JP2004281194A

JP2004281194A - Microwave plasma generating method and its device

Info

Publication number: JP2004281194A
Application number: JP2003069945A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Nagatsu; 雅章永津
Original assignee: Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion
Current assignee: Hamamatsu Foundation for Science and Technology Promotion
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: JP3973100B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microwave plasma generating method and a device wherein the shape or density of microwave plasma initially generated by a microwave can be changed. <P>SOLUTION: In the microwave plasma generating method, plasma generating gas is introduced into a vacuum container 14 and in which a plasma ball 6 is generated by the microwave. The method is constituted of a step in which the plasma ball 6 is generated by the microwave, a step in which a thermoelectron and heat are generated by electrifying a heat filament 5 arranged so as to surround the plasma ball from the circumference, and a step in which the electronic dissociation of the gas on the circumference of the plasma ball 6 or the thermal dissociation of the plasma gas is promoted by the thermoelectron, and in which the expansion of the circumference or the elevation of the circumferential density of the initially generated plasma is carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、当初マイクロ波により発生させられたマイクロ波プラズマの形状または密度を変更させることができるマイクロ波プラズマ発生法および前記方法を実施するためのプラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンド薄膜、カーボンナノチューブ、シリコン薄膜などの機能性薄膜作製、細線状、平板状などの特殊金属構造物のダイヤモンド被膜あるいはカーボンナノチューブ被膜装置にプラズマＣＶＤ装置が用いられ、プラズマＣＶＤ装置について多くの提案が行なわれている。
【０００３】
従来のダイヤモンド成膜用装置として用いられるプラズマＣＶＤ装置を例にして問題点を説明する。共振器タイプのマイクロ波プラズマＣＶＤ装置では、生成したプラズマ自身による基板加熱のため、基板を外部から加熱する必要はない。しかし、プラズマ生成領域が共振器構造で決定される電界の強い領域に限られるため、プラズマ放電領域が容器中心部に限定され、プラズマサイズを大面積化できない問題点があった。従来の方式のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置でダイヤモンド成膜を大面積化するためには、極めて高価な大出力マイクロ波発振器が必要てあった。本件発明者は特許文献１に示すように真空容器内のマイクロ波ランチャの構造に改良を施してプラズマ生成領域を拡大する試みを提案している。
プラズマ生成領域はランチャの形状により規定される。
【特許文献１】特願２００２−３６９９８３
【０００４】
熱フィラメント法は、熱フィラメントの発生する熱により放電ガスを熱解離し、ラジカルの生成を行い成膜する方法である。成膜のために、基板を外部から加熱して基板温度を上げる必要がある。一般に線状熱フィラメントを用いるため均一かつ大面積のプラズマを発生することができないので大面積のダイヤモンド成膜を行なうことは困難である。
マイクロ波の代わりにＲＦ（高周波）電力を用いてプラズマを生成するＲＦプラズマ発生方法が提案されている。この方法では基板加熱が必要である。
またマイクロ波放電で行われるような高圧力下（低真空）での放電が容易ではないため、成膜速度が遅いという問題がある。
【０００５】
特許文献２記載の装置はプラズマの形状をある程度変更できるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を提案している。この装置によればプラズマの真空容器の中心軸方向の厚さを変更できるが、プラズマ放電領域が容器中心部に限定されており、プラズマの径を変更することはできず、処理対象の大面積化には効果が見られない。
【特許文献２】特開２０００−５４１４２
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の問題をマイクロ波の利用効率を一層高める補助的な熱電子発生手段の利用に着目した。
本発明の目的は、当初マイクロ波により発生させられたマイクロ波プラズマの形状または密度を変更させることができるマイクロ波プラズマ発生方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は前記マイクロ波プラズマ発生方法を実施するのに適したマイクロ波プラズマ発生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明による請求項１記載のマイクロ波プラズマ発生方法は、
真空容器内にプラズマ生成ガスを導入しマイクロ波によりプラズマボールを発生させるマイクロ波プラズマ発生方法において、
マイクロ波によりプラズマボールを発生するステップと、
前記プラズマボールを外周から囲むように配置された熱フィラメントに通電して熱電子および熱を発生するステップと、および
前記熱電子により前記プラズマボールの周辺のガスの電離を促進するかまたは前記真空容器内でプラズマガスの熱解離を促進し、当初発生したプラズマの外周の拡大または外周密度を上昇させるステップから構成されている。
本発明による請求項１記載のマイクロ波プラズマ発生方法を実施するための装置は、
マイクロ波源と、
前記マイクロ波源に接続されているマイクロ波導波管と、
真空容器と、
前記真空容器内に前記導波管からマイクロ波を導入する手段と、
前記真空容器内で基板を支持する基板支持手段と、
前記真空容器内に原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記基板支持手段上に当初のプラズマボールを離れて囲むように配置されている熱電子発生手段と、および
前記熱電子発生手段に電流を供給する電源と、
から構成されている請求項２記載のマイクロ波プラズマ発生装置。
本発明による請求項３記載のマイクロ波プラズマ発生装置は、請求項２記載の装置において、
前記真空容器は円筒共振器構造を有するものであり、前記基板支持手段は前記真空容器で昇降可能に構成されている。
本発明による請求項４記載のマイクロ波プラズマ発生装置は、請求項２または３記載の装置において、
前記熱電子発生手段は基板支持手段に支持されるループ状の熱フィラメントであるものと構成されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下図面等を参照して本発明による方法および装置の実施の形態を説明する。本発明方法は、真空容器内にプラズマ生成ガスを導入しマイクロ波によりプラズマボールを発生させるマイクロ波プラズマ発生方法である。
まず最小のステップで、真空容器に導入されたマイクロ波によりプラズマボールを発生する。
次に前記真空容器内に前記プラズマボールを外周から囲むように配置された熱フィラメントに通電して熱電子を発生する。
前記熱電子により前記プラズマボールの周辺のガスの電離を促進するかまたは前記プラズマガスの熱解離を促進し、当初発生したプラズマの外周の拡大または外周密度を上昇させるステップから構成されている。
【０００９】
図１は、本発明によるマイクロ波プラズマ発生方法を実施するためのプラズマ発生装置の実施例を示す図、図２は前記実施例装置の基板手段、基板および熱電子発生手段の位置関係を説明するための斜視図、図３は前記実施例装置の動作原理を説明するための略図である。
【００１０】
マイクロ波導波管は、図１に示すように矩形導波管１であって、短絡プランジャ３により終端され、他方端は図示しないマグネトロンよりなるマイクロ波源からの２．４５ＧＨｚのマイクロ波が接続されている。真空容器１４には前記導波管１に結合するマイクロ波を導入する手段からマイクロ波が接続される。
マイクロ波を導入する手段は、同軸導体２、同軸導体２下端に設けられている金属板１３、同軸外導体１２を含んでいる。金属板１３と真空容器１４の間には誘電体（石英）窓４が配置されている。同軸導体２は中空になっており、真空容器１４内に原料ガスを供給するガス供給手段を形成する管１５を支持している。排気管７は図示しない排気装置に接続されている。また、後述するプラズマボール６は窓８を介して観察される。また窓８を支持する管はプローブ等の挿入等にも利用できる。
【００１１】
真空容器１４内には処理対象の基板１０（図２，３参照）を支持する基板支持手段１１が真空容器１４内に昇降可能に支持されている。
基板支持手段１１上に熱電子発生手段の熱フィラメント５が配置されている。この熱フィラメント５は、当初のプラズマボール６から離れて囲むように配置されている。前記熱電子発生手段の熱フィラメント５には、図３に示す電源１６から加熱電流が供給される。熱電子供給源はバイアス手段１７により接地電位からバイアスされている。本装置をダイヤモンド成膜に利用する場合、このバイアスの印加により、核形成が促進される。フィラメント５（タングステン線）に近い周辺部の成膜速度を向上させることができる。なお真空容器１４は円筒共振器構造を有するものである。
【００１２】
次に具体的なデータを参照しながら、本発明方法および装置の動作をさらに説明する。真空容器１４は外径２００ｍｍ高さ１８０ｍｍの円筒形である。真空容器１４内部の上部に取り付けた石英板の誘電体窓４を介してマイクロ波を導入し、プラズマの生成が行われる。前記プラズマにより、基板１０（図２，３参照）が加熱が行われる。前述したように基板支持手段１１上に設置したループ状の熱フィラメント５に電流を流し、熱電子を発生させる。
【００１３】
プラズマ放電は真空容器内に取り付けた基板支持手段１１上の電界強度分布に対して当初のプラズマボール６が形成される。プラズマ自身により基板支持手段１１は６００℃以上に加熱される。基板支持手段１１上に取り付けられたタングステン線の熱フィラメント５を基板支持手段１１の上方５ｍｍから１０ｍｍの高さで基板支持手段１１を囲むように配置されている。プラズマ放電条件は、マイクロ波入射パワー１．４ｋＷ、反射パワーは２０Ｗ以下、放電ガスとして水素ガスあるいは水素／メタン混合ガスを用いた。ガス圧は５０Ｔｏｒｒ、ガス流量は２００ｓｃｃｍである。マイクロ波は矩形導波管１より同軸変換し、真空容器上部の誘電体窓４を介して容器内に導入される。
【００１４】
基板支持手段１１上に図３のようにプラズマボール６が生成された後、
フィラメントに最大３０Ａの電流を流し、熱フィラメント５を２０００℃に加熱し、フィラメントより熱電子放出を生じさせる。
この熱電子が１次電子となって、プラズマ周辺部に分布するマイクロ波電界によって電離が起こり、プラズマ放電領域の拡大する。この現象を検証するために、図３のように真空容器１４の測定ポートから挿入したラングミュアプローブ１９を用い、水素プラズマ放電においてプラズマ密度分布の測定を行った。
【００１５】
図４は、マイクロ波パワー１ｋｗ水素ガス圧力約２０Ｔｏｒｒにおける水素プラズマ放電の場合の電子飽和電流の水平方向分布の測定結果を示している。
マイクロ波のみによるプラズマ放電ではプラズマボールの直径は半値幅で約３０ｍｍである。熱フィラメント５を併用した場合にはプラズマ径は半値幅で約７０ｍｍに拡大している。プラズマ密度も全体としてはるかに向上していることがわかる。
【００１６】
図５に、マイクロ波パワーのみでプラズマを生成した場合のプラズマ密度分布の測定結果を示す。マイクロ波のパワーを０．７ｋＷ，１．４ｋＷ，２．０ｋＷ，２．５ｋＷ，と増加させたときのプラズマ密度分布の変化を示している。
水素ガスの圧力は５０Ｔｏｒｒであり、流量は２００ｓｃｃｍである。
マイクロ波パワーを０．７ｋＷから２．５ｋＷまで増加させても、プラズマ密度の増加は観測されたが、プラズマサイズの半径の変化は殆どない。
【００１７】
この実験により、熱フィラメント５を併用すれば、マイクロ波プラズマの放電領域を拡大できるが、励起マイクロ波の電力を増加してもプラズマの放電領域を拡大することはできないことがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明では、熱フィラメントにより放出される熱電子によりプラズマ放電領域を拡大することができる。
このため、マイクロ波エネルギーがさらに効率良く消費されることから、プラズマ生成の能率も向上する特長を有する。
その結果、プラズマ放電領域の拡大、および熱フィラメントによって周辺領域の熱解離によって生成されるラジカルの生成によりダイヤモンド合成の大面積化が可能となり、さらに堆積速度の向上も期待できる。
マイクロ波パワーの高出力化を図る場合にくらべ、より低コストな成膜装置を提供できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるマイクロ波プラズマ発生方法を実施するためのプラズマ発生装置の実施例を示す略図である。
【図２】前記実施例装置の基板手段、基板および熱電子発生手段の位置関係を説明するための斜視図である。
【図３】前記実施例装置の動作原理を説明するための略図である。
【図４】熱フィラメントの効果を示すグラフである。
【図５】マイクロ波電力とプラズマ密度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１矩形導波管
２同軸導体
３短絡プランジャ
４誘電体窓
５熱フィラメント（ヒータ）
６当初のプラズマボール
７排気管
８窓
９電源接続線
１０基板
１１基板支持手段
１２同軸外導体
１３金属板
１４真空容器
１５管
１６ヒータ電源
１７バイアス手段
１９プローブ
２０ａ〜２０ｅ熱電子
２１Ｙ方向を示す記号[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave plasma generation method capable of changing the shape or density of a microwave plasma initially generated by a microwave, and a plasma generator for performing the method.
[0002]
[Prior art]
The production of functional thin films such as diamond thin films, carbon nanotubes, and silicon thin films, and the use of plasma CVD equipment for diamond coating or carbon nanotube coating of special metal structures such as thin wires and flat plates, has led to many proposals for plasma CVD equipment. Is being done.
[0003]
Problems will be described by taking a plasma CVD apparatus used as a conventional diamond film forming apparatus as an example. In the resonator type microwave plasma CVD apparatus, the substrate does not need to be externally heated because the generated plasma itself heats the substrate. However, since the plasma generation region is limited to the region where the electric field is determined by the resonator structure, the plasma discharge region is limited to the center of the container, and there is a problem that the plasma size cannot be increased. In order to increase the area of diamond film formation with a conventional microwave plasma CVD apparatus, an extremely expensive high-output microwave oscillator was required. The present inventor has proposed an attempt to expand the plasma generation region by improving the structure of a microwave launcher in a vacuum vessel as shown in Patent Document 1.
The plasma generation region is defined by the shape of the launcher.
[Patent Document 1] Japanese Patent Application No. 2002-369983
[0004]
The hot filament method is a method in which a discharge gas is thermally dissociated by heat generated by a hot filament to generate radicals and form a film. For film formation, it is necessary to externally heat the substrate to raise the substrate temperature. In general, since a linear hot filament is used, uniform and large-area plasma cannot be generated, so that it is difficult to form a large-area diamond film.
An RF plasma generation method for generating plasma using RF (high frequency) power instead of microwave has been proposed. This method requires substrate heating.
In addition, since it is not easy to perform discharge under high pressure (low vacuum) as performed by microwave discharge, there is a problem that the film formation rate is low.
[0005]
The apparatus described in Patent Document 2 proposes a microwave plasma CVD apparatus capable of changing the shape of plasma to some extent. According to this apparatus, the thickness of the plasma in the direction of the central axis of the vacuum vessel can be changed, but the plasma discharge region is limited to the center of the vessel, the diameter of the plasma cannot be changed, and the large area of the processing target can be changed. No effect is seen in the conversion.
[Patent Document 2] JP-A-2000-54142
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has focused on the problem of the microwave plasma CVD apparatus with the use of auxiliary thermoelectron generation means for further improving the microwave utilization efficiency.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a microwave plasma generation method capable of changing the shape or density of microwave plasma initially generated by microwaves.
It is still another object of the present invention to provide a microwave plasma generator suitable for performing the microwave plasma generating method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method for generating microwave plasma according to claim 1 according to the present invention comprises:
In a microwave plasma generation method of introducing a plasma generation gas into a vacuum vessel and generating a plasma ball by a microwave,
Generating a plasma ball by microwave;
Energizing a hot filament disposed so as to surround the plasma ball from the outer periphery to generate thermoelectrons and heat; and promoting the ionization of gas around the plasma ball by the thermoelectrons or the vacuum vessel In the method, the thermal dissociation of the plasma gas is promoted in the inside, and the step of enlarging the outer periphery of the initially generated plasma or increasing the outer peripheral density is performed.
An apparatus for performing the microwave plasma generation method according to claim 1 according to the present invention includes:
A microwave source,
A microwave waveguide connected to the microwave source,
A vacuum vessel,
Means for introducing microwaves from the waveguide into the vacuum vessel,
Substrate support means for supporting a substrate in the vacuum vessel,
Gas supply means for supplying a source gas into the vacuum vessel,
A thermionic generating means arranged on the substrate supporting means so as to separately surround the initial plasma ball, and a power supply for supplying a current to the thermionic generating means,
3. The microwave plasma generator according to claim 2, comprising:
According to a third aspect of the present invention, there is provided a microwave plasma generator according to the second aspect,
The vacuum vessel has a cylindrical resonator structure, and the substrate support means is configured to be able to move up and down in the vacuum vessel.
A microwave plasma generator according to a fourth aspect of the present invention is the device according to the second or third aspect,
The thermoelectron generating means is a loop-shaped hot filament supported by the substrate supporting means.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a method and an apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings and the like. The method of the present invention is a microwave plasma generation method in which a plasma generation gas is introduced into a vacuum vessel and a plasma ball is generated by microwaves.
First, in a minimum step, a plasma ball is generated by the microwave introduced into the vacuum vessel.
Next, thermal electrons are generated by energizing a hot filament disposed in the vacuum vessel so as to surround the plasma ball from the outer periphery.
The thermal electrons promote ionization of the gas around the plasma ball or thermal dissociation of the plasma gas to increase the outer periphery or increase the outer periphery density of the initially generated plasma.
[0009]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a plasma generating apparatus for carrying out a microwave plasma generating method according to the present invention, and FIG. 2 explains the positional relationship among a substrate means, a substrate, and a thermoelectron generating means of the above-mentioned apparatus. FIG. 3 is a schematic view for explaining the operation principle of the apparatus of the embodiment.
[0010]
The microwave waveguide is a rectangular waveguide 1 as shown in FIG. 1 and is terminated by a short-circuit plunger 3, and the other end is connected to a microwave of 2.45 GHz from a microwave source (not shown) composed of a magnetron. I have. Microwaves are connected to the vacuum vessel 14 by means for introducing microwaves coupled to the waveguide 1.
The means for introducing microwaves includes the coaxial conductor 2, the metal plate 13 provided at the lower end of the coaxial conductor 2, and the outer coaxial conductor 12. A dielectric (quartz) window 4 is arranged between the metal plate 13 and the vacuum vessel 14. The coaxial conductor 2 is hollow and supports a tube 15 forming a gas supply unit for supplying a source gas into the vacuum vessel 14. The exhaust pipe 7 is connected to an exhaust device (not shown). Further, a plasma ball 6 described later is observed through the window 8. The tube supporting the window 8 can be used for inserting a probe or the like.
[0011]
Substrate support means 11 for supporting the substrate 10 to be processed (see FIGS. 2 and 3) is supported in the vacuum vessel 14 so as to be able to move up and down.
The hot filament 5 of the thermoelectron generating means is arranged on the substrate supporting means 11. The hot filament 5 is disposed so as to surround the plasma ball 6 away from the initial one. A heating current is supplied to the thermal filament 5 of the thermoelectron generating means from a power supply 16 shown in FIG. The thermoelectron supply source is biased from the ground potential by the bias means 17. When the present apparatus is used for diamond film formation, nucleation is promoted by applying this bias. It is possible to improve the film forming speed in the peripheral portion near the filament 5 (tungsten wire). The vacuum container 14 has a cylindrical resonator structure.
[0012]
Next, the operation of the method and apparatus of the present invention will be further described with reference to specific data. The vacuum container 14 has a cylindrical shape with an outer diameter of 200 mm and a height of 180 mm. Microwaves are introduced through the quartz plate dielectric window 4 attached to the upper portion inside the vacuum vessel 14 to generate plasma. The substrate 10 (see FIGS. 2 and 3) is heated by the plasma. As described above, a current is caused to flow through the loop-shaped hot filament 5 provided on the substrate supporting means 11 to generate thermoelectrons.
[0013]
In the plasma discharge, an initial plasma ball 6 is formed with respect to the electric field intensity distribution on the substrate supporting means 11 mounted in the vacuum vessel. The substrate itself is heated to 600 ° C. or higher by the plasma itself. The hot filament 5 of a tungsten wire attached on the substrate supporting means 11 is disposed so as to surround the substrate supporting means 11 at a height of 5 mm to 10 mm above the substrate supporting means 11. The plasma discharge conditions were a microwave incident power of 1.4 kW, a reflected power of 20 W or less, and a hydrogen gas or a hydrogen / methane mixed gas as a discharge gas. The gas pressure is 50 Torr, and the gas flow rate is 200 sccm. The microwave is converted into a coaxial wave by the rectangular waveguide 1 and is introduced into the container via the dielectric window 4 on the upper part of the vacuum container.
[0014]
After the plasma ball 6 is generated on the substrate supporting means 11 as shown in FIG.
A current of a maximum of 30 A is applied to the filament to heat the hot filament 5 to 2000 ° C., thereby causing the filament to emit thermoelectrons.
These thermoelectrons become primary electrons, and ionization occurs due to a microwave electric field distributed around the plasma, thereby expanding the plasma discharge region. In order to verify this phenomenon, a plasma density distribution was measured in a hydrogen plasma discharge using a Langmuir probe 19 inserted from a measurement port of the vacuum vessel 14 as shown in FIG.
[0015]
FIG. 4 shows the measurement results of the horizontal distribution of electron saturation current in the case of hydrogen plasma discharge at a microwave power of 1 kW hydrogen gas pressure of about 20 Torr.
In the case of plasma discharge using only microwaves, the diameter of the plasma ball is about 30 mm in half width. When the hot filament 5 is used together, the plasma diameter is expanded to about 70 mm in half width. It can be seen that the plasma density is much higher as a whole.
[0016]
FIG. 5 shows a measurement result of the plasma density distribution when the plasma is generated only by the microwave power. The graph shows changes in the plasma density distribution when the microwave power is increased to 0.7 kW, 1.4 kW, 2.0 kW, and 2.5 kW.
The pressure of the hydrogen gas is 50 Torr, and the flow rate is 200 sccm.
When the microwave power was increased from 0.7 kW to 2.5 kW, an increase in plasma density was observed, but there was almost no change in the radius of the plasma size.
[0017]
From this experiment, it can be seen that the discharge region of the microwave plasma can be expanded by using the hot filament 5 together, but the discharge region of the plasma cannot be expanded even if the power of the excitation microwave is increased.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the plasma discharge region can be expanded by thermionic electrons emitted from the hot filament.
For this reason, the microwave energy is consumed more efficiently, and the plasma generation efficiency is improved.
As a result, it is possible to increase the area of diamond synthesis by enlarging the plasma discharge region and generating radicals generated by thermal dissociation of the peripheral region by the hot filament, and it is expected that the deposition rate is further improved.
There is an advantage that a lower-cost film forming apparatus can be provided as compared with the case of increasing the output of microwave power.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of a plasma generator for performing a microwave plasma generation method according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a positional relationship among a substrate means, a substrate and a thermoelectron generating means of the apparatus of the embodiment.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the embodiment device.
FIG. 4 is a graph showing the effect of a hot filament.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between microwave power and plasma density.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rectangular waveguide 2 Coaxial conductor 3 Short-circuit plunger 4 Dielectric window 5 Hot filament (heater)
6 Initial plasma ball 7 Exhaust pipe 8 Window 9 Power supply connection line 10 Substrate 11 Substrate support means 12 Coaxial outer conductor 13 Metal plate 14 Vacuum container 15 Tube 16 Heater power supply 17 Bias means 19 Probes 20a to 20e Thermoelectrons 21 Y direction symbol

Claims

真空容器内にプラズマ生成ガスを導入しマイクロ波によりプラズマボールを発生させるマイクロ波プラズマ発生方法において、
マイクロ波によりプラズマボールを発生するステップと、
前記プラズマボールを外周から囲むように配置された熱フィラメントに通電して熱電子および熱を発生するステップと、および
前記熱電子により前記プラズマボールの周辺のガスの電離を促進するかまたは前記真空容器内でプラズマガスの熱解離を促進し、当初発生したプラズマの外周の拡大または外周密度を上昇させるステップから構成したマイクロ波プラズマ発生方法。In a microwave plasma generation method of introducing a plasma generation gas into a vacuum vessel and generating a plasma ball by a microwave,
Generating a plasma ball by microwave;
Energizing a hot filament disposed so as to surround the plasma ball from the outer periphery to generate thermoelectrons and heat; and promoting the ionization of gas around the plasma ball by the thermoelectrons or the vacuum vessel A microwave plasma generation method comprising the steps of: promoting thermal dissociation of a plasma gas within a chamber; and enlarging the outer periphery of the initially generated plasma or increasing the outer peripheral density.

マイクロ波源と、
前記マイクロ波源に接続されているマイクロ波導波管と、
真空容器と、
前記真空容器内に前記導波管からマイクロ波を導入する手段と、
前記真空容器内で基板を支持する基板支持手段と、
前記真空容器内に原料ガスを供給するガス供給手段と、
前記基板支持手段上に当初のプラズマボールを離れて囲むように配置されている熱電子発生手段と、および
前記熱電子発生手段に電流を供給する電源と、
から構成したマイクロ波プラズマ発生装置。A microwave source,
A microwave waveguide connected to the microwave source,
A vacuum vessel,
Means for introducing microwaves from the waveguide into the vacuum vessel,
Substrate support means for supporting a substrate in the vacuum vessel,
Gas supply means for supplying a source gas into the vacuum vessel,
A thermionic generating means arranged on the substrate supporting means so as to separately surround the initial plasma ball, and a power supply for supplying a current to the thermionic generating means,
A microwave plasma generator composed of:

前記真空容器は円筒共振器構造を有するものであり、前記基板支持手段は前記真空容器で昇降可能である請求項２記載のマイクロ波プラズマ発生装置。3. The microwave plasma generator according to claim 2, wherein said vacuum vessel has a cylindrical resonator structure, and said substrate support means can be moved up and down by said vacuum vessel.

前記熱電子発生手段は基板支持手段に支持されるループ状の熱フィラメントである請求項２または３項記載のマイクロ波プラズマ発生装置。4. The microwave plasma generator according to claim 2, wherein the thermoelectron generating means is a loop-shaped hot filament supported by the substrate supporting means.