JP4068474B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマにより被処理物の表面酸化及び滅菌等を行なうのに適するプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、プラズマを用いた表面処理にあっては、プロセスガスが供給される真空状態のチャンバ内にプラズマを生成する。プラズマ中には、プラズマ密度に比例したイオン、電子、ラジカル等が存在し、それらが被処理物の表面に作用することで表面処理が行なわれる。この場合、処理速度を高める手段として、あるいは、処理の均一性を得るために、例えば、永久磁石を用いてプラズマ中の電子を閉じ込め、密度の高いプラズマを利用する手段が提案されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭59−143330号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
プラズマ処理に永久磁石を用いる特許文献1にあっては、プラズマ生成用の電極と磁石がそれぞれ独立して設けられた構造となっている。
【0005】
また、独立して設けられた磁石が真空容器を取囲むよう外側に配置されている場合には、電極によって生成されたプラズマ中の電子が最も集まる磁気中性点が真空容器の容器壁外部にできるようになるため、多数の電子が容器壁に衝突して消滅するためプラズマ密度はそれほど増大しない。
【0006】
また、プラズマを直接処理に使用する場合、電極と磁石が別々の方がプラズマ密度均一性などの面で好ましいが、より確実な滅菌処理を求める場合には、プラズマ密度を均一にするよりは、むしろ滅菌作用に優れるプラズマ中のラジカルを多く発生させたいという要望があった。
【0007】
そこで、この発明は、専用の電極をなくすと共に、より多くのラジカルが得られるプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明の請求項1にあっては、プロセスガスが供給され内部が被処理物の処理空間となる真空容器と真空容器内に配置されプラズマ発生用の高周波電源の電極となる磁石とを備え、磁石は被処理物を配置する処理空間を取囲むように、前記真空容器の天井面、両側面、底面に沿ってセット支持されたエンドレスのリング状の形状で、2個所以上に並列設置されており内側領域と外側領域の内、いずれか一方がS極、他方がN極で隣り合う磁石の対向面は互いに反対の磁極となっていることを特徴とする。
【0009】
これにより、磁石が電極となることで専用の電極がいらなくなる。一方、プラズマ中の電子は、磁場によって磁気中性点となる磁石の近接部位に閉じ込められると共に、くり返し受ける高周波電圧によって加速され、リング状に沿ってエンドレスに移動するため、壁面衝突による消滅が回避される。
【0010】
したがって、高密度のプラズマを磁石近傍に閉じ込めることが可能となり、プラズマ密度に比例してラジカルも増えるようになる。この結果、磁場に影響されないプラズマ中のラジカルは四方に拡散しリング状の磁石内部の処理空間に配置された被処理物は周囲(上下,両側の4面)の滅菌処理が効率よく行なわれるようになる。
【0011】
また、この発明の請求項2にあっては、プロセスガスが供給され内部が被処理物の処理空間となる真空容器と真空容器内の天井面側に偏位して水平方向に配置セットされプラズマ発生用の高周波電源の電極となる磁石とを備え、磁石は、内側領域と外側領域の内、いずれか一方がS極、他方がN極となるエンドレスのリング状に形成された内側中央部に直線状の磁石が配置セットされ、その内側の直線状の磁石によって外側のリング状の磁石との対向面が互いに反対の磁極となる長円形の閉軌道空間を備えた形状となっていることを特徴とする。
【0012】
これにより、磁石により閉じ込められたプラズマ中の電子は、長円形の閉軌道空間によって容易にエンドレスに移動することが可能となるため、壁面衝突による消滅が回避され、高密度のプラズマが得られる。
【0013】
これにより、プラズマ密度に比例してラジカルも増えるようになると共に、磁場に影響されないプラズマ中のラジカルは四方に拡散し、処理空間の被処理物は1面となる表面の滅菌処理が効率よく行なわれる。したがって、被処理物の一面処理に適するようになる。
【0014】
また、この発明の請求項3にあっては、長円形の閉軌道空間は、被処理物を配置する処理空間の一部分を取囲むよう水平方向から下方へ向かって垂直方向へ連続して屈曲された逆L字形の二極面形状となっていることを特徴とする。
【0015】
これにより、真空容器内において、例えば、天井面及び側壁の二極面にわたって閉じ込められた高密度のプラズマが得られる。これにより、プラズマ密度に比例してラジカルも増えるようになると共に、磁場の影響されないプラズマ中のラジカルは、四方に拡散し、被処理物の2面となる表面と側面の滅菌処理を行なう。したがって、被処理物の二面処理に適するようになる。
【0016】
また、この発明の請求項4にあっては、長円形の閉軌道空間は、被処理物を配置する処理空間の一部分を取囲むよう水平方向から下方へ向かって垂直方向へ延長され、さらに底面に沿って水平方向へと連続して屈曲されたコ字形の三極面形状となっていることを特徴とする。
【0017】
これにより、真空容器内において、例えば、天井面、側壁、底面の三極面にわたって閉じ込められた高密度のプラズマが得られる。これにより、プラズマ密度に比例してラジカルも増えるようになると共に、磁場に影響されないプラズマ中のラジカルは、四方に拡散し、被処理物の3面となる上下及び側面の滅菌処理を行なう。したがって、被処理物の三面処理に適するようになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図3の図面を参照しながらこの発明の第1の実施形態について具体的に説明する。
【0019】
図1はこの発明にかかるプラズマ処理装置1全体の概要説明図を示している。
【0020】
プラズマ処理装置1のチャンバ3は、真空容器となっている。前面は被処理物を出し入れするための開閉扉5(図3参照)となっていて、容器本体はアースGに接続されている。
【0021】
チャンバ3内には、プラズマ発生用の高周波電源7の電極となる磁石9が配置セットされている。
【0022】
磁石9は、前記チャンバ3の天井面3a、両側面3b、底面3cからほぼ同一の距離をおいたエンドレスのリング状に形成され、絶縁材からなる支脚11によって固定支持されている。
【0023】
磁石9とチャンバ3の壁面との距離は、近づきすぎると異常放電を起こしたり、あるいは、電子が壁面と衝突し易くなる不具合いを招く。一方、壁面から磁石9を離しすぎると内部空間、即ち、被処理物13を入れる処理空間が狭くなるため、これらの不具合が起きない位置に設定されている。
【0024】
磁石9の数は、チャンバ3内の広さによって決定される。この実施形態では図3に示すように開閉扉5側となる入口から奥へ向かって3箇所に配置され、内側領域と外側領域の磁極はS極とN極との関係に設定されている。具体的には、三つ並んだ磁石9の内、開閉扉5側から内側領域がS極、N極、S極の順となっている。外側領域がN極、S極、N極の順となる配置関係となっていて、隣り合う磁石の中央でリング状に形成された内側領域と外側領域のS極とN極の対向面が磁気中性点となっている。
【0025】
プラズマ発生用の高周波電源7は、回路インピーダンスを一定に調整するマッチング回路15を介して前記磁石9と接続連通している。
【0026】
なお、高周波電源7としては、13.56MHz のRF周波数が好ましいが、プラズマが発生する電源であれば、本発明の適用は可能である。
【0027】
一方、チャンバ3には吸引口17と供給口19がそれぞれ設けられている。供給口19はガス供給管21と接続し図外のプロセスガス供給部からチャンバ3内にプロセスガスが供給されるようになっている。供給管21にはガス制御弁23を有し、このガス制御弁23の開又は閉によってプロセスガスの供給及び遮断が可能となっている。
【0028】
プロセスガスとしては、アルゴン等の不活性ガス、酸素等の活性ガスがあり、それらを前記ガス制御弁23によって単独で用いてもよく、あるいはそれらを組合せた混合ガスとして用いることも可能である。
【0029】
吸引口17は、開閉弁25を介して真空ポンプ27と接続連通し、前記開閉弁25を開とすることで、真空ポンプ27の働きによってチャンバ3内は大気圧より減圧された所定の真空度が確保されるようになっている。チャンバ3内の真空度は真空センサ29からの信号を図外のコントローラで処理し、前記開閉弁25を調節することによって制御管理されるようになっている。なお、図1において31は大気開放用の弁を示している。
【0030】
このように構成されたプラズマ処理装置1によれば、真空状態のチャンバ3内にプロセスガスが供給される一方、高周波電源7から磁石9に高周波電圧が印加されることでプラズマが生成される。この場合、専用の電極が不用になると共に、プラズマは磁場によって磁石9の近接部位に閉じ込められると同時に、くり返し受ける高周波電圧によって加速されるため、原子状酸素の発生に必要な8電子ボルトのエネルギーを有する電子群が発生する。S極、N極の磁極の間に閉じ込められた電子は3つのグループからなり、一つはグランド電位のチャンバ3壁面と電極である磁石9との間に閉じ込められた一群の電子である。この電子は磁石9とチャンバ3の間に発生する自己バイアス電界と、磁極間の磁力線の両方に対して垂直方向に磁石9に沿ってゆっくりと運動する、いわゆるマグネトロンドリフトを示す。残りの一つは、チャンバ3中央側の磁石9表面近傍に閉じ込められる一群の電子、他の一つは、一対の磁極の中間部分に生じる磁気中性点近傍に閉じ込められる電子群である。これらの閉じ込められた電子群は磁石9の周囲をゆっくりと循環するため、チャンバ3の壁面や磁石9に衝突する可能性が小さい。これにより電極表面全体に高密度のプラズマを生成する。これにより、プラズマ密度に比例してラジカルも増えるようになると共に、磁場に影響されないプラズマ中のラジカルは、チャンバ内に拡散し被処理物13の四周の滅菌処理を行なうようになる。
【0031】
図4は、電極となる磁石9の第2の実施形態を示したものである。
【0032】
第2の実施形態の磁石9にあっては、図示していないが、例えば、チャンバ3の天井面3a側に配置セットして使用するものである。
【0033】
その構造は、内部が被処理物13の処理空間となるチャンバ3の天井面3aに偏位して配置され、内側領域となる下側をN極、外側領域となる上側をS極とした磁石9をエンドレスのリング状に形成する。一方、エンドレスのリング状に形成された磁石9の中央部位に、上側領域がN極、下側領域がS極となる直線状の磁石33を配置し、水平方向の長円形の閉軌道空間35を備えた形状となっている。
【0034】
この場合、磁石9を配置セットする際にチャンバ内の広さに対応して、例えば、仮想線で示すように並列配置とすることも可能である。
【0035】
なお、図示していないが、チャンバ3を含めた他の構成要素は第1の実施形態と全く同一である。
【0036】
したがって、この第2の実施形態の磁石9によれば、長円形の閉軌道空間35によって閉じ込められたプラズマ中の電子は閉軌道空間35内をエンドレスに循環することで、壁面衝突による消滅がなくなり、天井面3a側に高密度のプラズマが生成される。この時、磁場に影響されないプラズマ中の多量のラジカルは下方へ向け拡散することで、被処理物13の上面となる表面の滅菌処理を行なうようになる。
【0037】
したがって、この第2の実施形態にあっては表面となる1面を処理する一面処理の被処理物13に適している。
【0038】
図5は、第2の実施形態の変形例を示す第3の実施形態であって、被処理物13を配置する処理空間の一部分を取囲むように長円形の閉軌道空間35を水平方向35aから下方へ向かって垂直方向35bへ連続して屈曲された逆L字形の2極面形状の構造とするものである。
【0039】
この場合、磁石9を配置セットする際にチャンバ内の広さに対応して、例えば仮想線で示すように並列配置とすることも可能である。
【0040】
したがって、この第3の実施形態の磁石9によれば、水平方向35aと垂直方向35bの二極面にわたって高密度のプラズマが生成される結果、磁場に影響されないプラズマ中の多量のラジカルは、下方及び側方へ向け拡散することで被処理物13の上面及び側面の滅菌処理を行なうようになる。
【0041】
したがって、この第3の実施形態によれば、表面と側面の二面処理の被処理物に適している。
【0042】
図6は、第3の実施形態の変形例を示す第4の実施形態であって、被処理物13を配置する処理空間の一部分を取囲むように長円形の閉軌道空間35を、水平方向35aから下方へ向かって垂直方向35bへ延長し、さらに底面に沿って水平方向35cへ連続して屈曲されたコ字形の三極面形状の構造とするものである。
【0043】
この場合、磁石9を配置セットする際にチャンバ内の広さに対応して、例えば、仮想線で示すように並列配置としたり、あるいは、図示していないが、組合せることで処理空間の上下、全側面を取囲む形状とすることも可能である。
【0044】
したがって、この第4の実施形態によれば、上下の面と側面の3極面にわたって高密度のプラズマが生成される結果、磁場に影響されないプラズマ中の多量のラジカルは、下方、上方、側方へ向け拡散することで被処理物13の表面、裏面、側面の3面にわたって滅菌処理を行なうようになる。したがって、この第4の実施形態によれば、表面、裏面、側面の三面処理の被処理物に適している。
【0045】
尚、第4の実施形態で、2組の磁石を組み合わせることにより6面の処理に適するようにすることができる。また、実施に当たっては磁石の保護や冷却のため、磁石をパイプ内に設置したりパイプ内に冷却水を流す場合もある。
【0046】
【発明の効果】
以上、説明したように、この発明の請求項1によれば、電極となる磁石によって専用の電極がいらなくなる。
【0047】
また、プラズマ中の電子をリング状に循環させることが可能となるため壁面衝突による消滅を回避し高密度のプラズマが生成される結果、磁場に影響されないプラズマ中の多量のラジカルによって、被処理物の上下、両側となる四周の滅菌処理を効率よく行なうことができる。
【0048】
また、この発明の請求項2によれば、閉軌道空間によって、例えば天井面側となる一側に高密度のプラズマが得られる結果、被処理物の表面となる1面に適した滅菌処理を効率よく行なうことができる。
【0049】
また、この発明の請求項3によれば、閉軌道空間によって、例えば、天井面と側面にわたって高密度の被処理物の表面と側面の2極面に適した滅菌処理を効率よく行なうことができる。
【0050】
また、この発明の請求項4によれば、閉軌道空間によって、例えば、上下,側面の3面にわたって高密度のプラズマが得られる結果、被処理物の上下の面及び側面の3極面に適した滅菌処理を効率よく行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかるプラズマ処理装置全体の概要説明図。
【図2】チャンバ内を正面からみた概要説明図。
【図3】チャンバ内を側面からみた概要説明図。
【図4】磁石の第2の実施形態を示した概要説明図。
【図5】磁石の第3の実施形態を示した概要説明図。
【図6】磁石の第4の実施形態を示した概要説明図。
【符号の説明】
3 チャンバ(真空容器)
3a 天井面
3b 両側面
3c 底面
7 高周波電源
9 磁石
35 閉軌道空間
35a、35c 閉軌道空間の水平方向
35b 閉軌道空間の垂直方向
Claims (4)
- プロセスガスが供給され内部が被処理物の処理空間となる真空容器と真空容器内に配置されプラズマ発生用の高周波電源の電極となる磁石とを備え、磁石は被処理物を配置する処理空間を取囲むように、前記真空容器の天井面、両側面、底面に沿ってセット支持されたエンドレスのリング状の形状で、2個所以上に並列設置されており内側領域と外側領域の内、いずれか一方がS極、他方がN極で隣り合う磁石の対向面は互いに反対の磁極となっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- プロセスガスが供給され内部が被処理物の処理空間となる真空容器と真空容器内の天井面側に偏位して水平方向に配置セットされプラズマ発生用の高周波電源の電極となる磁石とを備え、磁石は、内側領域と外側領域の内、いずれか一方がS極、他方がN極となるエンドレスのリング状に形成された内側中央部に直線状の磁石が配置セットされ、その内側の直線状の磁石によって外側のリング状の磁石との対向面が互いに反対の磁極となる長円形の閉軌道空間を備えた形状となっていることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 長円形の閉軌道空間は、被処理物を配置する処理空間の一部分を取囲むよう水平方向から下方へ向かって垂直方向へ連続して屈曲された逆L字形の二極面形状となっていることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
- 長円形の閉軌道空間は、被処理物を配置する処理空間の一部分を取囲むよう水平方向から下方へ向かって垂直方向へ延長され、さらに底面に沿って水平方向へと連続して屈曲されたコ字形の三極面形状となっていることを特徴とする請求項2記載のプラズマ処理装置。
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