JPH01247575A

JPH01247575A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH01247575A
Application number: JP7760888A
Authority: JP
Inventors: Junichi Suzuki; 準一鈴木; Hiroshi Kawarada; 洋川原田; Akio Hiraki; 昭夫平木
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-03-30
Filing date: 1988-03-30
Publication date: 1989-10-03
Anticipated expiration: 2012-04-02
Also published as: JP2595640B2

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〕この発明は、プラズマ処理装置に関し、特にＥＣＲ（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎ
ｃｅ　：電子サイクロトロン共鳴）プラズマＣＶＤ法を
使用したダイヤモンドやＤ　Ｌ　Ｃ（Ｄｉａｍｏｎｄ　
Ｌｉｋｅ　Ｃａｒｂｏｎ　）等の薄膜形成技術に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、ダイヤモンド膜やＤＬＣ膜を形成する方法として
は、熱フイラメントＣＶＤ法、マイクロ波ＣＶＤ法等が
ある。熱フイラメントＣＶＤ法では、真空装置（反応室
）内に、基板ホルダに載置された基板とフィラメントと
が設けられる。そして、前記反応室内を数十Ｔｏｒｒに
保持するとともに、反応ガスとしてメタンと水素等を導
入し、反応室内を外部から加熱するとともに、前記反応
室内部に設けられたフィラメントにより加熱を行って成
膜を行うようにしている。

また、マイクロ波ＣＶＤ法では、反応室内に前記同様に
して基板を設置するとともに、マイクロ波及び反応ガス
を導入する。そして、前記マイクロ波を用いて発生させ
たプラズマにより前記反応ガス、即ちメタンと水素の分
解を行い、成膜を行うようにしている。

〔発明が解決しようとする課題］ところが、前記のような従来の方法では大面積基板に均
一なダイヤモンド膜等を形成することは困難である。こ
れは特に、柱状構造等の細長い試料に膜を形成する場合
に顕著である。例えば、前記熱フィラメン）ＣＶＤ法に
おいて前記大面積基板や特殊形状の基板にダイヤモンド
膜等を形成する場合は、これらの基板形状に合わせて均
一なフィラメントを作成し、これを均一に発熱させるこ
とが必要であるが、このような装置を実現させることは
非常に困難である。またマイクロ波ＣＶＤ法では、その
構造からプラズマが起こる部分が限定されるし、さらに
高周波ＣＶＤ法ではプラズマ状態を制御することが困難
である。

またＥＣＲプラズマＣＶＤ法では、発散磁界を形成して
成膜可能な基板の大面積化を図ることも考えられている
。しかし、ダイヤモンド膜を形成するには特に高いプラ
ズマ密度が必要となり、前記のような発散磁界を利用し
て成膜を行う方式では、ダイヤモンド膜を形成すること
は非常に困難である。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、有磁場
マイクロ波ＣＶＤ法を用いるとともに、その磁場を制御
することにより、大面積基板や柱状の細長い構造の基板
に均一なダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜等の薄膜を、容易に
成膜できるプラズマ処理装置を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段］この発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波及び反
応ガスが導入される反応室と、この室内部に磁場を形成
する磁気回路とを備え、反応室内部にプラズマ領域を形
成するようにした装置において、前記試料に対する高密
度プラズマ領域の位置を可変にする手段を設けたもので
ある。

〔作用〕

この発明では、マイクロ波プラズマＣＶＤ法において、
磁場を印加することにより、プラズマをコントロールで
きることを利用している。即ち、第７図に示すように、
反応室内を所定の低圧状態にしておくと、ある一定の磁
束密度において小さい電界強度で放電が生じ、プラズマ
が発生する。

従ってこの特性を利用すれば、磁場を利用して高密度プ
ラズマ領域を所定の領域でのみ発生させることができ、
この高密度プラズマ領域では、従来の発散磁界を利用し
た成膜方式等に比較してダイヤモンド膜等を形成するこ
とが容易である。さらに前記高密度プラズマ領域の発生
位置を移動可能なように構成すれば、例えば大面積や柱
状構造の基板に対して、前記ダイヤモンド膜等を均一に
形成することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例によるプラズマ処理装置
としての成膜装置を示す構成図である。図において、１
は反応室であり、その本体部ＩＣは円筒形状に構成され
、空洞共振器（キャビティ）構造となっている。この反
応室ｌには、マイクロ波源としてのマグネトロン６（周
波数２．４５Ｇｆｉｚ）から導波管４及びマイクロ波導
入窓５を介してマイクロ波が導入されるとともに、反応
ガス供給口１ａを介して反応ガス（例えばＨ，、Ｃｏ。

ＣＯ□、ＣＨｓ等メダメタン系ルコール系、ケトン類、
アミン類）が導入される。前記反応室１には、成膜すべ
き基板としてのバイブ３が、基板ホルダ２に装着されて
いる。基板ホルダ２にはヒータ１２が内蔵されており、
ヒータ電源１３が前記反応室１の外部に設けられている
。また、前記反応室ｌには排気口１ｂが設けられ、この
排気口１ｂには真空ポンプ等からなる排気系（図示せず
）が接続されている。

また、前記反応室１の本体部ＩＣ周囲には、磁気゛回路
としての電磁石７ａ及び７ｂが配置されている。この電
磁石７ａ及び７ｂは、ともに移動台８に載置固定され、
電磁石移動機構によって移動可能となっている。前記電
磁石移動機構は、前記移動台８に固定されたラック８ａ
、　このラック８ａに噛み合うビニオン９．及び該ビニ
オン９をベルト１１を介して回転駆動するモータ１０か
ら構成されている。

なお、前記電磁石７ａ及び７ｂによる磁界の強度は、マ
イクロ波による電子サイクロトロン共鳴の条件が前記反
応室１の内部で成立するように決定される。ここで、前
記周波数２．　４５　Ｇ１１ｚのマイクロ波に対して電
子サイクロトロン共鳴を起こすだめの磁束密度は８７５
Ｇであるが、本実施例ではこの約２倍、例えば２ｋＧの
強度を有する電磁石を用い、第８図に示すように、前記
８７５Ｇの位置で磁場勾配をつけるようにしている。

次に動作について説明する。

反応室１内を真空排気後、反応ガスを導入し、圧力を一
定に維持する（３０〜０．　　ＯＩＴｏｒｒ）。

次にマグネトロン６からマイクロ波を発生させて、これ
を導波管４及び導入窓５を介して前記反応室１内に導入
するとともに、電磁石７ａ及び７ｂに電流を流して磁場
を形成する。すると、前記反応室１内にはプラズマ放電
が生じる。このとき、プラズマ中又はその近傍に、ヒー
タ１２により６００−１０００℃程度に加熱したパイプ
３を置くと、該パイプ３の外周にダイヤモンド膜が成膜
される。

この際、磁場のかけ方によりその放電領域、即ち高密度
プラズマ領域が変化する。いま、圧力を比較的高い状態
（約１０Ｔｏｒｒ以上）に維持している場合について説
明する。前記導入されるマイクロ波の周波数は２．４５
ＧＨｚであるから、電磁石７ａ及び７ｂによって印加さ
れる磁場の強さを第２図に示す磁場曲線のようにすると
、ＥＣＲ条件を満足する８７５Ｇのところを中心にして
第１図に示す領域Ａにおいてプラズマ放電が生じ、この
部分に高密度プラズマ領域が形成される。そしてこの場
合は、他の場所では放電が起こらない。

この状態で、モータ１０を作動させ、ピニオン９及びラ
ック８ａにより移動台８を移動させて電磁石７ａ及び７
ｂを、図中右方（二点鎖線で示す）に移動させると、８
７５Ｇの移動とともに放電領域も移動し、高密度プラズ
マ領域を第１図のＢの位置まで持って（ることが可能と
なる。従って、細長いパイプ３の外周全面に均一にダイ
ヤモンド膜が形成されることとなる。

なお、圧力が低い状態（約１０Ｔｏｒｒ以下）には、前
記のような明確なプラズマの固まりは見えず、全体に広
がったような状態になるが、この場合でも８７５Ｇの位
置は、プラズマ密度が高く活性な領域であり、従って前
記同様にして電磁石７ａ及び７ｂを移動することにより
、高密度プラズマ領域が移動することとなり、パイプ３
の全面に均一な膜形成を行うことが可能となる。

ここで、第２図に示す磁場曲線から明らかなように、前
記電磁石７ａ及び７ｂによるもう一方の８７５ＧのＡ゛
点は、反応室１外にあるので、前記の高密度プラズマ領
域は反応室内部では１カ所のみに限定される。さらに、
磁場の効果が小さくなる高い圧力（第７図の曲線（３０
Ｔｏｒｒ）　）においても、反応室１内の磁場勾配は常
にマイクロ波導入側が高くなっているので、この場合も
高密度プラズマ領域は常に１カ所に限定される。

このような本実施例では、反応室１内の所定位置に高密
度プラズマ領域を形成するとともに、この領域を移動可
能なようにしたので、例えば柱状構造の基板にも、容易
に、かつ均一にダイヤモンド膜を形成することができる
。

また、第２図に示すように、８７５Ｇの位置で磁場勾配
を形成するようにしているので、マイクロ波のエネルギ
が前記高密度プラズマ領域となる所定領域で集中して変
換されることとなり、シャープな高密度プラズマ領域を
形成でき、特にダイヤモンド膜の形成が容易になる。ま
た、この実施例では高密度プラズマ領域の移動に際して
も磁場勾配は変化せず、成膜に関するコントロールを安
定して行うことができる。

次に本発明の第２の実施例を第３図に基づいて説明する
。この第２の実施例は、前記第１の実施例における電磁
石移動機構の変形例である。即ち、この実施例では、高
密度プラズマ領域を移動させるために、電磁石を機械的
に移動させるのではなく、電気的に移動させている。

図において、第１図と同一符号は同一のものを示す。反
応室１の本体部１ｃの外周には、多数の電磁石７０〜７
１が配設されている。そして、この各電磁石７０〜７１
に供給する電流を調整することにより、第４図の実線（
Ｃ）及び破線（Ｄ）で示すように磁場特性（８７５Ｃ；
の位置）を移動させ、反応室１内に形成される高密度プ
ラズマ領域を移動させるようにしている。

このような実施例によっても前記実施例と同様の効果が
得られるとともに、機械的な移動機構が不要となり、構
成を簡単にすることができる。また、この実施例では前
記各電磁石に供給する電流を調整することにより、第４
図の二点鎖線Ｅで示すように、磁場勾配を緩くすること
もでき、このような磁場勾配にすれば、磁場曲線Ｃ，Ｄ
と異なり、やや広がったプラズマ領域を形成することも
できる。

さらに第５図に本発明の第３の実施例を示す。

この実施例では、磁場の移動を電磁石７ａ及び７ｂに与
える電流の増減のみで行うようにしたものである。この
実施例では、第６図のＦ、Ｇに示すように、磁場特性の
勾配は変化するが、電磁石７ａ及び７ｂを機械的に移動
するための構成も、また電気的に移動するための制御回
路も不要となり、構成が非常に簡単になる。

なお、前記各実施例ではダイヤモンド膜、ＤＬＣ膜の成
膜について述べたが、例えばＨ２だけを使用して、前記
実施例と同様の動作により基板に付着した不純物（例え
ばグラファイト、アモルファスカーボン）等をエツチン
グし、除去することも可能である。また、前記実施例で
は磁場による高密度プラズマ領域を可変としたが、例え
ば反応ガスの供給方式あるいはマイクロ波の導入方式な
どの他のパラメータにより高密度プラズマ領域を可変と
してもよい。

また、前記実施例では反応室を共振器構造としたが、例
えばテーパを付けて一方を開放型にしたような反応室に
も本発明は適用できる。

さらに本発明は、マイクロ波を使用し、無電極放電を行
う成膜装置について広く適用できるものである。

［発明の効果］以上のように、この発明によれば、高密度プラズマ領域
の発生位置を可変するようにしたので、特にダイヤモン
ド膜、ＤＬＣ膜のコーティングが困難な柱状物へ前記膜
を均一に、かつ安定して形成することができる効果があ
る。また、磁場の位置をパラメータとする高密度プラズ
マ領域の変位方式の場合は、その変位が比較的容易で、
かつ精度も良好に行い得る利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例によるプラズマ処理装置
の断面構成図、第２図は該装置に印加する磁場特性を示
す図、第３図は第２の実施例によるプラズマ処理装置の
断面構成図、第４図は該装置に印加する磁場特性を示す
図、第５図は第３の実施例によるプラズマ処理装置の一
部断面構成図、第６図は該装置に印加する磁場特性を示
す図、第７図は磁場の強さと圧力及び放電開始時の電界
強度の関係を示す図、第８図は本発明の装置に印加する
磁場の一般的特性を示す図である。１・・・反応室、３・・・成膜すべきパイプ（基板）、
６・・・マグネトロン、７ａ〜７１・・・電磁石（磁気
回路）、８・・・移動台、８ａ・・・ラック、９・・・
ピニオン、１０・・・モータ。特許出願人　　　　　　株式会社島津製作所　、、ｒ’
、１、−Ｊ　１　図九シ、）　２　図砿づ１７．８３　　：Ａ八二、５４　旨第５図、１，６　　図 ■０ｔ’− ドユ「２　　　　　　　　　ｘ −〜　　　− 〇つ・■

Claims

【特許請求の範囲】

（１）処理すべき試料が収容されかつマイクロ波及び反
応ガスが導入されるよう構成された反応室と、この反応
室の周囲に配設され室内部に磁場を形成する磁気回路と
を備え、反応室内にプラズマ領域を形成するようにした
装置において、前記試料に対する高密度プラズマ領域の
位置を可変にする手段を設けたことを特徴とするプラズ
マ処理装置。