, the number of particles falling on the sphere surface per unit time is the same as the number of particles falling on the unit sphere surface per unit time. It also falls evenly on any part of the sphere surface. Even when the number of particles emitted from the point source changes with time, the above holds true in consideration of the time required for the particles to reach the sphere surface.

【0036】つまり、プラズマ(13、25)と物体
(17、28)は相互作用をもたないが、放射する粒子
の線は逆2乗で拡散することから、ニュ−トンの万有引
力の法則、F(r)=GMm・(1/r2)や電荷に働
く力を示すク−ロンの法則、F(r)=(Qq/4πε
0)・(1/r2)と同様に考えられ、ダイヤモンドの厚
み成長速度についてH(r)=K・(1/r2)の式が
成立することが判明した。
That is, although the plasma (13, 25) and the object (17, 28) have no interaction, the radiating particle lines diffuse in the inverse square, so that Newton's law of universal attraction F (r) = GMm · (1 / r 2 ) or Coulomb's law indicating the force acting on the charge, F (r) = (Qq / 4πε
0 ) · (1 / r 2 ), and it was found that the formula of H (r) = K · (1 / r 2 ) holds for the diamond thickness growth rate.

【0037】したがって、真空度P、ガス流量L、マイ
クロ波出力E、ガス成分及び配合、物体の状態、ヒ−タ
温度、装置構造などを比例係数Kとすれば、H(r)=
K・(1/r2)より距離rを算出して装置設計するこ
とにより、所定のダイヤモンド厚み成長速度H(r)を
得ることができる。
Accordingly, if the degree of vacuum P, the gas flow rate L, the microwave output E, the gas composition and composition, the state of the object, the heater temperature, the device structure, and the like are represented by the proportional coefficient K, H (r) =
By calculating the distance r from K · (1 / r 2 ) and designing the device, a predetermined diamond thickness growth rate H (r) can be obtained.

【0038】また、上記(1)式の比例係数Kは、真空
室(23、42)の真空度Pの3乗根に比例し、真空室
(23、42)に供給するガス流量Lの3乗根に比例
し、また、マイクロ波出力Eに比例することが実験によ
って確認された。したがって、装置構造とガス組成が定
まれば、装置構造とガス組成の比例定数αとして、上記
(1)式の比例係数Kは、 K=α・3√P・3√L・E ・・・・・・(2) となる。
The proportionality coefficient K in the above equation (1) is proportional to the cube root of the degree of vacuum P in the vacuum chambers (23, 42), and is 3 times the gas flow rate L supplied to the vacuum chambers (23, 42). It has been confirmed by experiments that it is proportional to the root and also proportional to the microwave power E. Therefore, Sadamare the device structure and the gas composition, as a proportional constant of the device structure and the gas composition alpha, proportional coefficient K of the equation (1), K = α · 3 √P · 3 √L · E ··· ... (2)

【0039】この結果、プラズマ(13、25)の中心
部より物体(17、28)面までの距離r、真空度P、
ガス流量L、マイクロ波出力Eの装置構成要部を総体的
に、または、構成要部の一部を変えて装置設計する場合
は、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2)・・・・(3) の式にもとづいて算出し、その算出値にもとづいて装置
設計することにより、所定のダイヤモンドの厚み成長速
度H(r、P、L、E)を得ることができるプラズマ発
生装置となる。
As a result, the distance r from the center of the plasma (13, 25) to the surface of the object (17, 28), the degree of vacuum P,
Gas flow rate L, Overall the device main portions of the configuration of a microwave output E, or, if the apparatus designed by changing a part of main portions of the configuration is, H (r, P, L , E) = α · 3 √ calculated based on the formula of P · 3 √L · E · ( 1 / r 2) ···· (3), by apparatus designed on the basis of the calculated value, a predetermined diamond thickness growth rate H ( r, P, L, E).

【0040】図5は上記第2実施形態と同様に装置設計
した第3実施形態を示すプラズマ発生装置の概略構成図
を示す。この第3実施形態は、ガス供給口部61aをプ
ラズマ25の発光部外周近くに配設したガス供給管61
を備えている。このように構成しても供給されたガスが
ほとんどプラズマ25内に入るので、第2実施形態のプ
ラズマ発生装置とほぼ同様の効果を得ることができる。
なお、図1の実施形態に備えたガス供給管41について
も、そのガイ供給口部41aをプラズマ13の発光部外
周近くに配設することによってほぼ同様の効果を得るこ
とができる。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a plasma generator according to a third embodiment designed in the same manner as the second embodiment. In the third embodiment, a gas supply pipe 61 in which a gas supply port 61a is disposed near the outer periphery of a light emitting portion of the plasma 25 is provided.
It has. Even with such a configuration, almost all of the supplied gas enters the plasma 25, so that substantially the same effects as those of the plasma generator of the second embodiment can be obtained.
It should be noted that the gas supply pipe 41 provided in the embodiment of FIG. 1 can also provide substantially the same effect by disposing the guy supply port 41a near the outer periphery of the light emitting portion of the plasma 13.

【0041】以上、本発明の好ましい実施形態について
説明したが、本発明はダイヤモンドを化学気相成長させ
るプラズマ発生装置にかぎらず、物体にコ−ティングし
たり、物体面をスパッタリングし、エッチングし、ま
た、物体をシンタリングする等のプラズマ発生装置につ
いても同様に実施することができる。なお、真空室(2
3、42)に供給するガスは、コ−ティング、スパッタ
リング、エッチング、シンタリング等の物体の加工処理
に応じて変える必要がある。
The preferred embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to a plasma generator for chemically growing diamond by chemical vapor deposition. Further, the present invention can be similarly applied to a plasma generator for sintering an object or the like. The vacuum chamber (2
The gas supplied to (3, 42) needs to be changed according to the processing of the object such as coating, sputtering, etching, and sintering.

【0042】また、本発明を実施する場合は、物体をプ
ラズマ中心部から距離rの位置に配設すればよいから、
物体をプラズマの発光部に入れるようにしても実施する
ことが可能である。さらに、コ−ティング加工などの処
理速度を速めるためにはガスをプラズマ内に直接に導く
ことが好ましいが、このような加工処理速度を考慮しな
ければ、ガスは単に真空室に供給する構成とすることが
できる。
In practicing the present invention, the object may be arranged at a distance r from the center of the plasma.
The present invention can be implemented even when an object is put in the light emitting portion of the plasma. Further, in order to increase the processing speed such as the coating process, it is preferable to directly introduce the gas into the plasma. However, if such a processing speed is not considered, the gas is simply supplied to the vacuum chamber. can do.

【0043】なお、本発明を第2、第3実施形態で示し
たように同軸線路形のプラズマ発生装置として実施する
ときは、内部導体21bの先端部21cについては、カ
−ボンその他、タングステン、モリブデン、タンタルな
どの高融点金属材からなる導電性材料によって構成する
ことが望ましい。
When the present invention is embodied as a coaxial line type plasma generator as shown in the second and third embodiments, the tip 21c of the inner conductor 21b is made of carbon or other materials such as tungsten, It is desirable to use a conductive material made of a high melting point metal material such as molybdenum and tantalum.

【0044】[0044]

【発明の効果】上記した通り、本発明によれば、マイク
ロ波プラズマを利用して物体を加工処理するプラズマ発
生装置の各構成要部を計算により求めた算出値にもとづ
いて設計することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to design each main part of a plasma generator for processing an object using microwave plasma based on a calculated value obtained by calculation. .

【0045】この結果、製品として予め定めた物体の加
工処理値にしたがった装置設計と装置製造が簡単とな
る。言い換えれば、算出値にもとづいて装置設計したプ
ラズマ発生装置により、予め定められた加工処理値の製
品を生産することができる。
As a result, the design and manufacture of the device according to the processing value of the object determined in advance as the product are simplified. In other words, a product having a predetermined processing value can be produced by the plasma generator designed based on the calculated value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施形態を示す空胴共振器形プラズマ発生
装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cavity resonator type plasma generator according to a first embodiment.

【図2】第2実施形態を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a coaxial line type plasma generator according to a second embodiment.

【図3】図2上のB−B線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2;

【図4】図2に示す同軸線路形プラズマ発生装置のプラ
ズマ発光部を示す拡大部分図である。
4 is an enlarged partial view showing a plasma light emitting unit of the coaxial line type plasma generator shown in FIG. 2;

【図5】第3実施形態を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a coaxial line type plasma generator according to a third embodiment.

【図6】第1の従来例を示す空胴共振器形プラズマ発生
装置の概略構成図である。
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a cavity resonator type plasma generator showing a first conventional example.

【図7】第2の従来例を示す同軸線路形プラズマ発生装
置の概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a coaxial line type plasma generator showing a second conventional example.

【図8】図7上のA−A線断面図である。FIG. 8 is a sectional view taken along line AA in FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 導波管 12 共振室 13 プラズマ 17 物体 21 同軸線路 21a 外部導体 21b 内部導体 23 真空室 25 プラズマ 28 物体 29 ヒ−タ 42 真空室 43 ヒ−タ Reference Signs List 11 waveguide 12 resonance chamber 13 plasma 17 object 21 coaxial line 21a outer conductor 21b inner conductor 23 vacuum chamber 25 plasma 28 object 29 heater 42 vacuum chamber 43 heater

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/302 B ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/302 B

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 真空室に供給したガスをマイクロ波プラ
ズマによって加熱し、プラズマ化ガスによって物体を加
工処理するマイクロ波を利用したプラズマ発生装置にお
いて、プラズマの中心部から物体面までの距離r、また
は、物体の加工処理速度H(r)を、 H(r)=K・(1/r2) K: 真空度、ガス流量、マイクロ波出力等によって決
まる比例係数 の条件式にしたがって定めて構成したことを特徴とする
マイクロ波を利用したプラズマ発生装置。
1. A plasma generator using microwaves, in which a gas supplied to a vacuum chamber is heated by microwave plasma to process an object with a plasma gas, the distance r from the center of the plasma to the object surface, Alternatively, the object processing speed H (r) is determined according to the following conditional expression: H (r) = K · (1 / r 2 ) K: proportionality coefficient determined by the degree of vacuum, gas flow rate, microwave output, and the like. A plasma generator using microwaves, characterized in that:
【請求項2】 上記比例係数Kは、真空室の真空度Pの
3乗根に比例する係数としたことを特徴とする請求項
(1)記載のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。
2. The plasma generator using microwaves according to claim 1, wherein the proportional coefficient K is a coefficient proportional to the cube root of the degree of vacuum P in the vacuum chamber.
【請求項3】 上記比例係数Kは、真空室に供給するガ
ス流量Lの3乗根に比例する係数としたことを特徴とす
る請求項(1)記載のマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置。
3. The microwave generating apparatus according to claim 1, wherein the proportional coefficient K is a coefficient proportional to the cube root of the gas flow rate L supplied to the vacuum chamber.
【請求項4】 上記比例係数Kは、マイクロ波出力Eに
比例する係数としたことを特徴とする請求項(1)記載
のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。
4. The microwave generating apparatus according to claim 1, wherein said proportional coefficient K is a coefficient proportional to a microwave output E.
【請求項5】 真空室に供給したガスをマイクロ波プラ
ズマによって加熱し、プラズマ化ガスによって物体を加
工処理するマイクロ波を利用したプラズマ発生装置にお
いて、物体の加工処理速度H(r、P、L、E)を、 H(r、P、L、E)=α・3√P・3√L・E・(1/r2) α: 装置構造等とガス組成によって定まる定数 P: 真空度 L: ガス流量 E: マイクロ波出力の条件式にしたがって定めて構成
したことを特徴とするマイクロ波を利用したプラズマ発
生装置。
5. A plasma processing apparatus utilizing microwaves for heating a gas supplied to a vacuum chamber by microwave plasma and processing an object with a plasma gas to process the object at a processing speed H (r, P, L). the E), H (r, P , L, E) = α · 3 √P · 3 √L · E · (1 / r 2) α: constant determined by the device structure or the like and the gas composition P: degree of vacuum L : Gas flow rate E: A plasma generator using microwaves, which is defined and configured according to a conditional expression of microwave output.
【請求項6】 物体の加工処理としてダイヤモンドの化
学気相成長を含む物体のコ−テングの他、物体のスパッ
タリング、エッチングまたはシンタリングを行なう構成
としたことを特徴とする請求項(1)または(5)記載
のマイクロ波を利用したプラズマ発生装置。
6. A method according to claim 1, wherein the object is processed by sputtering, etching or sintering, in addition to the object coating including the chemical vapor deposition of diamond. (5) A plasma generator using the microwave according to (5).
JP10093874A 1998-03-24 1998-03-24 Plasma generating device using microwave Pending JPH11273895A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10093874A JPH11273895A (en) 1998-03-24 1998-03-24 Plasma generating device using microwave

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10093874A JPH11273895A (en) 1998-03-24 1998-03-24 Plasma generating device using microwave

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH11273895A true JPH11273895A (en) 1999-10-08

Family

ID=14094624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10093874A Pending JPH11273895A (en) 1998-03-24 1998-03-24 Plasma generating device using microwave

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH11273895A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007048497A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Ehime Univ Plasma generation device, plasma generation method, and diamond generation method
JP2008240010A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Microwave plasma treatment device
JP2015096463A (en) * 2010-12-23 2015-05-21 エレメント シックス リミテッド Doping control of synthetic diamond material

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007048497A (en) * 2005-08-08 2007-02-22 Ehime Univ Plasma generation device, plasma generation method, and diamond generation method
JP2008240010A (en) * 2007-03-26 2008-10-09 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Microwave plasma treatment device
JP2015096463A (en) * 2010-12-23 2015-05-21 エレメント シックス リミテッド Doping control of synthetic diamond material
US9637838B2 (en) 2010-12-23 2017-05-02 Element Six Limited Methods of manufacturing synthetic diamond material by microwave plasma enhanced chemical vapor deposition from a microwave generator and gas inlet(s) disposed opposite the growth surface area

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6423383B1 (en) Plasma processing apparatus and method
US5902563A (en) RF/VHF plasma diamond growth method and apparatus and materials produced therein
CN104411082A (en) Plasma source system and plasma generating method
JP2581255B2 (en) Plasma processing method
JP4564213B2 (en) Plasma generating antenna and CVD apparatus
ATE488615T1 (en) MICROWAVE EMITTER FOR AN ELECTRON CYCLOTRON RESONANCE PLASMA SOURCE
ES2196655T3 (en) VAPOR PHASE DEPOSIT CHEMICAL DEPOSIT USING A PLASMA.
EP2080425B1 (en) Device for forming a film by deposition from a plasma
JPH11273895A (en) Plasma generating device using microwave
Xiong et al. An atmospheric pressure nonequilibrium plasma jet device
JP2019116402A (en) Method for producing diamond, and in-liquid plasma processing apparatus
JPS62254419A (en) Plasma deposition device
JPH06140186A (en) Manufacture of plasma
JPH0620048B2 (en) Dry thin film processing equipment
JPH0420985B2 (en)
JP3621730B2 (en) Microwave plasma chemical vapor deposition system
JP2595128B2 (en) Microwave plasma processing equipment
Liu et al. A new remote control microwave plasma jet excited by surface waves
JP2633849B2 (en) Plasma processing equipment
JPS62116775A (en) Plasma cvd device
JPH11228290A (en) Diamond growing apparatus utilizing microwave
JP2641450B2 (en) Plasma processing equipment
JPH05295544A (en) Diamond film synthesizing device
JPH06101442B2 (en) ECR plasma reactor
JPH0317274A (en) Film formation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050210

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060725

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061121