JPS62253772A - 成膜装置 - 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、マイクロ波放電によるプラズマを利用した成
膜装置に関する。更に詳しくは、特にプラズマ発生装置
のプラズマ導入窓への膜付着防止に関する。

［従来の技術］ 従来、マイクロ波放電によるプラズマを利用した成膜装
置としては、空洞共振器を利用したプラズマ発生装置（
ＥＣＲ装置）で発生したプラズマを。

そのプラズマ吹き出し口から成膜室へ送り出し、成膜室
内で成膜ガスをプラズマと接触させて活性化して、やは
り成膜室内に設けられた基体上に成膜させるようにした
ものが知られている。この従来の装置では、プラズマと
成膜ガスの接触を、プラズマ発生装置内ではなく、その
外側の成膜室で行うことによって、プラズマ発生装置の
マイクロ波導入窓への膜付着防止を図っているものであ
る。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の装置では、プラズマ発生装置
がプラズマ吹き出し口を介して成膜室に直結されている
ので、成膜室内に分散された成膜ガスの一部がプラズマ
発生室内へと逆流して、徐々にではあるがマイクロ波導
入窓に膜が付着堆積して来る問題である。マイクロ波導
入窓への膜付着量が増大すると、マイクロ波がプラズマ
発生装置内へ導入されにくくなって、プラズマを形成で
きなくなることから、従来の装置では長時間の連続成膜
は困難である。

上述のようなことから、成膜ガスを基体へ向けて供給し
、捕集効率を向上させて成膜ガスの分散量を押えたり、
できるだけ早く余剰成膜ガスを系外へ排出できるように
することが試みられているが、いずれも根本的解決策と
なっていないのが現状である。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するために講じられた手段を、本発明
の一実施例に対応する第１図で説明すると、本発明は、
プラズマ発生装置ｌのプラズマ吹き出し口２偶にノズル
３を設け、このノズル′３の流入口３ａ付近に成膜ガス
が供給されるようにするという手段を講じているもので
ある。

［作　用］ プラズマ発生装置ｌのプラズマ吹き出し口２側に設けら
れたノズル３の流入口３ａ付近に成膜ガスを供給すると
、成膜ガスは、プラズマ吹き出し口２から吹き出すプラ
ズマと接触して活性化されつつ直にノズル３を介して下
流側へと移送されることになる。従って、成膜ガスは、
はとんど周囲に分散されることがない、また、ノズル３
から下流側に噴出された成膜ガスは１例えその下流側で
分散されても、ノズル３内の強い流れによって逆流する
ことが防止される。

上述のように、ノズル３の上流側での成膜ガスの分散と
、ノズル３の下流側から上流側への逆流とが防止される
ので、プラズマ発生装置ｌ内に成膜ガスが逆流して入り
込むことが無い。従って、プラズマ発生装置１のマイク
ロ波導入窓４への膜付着が防止されるものである。

［実施例］ 第１図に示されるように、プラズマ発生装置１は、その
プラズマ吹き出し口２を介してノズル室５に連結されて
いる。このノズル室５は、ノズル３を介して成膜室６に
連結されている。

本実施例におけるプラズマ発生装置１は、電子サイクロ
トロン共鳴（ＥＣ：Ｒ）を使ってプラズマを形成する空
胴共振器７を有するものとなっている。

この空胴共振器７は、プラズマを効率良く形成できるよ
う、ＥＣＲ条件を満すものであることが好ましい。

空調共振器７の後壁部には、例えば石英等のマイクロ波
の透過を許容する材料で形成されたマイクロ波導入窓４
を介して導波管８が接続されている。また、空調共振器
７内には、非成膜ガスが供給されるようになっている。

ここで非成膜ガスとは、マイクロ波放電によってプラズ
マ化されるガスであって、それ自身のみでは成膜能を生
じないガスをいう、具体的には、例えばＮ２．　Ｎ２．
　Ａｒ等のガスである。

空胴共振器７内に非成膜ガスを供給すると共に、マイク
ロ波導入窓４を介してマイクロ波を導入すると、空調共
振器７内にプラズマが形成される。このプラズマは、電
磁石９の発散磁界によってプラズマ吹き出し口２かも吹
き出されることになる。

空胴共振器７のプラズマ吹き出し口２とノズル３の流入
口３ａ間には、成膜ガスを供給できるようになっている
。ここで成膜ガスとは、活性化されることによって成膜
能を生じるガスのことで、例えばジシランガス等である
。

上記成膜ガスの供給は、第２図に示されるように、プラ
ズマ発生装置ｌのプラズマ吹き出し口２と、ノズル３の
流入口３ａの間に細孔１０を有する逆流防止板１１を設
け、そのプラズマ吹き出し口２側で行うことが好ましい
、このようにすると、逆流防止板１１のプラズマ吹き出
し口２側で成膜ガスはプラズマと接触して活性化された
後、直に逆流防止板１１の細孔１０を介してノズル３へ
と引き込まれる。そして、逆流防止板１１のノズル３側
へと流れた成膜ガスは、逆流防止板１１に遮られて逆流
が阻止されることになる。

ノズル３は、その流入口３ａを、プラズマ吹き出し口２
近傍のノズル室５内に開口させ、流出口３ｂを成膜室６
内に開口させて両室５．６を連通させている。

一方、成膜室６内は排気されており、ノズル室５でプラ
ズマと接触して活性化された成膜ガスは、両室５，６′
間の差圧によって、ノズル３を介して成膜室６へと噴出
される。成膜室６には、ノズル３の流出口３ｂと対向す
る位置に基体１２が位置しており、基体１２へと前記成
膜ガスが吹き付けられて成膜される。また、余剰ガスや
反応ガスは、成膜室６内の排気によって直に排出される
。

ノズル３としては、平行ノズルや先細ノズルでもよいが
、第３図に拡大して示しであるように、縮小拡大ノズル
であることが好ましい、この縮小拡大ノズルとは、流入
口３ａから徐々に開口面積が絞られてのど部３Ｃとなり
、再び開口面積が拡大して流出口３ｂとなっているもの
をいう。

縮小拡大ノズルは、ノズル室５の圧力ＰＧと成膜室６の
圧力Ｐの圧力比Ｐ／Ｐａと、のど部３Ｃの開口面積Ａ°
と流出口３ｂの開口面積Ａとの比Ａ／Ａ”とを調節する
ことによって、活性化されて噴出する成膜ガスの流れを
高速化できる。そして、ノズル室５と成膜室６内の圧力
比Ｐ／ＰＯが臨界圧力比より大きければ、縮小拡大ノズ
ルの出口流速が亜音速以下の流れとなり、成膜ガスは減
速噴出される。また、上記圧力比が臨界圧力比以下であ
れば、縮小拡大ノズルの出口流速は超音速となり、成膜
ガスを超音速にて噴出させることができる。

ここで、流れの速度をＵ、その点における音速をａ、流
れの比熱比をγとし、流れを圧縮性の一次元流で断熱膨
張すると仮定すれば、流れの到達マツハ数Ｍは、ノズル
室５の圧力Ｐ０と成膜室６の圧力Ｐとから次式で定まり
、特にＰ／Ｐ、が臨界圧力、比以下の場合、Ｍは１以上
となる。

尚、音速ａは局所温度をＴｏ、気体定数をＲとすると、
次式で求めることができる。

ａ＝【７１０７ また、流出口３ｂの開口面積Ａ及びのど部３ｃの開口面
積Ａ”とマツハ数Ｍには次の関係がある。

従って、ノズル室５の圧力Ｐｏと成膜室６の圧力Ｐの圧
力比Ｐ／ＰＧによって（１）式から定まるマツハ数Ｍに
応じて開口面積比Ａ／Ａ”を定めたり、Ａ／Ａ”によっ
て（２）式から定まるＭに応じてＰ／Ｐｏを調整するこ
とによって、拡大縮小ノズルから噴出する成膜ガスを適
正膨張流として噴出させることができる。このときの流
れの速度Ｕは、次の（３）式によって求めることができ
る。

上述のような超音速の適正膨張流として成膜ガスを一定
方向へ噴出させると、成膜ガスは噴出直後の噴流断面を
ほぼ保ちながら直進し、ビーム化される。これによって
成膜ガスは、最小限の拡散で成膜室６内の空間中を、成
膜室６の壁面との干渉のない空間的に独立状態で、かつ
超音速で噴出されることになる。

ノズル３として縮小拡大ノズルを用いる場合、第３図（
ａ）に示されるように、流出口３ｂ位置で内周面が中心
軸に対してほぼ平行になっていることが好ましい、これ
は、噴出される成膜ガスの流れ方向が、流出口３ｂ内周
面の方向によって影響を受けるので、できるだけ平行流
にさせやすくするためである。しかし、第３図（ｂ）に
示されるように、のど部３ｃから流出口３ｂへ至る内周
面の中心軸に対する角度αを、７″以下好ましくは５″
以下とすれば、剥離現象を生じにくく、噴出する成膜ガ
スの流れはほぼ均一に維持されるので、この場合はこと
さら上記のように平行にしなくともよい、平行部の形成
を省略することにより１ｗｉ小拡大ノズルの作製が容易
となる。また、縮小拡大ノズルを第３図（Ｃ）に示され
るような矩形のものとすれば、スリット状に成膜ガスを
噴出させることができる。

ここで、前記剥離現象とは縮小拡大ノズルの内面に突起
物等があった場合に、縮小拡大ノズルの内面と流過流体
間の境界層が大きくなって、流れが不均一になる現象を
いい、噴出流が高速になるほど生じやすい、前述の角度
αは、この剥離現象防止のために、縮小拡大ノズルの内
面仕上げ精度が劣るものほど小さくすることが好ましい
、縮小拡大ノズルの内面は、ＪＩＳ　Ｂ　０８０１に定
められる、表面仕上げ精度を表わす逆三角形マークで三
つ以上、最適には四つ以上が好ましい、特に、縮小拡大
ノズルの拡大部における剥離現象が、その後の成膜ガス
の流れに大きく影響するので、上記仕上げ精度を、この
拡大部を重点にして定めることによって、縮小拡大ノズ
ルの作製を容易にできる。

また、やはり剥離現象の発生防止のため、のど部ＩＣは
滑らかな湾曲面とし、断面積変化率における微係数が（
１）とならないようにする必要がある。

縮小拡大ノズルの材質としては１例えば鉄、ステンレス
スチールその他の金属の他、アクリル樹脂、ポリ塩化ビ
ニル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン等
の合成樹脂、セラミック材料、石英、ガラス等、広く用
いることができる。

この材質の選択は、生成される活性成膜ガスとの非反応
性、加工性、真空系内におけるガス放出性等を考慮して
行えばよい、また、縮小拡大ノズルの内面に、活性成膜
ガスの付着・反応を生じにくい材料をメッキ又はコート
することもできる。具体例としては、ポリフッ化エチレ
ンのコート等を挙げることができる。

縮小拡大ノズルの長さは、装置の大きさ等によって任意
に定めることができる。ところで、縮小拡大ノズルを流
過するときに１反応ガスは、保有する熱エネルギーが運
動エネルギーに変換される。そして、特に超音速で噴出
される場合、熱エネルギーは著しく小さくなって過冷却
状態とすることもできる。このような低温状態を利用し
て。

活性化した成膜ガスのエネルギーを固定化して噴出させ
ることも可能である。

ところで、ノズル３を縮小拡大ノズルとし、ノズル室５
の圧力ＰＯと成膜室６の圧力Ｐの圧力比Ｐ／ＰＯと、の
ど部３Ｃの開口面積へ−と流出口３ｂの開口面積との比
Ａ／Ａ”との関係を適宜に調整すれば、ノズル３から噴
出される成膜ガスはビームとなって基体１２へ衝突する
。従って、成膜室６内への成膜ガスの飛散を防止しやす
く、成膜室６内面への膜付着による成膜ガスの無駄を防
止できる。

第４図は他の実施例を示す図で、プラズマ発生装置１の
プラズマ吹き出し口２にノズル３の流入口３ａが直結さ
れており、第１図のノズル室５を設けることなく、ノズ
ル３を介して空胴共振器７と成膜室６を連結している。

また、反応ガスは、ノズル３中に供給されるものとなっ
ている。

上述のようにすると、一層装置を簡略化することができ
る。この場合、ノズル３として縮小拡大ノズルを用いて
成膜ガスをビーム化するには、空胴共振器７内の圧力Ｐ
Ｇと成膜室６内の圧力Ｐの圧力比Ｐ／Ｐｏを調整する必
要がある。また、成膜ガスの供給は、流れを乱さないよ
う、第３図に示されるのど部３Ｃと流入口３ａ間の加速
領域で行うことが好ましい。

［発明の効果］ 本発明によれば、プラズマ発生装置内への成膜ガスの逆
流を防止でき、マイクロ波導入窓への膜付着が防止され
るので、長時間の連続成膜も可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図、第２図（ａ）、　
（ｂ）は逆流防止板の説明図、第３図（ａ）〜（ｃ）は
各々縮小拡大ノズルの形状例を示す図、第４図は他の実
施例の説明図である。 １：プラズマ発生装置、 ２：プラズマ吹き出し口、３：ノズル。 ４：マイクロ波導入窓、５：ノズル室、６：成膜室、７
：空胴共振器、８：導波管、９：電磁石、ｌＯ：細孔、
１１：逆流防止板。 １２：基体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）プラズマ発生装置のプラズマ吹き出し口側にノズル
   を設け、このノズルの流入口付近に成膜ガスが供給され
   るようにしたことを特徴とする成膜装置。