JPH02123640A

JPH02123640A - 放電装置

Info

Publication number: JPH02123640A
Application number: JP27713488A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Asamaki; 麻蒔　立男; Naokichi Hosokawa; 細川　直吉; Atsushi Sekiguchi; 敦関口
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1988-11-01
Filing date: 1988-11-01
Publication date: 1990-05-11

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、放電装置一般に関するが、特に放電によっ
て生じたプラズマを利用してイオンビームを作りたい場
合、特にそのイオンビームのエネルギーを精密に制御し
たい場合、プラズマによって表面改質をしたい場合、エ
ツチング、プラズマＣＶＤ、　スパッタ、プラズマ合成
などなど、いわゆるプラズマ処理を行ないたい場合に適
用して特に効果がある。

（従来の技術とその問題点）いわゆる、パケット形イオンソース（例えば、石川順三著、アイオニクス株式会社刊、イオ
ン源工学、４１８頁、■）多極磁界大電流型（パケット
型）参照）は、イオンエネルギーのバラツキが小さく且つイオン電
流密度が高（、極めて秀れたイオンソースとして知られ
ている。しかしこの種のイオンソースは熱陰極を用いて
いるのが最大の欠点で、フィラメントの寿命が短い、熱
陰極の放射する熱のために機器の寿命が短い、変形しや
すい、信頼性が低い、更に、内部に活性な気体（例えば
、酸素や塩素）を導入してプラズマ処理をしたり、イオ
ンを取り出したりしたい場合、熱陰極の寿命が極端に短
く使用に耐えない、また、マイクロ波を用〜また場合、
整合が良好でな（反射波が多（プラズマの生成に対する
電力効率がよ（な〜１、などの欠点がある。

（発明の目的）本発明は、これらの欠点を解決した新しい放電装置の提
供を目的とする。

そして、新しいイオンソースのみならず、各種の表面処
理装置、プラズマ処理装置などの有益な装置を提供する
ことを目的とする。

（発明の構成）この発明は、立体的な面に沿って局在する磁場で囲まれ
た空間の内部に、マイクロ波導入空間に用〜）る磁場の
殆んど全てをプラズマ生成に用い、且つマイクロ波の導
入が容易な空間をもつ、局部高密度冷陰極放電手段を備
えて放電装置を構成することにより、完全冷陰極放電に
よる高密度でイオンエネルギーのバラツキの少ない放電
装置を構成する。

（実施例）次にこの発明を図面により詳しく説明する。

この発明はａＵｔを利用する分野においては極めて広く
利用できる。

例えば、いわゆる放電管等の真空封じ切り装置にも適用
できるし、イオンソースとして各種のイオンエネルギー
にも適用できる。更にプラズマを用いて各種のプラズマ
処理（産業上の利用分野の項で述べただけにとどまらず
）に利用できる。

第１ａ図および第１ｂ図に示す第１の実施例において、
先ず第１ｂ図のｌＯは放電室の内面に沿った局在磁場設
定手段で、筒状の磁石容器７１の内部に設けた多数のリ
ング状磁石１１、ポールピース１２により磁石容器７１
の内面に磁力線１３を生ずる。この磁力線は容器の内面
に連続的に且つ表面近々のみに局在する。磁力線は必ず
しも容器に添わなくても連続的に存在すれば良い。

この様子は二点鎖線１４で示すように、いろいろな形状
に作ることのできる容器の内部に、その面を覆うように
設定する。（磁石は真空に露出してもよい。その場合勿
論容器７１は不要である。

また、磁力線の設定は必ずしも永久磁石によらなくても
電磁石でもよい）。３０は、プラズマ（イオン、電子、
中性の活性種、光などｙＩＩ！気体から取り出して利用
し得る全てのものの総称として用いる）中の荷電粒子を
取り出して利用するための窓機構で、３１が窓、３２は
荷電粒子の引出しのための格子、８３は引出しのための
電源（交流、直流、マイクロ波など目的によって選ぶ）
、３４は荷電粒子の加速エネルギーを調整する格子で、
３６はエネルギー調整のための電源、３６は絶縁体であ
る。　　６０は全面局部放電手段で、５１は筒状電極、
５２は磁石で、筒状電極５１の表面にそって磁力線５６
を発生させ、放電発生手段５０の内部空間５３および６
４に冷陰極放電を行なわせることにより、高密度のプラ
ズマを生成させる。

６１および６２は絶縁体、６５は導入管で、その内部に
冷媒や電極５１の表面から処理用ガスを吹き出したい場
合のガスの導入を矢印６３で示すように行なう。５６は
絶縁体、５７はマツチング用テーパー絶縁体、５８はマ
ツチング用ラッパ管、５８は導波管で、整合器などの所
要のマイクロ波立体回路素子を経てマイクロ波電源６０
に接続される。

第１ａ図にて、７０は真空系で、７２は前述の各ｉｎ横
を収容し、動作させるための真空室、７３は予備排気室
、７４はこの２つの真空室を分離するための弁、７６は
プラズマにより処理する被処理体、７６はその保持台、
７７は導入管で電力、冷媒、反応処理用気体などの導入
を行なう。７８は被処理体にバイアスをかけるための電
源である。

７９および８０は排気系、８１はボンベ８２から処理用
気体を導入するためのバリアプルリークバルブである。

ここは、フローコントローラー等の、他の流ｉｌａ整装
置で置き換えても良い。これらのガス導入系は必要によ
りＷＩ数個設ける。

８３は扉、８４は被処理体７５を搬入、搬出するための
搬送系でその搬送方向を単に矢印で示しである。

この装置の代表的な運転例を示す。

内部を所定の圧力（必要により定めるが高度の膜を必要
とする場合はＸＨＶ、そうでないときはＵＨＶから低真
空までいろいろ用いられる）に排気後、被処理体７５を
搬入しくこれは、前放電などを含む前処理後でもよい）
所定の気体をバリアプルリークバルブ８１から導入し、
所定の圧力に保持したのちに各電源を動作させると、局
部高密度冷陰極放電によるプラズマが放電手段６００近
くの空間６３および５４で発生し、生じた大量の電子が
電源６４０作用により放電空間１６に入る。

空間１６に導かれた電子によって空間１６全体に一様の
プラズマが生成される。この空間には磁場は殆んどな（
且つプラズマ中の荷電粒子は局在磁場１４によって容器
７１への流入を妨げられるため、空間１６に高密度プラ
ズマが維持される。

電流密度が高い場合、この放電はアーク放電となる。放
電状態の設定は、導入ガス圧力を最適とした上で電源６
４を最適な種類と電圧、電流値に設定して行なう。この
プラズマにおけるイオンのエネルギー分布の広がりの幅
は極めて小さ（、被処理体７５への入射エネルギーを極
めて精度よ（制御することができる。しかも、完全冷陰
極放電なので、各種活性気体の放電においても放電状態
は安定で、信頼性が高い。

この実施例において、磁石５２から放射される磁力線は
、リング状電極５１の内部のものは勿論外部のものも全
てマイクロ波の放電に用いられるので、磁力は効率よ（
用いられる。磁場の強度もＥＣＲ条件が成立するように
設定するのが望ましい（例えば、マイクロ波が２．４５
ＧＨｚの場合８７５ガウス）。またリング状ｍ［ｉ５１
は内部が空洞で、マイクロ波が整合よ（導入され、プラ
ズマに効率よく吸収されるため高密度のプラズマを生成
できる。

このプラズマ中の表面処理に必要とされる荷電粒子に、
格子３２．３４を用いて、所定の運動エネルギーを与え
て、被処理体７５上に引き出すことができる。格子３２
．３４の形状にはグリッド、メツシュなどが用いられる
。エネルギーの調整は、電源３３．３５．７８を最適な
種類と電圧に設定することにより行なわれる。これらの
設定値およびその組合わせは、従来知られているように
多岐にわたるが、その１例を述べると、正イオンのみを
取り出したいときは、電源８３．３５を負（第１ｂ図の
現状）に設定する。イオンの運動エネルギーは、両電源
によって調整することができる。

電源３５の電圧の絶対値を電源３３の電圧の絶対値より
は低（ない範囲で低（するとエネルギーは小さ（なり、
エネルギーを大きくしたいときは電圧の絶対値を高（す
る。電子など負帯電体を取り出したいときはこれらの電
圧を正の値に設定する。

これらの設定には従来用いられている各種方式が用いら
れる。

なお、強いて放電空間の内部１６に磁場を設定したいと
きは、別のコイル６４１を設けることもできる。こうす
ることにより格子３２．３４を用いな（ともプラズマを
被処理体７５に集中することができる。さらに多数のコ
イルを設け、カスブ磁場、ミラー磁場を設け、所望の処
理を行なうことができる。これらは、よ喝知られたＥＣ
Ｒ関連の従来の技術を用いて実現される。

基板は第１ｂ図の７５１で示すように放電空間の内部１
６に持ち込むこともできる。

この発明は広い範囲に渡って適用することができる。今
その若干の例について説明する。

例えば、この装置を封じ切り装置にして、電源６４を０
Ｎ−ＯＦＦＩ、たり変化させると被処理体に流入する荷
電粒子も変化する。従ってこれを一種のスイッチあるい
は電流増幅器として用いることもできる。

被処理体７５０表面に、その窒化物や酸化物の薄い層を
成長させたい場合には、放電空間１６に窒素あるいは酸
素を導入して、そのイオンを作り、これを被処理体７６
に照射する。被処理体７５の温度はヒーター７６１によ
り制御される。イオンのエネルギーは格子３２．３４の
電圧により制御され、酸化や窒化の速度、膜質等を制御
できる。

被処理体の荷電粒子照射によるダメージを極小にしつつ
酸化膜や窒化膜を成長させるためにイオンのエネルギー
を１０ｅＶ程度以下の値に設定することが可能である。

本装置はイオン注入用にも使用できる。また酸化物超電
導体およびその薄膜に対しても、結晶性を破壊すること
な（酸素イオンを注入することができる。更にこの装置
をＣＶＤ装置として、例えば、窒化シリコン膜を作る場
合には、バリアプルリークバルブ８１からガスボンベ８
２の窒素を導入し、放電空間１６で窒素のイオンや中性
活性種を作る。その一方でシランを別のガス導入系８５
から導入して、両者を反応させると被処理体７５０表面
に窒化シリコン族を成長させることができる。同様にし
て酸化シリコン膜、その他の無機化合物膜あるいは有機
化合物膜を作ることもできる。

更にエツチング装置として本装置を用いる場合は、ガス
として塩素、塩素系化合物、フッ素、フッ素系化合物等
を導入し、放電空間１６でこれらのイオンや中性活性種
を作る。これらを被処理体７６に照射することにより、
いわゆるＲＵＥ反応により極微細加工を行なうことがで
きる。

また、この装置をスパッタ装置として使う場合には、バ
リアプルリークバルブ８１から（ガスポンベ８２の）ア
ルゴンを導入して、放電空間１６にそのイオンを作る。

薄膜にしたい材料をターゲットにして、８６１の位置に
のき、負電位を与えるとこれがスパッタされて被処理体
７５の表面に所望の薄膜を成長させることができる。ま
た薄膜にしたい材料は、ターゲットとして格子３２．３
４のところに置いてもよい。

被処理体７５の設置される位置の選択に関しては本発明
利用の全般に言えることで、処理の目的により最適な位
置を選んで設置される必要がある。

被処理体を７５１の位置に置くときは、格子電極３２．
３４は勿論不要であり、電源７８は最適な方式と電位に
選ぶ。例えば、エツチングやＣＶＤのときは、電源７８
を負の電位に保って最適な反応ガスを用いるのが望まし
い。また使用目的によっては、電源７８を高周波電源に
することで良好な結果が得られる場合もある。

本装置で良好な堆積膜の膜厚分布を得たい場合には、第
１ｂ図における被処理体と格子の間の距離を最適に設定
すべきである。

本装置をイオン源あるいは電子源として用いる場合には
、放電空間１６から、格子電位を適当に選んでイオンや
電子を取り出す。電子を用いたいときは格子３２の電位
を正に、イオンのときは負にし、格子ｗｉ極３４により
その電子やイオンを加速あるいは減速する。

光や中性活性種のみの供給源として用いることも、格子
を多数用いることによって荷電粒子を静電的に遮蔽する
ことにより可能である。

また、被処理体７５に光が照射されないようにするには
、「くの字形」の板を重ねた格子（真空ポンプによく用
いられるバッフルやトラップのような格子）を用いるの
がよい。

但し、上記は実用例のほんの一部で、本装置には上記以
外にも多数の広い範囲にわたった用途およびそれに応じ
た装置の変形が可能である。例えば、真空容器７２の一
部にフランジ７２１と０リング７２２を設けて取り付け
ることもできる。

第２図には磁石の別の実施例を示しである。この実施例
では磁石を多段に設けである。

第３図にはさらに別の磁石の実施例を示しである。この
実施例においては、仮想線５２３０周りに棒状の磁石（
円筒、円柱、角筒、角柱など）５２４から５２９を配広
した例で、全体として中空状の磁石とし、且つ空間５３
．５４を設けてマイクロ波の吸収が良好に行なえるよう
になっている。

第４図には、さらに他の実施例を示しである。

この実施例では真空容器７１に凹部７２３を設け、その
内部に磁石を設置しである。この実施例においては磁石
の交換、冷却、真空容器内部の清掃に大変便利である。

以上は何ら限定的な意味を持つものではな（、多数の変
更が可能であることは云うまでもない。

例えば、特願６３−７１１６１に用いられている各種の
技術、構成要素は殆んど全て用いることができる。特に
前記特許願中の第１ａｘ　　ｌｂｓ　　１ｃｓｌｄ図、
第３図から第７図の高密度冷陰極放電を起こすことので
きる局部放電手段５０を本願の高密度冷陰極放電を起こ
すことのできる全面局部放電手段５０と読み変えること
により同一思想で実施できる。さらに、第９図から第１
２図、第１５図から第２８図の実施例においても同様で
ある。

（発明の効果）本発明によれば、完全冷陰極放電を用い高密度のプラズ
マを作ることができ、更に、イオンエネルギーの均一性
の高いイオンソースを構成することができる。これを用
いて、新規な封じ切り放電管、さらに封じ切りでないイ
オンソース、各種の表面改質装置、プラズマ処理装置を
提供出来る。

これらの機器や装置は冷陰極ｔｌＩｍであるため酸素、
塩素、塩化水素、各種有機ガスなどを導入しても長期に
わたうて信頼度の高い運転を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図、第２図から第４図は、それぞ
れこの発明の実施例を示す。図中、ｌＯは内部の面にそった局在磁場設定手段、３０
はプラズマを取り出して利用するための窓、５０は高密
度冷陰極放電を起こすことのできる全面局部放電手段、
７１は真空容器である。特許出願人　日電アネルバ株式会社代理人　弁理士　　　村上　健次

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部を所定の圧力に保つことができる真空容器と
、前記真空容器の内壁の面に沿った局在磁場で囲まれた
空間と、前記磁場で囲まれた空間に発生したプラズマか
ら、各種の粒子を同時にもしくは選択的に取り出して利
用するための窓、および該空間内部に設けられた高密度
冷陰極放電を起こすことのできる全面局部放電手段を備
えたことを特徴とする放電装置。
（２）前記窓の近くへ、前記粒子を利用して処理される
べき被処理体を出し入れする搬送手段を備えたことを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の放電装置。