(57)【要約】【課題】簡易に長尺なプラズマ柱を長期に渡り安定してコイル内に閉じ込めた状態に発生維持させることができる新規かつ画期的なプラズマ発生装置を提供すること。【解決手段】チャンバ１２内にコイル１８を配置し、チャンバ１２内を所定の圧力とガス雰囲気下に設定し、コイル１８の一端側に直流電源２０の負電位を印加し、チャンバ１２内空間の電位を直流電源２０の正電位と実質同電位の状態に設定する構成。【選択図】図１
2006291319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧されかつプラズマ発生用ガス雰囲気下のチャンバ内に、周壁の一端側から他端側に１つないし複数の連続ないしは独立した開孔を有する導電性の筒状体を配置し、この筒状体の一端側に直流電源の負電位を印加すると共に前記筒状体外で前記チャンバ内の空間に前記直流電源の正電位と実質同電位を印加する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記筒状体の周壁が螺旋形状または網目形状である、ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
減圧されかつプラズマ発生用ガス雰囲気下のチャンバ内に、導電性のコイルを配置し、このコイルの一端側に直流電源の負電位を印加し、かつ、前記コイル外で前記チャンバ内の空間に前記直流電源の正電位と実質同電位を印加する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項４】
減圧されかつプラズマ発生用ガス雰囲気下のチャンバ内に、導電性のコイルを配置し、このコイルの一端側に直流電源の負電位を印加し、かつ、前記直流電源の正極側を前記チャンバと共に接地する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項５】
減圧されかつプラズマ発生用ガス雰囲気下のチャンバ内に、導電性のコイルを配置し、 このコイルの一端側に直流電源の負電位を印加し、かつ、前記直流電源の正極側を前記チャンバ内空間に臨設する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項６】
コイルをチャンバ内に配置し、前記コイルの一端側を直流電源の負極側に接続し、直流電源の正極側を前記コイル外のチャンバ内空間の電位と同電位状態に設定する、ことを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項７】
導電性ワイヤの表面に成膜する成膜方法において、
請求項１または２に記載のプラズマ発生装置における前記筒状体内の空間に導電性ワイヤを配置し、前記チャンバ内を減圧しかつ当該チャンバ内にプラズマ発生用ガスと成膜用ガスとを導入し、前記筒状体の一端側に直流電源の負極側電位を印加して前記筒状体内の空間にプラズマ柱を発生させて導電性ワイヤの表面に成膜をする、ことを特徴とする成膜方法。
【請求項８】
導電性ワイヤの表面に成膜する成膜方法において、
請求項３ないし６のいずれかに記載のプラズマ発生装置における前記コイル内の空間に導電性ワイヤを配置し、前記チャンバ内を減圧しかつ当該チャンバ内にプラズマ発生用ガスと成膜用ガスとを導入し、前記コイルの一端側に直流電源の負極側電位を印加して前記コイル内の空間にプラズマ柱を発生させて導電性ワイヤの表面に成膜をする、ことを特徴とする成膜方法。
【請求項９】
前記成膜用ガスが、炭素系ガスである、ことを特徴とする請求項７または８に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置およびこれを用いた成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ発生装置には、チャンバの外周にコイルを巻回し、このコイルに、高周波電源から電流を流すことによってチャンバ内にプラズマを発生させるものがある（特許文献１参照）。このようなプラズマ発生装置では、コイルに対して高周波電源からインピーダンス整合回路を介して高周波電力を供給する必要がある。そのため、このプラズマ発生装置を用いて長尺なワイヤ表面に成膜するにはインピーダンス整合回路を多数設置してコイルを延長してプラズマを長尺化することとなるが、そのためには、相当に大掛かりでコストがかかるプラズマ発生装置が必要となっていた。
【特許文献１】特開２００４−２１６２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者は、インピーダンス整合回路を設置する必要なくコイルを延長してプラズマを長尺化することを可能にするべくこれまでの既存の概念にとらわれない新規なプラズマ発生装置を提供するべく鋭意研究を重ねた。
【０００４】
その研究の成果として、本発明者は、インピーダンス整合回路を設置する必要なくコイルを延長してプラズマを安定かつ長期にわたり長尺化状態で発生維持することが可能な発明を完成することができるに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明に係るプラズマ発生装置は、減圧されかつプラズマ発生用ガス雰囲気下のチャンバ内に、周壁の一端側から他端側に１つないし複数の連続ないしは独立した開孔を有する導電性の筒状体を配置し、この筒状体の一端側に直流電源の負電位を印加すると共に前記筒状体外で前記チャンバ内の空間に前記直流電源の正電位と実質同電位を印加することを特徴とするものである。
【０００６】
１つの連続した開孔を有する筒状体としては例えばコイルがある。また、複数の独立した開孔を有する筒状体としては例えば周壁を網目状とした筒状体がある。コイルは線間の隙間が螺旋形状である。筒状体の形状は該筒状体内の空間にプラズマ柱を閉じ込めた状態で発生させることができる形状であればよい。
【０００７】
本発明のプラズマ発生方式は、既存の概念であるコイルの両端に高周波電力を印加してプラズマを発生させるという高周波プラズマ方式、コイルの両端に直流電源を接続する直流プラズマ方式とは異なって、コイル等の筒状体の一端側に直流電源の負電圧を印加し、筒状体の他端側には直流電源を接続せず当該コイルの他端側を例えばフローティング状態にするという構成により当該コイル内空間にプラズマ柱を発生させかつ閉じ込めることができるものである。
【０００８】
このような本発明に係るプラズマ発生装置では、コイルを延設してもその延長経路上にインピーダンス整合回路を設置する必要が何等ないので、コイルの延設がきわめて簡単であり、装置としては簡易かつ安価であることに加えて安定かつ長期にわたり任意に長尺化してプラズマ柱を発生させることができるプラズマ発生装置を提供することができる。
【０００９】
本発明において特に注目すべきは、写真を参照しても明らかに実証されているように安定したプラズマ柱をコイルで囲む空間内に閉じ込めた状態で安定かつ長期にわたり維持発生させることができるものである。
【００１０】
本発明においてさらに注目すべきは、その適用用途の一例を示せば、チャンバに成膜用ガス例えば炭素化合物系のガスを導入してワイヤ等の長尺な成膜対象の表面に炭素膜を成膜する場合、単にコイルをその成膜対象のサイズに合わせて延長し、そのコイル内部に成膜対象を配置するだけで成膜することができ、成膜費用を従来よりも大幅に低減することができる。
【００１１】
このワイヤの表面に多数の微細突起を有する炭素膜を形成した物を陰極とし、これと対向する陽極との間の電界印加により電子放出させ、この電子を蛍光体に衝突させて該蛍光体を励起発光することができる。本発明は、このようなワイヤ状の冷陰極電子源を長尺にして大型の冷陰極電子源を安価に製造する場合に特に有効に利用することができる。
【００１２】
本発明のプラズマ発生装置を用いて、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマプレーティング装置等の各種プラズマ処理装置とすることができる。
【００１３】
すなわち、本発明のプラズマ発生装置においては、上記したように、ワイヤ等の成膜対象の表面に炭素膜を成膜するものであり、チャンバ内に成膜用ガスであるメタンやエチレン等の炭素化合物系のガスを導入することにより、成膜対象に成膜するプラズマＣＶＤ装置とすることができる。
【００１４】
また、本発明のプラズマ発生装置においては、チャンバ内にエッチング用ガスを導入することにより、エッチング対象をエッチングするプラズマエッチング装置とすることができる。
【００１５】
さらに、本発明のプラズマ発生装置においては、チャンバ内にプレーティング用ガスを導入することにより、プレーティング対象をプレーティングするプラズマプレーティング装置とすることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、製造が簡易に済みかつ低廉な構成であるのに長尺なプラズマ柱を所定空間に安定して閉じ込めた状態で発生させることが可能な新規でかつ独創的、画期的なプラズマ発生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るプラズマ発生装置を説明すると、このプラズマ発生装置１０は、ＳＵＳ等の金属製の円筒形チャンバ１２を備える。この金属製の意味は、チャンバ１２それ自体が金属製であってもよいが、チャンバ１２の外周壁面を安全性の観点から絶縁材料で被覆した構成として内周壁面を金属製としたものを含むことができる。チャンバ１２の金属材料には特に限定されない。
【００１８】
チャンバ１２は接地されている。チャンバ１２にはガス導入口１４とガス排出口１６とが設けられている。プラズマ発生用ガスは活性ガス、不活性ガスでよく、活性ガスとしては例えば水素ガスがあり、不活性ガスとしては例えばアルゴンガスがある。チャンバ内圧力は１０Ｐａから１００００Ｐａの範囲の圧力でよく、この範囲で適宜に設定することができる。
【００１９】
チャンバ１２の内部には金属製のコイル１８が配設されている。このコイル１８の材料には特に限定されないが、例えばＳＵＳがある。
【００２０】
コイル１８の一端側は直流電源２０の負極に接続されて負電位が印加されている。直流電源２０の正極は接地されている。これにより、チャンバ１２内空間は直流電源２０の正電位と同電位となっている。コイル１８の他端側はフローティングされている。コイル１８の他端側はフローティングする必要は必ずしもなく、コイル１８の他端側はその一端側に接続されてもよい。コイル１８の線径には特に限定されないが、例えば２ｍｍから２５ｍｍである。コイル１８の線間間隔には特に限定されないが、例えば２ｍｍから２０ｍｍである。これら線径、線間間隔は実験等により適宜に決定することができる。本発明者の実験では上記範囲で程度に相違はあるものの、いずれも実施することができた。
【００２１】
コイル１８は、螺旋状の開孔を有する周壁に囲まれてなる導電性の筒状体であると言い換えることができる。この開孔はコイル１８が螺旋形状であるためにコイル１８の一端側から他端側にかけて連続した孔形状となっている。図示しないが、コイル１８に代えて、網目状の開孔を有する周壁に囲まれてなる導電性の筒状体でもよい。網目の太さや粗さは適宜実験等により決定することができる。
【００２２】
直流電源２０は好ましくは電圧可変型である。直流電源２０の電圧は１００Ｖから２０００Ｖの電圧範囲である。直流電源２０の電圧は適宜に実験等により決定することができる。
【００２３】
以上の構成を備えたプラズマ発生装置１０において、チャンバ１２内を減圧しかつガス導入口１４からプラズマ発生用ガスとして水素ガスを導入し、直流電源２０の負電位をコイル１８に印加すると、コイル１８の内部空間にプラズマ柱２４が発生する。
【００２４】
図２は、本発明者が製造し実験室内に配置してある本実施の形態に対応したプラズマ発生装置１０によりコイル１８の内部空間にプラズマ２４が発生している様子を示す写真である。図２（a）の写真は、直流電源２０の負電圧７００Ｖ、メタン／水素ガス、圧力８０Ｐａのものであり、図２（b）の写真は、直流電源２０の負電圧７００Ｖ、メタン／水素ガス、圧力１７０Ｐａのものである。コイル１８の材料はＳＵＳである。写真内には符号をとれないが、コイル１８とワイヤ２２とプラズマ柱２４とが明瞭に撮影されている。
【００２５】
このプラズマ発生装置１０を用いてワイヤ等の長尺物である成膜対象に成膜する方法を説明すると、コイル１８の内部に導電性のワイヤ２２を配置する。ワイヤ２２の両端を交流電源２３を接続し、ワイヤ２２を加熱する。ガス導入口１４からプラズマ発生用ガスとして水素ガスと、ワイヤ２２の表面に対する炭素膜成膜用ガスとしてメタンガスとを導入する。そして、チャンバ内圧を減圧し、直流電源２０の負電位をコイル１８に印加したとき、コイル１８の内部空間にプラズマ柱２４が発生し、これにより、メタンガスが分解され、ワイヤ２２の表面に炭素膜が成膜される。なお、図２の写真ではコイル１８の内部空間にワイヤ２２が配置されており、このワイヤ２２の表面に炭素膜を成膜することができた。
【００２６】
図３は、本発明の他の実施の形態に係るプラズマ発生装置１０の構成を示す図であり、図３で示すプラズマ発生装置１０が、図１で示すプラズマ発生装置１０と相違するのは、直流電源２０の正極がチャンバ１２内部に臨設されていることである。図３に示すプラズマ発生装置１０においても、コイル１２の内部空間にプラズマ柱２４が発生する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係るプラズマ発生装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマ発生装置によりプラズマ柱が発生している様子を示す写真である。
【図３】本発明の他の実施形態に係るプラズマ発生装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  プラズマ発生装置
１２  チャンバ
１４  ガス導入口
１６  ガス排出口
１８  コイル
２０  直流電源
２２  ワイヤ
２４  プラズマ柱
【図１】
2006291319.tif 000003
【図３】
2006291319.tif 000004
【図２】
2006291319.tif 000005