(57)【要約】【課題】複数の直線状磁気中性線放電プラズマを同時に適用して大面積矩形基板全域への均質処理を可能とした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においては、磁場発生手段を、真空チャンバ外で真空チャンバ内に配置される被処理物の処理表面に平行に配列された少なくとも二つの直線状電流棒で構成し、隣接した直線状電流棒の間の真空チャンバ内に少なくとも一つの直線状磁気中性線を形成するように構成したことを特徴としている。【選択図】　　　図１
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【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、磁場発生手段が、真空チャンバ外で真空チャンバ内に配置される被処理物の処理表面に平行に配列された少なくとも二つの直線状電流棒から成り、隣接した直線状電流棒の間にあってしかも真空チャンバ内の位置に少なくとも一つの直線状磁気中性線を形成するように構成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】
磁場発生手段を成す直線状電流棒が、被処理物を挟んで対を成して配置されている請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項３】
磁場発生手段を構成している対の直線状電流棒が互いに平行に配置され、それぞれに直流又は交流同位相の定電流を同方向に流すことにより真空チャンバ内にこれら直線状電流棒と平行で且つそれらの間の位置に１本の直線状磁気中性線を形成するようにした請求項２に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項４】
磁場発生手段を構成している対の直線状電流棒が、真空チャンバ内に設定される矩形平面上で且つその一辺に平行に複数の直線状磁気中性線を形成するために、矩形平面を挿んで矩形平面の一辺と平行に複数設けられ、各対の直線状電流棒に同方向電流を流すようにした請求項２に記載の直線状磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項５】
真空チャンバ内の矩形平面上にその一辺と平行に矩形平面を挿んで設置された複数対の電流棒における隣接した対毎に逆向きの電流を流すようにした請求項４に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項６】
磁場発生手段を成す各直線状電流棒が被処理物の処理表面上に平行に並置されている請求項１に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項７】
磁場発生手段を構成している各直線状電流棒が互いに平行に配置され、それぞれ隣接した直線状電流棒に逆向きの電流を流すことにより隣接した直線状電流棒と平行で且つそれらの間にあってしかも真空チャンバ内の位置に形成される直線状磁気中性線の位置を制御するようにした請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項８】
磁場発生手段を成す複数の直線状電流棒が、真空チャンバ内に設定される矩形平面上で且つその一辺に平行に複数の直線状磁気中性線を形成するために、矩形平面の一辺と平行に設けられ、それぞれ隣接した直線状電流棒逆向きで一つおきに同一の値の電流を流すことにより複数の直線状磁気中性線が形成する平面の位置を制御するようにした請求項６に記載の磁気中性線放電プラズマ処理装置。
【請求項９】
複数の平行直線状磁気中性線をそれらで形成される平面に沿って平行移動して平面状磁気中性線放電プラズマを形成するように磁場発生手段を成す直線状電流棒を真空チャンバに沿って移動でき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。
【請求項１０】
電場発生手段が、真空チャンバ内で直線状磁気中性線を挟んで配置され、高周波変動電位を印加するようにした少なくとも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１１】
電場発生手段を構成している各電極が複数の短冊状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１２】
電場発生手段を構成している各電極が平板状電極である請求項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】
ところで、年々大型化し、縦横共に１ｍ前後の基板への全域均一処理を実現できる装置の要求は日に日に高まりつつある。このような正方形又は矩形の大型基板処理を行う場合には、図６に示すような従来の磁気中性線放電プラズマ処理装置を用いて被処理物面全面積と同形状の閉曲磁気中性線を３コイル系により形成してこれに中コイルの電流制御により大型基板全面に亘って当該磁気中性線の面積を縮小、又は拡大すると、磁気中性線を囲む４方面の磁場勾配が著しく変化し、ＮＬＤ方式の特徴を損う恐れがあると同時に印加する電場を基板全周に沿って誘起させるにはその全周を掛けた高圧を電源側に用意する必要がある。これらを如何に回避するかは装置の製作上重要な問題点である。
【０００７】
また、図６に示すような従来の磁気中性線放電プラズマ処理装置の構造では真空チャンバ内に生成される磁気中性線に沿って電場を印加する電場発生ようのコイルは真空チャンバの外側に設けられているため、その部分の真空チャンバ壁をセラミックスのような強固で真空耐性がある絶縁体壁にする必要があるが、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り、しかもかかる絶縁体壁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。
【０００８】
さらに、この種の磁気中性線放電プラズマ処理装置では、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た磁気中性線を生成する磁場発生手段を真空チャンバの外側に設ける必要があり、正方形又は矩形の大型基板処理に応用する場合には、かかる磁場発生手段の設置空間も大きくなり、メンテナンスや装置の組付けの観点からできる限り簡素化したりアクセスし易い場所に設けるのが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するため複数の直線状磁気中性線放電プラズマを同時に適用して大面積矩形基板全域への均質処理を可能と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一つの目的としている。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、複数の直線状磁気中性線放電プラズマを同時に適用して大面積矩形基板全域への均質処理を可能とすると共に、磁場発生手段の構成を工夫して装置の組付けやメンテナンスを容易にできるようにした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】
本発明のさらに別の目的は、複数の直線状磁気中性線放電プラズマを同時に適用して大面積矩形基板全域への均質処理を可能とすると共に、電場発生手段の構成を工夫して真空チャンバ壁にセラミックのような高価な絶縁体を使用する必要のない比較的低コストで提供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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の各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、磁場発生手段は、真空チャンバ外で真空チャンバ内に配置される被処理物の処理表面に平行に配列された少なくとも二つの直線状電流棒から成り、隣接した直線状電流棒の間の真空チャンバ内に少なくとも一つの直線状磁気中性線を形成するように構成したことを特徴としている。
【００１３】
本発明の一つの実施の形態によれば、磁場発生手段を成す直線状電流棒は、被処理物を挟んで対を成して配置される。好ましくは、対の直線状電流棒は、互いに平行に配置され、それぞれに直流又は交流同位相の定電流を同方向に流すことにより真空チャンバ内にこれら直線状電流棒と平行で且つそれらの間の位置に１本の直線状磁気中性線を形成するようにされ得る。代りに、対の直線状電流棒は、真空チャンバ内に設定される矩形平面上で且つその一辺に平行に複数の直線状磁気中性線を形成するために、矩形平面を挿んで矩形平面の一辺と平行に複数設けられ、各対の直線状電流棒に同方向電流を流すように構成され得る。また真空チャンバ内の矩形平面上にその一辺と平行に矩形平面を挿んで設置された複数対の電流棒における隣接した対毎に逆向きの電流を流すように構成され得る。
【００１４】
上記の別の目的を達成するために、本発明の別の実施の形態によれば、磁場発生手段を成す各直線状電流棒は被処理物の処理表面上に平行に並置される。各直線状電流棒は互いに平行に配置され、それぞれ隣接した直線状電流棒に逆向きの電流を流すことにより隣接した直線状電流棒と平行で且つそれらの間の真空チャンバ内の位置に形成される直線状磁気中性線の位置を制御するようにされ得る。また、真空チャンバ内に設定される矩形平面上で且つその一辺に平行に複数の直線状磁気中性線を形成するために、複数の直線状電流棒が矩形平面の一辺と平行に設けられ、それぞれ隣接した直線状電流棒に逆向きで一つおきに同一の値の電流を流すことにより複数の直線状磁気中性線が形成する平面の位置を制御するようにされ得る。
【００１５】
本発明のさらに別の実施の形態によれば、複数の平行直線状磁気中性線を平行移動して平面状磁気中性線放電プラズマを形成するように磁場発生手段を成す直線状電流棒は真空チャンバに沿って移動できるように構成される。
【００１６】
上記のさらに別の目的を達成するために、本発明のさらに別の実施の形態によれば、電場発生手段は、真空チャンバ内で直線状磁気中性線を挟んで配置され、高周波変動電位を印加するようにした少なくとも一対の電極から成る。一対の電極の各々は複数の短冊状電極又は平板状電極で構成され得る。
【００１７】
電場発生手段を、真空チャンバ内で直線状磁気中性線を挟んで配置し、高周波変動電位を印加するようにした少なくとも一対の電極で構成することにより、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り、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。
【００１８】
【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。
【００１９】
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す。図１において、１は金属製の真空チャンバであり、内部に大型矩形基板を挿置できるような大きさをもち、平箱形状に構成され、図示していない真空排気系に接続される。そして真空チャンバ１は他のプロセス装置に組み付けられ得る。
【００２０】
真空チャンバ１の外側上面及び外側下面に沿って移動可能な板状支持部材２、３上にはそれぞれ電流棒４、５が取付けられ、各電流棒４、５は図２に概念的に示すように真空チャンバ１の一辺すなわち図示例では短辺に平行にしかも実質的に等間隔にのびるように屈曲されて配置され、隣接した屈曲部４ａ、５ａとこれらに接続する直線状部分４ｂ、５ｂが真空チャンバ１を挟んで上下で対を成すように構成されている。また各電流棒４、５はそれぞれ定電流源６、７に接続されている。これにより、磁場発生手段に対して用意すべき定電流源としては、上部電流用と下部電流用の二つの機器のみで実現することができ、装置全体の簡素化やスペースの有効利用が可能となる。
【００２１】
それぞれの定電流源６、７から各電流棒４、５に同じ向きの電流を流すことによって各対の電流棒部分４ｂ、５ｂには同じ向きの電流が流れ、それにより図３に示すように、真空チャンバ１内で各対の電流棒部分４ｂ、５ｂの間の位置に直線状磁気中性線８が形成される。こうして電流棒部分４ｂ、５ｂの対の数に相応した数の直線状磁気中性線を真空チャンバ１内に形成することができる。図３において、上下の電流棒部分が各端部で隣接の電流棒部分に接続していくので、磁気中性線自身も隣接磁気中性線とつながる様子が示されており、このことは、相隣る直線中性線領域で生成される放電プラズマの各端部付近での平均化、均一化に役立つことになる。
【００２２】
この時、各対毎の電流の向きは同じでも上、下各電流棒４、５に流す電流の大きさを変えることにより、その大きさの違いに応じて形成される磁気中性線の位置を上下に移動させることができる。また、上下各電流棒４、５に流す電流値の比を変えることにより、複数の磁気中性線の上下位置を等しく同時に制御することができる。
【００２３】
磁場発生に関して図４には、各対の電流棒部分４ｂ、５ｂとそれらによって形成される直線磁気中性線とに垂直な任意の断面上に示される相隣る３本の磁気中性線近傍の磁力線の様子を示す。図４において、点Ｐは磁気中性線の位置で、位置Ｐにて交わる４本の磁力線（これをセパラトリックスと呼ぶ）の外、各磁気中性点Ｐの間で上向き、下向きと交互に向きを変える磁力線束がみられるが、この磁力線束の存在は相隣る電流対に流す電流の向きを交互に逆にしたことによって生じたもので、その磁気圧により各磁気中性線の相互位置が安定して固定されることになる。
【００２４】
再び図１を参照すると、真空チャンバ１内には、各対の電流棒部分４ｂ、５ｂによって真空チャンバ１の矩形の短辺に平行に形成される複数本の磁気中性線を上下に挿んで全面一様の一対の矩形板状電極９、１０が配置され、これらの矩形板状電極９、１０はそれぞれ高周波電源１１、１２に接続されている。高周波電源１１、１２から一対の矩形板状電極９、１０に高周波電力を印加することにより、矩形板状電極９、１０は各磁気中性線に対して高周波電場を印加し、それにより各磁気中性線に沿って平行にこれら電極の間で容量電場型磁気中性線放電プラズマが生成される。
【００２５】
ところで、上述のように大型矩形基板を処理するために複数の直線状中性線放電プラズマを同時発生させる場合、各磁気中性線の間と磁気中性線直下では処理効果に差が生ずる可能性がある。そこで図示例では、より平均化又は均一化するために、中性線群を挿む電極対９、１０に矩形全面一様の平板構造を用いることで基板の位置と磁気中性線との相互位置を段階的又は連続的に隣の磁気中性線の位置までずらして行うようにしている。
【００２６】
図１〜図４に示す本発明の実施の形態では、各電流棒４、５はそれぞれ一本の連続した電流棒を屈曲して配置しているが、代りに、各対の電流棒部分４ｂ、５ｂを別個に設け、隣接した対の電流棒部分４ｂ、５ｂの端部を順次接続して構成することもできる。また、図示実施の形態では、各電流棒４、５は例では各電流棒４、５は真空チャンバ１の短辺に平行にのびるように配列しているが、装置の適用すなわち処理技術の内容に応じて各電流棒４、５を真空チャンバ１の長辺に平行にのびるように配列することもできる。
【００２７】
また、高周波電場を印加するために真空チャンバ１内に設けられた電極は、図示実施の形態では、板状であるが、装置の適用すなわち処理技術の内容に応じて各磁気中性線に沿って平行に配列した複数の短冊型電極で構成することもできる。
【００２８】
図５には、本発明の別の実施の形態を示し、この場合には磁気中性線形成手段は真空チャンバ１の上側にのみ設けられている。真空チャンバ１の外側上面に沿って移動可能な板状支持部材１３上には電流棒１４、１５が取付けられ、これらの電流棒１４、１５は真空チャンバ１の一辺すなわち図示例では短辺に平行にしかも実質的に等間隔に配置され、隣接した直線状部分が真空チャンバ１の外側上面に並置するように構成されている。電流棒１４、１５は定電流源１６、１７にそれぞれ接続されている。その他の構成は図１に示すものと実質的に同じであり、それらの変更及び変形も図１の場合と同様に実施できる。
【００２９】
この場合には、磁場発生手段を構成している各直線状電流棒部分が互いに平行に配置され、それぞれ隣接した直線状電流棒部分に逆向きの電流を流すことにより隣接した直線状電流棒と平行で且つそれらの間の真空チャンバ１内の位置に形成される直線状磁気中性線の位置を制御することができる。また、隣接した直線状電流棒部分に逆向きで同一の値の電流を流すことにより複数の直線状磁気中性線が形成する平面の位置を制御することができる。
【００３０】
【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、真空チャンバ外で真空チャンバ内に配置される被処理物の処理表面に平行に配列された少なくとも二つの直線状電流棒で構成し、隣接した直線状電流棒の間の真空チャンバ内に少なくとも一つの直線状磁気中性線を形成するようにしているので、処理すべき基板の形状に関係なく大面積の基板全域を均質処理することができるようになる。
【００３１】
また、磁場発生手段を成す各直線状電流棒を被処理物の処理表面上に平行に並置した場合には、大面積基板全域への均質処理は勿論のこと、装置の組付けやメンテナンスが容易となり、プロセス装置全体の設計が容易となる。
【００３２】
さらに、電場発生手段を、真空チャンバ内で直線状磁気中性線を挟んで配置し、高周波変動電位を印加するようにした少なくとも一対の電極で構成することにより、真空チャンバ壁にセラミックのような高価な絶縁体を使用する必要がなくなり、比較的低コストで、大面積基板処理用の磁気中性線放電プラズマ処理装置を提供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】図１の磁気中性線放電プラズマ処理装置に用いられ得る直線状電流棒対による磁場発生手段の構成例を示す概略斜視図。
【図３】図２に示す磁場発生手段を成す直線状電流棒対の各端部において相隣る中性線が互いに繋がる様子を示す部分斜視図。
【図４】磁場発生手段を成す複数の直線状電流棒対及び形成される磁気中性線に対して垂直断面上に示される磁力線図。
ｂ．直線状電流棒対各端部において相隣る中性線が互いに繋がる様子を示す。す円板状電極を示す概略斜視図。
【図５】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　：板状支持部材
３　：板状支持部材
４　：電流棒
５　：電流棒
４ｂ：直線状電流棒部分
５ｂ：直線状電流棒部分
６　：定電流源
７　：定電流源
８　：直線状磁気中性線
９　：板状電極
１０：板状電極
１１：高周波電源
１２：高周波電源
１３：板状支持部材
１４：電流棒
１５：電流棒
１６：定電流源
１７：定電流源
【図１】
2004022213.tif 000003
【図２】
2004022213.tif 000004
【図３】
2004022213.tif 000005
【図４】
2004022213.tif 000006
【図５】
2004022213.tif 000007
【図６】
2004022213.tif 000008