JPH11121197A - 磁気中性線放電型プラズマ利用装置 - Google Patents

磁気中性線放電型プラズマ利用装置

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JPH11121197A
JPH11121197A JP9285699A JP28569997A JPH11121197A JP H11121197 A JPH11121197 A JP H11121197A JP 9285699 A JP9285699 A JP 9285699A JP 28569997 A JP28569997 A JP 28569997A JP H11121197 A JPH11121197 A JP H11121197A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気中性閉曲線放電プラズマ処理装置におい
て、ループ状磁気中性線放電プラズマの内側に存在する
気体の効果的なブラズマ化により加工の一層の均一化及
び加工速度の一層の上昇を画ること。 【解決手段】形成されたルーブ状磁気中性線放電プラズ
マの放電管内最大径から最小径迄の大きさの変動を商業
周波数で実現させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気中性線放電(N
LD)プラズマ利用装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】先に本発明者は、真空容器内に連続して
存在する磁場零の位置である磁気中性線を形成するよう
にした磁場発生手段と、この磁場発生手段によって真空
容器内に形成された磁気中性線に沿って電場を形成して
この磁気中性線に放電プラズマを発生させる電場発生手
段とを設け、真空容器内でプラズマを利用して被処理物
を処理するようにした放電プラズマ処理装置を提案して
きた(特開平7−90632公報参照)。先に提案してきた
装置によって形成される磁気中性線放電ブラズマのうち
特に円形等の閉曲磁気中性線に沿って生成されるブラズ
マは、その外形がドーナツ状であり、これ迄多くの場合
他の方法で発生させていた塊状プラズマに比べて、適当
な距離を飛来する間にそのドーナツ断面が拡がってドー
ナツの内側ではその拡がりが重なるようになり、全体と
しては偏平な密度分布をもつようになって大型基板に均
一な表面加工を行うのに有利であることがこれまで実証
されてきた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、このよう
な先に提案した装置では、当初設定した閉曲磁気中性線
の大きさ(半径等)が巨大になると、内側に拡がった断
面同志が重なる迄に至らず周辺部に比べて中心部の密度
の薄いプラズマのまま基板上に到着して表面加工するこ
とになり均一性の実証に限界が生ずることになる。この
傾向とは別に発生される閉曲磁気中性線が円形の場合、
誘導電場が円の半径に比例して変わることに加えてドー
ナツ状のNLDプラズマ内に生起した高周波誘導電流が
印加した誘導電場を遮へいすることから特にNLDプラ
ズマ輪の内側では、誘導電場が小さくなりそこに存在す
る気体のイオン化が阻害されるという欠点が残る。幸
い、実際には高周波電場が連続して印加されるので軸付
近にイオン化されずに残されている気体は周りに拡散し
て磁気中性線領域に達してイオン化され、半周波毎にプ
ラズマ化されてゆくが、他方同時に流人されてくる気体
もあり、それらのイオン化を積極的に画ることが必要と
なる。
【0004】そこで、本発明は、NLDプラズマの特徴
であるその大きさ、位置及びプラズマ特性を商業周波数
で変動する諸パラメータで時間的に制御できるようにし
た磁気中性線放電プラズマ利用装置を提供することを目
的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による磁気中性線放電プラズマ利用装置
は、真空容器内に磁場零の空間的位置が接続して存在す
ることによって形成される磁気中性閉曲腺を生成する磁
場発生手段と、その磁気中性線に沿って高周波電場を印
加して気体を放電させることによってブラズマを発生さ
せる電場発生手段とを有し、その磁気中性閉曲線の大き
さ及び位置と印加する高周波電場の振幅及ひ周波数とを
50サイクル又は60サイクル等の商用周波数に合せて
同位相で変動させることを特徴としている。
【0006】
【発明の実施の形態】以下添附図面に示す実施例を参照
して本発明の実施の形態について説明する。図1には本
発明を実施している磁気中性線放電プラズマ利用装置を
原理的に示し、上下に順磁場用コイル1、3を設置し、
中間に逆磁場用コイル2を設置した3コイル系NLDド
ーナツプラズマ発生装置の断面図である。点Aはブラズ
マが管内壁に接触しない範囲で磁気中性線(NL)4の
最大の径の位置であり、点Bはプラズマの内径が互いに
接触しない範囲でNL4の最小の径の位置及び点Cは点
Bを更に下方に位置するウェハー5の方向に移動させる
位置である。NLDブラズマ環の内側に存在する中性粒
子をイオン化するには生成されるNLDプラズマ環内側
の空間を小さくしてゆけばよく、そのためにはイオン化
すべき中性気体の熱運動速度より早く磁気中性輪すなわ
ちNLの径を縮めてゆけばよいことになる。すなわち図
1においてNL4の径の最大値点Aから最小値点Bまで
縮めることであり、室温におけるAr等の不活性気体を
対象とする場合は50サイクル及び60サイクルの商用
周波数でA−B間を反復させることで充分となる。具体
的には、図1に示す装置における上下に順定常電流コイ
ル1、3と中間に逆定常電流コイル2を皆同軸上に設置
した3コイル系において、中間コイル2に流す電流の時
間的変化を図2の縦軸に示すようにNL4の最大径点A
を実現するための定常逆電流値に加えて商用周波数で変
動する電流を位相を合せて重畳することによりNL4の
最小径点Bへの移動が商用周波数の1周期の間に実現す
ることになる。なお、図1には装置を原理的に示してあ
り、3コイル系1〜3は適当には真空容器(図示してな
い)の側壁の外側に配置され、またウェハー5は真空容
器内に配置されている。
【0007】しかし乍がらこのままでは円形誘導電場は
半径に比例するという原理から、半径が小さくなればな
る程、電場が減りイオン化能力が落ちるのでそれを防ぐ
ことが必要となる。そのためには一つにはプラズマ発生
位置を加工される表面に近づけることであり、今一つは
プラズマの特性そのものを強力にすることである。NL
Dブラズマ半径が図1のA点からB点に迄縮むに応じて
プラズマの発生位置を表面加工されるウェハー5等にC
点迄近づけるには上下の順磁場コイル1、3に流す電流
の比を商用周波数で変化する中間コイル2の電流の変化
と同位相で変化させることによって実現することができ
る。
【0008】他方、生成されるNLDプラズマ輪の径の
縮小に応じて誘導電場を強くするには図2に示すように
高周波誘導電場の強度を商用周波数で変化する中間コイ
ル2の電流の変化と同位相で強くすることのほか、高周
波誘導電場の周波数を同様中間コイル2の電流の変化と
同位相て増加させることである。図2において、横軸は
時間、縦軸は最大径Aか実現しているとした時の中間コ
イル2の電流値、上下コイル1、3の電流値、高周波誘
導電場値及び誘導電場高周波数の値を点Aのレベルで示
し、それらを商用周波数で変化させる交流部分の変化の
様子を示し、点Bのレベルは最小径に対応する。
【0009】ドーナツ状NLDブラズマの太さはNLと
いう磁場零の底から四方に立上る磁場の壁の勾配と加え
る高周波電場の周波数とで決まる。13.56MHzの場合電子
サイクロトロン共鳴磁場は4.8ガウスであるので、NL
から4.8ガウス迄の距離をa0とすれば、NLDブラズマ
の太さは4a0程になる。NLを囲む磁場の壁の勾配が急
峻な程NLDブラズマの太さは細くなるし、緩やかな程
太くなる。もし上下方向がゆるく、半径方向が急であれ
ばそのNLDブラズマ断面は上下に伸びていわゆる帯状
となる。
【0010】ドーナツ形NLDプラズマを作成する際、
放電管内壁に触れない程の大径からドーナツの内側の孔
がなくなる程の小径迄ドーナツ状NLDプラズマの径を
変化させるには予め高周波電場の周波数を決め、最大径
点は管壁から2ao内側の点とし、最小径点は半径ドー
ナツプラズマの主半径と等しく2aoとして、両者を実
現するために必要な中間コイル2の電流値を算出して、
その両者の電流値の差を最大径点実現に必要な定常電流
値に加える商用周波数で変化する交流電流値としてセッ
トする。
【0011】上下2つの順コイル1、3の電流値の比を
変えてNL4の上下位置を下方に設置したウェハー5に
近づけるには、下方コイル3の電流を減らすか、又は上
方コイル1の電流を増やす必要がある。その選択は用い
る磁場の強さを可及的に少なくする加工を希む時は前者
を、それがなければ後者を選べばよい。通常、上下コイ
ル1,3を同大、同捲数、同捲き方として両者同電流の
時は中間コイル2と同面に、NL4を形成しておき、下
方コイル3の電流に商用周波数で減少する方向に脈動す
る電流を重ねて、而もその減少のタイミングを中間コイ
ル2に流す交流電流の増加のタイミングと一致させる。
脈動電流の大きさによってウェハー5へ近づく距離は変
わるので、予じめその関係を設定しておくことが必要で
ある。
【0012】プラズマを発生させるために印加する誘導
電場の強度を商用周波数で変化させる時も同様であり、
最大径点A時における印加する電場の人力PA(つまり
投入パワー)を先ず定め、最小径点B時における印加電
場の人力PBをPAと同じにするためには第一近似として PB=PA[(r0−2aoA)/2aoB2 (但しr0:管
内径) に迄高める必要がある。具体的には中間コイル2の電流
に加える交流電流の増加時にタイミングを合せPAから
A迄の増加を商用周波数で増加させる。高周波電場の
周波数自体を変動させる場合も中間コイル2の電流に加
えられる交流電流の増加に合せ、商用周波数で高周波誘
導電場の周波数を増加させる。
【0013】以下図示装置を用いた具体例について説明
する。管内径30cmの絶縁壁放電管を用い3コイル系NL
D装置において13.56MHzの高周波電場を用い、大径時の
0〜1.5cm従ってドーナツ状磁気中性線4の太さ約
6cmのNLDプラズマを作り、中間コイル2に170Aの
定常電流を流して最大径点Aを、210Aで最小径点Bを
定めた後、定電流を190Aにセットし、これに±20Aの
交流電流を重畳してNLD放電を生成させた。その結
果、NLDプラズマの発生条件を従来の条件と同じにし
て比較すると、定電流のみの時は斜めよりドーナツ形の
プラズマを認めることか出来たが、今回はプラズマ径の
脈動により視神経の残像効果も重なって管内が一様に明
るくなった。NLDブラズマはその発生の機構からは温
度より密度が増える特徴があり、この明るさの増加は明
らかに密度の増加、つまりプラズマ量の増加によるもの
と思われる。目下エッチレ一卜の増加の確認を行ってい
る。NL径の変動に合せて、高周波投入パワーの変化の
効果も確かめつつあるが、NL径の変動により既存の発
信器ではインピーダンスマッチングか崩れるので、明る
さの増加はNL径の僅かな変化の場合しか確かめていな
い。
【0014】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明による
磁気中性線放電型プラズマ利用装置においては、NLD
プラズマの特徴であるその大きさ、位置及びプラズマ特
性を商業周波数で変動する諸パラメータで時間的に制御
できるように構成しているので、ループ状磁気中性線放
電プラズマの内側に存在する気体の効果的なブラズマ化
により加工の一層の均一化及び加工速度の一層の上昇を
画ることができ、ループ状NLDプラズマが生成される
と、その内側の電場が弱くなる欠点を補うのにも効果が
あり、エッチングやスパッタリングやコーティング等の
あらゆる表面加工の一層の均一化や加工率の増加に一段
と役立つ有用な装置を提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施している3コイル系NLDドー
ナツプラズマ発生装置を原理的に示す概略断面図。
【図2】 図1に示す装置において最大NL径を実現す
る定常的な中間コイル電流値、上下コイル電流値、高周
波誘導電場値及び誘導電場高周波数の値を点Aのレベル
で示し、また、それらを商用周波数で変化させる交流部
分の変化の様子を示すグラフであり、点B及びCは最小
NL径の位置に対応する。
【符号の説明】
1: 上方の順磁場用コイル 2: 中間の逆磁場用コイル 3: 下方の順磁場用コイル 4: 磁気中性線ループ 5: ウェハー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に磁場零の空間的位置が接続
    して存在することによって形成される磁気中性閉曲腺を
    生成する磁場発生手段と、その磁気中性線に沿って高周
    波電場を印加して気体を放電させることによってブラズ
    マを発生させる電場発生手段とを有し、その磁気中性閉
    曲線の大きさ及び位置と印加する高周波電場の振幅及ひ
    周波数とを50サイクル又は60サイクル等の商用周波
    数に合せて同位相で変動させることを特徴とする磁気中
    性線放型プラズマ利用装置。
  2. 【請求項2】 磁気中性閉曲腺を生成する磁場発生手段
    が、ほぼ同大の2つの順磁場用コイルとこれら順磁場用
    コイルの間に1つの逆磁場用コイルとをいずれも同軸上
    に設置して構成され、これら3つのコイルに定常電流を
    流すと共に、中間の逆磁場用コイルに商用周波数におい
    て変動する交流電流を重畳することにより、形成されて
    いる磁気中性閉曲線の大きさを変動させて磁気中性線放
    電ブラズマの半径等の大きさを商用周波数で変動させる
    ことを特徴とする請求項1に記載の磁気中性線放型プラ
    ズマ利用装置。
  3. 【請求項3】 磁気中性閉曲線を生成する磁場発生手段
    が、ほぼ同大の2個の順磁場用コイルとこれら順磁場用
    コイルの間に1つの逆磁場用コイルとをいずれも同軸上
    に設置して構成され、これら3つのコイルに定常電流を
    流すと共に、2つの順磁場用コイルの定常電流比を商用
    周波数において変動させることにより、磁気中性線放電
    プラズマ生成位置を商用周波数で変動させることを特徴
    とする請求項1に記載の磁気中性線放電プラズマ利用装
    置。
  4. 【請求項4】 磁気中性閉曲線ブラズマを発生させる電
    場発生手段が高周波誘導型電場印加装置から成り、印加
    する誘導電場の振幅を商用周波数において変動させるこ
    とにより発生するプラズマの特性を制御することを特徴
    とする請求項1に記載の磁気中性線放電プラズマ利用装
    置。
  5. 【請求項5】 磁気中性閉曲線ブラズマを発生させる電
    場発生手段が高周波誘導型電場印加装置から成り、印加
    する誘導電場の周波数を商用周波数において変動させる
    ことにより発生するプラズマの特性を制御することを特
    徴とする請求項1に記載の磁気中性線放電プラズマ利用
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7355357B2 (en) 2005-09-27 2008-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Plasma accelerator
DE10326135B4 (de) * 2002-06-12 2014-12-24 Ulvac, Inc. Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10326135B4 (de) * 2002-06-12 2014-12-24 Ulvac, Inc. Entladungsplasma-Bearbeitungsanlage
US7355357B2 (en) 2005-09-27 2008-04-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Plasma accelerator

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