JP4419546B2 - Plasma processing apparatus and thin film forming method - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特に、中空容器内面にプラズマ助成式化学蒸着法によって薄膜を成膜する薄膜成膜装置および薄膜成膜方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method, and more particularly to a thin film forming apparatus and a thin film forming method for forming a thin film on the inner surface of a hollow container by a plasma-assisted chemical vapor deposition method.
従来より、プラスチック等からなる容器にガスバリア性、水蒸気バリア性、表面の濡れ性等を付与するために、容器の内面に薄膜を成膜することが行われている。このような成膜方法としては、プロセスガスをプラズマ化して化学反応させることにより容器の内面に薄膜を成膜させるプラズマ助成式化学蒸着法(PECVD法)が知られている。 Conventionally, in order to impart gas barrier properties, water vapor barrier properties, surface wettability, etc. to a container made of plastic or the like, a thin film is formed on the inner surface of the container. As such a film forming method, a plasma assisted chemical vapor deposition method (PECVD method) is known in which a process gas is converted into plasma and chemically reacted to form a thin film on the inner surface of the container.
PECVD法による薄膜成膜装置としては、図13に示すような、マイクロ波を封じ込める金属製容器11と、金属製容器11内に設けられ、内部に中空容器12を収納する石英ガラス製の真空チャンバ13と、中空容器12内に原料ガスを導入する原料ガス導入管14と、マイクロ波発振器15と、マイクロ波発振器15からのマイクロ波を金属製容器11の側面から金属製容器11内に供給する方形導波管16と、金属製容器11内のマイクロ波を遮断し、真空チャンバ13を気密に封鎖する蓋体17と、中空容器12を真空チャンバ13内に支持、固定する支持具18と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、真空チャンバ13内の気体を排気する排気口19とを具備する薄膜成膜装置10が知られている(特許文献1参照)。
As a thin film deposition apparatus using the PECVD method, as shown in FIG. 13, a
この薄膜成膜装置10を用いた、中空容器12内面への薄膜の成膜は、以下のようにして行われる。
まず、真空チャンバ13内にプラスチックボトル等の中空容器12を配置し、蓋体17を閉じ、真空ポンプを作動させて、真空チャンバ13内の気体を排気し、真空チャンバ13内を一定減圧状態に保つ。
The thin film is formed on the inner surface of the
First, the
この状態で、原料ガス導入管14から中空容器12内に原料ガスを導入し、マイクロ波発振器15からのマイクロ波を方形導波管16を通して金属製容器11内に供給することにより、中空容器12内の原料ガスがマイクロ波によってプラズマ化し、中空容器12内にプラズマが発生する。そして、プラズマ化した原料ガスが中空容器12内面と化学反応し、中空容器12内面に薄膜が成膜される。
In this state, the raw material gas is introduced into the
また、他の薄膜成膜装置としては、図14に示すように、方形導波管16の代わりに、マイクロ波発振器15からのマイクロ波を金属製容器11の上面から金属製容器11内に供給する円形導波管21を具備する薄膜成膜装置20が知られている(特許文献2参照)。
As another thin film forming apparatus, as shown in FIG. 14, microwaves from a
さらに、他の薄膜成膜装置としては、図15に示すように、方形導波管16の代わりに、マイクロ波発振器15からのマイクロ波を伝搬する方形導波管31と、方形導波管31の途中に設けられたインピーダンス整合器32と、方形導波管31の終端に設けられた同軸導波管変換器33と、同軸導波管変換器33から真空チャンバ13内に向かって延びる同軸線路34とを具備する薄膜成膜装置30が考えられる(特許文献3参照)。
Furthermore, as another thin film deposition apparatus, as shown in FIG. 15, instead of the
この薄膜成膜装置30における同軸導波管変換器33は、伝搬するマイクロ波のモードを、導波管モードから同軸線路の伝送モードに変換するものである。また、同軸線路34は、外部導体35およびこの内部に同軸的に配置された内部導体36とから構成され、外部導体35の外周(アース)は金属製容器11および同軸導波管変換器33に接続し、内部導体36は原料ガス導入管14を兼ねており、その先端37は金属製容器11の底面からマイクロ波の波長λの4分の1(λ/4)の長さだけ突き出して、中空容器12内に位置している。
The coaxial waveguide converter 33 in the thin film deposition apparatus 30 converts the propagating microwave mode from the waveguide mode to the transmission mode of the coaxial line. The
この構造は、いわゆるλ/4ホイップアンテナ構造であり、内部導体36(原料ガス導入管14)の先端37において最もマイクロ波の電界が強くなる。したがって、原料ガスの吹き出し口と、マイクロ波の電界最強点が同じとなるので、内部導体36(原料ガス導入管14)の先端37を中心にしてプラズマが発生する。
This structure is a so-called λ / 4 whip antenna structure, and the microwave electric field is strongest at the
以上のような、薄膜成膜装置においては、以下のような問題点があった。
薄膜成膜装置10(20)においては、中空容器12内面に均一な薄膜を成膜するために、金属製容器11内におけるマイクロ波の電磁界分布が極めて重要となる。この電磁界分布は、マイクロ波の周波数に応じた金属製容器11のサイズ(内径および高さ)によっておおよそ決まるものの、さらに、金属製容器11内に設けられた石英ガラス製の真空チャンバ13の高周波特性(誘電率および誘電正接)や、発生するプラズマのインピーダンスなどによって変化する。また、電磁界分布は、原料ガス導入管14などの金属部材、支持具18などのプラスチック部材などにも影響される。
したがって、中空容器12内面に均一な薄膜を成膜できる電磁界分布が得られるように、真空チャンバ13の形状、サイズ、プラズマのインピーダンス、原料ガス導入管14および支持具18のサイズなどに応じて、金属製容器11の形状、サイズは設計される。
The thin film deposition apparatus as described above has the following problems.
In the thin film forming apparatus 10 (20), in order to form a uniform thin film on the inner surface of the
Therefore, according to the shape and size of the
しかしながら、成膜対象物である中空容器12の形状、サイズを変更したとき、真空チャンバ13の形状、サイズ、プラズマのインピーダンス、原料ガス導入管14および支持具18のサイズ等もまた当然のごとく変更されるものであり、そのためマイクロ波の電磁界分布も大きく変わってしまう。
このように、特定の中空容器12に合わせて、均一な薄膜を成膜できる電磁界分布が得られるように、金属製容器11の形状、サイズを設計してしまうと、他の形状、サイズの中空容器では均一な成膜を行うことができず、他の形状、サイズの中空容器に対応できないという問題があった。
However, when the shape and size of the
As described above, when the shape and size of the
また、薄膜成膜装置30においては、ホイップアンテナ部となる、内部導体36(原料ガス導入管14)の金属製容器11の底面からの突き出し部の長さ(λ/4)は、PECVD法に使用される通常の周波数2.45GHzにおいては、約3cm程度である。
したがって、中空容器12が、図示例のように縦長のものの場合、プラズマは中空容器12の口栓部に集中し、中空容器12の底部ではプラズマ密度が薄くなってしまい、均一な成膜を行うことができず、中空容器12内面の薄膜の膜厚にバラツキが生じてしまうという問題がある。
In the thin film deposition apparatus 30, the length (λ / 4) of the protruding portion from the bottom surface of the
Therefore, when the
内部導体36(原料ガス導入管14)の金属製容器11の底面からの突き出し部の長さを、n(λ/2)+(λ/4)とした場合でも、ホイップアンテナとして機能することが可能である(式中、nは0,1,2,3・・・である)。
しかしながら、突き出し部の長さをn(λ/2)+(λ/4)として、長さを稼いだところで、該突き出し部(ホイップアンテナ部)付近のマイクロ波の電磁界分布に山、谷が生じてしまい、均一な成膜を行うことはできない。
Even when the length of the protruding portion of the inner conductor 36 (source gas introduction pipe 14) from the bottom surface of the
However, assuming that the length of the protruding portion is n (λ / 2) + (λ / 4) and the length is increased, there are peaks and valleys in the electromagnetic field distribution of the microwave near the protruding portion (whipped antenna portion). As a result, uniform film formation cannot be performed.
また、薄膜成膜装置30においても、薄膜成膜装置10(20)と同様に、特定の中空容器12に合わせて、均一な薄膜を成膜できる電磁界分布が得られるように、金属製容器11の形状、サイズを設計してしまうと、他の形状、サイズの中空容器では均一な成膜を行うことができず、他の形状、サイズの中空容器に対応できないという問題があった。
よって、本発明の目的は、中空容器付近のマイクロ波の電磁界分布を制御することができ、中空容器内面への均一なプラズマによる処理が可能であり、しかも、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に対応可能であるプラズマ処理装置、および中空容器付近のマイクロ波の電磁界分布を制御することができ、多様な形状、サイズの中空容器内面への均一なプラズマによる処理が可能であるプラズマ処理方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to control the electromagnetic field distribution of the microwave near the hollow container, and to treat the inner surface of the hollow container with uniform plasma, and with the same apparatus, various shapes Plasma processing equipment that can handle hollow containers of size, and the electromagnetic field distribution of microwaves in the vicinity of the hollow container can be controlled, and processing with uniform plasma on the inner surface of hollow containers of various shapes and sizes is possible An object of the present invention is to provide a plasma processing method.
本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を封じ込める金属製容器と、該金属製容器内に設けられ、内部に中空容器を収納する真空チャンバと、中空容器内に原料ガスを導入する原料ガス導入管と、マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管とを具備し、前記金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体が少なくとも1つ配置され、前記導体が、直線状であり、導体の長手方向が、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であり、前記導体の長さが、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±40%の範囲内であることを特徴とするものである。 The plasma processing apparatus of the present invention includes a metal container for containing microwaves, a vacuum chamber provided in the metal container and containing a hollow container therein, and a source gas introduction pipe for introducing a source gas into the hollow container A microwave oscillator and a waveguide for supplying the microwave from the microwave oscillator into the metal container, and the microwave in the metal container is interposed between the metal container and the hollow container. At least one conductor that generates a high-frequency current and re-radiates microwaves using the high-frequency current , the conductor is linear, and the longitudinal direction of the conductor is the electric field of the microwave in the metal container. it is the same direction as the length of the conductor, and is characterized in range der Rukoto of the range of ± 40% of the half wavelength of the microwave λ (λ / 2).
ここで、直線状の導体は、前記導波管が前記マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属製容器の側面から金属容器内に供給するものの場合に、より有効である。
また、直線状の導体は、前記原料ガス導入管が前記マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管を兼ねている場合に、より有効である。
Here, straight line-shaped conductor, and when a said waveguide to provide microwave from the side of the metal container into the metal container from the microwave oscillator, which is more effective.
Further, the linear conductor is more effective when the source gas introduction tube also serves as a waveguide for supplying the microwave from the microwave oscillator into the metal container.
また、本発明のプラズマ処理装置は、マイクロ波を封じ込める金属製容器と、該金属製容器内に設けられ、内部に中空容器を収納する真空チャンバと、中空容器内に原料ガスを導入する原料ガス導入管と、マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管とを具備し、前記金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体が少なくとも1つ配置され、前記導体が環状であり、導体の円周方向は、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であり、環状の導体の円周の長さは、マイクロ波の波長λの±40%の範囲内であることを特徴とするものである。
また、環状の導体は、前記導波管が前記マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属製容器の上面または下面から金属容器内に供給するものの場合により有効である。
In addition, the plasma processing apparatus of the present invention includes a metal container that contains microwaves, a vacuum chamber that is provided in the metal container and that houses a hollow container, and a raw material gas that introduces a raw material gas into the hollow container An introduction tube, a microwave oscillator, and a waveguide for supplying a microwave from the microwave oscillator into the metal container, and the metal container and the hollow container are disposed between the metal container and the hollow container. A high-frequency current is generated by the microwave, and at least one conductor for re-radiating the microwave by the high-frequency current is disposed, the conductor is annular , and the circumferential direction of the conductor is the microwave in the metal container. Ri field in the same direction der, the length of the circumference of the annular conductor is characterized in that in the range of the range of ± 40% of the wavelength λ of the microwave.
The annular conductor is more effective when the waveguide supplies the microwave from the microwave oscillator into the metal container from the upper surface or the lower surface of the metal container.
また、前記導体は、前記真空チャンバ上に、直接または他の部材を介して配置されていることが望ましい。
また、前記導体は、該導体が表面に形成されたシートが前記真空チャンバに巻き付けられて配置されていることが望ましい。
また、前記金属製容器は、円筒型空洞共振器構造を有するものであることが望ましい。
また、本発明のプラズマ処理装置は、前記金属製容器内に、真空チャンバが2個以上設けられているものであってもよい。
また、本発明のプラズマ処理装置は、中空容器の内面に薄膜を成膜させる薄膜成膜装置に好適である。
Moreover, it is desirable that the conductor is disposed on the vacuum chamber directly or via another member.
The conductor is preferably disposed by winding a sheet having the conductor formed on a surface thereof around the vacuum chamber.
The metal container preferably has a cylindrical cavity resonator structure.
The plasma processing apparatus of the present invention may be one in which two or more vacuum chambers are provided in the metal container.
The plasma processing apparatus of the present invention is suitable for a thin film deposition apparatus for depositing a thin film on the inner surface of a hollow container.
また、本発明の薄膜成膜方法は、マイクロ波を封じ込める金属製容器と、該金属製容器内に設けられ、内部に中空容器を収納する真空チャンバと、中空容器内に原料ガスを導入する原料ガス導入管と、マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管とを具備する薄膜成膜装置を用いて、中空容器の内面に薄膜を成膜する薄膜成膜方法において、成膜後の中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、該測定した膜厚をフィードバックして、金属製容器と中空容器との間で、かつ所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体を配置することを特徴とする。 In addition, the thin film deposition method of the present invention includes a metal container that can contain microwaves, a vacuum chamber that is provided in the metal container and accommodates a hollow container therein, and a raw material that introduces a raw material gas into the hollow container A thin film is formed on the inner surface of the hollow container using a thin film deposition apparatus comprising a gas introduction tube, a microwave oscillator, and a waveguide for supplying the microwave from the microwave oscillator into the metal container. In the thin film deposition method, the film thickness of the thin film on the surface of the hollow container after film formation is measured, the measured film thickness is fed back, and a desired film thickness is obtained between the metal container and the hollow container. In the vicinity of the portion that is not formed, a high-frequency current is generated by the microwave in the metal container, and a conductor that re-radiates the microwave by the high-frequency current is disposed.
本発明のプラズマ処理装置にあっては、金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体が少なくとも1つ配置されているので、中空容器付近のマイクロ波の電磁界分布を制御することができ、中空容器内面への均一なプラズマによる処理が可能であり、しかも、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に対応可能である。 In the plasma processing apparatus of the present invention, a high-frequency current is generated between the metal container and the hollow container by the microwave in the metal container, and a conductor that re-radiates the microwave by the high-frequency current is at least Since one is arranged, the electromagnetic field distribution of the microwave near the hollow container can be controlled, the inner surface of the hollow container can be processed with uniform plasma, and various shapes can be obtained with the same apparatus. It is possible to correspond to a hollow container of a size.
また、前記導体が直線状であり、導体の長手方向が、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であれば、マイクロ波の再放射の機能を十分に引き出すことができる。
また、直線状の導体の長さが、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±40%の範囲内であれば、共振現象を十分に発揮させることができ、マイクロ波の再放射の機能をさらに引き出すことができる。
このような直線状の導体は、導波管がマイクロ波発振器からのマイクロ波を金属製容器の側面から金属容器内に供給するものの場合に、より有効である。
また、直線状の導体は、原料ガス導入管がマイクロ波発振器からのマイクロ波を金属容器内に供給する導波管を兼ねている場合に、より有効である。
In addition, if the conductor is straight and the longitudinal direction of the conductor is the same as the direction of the electric field of the microwave in the metal container, the function of microwave re-radiation can be sufficiently extracted.
In addition, if the length of the linear conductor is within a range of ± 40% of the half of the microwave wavelength λ (λ / 2), the resonance phenomenon can be sufficiently exerted, and the microwave is re-radiated. The function of can be further extracted.
Such a linear conductor is more effective when the waveguide supplies the microwave from the microwave oscillator into the metal container from the side surface of the metal container.
Further, the linear conductor is more effective when the source gas introduction tube also serves as a waveguide for supplying the microwave from the microwave oscillator into the metal container.
また、前記導体が環状であり、導体の円周方向が、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であれば、マイクロ波の再放射の機能を十分に引き出すことができる。
また、環状の導体の円周の長さが、マイクロ波の波長λの±40%の範囲内であれば、共振現象を十分に発揮させることができ、マイクロ波の再放射の機能をさらに引き出すことができる。
このような環状の導体は、導波管がマイクロ波発振器からのマイクロ波を金属製容器の上面または下面から金属容器内に供給するものの場合に、より有効である。
Further, if the conductor is annular and the circumferential direction of the conductor is the same as the direction of the electric field of the microwave in the metal container, the function of microwave re-radiation can be sufficiently extracted.
Further, if the circumference of the annular conductor is within a range of ± 40% of the microwave wavelength λ, the resonance phenomenon can be sufficiently exerted, and the microwave re-radiation function is further extracted. be able to.
Such an annular conductor is more effective when the waveguide supplies microwaves from the microwave oscillator into the metal container from the upper surface or the lower surface of the metal container.
また、前記導体が、前記真空チャンバ上に、直接または他の部材を介して配置されていれば、導体の配置のために他の部材を金属製容器内に設ける必要がなく、金属製容器内の電磁界分布が安定する。
また、前記導体が、該導体が表面に形成されたシートが前記真空チャンバに巻き付けられて配置されていれば、中空容器の形状、サイズに応じて、導体が表面に形成されたシートを交換するだけで、多様な形状、サイズの中空容器に容易に対応可能である。
また、前記金属製容器が、円筒型空洞共振器構造を有するものであれば、金属製容器内の電磁界分布が比較的軸対称分布となりやすい。
また、前記金属製容器内に、真空チャンバが2個以上設けられていれば、1つの装置で同時に複数の中空容器にプラズマ処理を施すことができる。
また、本発明のプラズマ処理装置は、中空容器の内面に薄膜を成膜させる薄膜成膜装置に好適である。
Further, if the conductor is arranged directly or via another member on the vacuum chamber, it is not necessary to provide another member in the metal container for the arrangement of the conductor. The electromagnetic field distribution is stable.
In addition, if the sheet with the conductor formed on the surface thereof is wound around the vacuum chamber, the sheet with the conductor formed on the surface is replaced according to the shape and size of the hollow container. It can be easily applied to hollow containers of various shapes and sizes.
Moreover, if the metal container has a cylindrical cavity resonator structure, the electromagnetic field distribution in the metal container tends to be relatively axisymmetric.
In addition, if two or more vacuum chambers are provided in the metal container, a plurality of hollow containers can be subjected to plasma treatment simultaneously with one apparatus.
The plasma processing apparatus of the present invention is suitable for a thin film deposition apparatus for depositing a thin film on the inner surface of a hollow container.
また、本発明のプラズマ処理方法にあっては、金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体を配置して、中空容器周辺の電磁界分布を制御する方法であるので、多様な形状、サイズの中空容器内面への均一なプラズマによる処理が可能である。 Further, in the plasma processing method of the present invention, a conductor that generates a high-frequency current by a microwave in the metal container between the metal container and the hollow container and re-radiates the microwave by the high-frequency current. Therefore, the inner surface of the hollow container having various shapes and sizes can be treated with uniform plasma.
また、本発明の薄膜成膜方法にあっては、成膜後の中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、該測定した膜厚をフィードバックして、金属製容器と中空容器との間で、かつ所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体を配置する方法であるので、中空容器に成膜された薄膜の膜厚に応じて、中空容器付近のマイクロ波の電磁界分布を制御することができ、多様な形状、サイズの中空容器内面への均一な薄膜の成膜が可能である。 Further, in the thin film deposition method of the present invention, the film thickness of the thin film on the surface of the hollow container after film formation is measured, and the measured film thickness is fed back between the metal container and the hollow container. Since a high-frequency current is generated by a microwave in a metal container near a portion where a desired film thickness has not been formed, a conductor for re-radiating the microwave by this high-frequency current is disposed. The electromagnetic field distribution of microwaves in the vicinity of the hollow container can be controlled according to the film thickness of the thin film deposited on the container, and a uniform thin film can be formed on the inner surface of hollow containers of various shapes and sizes It is.
以下、本発明のプラズマ処理装置を、薄膜成膜装置を例に詳細に説明する。
(形態例1)
図1は、本発明の薄膜成膜装置の一形態例を示す側断面図であり、この薄膜成膜装置40は、上面に中空容器42の出し入れのための開口部が形成された金属製容器41と、金属製容器41内に設けられ、上面に中空容器42の出し入れのための開口部が形成された円筒形の真空チャンバ43と、金属製容器41および真空チャンバ43の底面を突き抜けて設けられ、真空チャンバ43内に収納された中空容器42内に原料ガスを導入する原料ガス導入管44と、マイクロ波発振器45と、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を金属製容器41の側面から金属製容器41内に供給する方形導波管46と、金属製容器41および真空チャンバ43の開口部を開閉自在に封止する蓋体47と、中空容器42を真空チャンバ43内に支持、固定する支持具48と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、真空チャンバ43内の気体を排気する排気口49と、真空チャンバ43の外面に配置された複数の導体50,50・・・とを具備して概略構成されるものである。
Hereinafter, the plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail using a thin film deposition apparatus as an example.
(Example 1)
FIG. 1 is a side sectional view showing an embodiment of the thin film deposition apparatus of the present invention. This thin
金属製容器41は、内部にマイクロ波を封じ込めるために金属製とされ、図2に示すような円筒型空洞共振器構造を有するものである。ここで、円筒型空洞共振器構造とは、基本的には円形導波管を管軸方向に切断して両端面を金属板で塞いで得られる共振器構造であり、このような構造とすることにより、形状を最適化することで、ある特定の共振モードで電磁界は空洞内に閉じ込められ振動する。
The
真空チャンバ43は、マイクロ波の損失が少なく、プラズマの熱に対する耐熱性があり、内部の真空状態に耐えうる強度を有する非金属製のものであればよい。このような真空チャンバ43としては、石英ガラス製のものが好適である。
方形導波管46は、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を伝搬するものであり、その途中には、金属製容器41からの反射波を抑え、金属製容器41へ効率よくマイクロ波を供給するためのインピーダンス整合器(図示略)が設けられている。
蓋体47は、金属製であり、金属製容器41内のマイクロ波を遮断し、真空チャンバ43を気密に封鎖するものである。
The
The
The
導体50は、真空チャンバ43の外周に沿って等間隔に複数配置されており、真空チャンバ43の外周に沿って配置された1列の集合体が、垂直方向に間隔をあけて複数列設けられている。
導体50は、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行うもの、すなわちマイクロ波に共振して再放射を行う、いわゆる共振素子である。
A plurality of
The
導体50は、直線状であり、その長手方向は垂直方向とされている。これは、方形導波管46から供給されるマイクロ波の伝送モードがTEモードであり、マイクロ波の電界方向が垂直方向であるので、電界方向と一致させることによって導体50の共振素子としての機能を十分に引き出すためである。
The
また、導体50の長さは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±40%の範囲内とすることが好ましい。この範囲にあれば、導体50の共振現象を十分に発揮させることができ、マイクロ波の再放射の機能をさらに引き出すことができる。導体50の長さは、より好ましくは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±10%の範囲内であり、最も好ましくは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の長さである。また、導体50を真空チャンバ43に密着させて配置する場合、真空チャンバ43の誘電率を考慮して導体50の長さを調整することが好ましい。
The length of the
また、隣り合う導体50の間隔は、特に限定はされないが、λ/4以下となると、導体50同士が干渉して、共振周波数のズレが発生するため、これよりも広く間隔をあけることが好ましい。
導体50の真空チャンバ43への固定は、接着剤を介して導体50を真空チャンバ43に接着させることによって行ってもよく、粘着テープを被せることによって導体50を真空チャンバ43に直接貼り付けることによって行ってもよい。
Further, the interval between the
The
次に、この薄膜成膜装置40を用いた、中空容器42内面への薄膜の成膜方法について説明する。
まず、真空チャンバ43内にプラスチックボトルの中空容器42を口栓部を下向きにして配置し、蓋体47を閉じ、真空ポンプを作動させて、真空チャンバ43内の気体を排気し、真空チャンバ43内を一定減圧状態に保つ。
この状態で、原料ガス導入管44から中空容器42内に原料ガスを導入し、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を方形導波管46を通して金属製容器41内に供給することにより、中空容器42内の原料ガスがマイクロ波によってプラズマ化し、中空容器42内にプラズマが発生する。そして、プラズマ化した原料ガスが中空容器42内面と化学反応し、中空容器42内面に薄膜が成膜される。
Next, a method for forming a thin film on the inner surface of the
First, a plastic bottle
In this state, the raw material gas is introduced into the
原料ガスは、中空容器42内面に成膜させたい薄膜の種類に応じて適宜選択すればよく、特に限定はされない。酸化ケイ素薄膜を成膜する場合には、原料ガスとしては、例えば、有機ケイ素化合物ガスと酸化力を有するガスとの混合ガスが用いられる。
有機ケイ素化合物としては、例えば、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、ビニルトリメチルシラン、メチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン、メチルシラン、ジメチルシラン、トリメチルシラン、ジエチルシラン、プロピルシラン、フェニルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられる。
酸化力を有するガスとしては、例えば、酸素、一酸化炭素、二酸化炭素、オゾン等が挙げられる。
The source gas may be appropriately selected according to the type of thin film desired to be deposited on the inner surface of the
Examples of the organosilicon compound include 1,1,3,3-tetramethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane, vinyltrimethylsilane, methyltrimethoxysilane, hexamethyldisilane, methylsilane, dimethylsilane, trimethylsilane, diethylsilane, Examples include propylsilane, phenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, and octamethylcyclotetrasiloxane.
Examples of the gas having oxidizing power include oxygen, carbon monoxide, carbon dioxide, ozone, and the like.
マイクロ波の周波数は、通常、2.45GHzであるが、原料ガスをプラズマ化できる周波数であれば、別の周波数でも問題ない。
また、マイクロ波の出力(マイクロ波電力)、その印加時間、ガスの供給量等の成膜条件も、成膜される薄膜の膜厚等に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
The frequency of the microwave is usually 2.45 GHz, but any other frequency can be used as long as the source gas can be converted into plasma.
Further, film formation conditions such as microwave output (microwave power), application time, gas supply amount, and the like may be appropriately set according to the film thickness of the thin film to be formed, and are not particularly limited.
以上説明した薄膜成膜装置40にあっては、真空チャンバ43表面に、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体50を配置しているので、中空容器42周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器42内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。これにより、中空容器42内面への均一なプラズマによる処理(成膜)が可能となる。また、中空容器42の形状、サイズを変更した場合でも、それに応じて導体50の位置を変更できるので、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に対して、均一なプラズマによる処理(成膜)が可能となる。よって、多様な形状、サイズの中空容器に対応できる汎用的な薄膜成膜装置となる。
In the thin
すなわち、中空容器42内部のプラズマ密度の分布は、中空容器42周辺のマイクロ波の電磁界分布に密接な関係があり、均一な成膜を行うためには、中空容器42周辺のマイクロ波の電磁界分布は極力均一であることが望ましい。中空容器42周辺のマイクロ波の電磁界分布を均一にするためには、通常、使用するマイクロ波の周波数において、最適な電磁界分布が得られるように、マイクロ波を封じ込める金属製容器41のサイズ(底面形状、高さ)等が設計される。しかしながら、実際の薄膜成膜装置40においては、マイクロ波の電磁界分布は、真空チャンバ43の形状、サイズ、プラズマのインピーダンス、原料ガス導入管44および支持具48のサイズなどの影響を受け、電磁界分布に乱れが生じる。
That is, the distribution of the plasma density inside the
そこで、薄膜成膜装置40においては、真空チャンバ43表面に導体50を配置して電磁界分布の乱れを補正している。具体的には、薄膜成膜装置40においては、中空容器42全体を均一に囲むように複数の導体50を配置し、中空容器42周辺に電界を集中させることによって、真空チャンバ43、原料ガス導入管44、支持具48、プラズマ等による電磁界分布の乱れの影響を受けたとしても、電界を集中しなかった場合に比べその影響を相対的に小さくしている。
Therefore, in the thin
なお、導体50の配置は、図示例のような等間隔の配置に限定はされず、あらかじめプラズマ密度が低い箇所が判明していれば、その部分のプラズマ密度を高めるために、その近傍の電界を補うような位置とすることもできる。
例えば、導体50を配置せずに成膜した中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、該測定した膜厚をフィードバックして、所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、導体50を配置することもできる。
The arrangement of the
For example, the thickness of the thin film on the surface of the hollow container formed without the
また、導体50の形状は、図示例の帯状に限定はされず、長方形、丸棒状などであっても構わない。また、2枚の板状の三角形や扇形の頂点を接続した形状も、直線状の導体を少しずつ傾斜させたものの集合体として捉えることができるので、本発明においては直線状の導体として取り扱うものとする。また、3本の直線状の導体のそれぞれの一方の端部を一点で接続し、各導体が接続点を中心におおよそ120゜の角度で開いた形状(図12参照)であっても構わない。この場合、各直線部分の長さは約λ/4とされる。このような形状とすることによって、垂直方向以外の電界方向のマイクロ波と共振することができ、金属製容器41内のマイクロ波の電界方向の影響を受けにくくなる。マイクロ波の電界方向の影響を受けにくい導体の形状としては、この他に、十字形状、3本の直線状の導体を連結した三角形状、4本の直線状の導体を連結した四角形状、環状などが挙げられる。
Further, the shape of the
また、薄膜成膜装置40における金属製容器41は、図2に示すような円筒形のものに限定はされず、例えば、図3に示すような直方体の金属製容器51であっても構わない。ただし、基本的な電磁界分布を軸対称構造とする点において、図2に示すような円筒型空洞共振器構造が好ましい。
また、方形導波管46の金属製容器41への接続位置は、基本的には図示例のような金属製容器41の高さ方向の中心部が好ましいが、装置の構成上、この位置への接続が困難な場合は、この限りではない。
Further, the
Further, the connection position of the
(形態例2)
図4は、本発明の薄膜成膜装置の他の形態例を示す側断面図であり、この薄膜成膜装置60は、マイクロ波を閉じ込める円筒形の金属製容器41と、金属製容器41内に設けられ、内部に中空容器42を収納する円筒形の真空チャンバ43と、金属製容器41および真空チャンバ43の底面を突き抜けて設けられ、中空容器42内に原料ガスを導入する原料ガス導入管44と、マイクロ波発振器45と、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を金属製容器41の上面から金属製容器41内に供給する円形導波管61と、中空容器42を真空チャンバ43内に支持、固定する支持具48と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、真空チャンバ43内の気体を排気する排気口49と、真空チャンバ43の外面に配置された複数の導体62,62・・・とを具備して概略構成されるものである。
(Example 2)
FIG. 4 is a side sectional view showing another embodiment of the thin film deposition apparatus according to the present invention. The thin
金属製容器41は、形態例1と同様に、図5に示すような円筒型空洞共振器構造を有するものである。
真空チャンバ43は、形態例1と同じものを用いることができ、真空チャンバ43としては、石英ガラス製のものが好適である。
円形導波管61は、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を伝搬するものであり、その途中には、金属製容器41からの反射波を抑える整合器(図示略)、およびマイクロ波を効率よく放射させるためのアンテナ部(図示略)が設けられている。円形導波管61の代わりに同軸構造伝送路を設けてもよい。
Similar to the first embodiment, the
The
The
導体62は、真空チャンバ43の外周に沿った環状(リング状)のものであり、垂直方向に間隔をあけて複数設けられている。
導体62は、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行うもの、すなわちマイクロ波に共振して再放射を行う、いわゆる共振素子である。
The
The
導体62は、環状であり、その円周方向は、導体62の共振素子としての機能を十分に引き出すために、円形導波管61から供給される、伝送モードがTMモードのマイクロ波の電界方向と同一としている。
The
また、導体62の長さは、マイクロ波の波長λの±40%の範囲内とすることが好ましい。この範囲にあれば、導体62の共振現象を十分に発揮させることができ、マイクロ波の再放射の機能をさらに引き出すことができる。導体62の長さは、より好ましくは、マイクロ波の波長λの±10%の範囲内であり、最も好ましくは、マイクロ波の波長λである。また、導体62を真空チャンバ43に密着させて配置する場合、真空チャンバ43の誘電率を考慮して導体62の長さを調整することが好ましい。
The length of the
また、隣り合う導体62の間隔は、特に限定はされないが、λ/4以下となると、導体62同士が干渉して、共振周波数のズレが発生するため、これよりも広く間隔をあけることが好ましい。
導体62の真空チャンバ43への固定は、接着剤を介して導体62を真空チャンバ43に接着させることによって行ってもよく、粘着テープを被せることによって導体62を真空チャンバ43に直接貼り付けることによって行ってもよい。
Further, the interval between the
The
次に、この薄膜成膜装置60を用いた、中空容器42内面への薄膜の成膜方法について説明する。
まず、真空チャンバ43内にプラスチックボトルの中空容器42を口栓部を下向きにして配置し、真空ポンプを作動させて、真空チャンバ43内の気体を排気し、真空チャンバ43内を一定減圧状態に保つ。
この状態で、原料ガス導入管44から中空容器42内に原料ガスを導入し、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を円形導波管61を通して金属製容器41内に供給することにより、中空容器42内の原料ガスがマイクロ波によってプラズマ化し、中空容器42内にプラズマが発生する。そして、プラズマ化した原料ガスが中空容器42内面と化学反応し、中空容器42内面に薄膜が成膜される。
Next, a method for forming a thin film on the inner surface of the
First, a plastic bottle
In this state, the raw material gas is introduced into the
マイクロ波の周波数は、通常、2.45GHzであるが、原料ガスをプラズマ化できる周波数であれば、別の周波数でも問題ない。
また、マイクロ波の出力(マイクロ波電力)、その印加時間、ガスの供給量等の成膜条件も、成膜される薄膜の膜厚等に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
The frequency of the microwave is usually 2.45 GHz, but any other frequency can be used as long as the source gas can be converted into plasma.
Further, film formation conditions such as microwave output (microwave power), application time, gas supply amount, and the like may be appropriately set according to the film thickness of the thin film to be formed, and are not particularly limited.
以上説明した薄膜成膜装置60にあっては、形態例1と同様に、真空チャンバ43表面に、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体62を配置しているので、中空容器42周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器42内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。これにより、中空容器42内面への均一なプラズマによる処理(成膜)が可能となる。また、中空容器42の形状、サイズを変更した場合でも、それに応じて導体62の位置を変更できるので、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に対して、均一なプラズマによる処理(成膜)が可能となる。よって、多様な形状、サイズの中空容器に対応できる汎用的な薄膜成膜装置となる。
In the thin
なお、導体62の配置は、図示例のような等間隔の配置に限定はされず、あらかじめプラズマ密度が低い箇所が判明していれば、その部分のプラズマ密度を高めるために、その近傍の電界を補うような位置とすることもできる。
例えば、導体62を配置せずに成膜した中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、該測定した膜厚をフィードバックして、所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、導体62を配置することもできる。
The arrangement of the
For example, the film thickness of the thin film on the surface of the hollow container formed without the
また、導体62の形状は、図示例の帯状に限定はされず、丸棒状の導体を環状にしたものなどであっても構わない。
また、薄膜成膜装置60における金属製容器41は、図5に示すような円筒形のものに限定はされず、例えば、直方体の金属製容器であっても構わない。ただし、基本的な電磁界分布を軸対称構造とする点において、図5に示すような円筒型空洞共振器構造が好ましい。
また、円形導波管61の金属製容器41への接続位置は、図示例の金属製容器41の上面に限定はされず、金属製容器41の下面としても構わない。
Moreover, the shape of the
Further, the
The connection position of the
(形態例3)
図6は、本発明の薄膜成膜装置の一形態例を示す側断面図であり、この薄膜成膜装置70は、上面に中空容器42の出し入れのための開口部が形成された金属製容器41と、金属製容器41内に設けられ、上面に中空容器42の出し入れのための開口部が形成された円筒形の真空チャンバ43と、金属製容器41および真空チャンバ43の底面を突き抜けて設けられ、真空チャンバ43内に収納された中空容器42内に原料ガスを導入する原料ガス導入管44と、マイクロ波発振器45と、マイクロ波発振器45からのマイクロ波を伝搬する方形導波管71と、方形導波管71の途中に設けられたインピーダンス整合器72と、方形導波管71の終端に設けられた同軸導波管変換器73と、同軸導波管変換器73から真空チャンバ43内に向かって延びる同軸線路74と、金属製容器41および真空チャンバ43の開口部を開閉自在に封止する蓋体47と、中空容器42を真空チャンバ43内に支持、固定する支持具48と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、真空チャンバ43内の気体を排気する排気口49と、真空チャンバ43の外面に配置された複数の導体50,50・・・とを具備して概略構成されるものである。
(Example 3)
FIG. 6 is a side sectional view showing an embodiment of the thin film deposition apparatus of the present invention. This thin
金属製容器41は、形態例1と同様に、図7に示すような円筒型空洞共振器構造を有するものである。
真空チャンバ43は、形態例1と同じものを用いることができ、真空チャンバ43としては、石英ガラス製のものが好適である。
蓋体47は、形態例1と同様に、金属製であり、金属製容器41内のマイクロ波を遮断し、真空チャンバ43を気密に封鎖するものである。
Similarly to the first embodiment, the
The
The
インピーダンス整合器72は、金属製容器41へマイクロ波を効率よく供給するためのものである。
同軸導波管変換器73は、伝搬するマイクロ波の伝送モードを、導波管モードから同軸線路の伝送モードに変換するものである。
同軸線路74は、外部導体75およびこの内部に同軸的に配置された内部導体76とから構成され、外部導体75の外周(アース)は金属製容器41および同軸導波管変換器73に接続し、内部導体76は原料ガス導入管44を兼ねており、その先端77は金属製容器41の底面からマイクロ波の波長λの4分の1(λ/4)の長さだけ突き出して、中空容器42内に位置している。
The
The
The
この構造は、いわゆるλ/4ホイップアンテナ構造であり、内部導体76(原料ガス導入管44)の先端77において最もマイクロ波の電界が強くなる。したがって、原料ガスの吹き出し口と、マイクロ波の電界最強点が同じとなるので、内部導体76(原料ガス導入管44)の先端77を中心にしてプラズマが発生する。
ここで、内部導体76(原料ガス導入管44)の金属製容器41の底面からの突き出し部の長さを、n(λ/2)+(λ/4)とした場合でも、ホイップアンテナとして機能することが可能である(式中、nは0,1,2,3・・・である)。
This structure is a so-called λ / 4 whip antenna structure, and the microwave electric field is strongest at the tip 77 of the internal conductor 76 (the raw material gas introduction pipe 44). Therefore, since the source gas outlet and the microwave field strength point are the same, plasma is generated around the tip 77 of the inner conductor 76 (source gas introduction tube 44).
Here, even when the length of the protruding portion of the inner conductor 76 (source gas introduction pipe 44) from the bottom surface of the
導体50は、真空チャンバ43の外周に沿って等間隔に複数配置されており、真空チャンバ43の外周に沿って配置された1列の集合体が、垂直方向に間隔をあけて複数列設けられている。
導体50は、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行うもの、すなわちマイクロ波に共振して再放射を行う、いわゆる共振素子である。
A plurality of
The
導体50は、直線状であり、その長手方向は垂直方向とされている。これは、同軸線路74から供給されるマイクロ波の電界方向が垂直方向であるので、電界方向と一致させることによって導体50の共振素子としての機能を十分に引き出すためである。
The
また、導体50の長さは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±40%の範囲内とすることが好ましい。この範囲にあれば、導体50の共振現象を十分に発揮させることができ、マイクロ波の再放射の機能をさらに引き出すことができる。導体50の長さは、より好ましくは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±10%の範囲内であり、最も好ましくは、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の長さである。また、導体50を真空チャンバ43に密着させて配置する場合、真空チャンバ43の誘電率を考慮して導体50の長さを調整することが好ましい。
The length of the
また、隣り合う導体50の間隔は、特に限定はされないが、λ/4以下となると、導体50同士が干渉して、共振周波数のズレが発生するため、これよりも広く間隔をあけることが好ましい。
導体50の真空チャンバ43への固定は、接着剤を介して導体50を真空チャンバ43に接着させることによって行ってもよく、粘着テープを被せることによって導体50を真空チャンバ43に直接貼り付けることによって行ってもよい。
Further, the interval between the
The
次に、この薄膜成膜装置70を用いた、中空容器42内面への薄膜の成膜方法について説明する。
まず、真空チャンバ43内にプラスチックボトルの中空容器42を口栓部を下向きにして配置し、蓋体47を閉じ、真空ポンプを作動させて、真空チャンバ43内の気体を排気し、真空チャンバ43内を一定減圧状態に保つ。
この状態で、原料ガス導入管44から中空容器42内に原料ガスを導入する。同時に、マイクロ波発振器45から放射され、方形導波管71を通って同軸導波管変換器73に進み、ここで同軸線路74の内部導体76に励起し、同軸線路74の伝送モードとなって金属製容器41に供給されるマイクロ波によって、中空容器42内の原料ガスがプラズマ化し、中空容器42内にプラズマが発生する。そして、プラズマ化した原料ガスが中空容器42内面と化学反応し、中空容器42内面に薄膜が成膜される。
Next, a method for forming a thin film on the inner surface of the
First, a plastic bottle
In this state, the source gas is introduced into the
マイクロ波の周波数は、通常、2.45GHzであるが、原料ガスをプラズマ化できる周波数であれば、別の周波数でも問題ない。
また、マイクロ波の出力(マイクロ波電力)、その印加時間、ガスの供給量等の成膜条件も、成膜される薄膜の膜厚等に応じて適宜設定すればよく、特に限定はされない。
The frequency of the microwave is usually 2.45 GHz, but any other frequency can be used as long as the source gas can be converted into plasma.
Further, film formation conditions such as microwave output (microwave power), application time, gas supply amount, and the like may be appropriately set according to the film thickness of the thin film to be formed, and are not particularly limited.
以上説明した薄膜成膜装置70にあっては、形態例1と同様に、真空チャンバ43表面に、金属製容器41内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体50を配置しているので、中空容器42周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器42内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。具体的には、薄膜成膜装置70においては、電界がホイップアンテナ部の先端に集中するため、中空容器42の底部に向かうにつれてプラズマ密度が薄くなってしまうが、マイクロ波の再放射を行う導体50を配置することによって中空容器42周辺に電界を集中させ、中空容器42内部のプラズマ密度を均一にする。
また、中空容器42の形状、サイズを変更した場合でも、それに応じて導体50の位置を変更できるので、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に対して、均一なプラズマによる処理(成膜)が可能となる。よって、多様な形状、サイズの中空容器に対応できる汎用的な薄膜成膜装置となる。
In the thin
In addition, even when the shape and size of the
なお、導体50の配置は、図示例のような等間隔の配置に限定はされず、あらかじめプラズマ密度が低い箇所が判明していれば、その部分のプラズマ密度を高めるために、その近傍の電界を補うような位置とすることもできる。
例えば、導体50を配置せずに成膜した中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、該測定した膜厚をフィードバックして、所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、導体50を配置することもできる。
The arrangement of the
For example, the thickness of the thin film on the surface of the hollow container formed without the
また、導体50の形状は、図示例の帯状に限定はされず、形態例1における導体50と同様に、種々の形状とすることができる。
また、薄膜成膜装置70における金属製容器41は、図7に示すような円筒形のものに限定はされず、例えば、直方体の金属製容器51であっても構わない。ただし、基本的な電磁界分布を軸対称構造とする点において、図7に示すような円筒型空洞共振器構造が好ましい。
Moreover, the shape of the
Further, the
(形態例4)
図8は、本発明の薄膜成膜装置の一形態例を示す概略斜視図であり、この薄膜成膜装置80は、直方体の金属製容器81と、金属製容器81内に複数設けられた円筒形の真空チャンバ43と、金属製容器81および各真空チャンバ43の底面を突き抜けて設けられ、各真空チャンバ43内に収納された中空容器(図示略)内に原料ガスを導入する複数の原料ガス導入管44と、マイクロ波発振器(図示略)と、マイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する方形導波管46と、中空容器(図示略)を各真空チャンバ43内に支持、固定する支持具(図示略)と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、各真空チャンバ43内の気体を排気する排気口(図示略)と、各真空チャンバ43の外面に配置された複数の導体50,50・・・とを具備して概略構成されるものである。
(Example 4)
FIG. 8 is a schematic perspective view showing an embodiment of the thin film deposition apparatus of the present invention. The thin
金属製容器81においては、その形状、サイズを最適化することにより、内部に複数のほぼ類似した電磁界分布が発生する。そのような電磁界分布が発生する箇所に真空チャンバ43が配置されている。
In the metal container 81, a plurality of substantially similar electromagnetic field distributions are generated inside by optimizing the shape and size thereof. A
このような薄膜成膜装置80にあっては、金属製容器81内に、真空チャンバ43が複数設けられているので、1つのマイクロ波発振器、1つの真空ポンプで同時に複数の中空容器にプラズマ処理(成膜)を施すことができる。
そして、各真空チャンバ43の外面に複数の導体50を配置することにより、各真空チャンバ43内の中空容器周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。
In such a thin
Then, by disposing a plurality of
(形態例5)
図9は、本発明の薄膜成膜装置の一形態例を示す概略斜視図であり、この薄膜成膜装置90は、円筒形の金属製容器91と、金属製容器91内に複数設けられた円筒形の真空チャンバ43と、金属製容器91および各真空チャンバ43の底面を突き抜けて設けられ、各真空チャンバ43内に収納された中空容器42内に原料ガスを導入する複数の原料ガス導入管44と、マイクロ波発振器(図示略)と、マイクロ波発振器からのマイクロ波を伝搬する方形導波管92と、方形導波管92の途中に設けられたインピーダンス整合器(図示略)と、方形導波管92の終端に設けられた同軸導波管変換器93と、同軸導波管変換器93から金属製容器91の中心部に向かって延びる同軸線路94と、中空容器42を真空チャンバ43内に支持、固定する支持具(図示略)と、金属製容器91の下側に連続して設けられ、上面に各真空チャンバ43との通気孔98が形成されたサブチャンバ97と、終端が真空ポンプ(図示略)に接続され、サブチャンバ97内の気体を排気する排気口49と、各真空チャンバ43の外面に配置された複数の導体50,50・・・とを具備して概略構成されるものである。
(Example 5)
FIG. 9 is a schematic perspective view showing an embodiment of the thin film deposition apparatus of the present invention. The thin
同軸線路94は、外部導体95およびこの内部に同軸的に配置された内部導体96とから構成され、外部導体95の外周(アース)は金属製容器91および同軸導波管変換器93に接続し、内部導体96の先端は金属製容器91の底面からマイクロ波の波長λの4分の1(λ/4)の長さだけ突き出して、金属製容器91の中心部に位置している。この構造は、いわゆるλ/4ホイップアンテナ構造である。
The
この薄膜成膜装置90におけるマイクロ波は、マイクロ波発振器(図示略)から放射され、方形導波管92を通って同軸導波管変換器93に進み、ここで同軸線路94の内部導体96に励起し、同軸線路94の伝送モードとなって金属製容器91に供給される。金属製容器91に供給されたマイクロ波は、内部導体96の金属製容器91の底面からの突き出し部(ホイップアンテナ部)の先端から、金属製容器91の壁面へ向かって放射状に広がる。
各真空チャンバ43は、電界分布がほぼ同じとなるように、ホイップアンテナ部から等距離に配置される。
Microwaves in the thin
Each
このような薄膜成膜装置90にあっては、金属製容器91内に、真空チャンバ43が複数設けられているので、1つのマイクロ波発振器、1つの真空ポンプで同時に複数の中空容器42にプラズマ処理(成膜)を施すことができる。
そして、各真空チャンバ43の外面に複数の導体50を配置することにより、各真空チャンバ43内の中空容器周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。
In such a thin
Then, by disposing a plurality of
なお、図示例のようにサブチャンバ97を設ける代わりに、真空チャンバ43それぞれに排気口を接続し、これらを集約して真空ポンプに接続しても構わない。
また、マイクロ波の供給は、金属製容器91内にマイクロ波を放射できるのであれば、図示例のホイップアンテナ以外の形式のアンテナを用いて行っても構わない。
Instead of providing the sub-chamber 97 as in the illustrated example, an exhaust port may be connected to each of the
In addition, as long as the microwave can be radiated into the
(形態例6)
図10は、本発明の薄膜成膜装置の一形態例を示す概略側断面図であり、この薄膜成膜装置100は、形態例3の薄膜成膜装置70の主要部分を、金属製のベース板101上に複数、並列に設置したものである(形態例3と共通する構成についてはその説明を省略する)。
(Example 6)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional side view showing an embodiment of the thin film deposition apparatus of the present invention. This thin
ここで、各金属製容器41はベース板101を介して電気的に導通状態とされている。
方形導波管71には、管軸方向に等間隔で複数の同軸導波管変換器73が平行配置され、各同軸導波管変換器73は、マイクロ波発振器(図示略)側から方形導波管71の終端に向かって、マイクロ波に対する結合係数を順次増大させるように調整されている。
また、各排気口49は、途中で集約され、1つの真空ポンプに接続している。
Here, each
In the
Moreover, each
このような薄膜成膜装置100にあっては、金属製容器41および真空チャンバ43が複数設けられているので、1つのマイクロ波発振器、1つの真空ポンプで同時に複数の中空容器(図示略)にプラズマ処理(成膜)を施すことができる。
そして、各真空チャンバ43の外面に複数の導体50を配置することにより、各真空チャンバ43内の中空容器周辺の電磁界分布を任意に制御することができ、その結果、中空容器内部のプラズマ密度の分布を任意に制御できる。
In such a thin
Then, by disposing a plurality of
なお、図示例のように各排気口49を集約して真空ポンプに接続する代わりに、形態例5のようにサブチャンバを設けても構わない。
また、マイクロ波の供給は、金属製容器41内にマイクロ波を放射できるのであれば、図示例のホイップアンテナ以外の形式のアンテナを用いて行っても構わない。
Instead of concentrating the
Further, as long as the microwave can be radiated into the
(他の形態)
以上説明した形態例1〜6においては、導体50(62)は、真空チャンバ43表面に配置されていたが、導体50(62)は、金属製容器と中空容器42との間に配置されてさえいれば本発明の作用・効果を発揮することができるので、導体50(62)の配置位置は真空チャンバ43表面に限定はされない。ただし、真空チャンバ43表面以外に導体50(62)を配置しようとすると、別途、導体50(62)を固定するための部材が必要となり、また、この部材によって金属製容器内の電磁界分布が影響を受けてしまうので、導体50(62)は、真空チャンバ43外面または内面に配置することが好ましい。
(Other forms)
In the first to sixth embodiments described above, the conductor 50 (62) is disposed on the surface of the
また、真空チャンバ表面への導体50(62)の固定は、接着や貼着には限定されず、例えば、図11に示すように、シート110上に導体50のパターンを形成し、このシート110を真空チャンバ43の外面(または内面)に巻き付けることによって行うこともできる。
真空チャンバ表面への導体50(62)の固定を、導体のパターンが形成されたシートの巻き付けによって行うようにすれば、中空容器の形状、サイズを変更した場合でも、それに応じて最適な導体のパターンが形成されたシートを用意することにより、同一の装置で、多様な形状、サイズの中空容器に容易に対応可能である。よって、中空容器の種類を切り替える際の時間短縮を図ることができ、非常に有効である。
Further, the fixing of the conductor 50 (62) to the surface of the vacuum chamber is not limited to adhesion or sticking. For example, a pattern of the
If the conductor 50 (62) is fixed to the surface of the vacuum chamber by wrapping a sheet on which a conductor pattern is formed, even if the shape and size of the hollow container are changed, the optimal conductor can be changed accordingly. By preparing a sheet on which a pattern is formed, it is possible to easily cope with hollow containers of various shapes and sizes with the same apparatus. Therefore, it is possible to shorten the time for switching the type of the hollow container, which is very effective.
シート110は、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)などの樹脂フィルムにアルミ箔などの金属箔を貼り合わせ、金属箔表面に導体のパターンに応じたマスキングを設け、不要部分をエッチングで除去することによって作製することができる。このような作製方法によれば、図12に示すような、3本の直線状の導体のそれぞれの一方の端部を一点で接続し、各導体が接続点を中心におおよそ120゜の角度で開いた形状の導体111が互い違いに規則的に形成されたシート112も容易に作製可能である。
Specifically, the
また、形態例1〜6においては、中空容器42としてプラスチックボトルを用いていたが、本発明における成膜対象の中空容器はこれに限定されず、プラスチックカップ、紙容器、紙カップなどであってもよい。
また、本発明は、図示例の薄膜成膜装置、およびこれを用いた薄膜成膜方法に限らず、中空容器の内面をプラズマによって表面処理するプラズマ処理装置、およびこれを用いたプラズマ処理方法に適用可能である。
In the first to sixth embodiments, a plastic bottle is used as the
The present invention is not limited to the thin film deposition apparatus of the illustrated example and the thin film deposition method using the same, but is also applied to a plasma processing apparatus for surface-treating the inner surface of a hollow container with plasma, and a plasma processing method using the same Applicable.
以下に本発明の実施例を示す。
薄膜成膜装置としては、図1に示す薄膜成膜装置40を用いた。ここで、金属製容器41としては高さ25cm×内径21.5cmのアルミニウム製の容器を用い、真空チャンバ43としては高さ21cm×内径7.5cmの石英ガラス製の円筒体を用いた。
Examples of the present invention are shown below.
As the thin film deposition apparatus, the thin
(実施例1)
まず、真空チャンバ43の外面に、幅5mm×長さ50mm×厚さ0.3mmの銅製の導体50を、その長手方向が真空チャンバ43の軸方向と一致するように、かつ真空チャンバ43の外周に沿って円周等分8箇所、さらにこの集合体を高さ方向に均等に3列、合計24枚貼り付けた。
Example 1
First, a
ついで、真空チャンバ43内にポリエチレンテレフタレート製のプラスチックボトルである中空容器42を口栓部を下向きにして配置し、蓋体47を閉じ、真空ポンプを作動させて、真空チャンバ43内の気体を排気し、真空チャンバ43内の圧力を10Paに保った。
この状態で、原料ガス導入管44から中空容器42内に原料ガス(ヘキサメチルジシロキサン2sccmおよび酸素ガス50sccm)を導入し、マイクロ波発振器45から、マイクロ波電力300Wのマイクロ波を方形導波管46を通して金属製容器41内に5秒間印加し、中空容器42内にプラズマを発生させ、中空容器42内面に酸化ケイ素膜を成膜した。
Next, a
In this state, a raw material gas (hexamethyldisiloxane 2 sccm and
酸化ケイ素膜を成膜したプラスチックボトルについて、モダンコントロール社製のMocon Oxitran 10/50を用いて酸素透過量を測定したところ、0.012fmol/(pkg・s・Pa)であった。酸化ケイ素膜を成膜する前のプラスチックボトルの酸素透過量は0.250fmol/(pkg・s・Pa)であり、約20倍のバリア性能の向上が見られた。
また、酸化ケイ素膜を成膜したプラスチックボトルについて、蛍光X線分析装置((株)リガク製、システム3270)を用いてボトル底部、ボトル胴中央部、口栓付近の3箇所の酸化ケイ素膜の膜厚を測定したところ、順に20nm、22nm、21nmであり、均一な膜厚の酸化ケイ素膜が成膜されていることが確認された。
When the oxygen permeation amount of the plastic bottle on which the silicon oxide film was formed was measured using
Moreover, about the plastic bottle which formed the silicon oxide film into a film using the fluorescent X-ray-analysis apparatus (Rigaku Co., Ltd. system 3270), the bottom of the bottle, the center of the bottle body, and the three portions of the silicon oxide film near the stopper When the film thickness was measured, it was confirmed that a silicon oxide film having a uniform film thickness was formed in order of 20 nm, 22 nm, and 21 nm.
(比較例1)
真空チャンバ43の外面に導体50を配置しない以外は、実施例1と同様にして中空容器42内面に酸化ケイ素膜を成膜した。
酸化ケイ素膜を成膜したプラスチックボトルについて酸素透過量を測定したところ、0.025fmol/(pkg・s・Pa)であった。
また、酸化ケイ素膜を成膜したプラスチックボトルについて、ボトル底部、ボトル胴中央部、口栓付近の3箇所の酸化ケイ素膜の膜厚を測定したところ、順に11nm、17nm、18nmであり、酸化ケイ素膜の膜厚にバラツキが見られた。
(Comparative Example 1)
A silicon oxide film was formed on the inner surface of the
When the oxygen permeation amount of the plastic bottle on which the silicon oxide film was formed was measured, it was 0.025 fmol / (pg · s · Pa).
Moreover, about the plastic bottle which formed the silicon oxide film into a film, when the film thickness of the silicon oxide film of three places near a bottle bottom part, a bottle trunk center part, and a stopper is measured, they are 11 nm, 17 nm, and 18 nm in order, Variations in film thickness were observed.
本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法によれば、中空容器周辺の電磁界分布を制御することが可能であり、同一の装置で多様な形状、サイズの中空容器内面への均一なプラズマによる処理が可能である。 According to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to control the electromagnetic field distribution around the hollow container, and processing with uniform plasma on the inner surface of the hollow container of various shapes and sizes with the same apparatus. Is possible.
40 薄膜成膜装置
41 金属製容器
42 中空容器
43 真空チャンバ
44 原料ガス導入管
45 マイクロ波発振器
46 方形導波管
50 導体
51 金属製容器
60 薄膜成膜装置
61 円形導波管
62 導体
70 薄膜成膜装置
71 方形導波管
80 薄膜成膜装置
81 金属製容器
90 薄膜成膜装置
91 金属製容器
92 方形導波管
100 薄膜成膜装置
110 シート
111 導体
112 シート
DESCRIPTION OF
Claims (11)
該金属製容器内に設けられ、内部に中空容器を収納する真空チャンバと、
中空容器内に原料ガスを導入する原料ガス導入管と、
マイクロ波発振器と、
該マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管とを具備し、
前記金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体が少なくとも1つ配置され、
前記導体が、直線状であり、
導体の長手方向が、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であり、
前記導体の長さが、マイクロ波の波長λの半分(λ/2)の±40%の範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置。 A metal container that contains microwaves;
A vacuum chamber provided in the metal container and containing a hollow container therein;
A raw material gas introduction pipe for introducing the raw material gas into the hollow container;
A microwave oscillator,
A waveguide for supplying microwaves from the microwave oscillator into the metal container,
Between the metal container and the hollow container, a high-frequency current is generated by microwaves in the metal container, and at least one conductor that performs re-radiation of the microwaves by the high-frequency current is disposed ,
The conductor is linear;
The longitudinal direction of the conductor is the same direction as the electric field direction of the microwave in the metal container,
The plasma processing apparatus the length of the conductor, characterized in range der Rukoto of the range of ± 40% of the half wavelength of the microwave λ (λ / 2).
該金属製容器内に設けられ、内部に中空容器を収納する真空チャンバと、
中空容器内に原料ガスを導入する原料ガス導入管と、
マイクロ波発振器と、
該マイクロ波発振器からのマイクロ波を前記金属容器内に供給する導波管とを具備し、
前記金属製容器と中空容器との間に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体が少なくとも1つ配置され、
前記導体が、環状であり、
導体の円周方向が、金属製容器内のマイクロ波の電界方向と同一方向であり、
前記導体の円周の長さが、マイクロ波の波長λの±40%の範囲内であることを特徴とするプラズマ処理装置。 A metal container that contains microwaves;
A vacuum chamber provided in the metal container and containing a hollow container therein;
A raw material gas introduction pipe for introducing the raw material gas into the hollow container;
A microwave oscillator,
A waveguide for supplying microwaves from the microwave oscillator into the metal container,
Between the metal container and the hollow container, a high-frequency current is generated by microwaves in the metal container, and at least one conductor that performs re-radiation of the microwaves by the high-frequency current is disposed,
The conductor is annular;
Circumferential conductor, Ri same direction der the electric field direction of a microwave in the metal container,
The length of the circumference of the conductor, the microwave a range of ± 40% of the range in der Rukoto features and to pulp plasma processing apparatus of the wavelength λ of.
成膜後の中空容器表面の薄膜の膜厚を測定し、
該測定した膜厚をフィードバックして、金属製容器と中空容器との間で、かつ所望の膜厚が形成されなかった部分付近に、金属製容器内のマイクロ波によって高周波電流を発生し、この高周波電流によってマイクロ波の再放射を行う導体を配置することを特徴とする薄膜成膜方法。 A metal container for containing microwaves, a vacuum chamber provided in the metal container and containing a hollow container therein, a source gas introduction pipe for introducing a source gas into the hollow container, a microwave oscillator, In a thin film deposition method for depositing a thin film on the inner surface of a hollow container using a thin film deposition apparatus comprising a waveguide for supplying a microwave from a microwave oscillator into the metal container,
Measure the thickness of the thin film on the surface of the hollow container after film formation,
The measured film thickness is fed back to generate a high-frequency current between the metal container and the hollow container and near the portion where the desired film thickness is not formed by microwaves in the metal container. A method of forming a thin film, comprising arranging a conductor that re-radiates microwaves by a high-frequency current.
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