JPH0349221A - 真空化学反応装置 - 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、真空化学反応装置に関し、特に多数の被処
理体を同時に一括処理する、いわゆるバッチ方式で均一
、高速かつ低損傷で処理したい場合に用いて効果が著し
い。

（従来の技術と解決すべき課題） 本発明の従来技術として例えば、平行平板式のエツチン
グ装置、プラズマＣＶＤ装置、アッシャ−スパッタ装置
などがある。しかしこれら従来の装置はいわゆる冷陰極
２極放電を利用しているためプラズマの密度が低く、高
速処理を行なうことが出来なかった。

一方、こうした２極放電に磁場を印加したいわゆるマグ
ネトロン放電を用いることにより処理を高速化出来るこ
とは知られているが、これまでは大面積の平行平板に適
合した磁場を印加し、十分な能力を有する方法が知られ
ていなかった。本願の発朋者は、プラズマの密度を高く
できるようにした真空化学反応装置を先に提案した（特
開昭６４−７５６９０号）が、電極の周辺部と中心部に
磁場強度に大きな差が出来ること、プラズマを収束する
手段を有してないため、プラズマが拡散しやすいなどの
欠点があった。また、回転磁界を用いて均一かつ高密度
のプラズマを生成できるようにした試み（例えば特開昭
６１−８６９４２号）も知られていたが、プラズマの偏
りが出来（前記公報中、第１３図参照）、そのためこの
近くにおかれた被処理体上に電流が流れ、基板やその上
の電子素子を損傷してしまうなどの問題点がある。

磁場のみならず、電極の形状などによるプラズマの偏り
が被処理体上に、処理時間中の一時でも現れるときは、
プラズマに敏感な電子素子に損傷を与える。

（課題を解決する為の手段） この発明の目的は、前記従来の問題点を解決し、大きい
面積を有する真空化学処理装置においても、マグネトロ
ン放電を被処理体の表面全域にわたって均一に、また電
子素子などへの損傷も殆んどなく行なうことが出来、か
つ高速処理を行なうことの出来る装置の提供にある。

この発明の別の目的は、プラズマの密度を高くしてプラ
ズマインピーダンスを低下させることにより被処理体に
対する各種のダメージ（温度上昇による変形、比較的高
エネルギーをもつ帯電体の衝撃による各種の損傷、器壁
からの異物混入による電気的、物理的、化学的性質の変
化）を軽減することにある。

以上のような目的を達成する為に、この発明は被処理体
の表面近傍におけるプラズマを均一化し、かつ収束させ
る手段を設けて真空化学反応装置を構成したものである
。

即ちこの発明の真空化学反応装置は、 （ａ）　　排気系により所定の圧力まで排気したのち所
定の気体を所定の圧力まで導入することの出来る真空室 働）　前記真空室内部に、被処理体を支持する為に設け
られ、電子の走行方向に滑らかな表面をもつ面状の電極 （ｃ）　　前記面状の電極の滑らかな表面と直交する電
界を設定する手段 （ｄ）　　前記面状の電極の少くとも周辺部において前
記電界と直交する磁力線を有し、前記磁力線が被処理体
の表面近傍では被処理体の表面にほぼ平行且つ均一とな
る磁場の領域を形成する手段（ｅ）　　少くとも前記磁
場の領域の電極周辺では帯電体を磁場の領域内へ電子の
走行方向を変更させる手段 とを備えていることを特徴としている。

前記（ｄｌおよび（ｅ）の手段は複数の環状コイル又は
永久磁石を介して構成されるもので、環状コイル又は永
久磁石の配置、形状および磁束密度等が考慮される。

（作　　用） この発明の真空化学反応装置によれば、前記（ｄ）の手
段で被処理体の表面近傍におけるプラズマが均一化され
ると共に、前記（ｅ）の手段でプラズマの拡散が防止さ
れる。

即ち前記（ｄ）および（ｅ）の手段は、大きい面積をも
つ面状の電極（平面または曲面）の周辺部に沿って、プ
ラズマの収束かつ均一化手段つき多重カスブ磁場（カス
プ磁場を多重化した意味）を形成させ、前記周辺部（電
極の全面積に対して中心部の面積は比較的小さく、周辺
部こそが電極面積の大部分を占める）を利用して大容量
高速処理をしようとするものである。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第１図（処理装置の概略の正面断面図）および第２図（
その電極部の拡大断面図）の実施例において、１０は真
空室で１１が反応室、１２および１５が排気系（図示し
ていない）を取り付けるｖト気管、１３および１４はバ
ルブ、１６はこれらのバルブを通して被処理体３２を出
し入れする搬送系（搬送系は詳しく述べないが、従来用
いられている各種方式の中から適当な系を目的に合わせ
て設計する）、１７は予備排気室である。

２０はこの発明の特徴となる磁場設定手段であって、磁
界の方向を同一にして同心円状に配置された円形の電磁
コイル２１１．２１２．２１３と２１４、およびこれら
の電磁コイルと同軸、同心円状に配置され、磁界の方向
を前記と対向するようにした円形の電磁コイル２２１．
２２２と２２３よりなり、円形の［プラズマ収束かつ平
坦化手段つき多重カスプ」　（以下、単に多重カスプと
言う）磁場を設定する。

この円形の多重カスプ磁場は、円盤状電極３１の周辺部
（前記軸が貫通する中心部を除いたその周辺部）の表面
に沿って、均一かつほぼ平行な半径方向に走る磁力線２
７．２８を作る。この磁力線は、コイルの位置を図のよ
うに配置することにより、くびれ部２７１．２７２．２
８１．２８２を生ずる。このくびれ部はプラズマに対し
てミラー磁場を形成し、プラズマ３９をハツチングの部
分に閉じ込め、プラズマを収束する手段を形成する。さ
らにこの実施例のように同心円状にコイルを配置する場
合、その外周部では磁場が弱くなりやすい。これを防ぐ
ためこの実施例では中心から外部に行くに従って（２１
１より２１２．２１３より２１４〜と）大形で、起磁力
（アンペアターン）が大きいコイルを配置し、プラズマ
の全空間にわたって被処理体３２の近くに均一かつ被処
理体表面に平行な磁場の領域Ａを設定している。２５と
２６はこれらの電磁コイルを励磁するための磁場用電源
である。この電源の出力の極性を変更させるときは反対
方向の磁力線が得られる。また、交番電源を用いること
により、より均一な処理の可能な交番磁界を設定するこ
とが出来る。更にこれら多数の電磁コイルにそれぞれ別
々の電源を設け、かつその電流値を適当に選ぶことによ
って、プラズマの密度を均一にしたり所定の分布をもた
せたりすることが出来る。

３０は電極系であって、３１が電極、３２が被処理体、
３３が電極導入管、３４が上部電極、３５が上部電極導
入管、３６および３７は電極３１および上部電極３４へ
電力を供給する電源である。

これらの供給電力は交流、直流、ＲＦあるいはマイクロ
波、いずれでもよい。電極は、電子の走向方向（矢印Ａ
と直角方向の円周上、後述の第３図（ｂｌ中−点鎖線Ａ
−１及びＡ−２に添った方向）で滑らかな表面を有して
おり、大きなうねりによってプラズマに偏りを発生させ
るような不連続部が無いようにしている。電圧の印加に
より電極の表面に電極表面と直交する電界を発生する。

この電界と前記した磁界は、殊に、電極の周辺部の表面
で正しく直交し、反応室１１内を適正な圧力範囲で保つ
ことにより前記直交部分に強く、かつ被処理体３２の近
くに収束された均一なマグネトロン放電を起こすことが
出来る。

３８は電極３１の回転方向を示す矢印で、この回転は電
極導入管３３を通して反応室内に導入されている。処理
の分布をより均一にするのに役立つ０ ４０はガス導入系で、４１はバリアプルリークバルブ、
４２は流量調節系、４３はガスボンベである。

この装置は、通常のエツチング装置、プラズマＣＶＤ装
置、アッシャ−スパッタ装置などと同様に運転する。被
処理体３２は、バルブ１３．１４を開・閉して反応室１
１に搬入する。

反応室１１は、処理の種類に応じ予め設定された圧力以
下に排気した後、所定の反応を行なわせるための所定の
気体をボンベ４３から導入し、反応室内を所定の圧力に
調整する（反応中に圧力を変化させる必要のあるときは
、所定のプログラムに従って変化させる。ガスの種類組
成も必要に応じて定められ、かつ変更される）。

しかる後、電源３６、必要により電源３７を動作させる
と、被処理体３２の全面に、斜線ハツチング３９で示し
たような均一なプラズマを発生し、被処理体３℃をエツ
チングしたり、表面に被膜を形成したり、表面に窒化、
酸化などの改質処理などを行なうこと出来る。

この装置をスパッタ装置として用いたい場合、被処理体
３２のところに薄膜化したい材料を置く。

望ましくは下部電極３１の放電にさらされる全面にわた
って配置する。薄膜を付着させたい基体３２１は上部電
極３４の表面に設置するとよい。

この実施例の装置では、プラズマの密度を冷陰極２極放
電に比較して１０倍以上も高く出来、プラズマインピー
ダンスを格段に低下できるので、極めて高速の処理を低
損１易で行なうことが出来る。

例えば、電極３１として直径８００順程度の円盤を使用
する場合、従来は２ｋＭ程度の電力を用いて５ｉ０２の
エツチングを７００人１０＋Ｉｎ程度の速度で処理を行
なうのが限界であったが、本実施例のマグネトロン化の
場合は、電力を３ｋｌｌｌ程度に増力でき、更にエツチ
ング速度は３０００人／ｓｉｎにも飛躍的に増速するこ
とが出来た。

特にプラズマを基板の近傍に収束出来たので、プラズマ
が真空容器の壁１１１の部分を衝撃することがなくなり
、衝撃による各種の害（例えば真空容器の加熱、スパッ
タのときはスパッタによる不純物の発生、エツチングや
ＣＶＤのときも不純物の被処理体３２や基体３２１への
混入によるダメージなど）を防ぐことが出来た。更に同
−電力時の処理速度（エツチング速度、成膜速度、スパ
ッタ速度など）を向上出来た。

第３図（ａ）及び第３図（ｂ）（第３図（川の３−３′
断面図）には、別の実施例を示しである。この実施例で
は、磁場の均一性と強度を増大させるために電磁コイル
２１５．２１６．２２４．２２５．２２６を更に設けで
ある。さらに、磁場の強化と被処理体の表面にほぼ平行
且つ均一な磁場の領域Ａを優れたものとしたい場合には
、破線で示したヨーク２３１．２３４、ポールピース２
３２．２３５．２３３．２３６を設けるとよい。尚、２
９．２９０は磁力線、２９０１はそのくびれ部である。

第３図（ｂ）中に示した３８１は処理の均一性を向上さ
せるために基板３２を自転させることを表している。

第４図には他の実施例の磁場設定手段の平面図（上半分
の部分図であって、下半分はこれと対称形）が示しであ
る。第１図から第３図の実施例においては、多重カスブ
磁場を発生させる電磁コイル２１１．２２１．２１２．
２２２．２３１・・・は円形であったが、この実施例の
２１．２２．２３のように同心の角形にすることも出来
る。その地形状は必要により選定する。

第５図にはさらに別の実施例の概略の正面断面図を示し
である。

この実施例では、磁気回路が更に工夫されている。２９
１および２９２はヨークで、反応室１１をほぼ覆いつク
シ、磁気が外部に洩れないようにするとともに、被処理
体の近くで磁束密度が高くなるようにしている。なお真
空室１１は上下に、１１１と１１２に分割されるように
なっている。

１１３．１１４．１１７はＯリング、１１５と１１８は
絶縁体である。この実施例では、電磁コイル２２１と２
２２は真空室の内部に設けられているが、これらは例え
ば、二点鎖線１８．１８で示すように、各電極３１．３
４の近くにまで真空室を縮小する構造により、電磁コイ
ルを真空外に配置するようにも出来る。その場合、更に
電磁コイルの内部に（断面の輪郭を二点鎖線２９３で示
すように）ポールピースを突出させて、磁場を一層強化
することも出来る。磁力線によるプラズマ収束をよりよ
く行うために、ポールピース２９１１．２９２１、さら
にヨーク２９１２とその内部のポールピース２９１３を
設けると一層有効である。

第６図には更に他の実施例を示しである。この実施例は
、多重カスブ磁場を永久磁石で得るもので、ヨーク２９
１と２９２に取付けられた、永久磁石２９４．２９５（
極性は、図の符号ＮとＳ（またはこの逆）で示すように
する）で被処理体３２の表面に前記同様の多重カスブ磁
場を設定する。

磁場の分布の均一性を確保するために、磁石の磁極の形
状を二点鎖線２９６で示すようにすることもある。しか
し、ギャップが比較的無いときなどは逆に２９７のよう
にすることもある。要は磁場をプラズマを一様、かつ必
要部分に集めるように設計することである。

本発明の電極は上記実施例のような平面形に限定されな
い。球面や円筒面などの曲面にしてもこれらの磁界、電
界を構成できることはあきらかである。

その外、これまで様々な実施例を挙げたが、以上は何ら
限定的な意味を持つものではなく、本発明はその趣旨を
尊重しつつ、これに多数の変更を加味することが可能で
あることは言うまでもない。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したような構成と作用を有している
ので、大きな被処理面を有する化学処理装置においても
、大容量高速、かつ均一の処理を行なうことが出来ると
共に、被処理体の損傷を防止できる効果がある。

又、プラズマのインピーダンスも低下させることが出来
るので被処理体に対する高インピーダンスに寄因する各
種のダメージも大幅に軽減することが出来る効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の構成図、第２図は同じ〈実
施例の要部拡大断面図、第３図はこの発明の他の実施例
の図で、第３図（ａ）は一部所面図、第３図（ｂ）は第
３図（ａ）における３−３′線における一部断面図、第
４図はこの発明の別の実施例の電磁コイルの一部平面図
、第５図はこの発明の更に別の実施例の一部断面図、第
６図はこの発明の永久磁石を使用した実施例の一部断面
図である。 １０・・・真空室　　　１２．１５・・・排気系２５．
２６．３６．３７・・・電源 ２７．２８．２９．２９０・・・磁力線３１・・・面状
の電極　３２・・・被処理体４０・・・ガス導入系 ２７１．２７２．２８１．２８２．２９０１・・・くび
れ部 Ａ・・・被処理体の表面にほぼ平行且つ均一となる磁場
の領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　（ａ）　排気系により所定の圧力まで排気したのち
   所定の気体を所定の圧力まで導入することの出来る真空
   室 （ｂ）　前記真空室内部に、被処理体を支持する為に設
   けられ、電子の走行方向に滑らかな表面をもつ面状の電
   極 （ｃ）　前記面状の電極の滑らかな表面と直交する電界
   を設定する手段 （ｄ）　前記面状の電極の少くとも周辺部において前記
   電界と直交する磁力線を有し、前記磁力線が被処理体の
   表面近傍では被処理体の表面にほぼ平行且つ均一となる
   磁場の領域を形成する手段 （ｅ）　少くとも前記磁場の領域の電極周辺では帯電体
   を磁場の領域内へ電子の走行方向を変更させる手段 とを備えたことを特徴とする真空化学反応装置