(57)【要約】【課題】プラズマに混入する帯電ドロップレット及び中性ドロップレットをより効率的に除去でき、高純度プラズマによる成膜等の表面処理精度の向上を図る。【解決手段】プラズマ発生部Ａとプラズマ輸送管Ｂとプラズマ処理部Ｃを含むプラズマ処理装置において、プラズマ輸送管の始端側と終端側に絶縁体ＩＳ及び絶縁体ＩＦを介し、プラズマ輸送管Ｂをプラズマ発生部Ａとプラズマ処理部Ｃから電気的に独立させた絶縁体介装型プラズマ処理装置を構成する。プラズマ輸送管Ｂを中間絶縁体ＩＩ１を介して複数の小輸送管Ｂ０１、Ｂ２３に分割し、各小輸送管を電気的に独立させる。プラズマ輸送管又は複数の小輸送管を電気的浮動状態にし、又は輸送管用バイアス電源ＥＢ０１、ＥＢ２３を接続して、プラズマ輸送管又は小輸送管の電位をＧＮＤ、可変正電位又は可変負電位に設定可能にする。又、小輸送管を屈曲状に連接して幾何学的構造でドロップレットを除去する。【選択図】図２
2010236032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気下で真空アーク放電を行ってターゲット表面からプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を含むプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管の間に始端側絶縁体を介装し、前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部の間に終端側絶縁体を介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部を相互に電気的に独立させ、プラズマ輸送管に対する前記プラズマ発生部と前記プラズマ処理部からの電気的影響を遮断したことを特徴とする絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ輸送管を複数の小輸送管に分割し、隣接する小輸送管の間に中間絶縁体を介装して、前記小輸送管同士を電気的に独立させ、任意の前記小輸送管に対する他の前記小輸送管からの電気的影響を遮断した請求項１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ輸送管又は前記複数の小輸送管は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態にある請求項１又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管の各々に輸送管用バイアス電源を接続し、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項５】
プラズマを発生させるターゲットを収容して前記ターゲットと電気的に絶縁されたプラズマ発生部容器の下方に、予備ターゲットを収容するターゲット交換部容器を配置し、前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器の間に容器間絶縁体を介装して前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器を電気的に独立させ、前記プラズマ発生部容器は電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定され、前記ターゲット交換部容器に容器用バイアス電源を付設し、前記ターゲット交換部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記被処理物を収容したプラズマ処理部容器に処理部用バイアス電源を付設して、前記プラズマ処理部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ処理部内の前記被処理物は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定されるか、被処理物用バイアス電源を付設して前記被処理物に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ輸送管は、前記プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管と、前記プラズマ直進管に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管と、前記第1プラズマ進行管の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管とから構成され、前記プラズマが前記ターゲット表面から被処理物に到達するまでの合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定される請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管が幾何学的に配置された請求項８に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ入口側の管断面上端から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角をθとし、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端から前記第２プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足される請求項９に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれに、プラズマ搬送用磁場を発生するプラズマ搬送用磁場発生手段を設け、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管に、前記プラズマ搬送用磁場を偏向させる偏向磁場発生手段を付設し、前記偏向磁場発生手段により発生される偏向磁場によりプラズマ流を管中心側に偏向させる請求項８、９又は１０に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記偏向磁場発生手段は、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の外周に配置されたヨークと、そのヨークに巻回された磁場コイルとからなり、前記ヨークは、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び／又は管軸方向に揺動調整される請求項１１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマ搬送用磁場発生手段は、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管外周に巻回された磁場コイルからなる請求項１１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２プラズマ進行管の管外周に巻回された磁場コイルは、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなる請求項１３に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管内壁面にドロップレット捕集板が植設され、前記植設領域が管内壁面積の７０％以上である請求項８〜１４のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第２プラズマ進行管を拡径管とし、前記第１プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、前記第３プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とする請求項８〜１５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第２プラズマ進行管と前記第３プラズマ進行管の連接部に、前記第２プラズマ進行管から前記第３プラズマ進行管に供給されるプラズマ流を進行方向に集束整流する整流磁場発生手段、及び／又は前記プラズマ流をその断面方向に偏向振動させる偏向振動磁場発生手段が設けられた請求項８〜１６のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第２プラズマ進行管内に植設されたドロップレット捕集板は前記第２プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されており、前記ドロップレット捕集板にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が設けられた請求項１５に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記第２プラズマ進行管内に、管軸方向に沿って設置位置が変更可能な1個以上のアパーチャーを配設し、前記アパーチャーは所定面積の開口部を有する請求項８〜１８のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空雰囲気下に設定されたアーク放電部で真空アーク放電を行ってターゲット表面からプラズマを発生させ、前記プラズマに混入するドロップレットを除去しながら、前記プラズマをプラズマ輸送管を介してプラズマ処理部に輸送してプラズマ処理部内の被処理物に成膜等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラズマ中で固体材料の表面に薄膜を形成したり、イオンを注入することにより、固体の表面特性が改善されることが知られている。金属イオンや非金属イオンを含むプラズマを利用して形成した膜は、固体表面の耐磨耗性・耐食性を強化し、保護膜、光学薄膜、透明導電性膜などとして有用なものである。特に、カーボンプラズマを利用した炭素膜はダイヤモンド構造とグラファイト構造のアモルファス混晶からなるダイヤモンドライクカーボン膜（ＤＬＣ膜という）として利用価値が高い。
【０００３】
金属イオンや非金属イオンを含むプラズマを発生する方法として、真空アークプラズマ法がある。真空アークプラズマは、陰極と陽極の間に生起するアーク放電で形成され、陰極表面上に存在する陰極点から陰極材料が蒸発し、この陰極蒸発物質により形成されるプラズマである。また、雰囲気ガスとして反応性ガスを導入した場合には、反応性ガスも同時にイオン化される。前記反応性ガスと共に不活性ガス（希ガスという）を導入しても良いし、また前記反応性ガスに代えて前記不活性ガスを導入することもできる。このようなプラズマを用いて、固体表面への薄膜形成やイオンの注入を行って表面処理を行うことができる。
【０００４】
一般に、真空アーク放電では、陰極点から陰極材料イオン、電子、陰極材料中性原子団（原子及び分子）といった真空アークプラズマ構成粒子が放出されると同時に、サブミクロン以下から数百ミクロン（０．０１〜１０００μｍ）の大きさのドロップレットと称される陰極材料微粒子も放出される。しかし、成膜等の表面処理において問題となるのはドロップレットの発生である。このドロップレットが被処理物表面に付着すると、被処理物表面に形成される薄膜の均一性が失われ、薄膜の欠陥品となる。
【０００５】
ドロップレットの問題を解決する一方法として、磁気フィルタ法がある。この磁気フィルタ法の一例として、真空アークプラズマを湾曲したドロップレット捕集ダクトを通してプラズマ処理部に輸送するものがある。この方法によれば、発生したドロップレットは、ダクト内周壁に付着捕獲（捕集）され、ダクト出口ではドロップレットをほとんど含まないプラズマ流が得られる。また、ダクトに沿って配置された磁石により湾曲磁場を形成し、この湾曲磁場によりプラズマ流を屈曲させ、プラズマを効率的にプラズマ加工部に誘導するように構成されている。
【０００６】
特開２００２−８８９３号公報（特許文献１）にはドロップレット捕集部を有するプラズマ加工装置が開示されている。図１５は、従来のプラズマ加工装置の構成概略図である。プラズマ発生部１０２では、陰極１０４とトリガ電極１０６の間に電気スパークを生起し、陰極１０４と陽極１０８の間に真空アークを発生させてプラズマ１０９が生成される。プラズマ発生部１０２には、電気スパーク及び真空アーク放電を発生するための電源１１０が接続され、プラズマ１０９を安定化させるプラズマ安定化磁場発生器１１６ａ、１１６ｂが配設されている。プラズマ１０９はプラズマ発生部１０２からプラズマ処理部１１２に誘導され、プラズマ処理部１１２に配置された被処理物１１４が前記プラズマ１０９により表面処理される。また、プラズマ処理部１１２に接続されるガス導入システムＧｔにより必要に応じて反応性ガスが導入され、ガス排気システムＧｈにより反応ガスやプラズマ流が排気される。
【０００７】
プラズマ発生部１０２から放出されるプラズマ１０９は、磁場によりプラズマ発生部１０２と対面しない方向にＴ字状に屈曲され、プラズマ処理部１１２に流入される。プラズマ発生部１０２と対面する位置には、プラズマ１０９の発生時に陰極から副生される陰極材料微粒子（ドロップレット）１１８が捕集されるドロップレット捕集部１２０が配設されている。従って、磁場の影響を受けないドロップレット１１８がドロップレット捕集部１２０に進行して捕集され、ドロップレット１１８がプラズマ処理部１１２内に進入することが防止される。具体的なドロップレット捕集手段として、例えば、特開２００２−１０５６２８号公報（特許文献２）には、プラズマダクト内壁に設けたバッフルにより、プラズマ処理部に到達しないドロップレットを付着、捕集することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−８８９３号公報
【特許文献２】特開２００２−１０５６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１５に示した、従来のプラズマ処理装置では、前記磁場の影響を受けない中性ドロップレット１１８がドロップレット捕集部１２０に捕集されるが、プラズマ１０９との相互作用などにより電荷が付与された帯電ドロップレットが磁場によりプラズマ処理部１１２に誘導される場合があった。更に、ドロップレット捕集部１２０に捕集されない、粒径の小さなドロップレットが壁面を反射しながらプラズマ処理部１１２に誘導される場合があった。このように、ドロップレットがプラズマ処理部１１２に入射すると、ドロップレットが被処理物表面に付着するため、被処理物表面に対する薄膜形成や表面改質の均一性が失われ、被処理物の表面特性を低下させるといった問題を生じていた。
【００１０】
また、前記磁気フィルタ法においても、前述のように、湾曲磁場によりプラズマ流を屈曲させ、プラズマを効率的にプラズマ処理部に移動させるものであるから、プラズマ流に混入する帯電ドロップレットや微小なドロップレットが除去されずにプラズマ処理部に誘導され、被処理物表面に衝突又は付着することを防止できなかった。
【００１１】
最近のプラズマ成膜技術においては、種々の材料を用いた成膜が行われているが、成膜装置による平滑性等の成膜精度の向上が求められている。上述のように、ドロップレット付着が成膜精度に強く影響することから、プラズマ生成装置におけるドロップレット除去効率の向上が必要とされている。
【００１２】
従って、本発明の目的は、プラズマ処理装置において、プラズマに混入する中性ドロップレット及び帯電ドロップレットをより効率的に除去でき、高純度プラズマによる成膜等の表面処理精度の向上を図ることのできるプラズマ処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ターゲットから発生するドロップレットには、正電気及び／又は負電気を帯びた帯電ドロップレット（正ドロップレット及び負ドロップレット）と、帯電していない中性ドロップレットが存在する。これら２種のドロップレットを除去するために鋭意研究した結果、本発明者は前記ドロップレットを除去する有効な三種の方法を発見した。
【００１４】
第1に、帯電ドロップレットの除去方法から説明する。プラズマ輸送管の中に電位差が存在すれば、帯電ドロップレットは前記電位差に基づく電気力により強制的に駆動され、その方向がプラズマ進行方向であればプラズマに強制混入されることになる。従って、プラズマ輸送管をプラズマ発生部及びプラズマ処理部から絶縁分離してプラズマ輸送管全体を電気的に同電位にすれば、プラズマ輸送管内では、帯電ドロップレットに対する電気力は作用せず、帯電ドロップレットを中性ドロップレットと同様に後述する方法で除去することが可能になる。プラズマ輸送管を同電位にするために、プラズマ輸送管に外部から電位を全く付与せず、電気的に浮かせた状態（電気的浮動状態）にする場合と、バイアス電源によってプラズマ輸送管を一定電位に強制保持する場合が含まれる。
【００１５】
第２に、前記プラズマ輸送管を中間絶縁体によって複数段の小輸送管に分割すれば、中間絶縁体の絶縁作用により、個々の小輸送管を外部に対し電気絶縁でき、その結果、プラズマ輸送管全体の電気絶縁性を向上できる。個々の小輸送管を一定電位にする方法として、個々の小輸送管に外部から電位を全く付与せず、電気的に浮かせた状態（電気的浮動状態）にする場合と、個々の小輸送管にバイアス電源を接続して、個々の小輸送管を強制的に一定電位に保持する場合がある。この同電位状態の場合に、小輸送管内では、帯電ドロップレットに対する電気力は作用せず、帯電ドロップレットを中性ドロップレットと同様に後述する方法で除去することが可能になる。
【００１６】
個々の小輸送管にバイアス電源を付設した場合には、前記バイアス電源により個々の小輸送管の電位を任意の正電位・負電位及びＧＮＤ（接地電位）に設定できる。特に、隣接する小輸送管の電位を、正負及びＧＮＤ（接地電位）を含めた範囲内で高電位と低電位に夫々設定すれば、隣接する高電位から低電位への電気力で正ドロップレットが小輸送管の壁面に電気吸着され、逆に低電位から高電位への電気力では負ドロップレットが小輸送管の壁面に電気吸着されることになる。従って、帯電ドロップレットを壁面に電気吸着して除去することができる。
【００１７】
第３に、中性ドロップレットに対する除去方法が提案される。中性ドロップレットは電気作用や磁気作用を受けないから、プラズマ輸送管を壁面反射しながら直進する。プラズマ輸送管を折れ曲がった屈曲構造にすれば、屈曲部で中性ドロップレットは屈曲しないで直進するから、壁面に衝突して除去される。具体的には、プラズマ輸送管として、プラズマ直進管と、このプラズマ直進管に対しＴ字状に略９０度屈曲した第１プラズマ進行管と、第1プラズマ進行管に対し所定屈曲角で傾斜配置された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接された第３プラズマ進行管を設ければ、３回の屈曲部で中性ドロップレットは直進して壁面と衝突して除去される。つまり、プラズマ輸送管を、Ｔ字屈曲、傾斜屈曲及び逆傾斜屈曲の３段屈曲させた幾何学的形状にして中性ドロップレットを除去する方法も提案される。
【００１８】
本発明者は、上記第３の中性ドロップレットの除去方法を確立するために、以下の研究を行なった。この研究では、前述した様に、分割されないプラズマ輸送管を電気的浮動状態に設定した。ドロップレット除去部をプラズマ輸送管に配置するうえで、プラズマ輸送管の形態とプラズマ処理条件（成膜レート）の関係を検証した。この検証実験では１枚の基板に対してプラズマ照射を４秒間行った成膜処理における成膜レート（ｎｍ／ｓｅｃ）を求めた。幅ｄ１が２．５ｉｎ（インチ）、長さＤ２が２．５ｉｎ（インチ）、任意厚さtのサイズの基板を使用した。図１４は、成膜レートに対するプラズマ輸送距離の関係を示す。この明細書を通じて、プラズマ輸送距離とは、プラズマ発生部（ターゲット面）から放出されるプラズマがプラズマ処理部内の被処理物（基板）に到達するまでの合計距離で定義される。
【００１９】
図１４のＡ１、Ａ２はそれぞれ、図１５により示したＴ字状に屈曲させたプラズマ輸送管による場合、前記磁気フィルタ法で説明した湾曲させたプラズマ輸送管を用いた場合を示し、各プラズマ輸送距離は１４４０ｍｍ、１３８０ｍｍである。Ａ１のＴ字型プラズマ輸送管における成膜レートは約０．３ｎｍ／ｓｅｃであり、Ａ２のおける湾曲プラズマ輸送管における成膜レートは約０．６ｎｍ／ｓｅｃである。上記の検証からプラズマ輸送距離が成膜レートに影響していることがわかる。ここで、１ｎｍ／ｓｅｃ＝１０Ａ／ｓｅｃの換算式を用いて図１４は理解される。
【００２０】
半導体基板等に使用される、通常の成膜条件としては約０．８ｎｍ／ｓｅｃを超える成膜レートが必要である。ドロップレットの付着量も、上記の２．５ｉｎ（インチ）×２．５ｉｎ（インチ）サイズの基板においては５０個以下が好ましいが、上記の検証の場合には約１０００個のドロップレットが付着していた。プラズマ輸送距離が成膜レートに影響していることを考慮すると、プラズマ輸送管によるプラズマ輸送距離を短縮すれば成膜レートを改善できることになるが、単に輸送経路を短縮化するだけでは、それに伴ってドロップレットの侵入量が増加してしまうことがわかった。
【００２１】
上記検証結果を鋭意検討して、本発明者は、プラズマ輸送管の途中に傾斜型プラズマ進行管形成して、プラズマ進行路を３段階に屈曲形成することにより、プラズマ輸送管全体を短縮しても、ドロップレットの侵入をより効率的に防いで、好適な成膜レートによるプラズマ処理を行えることの知見を得るに至った。
【００２２】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の形態は、真空雰囲気下で真空アーク放電を行ってターゲット表面からプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を含むプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管の間に始端側絶縁体を介装し、前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部の間に終端側絶縁体を介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部を相互に電気的に独立させ、プラズマ輸送管に対する前記プラズマ発生部と前記プラズマ処理部からの電気的影響を遮断したことを特徴とする絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２３】
本発明の第２の形態は、前記第１形態において、前記プラズマ輸送管を複数の小輸送管に分割し、隣接する小輸送管の間に中間絶縁体を介装して、前記小輸送管同士を電気的に独立させ、任意の前記小輸送管に対する他の前記小輸送管からの電気的影響を遮断した請求項１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２４】
本発明の第３の形態は、前記第１又は第２形態において、プラズマ輸送管又は前記複数の小輸送管は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態にある絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２５】
本発明の第４の形態は、前記第１又は第２形態において、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管の各々に輸送路用バイアス電源を接続し、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２６】
本発明の第５の形態は、前記第１〜第４形態のいずれかにおいて、プラズマを発生させるターゲットを収容して前記ターゲットと電気的に絶縁されたプラズマ発生部容器の下方に、予備ターゲットを収容するターゲット交換部容器を配置し、前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器の間に容器間絶縁体を介装して前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器を電気的に独立させ、前記プラズマ発生部容器は電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定され、前記ターゲット交換部容器に容器用バイアス電源を付設し、前記ターゲット交換部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２７】
本発明の第６の形態は、前記第１〜第５形態のいずれかにおいて、前記被処理物を収容したプラズマ処理部容器に処理部用バイアス電源を付設して、前記プラズマ処理部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２８】
本発明の第７の形態は、前記第１〜第６形態のいずれかにおいて、前記プラズマ処理部内の前記被処理物は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定されるか、被処理物用バイアス電源を付設して前記被処理物に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００２９】
本発明の第８の形態は、前記第１〜第７形態のいずれかにおいて、前記プラズマ輸送路は、前記プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管と、前記プラズマ直進管に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管と、前記第1プラズマ進行管の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管とから構成され、前記プラズマが前記ターゲット表面から被処理物に到達するまでの合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定される絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３０】
本発明の第９の形態は、前記第８形態において、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管が幾何学的に配置された絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３１】
本発明の第１０の形態は、前記第９形態において、前記第３プラズマ進行管のプラズマ入口側の管断面上端から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角をθとし、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端から前記第２プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足される絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３２】
本発明の第１１の形態は、前記第８、９又は１０形態において、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれに、プラズマ搬送用磁場を発生するプラズマ搬送用磁場発生手段を設け、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管に、前記プラズマ搬送用磁場を偏向させる偏向磁場発生手段を付設し、前記偏向磁場発生手段により発生される偏向磁場によりプラズマ流を管中心側に偏向させる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３３】
本発明の第１２の形態は、前記第１１形態において、前記偏向磁場発生手段は、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の外周に配置されたヨークと、そのヨークに巻回された磁場コイルとからなり、前記ヨークは、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び／又は管軸方向に揺動調整される絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３４】
本発明の第１３の形態は、前記第１１形態において、前記プラズマ搬送用磁場発生手段は、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管外周に巻回された磁場コイルからなる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３５】
本発明の第１４の形態は、前記第１３形態において、前記第２プラズマ進行管の管外周に巻回された磁場コイルは、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなる絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３６】
本発明の第１５の形態は、前記第８〜１４形態のいずれかにおいて、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管内壁面にドロップレット捕集板が植設され、前記植設領域が管内壁面積の７０％以上である絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３７】
本発明の第１６の形態は、前記第８〜１５形態のいずれかにおいて、前記第２プラズマ進行管を拡径管とし、前記第１プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、前記第３プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とする絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３８】
本発明の第１７の形態は、前記第８〜１６形態のいずれかにおいて、前記第２プラズマ進行管と前記第３プラズマ進行管の連接部に、前記第２プラズマ進行管から前記第３プラズマ進行管に供給されるプラズマ流を進行方向に集束整流する整流磁場発生手段、及び／又は前記プラズマ流をその断面方向に偏向振動させる偏向振動磁場発生手段が設けられた絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００３９】
本発明の第１８の形態は、前記第１５形態において、前記第２プラズマ進行管内に植設されたドロップレット捕集板は前記第２プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されており、前記ドロップレット捕集板にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が設けられた絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【００４０】
本発明の第１９の形態は、前記第８〜１８形態において、前記第２プラズマ進行管内に、管軸方向に沿って設置位置が変更可能な1個以上のアパーチャーを配設し、前記アパーチャーは所定面積の開口部を有する絶縁体介装型プラズマ処理装置である。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の第１の形態によれば、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管の間に始端側絶縁体を介装し、前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部の間に終端側絶縁体を介装することにより、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部が完全な電気的独立状態になる。その結果、プラズマ輸送管に対する前記プラズマ発生部と前記プラズマ処理部からの電気的影響が完全に遮断され、一般に金属で形成されるプラズマ輸送管は全体として同電位となり、プラズマ輸送管には電位差は存在しない。電位差が無いから、電位差に基づく荷電粒子に対する電気力は発生しない。帯電ドロップレットは荷電粒子の一種であるから、同電位状態にあるプラズマ輸送管内では、帯電ドロップレットに電気力が作用せず、帯電ドロップレットは中性ドロップレットと同様に取り扱うことができる。従って、後述する中性ドロップレットの幾何学的除去方法によって、帯電ドロップレットも中性ドロップレットと一緒に、プラズマ輸送管を進行する途中で除去することができるようになる。故に、プラズマ輸送管から供給されるプラズマは、中性ドロップレット除去構造により中性ドロップレットと帯電ドロップレットが除去された高純度プラズマになり、この高純度プラズマによりプラズマ処理部内の被処理物に対し高純度プラズマ処理を可能にすることができる。
【００４２】
本発明の第２の形態によれば、前記プラズマ輸送管を中間絶縁体によって複数段の小輸送管に分割するから、小輸送管同士が電気的に独立状態となり、一つの小輸送管に対する残り全ての小輸送管からの電気的影響が遮断できる。勿論、始端側絶縁体と終端側絶縁体により小輸送管群の全体は、プラズマ発生部とプラズマ処理部から絶縁されており、小輸送管の電気的絶縁状態が第１形態よりも一層向上する。その結果、個々の小輸送管は同電位に保持されており、各小輸送管内で帯電ドロップレットに対する電気力は全く作用せず、帯電ドロップレットは中性ドロップレットと同様に、幾何学的除去構造だけで除去することが可能になった。
【００４３】
本発明の第３の形態によれば、前記プラズマ輸送管又は前記複数の小輸送管には、バイアス電源は全く接続されず、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態となる。プラズマ輸送管及び分割された小輸送管は金属管であり、バイアス電源が接続されなければ、金属管の全体が同電位になる。絶縁体により外部から電荷は注入されず、プラズマ輸送管や小輸送管には電荷は存在しないので、プラズマ輸送管や小輸送管といった金属管は同電位に保持される。空中から電荷が注入されることは無いが、空中からの金属管への電荷注入を仮定した場合を考えてみる。そのとき、金属管中に電荷が注入されるが、電荷同士の反発力により電荷は金属管表面に分布するだけで金属管中には残留せず、その結果、電磁気のガウスの定理を持ち出すまでもなく、金属管表面は同電位になることが明らかである。従って、第１形態では、前記プラズマ輸送管の全体が同電位になり、また第２形態では前記複数の小輸送管の全体が同電位になるから、これらの金属管の中を進行する帯電ドロップレットには電気力が全く作用せず、帯電ドロップレットを中性ドロップレットと同様に、プラズマ輸送管又は小輸送管の幾何学的構造により除去することが可能になる。
【００４４】
本発明の第４の形態によれば、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管の各々に輸送路用バイアス電源が接続されるから、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管は、バイアス電源により強制付与された所定の電位を有することになる。前記バイアス電源は、可変な正電位、可変な負電位、又はＧＮＤ（接地電位）を付与することができる。正電位の可変範囲は０〜５０（Ｖ）、負電位の可変範囲は０〜−５０（Ｖ）が望ましい。正電位、負電位、又はＧＮＤのいずれを選択するかは、プラズマ処理部に供給されるプラズマの密度、及び帯電ドロップレットの除去効率から選択される。また、正電位の大きさ及び負電位の大きさの調整も、前記プラズマ密度と帯電ドロップレットの除去効率により行なわれる。前記プラズマ輸送管を分割しない場合には、前記プラズマ輸送管を電気的浮動状態（バイアス電位を付与しない）に設定することが、実験的に良好であることを本発明者は見出した。前記プラズマ輸送管を２分割する場合には、プラズマ発生部に近い小輸送管を−５〜−１０（Ｖ）、プラズマ処理部に近い小輸送管をＧＮＤに設定することが良好な結果を与えることが、現在行なっている実験系では良好であることを本発明者は見出した。これらの良好形態は実験装置と実験環境に依存するから、他のバイアス電位設計も有り得る。
【００４５】
尚、バイアス電源により正電位を輸送管に付与した場合には、正電気のプラズマを反発してプラズマ輸送効率が増大し、プラズマ処理部における成膜速度は増大するが、帯電ドロップレットの除去効率が低下し、成膜中のドロップレット個数が増加する傾向にある。逆に、バイアス電源により負電位を輸送管に付与した場合には、正電気のプラズマを吸引してプラズマ輸送効率が低下し、プラズマ処理部における成膜速度は低下するが、帯電ドロップレットの除去効率が増大し成膜中のドロップレット個数が減少する傾向にある。従って、成膜速度と成膜中ドロップレット堆積個数とは逆関係にある。ドロップレットを減少させても、成膜速度が低下して、所定膜厚を得るための成膜時間が増加すると、結果的にドロップレット個数が増加してしまう場合も存在する。従って、成膜速度とドロップレット個数密度の両者を満足させるために、バイアス電源による付与電位を微妙に調整することが必要である。このため、プラズマ輸送管を複数の小輸送管に分割して、各小輸送管のバイアス電位を相互に調整することにより、成膜速度とドロップレット個数密度の両者を満足させることが可能になる。分割数が増加するほど、前記調整は容易になる。
【００４６】
本発明の第５の形態によれば、プラズマ発生部容器とターゲット交換部容器を容器間絶縁体により電気絶縁し、前記プラズマ発生部容器を電気的浮動状態に設定し、前記ターゲット交換部容器に容器用バイアス電源を付設するして任意のバイアス電位を付与できる。前記プラズマ発生部容器が電気的浮動状態に設定されると、前記プラズマ発生部容器は生成されたプラズマに対し電気的影響を与えず、プラズマのプラズマ輸送管への進行を円滑に行なえる。また、前記ターゲット交換部容器には、可変な正電位、可変な負電位又はＧＮＤが付与でき、プラズマ処理装置を最適調整することが可能になる。現在行なっている実験系では、ＧＮＤの選択が安全上から考えて良好であるが、実験装置と実験環境に依存するから、他のバイアス電位設計も有り得る。
【００４７】
本発明の第６の形態によれば、前記被処理物を収容したプラズマ処理部容器に処理部用バイアス電源を付設するから、前記プラズマ処理部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を自在に可変できる。前記プラズマ処理部容器には、可変な正電位、可変な負電位又はＧＮＤが付与でき、プラズマ処理装置を最適調整することが可能になる。現在行なっている実験系では、ＧＮＤの選択が安全上から考えて良好であるが、実験装置と実験環境に依存するから、他のバイアス電位設計も有り得る。
【００４８】
本発明の第７の形態によれば、前記プラズマ処理部内の前記被処理物は、電気的浮動状態に設定されても良いし、又は被処理物用バイアス電源を付設して前記被処理物に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を自在に可変できる。前記被処理物にバイアス電位を付与する場合には、可変な正電位、可変な負電位又はＧＮＤが選択され、プラズマ処理を最適調整することが可能になる。現在行なっている実験系では電気的浮動状態に設定されことが良好であるが、実験装置と実験環境に依存するから、他のバイアス電位設計も有り得る。
【００４９】
本発明の第８の形態によれば、前記プラズマ輸送管は、前記プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管と、前記プラズマ直進管に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管と、前記第1プラズマ進行管の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管とから３段階に屈曲構成され、ターゲット面から被処理物までの合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定されたプラズマ生成装置が提供される。更に詳細には、前記合計長さＬは、ターゲット面から前記プラズマ直進管の出口までの長さＬ０、前記第1プラズマ進行管の長さＬ１、前記第２プラズマ進行管の長さＬ２、前記第３プラズマ進行管の長さＬ３、及び前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口からプラズマが被処理物に到達するまでの有効距離Ｌ４を加えた合計長さ、即ちＬ＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４により定義され、図１にその詳細が示されている。このように、前記合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定されるので、図１４に示すように、プラズマ進行路によるプラズマ輸送距離を、従来のＴ型プラズマ進行路や湾曲プラズマ進行路よりも短縮して成膜レートを向上させることができ、しかも、単に直進経路を短縮化するのではなく、前記３段階の屈曲経路化の幾何学的構造により高効率に中性ドロップレットを除去し、しかも第１形態から第７形態までの構成により帯電ドロップレットも前記幾何学的構造により高効率に除去でき、成膜等の表面処理精度の向上に実現できる高純度プラズマを生成することができる。
前記第２プラズマ進行管は前記屈曲角（傾斜角）で傾斜しており、傾斜角が大きい場合はドロップレットは遮断できるが、プラズマ密度が低下するため被処理物表面への成膜速度は低下する。逆に、傾斜角が小さい場合にはドロップレットは処理室内に進入するが、プラズマ密度の低下が小さいため被処理物表面への成膜速度は低下しない。従って、成膜速度とドロップレットの許容度との関係で前記傾斜角を適宜選択することができる。
【００５０】
本発明における前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管による前記３段階の屈曲経路は、各管を同一平面上に連結して構成されたり、あるいは空間的に３次元配置して構成される。
【００５１】
本発明の第９の形態によれば、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管が幾何学的に配置されているので、前記第1プラズマ進行管から導出されるドロップレットが直接的に前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から排出されずに、前記前記３段階の屈曲経路過程において経路内壁に衝突して付着除去されてしまうので、被処理物に付着するドロップレットを大幅に低減でき、高効率にドロップレットが除去された高純度プラズマによるプラズマ処理が可能になる。
前記第３プラズマ進行管の出口は、後述するプラズマ処理部の外壁面に直接連結されても良いし、前記外壁面の内部まで没入させて配置しても良い。更には、前記第３プラズマ進行管の出口と前記外壁面の位置関係を保持しながら、後述する第１７形態のように、第２プラズマ進行管と第３プラズマ進行管の間に整流管や偏向振動管を介在させることもできる。
【００５２】
本発明の第１０の形態によれば、前記第３プラズマ進行管のプラズマ入口側の管断面上端から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角をθとし、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端から前記第２プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足されるので、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管を配置することができる。従って、例えば、前記３段階の屈曲経路を同一平面上に連結して構成する場合などにおいては、前記第1プラズマ進行管から導出されるドロップレットが直接的に前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から排出されない管路構成を実現でき、高効率にドロップレットが除去された高純度プラズマを用いたプラズマ処理を行うことができる。
前述したように、前記第３プラズマ進行管の出口は、後述するプラズマ処理部の外壁面に直接連結されても良いし、前記外壁面の内部まで没入させて配置しても良いことは云うまでもない。また、第２プラズマ進行管と第３プラズマ進行管の間に整流管や偏向振動管を介在させても良いことは云うまでもない。
【００５３】
本発明の第１１の形態によれば、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれに、プラズマ搬送用磁場を発生するプラズマ搬送用磁場発生手段を設け、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管に、前記プラズマ搬送用磁場を偏向させる偏向磁場発生手段を付設し、前記偏向磁場発生手段により発生される偏向磁場によりプラズマ流を管中心側に偏向させるので、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の連接部分における前記プラズマ搬送用磁場の不均一、つまり前記プラズマ搬送用磁場発生用磁場コイルの構成に起因して屈曲部の内側に付加磁場が強くなってしまう不都合を前記偏向磁場により偏向調整して、管路中心にプラズマ流を誘導して、プラズマ密度を高密度に維持して、高密度かつ高純度プラズマを用いたプラズマ処理を行うことができる。
【００５４】
本発明の第１２の形態によれば、前記偏向磁場発生手段は、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の外周に配置されたヨークと、そのヨークに巻回された磁場コイルとからなり、前記ヨークは、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び／又は管軸方向に揺動調整されるので、前記ヨークの可動によって前記偏向磁場による微調整を行って前記プラズマ搬送用磁場の不均一の解消を図ることができ、前記３段階の屈曲経路の幾何学的配置からなる、最適なプラズマ進行路を実現することができる。
【００５５】
本発明の第１３の形態によれば、前記プラズマ搬送用磁場発生手段は、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管外周に巻回された磁場コイルからなるので、前記３段階の屈曲経路全体に前記プラズマ搬送用磁場を発生させて、プラズマ輸送効率を向上させ、高密度かつ高純度プラズマを用いたプラズマ処理を行うことができる。
【００５６】
前記プラズマ搬送用磁場発生用磁場コイルを、傾斜配置された前記第２プラズマ進行管に傾斜軸に沿って円形状に巻回して設けると、他の管との連接部付近においてコイルが巻回されない空隙を生じ、不均一磁場を生じてプラズマ輸送効率が低下してしまう。そこで、本発明の第１４の形態によれば、前記第２プラズマ進行管の管外周に巻回された磁場コイルは、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなるので、かかる空隙を生ずることなく、前記第２プラズマ進行管の傾斜面に密に磁場コイルを巻回して、不均一磁場を生じずにプラズマ輸送効率を向上させ、高密度かつ高純度プラズマを用いたプラズマ処理を行うことができる。
【００５７】
本発明の第１５の形態によれば、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管内壁面にドロップレット捕集板が植設され、前記植設領域が管内壁面積の７０％以上であるので、プラズマ進行路用管内でのドロップレット付着表面積を多くして、飛散ドロップレットを大量かつ確実に付着、回収でき、プラズマ流の高純度化を実現することができる。
【００５８】
本発明の第１６の形態によれば、前記第２プラズマ進行管を拡径管とし、前記第１プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、前記第３プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とするので、前記導入側縮径管より前記拡径管内に導入されたプラズマ流が前記拡径管による前記プラズマ進行路の拡径作用により拡散される。そのプラズマ流の拡散により、プラズマに混入しているドロップレットも前記拡径管内に拡散するため、前記拡径管の内側壁に衝突して付着、回収される。また、前記拡径管内のプラズマ流が排出されるときには、前記拡径管から前記排出側縮径管への縮径作用により、前記拡径管内壁面側に飛散したドロップレットが段差部に衝突して付着・回収され、プラズマ流に合流することが無くドロップレットの再混入を防ぐことができる。従って、前記拡径管の内側壁にドロップレットを付着させて、十分に回収でき、前記第１プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管の管路においてドロップレットを効率的に除去することができる。また、拡径管と導入側縮径管及び／又は排出側縮径管の中心軸を合致させずに偏心させておけば、プラズマ流からドロップレットが分離しやすくなり、ドロップレットの捕集効果が一層高まる。しかも、前記プラズマ進行路に前記拡径管を形成するだけで、簡易かつ安価にドロップレット除去部を構成でき、更にドロップレット除去効率の向上により得られる高純度プラズマを用いて成膜等の表面処理精度を向上させ、被処理物表面の表面改質や形成膜の均一性を格段に向上させることができる。
【００５９】
本発明の第１７の形態によれば、傾斜配置された前記第２プラズマ進行管の終端における前記第３プラズマ進行管との連接部においてはプラズマ流が蛇行したり拡散する場合があるので、前記第２プラズマ進行管の出口にプラズマ整流管を配置し、このプラズマ整流管の外周にプラズマ流を強制的に進行方向に集束整流させる整流磁場発生手段を設けても良い。プラズマ進行方向に集束磁場を印加すると、蛇行したり拡散していたプラズマ流を強制的に集束しながら前進させることができる。また、前記プラズマ整流管の出口にラッパ管状の偏向振動管を配置し、前記偏向振動管の外周に偏向振動磁場発生装置（即ち、ヨークコイル）を配置して、偏向振動管の内部にその断面方向にプラズマ流を左右（又は上下）に振る偏向振動磁場を形成することができる。左右方向（断面Ｘ軸方向）と上下方向（断面Ｙ軸方向）の両方向に偏向振動させれば、プラズマ流を広範囲に走査することが可能になる。このように、プラズマ流を偏向走査することにより、非処理物への照射面積がプラズマ流断面積より大きい場合に、プラズマ照射面積を自在に増減することが可能になる。前記プラズマ整流管と前記偏向振動管を組み合わせて配置しても良いし、単独で配置してもよいことは云うまでもない。
【００６０】
本発明の第１８の形態によれば、前記第２プラズマ進行管内に植設されたドロップレット捕集板は前記第２プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されており、前記ドロップレット捕集板にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が設けられているので、前記ドロップレット捕集板に前記バイアス電圧が印加されるから、そのバイアス電位を調整することにより、プラズマの減衰を抑制でき、プラズマ搬送効率を増加させることが可能になる。印加電圧は＋の場合と−の場合がある。印加形態は好適に選択される。＋電位の場合には、＋イオンは反発して搬送方向に押し出され、−電位の場合には電子が反発して搬送方向に押し出される。＋−いずれの電位を印加するかは、プラズマ搬送効率を増加させるように選択される。また電位の大きさも種々に調節され、プラズマ搬送効率を増加させる電位強度が選択される。
【００６１】
本発明の第１９の形態によれば、前記第２プラズマ進行管内に、管軸方向に沿って可動するアパーチャーを配設し、前記アパーチャーは所定面積の開口部を有するので、前記アパーチャーにより前記第２プラズマ進行管内を縮径してドロップレットを捕集し、しかもその設置位置を変更して捕集量を最適に調整することができ、ドロップレット除去効率の向上に寄与する。なお、前記開口部は前記アパーチャーの中心に設けるだけでなく、偏心させて管内プラズマ流を蛇行させる機能を付与することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態（始端側絶縁体と終端側絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態（第１中間絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態（第１中間絶縁体と第２中間絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図４】本発明に用いるバイアス電源の構成図である。
【図５】本発明の第４実施形態（更に詳細な第２実施形態）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図６】第４実施形態に係る可動ヨーク２９の配置状態を示す配置図である。
【図７】可動ヨーク２９の回動調整機構を示す構成図である。
【図８】可動ヨーク２９のスライド調整及び揺動調整機構を示す構成図である。
【図９】第４実施形態に係るプラズマ搬送用磁場発生用磁場コイルの模式的構成図である。
【図１０】第４実施形態に係る内周管６１の部分拡大断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る可動アパーチャー７０の平面図とアパーチャー７０の取り付け状態図である。
【図１２】第５実施形態であるプラズマ処理装置の概略構成図である。
【図１３】第５実施形態に係る円錐台形管（偏向振動管）１１０８に形成される走査用磁場の説明図である。
【図１４】成膜レートに対するプラズマ輸送距離の関係を示す関係図である。
【図１５】従来のプラズマ加工装置の構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下、本発明に係るプラズマ処理装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００６４】
図１は、本発明の第１実施形態（始端側絶縁体と終端側絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。図に示すプラズマ処理装置は、プラズマ処理部（チャンバー）Ｃに供給するプラズマを発生させるプラズマ発生部Ａ及びプラズマ輸送管Ｂから構成される。プラズマ処理部Ｃには、ワーク（プラズマ被処理物）Ｗが設置され、チャンバー内に接続されるガス導入システムにより必要に応じて反応性ガスがガス流入口２４ａから導入され、ガス排気システムにより反応ガスやプラズマ流が排気口２５から排気される。プラズマ発生部Ａは真空雰囲気下で真空アーク放電を行ってプラズマを発生させる陰極（ターゲット）を有する。プラズマ輸送路Ｂは、プラズマを流通させる管路からなり、プラズマ輸送路Ｂは、陰極から副生するドロップレットを幾何学的構造により除去するドロップレット除去部の構造も有している。このプラズマ輸送路Ｂは、プラズマ流通管路でもあり、プラズマ発生部Ａに連接されたプラズマ直進管Ｐ０と、プラズマ直進管Ｐ０に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管Ｐ１と、第1プラズマ進行管Ｐ１の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管Ｐ２と、第２プラズマ進行管Ｐ２の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管Ｐ３とから構成されている。
前記第３プラズマ進行管Ｐ３の出口Ｓ３は、前記プラズマ処理部Ｃの外壁面の内部に没入させて延設されているが、後述する図５に示されるように、前記出口Ｓ３を前記外壁面にフランジ（図示せず）を介して直結しても良いなど、接続形式は自在に調整できる。
【００６５】
プラズマ直進管Ｐ０はプラズマ発生部Ａから直進するドロップレットを、プラズマ発生部Ａに対向する終端部Ｅあるいは管内壁に衝突させて付着、除去する。プラズマ発生部Ａの前記ターゲット位置Ｃ２からプラズマ直進管Ｐ０の出口、即ち、プラズマ直進管Ｐ０と第1プラズマ進行管Ｐ1との連接点までのプラズマ進行長さをＬ０とする。第1プラズマ進行管Ｐ１はプラズマ直進管Ｐ０の終端側側壁にて直交する向きに連通して連接されている。第1プラズマ進行管Ｐ１のプラズマ進行長さをＬ１とする。第２プラズマ進行管Ｐ２は第1プラズマ進行管Ｐ１及び第３プラズマ進行管Ｐ３の間に傾斜配置されており、そのプラズマ進行長さをＬ２とする。第３プラズマ進行管Ｐ３は第1プラズマ進行管Ｐ１と平行する向きに配置され、そのプラズマ進行長さをＬ３とする。第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ出口はプラズマ処理部Ｃ内部まで延設されている。第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ出口より排出されるプラズマがプラズマ処理部Ｃ内の被処理物の設置位置Ｃ１まで到達するプラズマ有効距離をＬ４とする。プラズマ直進管Ｐ０、第1プラズマ進行管Ｐ１、第２プラズマ進行管Ｐ２及び第３プラズマ進行管Ｐ３により３段階に屈曲形成されたプラズマ進行路を形成している。
【００６６】
各プラズマ進行管の外周には、プラズマ流Ｐを管路に沿って搬送するためのプラズマ搬送用磁場を発生させる磁場コイル（図示せず）が巻回されている。磁場コイルからなるプラズマ搬送用磁場発生手段により、前記３段階の屈曲経路全体にプラズマ搬送用磁場を発生させて、プラズマ輸送効率を向上させている。また、管内壁にはドロップレット除去用バッフル（図示せず）が設置されている。
【００６７】
上記構成に係るプラズマ進行路において、ターゲット面からプラズマ直進管Ｐ０の出口面の間、第1プラズマ進行管Ｐ１、第２プラズマ進行管Ｐ２及び第３プラズマ進行管Ｐ３のそれぞれのプラズマ進行長さＬ０〜Ｌ３にプラズマ有効距離Ｌ４を加えた合計長さ（プラズマ輸送距離）Ｌ（＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）は、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定されている。本実施形態では、図１４のＡ３に示すように、Ｌを１１９０ｍｍにしている。このプラズマ輸送距離の設定下において、Ａ１及びＡ２の上記検証実験と同様に、１枚の基板に対してプラズマ照射を行い、３ｎｍの厚みの成膜を実施したとき、約１．５ｎｍ／ｓｅｃの成膜レートが得られた。
【００６８】
本実施形態によれば、上記プラズマ進行路によるプラズマ輸送距離を、従来のＴ字プラズマ進行路や湾曲プラズマ進行路よりも短縮して成膜レートを向上させることができ、しかも、単に直進経路を短縮化するのではなく、前記３段階の屈曲経路化により高効率にドロップレットを除去して、成膜等の表面処理精度の向上に実現できる高純度プラズマを生成することができる。即ち、Ｔ字状に屈曲させたプラズマ進行路による場合（Ａ１）、湾曲させたプラズマ進行路を用いた場合（Ａ２）と比較して、プラズマ輸送距離が短縮され、しかも、半導体基板等に使用される、良好な成膜条件として高い成膜レート（約１．５ｎｍ／ｓｅｃ）を得ることができる。
【００６９】
本実施形態では、プラズマ進行路が前記３段階の屈曲経路で構成され、更に図１に示す管路配置により、極めて良好なドロップレット除去効果を奏する。このドロップレット除去効果により、幅ｄ１が２．５ｉｎ（インチ）、長さＤ２が２．５ｉｎ（インチ）、任意厚さtのサイズの基板（ワークＷ）に対してプラズマを４秒間照射したときのドロップレットの付着量は、１０個〜１００個未満となった。
【００７０】
第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ出口Ｓ３から第1プラズマ進行管Ｐ１のプラズマ出口Ｓ１側を直線状に透視させない位置に、第２プラズマ進行管Ｐ２が幾何学的に配置されている。即ち、第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ入口Ｓ２側の管断面上端から第1プラズマ進行管Ｐ１のプラズマ出口Ｓ１側の管断面下端に対する仰角をθとし、第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ出口Ｓ３側の管断面下端から第２プラズマ進行管Ｐ２のプラズマ出口Ｓ２側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足される。
【００７１】
上記の幾何学的管路配置により、第1プラズマ進行管Ｐ１から導出される直進ドロップレットが直接的に第３プラズマ進行管Ｐ３に侵入するのを回避して、第３プラズマ進行管Ｐ３のプラズマ出口Ｓ３から排出されないようにすることができる。従って、前記前記３段階の屈曲経路過程において経路内壁にドロップレットを衝突させて付着除去することが可能となり、被処理物に対するドロップレットの付着量を上記のように大幅に低減することができ、高効率にドロップレットが除去された高純度プラズマによるプラズマ処理を行うことができる。
【００７２】
本実施形態においては、前記３段階の屈曲経路を同一平面上に連結して構成しているが、空間的に３段階に屈曲した管路構成とした場合にも、上記同様の幾何学的配置により、直進プラズマが直接的に第３プラズマ進行管のプラズマ出口から排出されない管路構成を実現することができる。
【００７３】
第２プラズマ進行管Ｐ２は破線で示すように、第１プラズマ進行管Ｐ１及び第３プラズマ進行管Ｐ３より内径の大きい拡径管Ｐ４としてもよい。即ち、第２プラズマ進行管Ｐ２を拡径管Ｐ４とし、第１プラズマ進行管Ｐ１を拡径管Ｐ４のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、第３プラズマ進行管Ｐ３を拡径管Ｐ４のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とする。拡径管Ｐ４を中間に配置すれば、導入側縮径管より拡径管内に導入されたプラズマ流が拡径管Ｐ４によるプラズマ進行路の拡径作用により拡散される。そのプラズマ流の拡散により、プラズマに混入しているドロップレットも拡径管Ｐ４内に拡散して、拡径管Ｐ４の内側壁に衝突して付着、回収される。また、拡径管Ｐ４内のプラズマ流が排出されるときには、拡径管Ｐ４から排出側縮径管への縮径作用により、拡径管内壁面側に飛散したドロップレットが段差部に衝突して付着・回収され、プラズマ流に合流することが無くドロップレットの再混入を防ぐことができる。従って、拡径管Ｐ４の内側壁にドロップレットを付着させて、十分に回収でき、第１プラズマ進行管Ｐ１、第２プラズマ進行管Ｐ２及び第３プラズマ進行管Ｐ３の管路においてドロップレットを効率的に除去することができる。また、拡径管Ｐ４と導入側縮径管及び／又は排出側縮径管の中心軸を合致させずに偏心させておけば、プラズマ流からドロップレットが分離しやすくなり、ドロップレットの捕集効果が一層高まる。しかも、プラズマ進行路に拡径管Ｐ４を形成するだけで、簡易かつ安価にドロップレット除去部を構成することができる。
【００７４】
上述した３段屈曲構造及び角度関係θ≧θ０は、主として中性ドロップレットのように直進するドロップレットを除去するために設けられたプラズマ輸送路Ｂの幾何学的構造を与えるものである。帯電ドロップレットは環境からの電気作用と磁気作用により影響を受けるから、電磁場中では電場・磁場によって直進から外れることがある。従って、帯電ドロップレットを除去するためには、プラズマ輸送路から、特に電位差を意識的に除去する機構を装備する必要がある。プラズマ輸送用の磁場は必ず必要になるから磁場を除去するのはプラズマ装置としては困難だからである。電位差を除去すると、帯電ドロップレットに対する電気力を消去できるから、この場合には帯電ドロップレットも中性ドロップレットと同様に直進する性質を有し、前述した幾何学的構造により帯電ドロップレットも除去することが可能になる。
【００７５】
前記第１実施形態は、帯電ドロップレットの除去構造を有している。プラズマ発生部Ａとプラズマ輸送管Ｂは始端側絶縁体ＩＳにより相互に電気絶縁されており、しかもプラズマ輸送管Ｂとプラズマ処理部Ｃとは終端側絶縁体ＩＦにより相互に電気絶縁されている。その結果、プラズマ輸送管Ｂは、プラズマ発生部Ａとプラズマ処理部Ｃからの電気的影響を全く受けず、プラズマ輸送管Ｂは全体として同電位に設定されることになる。前述したとおり、プラズマ輸送管Ｂは、プラズマ直進管Ｐ０と第１プラズマ進行管Ｐ１と第２プラズマ進行管Ｐ２と第３プラズマ進行管Ｐ３からなり、これらの配管の全てが同電位になるため、プラズマ輸送管Ｂの中には電位差が全く無く、帯電ドロップレットはプラズマ輸送管Ｂの中で電位差に基づく電気力を全く受けることが無い。従って、帯電ドロップレットも、プラズマ輸送管Ｂの中では中性ドロップレットと同様に、前述した３段屈曲構造及び角度関係θ≧θ０により確実に除去されることになる。
【００７６】
前記プラズマ処理装置の各構成部分にバイアス電源を付設することもできる。図１では、プラズマ発生部容器Ａ１に容器用バイアス電源ＥＡ１が付設され、プラズマ輸送管Ｂには輸送管用バイアス電源ＥＢが付設され、プラズマ処理部Ｃの筐体である処理部容器Ｃ３には処理部用バイアス電源ＥＣ、及びワークＷには被処理部用バイアス電源ＥＷが付設されている。
【００７７】
各バイアス電源ＥＡ１、ＥＢ、ＥＣ、ＥＷはは同一の構造を有しており、その構造を図４を用いて説明する。図４は、本発明に用いるバイアス電源の構成図である。接続端子ＣＴが前記した各構成部分と接続される端子である。前記接続端子ＣＴに連結された可動端子ＶＴは４段階に可動可能である。４段階の受側端子は、浮動端子ＦＴ、可変正電位端子ＰＶＴ、可変負電位端子ＮＶＴ及び接地端子ＧＮＤＴからなる。前記可動端子ＶＴが前記浮動端子ＦＴに接続されると、浮動端子ＦＴは電気的に浮動状態にあり、どの部分にも接続されないことになる。前記可動端子ＶＴが前記可変正電位端子ＰＶＴに接続されると、ＧＮＤ（接地側）に対し正の電位が前記構成部分に大小可変（０〜＋５０Ｖ）できるように印加される。前記可動端子ＶＴが前記可変負電位端子ＮＶＴに接続されると、ＧＮＤ（接地側）に対し負の電位が前記構成部分に大小可変（０〜−５０Ｖ）できるように印加される。前記可動端子ＶＴが前記接地端子ＧＮＤＴに接続されると、前記構成部分はＧＮＤへと接地されることになる。
【００７８】
図１は好適な電位配置を示しており、プラズマ発生部容器Ａ１は前記容器用バイアス電源ＥＡ１によりＧＮＤに設置され、プラズマ輸送管Ｂは輸送管用バイアス電源ＥＢにより電気的浮動状態に設定され、処理部容器Ｃ３は処理部用バイアス電源ＥＣによりＧＮＤに設置され、並びにワークＷは被処理部用バイアス電源ＥＷにより電気的浮動状態に設定されている。プラズマ発生部容器Ａ１は、プラズマ発生用のアーク電源とは絶縁されているから、ＧＮＤに接地されたプラズマ発生部容器Ａ１は、作業者が接触しても安全設計が為されている。処理部容器Ｃ３もＧＮＤに接地されているから、作業者が接触しても安全である。プラズマ輸送管Ｂは電気的浮動状態にあり、全体として同電位であるから、前述した様にプラズマ輸送管Ｂ内で電位差は無く、帯電ドロップレットもドロップレット除去の幾何学的構造により、中性ドロップレットと同様に確実に除去できる。電気的浮動状態に設定されたワークＷも全体が同電位にあり、プラズマに対する電気的作用が偏らず、プラズマを全表面で均一に受けることができる。
【００７９】
図２は、本発明の第２実施形態（第１中間絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。図１との第１の相違点は、プラズマ発生部容器Ａ１の下側に容器間絶縁体ＩＡを介してターゲット交換部容器Ａ２を設け、ターゲット交換部容器Ａ２に交換部容器用バイアス電源ＥＡ２を付設したことである。ターゲット交換部容器Ａ２の中には、プラズマ発生部Ａのターゲットが消耗した際に、補充するための予備ターゲット（図示せず）が内装されており、同時に交換機構（図示せず）が内蔵されている。第２の相違点は、第１中間絶縁体ＩＩ１により、プラズマ輸送管ＢをＴ輸送管Ｂ０１と屈曲輸送管Ｂ２３に分割し、屈曲輸送管Ｂ２３に屈曲輸送管用バイアス電源ＥＢ２３を付設し、Ｔ輸送管Ｂ０１にはＴ輸送管用バイアス電源ＥＢ０１を付設したことである。他は図１と全く同様であり、以下では特に相違点の作用効果について説明する。
【００８０】
交換部容器用バイアス電源ＥＡ２はＧＮＤに接地され、作業者が接触しても安全に設計されている。プラズマ発生部Ａの容器用バイアス電源ＥＡ１は電気的浮動状態に設定され、プラズマに対する電気的作用を消去し、安定なプラズマ発生を促進する。Ｔ輸送管用バイアス電源は図４の可変負電位端子ＮＶＴに接続されており、Ｔ輸送管Ｂ０１を負電位に落としている。この負電位は−５〜−１０Ｖの範囲で調整されると、帯電ドロップレットの除去効率が増大することが実験から分かった。屈曲輸送管用バイアス電源ＥＢ２３はＧＮＤに接続される。この第２形態では、バイアス電源の配置がＥＡ２→ＥＡ１→ＥＢ０１→ＥＢ２３となるに従って、その配管の電位がＧＮＤ→浮動→（−５〜−１０Ｖ）→ＧＮＤと変化しており、この電位変化が帯電ドロップレットの除去に有効であることが、現在の実験例から明らかになった。その理由は明確ではないが、ＧＮＤ→負電位→ＧＮＤと電位が変化すると、最初のＧＮＤ→負電位では正ドロップレットが輸送管に電気吸着され、次の負電位→ＧＮＤでは負ドロップレットが輸送管に電気吸着されると考えることも可能である。
【００８１】
図３は、本発明の第３実施形態（第１中間絶縁体と第２中間絶縁体）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。図２との相違点は、第２中間絶縁体ＩＩ２により屈曲輸送管Ｂ２３を第２輸送管Ｂ２と第３輸送管Ｂ３に分割したことである。その結果、第２輸送管Ｂ２に第２輸送管用バイアス電源ＥＢ２を付設し、第３輸送管Ｂ３に第３輸送管用バイアス電源ＥＢ３を付設したことである。他は図２と全く同様であり、以下では特に相違点の作用効果について説明する。
【００８２】
図３では、第２輸送管用バイアス電源ＥＢ２はＧＮＤに接地され、第３輸送管用バイアス電源ＥＢ３は図４の可変負電位端子ＮＶＴに接続されて負電位に設定される。第３輸送管用バイアス電源ＥＢ３の負電位は０〜−１５Ｖの範囲で調整されると良好であることが実験から得られた。この第３形態では、バイアス電源の配置がＥＡ２→ＥＡ１→ＥＢ０１→ＥＢ２→ＥＢ３となるに従って、その配管の電位がＧＮＤ→浮動→（−５〜−１０Ｖ）→ＧＮＤ→負電位と変化しており、この電位変化が帯電ドロップレットの除去に有効であることが、現在の実験例から明らかになった。その理由は明確ではないが、ＧＮＤ→負電位→ＧＮＤ→負電位と電位が変化すると、最初のＧＮＤ→負電位では正ドロップレットが輸送管に電気吸着され、次の負電位→ＧＮＤでは負ドロップレットが輸送管に電気吸着され、更に次のＧＮＤ→負電位では残り正ドロップレットが輸送管に電気吸着されると考えることができる。
【００８３】
前述したように、各バイアス電源ＥＷ、ＥＣ、ＥＢ３、ＥＢ２、ＥＡ１、ＥＡ２、ＥＢ０１の可変正電位は０〜＋５０Ｖの範囲で調整でき、可変負電位は０〜−５０Ｖの範囲で調整される。これらの電圧範囲で全体装置のドロップ除去効率が最大になるように、各バイアス電源の電位が個別に可変調整される。
【００８４】
次に、本発明におけるプラズマ処理装置に好適な磁場コイルの設置例及びドロップレット除去用バッフル（捕集板）の設置例を説明する。
図５は、本発明の第４実施形態（更に詳細な第２実施形態）に係るプラズマ処理装置の概略構成図である。この図５の装置は、図２の装置にプラズマ搬送用磁場を発生させる磁場コイルを管外周に設置し、またドロップレット除去用バッフルを管内壁に配置したプラズマ処理装置を示している。この実施形態では、第３プラズマ進行管の出口をプラズマ処理部１の外壁面に直結した接続形式を採用している。図２と同様に、容器間絶縁体ＩＡ、始端側絶縁体ＩＳ、第１中間絶縁体ＩＩ１及び終端側絶縁体ＩＦが配置されて、全体装置の電気絶縁が構成されている。また、図２では部材符号がアルファベット記号で示されているが、図５では部材符号が数字で示されている点に相違点があるが、実質的相違は無い。また、同一のアルファベット符号は、図２と図５では同一部材を示し、その構成と作用効果は図２で既に説明しているから、図５では同一部分の説明を省略し、以下ではドロップレット除去の幾何学的構造を主として説明する。
【００８５】
図５のプラズマ処理装置は、プラズマ処理部（チャンバー）１と、プラズマ処理部１に供給するプラズマを発生させるプラズマ発生部２及びプラズマ輸送管からなるプラズマ処理装置とから構成される。プラズマ輸送管は、図２の場合と同様に、ドロップレットを除去するドロップレット除去部を配置したプラズマ流通管路からなる。以下では、プラズマ輸送管Ｂの構造自体がドロップレット除去部を構成しているから、ドロップレット除去部とはドロップレット除去構造を有したプラズマ輸送管Ｂを意味する。本第４実施形態のドロップレット除去部は、プラズマ発生部２に連接されたプラズマ直進管３と、プラズマ直進管３に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管４と、第1プラズマ進行管４の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管５と、第２プラズマ進行管５の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口７よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管６とから構成されている。
【００８６】
プラズマ直進管３、第1プラズマ進行管４、第２プラズマ進行管５及び第３プラズマ進行管６からなるプラズマ輸送管は、図２のプラズマ輸送管と同様に、３段階に屈曲形成されている。第３プラズマ進行管６のプラズマ出口７はプラズマ処理部１のプラズマ導入口に接続されている。
また、第３プラズマ進行管６のプラズマ出口７から第1プラズマ進行管４のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、第２プラズマ進行管５が図２と同様に幾何学的に配置されている。即ち、矢印９で示すように、第３プラズマ進行管６のプラズマ入口側の管断面上端から第1プラズマ進行管４のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角（θ）は、矢印８で示すように、第３プラズマ進行管６のプラズマ出口７側の管断面下端から第２プラズマ進行管５のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角（θ０）としたとき、θ≧θ０が満足されている。図２と同様の幾何学的管路配置により、第1プラズマ進行管４から導出される直進ドロップレットが直接的に第３プラズマ進行管６に侵入するのを回避して、第３プラズマ進行管６のプラズマ出口７から排出されないようにすることができる。
【００８７】
プラズマ発生部２は、陰極（カソード）１０、トリガ電極１１、陽極（アノード）１２、アーク電源１３、陰極プロテクタ１４、プラズマ安定化磁界発生器（電磁コイル若しくは磁石）１５を備えている。陰極１０は、プラズマ構成物質の供給源であり、その形成材料は、導電性を有する固体なら特に限定されず、金属単体、合金、無機単体、無機化合物（金属酸化物・窒化物）等を単独又は２種以上混合して用いることができる。陰極プロテクタ１４は、蒸発する陰極表面以外を電気絶縁し、陰極１０と陽極１２との間に発生するプラズマが後方に拡散することを防止するものである。陽極１２の形成材料は、プラズマ温度でも蒸発せず、非磁性の材料で導電性を有する固体なら特に限定されない。また陽極１２の形状はアークプラズマの全体の進行を遮るものでなければ、特に限定されない。更に、プラズマ安定化磁界発生器１５は、プラズマ発生部２の外周に配置され、プラズマを安定化させる。プラズマに対する印加磁場が互いに逆方向（カスプ形）となるようにアーク安定化磁界発生器１５が配置された場合、プラズマはより安定化する。また、プラズマに対する印加磁場が互いに同方向（ミラー形）となるようにアーク安定化磁界発生器１５が配置された場合、プラズマによる成膜速度をより向上させることができる。更に、プラズマ発生部２と各プラズマ管路とはプラズマ発生部側絶縁プレート１６で電気的に絶縁され、プラズマ発生部２に高電圧が印加されても、プラズマ直進管３から前方部は電気的に浮動状態にあり、プラズマがプラズマ進行路内で電気的な影響を受けないように構成されている。また、第３プラズマ進行管６とプラズマ処理部１の間にも処理部側絶縁プレート（終端側絶縁体ＩＦ）が介装されており、プラズマ直進管３から第３プラズマ進行管６までのプラズマ搬送用のダクト部の全体が、電気的に浮動状態に設定され、搬送されるプラズマに外部電源（高電圧やＧＮＤ）の影響がない様に構成されている。
【００８８】
プラズマ発生部２では、陰極１０とトリガ電極１１の間に電気スパークを生起し、陰極１０と陽極１２の間に真空アークを発生させてプラズマが生成される。このプラズマの構成粒子は、陰極１０からの蒸発物質、蒸発物質と反応ガスを起源とする荷電粒子（イオン、電子）と共に、プラズマ前状態の分子、原子の中性粒子を含む。また、プラズマ構成粒子が放出されると同時に、サブミクロン以下から数百ミクロン（０．０１〜１０００μｍ）サイズのドロップレットが放出される。このドロップレットは、プラズマ流２６との混合状態を形成し、ドロップレット混合プラズマとしてプラズマ進行路内を移動する。
【００８９】
プラズマ直進管３、第1プラズマ進行管４、第２プラズマ進行管５及び第３プラズマ進行管６からなるプラズマ輸送管には、各管外周に巻回された磁場コイル１７、１８、１９、２０からなるプラズマ搬送用磁場発生手段が設けられている。前記３段階の屈曲経路全体にプラズマ搬送用磁場を発生させることにより、プラズマ輸送効率を向上させることができる。
【００９０】
プラズマ進行路は３段階に屈曲形成されているので、第1プラズマ進行管４及び第２プラズマ進行管５の管連接部には屈曲磁場を発生させる磁場コイル２１及び偏向磁場発生手段２３が付設されており、屈曲磁場によりプラズマ流を屈曲誘導している。第1プラズマ進行管４及び第２プラズマ進行管５の連接部分においては、屈曲磁場用コイルが均等に巻回できないため、屈曲部の内側に屈曲磁場が強くなってしまう磁場の不均一を生ずる。この不均一磁場を解消するために、第1プラズマ進行管４及び第２プラズマ進行管５には、偏向磁場発生手段２２、２４が付設されている。
【００９１】
偏向磁場発生手段２２、２４は偏向磁場発生コイル３０と可動ヨーク２９からなる。図６は可動ヨーク２９を第２プラズマ進行管５外周に配置した状態を示す。可動ヨーク２９は偏向磁場発生コイル３０が巻回され、一対の磁極２７、２８を有する。磁極２７、２８間には偏向磁場が発生され、第２プラズマ進行管５内のプラズマに付与される。
【００９２】
偏向磁場発生手段２２、２４は、可動ヨーク２９を、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整及び管軸方向に揺動調整する調整機構を含む。
図７は第１プラズマ進行管４外周に配置した可動ヨーク２９の回動調整機構を示す。回動調整機構は可動ヨーク２９を周方向に回動調整する円弧状ガイド溝３２が４箇所設けられたガイド体３１からなる。ガイド溝３２には可動ヨーク２９に設けたピン３３が挿入され、ピン３３を管円周方向にスライドさせることにより９０度以下の角度調整範囲θ１内で可動ヨーク２９を回動調整することができる。調整後はピン３３を締結ナット３４でガイド体３１に締め付けることにより、その調整角度を保持することができる。
【００９３】
図８は第２プラズマ進行管５外周に配置した可動ヨーク２９を管軸方向にスライド調整及び管軸方向に揺動調整する調整機構を示す。ガイド体３１は可動ヨーク２９をスペーサ３６を介して固定保持した状態でスライド部材３５に支持されている。スライド部材３５は第２プラズマ進行管５の管軸方向に沿った直線状スライド溝３８を有し、調整部本体３７に固定されている。スライド溝３８は第２プラズマ進行管５の傾斜中心線に平行に形成されている。第１プラズマ進行管４に設置されるスライド溝は第１プラズマ進行管４の中心線に沿って水平に形成されている。ガイド溝３８にはガイド体３１に設けたピン３９が挿入され、ピン３９を管軸方向にスライドさせることにより、第２プラズマ進行管のほぼ管長にわたってガイド体３１の可動ヨーク２９をスライド調整することができる。調整後はピン３９を締結ナット４０でスライド部材３５に締め付けることにより、その調整位置を保持することができる。また、ガイド体３１は可動ヨーク２９を固定保持した状態でピン３９の軸回りに回転自在にスライド部材３５に支持されている。ピン３９の軸回りに回転させることにより、可動ヨーク２９を管軸方向に揺動調整（チルト角調整）することができる。調整後はピン３９を締結ナット４０でスライド部材３５に締め付けることにより、その調整チルト角を保持することができる。調整可能なチルト角は第１プラズマ進行管４側に５°、その反対側に３０°である。
【００９４】
偏向磁場発生手段２２、２４は、可動ヨーク２９を、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び管軸方向に揺動調整可能にするので、可動ヨーク２９の位置ないし角度の調整によって前記偏向磁場による微調整を行ってプラズマ搬送用磁場の不均一の解消を図ることができ、前記３段階の屈曲経路の幾何学的配置からなる、最適なプラズマ進行路を実現することができる。
【００９５】
図９の（９Ａ）はプラズマ搬送用磁場発生用磁場コイルを、傾斜配置された第２プラズマ進行管５に傾斜軸に沿って円形状Ｍ１に巻回した状態１９Ａを模式的に示す。この場合には、図中の斜線で示すように、他の管（４又は６）との連接部付近においてコイルが巻回されない空隙を生じ、不均一磁場を生じてプラズマ輸送効率が低下してしまう。
本実施形態においては、第２プラズマ進行管５の管外周に巻回された磁場コイル１９は、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなる。図９の（９Ｂ）はプラズマ搬送用磁場発生用磁場コイル１９を、傾斜配置された第２プラズマ進行管５に傾斜軸に沿って楕円形状Ｍ２に巻回した状態１９Ｂを模式的に示す。楕円形状Ｍ２に巻回した磁場コイル１９を第２プラズマ進行管５に設置することにより、（９Ａ）の斜線領域のような空隙が生じないので、第２プラズマ進行管５の傾斜面に密に磁場コイルを巻回して、不均一磁場を発生させずにプラズマ輸送効率を向上させ、高密度かつ高純度プラズマを用いたプラズマ処理を可能にすることができる。
【００９６】
プラズマ直進管３、第1プラズマ進行管４、第２プラズマ進行管５及び第３プラズマ進行管６からなるプラズマ輸送管には、それぞれの管内壁面にドロップレット捕集板（バッフル）４１、４２、４３、４４が植設されている。各捕集板の構造を以下に詳述する。
【００９７】
図１０はドロップレット捕集板６０を有する内周管６１の部分拡大断面図である。内周管６１は各プラズマ管路（３〜６）に収設され、その内壁には、複数枚のドロップレット捕集板６０が植設されている。ドロップレット捕集板６０の中央にはプラズマ流通用開口部６２が形成されている。プラズマは図の上方から流入し、開口部６２を通過する。ドロップレット捕集板６０の傾斜角αは１５〜９０°の範囲で設定されるが、経験的に３０〜６０°が好適であり、この実施例ではα＝６０°に設定されている。この傾斜角では、プラズマ流から分離されたドロップレットはドロップレット捕集板６０を多重反射しながら確実に付着回収できる。
【００９８】
複数枚のドロップレット捕集板６０により内周管６１内でのドロップレット付着表面積を多くしており、飛散ドロップレットを大量かつ確実に付着、回収することができる。プラズマ輸送管においては、内周管６１の管長による制限によってドロップレット捕集板６０の設置枚数が制約されるので、ドロップレット除去面積を増大するためには、ドロップレット捕集板６０の表面に粗面加工を施して、無数の凹凸を有した粗面を形成するのが好ましい。即ち、ドロップレット捕集板６０の表面を粗面化することにより、ドロップレット捕集板６０の捕集面積が増大して、捕集効率が向上させることができる。また、凹部に衝突したドロップレットは凹部で確実に固着され、ドロップレット捕集効率が格段に増加する。粗面加工には、筋目加工や梨地加工を使用することができる。筋目加工方法としては、例えば、研磨紙による研磨処理を用いる。梨地加工方法には、例えば、アルミナ、ショット、グリッド、ガラスビーズ等によるブラスト処理を用い、特に、圧縮空気等により数ミクロン粒子を加速してノズル噴射させるマイクロブラスト加工が、ドロップレット捕集板６０の狭い表面に微細凹凸加工を施すことができる。
【００９９】
ドロップレット捕集板６０の植設領域は、好ましくは管内壁面積の７０％以上である。図２の場合には、植設領域を管内壁面積の約９０％にしており、プラズマ進行路用管内でのドロップレット付着表面積を多くして、飛散ドロップレットを大量かつ確実に付着、回収でき、プラズマ流の高純度化を実現することができる。
【０１００】
ドロップレット捕集板６０は各プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されている。内周管６１にはバイアス電圧印加手段としての内周管バイアス電源６３が接続され、内周管６１を＋電位に設定したり、−電位に設定したり、ＧＮＤに接地したりすることができる。内周管６１のバイアス電位が＋電位の場合には、プラズマ中の＋イオンを搬送方向に押し出す効果があり、−電位の場合にはプラズマ中の電子を搬送方向に押し出す効果がある。＋−のいずれを選択するかはプラズマ搬送効率を低下させない方向に選択され、プラズマの状態で判断される。電位強度も可変であり、通常は内周管６１を＋１５Ｖに設定することが搬送効率の観点から選ばれている。各ドロップレット捕集板に上記バイアス電圧を印加することにより、そのバイアス電位を調整して、プラズマの減衰を抑制でき、プラズマ搬送効率を増加させることができる。
【０１０１】
第２プラズマ進行管５内には、管軸方向に沿って可動するアパーチャー７０を１個以上配設してもよい。前記アパーチャー７０は、第２プラズマ進行管５内の
管軸方向に沿って設置位置が変更可能な構造を有しており、前後に移動できる構造でも良いし、一方向にのみ移動できる構造でも良い。移動可能であるから、アパーチャーの設置位置を調整でき、取り出して洗浄することも可能である。このアパーチャー７０は中央に所定面積の開口部を有しており、この開口部の周囲壁面でドロップレットを衝突捕獲し、前記開口部を通過したプラズマが進行してゆく。前記開口部は中心に設けても良いし、偏心位置に設けても良いなど、種々に設計できる。従って、第２プラズマ進行管５内に複数のアパーチャー７０を移動可能に設置すれば、ドロップレットの除去効率が増加し、プラズマ純度を向上することができる。以下では、板ばねを利用した一方向移動のアパーチャーが示される。
【０１０２】
図１１の（１１Ａ）は可動アパーチャー７０の平面図であり、同図（１１Ｂ）はアパーチャー７０の取り付け状態を示す。アパーチャー７０は中央に所定面積の開口部７１を有するリング形状を有する。このとき、前記開口部の形状は配置形態により円形、楕円形など種々に設計できる。アパーチャー７０面の３箇所に、外側に突出した弾性片（例えば、板ばね）からなるストッパ７２がビス７３により固着されているが、溶接など固定方式は任意に採用できる。弾性片の突出部分７４は下方に向けて屈曲されている。図１１の（１１Ｂ）に示すように、第２プラズマ進行管５の管７５内壁には、あらかじめアパーチャー７０保持用の係止凹部７６を円状に刻設しておく。係止凹部７６は管７５の長手方向に沿って、複数個設けられている。弾性片の突出部分７４を下方に向けた状態でアパーチャー７０を矢印７７の向きに管７５内に挿入すると、ストッパ７２が押し曲げながら管内周面に沿って移動する。プラズマ流の方向は矢印７７の逆方向である。更に、アパーチャー７０を矢印７７の向きに押し込むと、係止凹部７６にてストッパ７２の突出部分７４が弾性付勢力により広がって係止凹部７６に嵌入し、係止する。この係止状態ではストッパ７２を逆戻りさせることはできず、その係止位置でアパーチャー７０をセットすることができる。セット位置を変更する場合、アパーチャー７０を矢印７７の向きに更に押し込むと、ストッパ７２の係止が解除され、次の係止凹部７６に突出部分７４が再び嵌入して係止させることができる。
【０１０３】
アパーチャー７０は第２プラズマ進行管５内の任意のセット位置まで可動する構造であるので、アパーチャー７０により第２プラズマ進行管５内を縮径してドロップレットを捕集し、しかもそのセット位置を適宜変更して捕集量を最適に調整することができ、ドロップレット除去効率の向上に寄与する。アパーチャー７０のセット数は１又は２以上である。なお、開口部７１はアパーチャー７０の中心に設けるだけでなく、偏心させて管内プラズマ流を蛇行させる機能を付与することも可能である。
【０１０４】
プラズマ直進管３、第1プラズマ進行管４、第２プラズマ進行管５及び第３プラズマ進行管６からなるプラズマ進行路における連接部には、リング形状のアパーチャーを配設してもよい。アパーチャー７０と同様に、かかる連接部用アパーチャーの配設により、プラズマ進行路の管径を縮小あるいは偏心、もしくは縮小・偏心させて、プラズマ流に含まれるドロップレットをより多く捕集してドロップレット除去効率を向上させることができる。
【０１０５】
図１及び図５のプラズマ生成装置においては、最終段の第３プラズマ進行管６を一様な管径で構成しているが、屈曲経路を経て第２プラズマ進行管５より排出されるプラズマ流を第３プラズマ進行管６において、更に高密度化するのが好ましい。第３プラズマ進行管６において更に高密度化機能を付与した実施形態を以下に示す。
【０１０６】
図１２は第５の実施形態であるプラズマ処理装置の概略構成を示す。図１２のプラズマ処理装置は、図５と同様に、プラズマ処理部１に供給するプラズマを発生させるプラズマ発生部（図示せず）及びプラズマ輸送管からなるプラズマ生成装置を有する。プラズマ輸送管に設けたドロップレット除去部は、図２と同様に、プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管１１００と、プラズマ直進管１１００に屈曲状に連接口１１０４にて連接された第1プラズマ進行管１１０１と、第１プラズマ進行管１１０１の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管１１０２と、第２プラズマ進行管１１０２の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口１１０６よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管１１０３とから構成されている。なお、図示しないが、プラズマ輸送管にはドロップレット捕集板及びプラズマ搬送磁場形成用磁場コイルが配設されている。
【０１０７】
プラズマ直進管１１００、第1プラズマ進行管１１０１、第２プラズマ進行管１１０２及び第３プラズマ進行管１１０３からなるプラズマ輸送管は、図１及び図５のプラズマ進行路と同様に、３段階に屈曲形成されている。第３プラズマ進行管１１０３は、第２プラズマ進行管１１０２の終端に連接された整流管１１０７、整流管１１０７に連接された偏向振動管となる円錐台形管１１０８及び出口管１１０９からなる。円錐台形管（偏向振動管）１１０８は出口管１１０９側に向けて拡径されている。出口管１１０９のプラズマ出口１１１０はプラズマ処理部１のプラズマ導入口に接続されている。出口管１１０９は一様な管径を有する。本実施形態に係るプラズマ輸送管において、第1プラズマ進行管１１０１、第２プラズマ進行管１１０２及び第３プラズマ進行管１１０３のそれぞれのプラズマ進行長さＬ１〜Ｌ３は、図１の各プラズマ進行管と同様に設定されている。また、出口管１１０９のプラズマ出口１１１０から第1プラズマ進行管１１０１のプラズマ出口１１０５側を直線状に透視させない位置に、第２プラズマ進行管１１０２が図１及び図５と同様に幾何学的に配置されている。即ち、矢印１１１１で示すように、整流管１１０７のプラズマ入口側の管断面上端から第1プラズマ進行管１１０１のプラズマ出口１１０５側の管断面下端に対する仰角（θ）は、矢印１１１２で示すように、出口管１１０９のプラズマ出口１１１０側の管断面下端から第２プラズマ進行管１１０２のプラズマ出口１１０６側の管断面上端に対する仰角（θ０）としたとき、図１と同様に、θ≧θ０が満足されている。図１及び図５と同様の幾何学的管路配置により、第1プラズマ進行管１１０１から導出される直進ドロップレットが直接的に第３プラズマ進行管１１０３に侵入するのを回避して、第３プラズマ進行管１１０３のプラズマ出口１１１０から排出されないようにすることができる。
【０１０８】
傾斜配置された第２プラズマ進行管１１０２の終端における第３プラズマ進行管１１０３との連接部においてはプラズマ流が蛇行・拡散して、第３プラズマ進行管１１０３側へのプラズマ進行効率が低下するのを防止するために、第２プラズマ進行管と連接する整流管１１０７に整流磁場コイル１１１４を設けられ、第２プラズマ進行管１１０２から整流管１１０７に供給されるプラズマの流れを強制的に集束させながら整流する整流磁場を管内に発生させている。この整流磁場により第２プラズマ進行管１１０２に流れるプラズマを第３プラズマ進行管１１０３側に集束状に引き出すことができ、高密度かつ高純度のプラズマを生成することが可能となる。
【０１０９】
図１３は、第５実施形態に係る円錐台形管（偏向振動管）１１０８（図１２に図示）に形成される走査用磁場の説明図である。図１２及び図１３に示されるように、整流磁場作用により集束整流されたプラズマ流を左右・上下に振動させてＣＲＴディスプレイの様にプラズマ流を走査するために、整流管１１０７に連接された円錐台形管（偏向振動管）１１０８には走査用磁場コイル１１１３が付設されている。走査用磁場コイル１１１３は一組のＸ方向振動磁場発生器１０８ａ、１０８ａと、一組のＹ方向振動磁場発生器１０８ｂ、１０８ｂとからなる。
【０１１０】
Ｘ方向振動磁場発生器１０８ａ、１０８ａによる時刻ｔのＸ方向振動磁場ＢＸ（ｔ）、Ｙ方向振動磁場発生器１０８ｂ、１０８ｂによる時刻ｔのＹ方向振動磁場ＢＹ（ｔ）及び時刻ｔの走査磁場ＢＲ（ｔ）の関係が示されている。走査磁場ＢＲ（ｔ）はＸ方向振動磁場ＢＸ（ｔ）とＹ方向振動磁場ＢＹ（ｔ）の合成磁場である。詳細に説明すると、Ｘ方向振動磁場によりプラズマ流を左右に振りながら、Ｙ方向振動磁場によりプラズマ流を上下に走査し、これを反復してプラズマ処理部１に大面積プラズマ照射を可能にする。プラズマ流の断面積がプラズマ処理室１内に配置された被処理物の断面積より小さい場合、プラズマ流を上下左右に走査して被処理物の全表面にプラズマ照射を可能にする。例えば、ＣＲＴディスプレイの電子ビームが左右に振動しながら上下に移動し、この動作を反復してディスプレイ画面の全面が発光するのと同様の原理を利用する。図１０には、時刻ｔ＝ｔ１における振動磁場ＢＸ（ｔ１）及びＢＹ（ｔ１）から走査用磁場ＢＲ（ｔ１）が合成され、この走査用磁場ＢＲ（ｔ１）が左右に振動しながら、時刻ｔ＝ｔ２には振動磁場ＢＸ（ｔ２）及びＢＹ（ｔ２）から走査用磁場ＢＲ（ｔ２）が形成され、管内のほぼ全面にプラズマ流が偏向振動できる。
【０１１１】
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明に係るプラズマ処理装置はプラズマ輸送管に、帯電ドロップレットを除去する電気的機構を設け、且つ帯電ドロップレットを含めて中性ドロップレットを除去する幾何学的構造のドロップレット除去部を設けて、高純度で均一なプラズマ流をプラズマ処理部に導入することができる。また、本発明に係るプラズマ処理装置により生成される高純度プラズマを用いれば、プラズマ中で固体材料の表面に欠陥や不純物が格段に少ない高純度の薄膜を形成したり、プラズマを照射することにより、固体の表面特性を欠陥や不純物を付与することなく、均一に改質することができ、例えば固体表面における耐磨耗性・耐食性強化膜、保護膜、光学薄膜、透明導電性膜などを高品質かつ高精度に形成することができるプラズマ処理装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１        プラズマ処理部
２        プラズマ発生部
３        プラズマ直進管
４        第1プラズマ進行管
５        第２プラズマ進行管
６        第３プラズマ進行管
７        プラズマ出口
８        矢印
９        矢印
１０      陰極
１１      トリガ電極
１２      陽極
１３      アーク電源
１４      陰極プロテクタ
１５      プラズマ安定化磁界発生器
１６      絶縁プレート
１７      磁場コイル
１８      磁場コイル
１９      磁場コイル
２０      磁場コイル
２１      磁場コイル
２２      偏向磁場発生手段
２３      偏向磁場発生手段
２４      偏向磁場発生手段
２４ａ    ガス流入口
２５      排気口
２７      磁極
２８      磁極
２９      可動ヨーク
３０      偏向磁場発生コイル
３１      ガイド体
３２      ガイド溝
３３      ピン
３４      締結ナット
３５      スライド部材
３６      スペーサ
３７      調整部本体
３８      スライド溝
３９      ピン
４０      締結ナット
４１      ドロップレット捕集板（バッフル）
４２      ドロップレット捕集板（バッフル）
４３      ドロップレット捕集板（バッフル）
４４      ドロップレット捕集板（バッフル）
６０      ドロップレット捕集板（バッフルの一部）
６１      内周管
６２      開口部
６３      バイアス電源
７０      アパーチャー
７１      開口部
７２      ストッパ
７３      ビス
７４      突出部分
７５      管
７６      係止凹部
７７      矢印
１０８ａ  Ｘ方向振動磁場発生器
１０８ｂ  Ｙ方向振動磁場発生器
１１０９  出口管
１０２    プラズマ発生部
１０４    陰極
１０６    トリガ電極
１０８    陽極
１０９    プラズマ１
１１０    電源
１１２    プラズマ加工部
１１４    被処理物
１１６ａ  プラズマ安定化磁場発生器
１１６ｂ  プラズマ安定化磁場発生器
１１００  プラズマ直進管
１１０１  第1プラズマ進行管
１１０２  第２プラズマ進行管
１１０３  第３プラズマ進行管
１１０４  連接口
１１０５  プラズマ出口
１１０６  プラズマ出口
１１０７  整流管
１１０８  円錐台形管
１１１０  プラズマ出口
１１１１  矢印
１１１２  矢印
１１１３  走査用磁場コイル
１１１４  整流磁場コイル
Ａ        プラズマ発生部
Ａ１      プラズマ発生部容器
Ａ２      ターゲット交換部
Ｂ        プラズマ輸送管
Ｂ０１    Ｔ輸送管
Ｂ２      第２輸送管
Ｂ２３    屈曲輸送管
Ｂ３      第３輸送管
Ｃ        プラズマ処理部
Ｃ１      設置位置
Ｃ２      ターゲット位置
Ｃ３      処理部容器
ＣＴ      接続端子
Ｅ        バイアス電源
ＥＡ１    容器用バイアス電源
ＥＡ２    交換部容器用バイアス電源
ＥＢ      輸送管用バイアス電源
ＥＢ０１  Ｔ輸送管用バイアス電源
ＥＢ２    第２輸送管用バイアス電源
ＥＢ２３  屈曲輸送管用バイアス電源
ＥＢ３    第３輸送管用バイアス電源
ＥＣ      処理部用バイアス電源
ＥＷ      被処理物用バイアス電源
ＦＴ      浮動端子
ＧＮＤ    接地
ＧＮＤＴ  接地端子
ＩＦ      終端側絶縁体
ＩＩ１    第１中間絶縁体
ＩＳ      始端側絶縁体
ＩＡ      容器間絶縁体
ＩＩ２    第２中間絶縁体
ＮＶＴ    可変負電位端子
Ｐ０      プラズマ直進管
Ｐ１      第1プラズマ進行管
Ｐ２      第２プラズマ進行管
Ｐ３      第３プラズマ進行管
Ｐ４      拡径管
ＰＶＴ    可変正電位端子
Ｓ１      プラズマ出口
Ｓ２      プラズマ入口
Ｓ３      プラズマ出口
ＶＴ      可動端子
Ｗ        ワーク
【図１】
2010236032.tif 000003
【図２】
2010236032.tif 000004
【図３】
2010236032.tif 000005
【図４】
2010236032.tif 000006
【図５】
2010236032.tif 000007
【図６】
2010236032.tif 000008
【図７】
2010236032.tif 000009
【図８】
2010236032.tif 000010
【図９】
2010236032.tif 000011
【図１０】
2010236032.tif 000012
【図１１】
2010236032.tif 000013
【図１２】
2010236032.tif 000014
【図１３】
2010236032.tif 000015
【図１４】
2010236032.tif 000016
【図１５】
2010236032.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月26日(2010.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気下で真空アーク放電を行ってターゲット表面からプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を含むプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管の間に始端側絶縁体を介装し、前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部の間に終端側絶縁体を介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部を相互に電気的に独立させ、プラズマ輸送管に対する前記プラズマ発生部と前記プラズマ処理部からの電気的影響を遮断し、前記プラズマ輸送管は、前記プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管と、前記プラズマ直進管に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管と、前記第1プラズマ進行管の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管とから構成され、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれに、プラズマ搬送用磁場を発生するプラズマ搬送用磁場発生手段を設け、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管に、前記プラズマ搬送用磁場を偏向させる偏向磁場発生手段を付設し、前記偏向磁場発生手段により発生される偏向磁場によりプラズマ流を管中心側に偏向させたことを特徴とする絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ輸送管を複数の小輸送管に分割し、隣接する小輸送管の間に中間絶縁体を介装して、前記小輸送管同士を電気的に独立させ、任意の前記小輸送管に対する他の前記小輸送管からの電気的影響を遮断した請求項１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ輸送管又は前記複数の小輸送管は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態にある請求項1又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管の各々に輸送管用バイアス電源を接続し、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項1又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項５】
プラズマを発生させるターゲットを収容して前記ターゲットと電気的に絶縁されたプラズマ発生部容器の下方に、予備ターゲットを収容するターゲット交換部容器を配置し、前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器の間に容器間絶縁体を介装して前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器を電気的に独立させ、前記プラズマ発生部容器は電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定され、前記ターゲット交換部容器に容器用バイアス電源を付設し、前記ターゲット交換部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜４のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項６】
前記被処理物を収容したプラズマ処理部容器に処理部用バイアス電源を付設して、前記プラズマ処理部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ処理部内の前記被処理物は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定されるか、被処理物用バイアス電源を付設して前記被処理物に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ輸送管において、プラズマが前記ターゲット表面から被処理物に到達するまでの合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定される請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管が幾何学的に配置された請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ入口側の管断面上端から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角をθとし、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端から前記第２プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足される請求項１〜９のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記偏向磁場発生手段は、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の外周に配置されたヨークと、そのヨークに巻回された磁場コイルとからなり、前記ヨークは、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び／又は管軸方向に揺動調整される請求項１〜１０のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記プラズマ搬送用磁場発生手段は、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管外周に巻回された磁場コイルからなる請求項1〜１０のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記第２プラズマ進行管の管外周に巻回された磁場コイルは、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなる請求項１２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管内壁面にドロップレット捕集板が植設され、前記植設領域が管内壁面積の７０％以上である請求項１〜１３のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記第２プラズマ進行管を拡径管とし、前記第１プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、前記第３プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とする請求項１〜１４のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第２プラズマ進行管と前記第３プラズマ進行管の連接部に、前記第２プラズマ進行管から前記第３プラズマ進行管に供給されるプラズマ流を進行方向に集束整流する整流磁場発生手段、及び／又は前記プラズマ流をその断面方向に偏向振動させる偏向振動磁場発生手段が設けられた請求項１〜１５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第２プラズマ進行管内に植設されたドロップレット捕集板は前記第２プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されており、前記ドロップレット捕集板にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が設けられた請求項１４に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第２プラズマ進行管内に、管軸方向に沿って設置位置が変更可能な1個以上のアパーチャーを配設し、前記アパーチャーは所定面積の開口部を有する請求項１〜１７のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気下で真空アーク放電を行ってターゲット表面からプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマ発生部により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を含むプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管の間に始端側絶縁体を介装し、前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部の間に終端側絶縁体を介装して、前記プラズマ発生部と前記プラズマ輸送管と前記プラズマ処理部を相互に電気的に独立させ、プラズマ輸送管に対する前記プラズマ発生部と前記プラズマ処理部からの電気的影響を遮断し、前記プラズマ輸送管は、前記プラズマ発生部に連接されたプラズマ直進管と、前記プラズマ直進管に屈曲状に連接された第1プラズマ進行管と、前記第1プラズマ進行管の終端に、その管軸に対して所定屈曲角で傾斜配置させて連接された第２プラズマ進行管と、前記第２プラズマ進行管の終端に屈曲状に連接され、プラズマ出口よりプラズマを排出する第３プラズマ進行管とから構成され、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれに、プラズマ搬送用磁場を発生するプラズマ搬送用磁場発生手段を設け、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管に、前記プラズマ搬送用磁場を偏向させる偏向磁場発生手段を付設し、前記偏向磁場発生手段により発生される偏向磁場によりプラズマ流を管中心側に偏向させたことを特徴とする絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項２】
前記プラズマ輸送管を複数の小輸送管に分割し、隣接する小輸送管の間に中間絶縁体を介装して、前記小輸送管同士を電気的に独立させ、任意の前記小輸送管に対する他の前記小輸送管からの電気的影響を遮断した請求項１に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ輸送管又は前記複数の小輸送管は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態にある請求項1又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管の各々に輸送管用バイアス電源を接続し、前記プラズマ輸送管又は前記小輸送管に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項1又は２に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項５】
前記プラズマ発生部に近い前記小輸送管を負電位に設定し、それより高い電位を前記プラズマ処理部に近い前記小輸送管に設定した請求項２、３又は４に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項６】
プラズマを発生させるターゲットを収容して前記ターゲットと電気的に絶縁されたプラズマ発生部容器の下方に、予備ターゲットを収容するターゲット交換部容器を配置し、前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器の間に容器間絶縁体を介装して前記プラズマ発生部容器と前記ターゲット交換部容器を電気的に独立させ、前記プラズマ発生部容器は電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定され、前記ターゲット交換部容器に容器用バイアス電源を付設し、前記ターゲット交換部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項７】
前記被処理物を収容したプラズマ処理部容器に処理部用バイアス電源を付設して、前記プラズマ処理部容器に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜６のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ処理部内の前記被処理物は、電位が強制的に付与されない電気的浮動状態に設定されるか、被処理物用バイアス電源を付設して前記被処理物に付与される電位の大きさ（接地電位を含む）及び電位の極性を可変できる請求項１〜７のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項９】
前記プラズマ輸送管において、プラズマが前記ターゲット表面から被処理物に到達するまでの合計長さＬが、９００ｍｍ≦Ｌ≦１３５０ｍｍを満たすように設定される請求項１〜８のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側を直線状に透視させない位置に、前記第２プラズマ進行管が幾何学的に配置された請求項１〜９のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記第３プラズマ進行管のプラズマ入口側の管断面上端から前記第1プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端に対する仰角をθとし、前記第３プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面下端から前記第２プラズマ進行管のプラズマ出口側の管断面上端に対する仰角をθ０としたとき、θ≧θ０が満足される請求項１〜１０のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記偏向磁場発生手段は、前記第1プラズマ進行管及び／又は前記第２プラズマ進行管の外周に配置されたヨークと、そのヨークに巻回された磁場コイルとからなり、前記ヨークは、管軸方向にスライド調整、周方向に回動調整、及び／又は管軸方向に揺動調整される請求項１〜１１のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記プラズマ搬送用磁場発生手段は、前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管外周に巻回された磁場コイルからなる請求項1〜１１のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記第２プラズマ進行管の管外周に巻回された磁場コイルは、その管外周に対して傾斜軸に沿って楕円状に巻回された磁場コイルからなる請求項１３に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記プラズマ直進管、前記第1プラズマ進行管、前記第２プラズマ進行管及び前記第３プラズマ進行管のそれぞれの管内壁面にドロップレット捕集板が植設され、前記植設領域が管内壁面積の７０％以上である請求項１〜１４のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記第２プラズマ進行管を拡径管とし、前記第１プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ導入側始端に連接された導入側縮径管とし、前記第３プラズマ進行管を前記拡径管のプラズマ排出側終端に連接された排出側縮径管とする請求項１〜１５のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第２プラズマ進行管と前記第３プラズマ進行管の連接部に、前記第２プラズマ進行管から前記第３プラズマ進行管に供給されるプラズマ流を進行方向に集束整流する整流磁場発生手段、及び／又は前記プラズマ流をその断面方向に偏向振動させる偏向振動磁場発生手段が設けられた請求項１〜１６のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記第２プラズマ進行管内に植設されたドロップレット捕集板は前記第２プラズマ進行管の管壁と電気的に遮断されており、前記ドロップレット捕集板にバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段が設けられた請求項１５に記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記第２プラズマ進行管内に、管軸方向に沿って設置位置が変更可能な1個以上のアパーチャーを配設し、前記アパーチャーは所定面積の開口部を有する請求項１〜１８のいずれかに記載の絶縁体介装型プラズマ処理装置。