JPS63210275A - プラズマ反応装置内を清浄にする方法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はマイクロ波電界を加えるとともに、外部磁場を
加え、それらの相互作用を用いて炭素または炭素を主成
分とした物体を形成するためのプラズマ反応装置であっ
て、かかる物体の生成に伴い装置の内壁に付着した不要
物を酸素、水素または酸素化合物によりエツチングし内
壁を清浄にすることによりより量産化の効率を高める方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来、薄膜のエツチング手段としてＥＣＲ（電子サイク
ロトロン共鳴）を用い、１０−３〜１０−’ｔｏｒｒの
低い圧力条件下で少なくとも電子がサイクロトロン共鳴
をするために１周するに十分な低い圧力で活性種を作り
、その発散磁場を利用してこの共鳴空間より「離れた位
置」に基板を配設し、そこで弗化物気体または塩化物気
体の如きハロゲン元素を用いて被膜特にアモルファス構
造を有する被膜をエツチングする方法が知られている。

〔従来の問題点〕

しかしかかるハロゲン元素の反応性気体を用いたエツチ
ング方法においては、そのエツチング用気体として弗化
物または塩化物を用いている。このため装置が劣化し、
特に排気オイルが劣化する欠点を有していた。

そのため、かかる弗化物気体または塩化物気体を用いず
炭素または炭素を主成分とする物体、特にそれらの基板
上での成膜後、この基板を除去してその後このプラズマ
ＣＶＤ装置の内壁に付着した不要物をかかる装置の内壁
を腐食等で損傷させることなく除去する方法が求められ
ていた。

〔問題を解決すべき手段〕

本発明はかかる要望を満たすもので、特にプラズマＣＶ
Ｄ装置の内壁、基板ホルダ上に不本意に付着している炭
素を主成分とする付着物をかかる装置をまったく劣化さ
せることない気体即ち酸素または酸化物気体（Ｎｏ、Ｎ
ｏ□、　Ｎｚ０１ＨｚＯ等）によりエツチングを行うも
のである。この目的のために、マイクロ波電力の電界強
度が最も大きくなる領域をＥＣＲ条件とする８７５ガウ
ス（マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚの場合）またはそ
の近傍の酸素の活性状態が持続している位置をこの磁場
の強さを変えることにより可変し、この強いプラズマの
発生している面を全内壁に渡って移設し、装置の内壁お
よび基板ホルダ上の不要炭素（炭素を主成分とするすべ
てを以下単に炭素という）を除去するものである。

即ち、まずこのプラズマＣＶＤ装置により炭素を作製す
る工程につき記す。

被形成面を有する基板を装置内に挿入配設する。

この基板を真空下に保持し、６００〜１０００℃例えば
８５０℃に加熱する。更にここに水素を導入し、空間の
圧力を徐々に上げｌＸｌ０−’〜３　Ｘ１０２ｔｏｒｒ
とし、さらにメタン、エチレン、アセチレンの如き炭化
水素気体を水素に対し０．１〜５χの濃度、例えばメタ
ン／水素＝１．５χに混入する。そしてマイクロ波と磁
場を加える。すると、この空間の活性水素はこれまでの
ＢＣＲＣＶＤ法に比べて１０２〜１０５程度の高濃度に
することができる。するとかかる高い圧力において初め
て活性水素の濃度がきわめて濃くできるためアモルファ
ス構造の部分をエツチング除去しダイヤモンド構造を主
として有する炭素を作ることができる。この後このマイ
クロ波導入を中止し、磁場を除去して反応炉内を大気に
より大気圧とする。冷却後、ｉカーボン（ダイヤモンド
粒とアモルファスとの混合物）またはダイヤモンド粒を
主成分とする炭素が形成された基板を除去して、基板ホ
ルダを再び反応炉内に配設する。さらにこれら全体を真
空引きし、酸素（０□）を導入する。この反応炉内の圧
力を０．１〜１０ｔｏｒｒとし、マイクロ波と磁場を加
え活性酸素を作る。そしてこのプラズマ反応炉の内壁の
基板上に炭素を形成する際、同時に不本意に形成された
不要物の炭素をエツチングして除去する。

すなわち本発明は従来より知られたマイクロ波を用いた
プラズマＣＶＤ法に磁場の力を加え、マイクロ波の電場
と磁場との相互作用、好ましくはＥＣＲ（エレクトロン
サイクロトロン共鳴）条件又はホイソスラー共鳴条件を
含む相互作用を用いて炭素を形成する。さらに本発明は
かかる炭素の形成に際して用いられたマイクロ波と磁場
を用い、反応炉内の不要物をエツチング除去する。

また本発明の構成において、マイクロ波と磁場との相互
作用により高密度プラズマを発生させた後、基板表面上
まで至る間に高エネルギを持つ光（例えば紫外光）を照
射し、活性種にエネルギを与え続けると、マイクロ波電
界の最大となる領域即ち高密度プラズマ発生領域より１
〜５０ｃｍもの離れた位置においても高エネルギ状態に
励起されたエツチング用水素が存在し、より大面積にア
モルファスまたはダイヤモンド構造の粒子または膜の炭
素のエツチングを行うことが可能となった。

以下に実施例を示し、さらに本発明を説明する。

〔実施例〕

第１図に本発明にて用いた磁場印加可能なマイクロ波プ
ラズマ装置を示す。

同図において、この装置は減圧状態に保持可能なプラズ
マ発生空間（１）、加熱空間（３）、補助空間（２）、
磁場を発生する電磁石（５）　、（５°）およびその電
源（２５）、マイクロ波発振器（４）、排気系を構成す
るターボ分子ポンプ（８）、ロータリーポンプ（１４）
、圧力調整バルブ（１１）、赤外線加熱ヒータ（２０）
、およびその電源（２３）、赤外線反射面（２１）、基
板ホルダ（１０’）　、基板（１０）、マイクロ波導入
窓（１５）、ガス導入系（６）、（７）　、水冷系（１
８）　、　（１８’　）より構成されている。

まず基板（１０）をホルダ（１０’）上に設置する。こ
のホルダは高熱伝導性を有し、かつマイクロ波および磁
場をできるだけ乱さないためにセラミックの窒化アルミ
ニュームを用いた。この基板ホルダを赤外線ヒータ（２
０）より放物反射面（２１）レンズ系（２２）を用いて
集光し加熱する。（例えば８００℃）次に水素（６）を
１００３ＣＣＭさらにメタンを１　、５３ＣＣＭ混入し
ガス系（７）を通して高密度プラズマ発生領域（２）へ
と導入し、外部より２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ
波を５００　Ｗの強さで加える。さらに、磁場約２にガ
ウスを磁石（５）、（５’）より印加し、高密度炭素プ
ラズマをプラズマ発生空間（１）にて発生させる。

そして空間の圧力はプラズマ状態を保持しつつＩ　Ｘ　
１０−　’　〜３　Ｘ　１０２ｔｏｒｒ好ましくは３〜
３００ｔｏｒｒ例えば１０ｔｏｒｒの圧力に変化させる
ことができる。

この空間の圧力を高くすることにより、単位空間あたり
の水素ラジカルの濃度を大きくし、炭素特に結晶化炭素
、即ちダイヤモンドの成長速度を大きくできる。

次に基板の冷却、マイクロ波および磁場の導入を中止し
、炭素の形成された基板を外部に取り出す。さらに再び
この反応炉内に基板ホルダを導入しこれら全体を５００
〜１０００℃に加熱しつつ酸素を導入する。さらに０．
１〜１Ｑｔｏｒｒとした後、マイクロ波および磁場を被
膜形成時と同じようにして加える。

すると炭素形成の際不本意に形成された反応炉内壁に付
着した炭素を除去することができた。

第１図において、磁場は２つのリング状の磁石（５）、
（５’）を用いたヘルムホルツコイル方式を採用した。

さらに、４分割した空間（３０）に対し電場・磁場の強
度を調べた結果を第２図に示す。

第２図（Ａ）において、横軸（Ｘ軸）は空間（２０）の
横方向（反応性気体の放出方向）であり、縦軸（Ｒ軸）
は磁石の直径方向を示す。図面における曲線は磁場の等
電位面を示す。そしてその線に示されている数字は磁石
（５）が約２０００ガウスの時に得られる磁場の強さを
示す。磁石（５）の強度を調整すると、電極・磁場の相
互作用を有する空間（１００）（８７５±１８５ガウス
）で大面積において磁場の強さく９） を基板の被形成面の広い面積にわたって概略均一にさせ
ることができる。図面は等磁場面を示し、特に線（２６
）が８７５ガウスとなる共鳴条件を生ずる等磁場面であ
る。

さらにこの共鳴条件を生ずる空間（１００）は第２図（
Ｂ）に示す如く、電場が最大となる領域となるようにし
ている。第２図（Ｂ）の横軸は第２図（Ａ）と同じく反
応性気体の流れる方向を示し、縦軸は電場（電界強度）
の強さを示す。

すると電界領域（１００）以外に領域（１００’）も最
大となる領域に該当する。しかじにここに対応する磁場
（第２図（Ａ））はきわめて等磁場面が多く存在してい
る。即ち領域（１００’）には基板の被形成面の直径方
向（第２図（八）における縦軸方向）での膜厚のばらつ
きが大きくなり、（２６’）の共鳴条件を満たすＥＣＲ
条件部分で速やかなる被膜のエツチングができるのみで
ある。

マイクロ波の出力を５００Ｈの場合０．３μ／分のエツ
チング速度であった。しかしこの出力を１　、２ＫＷと
すると、そのエツチング速度を約３倍にすることができ
た。またエツチング圧力をＱ、１ｔｏｒｒより３Ｑｔｏ
ｒｒとより高い圧力とするとよりエツチング速度を大き
くできる。しかし実験的には３Ｑｔｏｒｒ以上にすると
プラズマ状態の連続的な保持が困難であり、実用上は使
いにくくなってしまった。

また領域（１００）に対してその原点対称の反対の側に
も電場が最大であり、かつ磁場が広い領域にわたって一
定となる領域を有する。基板の加熱を行う必要がない場
合はかかる空間でのエツチングが有効である。しかしマ
イクロ波の電場を乱すことなく加熱を行う手段が得にく
い。

これらの結果、基板の出し入れの容易さ、加熱の容易さ
を考慮し、均一にエツチングを行うためには第２図（Ａ
）の領域（１００）が３つの領域の中で最も工業的に量
産性の優れた位置と推定される。

第３図は第２図における基板（１０）の位置における円
形空間の磁場（八）および電場（Ｂ）の等磁場、等電場
の図面である。第３図（Ｂ）より明らかなごとく、電場
は最大２５ＫＶ／ｍにまで達せしめ得ることがわかる。

〔効果〕

本発明において、エツチングは弗化物または塩化物の如
きハロゲン化物気体ではなく、酸化物気体を用い、反応
炉の内壁、基板ホルダ等を全く損傷させない。そしてこ
の酸素または酸化物気体により被形成面以外の領域に作
られてしまった炭素を酸素と反応させ二酸化炭素とし、
気体化し除去するものである。その結果、成膜毎に固い
炭素の反応炉内壁の湿式によるエツチングを不要とする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる磁場・電場相互作用を用いたマ
イクロ波ＣＶＯ装置の概略を示す。 第２図はコンピュータシミュレイションによる磁場およ
び電場特性を示す。 第３図は電場・磁場相互作用をさせた位置での磁場およ
び電場の特性を示す。 ■・・・・プラズマ発生空間 １０、１０’・・基板および基板ホルダ４・・・・マイ
クロ波発振器 ５．５゛・・・外部磁場発生器 ２０・・・・基板加熱ヒータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高周波またはマイクロ波を利用した炭素製造装置を
   用いて、減圧下で水素を含む炭素物気体よりなる生成物
   気体を導入して炭素を主成分とする物体を基板上の被形
   成面上にプラズマ気相法により生成する工程と、前記炭
   素の形成された被形成面を有する基体を除去する工程と
   、この後前記炭素製造装置内に酸素または酸素と水素と
   の混合物気体を導入し、かつ高周波またはマイクロ波を
   加えることにより前記装置内の不要部分に付着形成され
   た炭素をエッチングして除去することを特徴とする炭素
   製造装置内の炭素不要物の除去方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、非生成物気体は酸
   素とアルゴンよりなるとともに、プラズマ化して炭素と
   反応せしめ、炭素酸化物としてエッチング除去すること
   を特徴とする炭素製造装置内の炭素不要物の除去方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、０．１〜３００ｔ
   ｏｒｒの圧力下でエッチングを行うことを特徴とする炭
   素製造装置内の炭素不要物の除去方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、マイクロ波の周波
   数は概略２．４５ＧＨｚを有し、エッチング面は概略８
   ７５ガウスを有する共鳴空間であって、かつかかる共鳴
   空間を磁場の強度を可変することにより炭素製造装置内
   をエッチングすることを特徴とする炭素製造装置内の炭
   素不要物の除去方法。