專利名稱：等離子體處理裝置和方法、及用該方法處理后的被處理體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過將作為處理對象的被處理體包含在真空系統(tǒng)的局部中、并將等離子體引導(dǎo)到該被處理體的內(nèi)部來對被處理體的內(nèi)表面進(jìn)行成膜處理的等離子體處理裝置。
背景技術(shù)：
以往提出有使用等離子體在環(huán)狀構(gòu)件的內(nèi)部進(jìn)行成膜等處
理的裝置。例如如下處理方法在真空容器內(nèi)，在將筒狀的被加工材料和棒狀的靶配置成同心狀的裝置中，利用通過ECR(Electron Cyclotron Resonance, 電子回^走共l展)共4展在真空容器的端部點(diǎn)火的等離子體，在施加有負(fù)偏壓的靶的表面形成等離子體襯層，利用由該等離子體襯層產(chǎn)生的等離子體粒子使靶飛散(濺射)，從而對被加工材料進(jìn)行成膜(例如，參照專利文獻(xiàn)l )。
另夕卜，還公開了使用空心陰極(hollow cathode )產(chǎn)生的等離子體對配管的內(nèi)壁面進(jìn)行成膜的處理方法(例如、參照專
利文獻(xiàn)2 )。
專利文獻(xiàn)l:曰本凈爭開2004—47207號乂>才艮
專利文獻(xiàn)2:美國專利第7300684號公報
但是，近年來為了提高半導(dǎo)體制造裝置等的配管等的耐腐蝕性，提出了在配管內(nèi)表面形成耐腐蝕性高的保護(hù)膜。由于在半導(dǎo)體制造工序中有時利用反應(yīng)性高的氣體、對人體有害的氣體，因此今后可能增大對在內(nèi)表面形成有耐腐蝕性高的保護(hù)膜的配管等的需要。
但是，在以往的處理方法中，由于在真空容器內(nèi)對筒狀的被加工材料進(jìn)行成膜，因此有被加工材料的長度受到真空容器的長度的制約，難以對具有可用于配管等中的那樣足夠長度的筒狀構(gòu)件進(jìn)行成膜的問題。
另外，由于將筒狀構(gòu)件收容在真空容器內(nèi)而進(jìn)行成膜，因此不只是對筒狀構(gòu)件的內(nèi)周面、甚至對外周面也進(jìn)行成膜，難以在配管等中只對內(nèi)周面進(jìn)行較佳的保護(hù)膜處理。
另外，由于使用了空心陰極產(chǎn)生的等離子體的成膜方法所需的施加電壓較高，因此有等離子體的密度在軸向上非線性較大地不均勻的問題。
例如，由于在遠(yuǎn)離陽才及(anode )的長寬比大的細(xì)管那樣的被處理體的中央部分中的等離子體密度降低，因此難以對整個被處理體進(jìn)行均勻的處理。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠只對配管等具有足夠長的環(huán)狀構(gòu)件、具有復(fù)雜的內(nèi)部形狀的構(gòu)件的內(nèi)表面進(jìn)行成膜處理的等離子體處理裝置、等離子體處理方法、以及用該方法處理后的纟皮處理體。
本發(fā)明的一個方面的等離子體處理裝置包括用于產(chǎn)生電磁波的電磁波產(chǎn)生源；將上述電磁波引導(dǎo)到等離子體點(diǎn)火區(qū)域的電磁波引導(dǎo)部；利用被引導(dǎo)到上述等離子體點(diǎn)火區(qū)域的電磁波在內(nèi)部空間內(nèi)對等離子體點(diǎn)火的電介質(zhì)制的真空容器；與上述真空容器相連接、內(nèi)部空間保持為真空氣氛的被處理體；將處理氣體供給到上述被處理體的內(nèi)部空間中的氣體供給部件；
理體相連4妄、對上述^皮處理體施加身見定電壓的電壓施加部件，該等離子體處理裝置利用被引導(dǎo)到施加有上述規(guī)定電壓的上述被處理體的內(nèi)部空間中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
另外，電壓施加部件也可以與上述一皮處理體的外部相連接。另外，也可以利用由上述電壓施加部件施加的上述規(guī)定電壓在上述被處理體的內(nèi)部空間形成襯層，使用被上述襯層引導(dǎo)到上述被處理體的內(nèi)部空間中的電磁波激勵等離子體來處理上述^皮處理體的內(nèi)壁面。
另外，上述真空容器也可以是電介質(zhì)制的真空管，在該真空管的長度方向的局部中的外周部上配置有導(dǎo)電管，上述電磁波引導(dǎo)部與上述導(dǎo)電管的外周分離地配置，將上述電磁波經(jīng)過上述電磁波引導(dǎo)部與上述導(dǎo)電管之間的空間引導(dǎo)到上述等離子體點(diǎn)火區(qū)域中，在上述真空管內(nèi)施加有在上述導(dǎo)電管與上述電磁波引導(dǎo)部之間產(chǎn)生的電場。
另外，還可以包括將電磁波自上述電磁波產(chǎn)生源引導(dǎo)到上
述電磁波引導(dǎo)部中的波導(dǎo)管，上述真空管自上述波導(dǎo)管的內(nèi)部朝向外部沿與上述電f茲波的來向正交的方向延伸，在上述波導(dǎo)
管內(nèi)被上述導(dǎo)電管覆蓋，上述電磁波引導(dǎo)部具有自上述波導(dǎo)管的側(cè)壁部向上述真空管的延伸方向突出的突出部，上述真空管具有在上述突出部內(nèi)未被上述導(dǎo)電管覆蓋的非覆蓋部，在上述真空管的上述非覆蓋部的內(nèi)部空間中施加有產(chǎn)生于上述導(dǎo)電管與上述電^t波引導(dǎo)部之間的電場。
另外，還可以包括將電磁波自上述電磁波產(chǎn)生源引導(dǎo)到上述電磁波引導(dǎo)部中的波導(dǎo)管，上述真空管沿與上述電磁波的來向正交的方向穿過上述波導(dǎo)管的內(nèi)部，在上述波導(dǎo)管內(nèi)被上述導(dǎo)電管覆蓋，上述等離子體引導(dǎo)部件具有自上述波導(dǎo)管的側(cè)壁部向上述真空管的貫穿方向突出的突出部，上述真空管具有在上述突出部內(nèi)未被上述導(dǎo)電管覆蓋的非覆蓋部，在上述真空管的上述非覆蓋部的內(nèi)部空間中施加有產(chǎn)生于上述導(dǎo)電管與上述電；茲波引導(dǎo)部之間的電場。
另外，上述電壓施加部件也可以對上述纟皮處理體施加脈沖電壓作為上述規(guī)定電壓。
另夕卜，還可以包括與上述電壓施加部件和上述電》茲波產(chǎn)生源相連接的同步電路，自上述電壓施加部件施加給上述被處理體的上述脈沖電壓的頻率與在上述電^茲波產(chǎn)生源產(chǎn)生的電》茲波的頻率相同，且利用上述同步電路可獲取同步。
另外，上述被處理體可以是不銹鋼制。
另外，上述被處理體可以配置在大氣氣氛中。
另外，上述被處理體可以具有彎曲部。
另外，上述電磁波激勵等離子體的密度可以是
1.0xl0ucm—3以上。
另夕卜，上述電磁波的頻率可以是50MHz 50GHz。另夕卜，上述電磁波的頻率可以是2.45 GHz，被上述電磁波激勵的電磁波激勵等離子體的密度可以是1.0xlOHcm—3以上。另外，上述真空容器可以由陶瓷或石英構(gòu)成。另外，上述處理氣體可以含有碳基。另外，上述處理氣體可以含有四曱基硅烷。本發(fā)明的一技術(shù)方案的等離子體處理方法包括將電磁波引導(dǎo)到真空容器內(nèi)的等離子體點(diǎn)火區(qū)域，對等離子體點(diǎn)火的第l工序；利用上述等離子體將表面波引導(dǎo)到與上述真空容器相連接的被處理體的內(nèi)部空間中的第2工序；將處理氣體供給到上述被處理體中的第3工序；對上述被處理體進(jìn)行排氣的第4工序；對上述被處理體施加規(guī)定電壓的第5工序；利用被引導(dǎo)到施加了上述失見定電壓的上述被處理體上的電^茲波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面的第6工序。也可以利用由上述電壓施加部件施加的規(guī)定電壓在上述被處理體的內(nèi)部空間形成襯層，使用被該襯層引導(dǎo)到上述被處理體的內(nèi)部空間中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
本發(fā)明的一技術(shù)方案的被處理體包括將電磁波引導(dǎo)到真空容器內(nèi)的等離子體點(diǎn)火區(qū)域中，對等離子體點(diǎn)火的第l工序；
利用上述等離子體將表面波引導(dǎo)到與上述真空容器相連接的被
處理體的內(nèi)部空間中的第2工序；將處理氣體供給到上述被處
理體的第3工序；對上述被處理體進(jìn)行排氣的第4工序；對上述
被處理體施加〗見定電壓的第5工序；利用^L引導(dǎo)到施加了上述
規(guī)定電壓的上述被處理體上的電磁波激勵等離子體來處理上述
被處理體的內(nèi)壁面的第6工序。
采用本發(fā)明，能夠獲得如下特有效果可提供一種能夠只對配管等具有足夠長的環(huán)狀構(gòu)件、具有復(fù)雜的內(nèi)部形狀的構(gòu)件
的內(nèi)表面進(jìn)行成膜處理的等離子體處理裝置。


圖l是表示實(shí)施方式l的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是用于說明實(shí)施方式l的等離子體處理裝置中的等離子體點(diǎn)火的原理的局部放大圖。
圖3是用于說明實(shí)施方式l的等離子體處理裝置中的等離子體引導(dǎo)的原理的局部放大圖，(a)是表示在即將閉合開關(guān)18A時的狀態(tài)的圖，(b )是表示在剛剛閉合開關(guān)18A時的狀態(tài)的圖。
圖4是表示實(shí)施方式1的等離子體處理裝置的主要部分的變形例的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示實(shí)施方式2的等離子體處理裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)的圖。圖6是表示實(shí)施方式3的等離子體處理裝置的主要部分的圖。
圖7是表示實(shí)施方式3的變形例的等離子體處理裝置的主要部分的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，說明應(yīng)用了本發(fā)明的等離子體處理裝置、等離子體處理方法、以及用該方法處理了的被處理體的實(shí)施方式。
在本實(shí)施方式中，所謂的等離子體點(diǎn)火區(qū)域是指，在電磁波被導(dǎo)入到將具有減壓后的內(nèi)部空間的電介質(zhì)圍繞起來的導(dǎo)電體的狹窄的間隙中時，使在該導(dǎo)電體的間隙之間產(chǎn)生的高頻電場透過電介質(zhì)而進(jìn)入了減壓側(cè)的上述間隙的中點(diǎn)附近的區(qū)域。
另外，所謂的電磁波激勵等離子體是指，從電磁波獲得能量而保持電離狀態(tài)的等離子體。
另外，所謂的表面波激勵等離子體是指，從沿著等離子體和電介質(zhì)的界面?zhèn)鞑サ谋砻娌Ｊ降碾姶挪ǐ@得能量而保持電離狀態(tài)的等離子體，具有由投入電磁波的頻率和等離子體接觸的電介質(zhì)的介電常數(shù)決定的、可傳播表面波的最低電子密度以上的電子密度。
另外，所謂的襯層是指，為了形成在容積(bulk)中電子
密度和離子密度平衡的準(zhǔn)中性的等離子體與固體壁接觸時、將正離子拉向壁的那樣的電場，而在壁近旁形成有電子密度比離
子密度少的那樣的正電荷(=低電子密度)區(qū)域的區(qū)域。實(shí)施方式l
圖l是表示實(shí)施方式l的等離子體處理裝置的結(jié)構(gòu)的圖。實(shí)施方式1的等離子體處理裝置10包括波導(dǎo)管ll;與波導(dǎo)管ll相連接的電磁波產(chǎn)生裝置12;自波導(dǎo)管ll的側(cè)壁部突出、向圖中右方引導(dǎo)在波導(dǎo)管ll內(nèi)傳播的電磁波的引導(dǎo)部13;橫向貫穿波導(dǎo)管11的石英管14;在波導(dǎo)管11內(nèi)覆蓋石英管14的導(dǎo)電管15A;插入在石英管14的內(nèi)部的導(dǎo)電管15B;借助接頭16與石英管14相連接的金屬管17;對金屬管17施加脈沖電壓的脈沖電壓源18;用于防止電；茲波向外部泄露的金屬網(wǎng)19。
波導(dǎo)管ll是具有方形截面的金屬制的空心波導(dǎo)管，用于傳播自電磁波產(chǎn)生裝置12供給的2.45 ( GHz)的電磁波。
在該波導(dǎo)管ll的內(nèi)壁上形成有圓錐形的反射板11A,并且在終端配設(shè)有短路器(plunger) IIB。
該反射板11A是用于使自電磁波產(chǎn)生裝置12供給的、在波導(dǎo)管11內(nèi)傳播的電》茲波向與傳播方向(來向)正交的方向反射的圓錐形的反射板。該反射板11A如下配置石英管14以及導(dǎo)電管15A貫穿圓錐形狀的頂部，呈圓錐形狀、石英管14、導(dǎo)電管15A、以及引導(dǎo)部13這三者的中心軸線相重合。另外，反射板11A的外周面(反射面)、和波導(dǎo)管ll的側(cè)壁llC所成的角a設(shè)定成45度。
在具有這樣的反射板11A的波導(dǎo)管11中，在波導(dǎo)管ll的內(nèi)部自圖中下方向上方傳播的電-茲波的一部分被反射4反llA反射而被引導(dǎo)向圖中右方。即、被引導(dǎo)向與在波導(dǎo)管ll內(nèi)傳播的方向(來向)正交的方向。
另外，被波導(dǎo)管11內(nèi)部的短路器11B反射的、自圖中上方向下方傳播的電磁波被反射板11A反射而被引導(dǎo)向圖中右方。
這樣，在波導(dǎo)管ll內(nèi)傳播的電磁波被反射板11A向圖中右方反射，在引導(dǎo)部13內(nèi)被引導(dǎo)。
電磁波產(chǎn)生裝置12是用于產(chǎn)生2.45 ( GHz)的電磁波的裝置，由于為了在金屬管17的內(nèi)表面進(jìn)行成膜后述的金剛石薄膜而需要產(chǎn)生足夠密度的等離子體，因此必須具有可以施加用于產(chǎn)生該等離子體的電場的輸出。在此，例如輸出1.3(kW)的電波。
引導(dǎo)部13是自波導(dǎo)管11的側(cè)壁11D突出，用于將在波導(dǎo)管ll內(nèi)傳播的電磁波向圖中右方引導(dǎo)的金屬性的空心波導(dǎo)管。該引導(dǎo)部13的內(nèi)表面13a形成為管狀，內(nèi)表面13a的開口截面為圓形。即、引導(dǎo)部13的開口截面面積被設(shè)定成在電^茲波的引導(dǎo)方向上的上游側(cè)和下游側(cè)相同。
另外，在引導(dǎo)部13的前端開設(shè)有孔部13A,石英管14通過該孔部13A向外部延伸。
另外，反射板11A和引導(dǎo)部13作為向與傳播方向(來向)正交的方向引導(dǎo)在波導(dǎo)管ll內(nèi)傳播的電磁波的電磁波引導(dǎo)部來發(fā)揮作用。
石英管14是內(nèi)部保持為真空氣氛的管狀的真空容器，以穿過圓錐型的反射板IIA的頂部和引導(dǎo)部13的孔部13A的方式橫向貫穿波導(dǎo)管ll。石英管14的右端穿過孔部13A與接頭16相連接，左端與氣體混合器20相連接。
另外，在波導(dǎo)管11和引導(dǎo)部13的內(nèi)部，該石英管14的外周的除了引導(dǎo)部13的孔部13A近旁之外的部分都被導(dǎo)電管15A覆蓋?？撞?3A近旁的石英管14未被導(dǎo)電管15A覆蓋而形成非覆蓋部。另外，石英管14的相對介電常數(shù)大約是3.7。
導(dǎo)電管15A是覆蓋石英管14的外周的具有導(dǎo)電性的管狀構(gòu)件，由例如銅(Cu)構(gòu)成。該導(dǎo)電管15A如上所述，在波導(dǎo)管ll和引導(dǎo)部13的內(nèi)部覆蓋除了孔部13A近旁之外的石英管14的外周。
導(dǎo)電管15B是覆蓋石英管14的內(nèi)周面的具有導(dǎo)電性的管狀構(gòu)件，由例如銅(Cu)構(gòu)成。該導(dǎo)電管15B在長度方向上的長度短于導(dǎo)電管15A，在波導(dǎo)管11內(nèi)覆蓋石英管14的內(nèi)周面，并且導(dǎo)電管15B在引導(dǎo)部13內(nèi)的端部比石英管14的非覆蓋部位于更靠近波導(dǎo)管11的側(cè)壁11D側(cè)(即、導(dǎo)電管15B在引導(dǎo)部13內(nèi)的端部比導(dǎo)電管15A的端部位于更靠近波導(dǎo)管11的側(cè)壁11D )。
另外，反射板11A的圓錐形狀的中心軸線、引導(dǎo)部13的開口內(nèi)截面(圓形)的中心軸線、石英管14的中心軸線、以及導(dǎo)電管15A的中心軸線都相重合。
接頭16是用于真空連接石英管14和金屬管17的金屬制的接頭。
金屬管17是在內(nèi)表面進(jìn)行金剛石薄膜的成膜的被處理體，例如是不銹鋼制的，是由日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長100mm、夕卜徑6.35mm、內(nèi)徑4.35mm等的管狀構(gòu)件。
該金屬管17的左端利用接頭16與石英管14相連接，右端與回轉(zhuǎn)泵21相連接。利用回轉(zhuǎn)泵21進(jìn)行抽真空，從而金屬管17和石英管14的內(nèi)部空間保持為壓力為1.0 (Pa)左右的真空氣氛。即、金屬管17本身成為用于生成真空空間的腔。
另外，脈沖電壓源18與金屬管17相連接，對金屬管17施加脈沖狀的負(fù)電壓，從而在金屬管17的內(nèi)表面上形成有襯層。在該金屬管17的內(nèi)壁近旁生成的襯層的相對介電常數(shù)大約為1.0。
脈沖電壓源18是用于為了使在金屬管17的表面形成襯層而施加脈沖狀的負(fù)電壓的電源，在脈沖電壓源18與金屬管17之間配設(shè)有開關(guān)18A。該脈沖電壓源18與金屬管17的外部(外周面)相連接，自金屬管17的外周面對金屬管17施加(矩形波狀的)脈沖狀的負(fù)電壓。在此，施加例如占空比為3%、 200Hz的脈沖狀的-200V的負(fù)電壓。
金屬網(wǎng)19是銅制的網(wǎng)，以在引導(dǎo)部13和接頭16之間覆蓋石英管14的非覆蓋部的方式配置。利用該金屬網(wǎng)19吸收自引導(dǎo)部13的孔部13A排出的電^f茲波，防止電^f茲波向外部泄露。氣體混合器20是用于將供給到被抽真空的石英管14以及導(dǎo)電管15A的內(nèi)部空間中的氣體混合起來的混合器。在該氣體混合器20中導(dǎo)入曱烷(CH4)、氫(H2)、氬(Ar)、以及四曱基硅烷(TMS)為處理氣體。
回轉(zhuǎn)泵21是用于對石英管14和金屬管17的內(nèi)部空間進(jìn)行抽真空的真空泵?？舍娪美?、極限真空度為1.0 ( Pa )左右的真空泵。
通過該回轉(zhuǎn)泵21被排出的氣體經(jīng)過防爆風(fēng)扇被排出到大氣中。
另外，脈沖同步電路22與電磁波產(chǎn)生裝置12和脈沖電壓源18相連接，自電磁波產(chǎn)生裝置12和脈沖電壓源18獲取振蕩的脈沖電壓的同步。
圖2是用于說明實(shí)施方式1的等離子體處理裝置中的等離子體點(diǎn)火的原理的局部放大圖。另外，在石英管14以及金屬管17的內(nèi)部在沿圖中自左向右的方向流通有處理氣體(CH4、 H2、Ar、 TMS)。
另外，圖2所示的狀態(tài)是脈沖電壓源18的開關(guān)18A被打開、未對金屬管17施加脈沖電壓的狀態(tài)。
被波導(dǎo)管11的反射板11A反射的電磁波10 0在引導(dǎo)部13的內(nèi)表面13a與導(dǎo)電管15A的外周面之間被引導(dǎo)向孔部13A的方向，到達(dá)石英管14的非覆蓋部。在該非覆蓋部中，在引導(dǎo)部13與導(dǎo)電管15A的間隙中因電^f茲波而產(chǎn)生電場，該電場 一皮施加在石英管14的內(nèi)部。
在對石英管14的內(nèi)部施加電壓時，在石英管14的內(nèi)表面上生成表面波(電磁波)200,并且在內(nèi)部空間對等離子體300進(jìn)行點(diǎn)火。該等離子體300通過激勵CH4氣體而產(chǎn)生，是含有碳、氫、氬、硅的原子、離子以及組合了上述元素的分子、自由基作為等離子體粒子的表面波等離子體。
在此，由于在石英管14的內(nèi)部配置有導(dǎo)電管15B,因此表面波200不會傳播到配置有導(dǎo)電管15B的區(qū)域中，等離子體300在以圖2所示的非覆蓋部為中心的區(qū)域被點(diǎn)火。
另外，這樣將在石英管14的內(nèi)部對等離子體300進(jìn)行點(diǎn)火的區(qū)域稱作等離子體點(diǎn)火區(qū)域。
圖3是用于說明實(shí)施方式1的等離子體處理裝置中的等離子體引導(dǎo)的原理的部分放大圖，(a)是表示在即將閉合開關(guān)18A時的狀態(tài)的圖，(b )是表示在剛剛閉合了開關(guān)18A時的狀態(tài)的圖。
如圖3的(a)所示，在剛剛閉合了開關(guān)18A時，金屬管17的內(nèi)表面生成襯層400，表面波200沿著生成于金屬管17內(nèi)部的襯層400被傳播到金屬管17內(nèi)部。另外，在該表面波200傳播到金屬管17內(nèi)部時，金屬管17內(nèi)的處理氣體被激勵，從而生成表面波激勵等離子體。還同時在該表面波激勵等離子體與金屬管17內(nèi)壁之間生成襯層，使表面波沿上述界面進(jìn) 一 步傳播。
這樣在對金屬管17施加規(guī)定電壓之前在點(diǎn)火點(diǎn)處生成的表面波激勵等離子體隨著電磁波的傳播到達(dá)金屬管17的一端。
如圖3的(b)所示，在閉合開關(guān)18A而施加身見定電壓時，金屬管17的內(nèi)部空間的襯層進(jìn)一步增加自內(nèi)壁面起的厚度而沿著金屬管17的內(nèi)壁面擴(kuò)展到另 一端。
表面波200沿著與因被施加了該規(guī)定電壓而在金屬管17的內(nèi)壁面擴(kuò)展的襯層同樣地進(jìn)入到金屬管17內(nèi)部的表面波激勵等離子體300的界面?zhèn)鞑サ浇饘俟?7的另 一端。
還同時通過傳播到金屬管17的另 一端的表面波200使處理氣體被激勵的表面波激勵等離子體在金屬管17的內(nèi)部空間中的密度增加。特別是，由于利用脈沖同步電路22可獲取自電磁波產(chǎn)生裝
置12和脈沖電壓源18供給的脈沖的同步，因此由于可以獲取表 面波200和襯層400同步，所以等離子體300易于被引導(dǎo)到金屬 管17的深處(圖中右側(cè))。
這樣，釆用實(shí)施方式l的等離子體處理裝置，使用作為被 處理體的金屬管17本身為真空腔，通過施加負(fù)偏壓，從而在金 屬管17的內(nèi)部表面產(chǎn)生襯層400,利用該襯層400將表面波200 以及等離子體300引導(dǎo)到內(nèi)部空間中，因此能夠只對細(xì)長的配 管狀的金屬管17的內(nèi)表面進(jìn)行金剛石薄膜的成膜。
這樣，只是內(nèi)周面被進(jìn)行了金剛石薄膜的成膜的細(xì)長配管 狀的金屬管17的耐腐蝕性非常高，因此，用作例如在半導(dǎo)體制 造裝置中、用于供給反應(yīng)性高的氣體、對人體有害的氣體的配 管較佳。
以上說明了波導(dǎo)管ll的內(nèi)部具有圓錐型的反射板11A的實(shí) 施方式，但是即使不具有反射板11A電磁波也會被引導(dǎo)到引導(dǎo) 部13內(nèi)，因此并不是必須具有反射板11A。
另外，以上說明了石英管14的內(nèi)側(cè)具有導(dǎo)電管15B的實(shí)施 方式，但是即使在不具有導(dǎo)電管15B的結(jié)構(gòu)中，也可將等離子 體300引導(dǎo)到金屬管17的內(nèi)表面上從而對金屬管17進(jìn)行金剛石 薄膜的成膜。
另外，以上說明了金屬管17為不銹鋼制的實(shí)施方式，但是 金屬管17的材質(zhì)并不限定于不銹鋼，也可以由其它所有的金屬 材料構(gòu)成。
另外，以上說明了金屬管17為直線性的管狀構(gòu)件的實(shí)施方 式，但是金屬管17如圖4所示，也可以是折曲的。折曲方式(角 度、方向)任意，另外折曲部的數(shù)量也可以是幾個。即、金屬 管17可以具有幾個彎曲部，彎曲部的數(shù)量可以是幾個。另外，以上說明了使用對金屬管17施加(矩形波狀的)脈 沖狀的負(fù)電壓的月永沖電壓源18的實(shí)施方式，但是也可以施加正 弦波狀、三角波狀、或者鋸齒波狀的高頻電壓來代替這樣的脈
沖狀的負(fù)電壓。另外，其頻率可以在10Hz lMHz左右。
也可以使用施加直流的負(fù)電壓的電源來代替脈沖電壓源18。
另外，不一定必須包含脈沖同步電路22,也可以不用自電 磁波產(chǎn)生裝置12和脈沖電壓源18獲取振蕩的脈沖電壓的同步。
另外，以上說明了將處理氣體供給到只有2個端的直管中 的結(jié)構(gòu)，但是在被處理體為具有3個以上的端的交叉管的情況 下，可以自石英管14與金屬管17之間(配置有接頭16的位置) 供給處理氣體，另外也可以選擇多個分支端中的任意一個為排 氣端、處理氣體供給端、或封閉端。
實(shí)施方式2
圖5是表示實(shí)施方式2的等離子體處理裝置的主要部分的 圖。實(shí)施方式2的等離子體處理裝置與實(shí)施方式l的等離子體處 理裝置10的不同點(diǎn)是包括波導(dǎo)管50、同軸電纜60、以及高頻電 源70代替實(shí)施方式1中的波導(dǎo)管11以及引導(dǎo)部13,通過自高頻 電源70對該同軸電纜60供給高頻電力來向波導(dǎo)管50內(nèi)供給電 磁波。另外，該電-茲波的頻率低于實(shí)施方式l的電磁波l個數(shù)量 級以上。
波導(dǎo)管50是內(nèi)部具有方形截面形狀的箱狀的波導(dǎo)管，由鋁 等導(dǎo)電體構(gòu)成。石英管14、導(dǎo)電管15A、以及導(dǎo)電管15B貫穿 波導(dǎo)管50，另外在側(cè)壁部50a的通孔50b中貫穿有同軸電纜60, 供給有高頻電力的芯線60A的前端與導(dǎo)電管15A的外周分開。 同軸電纜60的屏蔽(shield)線是接地的。
另外，波導(dǎo)管50的孔部50A相當(dāng)于實(shí)施方式l中的引導(dǎo)部13的孔部13A,石英管14、導(dǎo)電管15A、以及導(dǎo)電管15B與孔 部50A的位置關(guān)系和實(shí)施方式1中的石英管14、導(dǎo)電管15A、以 及導(dǎo)電管15B與孔部13A的位置關(guān)系相同。
在該種結(jié)構(gòu)的等離子體處理裝置中，在自高頻電源70向同 軸電纜60供給高頻電力時，在波導(dǎo)管50內(nèi)產(chǎn)生電磁波IOO,在 石英管14的周圍產(chǎn)生電磁波，在石英管14的內(nèi)表面上產(chǎn)生表面 波200,等離子體300被點(diǎn)火。
在以等離子體被點(diǎn)火的狀態(tài)下閉合開關(guān)18A時，在金屬管 17中形成襯層400，能夠?qū)⒌入x子體300引導(dǎo)到金屬管17的內(nèi) 部。這是由于利用被襯層400傳播到金屬管17的內(nèi)部的表面波 200在金屬管17的內(nèi)部激勵處理氣體而生成電磁波激勵等離子 體的緣故。
從而，能夠與實(shí)施方式1同樣地在金屬管17的內(nèi)表面形成 金剛石薄膜。
這樣，如同實(shí)施方式2所述，在石英管14中巻繞同軸電纜 60,利用自電磁波產(chǎn)生裝置12向該同軸電纜60供給電磁波的等 離子體的點(diǎn)火方法，也能夠與實(shí)施方式1同樣地在金屬管17的 內(nèi)表面形成金剛石薄膜。
實(shí)施方式3
圖6是表示實(shí)施方式3的等離子體處理裝置的主要部分的 圖。實(shí)施方式3的等離子體處理裝置與實(shí)施方式l的等離子體處 理裝置10的不同點(diǎn)是使腔40代替金屬管17與石英管14相連接。 另外，為了方便說明，在圖6中只表示石英管14的前端，通過 波導(dǎo)管ll以及引導(dǎo)部13向石英管14供給電磁波。
腔40的內(nèi)部形狀非常復(fù)雜，上部由蓋41密封。在該蓋41 上開口有3個孔部，石英管14、氣體導(dǎo)入管42、以及排氣管43 以密封的狀態(tài)貫穿在上述孔部中。另外，脈沖電壓源18借助開關(guān)18A與腔40相連接，能夠在 內(nèi)外表面生成襯層400。
因此，在自脈沖電壓源18施加脈沖電壓而生成襯層400時， 表面波200自石英管14遍布腔40的內(nèi)表面，在腔40的內(nèi)部激勵 處理氣體而生成電磁波激勵等離子體，因此能夠在具有復(fù)雜的 內(nèi)部形狀的腔40的內(nèi)表面上形成金剛石薄膜。
另夕卜，石英管14的前端與腔40的內(nèi)表面之間的距離Dl需要 設(shè)定成可以引導(dǎo)表面波200以及等離子體300的距離。
以上，采用實(shí)施方式3的等離子體處理裝置，能夠在內(nèi)部 形狀復(fù)雜的腔40的內(nèi)表面上形成金剛石薄膜。在采用這樣的腔 40為半導(dǎo)體制造裝置的腔時，可保護(hù)腔的表面不被利用等離子 體等處理半導(dǎo)體晶圓時所用的物理性、化學(xué)性爆炸影響，抑制 堆向腔表面的堆積物的減少、異物自腔表面剝落，可使腔本身 的清洗循環(huán)變長，增長腔的壽命。
另外，腔40的內(nèi)部形狀可是任意形狀。腔40可以具有幾個 彎曲部，彎曲部的數(shù)量可以是幾個。例如，可以是汽車用的內(nèi) 燃機(jī)的汽缸，也可以制作在內(nèi)壁面上形成有金剛石薄膜的內(nèi)燃 機(jī)的汽缸。
圖7是表示實(shí)施方式3的變形例的等離子體處理裝置的主 要部分的圖。該等離子體處理裝置的石英管14延伸到腔40內(nèi)部 的底面近旁，到達(dá)圖6所示的處理裝置底部。其它結(jié)構(gòu)與圖6所 示的等離子體處理裝置相同。
在該等離子體處理裝置中，石英管14的前端和腔40內(nèi)部的 底面之間的距離D 2必須設(shè)定成可引導(dǎo)表面波2 0 0以及等離子體 300的距離。
在這樣的實(shí)施方式3的變形例的等離子體處理裝置中，在 自脈沖電壓源18施加脈沖電壓而產(chǎn)生襯層400時，表面波200自石英管14遍布腔40的內(nèi)表面，處理氣體在腔40的內(nèi)部被激勵 而生成等離子體，因此能夠在具有復(fù)雜的內(nèi)部形狀的腔4 0的內(nèi) 表面上形成金剛石薄膜。
以上說明了本發(fā)明例示的實(shí)施方式的等離子體處理裝置， 但是本發(fā)明并不限定于具體公開了的實(shí)施方式，可以不脫離權(quán) 利要求書地進(jìn)行各種變形、變更。
權(quán)利要求
1. 一種等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置包括電磁波產(chǎn)生源，其用于產(chǎn)生電磁波；電磁波引導(dǎo)部，其用于將上述電磁波引導(dǎo)到等離子體點(diǎn)火區(qū)域；電介質(zhì)制的真空容器，其利用被引導(dǎo)到上述等離子體點(diǎn)火區(qū)域的電磁波在內(nèi)部空間內(nèi)對等離子體點(diǎn)火；被處理體，其與上述真空容器相連接，內(nèi)部空間保持為真空氣氛；氣體供給部件，其用于將處理氣體供給到上述被處理體的內(nèi)部空間中；排氣部件，其用于對上述被處理體的內(nèi)部空間進(jìn)行排氣；電壓施加部件，其與上述被處理體相連接，對上述被處理體施加規(guī)定電壓；該等離子體處理裝置利用被引導(dǎo)到施加有上述規(guī)定電壓的上述被處理體的內(nèi)部空間中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的等離子體處理裝置，上述電壓施加部件與上述纟皮處理體的外部相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的等離子體處理裝置，利用由上述電壓施加部件施加的上述^L定電壓在上述被處 理體的內(nèi)部空間形成村層，使用被上述襯層引導(dǎo)到上述被處理 體的內(nèi)部空間中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的 內(nèi)壁面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述真空容器是電介質(zhì)制的真空管，在該真空管的長度方向的局部處的外周部上配置有導(dǎo)電管；上述電磁波引導(dǎo)部與上述導(dǎo)電管的外周分離地配置，將上 述電磁波通過上述電磁波引導(dǎo)部與上述導(dǎo)電管之間的空間引導(dǎo) 到上述等離子體點(diǎn)火區(qū)域；在上述真空管內(nèi)施加有在上述導(dǎo)電管與上述電磁波引導(dǎo)部 之間產(chǎn)生的電場。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置， 該等離子體處理裝置還包括將電磁波自上述電磁波產(chǎn)生源引導(dǎo)到上述電磁波引導(dǎo)部中的波導(dǎo)管；上述真空管自上述波導(dǎo)管的內(nèi)部朝向外部而沿與上述電磁 波的來向正交的方向延伸，在上述波導(dǎo)管內(nèi)被上述導(dǎo)電管覆蓋；上述電磁波引導(dǎo)部具有自上述波導(dǎo)管的側(cè)壁部向上述真空 管的延伸方向突出的突出部；上述真空管具有在上述突出部內(nèi)未被上述導(dǎo)電管覆蓋的非 覆蓋部，在上述非覆蓋部的內(nèi)部空間中施加有產(chǎn)生于上述導(dǎo)電 管與上述電磁波引導(dǎo)部之間的電場。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置還包括將電^^茲波自上述電^i波產(chǎn)生源 引導(dǎo)到上述電磁波引導(dǎo)部中的波導(dǎo)管；上述真空管沿與上述電磁波的來向正交的方向貫穿上述波 導(dǎo)管的內(nèi)部，在上述波導(dǎo)管內(nèi)被上述導(dǎo)電管覆蓋；上述等離子體引導(dǎo)部件具有自上述波導(dǎo)管的側(cè)壁部向上述 真空管的貫穿方向突出的突出部；上述真空管具有在上述突出部內(nèi)未被上述導(dǎo)電管覆蓋的非 覆蓋部，在上述非覆蓋部的內(nèi)部空間中施加有產(chǎn)生于上述導(dǎo)電 管與上述電磁波引導(dǎo)部之間的電場。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述電壓施加部件對上述被處理體施加脈沖電壓作為上述 規(guī)定電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的等離子體處理裝置，該等離子體處理裝置還包括與上述電壓施加部件和上述電 磁波產(chǎn)生源相連接的同步電路；自上述電壓施加部件施加給上述被處理體的上述脈沖電壓 的頻率與在上述電萬茲波產(chǎn)生源產(chǎn)生的電f茲波的頻率相同，且利用上述同步電路獲取同步。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 ~ 8中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述被處理體是不銹鋼制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 9中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述被處理體配置在大氣氣氛中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1 10中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理 裝置，上述被處理體具有彎曲部。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~11中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述電磁波激勵等離子體的密度是1.0xlOHcm^以上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1 12中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理 裝置，上述電磁波的頻率是50MHz 50GHz。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1 11中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述電磁波的頻率是2.45 GHz,被上述電磁波激勵的電磁波激勵等離子體的密度在1.0xl0Ucm—3以上。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1 14中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述真空容器由陶瓷或石英構(gòu)成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1~15中任意 一 項(xiàng)所述的等離子體處理裝置，上述處理氣體含有碳基。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1 16中任意一項(xiàng)所述的等離子體處理 裝置，上述處理氣體含有四甲基硅烷。
18. —種等離子體處理方法， 該等離子體處理方法包括第l工序，將電磁波引導(dǎo)到真空容器內(nèi)的等離子體點(diǎn)火區(qū) 域，對等離子體點(diǎn)火；第2工序，利用上述等離子體將表面波引導(dǎo)到與上述真空 容器相連接的被處理體的內(nèi)部空間中；第3工序，將處理氣體供給到上述被處理體中；第4工序，對上述被處理體進(jìn)行排氣；第5工序，對上述被處理體施加規(guī)定電壓；第6工序，利用被引導(dǎo)到施加有上述規(guī)定電壓的上述被處 理體的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的等離子體處理方法，利用由上述第5工序施加的規(guī)定電壓在上述被處理體的內(nèi) 部空間形成襯層，使用被該襯層引導(dǎo)到上述被處理體的內(nèi)部空 間中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
20. —種被處理體，其是利用等離子體處理方法處理后得 到的一皮處理體，該等離子體處理方法包括第1工序，將電磁波引導(dǎo)到真空容器內(nèi)的等離子體點(diǎn)火區(qū) 域，對等離子體點(diǎn)火；第2工序，利用上述等離子體將表面波引導(dǎo)到與上述真空容器相連接的被處理體的內(nèi)部空間中；第3工序，將處理氣體供給到上述被處理體中；第4工序，對上述被處理體進(jìn)行排氣；第5工序，對上述被處理體施加規(guī)定電壓；第6工序，利用被引導(dǎo)到施加有上述規(guī)定電壓的上述被處 理體中的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)壁面。
全文摘要
本發(fā)明提供可只對配管等具有足夠長的環(huán)狀構(gòu)件、具有復(fù)雜內(nèi)部形狀的構(gòu)件的內(nèi)表面進(jìn)行成膜處理的等離子體處理裝置和方法、及用該方法處理后的被處理體。該等離子體處理裝置包括用于產(chǎn)生電磁波的電磁波產(chǎn)生源；將上述電磁波引導(dǎo)到等離子體點(diǎn)火區(qū)域的電磁波引導(dǎo)部；利用被引導(dǎo)到上述等離子體點(diǎn)火區(qū)域的電磁波在內(nèi)部空間內(nèi)對電磁波激勵等離子體點(diǎn)火的電介質(zhì)制的真空容器；具有與上述真空容器真空連接的內(nèi)部空間的被處理體；對上述被處理體施加用于在上述被處理體的內(nèi)表面上形成襯層的規(guī)定電壓的電壓施加部件，該等離子體處理裝置用由形成在上述被處理體的內(nèi)表面上的襯層引導(dǎo)到上述被處理體的內(nèi)部的電磁波激勵等離子體來處理上述被處理體的內(nèi)表面。
文檔編號H05H1/46GK101547549SQ200810189270
公開日2009年9月30日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者上坂裕之, 中尾賢, 守谷修司 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社;國立大學(xué)法人名古屋大學(xué)