JP2001035692A

JP2001035692A - 放電容器及びその放電容器を備えたプラズマラジカル生成装置

Info

Publication number: JP2001035692A
Application number: JP11207851A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hatanaka; 義式畑中; Darius Korzec; コルツェック・ダリウス; Jurgen Engeman; エンゲマン・ジュルゲン
Original assignee: Shizuoka University NUC
Current assignee: Shizuoka University NUC
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2019-07-22
Also published as: JP3069700B1

Abstract

(57)【要約】【課題】ラジカルを放電プラズマの状態から高効率に
得るプラズマラジカル生成装置を提供すること。【解決手段】高周波放電によってラジカルを生成する
放電容器３１を備えたプラズマラジカル生成装置におい
て、前記放電容器３１が、原料ガスの入り口付近に位置
し前記原料ガスに高周波の電力が供給されるカソード部
６と、前記カソード部の次段に位置し前記カソード部よ
りも小さい断面積を有するジェット部５と、前記ジェッ
ト部の次段に位置し前記ジェット部よりも大きい断面積
を有するアノード部７とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高周波放電によっ
て励起されたガスのラジカル又は励起種を効率よく発生
させるプラズマラジカル生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体基板の表面に薄膜を堆積
する場合に、真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相
堆積法、分子線エピタキシー法などが用いられる。この
場合において、いずれの方法においても、例えば原料ガ
ス（以下、単に「原料」と称する）を分子状ないしは原
子状にして目的とする表面に堆積している。このとき、
原料を分子状ないしは原子状とするために、熱、光、イ
オン、励起種（ラジカル）等のエネルギーにより原料を
分解して用いる。

【０００３】上記のように原料を分子状ないしは原子状
に分解する場合に、プラズマにより原料を分解する方法
が知られている。この場合において、プラズマ源は、薄
膜等のプロセッシング部と離れたところにあり、これを
リモートプラズマ法と呼んでいる。図１２にリモートプ
ラズマ法に関する概略構成を示す。リモートプラズマ法
では、図１２（ａ）に示すように高周波の電力６２によ
り原料ガス１２を励起するが、プラズマ発生部（プラズ
マ源）４３とプロセッシング部（プロセス容器）１７と
が離れることによりイオン、電子の衝突によるプロセッ
シング部１７の損傷がない。なお、プロセッシング部１
７ではプロセス用ガスが導入され、プラズマ発生部４３
で生成されたラジカル１３と反応させて反応物質２０を
出す。このリモートプラズマ法は、場合によっては光ト
ラップを利用することにより紫外線の損傷も防ぐことが
できる方法でもある。これは図１２（ｂ）に示すように
ラジカル輸送管８を折り曲げる方法によって行われてい
る。

【０００４】リモートプラズマ法については、畑中他に
よる多くの報告があり(Bulletin ofthe Research insti
tute of Electronics Shizuoka University, Vol. 29,
pp.87-94, 1994)、プラズマ源として様々のものについ
て研究がなされている。例えば、高周波誘導結合型のも
の、及びS. Wickramanayaka他によるこれらの装置に数
ｋＷの大電力を投入し、高励起状態のラジカルを生成し
ようとしたもの(Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 30, pp. 28
97-2900, 1991)等がある。また、野村他によって、電子
サイクロトロン共鳴を使ったプラズマ源によって、低い
圧力領域でのリモートプラズマによる薄膜堆積がなされ
ている(J. Appl. Phys. 69, pp. 990-993, 1991)。ま
た、Horowitz (J. Vac. Sci. Tech. A6 (3), pp. 1837-
1844 (1988))はホロカソード法によって高密度プラズマ
を得ることを報告している。なお、多数のホロカソード
を用いたものはVacuum 36, pp. 837-840 (1986)に報告
されている。Bardosらは単一ジェットプラズマをＣＶＤ
(Chemical Vapor Deposition)法に用いている(Thin Sol
id Films 158, pp. 265-270 (1988))。しかし、Bardos
らでは小さいオリフィスを持つカソードとアノードの導
電体容器の間で放電させ基板上に膜を堆積させているも
のの、小さい面積しか膜を堆積させることができない。

【０００５】Korzecらは、１個又は１個以上のジェット
領域の穴を持つカソードとそれを囲むアノード部とから
できているホロカソード形の放電プラズマ源(Surface a
nd Coatings Technology 93, pp. 128-133 (1997))を報
告している。この主要な部分はすべて導電性の金属でで
きており、広い面積をカバーできるプラズマ源である
が、ジェット部がプラズマ電位を通して電気的に結合す
ることもあり、上記のジェット領域の穴によりプラズマ
の強度が不均一となる。また金属による汚染の問題も解
決していない。さらに入力ガスが必ずしもジェットの穴
部を通らないで流出するロス部分が生ずる等の欠点を有
している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
プラズマ源によるラジカル（励起種を含む。以下、単に
「ラジカル」と称する）の発生においては、高収率のラ
ジカル生成ができないという問題点を有している。

【０００７】本発明は、上記の事情を考慮してなされた
もので、ラジカルを放電プラズマの状態から高効率に得
るプラズマラジカル生成装置を提供することを目的とす
る。本発明において、ラジカルはＣＶＤのみでなく、固
体表面のクリーニング又はエッチング、又は改質等にも
同様に用いることができる。なお、本発明のプラズマ発
生部は高周波ホロカソードプラズマ源に種別されるもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。

【０００９】本発明は、単純ホロカソード形高周波プラ
ズマ放電にジェット部を導入する工夫をすることにより
極めて大きな効果を導き出したものである。すなわち、
本発明のプラズマラジカル生成装置は、高周波放電によ
ってラジカルを生成する放電容器を備えたプラズマラジ
カル生成装置において、前記放電容器が、原料ガスの入
り口付近に位置し前記原料ガスに高周波の電力が供給さ
れるカソード部と、前記カソード部の次段に位置し前記
カソード部よりも小さい断面積を有するジェット部と、
前記ジェット部の次段に位置し前記ジェット部よりも大
きい断面積を有するアノード部とを備えたことを特徴と
する。ここにおいて、高周波放電は容量的に結合された
電極間で発生し、略１ＭＨｚから１００ＭＨｚの高周波
放電を対象としており、この高周波放電により励起され
たガスのラジカルを効率よく生成している。

【００１０】このプラズマラジカル生成装置において、
好ましい実施態様は以下の通りである。

【００１１】（１）放電容器はラジカルの再結合の小
さい絶縁物でできていること。この放電容器は、上記の
ように、電力の供給される電極の付けられたカソード部
と、アノード部とその両者を結合するジェット部とから
なっている。ここで、ジェット部はカソードとアノード
との大きさと特定の関係を有しており、数ｍｍから数ｃ
ｍの長さと径を持ち、このときカソードとアノードは数
ｃｍ〜数十ｃｍである。

【００１２】（２）前記カソード部に配置されたカソ
ード電極と、前記アノード部に配置されたアノード電極
を挟み込むようにして近接して配置され、放電を発生す
るための電力を供給する整合回路を更に具備すること。
また、放電部にはシールド箱が設けられ、そのシールド
箱はアノードと同電位となり全体を囲むように配置され
ていること。更に、ガスの入力部と出力部はシールド箱
の筐体に穴があけられて結合されていること。

【００１３】（３）前記原料ガスの入り口の部分の断
面積が、前記ジェット部の断面積よりも小さいこと。こ
のようにすることにより、入り口のガス流速が速くな
り、プラズマがガスの入口側に流出することを防ぐこと
ができる。また、単に、入り口の断面積を小さくするの
ではなく、細い管を束ねるなどのキャピラリー構造とし
ても良い。このキャピラリーの材質は絶縁物であること
が好ましい。また、キャピラリーは管であってもビーズ
状のものであってもよい。

【００１４】（４）放電容器は電気的に絶縁物であっ
て石英、アルミナ、パイレックスガラス、テフロン、窒
化珪素、窒化アルミニウム等のようなものであること。

【００１５】（５）放電容器のジェット部は空冷又は
水冷のできる構造であること。

【００１６】（６）放電容器は円筒形であること。

【００１７】（７）２個以上の放電容器におけるアノ
ード及びカソードが、共通のアノード、及びカソードと
して給電できるできること。この時に、１列に整列して
多数の放電容器を同一の電源で給電できること。さら
に、放電容器を平面的に配列して、それらのアノード部
とカソード部に共通に給電できる構造の配置とするこ
と。

【００１８】本発明のプラズマラジカル生成装置によれ
ば、マイクロ波による励起より安価で簡単、また、誘導
結合高周波励起よりも構成が簡単、安価であり、複数放
電容器を配置或いは配列するなどの拡張性が高いという
利点を有する。また、ヘリコンプラズマ、電子サイクロ
トロン共鳴プラズマ励起装置よりも、磁界を用いること
なく、軽量、構造が単純であり安価でもある。更に、単
純な従来のホロカソードプラズマ源と比較して、本発明
では、ジェット部から高密度ラジカルが得られるという
効果を有する。

【００１９】本発明によれば、すべてのガスはジェット
部の狭い領域を通過するので、この狭い領域が高密度プ
ラズマとなり、高効率で、励起状態の高いラジカルが得
られ、かつ消費電力が小さい。ジェット部の無いものと
比較すると、５０Ｗの電力での本発明のプラズマラジカ
ル生成装置は、２００Ｗ以上の電力での他のプラズマラ
ジカル生成装置と同等である。

【００２０】本発明によるアノード領域すなわち、プラ
ズマ源の出口のプラズマ電位は低い値とすることがで
き、かつ出口の口径を大きくすることもできるので、均
一なラジカル源の面積を大きくできる。本発明による絶
縁物容器は、ラジカルの再結合係数が小さいものを使用
することで、高い高密度のラジカルを遠方まで取り出し
輸送することができる。

【００２１】さらに、高い準位に励起されたラジカルは
寿命時間も長く取ることができ、ＣＶＤ等、特に、高密
度薄膜、高品質薄膜、堆積速度の向上等に特別の効果も
期待できる。

【００２２】また、ジェット部分の存在により、アノー
ド部の圧力とカソード部の圧力に差を持たせることがで
きるので、より高真空で処理を必要とする場合のラジカ
ル源としては好都合な構造となっている。

【００２３】なお、同筒型の電極で一対の電極を考える
と、その筒の長さは電界が筒の端部より内部に浸入でき
ない程度の長さを持つものであり、表皮効果により、電
極とプラズマとの間に電界が集中してかかり、電力の消
費は主としてここで消費される。電子は電極側とプラズ
マ側を往復運動することにより効率よくイオン化を行い
密度の高いプラズマを生成する。しかし、本発明は、こ
の一般的なホロカソード効果に関するものではなく、径
の小さいジェット領域を付け加えることにより、この領
域ではプラズマの密度が高くなり、かつすべてのガスは
この領域を通過することにより効率よくラジカルを生成
できるようにしている。これにより上記のような効果が
得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態に係るプラズ
マラジカル生成装置の概略構成を示す図である。なお、
本発明装置と従来の装置との違いを明確にするために、
図２に従来のプラズマラジカル生成装置の概略構成を示
す。図１及び図２から明らかなように、本発明に係るプ
ラズマラジカル生成装置は、従来装置と比べ、ジェット
部とアノード部が追加された構成となっている。以下詳
細に説明する。

【００２６】図１において、放電容器３１は、ガス入力
部９と、カソード部６と、ジェット部５と、アノード部
７からなり、この放電容器３１で生成したラジカルは輸
送管部８を介して図示しないプロセス部（詳細は後述す
る）に導かれる。なお、この放電容器３１の壁材は表面
再結合の小さい材料で作られていることが好ましい。ガ
ス入り口部９は、放電容器３１と同じ材料で構成されて
おり、原料ガス１２の逆流を防ぐために、カソード部６
よりも小さい断面積を有している。なお、ガス入り口部
９についても、詳細は後述する。また、カソード部６と
アノード部７では、放電容器３１の周囲にそれぞれカソ
ード電極１０とアノード電極１１が設けられている。ま
た、カソード電極１０には高周波電圧が高周波電源１４
によって供給され、アノード電極１１は接地電位１５に
接続されている。なお、実施形態においては、アノード
電極１１は接地されているが、特に接地されていなくて
も良く、固定された電位であって、カソード電極１０と
アノード電極１１が効率よくカップリングするような電
位に固定されていれば良い。このように、アノード部７
を設けることにより、強いジェット放電を発生させるこ
とができる。なお、高周波電源１４から供給された高周
波電圧によってホロカソードプラズマを発生させるの
で、その周波数は、ほぼ１ＭＨｚから１００ＭＨｚであ
ることが好ましい。

【００２７】上記のように構成されたプラズマラジカル
生成装置の動作を以下に詳細に説明する。

【００２８】ガス入力部９に導かれた原料ガス１２はカ
ソード部６を通り、ジェット部５、アノード部７と輸送
管部８を通ってプロセス部に結合される。

【００２９】カソード部６でホロカソードプラズマが生
成されるが、カソード部６における圧力はホロカソード
の放電開始電圧によって決められる。高周波電源１４に
よって給電されたカソード電極１０とカソード壁６ａと
の容量結合により高密度なホロカソードプラズマ２に電
力が供給される。容量結合により生じた電子電流３２は
ジェット部５を通りアノードプラズマ部３及びアノード
壁７ａに達する。本発明においては、このジェット部５
を設けて、このジェット部５でのラジカル発生効率を従
来よりも高くしている。この理由は、次の通りである。
ジェット部５では、電子温度（すなわち、電子の速度）
が大きく、（電子の加速電界が強い）衝突励起の場合の
励起エネルギーが大きいので、高い励起状態に励起する
ことができるものと考えられる。また、アノードプラズ
マ部３内のプラズマはリモートプラズマ部４を通過して
プロセス部に導入され、所定の処理が行われる。

【００３０】上記のように構成された本発明のプラズマ
ラジカル生成装置の等価回路を図３に示す。

【００３１】図３によれば、すべての電力は容量３５
（すなわち、カソード壁６ａ）を介して給電され、ジェ
ット部５を通って流れなければならない。そして、アノ
ード電極１１のインピーダンス４０が小さいと、高い密
度のジェットプラズマが発生される。アノードプラズマ
部３からの電流は主として、アノード壁７ａの容量を通
してアノード電極７から接地される。アノード部７の容
量が大きいときは、インピーダンス４０は低くなり、ア
ノード部７側のプラズマ電位は低くすることができる。
もし、この電極容量３６が小さければ、プラズマポテン
シャルが大きくなり、図示しないプロセス容器に電流が
流れ込み、直接、プラズマとしての働きをするようにな
る。輸送管部のプラズマ抵抗３８に比較して、アノード
プラズマ部３の容量インピーダンス４０は、輸送管部８
のインピーダンス３８が高いときか、又はアノード容量
３６が大きいときに実現できる。充分な容量を持たせる
ために、例えばアノード電極１１はカソード電極の長さ
と等しいかそれ以上でなければならない。アノード壁７
ａの厚さは、カソード壁６ａよりも等しいか、より薄い
ものでなければならない。しかし、壁の厚さの限界は機
械的強度によって制限される。

【００３２】本発明において、全体のインピーダンスの
主要な部分がジェット部のインピーダンス３７によって
代表されるとき、最も効率的な変換効率が得られる。こ
のことは、カソードプラズマ部２のインピーダンス３９
とアノードプラズマ部３のインピーダンス４０が充分小
さいものでなけれぱならないことを意味する。このと
き、図４に示すカソード部６の長さと直径の比（Ｌｃ／
ｄｃ）が充分小さくなり、すなわち、典型的な一例では
２より小さい。アノード部７における圧力はいつもカソ
ード部６よりも小さくなり、その部分での電子の平均自
由行程は長くなる。従って、アノード部７の長さと直径
の比（Ｌａ／ｄａ）は、カソード部６のそれより大きく
なり、その最適値は略２〜４である。

【００３３】ジェット部のプラズマインピーダンスを増
加させる方法として、ジェット部５の長さと径の比（Ｌ
ｊ／ｄｊ）を増加させる方法がある。しかし、ジェット
部５は細かく長いとき、放電開始が困難となるので、所
定以上の比とすることはできない。この理由は、径が小
さくなってくると、電子は再結合に関わるために電子の
加速が制限され、電流が流れにくくなるためである。ま
た、径が小さくなりすぎると、カソード領域の圧力が上
昇して、電子の平均自由行程が小さくなり、ホロカソー
ド効果が期待できなくなる。その結果として、カソード
部６の径を減少させる必要があるが、このときにはカソ
ード電極１０の径が小さくなって、プラズマ生成の全体
としての効率が小さくなる。経験的にジェット部５の径
は、カソードとアノードの圧力差において３程度とする
ことが望ましい。カソード部６の最適の径はホロカソー
ド効果の得られる条件から決められるが、それはガスの
種類と圧力によって異なってくる。水素、窒素、酸素の
ような分子状のガスの場合には、カソード部６が例えば
約１Ｔｏｒｒの場合には、カソード径は２〜４ｃｍであ
り、約０．１Ｔｏｒｒの場合には、約８〜１０ｃｍであ
る。放電容器３１の圧力が０．１Ｔｏｒｒ、１Ｔｏｒ
ｒ、１０Ｔｏｒｒの場合における各部のサイズの例を図
５に示す。ここで、放電容器３１の壁圧は２．５ｍｍと
している。図５に示すように、ジェット部はカソードと
アノードとの大きさと特定の関係を有しており、数ｍｍ
から数ｃｍの長さと径を持ち、このときカソードとアノ
ードは数ｃｍ〜数十ｃｍであることが好ましい。

【００３４】次に、放電容器３１に原料ガス１２が導入
される入り口部９について記載する。原料ガス１２の入
力部９において、図６（ａ）に示す接続管２９の中に部
分放電が発生することがある。入力ガスライン４７は通
常ステンレススチール管などの導体であり、通常接地さ
れている。ここで、接続管２９がカソードプラズマ２に
よって励起され、このガスライン４７との間に放電が生
ずる。ここで生ずる放電がガスライン４７に拡大して、
事故が発生する可能性もあるので、この放電を防ぐ方策
が不可欠の問題である。

【００３５】このガス入力部９での放電を避ける方法
は、入力部９の口径（すなわち断面積）をジェット部の
径より充分小さくすることである。一例としては１ｍｍ
以下にすることが効果的である。このように、入力部９
の口径を小さくするとガス流量が制限され、プラズマの
入り口方向への逆流を防ぐので、放電がガスラインに達
することはない。従って、図６（ｂ）に示すように細管
を束ねたキャピラリーを挿入してガスが通過する断面積
を減少させることにより目的を達することができる。こ
こで、キャピラリー４９は接続管２９の中に絶縁物３０
内の保護管５０の中に固定される。また、キャピラリー
４９は、ビーズ状のものを用いて作製しても良い。

【００３６】なお、放電容器３１は、電気的に絶縁物で
あって石英、アルミナ、パイレックスガラス、テフロ
ン、窒化珪素、窒化アルミニウム等のようなものである
ことが好ましく、円筒形又はそれに近い形であれば良
い。また、放電容器３１のジェット部５は高温になる可
能性が高いので、空冷又は水冷のできる構造であること
が好ましい。

【００３７】以下、本発明に係るプラズマラジカル生成
装置の上記の放電容器３１を適用した例を示す。

【００３８】（適用例１）本発明のプラズマラジカル生
成装置の放電容器３１を適用したプロセス装置の構成を
図７に示す。上記の実施形態では、特に放電容器３１に
重点をおいて説明したが、図７では、その周辺機器（例
えば、電源、シールド箱、プロセス部など）も併せて示
されている。

【００３９】図７において、供給される高周波電力は、
カソード電極１０の最も近くに接地されるとき、電力効
率は最も良くなる。整合回路４２の容量２２、負荷容量
２３、及びコイル２４からなる整合回路４２は放電容器
３１のジェット部５、カソード部６及びアノード部７の
周囲に配置されている。高周波電力は接栓２１から加え
られる。可変容量２２、２３のチューニングはそれぞれ
回転軸２２ａ、２３ａによってなされる。コイルは図示
のように２つの部分に分割され、空間的配置のバランス
の良いようにされる。これは、極めてコンパクトな形に
でき、しかも効率の良い配置である。

【００４０】プラズマラジカル輸送管８は、プラズマ源
４３とプロセス容器１７とを結ぶものである。プロセス
容器１７は基板１９の付いた基板支持台１８の近くに置
かれる。プロセスガス４４を分散させる分配システム４
５を通してプロセスガス４４が導入されることによっ
て、ラジカルの科学的エネルギー、物理的エネルギー
は、プロセスガスの分解のためのエネルギーとして消費
されることとなる。反応生成物２０は真空ポンプ４６で
引き取られる。このプラズマ装置からの水素ラジカルの
測定結果を図８に示す。図８は通常のホロカソードプラ
ズマ装置を使ったときのラジカルの濃度と本発明にかか
る装置を使ったときのラジカルの濃度との比較を示す図
である。この測定はＮＯ_２ガスを滴定ガスとしてホロカ
ソード出力端からガラス管中をラジカルを輸送し、その
途中で数カ所で滴定ガスを注入して測定したものであ
る。図８によれば、本発明にかかるラジカルは、減衰が
少なく、寿命が長いことが示されている。このことは、
より高い励起状態にすることができる結果であると解釈
される。また、このラジカル源では、近くで使用すると
きパワー効率が１．６倍、遠方で使用するときは、４倍
のパワー効率が得られている。この結果は、ラジカル源
としては、有用な結果である。

【００４１】（適用例２）本発明に係る放電容器３１を
１つ用いてプロセスに使用した適用例を上記の適用例１
に示したが、複数個の放電容器３１をライン状に並べて
使用することもできる。図９に、放電容器３１（３１ａ
−３１ｅ）を複数個一列に整列させた場合を示す。図９
において、図７と同じ部分には、同じ符号を付し、詳細
な説明は省略する。図９においては、各放電容器３１ａ
−３１ｅのアノード部とカソード部の電極を共有する形
で連結し、アノード電極５２とカソード電極５１を共通
としてカソード電極５１のみに高周波を一つの電源１４
から給電している。このようにすることにより、図示し
ないインピーダンス整合回路も１つの整合回路によって
調整することができる。また、すべての放電容器３１は
同一のプロセス容器１７に結合され、プロセス容器１７
内の基板固定台１８を移動させることにより大面積の薄
膜堆積、又はプラズマプロセス装置を作ることができ
る。

【００４２】図１０は、図９のＡ−Ａ矢視図であって、
帯状のストライプ電極を用いてカソード及びアノードを
連続して構成する方法を示したものである。例えば、帯
状の銅等で放電容器を挟み込むようにして、構成するこ
とにより、簡単に電極を共有することができる。例え
ば、図１０に示すように、上部電極帯５６と下部電極帯
５５とで放電容器を挟み込むようにして、この上部及び
下部電極帯５５及び５６を複数の放電容器に共通接続さ
れるように構成している。ここで、すべてのカソード壁
５７ａ−５７ｅの径、アノード壁５８ａ−５８ｃの径、
及び容器の厚さは同じ寸法であることが好ましい。ま
た、ジェット壁５９ａ−５９ｃの径も同じ寸法であるこ
とが好ましい。また、ジェット部５９ａ−５９ｃも同じ
寸法でなければならない。

【００４３】図１０の複数個の放電容器３１の電極を共
有化して、カソード電極などに同時に給電する方法は２
次元平面的に拡張することができる。その配置例を図１
１（ａ）と図１１（ｂ）に示す。これは帯状電極を切断
することなく連結できるようにするための配置例であ
る。

【００４４】本発明は、上記の発明の実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々変形して実施できるのは勿論である。

【００４５】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。

【００４６】上記のように、本発明のプラズマラジカル
生成装置によれば、簡単な構成で、高効率及び高密度の
ラジカルを生成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマラジカル生
成装置の概略構成を示す図。

【図２】従来のプラズマラジカル生成装置の概略構成を
示す図。

【図３】本発明のプラズマラジカル生成装置の等価回路
を示す図。

【図４】本発明のプラズマラジカル生成装置のサイズに
関する記号を示す図。

【図５】放電容器の圧力に従う各部のサイズの例を示す
図。

【図６】ガス入力部の構成例を示す図。

【図７】本発明のプラズマラジカル生成装置の放電容器
を適用したプロセス装置の構成を示す図。

【図８】通常のホローカソード型と本発明のプラズマラ
ジカル生成装置とのラジカルの寿命の比較を示す図。

【図９】複数の放電容器を一列に並べた例を示す図。

【図１０】図９のＡ−Ａ矢視図であって、帯状のストラ
イプ電極を用いてカソード及びアノードを連続して構成
する方法を示した図。

【図１１】カソード電極などに同時に給電する方法を２
次元平面的に拡張した例を示す図。

【図１２】リモートプラズマ法に関する概略構成を示す
図。

【符号の説明】

１…ジェットプラズマ部２…カソードプラズマ部３…アノードプラズマ部４…リモートプラズマ部５…ジェット部６…カソード部６ａ…カソード壁７…アノード部７ａ…アノード壁８…輸送管部９…ガス入力部１０…カソード電極１１…アノード電極１２…原料ガス１３…ラジカルと励起種の流れ１４…高周波電源１５…接地電位１５ａ…プロセス容器を通しての接地１６…放電容器を支持する筐体１７…プロセス容器１８…基板支持台１９…基板２０…反応物質２１…電源結合接栓２２…調整用容量２２ａ…容量調節用軸２３…負荷容量２３ａ…負荷容量調節用軸２４…コイル２５…調節用容量の接地結合２６…高周波電源供給結合２７…負荷容量のカソード電極結合２８…アノード電極の筐体への接続２９…接続管３０…絶縁物３１（３１ａ−３１ｅ）…放電容器３２…電子流３３…ジェット部の容器壁３４…高周波に対するプラズマの電気的等価回路３５…カソード電極とカソードプラズマの間の容量（キ
ャパシタンス）３６…アノード電極とアノードプラズマ部の間の容量
（キャパシタンス）３７…ジェット部のインピーダンス３８…輸送部分のプラズマインピーダンス３９…カソードプラズマのインピーダンス４０…アノードプラズマのインピーダンス４１…冷却用ファン４２…整合回路４０…プラズマ源４４…プロセス用ガス４５…分配システム４６…真空ポンプ４７…ガスライン４８…部分放電４９…絶縁用キャピラリー細管５０…絶縁物支持管５１…共通カソード電極５２…共通アノード電極５５…下部アノード電極帯５６…上部アノード電極帯５７（５７ａ−５７ｅ）…一列に連結したプラズマソー
スのカソード部の容器壁５８（５８ａ−５８ｅ）…一列に連結したプラズマソー
スのアノード部の容器壁５９（５９ａ−５９ｅ）…一列に連結したプラズマソー
スのジェット部の容器壁６０（６０ａ−６０ｅ）…一列に連結したジェットプラ
ズマ６１…高周波電源の結合の最適値６２…電磁気的エネルギー６３…ガス入力口６４…ラジカル輸送管部Ｌｒ…ラジカル輸送管部の長さＬａ…アノード部の長さＬｃ…カソード部の長さＬｊ…ジェット部の長さＡｒ…ラジカル輸送部の断面積Ａａ…アノード部の断面積Ａｃ…カソード部の断面積Ａｊ…ジェット部の断面積Ａｇ…ガス入力部の断面積ｄｒ…ラジカル輸送部の直径ｄａ…アノード部の直径ｄｃ…カソード部あ直径ｄｊ…ジェット部の直径ｄｇ…ガス入力口の直径ｔａ…アノード部の容器壁の厚さｔＣ…カソード部の容器壁の厚さ

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月１７日（２０００．３．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】放電容器及びその放電容器を
備えたプラズマラジカル生成装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】本発明は、単純ホロカソード形高周波プラ
ズマ放電にジェット部を導入する工夫をすることにより
極めて大きな効果を導き出したものである。すなわち、
本発明の放電容器は、原料ガスからプラズマラジカルを
生成するための筒状の放電容器であって、前記原料ガス
の入り口付近に配置され、前記放電容器の外側に前記放
電容器を取り囲むように配置されたカソード電極を有
し、前記原料ガスに前記カソード電極から高周波の電力
を供給することによってプラズマを生成するためのカソ
ード部と、前記カソード部の後段に配置され、前記放電
容器の外側に前記放電容器を取り囲むように配置された
アノード電極を有するアノード部と、前記カソード部と
前記アノード部との間に配置されて前記カソード部と前
記アノード部とを結合する部分であって、くびれた構造
を有し、前記くびれた構造によって前記生成されたプラ
ズマを高密度にすることによって高密度ラジカルを生成
するジェット部とを備えたことを特徴とする。ここにお
いて、高周波放電は容量的に結合された電極間で発生
し、略１ＭＨｚから１００ＭＨｚの高周波放電を対象と
しており、この高周波放電により励起されたガスのラジ
カルを効率よく生成している。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】この放電容器及びこの放電容器を備えたプ
ラズマラジカル生成装置において、好ましい実施態様は
以下の通りである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】本発明の放電容器及びこの放電容器を備え
たプラズマラジカル生成装置によれば、マイクロ波によ
る励起より安価で簡単、また、誘導結合高周波励起より
も構成が簡単、安価であり、複数放電容器を配置或いは
配列するなどの拡張性が高いという利点を有する。ま
た、ヘリコンプラズマ、電子サイクロトロン共鳴プラズ
マ励起装置よりも、磁界を用いることなく、軽量、構造
が単純であり安価でもある。更に、単純な従来のホロカ
ソードプラズマ源と比較して、本発明では、ジェット部
から高密度ラジカルが得られるという効果を有する。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】上記のように、本発明の放電容器及びこの
放電容器を備えたプラズマラジカル生成装置によれば、
簡単な構成で、高効率及び高密度のラジカルを生成でき
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波放電によってラジカルを生成する
放電容器を備えたプラズマラジカル生成装置において、前記放電容器が、原料ガスの入り口付近に位置し前記原
料ガスに高周波の電力が供給されるカソード部と、前記
カソード部の次段に位置し前記カソード部よりも小さい
断面積を有するジェット部と、前記ジェット部の次段に
位置し前記ジェット部よりも大きい断面積を有するアノ
ード部とを備えたことを特徴とするプラズマラジカル生
成装置。
【請求項２】請求項１記載のプラズマラジカル生成装
置において、前記カソード部に配置されたカソード電極
と、前記アノード部に配置されたアノード電極を挟み込
むようにして近接して配置され、放電を発生するための
電力を供給する整合回路を更に具備することを特徴とす
るプラズマラジカル生成装置。
【請求項３】請求項１記載のプラズマラジカル生成装
置において、前記原料ガスの入り口の部分の断面積が、
前記ジェット部の断面積よりも小さくし、細管を束ねた
キャピラリー構造とすることを特徴とするプラズマラジ
カル生成装置。
【請求項４】請求項１記載のプラズマラジカル生成装
置において、前記放電容器は電気的に絶縁物であって、
石英、アルミナ、パイレックスガラス、テフロン、窒化
珪素のいずれかを含むような材料からなり、前記放電容
器のジェット部は空冷又は水冷のできる構造であること
を特徴とするプラズマラジカル生成装置。
【請求項５】請求項１記載のプラズマラジカル生成装
置において、複数の前記放電容器が列状又は面的に配列
され、少なくとも２つの前記放電容器のアノード部及び
カソード部を共通のアノード及びカソードとして給電す
ることによって、少なくとも２つ以上の前記放電容器を
同一の電源で給電するようにしたことを特徴とするプラ
ズマラジカル生成装置。