(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極アーク放電によりプラズマを発生するプラズマ発生部と、
該プラズマ発生部に順に接続され、該プラズマを輸送するための第１，第２の磁場ダクトと、
該第２の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、
該プラズマ発生部で生成された該プラズマが該第１，第２の磁場ダクトを通って該処理室の該被処理基板に照射されるように、該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが配置されて、かつ該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが真空に保持されてなり、
該第１の磁場ダクトと該被処理基板との間に電圧を印加可能な１つ以上の電場フィルタが該処理室に対して電気的な絶縁を保って設置され、該電場フィルタに印加する電圧が少なくとも直流電圧源を用いて発生する直流電圧または高周波電源を用いて発生する直流電圧成分であって、該直流電圧または該直流電圧成分の電圧値が接地電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲で設定されてなり、
該電場フィルタが該プラズマ中に含まれる荷電粒子を捕獲し、除去するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電場フィルタは少なくとも前記プラズマが通過する開口部を有し、  かつ該開口部は輸送される前記プラズマの流れに対して同心円状に配置されてな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の磁場ダクトは、所定の電圧が印加されて、前記発生されたプラズマを前記第１の磁場ダクトのほぼ中心付近にビーム状にトラップし、
前記電場フィルタの開口部の内径が前記第１の磁場ダクトの内径に等しい、もしくは大なることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
陰極アーク放電によりプラズマを発生するプラズマ発生部と、
該プラズマ発生部に順に接続され、該プラズマを輸送するための第１，第２の磁場ダクトと、
該第２の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、
該プラズマ発生部で生成された該プラズマが該第１，第２の磁場ダクトを通って該処理室の該被処理基板に照射されるように、該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが配置されて、かつ該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが真空に保持されてなり、
該第１の磁場ダクトと該被処理基板との間に電圧を印加可能な１つ以上の電場フィルタが該処理室に対して電気的な絶縁を保って設置され、
該電場フィルタに印加する電圧が少なくとも直流電源を用いて発生する直流電圧または高周波電源を用いて発生する直流電圧成分であって、該直流電圧または該直流電圧成分の電圧値が接地電圧に対して４０Ｖから６０Ｖの範囲で設定されてなり、
該電場フィルタが該プリズム中に含まれる荷電粒子を捕獲し、除去するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記電場フィルタの開口部の内壁断面が凹凸形状を備えてなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記電場フィルタの開口部の内壁の少なくとも一部の表面が少なくとも高分子有機物を含む物質によって覆われてなることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記電場フィルタが少なくともアルミニウム合金，ステンレス合金または銅を含む金属からな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８】
前記第１の磁場ダクトの内部に、または前記第１の磁場ダクトと前記第２の磁場ダクトとの間に、前記第１の磁場ダクトと同電位であって、貫通孔を有する円板状の防着フィルタが前記プラズマの輸送方向と交差する位置に１つ以上配置されてなり、該防着フィルタが該プラズマ中に含まれる中性粒子を捕獲し、除去するようにした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９】
前記防着フィルタは前記貫通孔を１つ以上有し、夫々の前記防着フィルタについて、前記貫通孔の開口断面積の総和が前記第１の磁場ダクトの断面積の４０％以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記防着フィルタは前記貫通孔を１つ以上有し、夫々の前記防着フィルタについて、前記貫通孔の開口断面積の総和が前記第１の磁場ダクトの断面積の２５％以下であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記貫通孔の形状または開口断面積の少なくともいずれかが異なる防着フィルタを１つ以上備えたことを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記防着フィルタの表面の少なくとも一部が少なくとも高分子有機物を含む物質によって覆われていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記電場フィルタと前記被処理基板との間に、所定の電圧を印加可能でかつ可動する遮蔽板が前記処理室に対して電気的な絶縁を保って設置され、少なくとも前記アーク放電が開始するときまたは終了するときに前記遮蔽板が前記プラズマを遮蔽す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１４】
前記電場フィルタと前記被処理基板との間に、所定の電圧を印加可能でかつ可動する遮蔽板が前記処理室に対して電気的な絶縁を保って設置され、前記アーク放電の開始時から所定時間が経過するまで、または該所定時間が経過して前記アーク放電が終了するまでの間、前記遮蔽板が前記プラズマを遮蔽す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１５】
前記遮蔽板に印加される電圧が少なくとも直流電源を用いて発生する直流電圧または高周波電源を用いて発生する直流電圧成分であって、該直流電圧または該直流電圧成分の電圧値が接地電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲で設定されてなることを特徴とする請求項１３または１４に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記処理室の内部には、前記被処理基板と異なる位置に集塵用基板が配設され、かつ少なくとも前記アーク放電の開始時から所定時間が経過するまで、または該所定時間が経過して前記アーク放電が終了するまでの間、前記第２の磁場ダクトに印加される磁場を制御して前記プラズマを前記集塵用基板に照射す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１７】
前記処理室が有する前記ステージは、回転可能であって、前記被処理基板とともに、集塵用基板を保持し、
少なくとも前記アーク放電の開始時から所定時間が経過するまで、または該所定時間が経過して前記アーク放電が終了するまでの間、前記プラズマが該集塵用基板に照射されるように前記回転ステージが制御され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１８】
陰極アーク放電によりプラズマを発生するプラズマ発生部と、
該プラズマ発生部に順に接続され、該プラズマを輸送するための第１，第２の磁場ダクトと、
該第２の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、
該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが真空に保持されてなり、
該第１の磁場ダクトと該第２の磁場ダクトとの間に、該第１の磁場ダクトと同電位であって、貫通孔を有する防着フィルタが該プラズマの輸送方向と交差する位置に設置され、
かつ該第２の磁場ダクトと該被処理基板との間に、電圧を印加可能な１つ以上の電場フィルタと可動する遮蔽板とが該処理室に対して電気的な絶縁を保って順次設置されてなり、
該電場フィルタに印加される電圧が少なくとも直流電源を用いて発生する直流電圧または高周波電源を用いて発生する直流電圧成分であって、該直流電圧または該直流電圧成分の電圧値が接地電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲で設定され、少なくとも該アーク放電の開始時から所定時間が経過するまでの間、または該所定時間が経過して該アーク放電が終了するまでの間、該遮蔽板が該プラズマを遮蔽するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１９】
陰極アーク放電によりプラズマを発生するプラズマ発生部と、
該プラズマ発生部に順に接続され、該プラズマを輸送するための第１，第２の磁場ダクトと、
該第２の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、
該第１，第２の磁場ダクトと該処理室とが真空に保持されてなり、
該第１の磁場ダクトと該第２の磁場ダクトとの間に、該第１の磁場ダクトと同電位であって、貫通孔を有する円板状の防着フィルタが該プラズマの輸送方向と交差する位置に設置され、
かつ該第２の磁場ダクトと該被処理基板との間に、電圧を印加可能な１つ以上の電場フィルタと可動する遮蔽板とが該処理室に対して電気的な絶縁を保って順次設置されてなり、
該貫通孔の開口断面積の総和が該第１の磁場ダクトの断面積の４０％以下であり、
該電場フィルタに印加される電圧が少なくとも直流電源を用いて発生する直流電圧または高周波電源を用いて発生する直流電圧成分であって、該直流電圧または該直流電圧成分の電圧値が接地電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲で設定され、少なくとも該アーク放電の開始時から所定時間が経過するまでの間、または該所定時間が経過して該アーク放電が終了するまでの間、該遮蔽板が該プラズマを遮蔽するように構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、特に、陰極アーク放電を用いたプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、低圧アーク放電を応用した薄膜形成技術の研究が盛んに行なわれている。かかる技術は、カソードとなるターゲット部分に、通常ストライカと呼ばれている電極を機械的に接触させる、あるいは電子ビーム等を用いることによって数十アンペア程度のアーク電流を流入させてアーク放電を発生させる。そして、ターゲットの上部空間に発生するプラズマハンプからのイオンをカソードに衝突させてカソードからイオンや電子等を発生させることにより、プラズマを持続させる。これらのイオンや電子を含むプラズマを輸送用磁場ダクト及び走査用磁場ダクトを用いて効率的に真空反応室に導き、均一に被処理基板に対して照射させることにより、薄膜の形成やエッチング等の処理を行なう手法である。
【０００３】
しかしながら、上記の従来方法においては、アーク放電によってプラズマを発生させる際、イオンや電子以外にも、電荷を持たない中性の微粒子或いは荷電粒子が多量に発生し、これらが異物として薄膜の形成やエッチング等の処理を阻害するという大きな問題を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した問題を解決する方法として、磁場ダクトの部分に１つ以上の曲率を有する形状を用いたり、磁場ダクトの内壁部分に発生したプラズマの進行方向に対して逆テーパとなるリング状のトラップ機構等を設けたりすることが、ＰＣＴ／ＧＢ９６／００３８９公報に開示されている。
【０００５】
しかしながら、発明者等の実験によって明らかになったものであるが、上記の従来技術では、光学顕微鏡で容易に観察可能な粒径を有する中性粒子の除去に対して効果を奏するが、発生する異物の大部分の粒径が５μｍ以下であるような中性粒子は、磁場フィルタの内壁にトラップされる確率が極端に減少するため、その除去が困難である。また、粒径が５μｍ以下の荷電性粒子についても、その捕獲が困難であって、薄膜の形成やエッチング等の実用化に際して、新たな解決策を見出すことが必要である。
【０００６】
本発明の目的は、主として上記のような約５μｍ以下の粒子に対して、有効な除去を可能とするプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アーク放電によって発生するプラズマ中に含まれる粒子を荷電性と中性の粒子とに大別し、夫々に対して有効な捕獲・除去方法を提案するものである。
【０００８】
先ず、プラズマ中に含まれる粒径が約５μｍ以下の荷電性粒子を除去するためには、発生したプラズマをその輸送用の第１の磁場ダクトとプラズマを均一に被処理基板上に照射させるための第２の磁場フィルタとを用いて被処理基板を保持した処理室へ導く際に、プラズマを電圧が印加された少なくとも１つ以上からなる電場フィルタを通過させることが必要である。
【０００９】
具体的には、電場フィルタに印加するバイアス電圧を設置電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲で設定することにより、プラズマ中の荷電性粒子を効率良く、しかも、リアルタイムで捕獲することが可能になる。これは、プラズマ中に浮遊する個々の荷電性粒子が約数１０００個の電子に覆われて負の電位を有していることを利用するものである。
【００１０】
一方、アーク放電によってカソードのターゲットから飛び出す中性粒子をリアルタイムで効率良く捕獲し、そして、これを除去するためには、第１の磁場ダクトと被処理基板との間のプラズマが輸送される経路の中に、少なくとも１つ以上の貫通孔を有する防着フィルタをプラズマの進行方法に対してほぼ垂直な位置に設け、第１の磁場フィルタを通って輸送されてきたプラズマがこの防着フィルタを通過するようにする。
【００１１】
このとき、貫通孔の断面積の総和が、第１の磁場フィルタまたは第２の磁場フィルタの断面積に対して、約４０％未満の断面積を有するようにする。
【００１２】
また、上記の防着フィルタの表面の一部を高分子からなる有機材料、またはこれらを含む複合材料を用いて覆うことにより、この防着フィルタの表面に付着した中性粒子の剥離を防止し、この中性粒子の剥がれによる二次的な粒子の発生を大幅に減少させることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は本発明によるプラズマ処理装置の第１の実施形態を示す概略構成図であって、１はターゲット、２はカソード、３はアーク用電源、４はストライカ、５はアーク放電、６は処理室、７は被処理基板、８はステージ、９は直流電源、１０は高周波電源、１１はプラズマ、１２は正のカーボンイオン、１３は電子、１４は第１の磁場ダクト、１５は第２の磁場ダクト、１６は電場フィルタ、１７は荷電性粒子、１８，１９，２０は直流電源、２１は排気ポンプ、２２は絶縁部材、２３は防着フィルタ、２４は中性粒子、４０は第１の磁場ダクト１４の中心軸付近、４１は高周波電源である。
【００１４】
同図において、ここでは、ターゲット１の材料の一例として、高配向グラファイトカーボンを使用し、その直径は約５０ｍｍである。このターゲット１は第１の磁場ダクト１４内の一方の端部に設けられたカソード２に接合されている。このカソード２は、絶縁部材２２により、第１の磁場ダクト１４から絶縁されている。この第１の磁場ダクト１４内のターゲット１の近くに、アーク放電を行なわせるためのストライカ４が設けられている。この第１の磁場ダクト１４の他方の端部に第２の磁場ダクト１５が連結され、さらに、この第２の磁場ダクト１５に絶縁部材２２を介して処理室６が連結されている。
【００１５】
ターゲット１に、カソード２を介して、アーク用電源３からアーク電流として２０〜１５０Ａ、アーク電圧として約−３０Ｖが印加されるストライカ４を接触させることにより、ターゲット１とストライカ４との間でアーク放電５を行なわせる。
【００１６】
なお、このストライカ４としては、このアーク放電５が不安定になったとき、再びターゲット１の表面に接触させて定常的にアーク放電５の維持ができるような構造を有するのが好ましい。
【００１７】
また、アーク放電５を開始するときの第１の磁場ダクト１４，第２の磁場ダクト１５及び処理室６の真空度（背圧）は、排気ポンプ２１により、例えば、約５×１０-5Ｐａ以下の真空度に保たれ、これにより、被処理基板７の表面に存在する水分子などの吸着量を減少させることが可能である。
【００１８】
処理室６内に配置される被処理基板７を設置するためのステージ８には、これに正及び負のいずれかの電圧を印加するための直流電源９または高周波電源１０などが接続されているが、ここでは、接地電圧に対してフローティングの状態とした。
【００１９】
ターゲット１から生成されたプラズマ１１の主要成分である正のカーボンイオン１２と電子１３とは、円筒形状を示すプラズマ輸送用の第１の磁場ダクト１４の周囲に配置した磁石（第１の磁場ダクト１４の中心付近において、約５００ガウス）に電源１８から通電することにより、サイクロトロン運動をしながら第１の磁場ダクト１４のほぼ中心軸付近４０にトラップされてビーム状になり、第２の磁場ダクト１５へと輸送される。
【００２０】
円筒形状の第２の磁場ダクト１５の周囲には、第１の磁場ダクト１４と同様に、磁石が配置されており、この磁石に電源１９から通電することにより、第１の磁場ダクト１４から輸送されてきたビーム状のプラズマ１１が揺動して被処理基板７の表面をスキャンし、これにより、被処理基板７の表面にカーボンの層が均一に形成される。
【００２１】
ところで、この第１の実施形態においては、第２の磁場ダクト１５と被処理基板７との間に、例えば、図２に示すような開口部１６ａを有する電場フィルタ１６がリアルパーティクルフィルタとして、絶縁部材２２によって処理室６との間で電気的絶縁を保って、設置されている。ここで、図２（ａ）は円筒状の電場フィルタ１６を示すものであって、その開口部１６ａの直径はこの電場フィルタ１６の外形寸法（第１の磁気ダクト１４の内径よりも大きい）に近い値となっているものである。これにより、被処理基板７が大きくてプラズマ１１の揺動範囲が広くても、このプラズマ１１はこの開口部１６ａを通ってその流れが電場フィルタ１６によって妨げられることはない。これに対し、被処理基板７が小さい場合には、図２（ｂ）に示すように、電場フィルタ１６の開口部１６ａの直径を小さくすることができるが、この場合でも、その直径を第２の磁場ダクト１５の作用によって揺動するプラズマ１１の通過を妨げない程度の大きさとする。
【００２２】
かかる電場フィルタ１６はアルミニウム合金，ステンレス合金あるいは銅を含む金属で形成されており、その開口部１６ａの内壁が凹凸状（例えば、蛇腹形状や螺旋溝を有する形状など）になっている。この電場フィルタ１６に正の電圧が印加されており、これにより、この電場フィルタ１６を通過するプラズマ１１の中に浮遊している負に帯電している荷電性粒子１７がこの電場フィルタ１６に捕獲され、その結果、大部分の荷電性粒子１７が除去されたプラズマ１１が被処理基板７の表面に照射されることになる。
【００２３】
このように、電場フィルタ１６は、第２の磁場ダクト１５から被処理基板７の方に流れる途中の荷電粒子１７を捕獲することになり、プラズマ処理中にリアルタイムで荷電粒子１７を除くことができる。
【００２４】
ここで、上記のように、電場フィルタ１６の開口部１６ａの内壁を凹凸状にすることにより、荷電性粒子１７を捕獲するための有効面積が広くなって荷電粒子１７の捕獲量が向上する効果があるし、また、後述する中性粒子の捕獲も可能である。
【００２５】
また、この第１の実施形態においては、第１の磁場ダクト１４の断面形状を、例えば、円形状とし、その内径が２００ｍｍであるのに対して、図２（ａ）に示す構成の電場フィルタ１６の内径を２００ｍｍまたは第１の磁場ダクトより大きく、例えば、２０５ｍｍとするものであり、これにより、輸送されてきたイオンや電子を含むプラズマ１１を効率良く被処理基板７の表面に照射することができる。
【００２６】
なお、図２（ｂ）に示す構成の電場フィルタ１６を同様に用いた場合には、荷電粒子１７や後述の中性粒子がこの電場フィルタ１６の表面１６ｂででも捕獲される。
【００２７】
図３は図２（ａ）に示す構成の電場フィルタ１６を用いた場合のこの第１の実施形態での被処理基板７の表面に飛来する荷電性粒子１７の変化量を示す図である。
【００２８】
ここでは、直流電源２０を用いて、電場フィルタ１６の印加電圧を設置電圧に対して−２０Ｖから１００Ｖまで変化させた場合を示している。また、この測定は、粒径が1μｍ以上の荷電粒子について、例えば、日立電子エンジニアリング社製のLaser Surface Inspection Device「ＬＳ−６０００」を用いて行ない、アーク電流を２０Ａ，アーク放電時間を１９０秒とした。
【００２９】
この結果、図３に示すように、被処理基板７の表面に飛来する荷電性粒子１７の量は、電場フィルタ１６に印加される電圧がマイナスからプラスに変化することによって急激に減少し、更に印加電圧を大きくするしていくと、再び増加するようになる。そして、印加電圧が５０Ｖ前後であるとき、被処理基板７の表面に飛来する荷電性粒子１７の量を極めて低減させることが可能になった。
【００３０】
この実施形態では、一例として、この実験結果に基づいて、電場フィルタ１６に印加する電圧を接地電圧に対して１０Ｖから９０Ｖの範囲の電圧とし、さらに荷電粒子１７を低減する場合には、２０Ｖから７０Ｖの範囲の電圧とし、より好ましくは、４０Ｖから６０Ｖまでの範囲の電圧とする。図２（ｂ）に示した構成の電場フィルタ１６についても同様である。
【００３１】
ところで、カーボン原子と化学反応して強力な密着性を示す高分子有機材料（具体的には、例えば、ポリイミドフィルム）を、電場フィルタ１６の開口部１６ａの内壁面に張り付けることにより、電場フィルタ１６の表面に堆積する荷電粒子からなる膜の剥がれの防止効果が増大する。例えば、このような高分子有機材料を張り付けた電場フィルタ１６に高周波電源４１を用いて発生する約５０Ｖの直流電圧成分を印加することにより、安定なアーク放電を維持することができ、しかも、プラズマ１１中に含まれる荷電粒子１７を、上記した場合と同様に、効率良く捕獲することができるばかりでなく、電場フィルタ１６の表面に堆積した荷電粒子１７からなる膜が不用意に剥離することを防止する効果のあることが確かめられた。
【００３２】
なお、図２（ｂ）に示した構成の電場フィルタ１６では、その開口部１６ａ以外の表面１６ｂにも同様の高分子有機材料を設けることにより、そこに堆積する電荷粒子１７や後述する中性粒子からなる膜の剥がれの防止効果が増大する。
【００３３】
また、電場フィルタ１６の開口部の内壁面が導電面である場合には、直流電源２０から電場フィルタ１６に上記の電圧範囲の直流電圧が印加されるが、この内壁面にポリイミドフィルムなどの電気的絶縁性の高分子有機材料を含む部材が設けられているときには、高周波電源４１を用いて発生する上記の電圧範囲の直流電圧成分が電場フィルタ１６に印加される。
【００３４】
図４は本発明によるプラズマ処理装置の第２の実施形態を示す概略構成図であって、２３は防着フィルタであり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３５】
同図において、アーク放電５によって生成させたプラズマ１１を第１の磁場ダクト１４及び第２の磁場ダクト１５を通過させて、被処理基板７を設置したステージ８を有する処理室６内へ輸送させることは、第１の実施形態である場合と同様であるが、この第２の実施形態では、第１の磁場ダクト１４と被処理基板７との間にリアルタイムパーティクルフィルタとしての防着フィルタ２３を配置し、プラズマ処理のために輸送されてくるプラズマ１１の中に浮遊する中性粒子２４をリアルタイムで捕獲し、除去するようにしたものであり、ここでは、板状のこの防着フィルタ２３をプラズマ１１の進行方向に対して略直交するように配置している。
【００３６】
この防着フィルタ２３は、第１の磁場ダクト１４の内部断面積に比較して小さい開口断面積を有する貫通孔２５を１つ以上備えており、その素材としては、例えば、表面をブラスト処理したステンレス合金を用いて作製され、電気的には、第１の磁場ダクト１４と同電位に設定されている。
【００３７】
かかる防着フィルタ２３を用いることにより、プラズマ１１の中に浮遊する中性粒子２４を捕獲することができる。その様子を図５に示した。
【００３８】
図５（ａ）は防着フィルタ２３の断面を示すものであって、斜線の部分は貫通孔２５である。この第２の実施形態では、１つの貫通孔２５を防着フィルタ２３のほぼ中央に設けたものであるが、貫通孔２５の位置はこれのみに限定されるものでなく、周囲に複数個設けてもよいことは言うまでもない。
【００３９】
図５（ｂ）は被処理基板７に到達する中性粒子２４の量と防着フィルタ２３の貫通孔２５の開口断面積との関係を示すものであって、これからも明らかのように、第１の磁場ダクト１４の断面積に比較して貫通孔２５の開口断面積が小さくなると、被処理基板７の表面に到達する中性粒子２４の量が減少する。特に、貫通孔２５の開口断面積が第１の磁場ダクト１４の内部断面積の約４０％以下になると、中性粒子２４が急激に減少し、さらに、約２５％以下では、中性粒子２４の量が激減する。
【００４０】
発明者等の検討結果によれば、貫通孔２５の形状や配置に関して、上記の例に比較してより小径の貫通穴２５を多数有する多孔形状、或いはそれらを防着フィルタ２３の周辺部（第１の磁場ダクト内の内壁周辺部）に配置した場合についても、図５（ｂ）と同様の結果を得ることができ、この貫通孔２５の開口断面積の総和を第１の磁場ダクト１４の内部断面積の約４０％以下になると、中性粒子２４が急激に減少し、さらに、約２５％以下では、中性粒子２４の量が激減する。
【００４１】
更にまた、図６に示す第３の実施形態のように、防着フィルタ２３の形状が板状ではなく、防着フィルタ２３の表面での貫通孔２５の周りに円筒状部材２６を設けた形状であっても、同様の効果を得ることが可能である。
【００４２】
図７は本発明によるプラズマ処理装置の第４の実施形態を示す概略構成図であって、図４に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００４３】
同図において、この第４の実施形態は、図４に示した第２の実施形態に対し、プラズマ１１が輸送される第１の磁場ダクト１４の内部にも、貫通孔２５の開口部面積の異なる複数の防着フィルタ２３を装着したものである。ここでは、防着フィルタ２３を第１の磁場ダクト１４の内部に２ヶ所と第１の磁場ダクト１４，第２の磁場ダクト１５間との合計３ヶ所に設置したものであるが、これら３ヶ所に設置した防着フィルタ２３夫々について、その貫通孔２５の開口断面積の総和が第１の磁場ダクト１４の内部断面積の約４０％以下とした。
【００４４】
かかる構成について、上記の図４の場合と同様の実験を行なったところ、プラズマ１１中に浮遊する中性粒子２４を効率良く捕獲することができた。これは、ランダムな軌道で移動する中性粒子２４を夫々の防着フィルタ２３が捕獲するからであり、最初の防着フィルタ２３で捕獲されない中性粒子２４が次の２番目の防着フィルタ２３で捕獲され、これら２つの防着フィルタ２３で捕獲されない次の３番目の防着フィルタ２３で捕獲されるからである。そして、更に、これら防着フィルタ２３夫々毎の貫通孔２５の開口断面積の総和を第１の磁場ダクト１４の内部断面積の約２５％以下にすることにより、中性粒子２４の捕獲効率が更に向上することが確かめられた。
【００４５】
なお、ここでは、防着フィルタ２３が３ヶ所に設けられたものであったが、２ヶ所あるいは４ヶ所以上設けるようにしてもよく、これら防着フィルタ２３毎の貫通孔２５の開口断面積の総和を上記のように設定することにより、上記と同様の効果が得られる。
【００４６】
一方、図４，図６及び図７に示す実施形態において、図８（ａ）に示すように、プラズマ１１の輸送方向２７にほぼ直交するように設けられた防着フィルタ２３でのプラズマ１１が流れ込んでくる側の面全体に、高分子有機材料からなる部材２９を設けた。ここでは、防着フィルタ２３を、一例として、グラスファイバーからなる板状部材２８(板厚が約１ｍｍ)の表面に高分子有機材料としてポリイミドの部材を設けた複合材料３０でもって形成した。
【００４７】
かかる構成の防着フィルタ２３を用いた上記の実施形態について、図４または図７に示した場合と同様の実験を行なったところ、図９に示す結果が得られた。この結果から明らかのように、被処理基板７の表面上に飛来する中性粒子２４はアーク放電の継続時間と共に増加の傾向にあるが、その量を、防着フィルタ２３に上記の複合部材３０を用いない場合（図９のグラフ３１）と比較して、複合部材３０を用いる場合（図９のグラフ３２）には、減少させることができる。
【００４８】
即ち、プラズマ１１が第１の磁場ダクト１４内を輸送される際に、この複合材料３０は、プラズマ１１中に浮遊する中性粒子２４を効率良く捕獲するばかりでなく、複合部材３０を装着しない場合に比較して、複合部材２９の表面に堆積した中性粒子２４からなる膜の剥離を効果的に防止する役割も果たしていることが確認された。
【００４９】
なお、図８（ａ）に示す防着フィルタ２３は、プラズマ１１が流れ込んでくる側の面全体に高分子有機材料からなる部材２９を設けたものであったが、この面の一部、例えば、図８（ｂ）に示すように、貫通孔２５の周りの所定の幅の領域に高分子有機材料からなる部材２９を設けるようにしてもよい。
【００５０】
図１０は本発明によるプラズマ処理装置の第５の実施形態を示す概略構成図であって、図６に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００５１】
同図において、この第５の実施形態では、図６に示した第３の実施形態において、第２に磁場ダクト１５と被処理基板７との間に電場フィルタ１６を配置し、従って、第１の磁場ダクト１４と第２の磁場ダクト１５との間に防着フィルタ２３を、第２に磁場ダクト１５と被処理基板７との間に、絶縁部材２２によって処理室６との間で電気的絶縁が保たれながら、電場フィルタ１６を配置したものである。
【００５２】
防着フィルタ２３は、図８に示したような複合部材３０（板厚約１ｍｍ）からなり、また、電場フィルタ１６には、直流電源２０から約５０Ｖの電圧が印加されている。そして、ターゲット１とストライカ４との間に、アーク用電源３からアーク電流として２０〜１５０Ａ、アーク電圧として約−３０Ｖを印加して、アーク放電を行なった。
【００５３】
これによって発生したプラズマ１１は、第１の磁場ダクト１４及び第２の磁場ダクト１５の内部を輸送されて被処理基板７の表面に照射されるが、その過程で、プラズマ１１の中に浮遊する中性粒子２４が防着フィルタ２３により、また、荷電性粒子１７が電場フィルタ１６により、夫々効果的に捕獲される。その結果、少なくとも約１μｍ以上の大きさを有する異物粒子が大幅に除去されたプラズマ１１のみが被処理基板７の表面に照射されることになる。
【００５４】
なお、防着フィルタ２３としては、図８（ａ）に示したものが図４に示すように１つ設けられていてもよいし、また、図７で示したように、複数設けられていてもよい。この場合、かかる防着フィルタ２３としては、図８に示したような複合部材３０でなくともよいが、かかる複合部材３０とすることにより、上記の効果がより顕著に得られることになることはいうまでもない。
【００５５】
図１１は本発明によるプラズマ処理装置の第６の実施形態を示す概略構成図であって、３３は第１の磁場ダクト、３４はバッフル、３５は遮蔽板（シャッタ）であり、前出図面に対応する部分に同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００５６】
同図において、この第６の実施形態では、第１の磁場ダクト３３が屈曲された形状をなし、また、この第１の磁場ダクト３３の内壁面には、プラズマ１１の進行方向に対して逆テーパ形状になるようなバッフル３４が設けられている。そして、この第１の磁場ダクト３３と第２の磁場ダクト１５との間に防着フィルタ２３が、第２の磁場ダクト３４と被処理基板７との間に図１０に示した実施形態と同様にして電場フィルタ１６が夫々配置されている。
【００５７】
アーク放電によって発生した荷電粒子や中性粒子は、第１の磁場ダクト３３ないをランダムな方向に進むが、第１の磁場ダクト３３が屈曲していることにより、これまで第１の磁場ダクト３３の中心軸に進んできたこれら粒子もその内壁面の方向に向かうことになり、その内壁面に設けられているバッフル３４に捕獲されることになる。
【００５８】
防着フィルタ２３の構成は、図６に示した第３の実施形態に用いられているものと同様にしたが、図８に示したような複合部材３０の構成とし、そこに設けられた貫通孔の開口断面積は第２の磁場ダクト１５の断面積の約４％程度とした。そして、電場フィルタ１６と被処理基板７との間に、開閉可能な遮蔽板３５が設置されている。
【００５９】
図１２は、図１１に示した第６の実施形態において、アーク放電の継続時間経過と処理室６内に浮遊する荷電性粒子及び中性粒子の量との関係を示すものである。
【００６０】
図１２からも明らかのように、アーク放電が開始され、発生したプラズマ１１が処理室６の方へ輸送される時間を経過した後、処理室６の内部に浮遊する粒子の量が急激に増加し、その後の時間経過に伴って徐々に減少する。そして、アーク放電が停止されると、若干の時間経過後、処理室６の内部に浮遊する粒子の量が再び増加し、その後、処理室６の内部が排気されるに伴って粒子の量が減少を始める。即ち、アーク放電によるプラズマ生成の場合、アーク放電の開始時及び終了時に極めて多くの粒子が発生することが明らかになった。
【００６１】
従って、アーク放電を利用したプラズマ処理の場合には、アーク放電の開始及び終了時にプラズマに含まれる粒子が被処理基板７の表面に飛来しないような工夫が必要である。
【００６２】
図１１における開閉可能な遮蔽板３５（ステンレス合金製）は、上記の機能を果たすためのものであって、例えば、アーク放電の開始から数秒乃至数十秒の間、そして、アーク放電の終了前の数秒乃至数十秒の間、被処理基板７を覆い隠すように作動させる。これにより、これら期間に発生した荷電粒子や中性粒子が遮蔽板３５に捕獲される。また、この遮蔽板３５は処理室６に対して電気的に絶縁の状態を保つようにし、必要に応じて電圧の印加を可能とした。遮蔽板３５に印加する電圧に対する荷電粒子の低減効果の傾向も図３と同様であり、従って、この印加電圧も、例えば、１０Ｖから９０Ｖまでの範囲に設定し、好ましくは４０Ｖから６０Ｖまでの範囲に設定する。
【００６３】
表１に、被処理基板７上の異物となる粒子の数と電場フィルタ１６及び防着フィルタ２３との関係をまとめて示したものである。
【００６４】
【表１】
0003860954.tif 000002
尚、実験におけるアーク放電の条件を、図１に示した第１の実施形態と同様とし、また、遮蔽板３５を接地電圧に対してフローティングの状態に保ち、アーク放電の開始後１０秒間及び終了前の１０秒間は遮蔽板３５を作動させて被処理基板７の表面を覆うようにした。また、被処理基板７の面積は約１００ｃｍ2である。
【００６５】
この結果、電場フィルタ１６及び防着フィルタ２３のいずれも使用しない場合には、粒径１μｍ以上の異物となる粒子（荷電性粒子や中性粒子）が極めて多量に被処理基板７上に輸送されている。これに対し、防着フィルタ２３を用いると、これによって中性粒子が除去されることにより、被処理基板７上に付着する粒子（大部分が荷電性粒子）は、上記の場合の１／１０以下に激減させることができる。そして、更に、電場フィルタ１６を用いることにより、その量を１／１００以下に低減させることが可能であることが明らかになった。
【００６６】
換言すれば、アーク放電を利用したプラズマ処理において、生成させるプラズマ１１中に含まれる荷電性粒子は電場フィルタ１６を用いて、また、中性粒子は防着フィルタ２３を用いて夫々除去することができ、これにより、薄膜形成などの場合、デバイスにとって悪影響をもたらす異物粒子が排除された極めてクリーンなプラズマを用いて処理を行なうことができることである。
【００６７】
なお、遮蔽板３５としては、電場フィルタ１６と同様の金属材料で形成してもよいし、また、その粒子捕獲面に上記の電気的絶縁性の高分子有機材料を設けるようにしてよい。そして、この粒子捕獲面が導電面であるときには、遮蔽板３５は直流電源２０から直流電圧が、この粒子捕獲面に高分子有機材料が設けられているときには、遮蔽板３５は高周波電源４１を用いて発生する直流電圧成分が夫々印加される。
【００６８】
図１３は本発明によるプラズマ処理装置の第７の実施形態を示す概略構成図であって、３８は集塵用基板、３９は直流電源、４２は高周波電源であり、図１１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００６９】
同図において、この第７の実施形態は、図１１に示した第６の実施形態において、遮蔽板３５の代りに、被処理基板７とは異なる位置に集塵用基板３８を配置したものである。
【００７０】
この第７の実施形態では、アーク放電の開始から数秒乃至数十秒の間及びアーク放電の終了前数秒乃至数十秒の間、第２の磁場ダクト１５の磁界を制御することにより、第１の磁場ダクト１４を通過したプラズマ１１の進む方向を集塵用基板３８に変化させる。これにより、異物粒子が大量に発生し易い時間を避けてプラズマ処理を実行することができる。
【００７１】
尚、集塵用基板３８は被処理基板７と同一の構造体のものでよく、必要に応じて所定の電圧を印加することも可能である。また、集塵用基板３８の表面をポリイミドなどによる処理を施すことにより、集塵用基板３８の表面から剥がれた異物粒子が再び処理室６の内部に浮遊し、それが被処理基板７の処理中に悪影響を及ぼすことを抑制することができる。
【００７２】
なお、集塵用基板３８の表面が導電面であるときには、集塵用基板３８は直流電源３９から直流電圧が、集塵用基板３８の表面に高分子有機材料が設けられているときには、集塵用基板３８は高周波電源４２を用いて発生する直流電圧成分が夫々印加される。
【００７３】
また、集塵用基板３８の印加電圧に対する異物粒子の低減効果も、先の図３と同様の傾向にあり、従って、集塵用基板３８に印加する電圧も、さきに説明した電場フィルタ１６や遮蔽板３５（図１１）の場合と同様である。
【００７４】
図１３に示したこの第７の実施形態と同様な効果を得る方法として、ステージ８を回転可能な構造にして、このステージ８上に被処理基板７と集塵用基板３８とが併置するようにしてもよい。そして、アーク放電の開始時及び終了時には、このステージ８を回転させてプラズマ１１の進行方向と集塵用基板３８の位置とを一致させる。このような方法によっても、上記した場合と同様の効果を得ることが可能である。
【００７５】
次に、電場フィルタ１６及び中性フィルタ２３によって除去される異物粒子の素性について調べた結果を説明する。
【００７６】
図１４（ａ）に示す被処理基板７上に付着した大きな粒子３６（約２．５×７μｍ）を良く知られた顕微ラマン分光法を用いて解析した。
【００７７】
図１４（ｂ）はこの結果得られたラマン分光スペクトルの一例を示すものであるが、そのラマンスペクトルは波数が１５８０ｃｍ-1及び１３５０ｃｍ-1の近傍に観察されることから、この異物２３がグラファイトカーボンに近い粒子であることが確認された。
【００７８】
また、図１５（ａ）は粒径が１μｍ程度の粒子３７を示すものであり、そのラマン分光スペクトルは、図１５（ｂ）に示すように、図１４（ｂ）の場合と比較して、その強度が減少しただけであって、スペクトルの波数は同じである。従って、この粒子３７もグラファイトカーボンに近い粒子である。
【００７９】
図１６〜図１８は、大きさの異なる粒子について、良く知られたエネルギー分散Ｘ線分光法を用いて成分分析を行なった結果を示すものである。
【００８０】
図１６及び図１７に併記した電子顕微鏡写真の形状から判断すると、その粒子の形状が鋭角的な面を有していることから、中性粒子であるものと考えられる。そして、その成分分析の結果から、これらの粒子はカーボンからなる粒子であるということができる。但し、成分分析のスペクトルに現れるシリコンに帰属したピークは、下地基板として使用したシリコンウエハからの信号である。
【００８１】
一方、図１８に示した異物は、その形状が丸みを帯びていることから、プラズマ雰囲気中で成長し、そして、その周りに数千個の電子を帯電した状態で被処理基板上に輸送された荷電性粒子であると推察される。そして、その成分分析の結果、この粒子も、また、カーボンで構成されていることが判明した。
【００８２】
上記したように、アーク放電によって生成したプラズマ中に浮遊する異物粒子はグラファイトカーボンに近い粒子であって、電荷を帯びている粒子と電気的には中性の粒子とが存在する。そして、これらはいずれも被処理基板上に堆積されて、例えば、薄膜としての利用価値が低く、かつ結晶学的にも劣る構造体であるため、その除去が不可欠である。
【００８３】
なお、以上の各実施形態では、ターゲット１としてカーボンを用いたが、例えば、タングステンなどの融解点の高い金属であっても、アーク放電の可能な材料であれば、限定されない。
【００８４】
また、上記各実施形態では、電場フィルタ１６を１つ用いるものであったが、２個以上をプラズマ１１の流れ方向に並べて配置するようにしてもよい。この場合、各電場フィルタ１６の開口部の直径を全て等しくしてもよいし、また、適宜異ならせてもよい。勿論、これら電場フィルタ１６に印加する電圧を互いに等しくしてもよいし、また、適宜異ならせるようにしてもよい。例えば、図１に示した実施形態において、電場フィルタ１６を２個以上中心軸４０に沿って配置する場合、被処理基板７側の電場フィルタ１６に対し、第２の磁場フィルタ１５側の電場フィルタ１６ほどその開口部の直径を大きくしてもよいし、小さくしてもよい。
【００８５】
【発明の効果】
以上で説明したように、本発明によれば、アーク放電によって発生したプラズマの輸送経路に貫通孔を有する防着フィルタと電圧印加の可能電磁フィルタを配置させることにより、中性粒子及び荷電性粒子を低減させたプラズマを被処理基板に照射することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ処理装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１における電場フィルタの一具体例を示す斜視図及び断面図である。
【図３】図１に示す実施形態での電場フィルタに印加される電圧と被処理基板に到達する異物粒子との関係を示す図である。
【図４】本発明によるプラズマ処理装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】図４における防着フィルタの一具体例とこの防着フィルタに設けた貫通孔の開口断面積と被処理基板に到達する異物粒子との関係を示す図である。
【図６】本発明によるプラズマ処理装置の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明によるプラズマ処理装置の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】図７における防着フィルタの一具体例を示す概略構造図である。
【図９】図８に示した複合材料の防着フィルタの効果を示す図である。
【図１０】本発明によるプラズマ処理装置の第５の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】本発明によるプラズマ処理装置の第６の実施形態を示す概略構成図である。
【図１２】図１１に示した第６の実施形態でのアーク放電の過程と発生する異物粒子との関係を示す説明図である。
【図１３】本発明によるプラズマ処理装置の第７の実施形態を示す概略構成図である。
【図１４】プラズマ処理する被処理基板に付着した異物粒子の一例の（サイズ２．５×７μｍ程度）のラマン分光スペクトルを示す図である。
【図１５】プラズマ処理する被処理基板に付着した異物粒子の他の例（粒径１μｍ程度）のラマン分光スペクトルを示す図である。
【図１６】異物粒子のエネルギー分散Ｘ線分光法による成分分析結果の第１の具体例を示す図である。
【図１７】異物粒子のエネルギー分散Ｘ線分光法による成分分析結果の第２の具体例を示す図である。
【図１８】異物粒子のエネルギー分散Ｘ線分光法による成分分析結果の第３の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１  ターゲット
２  カソード電極
３  アーク電源
４  ストライカ
５  アーク放電領域
６  処理室
７  被処理基板
８  ステージ
９  直流電源
１０  高周波電源
１１  プラズマ
１２  イオン
１３  電子
１４  第１の磁場ダクト
１５  第２の磁場ダクト
１６  電場フィルタ
１７  荷電性粒子
１８，１９，２０  直流電源
２１  排気ポンプ
２２  絶縁部材
２３  防着フィルタ
２４  中性粒子
２５  貫通孔
２６  円筒部
２８  グラスファイバー
２９  ポリイミド
３０  複合部材
３３  第１の磁場ダクト
３４  バッフル
３５  遮蔽板
３８  集塵用基板
３９  直流電源
４０  第１の磁場ダクトの中心付近
４１，４２  高周波電源
４２  集塵基板用高周波電源
【図１】
0003860954.tif 000003
【図２】
0003860954.tif 000004
【図３】
0003860954.tif 000005
【図４】
0003860954.tif 000006
【図５】
0003860954.tif 000007
【図６】
0003860954.tif 000008
【図７】
0003860954.tif 000009
【図８】
0003860954.tif 000010
【図９】
0003860954.tif 000011
【図１０】
0003860954.tif 000012
【図１１】
0003860954.tif 000013
【図１２】
0003860954.tif 000014
【図１３】
0003860954.tif 000015
【図１４】
0003860954.tif 000016
【図１５】
0003860954.tif 000017
【図１６】
0003860954.tif 000018
【図１７】
0003860954.tif 000019
【図１８】
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