JPS6250472A - パルス化プラズマ装置及び方法 - Google Patents

パルス化プラズマ装置及び方法

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JPS6250472A
JPS6250472A JP61152599A JP15259986A JPS6250472A JP S6250472 A JPS6250472 A JP S6250472A JP 61152599 A JP61152599 A JP 61152599A JP 15259986 A JP15259986 A JP 15259986A JP S6250472 A JPS6250472 A JP S6250472A
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    • H01J37/3244—Gas supply means
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/515—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using pulsed discharges

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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 本発明は基板表面のパルス的プラズマ処理装置及び方法
に関する。
従来の技術 プラズマ処理、特に低温グロー放電プラズマ処理は本来
基板材料の表面処理に非常に有用な技術である。この技
術は高エネルギー放射源により基板表面での物理的及び
化学的変化を促進し、エツヂング、ラフニング１重合、
架橋、接着力の増大。
グラフティング及び表面被覆などに使用できる。
また、−回の処理にこれらの処理の一つ以上を含めるこ
とができ、従って例えば甲にガス組成を変化させるだけ
で表面エツチング生成物及び基板表面への層状は多層状
の坩積を順次実行することができる。かかる過程によっ
て異なった堆積層間の最大接着力と両立性を確保し、ま
た層境界の急変により生じる内部光反則などの伯の問題
を回避覆ることもでさる。
発明が解決しようとする問題点 しかし、通常の放電における被覆物の堆積では基板温１
αが２５０℃を越える必要がある（これはほとんどのプ
ラスチックでは高すぎる温度Ｃある）ａこの理由はおそ
らく通常の放電では分子解離の程度が比較的低いことに
よるのであろう。従って基板表面に到達する化学種がさ
らに分解して被覆物としてのＷＩ造内的構成生じるため
には余分なエネルギーを必要とする。この理由で従来プ
ラスチックなど特に熱に弱い材料をはじめとする多くの
材料の表面処理においてプラズマの使用が制限されてい
た。
従来のプラズマ処理技術における主要な問題点は出願人
による英国特許公報第２．１０５，７２９号及び同じく
出願人による英国特許出願第８５０５２８８号、第８５
０５３１９号、第８４３１４２２号、及び第８５０５３
２０号に記載のパルスプラズマ処理により解決された。
従来の連続プラズマ処理は様々な問題点を有していた。
これらの問題点としては以下の事項が列挙される； −反応生成物のプラズマへの混合 −気相付加反応 −反応器壁からの汚染 −エツチング生成物の再堆積 −架橋プラスチックに対する能力の限界−空間的涸渇効
果 −流れの影になった部分での不十分なガスの入れかえ −ｎい堆積／エツチング速度 −プラズマ解離の程度が限定されている−　　堆積温度
が高い 本発明の目的はかかる問題点を軽減しまた解決するにあ
る。
問題点を解決するための手段 本発明は基板表面のパルス的プラズマ処理を行なう装置
であって、反応室と、運転の際反応室内に実質的に完全
に解離したプラズマを発生する高パワー高周波パルス発
生器と、反応室を排気する手段と、反応室に活性の、あ
るいは不活性のガスを導入する手段と、導入手段を排気
手段に対応して反応室又は反応室の一部から反応生成物
を一連のパルスとパルスの間の時間内に実質的に排除す
るように制御する制御手段とを含むことを特徴とする装
置を提供する。
本発明はまた基板表面のパルス的プラズマ処理を行なう
装置であって、反応室と、運転の際反応室内に実質的に
完全に解離したプラズマを発生する高パワー高周波パル
ス発生器と、反応室を排気する手段と、反応室に活性の
、あるいは不活性のガスを導入する手段と、基板表面を
横切ってプラズマを移動させ、ある瞬間を見た場合基板
表面の一部分のみがプラズマと接触しているようにする
移動手段とを含むことを特徴とする装置を提供する。
本発明はさらに基板表面のパルス的プラズマ処理方法で
あって、Ｍ板表面を減圧気体に露出し、基板周囲の、あ
るいは基板に隣接した領域に高パワーの高周波電場をパ
ルス的に印加して気体を実質的に完全に解離させて基板
表面処理を行ない、さらに気体を少なくとも一つの基板
表面に隣接した領域において入れかえて該領域から反応
生成物を除去する段階よりなることを特徴とする方法を
提供する。
本明細書で使用する無線周波数（ＲＦ）なる語はマイク
ロウェーブ周波数をも含むものとする。゛上記の装置及
び方法はプラズマ処理を成功させるのに有利な多くの顕
著な動作状態を提供する。
提供される好ましい状態は以下の通りである。
１、　ガスの完全な解離を生ずるに十分な１００Ｗ／口
３〜１００ＯＷ／ａｓ３の範囲のＲＦ又はマイクロウェ
ーブ出力。
２　ガス又はガス混合物の完全な解離を生ずるに十分な
、またエツチングの場合は特定の解離度を与える１０〜
５００マイクロ秒の範囲のパルス幅。
３、室温近辺での動作のため低い平均パワー密度（例え
ば０．５Ｗ／（ＩＪ１１３）を与えるようなパルス間隔
（パルスくりかえし速度ないしデユーティ−サイクル）
。より高温での動作では（例えば金属部品や低温エピタ
キシーなどの用途）より高い平均パワー（１０Ｗ／Ｃ１
ａ３位までの）に設定できる。
あるいは排気速度が限られている場合、ガスの入れかえ
速度に応じてより長いパルス間隔を使用できる。
４、排気速度がパルスのくりがえし速度に見合うような
ポンプスタック又はスロットルの寸法。
５、　ガスは所望の機能、すなわち表面処理、エツチン
グ、あるいは堆積に応じて選択できる。またガスの順序
も−の機能から他の機能へ切換える際、あるいは段階的
な層のｉｆｆ積に応じて設定できる。
６、　反応物（特に「固相成分」を搬送している）ガス
の分圧を高性能を要求される用途ではパルス当り中位一
層の１／３の堆積（又はエツチング）速度を与えるよう
に設定できる（すなわち３０から１００ミリトール）。
それほど高性能を要求されない用途ではパルス当り数単
位一層分の堆積速度を与える分圧（すなわち２トールに
達する分圧）を使用することによりはるかに大きいｆ積
速度でも許容し得る品質の層を得ることができる。
７、不活性ガス（例えばＨｅやＡｒ）を全圧が２トール
になるまでの範囲で加えて均一電着性を増すことができ
る。
ａ　マスフローコントローラから連続的に供給されるガ
ス。これは条件１．４及び１．５に関連して各パルスの
始まり毎に新鮮な状態にされる。
９．導入されるガスはマスフローコントローラと重列接
続されたオンオフバルブを用いてパルス的に開閉され、
各パルスの始まり毎に新鮮な状態にされる。
１０、ガスをパルス的に開閉する構成は迅速なガスの入
れ換えを行なうためガスを各パルス毎に小さな加圧空洞
より排出するように構成されている。
１１、不活性ガス（又は第２の反応ガス）をパルス的に
開閉する構成は「デッドボリューム」でのガス交換を促
進するため間欠的な圧力の脈動が生じるように構成され
ている。これには様々な構成が考えられる。
ａ）反応ガスパルスの間の別のガスパルス（遅いが反応
生成物からの干渉が最も少ない）。
ｂ）各々のオフ期間の間の高速の圧力波。
Ｃ）反応が一連の反応成分の導入によってなされる場合
、「気相」成分（例えばＮ２など）の動作圧を堆積反応
物の「固相成分」搬送成分（例えばシランなど）より高
くする。
１２、パルス出力発生器とガス系統部品とが中央処理制
御装置によって相互作用して以下の動作モードを行なう
： ａ）段階的処理シーケンスら例えば表面の改変−エツチ
ング−堆積） ｂ）段階内層堆積（例えば有機−半有機一無機■−無機
■） Ｃ）個々に制御されるプラズマパルスパターン（例えば
Ｓ　ｉ　Ｈ４−Ｎ２−８　ｉ　Ｈ４反応物について５０
−１８０−５０マイクロ秒など）を用いた、一連の反応
物導入によりる化合物の堆ｆｓ！ｉ＞ｄ）一連の反応物
導入（例えばクロルカルボニルを形成するＣｅ２−Ｃｏ
−Ｃｅ２など）による複雑な反応生成物を含むエッヂン
グ反応。
ｅ）元素材料からの複雑に組合わされた層構造の堆ｆｉ
！ｉ（層当り一つの反応物）又は化合物の堆積（層当り
２つ以上の反応物；各々の層は上記モードＣによって形
成するのが好ましい）。
１３、試料温度の外部手段による制御Ｉ（冷却及び／又
は加熱）、あるいは加熱制御のための平均プラズマパワ
ー（パルス幅増大及び／又はくりがえし速度の増大）に
よる制御。後者の場合試料は不活性気体中で予熱される
。パルスくりかえし速度を増大させるとガス入れかえ速
度もこれに応じて速くなるので高温では堆積速度も速く
なる。
１４　　時折持続時間の長いパルスを与えて表面温度を
パース１〜させ、全体の温度を茗しく増大させることな
くプラスチック表面を溶融させたり膜を「固くする」効
宋を与える。
以下図面を参照しなから本発明を実施例によって説明づ
−る。
第１図を参照づ−るに、本発明装置は内部で発生器１２
により発生された高周波プラズマが維持されるプラズマ
反応器１１と、これと協働するインビーグンス整合ユニ
ット１３とを含む。発生器は例えばマイクロプロセッサ
などの中央制御装置１５によりパルス増幅器１４を介し
て駆動される。
制御装置１５はまた反応器１１へのガス供給及び反応器
が可変スロットル１６及び真空ポンプ１７を介して排気
される速度をも制御する。ガス、すなわち複数のガス又
はガス混合物は一組のマス７０−コントローラ１８及び
オン／オフコントローラ１９を介して反応器へ供給され
る。マイクロプロセッサ１５のシステム制御装置への接
続はＡ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器を介して行なわれる。
第２図は高周波パルス発生器の好ましい特徴を示してい
る。パルス増幅器２１はパルス存在期間中発生器のバッ
ファ段真空管Ｖｌのグリッドに強い負バイアス（例えば
−１８０Ｖ）を加える。より知られているように、高周
波発生器発振器と、電力出力管と、その間のバッファ段
とよりなっている。マイクロプロセッサ１５あるいはパ
ルス発生器からの信号はこのバイアス電圧をパルス存在
期間中典型的には一３０Ｖまで減じ、これによってパル
ス存在期間中発生器がオンになる。
オフ期間中にも弱いプラズマを維持してやることがいく
つかの予備的処理及びエツチングの用途で有用であるこ
とが見出された。従ってグリッドへの第２の入力２２が
、負バイアスを変化させてこのパルスとパルスの間の期
間でも弱いプラズマが維持されるように設けられる。
また自動ピークパワー制御を行なうためプロセッサによ
り制御されるバイアス増幅器２３が設けられる。これに
より処理過程の始めの段階で全出力を加える前に操作者
が正しいインピーダンス整合条件を見出すことが可能に
なる。典型的な処理過程は不活性気体（例えばヘリウム
）を使用して低いピークパワーレベルから開始され、や
がて例えばケーブルリンクを介して方向性結合器２４か
ら信号供給されている自動インピーダンス整合コニット
２５が整合値を見出す。これは方向性結合器において反
射対前方出力比の最小値によって示され、プロセッサ１
５へ伝達される。ピークパワーレベルは次いで動作値ま
で増大され、不活性ガスは動作ガスと入れ換えられる。
発生器のＨＴ供給回路を第３図に示す。この回路は電源
３１をパルスの立上り時における突発的なパワーのサー
ジに対して保護する作用をなす。
キャパシタバンクＣＢはパルスエネルギーを与え、抵抗
器Ｒ１を介してＯＦＦ期間中あるいはパルスとパルスの
間の期間中充電される。典型的な構成は１３ＭＨｚ高周
波発生器（定格２５　ｋＷ）と、６マイクロフアラツド
のＨＴキャパシタバンクと、６０オーム（１ｋＷ）の充
電用抵抗要素とよりなり、この構成により検出可能レベ
ルのＲＦＩを生じることなく５０ｋＷに達する（１〜１
０％の反射パワー）ピークパワーを供給するのに十分で
あることが見出された。１０マイクロ秒から１０ミリ秒
の幅の、くりかえし速度が２〜２００Ｈ２の範囲のパル
スを５０ｋＷのピークパワーレベルにて試験したがＲＦ
Ｉの問題は生じなかった。
発生器の周波数は０．１〜５００Ｍ　ＨＺであり、結合
及び結合部品の寸法の点から０，５ないし６０ＭＨ２の
範囲にあるのが好ましい。また処即せんとする試料の寸
法と形状によってはマイクロ波を使用してよい。
発生器に要求される性能は主として反応ガスを反応器内
で完全に解離さぼるに十分なパワーを供給する能力であ
る。測定の結果安定性の低いガス（例えばシランなど）
では少なくとも１００Ｗ　／口３のパワーが必要とされ
、窒素などの安定なガスでは少なくとも３００Ｗ　／　
ａｘ　３のパワーか必要とされることが示された。必要
なパワーの計算では強力なプラズマが生じている体積の
みを考慮すべきであって反応器全体の体積を使用すべき
ではない。
第１図の発生器を５０ｍ＋径のシリカ管よりなるプラズ
マ反応器と組合わせて使用することにより、１３．５６
ＭＨ７で５０ｋＷに達するピークパワーが約１００ミリ
トールの全圧のシラン／窒素混合物に誘導的に結合され
た。この隔壁から約４ｒｍｅｎれた位置に厚さ約８Ｍの
円筒形状の非常に強力なプラズマが観察された。プラズ
マへの結合を行なうため長さ約１５１の銅条コイルを反
応器の周辺に設けた。これにより発生器パワーが５０ｋ
Ｗの場合この強力なプラズマ内のパワー密度は約４００
Ｗ　／α３であった。シランと窒素の解離度は発光スペ
クトルによって求めた。３００Ｗ／ｃＩＲ３のパワー密
度では窒素は１８０マイクロ秒後に完全に解離し、また
シランは約５０マイクロ秒後に完全に解離した。
同様な構成を有するが直径’ｌ０ｃｍの活性電極域を有
する平行板反応器を使用した場合発生器は４０ｋＷに達
するピークパワーで動作された。約１０ａｅ＋の厚さの
強力なプラズマが活性型４！ｉ域を覆って形成され、ピ
ークパワー密度は５００Ｗ／ｃＩ！Ｉ３に達した。
第４ａ及び４ｂ図は迅速な制御されたガス入れ換え操作
を可能にするガス系統部品の構成を示す。
この構成はボンピング速度を制御するスロットル弁を介
してガス流けが設定されシステム圧が調整される点で従
来の処理技術のものと異なっている。
本技術においてはボンピング速度は各々のプラズマパル
スについて一回のガス交換を行なうためボンピング速度
はパルスのくりかえし速度と密接に関連している。従っ
てガス流冷は望ましい分圧及び絶対圧を得られるように
調節される。これらの関係は中央制御ユニット１５（第
１図）によりＡ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器を介して制御され
る。ボンピングスタックの最小寸法は反応器体積に処理
二必要な最大パルスくりかえし速度を乗したちのひ決定
される。
第４図の構成は各プラズマパルス毎に（あるいは一連の
プラズマパルス毎に）反応ガスを−のガスから他のガス
へ変化させる装置を示す。第４ａ図は好ましいガスマニ
ホールド構成を示し、その特徴は以下の通りであるニ ー低インピーダンス共通うイン３１ −各ガスライン毎に流量訂３０と協動し、また共通ライ
ンに直接接続された高速動作オン／オフ弁３２ 一共通ライン端に結合された不活性ガスライン ーー以上のかかるマニホールドが必要な場合のための反
応器に近接して設けられた選択自由なオン／オフ弁３３
゜この弁３３はまた弁３２と組合わせてガスのパルス的
送りを行なう際共通ライン中の平均圧をより低く維持す
るのに伝える。これによりラインのインピーダンスが下
り、ガスの入り換え速度が改良される。
共通ライン３１の直径は長さ如何で１２乃至５０＋ａの
間にあるのが典型的である。共通ライン端の不活性ガス
は共通ラインの洗浄を可能にＪる。
ガス導入口の構成は他のものでもよい。
ガスの入れ換えを促進するため第４ｂ図に示かガスパル
ス化装置が設Ｃノられる。これは動作する際マスフロー
コン１−〇−ラ３５によって所定圧にガスが充填され、
適当４１時間に弁３２を介して反応室のガスを拮出づ−
る容器３４よりなる。
容器３４中に貯えられるガスの量は反応器を必要な動作
圧に充填１−るのに必要なＭ′ｃ′あって、またこの圧
力は各パルスで変化する場合もある。このｈｌは次いで
そのプラズマパルスの残りの期間中はマスフローコント
ローラ３５によって維持される。
容器３４の容積は必要なガス昂を高圧で液化づる可能性
のある反応ガスの蒸気圧と両立しくｑる範囲内でできる
限り高い圧力に保つのが好ましい。
この体積はビン１ヘン３６や他の１段より調整できる。
反応器へのガス導入口は流れの抵抗を増大することなく
流れを十分にランダマイズできるように設馴されている
。これは多数の小さな角度の萌方デフレクタにより実現
される。例えば円形断面の反応器においてガス流は接線
方向に沿って注入され、円形の反応器壁を用いてガス交
換におけるランダマイジングを行なう。
あるいは直線的なりロスフロー構成を用いてｂよく、こ
の場合ガス導入口と排出口とは強力なグロー放電を生ず
る領域に対して直線的に配置されている。
以上の教示の実例として第４ａ図に示すガス供給系統を
構成し、５ｉ−Ｎ被覆を全容積３．５リツトルの円筒形
シリカ反応器にてシランど窒素ガスをそれぞれ１２０ミ
リ１〜−ル及び８０ミリトールの圧力で順次導入覆るこ
とにより行なった。パルス間隔は９２ミリ秒であった。
従って排気速度を１３７ｍ３／ｈｒに設定し、１パルス
当り１回のガス交換が生じるようにした。望ましい動作
圧を与えるだめのガス流量はシランで２４０ＳＣＣ／分
、窒んでｇＯＱｓｃｃ／分であった。これらはオン／オ
フ弁３２ににって９２ミリ秒間毎に互いに逆（◇相でオ
ンオフされた。パルス容器３４は約５ｃ謂３の体積に設
定された。オンになっている間マスフ［］−メータはそ
れぞれのガス流をシランでは約５５ｈ−ル。
窒素では約８５トールの圧力で容器を充填する動作を維
持する。これらのガスはそれぞれオンになった直後に急
速に」出され、これにより各パルス毎に新しい流れの状
（ぶがボンピング速度のみでは不可能な非常な迅速さで
形成される。
同一の動作パラメータを使用した別のブ［１１？スでは
不活性ガスラインに接続されたフル了ン７Ｊス流を６０
０ｓｅｃ／分に設定して容器３４を約１３０１−−ルの
圧力に充填した。このガスは他の各々のガスがオンにな
る直前に約４ミリ秒間放出された。これにより発生ずる
圧力波が反応器部分、特にン二・トールド３１中の部分
を既に存在しているガスがら洗ルし、あるいは希釈する
。第５図ｉ３ｔガスパルスのシーケンスを電力パワーパ
ルスシーケンスと比較して示す図である。
高周波パワーは反応室に容量性又は誘導性結合により、
あるいは反応室内に配設された電極への直接結合により
結合される。多くの形式の反応器が可能であり、これら
は当業者に公知である。電極を使用しない形式のもので
は誘導性結合；容量性結合；及びマイクロウェーブキャ
ビティ結合反応器がある。
反応器の設計に当って特に重要な特徴は高パワーパルス
の存在下で形成される強力なプラズマを試料基板に接触
するように、あるいはそれと直接的に隣接するように制
御することである。これはプラズマでの弱い領域にかな
りのはでいつでも存在している多原子ないし高分子化学
種による干渉を避けるには必須の条件である。典型的な
場合強力なプラズマは厚さ約１（：ｌＩの領域に閉じ込
められている。
電極を使用しない形の反応器では反応器壁を適当に適当
な形状に設計したり挿入部材を使用することにより強力
なプラズマの生じる領域を試料面の方へ向けることがで
きる。この技術は出願人により英国特許出願第８４３１
４２２号により詳細に記載されている。
電極結合形反応器として第６図に平坦な試料面６２に近
接した（典型的には１０〜２０＃）電極６１を有する構
成を示す。第６ａ図は両面処理を行なうための同様な構
成であって、試料６２ａが電極６３と６３との間に支持
されている例を示す。
電極近傍及び反応器壁周辺で電子捕獲を増大するために
磁場を使用してもよい。
第７図の３極管構成では試料７１は電気的に駆動される
グリッド電極７２に隣接した強力なプラズマ領域の直下
のプラズマのないゾーンに配置される。試料を適当にバ
イアスすることでイオンエネルギーを変化させることが
できる。
金属試料は電極に直接に接続される。かかる構成はワイ
ヤ構造物に特に適しており、これは強力なプラズマによ
って完全に囲まれる。例えばワイヤメツシュ構造物を耐
摩耗及び耐粘着性のＴｉＮ層で一様に被覆することが可
能である。
１回の電極操作で処理できる最大面積は使用可能な発生
器出力パワーによって決まる。２００ｋＷの発生器では
かかる面積は約６００Ｃｍ２までであるのが典型的であ
る。
この処理過程をスケールアップする最も簡単な方法はカ
セットをカセットローディング装置に加え、個々の領域
あるいは試料を単一の減圧で順次処理することである。
しかし、これは特に試料温度を低く保つために低いデユ
ーティ−サイクルを使用せねばならない場合処理時間に
おいて、また発生器の利用効率においてら不経済となる
。かかる場合には走査ないし「ラスタ」過程で増大した
パルス率を使用することが可能である。
２つのタイプの異なった走査方法が可能であり、その−
は処理領域と高強度プラズマ領域とを互いに機械的に移
動させることであり、その二は複数の電極間でＲＦパワ
ーを切換えることである。
第８図はパルス的動作のために変形された平行板反応器
を示す。絶縁プラズマシールド板８１が回動自在な軸８
２に取付番プられて電極８３に近接して取付けられてい
る。第８ａ図に示すようにシールド板中には扇形開口部
が形成され、これは縁に磁石８５が形成され、開口部の
間に磁場を形成する。ＲＦ比出力加えられると磁場は電
子トラップとして作用してスロット内の局部的な高強度
プラズマと衝突してこれを強化する。第８図では断面が
シールド板の外周部に向って増大する構成を示すが、こ
れによって開口部の幅が増大する効果が補償される。あ
るいは外周部に向うにつれて強力な磁石を使用して一様
な半径方向へのプラズマ密度を得てもよい。
動作に際し、シールド板はく及びそれと共にプラズマも
）静止プラズマで使用されるパルスくりかえし速度に等
しい割合で回転され、また排気速度もシールド板１回転
当り１回のガス交換がなされるように適合される。
プラズマは完全な円形に構成さた強力なプラズマの扇形
部分の数に対応した率で断続され、スロットが通過する
領域部分の各々ではシールド板の１回転当り１つのプラ
ズマパルスが形成される。
典型的な構成においては径１００　ｃｍの平行板電極反
応器内に外径８５ｃｍ、内径３５ｃｍの電極及び試料が
設けられる。同一寸法のシールド板が反応容器蓋を量適
ずる駆動軸上に取付けられる。シールド板は扇状の、磁
石によって縁どりされた間口部を有し、これにより約５
°の範囲で延在する長さ約２５ｃＩＲの扇状プラズマが
形成される。理論的なパルスくりかえし速度は１回転当
り７２回であるが、一様な被覆を行なうためには実際に
はこれは１回転当り７０から８０回の間で変化される。
１３．５４ＭＨ２のピークパワー４０ｋＷの出力を使用
することにより扇状プラズマ内で５００Ｗ　／　ｃｘ　
３を超えるパワー密度が１ワられた。
反応器のガス入れ換え率は定格排出速度３０００ＴｒＬ
３／′毎時のポンプスタックを使用すると１秒間当り約
５回であった。その際３６０ヘルツ（約３ミリ秒間毎）
のパルスくりかえし速度を使用し、シールド板の駆動速
度は３００ｒｐｍであった。パルスの１〜リガは駆動軸
とパルス発生器の間の帰還回路によって制御される。
別の構成として、試料を扇状電極によって発生されてい
る強力な静止プラズマ中を回転させて動かすこともでき
る。この場合も磁場を用いてプラズマの閉じ込めを促進
することができる。電極と試料面の間隔は２０ｍ＋を超
えてはならず、好ましくは５ないし１５Ｍの範囲である
。゛上極は平均パワーが非常に高いため良好な水冷が必
要である。
回転ドラムについてもそのドラムが導゛市性であるば単
一の電極を用いて、あるいは第２のドラムを用いて処理
できる。ここでも磁気的なプラズマの閉じ込めを使用で
きる。反応器の寸法や動作条件は上記のものと同様であ
り、ガスの入れ換えはドラムの１回転毎になされる。
ドラム電極はまたテープをリールからリールへ巻き取り
ながら被覆するのに使用できる。この場合２つの動作タ
イプが可能である： ａ）ゆっくりした送り：テープの各部は必要なガス交換
（多層被覆１段階的被覆、その他）の間中、テープに必
要な被覆が形成されるまでプラズマ領域内に留められる
。このためパルスくりかえし速度は低く静止プラズマの
状況に近く、またガス交換速度と同一である。
ｂ）早い送り：これは単一種類の材料〈又は操作）が必
要な場合にのみ可能である。
さらに別の実施例ではパルス的ＲＦパワーが一連の電極
の間を走査される。この原理を第９図に示ず。各々の電
極９１は適当な整合部品９２を介して電力パワースイッ
チ９３に接続され、スイッチ９３はマイクロプロセッサ
制御ユニット（第１図）からの適当な信号によって動作
される。動作の際は各電極は各Ｒ「パワーパルスと共に
順次オンオノされて一連の電極でカバーされている領域
を通ってプラズマ′Ｘｔ４域が動かされる。電力パワー
スイッチはパルスとパルスの間でのみ動作されるのぐ巾
なる回路遮断器どしての顆能のみを果し、実際にＲＦパ
ワーを断続する必要があるわけではない。
以上記載した装置は広範な用途を有する。これは特にＲ
Ｆパルスと同期したパルス的ガスシーケンスを用いた多
層又は均一構造膜の堆積に有用である。例えばシランと
窒素ガスのシーケンスを用いて窒化珪素膜を形成するこ
とができる。かかるシーケンスでは−のガスが固相物質
を１江槓するのに使用され他のガスが堆積した物質と反
応される。
固相堆積ガス圧は典型的にはパルス当り０３〜１単−岡
の厚さの膜厚を与えるように調整されろ。
一方反応ガスの圧力は表面反応が遅いためはるかに高く
なっている。固相を堆積させるガスは固相物質元素の水
素化物、ハロゲン化物、カルボニル。
あるいは右＾化合物である。また反応ガスは例えば窒素
、酸素、あるい【よ二酸化炭素などよりなる。
また２種類の固相を堆積させるガスを交ｎに変化させて
多層構造膜を形成づ−ることもでさ、その際ガス圧は高
Ｐ、１波パルス当り１甲一層を形成−１゛るように調整
させる。
この過程はまた例えばＳｉ３Ｎ４　、ＴｉＯ２゜Ａ之２
０３　、ＢＮ、Ｓ！０２．ＢＪ　Ｃなどの誘電性耐熱膜
を形成するのにも使用できる。また他の耐熱膜としてＳ
ｉｎ、ＷＣ，ＴｉＣ，ＴｉＮ及びＢ　Ｐなどをも含む。
本発明はさらに例えば液晶ディスプレイなどの透明伝導
性膜の堆積や、元素あるいは化合物半導体のエピタキシ
ャル堆積にも使用できる。
堆積された膜は例えば干渉フィルタや、反射防止被覆や
、ビームスプリッタや、偏光板、さらに色補正フィルタ
などに使用される。また、さらに超格子構造の形成ある
いはローダイメンジョナルソリッズなどの形成も用途に
含まれる。
エツチング用途ではこの技術は連続プラズマ技術が適し
ている反応過程において有利である。すなわち各パルス
の後毎に反応生成物は「冷えた」状態で脱出することが
でき再堆積が防がれる。クロロカルボニルあるいは塩素
／−酸化炭素混合物などのエツチング剤をこの方法によ
り例えば白金。
パラジウム、あるいは金のエツチングに使用することが
できる。
他の用途として本技術を電極面から基板への材料のスパ
ッタに使用するこもできる。
以上説明した本発明技術の応用はその一例にすぎず、本
発明を限定するものではない。
本発明は基板表面をパルス的プラズマで処理する装置で
あって、使用済ガスが各パルス毎に基板周辺の領域から
除去する手段を含む装置を提供する。また本発明は強力
なプラズマの発生している領域を基板表面を通って走査
させる手段をも含む。
【図面の簡単な説明】
第１図はパルス的プラズマ処理装置の概略図、第２図は
高周波パルス発生器の概略図、第３図は第１図発生器に
おけるＨ　Ｔ供給回路を示す回路図、第４ａ及び第４ｂ
図は第９図装置におけるガス供給系統の特徴を示１図、
第５図は典型的なガス供給シーケンスを示す図、第６，
６ａ及び第７図はプラズマ反応器の構成を示す図、第８
及び第８ａ図はプラズマ反応器の変形例を示す図、また
第９図は別のプラズマ反応器構成を示す図である。 １１・・・プラズマ反応器、１２・・・高周波発生器、
１３・・・インピーダンス整合ユニット、１４・・・パ
ルス増幅器、１５・・・中央処理装置、１６・・・可変
スロットル、１７・・・真空ポンプ、１８・・・マスフ
ローコントローラ、１９・・・オン／オフコントローラ
、２１・・・パルス増幅器、２２・・・入力、２３・・
・バイアス増幅器、２４・・・方向性結合器、２５・・
・自動インピーダンス整合ユニット、３ｏ・・・流量計
、３１・・・ライン、３２．３３・・・弁、３４・・・
客層、３５・・・マス７０−コントローラ、６１，６３
．８３．９１・・・電極、６２．７１・・・試料、７２
・・・グリッド電極、８１・・・シールド板、８２・・
・軸、８４・・・開口部、８５・・・磁石、９２・・・
整合部品、９３川電力スイツチ。 考゛ス入

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）基板表面のパルス的プラズマ処理を行なう装置で
    あって、反応室と、運転の際反応室内に実質的に完全に
    解離したプラズマを発生する高パワー高周波パルス発生
    器と、反応室を排気する手段と、反応室に活性の、ある
    いは不活性のガスを導入する手段と、導入手段を排気手
    段に対応して反応室又は反応室の一部から反応生成物を
    一連のパルスとパルスの間の時間内に実質的に排除する
    ように制御する制御手段とを含むことを特徴とする装置
    。
  2. （２）基板表面のパルス的プラズマ処理を行なう装置で
    あって、反応室と、運転の際反応室内に実質的に完全に
    解離したプラズマを発生する高パワー高周波パルス発生
    器と、反応室を排気する手段と、反応室に活性の、ある
    いは不活性のガスを導入する手段と、基板表面を横切っ
    てプラズマを移動させ、ある瞬間を見た場合基板表面の
    一部分のみがプラズマと接触しているようにする移動手
    段とを含むことを特徴とする装置。
  3. （３）高周波パルスは複数の電極に順次印加されること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。
  4. （４）反応室へガスをパルス的に導入する手段が設けら
    れ、もって使用済のガスの反応室からの除去が容易にさ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項、
    又は第３項記載の装置。
  5. （５）該反応室へ不活性ガスと反応性ガスとを交互に供
    給する手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
    項乃至第４項のうちいずれか一項記載の装置。
  6. （６）高周波発生器はバッファ段によって駆動される出
    力段を含み、出力後はバッファ段へ供給される制御信号
    によって相対的にイネーブル及びディスエーブルされ、
    もってパルス出力が形成されることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項乃至第５項のうちいずれか一項記載の装
    置。
  7. （７）基板表面のパルス的プラズマ処理方法であって、
    基板表面を減圧気体に露出し、基板周囲の、あるいは基
    板に隣接した領域に高パワーの高周波電場をパルス的に
    印加して気体を実質的に完全に解離させて基板表面処理
    を行ない、さらに気体を少なくとも一つの基板表面に隣
    接した領域において入れかえて該領域から反応生成物を
    除去する段階よりなることを特徴とする方法。
  8. （８）基板表面のパルス的プラズマ処理方法であって、
    基板表面を減圧気体に露出し、基板周囲の領域に高パワ
    ーの高周波電場をパルス的に印加して該領域内の気体を
    完全に解離させてプラズマを形成し、該領域を基板表面
    を横切って移動させることにより該表面処理を実行する
    ことを特徴とする方法。
  9. （９）１００〜１０００ワット／ｃｍ＾３のピークパワ
    ー密度がプラズマに加えられることを特徴とする特許請
    求の範囲第７項又は第８項記載の方法。
  10. （１０）０．５〜１０ワット／ｃｍ＾３の平均パワー密
    度がプラズマに加えられることを特徴とする特許請求の
    範囲第７項乃至第９項のうちいずれか一項に記載の方法
    。
  11. （１１）基板表面は層状構造が堆積されるように処理さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第７項乃至第１０
    項のうちいずれか一項に記載の方法。
  12. （１２）気体組成がくりかえし変化されることを特徴と
    する特許請求の範囲第７項乃至第１１項のうちいずれか
    一項に記載の方法。
  13. （１３）気体組成は一連の発生器よりのパルス毎に変化
    されることを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の
    方法。
  14. （１４）特許請求の範囲第７項乃至第１３項のうちいず
    れか一項に記載の方法により処理された基板。
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