(57)【要約】【課題】アークプラズマを用いた真空アーク放電成膜装置において、アークプラズマにより発生する中性および電荷をもったパーティクルを除去することを目的とする。【解決手段】真空アーク放電成膜装置において、成膜粒子を輸送する１つ以上の曲がり部を有する電磁場輸送ダクトの曲がり部の途中に、前記ダクトと絶縁された状態で中空のオリフィスを有する構造体を設置し、さらに電圧を印加することにより、中性および電荷をもったパーティクルを除去する。【選択図】図２
2014040624.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空アーク放電によりアーク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連続して接続され、前記プラズマを輸送するための１つ以上の曲がり部を有する電磁場ダクトと、前記電磁場ダクトに接続され、被処理基板を保持するステージを有する処理室とを備えたプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生部、前記電磁場ダクト、前記処理室の内部が真空に保持され、前記電磁場ダクトの内部で、かつ、前記曲がり部の途中に、同心円状の中空部を持つオリフィスを有する第１の構造体が配置されており、
前記第１の構造体は、前記電磁場ダクトに対して電気的に絶縁された状態で設置されており、直流電圧源または高周波電圧源による電圧が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の構造体は、前記プラズマ発生部のアークプラズマ流入面から３５度〜４５度の範囲の角度に傾けて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１の構造体のオリフィスの開口直径が２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
真空アーク放電によりアーク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連続して接続され、前記プラズマを輸送するための１つ以上の曲がり部を有する電磁場ダクトと、前記電磁場ダクトに接続され、被処理基板を保持するステージを有する処理室とを備えたプラズマ処理装置において、
前記プラズマ発生部、前記電磁場ダクト、前記処理室の内部が真空に保持され、前記電磁場ダクトの内部でかつ前記曲がり部の途中に、同心円状の中空部を持つオリフィスを有する第１の構造体と、
前記第１の構造体とは別に、同心円状の中空部を持つオリフィスを有する第２の構造体と、を有しており、
前記第２の構造体は、前記電磁場ダクトに対して電気的に絶縁された状態で設置されており、直流電圧源または高周波電圧源による電圧が印加されることを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関連し、特に真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空アーク放電を応用した薄膜形成技術の実用化が進んでいる。例えば、耐酸化性、耐摩耗性に優れた保護膜を微細に成膜する成膜装置が実用化されている。真空アーク放電では、材料となるターゲットを陰極（カソード）とし、接地電位にした電極を接触させたり、電子ビームのような高エネルギー源による陰極へのエネルギー付与により、数ボルト、数十アンペア程度のアーク放電状態を作り出し、アークプラズマを発生させる。
【０００３】
アークプラズマにより、陰極材料が電子とイオンのプラズマ状態に相変化する。発生したイオンは陰極に引き寄せられ陰極に衝突する。これにより、陰極材料からさらにイオンと電子を発生させ、プラズマ状態を持続することとなる。
【０００４】
これらの過程により発生した成膜粒子となるイオンと電子を、プラズマビームの形で輸送用のダクトに導き輸送する。さらにプラズマビームを偏向させ基板上を走査するための走査用ダクトを用いて、効率よく真空成膜処理室に導く。結果、真空成膜処理室内の、例えばステージに設置された成膜対象物（例えば基板）を均一に成膜することができる。
【０００５】
また、成膜対象物に対して、外部の電源から前記真空成膜処理室に対して絶縁された状態で電圧を供給し、成膜対象物を成膜し、成膜される膜の性質を制御することが行われている。
【０００６】
しかし、上記真空アーク放電では、アーク放電によるプラズマを発生させる際に、成膜対象物に悪影響を及ぼすダストとなるパーティクルが発生することが知られている。
【０００７】
発生するパーティクルが成膜対象物に付着すると、異物となって堆積するため、薄膜形成後に欠陥となり、大きな問題となる。発生するパーティクルの特徴としては、電荷をもたない中性粒子または、電荷をもった荷電粒子であることが知られている（非特許文献１、非特許文献２）。また、電荷をもった荷電粒子のパーティクルは負の電荷を持ちやすいことが知られている。
【０００８】
このような問題に対して、前記プラズマビームを輸送するために使用する前記ダクトの途中部に中性粒子パーティクルの進行経路を阻害するための制限板を設け、特殊なダクト形状と併せて成膜対象物に到達する中性粒子パーティクルの量を減らし、成膜対象物の汚染を防ぐ方法が知られている（例えば特許文献１）。
【０００９】
また、電荷を帯びたパーティクルに対しては、前記ダクトと成膜対象物の間に、同心円筒状の電極を配置し、１０Ｖ〜９０Ｖの直流電圧または高周波電源の直流電圧成分を作用させて、前記荷電粒子パーティクルの成膜対象物へ到達する量を減らし、汚染を防ぐ方法が知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２１６５７５号公報
【特許文献２】特許第３８６０９５４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記のような従来技術を使う場合、例えば特許文献１の事例では、中性粒子パーティクルを除去することは可能であるが、負の電荷をもつ荷電粒子パーティクルに対しては、除去効果を得ることが難しいことが推測できる。
【００１２】
輸送に用いる前記ダクトには電場、及び磁場が印加されるため、荷電粒子パーティクルがダクト内部を通過する際は、これらの影響を受けることが容易に予想できる。従って、前記輸送ダクト内での中性粒子の運動と荷電粒子の運動は、全く別種のものになり、中性粒子を除去するための構成では、荷電粒子を効率良く除去することができない。
【００１３】
また、例えば特許文献２の事例では、荷電粒子パーティクルは除去することが可能である。しかし、中性粒子は荷電粒子パーティクル除去のために配置された、同心円筒構造体に印加される電圧からの作用を受けないため、直接成膜対象物へ到達する可能性が高い。
【００１４】
さらに、成膜対象物へ電圧を印加しながら成膜される膜の性質を制御する場合、前記同心円筒構造体に印加された電圧による電界と、前記成膜対象へ印加された電圧による電界が相互作用を起こし、制御された成膜工程を実現できなくなる。
【００１５】
加えて、例えば特許文献１、２においては、前記輸送ダクトの形状を複雑に工夫したり、本来真空アーク放電には具備されない構造物を装置内に組み込む必要があるため、実現する装置構成が複雑かつ大型化することが問題となる。
【００１６】
従って、中性粒子及び荷電粒子パーティクルを同時または別々に除去することを、簡易で小型の装置で実現することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のプラズマ処理装置は、真空アーク放電によりアーク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連続して接続され、前記プラズマを輸送するための１つ以上の曲がり部を有する電磁場ダクトと、前記電磁場ダクトに接続され、被処理基板を保持するステージを有する処理室を備え、かつ、前記プラズマ発生部、前記電磁場ダクト、前記処理室内部が真空に保持され、前記電磁場ダクトの内部でかつ曲がり部の途中に、同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を有し、前記電磁場ダクトに対して絶縁された状態で設置され、直流電圧源または高周波電圧源による電圧を印加可能な状態にした構造体を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様のプラズマ処理装置によれば、単純な輸送ダクトの曲がり構造における曲がりの効果と輸送ダクトの途中の曲がり部に、同心円状の中空部を有する構造体のオリフィスの開口部により、アークプラズマにより発生した中性粒子パーティクルを効率よく除去できる。また、同心円状の中空部を有し、直流電圧源または高周波電圧源により印加された電圧の直流成分により発生する電界により、負の電荷をもつパーティクルを効率よく除去することができる。曲がり構造が単純であり、輸送ダクト内部の途中に前記構造体を配置することで、装置構成を単純なままに、効率よく中性および荷電粒子パーティクルを除去することが可能である。
【００１９】
また、本発明の第２の態様のプラズマ処理装置によれば、輸送ダクトの途中の曲がり部に同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を前記プラズマビーム発生面に対して、３５度〜４５度の角度に取り付けることにより効率よく中性粒子パーティクルを除去することが可能になる。
【００２０】
また、本発明の第３の態様のプラズマ処理装置によれば、前記オリフィスの開口部直径を２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下にした場合には、装置構造を単純化した状態で効率よく中性パーティクルを除去することが可能である。
【００２１】
また、本発明の第４の態様のプラズマ処理装置によれば、輸送ダクトの途中の曲がり部に同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を２つ以上設ける。２つ以上設ける場合、その内の１つの構造体を、輸送ダクトおよび別構造体と絶縁された状態で、前記輸送ダクトの入り口または出口付近に配置する。直流電圧源または高周波電圧源により電圧を印加状態にする。荷電粒子パーティクルに対する除去作用は、前記輸送ダクトの入り口または出口に配置することで最大となる。輸送ダクトの構造体の前記輸送ダクトに対する配置角度と、印加された前記電圧の直流成分により発生する電界により、中性パーティクル及び電荷粒子パーティクルを効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示した輸送ダクトの形状に関する断面図である。
【図３】本発明における同心円状中区部を有する構造体の模式図である。
【図４（ａ）】本発明の第２の実施の形態の内、電荷を持つパーティクルを除去する機構を輸送ダクト出口側に配置した、輸送ダクトの形状に関する断面図である。
【図４（ｂ）】本発明の第２の実施の形態の内、電荷を持つパーティクルを除去する機構を輸送ダクト入口側に配置した、輸送ダクトの形状に関する断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。
【図６】本発明における、中性パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャート図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィス開口直径に対して評価した結果の図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度に対して評価した結果の図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態に対応する、荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。
【図１０】本発明における、電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャート図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に対応する、電荷粒子パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度及び印加電圧に対して評価した結果の図である。
【図１２（ａ）】本発明の第２の実施の形態（図４（ａ））に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。
【図１２（ｂ）】本発明の第２の実施の形態（図４（ｂ））に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィス開口直径に対して評価した結果の図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度に対して評価した結果の図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に対応する、荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。
【図１６】本発明第２の実施の形態に対応する、電荷粒子パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度及び印加電圧に対して評価した結果の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の成膜原理について説明する。
【００２４】
図１に真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置に関する概念図を示す。真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置では、アーク放電用チャンバー６の内部に、ターゲット２を配置し、カソード用電源１を接続して陰極とする。また、アーク放電着火源２４にアノード構成回路２３を接続し陽極とする。ターゲット２及び、それ以外を接地電位とする。
【００２５】
ターゲット２とアーク放電着火源２４を接触させることにより、絶縁破壊が発生し、アーク放電に至りアークプラズマ３が発生する。アークプラズマ３でイオン化したターゲット２は、陰極に印加された電圧による電界で引き寄せられ、陰極材料であるターゲット２をスパッタする。アークプラズマ３を維持し、アークプラズマ３による熱でさらにターゲット２がイオン化する。
【００２６】
一方で、輸送ダクト（電磁場ダクト）７のダクト構造体に輸送ダクトバイアス電源２２を接続し電圧を印加する。また輸送ダクト７の周囲に配置された電磁コイル９に電磁コイル用電源８を接続し電流を流すことで、輸送ダクト７内部に輸送ダクト７の長さ方向に平行な磁場を発生させる。
【００２７】
アークプラズマ３の電子４はこの磁場に沿って抽出される。それに伴い、発生したイオン５も輸送ダクト７の内部を輸送され、プラズマビーム１３として進行する。輸送ダクト７に連続する形でプラズマビーム１３を走査するためのプラズマビーム走査ダクト１５が取り付けられる。
【００２８】
さらに、プラズマビーム走査ダクト１５の周囲にプラズマビーム走査コイル１４が配置される。プラズマビーム走査コイル１４には、プラズマビーム１３を走査するためにプラズマ走査コイル１４に走査コイル動作電源２１が配置される。
【００２９】
プラズマビーム走査ダクト１５に連続して、真空排気ポンプ１７を有する成膜処理室１９が接続される。アーク放電チャンバー６、輸送ダクト７、プラズマビーム走査ダクト１５、成膜処理室１９は、真空排気ポンプ１７により所定の圧力に減圧される。
【００３０】
成膜処理室１９の内部には、ステージ１８が具備され、成膜対象物（被処理基板）１６を保持する。輸送ダクト７及び、プラズマビーム走査ダクト１５により輸送されたプラズマビーム１３中のイオン５を照射することにより、成膜対象物１６を成膜することができる。
【００３１】
成膜対象物１６は成膜処理室１９およびステージ１８と絶縁された状態で設置され、かつ、成膜対象物バイアス電源２０により、電圧を印加できるようにする場合がある。
【００３２】
輸送ダクト７の内部には、通常、数ミリの突起または、繊維状の複雑な表面形状を有する円筒状の防着板１２を内面に沿うように取り付ける。同時にアークプラズマ３によりスパッタリングを受けたターゲットから中性パーティクル１０、または電荷を帯びたパーティクル１１が発生する。中性パーティクル１０は装置内部の壁面で反射しながら装置内部をランダムに飛翔する。電荷を帯びたパーティクル１１は、装置内部に発生している電場
及び磁場の影響を受け装置内部を飛翔する。
【００３３】
［第１の実施の形態］
図２に本発明の第１の実施の形態に関する、真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。なお、以降の図において、図２と同じ符号は、図２と同じ内容を表す。
【００３４】
輸送ダクト（電磁場ダクト）７は、１つ以上の曲がり部を有し、その内部でかつ曲がり部の途中に、図３で示す同心円状の中空部３１を持つオリフィスの板を有する構造体２５を配置する。
【００３５】
この構造体２５は、前記輸送ダクト７に対して、絶縁状態に設置している。この構造体２５の材質は、金属または絶縁材で構成される。構造体の材質が金属の場合、輸送ダクト７との絶縁には絶縁性のある物質からなる絶縁構造体２６を介して前記輸送ダクト７と接続される。
【００３６】
前記構造体２５には直流電圧源２７または高周波電圧源２８を接続できる構成をとる。前記構造体２５が金属の場合には直流電圧源２７を使用し、絶縁材の場合は高周波電圧源２８を使用する。
【００３７】
アークプラズマ（プラズマ発生部）３により発生した中性パーティクル１０は、前記輸送ダクト７の曲がり形状および内部の防着板１２の効果により、一部それらに捕集される。残りの大部分の前記中性パーティクル１０は輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に配置された、同心円状の中空部を持つオリフィスの構造体２５に捕集される。
【００３８】
曲がり形状による前記中性パーティクル１０の衝突・反射に対し、その進路を妨害するように前記構造体２５を配置することで、効率よく前記中性パーティクル１０を除去することができる。
【００３９】
前記アークプラズマ３から前記電子４および前記イオン５が前記プラズマビーム１３状に取出される面を基準面（アークプラズマ流入面）３０として、前記構造体２５は前記基準面３０に対して任意の取付角度２９に取り付けることができる。前記中性パーティクル１０の除去効果が最も高いのは、取付角度２９が３５度〜４５度の範囲に設置した場合である。
【００４０】
また、電荷を持つ前記電荷を帯びた荷電粒子パーティクル１１は、前記構造体２５に前記直流電圧源２７または前記高周波電圧源２８から印加される電圧の直流成分によって生じる電界により、飛翔経路を偏向される。前記構造体２５に１００Ｖ以上の電圧を印加することにより、電荷を帯びた荷電粒子パーティクル１１を効率よく除去できる。
【００４１】
検証を行った結果について以下に示す。
【実施例１】
【００４２】
図５に中性パーティクル１０の挙動をシミュレーションした輸送ダクト７の計算モデルを示す。図５に示す計算モデルは、図２で示した中性パーティクルの挙動シミュレーション用に簡易に構成したものである。シミュレーションでは、前記中性パーティクル１０の発生場所３７、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４０を用意した。
【００４３】
前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する前記構造体２５に相当するオリフィス付き構造体３９を配置した。前記輸送ダクト７の輸送ダクト構造体壁面３８には一定の吸着率を設定し、オリフィス付き構造体３９および輸送ダクト構造体壁面３８の部分に対応した吸着率を設定し、値を変えて計算を行った。
【００４４】
図６に中性パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャートを示す。輸送ダクトの内部が真空であることから、希薄気体解析を用いて計算を行った。シミュレーションは、ペガサスソフトウエア株式会社のＲＧＳ３Ｄを使用した。シミュレーションの内部変数を一様乱数を使って初期化後、前記中性パーティクル１０の発生場所３７に、ランダムな速度分布をもつ前記中性パーティクル１０に相当する粒子を、一様乱数を使ってランダムに配置し、時間の経過とともにその位置を追跡した。
【００４５】
各前記中性パーティクル１０は希薄気体理論に基づく運動を仮想的に行った。前記輸送ダクト構造体壁面３８及び前記オリフィス付き構造体３９に到達した前記中性パーティクル１０は、各部に設定された吸着率に従って、確率的に吸着された。各前記中性パーティクル１０の位置を追跡した結果、前記粒子到達評価面４０に到達した、前記中性パーティクル１０の数を集計した。計算対象となる数すべての粒子について計算が終了した時点で、シミュレーションを終了し評価を行った。前記中性パーティクル発生場所３７に配置した粒子数により、前記粒子到達評価面４０に到達した数を除することで算出される割合を、粒子到達率と定義し、評価した。このシミュレーションを前記オリフィス付き構造体３９のオリフィス開口直径とオリフィス取付角度を変数として計算を行った。
【００４６】
図７に中性パーティクルの到達率をオリフィスの開口に対して評価した結果を示す。結果は、前記オリフィス付き構造体３８の、図２に示した前記取付角度２９を前記基準面３０から４５度とした時の結果である。
【００４７】
図は、横軸にオリフィスの開口直径を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図中の点４３は、実際のシミュレーション結果を示し、実線４２は近似曲線を示している。図中の近似式４４における変数ｘは、オリフィス加工直径に相当し、値ｙは粒子到達率を示している。また、Ｅは指数表示を簡略表示した記号である。
【００４８】
近似式４４に示す通り、中性パーティクルの到達率はオリフィスの開口の二乗に比例して増加する。従って、オリフィス開口直径を小さくすることで、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。
【００４９】
図８に中性パーティクルの到達率を、オリフィスの取付角度に対して評価した結果を示す。結果はオリフィス付き構造体の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に図２に示したオリフィス付き構造体２５の基準面３０からの取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図から、粒子到達率は前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲で極小値をとることが分かる。従って、前記オリフィス付き構造体２５の前記基準面３０からの前記取付角度２９は３５度〜４５度の範囲で、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。
【００５０】
また、図８の結果を以って、図７を見た場合、粒子到達率０．０２５％以下であれば、前記中性パーティクル１０を効率よく除去できる。従って、オリフィス開口直径は６０ｍｍ以下に設定すればよいことが分かる。オリフィス開口直径の二乗に比例して、前記中性パーティクルの到達率は増加するため、オリフィス開口直径は６０ｍｍ以下でかつ、成膜に寄与する前記電子４またはイオン５が通過できる微少な穴が空いていればよい。ただし成膜レートを考慮すると、オリフィス開口直径は２０ｍｍ以上が好ましい。
【００５１】
図９に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルを示す。図２で示した図を荷電粒子パーティクル１１の挙動シミュレーション用に簡略化した構成で表現した。シミュレーションでは、荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４５を用意した。荷電粒子パーティクル１１は電界および磁場の影響を受けるため、電界及び磁場の解析空間を輸送ダクトの形状を包括する領域４４として用意した。
【００５２】
電界解析を行うために、輸送ダクトバイアス電源４６をモデル化した。さらに、前記オリフィス付き構造体２５を模したオリフィス付き構造体４７をモデル化し、直流電圧源５１または高周波電圧源５２を接続し電圧を印加できるようにした。また磁場解析のために電磁コイル４８と電磁コイルバイアス電源４９をモデル化した。
【００５３】
図１０に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャートを示す。計算する輸送ダクトの形状を設定した後、輸送ダクトの形状を包括する領域４４において、前記輸送ダクトバイアス電源４６及び前記オリフィス付き構造体４７に電圧を印加し、電界を発生させる条件を設定して電界解析を行った。
【００５４】
同じ形状に対して、前記輸送ダクトの電磁コイル４８に前記電磁コイルバイアス電源４９を介して電流を流し、磁場を発生させる条件を設定して磁場解析を行った。解析は、株式会社エルフの電磁界解析ソフトＥＬＦ−ｍａｇｉｃ／ＥＬＦＩＮを使用した。これら二つの解析から算出される、電界及び磁場の情報を使用し荷電粒子パーティクル１１の挙動をシミュレーションした。前記荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０に、前記アークプラズマ３で発生する荷電粒子相当エネルギーを正規乱数を用いてランダムに与えた仮想粒子を、一様乱数を用いてランダムな場所に配置した。
【００５５】
荷電粒子パーティクル１１の運動はローレンツの式により決定されると仮定する。ローレンツの式における電荷は、素電荷として扱い、負の極性を持つと仮定した。先に計算された、電界及び磁場の情報は、一定の格子上節点に存在する。
【００５６】
一方、計算対象の粒子は、格子に依存しない位置に毎時刻存在する。このため、粒子位置が移動するごとに、近傍８点の各格子節点からの位置と、電界、磁場の寄与を直線近似で計算した。直線近似で求めた電界、磁場の寄与をその点における電界、磁場とし、ローレンツの式を解いた。
【００５７】
このような環境下で、仮想の荷電粒子パーティクルの運動を一定時刻ごとに追跡を行い、前記輸送ダクト７の壁面、前記オリフィス付き構造体４７及び前記粒子到達評価面４５に到達した粒子はそこで追跡を終了した。
【００５８】
この行程を配置した全仮想電荷粒子パーティクルに対して行い、前記粒子到達評価面４５に到達した仮想電荷粒子パーティクルの総数を集計した。前記荷電粒子パーティクル１１発生場所５０に配置した粒子数により、粒子到達評価面に到達した数を除することで算出される割合を、粒子到達率と定義し、評価した。このシミュレーションを前記オリフィス付き構造体４７の前記取付角度２９と前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を変数として行った。
【００５９】
図１１に電荷粒子パーティクルの到達率を図９に示したオリフィス付き構造体４７の取付角度２９、及び印加電圧に対して評価した結果を示す。図は結果は前記オリフィス付き構造体４７の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に前記オリフィス付き構造体４７の前記基準面３０からの取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。各凡例は前記オリフィス付き構造体４７へ印加した電圧を示す。粒子到達率は前記基準面３０からの前記取付角度２９が４５度のとき、極大値をとる。
【００６０】
一方で、印加電圧が１００Ｖを超えると、各取付角度共に、粒子到達率が減少する。この理由は、ローレンツの式における、電界と磁場の関係が計算モデルの形状および幾何学的な大きさでは、１００Ｖを境に逆転するからである。
【００６１】
具体的には、電界の値を印加電圧と電極間距離で算出し、アンペールの法則から磁場の値を算出したのち、アーク放電により与えられる荷電粒子の初速度の外積を計算し比較すると、およそ１０３Ｖとなる。この値が電界と磁場の影響を逆転させる閾値となっている。
【００６２】
つまり、前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を増加させると、ローレンツの式における磁場の作用よりも電界の作用が顕著になり、荷電粒子パーティクルの軌道を偏向させる力となるためである。従って、前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を１００Ｖ以上とすることで、荷電粒子パーティクルを効率よく除去することが可能となる。
【００６３】
［第２の実施の形態］
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示した輸送ダクトの形状に関する断面図である。輸送ダクト７は、１つ以上の曲がり部を有し、その内部でかつ曲がり部の途中に、図３で示す同心円状の中空部３１を持つオリフィスの板を有する構造体（第１の構造体）３６を配置する。この構造体３６は、前記輸送ダクト７に対して、絶縁状態に設置している。この構造体３６の材質は、金属または絶縁材で構成される。
【００６４】
アークプラズマ３により発生した中性パーティクル１０は、前記輸送ダクト７の曲がり形状および内部の前記防着板１２の効果により一部それらに捕集される。残りの大部分の前記中性パーティクル１０は前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に配置された、同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する構造体３６に捕集される。
【００６５】
曲がり形状による前記中性パーティクル１０の衝突・反射に対し、その進路を妨害するように前記構造体３６を配置することで、効率よく前記中性パーティクル１０を除去することができる。
【００６６】
アークプラズマ３から電子４およびイオン５がプラズマビーム１２状に取出される面を基準面（アークプラズマ流入面）３０として、前記構造体３６は前記基準面３０に対して任意の取付角度２９に取り付けることができる。前記中性パーティクル１０の除去効果が最も高いのは、前記基準面３０に対して前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲に設置した場合である。
【００６７】
また、電荷を持つパーティクルの除去機構は、前記構造体３６とは別構造体として配置する。電荷を持つパーティクルを除去するための構造体は、前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体（第２の構造体）３２からなる。このオリフィス付き構造体３２は、前記輸送ダクト７および中性パーティクル１０を除去する前記構造体３６に対して、絶縁状態に設置している。
【００６８】
構造体の材質が金属の場合、輸送ダクトとの絶縁には絶縁性のある物質からなる絶縁構造体３３を介して前記輸送ダクト７と接続される。前記オリフィス付き構造体３２には直流電圧源３４または高周波電圧源３５を接続できる構成をとる。前記オリフィス付き構造体３２が金属の場合には直流電圧源３４を使用し、絶縁材の場合は高周波電圧源３５を使用する。電荷を持つパーティクルは直流電圧源３４または高周波電圧源３５に印加される電圧によって生じる電界により、飛翔経路を偏向される。
【００６９】
前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２は、前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中で、前記輸送ダクト７の入り口または出口近傍に設置することで効果を最大にすることができる。図４（ａ）は前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２を前記輸送ダクト７の出口側に配置した一例を示している。図４（ｂ）は前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２を前記輸送ダクト７の入り口側に配置した一例を示している。前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２に１００Ｖ以上の電圧を印加することにより、電荷を持つパーティクル効率よく除去できる。
【実施例２】
【００７０】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に前記中性パーティクル１０の挙動をシミュレーションした前記輸送ダクト７の計算モデルを示す。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す計算モデルは、図２で示した前記中性パーティクル１０の挙動シミュレーション用に簡易に構成したものである。図１２（ａ）は第２の実施の形態の代表図、図４（ａ）の形態に対応し、図１２（ｂ）は第２の実施の形態の代表図、図４（ｂ）に対応している。
【００７１】
シミュレーションでは、前記中性パーティクル１０の発生場所３７、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４０を用意した。前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する前記構造体３６に相当するオリフィス付き構造体５３を配置した。また、前記構造体３２に相当するオリフィス付き構造体５４を別に配置した。
【００７２】
図１２（ａ）では、前記パーティクル発生場所３７に対する前記構造体５４の角度を８０度の位置に設定して解析を行った。図１２（ｂ）では、前記パーティクル発生場所３７に対する前記構造体５４の角度を１０度の位置に設定して解析を行った。前記輸送ダクト７の輸送ダクト構造体壁面３８には一定の吸着率を設定し、オリフィス付き構造体５３および輸送ダクト構造体壁面３８の部分に対応した吸着率を設定し、値を変えて計算を行った。シミュレーションには、ペガサスソフトウエア株式会社のＲＧＳ３Ｄを用いた。シミュレーションは図６に示すフローチャートに従って行った。
【００７３】
図１３に中性パーティクルの到達率をオリフィスの開口に対して評価した結果を示す。結果は、図４（ａ）または４（ｂ）に示す前記オリフィス付き構造体３６の前記取付角度２９を前記基準面３０から４５度とした時の結果である。図は、横軸にオリフィスの開口直径を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図中の点５５、５６はそれぞれ、図４（ａ）の形態、図４（ｂ）の形態による実際のシミュレーション結果を示す。実線５７、５８は、シミュレーション結果５５、５６に対応する近似曲線を示している。
【００７４】
図中の近似式５９、６０における変数ｘは、オリフィス加工直径に相当し、値ｙは粒子到達率を示している。また、Ｅ指数表示を簡略表示した記号である。近似式５９、６０に示す通り、中性パーティクルの到達率はオリフィスの開口の二乗に比例して増加する。従って、オリフィス開口直径を小さくすることで、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。
【００７５】
図１４に中性パーティクル１０の到達率を、オリフィスの取付角度に対して評価した結果を示す。結果は前記オリフィス付き構造体３６の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図１４は、横軸に前記オリフィス付き構造体３６の前記基準面３０からの前記取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。また、図中のひし形の示すものは、図４（ａ）の形態について解析した結果である。また、丸形の示すものは、図４（ｂ）の形態について解析した結果である。
【００７６】
図１４から、実施例２において、前記中性パーティクル１０を除去する前記構造体３６と前記荷電粒子パーティクル１１を除去する前記構造３２を分離して構成しても、粒子到達率は前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲で極小値をとることが分かる。従って、前記オリフィス付き構造体３６の前記基準面３０からの前記取付角度２９は３５度〜４５度の範囲で、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。
【００７７】
図１５に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルを示す。図４（ａ）または図４（ｂ）で示した図を荷電粒子パーティクル１１の挙動シミュレーション用に簡略化した構成で表現した。シミュレーションでは、荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０、成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４５を用意した。荷電粒子パーティクル１１は電界および磁場の影響を受けるため、電界及び磁場の解析空間を輸送ダクトの形状を包括する領域４４として用意した。
【００７８】
電界解析を行うために、輸送ダクトバイアス電源４６をモデル化した。さらに、前記オリフィス付き構造体３６を模したオリフィス付き構造体６３をモデル化した。前記構造体６３は、前記パーティクル発生場所５０に対し４５度の角度で固定して取りつけた。構造体６３とは別に、前記オリフィス付き構造体３２を模したオリフィス付き構造体６４をモデル化した。
【００７９】
前記構造体６４は、前記パーティクル発生場所５０に対する取付け角度を任意に設定できる。前記構造体６４は直流電圧源５１または高周波電圧源５２を接続し電圧を印加できるようにした。また磁場解析のために電磁コイル４８と電磁コイルバイアス電源４９をモデル化した。
【００８０】
図１６に電荷粒子パーティクルの到達率を前記オリフィス付き構造体６４（図１５）の前記取付角度２９（図４（ａ）、（ｂ））及び印加電圧に対して評価した結果を示す。図は、前記オリフィス付き構造体６４の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に前記オリフィス付き構造体６４の前記基準面３０からの前記取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。各凡例は前記オリフィス付き構造体６４へ印加した電圧を示す。
【００８１】
図１６から、前記オリフィス付き構造体３２（図４（ａ）、（ｂ））を前記輸送ダクト７の内部でかつ途中の内、前記輸送ダクト７の入り口また出口付近に取り付けることで、荷電粒子パーティクル１１の粒子到達率が低くなることが分かる。一方で、印加電圧が１００Ｖを超えると、各取付角度共に、粒子到達率が減少する。
【００８２】
この理由は、ローレンツの式における、電界と磁場の関係が計算モデルの形状および幾何学的な大きさでは、１００Ｖを境に逆転するからである。具体的には、電界の値を印加電圧と電極間距離で算出し、アンペールの法則から磁場の値を算出したのち、アーク放電により与えられる速度の外積を計算し比較すると、およそ１０３Ｖとなる。この値が電界と磁場の影響を逆転させる閾値となる。
【００８３】
つまり、前記オリフィス付き構造体３２に印加する電圧を増加させると、ローレンツの式における磁場の作用に対し、電界の作用が顕著になり、荷電粒子パーティクルの軌道を偏向させる力となるためである。従って、前記オリフィス付き構造体３２（図４（ａ）、（ｂ））の配置を、前記輸送ダクト７の入り口または出口近傍に配置し、印加する電圧を１００Ｖ以上とすることで、荷電粒子パーティクルを効率よく除去することが可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
１  カソード用電源
２  ターゲット
３  アークプラズマ
４  電子
５  イオン
６  アーク放電チャンバー
７  輸送ダクト
８  電磁コイル用電源
９  電磁コイル
１０  パーティクル
１１  荷電粒子パーティクル
１２  防着板
１３  プラズマビーム
１４  プラズマビーム走査用コイル
１５  プラズマビーム走査ダクト
１６  成膜対象物
１７  真空排気ポンプ
１８  ステージ
１９  成膜処理室
２０  成膜対象物バイアス電源
２１  走査コイル動作電源
２２  輸送ダクトバイアス電源
２３  アノード構成回路
２４  アーク放電着火源
２５  オリフィス付き構造体
２６  絶縁物質
２７  直流電圧源
２８  高周波電圧源
２９  取付角度
３０  基準面
３１  中空部
３２  オリフィス付き構造体
３３  絶縁物質
３４  直流電圧源
３５  高周波電圧源
３６  オリフィス付き構造体
３７  中性粒子パーティクル発生場所
３８  輸送ダクト構造体壁面
３９  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
４０  粒子到達評価面
４１  近似曲線
４２  粒子到達率計算結果
４３  近似式
４４  輸送ダクトの形状を包括する領域
４５  粒子到達評価面
４６  輸送ダクトバイアス電源
４７  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
４８  電磁コイル
４９  電磁コイルバイアス電源
５０  荷電粒子パーティクルの発生場所
５１  直流電圧源
５２  高周波電圧源
５３  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
５４  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
５５  粒子到達計算結果
５６  粒子到達計算結果
５７  近似曲線
５８  近似曲線
５９  近似式
６０  近似式
６１  荷電粒子パーティクル粒子到達計算結果
６２  荷電粒子パーティクル粒子到達計算結果
６３  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
６４  シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２（ａ）】
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【図１２（ｂ）】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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