JPH088238A - 加工方法及び加工装置 - Google Patents
加工方法及び加工装置Info
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- JPH088238A JPH088238A JP7111717A JP11171795A JPH088238A JP H088238 A JPH088238 A JP H088238A JP 7111717 A JP7111717 A JP 7111717A JP 11171795 A JP11171795 A JP 11171795A JP H088238 A JPH088238 A JP H088238A
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- plasma
- inner conductor
- reaction chamber
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高密度、大口径、均一で不純物の少ないプラズ
マを安定に高効率で発生することのできる加工方法及び
加工装置を提供する。 【構成】プラズマ８０を発生するプラズマ発生装置と、
その内部に加工すべき基板が設置され、且つプラズマ８
０が導入される反応室とからなり、上記プラズマ発生系
は、外導体３０とヘリカルコイル状の内導体２０からな
る同軸導波管４０と、内導体２０の内側に配置される放
電管１０と、外導体３０と内導体２０との間にマイクロ
波電力を印加する手段と、放電管１０の内部にガスを導
入する手段７０とを有する。
マを安定に高効率で発生することのできる加工方法及び
加工装置を提供する。 【構成】プラズマ８０を発生するプラズマ発生装置と、
その内部に加工すべき基板が設置され、且つプラズマ８
０が導入される反応室とからなり、上記プラズマ発生系
は、外導体３０とヘリカルコイル状の内導体２０からな
る同軸導波管４０と、内導体２０の内側に配置される放
電管１０と、外導体３０と内導体２０との間にマイクロ
波電力を印加する手段と、放電管１０の内部にガスを導
入する手段７０とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加工方法及び加工装置
に係り、特に、マイクロ波電力を励起源とするプラズマ
発生装置に関するもので、例えば、半導体素材のエッチ
ングやデポジション、表面処理や表面改質、元素分析に
おける発光やイオン源として、さらに光反応用の高輝度
短波長光源等として用いることのできる加工方法及び加
工装置に関する。
に係り、特に、マイクロ波電力を励起源とするプラズマ
発生装置に関するもので、例えば、半導体素材のエッチ
ングやデポジション、表面処理や表面改質、元素分析に
おける発光やイオン源として、さらに光反応用の高輝度
短波長光源等として用いることのできる加工方法及び加
工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のマイクロ波（１ＧＨｚ以上）電力
を用いたプラズマ発生手段については、（１）レビュー
・サイエンティフィック・インスツルメント（Rev.Sci.
Instrum）、３６、３（１９６５）、２９４〜２９８
頁、（２）アイ・イー・イー・イー・トランザクション
・オブ・プラズマ・サイエンス（IEEE Trans.of Elect.
Plasma Sci.）、ＰＳ−３、２（１９７５）、５５〜５
９頁、（３）レビュー・サイエンティフィック・インス
ツルメント（Rev.Sci.Instrum.）、３９、１１（１９６
８）、２９５〜２９７頁などにおいて論じられていた。
を用いたプラズマ発生手段については、（１）レビュー
・サイエンティフィック・インスツルメント（Rev.Sci.
Instrum）、３６、３（１９６５）、２９４〜２９８
頁、（２）アイ・イー・イー・イー・トランザクション
・オブ・プラズマ・サイエンス（IEEE Trans.of Elect.
Plasma Sci.）、ＰＳ−３、２（１９７５）、５５〜５
９頁、（３）レビュー・サイエンティフィック・インス
ツルメント（Rev.Sci.Instrum.）、３９、１１（１９６
８）、２９５〜２９７頁などにおいて論じられていた。
【０００３】一方、数１００ＭＨｚ以下の高周波電力を
用いたプラズマ発生手段については、例えば、（４）フ
ィリップス・テクニカル・レビュー（Philips Tech.Re
v.）、２３、２（１９７３）、５０〜５９頁などで論じ
られていた。
用いたプラズマ発生手段については、例えば、（４）フ
ィリップス・テクニカル・レビュー（Philips Tech.Re
v.）、２３、２（１９７３）、５０〜５９頁などで論じ
られていた。
【０００４】なお、数ＭＨｚから数１０ＧＨｚの高周波
電力でプラズマを発生させるプラズマ発生装置は、米国
特許第３６６３８５８号及び第３９８０８５５号にも開
示されている。
電力でプラズマを発生させるプラズマ発生装置は、米国
特許第３６６３８５８号及び第３９８０８５５号にも開
示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記文献（１）、
（２）及び（３）の、マイクロ波電力を用いた従来技術
は、構造が複雑で寸法等に制約があり、マイクロ波電力
の利用率の向上やプラズマの大口径化、高密度化および
その径方向分布の最適化、さらに励起マイクロ波電力の
増大等については配慮されておらず、プラズマの物理量
（密度など）とその生成効率、デポジションに用いた場
合に得られる膜材質等の特性とスループット、元素分析
等に用いた場合の分析機器における感度及びコスト等に
問題があった。
（２）及び（３）の、マイクロ波電力を用いた従来技術
は、構造が複雑で寸法等に制約があり、マイクロ波電力
の利用率の向上やプラズマの大口径化、高密度化および
その径方向分布の最適化、さらに励起マイクロ波電力の
増大等については配慮されておらず、プラズマの物理量
（密度など）とその生成効率、デポジションに用いた場
合に得られる膜材質等の特性とスループット、元素分析
等に用いた場合の分析機器における感度及びコスト等に
問題があった。
【０００６】一方、上記文献（４）の、高周波電力を用
いた従来技術は、発振器等の構造が複雑で、高周波電力
の利用率や電波障害対策およびコスト等に問題があっ
た。
いた従来技術は、発振器等の構造が複雑で、高周波電力
の利用率や電波障害対策およびコスト等に問題があっ
た。
【０００７】本発明の目的は、上記した従来技術での問
題点を解決し、高密度、大口径、均一で不純物の少ない
プラズマを安定に高効率で発生することのできる加工方
法及び加工装置を提供することにある。
題点を解決し、高密度、大口径、均一で不純物の少ない
プラズマを安定に高効率で発生することのできる加工方
法及び加工装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的は、円筒状外導
体とヘリカルコイル状内導体とで円筒同軸導波器を形成
し、非導電性放電管の少なくとも一部を上記内導体の内
側に配置し、上記外導体と内導体との間にマイクロ波電
力を印加する構成とすることにより、達成される。
体とヘリカルコイル状内導体とで円筒同軸導波器を形成
し、非導電性放電管の少なくとも一部を上記内導体の内
側に配置し、上記外導体と内導体との間にマイクロ波電
力を印加する構成とすることにより、達成される。
【０００９】すなわち、本発明の加工方法は、加工すべ
き材料を反応室に配置し、ヘリカルコイル状の内導体を
有する同軸導波管の上記内導体の内側に配置された放電
管の内部にプラズマ発生用のガスを導入し、且つ上記同
軸導波管の外導体と上記内導体との間にマイクロ波電力
を印加してプラズマを発生させ、上記プラズマを用いて
上記材料をエッチングすることを特徴とする。
き材料を反応室に配置し、ヘリカルコイル状の内導体を
有する同軸導波管の上記内導体の内側に配置された放電
管の内部にプラズマ発生用のガスを導入し、且つ上記同
軸導波管の外導体と上記内導体との間にマイクロ波電力
を印加してプラズマを発生させ、上記プラズマを用いて
上記材料をエッチングすることを特徴とする。
【００１０】また、本発明の加工方法は、加工すべき材
料を反応室に配置する第１の工程と、ヘリカルコイル状
の内導体を有する同軸導波管と少なくとも一部が上記内
導体の内側に配置される放電管とからなるプラズマ発生
装置の上記放電管の内部にプラズマ発生用のガスを導入
し、且つ上記同軸導波管の外導体と上記内導体との間に
マイクロ波電力を印加して上記ガスを放電させてプラズ
マを発生させる第２の工程と、上記プラズマを上記反応
室に導入する第３の工程とを含むことを特徴とする。
料を反応室に配置する第１の工程と、ヘリカルコイル状
の内導体を有する同軸導波管と少なくとも一部が上記内
導体の内側に配置される放電管とからなるプラズマ発生
装置の上記放電管の内部にプラズマ発生用のガスを導入
し、且つ上記同軸導波管の外導体と上記内導体との間に
マイクロ波電力を印加して上記ガスを放電させてプラズ
マを発生させる第２の工程と、上記プラズマを上記反応
室に導入する第３の工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】また、本発明の加工方法は、上記反応室に
反応ガスを導入することを特徴とする。
反応ガスを導入することを特徴とする。
【００１２】また、本発明の加工装置は、プラズマを発
生するプラズマ発生装置と、その内部に加工すべき基板
が設置され、且つ上記プラズマが導入される反応室とか
らなり、上記プラズマ発生系は、外導体とヘリカルコイ
ル状の内導体からなる同軸導波管と、少なくとも一部が
上記内導体の内側に配置される放電管と、上記外導体と
上記内導体との間にマイクロ波電力を印加する手段と、
上記放電管の内部にガスを導入する手段とから構成され
ることを特徴とする。
生するプラズマ発生装置と、その内部に加工すべき基板
が設置され、且つ上記プラズマが導入される反応室とか
らなり、上記プラズマ発生系は、外導体とヘリカルコイ
ル状の内導体からなる同軸導波管と、少なくとも一部が
上記内導体の内側に配置される放電管と、上記外導体と
上記内導体との間にマイクロ波電力を印加する手段と、
上記放電管の内部にガスを導入する手段とから構成され
ることを特徴とする。
【００１３】また、本発明の加工装置は、上記反応室は
ガスをその内部に導入する手段を有することを特徴とす
る。
ガスをその内部に導入する手段を有することを特徴とす
る。
【００１４】
【作用】励起用電源にマイクロ波を用いるとともに、円
筒同軸導波器の内導体をヘリカルコイル状の内導体と
し、その内側に放電管を設けてプラズマを発生させる構
成は、ヘリカルコイル状内導体がトランスの一次側コイ
ルとして動作し、一方、プラズマはトランスの二次側コ
イル（巻回数１ターン）として等価的に動作する。
筒同軸導波器の内導体をヘリカルコイル状の内導体と
し、その内側に放電管を設けてプラズマを発生させる構
成は、ヘリカルコイル状内導体がトランスの一次側コイ
ルとして動作し、一方、プラズマはトランスの二次側コ
イル（巻回数１ターン）として等価的に動作する。
【００１５】それによって、内外の導体の寸法や形状は
自由に設定することができるようになるので、使用目的
に応じた口径のプラズマを、簡単な構成で得ることがで
きる。また、外導体はシールドケースとしても作用す
る。
自由に設定することができるようになるので、使用目的
に応じた口径のプラズマを、簡単な構成で得ることがで
きる。また、外導体はシールドケースとしても作用す
る。
【００１６】さらに、プラズマ中を流れる放電電流Ｉ2
は、前記一次側コイルを流れる励起電流Ｉ1と励起周波
数ｆとの積に比例する（Ｉ2∝ｆ・Ｉ1）ので、放電電流
Ｉ2を大きくするためには、励起周波数ｆを大きくする
ことが有効である。したがって、高周波（１００ＭＨｚ
以下）を用いるよりマイクロ波（１ＧＨｚ以上）を用い
る方が放電電流Ｉ2を、Ｉ1を一定とした場合も、１０倍
以上大きくすることができ、高密度・高温のプラズマが
効率よく得られるとともに高輝度光源としても使用でき
る。
は、前記一次側コイルを流れる励起電流Ｉ1と励起周波
数ｆとの積に比例する（Ｉ2∝ｆ・Ｉ1）ので、放電電流
Ｉ2を大きくするためには、励起周波数ｆを大きくする
ことが有効である。したがって、高周波（１００ＭＨｚ
以下）を用いるよりマイクロ波（１ＧＨｚ以上）を用い
る方が放電電流Ｉ2を、Ｉ1を一定とした場合も、１０倍
以上大きくすることができ、高密度・高温のプラズマが
効率よく得られるとともに高輝度光源としても使用でき
る。
【００１７】また、表皮厚さ（スキン・デプス）δは励
起周波数ｆの平方根に反比例してδ∝１／√（ｆ）とな
るので、ｆの大きいマイクロ波を用いる方が、δは小さ
くなり、プラズマの周辺部に大きな放電電流が流れるこ
とになり、プラズマの周辺部ほど外向きの電界強度Ｅ0
が大きくなり、特に高圧力領域でドーナツ状またはトロ
イダル状のプラズマを効率よく発生するように作用す
る。一方、低圧力領域では、上記Ｅ0は拡散損失を補う
ので、大口径で均一なプラズマになるように作用する。
起周波数ｆの平方根に反比例してδ∝１／√（ｆ）とな
るので、ｆの大きいマイクロ波を用いる方が、δは小さ
くなり、プラズマの周辺部に大きな放電電流が流れるこ
とになり、プラズマの周辺部ほど外向きの電界強度Ｅ0
が大きくなり、特に高圧力領域でドーナツ状またはトロ
イダル状のプラズマを効率よく発生するように作用す
る。一方、低圧力領域では、上記Ｅ0は拡散損失を補う
ので、大口径で均一なプラズマになるように作用する。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図６を用いて
説明する。
説明する。
【００１９】図１は、本発明の基本となるマイクロ波励
起プラズマ発生系の断面図及び上面図を示す。本実施例
のプラズマ発生系は、円筒状外導体３０と、ヘリカルコ
イル状内導体（銅などの線またはパイプを２〜１０ター
ンぐらい、例えばピッチ０．５ｃｍ、内径１〜１０ｃｍ
に、コイル状に巻回したもの）２０と、石英ガラスなど
から成る放電管１０と、同軸導波管変換器４０とが図示
のように配置される。なお、マイクロ波電力を効率よく
ヘリカルコイル状内導体２０に伝送するために、同軸導
波管変換器４０のＥ面の寸法を定形寸法より小さくして
特性インピーダンスを小さくするとともに、その入力側
に１／４波長変成器５０を設けて同軸部の特性インピー
ダンスと一致させたり、また、反対側にプランジャー６
０を設けてマッチングを取るとよい。また、同軸導波管
変換器４０の同軸部をドアノブ型などにしてもよい。さ
らに、特に低圧力動作のときには、プラズマの発生やそ
の閉じ込めを良くするために、磁場発生器（空心コイル
または永久磁石などから成り、磁場の強さは電子サイク
ロトロン共鳴条件やその上下でマルチカスプ磁場や発散
型ビーチ磁場などを形成する、磁力線の方向は限定する
ものではない）９０を設けてもよい。また、ヘリカルコ
イル状内導体２０の先端２１は、外導体３０に接続する
ように図示されているが、これは、接続させなくてもよ
い。
起プラズマ発生系の断面図及び上面図を示す。本実施例
のプラズマ発生系は、円筒状外導体３０と、ヘリカルコ
イル状内導体（銅などの線またはパイプを２〜１０ター
ンぐらい、例えばピッチ０．５ｃｍ、内径１〜１０ｃｍ
に、コイル状に巻回したもの）２０と、石英ガラスなど
から成る放電管１０と、同軸導波管変換器４０とが図示
のように配置される。なお、マイクロ波電力を効率よく
ヘリカルコイル状内導体２０に伝送するために、同軸導
波管変換器４０のＥ面の寸法を定形寸法より小さくして
特性インピーダンスを小さくするとともに、その入力側
に１／４波長変成器５０を設けて同軸部の特性インピー
ダンスと一致させたり、また、反対側にプランジャー６
０を設けてマッチングを取るとよい。また、同軸導波管
変換器４０の同軸部をドアノブ型などにしてもよい。さ
らに、特に低圧力動作のときには、プラズマの発生やそ
の閉じ込めを良くするために、磁場発生器（空心コイル
または永久磁石などから成り、磁場の強さは電子サイク
ロトロン共鳴条件やその上下でマルチカスプ磁場や発散
型ビーチ磁場などを形成する、磁力線の方向は限定する
ものではない）９０を設けてもよい。また、ヘリカルコ
イル状内導体２０の先端２１は、外導体３０に接続する
ように図示されているが、これは、接続させなくてもよ
い。
【００２０】次に、基本動作について述べる。マグネト
ロンなどから成るマイクロ波発生器からのマイクロ波電
力（例えば、２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷ、定常または
パルス変調など）は、同軸導波管変換器４０からヘリカ
ルコイル状内導体２０に伝送され、軸方向に磁場を発生
する。このとき、磁場誘導によって、ヘリカルコイル状
内導体２０に流れる電流の方向とは逆の方向に電界が誘
起され、ガス・試料導入器７０から放電管１０に導入し
たガスなどを電離し、プラズマ８０を発生・加熱する。
プラズマ８０には、ヘリカルコイルに流れる電流とマイ
クロ波周波数との積に比例した電流が、表皮効果により
周辺部に集中して流れる。このため、高圧力時には、プ
ラズマの温度および密度分布は、周辺部にピークをも
つ、いわゆるドーナツ状またはトロイダル状になる。し
たがって、このドーナツの内側に分析すべき試料を導入
すると、熱伝導や放射により加熱され、効率よくイオン
（プラズマ）化することができる。なお、動作は定常ま
たは非定常（パルス）で行う。
ロンなどから成るマイクロ波発生器からのマイクロ波電
力（例えば、２．４５ＧＨｚ、１．５ｋＷ、定常または
パルス変調など）は、同軸導波管変換器４０からヘリカ
ルコイル状内導体２０に伝送され、軸方向に磁場を発生
する。このとき、磁場誘導によって、ヘリカルコイル状
内導体２０に流れる電流の方向とは逆の方向に電界が誘
起され、ガス・試料導入器７０から放電管１０に導入し
たガスなどを電離し、プラズマ８０を発生・加熱する。
プラズマ８０には、ヘリカルコイルに流れる電流とマイ
クロ波周波数との積に比例した電流が、表皮効果により
周辺部に集中して流れる。このため、高圧力時には、プ
ラズマの温度および密度分布は、周辺部にピークをも
つ、いわゆるドーナツ状またはトロイダル状になる。し
たがって、このドーナツの内側に分析すべき試料を導入
すると、熱伝導や放射により加熱され、効率よくイオン
（プラズマ）化することができる。なお、動作は定常ま
たは非定常（パルス）で行う。
【００２１】上記実施例では、マイクロ波伝送回路は全
て立体回路で構成されているので、大電力を供給するこ
とができ、大容量の高温・高密度（カットオフ密度以
上）が容易に得られる。なお、必要に応じて、強制風冷
や水冷を行うとよい。
て立体回路で構成されているので、大電力を供給するこ
とができ、大容量の高温・高密度（カットオフ密度以
上）が容易に得られる。なお、必要に応じて、強制風冷
や水冷を行うとよい。
【００２２】図２は、低電力用の実施例の断面図を示
す。この実施例は、マグネトロンなどのマイクロ波発生
器からの出力を、同軸ケーブルとマッチング回路（なく
ても可）を介してマイクロ波励起プラズマ発生系に伝送
することを特徴とする。図２において、４１はマイクロ
波入力用同軸コネクターを示し、その他の符号は図１の
実施例の場合と同一の部品である。なお、ヘリカルコイ
ル状内導体２０の先端２１は、図示では外導体３０に接
続されていないが、これは接続してもよい。
す。この実施例は、マグネトロンなどのマイクロ波発生
器からの出力を、同軸ケーブルとマッチング回路（なく
ても可）を介してマイクロ波励起プラズマ発生系に伝送
することを特徴とする。図２において、４１はマイクロ
波入力用同軸コネクターを示し、その他の符号は図１の
実施例の場合と同一の部品である。なお、ヘリカルコイ
ル状内導体２０の先端２１は、図示では外導体３０に接
続されていないが、これは接続してもよい。
【００２３】本実施例によれば、内外の導体の径は任意
に設定できるので、放電管１０の径もそれに対応して任
意に設定できる利点がある。したがって、プラズマ８０
の径も任意に設定することができ、特に大口径プラズマ
を必要とするときに有用である。なお、本実施例におい
ても、外導体３０の外周側に外部磁場発生器（図１の９
０）を設けてもよい。
に設定できるので、放電管１０の径もそれに対応して任
意に設定できる利点がある。したがって、プラズマ８０
の径も任意に設定することができ、特に大口径プラズマ
を必要とするときに有用である。なお、本実施例におい
ても、外導体３０の外周側に外部磁場発生器（図１の９
０）を設けてもよい。
【００２４】図１および図２の実施例における放電管１
０の形状およびガス等の導入口は、図示例に限定される
ものではない。動作ガスは、目的に応じて、Ｈ2、Ｈ
ｅ、Ｏ2、Ａｒ、Ｘｅ、ＨｇをはじめＣＨ4、ＮＨ3など
を選定し、管内圧力を１０-6〜７６０Ｔｏｒｒの範囲に
設定する。
０の形状およびガス等の導入口は、図示例に限定される
ものではない。動作ガスは、目的に応じて、Ｈ2、Ｈ
ｅ、Ｏ2、Ａｒ、Ｘｅ、ＨｇをはじめＣＨ4、ＮＨ3など
を選定し、管内圧力を１０-6〜７６０Ｔｏｒｒの範囲に
設定する。
【００２５】次に、図３〜図６により、前記マイクロ波
励起プラズマ発生系を、デポジション等の新素材の創製
のためのプラズマプロセシング装置、材料の表面改質、
微量元素分析、および紫外線等の光源等に適用する場合
の実施例について述べる。
励起プラズマ発生系を、デポジション等の新素材の創製
のためのプラズマプロセシング装置、材料の表面改質、
微量元素分析、および紫外線等の光源等に適用する場合
の実施例について述べる。
【００２６】図３は、前記マイクロ波励起プラズマ発生
系を、エッチングやデポジション等のプラズマプロセシ
ング装置に適用した、本発明実施例のブロック構成図で
ある。図３において、１００はマイクロ波発生系を示
し、高圧電源（直流またはパルス）、マイクロ波発振器
（マグネトロンやジャイラトロンなど）、アイソレー
タ、電力計およびＥ−Ｈチューナなどから構成されてい
る。２００はマイクロ波プラズマ発生系を示し、前記図
１あるいは図２の構成要素から成る。３００はガス・試
料導入系を示し、ガス（Ｈ2、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ2、Ａｒ、
Ｘｅ、Ｈｇ単体またはこれらの混合ガス）や反応微粒子
（例えば、ＢａＣＯ3＋Ｙ2Ｏ3＋ＣｕＯやＬａＢ6など）
を導入する装置から成る。４００は反応室系を示し、高
真空容器と基板設置台および基板加熱または冷却器とバ
イアス印加装置等から成る。５００は基板の温度・バイ
アス系を示し、基板の温度およびバイアス制御回路等か
ら成る。６００は反応ガス・試料導入系を示し、Ｃ
Ｈ4、ＣＦ4、ＳｉＦ4などの反応ガスを導入する反応ガ
ス導入器や前記超微粒子を作製導入する電子ビームまた
はレーザ蒸着装置などから構成されている。７００は基
板表面状態等観測系を示し、分光器や質量分析器などか
ら構成されている。８００は排気系を示し、反応室系８
００内の反応室やマイクロ波プラズマ発生系２００内の
放電管等を排気するためのターボポンプなどから成る。
１０００はマイクロコンピュータなどから成る制御系を
示し、マイクロ波発生系１００、基板の温度・バイアス
制御系５００、ガス・試料導入系３００、反応ガス・試
料導入系６００および基板表面状態等観測系７００を制
御して、装置全体の最適（得られる材質等の最適化）制
御を行うとともに各種のデータを整理保管する機能を持
っている。図３の装置の特徴は、前述のマイクロ波励起
プラズマ発生系の放電管で発生したプラズマと化学的又
は物理的に反応するガスや試料を反応室系に導入し、こ
の反応室系内に配置した材料にプラズマプロセシングを
行なうところにある。
系を、エッチングやデポジション等のプラズマプロセシ
ング装置に適用した、本発明実施例のブロック構成図で
ある。図３において、１００はマイクロ波発生系を示
し、高圧電源（直流またはパルス）、マイクロ波発振器
（マグネトロンやジャイラトロンなど）、アイソレー
タ、電力計およびＥ−Ｈチューナなどから構成されてい
る。２００はマイクロ波プラズマ発生系を示し、前記図
１あるいは図２の構成要素から成る。３００はガス・試
料導入系を示し、ガス（Ｈ2、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｏ2、Ａｒ、
Ｘｅ、Ｈｇ単体またはこれらの混合ガス）や反応微粒子
（例えば、ＢａＣＯ3＋Ｙ2Ｏ3＋ＣｕＯやＬａＢ6など）
を導入する装置から成る。４００は反応室系を示し、高
真空容器と基板設置台および基板加熱または冷却器とバ
イアス印加装置等から成る。５００は基板の温度・バイ
アス系を示し、基板の温度およびバイアス制御回路等か
ら成る。６００は反応ガス・試料導入系を示し、Ｃ
Ｈ4、ＣＦ4、ＳｉＦ4などの反応ガスを導入する反応ガ
ス導入器や前記超微粒子を作製導入する電子ビームまた
はレーザ蒸着装置などから構成されている。７００は基
板表面状態等観測系を示し、分光器や質量分析器などか
ら構成されている。８００は排気系を示し、反応室系８
００内の反応室やマイクロ波プラズマ発生系２００内の
放電管等を排気するためのターボポンプなどから成る。
１０００はマイクロコンピュータなどから成る制御系を
示し、マイクロ波発生系１００、基板の温度・バイアス
制御系５００、ガス・試料導入系３００、反応ガス・試
料導入系６００および基板表面状態等観測系７００を制
御して、装置全体の最適（得られる材質等の最適化）制
御を行うとともに各種のデータを整理保管する機能を持
っている。図３の装置の特徴は、前述のマイクロ波励起
プラズマ発生系の放電管で発生したプラズマと化学的又
は物理的に反応するガスや試料を反応室系に導入し、こ
の反応室系内に配置した材料にプラズマプロセシングを
行なうところにある。
【００２７】図４は、発生した高密度プラズマからのイ
オンや中性粒子（ラジカル等）を選択的に取り出して、
材料の表面加工や表面改質等を行う場合の実施例ブロッ
ク構成図である。図４において、９００は粒子選別系を
示し、マイクロ波プラズマ発生系２００からイオンやラ
ジカル等を選択的に取り出すための電磁場印加装置から
成る。その他の符号は図３と同じである。なお、このマ
イクロ波励起プラズマ発生装置では、前記イオンやラジ
カル等を直接的に基板と反応させて材料の表面改質を行
う他、前記イオンなどで一たんターゲットを衝撃し、そ
こから放出されるターゲット物質を基板にデポジットさ
せる装置としても用いることができる。図４の装置の特
徴は、前述のマイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で
発生したプラズマからイオンや中性粒子の少なくとも一
方を選択的に取り出して反応室系に導入し、この反応室
系内の材料の表面処理や表面改質を行なうところにあ
る。
オンや中性粒子（ラジカル等）を選択的に取り出して、
材料の表面加工や表面改質等を行う場合の実施例ブロッ
ク構成図である。図４において、９００は粒子選別系を
示し、マイクロ波プラズマ発生系２００からイオンやラ
ジカル等を選択的に取り出すための電磁場印加装置から
成る。その他の符号は図３と同じである。なお、このマ
イクロ波励起プラズマ発生装置では、前記イオンやラジ
カル等を直接的に基板と反応させて材料の表面改質を行
う他、前記イオンなどで一たんターゲットを衝撃し、そ
こから放出されるターゲット物質を基板にデポジットさ
せる装置としても用いることができる。図４の装置の特
徴は、前述のマイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で
発生したプラズマからイオンや中性粒子の少なくとも一
方を選択的に取り出して反応室系に導入し、この反応室
系内の材料の表面処理や表面改質を行なうところにあ
る。
【００２８】図５は、発生した高密度・高温プラズマか
らの発光やイオンを用いて微量元素を分析する場合の実
施例ブロック構成図である。図５において、３１０は試
料・ガス導入系を示し、分析すべき試料とキャリアガス
（Ｈｅ、Ｎ2、Ａｒ等）と、これらを霧状化するネブラ
イザなどから構成されている。１１００はイオン引出し
系を示し、スキマー、アインツェルレンズ等静電レンズ
系などから成る。１２００は質量分析系を示し、マスフ
ィルタなどから成る。１３００は発光分析系を示し、分
光器などから成る。本実施例による元素分析では、トロ
イダルプラズマが発生するように動作条件を設定（例え
ば、大気圧で、直径２ｃｍ以下程度の小口径プラズマの
生成）することができ、高感度化や高効率化が実現可能
となる大きな利点がある。図５の装置の特徴は、前述の
マイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で発生したプラ
ズマから少なくともイオンを質量分析器に導入して分析
し、あるいは発光を分光器に導いて分析する元素分析手
段を備えたところにある。
らの発光やイオンを用いて微量元素を分析する場合の実
施例ブロック構成図である。図５において、３１０は試
料・ガス導入系を示し、分析すべき試料とキャリアガス
（Ｈｅ、Ｎ2、Ａｒ等）と、これらを霧状化するネブラ
イザなどから構成されている。１１００はイオン引出し
系を示し、スキマー、アインツェルレンズ等静電レンズ
系などから成る。１２００は質量分析系を示し、マスフ
ィルタなどから成る。１３００は発光分析系を示し、分
光器などから成る。本実施例による元素分析では、トロ
イダルプラズマが発生するように動作条件を設定（例え
ば、大気圧で、直径２ｃｍ以下程度の小口径プラズマの
生成）することができ、高感度化や高効率化が実現可能
となる大きな利点がある。図５の装置の特徴は、前述の
マイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で発生したプラ
ズマから少なくともイオンを質量分析器に導入して分析
し、あるいは発光を分光器に導いて分析する元素分析手
段を備えたところにある。
【００２９】図６は、プラズマから放射される紫外線等
を用いて、材料の表面処理等を行う場合の実施例ブロッ
ク構成図である。図６において、１４００は紫外線取出
し系を示し、プラズマが反応室系４００に拡散するのを
阻止するとともに紫外線の透過を良好にするように、石
英やフッ化カルシウム等の板または金属メッシュ（バイ
アス電位印加）等から成る。なお、プラズマとしては、
効率よく紫外線が発生するように、Ａｒ−ＨｇやＸｅな
どを用い、大口径の均一なプラズマが得られるように動
作条件を設定する（例えば、低圧力に設定する）。本実
施例は、光（紫外線など）化学反応などに用いる、例え
ばＣｌ2を活性化して行う、エッチングや、ＳｉＨ4を分
解してＳｉのエピタキシャル成長による薄膜の形成（即
ち、光化学気相成長）をはじめ、Ｏ2に光を照射して行
うレジスト・アッシング（灰化）等の分野に用いること
ができる。本実施例の利点は、ガスを選定することによ
り任意の波長の光が高輝度で大面積に得られることにあ
る。なお、本実施例の場合、マイクロ波プラズマ発生系
２００に設置される放電管（図１、図２の１０）を、複
数本の放電管から構成してもよい。図６の装置の特徴
は、前述のマイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で発
生したプラズマから放射される短波長光を用いて光化学
反応を行なうところにある。
を用いて、材料の表面処理等を行う場合の実施例ブロッ
ク構成図である。図６において、１４００は紫外線取出
し系を示し、プラズマが反応室系４００に拡散するのを
阻止するとともに紫外線の透過を良好にするように、石
英やフッ化カルシウム等の板または金属メッシュ（バイ
アス電位印加）等から成る。なお、プラズマとしては、
効率よく紫外線が発生するように、Ａｒ−ＨｇやＸｅな
どを用い、大口径の均一なプラズマが得られるように動
作条件を設定する（例えば、低圧力に設定する）。本実
施例は、光（紫外線など）化学反応などに用いる、例え
ばＣｌ2を活性化して行う、エッチングや、ＳｉＨ4を分
解してＳｉのエピタキシャル成長による薄膜の形成（即
ち、光化学気相成長）をはじめ、Ｏ2に光を照射して行
うレジスト・アッシング（灰化）等の分野に用いること
ができる。本実施例の利点は、ガスを選定することによ
り任意の波長の光が高輝度で大面積に得られることにあ
る。なお、本実施例の場合、マイクロ波プラズマ発生系
２００に設置される放電管（図１、図２の１０）を、複
数本の放電管から構成してもよい。図６の装置の特徴
は、前述のマイクロ波励起プラズマ発生系の放電管で発
生したプラズマから放射される短波長光を用いて光化学
反応を行なうところにある。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
円筒同軸導波器の内導体をヘリカルコイル状とし、その
内側に放電管を設けるとともにマイクロ波電力を用いる
構成としたことにより、マイクロ波励起周波数による寸
法や形状の制限がなくなり、さらに、励起電流とマイク
ロ波励起周波数との積に比例した大電流をプラズマ中に
流すことができ、さらに周波数上昇による表皮効果にお
ける表皮厚さの改良や外部磁界の印加などによって、カ
ットオフ以上の高密度・高温の、しかも目的に応じた径
分布を持ち、任意の口径のプラズマを効率よく容易に生
成させることができる。
円筒同軸導波器の内導体をヘリカルコイル状とし、その
内側に放電管を設けるとともにマイクロ波電力を用いる
構成としたことにより、マイクロ波励起周波数による寸
法や形状の制限がなくなり、さらに、励起電流とマイク
ロ波励起周波数との積に比例した大電流をプラズマ中に
流すことができ、さらに周波数上昇による表皮効果にお
ける表皮厚さの改良や外部磁界の印加などによって、カ
ットオフ以上の高密度・高温の、しかも目的に応じた径
分布を持ち、任意の口径のプラズマを効率よく容易に生
成させることができる。
【００３１】したがって、本発明方法及び装置により発
生するプラズマは、半導体材料等のエッチング処理やデ
ポジション処理などのプラズマプロセシングをはじめ、
新素材の創製や表面加工や表面改質、元素分析における
発光やイオン源として、さらに、光反応用の高輝度短波
長光源等として幅広く用いることができる利点がある。
生するプラズマは、半導体材料等のエッチング処理やデ
ポジション処理などのプラズマプロセシングをはじめ、
新素材の創製や表面加工や表面改質、元素分析における
発光やイオン源として、さらに、光反応用の高輝度短波
長光源等として幅広く用いることができる利点がある。
【図１】本発明のマイクロ波励起プラズマ発生系の一実
施例の断面図と上面図である。
施例の断面図と上面図である。
【図２】本発明のマイクロ波励起プラズマ発生系の他の
実施例の断面図である。
実施例の断面図である。
【図３】図１あるいは図２のプラズマ発生系で発生した
プラズマを用いる装置で、材料のプラズマプロセシング
に用いる場合の装置の実施例ブロック構成図である。
プラズマを用いる装置で、材料のプラズマプロセシング
に用いる場合の装置の実施例ブロック構成図である。
【図４】図１あるいは図２のプラズマ発生系で発生した
プラズマを用いる装置で、材料の表面処理等に用いる場
合の装置の実施例ブロック構成図である。
プラズマを用いる装置で、材料の表面処理等に用いる場
合の装置の実施例ブロック構成図である。
【図５】図１あるいは図２のプラズマ発生系で発生した
プラズマを用いる装置で、元素分析に用いる場合の装置
の実施例ブロック構成図である。
プラズマを用いる装置で、元素分析に用いる場合の装置
の実施例ブロック構成図である。
【図６】図１あるいは図２のプラズマ発生系で発生した
プラズマを用いる装置で、光化学反応に用いる場合の装
置の実施例ブロック構成図である。
プラズマを用いる装置で、光化学反応に用いる場合の装
置の実施例ブロック構成図である。
１０…放電管、２０…ヘリカルコイル状内導体、３０…
円筒状外導体、４０…同軸導波管変換器、４１…同軸コ
ネクター、５０…１／４波長変成器、６０…プランジャ
ー、７０…ガス・試料導入器、８０…プラズマ、９０…
磁場発生器、１００…マイクロ波発生系、２００…マイ
クロ波プラズマ発生系、４００…反応室系、９００…粒
子選別系、１０００…制御系。
円筒状外導体、４０…同軸導波管変換器、４１…同軸コ
ネクター、５０…１／４波長変成器、６０…プランジャ
ー、７０…ガス・試料導入器、８０…プラズマ、９０…
磁場発生器、１００…マイクロ波発生系、２００…マイ
クロ波プラズマ発生系、４００…反応室系、９００…粒
子選別系、１０００…制御系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/305 Ａ 9172−5Ｅ
Claims (5)
- 【請求項１】加工すべき材料を反応室に配置し、ヘリカ
ルコイル状の内導体を有する同軸導波管の上記内導体の
内側に配置された放電管の内部にプラズマ発生用のガス
を導入し、且つ上記同軸導波管の外導体と上記内導体と
の間にマイクロ波電力を印加してプラズマを発生させ、
上記プラズマを用いて上記材料をエッチングすることを
特徴とする加工方法。 - 【請求項２】加工すべき材料を反応室に配置する第１の
工程と、ヘリカルコイル状の内導体を有する同軸導波管
と少なくとも一部が上記内導体の内側に配置される放電
管とからなるプラズマ発生装置の上記放電管の内部にプ
ラズマ発生用のガスを導入し、且つ上記同軸導波管の外
導体と上記内導体との間にマイクロ波電力を印加して上
記ガスを放電させてプラズマを発生させる第２の工程
と、上記プラズマを上記反応室に導入する第３の工程と
を含むことを特徴とする加工方法。 - 【請求項３】上記反応室に反応ガスを導入することを特
徴とする請求項１又は請求項２に記載の加工方法。 - 【請求項４】プラズマを発生するプラズマ発生装置と、
その内部に加工すべき基板が設置され、且つ上記プラズ
マが導入される反応室とからなり、上記プラズマ発生系
は、外導体とヘリカルコイル状の内導体からなる同軸導
波管と、少なくとも一部が上記内導体の内側に配置され
る放電管と、上記外導体と上記内導体との間にマイクロ
波電力を印加する手段と、上記放電管の内部にガスを導
入する手段とから構成されることを特徴とする加工装
置。 - 【請求項５】上記反応室はガスをその内部に導入する手
段を有することを特徴とする請求項４に記載の加工装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7111717A JP2787006B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 加工方法及び加工装置並びにプラズマ光源 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7111717A JP2787006B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 加工方法及び加工装置並びにプラズマ光源 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63112563A Division JP2805009B2 (ja) | 1988-05-11 | 1988-05-11 | プラズマ発生装置及びプラズマ元素分析装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH088238A true JPH088238A (ja) | 1996-01-12 |
| JP2787006B2 JP2787006B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=14568386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7111717A Expired - Lifetime JP2787006B2 (ja) | 1995-05-10 | 1995-05-10 | 加工方法及び加工装置並びにプラズマ光源 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2787006B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007142296A1 (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | イオン発生装置および中性子発生装置 |
| JP2017183607A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置 |
| JP2020202393A (ja) * | 2020-08-28 | 2020-12-17 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537199A (en) * | 1976-07-09 | 1978-01-23 | Rikagaku Kenkyusho | Plasma generator |
| JPS62228482A (ja) * | 1986-03-08 | 1987-10-07 | Hitachi Ltd | 低温プラズマ処理装置 |
| JPS62290054A (ja) * | 1986-06-09 | 1987-12-16 | Mitsubishi Electric Corp | マイクロ波によるガスのイオン化方法およびイオン源装置 |
| JPS637376A (ja) * | 1986-06-25 | 1988-01-13 | Shimadzu Corp | Ｅｃｒ−ｃｖｄ装置 |
| JPS6380449A (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波金属イオン源 |
| JPS63279599A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波プラズマ発生方法 |
-
1995
- 1995-05-10 JP JP7111717A patent/JP2787006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS537199A (en) * | 1976-07-09 | 1978-01-23 | Rikagaku Kenkyusho | Plasma generator |
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| JPS6380449A (ja) * | 1986-09-24 | 1988-04-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波金属イオン源 |
| JPS63279599A (ja) * | 1987-05-11 | 1988-11-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | マイクロ波プラズマ発生方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007142296A1 (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-13 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | イオン発生装置および中性子発生装置 |
| JP2007328965A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Univ Nagoya | イオン発生装置および中性子発生装置 |
| JP2017183607A (ja) * | 2016-03-31 | 2017-10-05 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置 |
| JP2020202393A (ja) * | 2020-08-28 | 2020-12-17 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ処理方法、およびプラズマ処理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2787006B2 (ja) | 1998-08-13 |
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