JPS62243775A - マイクロ波プラズマ発生装置 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、マイクロ波を用いて原料ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化した原料ガスで反応ガスを活性化し
て、特に円筒状試料の表面にアモルファスシリコンの感
光膜を効率よく形成せしめ得るマイクロ波プラズマ発生
装置であって、マイクロ波を発生する手段と、このマイ
クロ波を伝達する手段と、このマイクロ波伝達手段と結
合されてマイクロ波が導入される金属容器と、この金属
容器内でマイクロ波との共鳴効果により原料ガスをプラ
ズマ化して活性な原子９分子またはイオンを生ずる磁力
線を発生する手段と、前記金属容器内でプラズマ化され
た原料ガスによって活性化される反応ガスが導入される
反応室とを備えたものに関する。

〔従来技術とその問題点〕

アモルファスシリコンを感光膜材料として用いた複写機
用ドラムは、セレンを感光膜材料としたものに比べて無
毒であり、また、感光波長域が広いため、半導体レーザ
の感光体として用いうる特長を有している。従来アモル
ファスシリコン膜の生成はラジオ周波の電力を注入する
プラズマＣｖＤ法によって行われてきたが、成膜速度が
３〜５人／　ｓｅｃ　と小さく、原料ガスの利用効率も
１０％以下と低いため、２５μｍもの膜厚を必要とする
感光ドラムを作成するにはスループットが低く、コスト
が高い欠点を有していた。その原因は、ラジオ周波のプ
ラズマでは電離度が低いため活性種が生成しにくいこと
、これを補うためにガス圧を高圧力（ｌＴｏｒｒ以上）
にせざるをえず、ガスの供給量が増え気層反応による粉
の生成が生じてガスが無駄に使われることなどである。

この欠点を補う方法として、ラジオ周波の高周波プラズ
マに代えて、マイクロ波プラズマを用いる方法がある。

マイクロ波プラズマでは、プラズマが安定に発生する真
空度が磁場の作用下では約Ｑ、　１Ｔｏｒｒから約１０
−’Ｔｏｒｒにおよび、ラジオ周波のときより１桁ない
し５桁低圧力である。また電離度もラジオ周波で１０−
６なのに対しマイクロ波では１０−’ないしｌｏ−２と
１桁ないし４桁大きい。従ってマイクロ波プラズマに磁
場の作用を重畳した成膜方法を用いると、成膜速度もガ
スの利用率も飛躍的に改善される。

マイクロ波プラズマを発生させる装置として、従来、第
３図に示すものが用いられてきた。この装置は直流磁界
のかかった空間内に原料ガスを流し、マイクロ波を注入
することによりガスをプラズマ化する。ガスのプラズマ
化に与かる電子の振舞は磁場の強さによっているいろ変
化し、下記のＥＣＲ条件を満たしたときにプラズマは最
も安定に発生する。

ω／　Ｂ　＝　ｑ　／　ｍ　　　　　　　　　　　（１
）ここで、ω＝２πｆ　　（ｆはマイクロ波の周波数）
、Ｂは磁束密度、ｑ／ｍは電子の比電荷である。

マイクロ波の周波数ｆは工業用に認められている２、　
４５ＧＨｚが一般に用いられ、その場合０．０８７５　
Ｔが共鳴磁束密度である。

この装置では、金属容器３１反応槽９を真空排気してお
き、配管４を通して原料ガスを金属容器３へ流したとこ
ろにマイクロ波を導液管１．真空窓２を介して金属容器
３へ送り込む。金属容器３の下部には中心に大口径の孔
を持った金属板７が取り付けられており、この金属板と
金属容器３とで半開放のマイクロ波共振器を構成してい
る。この共振器の外部にはソレノイド６が配置され、共
振器内にＥＣＲ条件を満たす磁場を発生するため、ＥＣ
Ｒプラズマが発生する。

このプラズマは磁場拡散効果により磁力線にそって磁束
密度の疎な方向へ移動するため、反応室９内へ押し出さ
れ、配管１２を通してこの反応室に導入された反応ガス
を活性化する。この活性化された反応ガスが試料１１と
反応して試料１１の表面に薄膜が形成される。

第３図に示されるこの装置は、半導体ウェハのように平
板状の試料を成膜加工するには好都合であるが、感光ド
ラムのような、円筒状の試料表面への成膜に使用しよう
とすると、円筒状試料の回転と軸方向の移動とをともに
行わなければならず、このための機構がｌ！Ｉｔ雉とな
りかつ装置が大形化されざるを得ないという欠点を生ず
る。

〔発明の目的〕

この発明は、前述の欠点を除去し、単純な機構により円
筒状試料表面への均一な成膜を可能ならしめる。小形な
マイクロ波プラズマ発生装置を提供することを目的とす
る。

〔発明の要点〕

この発明は、マイクロ波を発生する手段と、このマイク
ロ波を伝達する手段と、このマイクロ波伝達手段と結合
されてマイクロ波が導入される金属容器と、この金属容
器内でマイクロ波との共鳴効果により原料ガスをプラズ
マ化して活性な原子。

分子またはイオンを生ずる磁力線を発生する手段と、前
記金属容器内でプラズマ化された原料ガスによって活性
化される反応ガスが導入される反応室とを備え、この反
応室内で試料表面に活性化された反応ガスの作用により
膜形成をほどこすマイクロ波プラズマ発生装置において
、前記反応室を金属容器の内部に固定され周壁に多数の
貫通孔を有する多孔金属筒体として形成するとともに前
記磁力線発生手段を、前記多孔金属筒体の軸方向に分布
し軸に垂直方向に該筒体を貫く磁束を発生するソレノイ
ドを複数個前記金属容器の外側に沿って配することによ
り形成し、マイクロ波と原料ガスとが前記金属容器と多
孔金属筒体との間の空間に導入されるとともに円筒状の
試料が前記多孔金属筒体の内側に該筒体と同軸に配され
るように装置を構成することにより前記の目的を達成し
ようとするものである。

〔発明の実施例〕

第１図および第２図に本発明に基づいて構成されるマイ
クロ波プラズマ発生装置の一実施例を示す。第１図はこ
の装置の正面断面図を示し、第２図は第１図のＸ−Ｘ位
置にふいて矢印方向にみた平面断面図を示す。３面が平
滑な金属板３３ａからなり１面が多数の貫通孔が一様に
分布して設けられた多孔金属板３４ａからなる矩形断面
のマイクロ、　　波空洞３５を形成し、この空洞を４個
、方向を９０”づつ変えながらつぎつぎに気密に接続し
て四方が矩形状に突出した金属容器３３を形成するとと
もに、前記多孔金属板３４ａによって囲まれる、断面が
方形の筒体３４を形成する。この筒体３４は以下に詳細
を説明する反応室を構成する。前記それぞれのマイクロ
波空洞３５は、セラミ７クスからなる真空窓３２を介し
、図示されないマイクロ波発生手段から分岐して延びる
４個の矩形断面導波管３１と結合されるとともに、配管
３６を介し、図示されない原料ガス貯蔵源と接続される
。従ってそれぞれのマイクロ波空？１ｉｉ３５はその両
端がそれぞれ真空窓３２と端板４０とにより閉鎖され、
多孔金属板３４ａの孔を通して筒体３４が構成する反応
室にのみ通ずる密閉空間を形成する。一方、筒体３４の
上端側は端板４４によって閉鎖され、下端側は真空系に
接続されるとともに端板４４を貫いて複数の反応ガス用
配管３７が筒体内へ挿入され、この配管の長手方向に設
けられた複数のガス流出口３７ａがこの筒体の中心軸へ
向けられている。

一方、金属容器３３の外側には、回転機の回転子巻線に
類似したソレノイド４２が多孔金属筒体３４の軸線と同
一方向に、かつ金属容器３３を取り囲む方向に沿って複
数組配され、リング状の合成樹脂４１により一体に成形
されている。このソレノイド４２は、ソレノイド中を流
れる電流の方向が、第２図に示すように、紙面に垂直に
紙面の背後へ向かう電流と、紙面の背後から表面へ向か
う電流とが交互に隣り合うように形成され、これにより
、筒体３４内で支持具３９により該筒体と同軸に支持さ
れる円筒状の試料３８の表面には周方向の磁力線が生ぜ
ず、表面を中心軸に向かって貫通する磁束のみが生ずる
ように配慮されている。これは、試料表面に周方向の磁
力線を生じている部分が存在していると、この部分では
プラズマが磁力線を横切って試料表面に到達することが
できず、試料が静止している場合は試料表面の成膜の均
一性が債なわれ、また、試料がその軸まわりに回転して
いるときには成膜の均一性は確保されるが、成膜速度が
低下するからである。また、多孔金属筒体３４の軸線に
垂直に生ずる磁束の密度はソレノイド４２から離れるに
従い疎となるから、金属容器３３と円筒状試料３８との
間には、容器３３から試料３８に向かって密度が疎とな
って行（磁束が試料３８の半径方向に生じていることに
なる。従って、マイクロ波空洞３５に導波管３１を介し
てマイクロ波が導入され、配管３６を介してＮ、などの
原料ガスが導入されると、空洞内で前記（１）式を満足
するＥＣＲプラズマが発生し、このプラズマが前記磁束
に沿って多孔金属筒体３４の孔を通り、筒体内へ移動す
る。この筒体は前述のように反応室を構成するが、反応
室内へは反応ガスとしてたとえば５ｉ）１．が導入され
ているから、前記原料ガスのプラズマはこの反応ガスを
活性化し、この活性化された反応ガスが試料表面に作用
して膜を形成する。前述のように、反応ガスを反応室内
へ導入する配管３７の長手方向に配されたガス流出口３
７ａは試料表面に向けられているから、このガス流出口
と試料表面との距離は極めて小さく、試料表面へのアモ
ルファスシリコンの成膜をつかさどる活性種（ＳｉＨと
考えられている）はその短い活性寿命に到る前に試料表
面に到達し、成膜が効率よく行われる。

なお、試料表面上のアモルファスシリコン膜の均一性は
、ソレノイド４２の周方向配列密度を高くして試料表面
上の磁束分布を均一にすることにより向上させることが
できるから、本発明の装置では静止した円筒状試料の表
面に均一な膜を形成することが可能である。また、円筒
状試料をその軸まわりに回転可能となるように装置を構
成すれば、ソレノイドの配列密度をさげても簡単な回転
機構を付加するのみで成膜の均一性を向上させることが
可能である。

なお、上述の実施例においては、原料ガスのプラズマ化
が矩形断面のマイクロ波空洞中で行われるものとしたが
、たとえば金属容器を円筒状に形成するとともに多孔金
属筒体も円筒状に形成して同軸に金属容器内に配してリ
ング状断面のマイクロ波空洞を形成するようにしても、
同一効果が得〔発明の効果〕 以上に述べたように、本発明によれば、マイクロ波を発
生する手段と、このマイクロ波を伝達する手段と、この
マイクロ波伝達手段と結合されてマイクロ波が導入され
る金属容器と、この金属容器内でマイクロ波との共鳴効
果により原料ガスをプラズマ化して活性な原子９分子ま
たはイオンを生ず□る磁力線を発生する手段と、前記金
属容器内でプラズマ化された原料ガスによって活性化さ
れる反応ガスが導入される反応室とを備え、この反応室
内で試料表面に活性化された反応ガスの作用により膜形
成をほどこすマイクロ波プラズマ発生装置において、前
記反応室を、金属容器の内部に固定され周壁に多数の貫
通孔を有する多孔金属筒体として形成するとともに前記
磁力線発生手段を、前記多孔金属筒体の軸方向に分布し
軸に垂直方向に該筒体を貫く磁束を発生するソレノイド
を複数個前記金属容器の外周に沿って配することにより
形成し、マイクロ波と原料ガスとが前記金属容器と多孔
金属筒体との間の空間に導入されるとともに円筒状の試
料が前記多孔金属筒体の内側に該筒体と同軸に配される
ように装置を構成したので、円筒状試料表面への均一な
成膜が反応室内で可能となり、しかもこの成膜の均一性
のさらなる向上は円筒状試料をその軸まわりに回転せし
める単純な機構を付加するのみで可能となる。従って成
膜均一化のための装置の大形化も避けられるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例によるマイクロ波
プラズマ発生装置の構成図であって、第１図は装置の正
面断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ位置において矢印方
向にみた平面断面図、第３図は従来のマイクロ波プラズ
マ発生装置の構成例を示す正面断面図である。 １　、３１−導波管（マイクロ波伝達手段）、３゜３３
　　金属容器、６　、４２−ソレノイド、３４　　多孔
金属筒体、３８　　試料、４５磁力線。 組Ｊ理十山口　蓋 ７４７０５１９２６５にｔＨｚ 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）マイクロ波を発生する手段と、このマイクロ波を伝
   達する手段と、このマイクロ波伝達手段と結合されてマ
   イクロ波が導入される金属容器と、この金属容器内でマ
   イクロ波との共鳴効果により原料ガスをプラズマ化して
   活性な原子、分子またはイオンを生ずる磁力線を発生す
   る手段と、前記金属容器内でプラズマ化された原料ガス
   によって活性化される反応ガスが導入される反応室とを
   備え、この反応室内で試料表面に活性化された反応ガス
   の作用により膜形成をほどこすマイクロ波プラズマ発生
   装置において、前記反応室が、金属容器の内部に固定さ
   れ周壁に多数の貫通孔を有する多孔金属筒体として形成
   されるとともに前記磁力線発生手段が、前記多孔金属筒
   体の軸方向に分布し軸に垂直方向に該筒体を貫く磁束を
   発生するソレノイドが複数個前記金属容器の外周に沿っ
   て配されてなり、マイクロ波と原料ガスとが前記金属容
   器と多孔金属筒体との間の空間に導入されるとともに円
   筒状の試料が前記多孔金属筒体の内側に該筒体と同軸に
   配されるように構成されたことを特徴とするマイクロ波
   プラズマ発生装置。