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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 コモンズ

国内特許コード P04A005620
整理番号 ShIP‐Y903
掲載日 2005年1月18日
出願番号 特願平11-207851
公開番号 特開2001-035692
登録番号 特許第3069700号
出願日 平成11年7月22日(1999.7.22)
公開日 平成13年2月9日(2001.2.9)
登録日 平成12年5月26日(2000.5.26)
発明者
  • 畑中 義式
  • コルツェック・ダリウス
  • エンゲマン・ジュルゲン
出願人
  • 国立大学法人静岡大学
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 コモンズ
発明の概要 【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。
従来技術、競合技術の概要


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。
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17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。
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 institute 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. 2897-2900, 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 Solid 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。
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 and 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。

産業上の利用分野


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。

特許請求の範囲 【請求項1】
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放電容器

【請求項2】
請求項1記載の放電容器において、前記アノード部の前記原料ガスの入り口の部分のガスが流れる方向と垂直な断面積を、前記ジェット部のくびれ部のガスが流れる方向と垂直な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放電容器

【請求項3】
請求項1記載の放電容器において、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放電容器

【請求項4】
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筒状の放電容器と
前記カソード電極と、前記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とを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5】
列状又は面的に配列された複数の請求項1記載の放電容器と
少なくとも2つの前記放電容器のアノード電極及びカソード電極に共通給電する手段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。
国際特許分類(IPC)
Fターム
  • 2G084AA02
  • 2G084AA03
  • 2G084AA05
  • 2G084AA07
  • 2G084AA13
  • 2G084BB02
  • 2G084BB03
  • 2G084BB04
  • 2G084BB07
  • 2G084BB11
  • 2G084BB12
  • 2G084BB35
  • 2G084BB36
  • 2G084BB37
  • 2G084CC04
  • 2G084CC05
  • 2G084CC12
  • 2G084CC18
  • 2G084CC33
  • 2G084DD01
  • 2G084DD17
  • 2G084DD22
  • 2G084DD23
  • 2G084DD57
  • 2G084DD65
  • 2G084DD66
  • 2G084FF01
  • 2G084FF02
  • 2G084FF11
  • 2G084FF33
  • 2G084FF38
  • 2G084FF39
画像

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出願権利状態 登録
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