JPS63214344A - プラズマプロセス装置 - 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〕 本発明は主にＣＶＤ（Ｃｈｃｖｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等として用いられるプラズ
マプロセス装置に関する。

〔従来技術〕

一般に低温プラズマを発生させるための励起手段として
ラジオ波（ＲＦ波）を用いる場合とマイクロ波を用いる
場合があるが、マイクロ波はラジオ波を用いる場合と比
較してより低温で、且つ高密度のプラズマを得られるこ
と、電極による汚染がないこと、装置並びにその操作が
簡単であること等の利点がある。

マイクロ波を利用するプラズマプロセス装置としては従
来電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式が広く知られ
ているが（特開昭５５−１４１７２９号）、この方式は
磁場を利用するため指向性が良いこと、また高真空下で
プラズマを生成するため膜質が良い利点を有する反面、
処理面積が小さいという難点があった。この電子サイク
ロトロン共鳴方式よりも広い処理面積が得られる方式と
してマイクロ波をアンテナにてプラズマ生成室に導入す
る方式（特開昭５６−４１３８２号、　５７−９８６８
号）もあるが、この方式はアンテナとの整合が難しく、
プラズマ分布が不均一になり易いという難点があった。

このため近時にあっては処理面積が極めて大きく、しか
も整合等の操作も容易なはしご状周期構造を利用する方
式（Ｔｈｅ　Ｌａｒｇｅ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｍｉｃｒｏｗ
ａｖｅＰｌａｓｍａ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｊ、　Ｍｉ
ｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　７　　（４）１９７２）
　、或いは誘電体被覆線路を利用する方式等が試みられ
ており、誘電体被覆線路を利用する方式については本発
明者等は既に提案を行っである（特願昭６０−１４３０
３６号、　６０−２４００７０号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した如き方式のプラズマプロセス装置は処
理面積を広く設定出来る反面、プラズマの指向性が十分
でなく、処理の均一性に問題があり、また試料をプラズ
マ生成室内に配するため成膜時におけるイオン衝撃によ
って良質な膜の生成が難しく、更に反応性ガスをプラズ
マ生成室内に供給したときプラズマ生成室内壁面への膜
付着量が多くなり、プラズマの発生が不安定になる等の
問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところはマイクロ波を用いて指向性を高め試
料面に対する均一な処理を可能ならしめ、プラズマ生成
室壁面への膜付着を解消し、プラズマ発生の不安定を改
善すると共に、反応ガスの有効利用を図れるようにした
プラズマプロセス装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明装置にあっては、少なくとも一部をマイクロ波の
透過可能な璧で形成されたプラズマ生成室と、内部に試
料を配置する試料処理室と、前記プラズマ生成室内にあ
って、マイクロ波を遮蔽する材料でプラズマ生成室とは
気密状態に区画されたガス供給室と、マイクロ波を遮蔽
する材料で形成され、前記プラズマ生成室及びガス供給
室と試料処理室とを隔てるべ（配設され、前記プラズマ
生成室及びガス供給室と対向する位置にこれらの室と前
記試料処理室とを夫々連通させる複数の孔を開口させた
仕切壁とを具備する。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって試料に対し均一に指向せ
しめ得、しかもプラズマ生成室内での成膜を解消し得て
、プラズマ発生を安定させると共に反応ガス等の有効利
用も図れる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係るプラズマプロセス装置（
以下本発明装置という）の模式的断面図であり、図中１
は反応器、２は誘電体被覆線路を示している。

反応器１にはガス供給系３、排気系４が連結され、また
誘電体被覆線路２には導波管５を介してマイクロ波発振
器６が連結されている。誘電体被覆線路２はこれを略水
平に配置し、一方反応器１は誘電体被覆線路２下にあっ
てその上面が導波管５側に向くよう若干傾斜させて配設
されている。

第２図は反応器１の拡大断面図、第３図は反応器の上部
壁を外した状態の斜視図であり、反応器１は中空直方体
形であって上部壁を除く全体が金属製であり、特に周囲
壁は二重構造であって内部に冷却水用の通流室１１を備
えている。反応器１の上部壁はマイクロ波の透過が可能
な誘電損失の小さな耐熱性板１２、例えば石英ガラス又
はパイレックスガラス等にて気密状態に封止され、耐熱
性板１２に対向させて前記した誘電体被覆線路２が対向
配置されている。

反応器１の内部は上端側寄りの位置で耐熱性板１２と平
行に配した仕切壁１３にて上、下に区分され、仕切壁１
３の上部はプラズマ生成室１４とし、また仕切壁１３の
下部は試料処理室１５としてあり、前記プラズマ生成室
１４内にはその上部の耐熱性板１２を透過してマイクロ
波が導入されるようにしである。

プラズマ生成室１４内には仕切壁１３上にマイクロ波進
行方向に向けてプラズマ生成室１４の一側壁から他側壁
にわたる間に断面矩形状をなす長尺のガス供給室１７が
複数個平行に配設されている。前記プラズマ生成室１４
及びガス供給室１７には夫々導波管５と同側及び反対側
から周囲壁を貫通して、ガス供給系３を構成するガス供
給管３ａ、３ｂが接続されており、プラズマ生成室１４
にはプラズマ用の原料ガスが、またガス供給室１７には
反応性ガスが個別に供給されるようになっている。また
試料処理室１５には図示しない支持台上に試料１６が載
置され、更に前記ガス供給管３ａを設けた側壁と反対側
の周囲壁に排気系４を構成する排気管４ａが連結せしめ
られている。ここで排気管４ａは底面に設けてもよい。

仕切壁１３はマイクロ波を遮蔽し得る物質、主としてス
テンレス鋼等の金属にて形成されており、これにはプラ
ズマ生成室１４と試料処理室１５との間、及びガス供給
室１７と試料処理室１５との間を夫々連通させるべくマ
イクロ波の進行方向に延在させてプラズマ引出口１３ａ
を構成するスリット状の孔が複数本平行に開設してあり
、プラズマ生成室１４゜ガス供給室１７と試料処理室１
５との間に形成された圧力差によりプラズマ引出口１３
ａ及び引出口１３ｂを通じてプラズマ生成室１４で発生
したプラズマ。

ラジカル、その他のガス等を試料処理室１５内に導出し
、試料１６表面に指向せしめるようにしである。

プラズマ引出口１３ａ及び引出口１３ｂの形状について
はスリット状の孔に限るものではなく丸形。

角形の細孔を多数形成してもよい。

試料１６は仕切壁１３の下方にこれと寸法２を隔てて平
行に配置されており、この寸法ｌについては特にこれに
限るものではないが、例えばガスの平均自由行程をλと
してｌ≦λとなるよう設定すればプラズマは粒子間の衝
突なく試料に到達し得ることとなって、指向性に優れた
プラズマビームを得ることが出来る。

なお、ｌを小さくすればビームの広がりが小さく、ビー
ム中のイオン量が多くなり、逆に２を大きくすればビー
ムの広がりが大きく、ビームの殆どはラジカルビームと
なるから試料１６の大きさ、ビームの性質等を勘案して
寸法ｌを定めればよい。

また、上記の実施例ではプラズマ生成室１４．ガス供給
室１７と試料処理室１５との圧力差をガス供給系３、排
気系４の制御によって行う場合につき説明したが、何ら
これに限るものではなく、プラズマ生成室１４の周囲壁
に別途排気系を連結して両排気系の１１節によって制御
を行うこととしてもよい。

或いは仕切壁１３のプラズマ引出口１３ａである孔の大
きさ、個数を変えることによって圧力差を関節すること
としてもよい。

誘電体被覆線路２は反応器１の上面を覆い得る広さのＡ
Ｊ製の板２ａの下面であって、耐熱性板１２の上面と対
向する領域に誘電体層２ｂを固定し、誘電体Ｊｉ２ｂの
一端側周縁は導波管５内に挿入固定し、また他端部には
反射板２Ｃを固定して構成しである。

誘電体層２ｂの材料としてはテフロン、ポリスチレン、
ポリエチレン等の誘電損失の小さい物質が採用されてい
る。

誘電体層２ｂは表面波導波路として電磁界を集中させ、
耐熱性板１２を通じてプラズマ生成室１４にマイクロ波
を導入する。

而して上述した如き本発明装置にあっては反応器１内の
プラズマ生成室１４．ガス供給室１７．試料処理室１５
内を所定の真空度に設定した後、図示しないヒータにて
試料を加熱しつつ、プラズマ生成室１４．ガス供給室１
７内にガス供給系３を通じてガスを供給すると共に、誘
電体被覆線路２を通じて反応器１内にマイクロ波を供給
する。

これによってプラズマ生成室１４内にはプラズマ。

ラジカルが発生し試料処理室１５との圧力差に従い仕切
壁１３のプラズマ引出口１３ａを通じて、一方ガス供給
室１７から反応性ガスが試料処理室１５内に引出され、
試料１６の表面に到達し、成膜がなされることとなる。

〔試験例〕

反応器１の寸法諸元、並びに試験条件は次のとおりであ
る。

反応器１の仕切壁１３としては厚さ１鶴の５ＵＳ３０４
鋼板を用い、プラズマ生成室１４と対向する位置にマイ
クロ波の進行方向に幅０．２　ｔｍのスリット状の孔を
２本形成してプラズマ引出口１３ａとし、また各ガス供
給室１７と対向する位置には幅０．２ｆｉのスリット状
の孔を各１本形成して引出口１３ｂとした。

なおプラズマ生成室１４はマイクロ波の進行方向に３０
０ｆｉ、幅２００ｆｉの大きさとした。

一方誘電体被覆線路２は長さ４００鶴、幅６００ｆｌの
ＡＩ製のフレーム内面に誘電体物質としてテフロンを貼
り付けて構成しである。テフロンのマイクロ波進行方向
における長さは４８４鶴、幅２００鶴、厚さ２０鶴のも
のを使用した。またテフロン下面と耐熱性板との間の距
離は８０鶴とした。

ガス供給系３からはＡｒをプラズマ生成室１４に供給し
、プラズマ生成室１４内を０．１Ｔｏｒｒに設定したと
き、試料処理室１５内の圧力はＯ，０ＯＩＴｏｒｒであ
った。その結果は極めて均一、且つ高品質の成膜が得ら
れた。

なお、上述の実施例はＣＶＯ装置に通用した場合につき
説明したが、これにかぎらず、例えばエピタキシャル成
長装置、アモルファスシリコンの製造装置、その他有機
七ツマ−を用いた有機重合膜の形成装置等にも通用し得
ることは言うまでもない。

第４図は本発明の他の実施例を示す模式図であり、耐熱
性板１２の上方に四角錐形にホー７１９を配設し、その
上端に導波管５を縦向きに接続して構成してあり、マイ
クロ波は耐熱性板１２に垂直に入射せしめられるように
なっている。

〔効果〕

以上の如く本発明装置にあってはプラズマ生成室内にこ
れと遮断されたガス供給室を設け、該ガス供給室から反
応性ガス等を試料処理室内に供給するようにしたから、
プラズマ生成室内壁での成膜がなく、プラズマ発生を安
定させることが可能となる。またプラズマ分布の均一性
も高く、指向性にも優れプラズマの発生は発生しやすい
低真空で、処理は汚染の小さいより高真空で行うことが
できるなど本発明は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式図、第２図は反応器の拡大縦
断面図、第３図は反応器の拡大斜視図、第４図は本発明
の他の実施例を示す模式図である。 １・・・反応器　２・・・誘電体被覆線路３・・・ガス
供給系　４・・・排気系　５・・・導波管６・・・マイ
クロ波発振器　１１・・・通流室１２・・・耐熱性板　
１３・・・仕切壁　１３ａ、１３ｂ・・・引出口１４・
・・プラズマ生成室　１５・・・試料処理室１６・・・
試料　１７・・・ガス供給室第　１　図 箪　　２　　図 第　３　図 簗　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも一部をマイクロ波の透過可能な壁で形成
   されたプラズマ生成室と、内部に試料を配置する試料処
   理室と、前記プラズマ生成室内にあって、マイクロ波を
   遮蔽する材料でプラズマ生成室とは気密状態に区画され
   たガス供給室と、マイクロ波を遮蔽する材料で形成され
   、前記プラズマ生成室及びガス供給室と試料処理室とを
   隔てるべく配設され、前記プラズマ生成室及びガス供給
   室と対向する位置にこれらの室と前記試料処理室とを夫
   々連通させる複数の孔を開口させた仕切壁とを具備する
   ことを特徴とするプラズマプロセス装置。