JP2012067352A - Plasma generation apparatus having terminal reflection wall filter and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カソードターゲットからプラズマを発生させるプラズマ発生部と、誘導磁界等によって前記プラズマが進行するプラズマ進行路から構成され、前記プラズマ進行路に前記カソードターゲットで副生されるドロップレットを除去するフィルタ機能が付与されたプラズマ生成装置に関し、更に詳細には、前記プラズマ進行路の内壁やその内壁に設けられた遮蔽板にドロップレットを衝突させて、前記ドロップレットを除去するプラズマ生成装置に関する。 The present invention includes a plasma generation unit that generates plasma from a cathode target and a plasma traveling path in which the plasma travels by an induced magnetic field or the like, and removes by-product droplets generated by the cathode target in the plasma traveling path. More particularly, the present invention relates to a plasma generation apparatus that removes the droplets by causing the droplets to collide with an inner wall of the plasma traveling path or a shielding plate provided on the inner wall of the plasma traveling path.
真空アーク放電では、カソードターゲットの陰極点から陰極材料イオン、電子、陰極材料中性原子団（原子及び分子）といった真空アークプラズマ構成粒子が放出されると同時に、サブミクロン以下から数百ミクロン（０．０１〜１０００μｍ）の大きさのマクロパーティクルと称される（以下、「ドロップレット」と称する）陰極材料微粒子も放出される。このドロップレットが被処理物表面に付着すると、被処理物表面に形成される薄膜の均一性が失われ、薄膜の欠陥を生じさせ、成膜等の表面処理結果に影響を与える。このドロップレットが基板に到達することを防ぐために、１９７０年代から様々な手法が採用されている。後述するように、Aksenov，I．I．et al．「Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-opticcs system」，Sov．J．Plasma Phys．4，425-428，（1978）（非特許文献１）、Siemroth，P 「Personal communication on 120-degree Filter」Dresden，Germany，(2003)（非特許文献２）、Aksenov，I．I．et al.「Efficiency of magnetic Plasma filter」Surface and Coatings Technology 163-164，118-127，(2003)（非特許文献３）及び米国特許６０３１２３９号公報（特許文献１）等には、前記ドロップレットを除去するためにフィルターダクトを設けたプラズマ生成装置が記載されている。 In vacuum arc discharge, vacuum arc plasma constituent particles such as cathode material ions, electrons, and cathode material neutral atomic groups (atoms and molecules) are emitted from the cathode spot of the cathode target, and at the same time, sub-micron to several hundred microns (0) Cathode material fine particles referred to as macro particles having a size of 0.01 to 1000 μm (hereinafter referred to as “droplets”) are also emitted. When the droplets adhere to the surface of the object to be processed, the uniformity of the thin film formed on the surface of the object to be processed is lost, causing defects in the thin film, which affects the result of surface treatment such as film formation. In order to prevent the droplets from reaching the substrate, various methods have been adopted since the 1970s. As will be described later, Aksenov, I.D. I. et al. “Transport of plasma streams in a curvilinear plasma-opticcs system”, Sov. J. Plasma Phys. 4, 425-428, (1978) (Non-patent document 1), Siemroth, P "Personal communication on 120-degree Filter" Dresden, Germany, (2003) (Non-patent document 2), Aksenov, I. et al. I. et al. “Efficiency of magnetic Plasma filter” Surface and Coatings Technology 163-164, 118-127, (2003) (Non-patent Document 3), US Pat. No. 6,031,239 (Patent Document 1), etc. A plasma generator is described that is provided with a filter duct for removal.
フィルターダクトを有するプラズマ生成装置では、プラズマが磁界によりフィルターダクト内のプラズマ進行路に沿って誘導され、プラズマのみがプラズマ進行路の終端まで誘導されるよう前記プラズマ進行路が設計される。プラズマ進行路が湾曲するフィルターダクトの形状には、後述するように、９０°の曲がりを有するもの（非特許文献１）、１２０°の曲がりを有するもの（非特許文献２）、そして二回の曲がりを有するもの（特許文献１）等がある。更に、非特許文献３には、プラズマ進行路の構造等からドロップレットの除去効率を計算する方法が記載されている。 In a plasma generating apparatus having a filter duct, the plasma traveling path is designed so that plasma is induced along the plasma traveling path in the filter duct by a magnetic field, and only plasma is guided to the end of the plasma traveling path. As will be described later, the shape of the filter duct in which the plasma traveling path is curved has a 90 ° bend (Non-Patent Document 1), a 120 ° bend (Non-Patent Document 2), and two times. There exists what has a curve (patent document 1) etc. Further, Non-Patent Document 3 describes a method of calculating the droplet removal efficiency from the structure of the plasma traveling path and the like.
特開２００２−８８９３号公報（特許文献２）には、ドロップレットの除去効率をより向上させる方法として、Ｔ型フィルタ（T-type filter：ＴＴＦ）を有するプラズマ加工装置が記載されている。図１８は、特許文献２に記載される従来のプラズマ加工装置の構成概略図である。プラズマ発生部１０２では、トリガ電極１７０がカソードターゲット１０３に接触して電気スパークが生起され、カソードターゲット１０３とアノード１０５の間に真空アークが発生することによりプラズマ１７１が生成されると同時に、ドロップレット１３０が副生される。図１８のＴＴＦは、９０°に折れ曲るプラズマ進行路１０４にドロップレット捕集部１５０が付設され、Ｔ字状の構造が形成されている。即ち、ＴＴＦでは、ドロップレット１３０を捕獲するスペースが設けられている。従って、ＴＴＦでは、プラズマ１７１を構成する荷電粒子の進行方向が電磁場によって屈曲され、中性粒子のドロップレット１３０が直進することにより分離され、さらにドロップレット捕集部１５０に捕獲される。従って、加工部１０８に配設された被処理物１１３に到達するドロップレット１３０の量が低減されていた。 Japanese Patent Laying-Open No. 2002-8893 (Patent Document 2) describes a plasma processing apparatus having a T-type filter (TTF) as a method for further improving droplet removal efficiency. FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a conventional plasma processing apparatus described in Patent Document 2. In the plasma generation unit 102, the trigger electrode 170 contacts the cathode target 103 to generate an electric spark, and a vacuum arc is generated between the cathode target 103 and the anode 105, thereby generating plasma 171 and at the same time a droplet. 130 is by-produced. The TTF in FIG. 18 has a droplet collecting part 150 attached to the plasma traveling path 104 that bends at 90 ° to form a T-shaped structure. That is, in TTF, a space for capturing the droplet 130 is provided. Therefore, in the TTF, the traveling direction of the charged particles constituting the plasma 171 is bent by the electromagnetic field, and the neutral particle droplets 130 are separated by going straight, and further captured by the droplet collecting unit 150. Therefore, the amount of the droplets 130 reaching the workpiece 113 disposed in the processing unit 108 has been reduced.
特開２００４−２４４６６７号公報（特許文献３）に記載される真空アーク蒸着装置では、湾曲するプラズマ進行路が形成されると共に、プラズマ進行路にバッフル（「遮蔽板」とも称する）が設けられ、ドロップレットの除去効率を向上させている。図１９は、特許文献３に記載される従来の真空アーク蒸着装置におけるプラズマ進行路２０２とバッフル２０３の関係を示す概略図である。プラズマ進行路２０２を形成するステンレスパイプ２０１の内壁にバッフル２０３が設けられ、特許文献３では、バッフルの高さａとバッフル２０３の間隔ｂの比率（ａ／ｂ）を１以上とすることが記載されている。 In the vacuum arc vapor deposition apparatus described in JP-A-2004-244667 (Patent Document 3), a curved plasma traveling path is formed, and a baffle (also referred to as a “shielding plate”) is provided in the plasma traveling path. Improves droplet removal efficiency. FIG. 19 is a schematic view showing the relationship between the plasma traveling path 202 and the baffle 203 in the conventional vacuum arc deposition apparatus described in Patent Document 3. As shown in FIG. A baffle 203 is provided on the inner wall of the stainless steel pipe 201 forming the plasma traveling path 202, and Patent Document 3 describes that the ratio (a / b) between the baffle height a and the baffle 203 interval b is 1 or more. Has been.
従来のプラズマ生成装置では、上述のように、ドロップレットを除去するために、プラズマ進行路にドロップレット捕集部を設ける、またはプラズマ進行路の経路を２回以上湾曲させていた。これらの装置は、大型化すると共に構造が複雑になり、メンテナンス作業の負担を増大させていた。
図１８に示した、特許文献２に記載される従来のプラズマ加工装置では、前述のように、ドロップレット捕集部１５０が設けられ、プラズマ発生部１０２からプラズマ１７１に随伴して進行するドロップレット１３０が直進し、ドロップレット捕集部１５０に捕集されるよう設計されている。しかしながら、ドロップレット捕集部１５０を設けることは、装置の構造を複雑にし、メンテナンス作業やその製造コストを増大させていた。
In the conventional plasma generation apparatus, as described above, in order to remove droplets, a droplet collecting part is provided in the plasma traveling path, or the path of the plasma traveling path is curved twice or more. These devices have been increased in size and complicated in structure, increasing the burden of maintenance work.
In the conventional plasma processing apparatus described in Patent Document 2 shown in FIG. 18, as described above, the droplet collection unit 150 is provided, and the droplet proceeds from the plasma generation unit 102 along with the plasma 171. It is designed such that 130 goes straight and is collected by the droplet collecting unit 150. However, providing the droplet collecting unit 150 complicates the structure of the apparatus and increases the maintenance work and its manufacturing cost.
図２０は、従来のドロップレット捕集部１５０を具備するプラズマ生成装置１０１において、ドロップレットの軌跡を計算したシミュレート図である。図２０では、図１８と同様に、プラズマ進行路１０４が第１プラズマ進行路１０７と第２プラズマ進行路１０９からなり、ドロップレット捕集部１５０が設けられると共に、プラズマの進行方向を変化させ、第２プラズマ進行路１０９とプラズマ加工部１０８の被処理物１１３が直線で結ばれないように設けられたドロップレット除去ダクト１５９が設けられている。しかしながら、ドロップレットは、被処理物１１３に５個到達しており、大幅に低減化されているが、完全には除去されていない。
更に、図１８や図２０に示ししたようなドロップレット捕集部１５０を具備するプラズマ生成装置は、装置内の容量が大きくなり、クリーニング等のメンテナンス作業が増えると共に、真空アーク放電が生起される程度まで減圧する時間及び／又はエネルギー消費が増加するため、ランニングコストを抑制することが困難となっていた。
FIG. 20 is a simulation diagram in which the droplet trajectory is calculated in the plasma generating apparatus 101 including the conventional droplet collecting unit 150. In FIG. 20, as in FIG. 18, the plasma traveling path 104 includes the first plasma traveling path 107 and the second plasma traveling path 109, the droplet collecting unit 150 is provided, and the traveling direction of the plasma is changed, A droplet removing duct 159 is provided so that the second plasma traveling path 109 and the workpiece 113 of the plasma processing unit 108 are not connected by a straight line. However, although five droplets have reached the object to be processed 113 and are greatly reduced, they have not been completely removed.
Furthermore, the plasma generating apparatus having the droplet collecting unit 150 as shown in FIGS. 18 and 20 has a large capacity in the apparatus, and maintenance work such as cleaning increases, and vacuum arc discharge occurs. Since the time for depressurization to the extent and / or energy consumption increases, it has been difficult to suppress running costs.
特許文献３には、図１９に示すように、バッフル２０３を設け、更に、バッフルの高さａとバッフル２０３の間隔ｂの比率（ｂ／ａ）を１以上とすることにより、ドロップレットの除去効率が向上することが記載されている。しかしながら、ドロップレットの除去効率は、バッフル２０３の高さや間隔と共に、プラズマ進行路２０２の経路や構造にも依存している。即ち、特許文献３では、単に、湾曲した経路を有するプラズマ進行路において、バッフル２０３の効率的な配置を示したにものであった。
プラズマ生成装置では、より単純な構造を有するプラズマ進行路において、より効率的にバッフルを配置することにより、製造コストを低減させると共に、高効率にドロップレットを除去することが要求されていた。しかしながら、従来のプラズマ生成装置では、主としてプラズマ進行路の構造をより複雑化して、ドロップレットの除去効率を向上させていた。
In Patent Document 3, as shown in FIG. 19, a baffle 203 is provided, and further, the ratio (b / a) between the baffle height a and the distance b between the baffles 203 is set to 1 or more to remove droplets. It is described that the efficiency is improved. However, the droplet removal efficiency depends on the path and structure of the plasma traveling path 202 as well as the height and interval of the baffle 203. That is, Patent Document 3 merely shows an efficient arrangement of the baffle 203 in a plasma traveling path having a curved path.
In the plasma generation apparatus, it has been required to reduce the manufacturing cost and efficiently remove the droplets by arranging the baffle more efficiently in the plasma traveling path having a simpler structure. However, in the conventional plasma generating apparatus, the structure of the plasma traveling path is mainly made more complicated to improve the droplet removal efficiency.
従って、本発明の目的は、より単純な構造のプラズマ進行路を有し、比較的安価に製造することができ、且つ容易にメンテナンスを行うことができると共に、高効率にドロップレットを除去することができるプラズマ生成装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma traveling path having a simpler structure, which can be manufactured at a relatively low cost, can be easily maintained, and can efficiently remove droplets. It is an object of the present invention to provide a plasma generation apparatus capable of performing the above.
本発明は、上記課題を解決するために完成するに到ったものであり、本発明の第１の形態は、カソードターゲットからプラズマを発生させるプラズマ発生部と、前記プラズマが進行するプラズマ進行路から構成され、前記カソードターゲットから副生されるドロップレットを衝突させて付着する遮蔽板が前記プラズマ進行路の内壁に複数設けられるプラズマ生成装置において、前記プラズマ進行路が第１プラズマ進行路と第２プラズマ進行路からなり、前記第１プラズマ進行路の終端にその直進方向に対向する終端反射壁が設けられ、前記終端反射壁に沿って前記第２プラズマ進行路が前記第１プラズマ進行路に対し屈曲して接続され、前記終端反射壁に前記遮蔽板を複数配設して前記ドロップレットを反射及び／又は吸着させるプラズマ生成装置である。 The present invention has been completed in order to solve the above-mentioned problems, and a first embodiment of the present invention includes a plasma generation unit that generates plasma from a cathode target, and a plasma traveling path through which the plasma travels. The plasma generating apparatus is provided with a plurality of shielding plates that are provided on the inner wall of the plasma traveling path, and the plasma traveling path is connected to the first plasma traveling path and the first plasma traveling path. A terminal reflecting wall is provided at the end of the first plasma traveling path and is opposed to the straight traveling direction at the end of the first plasma traveling path, and the second plasma traveling path becomes the first plasma traveling path along the terminal reflecting wall. A plurality of shielding plates arranged on the terminal reflecting wall to reflect and / or adsorb the droplets. It is a device.
本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、前記プラズマ進行路の内壁に対する前記遮蔽板の角度を遮蔽角θとし、前記遮蔽角θが２０°〜３５°、５５°〜６５°、８０°〜１００°、１１５°〜１３０°又は１５０°〜１５５°の範囲にあるプラズマ生成装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, an angle of the shielding plate with respect to an inner wall of the plasma traveling path is defined as a shielding angle θ, and the shielding angle θ is 20 ° to 35 °, 55 ° to 65 °. , 80 ° to 100 °, 115 ° to 130 °, or 150 ° to 155 °.
本発明の第３の形態は、第１又は第２の形態において、前記遮蔽板の高さＨと隣り合う前記遮蔽板の間隔Ｄの比率Ｄ／Ｈが１〜１．５の範囲にあるプラズマ生成装置である。 A third aspect of the present invention is the plasma according to the first or second aspect, wherein the ratio D / H of the distance H between the shielding plates adjacent to the height H of the shielding plate is in the range of 1 to 1.5. It is a generation device.
本発明の第４の形態は、第1〜３のいずれかの形態において、前記プラズマ進行路の開口面積をＳｏ、前記遮蔽板による遮蔽面積をＳｃ、前記プラズマ進行路の開口率をＳｒ＝Ｓｏ／（Ｓｏ＋Ｓｃ）としたとき、開口率Ｓｒが０．３３〜０．６の範囲にあるプラズマ生成装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the opening area of the plasma traveling path is So, the shielding area by the shielding plate is Sc, and the opening ratio of the plasma traveling path is Sr = So. / (So + Sc) is a plasma generating apparatus having an aperture ratio Sr in the range of 0.33 to 0.6.
本発明の第５の形態は、第１〜４のいずれかの形態において、前記遮蔽板の厚さが４ｍｍ以下であるプラズマ生成装置である。 A fifth aspect of the present invention is the plasma generating apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the shielding plate has a thickness of 4 mm or less.
本発明の第６の形態は、第１〜５のいずれかの形態において、前記第１プラズマ進行路を形成する第１ダクトと前記第２プラズマ進行路を形成する第２ダクトが電気的に絶縁され、前記各ダクトが独立に正電位、負電位又は接地電位に設定されるプラズマ生成装置である。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the first duct that forms the first plasma traveling path and the second duct that forms the second plasma traveling path are electrically insulated. In the plasma generating apparatus, each duct is independently set to a positive potential, a negative potential, or a ground potential.
本発明の第７の形態は、第１〜６のいずれかの形態において、前記第２プラズマ進行路の終端に前記プラズマのスキャン手段を有するスキャン部が設けられるプラズマ生成装置である。 A seventh aspect of the present invention is the plasma generating apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein a scanning unit having the plasma scanning unit is provided at the end of the second plasma traveling path.
本発明の第８の形態は、第１〜７のいずれかの形態において、前記屈曲部に予備プラズマ進行路が前記第２プラズマ進行路に対して屈曲して接続され、前記予備プラズマ進行路に進行するプラズマを供給する予備プラズマ発生部が設けられ、前記第１プラズマ進行路と前記予備プラズマ進行路の各々の終端に開閉手段が設けられ、前記各開閉手段の一方が閉状態に保持されて前記終端反射壁が形成されるプラズマ生成装置である。 According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, a preliminary plasma traveling path is bent and connected to the bent plasma section with respect to the second plasma traveling path. A preliminary plasma generation unit for supplying a traveling plasma is provided, an opening / closing means is provided at each end of the first plasma traveling path and the preliminary plasma traveling path, and one of the opening / closing means is held in a closed state. It is a plasma generation device in which the terminal reflection wall is formed.
本発明の第９の形態は、第１〜第７のいずれかの形態において、前記プラズマ発生部が第１プラズマ発生室と第２プラズマ発生室からなり、前記各プラズマ発生室が各々のプラズマ供給路を介して前記第１プラズマ進行路の始端に接続され、前記各プラズマ発生室と前記プラズマ供給路の間に供給路開閉手段が設けられるプラズマ生成装置である。 According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the plasma generation unit includes a first plasma generation chamber and a second plasma generation chamber, and the plasma generation chambers supply respective plasmas. The plasma generating apparatus is connected to a starting end of the first plasma traveling path through a path, and a supply path opening / closing means is provided between each plasma generation chamber and the plasma supply path.
本発明の第１０の形態は、第１〜第９のいずれかの形態において、前記プラズマ発生部に予備ターゲット室が付設され、前記予備ターゲット室と前プラズマ発生部の間に予備室開閉手段が設けられ、前記予備室開閉手段が開状態にあるとき、前記プラズマ発生部から前記予備ターゲット室に及び／又はその逆方向に前記カソードターゲットを搬送するターゲット搬送手段が設けられるプラズマ生成装置である。 According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, a preliminary target chamber is attached to the plasma generating unit, and a preliminary chamber opening / closing means is provided between the preliminary target chamber and the previous plasma generating unit. The plasma generating apparatus is provided with target transporting means for transporting the cathode target from the plasma generating unit to the spare target chamber and / or in the opposite direction when the spare chamber opening / closing means is open.
本発明の第１１の形態は、第１〜１０の形態のいずれかのプラズマ生成装置に被処理物が配置されるプラズマ加工部が設けられ、前記プラズマ進行路を介する前記カソードターゲットの表面と前記被処理物の表面の距離が８００ｍｍ〜１３００ｍｍの範囲に設定されるプラズマ加工装置である。 According to an eleventh aspect of the present invention, a plasma processing unit in which an object to be processed is disposed in any of the plasma generation apparatuses according to the first to tenth aspects is provided, and the surface of the cathode target via the plasma traveling path and the This is a plasma processing apparatus in which the distance of the surface of the workpiece is set in the range of 800 mm to 1300 mm.
本発明の第１の形態によれば、前記遮蔽板（「バッフル」とも称される）が前記プラズマ進行路の内壁に複数設けられるプラズマ生成装置において、前記プラズマ進行路が第１プラズマ進行路と第２プラズマ進行路からなり、前記第１プラズマ進行路の終端にその直進方向に対向する終端反射壁が設けられ、前記終端反射壁に沿って前記第２プラズマ進行路が前記第１プラズマ進行路に対し屈曲して接続され、前記終端反射壁に前記遮蔽板を複数配設して前記ドロップレットを反射及び／又は吸着させるから、比較的簡単な構造を有する前記プラズマ進行路において、高効率にドロップレットを除去することができる。
前記プラズマ発生部から第１プラズマ進行路までに壁面に衝突することなく、直進する又は略直進するドロップレットは、前記第１プラズマ進行路の終端に設けられた前記終端反射壁に衝突して運動エネルギーを失い、更にその殆どが第プラズマ進行路をプラズマ発生部の方向へ反射される。反射されたドロップレットは、第１プラズマ進行路やプラズマ発生部の内壁面への衝突を繰り返し、完全に運動量エネルギーを失って装置内の壁面に吸着される。また、第１プラズマ進行路やプラズマ発生部の内壁で衝突を繰り返したドロップレットは、前記終端反射面や第２プラズマ進行路の内壁面に衝突して運動エネルギーを完全に失って吸着除去される。更に、前記遮蔽板が複数設けられるから、前記内壁面の表面積が大きくなり、ドロップレットが前記内壁面に衝突する確率が増大し、ドロップレットの吸着が容易に成る、即ち、比較的簡単な構造を有する前記プラズマ進行路において高効率にドロップレットを除去することができる。
更に、本発明の第１の形態は、第１プラズマ進行路と第２プラズマ進行路が屈曲して接続され、第１プラズマ進行路の終端に終端反射壁が設けられれば良いから、プラズマ進行路の構造が比較的簡単になり、装置のメンテナンス作業が容易になると共に、プラズマ生成装置の製造コストを大幅に低減することができる。
本発明者らの鋭意研究の結果、屈曲するプラズマ進行路に終端反射壁を設けることによって、より複雑な構造を有するプラズマ生成装置と同等又はそれ以上のドロップレット除去効率を有することを明らかにして、本発明を完成するに到ったものである。尚、以下では、第１の形態のプラズマ進行路を「終端反射壁フィルタ」と称する。
例えば、特許文献２に記載されるＴ型フィルタを有するプラズマ生成装置と、本発明に係る終端反射壁フィルタを比較すると、遮蔽板が複数設けられた場合、略同程度のドロップレット除去効率を有することを明らかにしている。即ち、より簡単な構造を有する終端反射壁フィルタが、より複雑な構造を有するＴ型フィルタと同程度のドロップレット除去効率を有しており、プラズマ生成装置の製造コストを低減化できると共に、好適なドロップレット除去効率を実現することができる。更に、終端反射壁フィルタでは、Ｔ型フィルタにおけるドロップレット捕集部のような余計な空間がないため、クリーニング等のメンテナンス作業が簡単になると共に、真空アーク放電が生起される程度まで減圧する時間及び／又はエネルギー消費が低減化され、ランニングコストを抑制することができる。
更に、湾曲したプラズマ進行路を有するプラズマ生成装置より、プラズマの除去効率が高く、終端反射壁フィルタは、比較的簡単な構造で高いドロップレット除去効率を有することができる。
According to the first aspect of the present invention, in the plasma generating apparatus in which a plurality of the shielding plates (also referred to as “baffles”) are provided on the inner wall of the plasma traveling path, the plasma traveling path is the first plasma traveling path. A terminal reflecting wall is provided at the end of the first plasma traveling path and is opposed to the straight plasma traveling direction at the end of the first plasma traveling path, and the second plasma traveling path extends along the terminal reflecting wall to the first plasma traveling path. Since the plurality of shielding plates are disposed on the terminal reflection wall to reflect and / or adsorb the droplets, the plasma traveling path having a relatively simple structure is highly efficient. Droplets can be removed.
The droplet that travels straight or substantially straight without colliding with the wall surface from the plasma generating part to the first plasma traveling path collides with the terminal reflection wall provided at the end of the first plasma traveling path and moves. The energy is lost, and most of the energy is reflected from the first plasma traveling path toward the plasma generation unit. The reflected droplets repeatedly collide with the inner wall surface of the first plasma traveling path and the plasma generation unit, completely lose momentum energy and are adsorbed on the wall surface in the apparatus. Further, the droplets repeatedly colliding with the first plasma traveling path and the inner wall of the plasma generating unit collide with the terminal reflecting surface and the inner wall surface of the second plasma traveling path and completely lose the kinetic energy and are removed by adsorption. . Further, since a plurality of the shielding plates are provided, the surface area of the inner wall surface is increased, the probability that the droplet collides with the inner wall surface is increased, and the adsorption of the droplet is facilitated, that is, a relatively simple structure. The droplets can be removed with high efficiency in the plasma traveling path having
Furthermore, in the first embodiment of the present invention, the first plasma traveling path and the second plasma traveling path are bent and connected, and a terminal reflecting wall is provided at the end of the first plasma traveling path. The structure of the apparatus becomes relatively simple, the maintenance work of the apparatus becomes easy, and the manufacturing cost of the plasma generation apparatus can be greatly reduced.
As a result of intensive studies by the present inventors, it has been clarified that by providing a terminal reflecting wall in a bending plasma traveling path, it has a droplet removal efficiency equal to or higher than that of a plasma generation device having a more complicated structure. The present invention has been completed. In the following, the plasma traveling path of the first embodiment is referred to as a “terminal reflection wall filter”.
For example, when the plasma generation apparatus having the T-type filter described in Patent Document 2 is compared with the terminal reflection wall filter according to the present invention, when a plurality of shielding plates are provided, the droplet removal efficiency is approximately the same. It is made clear. That is, the end reflection wall filter having a simpler structure has the same droplet removal efficiency as the T-type filter having a more complicated structure, and can reduce the manufacturing cost of the plasma generation apparatus, and is preferable. High droplet removal efficiency can be realized. Furthermore, since the terminal reflecting wall filter does not have an extra space like the droplet collecting part in the T-type filter, the maintenance work such as cleaning is simplified, and the time for reducing the pressure to such an extent that a vacuum arc discharge occurs. And / or energy consumption is reduced and running cost can be suppressed.
Further, the plasma removal efficiency is higher than that of the plasma generation apparatus having a curved plasma traveling path, and the terminal reflection wall filter can have a high droplet removal efficiency with a relatively simple structure.
本発明の第２の形態によれば、前記プラズマ進行路の内壁に対する前記遮蔽板の角度を遮蔽角θとし、前記遮蔽角θが２０°〜３５°、５５°〜６５°、８０°〜１００°、１１５°〜１３０°又は１５０°〜１５５°の範囲にあるから、前記遮蔽板により高効率にドロップレットを除去することができる。本発明者らは、ドロップレットの除去効率に関するシミュレーションにより、プラズマが照射される被処理物までのドロップレット到達率が前記遮蔽角θに対して、ほぼ周期的に向上することを明らかにして、本発明を完成するに到った。シミュレーションでは、プラズマ進行路における開口径を一定にして、前記遮蔽角を変化させて、ドロップレットの除去効率を導出している。 According to the second aspect of the present invention, the angle of the shielding plate with respect to the inner wall of the plasma traveling path is defined as a shielding angle θ, and the shielding angle θ is 20 ° to 35 °, 55 ° to 65 °, 80 ° to 100. Since it is in the range of °, 115 ° to 130 ° or 150 ° to 155 °, droplets can be removed with high efficiency by the shielding plate. The inventors of the present invention have clarified that the droplet arrival rate to the workpiece irradiated with plasma is improved substantially periodically with respect to the shielding angle θ by simulation on the droplet removal efficiency. The present invention has been completed. In the simulation, the droplet removal efficiency is derived by changing the shielding angle while keeping the opening diameter in the plasma traveling path constant.
本発明の第３の形態によれば、前記遮蔽板の高さＨと隣り合う前記遮蔽板の間隔Ｄの比率Ｄ／Ｈが１〜１．５の範囲にあるから、ドロップレットの除去効率をより向上させることができる。終端反射壁フィルタを有するプラズマ生成装置において、前記遮蔽板の高さＨと前記間隔Ｄの大きさを変化させ、より好適な比率Ｄ／Ｈを調べた結果、ドロップレットの除去効率は、比率Ｄ／Ｈが約１．２５のときをピークとして、−０．２５〜＋０．２５の幅を有している。より好ましくは、比率Ｄ／Ｈが１．２５のときをピークとして、−０．１〜＋０．１の幅を有し、１．１５〜１．３５の範囲に設定される。 According to the third embodiment of the present invention, since the ratio D / H of the distance D between the shielding plates adjacent to the height H of the shielding plate is in the range of 1 to 1.5, the droplet removal efficiency is improved. It can be improved further. In the plasma generation apparatus having the terminal reflection wall filter, the height H of the shielding plate and the size of the interval D are changed, and as a result of examining a more preferable ratio D / H, the droplet removal efficiency is the ratio D It has a width of −0.25 to +0.25 with a peak when / H is about 1.25. More preferably, it has a width of −0.1 to +0.1 with a peak when the ratio D / H is 1.25, and is set to a range of 1.15 to 1.35.
本発明の第４の形態によれば、前記プラズマ進行路の開口面積をＳｏ、前記遮蔽板による遮蔽面積をＳｃ、前記プラズマ進行路の開口率をＳｒ＝Ｓｏ／（Ｓｏ＋Ｓｃ）としたとき、開口率Ｓｒが０．３３〜０．６の範囲にあるから、ドロップレットを好適に除去できるとともに、前記開口率が所定の範囲にあるから、プラズマの供給量を所望の値以上に保持することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the opening area of the plasma traveling path is So, the shielding area by the shielding plate is Sc, and the opening ratio of the plasma traveling path is Sr = So / (So + Sc), the opening Since the ratio Sr is in the range of 0.33 to 0.6, the droplets can be suitably removed, and the aperture ratio is in the predetermined range, so that the plasma supply amount can be maintained at a desired value or more. it can.
本発明の第５の形態によれば、前記遮蔽板の厚さが４ｍｍ以下であるから、前記遮蔽板によって、より効率的にドロップレットを捕集することができる。前記遮蔽板の厚さが４ｍｍを越えると、遮蔽板端面におけるドロップレットの反射が無視できなくなり、前記遮蔽板によるドロップレットの捕集効率を低減化させる原因となっていた。 According to the 5th form of this invention, since the thickness of the said shielding board is 4 mm or less, a droplet can be collected more efficiently with the said shielding board. When the thickness of the shielding plate exceeds 4 mm, the reflection of the droplets on the end surface of the shielding plate cannot be ignored, which causes a reduction in droplet collection efficiency by the shielding plate.
本発明の第６の形態によれば、前記第１プラズマ進行路を形成する第１ダクトと前記第２プラズマ進行路を形成する第２ダクトが電気的に絶縁され、前記各ダクトが独立に正電位、負電位又は接地電位に設定されるから、より高効率にプラズマをプラズマ進行路の終端へ誘導することができる。即ち、電位を調整することにより、プラズマの減衰を抑制でき、プラズマ搬送効率を増加させることが可能になる。正負のいずれの電位を印加するかは、プラズマ搬送効率を増加させるように選択される。また電位の大きさも種々に調節され、プラズマ搬送効率を増加させる電位強度が選択される。 According to the sixth aspect of the present invention, the first duct that forms the first plasma traveling path and the second duct that forms the second plasma traveling path are electrically insulated, and the ducts are independently positive. Since the potential is set to the potential, the negative potential, or the ground potential, the plasma can be guided to the end of the plasma traveling path with higher efficiency. That is, by adjusting the potential, it is possible to suppress the attenuation of the plasma and increase the plasma transfer efficiency. Whether to apply a positive or negative potential is selected so as to increase the plasma transfer efficiency. The magnitude of the potential is also adjusted in various ways, and the potential strength that increases the plasma transfer efficiency is selected.
本発明の第７の形態によれば、前記第２プラズマ進行路の終端に前記プラズマのスキャン手段を有するスキャン部が設けられるから、前記プラズマを被処理物の表面にスキャンしながら照射することができ、均質な被膜を作成することができる。前記スキャン手段としては、プラズマの直進方向をｚ軸方向としたとき、ｘ軸方向とｙ軸方向の磁場を印加し、その強度と向きを自在に変更できる電磁石等を配置することができる。ｘ軸方向及び／又はｙ軸方向の磁場を振動させることにより、プラズマを繰り返しスキャンさせることができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the scanning unit having the plasma scanning unit is provided at the end of the second plasma traveling path, the plasma can be irradiated while scanning the surface of the workpiece. It is possible to create a uniform film. As the scanning means, it is possible to dispose an electromagnet or the like that can apply magnetic fields in the x-axis direction and the y-axis direction and freely change the intensity and direction when the straight direction of plasma is the z-axis direction. By vibrating the magnetic field in the x-axis direction and / or the y-axis direction, the plasma can be repeatedly scanned.
本発明の第８の形態によれば、前記屈曲部に予備プラズマ進行路が前記第２プラズマ進行路に対して屈曲して接続され、前記予備プラズマ進行路に進行するプラズマを供給する予備プラズマ発生部が設けられ、前記第１プラズマ進行路と前記予備プラズマ進行路の各々の終端に開閉手段が設けられ、前記各開閉手段の一方が閉状態に保持されて前記終端反射壁が形成されるから、装置内を真空に保持したまま又は所望のガスを封入したまま、カソードターゲットを簡単に交換することができ、プラズマの生成を短時間で再開することができる。即ち、第１プラズマ進行路終端の開閉手段を閉じ、予備プラズマ進行路終端の開閉手段を開けることにより、終端反射壁を切り替えると同時に、プラズマ発生部を予備プラズマ発生部に切り替えることができ、終端反射壁フィルタにより、ドロップレットを高効率に除去することができる。また、２種類のカソードターゲットを、夫々、プラズマ発生部と予備プラズマ発生部に配置することができる。 According to an eighth aspect of the present invention, the preliminary plasma generation path is connected to the bent portion so that the preliminary plasma traveling path is bent with respect to the second plasma traveling path and supplies the plasma traveling to the preliminary plasma traveling path. And an opening / closing means is provided at each end of the first plasma traveling path and the preliminary plasma traveling path, and one of the opening / closing means is held closed to form the terminal reflecting wall. The cathode target can be easily replaced while keeping the inside of the apparatus in a vacuum or filled with a desired gas, and plasma generation can be resumed in a short time. That is, by closing the opening / closing means at the end of the first plasma traveling path and opening the opening / closing means at the end of the preliminary plasma traveling path, the plasma generating section can be switched to the preliminary plasma generating section at the same time as the terminal reflecting wall is switched. The reflective wall filter can remove the droplets with high efficiency. Also, two types of cathode targets can be arranged in the plasma generator and the preliminary plasma generator, respectively.
本発明の第９の形態によれば、前記プラズマ発生部が第１プラズマ発生室と第２プラズマ発生室からなり、前記各プラズマ発生室が各々のプラズマ供給路を介して前記第１プラズマ進行路の始端に接続され、前記各プラズマ発生室と前記プラズマ供給路の間に供給路開閉手段が設けられるから、プラズマ進行路や発生室を真空に保持したまま、カソードターゲットを簡単に交換することができ、プラズマの生成を短時間で再開することができる。更に、前記第８の形態と同様に、２種類のカソードターゲットを、夫々、第１プラズマ発生室と第２プラズマ発生室に配置することが可能である。 According to the ninth aspect of the present invention, the plasma generation unit includes a first plasma generation chamber and a second plasma generation chamber, and each of the plasma generation chambers is connected to the first plasma traveling path via a plasma supply path. Since a supply path opening / closing means is provided between each plasma generation chamber and the plasma supply path, the cathode target can be easily replaced while keeping the plasma traveling path and the generation chamber in a vacuum. And plasma generation can be resumed in a short time. Further, as in the eighth embodiment, two types of cathode targets can be disposed in the first plasma generation chamber and the second plasma generation chamber, respectively.
本発明の第１０の形態によれば、前記プラズマ発生部に予備ターゲット室が付設され、前記予備ターゲット室と前プラズマ発生部の間に予備室開閉手段が設けられ、前記予備室開閉手段が開状態にあるとき、前記プラズマ発生部から前記予備ターゲット室に及び／又はその逆方向に前記カソードターゲットを搬送するターゲット搬送手段が設けられるから、装置内を真空状態に保持しながら、チャンバを開放することなく、カソードターゲットを交換することができる。即ち、ロードロックチャンバを構成することができ、大気への開放と、真空引きが繰り返されることがなく、効率的にプラズマを生成することができる。 According to a tenth aspect of the present invention, a preliminary target chamber is attached to the plasma generating unit, a preliminary chamber opening / closing means is provided between the preliminary target chamber and the previous plasma generating unit, and the preliminary chamber opening / closing unit is opened. When in a state, target transport means for transporting the cathode target from the plasma generation unit to the spare target chamber and / or in the opposite direction is provided, so that the chamber is opened while the inside of the apparatus is kept in a vacuum state. Without changing the cathode target. That is, a load lock chamber can be configured, and plasma can be efficiently generated without being repeatedly released to the atmosphere and evacuated.
本発明の第１１の形態によれば、第１〜１０の形態のいずれかのプラズマ生成装置に被処理物が配置されるプラズマ加工部が設けられ、前記プラズマ進行路を介する前記カソードターゲットの表面と前記被処理物の表面の距離（以下、「プラズマ輸送距離」と称する）が８００ｍｍ〜１３００ｍｍの範囲に設定されるから、ドロップレットの所定値以下に低減できると共に、プラズマの高い輸送効率を実現することができる。前記プラズマ輸送距離が８００ｍｍ未満の場合、ドロップレットの除去を十分に行うことができず、前記プラズマ輸送距離が１３００ｍｍを越える場合、真空アーク放電が発生する状態まで減圧する時間が増大し、装置の大型化によってメンテナンス作業等の負担も大きくなっていた。従って、前記プラズマ輸送距離が８００ｍｍ〜１３００ｍｍの範囲にある場合、好適なドロップレットの除去効率を実現できると共に、ランニングコストの低減化を図ることができる。
更に、前記プラズマ輸送距離が８００ｍｍ〜１０００ｍｍであることがより好ましく、１０００ｍｍ以下の場合、好適なドロップレットの除去効率を有すると共に、高いプラズマの輸送効率をより確実に実現することできる。また、前記プラズマ輸送距離が１０００ｍｍ以下の場合、装置の小型化を図ることができ、メンテナンス作業等をより軽減することができる。
According to an eleventh aspect of the present invention, a plasma processing unit in which an object to be processed is disposed in any of the plasma generation apparatuses according to the first to tenth aspects is provided, and the surface of the cathode target via the plasma traveling path And the surface distance of the object to be processed (hereinafter referred to as “plasma transport distance”) is set in a range of 800 mm to 1300 mm, so that the droplet can be reduced to a predetermined value or less and high plasma transport efficiency is realized. can do. If the plasma transport distance is less than 800 mm, droplets cannot be sufficiently removed, and if the plasma transport distance exceeds 1300 mm, the time for reducing the pressure until a vacuum arc discharge occurs increases. The burden of maintenance work and the like has increased due to the increase in size. Therefore, when the plasma transport distance is in the range of 800 mm to 1300 mm, it is possible to realize a suitable droplet removal efficiency and to reduce the running cost.
Furthermore, it is more preferable that the plasma transport distance is 800 mm to 1000 mm. When the distance is 1000 mm or less, it is possible to realize a high plasma transport efficiency more reliably while having a suitable droplet removal efficiency. Further, when the plasma transport distance is 1000 mm or less, the apparatus can be miniaturized, and maintenance work and the like can be further reduced.
以下、本発明に係るプラズマ生成装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るプラズマ生成装置１の構成概略図である。第１実施形態のプラズマ生成装置１は、プラズマ発生部２と終端反射壁３１を有するプラズマ進行路４から構成され、更に、プラズマ進行路４には、照射部６を介して被処理物１３が配設されたプラズマ加工部８が接続されている。プラズマ発生部２には、カソードターゲット３とアノード５、５が配設され、カソードターゲット３の表面とアノード５、５の間に真空アークが発生することによりプラズマが生成されると同時に、ドロップレットが副生される。
プラズマ進行路４では、第１プラズマ進行路７と第２プラズマ進行路９が屈曲部１０で直角に接続され、第１プラズマ進行路７の終端に終端反射壁３１が設けられている。プラズマ発生部２で発生させたプラズマは、プラズマ進行路４を進行すると共に、第１コイル１４及び第２コイル１５の誘導磁場により屈曲部１０で屈曲され、さらにプラズマ加工部の方向へ進行していく。プラズマ進行路を介するカソードターゲット３の表面から被処理物１３の表面までの距離を、プラズマ輸送距離３２と称している。即ち、プラズマの輸送距離３２は、第１プラズマ進行路７の中心線と第２プラズマ進行路９の中心線を介して、カソードターゲット３の表面と被処理物１３の表面の中心を結ぶ距離である。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a plasma generation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plasma generation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The plasma generating apparatus 1 according to the first embodiment includes a plasma traveling path 4 having a plasma generating section 2 and a terminal reflecting wall 31, and further, an object 13 to be processed is placed in the plasma traveling path 4 via an irradiation section 6. The disposed plasma processing unit 8 is connected. The plasma generating unit 2 is provided with a cathode target 3 and anodes 5 and 5. A plasma is generated by generating a vacuum arc between the surface of the cathode target 3 and the anodes 5 and 5. Is a by-product.
In the plasma advancing path 4, the first plasma advancing path 7 and the second plasma advancing path 9 are connected at a right angle at the bent portion 10, and a terminal reflecting wall 31 is provided at the end of the first plasma advancing path 7. The plasma generated by the plasma generation unit 2 travels along the plasma traveling path 4, is bent by the bending portion 10 by the induction magnetic field of the first coil 14 and the second coil 15, and further travels toward the plasma processing portion. Go. A distance from the surface of the cathode target 3 to the surface of the workpiece 13 through the plasma traveling path is referred to as a plasma transport distance 32. That is, the plasma transport distance 32 is a distance connecting the surface of the cathode target 3 and the center of the surface of the workpiece 13 via the center line of the first plasma traveling path 7 and the center line of the second plasma traveling path 9. is there.
図１のカソードターゲット３から第１プラズマ進行路に沿って直進する直進ドロップレット３０は、終端反射壁３１で反射された後、第１プラズマ進行路７の方向に進行し、反射を繰り返しながら運動エネルギーを失っていくことが予測され、副生されたドロップレットの殆どは反射を繰り返した後にプラズマ進行路４などの内壁面に吸着されて除去される。終端反射壁３１で反射されたドロップレットのうち、一部は第２プラズマ進行路９に進入するが、第２プラズマ進行路で反射を繰り返し、運動エネルギーを失って遮蔽壁１２を含むプラズマ進行路４の内壁面に吸着されて除去される。即ち、終端反射壁３１を有するプラズマ進行路４を形成する進行路ダクト１１の内壁には、遮蔽板１２が設けられ、衝突するドロップレットを吸着除去することができる。 A rectilinear droplet 30 that travels straight along the first plasma traveling path from the cathode target 3 in FIG. 1 is reflected by the terminal reflecting wall 31 and then travels in the direction of the first plasma traveling path 7 and moves while repeating reflection. It is predicted that energy will be lost, and most of the by-produced droplets are repeatedly adsorbed and then adsorbed and removed by the inner wall surface such as the plasma traveling path 4. Some of the droplets reflected by the terminal reflecting wall 31 enter the second plasma traveling path 9, but are repeatedly reflected by the second plasma traveling path and lose kinetic energy to include the plasma traveling path including the shielding wall 12. 4 is adsorbed and removed by the inner wall surface. That is, the shielding plate 12 is provided on the inner wall of the traveling path duct 11 that forms the plasma traveling path 4 having the terminal reflecting wall 31, and the colliding droplets can be removed by suction.
図１において、プラズマ進行路４を形成する進行路ダクト１１は、第１プラズマ進行路７を形成する第１ダクト７ａと第２プラズマ進行路９を形成する第２ダクト９ａからなり、接続部３４でフランジにより接続されている。前記進行路ダクト１１は、プラズマ発生部接続部４０のフランジでプラズマ発生部２と接続され、スキャン部接続部３８のフランジでスキャン部ダクト３７と接続されている。従って、接続部３４、スキャン部接続部３８及びプラズマ発生部接続部４０の各接続部では、絶縁部材（図示せず）を用いることにより、ダクト間を電気的に遮断することが可能であり、各ダクトを独立に正負いずれかの電位又は接地電位に設定することができる。
例えば、第１ダクト７ａと第２ダクト９ａが絶縁部材（図示せず）により電気的に遮断される場合、第１ダクト７ａを正電位に、第２ダクト９ａを接地電位に設定することができる。正電位の場合には、プラズマ中の＋イオンを輸送方向に押し出す効果がある。
更に、スキャン部２９を形成するスキャン部ダクト３７と照射部６を形成する照射部ダクト１８も照射部接続部３９のフランジで接続されており、同様に、絶縁部材により電気的に遮断することが可能である。例えば、各ダクトは、プラズマが誘導される被処理物１３に向かって、段階的により高い正電位から低い正電位に設定され、被処理物１３の直前にある照射部ダクト１８が接地電位に設定され、プラズマ中の＋イオンを被処理物１３の方向に押し出すことができる。
尚、負電位の場合にはプラズマ中の電子を輸送方向に押し出す効果があり、正負のいずれを選択するかはプラズマの輸送効率を低下させないよう、プラズマの状態で判断される。
In FIG. 1, the traveling path duct 11 that forms the plasma traveling path 4 includes a first duct 7 a that forms the first plasma traveling path 7 and a second duct 9 a that forms the second plasma traveling path 9. Connected by a flange. The traveling path duct 11 is connected to the plasma generation unit 2 through a flange of the plasma generation unit connection unit 40, and is connected to the scan unit duct 37 through a flange of the scan unit connection unit 38. Therefore, in each connection part of the connection part 34, the scan part connection part 38, and the plasma generation part connection part 40, it is possible to electrically interrupt between ducts by using an insulating member (not shown). Each duct can be independently set to either positive or negative potential or ground potential.
For example, when the first duct 7a and the second duct 9a are electrically interrupted by an insulating member (not shown), the first duct 7a can be set to a positive potential and the second duct 9a can be set to a ground potential. . In the case of a positive potential, there is an effect of pushing out + ions in the plasma in the transport direction.
Further, the scanning section duct 37 forming the scanning section 29 and the irradiation section duct 18 forming the irradiation section 6 are also connected by the flange of the irradiation section connecting section 39, and can be electrically cut off similarly by the insulating member. Is possible. For example, each duct is set stepwise from a higher positive potential to a lower positive potential toward the workpiece 13 from which plasma is induced, and the irradiation unit duct 18 immediately before the workpiece 13 is set to the ground potential. Then, + ions in the plasma can be pushed out toward the workpiece 13.
In the case of a negative potential, there is an effect of pushing out electrons in the plasma in the transport direction, and whether positive or negative is selected is determined in the plasma state so as not to reduce the plasma transport efficiency.
図１６は、本発明に係るプラズマ進行路４の斜視概略図である。（１６Ａ）では、円筒状の第１プラズマ進行路７に円筒状の第２プラズマ進行路９が接続されており、第１プラズマ進行路７を形成する円筒の終端が終端反射壁３１となっている。（１６Ｂ）では、屈曲部１０を構成する第１プラズマ進行路の終端部が、第２プラズマ進行路を形成する円筒の始端部分からなり、終端反射壁３１は、円筒の側面から形成されている。終端反射面３１は第１プラズマ進行路７を直進してくるドロップレットを反対方向に反射するよう形成されていれば良く、（１６Ｂ）のように曲面から形成されていても良い。 FIG. 16 is a schematic perspective view of the plasma traveling path 4 according to the present invention. In (16A), the cylindrical second plasma traveling path 9 is connected to the cylindrical first plasma traveling path 7, and the end of the cylinder forming the first plasma traveling path 7 becomes the terminal reflecting wall 31. Yes. In (16B), the terminal portion of the first plasma traveling path constituting the bent portion 10 is formed from the starting end portion of the cylinder forming the second plasma traveling path, and the terminal reflecting wall 31 is formed from the side surface of the cylinder. . The terminal reflecting surface 31 may be formed so as to reflect the droplets traveling straight through the first plasma traveling path 7 in the opposite direction, and may be formed from a curved surface as shown in (16B).
更に、図１では、スキャン部２９が設けられた照射部６には、照射部第１コイル１６、１６、照射部第２コイル１９、１９及び照射部第３コイル２０が設けられ、スキャン手段としてスキャン用磁場発生器３６、３６が配設されている。スキャン用磁場発生器３６、３６の間に偏向磁場を形成し、偏向磁場の強度と方向を変化させることにより、プラズマを被処理物１３の表面に照射しながらスキャンすることができ、均質な被膜を作成することができる。また、照射部６を構成する照射部ダクト１８には、複数の照射部遮蔽板１７が設けられており、衝突するドロップレットを吸着除去することができ、プラズマに随伴して進行するドロップレットをより低減化するができる。 Further, in FIG. 1, the irradiation unit 6 provided with the scanning unit 29 is provided with irradiation unit first coils 16 and 16, irradiation unit second coils 19 and 19, and irradiation unit third coil 20. Scanning magnetic field generators 36 and 36 are provided. By forming a deflection magnetic field between the scanning magnetic field generators 36 and 36 and changing the intensity and direction of the deflection magnetic field, scanning can be performed while irradiating the surface of the workpiece 13 with a uniform coating. Can be created. Moreover, the irradiation part duct 18 which comprises the irradiation part 6 is provided with the some irradiation part shielding board 17, and the droplet which collides can be adsorbed and removed, and the droplet which advances accompanying a plasma can be removed. It can be further reduced.
図２は、図１に示した第１実施形態のプラズマ生成装置１において、ドロップレットの軌跡を計算したシミュレーション図である。本発明の第１実施形態の除去効率を検証するために、プラズマ進行路４を二次元的に表現し、カソードターゲット３から副生されたドロップレットの軌跡を前記非特許文献３に記載される手法に基いて計算している。カソードターゲット３の表面に等間隔で配列された２００個の質点の各々が前記表面に対して飛散角度αで飛散したときの軌跡がドロップレットの軌跡として計算されている。飛散角度αは４５°〜１３５°の範囲に設定され、この範囲で約０．９１°毎に飛散角度αの異なるドロップレットの軌跡が配列された各質点に対して計算されており、２００００個の軌跡が計算されている。各方向へのドロップレットの初速度は３００ｍ／ｓに設定され、壁面への衝突で速さが半減し、速さが１ｍ／ｓ以下となったときに、ドロップレットは失活して壁面に吸着されるものとしている。即ち、９回の衝突でドロップレットは失活すると仮定している。以下、特に断らない限り、図２と同じ条件でドロップレットの軌跡が計算されている。 FIG. 2 is a simulation diagram in which the trajectory of the droplet is calculated in the plasma generation apparatus 1 according to the first embodiment shown in FIG. In order to verify the removal efficiency of the first embodiment of the present invention, the plasma advancing path 4 is expressed two-dimensionally, and the trajectory of droplets by-produced from the cathode target 3 is described in Non-Patent Document 3. The calculation is based on the method. The trajectory when each of the 200 mass points arranged at equal intervals on the surface of the cathode target 3 is scattered at the scattering angle α with respect to the surface is calculated as the droplet trajectory. The scattering angle α is set in a range of 45 ° to 135 °, and is calculated for each mass point in which droplet trajectories with different scattering angles α are arranged at intervals of about 0.91 ° in this range. The trajectory is calculated. The initial velocity of the droplets in each direction is set to 300 m / s, and when the velocity is halved by collision with the wall surface and the velocity becomes 1 m / s or less, the droplets are deactivated and applied to the wall surface. It is supposed to be adsorbed. That is, it is assumed that the droplet is deactivated after nine collisions. Hereinafter, the droplet trajectory is calculated under the same conditions as in FIG. 2 unless otherwise specified.
図２に示すように、図１のプラズマ生成装置１では、ドロップレット３０が被処理物１３に到達しておらず、シミュレーションでは、１００％の除去効率を有することが示されている。プラズマ進行路４の終端近くまでは、飛散するドロップレットの軌跡により黒く塗りつぶされているが、スキャン部１７の入口側では軌跡が殆ど消滅しており、プラズマ進行路４において殆どのドロップレットが除去されていることが分かる。即ち、第１実施形態の終端反射壁３１を有するプラズマ進行路４は、ドロップレットのフィルタとして高い除去効率を有しており、複数の遮蔽板１２が設けられ、直角に屈曲したプラズマ進行路４の終端反射壁３１に衝突させることにより、プラズマ進行路４の終端までにドロップレットを高効率で吸着除去することができる。 As shown in FIG. 2, in the plasma generation apparatus 1 of FIG. 1, the droplet 30 does not reach the workpiece 13, and the simulation shows that the removal efficiency is 100%. The vicinity of the end of the plasma traveling path 4 is painted black due to the trajectory of the scattered droplets, but the trajectory is almost extinguished on the entrance side of the scanning unit 17 and most of the droplets are removed in the plasma traveling path 4. You can see that. That is, the plasma traveling path 4 having the terminal reflecting wall 31 of the first embodiment has high removal efficiency as a droplet filter, and is provided with a plurality of shielding plates 12 and bent at a right angle. By making it collide with the terminal reflecting wall 31, the droplets can be adsorbed and removed with high efficiency until the end of the plasma traveling path 4.
図３は、比較例として、ドロップレット捕集部５０が設けられた従来のプラズマ装置５１において、ドロップレットの軌跡を計算したシミュレーション図である。図３のプラズマ生成装置５１では、ドロップレット捕集部５０が設けられている以外は、図２のプラズマ生成装置とほぼ同じ構造を有し、遮蔽板１２もほぼ同じピッチで設けられている。ドロップレット捕集部５０を有するプラズマ生成装置５１では、図２に示した本発明の実施形態１とほぼ同程度の除去効率を有することが分かる。即ち、第１の実施形態１は、より簡単な構造の終端反射壁フィルタを有するとともに、ドロップレット捕集部５０を有する従来のプラズマ生成装置と同程度の除去効率を有するから、装置の製造コストを低減化できると共に、ドロップレット捕集部５０にプラズマが進入して、プラズマの輸送効率が低減することが抑制される。 As a comparative example, FIG. 3 is a simulation diagram in which a droplet trajectory is calculated in a conventional plasma apparatus 51 provided with a droplet collection unit 50. 3 has substantially the same structure as the plasma generating apparatus of FIG. 2 except that the droplet collecting unit 50 is provided, and the shielding plates 12 are also provided at substantially the same pitch. It can be seen that the plasma generation device 51 having the droplet collection unit 50 has approximately the same removal efficiency as that of the first embodiment of the present invention shown in FIG. That is, the first embodiment has a simpler structure of the terminal reflection wall filter and has a removal efficiency comparable to that of the conventional plasma generation apparatus having the droplet collection unit 50, so that the manufacturing cost of the apparatus is high. In addition, it is possible to suppress the plasma from entering the droplet collecting unit 50 and reducing the plasma transport efficiency.
図４は、比較例として、プラズマ進行路５４が湾曲する従来のプラズマ装置５２において、ドロップレットの軌跡を計算したシミュレーション図である。この従来のプラズマ装置５２には、遮蔽板が設けられておらず、主にプラズマ進行路５４の構造に依存したドロップレットの除去効率を比較するために、計算されたものである。
プラズマ進行路５４の内壁の接線とカソードターゲット３の表面に垂直な軸とがなす角は様々であり、ドロップレットが内壁に衝突する際の入射角も様々である。その為、ドロップレットが内壁で反射して被処理物１３へ向かう軌跡が存在してしまうことになる。湾曲したプラズマ進行路５４の終端に到達したドロップレットの数は、４４２５個であった。
FIG. 4 is a simulation diagram in which a droplet trajectory is calculated in a conventional plasma apparatus 52 in which the plasma traveling path 54 is curved as a comparative example. This conventional plasma apparatus 52 is not provided with a shielding plate, and is calculated in order to compare the droplet removal efficiency mainly depending on the structure of the plasma traveling path 54.
The angle formed by the tangent to the inner wall of the plasma traveling path 54 and the axis perpendicular to the surface of the cathode target 3 varies, and the incident angle when the droplet collides with the inner wall also varies. For this reason, there is a trajectory that the droplet is reflected from the inner wall and heads toward the workpiece 13. The number of droplets that reached the end of the curved plasma traveling path 54 was 4425.
図５は、比較例として、遮蔽板の無いＬ字状プラズマ進行路４を有するプラズマ装置５５において、ドロップレットの軌跡を計算したシミュレーション図である。第１プラズマ進行路７と第２プラズマ進行路９からなるプラズマ進行路４の場合は、各進行路で内壁がカソードターゲット３の表面に垂直な軸となす角は一様である。その為、反射により被処理物１３へ向かうドロップレットの入射角は、制限されることになる。シミュレーション結果も湾曲するプラズマ進行路に比べ明らかに良好な結果を示している。プラズマ進行路４の終端を通過するドロップレット数は、２９５個であった。プラズマ進行路４に遮蔽板を設けない場合、被処理物に到達するドロップレットの個数は満足できる量とかけ離れている。
即ち、単にＬ字状プラズマ進行路４を設けるだけでは十分でなく、複数の遮蔽板が設けられることとの相乗効果により、ドロップレットの除去効率が向上する。尚、以下では、特に断らない限り、ドロップレット数は、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレットの数を示している。
FIG. 5 is a simulation diagram in which a droplet trajectory is calculated in a plasma apparatus 55 having an L-shaped plasma traveling path 4 without a shielding plate as a comparative example. In the case of the plasma traveling path 4 including the first plasma traveling path 7 and the second plasma traveling path 9, the angle between the inner wall and the axis perpendicular to the surface of the cathode target 3 is uniform in each traveling path. Therefore, the incident angle of the droplet toward the workpiece 13 due to reflection is limited. The simulation results are also clearly better than the curved plasma path. The number of droplets passing through the end of the plasma traveling path 4 was 295. When no shielding plate is provided in the plasma traveling path 4, the number of droplets reaching the object to be processed is far from a satisfactory amount.
That is, it is not sufficient to simply provide the L-shaped plasma traveling path 4, and the droplet removal efficiency is improved by a synergistic effect with the provision of a plurality of shielding plates. In the following description, the number of droplets indicates the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path unless otherwise specified.
遮蔽板は以下のような構成にすることで、十分なドロップレット除去能力を得ることが出来る。
図６は、本発明に係るプラズマ生成装置において、内壁に対する遮蔽板の角度（baffle angle）を変化させたときのドロップレット数をプロットしたグラフ図である。ダクト径が８６ｍｍ、遮蔽板の開口径が６６ｍｍ、遮蔽板の間隔を６ｍｍ、厚みを１ｍｍとしている。遮蔽板をカソードターゲット側から被処理物側へ２０°から１６０°まで５°ずつ変化させていくと、遮蔽角θが２０°〜３５°、５５°〜６５°、８０°〜１００°、１１５°〜１３０°又は１５０°〜１５５°の範囲にあるとき、ドロップレットのカウント数が減少しており、ドロップレットの除去効率が格段に向上している。
A sufficient droplet removing ability can be obtained by configuring the shielding plate as follows.
FIG. 6 is a graph plotting the number of droplets when the angle of the shielding plate with respect to the inner wall (baffle angle) is changed in the plasma generating apparatus according to the present invention. The duct diameter is 86 mm, the opening diameter of the shielding plate is 66 mm, the interval between the shielding plates is 6 mm, and the thickness is 1 mm. When the shielding plate is changed from the cathode target side to the workpiece side by 5 ° from 20 ° to 160 °, the shielding angle θ is 20 ° to 35 °, 55 ° to 65 °, 80 ° to 100 °, 115. When the angle is in the range of ° to 130 ° or 150 ° to 155 °, the count number of the droplets is reduced, and the droplet removal efficiency is remarkably improved.
図７は、本発明に係るプラズマ生成装置において、遮蔽板の高さＨと間隔Ｄ（baffle pitch）を変化させ、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレットの数をプロットしたグラフ図である。遮蔽角θを９０°、厚みを１ｍｍとし、遮蔽板の高さＨを８ｍｍ，１０ｍｍ，１２ｍｍ，１４ｍｍのそれぞれで遮蔽板の間隔Ｄを６ｍｍから１８ｍｍの間で変化させた。すべての場合で、遮蔽板の高さＨと間隔Ｄの比が１．２５になるとき、プラズマ進行路４を通過するドロップレットの数が減少する結果を得た。図７の丸で囲った箇所が、明らかにディップとなっていることがわかる。ドロップレットの除去効率は、比率Ｄ／Ｈが約１．２５のときをピークとして、−０．２５〜＋０．２５の幅を有している。より好ましくは、比率Ｄ／Ｈが１．２５のときをピークとして、−０．１〜＋０．１の幅を有し、１．１５〜１．３５の範囲に設定される FIG. 7 is a graph plotting the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path by changing the height H of the shielding plate and the interval D (baffle pitch) in the plasma generating apparatus according to the present invention. The shielding angle θ is 90 °, the thickness is 1 mm, the height H of the shielding plate is 8 mm, 10 mm, 12 mm, and 14 mm, and the interval D of the shielding plate is changed between 6 mm and 18 mm. In all cases, when the ratio of the height H of the shielding plate to the distance D was 1.25, the number of droplets passing through the plasma traveling path 4 was reduced. It can be seen that the circled portion in FIG. 7 is clearly a dip. The droplet removal efficiency has a width of −0.25 to +0.25 with a peak when the ratio D / H is about 1.25. More preferably, the peak is when the ratio D / H is 1.25, the width is −0.1 to +0.1, and the range is set to 1.15 to 1.35.
図８は、本発明に係る遮蔽板の厚さ（baffle thick）を変化させたときのドロップレット数の変化をプロットしたグラフ図である。ダクト径が８６ｍｍ、遮蔽板の開口径が６６ｍｍ、遮蔽板の間隔を６ｍｍ、遮蔽角θを９０°として、厚みを１ｍｍから８ｍｍに１ｍｍずつ変化させていく。その結果、厚みが増すにつれてプラズマ進行路を通過するドロップレットの量が増えていく。特に、３ｍｍを越えると急激な上昇を示し、４ｍｍを越えると被処理物に到達するドロップレット数が１００以上となる。従って、遮蔽板の厚さは、４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である場合に、ドロップレットを高効率に除去することができる。 FIG. 8 is a graph plotting changes in the number of droplets when the thickness of the shielding plate according to the present invention is changed. The duct diameter is 86 mm, the opening diameter of the shielding plate is 66 mm, the interval between the shielding plates is 6 mm, the shielding angle θ is 90 °, and the thickness is changed from 1 mm to 8 mm by 1 mm. As a result, the amount of droplets passing through the plasma traveling path increases as the thickness increases. In particular, when it exceeds 3 mm, a rapid increase is exhibited, and when it exceeds 4 mm, the number of droplets reaching the object to be processed is 100 or more. Therefore, when the thickness of the shielding plate is 4 mm or less, more preferably 3 mm or less, the droplets can be removed with high efficiency.
図９は、本発明に係るプラズマ進行路の曲げ角度（duct angle）を変化させてドロップレット数をプロットしたグラフ図である。プラズマ進行路の曲げ角度は、７０°から１００°の間が好ましい。角度は小さすぎても大きすぎても、ドロップレットが基板に到達してしまう。より好ましい角度は９０°±１０°であり、本発明に係るプラズマ進行路では、曲げ角度が９０°±１０°に設定されている。即ち、第１プラズマ進行路と第２プラズマ進行路が屈曲部で直角又は略直角に接続されている。 FIG. 9 is a graph plotting the number of droplets by changing the bend angle of the plasma traveling path according to the present invention. The bending angle of the plasma traveling path is preferably between 70 ° and 100 °. If the angle is too small or too large, the droplet will reach the substrate. A more preferable angle is 90 ° ± 10 °, and in the plasma traveling path according to the present invention, the bending angle is set to 90 ° ± 10 °. That is, the first plasma traveling path and the second plasma traveling path are connected at a right angle or a substantially right angle at the bent portion.
図１０は、比較例１として、湾曲状のプラズマ進行路５４を有する湾曲型プラズマ生成装置５６に遮蔽板１２を設けた場合において、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレット数を計算したシミュレーション図である。薄いグレーが被処理物１３に到達したドロップレットの軌跡であり、濃いグレーが被処理物１３に到達しなかったドロップレットの軌跡である。図１０に示すように、湾曲状のプラズマ進行路５４を有する湾曲型プラズマ装置５６に遮蔽板１２を設けても、多くのドロップレットがプラズマ進行路５４を通過して、さらにプラズマ加工部８にまで進行している。このシミュレーションでは、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレット数が４０５個となっている。 FIG. 10 is a simulation diagram for calculating the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path when the shielding plate 12 is provided in the curved plasma generating apparatus 56 having the curved plasma traveling path 54 as Comparative Example 1. It is. The light gray is the locus of the droplet that has reached the object to be processed 13, and the dark gray is the locus of the droplet that has not reached the object to be processed 13. As shown in FIG. 10, even when the shielding plate 12 is provided in the curved plasma apparatus 56 having the curved plasma traveling path 54, many droplets pass through the plasma traveling path 54 and further enter the plasma processing unit 8. Is going on. In this simulation, the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path is 405.
図１１は、比較例２、３として、他の湾曲状のプラズマ進行路５４を有する湾曲型プラズマ装置５６、５７に遮蔽板１２を設けた場合において、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレット数を計算したシミュレーション図である。図１０と同様に、薄いグレーが被処理物１３に到達したドロップレットの軌跡であり、濃いグレーが被処理物１３に到達しなかったドロップレットの軌跡である。（１１Ａ）の比較例２では、１２０°で湾曲するプラズマ進行路５４が設けられ、（１１Ｂ）の比較例３では、２回湾曲するプラズマ進行路５４が設けられている。（１１Ａ）では、１８１個のドロップレットが、（１１Ｂ）では、３１個のドロップレットが到達している。即ち、比較例２、３においてもドロップレットを完全には除去できないことが分かった。 FIG. 11 shows the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path when the shielding plate 12 is provided in the curved plasma devices 56 and 57 having other curved plasma traveling paths 54 as Comparative Examples 2 and 3. FIG. Similarly to FIG. 10, the light gray is the locus of the droplet that has reached the object to be processed 13, and the dark gray is the locus of the droplet that has not reached the object to be processed 13. In Comparative Example 2 of (11A), a plasma traveling path 54 that is curved at 120 ° is provided, and in Comparative Example 3 of (11B), a plasma traveling path 54 that is curved twice is provided. In (11A), 181 droplets have arrived, and in (11B), 31 droplets have arrived. That is, it was found that the droplets could not be completely removed in Comparative Examples 2 and 3.
図１２は、本発明の第１実施形態（実施例）と比較例において、プラズマ進行路の終端を通過するドロップレット数を比較したグラフ図である。比較例としては、図１０と図１１に示した比較例１〜３と共に、図２０に示したプラズマ生成装置における計算結果を比較例Ａとして追加している。実施例は、図２に示した計算結果を示している。図１２に示すように、実施例であるＬ字状プラズマ進行路からなる終端反射壁フィルタは、ドロップレット数が０であり、ドロップレット除去効率が最も高いことを示している。更に、実施例であるプラズマ生成装置は、図２に示すように、最も簡単な構造を有することから、より高いプラズマの輸送効率を有している。 FIG. 12 is a graph comparing the number of droplets passing through the end of the plasma traveling path in the first embodiment (example) of the present invention and the comparative example. As a comparative example, together with Comparative Examples 1 to 3 shown in FIGS. 10 and 11, a calculation result in the plasma generating apparatus shown in FIG. The Example has shown the calculation result shown in FIG. As shown in FIG. 12, the terminal reflection wall filter composed of the L-shaped plasma traveling path as an example has 0 droplets and the highest droplet removal efficiency. Furthermore, as shown in FIG. 2, the plasma generating apparatus according to the embodiment has the simplest structure, and thus has higher plasma transport efficiency.
図１３は、本発明の第２実施形態に係るプラズマ生成装置１の構成概略図である。尚、図１と同一の機能を有する部材には、以下、特に断らない限り、同一の符号を付しており、それらの部材に関する説明は、一部省略する。図１３のプラズマ生成装置１では、図１のプラズマ生成装置に対して、予備カソードターゲット２３とアノード２５、２５が配設された予備プラズマ発生部２２が設けられている。更に、第１プラズマ進行路７の始端と終端に、開閉手段として、始端側ゲートバルブ２６と終端側ゲートバルブ２７が設けられ、同様に、予備プラズマ進行路２１の始端と終端には、始端側ゲートバルブ２４と終端側ゲートバルブ２８が設けられている。従って、少なくとも予備プラズマ進行路２１の終端側ゲートバルブ２８が閉状態にあり、第１プラズマ進行路７の始端側ゲートバルブ２６と終端側ゲートバルブ２７が開状態にあれば、プラズマ進行路４が形成され、ドロップレットを高効率に除去すると共に、プラズマの好適な輸送効率を保持することができる。即ち、終端側ゲートバルブ２７と終端側ゲートバルブ２８は、閉状態で終端反射壁として機能する。
更に、第１プラズマ進行路７の終端側ゲートバルブ２７を閉状態とし、予備プラズマ進行路２１の始端側ゲートバルブ２４と終端側ゲートバルブ２８を開状態とすれば、予備プラズマ進行路２１を含む終端反射壁を有するプラズマ進行路４が形成される。従って、予備カソードターゲット２３からプラズマを生成することができる。２種以上のプラズマを用いて、被処理物１３の表面処理を行う場合や、長時間に亘ってプラズマ処理を行う場合に、プラズマ生成装置１のチャンバが開放されないから、簡単にカソードターゲットを交換できると共に、装置内を比較的クリーンに保持することができる。更に、各ゲートバルブの開閉を調整し、プラズマの供給源をプラズマ発生部２から予備プラズマ発生部２２に速やかに切り替えることにより、連続的又は断続的にプラズマを供給して被処理物１３のプラズマ処理を行うことができる。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram of the plasma generating apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention. In the following description, members having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals unless otherwise specified. In the plasma generation apparatus 1 of FIG. 13, a preliminary plasma generation unit 22 in which a preliminary cathode target 23 and anodes 25 and 25 are disposed is provided with respect to the plasma generation apparatus of FIG. 1. Furthermore, a start-side gate valve 26 and a termination-side gate valve 27 are provided as opening / closing means at the start and end of the first plasma traveling path 7. Similarly, the start and end of the preliminary plasma traveling path 21 are located at the start-end side. A gate valve 24 and a termination side gate valve 28 are provided. Therefore, if at least the termination side gate valve 28 of the preliminary plasma traveling path 21 is in the closed state and the start side gate valve 26 and the termination side gate valve 27 of the first plasma traveling path 7 are in the open state, the plasma traveling path 4 is It is formed and droplets can be removed with high efficiency, and a suitable transport efficiency of plasma can be maintained. That is, the termination side gate valve 27 and the termination side gate valve 28 function as termination reflection walls in the closed state.
Further, if the termination-side gate valve 27 of the first plasma traveling path 7 is closed and the start-side gate valve 24 and termination-side gate valve 28 of the preliminary plasma traveling path 21 are opened, the preliminary plasma traveling path 21 is included. A plasma traveling path 4 having a terminal reflecting wall is formed. Therefore, plasma can be generated from the preliminary cathode target 23. When the surface treatment of the workpiece 13 is performed using two or more kinds of plasma or when the plasma treatment is performed for a long time, the chamber of the plasma generating apparatus 1 is not opened, so the cathode target can be easily replaced. In addition, the inside of the apparatus can be kept relatively clean. Furthermore, by adjusting the opening / closing of each gate valve and quickly switching the plasma supply source from the plasma generating unit 2 to the preliminary plasma generating unit 22, plasma is supplied continuously or intermittently so that the plasma of the object 13 is processed. Processing can be performed.
図１４は、本発明の第３実施形態に係るプラズマ生成装置１の構成概略図である。第３実施形態では、プラズマ発生部２が第１プラズマ発生室６２と第２プラズマ発生室６３から構成されている。第２プラズマ発生室６３には、第１プラズマ発生室６２と同様に、カソードターゲット３３とアノード３５、３５が設けられており、第１供給路４７と第２供給路４８から２種類のプラズマ又は多量のプラズマを同時に発生させることができる。更に、第１プラズマ発生室６２と第２プラズマ発生室６３には、夫々、第１ゲートバルブ４４と第２ゲートバルブが設けられている。従って、第１プラズマ発生室６２におけるプラズマの生成が完了すると同時に又は順次、第１ゲートバルブ４４を開状態から閉状態とし、第２ゲートバルブを閉状態から開状態とすることにより、連続的又は断続的にプラズマを供給してプラズマ処理を行うことができる。 FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a plasma generation apparatus 1 according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, the plasma generation unit 2 includes a first plasma generation chamber 62 and a second plasma generation chamber 63. Similarly to the first plasma generation chamber 62, the second plasma generation chamber 63 is provided with a cathode target 33 and anodes 35, 35, and two types of plasma or A large amount of plasma can be generated simultaneously. Further, the first plasma generation chamber 62 and the second plasma generation chamber 63 are provided with a first gate valve 44 and a second gate valve, respectively. Therefore, simultaneously or sequentially with the completion of plasma generation in the first plasma generation chamber 62, the first gate valve 44 is changed from the open state to the closed state, and the second gate valve is changed from the closed state to the open state. Plasma processing can be performed by intermittently supplying plasma.
図１５は、本発明の第４実施形態に係るプラズマ生成装置１の構成概略図である。図１５の（１５Ａ）及び（１５Ｂ）では、図１のプラズマ生成装置１に対して、予備カソードターゲット４３が配設された予備ターゲット室４２が付設されている。（１５Ａ）では、プラズマ発生部２のカソードターゲット側に予備ターゲット室４２が設けられ、（１５Ｂ）プラズマ発生部２のアノード側に予備ターゲット室４２が設けられている。プラズマ発生部２と予備ターゲット室４２の間には、開閉手段として、ゲートバルブ４６が設けられている。更に、図示していないが、カソードターゲット３及び／又は予備カソードターゲット４３を搬送するターゲット搬送手段が設けられている。従って、ロードロックで真空状態を保持したまま、プラズマ発生部２と予備ターゲット室４２の間でカソードターゲット３及び／又は予備カソードターゲット４３を搬送し、交換又は供給することができる。装置を開放することがないため、装置内をクリーンに保持することができる。更に、比較的に簡単且つ速やかに、カソードターゲット３を予備カソードターゲット４３に交換することが可能であることから、ほぼ連続的又は断続的にプラズマを供給して被処理物１３のプラズマ処理を行うことができる。 FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a plasma generation apparatus 1 according to the fourth embodiment of the present invention. 15 (15A) and (15B), a preliminary target chamber 42 in which a preliminary cathode target 43 is disposed is attached to the plasma generating apparatus 1 of FIG. In (15A), a spare target chamber 42 is provided on the cathode target side of the plasma generator 2, and (15B) a spare target chamber 42 is provided on the anode side of the plasma generator 2. A gate valve 46 is provided between the plasma generator 2 and the spare target chamber 42 as an opening / closing means. Further, although not shown in the drawing, target transport means for transporting the cathode target 3 and / or the spare cathode target 43 is provided. Accordingly, the cathode target 3 and / or the spare cathode target 43 can be transported and exchanged or supplied between the plasma generation unit 2 and the spare target chamber 42 while maintaining a vacuum state with a load lock. Since the apparatus is not opened, the inside of the apparatus can be kept clean. Further, since the cathode target 3 can be replaced with the spare cathode target 43 relatively easily and quickly, plasma is supplied to the workpiece 13 by supplying plasma almost continuously or intermittently. be able to.
図１７は、本発明に係るプラズマ生成装置において予測されるプラズマ輸送距離（ｍｍ）と成膜レート（ｎｍ／ｓ）の関係を示すグラフ図である。グラフ中の直線は、従来のプラズマ生成装置におけるプラズマ輸送距離と成膜レートのデータから外挿して得られた直線である。ここで、成膜レート（ｎｍ／ｓ）とは、前記被処理物の表面にプラズマを照射して、成膜したときの成膜速度である。
従来のプラズマ生成装置では、プラズマ輸送距離が１３００ｍｍ以上であった。プラズマ輸送距離とは、前述のように、前記プラズマ進行路４を介するカソードターゲット３の表面と前記被処理物１３の表面の距離であり、各ダクトの中心と通りカソードターゲット３と被処理物１３の表面の中心を結んだ距離となる。
従来のプラズマ生成装置（例えば、図１０の湾曲型プラズマ生成装置）では、所定以上のプラズマ輸送距離が無いと、ドロップレットの除去が十分に行えないため、グラフのプロットから明らかなように、プラズマ輸送距離が１３００ｍｍよりも長く設定されていた。しかしながら、プラズマ輸送距離が１３００ｍｍを越える場合、成膜レートは１ｎｍ／ｓ未満となっていた。
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the plasma transport distance (mm) and the deposition rate (nm / s) predicted in the plasma generation apparatus according to the present invention. The straight line in the graph is a straight line obtained by extrapolating from the plasma transport distance and film formation rate data in the conventional plasma generation apparatus. Here, the film formation rate (nm / s) is a film formation rate when the surface of the object to be processed is irradiated with plasma to form a film.
In the conventional plasma generation apparatus, the plasma transport distance is 1300 mm or more. As described above, the plasma transport distance is the distance between the surface of the cathode target 3 and the surface of the object to be processed 13 via the plasma traveling path 4, and the cathode target 3 and the object to be processed 13 pass through the center of each duct. It is the distance connecting the center of the surface.
In the conventional plasma generation apparatus (for example, the curved plasma generation apparatus in FIG. 10), the droplets cannot be sufficiently removed unless there is a plasma transport distance greater than a predetermined distance. The transport distance was set longer than 1300 mm. However, when the plasma transport distance exceeded 1300 mm, the film formation rate was less than 1 nm / s.
本発明に係るプラズマ生成装置では、終端反射壁フィルタが設けられると共に、プラズマ輸送距離が１３００ｍｍ以下に設定されている。図１７のグラフの直線から明らかのように、プラズマ輸送距離が１３００ｍｍ以下では１ｎｍ／ｓ以上の成膜レートが実現可能であり、さらに、終端反射壁フィルタにより高いドロップレット除去効率を実現することができる。プラズマ生成装置を用いた成膜では、純度の高いプラズマでの１ｎｍ／ｓ以上の成膜レートが要求されていた。プラズマ輸送距離が１３００ｍｍのとき、グラフでは、約１．２２ｎｍ／ｓ程度の成膜レートとなることが見積もられる（図中の点線の位置）。尚、プラズマ輸送距離が８００ｍｍ未満の場合、ドロップレットの除去効率が低下し、ドロップレットの混入が無視できない程度になることがシミュレーションから明らかになっている。
更に、前記プラズマ輸送距離が８００ｍｍ〜１０００ｍｍであることがより好ましく、１０００ｍｍ以下の場合、３ｎｍ／ｓ以上の成膜レートが実現可能であることが示されている。
In the plasma generating apparatus according to the present invention, the terminal reflection wall filter is provided, and the plasma transport distance is set to 1300 mm or less. As is apparent from the straight line in the graph of FIG. 17, when the plasma transport distance is 1300 mm or less, a film formation rate of 1 nm / s or more can be realized, and furthermore, a high droplet removal efficiency can be realized by the terminal reflection wall filter. it can. In film formation using a plasma generation apparatus, a film formation rate of 1 nm / s or more with high-purity plasma is required. When the plasma transport distance is 1300 mm, it is estimated in the graph that the film formation rate is about 1.22 nm / s (position of the dotted line in the figure). In addition, it is clear from the simulation that when the plasma transport distance is less than 800 mm, the efficiency of removing the droplets is lowered and the mixing of the droplets cannot be ignored.
Furthermore, it is more preferable that the plasma transport distance is 800 mm to 1000 mm. When the plasma transport distance is 1000 mm or less, it is shown that a film formation rate of 3 nm / s or more can be realized.
本発明によれば、高いプラズマの輸送効率を保持しながら、ドロップレットを高効率に除去することができ、比較的簡単な構造を有するプラズマ生成装置を提供することができる。プラズマの発生時に副生されるドロップレットは、プラズマを磁場により複雑な経路に沿って誘導したり、プラズマを発生させるアーク電流を小さくすることにより抑制することが、一般的な除去方法であったが、プラズマの輸送効率を低下させていた。本発明者らは、鋭意研究の結果、高いプラズマの輸送効率を保持しながら、ドロップレットを除去することができるプラズマ生成装置を完成するに到った。従って、例えば、プラズマ処理によるハードディスク表面保護膜の成膜過程において、好適な成膜速度を保持することができ、ドロップレットの除去効率が高いことから、プラズマ処理を、これまで実用化されてこなかったディスク媒体等の表面処理に利用することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma generation apparatus having a relatively simple structure that can remove droplets with high efficiency while maintaining high plasma transport efficiency. Droplets generated as a by-product during the generation of plasma are generally removed by inducing the plasma along a complicated path by a magnetic field or by reducing the arc current that generates the plasma. However, the plasma transport efficiency was lowered. As a result of intensive studies, the present inventors have completed a plasma generation apparatus that can remove droplets while maintaining high plasma transport efficiency. Therefore, for example, in the process of forming a hard disk surface protective film by plasma treatment, it is possible to maintain a suitable film formation rate, and since the droplet removal efficiency is high, plasma treatment has not been put to practical use so far. It can be used for surface treatment of disc media and the like.
１ プラズマ生成装置
２ プラズマ発生部
３ カソードターゲット
４ プラズマ進行路
５ アノード
６ 照射部
７ 第１プラズマ進行路
７ａ 第１進行路ダクト
８ プラズマ加工部
９ 第２プラズマ進行路
９ａ 第２進行路ダクト
１０ 屈曲部
１１ 進行路ダクト
１２ 遮蔽板
１３ 被処理物
１４ 第１コイル
１５ 第２コイル
１６ 照射部第１コイル
１７ 照射部遮蔽板
１８ 照射部ダクト
１９ 照射部第２コイル
２０ 照射部第３コイル
２１ 予備プラズマ進行路
２２ 予備プラズマ発生部
２３ 予備カソードターゲット
２４ 始端側ゲートバルブ
２６ 始端側ゲートバルブ
２７ 終端側ゲートバルブ
２８ 終端側ゲートバルブ
２９ スキャン部
３０ ドロップレット
３１ 終端反射壁
３３ カソードターゲット
３４ 接続部
３５ アノード
３６ スキャン用磁場発生器
３７ スキャン部ダクト
３８ スキャン部接続部
３９ 照射部接続部
４０ プラズマ発生部接続部
４２ 予備ターゲット室
４３ 予備カソードターゲット
４４ 第１ゲートバルブ
４５ 第２ゲートバルブ
４６ ゲートバルブ
４７ 第１供給路
４８ 第２供給路
５０ ドロップレット捕集部
５１ Ｔ型プラズマ生成装置
５２ 湾曲型プラズマ生成装置
５４ プラズマ進行路
５５ 終端反射壁フィルタを有するプラズマ生成装置
５６ 湾曲型プラズマ生成装置
５７ 湾曲型プラズマ生成装置
６２ 第１プラズマ発生室
６３ 第２プラズマ発生室
１０２ プラズマ発生部
１０３ カソードターゲット
１０４ プラズマ進行路
１０５ アノード
１０６ 照射部
１０７ 第１プラズマ進行路
１０８ 加工部
１０９ 第２プラズマ進行路
１１３ 被処理物
１３０ ドロップレット
１５０ 捕集部
１５９ ドロップレット除去ダクト
１７０ トリガ電極
１７１ プラズマ
２０１ ステンレスパイプ
２０２ プラズマ進行路
２０３ バッフル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generator 2 Plasma generating part 3 Cathode target 4 Plasma traveling path 5 Anode 6 Irradiation part 7 1st plasma traveling path 7a 1st traveling path duct 8 Plasma processing part 9 2nd plasma traveling path 9a 2nd traveling path duct 10 Bending Part 11 Traveling path duct 12 Shielding plate 13 Object 14 First coil 15 Second coil 16 Irradiation part first coil 17 Irradiation part shielding plate 18 Irradiation part duct 19 Irradiation part second coil 20 Irradiation part third coil 21 Preliminary plasma Traveling path 22 Preliminary plasma generation unit 23 Preliminary cathode target 24 Start-end side gate valve 26 Start-end side gate valve 27 End-side gate valve 28 End-side gate valve 29 Scan unit 30 Droplet 31 End reflection wall 33 Cathode target 34 Connection unit 35 Anode 36 Magnetic field generator 37 for scanning G 38 Scan section connection section 39 Irradiation section connection section 40 Plasma generation section connection section 42 Spare target chamber 43 Spare cathode target 44 First gate valve 45 Second gate valve 46 Gate valve 47 First supply path 48 Second supply path 50 Drop Let collection unit 51 T-type plasma generation device 52 Curved plasma generation device 54 Plasma traveling path 55 Plasma generation device 56 having a terminal reflection wall filter Curved plasma generation device 57 Curved plasma generation device 62 First plasma generation chamber 63 2 Plasma generation chamber 102 Plasma generation unit 103 Cathode target 104 Plasma traveling path 105 Anode 106 Irradiation section 107 First plasma traveling path 108 Processing section 109 Second plasma traveling path 113 Processed object 130 Droplet 150 Collection section 159 Droplet removal Duct 170 Trigger electrode 171 Plasma 201 Stainless steel pipe 202 Plasma traveling path 203 Baffle
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