JPH03229859A - プラズマ処理装置 - Google Patents

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、各種薄膜形成装置・表面処理装置であると
ころのプラズマ処理、特に電子サイクロトロン共鳴（Ｅ
ＣＲ）を用いてプラズマを発生させ、広い領域にわたっ
て基板に均一なスパッタリング、ＣＶＤ、イオン注入な
どのプラズマ処理薄膜形成を可能にするプラズマ処理装
置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の電子サイクロトロン共鳴を使ったプラズマ処理装
置は、特開昭６３−２４４６１５号にあるように真空成
膜室の周囲に永久磁石を配置し、この永久磁石を真空成
膜室の周囲を回転させることによって、大口径の基板に
プラズマ処理が均一に行えるようにする技術がある。

第４図は、例えば特開昭６３−２４４６１５号公報に記
載された従来のプラズマ処理装置の実施例である。

動作について以下に説明する。

プラズマの形成は電子サイクロトロン共鳴により行なわ
れるが、電子サイクロトロン共鳴は高周波電界Ｅと、ソ
レノイドコイル６と永久磁石１６とにより作られる合成
磁界已により生ずる。

また、電子に作用する軸方向の力Ｆ２は合成磁界Ｂが軸
方向に一様でなければ作用し、ｄＢ の力が働く。従って第４図のプラズマ発生部１で発生し
たプラズマ中の電子が真空成膜室３に向は軸方向に加速
され、プラズマ中にはイオンを加速する電界Ｅ２が軸方
向に形成される。この電界Ｅオによってプラズマは全体
として軸方向に加速されることになり、軸方向に沿うプ
ラズマ流１０が発生する。

第５図は従来例による永久磁石の回転する機構を示す平
面図であり、永久磁石１６が真空成膜室３の周囲を回転
し、真空成膜室３内には回転磁界が発生する。

第３図（ａ）欄に示すように、処理基板表面近傍での磁
界の強さＨは、ソレノイドコイル６によってつくられた
Ｚ軸方向の磁界の強さＨ，、ｒ方向の磁界の強さＨ，と
永久磁石１６によってつくられたｒ方向の磁界の強さＨ
８の合成磁界になる。

永久磁石１６が存在しないときに比べ、永久磁石１６が
存在するときは、磁界の向きは永久磁石１６によるｒ方
向成分Ｈ１が加わる分だけｒ方向に向くようになる。永
久磁石１６によってつくられた磁界ＨＲが存在する領域
では、上述した磁界の合成による磁力線の向きの変化が
生ずる。

永久磁石１６を回転させると、永久磁石１６によってつ
くられる磁界Ｈ１も回転するので磁力線の向きの変化が
生ずる部分もそれにともなって回転し、磁力線分布も回
転する。

従って、プラズマ発生部１で発生したプラズマは、上述
したＨ２によって真空成膜室３に引き出されるが、真空
成膜室３ではプラズマ流１０は永久磁石１６で形成され
る磁界の影響を受ける。永久磁石１６により形成される
磁界は回転するので、プラズマ流１０も磁界の速度に応
じた直径および磁界の回転速度に等しい回転速度でＺ軸
を中心に回転を行なう。この動作は、プラズマ流１０が
広い範囲に渡ってプラズマ処理を行なうことを可能にし
また均一なプラズマ処理を行なうことを可能にする。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電子サイクロトロン共鳴を使ったプラズマ処理装
置は以上のように永久磁石を機械的に回転させ回転磁界
を発生するように構成されており■　永久磁石を使用し
ていることから、発生回転磁界強度が可変でない。

■　永久磁石を機械的に回転させる機構であるために、
回転磁界周波数に上限がある。

という課題があり、大口径基板への均一プラズマ処理に
対しである程度の効果は発揮するが不十分であった。

本発明は上記のような課題を解消するためになされたも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ発生部（
ＥＣＲチャンバ）の周囲に効果的に電子サイクロトロン
共鳴を利用してプラズマを生成するためのソレノイドコ
イルを配置し、このソレノイドコイルより基板側のプラ
ズマ処理（成膜処理）を行なう真空成膜室の周囲に固定
子巻線コイルを配置し、このコイルに交流電力を投入す
ることで真空成膜室内に回転磁界を発生させるようにし
たものである。

〔作　用〕

この発明における真空成膜室の周囲に配置された固定子
巻線コイルは交流電力の投入により真空成膜室内に回転
周波数可変及び磁界強度可変の回転磁界を発生し、プラ
ズマ発生部（ＥＣＲチャンバ〉周囲に配置されたソレノ
イドコイルによる直流発散磁界との合成により、プラズ
マ中荷電粒子を攪拌しつつ処理基板方向に引き出すよう
な最適・な回転磁界を生成する。

このことにより、均一かつ目的に合致した面積のプラズ
マビームを引き出すことが可能となる。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例を表わすものである。

第５図と同一の構成要素には同一の参照番号が付されて
いる。

プラズマの生成は、プラズマ発生部（ＥＣＲチャンバ）
１内での導入マイクロ波とソレノイドコイル６による直
流磁界とによる電子サイクロトロン共鳴によって行なわ
れる。

ＥＣＲプラズマでは電子は磁力線のまわりに円運動して
おり磁界方向に磁気モーメントμをもつ。

この磁気モーメントは発散磁界Ｂとの相互作用のために
磁界が発散する基板方向に電子を加速する。

処理基板２Ａとプラズマ発生部１とは電気的に絶縁され
ているために電気的中和条件が成立する必要があり、そ
の結果イオンを加速し電子を減速するような Ｂ で与えられる両極性電界（プラズマ流中電界）Ｅ２が発
生する。

このようにしてプラズマ発生部１で生成されたプラズマ
が基板方向に引き出され、プラズマ流１０が発生する。

第２図は、本実施例による固定子巻線コイル９の平面構
成図であり、真空成膜室３周囲に固定子巻線コイル９が
配置されている。固定子巻線コイル９に交流電力を投入
すると真空成膜室３内には回転磁界１１が生ずる。

第３図は、プラズマ生成し、固定子巻線コイル９に交流
電力を投入した場合のある瞬間の真空成膜室３内での磁
界を示すものである。

磁界Ｈ及びＨ′は、ソレノイドコイル６によってつくら
れたＺ軸方向の磁界Ｈ２及びＨｚ’　　　ｒ方向の磁界
Ｈ，及びＨｒ′、それに固定子巻線コイル９によってつ
くられた磁界ＨＲ及びＨＲ′の合成磁界になる。

固定子巻線コイル９に交流電力を投入しないときに比べ
、電力を投入したときは、磁界の向きはｒ方向成分Ｈ１
及びＨＲ’が加わる分だけｒ方向に向くようになる。

こうして、固定子巻線コイル９に交流電力を投入するこ
とにより、磁界ＨＲ及びＨａ＋’は投入電力の周波数と
同じ周波数で回転する回転磁界となり、磁界の向きの変
化が生ずる部分もそれに伴って回転し、磁界分布も回転
する。

従って、プラズマ発生部１て発生したプラズマは上述し
た電界Ｅ２によって真空成膜室３に引き出されるが、真
空成膜室３ではプラズマ流１ｏは固定子巻線コイル９で
形成される回転磁界の影響を受け、プラズマ流１０はＺ
軸（ソレノイドコイル６の中心軸）を中心に回転磁界の
強度に応じた直径および磁界の回転速度と同じ回転速度
をもって回転を行なう。

この動作は、プラズマ流１０が広範囲にわたってプラズ
マ処理を行なうことを可能とし、また均一なプラズマ処
理を行なうことを可能とする。

以上のように本発明に係るプラズマ処理装置では、実施
例に示すような効果を生み出すための回転磁界発生手段
として固定子巻線コイル９への交流電力投入を行なって
いるため ■　投入電力の変化による回転磁界強度すなわちプラズ
マ流回転直径が可変なことから、処理基板面積に応じた
プラズマ処理が可能 ■　投入電力周波数の変化による回転磁界の回転周波数
すなわちプラズマ流回転周波数が可変なことから、要求
されたプラズマ処理に応じた均一な処理が可能 という特徴を持ち、より高機能なプラズマ処理を可能と
する効果を持つ。

〔発明の効果〕

以上のように本発明に係るプラズマ処理装置によれば、
プラズマ発生部の周囲にソレノイドコイルを、真空成膜
室の周囲に固定子巻線コイルを配置し、それぞれのコイ
ルに直流及び交流の電力を投入するようにしたことによ
り、プラズマ流を適切な強度゛及び周波数で攪拌しつつ
基板方向に引き出すことができるので、基板に対しスパ
ッタリング、ＣＶＤ１イオン注入などのプラズマ処理を
均一にかつ小口径から大口径に至る幅広い範囲で行なう
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプラズマ処理装置を示
す断面構成図、第２図は本発明の一実施例に係る固定子
巻線コイル及び回転磁界を示す平面構成図、第３図は真
空成膜室内での合成磁界ベクトル図、第４図は従来のプ
ラズマ処理装置を示す断面構成図、第５図は従来のプラ
ズマ処理装置に係る永久磁石の回転機構を示す平面構成
図である。 １・・・プラズマ発生部（ＥＣＲチャンバ）、２Ａ・・
・処理基板、　２Ｂ・・・基板台、３・・・真空成膜室
、　４Ａ・４Ｂ・・・ガス導入配管、５・・・冷却水配
管、　　６・・・ソレノイドコイノペ７・・・石英製マ
イクロ波導入窓、 ８・・・導波管、　　　９・・・固定子巻線コイノペ１
０・・・プラズマ流　　１１・・・回転磁界、１２・・
・マグネトロン、 １３・・・マイクロ波電源、 １４・・・コイル電源、 １５・・・プラズマ発生用ガラス管、 １６・・・永久磁石、 １７・・・永久磁石１６を載置して回転する歯車、１８
・・・歯車１７を回転させる歯車、１９・・・回転軸、
　　　２０・・・回転駆動機。 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．プラズマ発生部（ＥＣＲチャンバ）の周囲に配置さ
   れたソレノイドコイルによる直流磁界と導波管からプラ
   ズマ発生部に導入されるマイクロ波の相互作用による電
   子サイクロトロン共鳴を利用してプラズマを発生させ、
   基板にスパッタリング、ＣＶＤ、イオン注入などのプラ
   ズマ処理を施すプラズマ処理装置において、上記プラズ
   マ処理を行なう真空成膜室の周囲に回転磁場制御用固定
   子巻線コイルを配置したことを特徴とするプラズマ処理
   装置。