(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器内に磁場零の空間的位置が接続して存在することによって形成される磁気中性閉曲線を生成する磁場発生手段と、その磁気中性閉曲線に沿って高周波電場を印加して気体を放電させることによってプラズマを発生させる電場発生手段とを有し、電場発生手段が高周波誘導型電場印加装置から成り、磁気中性閉曲線の大きさ及び位置と印加する高周波電場の振幅及び周波数とを５０サイクル又は６０サイクルの商用周波数に合せて同位相で変動させることを特徴とする磁気中性線放電型プラズマ利用装置。
【請求項２】
磁気中性閉曲線を生成する磁場発生手段が、ほぼ同大の２つの順磁場用コイルとこれら順磁場用コイルの間に１つの逆磁場用コイルとをいずれも同軸上に設置して構成され、これら３つのコイルに定常電流を流すと共に、中間の逆磁場用コイルに商用周波数において変動する交流電流を重畳することにより、形成されている磁気中性閉曲線の大きさを変動させて磁気中性線放電プラズマの半径の大きさを商用周波数で変動させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電型プラズマ利用装置。
【請求項３】
磁気中性閉曲線を生成する磁場発生手段が、ほぼ同大の２個の順磁場用コイルとこれら順磁場用コイルの間に１つの逆磁場用コイルとをいずれも同軸上に設置して構成され、これら３つのコイルに定常電流を流すと共に、２つの順磁場用コイルの定常電流比を商用周波数で変化する１つの逆磁場用コイルの電流の変化と同位相で変化させることにより、磁気中性線放電プラズマ生成位置を商用周波数で変動させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電型プラズマ利用装置。
【請求項４】
印加する誘導電場の振幅を商用周波数で変動させることにより発生するプラズマの特性を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電型プラズマ利用装置。
【請求項５】
印加する誘導電場の周波数を商用周波数で変動させることにより発生するプラズマの特性を制御するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の磁気中性線放電型プラズマ利用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気中性線放電（ＮＬＤ）プラズマ利用装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
先に本発明者は、真空容器内に連続して存在する磁場零の位置である磁気中性線を形成するようにした磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空容器内に形成された磁気中性線に沿って電場を形成してこの磁気中性線に放電プラズマを発生させる電場発生手段とを設け、真空容器内でプラズマを利用して被処理物を処理するようにした放電プラズマ処理装置を提案してきた（特開平７−      90632公報参照）。
先に提案してきた装置によって形成される磁気中性線放電ブラズマのうち特に円形等の閉曲磁気中性線に沿って生成されるブラズマは、その外形がドーナツ状であり、これ迄多くの場合他の方法で発生させていた塊状プラズマに比べて、適当な距離を飛来する間にそのドーナツ断面が拡がってドーナツの内側ではその拡がりが重なるようになり、全体としては偏平な密度分布をもつようになって大型基板に均一な表面加工を行うのに有利であることがこれまで実証されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、このような先に提案した装置では、当初設定した閉曲磁気中性線の大きさ（半径等）が巨大になると、内側に拡がった断面同志が重なる迄に至らず周辺部に比べて中心部の密度の薄いプラズマのまま基板上に到着して表面加工することになり均一性の実証に限界が生ずることになる。
この傾向とは別に発生される閉曲磁気中性線が円形の場合、誘導電場が円の半径に比例して変わることに加えてドーナツ状のＮＬＤプラズマ内に生起した高周波誘導電流が印加した誘導電場を遮へいすることから特にＮＬＤプラズマ輪の内側では、誘導電場が小さくなりそこに存在する気体のイオン化が阻害されるという欠点が残る。
幸い、実際には高周波電場が連続して印加されるので軸付近にイオン化されずに残されている気体は周りに拡散して磁気中性線領域に達してイオン化され、半周波毎にプラズマ化されてゆくが、他方同時に流人されてくる気体もあり、それらのイオン化を積極的に画ることが必要となる。
【０００４】
そこで、本発明は、ＮＬＤプラズマの特徴であるその大きさ、位置及びプラズマ特性を商業周波数で変動する諸パラメータで時間的に制御できるようにした磁気中性線放電プラズマ利用装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による磁気中性線放電型プラズマ利用装置は、真空容器内に磁場零の空間的位置が接続して存在することによって形成される磁気中性閉曲線を生成する磁場発生手段と、その磁気中性閉曲線に沿って高周波電場を印加して気体を放電させることによってプラズマを発生させる電場発生手段とを有し、電場発生手段が高周波誘導型電場印加装置から成り、磁気中性閉曲線の大きさ及び位置と印加する高周波電場の振幅及び周波数とを５０サイクル又は６０サイクルの商用周波数に合せて同位相で変動させることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下添附図面に示す実施例を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１には本発明を実施している磁気中性線放電プラズマ利用装置を原理的に示し、上下に順磁場用コイル１、３を設置し、中間に逆磁場用コイル２を設置した３コイル系ＮＬＤドーナツプラズマ発生装置の断面図である。点Ａはプラズマが管内壁に接触しない範囲で磁気中性線（ＮＬ）４の最大の径の位置であり、点Ｂはプラズマの内径が互いに接触しない範囲でＮＬ４の最小の径の位置及び点Ｃは点Ｂを更に下方に位置するウェハー５の方向に移動させる位置である。
ＮＬＤプラズマ環の内側に存在する中性粒子をイオン化するには生成されるＮＬＤプラズマ環内側の空間を小さくしてゆけばよく、そのためにはイオン化すべき中性気体の熱運動速度より早く磁気中性輪すなわちＮＬの径を縮めてゆけばよいことになる。すなわち図１においてＮＬ４の径の最大値点Ａから最小値点Ｂまで縮めることであり、室温におけるＡｒ等の不活性気体を対象とする場合は５０サイクル及び６０サイクルの商用周波数でＡ−Ｂ間を反復させることで充分となる。
具体的には、図１に示す装置における上下に順定常電流コイル１、３と中間に逆定常電流コイル２を皆同軸上に設置した３コイル系において、中間コイル２に流す電流の時間的変化を図２の縦軸に示すようにＮＬ４の最大径点Ａを実現するための定常逆電流値に加えて商用周波数で変動する電流を位相を合せて重畳することによりＮＬ４の最小径点Ｂへの移動が商用周波数の１周期の間に実現することになる。なお、図１には装置を原理的に示してあり、３コイル系１〜３は適当には真空容器（図示してない）の側壁の外側に配置され、またウェハー５は真空容器内に配置されている。
【０００７】
しかし乍がらこのままでは円形誘導電場は半径に比例するという原理から、半径が小さくなればなる程、電場が減りイオン化能力が落ちるのでそれを防ぐことが必要となる。
そのためには一つにはプラズマ発生位置を加工される表面に近づけることであり、今一つはプラズマの特性そのものを強力にすることである。
ＮＬＤプラズマ半径が図１のＡ点からＢ点に迄縮むに応じてプラズマの発生位置を表面加工されるウェハー５等にＣ点迄近づけるには上下の順磁場コイル１、３に流す電流の比を商用周波数で変化する中間コイル２の電流の変化と同位相で変化させることによって実現することができる。
【０００８】
他方、生成されるＮＬＤプラズマ輪の径の縮小に応じて誘導電場を強くするには図２に示すように高周波誘導電場の強度を商用周波数で変化する中間コイル２の電流の変化と同位相で強くすることのほか、高周波誘導電場の周波数を同様中間コイル２の電流の変化と同位相て増加させることである。
図２において、横軸は時間、縦軸は最大径Ａか実現しているとした時の中間コイル２の電流値、上下コイル１、３の電流値、高周波誘導電場値及び誘導電場高周波数の値を点Ａのレベルで示し、それらを商用周波数で変化させる交流部分の変化の様子を示し、点Ｂのレベルは最小径に対応する。
【０００９】
ドーナツ状ＮＬＤプラズマの太さはＮＬという磁場零の底から四方に立上る磁場の壁の勾配と加える高周波電場の周波数とで決まる。１３．５６ＭＨｚの場合電子サイクロトロン共鳴磁場は４．８ガウスであるので、ＮＬから４．８ガウス迄の距離をａ０とすれば、ＮＬＤプラズマの太さは４ａ０程になる。ＮＬを囲む磁場の壁の勾配が急峻な程ＮＬＤプラズマの太さは細くなるし、緩やかな程太くなる。もし上下方向がゆるく、半径方向が急であればそのＮＬＤプラズマ断面は上下に伸びていわゆる帯状となる。
【００１０】
ドーナツ形ＮＬＤプラズマを作成する際、放電管内壁に触れない程の大径からドーナツの内側の孔がなくなる程の小径迄ドーナツ状ＮＬＤプラズマの径を変化させるには予め高周波電場の周波数を決め、最大径点は管壁から２ａo内側の点 とし、最小径点は半径ドーナツプラズマの主半径と等しく２ａoとして、両者を 実現するために必要な中間コイル２の電流値を算出して、その両者の電流値の差を最大径点実現に必要な定常電流値に加える商用周波数で変化する交流電流値としてセットする。
【００１１】
上下２つの順コイル１、３の電流値の比を変えてＮＬ４の上下位置を下方に設置したウェハー５に近づけるには、下方コイル３の電流を減らすか、又は上方コイル１の電流を増やす必要がある。その選択は用いる磁場の強さを可及的に少なくする加工を希む時は前者を、それがなければ後者を選べばよい。通常、上下コイル１，３を同大、同捲数、同捲き方として両者同電流の時は中間コイル２と同面に、ＮＬ４を形成しておき、下方コイル３の電流に商用周波数で減少する方向に脈動する電流を重ねて、而もその減少のタイミングを中間コイル２に流す交流電流の増加のタイミングと一致させる。脈動電流の大きさによってウェハー５へ近づく距離は変わるので、予じめその関係を設定しておくことが必要である。
【００１２】
プラズマを発生させるために印加する誘導電場の強度を商用周波数で変化させる時も同様であり、最大径点Ａ時における印加する電場の人力ＰA（つまり投入 パワー）を先ず定め、最小径点Ｂ時における印加電場の人力ＰBをＰAと同じにするためには第一近似として
ＰB＝ＰA［（ｒ0−２ａoA）／２ａoB］2 （但しｒ0：管内径）
に迄高める必要がある。具体的には中間コイル２の電流に加える交流電流の増加時にタイミングを合せＰAからＰA迄の増加を商用周波数で増加させる。
高周波電場の周波数自体を変動させる場合も中間コイル２の電流に加えられる交流電流の増加に合せ、商用周波数で高周波誘導電場の周波数を増加させる。
【００１３】
以下図示装置を用いた具体例について説明する。
管内径３０ｃｍの絶縁壁放電管を用い３コイル系ＮＬＤ装置において１３．５６ＭＨｚの高周波電場を用い、大径時のａ０〜１．５ｃｍ従ってドーナツ状磁気中性線４の太さ約６ｃｍのＮＬＤプラズマを作り、中間コイル２に１７０Ａの定常電流を流して最大径点Ａを、２１０Ａで最小径点Ｂを定めた後、定電流を１９０Ａにセットし、これに±２０Ａの交流電流を重畳してＮＬＤ放電を生成させた。
その結果、ＮＬＤプラズマの発生条件を従来の条件と同じにして比較すると、定電流のみの時は斜めよりドーナツ形のプラズマを認めることか出来たが、今回はプラズマ径の脈動により視神経の残像効果も重なって管内が一様に明るくなった。ＮＬＤプラズマはその発生の機構からは温度より密度が増える特徴があり、この明るさの増加は明らかに密度の増加、つまりプラズマ量の増加によるものと思われる。目下エッチレ一卜の増加の確認を行っている。
ＮＬ径の変動に合せて、高周波投入パワーの変化の効果も確かめつつあるが、ＮＬ径の変動により既存の発信器ではインピーダンスマッチングか崩れるので、明るさの増加はＮＬ径の僅かな変化の場合しか確かめていない。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明による磁気中性線放電型プラズマ利用装置においては、ＮＬＤプラズマの特徴であるその大きさ、位置及びプラズマ特性を商業周波数で変動する諸パラメータで時間的に制御できるように構成しているので、ループ状磁気中性線放電プラズマの内側に存在する気体の効果的なプラズマ化により加工の一層の均一化及び加工速度の一層の上昇を画ることができ、ループ状ＮＬＤプラズマが生成されると、その内側の電場が弱くなる欠点を補うのにも効果があり、エッチングやスパッタリングやコーティング等のあらゆる表面加工の一層の均一化や加工率の増加に一段と役立つ有用な装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を実施している３コイル系ＮＬＤドーナツプラズマ発生装置を原理的に示す概略断面図。
【図２】  図１に示す装置において最大ＮＬ径を実現する定常的な中間コイル電流値、上下コイル電流値、高周波誘導電場値及び誘導電場高周波数の値を点Ａのレベルで示し、また、それらを商用周波数で変化させる交流部分の変化の様子を示すグラフであり、点Ｂ及びＣは最小ＮＬ径の位置に対応する。
【符号の説明】
１：  上方の順磁場用コイル
２：  中間の逆磁場用コイル
３：  下方の順磁場用コイル
４：  磁気中性線ループ
５：  ウェハー
【図１】
0003968157.tif 000002
【図２】
0003968157.tif 000003