JPH0488174A - 表面処理方法および装置 - 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］ この発明は、プラズマを利用して薄膜作製やエツチング
、表面クリーニング、表面改質などを行う表面処理方法
および装置に関する。

［従来の技術］ 気体を光化学反応または活性種を用いる反応により活性
化し、基体表面に目的とする物質を堆積させて薄膜化し
たり、エツチング、表面改質等の処理を行ったりする方
法は、処理が低温で可能であること、光化学的選択性ま
たは活性種による選択性により従来にない処理が可能に
なること、などから近年急速な進展を見せている。

ここで活性種とは、遊離種（ラジカル）、励起種、荷電
粒子（電子やイオン）、または、これらの混合物をいう
ものとする。

プラスマによって成膜を行う従来の技術の多くは、基体
がプラスマに直接接触するので、プラズマ中の有害な不
純物や荷電粒子が基体に衝突して損傷を与えたり、基体
に不純物を混入させたりする。これにより、例えば、基
体上に作られた半導体デバイスの電気的特性を劣化させ
る。このような劣化は、ＭＯ５型半導体デバイスにおい
ては■ｔｈの変動、バイポーラ型半導体においてはｈｆ
ｅの変動として強く現れる。半導体デバイスの集積度が
極めて高いものになると、微少の荷電粒子の衝撃等によ
っても電気的特性の著しい劣化を招くことになる。した
かって、不純物の少ない活性種を使用したり、衝撃のな
い光を利用したりする無損傷プロセスの開発か特に望ま
れている。

一方、刃物、バイト等の硬化を目的とした表面処理にお
いては、ダイヤモンドライク膜やＢＮ膜の作製を高速で
行う必要かある。したかって、遊離種、励起種、イオン
等の活性種の濃度が高い場所に基体を設置して、高速な
表面処理を行う装置の開発が望まれている。

これらの無損傷プロセスや高速表面処理プロセスに関し
ては、特開昭６１−２２２５３４号、特開昭６２−２２
７０８９号、特開平２−１４８０１号に記述されている
。これらの文献の技術を用いると、極めて良質な表面処
理を行うことが可能である。特に、特開昭６１−２２２
５３４号の装置は、Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃ
ｈｎｏｌ、　Ａ４（３）（１９８Ｅｉ）ｐ、４７５−４
７９　　に記載されているように、半導体デバイス用薄
膜作製装置として重要である。また、特開平２−１４８
０１号の方法によると、低圧高温プラズマを用いること
によって有効に酸化物超電導体を酸化でき、このように
バルクの表面を処理することにより酸素をバルク内部に
侵入させて良好な超電導特性を得ることができる。

ところで、上記の３件の出願公開公報においては、ｒＬ
ＴＥ放電ｊ、ｒＬＴＥプラズマ」の用語が出てくるが、
これは、この明細書の「低圧高温プラスマ」に相当する
。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の表面処理方法においては、大電力の交流
電源および電力供給系が必要である。したがって、装置
が大型化し、装置の製造コストか高くなり、大電力の伝
送損失があり、また、動作時の消費電力も多くなる。さ
らに、電力投入部の部品の消耗も大きく、メンテナンス
に要する時間が長くなり、その経費も高くなる。また、
表面処理装置の電力密度を上げるために放電管径を小さ
くすると、「真空」第３１巻、第４号（１９８ｇ）、ｐ
、２７１　　に記述されるような特性となって、大電力
を注入しないと低圧高温プラズマを発生できない。

この発明は、このような欠点を解消するもので、その目
的は、表面処理に有用で強力な放射光や活性種を、低電
力で安定して発生させ、良質で有効な表面処理を行う・
ことができる表面処理方法および装置を提供することで
ある。

［課題を解決するための手段］ 第１の発明は、交流電力を印加した空間に所定の気体を
導入して低圧高温プラスマを発生させ、この低圧高温プ
ラズマにより生じる放射光と活性種の少なくとも一方を
被処理基体の表面に導いて被処理基体の表面を処理する
表面処理方法において、 広い空間に隣接した狭い空間に前記交流電力を印加する
ことを特徴としている。

第２の発明は、被処理基体を収容する処理室と、低圧高
温プラズマを発生させるための放電用空間を有する放電
室と、この放電室に交流電力を印加する交流電源と、前
記放電用空間に所定の気体を導入する気体導入手段とを
有し、前記低圧高温プラズマにより生じる放射光と活性
種の少なくとも一方を前記被処理基体の表面に導いて被
処理基体の表面を処理する表面処理装置において、前記
放電室は、第１の放電室と、この第１の放電室と前記処
理室とをつなぐ第２の放電室とからなり、前記第１の放
電室の断面積は前記第２の放電室の断面積より小さく形
成され、前記交流電力は、前記第１の放電室の前記第２
の放電室に隣接した空間に印加されることを特徴として
いる。

［作用］ 従来の技術を考えると、広い空間に交流電力を印加すれ
ば、小さい交流電力でも低圧高温プラズマを発生させる
ことができる。たたし、プラズマの密度が薄くなる。反
対に、狭い空間に交流電力を印加すると、プラズマの密
度が高く、基体に対する処理能力が高い。ただし、大き
い交流電力を印加しないと低圧高温プラズマが発生しな
い。

換言すれば、広い空間に交流電力を印加すると低圧高温
プラズマはピンチしやすくなり、狭い空間に交流電力を
印加すると低圧高温プラズマはピンチしにくくなる。

この発明では、広い空間に隣接した狭い空間に交流電力
を印加することにより、広い空間に交流電力を印加する
場合と同様の小さい交流電力で、狭い空間内に低圧高温
プラズマを発生させることができ、プラズマの密度を濃
くすることができる。

［実施例］ 次に、図面を参照してこの発明の詳細な説明する０ 第１図はこの発明の一実施例に係る表面処理装置の正面
断面図である。この表面処理装置は、低圧高温プラズマ
を発生させる放電室１０と、放電室１０に接続し、壁２
１により大気から遮断されている処理室２０と、放電室
１０に高周波電力（数ｋＨｚ〜数百ＭＨｚ）を印加する
電源１と、気体導入手段と、処理室２０内に設置された
基体ホルダー３２とを備えている。放電室１０は、内径
１２ｍｍの円筒形状の第１の放電室１０１と、その下の
第２の放電室１０２からなる。第２の放電室１０２は、
内径：３０ｍｍの円筒部分１０２ｂと、この円筒部分１
０２ｂと第１の放電室１０１とを接続するテーパ部分１
０２ａとからなる。したがって、放電空間１５は、第１
の放電室１０１の内部の第１の放電空間１６と、第２の
放電室１０２の内部の第２の放電空間１７とから構成さ
れている。基体ホルダー３２には基体３１を加熱するた
めのヒーター３３を設けている。

第１の放電室１０１と第２の放電室１０２は絶縁物て作
られている。放電室の材料としては、例えば、石英ガラ
ス、サファイア、セラミックス（Ａ１２０３　、ＳＩＮ
、ＳｔＣ，ＡＩＮ、ＰＢＮ。

ＢＮ等）がある。石英ガラスを用いた場合は、放電プラ
ズマの高温化によって石英ガラスが溶融する恐れがある
ので、放電室を石英ガラスの二重管とし、内外の管の間
に冷却水を流すことができる。

他の材料を用いた場合においても、同様な理由で空冷や
水冷を行うことがある。石英ガラスで放電室を作る場合
は、第１の放電室１０１と第２の放電室１０２とを溶着
して作る。Ａｌ２Ｏ，やＳｔＮ等のセラミックスで作る
場合は、放電室全体の形状の型を作って焼結で形成する
。

第１の放電管１０１の、第２の放電管１０２に隣接する
部分にはコイル３を巻いである。コイル３には電源１を
接続してあり、スイッチ２よりコイル３の一方の端を選
択して接地することができる。コイル３の代わりに一対
の板状電極を第１の放電室１０１を挟むように設置して
、容量結合された放電空間を作ってもよい。また、マイ
クロ波領域（ＧＨｚオーダー）の高周波電力を用いる場
合は、コイル３の代わりに、マイクロ波キャピテイを第
１の放電室１０１を取り囲むように設置する。このとき
は空洞共振の放電空間となる。

次に、この表面処理装置の使用方法について説明する。

初めに真空排気系（図示せず）によりバルブ３４を介し
て処理室２０内を排気する。次に放電用カスを矢印１３
方向からバルブ１２を介して第１の放電室１０１の内部
へ導入する。真空排気系により処理室２０内を所定の圧
力にする。そして、第１の放電室１０１の外部に設けた
コイル３に電源１により高周波電力を印加する。すると
、高周波誘導結合により第１の放電空間１６において低
圧高温プラズマ５が生じる。低圧高温プラズマから発生
した活性種を矢印４１方向から、また、放射光を矢印４
２方向から第２の放電空間１７を通して処理室２０内へ
導入する。この活性種や放射光により、基体ホルダー３
２に設置した基体３１の表面処理を行う。必要に応じて
反応ガスを矢印２５方向からバルブ２４を介してガス導
入リンり２２の小孔２３を通して処理室２０内へ導入し
てもよい。

次に、低圧高温プラズマの発生条件と維持条件について
述べる。この実施例の装置では、印加する高周波電力を
大きくしていくにしたがって先ず高周波グロー放電を生
ずる。さらに大きな電力を加えると、プラズマからの発
光が飛躍的に増大して低圧高温プラズマの発生が観測さ
れる。（このような状態を示す適当な学術用語は存在し
ないので、この明細書では、この状態のプラズマを「低
圧高温プラズマ」と呼ぶことにする。なお、従来技術の
説明のところで引用した３件の出願公開公報では、ＬＴ
Ｅプラスマと呼んでいたが、この用語は学術的に誤解を
受けやすいので、この明細書では低圧高温プラズマと呼
ぶことにしたものであり、同じものを指している。）低
圧高温プラズマの発生は、多くの場合、ヒステリシス的
である。

低圧高温プラズマは非常に輝度が高く、多くの場合、通
常のクロー放電とは違ったスペクトルパタンを示す。例
えば、導入ガスを水素とした場合は、通常のクロー放電
あるいは高周波グロー放電のときには、先ず水素分子に
起因する可視領域から紫外領域に達する連続スペクトル
が存在し、これに加えた形で、水素原子に起因するバル
マー系列およびライマン系列の発光を観測することがで
きる。しかし、このときのこれらの系列の発光は比較的
弱く、そのために放射光の色は白紫色となっている。

ところが、低圧高温プラズマを生じたときは、放射光の
色は目視ては輝度の非常に高い赤色となっていて、それ
は、水素原子の発光のバルマー系の輝度が非常に高くな
ったせいである。同時に、可視領域にないために直接口
には見えないが、ライマン系列の輝度も非常に高くなっ
ているのが測定で確認できる。この輝度の高まる様子を
第２図に示す。縦軸は発光強度であり、横軸は注入電力
である。Ａは低圧高温プラズマの発生電力を、Ｂは維持
電力を表す。低圧高温プラズマの発生電力とは、電力を
高めていったときに低圧高温プラズマが発生を開始する
電力を指し、維持電力とは、低圧高温プラズマが発生し
ている状態で電力を下げていって低圧高温プラズマが消
失する電力を指す。

低圧高温プラズマを発生させたときの輝度の高い発光の
波長は、プラズマ発生に用いた気体の種類によって異な
る。この特有の発光は低圧高温プラズマの大きな特徴の
一つである。

ライマンα光は１２１．６ｎｍの波長を持っており、周
知のようにこの波長を用いるときはシラン、ジシランの
直接分解が可能である。その上、この光の場合は、Ｍｇ
Ｆ２、ＬｉＦ等の光学透過材料およびＭｇＦ２コーティ
ングのＡＩリフレクタ−が使用できる長所もあり、光学
系を組むことが極めて容易になって非常に有用である。

これまでは、このライマンα光の高輝度のものを取り出
すことのできる良い光源がなかったために、この波長光
はあまり利用されていなかったものである。

上記した低圧高温プラズマの光は、この意味で光源とし
て重要である。

なお、上記の導入ガスとしては水素のほかに窒素、アル
ゴン、ヘリウム、水銀などの気体およびこれらの混合気
体も有用で、高輝度の有用光を放射する低圧高温プラズ
マを生ずる。

上記の導入ガスが水素の場合には、低圧高温プラズマ内
には、通常の高周波グロー放電と比較して極めて多量の
水素原子および水素分子の励起状態、水素ラジカル、イ
オンなどの活性種の存在するのが発光分光分析で確認で
きる。低圧高温プラズマで多量の活性種の生まれること
は、他のガス、例えば窒素の場合も同じであって、その
低圧高温プラズマは短波長光の輝度が高く、そのスペク
トルは、窒素原子からの発光に属することから、低圧高
温プラズマの内部に活性種、特に、窒素ラジカルが多く
含まれることが明らかである（参考文献：　Ｊ、　Ｖａ
ｃ、　Ｓｃｉ、−Ｔｅｃｈｎｏｌ、　Ａ４（３）（１９
８Ｇ）、　ｐ、４７５−４７９）。

なお、水素や窒素のみならず酸素やその他のガスについ
ても同様な結果が得られる。高周波クロ放電と高周波低
圧高温プラズマ放電とを比較すると、両者の間には、次
の（ａ）〜（ｄ）に示すような違いがあり、これらの特
徴のうちの一つか二つを欠いた場合でもその他の特徴か
ら両者をはっきりと区別できる。

（ａ）高周波グロー放電は発光部が広がる傾向があり、
これに対して、高周波低圧高温プラズマ放電では、逆に
発光部が局所に集まる傾向かある。

（ｂ）高周波グロー放電の発光と高周波低圧高温プラズ
マ放電の発光とは、それぞれのスペクトルパターンが異
なっている。このスペクトルの相違によっても、面放電
状態では、電子状態に相違があることがわかる。ガスが
多原子分子の場合には、高周波低圧高温プラズマ放電で
は、高周波グロー放電では見られなかった振動および回
転モードの励起がしばしば観測される。

（Ｃ）高周波グロー放電状態と高周波低圧高温プラズマ
放電状態とは、前述したように、放電電力または放電電
圧を変化させていった場合、しばしばヒステリシスルー
プを描いて互いに他に遷移し、放電インピーダンスは両
放電間で大きく異なる。この遷移は電源から放電室に投
入される放電電力の強度に最も大きく依存する。これに
関してはさらに後述する。

（ｄ）高周波低圧高温プラズマ放電は高周波クロ放電に
比べて非常に輝度が高い。その差は格段である。

ところで、上述の（Ｃ）で示したヒステリシスの特徴に
ついては、放電条件によっては、しばしば消失する。

例えば、ヘリウムのようなガスの場合は、放電インピー
ダンスがヒステリシス的に変化せず、そのインピーダン
スのみからは高周波クロー放電と高周波低圧高温プラズ
マ放電との間の移行を判別しにくい。しかし、高周波低
圧高温プラズマ放電状態になると高輝度のプラズマか局
在化されるのが認められ、目視によって面放電を識別す
ることができる。

また、放電室の大きさによってもヒステリシスが消失す
ることがある。この現象は同し窒素の放電であっても圧
力領域により異なるが、放電室の内径が約８ｃｍ以上で
はヒステリシス曲線が消失する。このようにヘリウムや
窒素等でヒステリシスが消失した場合においても、他の
特徴によって高周波グロー放電状態と高周波低圧高温プ
ラズマ放電状態との区別は容易につく。

ヒステリシスが消失する例として、窒素分子のＣ３ｎｕ
−８３１ｇ遷移に起因する３３７．　１ｎｍ光の発光強
度の電力による変化を第３図に示す。縦軸は発光強度で
あり、横軸は注入電力である。この場合は、発生電力Ａ
と維持電力Ｂが同じであり、第２図と比較して第３図に
は明確なヒステリシスが存在しない。しかし、低圧高温
プラズマにより発光強度が増大し、開状態の区別は明確
である（参考文献・第２６回真空に関する連合講演会講
演予稿集　ｐ、　７４−７５）。

ちなみに、窒素分子の発光強度の曲線は第３図に示す通
り上に凸の変化を示すが、窒素原子の発光は下に凸の変
化を示す。

さらに、放電室１０の形状、特に、第１の放電空間１６
と第２の放電空間１７との接続部の形状により、ヒステ
リシスが消失することがある。

第４図に高周波グロー放電と低圧高温プラズマ放電との
遷移領域の電力依存特性を示す。縦軸は注入電力であり
、横軸は放電室の内径である。実験時の放電室の圧力は
９３Ｐａである。曲線Ａ１は、従来の内径１２ｍｍの円
筒形状の放電室を用いた場合の低圧高温プラズマの発生
電力を示している。曲線Ｂ１は、同じ従来の放電室を用
いた場合の低圧高温プラズマの維持電力を示している。

また、曲線Ａ２は第１図の実施例と同様に狭い放電空間
に広い放電空間を隣接した場合の低圧高温プラズマの発
生電力を示している。この場合、第４図における放電室
の内径としては狭い放電空間の内径の値を採用している
。曲線Ｂ２は曲線Ａ２の場合と同じ放電室を用いた場合
の低圧高温プラズマの維持電力を示している。

低圧高温プラズマの発生電力と維持電力を求めるには、
放電室の内径を一定にしたときの注入電力と発光強度と
の関係を示すグラフを求めて、そのヒステリシス曲線を
描けばよい。例えば、第５図は、従来の内径１２ｍｍの
円筒形状の放電室を用いた場合の、注入電力と発光強度
との関係を示すグラフである。このグラフのヒステリシ
ス曲線から、発生電力ＡＩＯと維持電力Ｂ１０が求まる
。

これと同様の実験を放電室の各内径について行い、その
結果をプロットしたものか、第４図の曲線Ａ１とＢ１で
ある。第４図では、内径１２ｍｍのときの発生電力ＡＩ
Ｏと維持電力ＢＩＯを黒丸で示しである。

同様に、第６図は、第１図の装置の放電室１０を用いた
場合の注入電力と発光強度との関係を示すグラフである
。このグラフのヒステリシス曲線から、発生電力Ａ２０
と維持電力Ｂ２０が求まる。

これと同様の実験を、第１図の放電室と相似形状の放電
室について寸法を変えて行い、その結果をプロットした
ものが、第４図の曲線Ａ２と８２である。第４図では、
内径１２ｍｍのときの発生電力Ａ２０と維持電力Ｂ２０
を黒丸で示しである。

第４図のグラフから分かるようにミ従来の放電室を用い
た場合に比べて、第１図の形状の放電室を用いた場合は
、半分以下の注入電力で低圧高温プラズマを発生、維持
できる。第１図の装置（狭い空間が内径１２ｍｍ、広い
空間が内径３０ｍｍ）の発生電力Ａ２０と維持電力Ｂ２
０の値は、単純な円筒形の従来形の放電室の場合と比較
すると、内径１２ｍｍの単純円筒形の発生電力ＡＩＯお
よび維持電力Ｂ１０よりも、内径３０ｍｍの単純円筒形
の発生電力Ａｌｌおよび維持電力Ｂｌｌに、むしろ近い
。すなわち、第１図の装置では、放電の集中する箇所は
狭い放電空間１６であるにもかかわらず、低圧高温プラ
ズマを発生、維持するための電力は広い放電空間１７の
特性に近くなる。

換言すれば、小さな注入電力で、密度の濃いプラズマを
得ることが可能になる。

ここで、重要な点は電力密度にある。同じ注入電力を用
いたとすると、内径３０ｍｍの放電室を用いるよりも内
径１２ｍｍの放電室を用いる方が電力密度が一桁程度高
くなる。この電力密度は、基体の処理プロセスにおいて
最も重要な発光強度および活性種の濃度に直接関係する
。従来の放電室では電力密度を上げるために管径を細く
すると、低圧高温プラズマ発生電力は、急速に増大し、
大電力の電源を用いなくては低圧高温プラズマを発生で
きない。しかし、この発明の放電室を用いると低電力で
高い電力密度を実現できる。

第１図の実施例では第１の放電室の内径が１２ｍｍで第
２の放電室の内径が３０ｍｍとなっているので、第１の
放電室の断面積と第２の放電室の断面積との比は、４：
２５となっている。実験によれば、この比率が小さくな
っていくと（すなわち、両者の断面積が接近してくると
）、低電力で高い電力密度を実現する、という本発明の
効果が期待できなくなってくる。これに対して、この断
面積の比率が上記の値より大きくなっていく場合は、本
発明の効果が維持される。

第１図の装置では、第１の放電空間１５に低圧高温プラ
ズマ５が発生しているのに対して、第２の放電空間１７
には低圧高温プラズマが発生していないので、空間１７
を放電空間と呼ぶのを奇異に思うかもしれない。しかし
、実際は、低圧高温プラズマ５の周囲にはグロー放電が
存在していて、このグロー放電が第２の放電空間１７に
入り込んでいる。そして、この放電空間１７は放電状態
を決定している一つの要因になっている。したがって、
空間１７も放電空間の一部として取り扱っている。

次に、第１図の装置を用いて基体の表面処理を行う各種
の具体例を示す。

半導体デバイス、センサー、超電導体デバイス等の配線
間の絶縁膜として、ＳｉＯ２膜をしばしば用いている。

この５１０２膜の作製方法としてテトラエトキシシラン
（別名テトラエチルオルソシリケート、以下、ＴＥ０１
と呼ぶ）を酸化する方法が近年注目されている。その理
由は、配線の段差部の被覆性が良好であることによる。

このＴＥ０１を酸化する方法として、酸素０２を用いる
場合は、基体の温度を約６００℃以上にしないとＳｉＯ
２は有効に堆積しない。オゾン０３を用いると、基体の
温度を４００℃まで低下させることが可能であるが、堆
積速度が２０００オングストロ一ム／ｍｉｎと低い。さ
らに、膜中に有害な多量の「−ＯＨ基」が生じる（この
ことは、赤外吸収スペクトルの観察により確認できる）
。

この実施例では、放電用ガスとして酸素１８０ｓｅｃｍ
を矢印１３方向から導入し、反応ガスとして、アルゴン
２０ｓｃｃｍでＴＥ０１を６５℃でバブリングした混合
ガスを矢印２５方向から導入する。処理室２０の内部の
圧力をＩＴｏｒｒにし、シリコンウェハの基体３１を４
００℃に加熱し、１３．５６ＭＨｚ、２．５ｋＷの高周
波電力をコイル３に印加する。そして、発生した低圧高
温プラズマ５により酸素の活性種を作成して、ＴＥ０１
を酸化させる。その結果、基体３１の表面に１μｍ／ｍ
ｉｎ以上の高速で５ｉｎ２膜を作製することができた。

この膜の赤外吸収スペクトルを取ると、０３を用いて酸
化した場合と異なり、３０００〜３７００ｃｍ　’のと
ころにあるＳ　ｉ　−ＯＨの吸収がまったく観測されな
かった。また、１０７５ｃｍ　’付近の５ｉ−０ピーク
の半値幅は、高温プロセスで作製した５１０２膜と同様
にシャ１てあった。つまり、５ｉ０２の結合のしっかり
した膜であることかわかった。以上のように、従来の装
置では得られなかった良好な膜を低電力で作製できた。

また、別の例としては、放電用カスとしてアンモニア１
０１００５ｅを矢印１３方向から導入し、反応ガスとし
て、アルゴン２０ｓｅｃｍで鉄の有機金属化合物をバブ
リングした混合ガスを矢印２５方向から導入する。処理
室２０の内部の圧力をＱ、　　７Ｔｏｒｒにし、シリコ
ンウェハの基体３１を５０℃に加熱し、１３．５６ＭＨ
ｚ、２．５ｋＷの高周波電力を印加する。すると、アン
モニアが低圧高温プラズマにより分解し、原子状の窒素
と原子状の水素が多量に発生する。鉄系のガスと反応す
る時点で原子状かどうかは不明であるが、この窒素は強
い活性種状態で鉄系のガスと反応し、鉄を有効的に窒化
する。また、水素は有機物を活性水素に還元して、有機
物か窒化鉄内に残るのを防止している。その結果、炭素
含有量の少ない良質な、強磁性体の窒化鉄を作製できた
。

次に、第１図の装置における付加的な効果について説明
する。その一つとしては、低圧高温プラズマから生じた
放射光の照射面積が従来よりも広がったことである。従
来の装置においては放電室は内径的１２ｍｍのストレー
トの円筒管であるが、この場合、放射光の照射可能な範
囲は基体上の半径的６ｍｍの゛範囲であり、有効な照射
範囲は半径５ｍｍの範囲であった。これに対して、第１
図の装置においては、有効な照射範囲は基体上の半径２
５ｍｍの範囲になった。

なお、特開昭６１−２２２５３４号、特開昭６２−２２
７０８９号、特開昭６３−１６６９７１号、特開平２−
１４８０１号に記述されている装置においても、第１図
に示すような形状の放電室を利用すれば、低電力で同様
な表面処理が可能である。

第１図の装置では、酸化物超電導体の作製プロセスや後
処理工程においても、小電力で、良好な超電導物質を得
ることが可能となった。後処理工程の場合には、反応ガ
スやガス導入リング２２は不要となる。また、作製プロ
セスの場合には、処理室２０は、蒸着やスパッタリンク
等の他の成膜方法を併用した堆積室となる。

第１図の装置で行う別の処理方法としては次のものがあ
る。すなわち、矢印１３方向から放電ガスとともに粉体
を導入できる。例えば、アルゴンｌＱｓ１ｍと、酸素：
３００　ｓ　ｅ　ｃｍと、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘの１
μｍ以下の粉末とを用いると、基体３１の表面に超電導
体膜を作製することかできる。また、水素１０１００５
ｅと、Ａ１の１μｍ以下の粉末とを用いると、基体３１
の表面にＡ１膜を作製することができる。

以上説明した実施例では、第１の放電室１０１と第２の
放電室１０２の断面形状は円形であったが、これ以外の
断面形状、例えば矩形であっても構わない。

第７図は、放電室の形状の各種の変更例を示す模式的な
正面断面図である。

第７図（ａ）は、第１図の装置を模式的に示したもので
あり、放電空間は、第１の放電空間１６ａと第２の放電
空間１７ａとからなる。そして、第ユの放電空間１６ａ
の、第２の放電空間１７ａに隣接する部分に低圧高温プ
ラズマ５を発生させている。第２の放電空間１７ａの上
部にはテーパがついている。

第７図（ｂ）は、第１の放電空間１６ｂと第２の放電空
間１７ｂとの接続部分を段差形状にしたものである。こ
のような放電空間形状にしても、第７図（ａ）と同様の
効果が得られる。さらに、第７図（ｃ）は、第１の放電
空間１６ｃと第２の放電空間１７ｃとの接続部分を段差
形状にして、かつ、第２の放電空間１７ｃの断面積を大
きくしたものである。

第７図（ｄ）は、第１の放電空間１６ｄの下側がすぐに
処理室２０ｄになっているものである。

さらに、第７図（ｅ）は、第１の放電空間１６ｅの下側
かすくに処理室２０ｅになっていて、がっ、処理室２０
ｅの上部にテーパかついているものである。これらの実
施例では、処理室の上部空間が第２の放電空間を兼ねて
いる。なお、これらの実施では、低圧高温プラズマ５を
発生させるために処理室に近接してコイルを配置する必
要がある。

この場合、処理室が接地電位になっていると異常放電を
生しやすい。そこで、このような放電室構成にする場合
には、処理室の少なくとも上部は絶縁材料で形成するの
か好ましい。

第７図（ａ）〜（ｅ）に共通して言えることは、狭い放
電空間が広い放電空間に接していて、かつ、狭い放電空
間の広い放電空間に隣接した部分に低圧高温プラズマを
発生させていることである。これにより、小さい交流電
力でも狭い空間内に低圧高温プラズマを発生させること
が可能となっている。

［発明の効果］ この発明では、広い空間に隣接した狭い空間に交流電力
を印加することにより、広い空間に交流電力を印加する
場合と同様の小さい交流電力で狭い空間内に低圧高温プ
ラズマを発生させることかできる。これにより、低電力
で、高密度のプラズマを発生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の正面断面図、第２図は水
素ガスの発光強度と注入電力の関係を表わすグラフ、 第３図は窒素分子の発光強度と注入電力の関係を表わす
グラフ、 第４図はクロー放電と低圧高温プラズマとの遷移領域の
電力依存特性を示すグラフ、 第５図は従来の放電室を用いた場合の注入電力と発光強
度の関係を表わすグラフ、 第６図は第１図の放電室を用いた場合の注入電力と発光
強度の関係を表わすグラフ、 第７図（ａ）〜（ｅ）は放電室の各種の変更例を模式的
に示す正面断面図である。 ５・・・低圧高温プラズマ １０・・・放電室 １０１・・・第１の放電室 １０２・・・第２の放電室 １５・・・放電空間 １６・・・第１の放電空間 １７・・・第２の放電空間 ２０・・・処理室 ３１・・・基体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）交流電力を印加した空間に所定の気体を導入して
   低圧高温プラズマを発生させ、この低圧高温プラズマに
   より生じる放射光と活性種の少なくとも一方を被処理基
   体の表面に導いて被処理基体の表面を処理する表面処理
   方法において、広い空間に隣接した狭い空間に前記交流
   電力を印加することを特徴とする表面処理方法。
2. （２）被処理基体を収容する処理室と、低圧高温プラズ
   マを発生させるための放電用空間を有する放電室と、こ
   の放電室に交流電力を印加する交流電源と、前記放電用
   空間に所定の気体を導入する気体導入手段とを有し、前
   記低圧高温プラズマにより生じる放射光と活性種の少な
   くとも一方を前記被処理基体の表面に導いて被処理基体
   の表面を処理する表面処理装置において、前記放電室は
   、第１の放電室と、この第１の放電室と前記処理室とを
   つなぐ第２の放電室とからなり、前記第１の放電室の断
   面積は前記第２の放電室の断面積より小さく形成され、
   前記交流電力は、前記第１の放電室の前記第２の放電室
   に隣接した空間に印加されることを特徴とする表面処理
   装置。