(57)【要約】　　　（修正有）【課題】低圧で低温高密度のプラズマ生成及び生成するプラズマの大きさと位置に関する時空間的・空間的制御性を維持しながらプラズマを生成する真空チャンバ部分の長手方向寸法を可及的に短くして軽量化及び軽装化を計ると共に、セラミックのような高価な壁材料を使用せずにコストを低減化できる磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】放電プラズマ処理装置においては、磁場発生手段は装置の軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石とその外側に筒形磁石と同軸に設けた定電流コイルとから成り、定電流コイルに流す電流値を変えることにより、筒形磁石と定電流コイルとによって形成される環状磁気中性線の径を任意に設定できるように構成される。また電場発生手段は、磁場発生手段によって真空チャンバ内に生成される磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えるように真空チャンバ内に配置される。【選択図】　　　図１
2004022212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置の連がりによって形成される磁気中性線を生成する磁場発生手段と、真空チャンバ内に生成された磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段とを有し、真空チャンバ内においてプラズマを利用して被処理物を処理する放電プラズマ処理装置において、磁場発生手段が装置の軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石とその外側に筒形磁石と同軸に設けた定電流コイルとから成り、定電流コイルに流す電流値を変えることにより、筒形磁石と定電流コイルとによって形成される環状磁気中性線の径を任意に設定できるようにしたことを特徴とする磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項２】
磁場発生手段が被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成される請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項３】
磁場発生手段が直流によって構成される請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項４】
磁場発生手段が商業周波数を含む交流によって構成される請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項５】
磁場発生手段が直流と商業周波数を含む交流との合成によって構成される請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項６】
電場発生手段が、磁場発生手段によって真空チャンバ内に生成される磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えるように真空チャンバ内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項７】
電場発生手段が被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成される請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項８】
高周波電場発生手段が、形成される磁気中性線を挿んで配置される一対の電極から成る請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項９】
各電極が円板状である請求項８に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項１０】
各電極が穴あき円板状である請求項８に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項１１】
各電極が環状である請求項８に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項１２】
電場発生手段が被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成され、磁気中性線に沿って高周波電場を加えることを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを利用して基板、ターゲット等の被処理物にエッチング、スパッタリング、コーティング、ＣＶＤ等の処理を行うようにした放電プラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気中性線放電プラズマ処理装置についてはこれまでに、日本国特許第２７０５８９７号及び同第３１７７５７３号においてその存在が確立され、有効性が認められて産業上の実績もあがってきた。この磁気中性線放電（Ｍａｇｎｅｔｉｃ　ＮｅｕｔｒａｌＬｉｎｅ　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：　ＮＬＤとも略称される）プラズマ方式がもつ他方式にない特徴は主として二つある。
【０００３】
一つの特徴は、生成させるプラズマの大きさや位置に関して時空間制御性をもっていることにあり、すなわち、時間的にも、空間的にも必要とするプラズマの大きさや位置を自由に変化できることにある。それはもともと磁気中性線というものは真空チャンバ内に容易に設置できるため、その形にそってプラズマが生成されるからであり、この自由度は他方式に見られない。別の特徴は、ＮＬＤ方式でできるプラズマの生成過程で電子が磁場ゼロを含む領域内でｒｆ電場を受けてエネルギーを得つつ何回も横切る結果齎らされるカオス的加熱によって、プラズマは低圧気体条件のもと、注入するパワーを増やしても電子群の内部エネルギー、３／２ｋ　ｎｅＴｅ（ここにｎｅ：　電子密度、Ｔｅ：　同温度、ｋ：　ボルツマン常数）の上昇は専ら密度の増加に集中して、温度は殆ど低温の侭保たれることにより、表面処理に不必要な高温成分が少なく、密度の増加によって処理速度がすすむことである。これら二つの特徴により磁気中性線放電プラズマ処理装置は、益々精密加工精度の要求されるマイクロレンズや光導波路等のガラス加工や低誘電率材料のエッチング等の分野における超微細化工において抜群の性能を誇っている現状である。
【０００４】
添付図面の図６にはこれまで数多くの円盤状基板表面を処理する目的で製造された誘導磁場型磁気中性線放電プラズマ処理装置の概念図である。円筒形真空チャンバＡの外に同軸上に設置された上、中、下三つのコイルＢ、Ｃ、Ｄに流す電流を加減することにより真空チャンバＡ内に円形磁気中性線Ｅが形成される。プラズマの生成にはセラミックの如き絶縁性の円筒真空壁Ｆの外側に捲いたｒｆコイルＧに流す励起電流によって発生する方位角方向の誘導電場によって円形磁気中性線Ｅを芯としたドーナツ型のプラズマが生成される。その際、ドーナツプラズマの径や上下位置は三つのコイルＢ、Ｃ、Ｄに流す電流の組合わせにより、たとえ処理中においても自由に制御され得る。
【０００５】
このようにして生成される磁気中性線放電プラズマのもつプラズマそのものの特徴は、［］０００４］において前述したように低圧気体を用いて高密度・低温のプラズマが生成されるところにあり、この特徴は各種処理加工に極めて適したもので、この他方式にみられない特徴を保ちながら装置性能の向上を図ることが強く要望されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような抜群の性能を示しているにもかかわらず、処理装置としての使い易さ、手入れ調整期間の短縮という視点からは磁気中性線放電プラズマ処理装置にも改善すべきところがある。
【０００７】
すなわち、図６に示すような従来の三磁場コイル系処理装置においては、プラズマ処理装置の他の構成部品の配列などの観点から磁場コイルの数を可及的に少なくして装置の軽量化、軽装化及び省エネルギー化を計ることが現実的に求められている。
【０００８】
また、図６に示すような従来の円形磁気中性線放電プラズマ処理装置の場合、円形に磁気中性線に沿って電場を印加するには原理上、円筒形磁器容器を真空チャンバの側壁としその外側に高周波（ｒｆ）用ワンターンコイルを巻かざるを得なかった。しかし、数十ｃｍの直径をもつ肉厚の円筒磁器容器は高価であり、真空側の内面をいかに平滑にしても、特殊ガスとの親和力による吸着除去又は防止に対策をたてる必要があった。しかもセラミックスのような強固で真空耐性がある壁材料は高価であって装置自体の価格を高めることになり、装置が大型化すればするほどこの傾向が顕著に現れる。
【０００９】
そこで、本発明は、磁場発生手段の構成を改善して装置の長手方向寸法すなわちプラズマを生成する真空チャンバ部分の長手方向寸法を可及的に短くして軽量化及び軽装化を計った磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供することを第１の目的としている。
【００１０】
本発明の第２の目的は、軽量化及び軽装化を計ると共に、セラミックのような高価な壁材料を使用せずに装置のコストを低減化できる磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の第１の目的を達成するために、本発明によれば、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置の連がりによって形成される磁気中性線を生成する磁場発生手段と、真空チャンバ内に生成された磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段とを有し、真空チャンバ内においてプラズマを利用して被処理物を処理する放電プラズマ処理装置において、磁場発生手段が装置の軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石とその外側に筒形磁石と同軸に設けた定電流コイルとから成り、定電流コイルに流す電流値を変えることにより、筒形磁石と定電流コイルとによって形成される環状磁気中性線の径を任意に設定できるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
閉曲磁気中性線形式とその大きさ及び鉛直方向の位置の精密な制御には、構成上３コイル系が必要なことは日本国特許第２７０５８９７号に記載された通りであるが、鉛直方向の位置制御の必要性は被処理物表面に至るまでの距離の制御にあるので、その鉛直位置制御は被処理面の設定高さにより行うことができる。そうすることにより、本発明では従来の３コイル系に代えて１磁場コイル系を採用して、閉曲磁気中性線の大きさを制御できるようにしたことにより、装置全体の軽量化、軽装化がもたらされる。
【００１３】
本発明の第１の目的を達成する装置においては、真空チャンバ内に生成される磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段としては誘導型、容量型のいずれの形式のものでもよい。
【００１４】
磁場発生手段は好ましくは、被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成され得る。
【００１５】
また、磁場発生手段は直流、商業周波数を含む交流又は直流と商業周波数を含む交流との合成によって構成され得る。
【００１６】
本発明の第２の目的を達成するために、電場発生手段は、磁場発生手段によって真空チャンバ内に生成される磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えるように真空チャンバ内に配置される。
【００１７】
電場発生手段は好ましくは、被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成され得る。
【００１８】
高周波電場発生手段は、一つの実施の形態では形成される磁気中性線を挿んで配置される一対の電極から成り得る。その場合、各電極は円板状、穴あき円板状又は環状に構成され得る。
【００１９】
本発明の第２の目的を達成する装置においては、磁気中性線に直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えることにより磁気中性線を内に含む周囲の空間に磁気中性線放電プラズマを発生させるものである。従って、この方式では印加する高周波電場の向きは形成されている磁気中性線と平行に沿うものではなく磁気中性線を挿む向きとなるので閉曲中性線の場合、その外側に閉曲中性線に沿って高周波コイルを巻く必要がなく、このことは、誘導電場型が閉曲中性線の外側に高周波コイルを設置するのに必要とする空間を設ける必要がなくなり、閉曲中性線の上下又は左右方向の空間を利用できるようになるだけでなく、例えば真空容器外からの誘導電場印加に避けられないセラミックのような絶縁物による真空壁の存在から開放されることになる。一つの実施の形態により高周波電場発生手段が磁気中性線を挿んで上下に配置される一対の電極空成る場合、これら電極間に高周波電場を印加するので、このような電場の印加方式を本明細書では“容量電場型”と定義する。
【００２０】
代りに、電場発生手段は、被処理物の表面と同形状の円形、多角形又は楕円形の軸対称に形成され、磁気中性線に沿って高周波電場を加えるように構成され得る。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面の図１〜図５を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１には本発明による磁気中性線放電プラズマ処理装置の一つの実施の形態を示している。図１において、１は真空チャンバであり、プラズマ生成部２と基板処理部３を備えている。真空チャンバ１のプラズマ生成部２の外側には、図示したように、真空チャンバの軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石４が配置され、この筒形磁石４の外側に筒形磁石４と同軸に定電流コイル５が設けられている。定電流コイル５は電流設定回路６を介して定電流電源７に接続されている。筒形磁石４及び定電流コイル５は、真空チャンバ１のプラズマ生成部２内に連続して存在する磁場ゼロの位置の連がりによって形成された磁気中性線８を生成する。そして定電流コイル５に流す電流値を電流設定回路６により変えることにより、筒形磁石４と定電流コイル５とによって形成される環状磁気中性線８の径を任意に設定できるように構成されている。
【００２３】
ところで、図１には示されていないが、当然、真空チャンバ１のプラズマ生成部２内に生成される磁気中性線８に対して高周波電場を加えて磁気中性線８を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段が設けられ、この電場発生手段としては例えば、図６に示すような誘導型のものを採用することができる。その場合には、筒形磁石４の内側に高周波アンテナコイルとして配置することができる。
【００２４】
図２には本発明による磁気中性線放電プラズマ処理装置の別の実施の形態を示している。この例では、磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段として容量型のものを用いている。
【００２５】
この場合も図１の場合と同様に、真空チャンバ１は、プラズマ生成部２と基板処理部３を備えている。真空チャンバ１のプラズマ生成部２の外側には、図示したように、真空チャンバの軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石４が配置され、この筒形磁石４の外側に筒形磁石４と同軸に定電流コイル５が設けられている。定電流コイル５は電流設定回路６を介して定電流電源７に接続されている。筒形磁石４及び定電流コイル５は、真空チャンバ１のプラズマ生成部２内に連続して存在する磁場ゼロの位置の連がりによって形成された磁気中性線８を生成する。そして定電流コイル５に流す電流値を電流設定回路６により変えることにより、筒形磁石４と定電流コイル５とによって形成される環状磁気中性線８の径を任意に設定できるように構成されている。
【００２６】
また、真空チャンバ１のプラズマ生成部２内において磁気中性線８を上下に挟む位置に一対の電極９、１０が配置され、これらの電極９、１０は磁気中性線８に対して直角に高周波電場を加えるようにされ、そして装置の適用に応じて図３に示すような円板状又は図４に示すような環状、或いは図５に示すような穴明き円板状に構成される。この場合、図示例ではいずれも外形が円形であるが、装置の適用に応じて外形又は輪郭を多角形又は楕円形に形成することができる。
【００２７】
真空チャンバ１のプラズマ生成部２内に配置された一対の電極９、１０はそれぞれ高周波電源１１、１２に接続され、これら電極間に高周波電場を印加するようにされている。このような　“容量電場型”においては、高周波放電中に直流成分が含まれていると、上下電極９、１０間の絶縁破壊を招き、機器損傷につながる恐れがある。そのため、本発明においてはこのような事態を阻止するために、各電極９、１０は図面に符号１３で示すようにそれぞれ絶縁体で被覆されている。また、各電極９、１０の形状については処理技術の内容に応じて変わるものであり、ＣＶＤなどでは円板状のものが選択され、スパッタのためのターゲット等の第３面に必要とするものには環状のものが選択されて処理すべき基板からの溶射路をつくるようにされ得る。
【００２８】
また、各電極９、１０は、図示例では真空チャンバ１のプラズマ生成部２内に生成される磁気中性線８を含む平面に対して上下に平行に配置されているが、当然装置の適用に応じて磁気中性線８に対して傾斜角方向に高周波電場を加えるように配置することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、真空チャンバ内に連続して存在する磁場ゼロの位置の連がりによって形成された磁気中性線を生成する磁場発生手段と、真空チャンバ内に生成される磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段とを有し、真空チャンバ内においてプラズマを利用して被処理物を処理する放電プラズマ処理装置において、磁場発生手段を、装置の軸線に沿って第１の端がＮ極で第２の端がＳ極となるように構成された筒形磁石とその外側に筒形磁石と同軸に設けた定電流コイルとで構成しているので、装置の軽量化及び軽装化が計られ、装置の組付けやメンテナンスが容易となるという効果が得られる。
【００３０】
また、磁気中性線に対して高周波電場を加えて磁気中性線を含む空間に放電プラズマを発生させる電場発生手段を、磁場発生手段によって真空チャンバ内に生成される磁気中性線と直角を含む傾斜角方向に高周波電場を加えるように真空チャンバ内に配置した場合には、真空チャンバの外側に閉曲中性線に沿って高周波コイルを巻く必要がなく、このことは、真空チャンバに絶縁体壁を用いずに不透鋼などの金属を用いることができるようになり、装置のコスト低減を図ることができる。その結果、放電プラズマ装置としてもつその応用範囲を改良し拡大することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による磁気中性線放電プラズマ処理装置の一実施の形態の構成を示す概略縦断面図。
【図２】本発明による磁気中性線放電プラズマ処理装置の別の実施の形態の構成を示す概略縦断面図。
【図３】図２に示す磁気中性線放電プラズマ処理装置に用いられる電場発生手段を成す円板状電極を示す概略斜視図。
【図４】図２に示す磁気中性線放電プラズマ処理装置に用いられる電場発生手段を成す環状電極を示す概略斜視図。
【図５】図２に示す磁気中性線放電プラズマ処理装置における電場発生手段を成す穴明き円板状電極を示す概略斜視図。
【図６】従来の誘導電場型円形磁気中性線放電プラズマ処理装置の構成の例を示す概略縦断面図。
【符号の説明】
１　：真空チャンバ
２　：プラズマ生成部
３　：基板処理部
４　：筒形磁石
５　：定電流コイル
６　：電流設定回路
７　：定電流電源
８　：磁気中性線
９　：電極
１０：電極
１１：高周波電源
１２：高周波電源
１３：絶縁体
【図１】
2004022212.tif 000003
【図２】
2004022212.tif 000004
【図３】
2004022212.tif 000005
【図４】
2004022212.tif 000006
【図５】
2004022212.tif 000007
【図６】
2004022212.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成14年6月25日(2002.6.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
添付図面の図６にはこれまで数多くの円盤状基板表面を処理する目的で製造された誘導電場型磁気中性線放電プラズマ処理装置の概念図である。円筒形真空チャンバＡの外に同軸上に設置された上、中、下三つのコイルＢ、Ｃ、Ｄに流す電流を加減することにより真空チャンバーＡ内に円形磁気中性線Ｅが形成される。プラズマの生成にはセラミックの如き絶縁性の円筒真空壁Ｆの外側に捲いたｒｆコイルＧに流す励起電流によって発生する方位角方向の誘導電場によって円形磁気中性線Ｅを芯としたドーナツ型のプラズマが生成される。その際、ドーナツプラズマの径や上下位置は三つのコイルＢ、Ｃ、Ｄに流す電流の組合わせにより、たとえ処理中においても自由に制御され得る。