JP2011225952A - プラズマ流生成方法、プラズマ処理方法、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】4象限Z1〜Z4における各周波数は7、15、6、20Hzに設定されている。この周波数可変により、4分割された回転角領域におけるプラズマの回転速度を異ならせることができる。プラズマP2とP4の周回速度がプラズマP1とP3よりも速くなっているため、円軌道Cを描きながらプラズマP1からP2、P3、P4に周期的に変速回転する回転プラズマを照射して、第1象限Z1〜第4象限Z4において均一な成膜処理を施す。
【選択図】図6
Description
プラズマ処理装置の制御部はプログラマブルロジックコントローラ(PLC)100により構成されている。PLC100にはタッチパネルディスプレイ101が接続され、タッチパネルディスプレイ101により表示出力および設定入力が可能となっている。PLC100には、プラズマ回転制御プログラムが格納されており、そのプラズマ回転制御プログラムに基づき駆動制御されるパルスジェネレータ103が接続されている。パルスジェネレータ103のパルス出力はDCサーボアンプ103a、103bを介して振動磁場発生器37a及び振動磁場発生器37bに与えられる。また、PLC100には、直流安定化電源102が接続され、直流安定化電源102の電源出力は直進磁場発生器30に与えられる。
磁場発生器37は、X軸方向の振動磁場BXを発生させる振動磁場発生器37a及びY軸方向の振動磁場BYを発生させる振動磁場発生器37bからなり、これらの磁場発生器は拡径管21に対して、振動磁場BXと振動磁場BYが直交するように配設されている。Z軸方向の直進磁場BZは直進磁場発生器36により形成される。本発明の回転磁場発生手段の具体例として、振動磁場発生器37a及び振動磁場発生器37bの組合せが挙げられ、回転磁場は振動磁場BXと振動磁場BYの合成磁場からなる。振動磁場発生器37a及び振動磁場発生器37bは偏向磁場を発生させる電磁コイル(以下偏向コイルという。)からなる。また、直進磁場発生器30は排出側縮径管27の外周に巻回された電磁コイルから構成される。
図11は排出側縮径管27内のプラズマ流38を模式的に示す。
排出側縮径管27内のプラズマ流38は上記回転磁場BRの回転作用を受けて湾曲しドロップレットを矢印39に示す壁側の方向に分離しながら回転プラズマ流となって、プラズマ処理室28への導入方向C1に向けて進行していく。
正弦波電流をAmsin2πft(Am:振幅、f:周波数、t:時間)で表すと、この正弦波電流を偏向コイルに流したとき、偏向コイルより形成される磁場は、2πf=nπのときに0であり、2πf=nπ/2のときにはnが奇数であれば1、偶数であれば−1となるように磁場の向きが変わる。図4の(4A)に示すように、例えば、各偏向コイルに、振幅が同じで位相の異なるsin2πft、cos2πft波形電流を与えると、プラズマ流はsin2πft、cos2πftのリサージュ図形、つまり、図4の(4B)に示すように、円形を描くように回転する。なお、既に問題点として掲げたように、周波数fを一定にして円軌道を描きながらプラズマを回転させた場合には、プラズマ進行方向の周りのプラズマの回転角領域のすべての領域においてプラズマの回転速度が等速となってしまう。
図5は本実施形態の周波数可変によるパルス電流波形を示す。4象限Z1〜Z4における各周波数は7、15、6、20Hzに設定されている。この周波数可変設定により、4分割された回転角領域におけるプラズマの回転速度を異ならせることができる。従来では、いずれの象限においてもパルス電流の周波数fを一定値、例えば10Hzにしているため、上記のように、プラズマの回転速度が等速となっていたが、本実施形態によれば、分割された回転角領域でのプラズマ照射時間を可変して、プラズマ密度分布に偏りがあっても、成膜処理を安定的に制御することができ、プラズマ処理の品質を向上させることができる。
本発明に係る回転プラズマ生成制御はPLC100及びPLC100により実行される周波数可変制御の実行プロセスにより構成される。
装置電源の入力により(ステップST1)、プラズマ処理に先立つ、回転プラズマの諸パラメータの設定処理を行う(ステップST2)。回転制御パラメータは周波数f及び振幅データからなる。振幅データは後述の多重軌道制御に必要となる。これらの諸パラメータが設定されていれば、回転プラズマにより被処理物への照射処理が実行可能になる(ステップST3)。
図8は螺旋軌道用パルス電流の波形及びそれによる螺旋軌道を描く回転プラズマのリサージュ図である。時間可変振幅のパルス電流を正弦波Am(t)sin2πft(Am(t):時間可変振幅、f:周波数、t:時間)で表すと、各偏向コイルに供給するX方向のパルス電流、Y方向のパルス電流は夫々、Ax(t)sin2πft、Ay(t)cos2πftとなる。図8の(8A)はAx(t)sin2πftの電流波形の1周期分を示し、繰り返しこの波形のパルス電流の供給が行われる。Ay(t)cos2πfのパルス電流も位相90°異なるだけで同様の波形で行われる。(8A)の場合には、振幅ピーク値の軌跡A1がαtで近似され、振幅は直線的に変化する。従って、Ax(t)sin2πft、Ay(t)cos2πfのパルス供給を上記周波数可変制御と共に行うと、周回速度が回転角領域で異なり、しかも螺旋軌道を描く回転プラズマを生成することができる。即ち、(8A)の時間可変振幅のパルス電流供給によって、図8の(8B)のリサージュ図に示すように、内外周を一定時間間隔で螺旋軌道に沿って回転していく回転プラズマを得ることができる。
なお、振幅を曲線的に変化させるには、振幅ピーク値の軌跡をexp(t)で近似してもよい。
2 陰極
3 陽極
4 プラズマ発生部
5 ストライカ
6 プラズマ進行路
7 屈曲部
8 屈曲磁場発生器
9 ドップレット進行路
10 ドロップレット捕集部
11 アーク電源
12 陰極プロテクタ
13 プラズマ安定化磁界発生器
14 連結進行路
15 バッフル
16 バッフル
17 バッフル
18 バッフル
19 磁場発生器
20 プラズマ進行路
21 拡径管
21a 始端
21b 始端
22 導入側縮径管
23 磁場発生器
24 磁場発生器
25 アパーチャー
26 バッフル
27 排出側縮径管
28 プラズマ処理室
29 被処理物
30 磁場発生器
31 アパーチャー
32 内周管
33 外周管
34 段差部
35 段差部
36 磁場発生器
37 磁場発生器
38 プラズマ流
39 矢印
100 PLC
101 タッチパネルディスプレイ
102 直流安定化電源
103 パルスジェネレータ
103a DCサーボアンプ
103b DCサーボアンプ
Claims (10)
- プラズマ構成物質の供給源を陰極とし、前記陰極の前方又は周囲に陽極を設け、前記アーク放電の発生により前記陰極と前記陽極間にアークプラズマを発生させ、回転磁場によりプラズマ進行方向の周りに回転させたプラズマ流を生成するプラズマ流生成方法において、前記プラズマ進行方向の周りのプラズマの回転角領域を2以上に分割し、それぞれの回転角領域におけるプラズマの回転速度を異ならせたことを特徴とするプラズマ流生成方法。
- プラズマ流通経路に設けたX方向磁場を発生させ、且つ前記X方向と直交するY方向磁場を発生させて、前記回転角領域に応じてX方向磁場及び/又はY方向磁場を可変して、前記回転角領域におけるプラズマの前記回転速度を異ならせて、円軌道、楕円軌道又は螺旋軌道を描くプラズマ流を生成する請求項1に記載のプラズマ流生成方法。
- 前記回転角領域を4n(n:正の整数)個に分割した請求項1又は2に記載のプラズマ流生成方法。
- 前記請求項1、2又は3に記載のプラズマ流生成方法により生成したプラズマ流を被処理物に与えてプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ処理方法。
- 前記被処理物の内周部と外周部に成膜するとき、前記回転速度の異なる回転角領域を備えたプラズマ流により、前記内周部と前記外周部における膜厚が異なるようにプラズマ処理を行う請求項4に記載のプラズマ処理方法。
- プラズマ構成物質の供給源を陰極とし、前記陰極の前方又は周囲に陽極を設け、前記アーク放電の発生により前記陰極と前記陽極間にアークプラズマを発生させ、プラズマ流を回転磁場によりプラズマ進行方向の周りに回転させるプラズマ発生装置において、前記プラズマ進行方向の周りのプラズマの回転角領域を2以上に分割し、それぞれの回転角領域におけるプラズマの回転速度を異ならせたことを特徴とするプラズマ発生装置。
- プラズマ流通経路に設けたX方向磁場を発生するX方向磁場発生手段と、前記X方向と直交するY方向磁場を発生するY方向磁場発生手段とを備え、前記回転角領域に応じてX方向磁場及び/又はY方向磁場を可変して、前記回転角領域におけるプラズマの前記回転速度を異ならせて、円軌道、楕円軌道又は螺旋軌道を描くプラズマ流を発生する請求項6に記載のプラズマ発生装置。
- 前記回転角領域を4n(n:正の整数)個に分割した請求項6又は7に記載のプラズマ発生装置。
- 前記請求項6、7又は8に記載のプラズマ発生装置と、前記プラズマ発生装置により発生されたプラズマを輸送するプラズマ輸送管と、前記プラズマ輸送管から供給されるプラズマにより被処理物を処理するプラズマ処理部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
- 前記被処理物の内周部と外周部に成膜するとき、前記回転速度の異なる回転角領域を備えたプラズマ流により、前記内周部と前記外周部における膜厚が異なるようにする請求項9に記載のプラズマ処理装置。
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