(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板形状の支持部材と、少なくとも１つの強磁性誘導結合プラズマ供給源と、少なくとも１つの電極と、を備える誘導プラズマアプリケータであって、
上記支持部材は、真空容器の壁の一部を形成し、または、当該壁の上に設けられ、上記真空容器の内部空間に向かう前面と、裏面とを有し、上記前面と上記裏面とは、互いに平行であり、
上記プラズマ供給源は、少なくとも１つの導電性のコイルと、開ループの強磁性コアと、接続手段と、を備え、
上記少なくとも１つの導電性のコイルは、上記支持部材上に設けられた、１つまたは複数の渦巻形状の回転体を有し、
上記開ループの強磁性コアは、同一の磁気の出力側に向いている少なくとも２つの端面を有し、
上記接続手段は、上記強磁性コアを、上記支持部材の上記前面とは反対側の上記支持部材上に堅く接続し、上記強磁性コアの上記磁気の出力側は、上記真空容器の内部空間に向いており、上記コイルの上記回転体は、上記強磁性コアの端面の少なくとも１つを通る磁束を取り囲んでおり、
上記少なくとも１つの電極は、上記コイルの中心に位置するホールパターンを有し、上記磁束が上記真空容器の内部空間から出ないように構成され、上記電極は、上記アプリケータの外部の電極とコンデンサを形成し、
上記強磁性誘導結合プラズマ供給源の上記コイルおよび上記電極はそれぞれ、上記支持部材の上記面上に配置された金属トラック部を備え、上記電極の金属トラック部は、上記コイルの金属トラック部よりも上記真空容器の内部空間に近接していることを特徴とする誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２】
上記支持部材は、互いに積み重ねられた複数の基板ユニットのアセンブリを備え、各基板ユニットの面は、上記支持部材の面を構成していることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項３】
上記コイルは、上記支持部材の複数の面において、１又は複数の回転を有する円柱形状であることを特徴とする請求項２に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項４】
上記支持部材および上記金属トラック部は、プリント回路基板アセンブリ、厚膜技術アセンブリ、および同時焼成セラミックス技術アセンブリを含む群から選択されるアセンブリを形成することを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項５】
上記強磁性コアの端面が、上記コイルの金属トラック部よりも上記真空容器の内部空間に近接するように、上記支持部材は凹部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項６】
上記強磁性コアの厚さと最大直径との比率が、０．２より大きく、上記厚さは、上記支持部材の前面に垂直な方向の厚さであり、上記直径は、上記支持部材の前面に平行な方向の直径であることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項７】
上記コイルの少なくとも１つの金属トラック部は、上記支持部材の面に垂直な方向の厚さが３０μｍより大きいことを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項８】
上記支持部材に設けられた電子部品をさらに備え、当該電子部品は、給電部品、配電部品、インピーダンス調整部品、動作制御部品、加熱部品、プローブおよび測定部品を含む群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項９】
上記支持部材の面に互いに平行に並置された複数の強磁性誘導結合プラズマ供給源を備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１０】
少なくとも２つの上記強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルは、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続とを組み合わせた接続形態で電気的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１１】
少なくとも２つの強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルを直列接続するための第１の金属トラック部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１２】
少なくとも２つの異なる強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルの中心に位置するホールパターンを有する電極を互いに電気的に接続するための第２の金属トラック部をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１３】
少なくとも２つの異なる強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルの中心に位置するホールパターンを有する電極が、１つの共通の金属トラック部を備えることを特徴とする請求項９に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１４】
少なくとも２つの異なる強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルの中心に位置するホールパターンを有する電極が、並列接続されていることを特徴とする請求項９に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１５】
上記強磁性誘導結合プラズマ供給源を並置して、上記真空容器の壁に平行に配置されたプラズマ供給源アレイを構成することを特徴とする請求項９に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１６】
上記アレイは、１×１ｃｍ２〜１５×１５ｃｍ２の２次元ピッチを有することを特徴とする請求項１５に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１７】
上記支持部材の前面に対向する各強磁性コアの裏面と当該前面との間の上記アプリケータの最大の厚さが、６ｃｍよりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１８】
上記支持部材の上記前面に対向するように設けられ、各強磁性誘導結合プラズマ供給源の上記強磁性コアの外面に適合するように形成され、さらに上記強磁性コアからの熱を伝導するように構成されたファイリングブロックをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項１９】
各強磁性誘導結合プラズマ供給源の上記強磁性コアを上記支持部材に堅く接続する手段が、上記強磁性コアから上記ファイリングブロックに熱を伝導するように構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２０】
上記支持部材を貫通し、上記真空容器内にガスを放出するように構成された通気管をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２１】
上記通気管は、上記強磁性コアのスルーホール内に設けられており、上記支持部材を貫通するように延びていることを特徴とする請求項２０に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２２】
電界および磁界を通すウィンドウをさらに備え、当該ウィンドウは、上記支持部材の上記前面に平行に設けられており、当該前面よりも上記真空容器の内部空間に近接していることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２３】
上記支持部材に設けられ、上記コイルの端子と上記電極との電位差を制御する偏極手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２４】
上記電極の上記ホールパターンは、ファラデーシールドと同一の設計であり、上記強磁性誘導結合プラズマ供給源の前方の上記電極によって発生する電界を、上記電極に平行な方向に滑らかに変化させることを特徴とする請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータ。
【請求項２５】
請求項１に記載の誘導プラズマアプリケータを備える真空容器。
【請求項２６】
請求項２５に記載の真空容器を備える表面処理装置であって、各強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルに電流を供給するための電源ユニットをさらに備えることを特徴とする表面処理装置。
【請求項２７】
上記電極と少なくとも１つの強磁性誘導結合プラズマ供給源の上記コイルの端子とを、上記電源ユニットの電流出力端子に対して並列接続の形態で接続するように構成された電気的接続手段をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘導プラズマアプリケータ、当該誘導プラズマアプリケータを備える真空容器、および当該真空容器を備える表面処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ処理は、工業の多くの目的のために広く使用されており、特に重合体材料、薄膜蒸着材料、層エッチング等のための表面活性化に用いられている。多くの用途では、大面積の基板上において、約１平方センチメートルから数平方メートルの範囲で、プラズマ処理を行うことが要求される。例えば、建築用ガラスの取り付け工事では、約２０平方メートルのガラスパネルに薄膜層を蒸着させる。また、薄膜層は、ロールコータ内の重合体シート上に連続的に蒸着される。
【０００３】
周知のプラズマ処理の実施形態では、プラズマはＲＦ周波数の磁界によって活性化される。この磁界は、交流電流が供給されるコイルを用いてプラズマ内に発生する。続いて、交流磁界が、プラズマにエネルギを供給する電界を発生させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実際には、そのようなプラズマ処理の処理時間は、供給されるプラズマの物理的なパラメータに依存する。例えば、プラズマ内の磁界は、処理される表面とプラズマ濃度が最も高い位置との間の距離と同様に、重要なパラメータである。そのため、プラズマ処理装置は、処理および用途に最適なパラメータの値を考慮して設計されている。したがって、設計および形状のパラメータを用途に応じて容易に変更可能なプラズマ処理装置を提供する必要がある。
【０００５】
また、大きな基板に均一に処理を行うことが可能な、大面積のプラズマ供給源も必要とされている。特に、そのような大面積のプラズマ供給源は、固定された基板または固定されていない基板が設けられた真空装置での処理に適している。
【０００６】
また、短時間で多数の真空容器に容易に取り付けることができるプラズマ発生装置を提供する必要がある。
【０００７】
さらに、現在使用されているプラズマ供給源に対して、単位コストが低いプラズマ発生装置を提供する必要もある。
【０００８】
それゆえ、本発明の目的は、これらの要求の少なくとも１つを満たすプラズマ供給源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明は、
平板形状の支持部材と、少なくとも１つの強磁性誘導結合プラズマ供給源と、少なくとも１つの電極と、を備える誘導プラズマアプリケータであって、
上記支持部材は、真空容器の壁の一部を形成し、または、当該壁の上に設けられ、上記真空容器の内部空間に向かう前面と、裏面と、可能であれば追加的な中間面とを有し、当該中間面は、上記前面と裏面との間に設けられ、上記前面と上記裏面と上記中間面とは、互いに平行であり、
上記プラズマ供給源は、少なくとも１つの導電性のコイルと、開ループの強磁性コアと、接続手段と、を備え、
上記少なくとも１つの導電性のコイルは、上記支持部材上に設けられた、１つまたは複数の渦巻形状の回転体を有し、
上記開ループの強磁性コアは、同一の磁気の出力側に向いている少なくとも２つの端面を有し、
上記接続手段は、上記強磁性コアを、上記支持部材の上記前面とは反対側の上記支持部材上に堅く接続し、上記強磁性コアの上記磁気の出力側は、上記真空容器の内部空間に向いており、上記コイルの上記回転体は、上記強磁性コアの端面の少なくとも１つを通る磁束を取り囲んでおり、
上記少なくとも１つの電極は、上記コイルの中心に位置するホールパターンを有し、上記磁束が上記真空容器の内部空間から出ないように構成され、上記電極は、上記アプリケータの外部の電極とコンデンサを形成し、
さらに、上記強磁性誘導結合プラズマ供給源の上記コイルおよび上記電極はそれぞれ、上記支持部材の上記面上に配置された金属トラック部を備え、上記電極の金属トラック部は、上記コイルの金属トラック部よりも上記真空容器の内部空間に近接している誘導プラズマアプリケータを提供する。
【００１０】
支持部材の形状は通常平坦であるため、本発明の誘導プラズマアプリケータは、プラズマ処理に使用される真空容器の壁に容易に組み込むことができる。あるいは、誘導プラズマアプリケータを、容器の壁に平行に設けてもよく、当該壁の内側または外側に設けてもよい。
【００１１】
また、誘導プラズマアプリケータの支持部材の上記の形状は、複数の誘導プラズマアプリケータを互いに近接して配置するためのモジュール設計に適しており、これにより、大面積のプラズマ供給源を形成する。
【００１２】
さらに、コイルおよび電極を強磁性コアと組み合わせることにより、位置および物理的なパラメータを制御しやすく、表面処理に適したプラズマを発生させることができる。特に、この組み合せによって、真空容器の内部でプラズマによって生成される核種と、プラズマを活性化させるために用いられるエネルギ供給源との間を効率的に結合することができる。
【００１３】
本発明のさらに望ましい実施形態では、上記支持部材は、互いに積み重ねられた複数の基板ユニットのアセンブリを備え、各基板ユニットの面は、上記支持部材の面を構成してもよい。これにより、特にコイルおよび電極を形成するために、誘導プラズマアプリケータは、当該アプリケータの前面に垂直に移動するように配置される２つ以上の導電部によって容易に設計できる。また、コイルは、２組以上の回転体を備えてもよく、各回転体は、渦巻形状を有しており、支持部材の異なる面に配置される。
【００１４】
上記支持部材および上記金属トラック部は、プリント回路基板アセンブリ、厚膜技術アセンブリ、または同時焼成セラミックス技術アセンブリを形成することが望ましい。
【００１５】
本発明は、上述の誘導プラズマアプリケータを備える真空容器を提供する。
【００１６】
また、本発明は、上述の真空容器を備える表面処理装置を提供する。
【００１７】
本発明のこれら特徴および利点、並びに、他の特徴および利点は、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明は、いかなる限定も加えることなく、添付の図面に基づいて例示する目的ために記載されたものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータを備える表面処理装置の断面図である。
【図１ｂ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータを備える表面処理装置の断面図である。
【図１ｃ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータを備える表面処理装置の断面図である。
【図１ｄ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータを備える表面処理装置の断面図である。
【図２ａ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの断面図である。
【図２ｂ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの断面図である。
【図３ａ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの電極の実施可能な形態を示す図である。
【図３ｂ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの電極の実施可能な形態を示す図である。
【図４ａ】本発明の一実施形態において用いられる強磁性誘導結合プラズマ供給源の断面図である。
【図４ｂ】本発明の一実施形態において用いられる他の強磁性誘導結合プラズマ供給源の拡大平面図である。
【図５ａ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの電気的な接続形態を示す図である。
【図５ｂ】本発明に係る誘導プラズマアプリケータの電気的な接続形態を示す図である。
【図６ａ】本発明に係るマルチソースの誘導プラズマアプリケータの接続形態を示す図である。
【図６ｂ】本発明に係るマルチソースの誘導プラズマアプリケータの接続形態を示す図である。
【図７ａ】本発明に係るマルチソースの誘導プラズマアプリケータの実施可能な配置を示す図である。
【図７ｂ】本発明に係るマルチソースの誘導プラズマアプリケータの実施可能な配置を示す図である。
【図７ｃ】本発明に係るマルチソースの誘導プラズマアプリケータの実施可能な配置を示す図である。
【図８ａ】実施可能な電極の配置であって、図７ａのマルチソースの誘導プラズマアプリケータに対応する配置を示す図である。
【図８ｂ】実施可能な電極の配置であって、図７ｂのマルチソースの誘導プラズマアプリケータに対応する配置を示す図である。
【図８ｃ】実施可能な電極の配置であって、図７ｃのマルチソースの誘導プラズマアプリケータに対応する配置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図面では、符号１〜１００が、プラズマアプリケータ及びこのプラズマアプリケータが設けられる真空容器に付されている。真空容器１００は、「ＰＳ」で示されるポンプシステム１０４によって通気される。ポンプシステム１０４は、真空バルブ１０３によって真空容器と接続されていてもよい。
【００２０】
真空容器の構成部材のうち、当該技術分野において周知のものは、図示および説明を省略する。そのような周知の部材には、真空プローブ、加熱装置、温度プローブ等が含まれる。符号１１０、１１１および２００は、基板ホルダ、当該基板ホルダに設けられた電極、およびプラズマ処理される基板をそれぞれ示している。Ｖは、容器１００内部の中心空間を示しており、そこでプラズマが発生する。プラズマ空間Ｖは、基板２００の露出面Ｓ２００とプラズマアプリケータ１との間に位置している。用途を考慮すると、基板２００は、電子回路ウェハ、重合体薄膜、ガラスパネル等であってもよい。
【００２１】
図１ａ〜図１ｄ、図２ａおよび図２ｂは、内部にプラズマ処理される基板が固定されている真空容器を示しているが、その代わりに、真空容器は、固定されていない基板を処理するように適合されてもよい。そのような固定されていない基板は、堅いパネルであってもよい。当該パネルは、真空容器の入口から真空容器の出口まで、運搬ロールによって移送される。基板は、適当な入口のエアロックを通って真空容器内に収容され、適当な出口のエアロックを通って取り出される。また、固定されていない基板は、弾性フィルムであってもよい。弾性フィルムは、供給ローラによって拡張され、プラズマまたはプラズマによって生成される核種に連続的に晒されることによってプラズマ処理され、続いて、送出ローラに再度巻きつけられる。このように、真空容器は、ロールコータ型であってもよく、当該真空容器には、内部に供給ローラおよび送出ローラが設けられるように適合されている。真空容器のこれらの構成は全て、当該技術分野において周知であり、本発明の誘導プラズマアプリケータは、実際の真空容器がどのような構成であっても適用可能である。
【００２２】
さらに、誘導プラズマアプリケータのサイズは、プラズマ処理される基板の面積に応じたものとなっている。このため、アプリケータの面積は、特に、コイル、強磁性コアおよび電極の面積とほぼ等しくなるように形成される。加えて、大面積の基板に適したプラズマ装置を実現するために、数台の誘導プラズマアプリケータを互いに組み合わせる方法について、本明細書で後述する。
【００２３】
本発明は、プラズマを発生する手段であると理解すべきである。そして、本発明は、基板に対するあらゆるプラズマ処理を実施可能であると理解すべきである。例えば、プラズマ処理は、基板の表面洗浄、基板の表面活性化、基板のプラズマ活性による化学処理、基板表面上での層の蒸着、基板に形成された層のエッチング等である。
【００２４】
誘導プラズマアプリケータ１は、支持部材２の上に設けられている。この支持部材２の形状は、通常平坦であり、支持部材２は、前面Ｓ１および裏面Ｓ２を有している。面Ｓ１およびＳ２は平行であり、プラズマアプリケータは、面Ｓ１がプラズマ空間Ｖ側になるように、容器１００に配置される。
【００２５】
プラズマアプリケータ１は、通常平坦な形状であるため、真空容器１００の壁の一部として形成されてもよい。図１ａ〜図１ｄは、プラズマアプリケータと真空容器の壁との組み合わせの代替的な形態を示している。
【００２６】
図１ａでは、プラズマアプリケータ１は、真空容器１００の内部空間に配置されている。プラズマアプリケータ１は、真空容器１００の内壁の１つ、例えば、水平な上壁１０１に近接して平行に配置されている。プラズマアプリケータ１は、タイロッドなどの適当な手段１３０によって、この内壁に固定されている。このように取り付ける形態では、プラズマアプリケータ１の全体が真空状態、より具体的には低圧の状態に置かれる。さらに、プラズマアプリケータ１と容器の上壁１０１との間には、低圧の背面の隙間Ｗが存在する。そのような取り付け構造であるため、前面Ｓ１に対向する各強磁性コアの裏面と当該前面Ｓ１との間のプラズマアプリケータの最大の厚さを、６ｃｍ（センチメートル）よりも小さくすることができる。
【００２７】
これに対し、プラズマアプリケータ１自体を容器の上壁として形成してもよい（図１ｂ）。この場合、プラズマアプリケータ１の支持部材２は、真空容器１００の側壁１０２の上端部に押しつけられており、支持部材２と当該上端部との間には接合点１２０が存在する。そのため、支持部材２に関してプラズマ空間Ｖと反対側に位置するプラズマアプリケータの構成部材は、大気圧、すなわち真空容器１００の外部の圧力を受ける。
【００２８】
図１ｃに示す他の実施可能な形態では、真空容器１００は、一方側をウィンドウ１４０によって封鎖し、プラズマアプリケータ１をウィンドウ１４０に関してプラズマ空間Ｖの反対側に配置してもよい。そのため、支持部材２を含むプラズマアプリケータ１の全体が、真空容器１００の外部の圧力を受ける。
【００２９】
図１ｄは、さらに他の形態を示している。この形態では、プラズマアプリケータ１が、真空容器１００の内部において、プラズマ空間Ｖと背面空間Ｚとの間で、分割壁を構成している。プラズマアプリケータ１の周囲と容器１００の側壁１０２とは、接合点１４０によってガスが漏れないように接続される。このような取り付け構造による利点は、後述する。
【００３０】
図１ａ〜図１ｄに示す構造は、支持部材２が真空容器の壁の一部を形成している形態を示すものである。
【００３１】
本明細書で後述するように、支持部材２の面Ｓ１およびＳ２には、凹部Ｒ１およびＲ２が形成されてもよい（図２ａ〜図２ｄ）。そのような凹部は、一般に平板形状である支持部材２に形成される。
【００３２】
プラズマアプリケータ１は、強磁性誘導結合プラズマ（Ｆ−ＩＣＰ）供給源と、プラズマ空間Ｖにあるプラズマにエネルギを供給する電極との両方を備えている。プラズマにエネルギを供給する手段をこのように組み合わせることにより、十分なエネルギが供給され、基板２００の露出面Ｓ２００に対して適当な位置にプラズマを供給することができる。
【００３３】
強磁性誘導結合プラズマ供給源は、コイル３、強磁性コア４、およびコア４を支持部材２に固定する手段を備えている。コイル３は、少なくとも１つの金属トラック部を備えており、当該金属トラック部は、面Ｓ１およびＳ２に平行な支持部材２の前面に配置されている。図示の都合上、図１ａ〜図１ｄおよび図２ａ〜図２ｂにおいて、コイル３の金属トラック部は、裏面Ｓ２に配置されているが、後述するように、面Ｓ１と面Ｓ２との間に位置する支持部材２の少なくとも１つの内面にも、１または複数のトラックを配置してもよい。コイル３の金属トラック部は、渦巻形状の連続的な回転体３ａ〜３ｃを形成するように構成されている。なお、回転体３ａ〜３ｃの回転数は限定されない。このため、金属トラック部は、使用されている設計技術に応じて、連続的な曲線部、または一連の接続された直線部を備えていてもよい。コイル３は、端子間に電流を供給すると磁界を発生するように設計されている。発生した磁界は、支持部材２の前面Ｓ１にほぼ平行な磁束となって、プラズマ空間Ｖの内部へ広がる。コイル３の金属トラック部は、支持部材２の面に垂直な方向の厚さが３０μｍ（マイクロメートル）より大きいことが望ましく、厚さが１００μｍより大きいことがさらに望ましい。これにより、金属トラック部に十分な電流を供給することができる。
【００３４】
本発明では、強磁性コア４は、コイル３と連結されている。コア４は、強磁性材料で形成されており、開ループの形状を有している。そのため、磁束がコアの端面を通るように設計することで、コイル３が発生した磁界の強度を増すことができる。例えば、Ｍｎ−ＺｎまたはＮｉ−Ｚｎフェライトなどのフェライト材料をコア４に用いることもできる。そのようなフェライトコア４は市販されており、例えば変圧器などに広く使用されている。変圧器では、２つの開ループのフェライトコアが、それぞれの端面で組み合わされている。これにより、それらのフェライトコアが、電圧変換に適した強磁性材料の閉ループを形成する。本発明では、強磁性コア４は、同一の磁気の出力側に向いている少なくとも２つの端面Ｅ１およびＥ２を有しているため、不完全なループ、いわゆる開ループを形成している。そして、コイルの回転体３ａ〜３ｃが、端面Ｅ１およびＥ２の少なくともいずれかを囲っているため、強化された磁束が強磁性コア４の内部に集中して、端面Ｅ１およびＥ２から出力される。強磁性コア４の外側では、強化された磁束が、端面Ｅ１およびＥ２の間および下側、すなわちプラズマ空間Ｖ内の、強磁性材料が存在しない間隙に広がる。フェライトコアを使用する場合、フェライトコア４として多種のものが市販されている（Ｐｏｔ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｅ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｘ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｓｌａｂ  Ｐｏｔ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、ＰＱ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、ＲＭ−Ｃｏｒｅ（登録商標）、Ｐｌａｎａｒ  Ｃｏｒｅ（登録商標）など）。そして、当業者は、使用されているコイル３と組み合わせる部品として、これらのコアのいずれかを選択することができるであろう。図面では、強磁性コア４は、中央の端面Ｅ１と、端面Ｅ１を取り囲む外側の端面Ｅ２とを備えており、端面Ｅ１と端面Ｅ２との間には、間隙が設けられている。コイル３は、端面Ｅ１を取り囲む当該間隙に設けられている。特に、強磁性コア４の厚さと最大直径との比率は、０．２より大きいことが望ましく、当該比率は、０．３より大きいことがさらに望ましい。なお、上記厚さは、支持部材２の前面に垂直な方向の厚さであり、上記直径は、支持部材２の前面に平行な方向の直径である。このような比率にすることにより、プラズマ空間Ｖにおける磁界を強化することができる。
【００３５】
同様に、プラズマ空間Ｖにおける磁界を強化して、当該磁界の位置を基板２００に対応させるために、強磁性コア４の端面Ｅ１およびＥ２を、支持部材２の裏面Ｓ２の凹部Ｒ２に差し込んでもよい。これにより、強磁性コア４の端面Ｅ１およびＥ２を、コイル３の金属トラック部よりも真空容器１００の内部空間に近接させることができる。
【００３６】
強磁性コア４は、適当な手段によって支持部材２上に固定されている。例えば、強磁性コア４には、スルーホールが形成されており、強磁性コア４を支持部材２に対して押し付ける留め部材５ｂによって、シャフト５ａが、このスルーホールの内部に挿入されている。前面Ｓ１に位置する留め部材５ｂの一方は、凹部Ｒ２の内部に位置してもよい。
【００３７】
強磁性コア４に組み合わされるコイル３は、いわゆる変圧器結合プラズマ（ＴＣＰ）供給源を形成する。
【００３８】
電極は、符号６で示されている。電極は、他の金属トラック部を備えている。当該他の金属トラック部は、支持部材２に取り付けられており、前面Ｓ１に平行であり、コイル３よりもプラズマ空間Ｖに近接している。図示の都合上、図１ａ〜図１ｄおよび図２ａ〜図２ｂでは、電極は前面Ｓ１に設けられているが、その代わりに、前面Ｓ１とコイル支持面との中間にある、支持部材２の前面に設けられてもよい。電極６は、基板ホルダ電極１１１、または後述するように電圧源として用いる容器１００内の他のあらゆる電極に対して、電気的に偏極している。これにより、電極６は、強磁性誘導結合プラズマ供給源だけでなく、プラズマにもエネルギを供給する。実際、電極６および１１１はどちらも、その間に電界を形成することができるコンデンサを形成しており、これにより、プラズマを励起させる。このため、得られたプラズマは、一般に容量結合プラズマ（ＣＣＰ）と呼ばれる。それゆえ、本発明に係るプラズマアプリケータは、強磁性誘導結合プラズマ装置と容量結合プラズマ装置とを組み合わせたものである。したがって、その機能は、強磁性誘導結合プラズマ装置単独、または容量結合プラズマ装置単独よりも高い。そのため、プラズマ濃度とプラズマ内のイオンのエネルギとを独立して制御することができる。プラズマ濃度は、主に、コイル３に与えられる偏極量によって制御される。一方、イオンのエネルギは、主に、電極６に与えられる偏極量によって制御される。これらの独立した制御によって、多くのプラズマによる表面処理に有利な新規のプラズマ装置を実現することができる。
【００３９】
電極６には、コイル３の中心に位置するホールパターンが形成されている。このホールパターンは、強磁性誘導結合プラズマ供給源の前方の電極６自体によって発生する電界を、電極６に平行な方向に滑らかに変化させるように設計されている。望ましくは、ホールパターンは、コイルによって発生し時間的に変化する磁界によって、渦電流が電極６の内部で方位角上に発生することを防止するように設計されている。ホールパターンは、ファラデーシールドに用いられるものと同一である。ファラデーシールドは、渦電流の誘導を防止する間、コイルとプラズマとの間の容量ＲＦ結合を低下させるために、誘導結合プラズマ内で使用される。通常接地されているファラデーシールドは、容量結合によるプラズマ電圧（プラズマ電位とも称される）を低下させるために、ＲＦアンテナコイルとプラズマ空間との間に位置している。プラズマ電位が低下すると、容器の内壁に衝突するイオンのエネルギが低下するため、容器の内壁の侵食が抑えられる。
【００４０】
誘電容量プラズマ供給源のファラデーシールドに比べ、電極６のホールパターンは、コイルとプラズマとの間の寄生容量結合をあまり抑えることはできない。これは、強磁性コアによる磁界強度の増大によって、コイルに印加される電圧が劇的に低下し、その結果、寄生結合が低下するためである。そのようなホールパターンは、渦電流の発生を防止する間、コイル３の前方の電極６によって発生しうる電界の不連続性を減少させるために用いられる。
【００４１】
図３ａおよび図３ｂは、電極６のホールパターンの２つの実施可能な形態を示している。しかしながら、当業者は、プラズマアプリケータの機能を変更することなく、ホールパターンの多数の変形例が実施可能であることを理解するであろう。これらの図面では、符号６０は、電極６を形成する金属トラック部内のホールを示している。
【００４２】
プラズマアプリケータ１は、ファイリングブロック７、ウィンドウ８、１つ又はいくつかの通気管、電子部品１０および偏極手段を適宜備えてもよい。
【００４３】
ファイリングブロック７は、支持部材２の前面Ｓ１に対向するように設けられており、強磁性誘導結合プラズマ供給源の強磁性コア４の外面に適合するように形成されている。さらに、ファイリングブロック７は、強磁性コアからの熱を伝導するように構成されている。この場合、強磁性コア４を支持部材２に堅く接続する手段が、コアからファイリングブロック７に熱を伝導するように構成されてもよい。プラズマアプリケータ１の稼動中にプラズマアプリケータ１で発生する熱を放出するために、ファイリングブロック７は、「ＣＳ」で示される冷却システム１０５に接続されてもよい。これにより、強磁性コア４の温度を、プラズマアプリケータ１の稼動中、低く抑えることができるので、強磁性コア４の損傷を防止することができる。例えば、シャフト５ａは、銅（Ｃｕ）で形成され、強磁性コア４とファイリングブロック７との両方に熱が良好に伝わるように結合されてもよい。
【００４４】
ウィンドウ８は、電界および磁界を通すものである。ウィンドウ８は、支持部材２の前面Ｓ１に平行に設けられており、この前面よりも真空容器１００の内部空間に近接している。このようなウィンドウは、例えば、シリカ、石英（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、またはプラズマに影響を与えないその他の材料で形成されており、支持部材２をプラズマから保護する。
【００４５】
通気管は、支持部材２（図１ｄおよび図２ｂ）を貫通するように嵌め込まれており、真空容器１００内にガスを放出するように構成されている。ウィンドウ８が設けられている場合、通気管は、ウィンドウ８を通り抜けるように伸びてもよい。図１ｄでは、通気管９は、強磁性誘導結合プラズマ供給源の各々の横側に位置している。また可能であれば、通気管９を強磁性コア４のスルーホール内に設けて、支持部材２を貫通するように伸ばしてもよい。図２ｂは、そのような構成を示しており、図２ｂでは、通気管９はシャフト５ａの内部に位置している。
【００４６】
電子部品１０は、支持部材２に設けられており、給電部品、配電部品、インピーダンス調整部品、動作制御部品、加熱部品、プローブおよび測定部品などである。
【００４７】
偏極手段も、支持部材２に設けられており、コイル３の端子と電極６との電位差を制御している。
【００４８】
当業者は、これらのオプション部材は、プラズマアプリケータ１ではなく、真空容器１００内で実施してもよいと理解するであろう。例えば、本発明の実施形態である図３では、通気管１５０がプラズマアプリケータ１とは別個に設けられており、真空容器１００の側壁１０２の１つを貫通している。また、ウィンドウ８が設けられている場合、ウィンドウ８全体が連続的であってもよい。
【００４９】
本発明の望ましい実施形態では、プラズマアプリケータ１は、電気回路のための既存の技術を用いて製造される。具体的には、支持部材２およびこれに設けられる金属トラック部は、プリント回路基板（ＰＣＢ）アセンブリ、厚膜技術アセンブリ、または同時焼成セラミックス技術アセンブリを形成してもよい。これらの技術は周知であるため、ここでは説明しない。これらの技術のいずれかを使用すると、経験および現在利用できる全ての改良を実施するのに有利である。具体的には、支持部材２を、コイル３、電極６およびアプリケータ１の他の部材に電気的に接続するためのコストを大幅に減らすことができる。さらに、特にプリント回路基板技術によって、複数の強磁性誘導結合プラズマ供給源を同一の共通支持部材に配置することができる。これにより、後述するように、プラズマ供給源を、互いに近接した共通の支持部材上に並べることができる。
【００５０】
具体的には、そのような電気回路技術の使用は、支持部材２を、互いに積み重ねられた複数の電気的に絶縁された基板ユニットから構成するために適している。各基板ユニットは、ほぼ平板形状を有しており、少なくとも１つの面が、支持部材２全体の前面Ｓ１と裏面Ｓ２との中間に位置している。これらの中間面の少なくともいくつかは、面Ｓ１およびＳ２に平行であり、電気的接続および部材を構成する金属トラック部を有している。支持部材２をこのように構成することにより、分離された基板ユニット面であって、各々が強磁性コア４の磁束を取り囲む基板ユニット面に配置された複数の渦巻形状の金属トラック部によって、コイル３を形成することができる。さらに、これらの渦巻形状の金属トラック部は、中間基板ユニットを貫通する導電ビアに直列接続されている場合、さらに強い磁界をプラズマ空間Ｖ内に発生させることができる。支持部材２を構成する全ての基板ユニットは、中間面に互いに接着されてもよい。
【００５１】
また、複数の基板で構成される支持部材２を用いることにより、特に、前述した凹部Ｒ１およびＲ２を容易に形成することができる。実際、基板ユニットを互いに接続した後、プラズマアプリケータ１の前面Ｓ１および／または裏面Ｓ２に近接して配置される基板ユニットの対応する部分を切除することによって、これらの凹部を形成してもよい。
【００５２】
図４ａは、上記の複数の基板で構成される支持部材を用いた強磁性誘導結合プラズマ供給源を示している。例えば、支持部材２は、２Ａ〜２Ｇで示される７つの基板ユニットを備えている。下部の留め部材５ｂのための凹部Ｒ１は、基板ユニット２Ａにホールを形成することにより設けられ、凹部Ｒ１は、基板ユニット２Ｂの対応するホールよりも大きい。基板ユニット２Ｂの対応するホールのサイズは、シャフト５ａの直径に対応している。凹部Ｒ２は、基板ユニット２Ｃ〜２Ｇのそれぞれにホールを形成することにより設けられる。基板ユニット２Ｃ〜２Ｇの各ホールは、強磁性コア４の端面Ｅ１およびＥ２の断面形状に対応している。複数の基板で構成される支持部材２は、隣接する基板ユニットの対のための平坦な中間面をさらに備えており、当該隣接する基板ユニットは、面Ｓ１およびＳ２の間で、面Ｓ１およびＳ２に平行に配置されている。そして、１つ又は複数の渦巻形状のコイル回転体は、これらの中間基板のそれぞれに設けられてもよい。例えば、コイル回転体３Ｂａ、３Ｂｂ、・・・３Ｂｎは、基板ユニット２Ｂおよび２Ｃの間の面に設けられる。コイル回転体３Ｂａ、３Ｂｂ、・・・３Ｂｎは、基板ユニット２Ｂの上面に設けられてもよく、基板ユニット２Ｂおよび２Ｃを互いに接続する接着層に埋め込まれてもよい。同様のコイル回転体が、基板ユニット２Ｃ〜２Ｆの上面に設けられてもよい（例えば、基板ユニット２Ｆの上面に設けられた３Ｆａ、３Ｆｂ、・・・３Ｆｎで示されるコイル回転体）。全ての中間面に設けられる回転体は、基板ユニットを貫通するビア（図示せず）によって電気的に直列接続される。さらに、コイル回転体および接続ビアは、全てのコイル回転体に流れる電流が、ある回転方向で端面Ｅ１を回転するように設計してもよい。そのため、コイル３は、支持部材２の複数の面において、１又は複数の回転を有する円柱形状である。支持部材２の面におけるコイル回転体は、端面Ｅ１、Ｅ２とコア４のつなぎ部分との間に設けられた空間部分において最大密度となることが望ましい。
【００５３】
図４ｂは、強磁性誘導結合プラズマ供給源の他の形態を示している。当該強磁性誘導結合プラズマ供給源は、強磁性コアの端面の１つが２つの部分からなる場合に好適である。例えば、この図において、支持部材２の１つの面に対応する端面Ｅ２は、２つの部分に分かれており、当該２つの部分は、端面Ｅ１の右側および左側にそれぞれ位置している。コイル３は、支持部材２の上記面に、端面Ｅ１を取り囲む１つ又は複数の回転体３ａ、３ｂを備えてもよい。また、コイル３は、端面Ｅ２の一方、または端面Ｅ２のそれぞれを取り囲む回転体３ｙ、３ｚをさらに備えてもよい。そして、図４ｂの矢印に示すように、端面Ｅ１の周囲を流れる第１の電流が、端面Ｅ２の各部分の周囲を流れる第２の電流と逆方向に流れるように、全てのコイル回転体が接続される必要がある。当業者であれば、図４ａおよび図４ｂに示される各構成を互いに組み合わせることができることを理解するであろう。
【００５４】
各基板ユニットは、電気回路技術を用いて製造される。例えば、各基板ユニットは、プリント回路基板技術のための樹脂基材に埋め込まれた、織られたガラスファイバまたはメイトファイバで形成してもよい。他の技術を用いる場合、少なくとも１つの電気絶縁層に覆われた基板ユニットは、ガラスプレート、セラミックプレートまたは金属プレートであってもよい。コイル３および電極６は、上述の全ての技術のいずれかの工程を用いて、いくつかの基板ユニット上に形成された金属トラック部である。
【００５５】
また、このような電気回路技術を用いると、離間した支持部材２の面に配置された金属トラック部同士を接続するための導電ビアを設けるために特に有利である。図示の関係上、図２ａ〜図２ｂにおける符号１１ａおよび１１ｂは、金属トラック部およびビアを示している。特に、プラズマアプリケータの内部に電子部品１０を追加的に設けてもよい。実際、そのような部品１０は、支持部材２に容易に固定することができ、プラズマアプリケータ１の他の部品に容易に電気的に接続することができる。
【００５６】
プラズマアプリケータ１に設けられた真空容器１００は、上述のように、表面処理装置を構成しており、真空容器１００には、コイル３の強磁性誘導結合プラズマ供給源に電流を供給するための電源が接続されている。これにより、電源から供給された電流は、強磁性コア４およびプラズマ空間Ｖに広がる磁界を発生する。
【００５７】
図５ａは、上記の表面処理装置の主な電子部品のみを示している。コイル３の２つの端子３１および３２は、第１の電源ユニット３０１の２つの外部端子にそれぞれ接続されている。そのため、支持部材２は、コイル３の中央の端子３１から支持部材の側端に延びる金属トラック部３ａをさらに備えてもよい。この金属トラック部３ａは、コイル３または電極６が設けられている面以外であれば、支持部材２のどの面に設けてもよい。あるいは、支持部材２の外側のストラップを用いて、コイル３の端子３１を接続してもよい。電源ユニット３０１は、交流型であり、５０ｋＨｚ（キロヘルツ）から３０ＭＨｚ（メガヘルツ）の周波数範囲で動作することが可能である。電源３０１は、例えば約４００ｋＨｚの低いＲＦ周波数で動作することが望ましい。
【００５８】
プラズマアプリケータ１の電極６とプラズマアプリケータ１の外部の電極１１１との間の電圧を発生させるために、第２の電源ユニット３０２を用いてもよい。電源ユニット３０１および３０２は、どちらも同一の周波数で動作してもよい。あるいは、電源ユニット３０１が交流型であり、電源ユニット３０２が直流型であってもよい。強磁性誘導結合プラズマ供給源１および電極６が、空間Ｖにプラズマを供給するために効率的に協働するように、電源ユニット３０１および３０２は選択される。場合によっては、電極６とコイル３の端子３１および３２のいずれかとを接続するための電気的接続手段３０３を設けてもよい。プラズマのパラメータを調整するために、電気的接続手段３０３の導通または非導通が選択される。
【００５９】
他の接続形態を示す図５ｂでは、電源ユニットが１つだけ用いられている。そのため、電源ユニット３０１によって供給された電流を、コイル３と電極６および１１１によって構成されるコンデンサとの間に分配するために、および／または、電極６および１１１に供給される電流の、コイル３に供給される電流に対する位相シフトを調整するために、電力分割器３０４が用いられる。
【００６０】
本発明の望ましい実施形態では、誘導プラズマアプリケータ１は、強磁性誘導結合プラズマ供給源を複数備えてもよく、それらの強磁性誘導結合プラズマ供給源は、支持部材２の面に互いに平行に並置されている。このようなマルチソースのプラズマアプリケータは、図１ａ〜図１ｄに既に示されている。支持部材２は、全ての強磁性誘導結合プラズマ供給源に共通であり、全ての強磁性コア４が支持部材２に取り付けられている。また、全てのコイル３が、共通の支持部材２の同一面に設けられることが望ましい。これにより、それらのコイル３を同一の製造工程で製造することができる。
【００６１】
少なくとも２つの強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイル３は、直列接続、並列接続、または直列接続と並列接続とを組み合わせた接続形態で電気的に接続されてもよい。図６ａは、電力アダプタ３０５を用いた、そのような接続形態を示す回路図である。そして、プラズマアプリケータ１は、少なくとも２つの強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイルを直列接続するための第１の金属トラック部をさらに備えている。さらに一般的な方法では、全てのコイル３が別々のグループに分割されてもよい。これらのグループは、クラスタと称され、図６ａにおいて、符号３０で示される。これにより、同一のクラスタに属するコイルは、直列接続の形態で電力が供給される。さらに、並列接続された電源ユニット３０１によって分割された電流を、異なるコイルクラスタに供給してもよい。異なるクラスタおよび異なるコイル３に供給された全ての電流は、電力アダプタ３０５を適切に用いることにより調整される。そのような部品をプラズマアプリケータ１の外部に設けてもよいが、支持部材２および金属部の改善された現行の製造技術を用いることにより、そのような部品を共通の支持部材２上に設けることが望ましい。
【００６２】
マルチソースのプラズマアプリケータ１は、第２の金属トラック部をさらに備えてもよい。第２の金属トラック部は、ホールパターンを有する複数の電極６を互いに電気的に接続する。当該ホールパターンは、少なくとも２つの強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイル３の中心に位置する。このように接続された電極６は、電極１１１に対して等しい電位を有する。可能であれば、全ての強磁性誘導結合プラズマ供給源の電極６をグループに分割してもよい。同一グループに属する電極は、互いに接続され、異なるグループに属する電極には、異なる値の電圧が供給される。このように電極を分割することにより、例えば、アプリケータの周辺効果を補償するように、各電極グループの分極電圧を調整することができる。この方法により、良好な表面処理を行う均一なプラズマ領域を大きくすることができる。当該プラズマ領域は、可能であれば、１ｍ２（平方メートル）より大きく、さらに可能であれば５ｍ２より大きくすることができる。
【００６３】
複数の強磁性誘導結合プラズマ供給源に接続されている全ての電極は、共通の支持部材２の同一面上に設けられることが望ましい。少なくとも２つの異なる強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイル３の中心に位置するホールパターンを有する電極６は、１つの共通の金属トラック部を備えてもよい。そして、マルチソースのプラズマアプリケータは、１または少数の大面積の電極６を備えており、各電極６は、真上に設けられたコイル３の中心に位置するホールパターンを有している。あるいは、少なくとも２つの異なる強磁性誘導結合プラズマ供給源のコイル３の中心に位置するホールパターンを有する電極６は、図６ｂの回路図に示すように、並列接続されてもよい。そして、アダプタ３０５は、電極に供給される電圧を調整するために、各電極６に接続されてもよい。
【００６４】
マルチソースのプラズマアプリケータでは、強磁性誘導結合プラズマ供給源１を並置して、真空容器の壁１０１に平行に配置されたプラズマ供給源アレイを構成してもよい。具体的には、そのようなアレイは、１×１ｃｍ２〜１５×１５ｃｍ２の２次元ピッチを有する。本発明は、多くの容器の設計および応答に適したモジュール設計を有する、低コストで大面積のプラズマ供給源を提供するために特に適していると理解されるであろう。そのような設計では、プラズマアプリケータの処理の均一性は、プラズマ供給源の個々のサイズと関係がある。プラズマアプリケータを製造するために、平坦な基板に電気回路を設けるために発展した技術の使用は、多数の供給源を有するマルチソースのアプリケータに特に適している。しかしながら、基板ユニットを製造するために用いられる製造装置のサイズは、基板ユニットのサイズによって制限されるかもしれない。そのような制限のために、特に大面積の表面処理装置では、支持部材を、共通の面に平行に配置された別々の部分に分割してもよい。それらの全てを組み合わせることにより、大面積のマルチソースのプラズマアプリケータを構成することができる。
【００６５】
図７ａ〜図７ｃは、共通の支持部材２の平面にプラズマ供給源を個別に配置した、３つの実施形態を示している。これらの図は、全てのコイル３および強磁性コア４が設けられた支持部材２の面の平面図である。供給源の配置は、直線状（図７ａ）、マトリクス状（図７ｂ）および蜂巣状（図７ｃ）等である。図８ａ、図８ｂおよび図８は、電極６が設けられた支持部材２の面の平面図である。図８ａ、図８ｂおよび図８ｃは、電極６の実施可能な配置を示しており、それぞれ図７ａ、図７ｂおよび図７ｃの配置に対応している。符号６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、異なる電極グループを示している。そして、電極グループ６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各々は、図６ｂの回路図における電極６に置き換えてもよい。
【００６６】
支持部材２に設けられる通気管９の使用は、マルチソースのプラズマアプリケータに特に適している。プラズマアプリケータ１の前面Ｓ１における互いに離間した位置にガスを放出するために、複数の通気管を配置してもよい。これにより、通気管によって放出されるガス量の適切なバランスが得られる。１つの通気管から放出されるガス量を調整するために、あらゆる手段を用いることができる。図１ｄは、マルチソースのプラズマアプリケータの一実施形態を示している。この実施形態では、真空容器１００は、プラズマアプリケータ１の背面にガス膨張空間Ｚを備えており、ガス膨張空間Ｚには、第１の通気管１５０が設けられている。このようなガス膨張空間Ｚは、全ての通気管９を介して同量のガスをプラズマ空間Ｖに放出することができる。可能であれば、基板の処理の均一性を向上させるために、通気管９を個別に調整してもよい。
【００６７】
上述したプラズマアプリケータの実施形態では、多くの変更が可能であることを理解すべきである。少なくとも本発明の利点を維持するのであれば、サイズまたは形状を変更してもよい。また、プラズマアプリケータと電源ユニットとの電気的な接続形態も、変更可能である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
0005647218.tif 000004
【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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