JPH03193880A - 高圧力下でのマイクロ波プラズマｃｖｄによる高速成膜方法及びその装置 - 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、高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによ
る高速成膜方法及びその装置に係わり、更に詳しくは反
応ガスからマイクロ波プラズマによって生成した中性ラ
ジカル及びイオンを基板上に導いて薄膜を成長させてな
る成膜方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、薄膜の成膜法の一つとしてプラズマを利用した方
法が注目され、この方法はプラズマＣＶＤ　（Ｐｌａｓ
ｍａ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法と呼ばれ、原料ガス若しくは反応ガスをプラ
ズマ状態にして、化学的に非常に活性である励起分子・
原子、イオン、ラジカル等を生成し、化学反応を促進さ
せて基板上に薄膜を成長させる方法である。

この方法の大きな特徴は、プラズマ状態のもとで化学的
に活性なイオン、中性ラジカルを利用するため低温で薄
膜を形成することが可能で、従来のＣＶＤ法は高温生成
のため、限られたプロセスに限定される場合が多いが、
プラズマＣＶＤ法によれば、基板を高温にする必要がな
いので低温化が可能となり、熱的損傷の減少、基板物質
との間の反応の抑制、非耐熱性基板への薄膜形成が可能
となる。また、熱力学的に反応が可能であっても著しく
遅い場合、プラズマ励起状態が関与するため、反応が促
進されたり、熱力学的には通常困難と考えられる反応が
可能となる場合があり、従来不可能とされていた種々の
組成比を持つ新材料の開発や、高温生成材料の薄膜の形
成が可能となるのである。

従来のプラズマＣＶＤ法では、０．１〜数Ｔｏｒｒの比
較的高い真空度で、反応室の内部に配した平行電極間に
直流電圧を印加してグロー放電を行う直流グロー放電法
又は石英管で形成した反応室の外部に巻回したコイルに
高周波電力を印加して無電極放電を行う高周波グロー放
電法が主に利用されるが、反応室内の反応ガスの圧力又
は分圧はプラズマ発生の容易性から低く設定されており
、そのため薄膜の成膜速度は反応ガスの種類によって多
少異なるが数百〜数千人／ｌｌ１ｉｎと非常に遅く、ま
たグロー放電法ではイオンの加速方向と基板が直交する
ため、高エネルギーに加速された反応ガスのイオンによ
り基板上の！Ｅｌｊｌに格子欠陥が生じたり、スパッタ
リングにより損傷を受けたり、またキャリアガスもイオ
ンとして加速されて薄膜内に取り込まれる恐れもある。

また、近年のレーザの目覚ましい発展に伴い、レーザ等
による光励起プラズマＣＶＤ法も利用されるに至ったが
、光の波長が短いためフォトンエネルギーが大きく、反
応ガスをその光路に沿って直接励起することで反応種で
ある中性ラジカルやイオンを生成してしまって成膜の場
所を空間的に制御することが困難であり、そのため反応
室に光を導入する入射窓に膜が成長する等の問題もあり
、更に前記同様に比較的高い真空度でなければプラズマ
を発生できなく、やはり成膜速度が遅いといった問題が
あった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは
、反応ガスとキャリアガスの混合ガスを低真空度から数
気圧程度と従来のプラズマＣＶＤと比べて非常に高い圧
力に設定し、しかも反応ガスの分圧を１０Ｔｏｒｒ〜数
気圧の範囲に高めて所定空間内でマイクロ波によるプラ
ズマ状態となし、反応ガスに基づく反応種である中性ラ
ジカル及びイオンの密度を高めて基板上への薄膜の成膜
速度を大きくするとともに、反応種の運動エネルギーは
低く抑えて基板及び成長した薄膜に格子欠陥を発生させ
ることな（且つスパッタリングにより薄膜を損傷させる
ことがなく穏やかな成膜が行え、また高速に加速される
電子によって薄膜が損傷を受けないように電場方向を制
御でき、もって良質の薄膜を基板上に高速成長させるこ
とのできる成膜方法及びその装置を提供する点にあり、
そのため本発明ではマイクロ波の定在波又は進行波を利
用して高圧の反応ガスをプラズマ状態となし、その高圧
プラズマにより生成された反応ガスに基づく中性ラジカ
ル及びイオンを基板上に導いて、該基板表面に薄膜を高
速に成長させる方法及び装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述の課題解決のために、空洞共振器となる
気密反応室内に反応ガスを１↑ｏｒｒ〜数気圧の範囲内
で一定に保つとともに、該反応室内にマイクロ波を導入
して定在波によるマイクロ波プラズマを発生させ、該プ
ラズマにより生成された反応ガスに基づく中性ラジカル
及びイオンを反応室内に配した基板上に導いてＷ薄膜を
成長させてなる高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤ
による高速成膜方法を確立した。

また、マイクロ波の進行波を巡回若しくは反射させてそ
のエネルギー密度を高めた領域の適所に配したマイクロ
波が通過可能な反応室内に、反応ガスをＩ　Ｔｏｒｒ〜
数気圧の範囲内で一定に保つとともに、該反応室内に導
入したマイクロ波にてプラズマを発生させ、該プラズマ
により生成された反応ガスに基づく中性ラジカル及びイ
オンを反応室内に配した基板上に導いて薄膜を成長させ
てなる高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高
速成膜方法を確立した。

そして、空洞共振器となる気密反応室内に所望の薄膜を
形成すべき基板を配するとともに、可動短絡端を変位さ
せて使用するマイクロ波における定在波の共振状態に設
定した該反応室内に、又はマイクロ波の進行波を巡回若
しくは反射させてそのエネルギー密度を高めた領域の適
所に配したマイクロ波が通過可能な反応室内に、一種又
は二種以上の反応ガス及び不活性ガスからなるキャリア
ガスを供給すると同時に排気して、反応室内の全圧力を
１０Ｔｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧をｌ　Ｔｏｒｒ
〜数気圧の範囲内で一定に保ち、反応室の結合窓例の外
側に気密設置した入射窓がら導波管により導いたマイク
ロ波を入射してマイクロ波プラズマを発生させ、該プラ
ズマにより生成された反応ガスに基づく中性ラジカル及
びイオンを前記基板上に導いて薄膜を高速に成長させる
のである。

また、反応室内の全圧力を１００　Ｔｏｒｒ〜数気圧、
範囲内スの分圧をｌ　Ｔｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定
に保った状態でプラズマを発生維持するために、先ず反
応室内にキャリアガスを供給すると同時に排気して、反
応室内の圧力を１〜１００　Ｔｏｒｒの範囲内で一定に
保ちつつ、該反応室内にマイクロ波を入射してマイクロ
波プラズマを発生させ、次に該プラズマを維持した状態
でキャリアガスの供給量を増加させて反応室内の圧力を
高め、この状態で反応ガスを供給し、反応室内の全圧力
を１００　Ｔｏｒｒ〜数気圧、範囲内スの分圧をｌ　Ｔ
ｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定となすのである。

そして、前記方法を実施するために、所望の薄膜を形成
すべき基板を内部に保持し得るようになした空洞共振器
となる気密反応室を備え、該反応室の一側に結合窓を設
けるとともに、他側の短絡端をその法線方向へ変位可能
となし、該結合窓の外側にはマイクロ波を導入する気密
入射窓を設け、更に反応室に連通したキャリアガス及び
反応ガスの供給管及び排気管を設けてなる反応ユニー／
　）と、前記反応ユニットに所定の波長のマイクロ波を
供給するマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波発生装
置により発生されたマイクロ波を前記反応ユニットの入
射窓に導く少なくとも導波管を有する導波ユニットと、
前記反応ユニットの供給管にキャリアガス及び反応ガス
を流量を調節して供給するガス供給ユニットと、前記反
応ユニットの排気管からキャリアガス及び反応ガスを流
量を調節してバンファタンクを介して真空ポンプにて排
気する排気ユニットと、前記バッフ１タンク及び反応ガ
スの供給管にパージ用ガスを供給するとともに、該バン
ファタンクに連結し反応ガス、キャリアガス及びパージ
用ガスからなる混合ガスを処理するバブリングタンクを
備えたガス処理ユニットとよりなるマイクロ波プラズマ
による成膜装置を構成した。

更に具体的には、反応ユニットの前記供給管及び排気管
と連通し且つ反応室の外側に、該反応室とは多数の小孔
若しくは格子を有する区画板で区画された供給用予備室
及び排気用予備室をそれぞれ形成し、また前記反応室を
使用するマイクロ波における基本共振モードに設定した
。

また、導波ユニットとして、前記マイクロ波発生装置側
から順に、マイクロ波の進行波出力モニタを備えた導波
管、アイソレータ、反射波出力モニタを備えた導波管及
びスタプチューナを備えた導波管を直列に連設したもの
を用いた。

更に、マイクロ波の進行波を利用するものとして、前記
反応ユニットの代わりに、マイクロ波の進行波を巡回若
しくは反射させてマイクロ波を蓄積する貯蔵サーキット
を有し、該貯蔵サーキットの一部のマイクロ波が通過し
得る入出射窓を備えるとともに、所望の薄膜を形成すべ
き基板を内部に保持し得る気密反応室を設け、更に反応
室にはキャリアガス及び反応ガスの供給管及び排気管を
連通形成した反応ユニットを用いて構成した。

また、進行波を用いた反応ユニットとして、リング状の
導波管からなる貯蔵サーキットの適所にマイクロ波を導
入する分岐を設けるとともに、該貯蔵サーキットの一部
を前記反応室となしたもの；一対のマイクロ波反射用凹
面ミラーを対向配置し、一方のミラーの一部にマイクロ
波が通過可能な導入部を形成してなる貯蔵サーキットの
両ミラー間に前記反応室を配してなるもの；三基上のマ
イクロ波反射用凹面ミラーを配した貯蔵サーキ・ノドを
形成し、その一つにマイクロ波を導入して順次反射巡回
させ、一対のミラー間に前記反応室を配してなるもの；
マイクロ波反射用凹面ミラーと、マイクロ波導入部を備
えた油導波管とでマイクロ波を巡回させる貯蔵サーキッ
トを形成し、該貯蔵サーキットの適所に前記反応室を配
してなるもの；マイクロ波の導入部を除き周囲をマイク
ロ波反射用ミラーで囲んで貯蔵サーキットを形成し、該
貯蔵サーキットを反応室となしたものを用いるのである
。

〔作用〕

以上の如き内容からなる本発明の高圧力下でのマイクロ
波プラズマＣＶＤによる高速成膜方法及びその装置は、
マイクロ波の定在波を利用する場合、空洞共振器となる
反応ユニットの気密反応室内に基板を配した状態で、可
動短絡端をその法線方向に変位させて、マイクロ波発生
装置により発生させるマイクロ波における共振状態に設
定し、又はマイクロ波の進行波を利用する場合、マイク
ロ波を巡回若しくは反射させてマイクロ波を蓄積する貯
蔵サーキットの一部にマイクロ波が通過し得る入出射窓
を備えた気密反応室を配し、該反応室内に不活性ガスか
らなるキャリアガスをガス供給ユニットにより流量を調
節しながら供給すると同時に、排気ユニットにより流量
を調節しながらバッファタンクを介して流れを安定化さ
せて排気して反応室内の圧力を１〜１００　Ｔｏｒｒの
範囲内で一定に保ち、この状態でマイクロ波発生装置で
発生させたマイクロ波を導波ユニットで前記反応室を含
む反応ユニットに導き、前記キャリアガスによるプラズ
マを発生させ、それから該プラズマを維持した状態で前
記ガス供給ユニットにより流量を調節しながら更にキャ
リアガスを供給して圧力を高め、そしてこの状態で一種
又は二種以上の反応ガスをガス供給ユニットにより流量
を調節しながら供給して反応室内の全圧力を１００　Ｔ
ｏｒｒ〜数気圧に設定するとともに、反応ガスの分圧を
ｌ　Ｔｏｒｒ〜数気圧に設定して高圧のプラズマを発生
させるのであり、マイクロ波による電離により発生した
高速の電子が反応ガス及びキャリアガスと弾性衝突及び
非弾性衝突を繰り返すことにより、反応ガスから反応種
である化学的に活性で且つ温度若しくは運動エネルギー
の低い中性ラジカル及びイオンが生成され、該反応種を
前記基板に導くことにより該基板上に薄膜を速（且つ穏
やかに成長させるのである。

また、反応ユニットの前記供給管及び排気管と連通し且
つ反応室の外側に、該反応室とは多数の小孔若しくは格
子を有する区画板で区画された供給用予備室及び排気用
予備室をそれぞれ形成することにより、反応室内におけ
る反応ガス及びキャリアガスの流れを安定にして密度を
略均−となし、局部的にプラズマが冷却されることなく
、大気圧程度のプラズマを安定に維持できるようになし
ている。

また、前記反応室を使用するマイクロ波における基本共
振モードに設定するとともに、反応室の入射側に結合窓
を設けることにより、反応室内に安定にマイクロ波を閉
じ込めることができ、そのエネルギー損失を最小となす
ことが可能となる。

そして、導波ユニットとして、前記マイクロ波発生装置
側から順に、マイクロ波の進行波出力モニタを備えた導
波管、アイソレータ、反射波出力モニタを備えた導波管
及びスタプチューナを備えた導波管を直列に連設するこ
とによって、反応室の負荷インピーダンスとのマツチン
グがとれるとともに、反射波によるマイクロ波発生装置
を保護することができるのである。

また、マイクロ波プラズマＣＶＤ法において使用される
反応ガスは、有毒性、腐食性、発火、爆発性を有するも
のが多く、しかもリークする空気と反応して生じる反応
ガスによる粉末が配管やバルブ内に残ることがあり、そ
の処理のために反応ガスの供給管にガス処理ユニットか
らパージ用ガスを供給して粉末を吹き飛ばすとともに、
反応ガスが低濃度の場合にはバッファタンクにパージ用
ガスを供給して反応ガスを希釈し儀から排気ユニットに
より排気し、また中濃度以上の場合には反応ガスを含む
混合ガスをバッファタンクに溜めてパージ用ガスで十分
希釈して１．５〜２気圧程度となし、バブリングタンク
内で処理して排気するようになしている。

更に、マイクロ波の進行波を利用し、その進行波を貯蔵
サーキット内で巡回若しくは反射させてマイクロ波のエ
ネルギー密度を高めることで、広い空間にプラズマを発
生させることが可能となり、その領域内に反応室を配す
ることによって、広い面積の成膜が可能となる。

また、リング状の導波管からなる貯蔵サーキットを用い
た場合には、マイクロ波を外部に漏れることなく該貯蔵
サーキット内に全て閉じ込めることが可能となり、また
マイクロ波反射用凹面ミラーを用いた貯蔵サーキットで
は、該ミラーに反射する毎にマイクロ波が集束されてエ
ネルギー密度を高めることが可能である。

〔実施例〕

次に添付図面に示した実施例に基づき更に本発明の詳細
な説明する。

先ず、第１図〜第４図に基づき定在波を利用した高圧力
下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装置に
ついて説明する。

第１図は本発明の成膜装置の配置図、第２図はその要部
の拡大断面図、第３図は装置全体の概略図を示し、図中
Ａは反応ユニット、Ｂはマイクロ波発生装置、Ｃは導波
ユニット、Ｄはガス供給ユニット、Ｅは排気ユニット、
Ｆはガス処理ユニットをそれぞれ示している。

反応ユニットＡは、第２図に示す如く内部に使用するマ
イクロ波に対する基本共振モードの方形空洞共振器とな
る気密反応室１を、周囲四面の側壁２．・・・とマイク
ロ波の入射側壁３及び可動短絡端４とで区画形成し、該
入射側壁３にマイクロ波が通過し且つ後述の導波管と共
振器となる反応室１の結合度を決定し得る着脱自在な結
合窓５を設け、該結合窓５の外側にはマイクロ波を導入
し且つ気密状態を保持し得る石英ガラスからなる入射窓
６を設け、前記結合窓５と入射窓６間は導波路７となし
、そして前記側壁２の一面を着脱自在且つ気密状態を保
持し得る蓋体８となし、該蓋体８にはキャリアガス及び
反応ガスの供給管９を連設し、また蓋体８と対向する側
壁２には排気管１０を連設している。ここで、前記可動
短絡端４は、前記反応室１の断面形状と同一の断面形状
となして延設した気密移動空間１１内で、その法線方向
即ちマイクロ波の進行方向と平行な方向に沿って変位し
得るように駆動手段１２に連結され、該駆動手段１２は
前記移動空間１１の外側を閉塞するフランジ１３の中央
部に摺動可能且つ気密保持可能に貫通させた操作軸１４
の端部を前記可動短絡端４の背面に固定し、該操作軸１
４の突出側の端部に形成した螺軸１５を前記フランジ１
３に支持杆１６．・・・により間隔を隔てて固定した操
作部１７に定位置回動可能に設けた円板１８の中心蝮孔
１９に螺合した構造のもので、前記円板１８を回転させ
ることにより前記操作軸１４を挿脱して可動短絡端４を
変位させるのである。

本実施例では、前記反応室１の寸法を９５ｗＸ５５ｍの
断面形状で、前記結合窓５と可動短絡端４との距離を約
８０ｍに設定し、該可動短絡端４の変位距離を±２５ｍ
に設定している。また、前記蓋体８の供給管９と連通ず
る内側で且つ反応室１の外側には、該反応室１とは小孔
若しくは格子を有する区画板２０で区画された供給用予
備室２１を形成するとともに、前記排気管１０と連通し
且つ反応室１の外側にも、該反応室１とは前記同様の区
画板２０で区画された排気用予備室２２を形成し、この
場合前記区画板２０はマイクロ波の共振器における側壁
２の作用をするのである。そして、薄膜を形成すべき基
板２３は前記反応ユニッ）Ａの反応室１内の所定位置に
固定できるようになしている。また、前記反応室１は０
　、ＩＴｏｒｒから１０気圧の範囲の圧力に対して気密
性を保つことができるようになし、使用する反応ガスの
種類によっては、反応室１内を１気圧以下にした場合の
リークして入ってくる空気と反応ガス及び１気圧以上に
した場合のリークして出ていく反応ガスと空気とが激し
く反応するものがあるので、この気密性には細心を注意
を要する。尚、本発明の実施において使用する反応ユニ
ッ）Ａは前記構成に限るものではなく、後述の基板の大
きさに応じて最適な寸法及び構造のものが採用され得る
のである。

マイクロ波発生装置Ｂは、マグネトロンとその駆動用及
び制御用の電源とよりなる通常のもので、発振周波数は
２．４５　ＧＨｚ　（２４５０±３０ＭＨｚ）　、出力
電力は１０〜１００ＯＷの範囲内で可変のものを用いた
が、特に限定されるものではなく、発振周波数及び出力
電力は前記反応ユニッ）Ａの反応室１の寸法と関係づけ
て適宜設定し得る。

導波ユニットＣは、第１図に示すように前記マイクロ波
発生装置Ｂにより発生したマイクロ波を前記反応ユニッ
トＡの入射窓６から反応室１内に効率よく導（もので、
本実施例ではマイクロ波発生装置Ｂ側から順に、進行波
出力モニタ２４を備えた方形導波管２５、アイソレータ
２６、反射波出力モニタ２７を備えた方形導波管２８及
びスタプチューナ２９を備えた導波管３０を直列に連結
したものである。

前記導波管２５．２８は、アルミニウム製で国内規格Ｂ
ＲＪ−２を使用し、縦２９籠、横９６ｆｌの寸法を有し
、これはＴＥｏｓモードでの遮断周波数が１．５６Ｇ　
ｆｉｚで、３．１３ＧＨｚ以下では前記発振周波数以外
の他の高次モードが伝搬しないものである。前記進行波
出力モニタ２４及び反射波出力モニタ２７は、電磁波の
干渉を利用した方向性結合器により、進行波若しくは反
射波の大きさのみに比例する電磁界を取り出してダイオ
ードで検波するようになしたもので、進行波出力モニタ
２４によりマイクロ波発生装置Ｂで発生したマイクロ波
の出力電力をモニタリングするとともに、その出力をマ
グネトロンの出力を制御するアノード電流にフィードバ
ックして±５％以下の出力安定性を図り、また反射波出
力モニタ２７により前記反応室ｌとのインピーダンスマ
ツチングがとれてなく過度に反射波が大きい場合にそれ
を検出してマグネトロンを保護するための保護回路が作
動するようになしている。

尚、前記保護回路は、他の条件、例えばマグネトロンの
アノード電圧及び電流、温度が設定値以上になった場合
にも作動するようにしている。前記アイソレータ２６は
、磁界中のフェライトの異方性による偏向を利用したサ
ーキュレータと電波吸収体により構成され、サーキュレ
ータ部分は水平方向（Ｈ面）で分岐し、この分岐点にフ
ェライトと永久磁石による磁界がかかつており、この分
岐点でマイクロ波は水平方向に曲げられ、マグネトロン
側から進行してきたマイクロ波は負荷側へ、負荷側から
反射してきたマイクロ波はマツチングされた無反射終端
になっている電波吸収体側へ曲げられて全て吸収され、
マグネトロン側へは反射波がもどらないようにしている
。前記スタプチューナ２９は、前記導波管３０中に挿脱
可能な導体棒よりなり、この部分では該導波管３０の縦
幅が広がっており、通常は１／４波長間隔で配した２本
以上の導体棒で構成されるが、本実施例では３本用いた
３スタブチユーナとなし、この導体棒の挿入長さを調節
することにより電磁波的に反射の度合が変わり、３本の
導体棒の反射の重なりと負荷からの反射波の干渉により
、反射波を減少させることができ、理論的にはあらゆる
負荷インピーダンスとマツチングがとれるものである。

ガス供給ユニットＤは、第３図及び第４図に示す如く反
応ガスボンベ３１及びキャリアガスボンベ３２から流量
を調節して前記反応ユニッ）Ａの反応室１内に供給でき
るようにそれぞれのボンベには流量計３３及びニードル
バルブ３４を介在させて前記供給管９に連結したもので
、勿論各ボンベには背圧を調節できるようにレギュレー
タを取付けである。ここで、本実施例では反応ガスとし
てはシランガス（ＳｉＨ４）を用い、キャリアガスとし
てはヘリウム（Ｈｅ）及びアルゴン（＾ｒ）の不活性ガ
スを用いたが、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）及
びキセノン（Ｘｅ）等の不活性ガスを用いることが可能
であり、また反応ガスは前記基板２３上に形成するＷｌ
膜の種類に応じて適宜選択することができ、シリコンの
薄膜を形成する場合には前記以外に５ｉＦａや５ＩＣ１
４、他の物性の薄膜を形成する場合にはプラズマＣＶＤ
法で使用し得るものの中から適宜選択して用い、また薄
膜中にリン（Ｐ）又はボロン（Ｂ）をドープするにはＰ
Ｈ３又はＢ２Ｈ６等を反応ガスに少量混入できるように
別途ボンベ等を設けるものとする。尚、本実施例で使用
したシランの純度は、９９．９９％以上で不純物として
０２（＜１ｐｐ＋＊）、　　Ｎ２０　（＜　ｌｐｐｍ）
、　５ｉＨ３Ｃ１（＜　５ｐｐｍ）を含んだものである
。ここで、不活性ガスには、寿命の長い準安定レベルが
存在し、ペニング効果を利用して他のガスを励起する性
質を持っているため、成膜に必要な反応ガスを励起し易
く、またプラズマも維持し易いので、プラズマを安定に
維持するために、前記不活性ガスを適宜混合し且つその
混合比を変えることで薄膜の性質も制御することが可能
である。

排気ユニットＥは、前記反応ユニットＡの排気管１０に
通常の真空バルブ３５及びニードルバルブ３６を並列に
介して前記反応室１より十分容積の大きいバッファタン
ク３７を連結し、該バッファタンク３７には真空バルブ
３８を介して０．１Ｔｏｒｒ以下の真空度に排気できる
ロータリーポンプ３９に連結している。尚、反応室１内
の真空度又は圧力を測定するためにビラニー真空針やブ
ルドン管圧力針等の圧力針（ＰＧ）４０を適宜位置に設
けている。

ガス処理ユニッ）Ｆは、窒素ガス（Ｎ２）等のパージ用
ガスボンベ４１をバルブ４２を介して前記バッファタン
ク３７及び前記反応ガスボンベ３１の流量計３３の前段
に連結するとともに、前記バッファタンク３７にバルブ
４３を介して内部に処理液を充填したバブリングタンク
４４を連結したものであり、前記バルブ４２．４３を開
閉操作してリークした空気と反応ガス（シラン）の反応
により生じた粉末（酸化シリコン）を流量計３３、ニー
ドルバルブ３４、配管及び反応室１内から吹き飛ばすと
ともに、反応ガスが低濃度で全圧力が１気圧より低い場
合には前記バッファタンク３７にパージ用ガスを供給し
て反応ガスを希釈しながら排気ユニットＥにより排気し
、また中濃度以上で全圧力が１気圧より高い場合には反
応ガスを含む混合ガスをバッファタンク３７に溜めてパ
ージ用ガスで十分希釈して１．５〜２気圧程度となし、
前記バブリングタンク４４内で処理液により処理して排
気するようになしたものである。尚、本実施例では反応
ガスとしてシランを用いたので、その処理液として強ア
ルカリのＮａＯＨを用い、シランをケイ酸ナトリウムと
水素に分解し、自然発火しない状態となして排気するの
である。ここで、前記バッファタンク３７は、前記反応
室１に対して十分大きな容積を有するので、排気ガスの
処理の他にロータリーポンプ３９による排気の脈流を吸
収して流れを安定化するとともに、反応室１内のプラズ
マＣＶＤで作られる粉末の一部を反応室１からバッファ
タンク３７にかけて急激に容積が増えることによる流速
の減少により堆積させて止める作用も行うのである。

しかして、本発明のマイクロ波プラズマによる成膜装置
にて反応ユニッ）Ａの反応室１内に配した基板２３上に
薄膜を成長させるには、先ず前記反応室１内に前記基板
２３としてラフ１４フ８面（面指数（ＩＴＯ２））を配
した状態で、前記駆動手段１２の円板１８を定位置で回
転させて該円板１８に螺合した操作軸１４をフランジ１
３から挿脱することにより前記反応室１に連続した移動
空間１１内で可動短絡端４をその法線方向に変位させて
、該反応室１を前記マイクロ波発生装置Ｂにより発生さ
れるマイクロ波の周波数に共振する基本モード（ＴＥｉ
ｏｔモード）の方形空洞共振器となるように調節する。

これは、前記基板２３等の誘電体を反応室１内にいれる
と共振点が若干ずれるので、その補正を行うのである。

次に、前記排気ユニット已により装置全体を０　、ＩＴ
ｏｒｒ程度まで粗引きした後、前記ガス供給ユニットＤ
からＨｅ又はＡｒからなるキャリアガスを供給し、残留
ガスを置換することにより不純物として薄膜中に混入す
ることを減少させるとともに、初期プラズマの発生を容
易となすのである。これには、前記キャリアガスボンベ
３２のレギュレータを調節して背圧を一定とした状態で
、流量計３３で流入流量を測りながらニードルバルブ３
４を調節して前記反応室１内にキャリアガスを供給する
と同時に、前記排気ユニット已によりニードルバルブ３
６を調節して排気流量を調節しながらバッファタンク３
７を介して流れを安定化させてロータリーポンプ３９で
排気し、反応室１内の真空度をプラズマの発生が容易な
１〜１００　Ｔｏｒｒの範囲内、例えば５０Ｔｏｒｒ前
後で一定に維持する。尚、排気ユニットＥの前記供給管
９及び排気管１０と連通し且つ反応室１の外側に、該反
応室１とは多数の小孔若しくは格子を有する区画板２０
で区画形成した供給用予備室２１及び排気用予備室２２
により、反応室１内における反応ガス及びキャリアガス
の流れを安定にして密度を略均−となして前記区画板２
０を通過させ、局部的にプラズマが冷却されることなく
、高圧のプラズマを安定に維持できるようになしている
。そして、この状態でマイクロ波発生装置Ｂで発生させ
た２００Ｗのマイクロ波を導波ユニットＣの進行波出力
モニタ２４を備えた方形導波管２５、アイソレータ２６
、反射波出力モニタ２７を備えた方形導波管２８及びス
タプチューナ２９を備えた導波管３０を通して排気ユニ
ッ）Ｅの入射窓６から結合窓５を通してインピーダンス
のマツチングをとって反応室１内に導き、前記キャリア
ガスによるプラズマを発生させる。それから、該プラズ
マを維持した状態で前記ガス供給ユニンｌ−Ｄにより流
量を調節しながら更にキャリアガスを供給して約４分間
で１気圧程度まで圧力を高め、そしてこの状態で一種又
は二種以上の反応ガス、即ち薄膜を形成するシラン又は
シランとドープする不純物ガスを混合したものをガス供
給ユニットＤにより流量を調節しながら供給して反応室
１内の全圧力を１０Ｔｏｒｒ〜数気圧に設定するととも
に、反応ガスの分圧をｌ　Ｔｏｒｒ〜数気圧に設定し、
この圧力を維持しながらマイクロ波電力を４００〜８０
０Ｗまで高めて高圧のプラズマを発生させ、１〜１５分
間成膜を行うのである。即ち、マイクロ波による電離に
より発生した高速の電子が反応ガス及びキャリアガスと
弾性衝突及び非弾性衝突を繰り返すことにより、反応ガ
スから反応種である化学的に活性で且つ運動エネルギー
の低い中性ラジカル及びイオンが生成され、該反応種を
前記基板２３に導くことにより該基板２３上にシリコン
のＩｌ膜を速く且つ穏やかに成長させるのである。尚、
前記全圧力及び反応ガスの分圧はできるだけ高く設定す
るのが、高速成膜には好ましい。

マイクロ波の定在波を利用したマイクロ波プラズマＣＶ
Ｄによる成膜装置は、空洞共振器自体を反応室とするた
め、大きな電界強度が得られる反面、プラズマの発生領
域が狭く、そのため基板２３の大きさも限定される。そ
こで、次にプラズマをより広い領域で発生でき、基板２
３も大きくすることが可能なマイクロ波の進行波を利用
したマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装置につ
いて説明するが、反応ユニッ）Ａを除いた他の構成は定
在波を利用した装置と路間−であるので、同一構成には
同一符号を付して説明を省略する。

このマイクロ波の進行波を利用する場合に、重要となる
点は、マイクロ波の進行方向に沿った広い領域で均一な
プラズマが得られる可能性がある反面、１気圧以上の圧
力でもプラズマを発生させ且つ安定に維持するために如
何に電界強度を高めるかにある。

本発明では、進行波の電界強度、換言すればエネルギー
密度を高めるために以下に述べる反応ユニットＡを用い
る。

第５図及び第６図に示した反応ユニ７）Ａは、マイクロ
波の進行波を巡回させるためのリング状の導波管からな
る貯蔵サーキット４５の適所にマイクロ波を導入する分
岐４６を設けるとともに、該貯蔵サーキット４５の一部
を前記反応室１としたものである。更に具体的には、前
記貯蔵サーキット４５は、直線状導波管４７と円弧状導
波管４８を連結してリング状に形成し、一方の直線状導
波管４７の端部の断面積を大きく設定して円弧状導波管
４８とテーパー状の前記分岐４６を連結し、他方の直線
状導波管４７を短く設定し、その間に第７図に示す反応
室１を連結している。ここで、マイクロ波の入射側にお
いて前記導波ユニットＣの導波管との断面積が急激に変
化するとインピーダンスの不整合によりマイクロ波のエ
ネルギーが有効に入射しないため、分岐４６を連結した
直線状導波管４７の横幅をマイクロ波の波長に比べて十
分大きく設定し、更に円弧状導波管４８の分岐４６を設
けた直線状導波管４７に連結する側の横幅を広く設定し
た。また、反応室１を連結した倒の直線状導波管４７の
横幅は、マイクロ波のエネルギー密度を高めるためには
なるべく小さくすることが望ましいが、マイクロ波の伝
送モード等を考慮して反応室１を含めて横幅を１５０　
ｍに設定するとともに、反応室ｌの高さを１Ｏ１１に設
定した。尚、反応室１以外の貯蔵サーキット４５の高さ
は５５鶴である。

しかし、以上に示した寸法値は一例を示すに過ぎず、使
用するマイクロ波の周波数に応じて適宜設定する必要が
ある。

第７図に示した反応室１は、その内断面積を両側から中
央にかけｔテーパー状に滑らかに減少させ、中央部のマ
イクロ波のエネルギー密度を更に高めて、この部分でプ
ラズマが集中的に発生するようにしている。また、反応
室１と直線状導波管４７、４７との連結部にはマイクロ
波が通過可能な石英板からなる入出射窓４９．５０を気
密状態で設け、その内方には反応ガス及びキャリアガス
の供給管９及び排気管１０を設けている。更に、断面積
が最小の中央部には前記基板２３を保持できるようにな
し、また基板２３の温度が過度に上昇しないように該基
板２３の保持部に近接した反応室１の肉厚部分をくり抜
いて水冷用の熱交換器５１を装着している。

ここで、前記基板２３は着脱自在な熱交換器５１の端面
に取付は可能となして、熱交換器５１とともに反応室１
に取付けるようにすることも実用的である。

しかして、マイクロ波発生装置Ｂで発生されたマイクロ
波は導波ユニットＣにて反応ユニットＡに導かれ、該反
応ユニソ）Ａを構成する貯蔵サーキット４５中を巡回し
、導波管壁でのエネルギー損失及び導波管の曲率等によ
る微小な電力反射によって徐々に減衰する。しかし、ト
ータル的に見れば、マイクロ波は貯蔵サーキット４５を
複数回巡回するので、貯蔵サーキット４５の内部では特
に反応室１の中央部ではマイクロ波のエネルギー密度が
数十倍以上に増幅されるのである。ここで、貯蔵サーキ
ット４５を１周する間に導波管壁に流れる表皮電流によ
って失われるエネルギーの割合をα、導波管の曲率等に
より反射するエネルギーの割合をｒとし、ある瞬間に入
射するエネルギーをａ。、合流点から前方へ進むエネル
ギーをａ　ｎ（ｎ≧０）とすれば、 ａｎ＝　（１−α）（１−ｒ）ａｒｌ−。

（（１−α）（１−ｒ）　　）　　ａ。

となる。よって、貯蔵サーキット４５に蓄えられるエネ
ルギー密度Ｕは、 Ｕ！Σａ０ ＝１／（１−（１−α）（１−ｒ））・ａｏとなる。そ
して、前記反射波出力モニタ２７：Ｉ！測測定きる全反
射電力Ｒは、 Ｒ＝Σ　ｒ（１−α）ａｎ ？＋１１０ −ｒ（１−α）／（１−（１−α）（１−ｒ））・　ａ
ｏと表される。

第８図は、全電力反射率Ｒ（％）を、貯蔵サーキット４
５の１周当たりの電力損失率α（％）をパラメータとし
て１周当たりの電力反射率ｒ　（％）に対して表したグ
ラフである。そこで、反応室１で実際にどの程度のエネ
ルギー密度若しくは電界強度が得られるのかを見積もる
。実際に、本装置を用いた場合、入射電力が５００Ｗの
とき、反射電力は約３００Ｗであり（Ｒ＝６０％）、α
は約１％と推測されるので、グラフよりｒは約１．５％
と見積もられる。このαとｒの値を用いれば、前式より
エネルギー密度Ｕは、４ＱＸａ０となる。

そして、貯蔵サーキット４５の導波管材料をアルミニウ
ムとし、ＴＥＯ２モードの場合、反応室１での最大電界
強度Ｅは、 Ｅ−１，３２ｘ１ｏ３−Ｅｉ と表されるから、入射電力５００Ｗの場合には、Ｅ＝１
．８６ｘｌＯ’　　（Ｖ／ｍ） となり、１気圧のプラズマを発生させて維持するのに十
分な電界強度が得られることが判る。

次に、反応室ｌの他の実施例を第９図及び第１０図に示
す。前述の実施例においては、プラズマの発生領域と基
板２３の位置は略同位置のものを示したが、プラズマの
発生領域と基板２３の位置は必ずしも一致する必要はな
く、寸法の大きな基板２３に薄膜を成長させるには、む
しろ異なった位置であることが望ましい。

第９図に示したものは、定在波を利用する成膜装置の反
応室１であり、空洞共振器となる反応室ｌを貫いてマイ
クロ波が通過可能な材質で形成した反応パイプ５２を設
け、該反応バイブ５２は反応室１に固定したボート５３
．５３で保持されており、該反応パイプ５２の一方を供
給管９とし、他方を排気管１０となしたものである。そ
して、基板２３は、反応パイプ５２の内部であって排気
管１０側に寄せた位置に適宜手段にて保持されている。

尚、この場合、反応室ｌは気密である必要はないので、
第２図に示した入射窓６は不用である。前記反応バイブ
５２の供給管９側から供給された反応ガス及びキャリア
ガスは、反応室１の空洞共振器を構成する位置でプラズ
マ化され、このプラズマはガスの流れととにも基板２３
に輸送され、反応ガスに基づく中性ラジカル及びイオン
により前述の如く薄膜を成長させるのである。

また、第１０図に示したものは、進行波を利用する成膜
装置の反応室１であり、第７図に示した反応室１の中央
部に反応バイブ５２を貫通させ、同様にボート５３．５
３にて保持したものである。この場合、反応室１自体に
は供給管９及び排気管１０を設けず、前述如く反応パイ
プ５２０両端部がそれに相当する。また、第７図に示し
た入出射窓４９．５０は不用である。

更に、反応ユニソ）Ａの他の実施例を第１１図〜第１４
図に示す。

第１１図に示した反応ユニットＡは、一対のマイクロ波
反射用凹面ミラー５４．５５を対向配置し、方の凹面ミ
ラー５４の一部にマイクロ波が通過可能な導入部５６を
形成して貯蔵サーキット４５を構成し、両凹面ミラー５
４．５５間にマイクロ波が通過し得る入出射窓を備えた
前記反応室１を配した構造のものである。前記導入部５
６から入射したマイクロ波は、両凹面ミラー５４．５５
間を多重反射するが、凹面ミラー５４．５５の集束作用
によってその中間部にマイクロ波のエネルギー密度が高
（なる領域が存在し、その領域内に反応室１を配する。

第１２図に示した反応ユニッ）Ａは、三以上、園側のも
のは四枚のマイクロ波反射用凹面ミラー５７゜・・・を
コーナ一部に配して貯蔵サーキット４５を構成し、その
中の一つにマイクロ波を入射して、順次反射巡回させ、
一対の凹面ミラー５７．５７間であってマイクロ波の通
路を横切って反応室１を配したものである。

第１３図に示した反応ユニットＡは、マイクロ波反射用
凹面ミラー５８．５８と油導波管５９を組合わせて貯蔵
サーキット４５を構成し、該油導波管５９の円周外側に
マイクロ波の導入部６０を設け、二つの凹面ミラー５８
．５８はそれぞれ油導波管５９の開口端に望む位置に設
置し、両凹面ミラー５８．５８間に反応ユニフトＡを配
したものである。

第１４図に示した反応ユニットＡは、マイクロ波の導入
部６１を除き周囲をマイクロ波反射用ミラー６２、・・
・で取り囲んで貯蔵サーキット４５を構成し、該貯蔵サ
ーキット４５自体を反応室１となしたものである。実際
には、前記ミラー６２は、箱型の反応室１の内面を用い
たものである。

本発明では、プラズマを発生させるためにマイクロ波を
用いたので、マイクロ波は電磁波としての波長が長いた
め、反応ガスを直接励起することができず、−旦電子を
電場で加速することになり、電磁波のエネルギーが電子
の運動エネルギーに変換され、その加速された電子の反
応ガスとの衝突によって反応種を作るのである。従って
、電場の分布形状によって反応種の空間分布を制御する
ことが可能で即ち成膜する場所を制御でき、特に本発明
は高圧力下でプラズマを発生させるため、そのプラズマ
の発生領域は局所的になり、成膜場所の制御性に優れて
いるのである。更に、マイクロ波の電場方向を制御して
、電場方向と基板２３の相対値１を代えることにより、
電場で加速された高エネルギーのイオンや電子が基板２
３に入射することを防ぐことができて、高速粒子による
損傷を無くすることができる。

最後に、定在波を利用した成膜装置を用いて基板２３上
に作製されたシリコン薄膜の物性について以下に述べる
。

そのため、二種類の条件により作製した薄膜の物性を次
に比較する。第一試料は、シランガスの流量を３５ｍ１
／ｍｉｎ、ヘリウムの流量を３５０ｍ１／ｍｉｎとして
シランガスの分圧を７０Ｔｏｒｒに設定するとともに、
マイクロ波電力を４００Ｗで行ったものである。

また、第二試料は、シランガスの流量を２０ｈｌ／ｍｉ
ｎとしてシランガスの分圧を１３０　Ｔｏｒｒに設定す
るとともに、マイクロ波電力を６００Ｗで行ったもので
ある。そして、両試料を反射電子線回折、ノマルスキー
、走査電子顕微鏡で観察した結果を述べると、先ず両試
料とも反射電子線回折像により格子定数を求めたところ
、シリコン結晶の格子定数に一致し、作製された薄膜は
シリコンの多結晶膜であることが判る。次に、ノマルス
キー微分干渉計、ラマン散乱分光装置及び走査電子顕微
鏡による表面形状観察の結果、シランガスの分圧が高い
程表面の凹凸が少なく平坦性のよい薄膜が作製できるこ
とが判った。また、干渉膜厚計により測定した薄膜の厚
みから、本発明の方法での成膜速度は条件により１μｍ
／ｓｅｃも可能であり、少なくとも１μｍ／ｗｉｎより
大きいことが判った。

以上述べた結果は、本発明の有効性を示す実験の一例で
あり、平坦性が良く且つ成膜速度が速くしかも格子欠陥
やスパッタリングによる損傷が極めて少ない１ｉｌｌＪ
を形成するには、マイクロ波の波長及び入射電力、反応
ガス及びキャリアガスの流量、全圧力及び反応ガスの分
圧を最適に設定することにより可能である。

〔発明の効果〕

以上にしてなる本発明の高圧力下でのマイクロ波プラズ
マＣＶＤによる高速成膜方法及びその装置によれば、反
応ガスの圧力を高めて反応種である中性ラジカル及びイ
オンを高密度で発生させることができるので、従来のも
のとは比較にならない程の高速成膜が可能となるととも
に、高速イオンや電子が発生することがないので、欠陥
の少ない良好な表面が得られ、また反応室の設計次第で
大面積の成膜が可能となるのである。

また、空洞共振器となる気密反応室内に所望の薄膜を形
成すべき基板を配するとともに、可動短絡端を変位させ
て使用するマイクロ波における共振状態に設定した該反
応室内に、一種又は二種以上の反応ガス及び不活性ガス
からなるキャリアガスを供給すると同時に排気して、反
応室内の全圧力を１０Ｔｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分
圧を１　丁ｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定に保ち、反応
室の結合窓側の外側に気密設置した入射窓から導波管に
より導いたマイクロ波を入射してマイクロ波プラズマを
発生させ、該プラズマにより生成された反応ガスに基づ
く中性ラジカル及びイオンを前記基板上に導いて薄膜を
成長させてなるので、プラズマの生成が単独では困難若
しくは条件設定が難しく、しかも発火性等を有する反応
ガスの分圧を極力高め、それにより該反応ガスに基づく
反応種である中性ラジカル及びイオンの密度を高めて成
膜速度を１μｍ／ｓｅｃにもすることが可能であり、少
なくとも１μｍ／ｌｌｌ１ｎ以上にすることが可能とな
るばかりでなく、マイクロ波を用いたことにより加速さ
れた電子と反応ガスとの弾性衝突及び非弾性衝突を起こ
させ間接的に温度が低く即ち運動エネルギーが小さい中
性ラジカル及びイオンを生成するので、基板及び作製し
た薄膜中に格子欠陥やスパッタリングによる損傷を与え
ることなく穏やかな成膜が行えて良質のＩＩＩを成長さ
せることができるのである。また、高速に加速される電
子が、基板上に入射しないようにマイクロ波の電場方向
を制御することも容易にできるとともに、プラズマの発
生場所を制御して反応種である中性ラジカル及びイオン
の空間分布を制御し、それにより成膜場所を制御するこ
とが可能となり、更に反応室内に何ら電極を配すること
がないので該電極から不純物が薄膜中に混入することが
全くなく、純度の高いｉｍを形成することができる。

また、反応室内の全圧力を１００　Ｔｏｒｒ〜数気圧、
反応ガスの分圧をｌ　Ｔｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定
に保った状態でプラズマを発生維持するために、先ず反
応室内にキャリアガスを供給すると同時に排気して、反
応室内の圧力を１〜１００　Ｔｏｒｒの範囲内で一定に
保ちつつ、該反応室内にマイクロ波を入射してマイクロ
波プラズマを発生させ、次に該プラズマを維持した状態
でキャリアガスの供給量を増加させて反応室内の圧力を
高め、この状態で反応ガスを供給し、反応室内の全圧力
を１００　Ｔｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧をｌ　Ｔ
ｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定となしたので、高圧力の
プラズマを安定に発生させることが可能となり、しかも
成膜は高圧力下でのみ行えるので、作製される薄膜の成
膜速度を一定にでき、その薄膜を性質を均一にすること
ができる。更に不活性ガスには、寿命の長い準安定レベ
ルが存在し、ペニング効果を利用して他のガスを励起す
る性質を持っているため、成膜に必要な反応ガスを励起
し易く、またプラズマも維持し易いので、プラズマを安
定に維持するために、前記不活性ガスを適宜混合し且つ
その混合比を変えることで薄膜の性質も制御することが
可能である。

また、反応ユニットの前記供給管及び排気管と連通し且
つ反応室の外側に、該反応室とは多数の小孔若しくは格
子を有する区画板で区画された供給用予備室及び排気用
予備室をそれぞれ形成することにより、供給管から流入
する反応ガス及びキャリアガスを反応室に流入する前に
拡散させ、そして排出する場合も同様に排気管の直前の
流れが急になる部分を排気用予備室としたので、反応室
内における反応ガス及びキャリアガスの流れを安定にし
て密度を略均−となし、局部的にプラズマが冷却される
ことなく、大気圧程度のプラズマを安定に維持できるの
である。

また、反応室の可動短絡端をその法線方向に変位させて
、内部に基板等の誘電体を配した状態で該反応室を使用
するマイクロ波における基本共振モードに設定すること
ができる。

また、マイクロ波の進行波を用いた成膜方法及び装置に
よれば、広い領域で反応ガス及びキャリアガスのプラズ
マを発生させることができるため、基板上に広面積の薄
膜を高速成長させることが可能となる。

更に、反応室の入射側に導波管と共振器となる反応室の
結合度を決定し得る結合窓を着脱自在に設けるとともに
、導波ユニットとして前記マイクロ波発生装置側から順
に、マイクロ波の進行波出力モニタを備えた導波管、ア
イソレータ、反射波出力モニタを備えた導波管及びスタ
プチューナを備えた導波管を直列に連設することによっ
て、反応室の負荷インピーダンスとのマツチングがとれ
、反応室内に安定にマイクロ波を閉じ込めることができ
、そのエネルギー損失を最小となすことが可能なるとと
もに、反射波によるマイクロ波発生装置を保護すること
ができるのである。

更に、マイクロ波の進行波を用いる場合で、リング状の
導波管からなる貯蔵サーキットを用いた場合には、マイ
クロ波を外部に漏れることなく該貯蔵サーキット内に全
て閉し込めることができ１、またマイクロ波反射用凹面
ミラーを用いた貯蔵サーキットでは、該ミラーに反射す
る毎にマイクロ波が集束されてエネルギー密度を高める
ことができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は定在波を利用したマイクロ波プラズマＣＶＤに
よる成膜装置の反応ユニットとマイクロ波発生装置と導
波ユニットの配置状態を示す簡略側面図、第２図は空洞
共振器となる反応室を備えた反応ユニットの拡大縦断側
面図、第３図は装置全体の配置を示す概略ブロック図、
第４図はガス供給ユニットと排気ユニットとガス処理ユ
ニットの配管状態を示す簡略配置図、第５図は進行波を
利用したマイクロ波プラズマＣＶＤによる成膜装置の反
応ユニットとマイクロ波発生装置と導波ユニットの配置
状態を示す簡略側面図、第６図は貯蔵サーキットと反応
室を備えた反応ユニットの平面図、第７図は進行波を利
用する場合の反応室の拡大断面図、第８図は貯蔵サーキ
ットのマイクロ波の反射率を示したグラフ、第９図は定
在波を利用した反応ユニットにおいて反応室内で発生し
たプラズマをその発生領域とは異なる空間に輸送して基
板上に薄膜を成長させる装置の断面図、第１０図は進行
波を利用した反応ユニットにおいて反応室内で発生した
プラズマをその発生領域とは異なる空間に輸送して基板
上に薄膜を成長させる装置の断面図、第１１図は同じく
一対のマイクロ波反射用凹面ミラーを対向配置した貯蔵
サーキットを用いる実施例を示す簡略断面図、第１２図
は同じく三以上のマイクロ波反射用凹面ミラーを配した
貯蔵サーキットを用いる実施例を示す簡略断面図、第１
３図は同じくマイクロ波反射用凹面ミラーと油導波管と
で構成した貯蔵サーキットを用いる実施例を示す簡略断
面図、第１４図は同じくマイクロ波の導入部を除き周囲
をマイクロ波反射用ミラーで囲んだ貯蔵サーキットを用
いる実施例を示す簡略断面図である。 Ａ：反応ユニット、Ｂ：マイクロ波発生装置、Ｃ：導波
ユニット、Ｄ：ガス供給ユニット、Ｅ：排気ユニット、
Ｆ：ガス処理ユニット、１：反応室、２：側壁、３：入
射側壁、４：可動短絡端、５：結合窓、６：入射窓、７
：導波路、８：蓋体、９：供給管、１０：排気管、１１
：移動空間、１２：駆動手段、１３：フランジ、１４：
操作軸、１５：螺軸、１６：支持杆、１７　：　ｔ１作
部、１８：円板、１１蝮孔、２０：区画板、２１：供給
用予備室、２２：排気用予備室、２３：基板、２４：進
行波出力モニタ、２５：導波管、２６：アイソレータ、
２７：反射波出力モニタ、２８：導波管、２９ニスタブ
チユーナ、３ｏ：導波管、３１：反応ガスボンベ、３２
：キャリアガスボンベ、３３　：　流１１！Ｌ　３４　
：ニードルバルブ’、３５：Ｘ空バルブ、３６：ニード
ルバルブ、３７：パンフアタンク、３８：真空バルブ、
３９：ロータリーポンプ、４ｏ：圧力計、４１：パージ
用ガスボンベ、４２：バルブ、４３：バルブ、４４：バ
ブリングタンク、４５：貯蔵サーキット、４６：分岐、
４７：直線状導波管、４８：円弧状導波管、４９：入射
窓、５０：出射窓、５１：熱交換器、５２：反応パイプ
、５３：ボート、５４：ミラー５５：ミラー、５６：導
入部、５７：凹面ミラー、５８：凹面ミラー、５９：油
導波管、６０：導入部、６１：導入部、６２：ミラー 第 １２ 図 第 ３ 図 第 ４ 図 ム７ 第 ０ 図 第 １ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）空洞共振器となる気密反応室内に反応ガスを１Ｔｏ
   ｒｒ〜数気圧の範囲内で一定に保つとともに、該反応室
   内にマイクロ波を導入して定在波によるマイクロ波プラ
   ズマを発生させ、該プラズマにより生成された反応ガス
   に基づく中性ラジカル及びイオンを反応室内に配した基
   板上に導いて薄膜を成長させてなる高圧力下でのマイク
   ロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜方法。 ２）空洞共振器となる気密反応室内に所望の薄膜を形成
   すべき基板を配するとともに、可動短絡端を変位させて
   使用するマイクロ波における共振状態に設定した該反応
   室内に、一種又は二種以上の反応ガス及び不活性ガスか
   らなるキャリアガスを供給すると同時に排気して、反応
   室内の全圧力を１０Ｔｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧
   を１Ｔｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定に保ち、反応室の
   結合窓側の外側に気密設置した入射窓から導波管により
   導いたマイクロ波を入射して定在波によるマイクロ波プ
   ラズマを発生させ、該プラズマにより生成された反応ガ
   スに基づく中性ラジカル及びイオンを前記基板上に導い
   て薄膜を成長させてなる高圧力下でのマイクロ波プラズ
   マＣＶＤによる高速成膜方法。 ３）空洞共振器となる気密反応室内に所望の薄膜を形成
   すべき基板を配するとともに、可動短絡端を変位させて
   使用するマイクロ波における共振状態に設定した該反応
   室内に不活性ガスからなるキャリアガスを供給すると同
   時に排気して、反応室内の圧力を１〜１００Ｔｏｒｒの
   範囲内で一定に保ち、反応室の結合窓側の外側に気密設
   置した入射窓から導波管により導いたマイクロ波を入射
   して定在波によるマイクロ波プラズマを発生させ、該プ
   ラズマを維持した状態でキャリアガスの供給量を増加さ
   せて反応室内の圧力を高め、この状態で一種又は二種以
   上の反応ガスを供給し、反応室内の全圧力を１００Ｔｏ
   ｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧を１Ｔｏｒｒ〜数気圧の
   範囲内で一定となしてプラズマを維持し、該プラズマに
   より生成された反応ガスに基づく中性ラジカル及びイオ
   ンを前記基板上に導いて薄膜を成長させてなる高圧力下
   でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜方法。 ４）マイクロ波の進行波を巡回若しくは反射させてその
   エネルギー密度を高めた領域の適所に配したマイクロ波
   が通過可能な反応室内に、反応ガスを１Ｔｏｒｒ〜数気
   圧の範囲内で一定に保つとともに、該反応室内に導入し
   たマイクロ波にてプラズマを発生させ、該プラズマによ
   り生成された反応ガスに基づく中性ラジカル及びイオン
   を反応室内に配した基板上に導いて薄膜を成長させてな
   る高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成
   膜方法。 ５）マイクロ波の進行波を巡回若しくは反射させてその
   エネルギー密度を高めた領域の適所に配したマイクロ波
   が通過可能な反応室内に、一種又は二種以上の反応ガス
   及び不活性ガスからなるキャリアガスを供給すると同時
   に排気して、反応室内の全圧力を１０Ｔｏｒｒ〜数気圧
   、反応ガスの分圧を１Ｔｏｒｒ〜数気圧の範囲内で一定
   に保つとともに、該反応室内に導入したマイクロ波にて
   プラズマを発生させ、該部により生成された反応ガスに
   基づく中性ラジカル及びイオンを反応室内に配した基板
   上に導いて薄膜を成長させてなる高圧力下でのマイクロ
   波プラズマＣＶＤによる高速成膜方法。 ６）所望の薄膜を形成すべき基板を内部に保持し得るよ
   うになした空洞共振器となる気密反応室を備え、該反応
   室の一側に結合窓を設けるとともに、他側の短絡端をそ
   の法線方向へ変位可能となし、該結合窓の外側にはマイ
   クロ波を導入する気密入射窓を設け、更に反応室に連通
   したキャリアガス及び反応ガスの供給管及び排気管を設
   けてなる反応ユニットと、 前記反応ユニットに所定の波長のマイクロ波を供給する
   マイクロ波発生装置と、 前記マイクロ波発生装置により発生されたマイクロ波を
   前記反応ユニットの入射窓に導く少なくとも導波管を有
   する導波ユニットと、 前記反応ユニットの供給管にキャリアガス及び反応ガス
   を流量を調節して供給するガス供給ユニットと、 前記反応ユニットの排気管からキャリアガス及び反応ガ
   スを流量を調節してバッファタンクを介して真空ポンプ
   にて排気する排気ユニットと、前記バッファタンク及び
   反応ガスの供給管にパージ用ガスを供給するとともに、
   該バッファタンクに連結し反応ガス、キャリアガス及び
   パージ用ガスからなる混合ガスを処理するバブリングタ
   ンクを備えたガス処理ユニットと、 よりなる高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる
   高速成膜装置。 ７）前記反応ユニットとして、前記供給管及び排気管と
   連通し且つ反応室の外側に、該反応室とは多数の小孔若
   しくは格子を有する区画板で区画された供給用予備室及
   び排気用予備室をそれぞれ形成してなる反応ユニットを
   用いてなる請求項６記載の高圧力下でのマイクロ波プラ
   ズマＣＶＤによる高速成膜装置。 ８）前記反応ユニットとして、前記反応室を前記マイク
   ロ波発生装置により発生されるマイクロ波における基本
   共振モードに設定してなる請求項６記載の高圧力下での
   マイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装置。 ９）前記導波ユニットとして、前記マイクロ波発生装置
   側から順に、マイクロ波の進行波出力モニタを備えた導
   波管、アイソレータ、反射波出力モニタを備えた導波管
   及びスタプチューナを備えた導波管を直列に連設してな
   る導波ユニットを用いてなる請求項６記載高圧力下での
   マイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装置。 １０）前記ガス供給ユニットにより反応室内に一種又は
   二種以上の反応ガス及び不活性ガスからなるキャリアガ
   スを供給すると同時に前記排気ユニットにより排気する
   とともに、前記マイクロ波発生装置からマイクロ波を導
   波ユニットにて反応室内に導入して、全圧力を１００Ｔ
   ｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧を１Ｔｏｒｒ〜数気圧
   の範囲内に設定した状態でプラズマを発生させてなる請
   求項６記載の高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤに
   よる高速成膜装置。 １１）マイクロ波の進行波を巡回若しくは反射させてマ
   イクロ波を蓄積する貯蔵サーキットを有し、該貯蔵サー
   キットの一部にマイクロ波が通過し得る入出射窓を備え
   るとともに、所望の薄膜を形成すべき基板を内部に保持
   し得る気密反応室を設け、更に反応室にはキャリアガス
   及び反応ガスの供給管及び排気管を連通形成してなる反
   応ユニットと、前記反応ユニットに所定の波長のマイク
   ロ波の進行波を供給するマイクロ波発生装置と、 前記マイクロ波発生装置により発生されたマイクロ波を
   前記反応ユニットに導く少なくとも導波管を有する導波
   ユニットと、 前記反応ユニットの供給管にキャリアガス及び反応ガス
   を流量を調節して供給するガス供給ユニットと、 前記反応ユニットの排気管からキャリアガス及び反応ガ
   スを流量を調節してバッファタンクを介して真空ポンプ
   にて排気する排気ユニットと、前記バッファタンク及び
   反応ガスの供給管にパージ用ガスを供給するとともに、
   該バッファタンクに連結し、反応ガス、キャリアガス及
   びパージ用ガスからなる混合ガスを処理するバブリング
   タンクを備えたガス処理ユニットと、 よりなる高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる
   高速成膜装置。 １２）前記反応ユニットとして、リング状の導波管から
   なる貯蔵サーキットの適所にマイクロ波を導入する分岐
   を設けるとともに、該貯蔵サーキットの一部を前記反応
   室としてなる請求項１１記載の高圧力下でのマイクロ波
   プラズマＣＶＤによる高速成膜装置。 １３）前記反応ユニットとして、一対のマイクロ波反射
   用凹面ミラーを対向配置し、一方のミラーの一部にマイ
   クロ波が通過可能な導入部を形成してなる貯蔵サーキッ
   トの両ミラー間に前記反応室を配してなる請求項１１記
   載の高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速
   成膜装置。 １４）前記反応ユニットとして、三以上のマイクロ波反
   射用凹面ミラーを配した貯蔵サーキットを形成し、その
   一つにマイクロ波を導入して順次反射巡回させ、一対の
   ミラー間に前記反応室を配してなる請求項１１記載の高
   圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装
   置。 １５）前記反応ユニットとして、マイクロ波反射用凹面
   ミラーと、マイクロ波導入部を備えた曲導波管とでマイ
   クロ波を巡回させる貯蔵サーキットを形成し、該貯蔵サ
   ーキットの適所に前記反応室を配してなる請求項１１記
   載の高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速
   成膜装置。 １６）前記反応ユニットとして、マイクロ波の導入部を
   除き周囲をマイクロ波反射用ミラーで囲んで貯蔵サーキ
   ットを形成し、該貯蔵サーキットを反応室としてなる請
   求項１１記載の高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤ
   による高速成膜装置。 １７）前記導波ユニットとして、前記マイクロ波発生装
   置側から順に、マイクロ波の進行波出力モニタを備えた
   導波管、アイソレータ、反射波出力モニタを備えた導波
   管及びスタプチューナを備えた導波管を直列に連設して
   なる導波ユニットを用いてなる請求項３記載の高圧力下
   でのマイクロ波プラズマＣＶＤによる高速成膜装置。 １８）前記ガス供給ユニットにより反応室内に一種又は
   二種以上の反応ガス及び不活性ガスからなるキャリアガ
   スを供給すると同時に前記排気ユニットにより排気する
   とともに、前記マイクロ波発生装置からマイクロ波を導
   波ユニットにて反応室内に導入して、全圧力を１００Ｔ
   ｏｒｒ〜数気圧、反応ガスの分圧を１Ｔｏｒｒ〜数気圧
   の範囲内に設定した状態でプラズマを発生させてなる請
   求項１１記載の高圧力下でのマイクロ波プラズマＣＶＤ
   による高速成膜装置。