JP2014040624A

JP2014040624A - Plasma processing apparatus

Info

Publication number: JP2014040624A
Application number: JP2012182501A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Tamaya; 俊輔玉屋
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-03-06
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: JP6188294B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove particles which are a neutral particle and a charged particle generated by an arc plasma in a vacuum arc discharge film deposition apparatus using the arc plasma.SOLUTION: In the vacuum arc discharge film deposition apparatus, a structure having a hollow orifice is installed in a middle of a curved part of an electromagnetic field transportation duct, having one or more curved part for transporting a film deposition particle, in a state of being insulated from the duct, and further, the particles which are the neutral particle and the charged particle are removed by applying a voltage.

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関連し、特に真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing apparatus using vacuum arc discharge.

近年、真空アーク放電を応用した薄膜形成技術の実用化が進んでいる。例えば、耐酸化性、耐摩耗性に優れた保護膜を微細に成膜する成膜装置が実用化されている。真空アーク放電では、材料となるターゲットを陰極（カソード）とし、接地電位にした電極を接触させたり、電子ビームのような高エネルギー源による陰極へのエネルギー付与により、数ボルト、数十アンペア程度のアーク放電状態を作り出し、アークプラズマを発生させる。 In recent years, the practical application of thin film formation technology using vacuum arc discharge has progressed. For example, a film forming apparatus for finely forming a protective film excellent in oxidation resistance and wear resistance has been put into practical use. In vacuum arc discharge, a material target is a cathode (cathode), an electrode that is at a ground potential is brought into contact, or energy is applied to the cathode by a high energy source such as an electron beam, so that the voltage is about several volts and several tens of amperes. An arc discharge state is created and an arc plasma is generated.

アークプラズマにより、陰極材料が電子とイオンのプラズマ状態に相変化する。発生したイオンは陰極に引き寄せられ陰極に衝突する。これにより、陰極材料からさらにイオンと電子を発生させ、プラズマ状態を持続することとなる。 The arc plasma changes the phase of the cathode material into a plasma state of electrons and ions. The generated ions are attracted to the cathode and collide with the cathode. As a result, ions and electrons are further generated from the cathode material, and the plasma state is maintained.

これらの過程により発生した成膜粒子となるイオンと電子を、プラズマビームの形で輸送用のダクトに導き輸送する。さらにプラズマビームを偏向させ基板上を走査するための走査用ダクトを用いて、効率よく真空成膜処理室に導く。結果、真空成膜処理室内の、例えばステージに設置された成膜対象物（例えば基板）を均一に成膜することができる。 Ions and electrons, which become film-forming particles generated by these processes, are guided and transported to a transport duct in the form of a plasma beam. Furthermore, the plasma beam is deflected to use the scanning duct for scanning the substrate to efficiently guide the plasma beam to the vacuum film forming chamber. As a result, a film formation target (for example, a substrate) placed on, for example, a stage in the vacuum film formation processing chamber can be uniformly formed.

また、成膜対象物に対して、外部の電源から前記真空成膜処理室に対して絶縁された状態で電圧を供給し、成膜対象物を成膜し、成膜される膜の性質を制御することが行われている。 In addition, a voltage is supplied to the film formation object from an external power source in an insulated state with respect to the vacuum film formation processing chamber, the film formation object is formed, and the properties of the film to be formed are determined. To be controlled.

しかし、上記真空アーク放電では、アーク放電によるプラズマを発生させる際に、成膜対象物に悪影響を及ぼすダストとなるパーティクルが発生することが知られている。 However, it is known that, in the above vacuum arc discharge, when plasma is generated by arc discharge, particles that become dust that adversely affects the film formation target are generated.

発生するパーティクルが成膜対象物に付着すると、異物となって堆積するため、薄膜形成後に欠陥となり、大きな問題となる。発生するパーティクルの特徴としては、電荷をもたない中性粒子または、電荷をもった荷電粒子であることが知られている（非特許文献１、非特許文献２）。また、電荷をもった荷電粒子のパーティクルは負の電荷を持ちやすいことが知られている。 When the generated particles adhere to an object to be deposited, they are deposited as foreign matter, resulting in defects after the formation of the thin film, which is a serious problem. It is known that the generated particles are neutral particles having no charge or charged particles having a charge (Non-patent Documents 1 and 2). In addition, it is known that charged particles having a charge are likely to have a negative charge.

このような問題に対して、前記プラズマビームを輸送するために使用する前記ダクトの途中部に中性粒子パーティクルの進行経路を阻害するための制限板を設け、特殊なダクト形状と併せて成膜対象物に到達する中性粒子パーティクルの量を減らし、成膜対象物の汚染を防ぐ方法が知られている（例えば特許文献１）。 In order to solve such a problem, a restriction plate is provided in the middle of the duct used for transporting the plasma beam to block the traveling path of neutral particle particles, and the film is formed together with a special duct shape. A method is known in which the amount of neutral particle particles reaching an object is reduced to prevent contamination of the film formation object (for example, Patent Document 1).

また、電荷を帯びたパーティクルに対しては、前記ダクトと成膜対象物の間に、同心円筒状の電極を配置し、１０Ｖ〜９０Ｖの直流電圧または高周波電源の直流電圧成分を作用させて、前記荷電粒子パーティクルの成膜対象物へ到達する量を減らし、汚染を防ぐ方法が知られている（例えば特許文献２）。 Further, for charged particles, a concentric cylindrical electrode is disposed between the duct and the film formation target, and a DC voltage component of 10 V to 90 V or a DC voltage component of a high frequency power source is applied, A method of preventing contamination by reducing the amount of charged particle particles reaching the film formation target is known (for example, Patent Document 2).

特開２００５−２１６５７５号公報JP 2005-216575 A 特許第３８６０９５４号Japanese Patent No. 3860954

上記のような従来技術を使う場合、例えば特許文献１の事例では、中性粒子パーティクルを除去することは可能であるが、負の電荷をもつ荷電粒子パーティクルに対しては、除去効果を得ることが難しいことが推測できる。 In the case of using the above-described conventional technology, for example, in the case of Patent Document 1, it is possible to remove neutral particle particles, but to obtain a removal effect for charged particle particles having a negative charge. Can be guessed.

輸送に用いる前記ダクトには電場、及び磁場が印加されるため、荷電粒子パーティクルがダクト内部を通過する際は、これらの影響を受けることが容易に予想できる。従って、前記輸送ダクト内での中性粒子の運動と荷電粒子の運動は、全く別種のものになり、中性粒子を除去するための構成では、荷電粒子を効率良く除去することができない。 Since an electric field and a magnetic field are applied to the duct used for transportation, when charged particle particles pass through the inside of the duct, it can be easily predicted that they will be affected. Therefore, the movement of the neutral particles and the movement of the charged particles in the transport duct are completely different, and the configuration for removing the neutral particles cannot efficiently remove the charged particles.

また、例えば特許文献２の事例では、荷電粒子パーティクルは除去することが可能である。しかし、中性粒子は荷電粒子パーティクル除去のために配置された、同心円筒構造体に印加される電圧からの作用を受けないため、直接成膜対象物へ到達する可能性が高い。 For example, in the case of Patent Document 2, charged particle particles can be removed. However, since the neutral particles are not affected by the voltage applied to the concentric cylindrical structure disposed for removing the charged particle particles, there is a high possibility that the neutral particles directly reach the film formation target.

さらに、成膜対象物へ電圧を印加しながら成膜される膜の性質を制御する場合、前記同心円筒構造体に印加された電圧による電界と、前記成膜対象へ印加された電圧による電界が相互作用を起こし、制御された成膜工程を実現できなくなる。 Furthermore, when controlling the properties of the film to be formed while applying a voltage to the film formation target, an electric field due to the voltage applied to the concentric cylindrical structure and an electric field due to the voltage applied to the film formation target are Interactions occur and a controlled film formation process cannot be realized.

加えて、例えば特許文献１、２においては、前記輸送ダクトの形状を複雑に工夫したり、本来真空アーク放電には具備されない構造物を装置内に組み込む必要があるため、実現する装置構成が複雑かつ大型化することが問題となる。 In addition, for example, in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to devise the shape of the transport duct in a complicated manner or to incorporate a structure that is not inherently included in vacuum arc discharge into the apparatus, so that the apparatus configuration to be realized is complicated. In addition, increasing the size is a problem.

従って、中性粒子及び荷電粒子パーティクルを同時または別々に除去することを、簡易で小型の装置で実現することが課題となる。 Therefore, it becomes a problem to realize removal of neutral particles and charged particle particles simultaneously or separately with a simple and small apparatus.

本発明のプラズマ処理装置は、真空アーク放電によりアークプラズマを発生させるプラズマ発生部と前記プラズマ発生部に連続して接続され、前記プラズマを輸送するための１つ以上の曲がり部を有する電磁場ダクトと、前記電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を備え、かつ、前記プラズマ発生部、前記電磁場ダクト、前記処理室内部が真空に保持され、前記電磁場ダクトの内部でかつ曲がり部の途中に、同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を有し、前記電磁場ダクトに対して絶縁された状態で設置され、直流電圧源または高周波電圧源による電圧を印加可能な状態にした構造体を有することを特徴とする。 A plasma processing apparatus according to the present invention includes a plasma generator that generates arc plasma by vacuum arc discharge, and an electromagnetic field duct that is continuously connected to the plasma generator and has one or more bent portions for transporting the plasma. A processing chamber having a stage connected to the electromagnetic field duct and holding a substrate to be processed; and the plasma generating unit, the electromagnetic field duct, and the processing chamber are held in a vacuum, and the inside of the electromagnetic field duct A structure having an orifice having a concentric hollow part in the middle of a bent part, installed in an insulated state with respect to the electromagnetic field duct, and capable of applying a voltage from a DC voltage source or a high-frequency voltage source It has the structure made into.

本発明の第１の態様のプラズマ処理装置によれば、単純な輸送ダクトの曲がり構造における曲がりの効果と輸送ダクトの途中の曲がり部に、同心円状の中空部を有する構造体のオリフィスの開口部により、アークプラズマにより発生した中性粒子パーティクルを効率よく除去できる。また、同心円状の中空部を有し、直流電圧源または高周波電圧源により印加された電圧の直流成分により発生する電界により、負の電荷をもつパーティクルを効率よく除去することができる。曲がり構造が単純であり、輸送ダクト内部の途中に前記構造体を配置することで、装置構成を単純なままに、効率よく中性および荷電粒子パーティクルを除去することが可能である。 According to the plasma processing apparatus of the first aspect of the present invention, the effect of the bending in the simple bent structure of the transport duct and the opening of the orifice of the structure having the concentric hollow portion in the bent portion in the middle of the transport duct Thus, neutral particles generated by arc plasma can be efficiently removed. Moreover, it has a concentric hollow part, and negatively charged particles can be efficiently removed by an electric field generated by a DC component of a voltage applied by a DC voltage source or a high frequency voltage source. The bending structure is simple, and by disposing the structure in the middle of the transport duct, it is possible to efficiently remove neutral and charged particle particles while keeping the apparatus configuration simple.

また、本発明の第２の態様のプラズマ処理装置によれば、輸送ダクトの途中の曲がり部に同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を前記プラズマビーム発生面に対して、３５度〜４５度の角度に取り付けることにより効率よく中性粒子パーティクルを除去することが可能になる。 Moreover, according to the plasma processing apparatus of the second aspect of the present invention, a structure having an orifice having a concentric hollow part at a bent part in the middle of a transport duct is 35 degrees to the plasma beam generation surface. By attaching at an angle of 45 degrees, neutral particles can be efficiently removed.

また、本発明の第３の態様のプラズマ処理装置によれば、前記オリフィスの開口部直径を２０ｍｍ以上６０ｍｍ以下にした場合には、装置構造を単純化した状態で効率よく中性パーティクルを除去することが可能である。 Further, according to the plasma processing apparatus of the third aspect of the present invention, when the opening diameter of the orifice is 20 mm or more and 60 mm or less, neutral particles are efficiently removed with the apparatus structure simplified. It is possible.

また、本発明の第４の態様のプラズマ処理装置によれば、輸送ダクトの途中の曲がり部に同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体を２つ以上設ける。２つ以上設ける場合、その内の１つの構造体を、輸送ダクトおよび別構造体と絶縁された状態で、前記輸送ダクトの入り口または出口付近に配置する。直流電圧源または高周波電圧源により電圧を印加状態にする。荷電粒子パーティクルに対する除去作用は、前記輸送ダクトの入り口または出口に配置することで最大となる。輸送ダクトの構造体の前記輸送ダクトに対する配置角度と、印加された前記電圧の直流成分により発生する電界により、中性パーティクル及び電荷粒子パーティクルを効率よく除去することができる。 Moreover, according to the plasma processing apparatus of the 4th aspect of this invention, two or more structures which have an orifice which has a concentric hollow part in the bending part in the middle of a transport duct are provided. When two or more are provided, one of the structures is disposed near the entrance or exit of the transport duct in a state insulated from the transport duct and another structure. A voltage is applied by a DC voltage source or a high frequency voltage source. The removal action with respect to the charged particle particles is maximized by arranging at the entrance or exit of the transport duct. Neutral particles and charged particle particles can be efficiently removed by an arrangement angle of the structure of the transport duct with respect to the transport duct and an electric field generated by a DC component of the applied voltage.

真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the plasma processing apparatus using vacuum arc discharge. 本発明の第１の実施の形態を示した輸送ダクトの形状に関する断面図である。It is sectional drawing regarding the shape of the transport duct which showed the 1st Embodiment of this invention. 本発明における同心円状中区部を有する構造体の模式図である。It is a schematic diagram of the structure which has a concentric center section in the present invention. 本発明の第２の実施の形態の内、電荷を持つパーティクルを除去する機構を輸送ダクト出口側に配置した、輸送ダクトの形状に関する断面図である。It is sectional drawing regarding the shape of a transport duct which has arrange | positioned the mechanism which removes the particle | grains with an electric charge in the transport duct exit side among the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態の内、電荷を持つパーティクルを除去する機構を輸送ダクト入口側に配置した、輸送ダクトの形状に関する断面図である。It is sectional drawing regarding the shape of the transport duct which has arrange | positioned the mechanism which removes the particle | grains with an electric charge among the 2nd Embodiment of this invention at the transport duct entrance side. 本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。It is a figure regarding the calculation model of the transport duct which simulated the behavior of the neutral particle corresponding to the 1st Embodiment of this invention. 本発明における、中性パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャート図である。It is a flowchart figure which simulates the behavior of the neutral particle in this invention. 本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィス開口直径に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of the neutral particle with respect to the orifice opening diameter corresponding to the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of the neutral particle with respect to the attachment angle of an orifice corresponding to the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に対応する、荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。It is a figure regarding the calculation model of the transport duct which simulated the behavior of the charged particle particle corresponding to the 1st Embodiment of this invention. 本発明における、電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャート図である。It is a flowchart figure which simulates the behavior of the charged particle particle with an electric charge in this invention. 本発明の第１の実施の形態に対応する、電荷粒子パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度及び印加電圧に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of an electric charge particle particle to the attachment angle of an orifice, and applied voltage corresponding to a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施の形態（図４（ａ））に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。It is a figure regarding the calculation model of the transport duct which simulated the behavior of the neutral particle corresponding to the 2nd Embodiment (Fig.4 (a)) of this invention. 本発明の第２の実施の形態（図４（ｂ））に対応する、中性パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。It is a figure regarding the calculation model of the transport duct which simulated the behavior of the neutral particle corresponding to the 2nd Embodiment (FIG.4 (b)) of this invention. 本発明の第２の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィス開口直径に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of the neutral particle with respect to the orifice opening diameter corresponding to the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に対応する、中性パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of the neutral particle with respect to the attachment angle of an orifice corresponding to the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に対応する、荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルに関する図である。It is a figure regarding the calculation model of the transport duct which simulated the behavior of the charged particle particle corresponding to the 2nd Embodiment of this invention. 本発明第２の実施の形態に対応する、電荷粒子パーティクルの到達率をオリフィスの取付角度及び印加電圧に対して評価した結果の図である。It is a figure of the result of having evaluated the arrival rate of the charged particle particle with respect to the attachment angle and applied voltage of an orifice corresponding to the 2nd embodiment of the present invention.

真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の成膜原理について説明する。 The film forming principle of the plasma processing apparatus using vacuum arc discharge will be described.

図１に真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置に関する概念図を示す。真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置では、アーク放電用チャンバー６の内部に、ターゲット２を配置し、カソード用電源１を接続して陰極とする。また、アーク放電着火源２４にアノード構成回路２３を接続し陽極とする。ターゲット２及び、それ以外を接地電位とする。 FIG. 1 is a conceptual diagram related to a plasma processing apparatus using vacuum arc discharge. In a plasma processing apparatus using vacuum arc discharge, a target 2 is disposed inside an arc discharge chamber 6 and a cathode power source 1 is connected to form a cathode. Further, an anode construction circuit 23 is connected to the arc discharge ignition source 24 to serve as an anode. The target 2 and others are set to the ground potential.

ターゲット２とアーク放電着火源２４を接触させることにより、絶縁破壊が発生し、アーク放電に至りアークプラズマ３が発生する。アークプラズマ３でイオン化したターゲット２は、陰極に印加された電圧による電界で引き寄せられ、陰極材料であるターゲット２をスパッタする。アークプラズマ３を維持し、アークプラズマ３による熱でさらにターゲット２がイオン化する。 By bringing the target 2 and the arc discharge ignition source 24 into contact with each other, dielectric breakdown occurs, leading to arc discharge and generating arc plasma 3. The target 2 ionized by the arc plasma 3 is attracted by an electric field generated by a voltage applied to the cathode, and the target 2 that is a cathode material is sputtered. The arc plasma 3 is maintained, and the target 2 is further ionized by heat from the arc plasma 3.

一方で、輸送ダクト（電磁場ダクト）７のダクト構造体に輸送ダクトバイアス電源２２を接続し電圧を印加する。また輸送ダクト７の周囲に配置された電磁コイル９に電磁コイル用電源８を接続し電流を流すことで、輸送ダクト７内部に輸送ダクト７の長さ方向に平行な磁場を発生させる。 On the other hand, a transport duct bias power source 22 is connected to the duct structure of the transport duct (electromagnetic field duct) 7 to apply a voltage. In addition, a magnetic field parallel to the length direction of the transport duct 7 is generated inside the transport duct 7 by connecting a power source 8 for the electromagnetic coil to the electromagnetic coil 9 disposed around the transport duct 7 and causing a current to flow.

アークプラズマ３の電子４はこの磁場に沿って抽出される。それに伴い、発生したイオン５も輸送ダクト７の内部を輸送され、プラズマビーム１３として進行する。輸送ダクト７に連続する形でプラズマビーム１３を走査するためのプラズマビーム走査ダクト１５が取り付けられる。 The electrons 4 of the arc plasma 3 are extracted along this magnetic field. Along with this, the generated ions 5 are also transported inside the transport duct 7 and travel as a plasma beam 13. A plasma beam scanning duct 15 for scanning the plasma beam 13 in a continuous manner with the transport duct 7 is attached.

さらに、プラズマビーム走査ダクト１５の周囲にプラズマビーム走査コイル１４が配置される。プラズマビーム走査コイル１４には、プラズマビーム１３を走査するためにプラズマ走査コイル１４に走査コイル動作電源２１が配置される。 Further, a plasma beam scanning coil 14 is disposed around the plasma beam scanning duct 15. In the plasma beam scanning coil 14, a scanning coil operating power source 21 is disposed in the plasma scanning coil 14 in order to scan the plasma beam 13.

プラズマビーム走査ダクト１５に連続して、真空排気ポンプ１７を有する成膜処理室１９が接続される。アーク放電チャンバー６、輸送ダクト７、プラズマビーム走査ダクト１５、成膜処理室１９は、真空排気ポンプ１７により所定の圧力に減圧される。 A film forming chamber 19 having an evacuation pump 17 is connected to the plasma beam scanning duct 15. The arc discharge chamber 6, the transport duct 7, the plasma beam scanning duct 15, and the film forming chamber 19 are decompressed to a predetermined pressure by the vacuum exhaust pump 17.

成膜処理室１９の内部には、ステージ１８が具備され、成膜対象物（被処理基板）１６を保持する。輸送ダクト７及び、プラズマビーム走査ダクト１５により輸送されたプラズマビーム１３中のイオン５を照射することにより、成膜対象物１６を成膜することができる。 A stage 18 is provided inside the film forming chamber 19, and holds a film forming target (substrate to be processed) 16. By irradiating the ions 5 in the plasma beam 13 transported by the transport duct 7 and the plasma beam scanning duct 15, the film formation target 16 can be formed.

成膜対象物１６は成膜処理室１９およびステージ１８と絶縁された状態で設置され、かつ、成膜対象物バイアス電源２０により、電圧を印加できるようにする場合がある。 In some cases, the film formation target 16 is installed in a state of being insulated from the film formation processing chamber 19 and the stage 18, and a voltage can be applied by the film formation target bias power source 20.

輸送ダクト７の内部には、通常、数ミリの突起または、繊維状の複雑な表面形状を有する円筒状の防着板１２を内面に沿うように取り付ける。同時にアークプラズマ３によりスパッタリングを受けたターゲットから中性パーティクル１０、または電荷を帯びたパーティクル１１が発生する。中性パーティクル１０は装置内部の壁面で反射しながら装置内部をランダムに飛翔する。電荷を帯びたパーティクル１１は、装置内部に発生している電場
及び磁場の影響を受け装置内部を飛翔する。 In the inside of the transport duct 7, a cylindrical deposition plate 12 having a projection of several millimeters or a fiber-like complicated surface shape is usually attached along the inner surface. At the same time, neutral particles 10 or charged particles 11 are generated from the target sputtered by the arc plasma 3. The neutral particles 10 fly randomly inside the apparatus while being reflected by the wall surface inside the apparatus. The charged particles 11 fly inside the apparatus under the influence of an electric field and a magnetic field generated inside the apparatus.

［第１の実施の形態］
図２に本発明の第１の実施の形態に関する、真空アーク放電を用いたプラズマ処理装置の断面図を示す。なお、以降の図において、図２と同じ符号は、図２と同じ内容を表す。 [First Embodiment]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a plasma processing apparatus using vacuum arc discharge according to the first embodiment of the present invention. In the following drawings, the same reference numerals as those in FIG. 2 represent the same contents as those in FIG.

輸送ダクト（電磁場ダクト）７は、１つ以上の曲がり部を有し、その内部でかつ曲がり部の途中に、図３で示す同心円状の中空部３１を持つオリフィスの板を有する構造体２５を配置する。 The transport duct (electromagnetic field duct) 7 has one or more bent portions, and a structure 25 having an orifice plate having a concentric hollow portion 31 shown in FIG. 3 inside and in the middle of the bent portion. Deploy.

この構造体２５は、前記輸送ダクト７に対して、絶縁状態に設置している。この構造体２５の材質は、金属または絶縁材で構成される。構造体の材質が金属の場合、輸送ダクト７との絶縁には絶縁性のある物質からなる絶縁構造体２６を介して前記輸送ダクト７と接続される。 The structure 25 is installed in an insulated state with respect to the transport duct 7. The material of the structure 25 is made of a metal or an insulating material. When the material of the structure is metal, it is connected to the transport duct 7 via an insulating structure 26 made of an insulating material for insulation from the transport duct 7.

前記構造体２５には直流電圧源２７または高周波電圧源２８を接続できる構成をとる。前記構造体２５が金属の場合には直流電圧源２７を使用し、絶縁材の場合は高周波電圧源２８を使用する。 The structure 25 can be connected to a DC voltage source 27 or a high-frequency voltage source 28. A DC voltage source 27 is used when the structure 25 is metal, and a high-frequency voltage source 28 is used when the structure 25 is an insulating material.

アークプラズマ（プラズマ発生部）３により発生した中性パーティクル１０は、前記輸送ダクト７の曲がり形状および内部の防着板１２の効果により、一部それらに捕集される。残りの大部分の前記中性パーティクル１０は輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に配置された、同心円状の中空部を持つオリフィスの構造体２５に捕集される。 Neutral particles 10 generated by the arc plasma (plasma generator) 3 are partially collected by the bent shape of the transport duct 7 and the effect of the inner deposition preventing plate 12. Most of the remaining neutral particles 10 are collected in an orifice structure 25 having a concentric hollow portion disposed inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion.

曲がり形状による前記中性パーティクル１０の衝突・反射に対し、その進路を妨害するように前記構造体２５を配置することで、効率よく前記中性パーティクル１０を除去することができる。 The neutral particles 10 can be efficiently removed by arranging the structural body 25 so as to obstruct the course of the collision / reflection of the neutral particles 10 due to the bent shape.

前記アークプラズマ３から前記電子４および前記イオン５が前記プラズマビーム１３状に取出される面を基準面（アークプラズマ流入面）３０として、前記構造体２５は前記基準面３０に対して任意の取付角度２９に取り付けることができる。前記中性パーティクル１０の除去効果が最も高いのは、取付角度２９が３５度〜４５度の範囲に設置した場合である。 The surface from which the electrons 4 and the ions 5 are extracted from the arc plasma 3 in the form of the plasma beam 13 is defined as a reference surface (arc plasma inflow surface) 30, and the structure 25 is attached to the reference surface 30 arbitrarily. Can be attached at angle 29. The neutral particle 10 is most effectively removed when the mounting angle 29 is set in the range of 35 to 45 degrees.

また、電荷を持つ前記電荷を帯びた荷電粒子パーティクル１１は、前記構造体２５に前記直流電圧源２７または前記高周波電圧源２８から印加される電圧の直流成分によって生じる電界により、飛翔経路を偏向される。前記構造体２５に１００Ｖ以上の電圧を印加することにより、電荷を帯びた荷電粒子パーティクル１１を効率よく除去できる。 The charged charged particle particles 11 having a charge are deflected in the flight path by an electric field generated by a DC component of a voltage applied to the structure 25 from the DC voltage source 27 or the high-frequency voltage source 28. The By applying a voltage of 100 V or more to the structure 25, the charged charged particle particles 11 can be efficiently removed.

検証を行った結果について以下に示す。 The results of the verification are shown below.

図５に中性パーティクル１０の挙動をシミュレーションした輸送ダクト７の計算モデルを示す。図５に示す計算モデルは、図２で示した中性パーティクルの挙動シミュレーション用に簡易に構成したものである。シミュレーションでは、前記中性パーティクル１０の発生場所３７、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４０を用意した。 FIG. 5 shows a calculation model of the transport duct 7 in which the behavior of the neutral particles 10 is simulated. The calculation model shown in FIG. 5 is simply configured for the behavior simulation of neutral particles shown in FIG. In the simulation, a particle arrival evaluation surface 40 simulating the generation location 37 of the neutral particles 10 and the film forming chamber 19 was prepared.

前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する前記構造体２５に相当するオリフィス付き構造体３９を配置した。前記輸送ダクト７の輸送ダクト構造体壁面３８には一定の吸着率を設定し、オリフィス付き構造体３９および輸送ダクト構造体壁面３８の部分に対応した吸着率を設定し、値を変えて計算を行った。 A structure 39 with an orifice corresponding to the structure 25 having an orifice plate having a concentric hollow portion shown in FIG. 3 is arranged inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion. A constant adsorption rate is set on the transport duct structure wall surface 38 of the transport duct 7, an adsorption rate corresponding to the portion of the orifice-equipped structure 39 and the transport duct structure wall surface 38 is set, and the value is changed to calculate. went.

図６に中性パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャートを示す。輸送ダクトの内部が真空であることから、希薄気体解析を用いて計算を行った。シミュレーションは、ペガサスソフトウエア株式会社のＲＧＳ３Ｄを使用した。シミュレーションの内部変数を一様乱数を使って初期化後、前記中性パーティクル１０の発生場所３７に、ランダムな速度分布をもつ前記中性パーティクル１０に相当する粒子を、一様乱数を使ってランダムに配置し、時間の経過とともにその位置を追跡した。 FIG. 6 shows a flowchart for simulating the behavior of neutral particles. Since the inside of the transport duct is vacuum, calculations were performed using a rare gas analysis. The simulation used RGS3D from Pegasus Software Co., Ltd. After initializing the internal variables of the simulation using uniform random numbers, particles corresponding to the neutral particles 10 having a random velocity distribution are randomly generated using the uniform random numbers at the location 37 where the neutral particles 10 are generated. And tracked its position over time.

各前記中性パーティクル１０は希薄気体理論に基づく運動を仮想的に行った。前記輸送ダクト構造体壁面３８及び前記オリフィス付き構造体３９に到達した前記中性パーティクル１０は、各部に設定された吸着率に従って、確率的に吸着された。各前記中性パーティクル１０の位置を追跡した結果、前記粒子到達評価面４０に到達した、前記中性パーティクル１０の数を集計した。計算対象となる数すべての粒子について計算が終了した時点で、シミュレーションを終了し評価を行った。前記中性パーティクル発生場所３７に配置した粒子数により、前記粒子到達評価面４０に到達した数を除することで算出される割合を、粒子到達率と定義し、評価した。このシミュレーションを前記オリフィス付き構造体３９のオリフィス開口直径とオリフィス取付角度を変数として計算を行った。 Each of the neutral particles 10 was virtually moved based on the rare gas theory. The neutral particles 10 that reached the transport duct structure wall surface 38 and the orifice-equipped structure 39 were stochastically adsorbed according to the adsorption rate set in each part. As a result of tracking the position of each neutral particle 10, the number of neutral particles 10 that reached the particle arrival evaluation surface 40 was counted. When the calculation was completed for all the particles to be calculated, the simulation was finished and the evaluation was performed. A ratio calculated by dividing the number of particles reaching the particle arrival evaluation surface 40 by the number of particles arranged at the neutral particle generation location 37 was defined as a particle arrival rate and evaluated. This simulation was performed using the orifice opening diameter and orifice mounting angle of the structure 39 with orifice as variables.

図７に中性パーティクルの到達率をオリフィスの開口に対して評価した結果を示す。結果は、前記オリフィス付き構造体３８の、図２に示した前記取付角度２９を前記基準面３０から４５度とした時の結果である。 FIG. 7 shows the result of evaluating the arrival rate of neutral particles with respect to the opening of the orifice. The result is a result when the attachment angle 29 shown in FIG. 2 of the structure 38 with an orifice is set to 45 degrees from the reference plane 30.

図は、横軸にオリフィスの開口直径を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図中の点４３は、実際のシミュレーション結果を示し、実線４２は近似曲線を示している。図中の近似式４４における変数ｘは、オリフィス加工直径に相当し、値ｙは粒子到達率を示している。また、Ｅは指数表示を簡略表示した記号である。 In the figure, the horizontal axis represents the orifice diameter, and the vertical axis represents the particle arrival rate. A point 43 in the figure indicates an actual simulation result, and a solid line 42 indicates an approximate curve. The variable x in the approximate expression 44 in the figure corresponds to the orifice processing diameter, and the value y indicates the particle arrival rate. Further, E is a symbol that simply displays the exponent display.

近似式４４に示す通り、中性パーティクルの到達率はオリフィスの開口の二乗に比例して増加する。従って、オリフィス開口直径を小さくすることで、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。 As shown in the approximate expression 44, the arrival rate of neutral particles increases in proportion to the square of the orifice opening. Therefore, it is possible to efficiently prevent the neutral particles 10 from reaching the film formation target 16 by reducing the orifice opening diameter.

図８に中性パーティクルの到達率を、オリフィスの取付角度に対して評価した結果を示す。結果はオリフィス付き構造体の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に図２に示したオリフィス付き構造体２５の基準面３０からの取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図から、粒子到達率は前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲で極小値をとることが分かる。従って、前記オリフィス付き構造体２５の前記基準面３０からの前記取付角度２９は３５度〜４５度の範囲で、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。 FIG. 8 shows the result of evaluating the arrival rate of neutral particles with respect to the mounting angle of the orifice. The results are the results when the opening diameter of the structure with an orifice is 50 mm. In the figure, the horizontal axis shows the mounting angle 29 from the reference surface 30 of the orifice-equipped structure 25 shown in FIG. 2, and the vertical axis shows the particle arrival rate. From the figure, it can be seen that the particle arrival rate takes a minimum value when the mounting angle 29 is in the range of 35 degrees to 45 degrees. Therefore, the attachment angle 29 of the structure 25 with an orifice from the reference surface 30 is in a range of 35 to 45 degrees, and the neutral particles 10 are efficiently prevented from reaching the film formation target 16. Can do.

また、図８の結果を以って、図７を見た場合、粒子到達率０．０２５％以下であれば、前記中性パーティクル１０を効率よく除去できる。従って、オリフィス開口直径は６０ｍｍ以下に設定すればよいことが分かる。オリフィス開口直径の二乗に比例して、前記中性パーティクルの到達率は増加するため、オリフィス開口直径は６０ｍｍ以下でかつ、成膜に寄与する前記電子４またはイオン５が通過できる微少な穴が空いていればよい。ただし成膜レートを考慮すると、オリフィス開口直径は２０ｍｍ以上が好ましい。 Moreover, when FIG. 7 is seen with the result of FIG. 8, if the particle arrival rate is 0.025% or less, the neutral particles 10 can be efficiently removed. Therefore, it can be seen that the orifice opening diameter may be set to 60 mm or less. Since the arrival rate of the neutral particles increases in proportion to the square of the orifice opening diameter, the orifice opening diameter is 60 mm or less, and a minute hole through which the electrons 4 or ions 5 contributing to film formation can pass. It only has to be. However, considering the film formation rate, the orifice opening diameter is preferably 20 mm or more.

図９に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルを示す。図２で示した図を荷電粒子パーティクル１１の挙動シミュレーション用に簡略化した構成で表現した。シミュレーションでは、荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４５を用意した。荷電粒子パーティクル１１は電界および磁場の影響を受けるため、電界及び磁場の解析空間を輸送ダクトの形状を包括する領域４４として用意した。 FIG. 9 shows a calculation model of a transport duct that simulates the behavior of charged particle particles having a charge. The diagram shown in FIG. 2 is expressed by a simplified configuration for simulation of the behavior of the charged particle particles 11. In the simulation, a particle arrival evaluation surface 45 simulating the generation location 50 of the charged particle particles 11 and the film forming chamber 19 was prepared. Since the charged particle particle 11 is affected by the electric field and the magnetic field, an analysis space for the electric field and the magnetic field is prepared as a region 44 including the shape of the transport duct.

電界解析を行うために、輸送ダクトバイアス電源４６をモデル化した。さらに、前記オリフィス付き構造体２５を模したオリフィス付き構造体４７をモデル化し、直流電圧源５１または高周波電圧源５２を接続し電圧を印加できるようにした。また磁場解析のために電磁コイル４８と電磁コイルバイアス電源４９をモデル化した。 The transport duct bias power supply 46 was modeled for electric field analysis. Further, a structure 47 with an orifice simulating the structure 25 with an orifice is modeled, and a DC voltage source 51 or a high-frequency voltage source 52 is connected so that a voltage can be applied. The electromagnetic coil 48 and the electromagnetic coil bias power source 49 were modeled for magnetic field analysis.

図１０に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションするフローチャートを示す。計算する輸送ダクトの形状を設定した後、輸送ダクトの形状を包括する領域４４において、前記輸送ダクトバイアス電源４６及び前記オリフィス付き構造体４７に電圧を印加し、電界を発生させる条件を設定して電界解析を行った。 FIG. 10 shows a flowchart for simulating the behavior of charged particle particles having a charge. After setting the shape of the transport duct to be calculated, a voltage is applied to the transport duct bias power source 46 and the orifice-equipped structure 47 in the region 44 including the shape of the transport duct, and conditions for generating an electric field are set. Electric field analysis was performed.

同じ形状に対して、前記輸送ダクトの電磁コイル４８に前記電磁コイルバイアス電源４９を介して電流を流し、磁場を発生させる条件を設定して磁場解析を行った。解析は、株式会社エルフの電磁界解析ソフトＥＬＦ−ｍａｇｉｃ／ＥＬＦＩＮを使用した。これら二つの解析から算出される、電界及び磁場の情報を使用し荷電粒子パーティクル１１の挙動をシミュレーションした。前記荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０に、前記アークプラズマ３で発生する荷電粒子相当エネルギーを正規乱数を用いてランダムに与えた仮想粒子を、一様乱数を用いてランダムな場所に配置した。 For the same shape, a magnetic field analysis was performed by setting a condition for generating a magnetic field by supplying a current to the electromagnetic coil 48 of the transport duct via the electromagnetic coil bias power source 49. For the analysis, ELF electromagnetic field analysis software ELF-magic / ELFIN was used. The behavior of the charged particle particle 11 was simulated using information on the electric field and magnetic field calculated from these two analyses. Virtual particles in which charged particle equivalent energy generated in the arc plasma 3 is randomly given using normal random numbers at the generation locations 50 of the charged particle particles 11 are arranged at random locations using uniform random numbers.

荷電粒子パーティクル１１の運動はローレンツの式により決定されると仮定する。ローレンツの式における電荷は、素電荷として扱い、負の極性を持つと仮定した。先に計算された、電界及び磁場の情報は、一定の格子上節点に存在する。 It is assumed that the motion of the charged particle particle 11 is determined by the Lorentz equation. The charge in the Lorentz equation was treated as an elementary charge and assumed to have a negative polarity. The previously calculated electric field and magnetic field information exists at nodes on a certain lattice.

一方、計算対象の粒子は、格子に依存しない位置に毎時刻存在する。このため、粒子位置が移動するごとに、近傍８点の各格子節点からの位置と、電界、磁場の寄与を直線近似で計算した。直線近似で求めた電界、磁場の寄与をその点における電界、磁場とし、ローレンツの式を解いた。 On the other hand, the particle to be calculated exists every time at a position independent of the lattice. For this reason, every time the particle position moves, the positions of the neighboring eight points from each lattice node and the contribution of the electric and magnetic fields are calculated by linear approximation. The Lorentz equation was solved with the electric and magnetic field contributions obtained by linear approximation as the electric and magnetic fields at that point.

このような環境下で、仮想の荷電粒子パーティクルの運動を一定時刻ごとに追跡を行い、前記輸送ダクト７の壁面、前記オリフィス付き構造体４７及び前記粒子到達評価面４５に到達した粒子はそこで追跡を終了した。 Under such an environment, the movement of virtual charged particle particles is tracked at fixed time intervals, and the particles that have reached the wall surface of the transport duct 7, the orifice-equipped structure 47, and the particle arrival evaluation surface 45 are tracked there. Ended.

この行程を配置した全仮想電荷粒子パーティクルに対して行い、前記粒子到達評価面４５に到達した仮想電荷粒子パーティクルの総数を集計した。前記荷電粒子パーティクル１１発生場所５０に配置した粒子数により、粒子到達評価面に到達した数を除することで算出される割合を、粒子到達率と定義し、評価した。このシミュレーションを前記オリフィス付き構造体４７の前記取付角度２９と前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を変数として行った。 This process was performed for all virtual charged particle particles arranged, and the total number of virtual charged particle particles that reached the particle arrival evaluation surface 45 was counted. A ratio calculated by dividing the number of particles reaching the particle arrival evaluation surface by the number of particles arranged at the generation location 50 of the charged particle particles 11 was defined as a particle arrival rate and evaluated. This simulation was performed using the mounting angle 29 of the structure 47 with an orifice and the voltage applied to the structure 47 with an orifice as variables.

図１１に電荷粒子パーティクルの到達率を図９に示したオリフィス付き構造体４７の取付角度２９、及び印加電圧に対して評価した結果を示す。図は結果は前記オリフィス付き構造体４７の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に前記オリフィス付き構造体４７の前記基準面３０からの取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。各凡例は前記オリフィス付き構造体４７へ印加した電圧を示す。粒子到達率は前記基準面３０からの前記取付角度２９が４５度のとき、極大値をとる。 FIG. 11 shows the result of evaluating the arrival rate of the charged particle particles with respect to the attachment angle 29 and the applied voltage of the orifice-equipped structure 47 shown in FIG. The figure shows the result when the opening diameter of the orifice-equipped structure 47 is 50 mm. In the figure, the horizontal axis indicates the attachment angle 29 of the orifice-equipped structure 47 from the reference surface 30, and the vertical axis indicates the particle arrival rate. Each legend shows the voltage applied to the structure 47 with an orifice. The particle arrival rate takes a maximum value when the attachment angle 29 from the reference plane 30 is 45 degrees.

一方で、印加電圧が１００Ｖを超えると、各取付角度共に、粒子到達率が減少する。この理由は、ローレンツの式における、電界と磁場の関係が計算モデルの形状および幾何学的な大きさでは、１００Ｖを境に逆転するからである。 On the other hand, when the applied voltage exceeds 100 V, the particle arrival rate decreases at each mounting angle. This is because the relationship between the electric field and the magnetic field in the Lorentz equation is reversed at 100 V in the shape and geometric size of the calculation model.

具体的には、電界の値を印加電圧と電極間距離で算出し、アンペールの法則から磁場の値を算出したのち、アーク放電により与えられる荷電粒子の初速度の外積を計算し比較すると、およそ１０３Ｖとなる。この値が電界と磁場の影響を逆転させる閾値となっている。 Specifically, after calculating the value of the electric field by the applied voltage and the distance between the electrodes, calculating the value of the magnetic field from Ampere's law, calculating and comparing the outer product of the initial velocities of the charged particles given by the arc discharge, 103V. This value is a threshold value that reverses the influence of the electric and magnetic fields.

つまり、前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を増加させると、ローレンツの式における磁場の作用よりも電界の作用が顕著になり、荷電粒子パーティクルの軌道を偏向させる力となるためである。従って、前記オリフィス付き構造体４７に印加する電圧を１００Ｖ以上とすることで、荷電粒子パーティクルを効率よく除去することが可能となる。 That is, when the voltage applied to the structure 47 with an orifice is increased, the electric field action becomes more significant than the magnetic field action in the Lorentz equation, and the charged particle particle trajectory is deflected. Therefore, the charged particle particles can be efficiently removed by setting the voltage applied to the structure 47 with the orifice to 100 V or more.

［第２の実施の形態］
図４（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態を示した輸送ダクトの形状に関する断面図である。輸送ダクト７は、１つ以上の曲がり部を有し、その内部でかつ曲がり部の途中に、図３で示す同心円状の中空部３１を持つオリフィスの板を有する構造体（第１の構造体）３６を配置する。この構造体３６は、前記輸送ダクト７に対して、絶縁状態に設置している。この構造体３６の材質は、金属または絶縁材で構成される。 [Second Embodiment]
4 (a) and 4 (b) are cross-sectional views relating to the shape of the transport duct according to the second embodiment of the present invention. The transport duct 7 has one or more bent portions, and a structure (first structure) having an orifice plate having a concentric hollow portion 31 shown in FIG. 3 inside and in the middle of the bent portion. ) 36 is arranged. This structure 36 is installed in an insulated state with respect to the transport duct 7. The material of the structure 36 is made of a metal or an insulating material.

アークプラズマ３により発生した中性パーティクル１０は、前記輸送ダクト７の曲がり形状および内部の前記防着板１２の効果により一部それらに捕集される。残りの大部分の前記中性パーティクル１０は前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に配置された、同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する構造体３６に捕集される。 Neutral particles 10 generated by the arc plasma 3 are partially collected by the bent shape of the transport duct 7 and the effect of the deposition preventing plate 12 inside. Most of the remaining neutral particles 10 are collected in a structure 36 having an orifice plate having a concentric hollow portion disposed inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion.

曲がり形状による前記中性パーティクル１０の衝突・反射に対し、その進路を妨害するように前記構造体３６を配置することで、効率よく前記中性パーティクル１０を除去することができる。 The neutral particles 10 can be efficiently removed by disposing the structure 36 so as to obstruct the course of the collision / reflection of the neutral particles 10 due to the bent shape.

アークプラズマ３から電子４およびイオン５がプラズマビーム１２状に取出される面を基準面（アークプラズマ流入面）３０として、前記構造体３６は前記基準面３０に対して任意の取付角度２９に取り付けることができる。前記中性パーティクル１０の除去効果が最も高いのは、前記基準面３０に対して前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲に設置した場合である。 The surface from which the electrons 4 and ions 5 are extracted from the arc plasma 3 in the form of a plasma beam 12 is defined as a reference surface (arc plasma inflow surface) 30, and the structure 36 is attached to the reference surface 30 at an arbitrary attachment angle 29. be able to. The neutral particle 10 is most effectively removed when the attachment angle 29 is set in a range of 35 to 45 degrees with respect to the reference surface 30.

また、電荷を持つパーティクルの除去機構は、前記構造体３６とは別構造体として配置する。電荷を持つパーティクルを除去するための構造体は、前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスを有する構造体（第２の構造体）３２からなる。このオリフィス付き構造体３２は、前記輸送ダクト７および中性パーティクル１０を除去する前記構造体３６に対して、絶縁状態に設置している。 Further, the mechanism for removing charged particles is arranged as a separate structure from the structure 36. The structure for removing charged particles is a structure (second structure) having an orifice having a concentric hollow portion shown in FIG. 3 inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion. 32. The structure 32 with an orifice is installed in an insulated state with respect to the structure 36 from which the transport duct 7 and the neutral particles 10 are removed.

構造体の材質が金属の場合、輸送ダクトとの絶縁には絶縁性のある物質からなる絶縁構造体３３を介して前記輸送ダクト７と接続される。前記オリフィス付き構造体３２には直流電圧源３４または高周波電圧源３５を接続できる構成をとる。前記オリフィス付き構造体３２が金属の場合には直流電圧源３４を使用し、絶縁材の場合は高周波電圧源３５を使用する。電荷を持つパーティクルは直流電圧源３４または高周波電圧源３５に印加される電圧によって生じる電界により、飛翔経路を偏向される。 When the material of the structure is metal, it is connected to the transport duct 7 via an insulating structure 33 made of an insulating material for insulation from the transport duct. The structure 32 with an orifice has a configuration in which a DC voltage source 34 or a high-frequency voltage source 35 can be connected. A DC voltage source 34 is used when the orifice-equipped structure 32 is a metal, and a high-frequency voltage source 35 is used when the structure 32 is an insulating material. The charged particles are deflected in the flight path by the electric field generated by the voltage applied to the DC voltage source 34 or the high frequency voltage source 35.

前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２は、前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中で、前記輸送ダクト７の入り口または出口近傍に設置することで効果を最大にすることができる。図４（ａ）は前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２を前記輸送ダクト７の出口側に配置した一例を示している。図４（ｂ）は前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２を前記輸送ダクト７の入り口側に配置した一例を示している。前記除去機構を有するオリフィス付き構造体３２に１００Ｖ以上の電圧を印加することにより、電荷を持つパーティクル効率よく除去できる。 The structure 32 with the orifice having the removal mechanism can be maximized in effect by being installed in the vicinity of the entrance or exit of the transport duct 7 inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion. FIG. 4A shows an example in which the orifice-equipped structure 32 having the removal mechanism is arranged on the outlet side of the transport duct 7. FIG. 4B shows an example in which the orifice-equipped structure 32 having the removal mechanism is arranged on the entrance side of the transport duct 7. By applying a voltage of 100 V or more to the orifice-equipped structure 32 having the removal mechanism, it is possible to efficiently remove charged particles.

図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に前記中性パーティクル１０の挙動をシミュレーションした前記輸送ダクト７の計算モデルを示す。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示す計算モデルは、図２で示した前記中性パーティクル１０の挙動シミュレーション用に簡易に構成したものである。図１２（ａ）は第２の実施の形態の代表図、図４（ａ）の形態に対応し、図１２（ｂ）は第２の実施の形態の代表図、図４（ｂ）に対応している。 12A and 12B show calculation models of the transport duct 7 in which the behavior of the neutral particles 10 is simulated. The calculation models shown in FIGS. 12A and 12B are simply configured for the behavior simulation of the neutral particles 10 shown in FIG. FIG. 12A corresponds to the representative diagram of the second embodiment, corresponding to the configuration of FIG. 4A, and FIG. 12B corresponds to the representative diagram of the second embodiment, FIG. 4B. doing.

シミュレーションでは、前記中性パーティクル１０の発生場所３７、前記成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４０を用意した。前記輸送ダクト７の内部でかつ曲がり部の途中に、図３に示す同心円状の中空部を持つオリフィスの板を有する前記構造体３６に相当するオリフィス付き構造体５３を配置した。また、前記構造体３２に相当するオリフィス付き構造体５４を別に配置した。 In the simulation, a particle arrival evaluation surface 40 simulating the generation location 37 of the neutral particles 10 and the film forming chamber 19 was prepared. A structure 53 with an orifice corresponding to the structure 36 having an orifice plate having a concentric hollow portion shown in FIG. 3 is arranged inside the transport duct 7 and in the middle of the bent portion. Further, an orifice-equipped structure 54 corresponding to the structure 32 is disposed separately.

図１２（ａ）では、前記パーティクル発生場所３７に対する前記構造体５４の角度を８０度の位置に設定して解析を行った。図１２（ｂ）では、前記パーティクル発生場所３７に対する前記構造体５４の角度を１０度の位置に設定して解析を行った。前記輸送ダクト７の輸送ダクト構造体壁面３８には一定の吸着率を設定し、オリフィス付き構造体５３および輸送ダクト構造体壁面３８の部分に対応した吸着率を設定し、値を変えて計算を行った。シミュレーションには、ペガサスソフトウエア株式会社のＲＧＳ３Ｄを用いた。シミュレーションは図６に示すフローチャートに従って行った。 In FIG. 12A, the analysis was performed by setting the angle of the structure 54 with respect to the particle generation location 37 to a position of 80 degrees. In FIG. 12B, the analysis was performed by setting the angle of the structure 54 with respect to the particle generation location 37 to a position of 10 degrees. A constant adsorption rate is set on the transport duct structure wall surface 38 of the transport duct 7, an adsorption rate corresponding to the orifice-equipped structure 53 and the transport duct structure wall surface 38 is set, and the value is changed to calculate. went. RGS3D of Pegasus Software Co., Ltd. was used for the simulation. The simulation was performed according to the flowchart shown in FIG.

図１３に中性パーティクルの到達率をオリフィスの開口に対して評価した結果を示す。結果は、図４（ａ）または４（ｂ）に示す前記オリフィス付き構造体３６の前記取付角度２９を前記基準面３０から４５度とした時の結果である。図は、横軸にオリフィスの開口直径を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。図中の点５５、５６はそれぞれ、図４（ａ）の形態、図４（ｂ）の形態による実際のシミュレーション結果を示す。実線５７、５８は、シミュレーション結果５５、５６に対応する近似曲線を示している。 FIG. 13 shows the result of evaluating the arrival rate of neutral particles with respect to the orifice opening. The result is a result when the attachment angle 29 of the orifice-equipped structure 36 shown in FIG. 4A or 4B is set to 45 degrees from the reference plane 30. In the figure, the horizontal axis represents the orifice diameter, and the vertical axis represents the particle arrival rate. Points 55 and 56 in the figure show actual simulation results according to the form of FIG. 4A and the form of FIG. 4B, respectively. Solid lines 57 and 58 indicate approximate curves corresponding to the simulation results 55 and 56.

図中の近似式５９、６０における変数ｘは、オリフィス加工直径に相当し、値ｙは粒子到達率を示している。また、Ｅ指数表示を簡略表示した記号である。近似式５９、６０に示す通り、中性パーティクルの到達率はオリフィスの開口の二乗に比例して増加する。従って、オリフィス開口直径を小さくすることで、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。 The variable x in the approximate equations 59 and 60 in the figure corresponds to the orifice processing diameter, and the value y indicates the particle arrival rate. In addition, the E index display is a simplified display. As shown in the approximate equations 59 and 60, the arrival rate of neutral particles increases in proportion to the square of the orifice opening. Therefore, it is possible to efficiently prevent the neutral particles 10 from reaching the film formation target 16 by reducing the orifice opening diameter.

図１４に中性パーティクル１０の到達率を、オリフィスの取付角度に対して評価した結果を示す。結果は前記オリフィス付き構造体３６の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図１４は、横軸に前記オリフィス付き構造体３６の前記基準面３０からの前記取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。また、図中のひし形の示すものは、図４（ａ）の形態について解析した結果である。また、丸形の示すものは、図４（ｂ）の形態について解析した結果である。 FIG. 14 shows the result of evaluating the arrival rate of the neutral particles 10 with respect to the mounting angle of the orifice. The results are the results when the opening diameter of the orifice-equipped structure 36 is 50 mm. FIG. 14 shows the attachment angle 29 of the orifice-equipped structure 36 from the reference surface 30 on the horizontal axis and the particle arrival rate on the vertical axis. Moreover, what the rhombus in a figure shows is the result of having analyzed about the form of Fig.4 (a). Moreover, what a round shape shows is the result of having analyzed about the form of FIG.4 (b).

図１４から、実施例２において、前記中性パーティクル１０を除去する前記構造体３６と前記荷電粒子パーティクル１１を除去する前記構造３２を分離して構成しても、粒子到達率は前記取付角度２９が３５度〜４５度の範囲で極小値をとることが分かる。従って、前記オリフィス付き構造体３６の前記基準面３０からの前記取付角度２９は３５度〜４５度の範囲で、前記中性パーティクル１０が前記成膜対象物１６に到達することを効率よく防ぐことができる。 From FIG. 14, even in the second embodiment, the structure 36 that removes the neutral particles 10 and the structure 32 that removes the charged particle particles 11 are separated from each other. It can be seen that takes a minimum value in the range of 35 degrees to 45 degrees. Therefore, the attachment angle 29 of the structure with orifice 36 from the reference surface 30 is in the range of 35 to 45 degrees, and the neutral particles 10 are efficiently prevented from reaching the film formation target 16. Can do.

図１５に電荷を持つ荷電粒子パーティクルの挙動をシミュレーションした輸送ダクトの計算モデルを示す。図４（ａ）または図４（ｂ）で示した図を荷電粒子パーティクル１１の挙動シミュレーション用に簡略化した構成で表現した。シミュレーションでは、荷電粒子パーティクル１１の発生場所５０、成膜処理室１９を模した粒子到達評価面４５を用意した。荷電粒子パーティクル１１は電界および磁場の影響を受けるため、電界及び磁場の解析空間を輸送ダクトの形状を包括する領域４４として用意した。 FIG. 15 shows a calculation model of a transport duct that simulates the behavior of charged particle particles having a charge. The diagram shown in FIG. 4A or FIG. 4B is expressed with a simplified configuration for simulation of the behavior of the charged particle particles 11. In the simulation, a particle arrival evaluation surface 45 simulating the generation location 50 of the charged particle particles 11 and the film forming chamber 19 was prepared. Since the charged particle particle 11 is affected by the electric field and the magnetic field, an analysis space for the electric field and the magnetic field is prepared as a region 44 including the shape of the transport duct.

電界解析を行うために、輸送ダクトバイアス電源４６をモデル化した。さらに、前記オリフィス付き構造体３６を模したオリフィス付き構造体６３をモデル化した。前記構造体６３は、前記パーティクル発生場所５０に対し４５度の角度で固定して取りつけた。構造体６３とは別に、前記オリフィス付き構造体３２を模したオリフィス付き構造体６４をモデル化した。 The transport duct bias power supply 46 was modeled for electric field analysis. Furthermore, a structure 63 with an orifice simulating the structure 36 with an orifice was modeled. The structure 63 was fixed and attached at an angle of 45 degrees with respect to the particle generation location 50. Apart from the structure 63, a structure 64 with an orifice simulating the structure 32 with an orifice was modeled.

前記構造体６４は、前記パーティクル発生場所５０に対する取付け角度を任意に設定できる。前記構造体６４は直流電圧源５１または高周波電圧源５２を接続し電圧を印加できるようにした。また磁場解析のために電磁コイル４８と電磁コイルバイアス電源４９をモデル化した。 The structure 64 can arbitrarily set an attachment angle with respect to the particle generation location 50. The structure 64 is connected to a DC voltage source 51 or a high-frequency voltage source 52 so that a voltage can be applied. The electromagnetic coil 48 and the electromagnetic coil bias power source 49 were modeled for magnetic field analysis.

図１６に電荷粒子パーティクルの到達率を前記オリフィス付き構造体６４（図１５）の前記取付角度２９（図４（ａ）、（ｂ））及び印加電圧に対して評価した結果を示す。図は、前記オリフィス付き構造体６４の開口直径を５０ｍｍとした場合の結果である。図は、横軸に前記オリフィス付き構造体６４の前記基準面３０からの前記取付角度２９を、縦軸に粒子到達率を図示したものである。各凡例は前記オリフィス付き構造体６４へ印加した電圧を示す。 FIG. 16 shows the results of evaluating the arrival rate of charged particle particles with respect to the mounting angle 29 (FIGS. 4A and 4B) and the applied voltage of the structure 64 with an orifice (FIG. 15). The figure shows the results when the opening diameter of the structure 64 with an orifice is 50 mm. In the figure, the horizontal axis indicates the attachment angle 29 of the orifice-equipped structure 64 from the reference surface 30, and the vertical axis indicates the particle arrival rate. Each legend indicates a voltage applied to the orifice-equipped structure 64.

図１６から、前記オリフィス付き構造体３２（図４（ａ）、（ｂ））を前記輸送ダクト７の内部でかつ途中の内、前記輸送ダクト７の入り口また出口付近に取り付けることで、荷電粒子パーティクル１１の粒子到達率が低くなることが分かる。一方で、印加電圧が１００Ｖを超えると、各取付角度共に、粒子到達率が減少する。 From FIG. 16, by attaching the orifice-equipped structure 32 (FIGS. 4A and 4B) inside and on the way of the transport duct 7, near the entrance or exit of the transport duct 7, charged particles It can be seen that the particle arrival rate of the particles 11 is lowered. On the other hand, when the applied voltage exceeds 100 V, the particle arrival rate decreases at each mounting angle.

この理由は、ローレンツの式における、電界と磁場の関係が計算モデルの形状および幾何学的な大きさでは、１００Ｖを境に逆転するからである。具体的には、電界の値を印加電圧と電極間距離で算出し、アンペールの法則から磁場の値を算出したのち、アーク放電により与えられる速度の外積を計算し比較すると、およそ１０３Ｖとなる。この値が電界と磁場の影響を逆転させる閾値となる。 This is because the relationship between the electric field and the magnetic field in the Lorentz equation is reversed at 100 V in the shape and geometric size of the calculation model. Specifically, when the value of the electric field is calculated from the applied voltage and the distance between the electrodes, the value of the magnetic field is calculated from Ampere's law, and the outer product of the speeds given by the arc discharge is calculated and compared, it is about 103V. This value is a threshold value that reverses the influence of the electric and magnetic fields.

つまり、前記オリフィス付き構造体３２に印加する電圧を増加させると、ローレンツの式における磁場の作用に対し、電界の作用が顕著になり、荷電粒子パーティクルの軌道を偏向させる力となるためである。従って、前記オリフィス付き構造体３２（図４（ａ）、（ｂ））の配置を、前記輸送ダクト７の入り口または出口近傍に配置し、印加する電圧を１００Ｖ以上とすることで、荷電粒子パーティクルを効率よく除去することが可能となる。 That is, when the voltage applied to the orifice-equipped structure 32 is increased, the effect of the electric field becomes conspicuous with respect to the effect of the magnetic field in the Lorentz equation, and this becomes a force that deflects the trajectory of the charged particle particles. Therefore, the arrangement of the structure 32 with orifices (FIGS. 4A and 4B) is arranged near the entrance or exit of the transport duct 7 and the applied voltage is set to 100 V or more, so that charged particle particles Can be efficiently removed.

１カソード用電源
２ターゲット
３アークプラズマ
４電子
５イオン
６アーク放電チャンバー
７輸送ダクト
８電磁コイル用電源
９電磁コイル
１０パーティクル
１１荷電粒子パーティクル
１２防着板
１３プラズマビーム
１４プラズマビーム走査用コイル
１５プラズマビーム走査ダクト
１６成膜対象物
１７真空排気ポンプ
１８ステージ
１９成膜処理室
２０成膜対象物バイアス電源
２１走査コイル動作電源
２２輸送ダクトバイアス電源
２３アノード構成回路
２４アーク放電着火源
２５オリフィス付き構造体
２６絶縁物質
２７直流電圧源
２８高周波電圧源
２９取付角度
３０基準面
３１中空部
３２オリフィス付き構造体
３３絶縁物質
３４直流電圧源
３５高周波電圧源
３６オリフィス付き構造体
３７中性粒子パーティクル発生場所
３８輸送ダクト構造体壁面
３９シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
４０粒子到達評価面
４１近似曲線
４２粒子到達率計算結果
４３近似式
４４輸送ダクトの形状を包括する領域
４５粒子到達評価面
４６輸送ダクトバイアス電源
４７シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
４８電磁コイル
４９電磁コイルバイアス電源
５０荷電粒子パーティクルの発生場所
５１直流電圧源
５２高周波電圧源
５３シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
５４シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
５５粒子到達計算結果
５６粒子到達計算結果
５７近似曲線
５８近似曲線
５９近似式
６０近似式
６１荷電粒子パーティクル粒子到達計算結果
６２荷電粒子パーティクル粒子到達計算結果
６３シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体
６４シミュレーションにおけるオリフィス付き構造体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cathode power supply 2 Target 3 Arc plasma 4 Electron 5 Ion 6 Arc discharge chamber 7 Transport duct 8 Electromagnetic coil power supply 9 Electromagnetic coil 10 Particle 11 Charged particle particle 12 Deposit plate 13 Plasma beam 14 Plasma beam scanning coil 15 Plasma beam Scanning duct 16 Deposition object 17 Vacuum exhaust pump 18 Stage 19 Deposition processing chamber 20 Deposition object bias power supply 21 Scan coil operating power supply 22 Transport duct bias power supply 23 Anode constituent circuit 24 Arc discharge ignition source 25 Structure with orifice 26 Insulating material 27 DC voltage source 28 High frequency voltage source 29 Mounting angle 30 Reference surface 31 Hollow portion 32 Structure with orifice 33 Insulating material 34 DC voltage source 35 High frequency voltage source 36 Structure with orifice 37 Neutral particle generation place 3 8 Transport duct structure wall surface 39 Structure with orifice in simulation 40 Particle arrival evaluation surface 41 Approximate curve 42 Particle arrival rate calculation result 43 Approximation formula 44 Region encompassing the shape of the transport duct 45 Particle arrival evaluation surface 46 Transport duct bias power supply 47 Structure 48 with orifice in simulation Electromagnetic coil 49 Electromagnetic coil bias power supply 50 Generation location 51 of charged particle particles DC voltage source 52 High-frequency voltage source 53 Structure 54 with orifice in simulation 55 Structure with orifice in simulation 55 Particle arrival calculation result 56 Particles Arrival calculation result 57 Approximation curve 58 Approximation curve 59 Approximation expression 60 Approximation expression 61 Charge particle particle particle arrival calculation result 62 Charge particle particle particle arrival calculation result 63 In simulation Orifice with structures at the orifice with structure 64 Simulation

Claims

A plasma generator for generating arc plasma by vacuum arc discharge and an electromagnetic field duct continuously connected to the plasma generator, and having one or more bent portions for transporting the plasma; and connected to the electromagnetic field duct; In a plasma processing apparatus including a processing chamber having a stage for holding a substrate to be processed,
The plasma generating unit, the electromagnetic field duct, and the inside of the processing chamber are maintained in a vacuum, and the first structure has an orifice having a concentric hollow part in the electromagnetic field duct and in the middle of the bent part. The body is placed,
The plasma processing apparatus, wherein the first structure is installed in a state of being electrically insulated from the electromagnetic field duct, and a voltage from a direct current voltage source or a high frequency voltage source is applied thereto.

2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first structure is installed to be inclined at an angle in a range of 35 to 45 degrees from an arc plasma inflow surface of the plasma generation unit.

The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein an opening diameter of the orifice of the first structure is 20 mm or more and 60 mm or less.

A plasma generator for generating arc plasma by vacuum arc discharge and an electromagnetic field duct continuously connected to the plasma generator, and having one or more bent portions for transporting the plasma; and connected to the electromagnetic field duct; In a plasma processing apparatus including a processing chamber having a stage for holding a substrate to be processed,
The plasma generator, the electromagnetic field duct, and the inside of the processing chamber are maintained in a vacuum, and a first structure having an orifice having a concentric hollow part inside the electromagnetic field duct and in the middle of the bent part; ,
A second structure having an orifice having a concentric hollow part separately from the first structure;
The plasma processing apparatus, wherein the second structure is installed in a state of being electrically insulated from the electromagnetic field duct, and is applied with a voltage from a DC voltage source or a high-frequency voltage source.