JP3158158B2 - 低圧放電の発生及び点弧方法並びに真空加工装置及び該装置の陰極チェンバ - Google Patents
低圧放電の発生及び点弧方法並びに真空加工装置及び該装置の陰極チェンバInfo
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
- H01J37/34—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering
- H01J37/3402—Gas-filled discharge tubes operating with cathodic sputtering using supplementary magnetic fields
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
- C30B25/02—Epitaxial-layer growth
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、 −請求項１に前提概念として記載した低圧放電の発生方
法、 −請求項１８に前提概念として記載した低圧放電の点弧
及び操作方法、 −請求項１９に前提概念として記載した加工チェンバを
有する真空加工装置、 −請求項３２に前提概念として記載した低圧放電発生の
ための陰極チェンバ、及び、 −これらの利用に係わる。
法、 −請求項１８に前提概念として記載した低圧放電の点弧
及び操作方法、 −請求項１９に前提概念として記載した加工チェンバを
有する真空加工装置、 −請求項３２に前提概念として記載した低圧放電発生の
ための陰極チェンバ、及び、 −これらの利用に係わる。
【０００２】
【従来の技術】種々の真空加工プロセスに低圧アーク放
電を利用することは公知である。例えば、スイス国特許
第４５６，２９４号、スイス国特許第５５１，４９７
号、スイス国特許第６４５，１３７号、またはRudolf
A.Lang(ウィースバーデン）刊「真空技術」第７１６６
号、１６１−１６４ページの別刷りに掲載されたF.Gayd
ouの論文「高真空域における陰極スパッタリングによる
薄膜形成法」、または「マイクロエレクトロニク２」、
オルデンブルク／ミュンヘン−ウィーン１９６７，１８
３−１９２ページの別刷りに掲載されたバルツァースＡ
Ｇ、ＦＬ−バルツァース、F.P.Gaydouの論文「１０Ｅ−
４トール（Torr) 域においてイオン・スパッタリングに
よって薄膜を形成する方法」から、真空加工チェンバ内
に低圧アーク放電を発生させるために隔板手段を介して
真空加工チェンバに熱電子陰極を内蔵する陰極チェンバ
を結合することは公知である。低圧アーク放電は熱電子
陰極に対して正の点弧電位に設定された別設の点弧極を
利用することによって陰極チェンバ内に点弧させるのが
普通である。
電を利用することは公知である。例えば、スイス国特許
第４５６，２９４号、スイス国特許第５５１，４９７
号、スイス国特許第６４５，１３７号、またはRudolf
A.Lang(ウィースバーデン）刊「真空技術」第７１６６
号、１６１−１６４ページの別刷りに掲載されたF.Gayd
ouの論文「高真空域における陰極スパッタリングによる
薄膜形成法」、または「マイクロエレクトロニク２」、
オルデンブルク／ミュンヘン−ウィーン１９６７，１８
３−１９２ページの別刷りに掲載されたバルツァースＡ
Ｇ、ＦＬ−バルツァース、F.P.Gaydouの論文「１０Ｅ−
４トール（Torr) 域においてイオン・スパッタリングに
よって薄膜を形成する方法」から、真空加工チェンバ内
に低圧アーク放電を発生させるために隔板手段を介して
真空加工チェンバに熱電子陰極を内蔵する陰極チェンバ
を結合することは公知である。低圧アーク放電は熱電子
陰極に対して正の点弧電位に設定された別設の点弧極を
利用することによって陰極チェンバ内に点弧させるのが
普通である。
【０００３】低圧放電点弧後、陰極チェンバ内で放電は
先ず熱電子陰極と加工チェンバ側に設けた陽極との間に
維持される。その場合、加工チェンバ側に設ける陽極を
加工チェンバ内壁の少なくとも一部で形成するか、また
は加工チェンバ内に別に陽極手段を設け、いずれにして
も加工チェンバ壁から電気的に絶縁して加工チェンバと
上記陽極を互いに独立の電位に設定できるようにする。
このような陽極手段は例えば基板支持体によって形成す
ることができる。
先ず熱電子陰極と加工チェンバ側に設けた陽極との間に
維持される。その場合、加工チェンバ側に設ける陽極を
加工チェンバ内壁の少なくとも一部で形成するか、また
は加工チェンバ内に別に陽極手段を設け、いずれにして
も加工チェンバ壁から電気的に絶縁して加工チェンバと
上記陽極を互いに独立の電位に設定できるようにする。
このような陽極手段は例えば基板支持体によって形成す
ることができる。
【０００４】例えばスイス国特許第５５１，４９７号か
ら公知の応用例では、隔板手段の電位を浮動化し、例え
ばスイス国特許第４５６，２９４号から公知の応用例で
は隔板手段の電位を加工チェンバ壁の電位に設定する。
ら公知の応用例では、隔板手段の電位を浮動化し、例え
ばスイス国特許第４５６，２９４号から公知の応用例で
は隔板手段の電位を加工チェンバ壁の電位に設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した構成では、特
に加工チェンバ内壁の一部に「アーキング」と呼ばれる
火花放電が形成され、放電にさらされる部分が多ければ
多いほど、またこのような部分の電界強さが大きければ
大きいほど「アーキング」は顕著になる。このような火
花放電が放電を維持するため給電装置の負荷を増大さ
せ、例えばガス爆発、予期しない物質の飛散や蒸発など
に起因する中断や汚染のような制御不能のプロセス挙動
を発生させることはすでに明らかになっている。これに
よって、プロセスを進行させることは全く不可能にな
る。制御された極めて純度の高い加工雰囲気を必要とす
るデリケートな加工プロセスの場合、アーキングの作用
を受ける壁部分が飛散すると、許容できない汚染を招
く。
に加工チェンバ内壁の一部に「アーキング」と呼ばれる
火花放電が形成され、放電にさらされる部分が多ければ
多いほど、またこのような部分の電界強さが大きければ
大きいほど「アーキング」は顕著になる。このような火
花放電が放電を維持するため給電装置の負荷を増大さ
せ、例えばガス爆発、予期しない物質の飛散や蒸発など
に起因する中断や汚染のような制御不能のプロセス挙動
を発生させることはすでに明らかになっている。これに
よって、プロセスを進行させることは全く不可能にな
る。制御された極めて純度の高い加工雰囲気を必要とす
るデリケートな加工プロセスの場合、アーキングの作用
を受ける壁部分が飛散すると、許容できない汚染を招
く。
【０００６】その結果、多様なプロセスに極めて有用で
あるはずの低圧アーク放電による上記加工プロセスは、
低圧アーキング放電における荷電体の運動エネルギーが
低く、同時に荷電体密度が高いため、上記汚染を許容で
きない多くの加工プロセスに利用されないようになっ
た。本発明の主な目的はこの問題を解決することにあ
る。換言すれば、加工雰囲気に関してきびしい条件が課
せられる加工プロセスにも利用できるように低圧アーク
放電、ひいては低圧大電流放電による方法を改良するこ
とにある。
あるはずの低圧アーク放電による上記加工プロセスは、
低圧アーキング放電における荷電体の運動エネルギーが
低く、同時に荷電体密度が高いため、上記汚染を許容で
きない多くの加工プロセスに利用されないようになっ
た。本発明の主な目的はこの問題を解決することにあ
る。換言すれば、加工雰囲気に関してきびしい条件が課
せられる加工プロセスにも利用できるように低圧アーク
放電、ひいては低圧大電流放電による方法を改良するこ
とにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、請求項１に
特徴を記載したような頭書の方法によって達成される。
特徴を記載したような頭書の方法によって達成される。
【０００８】
【作用】アーキングの作用を最も受け易い加工チェンバ
内壁の部分を隔板手段の周囲に位置させる。本発明にお
けるシールドを設けることにより、この領域に上記火花
が発生するのを防止できる。これにより、加工雰囲気に
関してきびしい条件を守らねばならないプロセスにも上
記方法を利用できる。
内壁の部分を隔板手段の周囲に位置させる。本発明にお
けるシールドを設けることにより、この領域に上記火花
が発生するのを防止できる。これにより、加工雰囲気に
関してきびしい条件を守らねばならないプロセスにも上
記方法を利用できる。
【０００９】火花放電に関する上記問題は公知のアプロ
ーチでは隔板手段部分の電位をフローティングにする場
合にも発生し、上記部分の電位を一定にした場合にはこ
の現象が顕著に現われる。ところが、本発明のアプロー
チにより、請求項２に記載したように上記部分の電位を
一定にすることができ、このようにすれば、陰極チェン
バ、加工チェンバ及び隔板手段周り部分の配線及び電位
設定の選択幅を広げる上で極めて有益である。
ーチでは隔板手段部分の電位をフローティングにする場
合にも発生し、上記部分の電位を一定にした場合にはこ
の現象が顕著に現われる。ところが、本発明のアプロー
チにより、請求項２に記載したように上記部分の電位を
一定にすることができ、このようにすれば、陰極チェン
バ、加工チェンバ及び隔板手段周り部分の配線及び電位
設定の選択幅を広げる上で極めて有益である。
【００１０】その結果として請求項３に記載したように
隔板手段の一部及び隔板手段を囲む部分を、低圧放電の
点弧極として作用させることができる。このため、低圧
放電させる際に上記部分をそれぞれ異なる電位として点
弧させる。これにより、陰極チェンバ内に点弧極を別設
し、これを電気的に絶縁した状態で陰極チェンバ壁を貫
通させる必要はなく、すでに存在する素子、即ち、上記
部分を点弧極として兼用することができる。
隔板手段の一部及び隔板手段を囲む部分を、低圧放電の
点弧極として作用させることができる。このため、低圧
放電させる際に上記部分をそれぞれ異なる電位として点
弧させる。これにより、陰極チェンバ内に点弧極を別設
し、これを電気的に絶縁した状態で陰極チェンバ壁を貫
通させる必要はなく、すでに存在する素子、即ち、上記
部分を点弧極として兼用することができる。
【００１１】請求項４に記載した本発明の方法の極めて
簡単な実施態様では、受動的な電流制限素子、特に抵抗
素子、場合によってはダイオード素子によって上記部分
を一定電位に維持する。放電に際して放電電流の一部が
上記部分に電圧降下を発生させ、その結果、上記部分は
低圧放電の間、点弧電位に対して負の電位となる。な
お、ここでは「電位」という概念を場の理論に基づいて
使用しており、従って基準はない。
簡単な実施態様では、受動的な電流制限素子、特に抵抗
素子、場合によってはダイオード素子によって上記部分
を一定電位に維持する。放電に際して放電電流の一部が
上記部分に電圧降下を発生させ、その結果、上記部分は
低圧放電の間、点弧電位に対して負の電位となる。な
お、ここでは「電位」という概念を場の理論に基づいて
使用しており、従って基準はない。
【００１２】請求項５に記載した通り、上記受動素子を
補完して、またはこれに変わる手段として、点弧極とし
ての上記部分を電流制限電圧源によって一定電位に設定
することも可能である。特に上記部分を適切に一定電位
に固定すれば、加工チャンバ壁の電位設定に関係なくこ
の電位固定を実現できる点でも有益である。
補完して、またはこれに変わる手段として、点弧極とし
ての上記部分を電流制限電圧源によって一定電位に設定
することも可能である。特に上記部分を適切に一定電位
に固定すれば、加工チャンバ壁の電位設定に関係なくこ
の電位固定を実現できる点でも有益である。
【００１３】このため、請求項６には上記部分を加工チ
ェンバの壁から電気的に絶縁することが提案されてい
る。また、上記部分は陰極チェンバ壁によって形成する
ことが好ましく、このようにすれば、隔板手段を構成
し、少なくとも１つの本来の隔板開口部を囲む部分を点
弧極として利用することができる。
ェンバの壁から電気的に絶縁することが提案されてい
る。また、上記部分は陰極チェンバ壁によって形成する
ことが好ましく、このようにすれば、隔板手段を構成
し、少なくとも１つの本来の隔板開口部を囲む部分を点
弧極として利用することができる。
【００１４】加工チェンバを上記部分から絶縁した場合
には、上記部分を加工チェンバ内壁とは異なる電位に設
定することが好ましい。このようにすれば、上記部分が
点弧極として配設されていても、点弧後の主放電を隔板
手段を介して加工チェンバへ引込むことができる。請求
項１０に記載した好ましい実施態様では、陰極チェンバ
と加工チェンバを異なる動作圧で作用させ、隔板手段を
両チェンバ間の圧力段を兼ねるように構成する。このよ
うに構成すれば、放電の際にガス流が隔板手段を通過し
て流動できるように特に陰極チェンバ側に高い動作圧を
発生させることができ、この成果は隔板手段の圧力段効
果に比例する。
には、上記部分を加工チェンバ内壁とは異なる電位に設
定することが好ましい。このようにすれば、上記部分が
点弧極として配設されていても、点弧後の主放電を隔板
手段を介して加工チェンバへ引込むことができる。請求
項１０に記載した好ましい実施態様では、陰極チェンバ
と加工チェンバを異なる動作圧で作用させ、隔板手段を
両チェンバ間の圧力段を兼ねるように構成する。このよ
うに構成すれば、放電の際にガス流が隔板手段を通過し
て流動できるように特に陰極チェンバ側に高い動作圧を
発生させることができ、この成果は隔板手段の圧力段効
果に比例する。
【００１５】陰極チェンバと加工チェンバを圧力の面で
最適の形に疎結合するためには、請求項１１に記載した
ように陰極チェンバ側及び加工チェンバ側のいずれか一
方において、隔板手段の少なくとも１つの開口部に流動
抵抗としてブッシングを設けることにより圧力段効果を
高める。圧力に関して陰極チェンバと加工チェンバを疎
結合するには請求項１２に記載した実施態様が好まし
い。
最適の形に疎結合するためには、請求項１１に記載した
ように陰極チェンバ側及び加工チェンバ側のいずれか一
方において、隔板手段の少なくとも１つの開口部に流動
抵抗としてブッシングを設けることにより圧力段効果を
高める。圧力に関して陰極チェンバと加工チェンバを疎
結合するには請求項１２に記載した実施態様が好まし
い。
【００１６】他の好ましい実施態様としては、請求項１
３に記載したように本発明のシールドが隔板手段の少な
くとも１つの開口部の周縁にまで達するようにし、この
シールドをそのまま延長することによってブッシングを
形成すれば上記圧力段効果を高めることができる。請求
項１２に記載した多段ポンプ構成の場合にも上記ブッシ
ングを設ける。
３に記載したように本発明のシールドが隔板手段の少な
くとも１つの開口部の周縁にまで達するようにし、この
シールドをそのまま延長することによってブッシングを
形成すれば上記圧力段効果を高めることができる。請求
項１２に記載した多段ポンプ構成の場合にも上記ブッシ
ングを設ける。
【００１７】隔板手段の少なくとも１つの開口部をこれ
と距離を置いて上記部分で囲むだけで、加工チェンバ内
壁における火花形成の問題を著しく改善できることが立
証された。当然のことながら第１の着眼点として提案し
た対策と最適の態様で組合わせることができる本発明の
第２の着眼点として、請求項１８にその特徴を記述した
ように頭書の低圧放電を点弧させ、操作する方法を提案
する。
と距離を置いて上記部分で囲むだけで、加工チェンバ内
壁における火花形成の問題を著しく改善できることが立
証された。当然のことながら第１の着眼点として提案し
た対策と最適の態様で組合わせることができる本発明の
第２の着眼点として、請求項１８にその特徴を記述した
ように頭書の低圧放電を点弧させ、操作する方法を提案
する。
【００１８】請求項１８に記述したように構成すれば、
基本的には陰極チェンバにことさら別設の点弧極を組込
む必要はなく、点弧極として作用する陰極チェンバ内壁
の部分を受動素子によって一定電位に設定することによ
り、制御可能な電圧源を利用して点弧極に点弧電圧を印
加しなくても放電点弧後、先ず熱電子陰極と、どの位置
にあるにせよ点弧極との間に制御可能に放電を維持する
ことができる。
基本的には陰極チェンバにことさら別設の点弧極を組込
む必要はなく、点弧極として作用する陰極チェンバ内壁
の部分を受動素子によって一定電位に設定することによ
り、制御可能な電圧源を利用して点弧極に点弧電圧を印
加しなくても放電点弧後、先ず熱電子陰極と、どの位置
にあるにせよ点弧極との間に制御可能に放電を維持する
ことができる。
【００１９】本発明の第１着眼点に課せられた課題を解
決する真空加工装置の実施態様は請求項１９に記述した
通りであり、さらに好ましい実施態様を請求項２０から
請求項３１までに記述した。すでに述べたように第１の
着眼点と最適条件で組合わせることのできる第２の着眼
点として、請求項３２に記載した陰極チェンバの実施態
様が好ましい。
決する真空加工装置の実施態様は請求項１９に記述した
通りであり、さらに好ましい実施態様を請求項２０から
請求項３１までに記述した。すでに述べたように第１の
着眼点と最適条件で組合わせることのできる第２の着眼
点として、請求項３２に記載した陰極チェンバの実施態
様が好ましい。
【００２０】すでに述べたように、本発明のアプローチ
により、本発明の方法及び真空加工装置をデリケートな
特殊加工プロセス、特に、請求項３３に記述したように
電子密度が比較的高く、電子エネルギーが比較的小さい
状態で被加工物表面に電子刺激化学反応を生じさせるた
め静電作用及び／または電気力学的作用下で放電から加
工チェンバへ導入される単極荷電体による加工チェンバ
内での被加工物の加工や、請求項３４に記述したように
加工チェンバ内での被加工物の低温処理プロセス及び／
または被加工物表面の薄膜被覆プロセス、例えばホモ−
エピタキシー、及びヘテロ−エピタキシー被覆プロセス
に利用することが可能になる。
により、本発明の方法及び真空加工装置をデリケートな
特殊加工プロセス、特に、請求項３３に記述したように
電子密度が比較的高く、電子エネルギーが比較的小さい
状態で被加工物表面に電子刺激化学反応を生じさせるた
め静電作用及び／または電気力学的作用下で放電から加
工チェンバへ導入される単極荷電体による加工チェンバ
内での被加工物の加工や、請求項３４に記述したように
加工チェンバ内での被加工物の低温処理プロセス及び／
または被加工物表面の薄膜被覆プロセス、例えばホモ−
エピタキシー、及びヘテロ−エピタキシー被覆プロセス
に利用することが可能になる。
【００２１】
【実施例】添付の図面に沿って以下に本発明の実施例を
説明する。図１には第１の着眼点に基づく本発明の原理
を機能ブロック図の形で図示した。熱電子陰極３を有す
る陰極チェンバ１内で点弧極５によって低圧アーク放電
が点弧される。低圧アーク放電は点弧後、少なくとも１
つの隔板開口部９を有する隔板手段７を通って真空加工
チェンバ１１へ導入される。これは熱電子陰極３に対し
て正の陽極電位に維持されている主陽極１３の作用によ
って起こる。
説明する。図１には第１の着眼点に基づく本発明の原理
を機能ブロック図の形で図示した。熱電子陰極３を有す
る陰極チェンバ１内で点弧極５によって低圧アーク放電
が点弧される。低圧アーク放電は点弧後、少なくとも１
つの隔板開口部９を有する隔板手段７を通って真空加工
チェンバ１１へ導入される。これは熱電子陰極３に対し
て正の陽極電位に維持されている主陽極１３の作用によ
って起こる。
【００２２】真空加工チェンバ１１内には実施されるプ
ロセスに応じて電位浮動または電位固定の状態で１個ま
たは２個以上の被加工物１５が保持されている。陰極チ
ェンバ１、加工チェンバ１１、電極として電気的に作用
する陰極チェンバ側及び加工チェンバ側ユニットに対す
る給気、給電及びポンプ・ユニットは図１に示されてい
ない。
ロセスに応じて電位浮動または電位固定の状態で１個ま
たは２個以上の被加工物１５が保持されている。陰極チ
ェンバ１、加工チェンバ１１、電極として電気的に作用
する陰極チェンバ側及び加工チェンバ側ユニットに対す
る給気、給電及びポンプ・ユニットは図１に示されてい
ない。
【００２３】本発明は、少なくとも１つの隔板開口部９
を囲み、加工チェンバに対して露出している壁部分１７
に、少なくとも１つの隔板開口部９を少なくとも広い範
囲に亘って、ただしごくわずかのすき間を残して取り囲
み、加工チェンバ１１と対向する部分１７の壁面との間
にダークスペースを形成する間隔ｄを保つシールド２０
を設けることにある。その際、シールド２０が比較的大
きい距離を保って上記開口部９を囲むようにしてもよい
が、後述するように開口部の範囲ぎりぎりの位置まで達
するように形成してもよい。
を囲み、加工チェンバに対して露出している壁部分１７
に、少なくとも１つの隔板開口部９を少なくとも広い範
囲に亘って、ただしごくわずかのすき間を残して取り囲
み、加工チェンバ１１と対向する部分１７の壁面との間
にダークスペースを形成する間隔ｄを保つシールド２０
を設けることにある。その際、シールド２０が比較的大
きい距離を保って上記開口部９を囲むようにしてもよい
が、後述するように開口部の範囲ぎりぎりの位置まで達
するように形成してもよい。
【００２４】このような態様でシールド２０を設けるこ
とにより、上記壁面、即ち、加工チェンバ１１内のプロ
セス空間Ｐに対して露出し、アーキングをまともに受け
る部分へのアーキングが大幅に阻止される。図２には本
発明の装置の第１の好ましい実施態様を略示した。図１
に関連して上述したものと同じであるから、参照番号も
同じものを使用した。
とにより、上記壁面、即ち、加工チェンバ１１内のプロ
セス空間Ｐに対して露出し、アーキングをまともに受け
る部分へのアーキングが大幅に阻止される。図２には本
発明の装置の第１の好ましい実施態様を略示した。図１
に関連して上述したものと同じであるから、参照番号も
同じものを使用した。
【００２５】隔板手段またはその開口部９を囲む部分１
７は、この実施態様では陰極チェンバ壁の一部である。
陰極チェンバ１は絶縁支持部材２２を介して加工チェン
バ１１の壁に取付けられている。シールド２０は陰極チ
ェンバ１に対しても加工チェンバ１１に対しても電位浮
動の関係で上記部分１７をこれとの間にダークスペース
を形成する間隔ｄを保ちながら囲み、開口部９の領域ぎ
りぎりにまで達している。
７は、この実施態様では陰極チェンバ壁の一部である。
陰極チェンバ１は絶縁支持部材２２を介して加工チェン
バ１１の壁に取付けられている。シールド２０は陰極チ
ェンバ１に対しても加工チェンバ１１に対しても電位浮
動の関係で上記部分１７をこれとの間にダークスペース
を形成する間隔ｄを保ちながら囲み、開口部９の領域ぎ
りぎりにまで達している。
【００２６】熱電子陰極３は電源２４から線条電流ＩH
を供給され、電圧源２６及びユニット２８を介して陰極
チェンバ壁の少なくとも一部、好ましくは陰極チェンバ
自体と接続している。ユニット２８は限流手段として作
用し、これを流れる電流ｉに応じて電圧降下ｕを引き起
こす。これは破線で示すように電流制御電圧源によって
実現できるが、受動素子、特に抵抗素子３０によって実
現するのが好ましい。
を供給され、電圧源２６及びユニット２８を介して陰極
チェンバ壁の少なくとも一部、好ましくは陰極チェンバ
自体と接続している。ユニット２８は限流手段として作
用し、これを流れる電流ｉに応じて電圧降下ｕを引き起
こす。これは破線で示すように電流制御電圧源によって
実現できるが、受動素子、特に抵抗素子３０によって実
現するのが好ましい。
【００２７】電圧源２６の負極は切換えスイッチ３２に
よって略示するように大地電位などのような基準電位に
設定するか、または無電位とすればよい。陰極チェンバ
１から電気的に絶縁されているから、加工チェンバ１１
も切換えスイッチ３４によって略示するように大地電位
に設定するか、基準電位に設定するか、あるいは場合に
よっては電位浮動の状態にしてもよい。プロセス空間Ｐ
内で行われるプロセスの内容によっては、加工チェンバ
内壁３６または少なくともその一部を熱電子陰極３に対
して陽極として作用させることにより、主として上記陰
極３と上記内壁部分の間で放電を形成する。
よって略示するように大地電位などのような基準電位に
設定するか、または無電位とすればよい。陰極チェンバ
１から電気的に絶縁されているから、加工チェンバ１１
も切換えスイッチ３４によって略示するように大地電位
に設定するか、基準電位に設定するか、あるいは場合に
よっては電位浮動の状態にしてもよい。プロセス空間Ｐ
内で行われるプロセスの内容によっては、加工チェンバ
内壁３６または少なくともその一部を熱電子陰極３に対
して陽極として作用させることにより、主として上記陰
極３と上記内壁部分の間で放電を形成する。
【００２８】さもなければ、破線で示すように電圧源１
４によって熱電子陰極３に対して陽極、即ち、正の状態
に設定される陽極３８を別設する。この場合、加工チェ
ンバ壁の電位はプロセスの内容に合わせて自由に設定さ
れる。陽極として作用させる部分はチェンバ１１のどの
部分でもよく、被加工物支持部材を陽極として作用させ
ることも可能である。
４によって熱電子陰極３に対して陽極、即ち、正の状態
に設定される陽極３８を別設する。この場合、加工チェ
ンバ壁の電位はプロセスの内容に合わせて自由に設定さ
れる。陽極として作用させる部分はチェンバ１１のどの
部分でもよく、被加工物支持部材を陽極として作用させ
ることも可能である。
【００２９】陰極チェンバ１及び／または加工チェンバ
１１へはガス供給管４０を介して低圧放電用イオン化ガ
スが供給され、場合によっては陰極チェンバ１及び／ま
たは加工チェンバ１１に反応ガスも供給され、前記反応
ガス、好ましくは加工チェンバ１１の反応ガスはグロー
放電における公知の態様で、気化または飛散してプロセ
スに関与する材料粒子と反応性エッチングまたはコーテ
ィングプロセスの枠内で反応する。
１１へはガス供給管４０を介して低圧放電用イオン化ガ
スが供給され、場合によっては陰極チェンバ１及び／ま
たは加工チェンバ１１に反応ガスも供給され、前記反応
ガス、好ましくは加工チェンバ１１の反応ガスはグロー
放電における公知の態様で、気化または飛散してプロセ
スに関与する材料粒子と反応性エッチングまたはコーテ
ィングプロセスの枠内で反応する。
【００３０】刺戟効果またはイオン化効果を一段と高め
るためには、参照番号３５で略示したように、ガス供給
管４０の電位をチェンバ壁の電位と切離し、地電位また
は他の電位に設定するか、あるいは無電位にすればよ
い。ポンプ・ユニット４２により加工チェンバ１１を真
空化する。少なくとも１つの隔板開口部９を有する隔板
手段は陰極チェンバ１内の圧力と加工チェンバ１１内の
圧力との間の圧力段としても作用する。圧力減結合効果
が達成されれば、両チェンバを相互の内部圧力に影響さ
れないように作用させることができる。その結果、反応
ガスが陰極３において反応し、その耐用寿命を急激に短
縮する陰極チェンバ１内の反応ガスに比較して加工チェ
ンバ１１内の反応ガスの部分圧をはるかに高いレベルに
維持することができる。逆に、加工チェンバ１１内の例
えばＡｒのようなバックグラウンド・ガスの部分圧を、
放電発生にこのガスを必要とする陰極チェンバ１内より
もはるかに低いレベルに維持することもできる。
るためには、参照番号３５で略示したように、ガス供給
管４０の電位をチェンバ壁の電位と切離し、地電位また
は他の電位に設定するか、あるいは無電位にすればよ
い。ポンプ・ユニット４２により加工チェンバ１１を真
空化する。少なくとも１つの隔板開口部９を有する隔板
手段は陰極チェンバ１内の圧力と加工チェンバ１１内の
圧力との間の圧力段としても作用する。圧力減結合効果
が達成されれば、両チェンバを相互の内部圧力に影響さ
れないように作用させることができる。その結果、反応
ガスが陰極３において反応し、その耐用寿命を急激に短
縮する陰極チェンバ１内の反応ガスに比較して加工チェ
ンバ１１内の反応ガスの部分圧をはるかに高いレベルに
維持することができる。逆に、加工チェンバ１１内の例
えばＡｒのようなバックグラウンド・ガスの部分圧を、
放電発生にこのガスを必要とする陰極チェンバ１内より
もはるかに低いレベルに維持することもできる。
【００３１】図２から明らかなように、シールド２０は
隔板開口部９の領域にぎりぎりの位置にまで達し、陰極
チェンバ壁の一部とクリアランスを形成する。同時に、
開口部９ａが別の絞りを形成する。このように構成すれ
ば、参照番号４２ａで示すように、上記クリアランスへ
のポンプアウトによって多段ポンプ効果を実現し、圧力
減結合効果をさらに高めることができる。
隔板開口部９の領域にぎりぎりの位置にまで達し、陰極
チェンバ壁の一部とクリアランスを形成する。同時に、
開口部９ａが別の絞りを形成する。このように構成すれ
ば、参照番号４２ａで示すように、上記クリアランスへ
のポンプアウトによって多段ポンプ効果を実現し、圧力
減結合効果をさらに高めることができる。
【００３２】図１０には図２の装置における隔板手段の
他の実施態様を断面的に示した。ここでは隔板手段その
ものが二重構造であり、これによって形成されるクリア
ランス１０において多段ポンプ効果が達成される。図１
０に示す実施態様において隔板開口部９ａ，９ｂにそれ
ぞれ設けたブッシングについては図４との関連で後述す
る。
他の実施態様を断面的に示した。ここでは隔板手段その
ものが二重構造であり、これによって形成されるクリア
ランス１０において多段ポンプ効果が達成される。図１
０に示す実施態様において隔板開口部９ａ，９ｂにそれ
ぞれ設けたブッシングについては図４との関連で後述す
る。
【００３３】図２に示す実施態様では、陰極チェンバが
詳しくは後述するように本発明の独自の態様に構成され
ている。これは本発明の第１の着眼点、即ち、アーキン
グ防止を実現するためであり、シールド２０を設けても
設けなくてもよいが、シールドを併用するのが好まし
い。このように構成した陰極チェンバ１ではその内壁の
少なくとも一部が点弧極として利用され、この点弧極は
図２に示す態様であることが好ましい。
詳しくは後述するように本発明の独自の態様に構成され
ている。これは本発明の第１の着眼点、即ち、アーキン
グ防止を実現するためであり、シールド２０を設けても
設けなくてもよいが、シールドを併用するのが好まし
い。このように構成した陰極チェンバ１ではその内壁の
少なくとも一部が点弧極として利用され、この点弧極は
図２に示す態様であることが好ましい。
【００３４】この構成によって実現される点弧作用につ
いて図５を参照して説明する。図５において時間軸ｔと
対比させてそれぞれの性質別に下記要素が記入されてい
る。 φB ；図２に示す電源２６の負電位、 φA ；加工チェンバ側に設けた放電電極、即ち、図２に
おける３８または加工チェンバ内壁３６の少なくとも一
部の電位、 φZ ；点弧極として利用される陰極チェンバ内壁の少な
くとも一部の電位、 φK ；図５において基準電位として利用される電源２６
の負極に対応する熱電子陰極３の電位 低圧放電点弧のため、先ず熱電子陰極３を線条電流ＩH
によって加熱し、電子を放出させる。例えばアルゴンの
ような少なくとも１種類のイオン化ガスを導入管４０か
ら加工チェンバ１１を介してまたは直接的に陰極チェン
バ１へ導入する。
いて図５を参照して説明する。図５において時間軸ｔと
対比させてそれぞれの性質別に下記要素が記入されてい
る。 φB ；図２に示す電源２６の負電位、 φA ；加工チェンバ側に設けた放電電極、即ち、図２に
おける３８または加工チェンバ内壁３６の少なくとも一
部の電位、 φZ ；点弧極として利用される陰極チェンバ内壁の少な
くとも一部の電位、 φK ；図５において基準電位として利用される電源２６
の負極に対応する熱電子陰極３の電位 低圧放電点弧のため、先ず熱電子陰極３を線条電流ＩH
によって加熱し、電子を放出させる。例えばアルゴンの
ような少なくとも１種類のイオン化ガスを導入管４０か
ら加工チェンバ１１を介してまたは直接的に陰極チェン
バ１へ導入する。
【００３５】図２に示す実施例では、陰極チェンバ１の
壁全体を熱電子陰極３に対して正電位に設定することに
より、放電点弧の前に熱電子陰極３と陰極チェンバ１の
壁との間に図５に示すような点弧電圧ＵZ を発生させ
る。前記壁と陰極の間の間隔設定の結果電界が発生し、
これによって放電点弧が起こり、同時に電子流とは反対
方向に（電気的対流関係に）放電電流の一部に相当する
電流ｉがユニット２８を、特にその好ましい実施態様で
は抵抗素子３０を流れる。
壁全体を熱電子陰極３に対して正電位に設定することに
より、放電点弧の前に熱電子陰極３と陰極チェンバ１の
壁との間に図５に示すような点弧電圧ＵZ を発生させ
る。前記壁と陰極の間の間隔設定の結果電界が発生し、
これによって放電点弧が起こり、同時に電子流とは反対
方向に（電気的対流関係に）放電電流の一部に相当する
電流ｉがユニット２８を、特にその好ましい実施態様で
は抵抗素子３０を流れる。
【００３６】陰極チェンバ１の壁の電位φZ が低下し、
図５に示すように放電中、陰極チェンバ１の壁と陰極３
の間の電圧ＵB が極めて低いレベルになる。従って、放
電の際にチェンバ１の壁が陽極として作用する程度は極
めて低い。一次放電は開口部９を有する隔板手段を挟ん
で陰極３と加工チェンバ側陽極との間に維持される。
図５に示すように放電中、陰極チェンバ１の壁と陰極３
の間の電圧ＵB が極めて低いレベルになる。従って、放
電の際にチェンバ１の壁が陽極として作用する程度は極
めて低い。一次放電は開口部９を有する隔板手段を挟ん
で陰極３と加工チェンバ側陽極との間に維持される。
【００３７】この簡単なアプローチを実現するために
は、加工チェンバ壁が陽極として利用される場合、陰極
チェンバ壁の少なくとも点弧極として利用される部分を
加工チェンバ壁から遮断しなければならない。簡単な態
様として陰極チェンバの壁全体を、従って、部分１７を
も点弧極として利用すると、前記部分１７は点弧後も図
５に示すように負のままであるから、この簡単なアプロ
ーチをアーキングを心配せずにデリケートなプロセスに
応用するにはこれも本発明の重要な構成要件であるシー
ルド２０の設置が必須条件となる。
は、加工チェンバ壁が陽極として利用される場合、陰極
チェンバ壁の少なくとも点弧極として利用される部分を
加工チェンバ壁から遮断しなければならない。簡単な態
様として陰極チェンバの壁全体を、従って、部分１７を
も点弧極として利用すると、前記部分１７は点弧後も図
５に示すように負のままであるから、この簡単なアプロ
ーチをアーキングを心配せずにデリケートなプロセスに
応用するにはこれも本発明の重要な構成要件であるシー
ルド２０の設置が必須条件となる。
【００３８】図３には、本発明の第１の着眼点に関連し
て少なくとも１つの開口部９を有する隔板手段を加工チ
ェンバ１１の壁によって形成することもできることを示
した。図４（ａ）〜（ｅ）には図２の断面図における隔
板手段を中心とした部分の好ましい実施態様を示した。
て少なくとも１つの開口部９を有する隔板手段を加工チ
ェンバ１１の壁によって形成することもできることを示
した。図４（ａ）〜（ｅ）には図２の断面図における隔
板手段を中心とした部分の好ましい実施態様を示した。
【００３９】図４（ａ）では図２の構成におけるシール
ド２０が隔板の少なくとも１つの開口部９まで達しては
おらず、隔板開口部９から距離を保った位置で部分１７
を囲んでいる。このように構成するだけでもアーキング
は著しく軽減され、特に、加工チェンバを陽極として利
用する場合、陰極チェンバを加工チェンバ壁とは異なる
電位にすることで好ましい成果が得られる。
ド２０が隔板の少なくとも１つの開口部９まで達しては
おらず、隔板開口部９から距離を保った位置で部分１７
を囲んでいる。このように構成するだけでもアーキング
は著しく軽減され、特に、加工チェンバを陽極として利
用する場合、陰極チェンバを加工チェンバ壁とは異なる
電位にすることで好ましい成果が得られる。
【００４０】すでに述べたように、隔板手段によって陰
極チェンバと加工チェンバの間に圧力段が実現されるこ
とは極めて有益である。この効果は図４（ｂ）〜（ｄ）
に示すように少なくとも１つの隔板開口部９の陰極チェ
ンバ側及び加工チェンバ側に図４（ｂ）に示すようにそ
れぞれブッシング４４K , ４４B を設けるか、図４
（ｃ）に示すように陰極チェンバ側だけにブッシング４
４K を設けるか、図４（ｄ）に示すように加工チェンバ
側だけにブッシング４４B を設けることによって強める
ことができる。
極チェンバと加工チェンバの間に圧力段が実現されるこ
とは極めて有益である。この効果は図４（ｂ）〜（ｄ）
に示すように少なくとも１つの隔板開口部９の陰極チェ
ンバ側及び加工チェンバ側に図４（ｂ）に示すようにそ
れぞれブッシング４４K , ４４B を設けるか、図４
（ｃ）に示すように陰極チェンバ側だけにブッシング４
４K を設けるか、図４（ｄ）に示すように加工チェンバ
側だけにブッシング４４B を設けることによって強める
ことができる。
【００４１】図４（ｂ）〜（ｄ）中、破線で示したのは
本発明のシールド２０である。図４（ｅ）ではブッシン
グ４４B1がシールド２０によって形成され、従って電位
浮動であり、この実施態様では略示するように必要に応
じて補助的な絶縁支持部材４６を設ける。本発明の方法
は低圧大電流ガス放電を利用し、本発明の真空加工装置
はこれを発生させる。本発明の方法は加工チェンバ内で
表面研磨を行うような用途に特に好適である。この場
合、被加工物の表面を浄化するか、あるいは図２に示す
真空チェンバ１１の内壁を浄化することができる。例え
ば、酸化物、炭素、炭素化合物から成る汚染物を除去す
るには、水素ガスを反応ガスとして使用する反応性研磨
プロセスによって極めてすぐれた成果を得られることが
立証された。従って、本発明の方法または装置を利用す
る場合には図２に示す装置の加工チェンバ１１に水素ガ
スが導入され、低圧アーク放電によって活性化される。
このような研磨方法を利用すれば、表面浄化に続いてこ
の研磨された面に高純度の接着層を沈積させることがで
きる。研磨速度は高く、このことは本発明の方法が高い
経済性を有することを意味する。
本発明のシールド２０である。図４（ｅ）ではブッシン
グ４４B1がシールド２０によって形成され、従って電位
浮動であり、この実施態様では略示するように必要に応
じて補助的な絶縁支持部材４６を設ける。本発明の方法
は低圧大電流ガス放電を利用し、本発明の真空加工装置
はこれを発生させる。本発明の方法は加工チェンバ内で
表面研磨を行うような用途に特に好適である。この場
合、被加工物の表面を浄化するか、あるいは図２に示す
真空チェンバ１１の内壁を浄化することができる。例え
ば、酸化物、炭素、炭素化合物から成る汚染物を除去す
るには、水素ガスを反応ガスとして使用する反応性研磨
プロセスによって極めてすぐれた成果を得られることが
立証された。従って、本発明の方法または装置を利用す
る場合には図２に示す装置の加工チェンバ１１に水素ガ
スが導入され、低圧アーク放電によって活性化される。
このような研磨方法を利用すれば、表面浄化に続いてこ
の研磨された面に高純度の接着層を沈積させることがで
きる。研磨速度は高く、このことは本発明の方法が高い
経済性を有することを意味する。
【００４２】低圧放電の電流は高レベルであるから、集
束の程度によっては電子ビームが容器壁に入射して例え
ば４００℃まで局部加熱することがあり、場合によって
は許容できない。容器内壁を浄化するような場合にはこ
の内壁に電子ビームが入射することはないが、基板表面
を浄化する場合にはこれに入射する。従って、上記温度
負荷を許容できないケースが少なくないことは明らかで
ある。プロセスの時間にもよるが、基板の温度は多くの
場合１１０℃を超えてはならない。しかも基板温度が数
分間でこのレベルに達することは珍らしくない。また、
電子ビームは装置の残留磁界、環境及び地磁界によって
偏向させられる。その結果、装置の空間的な配向に応じ
てビームの軌道が、従ってビームの入射範囲が変動する
ことになる。
束の程度によっては電子ビームが容器壁に入射して例え
ば４００℃まで局部加熱することがあり、場合によって
は許容できない。容器内壁を浄化するような場合にはこ
の内壁に電子ビームが入射することはないが、基板表面
を浄化する場合にはこれに入射する。従って、上記温度
負荷を許容できないケースが少なくないことは明らかで
ある。プロセスの時間にもよるが、基板の温度は多くの
場合１１０℃を超えてはならない。しかも基板温度が数
分間でこのレベルに達することは珍らしくない。また、
電子ビームは装置の残留磁界、環境及び地磁界によって
偏向させられる。その結果、装置の空間的な配向に応じ
てビームの軌道が、従ってビームの入射範囲が変動する
ことになる。
【００４３】さらにまた、基板の表面処理に際しては、
特に低圧アーク放電のプラズマが比較的強く集束してい
る場合、加工効果、例えば研磨速度にバラツキが現わ
れ、被加工物の１つの表面ゾーンが他の表面ゾーンより
も深く研磨される結果となり、しかもこれを制御するこ
とは比較的困難である。４０ボルトの低電圧で９０アン
ペアというような高い放電電流によってひきおこされる
上記の問題は、加工チェンバ内に経時的に一定もしくは
経時的に可変の磁界を発生させることですべて解決され
る。容器壁または基板の浄化プロセスにおいて局部的に
強く加熱されるのを防ぐため、低圧放電プラズマの電子
を磁界によって偏向させる。即ち、磁界を利用して浄化
すべきゾーンを絶えず変動させるか、または電子ビーム
の位置を変化させる。これによって浄化面全体の温度が
平衡する。
特に低圧アーク放電のプラズマが比較的強く集束してい
る場合、加工効果、例えば研磨速度にバラツキが現わ
れ、被加工物の１つの表面ゾーンが他の表面ゾーンより
も深く研磨される結果となり、しかもこれを制御するこ
とは比較的困難である。４０ボルトの低電圧で９０アン
ペアというような高い放電電流によってひきおこされる
上記の問題は、加工チェンバ内に経時的に一定もしくは
経時的に可変の磁界を発生させることですべて解決され
る。容器壁または基板の浄化プロセスにおいて局部的に
強く加熱されるのを防ぐため、低圧放電プラズマの電子
を磁界によって偏向させる。即ち、磁界を利用して浄化
すべきゾーンを絶えず変動させるか、または電子ビーム
の位置を変化させる。これによって浄化面全体の温度が
平衡する。
【００４４】装置を定位置に据付けた後の電子軌道に対
する地磁気及び残留磁界の影響は加工チェンバの補償磁
界を利用して補償する。加工すべき基板、特に例えば浄
化のためのエッチングを施すべき基板上に現われる低圧
放電の不均一な作用分布も軌道修正磁界を設けることで
少なくとも部分的に克服され、上記磁界によって電子ビ
ームの集束をゆるめることもできる。図２の装置に磁界
偏向を利用した場合と利用しなかった場合に現われるエ
ッチング処理の相違を図８及び９にグラフで示した。グ
ラフから明らかなように、エッチング分布プロフィルは
磁気的に制御することができる。
する地磁気及び残留磁界の影響は加工チェンバの補償磁
界を利用して補償する。加工すべき基板、特に例えば浄
化のためのエッチングを施すべき基板上に現われる低圧
放電の不均一な作用分布も軌道修正磁界を設けることで
少なくとも部分的に克服され、上記磁界によって電子ビ
ームの集束をゆるめることもできる。図２の装置に磁界
偏向を利用した場合と利用しなかった場合に現われるエ
ッチング処理の相違を図８及び９にグラフで示した。グ
ラフから明らかなように、エッチング分布プロフィルは
磁気的に制御することができる。
【００４５】磁界を設けることによってプラズマ密度が
高くなる。このようなプラズマ密度の増大はエッチング
すべき基板ゾーンに現われるから、局部的なプラズマ密
度の増大によってエッチング速度も高められる。このこ
とは入射する粒子の運動エネルギーを増大させることな
く達成される。こうしてエッチング速度が高められるこ
とで加工時間が短縮され、従って、基板の温度負荷が軽
減される。
高くなる。このようなプラズマ密度の増大はエッチング
すべき基板ゾーンに現われるから、局部的なプラズマ密
度の増大によってエッチング速度も高められる。このこ
とは入射する粒子の運動エネルギーを増大させることな
く達成される。こうしてエッチング速度が高められるこ
とで加工時間が短縮され、従って、基板の温度負荷が軽
減される。
【００４６】図６には図２の加工チェンバ１１を略示す
ると共に電子軌道ｅを略示した。磁界Ｂを設けることに
より軌道ｅが破線で示すように偏向させられる。磁界Ｂ
は永久磁石によって発生させるか、または１対あるいは
４極という意味で２対の電磁石を加工チェンバ壁に設け
ることによって発生させ、電子軌道及び電子ビームを最
適化する。
ると共に電子軌道ｅを略示した。磁界Ｂを設けることに
より軌道ｅが破線で示すように偏向させられる。磁界Ｂ
は永久磁石によって発生させるか、または１対あるいは
４極という意味で２対の電磁石を加工チェンバ壁に設け
ることによって発生させ、電子軌道及び電子ビームを最
適化する。
【００４７】図２の装置の簡略化した縦断面図である図
７から明らかなように、熱電子陰極３と一直線上に位置
しないようにして加工チェンバ１１内に被加工物支持部
材５０を設ける。このように配置すれば、陰極と被加工
物の有害な相互作用が防止されるから極めて有益であ
る。電子軌道ｅは隔板開口部９を通過したのち磁界Ｂに
よって被加工物支持部材５０または被加工物にむかって
偏向させられる。
７から明らかなように、熱電子陰極３と一直線上に位置
しないようにして加工チェンバ１１内に被加工物支持部
材５０を設ける。このように配置すれば、陰極と被加工
物の有害な相互作用が防止されるから極めて有益であ
る。電子軌道ｅは隔板開口部９を通過したのち磁界Ｂに
よって被加工物支持部材５０または被加工物にむかって
偏向させられる。
【００４８】従って、磁界を設けることにより、低圧放
電プラズマにおける電子ビームのコース及び／または広
がりを随意に設定することができる。図２の装置では抵
抗素子３０の抵抗値を２２オームとしたが、これによっ
て総放電電流は１０〜２０アンペア、陰極／陽極間電圧
は２５ボルトとなり、前記抵抗を１アンペアの電流が流
れるという結果になった。また、上記磁界による目ざま
しい効果、即ち電子軌道に対するすぐれた制御性は使用
する低圧放電の性質上電子の運動エネルギーが小さいか
らこそ可能であることに留意されたい。
電プラズマにおける電子ビームのコース及び／または広
がりを随意に設定することができる。図２の装置では抵
抗素子３０の抵抗値を２２オームとしたが、これによっ
て総放電電流は１０〜２０アンペア、陰極／陽極間電圧
は２５ボルトとなり、前記抵抗を１アンペアの電流が流
れるという結果になった。また、上記磁界による目ざま
しい効果、即ち電子軌道に対するすぐれた制御性は使用
する低圧放電の性質上電子の運動エネルギーが小さいか
らこそ可能であることに留意されたい。
【００４９】本発明の装置及び方法は特にその第１着眼
点において、例えばプロセスガス部分圧が１０-9ミリバ
ール以下でなければならない半導体製造のような極めて
困難な用途への低圧放電利用を可能にする。しかも本発
明のアプローチは１０-1以上という極めて高い総プロセ
ス圧力においてすでに上記のアーキングよりもはるかに
有利である。
点において、例えばプロセスガス部分圧が１０-9ミリバ
ール以下でなければならない半導体製造のような極めて
困難な用途への低圧放電利用を可能にする。しかも本発
明のアプローチは１０-1以上という極めて高い総プロセ
ス圧力においてすでに上記のアーキングよりもはるかに
有利である。
【００５０】本発明の方法を高真空または超高真空を必
要とする用途に利用する場合には、当然のことながら図
２に含まれる各部の絶縁及び密封連結をそれぞれの真空
技術分野で採用されている態様で実施することになる。
関与するプロセスガス及び反応ガスの部分圧が極度に低
い加工プロセスにおいては、図４（ｂ）〜図４（ｅ）ま
たは図１０に示したように隔板手段を構成することによ
り圧力段を形成するのが極めて有効であるとの実証を得
た。
要とする用途に利用する場合には、当然のことながら図
２に含まれる各部の絶縁及び密封連結をそれぞれの真空
技術分野で採用されている態様で実施することになる。
関与するプロセスガス及び反応ガスの部分圧が極度に低
い加工プロセスにおいては、図４（ｂ）〜図４（ｅ）ま
たは図１０に示したように隔板手段を構成することによ
り圧力段を形成するのが極めて有効であるとの実証を得
た。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、低
電圧放電を、例えば静電作用下で放電から加工チェンバ
へ導入した単極荷電体で被加工物を加工したり、比較的
高い電子密度及び比較的小さい電子エネルギーで被加工
物の表面に電子刺激化学反応を起こさせたりするような
極めて困難なプロセスに応用することができ、特に低温
加工プロセスや被加工物表面の薄膜被覆プロセス、例え
ばホモ−、及びヘテロ−エピタキシー被覆プロセスにも
応用できる。
電圧放電を、例えば静電作用下で放電から加工チェンバ
へ導入した単極荷電体で被加工物を加工したり、比較的
高い電子密度及び比較的小さい電子エネルギーで被加工
物の表面に電子刺激化学反応を起こさせたりするような
極めて困難なプロセスに応用することができ、特に低温
加工プロセスや被加工物表面の薄膜被覆プロセス、例え
ばホモ−、及びヘテロ−エピタキシー被覆プロセスにも
応用できる。
【図１】本発明の真空加工装置及び本発明に係る方法の
原理を示すブロック図である。
原理を示すブロック図である。
【図２】本発明の陰極チェンバを含む真空加工装置の好
ましい実施例を示すと共に、本発明に係る方法を説明す
るための概略図である。
ましい実施例を示すと共に、本発明に係る方法を説明す
るための概略図である。
【図３】他の実施態様における、図２の陰極チェンバか
ら加工チェンバへの過渡部を略示する部分断面図であ
る。
ら加工チェンバへの過渡部を略示する部分断面図であ
る。
【図４】さらに他の実施態様における、図２の陰極チェ
ンバから加工チェンバへの過渡部を示す部分断面図であ
る。
ンバから加工チェンバへの過渡部を示す部分断面図であ
る。
【図５】本発明に係る点弧方法を説明するため、図２に
示した装置の陰極チェンバにおける電位の動向を性質別
にそれぞれ時間軸ｔと対比させて示したグラフである。
示した装置の陰極チェンバにおける電位の動向を性質別
にそれぞれ時間軸ｔと対比させて示したグラフである。
【図６】加工チェンバにおけるプラズマの広がり及び特
に電子軌道の影響を制御するための磁界発生源を備えた
本発明の真空加工装置を略示する図である。
に電子軌道の影響を制御するための磁界発生源を備えた
本発明の真空加工装置を略示する図である。
【図７】被加工物支持部材を熱電子陰極と整列しない位
置に設け、放電の電子を磁界による制御によって被加工
物支持部材及び被加工物の方へ偏向させるようにした図
２の装置と同様の装置を示す概略図である。
置に設け、放電の電子を磁界による制御によって被加工
物支持部材及び被加工物の方へ偏向させるようにした図
２の装置と同様の装置を示す概略図である。
【図８】本発明に係る方法及び装置によってエッチング
処理されたウエハの半径と対比させて磁界偏向を利用し
なかった場合のエッチング分布を示すグラフである。
処理されたウエハの半径と対比させて磁界偏向を利用し
なかった場合のエッチング分布を示すグラフである。
【図９】磁界偏向を利用した場合を示す図８と同様のグ
ラフである。
ラフである。
【図１０】隔板手段に２つの圧力段を形成し、両圧力段
の間に多段ポンプ効果が得られるようにした図２の装置
からの簡略な部分断面図である。
の間に多段ポンプ効果が得られるようにした図２の装置
からの簡略な部分断面図である。
１…陰極チェンバ ３…熱電子陰極 ９…隔板開口部 １１…真空加工チェンバ ２０…（電荷浮動用）シールド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユーゴ フレイ スイス国，9470 ベルデンベルク，アン ゼルベク ８ (72)発明者 アルベルト ツェーゲル リヒテンシュタイン国，エフエル−9494 シャーン，バルトレデュラ 799 (72)発明者 ギュンテル ペテル スイス国，8889 プロンズ，リンデンベ ク ７ (56)参考文献 特開 平３−233835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−278736（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−43543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/06 H01J 37/08 H01J 37/30 H01J 37/32
Claims (37)
- 【請求項１】 陰極チェンバ（１）内に設けた少なくと
も１つの熱電子陰極（３）と隔板手段（７，９）を介し
て陰極チェンバ（１）と連通する真空加工チェンバ（１
１）内に設けた陽極（３８，３６）との間に低圧放電を
発生させる方法において、 隔板手段（７，９）の周りに位置して加工チェンバ（１
１）の内部空間と境を接する部分（１７）におけるスパ
ーク発生を、前記部分（１７）と間隔を保ってダークス
ペースを形成するシールド（２０）を浮動電位に保持す
ることによって少なくとも実質的に防止することを特徴
とする低圧放電の発生方法。 - 【請求項２】 隔板手段（７，９）の周りに位置して前
記内部空間と境を接する前記部分（１７）を一定電位
（φB , ｕ）で作用させることを特徴とする請求項１に
記載の方法。 - 【請求項３】 前記部分を低電圧放電のための点弧極と
して第１の電位（φB ）で作動させ、その後、前記低電
圧放電の動作中において、異なる電位（φB-u ）で作動
させることを特徴とする請求項１または２に記載の方
法。 - 【請求項４】 少なくとも１つの受動素子、好ましくは
抵抗素子（３０）から成り、流動する電流（ｉ）に応じ
た電圧を発生させる手段（２８）を介して前記部分（１
７）を一定電圧（φB ) に維持し、低圧放電に際して前
記部分（１７）の電圧を点弧電位（φB ）から陰極電位
（φK ）に向かって変化させるように放電電流の一部が
電圧降下（ｕ）を発生させることを特徴とする請求項３
に記載の方法。 - 【請求項５】 抵抗素子を介して前記部分（１７）を一
定電位（φB ）に維持することを特徴とする請求項３に
記載の方法。 - 【請求項６】 前記部分（１７）を加工チェンバ（１
１）の壁から電気的に絶縁（２２）することを特徴とす
る請求項１から請求項５までのいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 前記部分（１７）を陰極チェンバ壁
（１）によって形成することを特徴とする請求項１から
請求項６までのいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 前記部分（１７）を加工チェンバ壁（１
１）の電位とは異なる電位で作用させることを特徴とす
る請求項１から請求項７までのいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 加工チェンバ壁（１１）またはその一部
によって熱電子陰極に対する放電陽極を形成するか、ま
たは加工チェンバ内に加工チェンバ壁とは独立に電位を
設定できる例えば電極、基板支持体などで形成した陽極
（３８）を設けることを特徴とする請求項１から請求項
６までのいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 陰極チェンバと加工チェンバを異なる
動作圧で作用させると同時に隔板手段（７，９）を圧力
段として利用することを特徴とする請求項１から請求項
９までのいずれかに記載の方法。 - 【請求項１１】 隔板手段（７，９）にその圧力段作用
を高めるため陰極チェンバ側及び加工チェンバ側の少な
くとも一方にブッシング（４４）を設けることを特徴と
する請求項１０に記載の方法。 - 【請求項１２】 それぞれが圧力段を形成する少なくと
も２つの隔板手段を間隔を置いて設け、両隔板手段間で
多段ポンプの形で吸引効果を得ることを特徴とする請求
項１０または１１に記載の方法。 - 【請求項１３】 シールド（２０）を隔板手段（７）の
少なくとも１つの開口部（９）周りにまで達するように
形成することを特徴とする請求項１から請求項１２まで
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１４】 加工チェンバ内に固定的または経時可
変的に磁界を形成することによって低圧放電の空間分布
を制御することを特徴とする請求項１から請求項１３ま
でのいずれかに記載の方法。 - 【請求項１５】 場所に応じて変動する地磁気が低圧放
電電子の軌道に与える影響を前記磁界によって補償する
ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 低圧放電を利用して加工される表面ゾ
ーンに沿った低圧放電の作用配分及びプラズマ密度を前
記磁界によって制御することを特徴とする請求項１４ま
たは１５に記載の方法。 - 【請求項１７】 低圧放電を利用して加工される表面ゾ
ーンに沿った低圧放電の作用配分及びプラズマ密度を経
時的かつ位置的に前記磁界を変動させることによって制
御することを特徴とする請求項１４から請求項１６まで
のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１８】 加工チェンバ（１１）と、隔板手段
（７，９）を介して前記加工チェンバ（１１）と結合
し、低圧放電を発生させるための少なくとも１つの熱電
子陰極（３）を含む陰極チェンバ（１）とを有する真空
加工装置において、 隔板手段（７，９，１７）を囲み、且つ間隔を保ってダ
ークスペースを形成するようにして加工チェンバ側に加
工チェンバ内部空間と対向する浮動電位に設定されたシ
ールド（２０）を設け、 前記シールド（２０）によって前記内部空間から遮断さ
れている前記壁部分（１７）の少なくとも一部を一定電
位（φ B ）に維持し、 前記隔板手段の一部を構成する前記陰極チェンバの壁部
分（１７）を電流制限素子、特に抵抗素子（３０）を介
して熱電子陰極（３）の電位（φK ）に対して正の一定
電位（φB ）に維持したことを特徴とする真空加工装
置。 - 【請求項１９】 放電電流が流れていない状態で、前記
壁部分（１７）における電位（φB ）が熱電子陰極
（３）における電位（φK ）との間に点弧電圧（ＵZ ）
を決定することを特徴とする請求項１８に記載の真空加
工装置。 - 【請求項２０】 前記隔板手段の一部を構成する前記陰
極チェンバの壁部分（１７）の少なくとも一部を加工チ
ェンバの内部と対向する残りの壁部分（１１）から電気
的に絶縁したことを特徴とする請求項１８または請求項
１９に記載の真空加工装置。 - 【請求項２１】 前記隔板手段の一部を構成する前記陰
極チェンバの壁部分（１７）を加工チェンバ壁（１１）
の電位にしたことを特徴とする請求項１８から請求項２
０までのいずれかに記載の真空加工装置。 - 【請求項２２】 加工チェンバ（１１）内に、その壁ま
たは壁の一部、または加工チェンバ内の他の部分によっ
て放電のための陽極を形成したことを特徴とする請求項
１８から請求項２１までのいずれかに記載の真空加工装
置。 - 【請求項２３】 シールド（２０）によって遮断される
壁部分を陰極チェンバ（１）の壁の一部によって形成し
たことを特徴とする請求項１８から請求項２２までのい
ずれかに記載の真空加工装置。 - 【請求項２４】 シールド（２０）が隔板手段（７，
９）の少なくとも１つの開口部（９）にまで達している
ことを特徴とする請求項１８から請求項２３までのいず
れかに記載の真空加工装置。 - 【請求項２５】 隔板手段（７，９）を圧力段として構
成し、好ましくは少なくとも１つの隔板開口部（９）を
ブッシング（４４）によって陰極チェンバ側及び加工チ
ェンバ側の少なくとも一方へ延長したことを特徴とする
請求項１８から請求項２４までのいずれかに記載の真空
加工装置。 - 【請求項２６】 放電方向に互いに間隔を保つ少なくと
も２つの圧力段として形成された隔板手段を設け、好ま
しくは両隔板手段間にポンプ継手を設けたことを特徴と
する請求項１８から請求項２５までのいずれかに記載の
真空加工装置。 - 【請求項２７】 少なくとも陰極チェンバ（１）へ、例
えばアルゴンのようなイオン化ガスのための少なくとも
１つの導入管（４０）を開口させ、場合によっては反応
ガスのための導入管をも開口させることを特徴とする請
求項１８から請求項２６までのいずれかに記載の真空加
工装置。 - 【請求項２８】 少なくとも加工チェンバにポンプ装置
を接続したことを特徴とする請求項１８から請求項２７
までのいずれかに記載の真空加工装置。 - 【請求項２９】 請求項１乃至１７の何れか１項に記載
の低圧放電の発生方法を用いて、静電作用及び／または
電気力学的作用下で放電から加工チェンバへ導入される
単極荷電体によって加工チェンバ内で被加工物を加工
し、例えば電子密度が比較的高く、電子エネルギーが比
較的小さい状態で被加工物の表面に電子刺激化学反応を
起こさせる加工方法。 - 【請求項３０】 請求項１８乃至２８の何れか１項に記
載の真空加工装置を用いて、静電作用及び／または電気
力学的作用下で放電から加工チェンバへ導入される単極
荷電体によって加工チェンバ内で被加工物を加工し、例
えば電子密度が比較的高く、電子エネルギーが比較的小
さい状態で被加工物の表面に電子刺激化学反応を起こさ
せる加工方法。 - 【請求項３１】 請求項１乃至１７の何れか１項に記載
の低圧放電の発生方法を用いて、加工チェンバ内での被
加工物の低温処理プロセス及び／または被加工物表面の
薄膜被覆プロセス、例えばホモ−及びヘテロ−エピタキ
シー被覆プロセスを行う、加工方法。 - 【請求項３２】 請求項１８乃至２８の何れか１項に記
載の真空加工装置を用いて、加工チェンバ内での被加工
物の低温処理プロセス及び／または被加工物表面の薄膜
被覆プロセス、例えばホモ−及びヘテロ−エピタキシー
被覆プロセスを行う、加工方法。 - 【請求項３３】 請求項１乃至１７の何れか１項に記載
の低圧放電の発生方法を用いて、加工チェンバ内で被加
工物表面または加工チェンバ壁またはその一部をスパッ
タリングまたはスクレーピング処理する、加工方法。 - 【請求項３４】 請求項１８乃至２８の何れか１項に記
載の真空加工装置を用いて、加工チェンバ内で被加工物
表面または加工チェンバ壁またはその一部をスパッタリ
ングまたはスクレーピング処理する、加工方法。 - 【請求項３５】 前記スクレーピング処理にあたって、
水素ガスを前記加工チェンバ内に導入し、放電によって
活性化させることを特徴とする請求項３３に記載の加工
方法。 - 【請求項３６】 前記スクレーピング処理にあたって、
水素ガスを前記加工チェンバ内に導入し、放電によって
活性化させることを特徴とする請求項３４に記載の加工
方法。 - 【請求項３７】 陰極チェンバ（１）内に設けた少なく
とも１つの熱電子陰極（３）と隔板手段（７，９）を介
して陰極チェンバ（１）と連通する真空加工チェンバ
（１１）内に設けた陽極（３８，３６）との間に低圧放
電を発生させる装置において、 隔板手段（７，９）の周りに位置して加工チェンバ（１
１）の内部空間と境を接する部分（１７）におけるスパ
ーク発生を少なくとも実質的に防止するために、シール
ド（２０）を浮動電位であってかつ前記部分（１７）に
対してダークスペース距離に取り付けたことを特徴とす
る特徴とする低圧放電発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH01696/92A CH687111A5 (de) | 1992-05-26 | 1992-05-26 | Verfahren zum Erzeugen einer Niederspannungsentladung, Vakuumbehandlungsanlage hierfuer sowie Anwendung des Verfahrens. |
| CH01696/92-1 | 1992-05-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0676773A JPH0676773A (ja) | 1994-03-18 |
| JP3158158B2 true JP3158158B2 (ja) | 2001-04-23 |
Family
ID=4216464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11843593A Expired - Fee Related JP3158158B2 (ja) | 1992-05-26 | 1993-05-20 | 低圧放電の発生及び点弧方法並びに真空加工装置及び該装置の陰極チェンバ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
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| JP (1) | JP3158158B2 (ja) |
| KR (1) | KR100299158B1 (ja) |
| CH (1) | CH687111A5 (ja) |
| DE (2) | DE4345602B4 (ja) |
| FR (1) | FR2691834B1 (ja) |
| GB (1) | GB2267387B (ja) |
Families Citing this family (25)
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|---|---|---|---|---|
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| DE19705884A1 (de) * | 1997-02-15 | 1998-08-20 | Leybold Ag | Plasma-Zündvorrichtung |
| JP2868120B2 (ja) * | 1997-06-11 | 1999-03-10 | 川崎重工業株式会社 | 電子ビーム励起プラズマ発生装置 |
| JP4906169B2 (ja) * | 1997-06-13 | 2012-03-28 | エリコン・トレーディング・アクチェンゲゼルシャフト，トリュープバッハ | 被覆工作物を製造するための方法、その方法の利用およびそのための装置 |
| DE19725930C2 (de) * | 1997-06-16 | 2002-07-18 | Eberhard Moll Gmbh Dr | Verfahren und Anlage zum Behandeln von Substraten mittels Ionen aus einer Niedervoltbogenentladung |
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| TW455912B (en) | 1999-01-22 | 2001-09-21 | Sony Corp | Method and apparatus for film deposition |
| US6605175B1 (en) | 1999-02-19 | 2003-08-12 | Unaxis Balzers Aktiengesellschaft | Process for manufacturing component parts, use of same, with air bearing supported workpieces and vacuum processing chamber |
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| US6902774B2 (en) | 2002-07-25 | 2005-06-07 | Inficon Gmbh | Method of manufacturing a device |
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