JPS62180747A - 放電反応装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、気体の放電に：より発生するプラズマの活性
種、イオン、放射光を□処□理用材として利用し、所定
の粉体を製造し１、又は、彼処□理・基板表面にエツチ
ング、デボジンヨン、−改質、清浄化等の表面処理を施
す放電反応装置に関する。

（従来技術とその問題点） 従来、上記の種類の放電反応装置で最も多く使用されて
いるものは、第３図に概略の断面を示すような平行平板
型の表面処理装置である。この装置では、ガス導入系３
０と排気系３９をそなえる真空容器３１内に対向設置さ
れ□た・平行平板型電極３２．３３　（３３は接地され
た。真空容器３１に接続）間に、電源３５から直流、交
流、高周波などの電圧を印加して放電を発生させ、その
放電プラズマ３８を用いて、ヒーター３６で加熱される
電極３３上の被処理基板３７に表面処理を施すものであ
る。３４は絶縁物である。

同類の装置には、平行平板型電極を同軸円筒型電極に変
形・置換したり、電極数を増減したりした様々の装置が
ある。しかしこれらの装置には共通して、放電プラズマ
３８の密度が低く、高速の処理ができない欠点がある。

また、被処理基板３７が放電プラズマ３８に直接接触し
ているため、荷電粒子の照射を受けて基板が損傷すると
いう問題もある。この基板の照射損傷を避けるため、放
電プラズマを基板から離れた場所で作り、プラズマ中の
活性種又はイオンだけを被処理基板表面に輸送して処理
を行なう装置も種々提供されているが、何れの装置も放
電プラズマの密度がかなり低いために、実用に耐える処
理速度を得るには大電力の投入を必要とする等の欠点を
残している。

なお、プラズマの密度が低いことと、使用する圧力領域
が低いことにより、上記した各装置は粉体の製造には適
しない。

高密度の放′なプラズマが得られて、処理速度の速い、
粉体の製造にも利用できる放電反応装置としては、第４
図に概要の断面を略示するような、電子サイクロ１−ロ
ン共鳴（ＥＣＲと略す）を利用する放電反応装置がある
。この装置を説明すると。

プラズマ発生用ガス導入系４２が接続され、マグネット
コイル４０の作る磁場Ｂの中に設けられたプラズマ室４
１内に、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波４３が投入
されると、ＥＣＲＭ電によって導入ガスのプラズマが発
生する。このプラズマは前記の磁界Ｂの下端に作られる
発散磁界によってプラズマ流４４となって処理室４５内
に拡大および加速されて噴出し、（必要のときは、ガス
導入用リング状管４６を経由して処理室４５内に反応用
ガスが導入され、これと協力して）試料台５０上の被処
理基板４７に所定の処理を施すものである。処理室４５
には排気系４９、プラズマ室４１には冷却系４８が接続
されている。

しかしこの装置は高密度プラズマとは言っても。

プラズマ密度が１０１１印−３程度であり、イオン化効
率も数％であってなお低く、そのため大電力のマ、イク
白波、発振器を必要として、装置が大掛りで高価になる
ほか、放電室の形状がＥＣＲに適する特殊形状に限定さ
れるなどの欠点をもっている。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題を解決し、大電力を必要とせず高
効率で高密度のプラズマを生成し、そのプ、ラズマ□を
利用して、経済的に粉体を製造し、または□損傷・の少
ない高品質の表面処理を高速に行なうことのできる、小
型かつ安価な放電反応装置の程供を目的とする。

（１発明の構成） ・□本発明は、 （’１）ａ、絶縁物よりなる中空構造の筒状体の内部に
所定のガスを導入する手段。

璽　ｂ、・・ｒ＋「配筋状体の内部空間に、その軸方向
に■　　向う磁場を形成する手段。

Ｃ０前記筒状体の内部空間に、前記軸方向の所定長さに
亘って、この軸と交わる方向の高周波交番磁界を印加す
ることにより、磁場中のプラズマ波を用いて該空間内に
プラズマを発生させる手段、 ｄ、該空間内の該プラズマの活性種、イオン。

放射光を処理用材として、その一部又は全部を、前記筒
状体から、処理室に導入する手段。

をそなえ、該導入されな該処理用材を用い、若くは、こ
れに該処理室に別途導入されたガスを加味して、該処理
室内で所寓の粉体を生成するか、若くは、該処理室々内
に設置された被処理物の表面に所定の処理を施す放電反
・塔装置によって、前記目的を達成したもので卆る・６ （実施例） 以下、図に基いて本発明の放電反応装置の実施例を説明
する。第１図は本発明の実施例の表面処理装置の概略の
断面図であって、装置は大別してプラズマ発生部１．処
理用材導入部２．処理部３の３部からなる。

プラズマ発生部１にては、ガラス、石英２石英ガラス、
各種セラミクス等の高融点絶縁材料で作られた円筒１０
（必要に応じて、冷却系を付設することがある）内には
、図示しないガス供給装置からバルブ１１を通して放電
用ガス１２が導入され１円筒１０を包囲するコイル１３
　（１３１，１３２に分割設置されている）には図示し
ない直流電源から直流電流が流されて１円筒１０の軸方
向に、矢印で図示する磁場Ｂ（磁束密度もＢとする）が
形成されている。

磁場Ｂの作成手段として、前記電磁コイルを用いた場合
のみならず、永久磁石を用いても良いし、永久磁石と電
磁コイルを併用しても良い。

更にこの円筒１０（直径Ｄ）には、その表面に沿って軸
方向の所定長さくＱ）に亘って、図の如く特殊な形状に
曲折されたアンテナ１４が設けられ、高周波電源１５か
ら整合回路１６を経由して高周波電圧が（周波数ｆ、電
力Ｗ）が印加されて、円筒１０の中に、前記の磁場Ｂと
直交する方向に。

高周波交番磁界が加えられるようになっている。

周知のように、（参考文献。ＰＨＹＳＩＣＳＬＥＴＴＥ
ＲＳ　　Ｖｏｌ、３３Ａ、Ｎａ’７．Ｐ２Ｓ５−Ｐ２Ｓ
５．ｒＰＬＡＳＭＡ　　ＰＲＯＤＵＣＴＩ○Ｎ　　ＵＳ
ＩＮＧ　　Ａ　　５ＴＡＮＤＩＮＧ　　ＨＥＬ　Ｉ　Ｃ
ＯＮ　　ＷＡＶＥＪ　ｌ　４　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　１９
７０および、同Ｖｏ１．９１Ａ、Ｎｎ４．Ｐ１６３−Ｐ
ｉ６６、ｒｓＯＭＥ　　ＦＥＡＴＵＲＥＳ　　ＯＦ　　
ＲＦＥＸＣＩＴＥＤ　　ＦＵＬＬＹ　　ｌ０ＮＩＺＥＤ
ＬＯＷ　　ＰＲＥＳ、５ＵＲＥ　　ＡＲＧＯＮ　　ＰＬ
Ａ−３ＭＡＪ　６　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒｌ　９８２）　
、放電用ガス１２をバルブ１１を通して導入して後述の
ガス排気バルブ２５から排気を行ない１円筒１０内のガ
ス圧力を所定値に保ち、アンテナ１４に高周波電力を印
加するときは、条件Ｑ　＝（Ｂａ／ｎｆ）’°５によっ
て、放電管１０内のプラズマにプラズマ波の１つである
ところの低周波共振としての定在ヘリコン波モードを発
生させることができる。但し、ａはプラズマの直径、ｎ
はプラズマの電子密度、Ｑ。

Ｂ、ｆは前述の通りである。

（放電管内にプラズマ波を励起してプラズマ中のイオン
を共鳴的に加熱することにより、放電管内に効率的に高
密度のプラズマを生起させることの可能なプラズマ波と
しては、ＩＣＲＦ（ＩｏｎＣｙｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５
ｏｎａｎｃｅ　ＦｒｅＹｕｅｎｃｙ）、　ＬＨ（Ｌｏｖ
ｅｒ　Ｈｙｂｒｉｄ）波ｒ　Ａｌｆｅｎ波等も考えられ
るが、こＮでは定在Ｈｅｒｉｃｏｎ波で代表させて説明
している。） この条件下では、プラズマ中を電磁波が効果的に伝搬す
るため、装置の設計諸元を適当にすることで、現在広く
使用されている１３．５６ＭＨｚ近辺の工業用周波数の
、比較的小容量の高周波電源を用いて、極めて効率的に
円筒１０内にプラズマ密度が１０１１０ｌ２″３程度以
上の高密度のプラズマを発生させることができる。しか
も条件によっては放電用ガスの殆んど１００％をイオン
化することが可能であって、これはＥＣＲプラズマ装置
の１０倍以上という高い値である。プラズマが高密度で
あるため、生成する活性種、イオンの量は極めで大きく
、放射される光も強大である。

高密度プラズマの高い重度が円筒１０を破壊するおそれ
があり、そのときは、投入する高周波電力を減じ、若く
は、高周波電力をパルス状に断続的に印加して保護する
。。

またコイル１３に印加する電流をパルス状にしたり交番
状にしたりして動量様の保護作用がある。

高密度プラズマの活性樵、イオン、放射光等の処理用材
の、一部または全部を処理部３に導入する処理用材導入
部２は、最も単純には素通りのま＼にすることもあるが
、第１図に示すように、こ−に金網１７．導電性グリ、
ラド、絞り等の一層または多層を設けて、その各層に、
浮遊電位、接地電位、正・負極性の高低の電位を割当て
ることで、前記処理用材を選択し、たり、通過量を適当
にし加速を加減したりして処理室２０内に導入する。な
お、この金網等を、処理室２０内に深く侵入させて基体
ホルダー２３上の基体２４に可成り近接した位置に置か
れることもある。

また放射光のみを利用する場合には光学窓を設置しても
よい。

頭記したＥＣＲプラズマ装置では、磁場Ｂがこの処理用
材導入部２またはそのＦ方１９に作る発散磁界を利用し
て、イオン流の幅の拡大と、独自の調整された加速とを
行いうる利点があったが、本発明の装置でも、電子の運
動エネルギーが充分に大きいので、これに類似する作用
を同様の発散磁界に期待することができる。また前記し
た処理室２０内に深く侵入させた金網、グリッド等は。

これを上記の発散磁界で拡大されたイオン流の下方に設
置し、これによってイオン加速の調節の自由度を高める
こともある。かＮる装置は、殊に」基体２４の処理がス
パッタイオンエツチング処理でイオンの加速を調節する
必要のあ□るときなどに有用である。

処理室２０に接続される排気系は、排気ポンプ（図示し
ない）、排気バルブ２５等すべて第３゜４図の従来の場
合と同様であって、処理の種類に適合したものが使用さ
れる。被処理物である基体２４を加熱ないし冷却するた
めの温度調節系２２についても同様である。

基板ホルダー２３を回転ないし移動させて、処理が基体
２４上で均一になるよう配慮することも従来と同様であ
る。

さて、基板の処理が単純なエツチングや、Ｓｊ基板表面
のＳｉＯ□皮膜作りあるいは基板表面の有機物除去等の
場合なら、第１図の装置に放電用ガス１２としてＡ「や
０２を使用しただけのもので充分であるが、一層複雑な
処理が要求されるときには第２図の実施例（概要の断面
図で示す）のような、処理用ガス２８を導入加味する放
電反応装置が有利である。

図示しないガス供給装置から供給される処理用ガス２８
は、バルブ２７を経由してガス導入用リング状管２６に
入り、リング状管２６のリング内側に多数穿設されたガ
ス噴出孔２６０から央部に向って基板２４の表面上に噴
出し、円筒１０から処理室２０へと導入された前述の活
性種、イオン。

放射光の一部または全部の照射をうけて、それらのエネ
ルギーにより反応を起し、基板２４の表面に、薄膜堆積
などの所定の処理を施すことになる。

第１表に、堆積できる薄膜の種類と、そのとき利用され
る放電用ガス、処理用ガスの組合せを例示し光。

処理用材導入部２と処理部３の構成を適当に選ぶと□き
は、これら多種類の薄膜を、膜質、膜厚の分布を均一に
し、かつ荷電粒子の照射衝撃による損傷番避けながら、
基板２４上に高速に堆積させる二尼ができる。

なお、例えばＥＣＲのように電子の共鳴により高密度プ
ラズマを得る場合には、電子の平均自由行程が、そのラ
ーマ−半径に比べて十分大きいことが必要であり、ガス
圧力をある程度以上あげることはできないが、プラズマ
波例えばヘリコン波によってプラズマを発生させる場合
はガス圧力を上げで、高密度状態で反応を通行させるこ
とが可能であり、第１表の左欄の各物質の粉体を作成す
るとども容易である。この場合は圧力を上昇させると有
効である。

第１表堆積薄筒とガス例 （発明の効果） 本発明は、高効率で生成される高密度のプラズマにより
、経済的に粉体を製造し、または、損傷の少ない高品質
の表面処理を高速に行なうことのできる小型かつ安価な
放電反応装置を提供する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例の放電反応装置の概略の断面
図。第２図は、別の実施例の同様の図。 第３図は、従来の平行平板型表面処理装置の概略の断面
図。第４図は、従来のＥＣＲプラズマ装置の概略の断面
図。 １−−−−プラズマ発生部、２−ミー一処理用材導入部
、３−ミー一処理部、１０−−−−絶縁物よりなる円筒
、１１−−−一放電用ガス１２の導入用バルブ、１３−
−電磁コイル、１４−−−−アンテナ、１５−−−一高
周波電源、１６−−−−整合回路、１７−−−−金網、
２〇−−ミー処理室、２２−−−−一温度調節系、２３
−−−一基板ホルダー、２４−−−一基板、２５−−−
一排気バルブ。 ２６−−−−ガス導入用リング状管、２７−−−−処理
朋ガス２８の導入用バルブ。 特許出願人　日電アネルバ株式会社 （ばか１名） 代理人　弁理士　村　上　健　次 手続補正書（自発） 昭和６１年４月　８ＥＩ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ、絶縁物よりなる中空構造の筒状体の内部に所
   定のガスを導入する手段、 ｂ、前記筒状体の内部空間に、その軸方向に向う磁場を
   形成する手段、 ｃ、前記筒状体の内部空間に、前記軸方向の所定長さに
   亘って、この軸と交わる方向の 高周波交番磁界を印加することにより、磁 場中のプラズマ波を用いて該空間内にプラ ズマを発生させる手段、 ｄ、該空間内の該プラズマの活性種、イオン、放射光を
   処理用材として、その一部又は全 部を、前記筒状体から処理室に導入する手 段、 をそなえ、 該導入された処理用材を用い、若くは、これに該処理室
   に別途導入されたガスを加味することによって、該処理
   室内で所定の粉体を生成するか、若くは、該処理室々内
   に設置された被処理物の表面に所定の処理を施すことを
   特徴とする放電反応装置。
2. （２）プラズマ波がヘリコン定在波である特許請求の範
   囲第１項記載の放電反応装置。