JP2006032272A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気発生手段が小型であって安価になり低価格のプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】 永久磁石装置６が与える磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを被処理体の表面処理に用いるプラズマ処理装置であって、永久磁石装置６は、一方の永久磁石１５を磁性体製の一方の磁石保持ケース１３に吸着収容した一方の磁気ユニット１１と、他方の永久磁石１５―１を磁性体製の他方の磁石保持ケース１３に吸着収容した他方の磁気ユニット１２とを有し、一方の磁石保持ケース１３と他方の磁石保持ケース１３とを、それぞれの合せ目１３ａにおいて磁気保持回路（磁気誘導回路）を構成するように磁気吸着させて枠体Ａを構成し、一方の永久磁石１５と他方の永久磁石１５―１との磁極間において磁界を発生することで磁場を形成するようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被処理体の表面を処理する為のプラズマ処理装置に関し、特に、磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを用いて被処理体の表面処理を行う表面処理装置の技術分野に属する。

原料ガスをプラズマ分解して、化学的に活性なラジカルやイオンを生成して、低温で薄膜を形成するＣＶＤを総称して、プラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄ；ＣＶＤ）という。プラズマＣＶＤでは、光ＣＶＤと同様、非熱平衡状態で化学反応が進行するために、熱ＣＶＤ膜とは異なった組成や特性の薄膜が得られるのが特長である。これを利用して、さまざまな機能性薄膜材料の合成が行われている。

図８に示すように、電場がない状態でプラズマに外から磁場Ｂをかけたとき、電荷ｑ、速度ｖの荷電粒子（電子）は、速度vと磁場Ｂの両方に垂直な向きにローレンツ力を受ける。したがって、荷電粒子が速度ｖで直進しようとすると、それに直角にローレンツ力が作用するので軌道が曲げられる。これを次々に繰り返して最終的には、Ｚ方向（紙面に垂直な方向）の磁場Ｂに垂直なｘｙ平面内で粒子は円軌道を描いて回転する。この円運動はサイクロトロン運動（ｃｙｃｌｏｔｒｏｎｍｏｔｉｏｎ）またはラーモア（Ｌａｒｍｏｒ）運動と呼ばれ、回転半径ρをラーモア半径、回転周波数ｆｃ（＝ωｃ／２π）をサイクロトロン周波数という。

さて、サイクロトロン運動している電子に外から角周波数ωの高周波電場Ｅをかけると、ω＝ωｃのときに共鳴的に電子が加速される現象があり、電子サイクロトロン共鳴（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；ＥＣＲ）と呼ばれている。

図９は、電子の軌道の概略を描いたもので、スパイラル状に加速されていく様子を示している。この加速は次のようにして起こる。電子のサイクロトロン周波数と電場Ｅの周波数が同じなので、電子はいつも同じ位相の電場Ｅを感じることになる。例えば、図９における１、３、５、……の位置では電子の運動は左向きで電場Ｅは右向きであり、２、４、６、……の位置では電子が右向きで電場Ｅは左向きである。電子に対して−ｅＥの力が作用するので、どちらの位相でも電場は電子を加速することがわかる。すなわち、電場Ｅは直流的に電子を加速し続けるので、電子の運動エネルギーは時間に比例して増大する。

一方、電場Ｅの周波数がサイクロトロン周波数と一致しないときは、位相があわなくって加速と減速が等確率で起こり、時間平均するとエネルギーは増えない。その意味でω＝ωｃにおいてのみ起こる共鳴現象である。

磁場中の電子サイクロトロン共鳴を利用するマイクロ波プラズマＥＣＲ装置の例を図１０に示す。図１０中５１はプラズマ室、５２はプラズマ室５１の上側部に設けられた真空窓、５３は真空窓５２に連なる導波管、５４はプラズマ室５１の下側開口部５１Ａに連なる反応室、５６はプラズマ室１の周囲に設けられたマグネットコイル（電磁石）である。

そして、反応室５４の内部には被処理体設置部５７が設けてあり、この被処理体設置部５７には被処理体としての基板５８が設置してある。

そして、マグネットコイル（電磁石）５６に通電して０．１Ｔ程度の磁場Ｂのもとで１ｋＷ程度のマイクロ波（ふつう２．４５ＧＨｚ）（角周波数ω）を真空窓５２からプラズマ室５１に入射すると、このプラズマ室５１には、かなりの低圧力（０．０５〜０．５Ｐａ）で且つ高密度（≒１０１７ｍ^−３）のプラズマＰＭが発生する。このような高効率プラズマ生成を可能にしているのは、その名のとおり共鳴現象にある。

磁場Ｂがあると、電子はローレンツ力を受け、磁力線に巻きついて回転運動をする。その周波数は磁場Ｂの大きさで決まり、ωｃ／２π＝ｅＢ／２πｍｅ（電子サイクロトロン周波数）で与えられる。

磁場Ｂ＝０．０８７５Ｔのとき、サイクロトロン周波数は２．４５ＧＨｚとなる。上記したように、外からこれと同一周波数の振動電場を加えれば、回転運動している電子は同位相の電場を感じて直流的に加速され続けることになる。

このように、ω＝ωｃが一致するとき、電子の共鳴的加速が起こり、高い運動エネルギーを得るので、この電子サイクロトロン共鳴を利用するマイクロ波プラズマＥＣＲ装置では、マイクロ波エネルギーを吸収した高速電子がひんぱんに電離を行うので、低圧力でも高密度プラズマが得られる。

従来のプラズマ処理装置として特許文献１に開示された技術がある。このプラズマ処理装置には、マグネトロンから導波管を介して真空容器にマイクロ波が導入され、弗素のプラズマが生じる。この場合、プラズマのイオン化室壁への拡散を防ぐために電磁石により磁場が発生されていることが開示してある。
特開平０７−１２２５３９号公報

しかしながら、上記した従来のプラズマ処理装置にあっては、図１０に示すように、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の生成に必要な磁気発生手段にマグネットコイル（電磁石）５６を使用して強い磁場をかけるために、大がかりなマグネットコイル（電磁石）５６が必要になり、プラズマ処理装置が大きくなって、コスト高になるという問題が生じていた。

本発明はかかる従来の問題を改善するためになされたもので、その目的とするところは、磁気発生手段が小型であって安価になり低価格のプラズマ処理装置を提供するものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、磁気発生手段が与える磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを被処理体の表面処理に用いるプラズマ処理装置であって、磁気発生手段は、一方の異方性磁気体を磁性体製の一方の磁石保持ケースに吸着収容した一方の磁気ユニットと、他方の異方性磁気体を磁性体製の他方の磁石保持ケースに吸着収容した他方の磁気ユニットとを有し、一方の磁石保持ケースと他方の磁石保持ケースとを、それぞれの合せ目において磁気保持回路を構成するように磁気吸着させて枠体を構成し、一方の異方性磁気体と他方の異方性磁気体との磁極間において磁界を発生することで磁場を形成するようにしたものである。

かかる構成により、磁気発生手段は、その一方及び他方の異方性磁気体を適宜選択することにより、希望する磁束密度の磁場を容易に発生させることが可能になるし、また、磁気発生手段は小型でありながら安価である。このために、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。ここで、磁気発生手段とは永久磁石装置が該当し、一方及び他方の異方性磁気体とは永久磁石が該当する。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記した本発明に係るプラズマ処理装置において、プラズマを、磁場の元におけるマイクロ波の照射と電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）とにより発生させ、磁場が磁気発生手段により形成されるものである。

かかる構成により、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の生成に必要な磁場発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記した本発明に係るプラズマ処理装置において、導入された媒質ガスを励起してプラズマ化するプラズマ室を備えており、一方及び他方の磁気ユニットのそれぞれの磁気保持ケースは、合せ目で合わされてプラズマ室を囲むようにして枠体を構成して、一方の異方性磁気体と他方の異方性磁気体はプラズマ室を挟んで対向していて、一方の異方性磁気体の対向端部はＳ極であり、他方の異方性磁気体の対向端部はN極である。

かかる構成により、一方及び他方の磁気ユニットのそれぞれの磁石保持ケースは合体して連続する枠体を構成する。この枠体は磁気誘導閉回路を構成するものであって、いわゆる磁気回路の一部を形成しており、Ｓ極からN極に向かって磁束密度の高い磁場が形成される。この場合、磁力線Ｆはプラズマ室を貫き、枠体の中心部を通過して一方の異方性磁気体に収束する。

プラズマ（ＥＣＲプラズマ）は、マイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）と磁場（磁束密度８７５ガウス）による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により発生させるが、磁束密度８７５ガウスによる磁場は、一方及び他方の異方性磁気体（永久磁石）を適宜選択することにより容易に発生させることが可能になる。このために、磁気発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記した本発明に係るプラズマ処理装置において、Ｓ極とN極との間には、磁気保持回路で保持され且つプラズマ室を貫く空間磁場が形成されていて、空間磁場の磁束密度は８７５ガウスであり、マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。

かかる構成により、磁気保持回路により、磁束密度８７５ガウスによる空間磁場は連続的に安定して保持される。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記した本発明に係るプラズマ処理装置において、プラズマ室の外周方に、このプラズマ室内で発生した熱を磁気発生手段に対して遮断する熱遮断手段を設けたものである。

かかる構成により、プラズマ処理装置（マイクロ波プラズマＣＶＤ装置）の稼働中に、熱遮断手段により、プラズマ室に発生する熱の磁気発生手段への伝達を遮断し、この熱が磁気発生手段に悪影響を及ぼさないようになる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、上記した本発明に係るプラズマ処理装置において、プラズマが、磁場中において、電子サイクロトン周波数より十分低い周波数の高周波電流をアンテナに流すことで発生するヘリコン波プラズマであり、磁場が磁気発生手段により形成されるものである。

かかる構成により、プラズマ処理装置としてのヘリコン波プラズマＣＶＤ装置においても、必要な磁場発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマは、反応容器内に配置された電極を兼ねるターゲットに高周波を印加することで、このターゲットと、接地された平板状の対向電極との間に発生させ、反応容器の外周方に磁気発生手段を配置して、この磁気発生手段により磁場が形成されるものである。

かかる構成により、プラズマ処理装置としての平行平板型プラズマ処理装置においても、必要な磁気発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、磁気発生手段は、その一方及び他方の異方性磁気体を適宜選択することにより、希望する磁束密度の磁場を容易に発生させることが可能になるし、また、磁気発生手段は小型でありながら安価である。このために、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の生成に必要な磁場発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。すなわち、一方及び他方の磁気ユニットのそれぞれの磁石保持ケースは合体して連続する枠体を構成する。この枠体は磁気保持回路（磁気誘導閉回路）を構成するものであって、いわゆる磁気回路の一部を形成しており、Ｓ極からN極に向かって磁束密度の高い磁場が形成される。この場合、磁力線Ｆはプラズマ室を貫き、枠体の中心部を通過して一方の異方性磁気体に収束する。

プラズマ（ＥＣＲプラズマ）は、マイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）と磁束密度８７５ガウスによる磁場による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により発生させるが、磁束密度８７５Ｇによる磁場は、一方及び他方の異方性磁気体（永久磁石）を適宜選択することにより容易に発生させることが可能になる。したがって、磁気発生手段が小型でありながら安価であるために、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理装置（マイクロ波プラズマＣＶＤ装置）の稼働中に、熱遮断手段により、プラズマ室に発生する熱の磁気発生手段への伝達を遮断し、この熱が磁気発生手段に悪影響を及ぼさないようになる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理装置としてのヘリコン波プラズマＣＶＤ装置においても、必要な磁気発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

また、本発明に係るプラズマ処理装置によれば、プラズマ処理装置としての平行平板型プラズマ処理装置においても、必要な磁気発生手段が小型でありながら安価になり、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置は、磁気発生手段としての永久磁石装置６が与える磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを被処理体の表面処理に用いるプラズマ処理装置であって、永久磁石装置６は、一方の異方性磁気体である永久磁石１５を磁性体製の一方の磁石保持ケース１３に吸着収容した一方の磁気ユニット１１と、他方の異方性磁気体である永久磁石１５―１を磁性体製の他方の磁石保持ケース１３に吸着収容した他方の磁気ユニット１２とを有し、一方の磁石保持ケース１３と他方の磁石保持ケース１３とを、それぞれの合せ目１３ａにおいて磁気誘導回路を構成するように磁気吸着させて枠体Ａを構成し、一方の永久磁石１５と他方の永久磁石１５―１との磁極間において磁界を発生することで磁場を形成するようにしたものである。

上記のように、永久磁石装置６は、その一方及び他方の永久磁石１５、１５−１を適宜選択することにより、希望する磁束密度の磁場を容易に発生させることが可能になるし、また、永久磁石装置６は小型でありながら安価である。このために、永久磁石装置６を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明の実施例を、図面を参照して詳述する。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例１を図１乃至図４に示す。本発明に係るプラズマ処理装置の実施例１はマイクロ波プラズマＣＶＤ装置である。このマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を示す図１において、１は非磁性材で製作されたプラズマ室、２はプラズマ室１の上側部に設けられた真空窓、３は真空窓２に連なる導波管、４はプラズマ室１の下側開口部１Ａに連なる反応室、６はプラズマ室１の周囲に設けられた磁気発生手段としての永久磁石装置である。

プラズマ室１の上面にはガス供給管７が開口しており、反応室４の側部には媒質ガス供給管８Ａが、反応室４の下部には排気管路８Ｂがそれぞれに開口している。そして、反応室４の内部には被処理体設置部９が設けてあり、この被処理体設置部９には被処理体としての基板１０が設置してある。

永久磁石装置６は、図３に示すように二分割構成であって、一方の磁気ユニット１１と他方の磁気ユニット１２とで構成してある。一方の磁気ユニット１１は、軟鉄材料から成る磁石保持ケース１３を有しており、この磁石保持ケース１３は、側面部１３Ａと前、後面部１３Ｂ、１３Ｃと前、上、下面部１３Ｄ、１３Ｅとを有している。そして、上、下面部１３Ｄ、１３Ｅには、長方形状の切欠きからなる嵌合部１４が形成してある。

そして、磁石保持ケース１３の側面部１３Ａの内面には、一方の異方性磁気体である角形直方体の永久磁石１５が固着してあり、また、磁石保持ケース１３内には、非磁性材料である合成樹脂、例えばエポキシ樹脂より成る充填材１６が充填してあり、この充填材１６の中央に永久磁石１５が表出している。この場合、磁石保持ケース１３の角部は、曲げ角度が５６度以上のＲ（アール）にしてあり、磁気漏れが防止してある。

他方の磁気ユニット１２は一方の磁気ユニット１１と同構成ではある。このために、一方の磁気ユニット１１における部品及び部位に同じ符号を付して説明を省略する。なお、一方の磁気ユニット１１における永久磁石１５に対して他方の磁気ユニット１２における永久磁石の符号を１５−１とする。

そして、永久磁石装置６は、一方の磁気ユニット１１と他方の磁気ユニット１２とをプラズマ室１を挟んだ状態で互いに連結して構成される。

すなわち、図１に示されるように、一方及び他方の磁気ユニット１１、１２におけるそれぞれの磁気保持ケース１３は、相互の磁力により合体し、上、下面部１３Ｄ、１３Ｅに形成された嵌合部１４がプラズマ室１が挿入される上下の開口１７を形成し、これらの上下の開口１７内にプラズマ室１の周壁部が位置するようになる。

一方及び他方の磁気ユニット１１、１２のそれぞれの磁気保持ケース１３は、図２に示されるように、それぞれの合せ目（縁部）１３ａで合わされ、長方形状の嵌合部１４により形成される開口１７をプラズマ室１が貫通している。永久磁石１５と永久磁石１５−１はプラズマ室１を挟んで対向している。永久磁石１５の対向端部１５ａはＳ極で、永久磁石１５−１の対向端部１５ａ−１はN極である。

図２に示されるように、一方及び他方の磁気ユニット１１、１２のそれぞれの磁石保持ケース１３は合体して連続する枠体Ａを構成する。この枠体Ａは磁気保持回路（磁気誘導閉回路）を構成していて、この枠体Ａは、いわゆる磁気回路の一部を形成する。一方の磁気ユニット１１の磁気保持ケース１３の永久磁石１５の対向端部（Ｓ極）１５ａから永久磁石１５−１の対向端部（N極）１５ａ−１に向かって磁束密度の高い（例えば、６０００〜８０００ガウス）磁場（空間磁場）が形成されている。

磁力線Ｆはプラズマ室１を貫き、枠体Ａの中心部を通過して永久磁石１５に収束する。この磁力線Ｆにより磁気回路（誘導磁気回路）が構成されている。磁石保持ケース１３の角部に、曲げ角度が５６度以上のＲ（アール）を形成することにより、磁気漏れの無い磁気誘導閉回路が実現している。

プラズマ（ＥＣＲプラズマ）ＰＭは、磁束密度８７５ガウスの磁場Ｂのもとで、マイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）の照射と電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）とにより発生させる。したがって、磁束密度８７５ガウスによる磁場は、上記した永久磁石装置６において、永久磁石１５、１５−１を適宜選択することにより容易に発生させることが可能である。

次に、上記のように構成されたマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の作動を説明する。

上記のように、ＥＣＲプラズマ源では、マイクロ波と磁場中での電子のサイクロトロン運動が同期することで電子は共鳴的に加速して、ガス分子を電離させるに十分なエネルギーを得る。これにより低圧・高密度プラズマを生成できる。

すなわち、プラズマ（ＥＣＲプラズマ）ＰＭは、永久磁石装置６における（磁束密度８７５ガウス）による磁場Ｂの元で、導波管３からマイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）を導入することで発生させる。このとき、電子のサイクロトロン周波数ωｃとマイクロ波の周波数ωとは一致している。マイクロ波からエネルギーをもらった電子は、反応室４に導入された媒質ガス、例えばＳｉＨ４やＨ２ガスに衝突し、ＳｉＨｘやＨなどの中性な分子（原子）やＳｉＨｘ＋などのイオン（荷電粒子）を形成する。これらの分子（原子）は基板１０に到達し、この基板１０表面で複雑に反応を起こし、例えば多結晶シリコンを生成する。

上記したように、本発明の実施例１によれば、永久磁石１５、１５−１を適宜選択することにより、希望する磁束密度８７５ガウスの磁場Ｂを容易に発生させることが可能になる。電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）の生成に必要な磁場発生手段としての永久磁石装置６は小型でありながら安価であるために、この永久磁石装置６を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

すなわち、一方及び他方の磁気ユニット１１，１２のそれぞれの磁石保持ケース１３は合体して連続する枠体Ａを構成する。この枠体Ａは磁気保持回路（磁気誘導閉回路）を構成するものであって、いわゆる磁気回路の一部を形成しており、Ｓ極からN極に向かって磁束密度の高い磁場が形成される。この場合、磁力線Ｆはプラズマ室１を貫き、枠体Ａの中心部を通過して一方の異方性磁気体である永久磁石１５に収束する。

プラズマ（ＥＣＲプラズマ）ＰＭは、マイクロ波（周波数２．４５ＧＨｚ）と磁束密度８７５ガウスによる磁場による電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）により発生させるが、磁束密度８７５Ｇによる磁場は、磁気保持回路（磁気誘導閉回路）により連続的に安定して保持されるし、また、永久磁石１５、１５−１を適宜選択することにより容易に発生させることが可能になる。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例２を図５に示す。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例２はマイクロ波プラズマＣＶＤ装置であり、この本発明の実施例２は、上記した本発明の実施例１のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置に永久磁石装置６の熱遮断手段２０を設けた構成であって、他の構成は本発明の実施例１のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置と同構成であるために、同じ符号を付して説明を省略する。

熱遮断手段２０は、プラズマ室１の周壁部と永久磁石装置６との間に形成されたウォータージャケット２１を備えており、このウォータージャケット２１には冷却水導入管２２と導出管２３とが接続してある。

したがって、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の稼働中に、冷却水導入管２２から冷却水を取り込み、この冷却水を、ウォータージャケット２１を通して導出管２３より排出することで、プラズマ室１の周壁部を冷却して、このプラズマ室１に発生する熱の永久磁石装置６への伝達を遮断し、この熱が永久磁石装置６に悪影響を及ぼさないようにしてある。

上記したように、本発明の実施例２によれば、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置の稼働中に、熱遮断手段２０により、プラズマ室１に発生する熱の永久磁石装置６への伝達を遮断し、この熱が永久磁石装置６に悪影響を及ぼさないようになる。

なお、上記した本発明の実施例１の作用効果は、本発明の実施例２においても奏し得るものである。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例３を図６に示す。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例３はヘリコン波プラズマＣＶＤ装置である。磁場中において、電子サイクロトン周波数より十分低い周波数（ω≪ωｃ）の高周波電流をアンテナに流すと、低圧力でも高密度のプラズマを容易に生成することができる。このようにしてつくるプラズマをヘリコン波プラズマ（ｈｅｌｉｃｏｎｗａｖｅｐｌａｓｍａ）と呼ぶ。

アンテナは直径０．１ｍ程度と細く、０．０１Ｔ程度の弱い磁界のもとで１３．５６ＭＨｚ、１ｋＷの高周波をアンテナに印加すると、１〜５Ｐａの圧力において １０１８〜１０１９ｍ−３の強電離プラズマが得られる。このプラズマの生成機構には、ヘリコン波と呼ばれる波動が深く関与している。

ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置は、図６に示すように、真空容器である反応容器３０を備えており、この反応容器３０には、図示しないがプロセスガス導入口と排気口とが設けてある。また、反応容器３０内にはターゲット３３が配置してあり、反応容器３０の天井部には石英管３４が配置してある。

石英管３４にはアンテナ（ｍ＝１モード励起用）３５が巻いて配置してあり、このアンテナ３５は高周波電源（ＲＦ）（１３．５６ＭＨｚ）３６に接続してある。なお、図中３７はＲＦバイアスである。

そして、石英管３４の外周方には永久磁石装置６−１が配置してあり、反応容器３０の外周方には永久磁石装置６−２が配置してある。

永久磁石装置６−１、６−２は、上記した本発明の実施例１及び実施例２における永久磁石装置６と同構成であって、図２に示すように一方及び他方の磁気ユニット１１、１２のそれぞれの磁石保持ケース１３は、合体して連続する枠体Ａを構成していて、この枠体Ａは磁気保持回路（磁気誘導閉回路）を構成する。この枠体Ａは、所謂磁気回路の一部を形成する。一方の磁気ユニット１１の磁気保持ケース１３の永久磁石１５の対向端部（Ｓ極）１５ａから永久磁石１５−１の対向端部（N極）１５ａ−１に向かって磁束密度の高い（例えば、６０００〜８０００ガウス）磁場が形成されている。

磁力線Ｆは石英管３４（又は反応容器３０）内のプラズマＭＰを貫き、枠体Ａの中心部を通過して永久磁石１５に収束していて、この磁力線Ｆにより磁気回路（誘導磁気回路）が構成されている。そして、所定の磁束密度による磁場Ｂは、上記した永久磁石装置６−１、６−２において、適宜永久磁石１５、１５−１を選択することにより容易に発生させることが可能である。

上記のように構成されたヘリコン波プラズマＣＶＤ装置において、石英管３４に巻いたアンテナ３５に高周波電流を流すと、プラズマＭＰ内の磁場Ｂがゆさぶられてヘリコン波が強く励起される。すなわち、外から投入した高周波エネルギーは、プラズマＭＰ中の波（集団運動）のエネルギーになる。この波の電場で個々の電子が加速・減速を受けて、最終的に電子の運動エネルギーが増大しプラズマＰＭが維持される。

上記したように、本発明の実施例３によれば、プラズマ処理装置としてのヘリコン波プラズマＣＶＤ装置においても、必要な磁場発生手段としての永久磁石装置６−１、６−２は小型でありながら安価であり、これらの永久磁石装置６−１、６−２を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例４を図７に示す。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例４は平行平板型プラズマ処理装置である。この平行平板型プラズマ処理装置は真空容器である反応容器４０を備えており、この反応容器４０には放電ガス導入口４１と排気口４２とが設けてある。また、反応容器４０内には、高周波電力が印加される電極を兼ねる板状のターゲット４３が配置してあり、反応容器４０の天井部には、接地された平板状の対向電極４４が配置してある。なお、図７中４５は整合器、４６は高周波電源（１３．５６ＭＨｚ）である。

また、反応容器４０の外周方は永久磁石装置６−３が配置してある。この永久磁石装置６−３は、上記した本発明の実施例１及び実施例２における永久磁石装置６と同構成であって、図２に示すように一方及び他方の磁気ユニット１１、１２のそれぞれの磁石保持ケース１３は、合体して連続する枠体Ａを構成していて、この枠体Ａは磁気保持回路（磁気誘導閉回路）を構成していて、この枠体Ａは、所謂磁気回路の一部を形成する。一方の磁気ユニット１１の磁気保持ケース１３の永久磁石１５の対向端部（Ｓ極）１５ａから永久磁石１５−１の対向端部（N極）１５ａ−１に向かって磁束密度の高い（例えば６０００〜８０００ガウス）磁場が形成されている。

磁力線Ｆは反応容器４０内のプラズマＭＰを貫き、枠体Ａの中心部を通過して永久磁石１５に収束していて、この磁力線Ｆにより磁気回路（誘導磁気回路）が構成されている。そして、磁束密度５ガウスによる磁場は、上記した永久磁石装置６−３において、適宜永久磁石１５、１５−１を選択することにより容易に発生させることが可能である。

この装置では、ターゲット４３に高周波（１３．５６ＭＨｚ）を印加すると、このターゲット４３に載置した基板（図示せず）に平行に設置された対向電極４４との間にプラズマＰＭが発生する。この時、プラズマＰＭとターゲット４３との間およびプラズマＰＭと反応容器４０との間には、プラズマＰＭ中のイオンと電子の易動度の差によりイオンシースＩＳと呼ばれる、電子の欠乏した領域が発生し、対向電極４４に対してプラズマＰＭは平均して正の電位となる。高周波を印加しているターゲット４３では、接地している対向電極４４に比べてプラズマＰＭに対する電位差が大きく、最大で数百∨となることもある。

このようなシースＩＳの電位にプラズマＰＭ内の正イオンが加速されて、基板に、ある一定のエネルギーを持って入射する。この正イオンを利用して、基板表面のエッチングおよびクリーニングを行う。

この場合、永久磁石装置６−３における（磁束密度５ガウス）による磁場により電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）が発生して電子は共鳴的に加速して、ガス分子を電離させるに十分なエネルギーを得る。これにより低圧・高密度プラズマを生成できる。

上記したように、本発明の実施例４によれば、プラズマ処理装置としての平行平板型プラズマ処理装置においても、必要な磁場発生手段としての永久磁石装置６−３が小型でありながら安価であり、この永久磁石装置６−３を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができる。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、磁気発生手段は、その一方及び他方の異方性磁気体を適宜選択することにより、希望する磁束密度の磁場を容易に発生させることが可能になるし、また、磁気発生手段は小型でありながら安価である。このために、上記した磁気発生手段を用いることで低価格のプラズマ処理装置を提供することができるという効果があり、被処理体の表面を処理する為のプラズマ処理装置、特に、磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを用いて被処理体の表面処理を行う表面処理装置等に有用である。

本発明に係るプラズマ処理装置の実施例１の構成説明図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 磁気発生手段の構成説明図である。 同磁気発生手段における主要部の斜視図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の実施例２の構成説明図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の実施例３の構成説明図である。 本発明に係るプラズマ処理装置の実施例４の構成説明図である。 電子の場合の力のバランスの説明図である。 電子がサイクロトロン共鳴によって加速される様子の説明図である。 従来のプラズマ処理装置の構成説明図である。

符号の説明

１ プラズマ室
２ 真空窓
３ 導波管
４ 反応室
６ 永久磁石装置（磁気発生手段）
６−１ 永久磁石装置（磁気発生手段）
６−２ 永久磁石装置（磁気発生手段）
６−３ 永久磁石装置（磁気発生手段）
１１ 一方の磁気ユニット
１２ 他方の磁気ユニット
１３ 磁石保持ケース
１３ａ 合せ目
１４ 嵌合部
１５ 永久磁石（一方の異方性磁気体）
１５−１ 永久磁石（他方の異方性磁気体）

Claims (7)

1. 磁気発生手段が与える磁場の元で媒質ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマを被処理体の表面処理に用いるプラズマ処理装置であって、
   前記磁気発生手段は、一方の異方性磁気体を磁性体製の一方の磁石保持ケースに吸着収容した一方の磁気ユニットと、他方の異方性磁気体を磁性体製の他方の磁石保持ケースに吸着収容した他方の磁気ユニットとを有し、前記一方の磁石保持ケースと前記他方の磁石保持ケースとを、それぞれの合せ目において磁気保持回路を構成するように磁気吸着させて枠体を構成し、前記一方の異方性磁気体と前記他方の異方性磁気体との磁極間において磁界を発生することで前記磁場を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記プラズマを、前記磁場の元におけるマイクロ波の照射と電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）とにより発生させ、前記磁場が前記磁気発生手段により形成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。
3. 導入された前記媒質ガスを励起してプラズマ化するプラズマ室を備えており、前記一方及び他方の磁気ユニットのそれぞれの前記磁気保持ケースは、前記合せ目で合わされて前記プラズマ室を囲むようにして前記枠体を構成して、前記一方の異方性磁気体と前記他方の異方性磁気体は前記プラズマ室を挟んで対向していて、前記一方の異方性磁気体の対向端部はＳ極であり、前記他方の異方性磁気体の対向端部はN極であ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。
4. 前記Ｓ極と前記N極との間には、前記磁気保持回路で保持され且つ前記プラズマ室を貫く空間磁場が形成されていて、前記空間磁場の磁束密度は８７５ガウスであり、前記マイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚであることを特徴とする請求項３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記プラズマ室の外周方に、このプラズマ室内で発生した熱を前記磁気発生手段に対して遮断する熱遮断手段を設けたことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記プラズマが、磁場中において、電子サイクロトン周波数より十分低い周波数の高周波電流をアンテナに流すことで発生するヘリコン波プラズマであり、前記磁場が前記磁気発生手段により形成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。
7. 前記プラズマは、反応容器内に配置された電極を兼ねるターゲットに高周波を印加することで、このターゲットと、接地された対向電極との間に発生させ、前記反応容器の外周方に前記磁気発生手段を配置して、この磁気発生手段により前記磁場が形成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。

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