JPS6328883A - プラズマ反応装置 - 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、プラズマを誘起し、これを利用して基体に成
膜、エツチング、表面改質等の処理を施すプラズマ反応
装置に関するもので、更に詳しくは、当該装置の処理に
おける所謂プラズマダメージ、即ちプラズマ中の高エネ
ルギー荷電粒子に基体がさらされることによるダメージ
の防止を図ったプラズマ反応装置に関する。

［従来の技術］ 従来、プラズマダメージの防止を図ったプラズマ反応装
置としては、プラズマ発生位置から略円柱状に絞って引
き出されるプラズマと並列に基体が設けられたプラズマ
反応装置が知られている（特開昭６ｌ−１３Ｅｉ２６号
公報）。この装置では、プラズマの引き出し方向に両極
を位置させたプラズマ輸送用磁石でプラズマを円柱状に
絞って引き出し、この円柱状プラズマと並列に基体を設
けて、直接プラズマが基体に接触しないようにすること
によってプラズマダメージを防止しているものである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来のプラズマ反応装置では、プラ
ズマダメージは防止できるが、引き出されるプラズマが
円柱状に絞られているので、このプラズマと並列に設け
られた基体上にプラズマから活性種が飛来する範囲がご
く限られた範囲となる。従って、大面積の基体に対して
成膜やエツチング等の処理を施すときに長時間を要し、
処理効率が悪いという問題がある。

また、やはり引き出されるプラズマが円柱状であるので
、プラズマの横断方向については、基体とプラズマ間の
距離が一定ではなく、このプラズマと基体間の距離によ
って、飛来する活性種の種類や量が変動するので、処理
が不均一となりやすい問題もある。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための手段を、本発明の一実施例
に対応する第１図で説明すると、本発明は、シート状に
引き出されるプラズマと並列に基体１が設けられている
プラズマ反応装置とするという手段を講じているもので
ある。

本発明において、シート状プラズマとは、その厚さに比
し、引き出し方向に直交する方向に十分な広がりを有す
る薄い板状であって、長辺が短辺の２倍以上の形状をい
う。また、このシート状プラズマと並列とは、シート状
プラズマの片面と相対向し、かつシート状プラズマと交
差していない状態をいう。

［作　用］ シート状プラズマと並列に基体１を設けることにより、
基体ｌが直接プラズマと接触させることなく、シート状
プラズマの広い面を利用して、広面積の基体ｌであって
も、その全面を等しい間隔をおいてプラズマに接近して
位置させることができる。従って、プラズマダメージを
防止できると同時に、効率的かつ均一な処理が可能なも
のである。

［実施例コ 第１図に示されるように、プラズマ発生室２と反応処理
室３が、プラズマ噴出口４を介して連通して設けられて
いる。

プラズマ発生室２の背面側には、例えば石英等のマイク
ロ波を透過させ得る材料で形成された窓部５が設けられ
ている。この窓部５には導波管６が連結されていて、導
波管６によって導かれて来るマイクロ波を、窓部５を介
して発生室２内へ投入できるようになっている。

窓部５の前面付近には、放電ガスラインＧ１から供給さ
れる放電ガスを系内に供給するガス供給環７ａが設けら
れている。ガス供給環７ａは、環状の管材の内周側に多
数の小孔を形成したちので、放電ガスはこの小孔から噴
出されるものである。放電ガスは、前記窓部５を介して
投入されるマイクロ波によって、プラズマ発生室２内に
プラズマを形成するためのものである。

プラズマ発生室２の外側には、発生するプラズマをプラ
ズマ噴出口４から反応処理室３へと引き出すためのプラ
ズマ輸送用磁石８が設けられている。このプラズマ輸送
用磁石８は、その両極がプラズマの引き出し方向に位置
するよう設置されているもので、電磁石であっても永久
磁石であってもよい。

プラズマ噴出口４部分には、シート状プラズマ形成用磁
石９，９′が相対向して平行に設けられている。このシ
ート状プラズマ形成用磁石９゜９′は、その両極がプラ
ズマの引き出し方向と直交する方向に位置するよう設置
されているもので、電磁石であっても永久磁石であって
もよい。

上記シート状プラズマ形成用磁石９，９′の更に反応処
理室４内寄りには、実ガスラインＧ２に接続されたガス
供給環７ｂが設けられている。このガス供給環７ｂは、
前記ガス供給環７ａと同様なもので、成膜やエツチング
等を行うための実ガスを系内に供給するものである。

反応処理室３には排気口１ｏが設けられており、系内の
必要な真空雰囲気の形成と、余剰ガスや反応生成ガスの
排出が行われるものとなっている。

また、反応処理室３内には、基体ホルダー１１に支持さ
れて基体１が設けられている。基体ｌは、後述するよう
にして形成されるシート状プラズマと並列に位置してい
るものである。

基体ホルダー１１には、基体１の温度を、成膜やエツチ
ングに最適な温度とするためのヒーター１２が設けられ
ている。基体ホルダー１１は、真空回転シール部、例え
ばウィルソンシール部１３を介して後端が外部に突出し
たホルダー軸１４の先端に取付けられており、ホルダー
軸１４の後端に連結されたモーター１５で回転させるこ
とができるようになっている。また、上記ウィルソンシ
ール部１３ヲベローズ１６を介して支持することによっ
て、形成されるシート状プラズマに対して基体ホルダー
１１を進退、角度調整すことができるようになっている
。

次に、水装置の作動について説明する。

まず、系内を必要な真空雰囲気とした後、窓部５を介し
てマイクロ波を投入すると共に、放電ガスラインＧｌか
らガス供給環７ａを介して放電ガスを供給する。すると
、マイクロ波放電によって、プラズマ発生室２内にプラ
ズマを発生させることができる。

上記プラズマの誘起は、マイクロ波によるもののみでは
なく、直流放電や高周波放電等による誘起、例えば高周
波放電型、マイクロ波放電型、電子衝撃型、ＰＩＧ型（
Ｐｅｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ＧａｕｇｅＴ
ｙｐｅ）　、電子振動型、電子ビーム入射型、デュオプ
ラズマトロンとその変型、スパッタ型、レーザ照射型等
によるものでもよい。特に本実施例のようなマイクロ波
放電による場合、プラズマ発生室ｚ内で電子サイクロト
ロン共鳴条件（ＥＣ：Ｒ条件）が満されるようにして行
うと、効率的にプラズマを誘起することができる。

発生したプラズマ中の荷電粒子（原子イオン、分子イオ
ン、電子等）は、磁界中でその磁力線を巻くように流動
することから、プラズマはプラズマ輸送用磁石８の磁界
によって引き出され、プラズマ噴出口４から反応処理室
３へと噴出する。このとき、シート状プラズマ形成用磁
石９，９′の磁界の作用により、プラズマの噴出範囲が
押し潰され、プラズマはシート状となって反応処理室３
へと引き出されることになる。

上記シート状プラズマ形成用磁石９，９′によるシート
プラズマ化は、同極同志を向き合わせてシート状プラズ
マ形成用磁石９，９′を配置したときに得ることができ
る。また、シート状プラズマ形成用磁石９，９′を、異
極同志を向き合わせて配置したときには、シート状プラ
ズマ形成用磁石９，９′の中心におけるプラズマ輸送用
磁石８の磁界の強さが、シート状プラズマ形成用磁石９
．９′の磁界の強さより強いことを条件にプラズマのシ
ート状化を成すことができる。

形成されるシート状プラズマの広がりとシート厚状態は
、プラズマ噴出口４の大きさ、形状差びにシート状プラ
ズマ形成用磁石９，９′の強さ等を変更することによっ
て調節することができる。

プラズマ発生室２内に誘起されたプラズマは、上述のよ
うにしてシート状プラズマとして反応処理室３へと引き
出され、これに向って、ガス供給環７ｂから実ガスが供
給される。実ガスは、このシート状プラズマと接触して
活性化されつつ基体１方向へと流れ、基体ｌの表面に成
膜やエツチング等を施すことになる。また、余剰の放電
ガスや実ガス、更には反応生成ガスは、直に排気口１０
かも系外へと排出されるものである。

成膜やエツチング等の反応処理に際しては、基体１の位
置を適切に調節することが好ましい。例えば、シート状
プラズマから基体１を比較的離しておくと、比較的活性
寿命の長い活性種による反応処理を選択的に行うことが
でき、逆にシート状プラズマに基体１を接近させておく
と、活性寿命の短かい活性種による反応処理をも得るこ
とができる。また、基体１のプラズマ発生室２寄りの部
分とその反対側部分とで処理状態が違ってくる恐れがあ
るので、反応処理中、基体１を回転させて、処理の均一
化を図ることが好ましい。

上記反応処理に用いる実ガスとしては、反応処理として
成膜を行う場合、例えば、シラン、ジシラン、トリシラ
ン等のシリコン水素化物、メタン、エタン、プロパン、
アセチレン等の炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン等の芳香族炭化水素、テトラクロロメタン、テトラク
ロロメタン、ＣＨ２Ｆ２．　ＣＨ３Ｆ等のハロゲン化炭
化水素等の成膜性ガスや、例えば水素、アルゴン、ヘリ
ウム、窒素等の非成膜性ガスと上記成膜性ガスの混合ガ
ス等が用いられる。また、エツチングを行う場合、例え
ば、テトラフロロメタン、テトラクロロメタン、ＣＨ２
Ｆ２．　ＣＨ３Ｆ等のハロゲン化炭化水素、ＳＦ６．　
ＮＦ３等のフッ化物等のエツチングガスや、例えば酸素
、水素、窒素等のエツチング選択性向上用の添加ガスと
上記エツチングガスの混合ガス等が用いられる。

放電ガスとしては、プラズマを形成できるものであれば
よいが、プラズマ発生室２内での付着物の発生防止のた
め、プラズマ化しても付着物質を生じないものが好まし
い、具体的には、上述の非成膜ガスやエツチング選択性
向上用の添加ガス等である。

第２図は他の実施例を示すもので、第１図で説明した装
置のプラズマ噴出口４の直後に絶縁リング１７″？Ｃ設
けて、そこに直流電源１８ａに接続された曳イアス印加
用電極１９ａを設置し、更に反応処理室３内の奥に、プ
ラズマ噴出口４と相対向して、直流電源１８ｂに接続さ
れたバイアス印加用電極９ｂを設けたものとなっている
。尚、第２図において、第１図と同じ符号は同じ部材を
示すものである。

上記のようにすると、バイアス印加用電極１９ａ。

＋９ｂに電圧を加えることによってプラズマを加速して
引き出すことができ、引き出されるプラズマの密度が向
上し、発生する化学的活性種の量も増加する。また、図
中−点鎖線で示されるように、基体ｌをシート状プラズ
マの両面を各々に設けて、複数の基体１についての処理
を一度に行うようにしてもよい。

第３図も他の実施例を示すもので、基体１が帯状となっ
ており、ローラ２０ａ、　２０ｂ間で送り出しと巻取り
ができるようになっている。このようにすれば、長尺の
基体１に対する連続処理が可能となる。尚、第３図にお
いても、第１図と同じ符号は同じ部材を示すものである
。

第４図は、直流放電によってプラズマを形成できるよう
にしたもので、プラズマ発生室２と反応処理室３間はス
キマー２１ａで仕切られている。また、反応処理室３の
奥は、更に絶縁性のスキマー２Ｔｏで仕切られている。

プラズマ発生室２は、直流放電を励起する放電用陰極２
２ａと、その陰極２２ａの前面へ放電ガスを導入する放
電ガスラインＧ１と、放電ガスをプラズマへ高める第一
の中間電極２３ａ及び第二の中間電極２３ｂと、平行磁
界を発生させるプラズマ輸送用磁石８と、平行磁界にお
ける円柱状のプラズマ中に別な偏平磁界を発生させるシ
ート状プラズマ形成用磁石９，９′とを備えている。ま
た、反応処理室３は、偏平磁界に従って形成されるシー
ト状プラズマと並列に配設された基体１及びヒーター１
２を有する基体ホルダー１１と、実ガスラインＧ２と、
シート状プラズマと基体１の間に配設されたグリッド２
４と、排気口ｌＯと、放電用陽極２２ｂと、放電用電極
２２ｂの前面に放電ガスを供給する放電ガスラインＧｌ
と、シート状プラズマの拡散防止用のプラズマ輸送用補
助磁石２５とを備えている。

第５図（ａ）に示すように、プラズマ輸送用磁石８とプ
ラズマ輸送用補助磁石２５によって発生する磁界Ｍは、
両磁石８，２５間で密度が疎になる中央部で若干の膨ら
みを有しかつ中心軸に対して軸対称な平行磁界となる。

この磁界中にプラズマを配置すると、プラズマは磁界に
従って円柱形状になる。ここで、第５図（ｂ）に示すよ
うに、プラズマ輸送用磁石８の近傍で平行磁界の一部を
挟んで、一対のシート状プラズマ形成用磁石９，９を対
向させて配設すると、磁場は図（ｂ）に示す如く分割さ
れ、磁石９，９′から磁石２５までの部分の磁界Ｍは一
対の磁石９，９′で潰されたように偏平になる。荷電粒
子は磁束を巻くように流動するので、この磁界中にプラ
ズマを配置すると、プラズマはシート状になる。

上述の装置においては直流放電によって放電ガスがプラ
ズマ化され、これがシート状プラズマとなって反応処理
に供される。特に、本装置においては、処理を向上させ
るために、接地されたグリッド、２４が設けられて基体
ｌへ飛来するイオン種の減少が図られている。イオン種
を積極的に取出したいときには、グリッド２４に電圧を
印加すればよい。また、スキマー２１ａ、　２１ｂは、
シート状プラズマの通過を許容するスリットを残してそ
の前後を仕切り、反応処理室３から付着物質が逆流して
来て放電用陰・陽極２２ａ、　２２ｂに付着するのを防
止するものである。

尚、以上の実施例においては、シート状ブラズマ形成用
磁石９，９′を用いてプラズマをシート状化しているが
、プラズマ噴出口４をスリット状としたり、シート状の
放電管を用いてシート状プラズマを形成するようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上の通り、本発明によれば、基体ｌを直接プラズマに
さらすことによるプラズマダメージを防止すると共に、
処理効率及び処理の均一化を図ることができ、プラズマ
反応処理を経る製品の量産と品質の向上を図ることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図ないし第４
図は各々他の実施例を示す図、第５図はプラズマのシー
ト状化の説明図である。 ｌ：基体、２：プラズマ発生室、 ３：反応処理室、４：プラズマ噴出口、５：窓部、６：
導波管、 ７ａ　、　７ｂ　：ガス供給環、 ８：プラズマ輸送用磁石、 ９．９’：シート状プラズマ形成用磁石、１０：排気口
、１１：基体ホルダー、 １２：ヒーター、１３：ウィルソンシール部、工４：ホ
ルダー軸、１５：モーター、 １６：ベローズ、１７：絶縁リング、 １８ａ、　１８ｂ：直流電源、 １９ａ、　１９ｂ：バイアス印加用電極、２０ａ、　２
０ｂ：ローラ、２１ａ、　２１ｂ：スキマー、２２ａ：
放電用陰極、２２ｂ：放電用陽極、２３ａ、　２３ｂ　
：中間電極、２４ニゲリツド、２５：プラズマ輸送用補
助磁石。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）シート状に引き出されるプラズマと並列に基体が設
   けられていることを特徴とするプラズマ反応装置。