(57)【要約】【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、真空チャンバに磁性壁を用いずに不透鋼などの金属を用いることができる低コストで応用範囲の広い磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供する。【解決手段】本発明による放電プラズマ処理装置は、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、被処理物の形状及び大きさに対応した形状及び大きさの磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、真空チャンバ内に配置され、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することを特徴としている。【選択図】　　　図１
2004022211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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、被処理物の形状及び大きさに対応させた磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、真空チャンバ内に配置され、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する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】
磁場発生手段及び電場発生手段が円形、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】
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１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項７】
各電極が円板状である請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項８】
各電極が穴あき円板状である請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項９】
各電極が環状である請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項１０】
磁場発生手段が同軸上に間隔をおいて上、中、下に配列した３つの磁場発生コイルから成り、その相隣るコイルによって発生する軸上磁場が互いに逆向きになるように磁場発生コイルに電流が流され、上コイルと下コイルとで形成される円形を含む閉曲磁気中性線の上下方向の位置を両コイル電流比で制御すると同時に中コイルの電流を制御することにより当該磁気中性線の径を含む大きさを加減するようにした請求項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５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３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３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］の項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】
磁気中性線放電プラズマ処理装置は上述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において改善すべきところがある。また、セラミックスの如く強固で真空耐性があって高価なものを使用すると装置自体の価格を高めることになり、安価で入手するのが容易な新材料の現出を待たねばならない。
【０００７】
これまで具体化した円形磁気中性線放電プラズマの場合、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。このことはＩＣＰ方式による処理装置においても同種の解決すべき問題ではある。これらが本発明によって解決しようとする課題である。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決するため磁気中性線放電そのものに従来型にない新方式、すなわち磁気中性線に直角を含む傾斜角方向にｒｆ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磁気中性線放電方式を採用した磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記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、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、被処理物の形状及び大きさに対応させた磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、真空チャンバ内に配置され、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することを特徴としている。
【００１０】
磁場発生手段及び電場発生手段は、円形、多角形又は楕円形の軸対称に構成され得る。
【００１１】
磁場発生手段は直流によって構成され得る。又は、磁場発生手段は商業周波数を含む交流によって構成され得る。代りに、磁場発生手段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。
【００１２】
好ましくは、高周波電場発生手段は、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。この場合、各電極は円板状又は穴あき円板状或いは環状に構成され得る。
【００１３】
磁場発生手段は、同軸上に間隔をおいて上、中、下に配列した３つの磁場発生コイルから成り、その相隣るコイルによって発生する軸上磁場が互いに逆向きになるように磁場発生コイルに電流が流され、上コイルと下コイルとで形成される円形を含む閉曲磁気中性線の上下方向の位置を両コイル電流比で制御すると同時に中コイルの電流を制御することにより当該磁気中性線の径を含む大きさを加減するように構成され得る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面の図１〜図４を参照して本発明の実施の形態について説明する。
添付図面の図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。図示装置は、横断面が円形の真空チャンバ１と、その外周に設けられ、真空チャンバ１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ようにした三つの磁場発生コイル２、３、４と、真空チャンバ１内で、三つの磁場発生コイル２、３、４によって真空チャンバ１内に生成される円形磁気中性線５を上下に挟む位置に配置され、円形磁気中性線５に対して直角に高周波電場を加える一対の円板状（図２参照）又は環状（図３参照）の電極６、７とを有している。ここで本明細書で用語“環状”は円形、多角形又は楕円形の概念を包含するものとする。
【００１５】
三つの磁場発生コイル２、３、４には、その相隣るコイルによって発生する軸上磁場が互いに逆向きになるように電流が流され、上コイル２と下コイル４とで形成される円形を含む閉曲磁気中性線の上下方向の位置を両コイル電流比で制御すると同時に中コイル３の電流を制御することにより磁気中性線５の径を含む大きさを加減するようにできる。また、三つの磁場発生コイル２、３、４は、図示例では円形磁気中性線５を生成するようにしているが、被処理物（図示していない）の形状及び大きさに対応した形状及び大きさの磁気中性線を生成するように構成され得る。
【００１６】
真空チャンバ１内に配置された一対の円板状又は環状の電極６、７はそれぞれ高周波電源８、９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。このような電場の掛け方を本明細書では“容量電場型”と定義する。これに対して［０００７］の項で説明した従来方式は“誘導電場型”と呼ばれる。容量電場型においては、ｒｆ放電中に直流成分が含まれていると、上下電極６、７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６、７はそれぞれ絶縁物１０で被覆されている。また、各電極６、７の形状選択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。
【００１７】
これに関連して、各電極６、７は、図示例では三つの磁場発生コイル２、３、４によって真空チャンバ１内に生成される円形磁気中性線５を含む平面に対して上下に平行に配置されているが、当然装置の使用目的に応じて磁場発生コイル２、３、４によって真空チャンバ１内に生成される磁気中性線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。
【００１８】
ところで図示実施の形態では磁場発生手段として三つの磁場発生コイルが例示されているが、装置の構成上一つ以上であれば任意の数のコイルを用いることができる。また電場発生手段として円板状電極の代りに図４に示すような穴開き円板状電極を用いることもできる。
【００１９】
【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、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、被処理物の形状及び大きさに対応した形状及び大きさの磁気中性線を生成するようにした磁場発生手段と、真空チャンバ内に配置され、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設け、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印加して、従来提案してきた誘導電場型から容量電場型に変更することによって、基本的に２つの特性すなわち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つつ、真空チャンバに磁性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３】本発明による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４】本発明による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開き円板状電極を示す概略斜視図。
【図５】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　：磁場発生コイル
３　：磁場発生コイル
４　：磁場発生コイル
５　：磁気中性線
６　：電極
７　：電極
８　：高周波電源
９　：高周波電源
１０：絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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