JPH0565653A - プラズマcvd装置 - Google Patents
プラズマcvd装置Info
- Publication number
- JPH0565653A JPH0565653A JP3227339A JP22733991A JPH0565653A JP H0565653 A JPH0565653 A JP H0565653A JP 3227339 A JP3227339 A JP 3227339A JP 22733991 A JP22733991 A JP 22733991A JP H0565653 A JPH0565653 A JP H0565653A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microwave
- plasma
- magnetic field
- metal container
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】プラズマCVD装置において、マイクロ波をモ
ード変換することなく拡げて大面積プラズマを空間分布
が一様に生成し、大口径試料を効率よく均一に薄膜を形
成する。 【構成】拡がり角10°〜20°、好ましくは15°の
円錐形状金属容器1の両端に真空封じを兼ねたマイクロ
波窓3,6を設けてその内部を減圧し、導入されたマイ
クロ波を大面積に拡げてからプラズマ発生室2に導入
し、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを大面積で
板状に試料前面に生成する。また、マイクロ波窓3が試
料10に平行かつ近接して位置するように試料支持台1
1を設置し、両者間の狭い領域に電磁コイル8によりプ
ラズマを板状に生成することにより、磁場コイル8も小
型でよくなり、製作コストおよび使用電力を節約する。
ード変換することなく拡げて大面積プラズマを空間分布
が一様に生成し、大口径試料を効率よく均一に薄膜を形
成する。 【構成】拡がり角10°〜20°、好ましくは15°の
円錐形状金属容器1の両端に真空封じを兼ねたマイクロ
波窓3,6を設けてその内部を減圧し、導入されたマイ
クロ波を大面積に拡げてからプラズマ発生室2に導入
し、電子サイクロトロン共鳴によりプラズマを大面積で
板状に試料前面に生成する。また、マイクロ波窓3が試
料10に平行かつ近接して位置するように試料支持台1
1を設置し、両者間の狭い領域に電磁コイル8によりプ
ラズマを板状に生成することにより、磁場コイル8も小
型でよくなり、製作コストおよび使用電力を節約する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はプラズマCVD装置に係
り、特に、マイクロ波放電により生成したプラズマを利
用し、大面試料に薄膜生成を一様に行うのに好適なプラ
ズマCVD装置に関する。
り、特に、マイクロ波放電により生成したプラズマを利
用し、大面試料に薄膜生成を一様に行うのに好適なプラ
ズマCVD装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の磁場中のマイクロ波放電によるプ
ラズマを利用したプラズマCVD装置は、プラズマを生
成する放電室(プラズマ発生室)の構造の観点から、金
属製放電室タイプと誘電体製放電室タイプの2つに大き
く分けられる。金属製放電室タイプの場合、プラズマ発
生室がマイクロ波に対して共振空胴として働き、使用す
るマイクロ波の周波数が一定であれば、共振空胴の内径
寸法はその共鳴波長により決定され、ある値以上には大
きくできない。このため、均一処理される試料の大きさ
は、プラズマ発生室内径程度以下に限定される。
ラズマを利用したプラズマCVD装置は、プラズマを生
成する放電室(プラズマ発生室)の構造の観点から、金
属製放電室タイプと誘電体製放電室タイプの2つに大き
く分けられる。金属製放電室タイプの場合、プラズマ発
生室がマイクロ波に対して共振空胴として働き、使用す
るマイクロ波の周波数が一定であれば、共振空胴の内径
寸法はその共鳴波長により決定され、ある値以上には大
きくできない。このため、均一処理される試料の大きさ
は、プラズマ発生室内径程度以下に限定される。
【0003】金属製放電室タイプの公知例を図8により
説明する。図8は特開平1−97399号公報に記載の
プラズマCVD装置の模式図である。この装置では、マ
イクロ波発生器31で発生させたマイクロ波をテーパ管
40で拡げてからマイクロ波空胴33に伝播させる。マ
イクロ波空胴33はプラズマ発生室35を兼ね、気体導
入口34より気体を導入し、電子サイクロトロン共鳴に
よってプラズマ発生室35内にプラズマ36を発生させ
る。このプラズマは外部磁場コイル37によって発生さ
せた磁場に沿って基板38に導かれ、反応性気体と反応
させて、支持台39に載置された基板38上に所望の薄
膜を形成させる。
説明する。図8は特開平1−97399号公報に記載の
プラズマCVD装置の模式図である。この装置では、マ
イクロ波発生器31で発生させたマイクロ波をテーパ管
40で拡げてからマイクロ波空胴33に伝播させる。マ
イクロ波空胴33はプラズマ発生室35を兼ね、気体導
入口34より気体を導入し、電子サイクロトロン共鳴に
よってプラズマ発生室35内にプラズマ36を発生させ
る。このプラズマは外部磁場コイル37によって発生さ
せた磁場に沿って基板38に導かれ、反応性気体と反応
させて、支持台39に載置された基板38上に所望の薄
膜を形成させる。
【0004】この公知例では、マイクロ波空胴33が空
胴として成り立つためには、プラズマの引き出し口の内
径をマイクロ波の波長(基本モードで12.2cm)の
半分以下程度にしなければならない。このため、均一プ
ラズマ処理の可能な試料径は、10cm程度である。一
方、大口径試料に対応するために、マイクロ波空胴33
によるプラズマ生成効率向上を犠牲にしてマイクロ波空
胴33の径を大きくした場合、プラズマ発生領域全体に
磁場を印加するための外部磁場コイル37の容量及び電
源容量がコイル径の2乗程度で増加するため、消費電力
の面からも不経済である。また、テーパ管40でマイク
ロ波を大口径に拡げると、マイクロ波をマイクロ波空胴
33へ導入するための誘電体製窓41に加わる真空力が
増大するので、窓材の厚さをかなり厚くしなければなら
ない。従って、マイクロ波空胴へ入射するマイクロ波の
反射が増加すると同時に、大型誘電体製窓に対する安全
性も問題となる。
胴として成り立つためには、プラズマの引き出し口の内
径をマイクロ波の波長(基本モードで12.2cm)の
半分以下程度にしなければならない。このため、均一プ
ラズマ処理の可能な試料径は、10cm程度である。一
方、大口径試料に対応するために、マイクロ波空胴33
によるプラズマ生成効率向上を犠牲にしてマイクロ波空
胴33の径を大きくした場合、プラズマ発生領域全体に
磁場を印加するための外部磁場コイル37の容量及び電
源容量がコイル径の2乗程度で増加するため、消費電力
の面からも不経済である。また、テーパ管40でマイク
ロ波を大口径に拡げると、マイクロ波をマイクロ波空胴
33へ導入するための誘電体製窓41に加わる真空力が
増大するので、窓材の厚さをかなり厚くしなければなら
ない。従って、マイクロ波空胴へ入射するマイクロ波の
反射が増加すると同時に、大型誘電体製窓に対する安全
性も問題となる。
【0005】なお、導波管をテーパ管にしてマイクロ波
を拡げる従来技術として関連するものに、特開昭62−
2245号公報、特開平2−62649号公報、特開平
2−84249号公報、特開昭63−193832号公
報等があるが、これらはいずれも上記公知例と同様に、
マイクロ波を大口径に拡げた場合、誘電体製窓でのマイ
クロ波の反射の増加及び誘電体製窓の安全性が問題とな
る。
を拡げる従来技術として関連するものに、特開昭62−
2245号公報、特開平2−62649号公報、特開平
2−84249号公報、特開昭63−193832号公
報等があるが、これらはいずれも上記公知例と同様に、
マイクロ波を大口径に拡げた場合、誘電体製窓でのマイ
クロ波の反射の増加及び誘電体製窓の安全性が問題とな
る。
【0006】金属製放電室タイプの変形の公知例として
図9に示すものがある。図9は特開平2−173268
号公報に記載のプラズマCVD装置の模式図である。こ
の装置においては、マイクロ波発生器31で発生させた
マイクロ波を導波管32によりマイクロ波空胴33に伝
播させてプラズマ発生室35に導入し、気体導入口34
より気体を導入し、電子サイクロトロン共鳴によってプ
ラズマ発生室35内にプラズマ36を発生させる。この
プラズマは外部磁場コイル37によって発生させた磁場
に沿って基板38に導かれ、反応性気体と反応させて、
支持台39に載置された基板38上に所望の薄膜を形成
させる。
図9に示すものがある。図9は特開平2−173268
号公報に記載のプラズマCVD装置の模式図である。こ
の装置においては、マイクロ波発生器31で発生させた
マイクロ波を導波管32によりマイクロ波空胴33に伝
播させてプラズマ発生室35に導入し、気体導入口34
より気体を導入し、電子サイクロトロン共鳴によってプ
ラズマ発生室35内にプラズマ36を発生させる。この
プラズマは外部磁場コイル37によって発生させた磁場
に沿って基板38に導かれ、反応性気体と反応させて、
支持台39に載置された基板38上に所望の薄膜を形成
させる。
【0007】この公知例では、図8の上記公知例と同様
に、マイクロ波空胴33の効果を高めるためにはプラズ
マ発生のためのマイクロ波取り出し口の径がマイクロ波
の波長の半分以下程度に制限されてしまい、大口径試料
を均一に処理できないという問題がある。
に、マイクロ波空胴33の効果を高めるためにはプラズ
マ発生のためのマイクロ波取り出し口の径がマイクロ波
の波長の半分以下程度に制限されてしまい、大口径試料
を均一に処理できないという問題がある。
【0008】金属製放電室タイプの他の変形の公知例と
して特開平1−222055号公報に記載のものがあ
る。この公知例では、プラズマ発生室のマイクロ波導入
部にホーン形の導波管を設け、この導波管でプラズマ発
生室に導入されたマイクロ波を拡げ、長尺の基体(試
料)上に薄膜を形成するようにしている。しかし、この
公知例では、放電空間でホーン形の導波管を設けている
ため、導波管に形成されるプラズマ発生領域もホーン形
状の分布となるので、試料に導かれるプラズマ流入量が
径方向位置によって異なり、上記公知例と同様に大口径
試料を均一に処理できないという問題がある。
して特開平1−222055号公報に記載のものがあ
る。この公知例では、プラズマ発生室のマイクロ波導入
部にホーン形の導波管を設け、この導波管でプラズマ発
生室に導入されたマイクロ波を拡げ、長尺の基体(試
料)上に薄膜を形成するようにしている。しかし、この
公知例では、放電空間でホーン形の導波管を設けている
ため、導波管に形成されるプラズマ発生領域もホーン形
状の分布となるので、試料に導かれるプラズマ流入量が
径方向位置によって異なり、上記公知例と同様に大口径
試料を均一に処理できないという問題がある。
【0009】一方、誘電体製放電室タイプの場合には、
円筒形導波管の内部に設置された石英等の材料で製作さ
れたベルジャ放電管内にプラズマが発生される。従っ
て、大面積処理を行うためにプラズマ径を大きくする
と、強度的安全性の観点から石英等のベルジャ放電管の
板厚を厚くする必要があり、マイクロ波の反射率の増
大、放電管のコスト高、また、前記円筒形導波管の外部
に設置された磁場発生用コイル、及びその電源容量が増
大するため省エネルギーおよびコスト面で不経済である
等の問題がある。
円筒形導波管の内部に設置された石英等の材料で製作さ
れたベルジャ放電管内にプラズマが発生される。従っ
て、大面積処理を行うためにプラズマ径を大きくする
と、強度的安全性の観点から石英等のベルジャ放電管の
板厚を厚くする必要があり、マイクロ波の反射率の増
大、放電管のコスト高、また、前記円筒形導波管の外部
に設置された磁場発生用コイル、及びその電源容量が増
大するため省エネルギーおよびコスト面で不経済である
等の問題がある。
【0010】誘電体製放電室タイプの公知例を図10に
示す。図10は特開平1−111332号公報に記載の
プラズマ処理装置の模式図である。磁場コイル45内に
設置された円筒形導波管43内に導入されたマイクロ波
は、真空仕切を兼ねた放電管44Aにより形成されるプ
ラズマ発生室44内に入射し、プラズマ発生室44内に
プラズマを生成し、プラズマ発生室44内に設置されて
いる試料46をプラズマ処理するもので、この方式で
は、放電管44Aの径は、試料46に比例して大きくし
なければならない。このため、放電管44A(一般には
石英)の真空力に対する強度上、放電管44Aの板厚を
かなり厚くしなければならない。このため、放電管44
Aのマイクロ波入射側は、反射波が増加すると同時に、
大型の放電管に対する安全性も問題となる。
示す。図10は特開平1−111332号公報に記載の
プラズマ処理装置の模式図である。磁場コイル45内に
設置された円筒形導波管43内に導入されたマイクロ波
は、真空仕切を兼ねた放電管44Aにより形成されるプ
ラズマ発生室44内に入射し、プラズマ発生室44内に
プラズマを生成し、プラズマ発生室44内に設置されて
いる試料46をプラズマ処理するもので、この方式で
は、放電管44Aの径は、試料46に比例して大きくし
なければならない。このため、放電管44A(一般には
石英)の真空力に対する強度上、放電管44Aの板厚を
かなり厚くしなければならない。このため、放電管44
Aのマイクロ波入射側は、反射波が増加すると同時に、
大型の放電管に対する安全性も問題となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来技術はいずれも、大型の試料を処理するための大口
径均一プラズマ生成方法と、省エネルギー対策について
考慮されておらず、大口径試料を均一に処理することが
困難であるか、又は大口径試料を均一に処理する場合、
誘電体製窓又は放電管破損の危険性と、磁場コイルでの
消費電力の増加という問題があった。
従来技術はいずれも、大型の試料を処理するための大口
径均一プラズマ生成方法と、省エネルギー対策について
考慮されておらず、大口径試料を均一に処理することが
困難であるか、又は大口径試料を均一に処理する場合、
誘電体製窓又は放電管破損の危険性と、磁場コイルでの
消費電力の増加という問題があった。
【0012】本発明の目的は、誘電体製窓に要求される
強度を低減すると共に、均一大口径のプラズマ生成を可
能とするプラズマCVD装置を提供することである。
強度を低減すると共に、均一大口径のプラズマ生成を可
能とするプラズマCVD装置を提供することである。
【0013】本発明の他の目的は、均一大口径のプラズ
マ生成を省エネルギーにて可能とするプラズマCVD装
置を提供することである。
マ生成を省エネルギーにて可能とするプラズマCVD装
置を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段とを備え、このマイクロ波と放電
空間内の磁場により生成した磁場中マイクロ波放電プラ
ズマを利用し、放電空間内に設置された試料をプラズマ
処理するプラズマCVD装置において、前記マイクロ波
導入手段は、導波管と、マイクロ波導入端が小径側で前
記導波管に接続され、先端部が大径側で前記プラズマ発
生室に接続された円錐形状金属容器と、前記円錐形状金
属容器の先端部に設置され、前記プラズマ発生室との間
を真空封じする第1の誘電体板と、前記円錐形状金属容
器のマイクロ波導入端を真空封じし、前記第1の誘電体
板と協働して円錐形状金属容器を気密構造とする第2の
誘電体板と、前記円錐形状金属容器内をマイクロ波で放
電が起こらない状態に減圧する手段とを有し、前記円錐
形状金属容器の拡がり角を片側10°〜20°にして先
端部の開口径を前記放電空間で処理すべき試料の大きさ
以上に拡げたものである。
め、本発明は、放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段とを備え、このマイクロ波と放電
空間内の磁場により生成した磁場中マイクロ波放電プラ
ズマを利用し、放電空間内に設置された試料をプラズマ
処理するプラズマCVD装置において、前記マイクロ波
導入手段は、導波管と、マイクロ波導入端が小径側で前
記導波管に接続され、先端部が大径側で前記プラズマ発
生室に接続された円錐形状金属容器と、前記円錐形状金
属容器の先端部に設置され、前記プラズマ発生室との間
を真空封じする第1の誘電体板と、前記円錐形状金属容
器のマイクロ波導入端を真空封じし、前記第1の誘電体
板と協働して円錐形状金属容器を気密構造とする第2の
誘電体板と、前記円錐形状金属容器内をマイクロ波で放
電が起こらない状態に減圧する手段とを有し、前記円錐
形状金属容器の拡がり角を片側10°〜20°にして先
端部の開口径を前記放電空間で処理すべき試料の大きさ
以上に拡げたものである。
【0015】好ましくは、前記円錐形状金属容器の拡が
り角が片側15°である。また、好ましくは、前記円錐
形状金属容器の先端部の開口径を前記導波管の出口径の
4倍以上とする。
り角が片側15°である。また、好ましくは、前記円錐
形状金属容器の先端部の開口径を前記導波管の出口径の
4倍以上とする。
【0016】また、好ましくは、前記第1の誘電体板が
前記試料に平行かつ近接して位置し、第1の誘電体板と
試料との間に前記磁場発生手段により一様磁場が発生す
るように、前記プラズマ発生室内に試料支持台を設置す
る。
前記試料に平行かつ近接して位置し、第1の誘電体板と
試料との間に前記磁場発生手段により一様磁場が発生す
るように、前記プラズマ発生室内に試料支持台を設置す
る。
【0017】なお、上記円錐形状金属容器の代わりに、
円錐形状でない末広がり金属容器を用いてもよい。
円錐形状でない末広がり金属容器を用いてもよい。
【0018】
【作用】一般に、磁場中のマイクロ波放電によるプラズ
マは、電子サイクロトロン共鳴(ECR)磁場位置で効
率良く電離生成される。このため、大口径均一プラズマ
を効率良く生成するためには、前記ECR磁場を大口径
に生成しなければならない。また、大口径の真空空間を
作り、そこにマイクロ波を入射するためには、真空仕切
を兼ねた大口径のマイクロ波入射窓が必要であるが、マ
イクロ波の反射等を考慮すると窓材は薄い方が望まし
い。更に、大口径試料上を均一に処理するためにはプラ
ズマの空間分布が一様であることが重要である。ECR
位置で生成されるプラズマの空間分布は、マイクロ波の
電界強度分布に比例する。従って、ECR位置でのマイ
クロ波電界強度分布を一様にする必要がある。そのた
め、軸対象な電界強度分布を持ったマイクロ波のモード
(一般にはTE11モード)を導入し、その軸対象モード
が非軸対象モード(TE12、TE13)に変換されること
なくECR位置まで伝播させ、大口径に拡げなければな
らない。また、モード変換により他のモードが発生する
状況においては、プラズマの状態によってマイクロ波の
伝播状態が変化し、プラズマの放電状態が不安定になる
問題もある。
マは、電子サイクロトロン共鳴(ECR)磁場位置で効
率良く電離生成される。このため、大口径均一プラズマ
を効率良く生成するためには、前記ECR磁場を大口径
に生成しなければならない。また、大口径の真空空間を
作り、そこにマイクロ波を入射するためには、真空仕切
を兼ねた大口径のマイクロ波入射窓が必要であるが、マ
イクロ波の反射等を考慮すると窓材は薄い方が望まし
い。更に、大口径試料上を均一に処理するためにはプラ
ズマの空間分布が一様であることが重要である。ECR
位置で生成されるプラズマの空間分布は、マイクロ波の
電界強度分布に比例する。従って、ECR位置でのマイ
クロ波電界強度分布を一様にする必要がある。そのた
め、軸対象な電界強度分布を持ったマイクロ波のモード
(一般にはTE11モード)を導入し、その軸対象モード
が非軸対象モード(TE12、TE13)に変換されること
なくECR位置まで伝播させ、大口径に拡げなければな
らない。また、モード変換により他のモードが発生する
状況においては、プラズマの状態によってマイクロ波の
伝播状態が変化し、プラズマの放電状態が不安定になる
問題もある。
【0019】マイクロ波をモード変換することなく拡げ
る手段として円錐形状の金属製容器を用いると、円錐形
状の拡がり角が小さい場合にはモード変換や反射を起こ
さずにマイクロ波を拡げることができる。しかし、拡が
り角を小さくすると円錐形状容器の長さが長くなり製作
コストが高くなる。それと共に処理装置全体が大型化す
るため処理装置を設置するために制約が多くなり問題と
なる。従って、円錐形状容器の拡がり角は、モード変換
が問題にならない程度に大きくなるような最適値が存在
する。
る手段として円錐形状の金属製容器を用いると、円錐形
状の拡がり角が小さい場合にはモード変換や反射を起こ
さずにマイクロ波を拡げることができる。しかし、拡が
り角を小さくすると円錐形状容器の長さが長くなり製作
コストが高くなる。それと共に処理装置全体が大型化す
るため処理装置を設置するために制約が多くなり問題と
なる。従って、円錐形状容器の拡がり角は、モード変換
が問題にならない程度に大きくなるような最適値が存在
する。
【0020】円錐形状の金属製容器内を伝播するマイク
ロ波のモード変換量は、電磁波の伝送方程式を計算して
求められることが知られている。(例えば、小西良弘監
修、電磁波問題へのアタックの仕方、電子通信学会編、
p99)ただし、円錐形のマイクロ波伝送系についての
研究は、通信の分野で採用されているモード(一般には
TE01)が主であり、プラズマ生成に利用されているT
E11モードについては独自に評価する必要がある。図7
に数値計算により求めたモード変換の円錐形容器の拡が
り角依存性を示す。図7は入射モードTE11とモード変
換により発生するTE12、TE13モードのマイクロ波電
力を示したものである。この計算ではマイクロ波の伝播
距離(円錐形状容器の長さ)を50cmとして計算して
いるが、伝播距離が多少変化しても傾向はあまり変わら
ない。図7より、拡がり角が15°を越えると不要モー
ドが次第に増加し、不要モード発生量を入射電力の10
%以下にするためには拡がり角を20°以下にしなけれ
ばならないことが分かる。従って、円錐形状容器を用い
る場合、拡がり角の最適値は15°であり、モード変換
量を入射マイクロ波電力の10%まで許容すると考える
と拡がり角は10°から20°が適当である。
ロ波のモード変換量は、電磁波の伝送方程式を計算して
求められることが知られている。(例えば、小西良弘監
修、電磁波問題へのアタックの仕方、電子通信学会編、
p99)ただし、円錐形のマイクロ波伝送系についての
研究は、通信の分野で採用されているモード(一般には
TE01)が主であり、プラズマ生成に利用されているT
E11モードについては独自に評価する必要がある。図7
に数値計算により求めたモード変換の円錐形容器の拡が
り角依存性を示す。図7は入射モードTE11とモード変
換により発生するTE12、TE13モードのマイクロ波電
力を示したものである。この計算ではマイクロ波の伝播
距離(円錐形状容器の長さ)を50cmとして計算して
いるが、伝播距離が多少変化しても傾向はあまり変わら
ない。図7より、拡がり角が15°を越えると不要モー
ドが次第に増加し、不要モード発生量を入射電力の10
%以下にするためには拡がり角を20°以下にしなけれ
ばならないことが分かる。従って、円錐形状容器を用い
る場合、拡がり角の最適値は15°であり、モード変換
量を入射マイクロ波電力の10%まで許容すると考える
と拡がり角は10°から20°が適当である。
【0021】ここで、円錐形状金属容器のマイクロ波導
入端が接続される導波管の出口径はマイクロ波の遮断周
波数より決まる最小径に設定されるので、円錐形状金属
容器の先端部の開口径を導波管の出口径の4倍以上とす
れば、目的とする大口径のプラズマを生成でき、このと
き上記範囲の拡がり角を採用すれば、モード変換が少な
い範囲で円錐形状金属容器の軸方向長さの増加を最小限
に止どめ、コンパクトな構造を提供できる。
入端が接続される導波管の出口径はマイクロ波の遮断周
波数より決まる最小径に設定されるので、円錐形状金属
容器の先端部の開口径を導波管の出口径の4倍以上とす
れば、目的とする大口径のプラズマを生成でき、このと
き上記範囲の拡がり角を採用すれば、モード変換が少な
い範囲で円錐形状金属容器の軸方向長さの増加を最小限
に止どめ、コンパクトな構造を提供できる。
【0022】モード変換をあまり起こさずにマイクロ波
を拡げる手段としては、円錐形状が製作も容易であり低
コストで良好であるが、容器断面が試料方向に滑らかに
拡がる形状であればモード変換を低く抑えることができ
る。
を拡げる手段としては、円錐形状が製作も容易であり低
コストで良好であるが、容器断面が試料方向に滑らかに
拡がる形状であればモード変換を低く抑えることができ
る。
【0023】また、マイクロ波を拡げるための金属容器
を有するマイクロ波導入手段において、マイクロ波導入
端と試料側先端部に真空封じを兼ねたマイクロ波窓(第
1および第2の誘電体板)を設けて内部を減圧すると、
試料側端の大口径窓(第1の誘電体板)に加わる真空力
が数100分の1に低減されるため、大口径窓材の強度
的安全性の確保、窓材の厚さを薄くすることによるマイ
クロ波透過効率の向上が得られる。
を有するマイクロ波導入手段において、マイクロ波導入
端と試料側先端部に真空封じを兼ねたマイクロ波窓(第
1および第2の誘電体板)を設けて内部を減圧すると、
試料側端の大口径窓(第1の誘電体板)に加わる真空力
が数100分の1に低減されるため、大口径窓材の強度
的安全性の確保、窓材の厚さを薄くすることによるマイ
クロ波透過効率の向上が得られる。
【0024】更に、処理すべき試料に対して大口径窓
(第1の誘電体板)を近接して平行に設ることにより、
試料上に均一な厚さでプラズマが板状に生成されるた
め、磁力線に沿って試料に流入するプラズマのイオン等
が試料上で均一になる。また、プラズマが板状に狭い領
域に生成されるため、プラズマに磁場を印加する磁場コ
イルも小型でよく、製作コストおよび使用電力を節約で
きる。
(第1の誘電体板)を近接して平行に設ることにより、
試料上に均一な厚さでプラズマが板状に生成されるた
め、磁力線に沿って試料に流入するプラズマのイオン等
が試料上で均一になる。また、プラズマが板状に狭い領
域に生成されるため、プラズマに磁場を印加する磁場コ
イルも小型でよく、製作コストおよび使用電力を節約で
きる。
【0025】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1および図2に
より説明する。図1は磁場中のマイクロ波放電プラズマ
を利用して、試料表面に成膜を行うプラズマCVD装置
に本発明を適用した例である。図1において、本実施例
のプラズマCVD装置は、導波管5と円錐形状金属容器
1とからなるマイクロ波導入手段により、放電空間を形
成するプラズマ発生室2にマイクロ波が導入される。円
錐形状金属容器1は、小径側のマイクロ波導入端が導波
管5に接続され、大径側先端部がプラズマ発生室2に接
続されている。円錐形状金属容器1の大径側先端部には
プラズマ発生室2との間を真空封じする大口径誘電体窓
3が設置され、導波管5は誘電体板6で真空封じされ、
この誘電体窓3と誘電体板6とで円錐形状金属容器1を
気密構造としている。また、円錐形状金属容器1には、
内部4をマイクロ波で放電が起こらない状態に減圧する
手段として排気口7が設けられている。プラズマ発生室
2の外側には磁場コイル8が設置され、プラズマ発生室
2の内部には試料支持台11が設けられている。試料支
持台11は誘電体窓3に対して試料10が平行かつ近接
して位置し、誘電体窓3と試料支持台11との間に磁場
コイル8により一様磁場が発生して試料10の前面にE
CR位置9が形成されるように位置決めされている。ま
た、プラズマ発生室2には材料ガスの導入口12が設け
られている。
より説明する。図1は磁場中のマイクロ波放電プラズマ
を利用して、試料表面に成膜を行うプラズマCVD装置
に本発明を適用した例である。図1において、本実施例
のプラズマCVD装置は、導波管5と円錐形状金属容器
1とからなるマイクロ波導入手段により、放電空間を形
成するプラズマ発生室2にマイクロ波が導入される。円
錐形状金属容器1は、小径側のマイクロ波導入端が導波
管5に接続され、大径側先端部がプラズマ発生室2に接
続されている。円錐形状金属容器1の大径側先端部には
プラズマ発生室2との間を真空封じする大口径誘電体窓
3が設置され、導波管5は誘電体板6で真空封じされ、
この誘電体窓3と誘電体板6とで円錐形状金属容器1を
気密構造としている。また、円錐形状金属容器1には、
内部4をマイクロ波で放電が起こらない状態に減圧する
手段として排気口7が設けられている。プラズマ発生室
2の外側には磁場コイル8が設置され、プラズマ発生室
2の内部には試料支持台11が設けられている。試料支
持台11は誘電体窓3に対して試料10が平行かつ近接
して位置し、誘電体窓3と試料支持台11との間に磁場
コイル8により一様磁場が発生して試料10の前面にE
CR位置9が形成されるように位置決めされている。ま
た、プラズマ発生室2には材料ガスの導入口12が設け
られている。
【0026】円錐形状金属容器1の拡がり角θは片側1
0°〜20°の範囲、好ましくは15°とされ、先端部
の開口径をプラズマ発生室2で処理すべき試料10の大
きさ以上に拡げられている。この先端部の開口径は、導
波管6の出口径の4倍以上である。また、誘電体窓3と
試料10との距離は、誘電体窓3の直径が40〜50c
mの場合、2〜10cmに設定する。
0°〜20°の範囲、好ましくは15°とされ、先端部
の開口径をプラズマ発生室2で処理すべき試料10の大
きさ以上に拡げられている。この先端部の開口径は、導
波管6の出口径の4倍以上である。また、誘電体窓3と
試料10との距離は、誘電体窓3の直径が40〜50c
mの場合、2〜10cmに設定する。
【0027】マイクロ波、例えば2.45GHzのマイ
クロ波が導波管5により円錐形状金属容器1に導入され
る。このマイクロ波は金属容器内部4を伝播するに従
い、その電界分布が拡げられ、大口径誘電体窓3を透過
して試料10方向に伝播する。金属容器内部4は、排気
口7により真空排気され減圧され、大口径誘電体窓3へ
かかる真空力が低減される。磁場コイル8は、プラズマ
発生室2内部に設けられた試料支持台11上の試料10
前面に設定されたECR位置9において電子サイクロト
ロン共鳴の起こる磁場強度875Gを発生する。プラズ
マ発生室2内部は真空排気され材料ガスをガス導入口1
2から供給することにより、磁場強度875Gの位置に
おいて電子サイクロトロン共鳴により材料ガスがプラズ
マ化され、磁力線に沿って試料10方向に流れ、成膜が
行われる。このとき、円錐形状金属容器1の拡がり角θ
を上記のように10°から20°の範囲にすると、モー
ド変換量が入射マイクロ波電力の10%以下であり、E
CR位置9における電界強度分布が一様になる。また、
試料10と大口径誘電体窓3とが平行かつ近接している
ため、試料10上に生成されるプラズマの厚みが一様に
なり、成膜が試料10全面において均一に行われる。な
お、磁場コイル8は、大口径誘電体窓3と試料10との
間に生成されたプラズマにのみ印加すればよいので、コ
イルを小型にすることができる。
クロ波が導波管5により円錐形状金属容器1に導入され
る。このマイクロ波は金属容器内部4を伝播するに従
い、その電界分布が拡げられ、大口径誘電体窓3を透過
して試料10方向に伝播する。金属容器内部4は、排気
口7により真空排気され減圧され、大口径誘電体窓3へ
かかる真空力が低減される。磁場コイル8は、プラズマ
発生室2内部に設けられた試料支持台11上の試料10
前面に設定されたECR位置9において電子サイクロト
ロン共鳴の起こる磁場強度875Gを発生する。プラズ
マ発生室2内部は真空排気され材料ガスをガス導入口1
2から供給することにより、磁場強度875Gの位置に
おいて電子サイクロトロン共鳴により材料ガスがプラズ
マ化され、磁力線に沿って試料10方向に流れ、成膜が
行われる。このとき、円錐形状金属容器1の拡がり角θ
を上記のように10°から20°の範囲にすると、モー
ド変換量が入射マイクロ波電力の10%以下であり、E
CR位置9における電界強度分布が一様になる。また、
試料10と大口径誘電体窓3とが平行かつ近接している
ため、試料10上に生成されるプラズマの厚みが一様に
なり、成膜が試料10全面において均一に行われる。な
お、磁場コイル8は、大口径誘電体窓3と試料10との
間に生成されたプラズマにのみ印加すればよいので、コ
イルを小型にすることができる。
【0028】図3および図4は本発明の他の実施例を示
す。この実施例のプラズマCVD装置は前述の円錐形状
金属容器1に代えて、円錐形状以外の末広がり形状をし
た金属容器13を備えている。
す。この実施例のプラズマCVD装置は前述の円錐形状
金属容器1に代えて、円錐形状以外の末広がり形状をし
た金属容器13を備えている。
【0029】本実施例によれば、導波管5から導入され
たマイクロ波が試料10方向に伝播するに従って金属容
器13の断面が滑らかに拡がっているため、導入された
マイクロ波のモード変換を低く抑えてECR位置9まで
マイクロ波を伝播できる。従って、実施例1と同様な効
果が期待できる。
たマイクロ波が試料10方向に伝播するに従って金属容
器13の断面が滑らかに拡がっているため、導入された
マイクロ波のモード変換を低く抑えてECR位置9まで
マイクロ波を伝播できる。従って、実施例1と同様な効
果が期待できる。
【0030】図5および図6は本発明の更に他の実施例
を示し、この実施例のプラズマCVD装置は、図1に示
す円錐形状金属容器1に代えて断面形状が矩形である矩
形金属容器14を備えている。
を示し、この実施例のプラズマCVD装置は、図1に示
す円錐形状金属容器1に代えて断面形状が矩形である矩
形金属容器14を備えている。
【0031】本実施例によれば、導波管5から導入され
たマイクロ波が試料10方向に伝播するに従って矩形金
属容器14の断面が滑らかに拡がっているため、導入さ
れたマイクロ波のモード変換を低く抑えてECR位置9
までマイクロ波を伝播できる。従って、実施例1と同様
な効果が期待できる。
たマイクロ波が試料10方向に伝播するに従って矩形金
属容器14の断面が滑らかに拡がっているため、導入さ
れたマイクロ波のモード変換を低く抑えてECR位置9
までマイクロ波を伝播できる。従って、実施例1と同様
な効果が期待できる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波をモード変
換することなく大面積に拡げ均一プラズマを効率良く生
成することにより、試料の均一処理が可能になる。ま
た、マイクロ波の大口径誘電体窓の強度的安全性が確保
され、マイクロ波の伝送効率も改善される。さらに、磁
場コイルを小型化できる。
換することなく大面積に拡げ均一プラズマを効率良く生
成することにより、試料の均一処理が可能になる。ま
た、マイクロ波の大口径誘電体窓の強度的安全性が確保
され、マイクロ波の伝送効率も改善される。さらに、磁
場コイルを小型化できる。
【図1】本発明の一実施例によるプラズマCVD装置の
断面図である。
断面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】本発明の他の実施例によるプラズマCVD装置
の断面図である。
の断面図である。
【図4】図3のIV−IV線断面図である。
【図5】本発明の更に他の実施例によるプラズマCVD
装置の断面図である。
装置の断面図である。
【図6】図5のVI−VI線断面図である。
【図7】数値計算により求めたモード変換量の円錐形状
容器の拡がり角依存性を示す図である。
容器の拡がり角依存性を示す図である。
【図8】公知例によるプラズマ処理装置の断面図であ
る。
る。
【図9】他の公知例によるプラズマ処理装置の断面図で
ある。
ある。
【図10】更に他の公知例によるプラズマ処理装置の断
面図である。
面図である。
1 円錐形状金属容器 2 プラズマ発生室 3 大口径誘電体窓(第1の誘電体板) 4 金属容器内部 5 導波管 6 誘電体板(第2の誘電体板) 7 真空排気口 8 磁場コイル 9 ECR位置 10 試料 11 試料台 12 原料ガス導入口 13 金属容器 14 矩形金属容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05H 1/16 9014−2G (72)発明者 鈴木 和夫 茨城県日立市幸町3丁目2番2号 株式会 社日立エンジニアリングサービス内
Claims (7)
- 【請求項1】 放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段とを備え、このマイクロ波と放電
空間内の磁場により生成した磁場中マイクロ波放電プラ
ズマを利用し、放電空間内に設置された試料をプラズマ
処理するプラズマCVD装置において、 前記マイクロ波導入手段は、導波管と、マイクロ波導入
端が小径側で前記導波管に接続され、先端部が大径側で
前記プラズマ発生室に接続された円錐形状金属容器と、
前記円錐形状金属容器の先端部に設置され、前記プラズ
マ発生室との間を真空封じする第1の誘電体板と、前記
円錐形状金属容器のマイクロ波導入端を真空封じし、前
記第1の誘電体板と協働して円錐形状金属容器を気密構
造とする第2の誘電体板と、前記円錐形状金属容器内を
マイクロ波で放電が起こらない状態に減圧する手段とを
有し、前記円錐形状金属容器の拡がり角を片側10°〜
20°にして先端部の開口径を前記放電空間で処理すべ
き試料の大きさ以上に拡げたことを特徴とするプラズマ
CVD装置。 - 【請求項2】 請求項1記載のプラズマCVD装置にお
いて、前記円錐形状金属容器の拡がり角が片側15°で
あることを特徴とするプラズマCVD装置。 - 【請求項3】 請求項1記載のプラズマCVD装置にお
いて、前記円錐形状金属容器の先端部の開口径を前記導
波管の出口径の4倍以上としたことを特徴とするプラズ
マCVD装置。 - 【請求項4】 請求項1記載のプラズマCVD装置にお
いて、前記第1の誘電体板が前記試料に平行かつ近接し
て位置し、第1の誘電体板と試料との間に前記磁場発生
手段により一様磁場が発生するように、前記プラズマ発
生室内に試料支持台を設置したことを特徴とするプラズ
マCVD装置。 - 【請求項5】 放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段とを備え、このマイクロ波と放電
空間内の磁場により生成した磁場中マイクロ波放電プラ
ズマを利用し、放電空間内に設置された試料をプラズマ
処理するプラズマCVD装置において、 前記マイクロ波導入手段は、導波管と、マイクロ波導入
端が小径側で前記導波管に接続され、先端部が大径側で
前記プラズマ発生室に接続された末広がり金属容器と、
前記末広がり金属容器の先端部に設置され、前記プラズ
マ発生室との間を真空封じする第1の誘電体板と、前記
末広がり金属容器のマイクロ波導入端を真空封じし、前
記第1の誘電体板と協働して末広がり金属容器を気密構
造とする第2の誘電体板と、前記末広がり金属容器内を
マイクロ波で放電が起こらない状態に減圧する手段とを
有し、前記末広がり金属容器の先端部の開口径を前記導
波管の出口径の4倍以上にして前記放電空間で処理すべ
き試料の大きさ以上に拡げたことを特徴とするプラズマ
CVD装置。 - 【請求項6】 請求項5記載のプラズマCVD装置にお
いて、前記第1の誘電体板が前記試料に平行かつ近接し
て位置し、第1の誘電体板と試料との間に前記磁場発生
手段により一様磁場が発生するように、前記プラズマ発
生室内に試料支持台を設置したことを特徴とするプラズ
マCVD装置。 - 【請求項7】 放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段とを備え、このマイクロ波と放電
空間内の磁場により生成した磁場中マイクロ波放電プラ
ズマを利用し、放電空間内に設置された試料をプラズマ
処理するプラズマCVD装置において、 前記マイクロ波導入手段は、導波管と、マイクロ波導入
端が小径側で前記導波管に接続され、先端部が大径側で
前記プラズマ発生室に接続された末広がり金属容器と、
前記末広がり金属容器の先端部に設置され、前記プラズ
マ発生室との間を真空封じする第1の誘電体板と、前記
末広がり金属容器のマイクロ波導入端を真空封じし、前
記第1の誘電体板と協働して末広がり金属容器を気密構
造とする第2の誘電体板と、前記末広がり金属容器内を
マイクロ波で放電が起こらない状態に減圧する手段とを
有し、前記第1の誘電体板が前記試料に平行かつ近接し
て位置し、第1の誘電体板と試料との間に前記磁場発生
手段により一様磁場が発生するように、前記プラズマ発
生室内に試料支持台を設置したことを特徴とするプラズ
マCVD装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227339A JPH0565653A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | プラズマcvd装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3227339A JPH0565653A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | プラズマcvd装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0565653A true JPH0565653A (ja) | 1993-03-19 |
Family
ID=16859261
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3227339A Pending JPH0565653A (ja) | 1991-09-06 | 1991-09-06 | プラズマcvd装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0565653A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110373651A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-10-25 | 成都道启弘环境科技有限公司 | 一种微波镀纳米金刚石薄膜的设备 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03130369A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 |
-
1991
- 1991-09-06 JP JP3227339A patent/JPH0565653A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03130369A (ja) * | 1989-10-16 | 1991-06-04 | Hitachi Ltd | マイクロ波プラズマ処理装置および処理方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110373651A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-10-25 | 成都道启弘环境科技有限公司 | 一种微波镀纳米金刚石薄膜的设备 |
| CN110373651B (zh) * | 2019-09-04 | 2023-07-04 | 成都道启弘环境科技有限公司 | 一种微波镀纳米金刚石薄膜的设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5234526A (en) | Window for microwave plasma processing device | |
| CN100574003C (zh) | 微波谐振腔体 | |
| US5886473A (en) | Surface wave plasma processing apparatus | |
| KR950010714A (ko) | 플라즈마 생성방법 및 장치와 그것을 사용한 플라즈마 처리방법 및 장치 | |
| JPH07263353A (ja) | プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法 | |
| Tuda et al. | New-type microwave plasma source excited by azimuthally symmetric surface waves with magnetic multicusp fields | |
| JPS63155728A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| US5172083A (en) | Microwave plasma processing apparatus | |
| JP2001118698A (ja) | 表面波励起プラズマの生成方法およびプラズマ発生装置 | |
| JP2595128B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| KR100771508B1 (ko) | 마이크로웨이브 플라즈마 방전 시스템 | |
| JPH0734253A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JP2972507B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| Yoshida | Holey-plate plasma source using a partial-coaxial microwave cavity | |
| Leprince et al. | Microwave excitation technology | |
| JPS59103340A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| CN222053434U (zh) | 一种等离子体激发装置 | |
| JPH05255858A (ja) | プラズマプロセス装置 | |
| JPH06333844A (ja) | プラズマプロセス装置 | |
| JP3396345B2 (ja) | プラズマ発生装置 | |
| JP2836329B2 (ja) | プラズマ装置及びプラズマ処理方法 | |
| JPH01296599A (ja) | Ecrプラズマ発生装置 | |
| JPH06287761A (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 | |
| JPH10223398A (ja) | プラズマ処理装置 | |
| JP2629610B2 (ja) | マイクロ波プラズマ処理装置 |