JPH11288799A - 永久磁石を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置 - Google Patents
永久磁石を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のプラズマ発生装置の有する課題であ
る、極めて電力消費の大きなソレノイドを使用している
点、マイクロ波の漏洩を防止する窓はスパッタリングに
よって飛散した金属原子によって覆われがちな点等を解
決することが本発明の解決課題で有る。 【解決手段】 本発明は、内部を負圧に保持する気密な
チャンバ（１０）と、９０度に屈曲した直角エルボー部
（１３）を経てチャンバに直角に繋がるマイクロ波照射
ガイド（１２）であって、照射ガイド（１２）とエルボ
ー部（１３）の間に気密なマイクロ波の窓（１５）を設
け、負圧下にあるエルボー部の数センチメートル内側の
領域で電子サイクロトロン共振を発生させる照射ガイド
と、マイクロ波の両側に設けられた極性が逆向きの第１
と第２の磁石と、チャンバからは電気的に絶縁され負に
帯電したスパッタリング標的（２１）と、プラズマ流の
イオン種を制御すべくガスを注入する手段（２７）とか
ら構成される線形マイクロ波プラズマ発生装置によって
上記の課題を解決する。
る、極めて電力消費の大きなソレノイドを使用している
点、マイクロ波の漏洩を防止する窓はスパッタリングに
よって飛散した金属原子によって覆われがちな点等を解
決することが本発明の解決課題で有る。 【解決手段】 本発明は、内部を負圧に保持する気密な
チャンバ（１０）と、９０度に屈曲した直角エルボー部
（１３）を経てチャンバに直角に繋がるマイクロ波照射
ガイド（１２）であって、照射ガイド（１２）とエルボ
ー部（１３）の間に気密なマイクロ波の窓（１５）を設
け、負圧下にあるエルボー部の数センチメートル内側の
領域で電子サイクロトロン共振を発生させる照射ガイド
と、マイクロ波の両側に設けられた極性が逆向きの第１
と第２の磁石と、チャンバからは電気的に絶縁され負に
帯電したスパッタリング標的（２１）と、プラズマ流の
イオン種を制御すべくガスを注入する手段（２７）とか
ら構成される線形マイクロ波プラズマ発生装置によって
上記の課題を解決する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スパッタリングに
よって表面被覆または表面処理を行うための、永久磁石
を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置に関するもの
である。
よって表面被覆または表面処理を行うための、永久磁石
を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来技術】電子サイクロトロン共振発生装置は、超振
動数空間のような閉空間内において１つまたは複数種類
のガスまたは金属蒸気からなる媒体をイオン化させてイ
オンを得る。このイオン化は、気体状の媒体と電子サイ
クロトロンによる共振によって高速度に加速された多数
の電子の相互作用によって生じるものである。この共振
は、空間に生成されたマイクロ波による電磁場と当該空
間を蔽う磁場の協働作用によって得られる。
動数空間のような閉空間内において１つまたは複数種類
のガスまたは金属蒸気からなる媒体をイオン化させてイ
オンを得る。このイオン化は、気体状の媒体と電子サイ
クロトロンによる共振によって高速度に加速された多数
の電子の相互作用によって生じるものである。この共振
は、空間に生成されたマイクロ波による電磁場と当該空
間を蔽う磁場の協働作用によって得られる。
【０００３】電子サイクロトロン共振はフィラメントや
カソードを使用することなく密度の高いプラズマを生じ
させることができる。参考文献１（文末の一覧を参照）
に記載された実施例によれば、スパッタリングによって
材料を合成するために強力なイオン流を作るために、２
つの長方形の導波管を有する電子サイクロトロン共振発
生装置が使用されている。
カソードを使用することなく密度の高いプラズマを生じ
させることができる。参考文献１（文末の一覧を参照）
に記載された実施例によれば、スパッタリングによって
材料を合成するために強力なイオン流を作るために、２
つの長方形の導波管を有する電子サイクロトロン共振発
生装置が使用されている。
【０００４】０．０８７５テルサに電子サイクロトロン
共振域を有するプラズマチャンバに２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を照射すると、１０−４ないし１０−３ｍｂａ
ｒの低圧下でガスのイオン化を生じる。このようにして
発生したイオンと電子は、磁場に従って拡散し、負の電
荷を帯びたターゲットに到達する。スパッタリングは、
−５００ボルトで、シリコンまたは水晶の基板に対して
実施される。プラズマの高さは２０ｃｍ、幅は５ｃｍで
ある。２７ＧＨｚの干渉計で測定した電子密度は、アル
ゴンまたはクリプトンの場合、４×１０１１ｅ／ｃｍ３
に達する。酸素プラズマの場合、イオン流の密度は４０
ｍＡ／ｃｍ２である。
共振域を有するプラズマチャンバに２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を照射すると、１０−４ないし１０−３ｍｂａ
ｒの低圧下でガスのイオン化を生じる。このようにして
発生したイオンと電子は、磁場に従って拡散し、負の電
荷を帯びたターゲットに到達する。スパッタリングは、
−５００ボルトで、シリコンまたは水晶の基板に対して
実施される。プラズマの高さは２０ｃｍ、幅は５ｃｍで
ある。２７ＧＨｚの干渉計で測定した電子密度は、アル
ゴンまたはクリプトンの場合、４×１０１１ｅ／ｃｍ３
に達する。酸素プラズマの場合、イオン流の密度は４０
ｍＡ／ｃｍ２である。
【０００５】電子サイクロトロン共振によれば、マグネ
トロンの場合とは異なり、プラズマ銃が標的から独立し
ているためにいろいろな被覆形成が可能になる： ‐低圧下において、水晶に磁性体（鉄）の被覆を２００
ｎｍ／ｍｉｎ（ナノメータ／分）の速度で形成すること
が出来る； ‐酸素と窒素プラズマの反応性スパッタリングを用い
て、透明なＡｌ２Ｏ３からなる酸化物層と化学量的なＣ
ｒ２Ｏ３層、および、ＡｌＮの窒化物層を１０ないし２
０ｎｍ／ｍｉｎ；アルミニウム標的の酸化を防止するの
に適当なアルゴン ‐酸素混合ガスを使用することによって１００ｎｍ／ｍ
ｉｎの速度を達成することも可能である。マグネトロン
の場合とは異なり、ＲＦ分極は不要である。全ての被覆
形成のために単純な直流電流発生装置が必要になるだけ
である； ‐低圧被覆形成（１０−４ｍｂａｒ）によって層内に閉
じ込められるガスの比率を減少させ、材料の密度を向上
させる（シリコン上のクロム被覆の場合におよそ７ｇ／
ｃｍ３）ことが可能になる； ‐分極基板または解離メタンを用いた炭素標的に対する
スパッタリングによってダイアモンド型の炭素層が得ら
れる； ‐マグネトロンの場合とは異なり、スパッタリングに用
いた標的の損傷は表面全域に渡って一様である。
トロンの場合とは異なり、プラズマ銃が標的から独立し
ているためにいろいろな被覆形成が可能になる： ‐低圧下において、水晶に磁性体（鉄）の被覆を２００
ｎｍ／ｍｉｎ（ナノメータ／分）の速度で形成すること
が出来る； ‐酸素と窒素プラズマの反応性スパッタリングを用い
て、透明なＡｌ２Ｏ３からなる酸化物層と化学量的なＣ
ｒ２Ｏ３層、および、ＡｌＮの窒化物層を１０ないし２
０ｎｍ／ｍｉｎ；アルミニウム標的の酸化を防止するの
に適当なアルゴン ‐酸素混合ガスを使用することによって１００ｎｍ／ｍ
ｉｎの速度を達成することも可能である。マグネトロン
の場合とは異なり、ＲＦ分極は不要である。全ての被覆
形成のために単純な直流電流発生装置が必要になるだけ
である； ‐低圧被覆形成（１０−４ｍｂａｒ）によって層内に閉
じ込められるガスの比率を減少させ、材料の密度を向上
させる（シリコン上のクロム被覆の場合におよそ７ｇ／
ｃｍ３）ことが可能になる； ‐分極基板または解離メタンを用いた炭素標的に対する
スパッタリングによってダイアモンド型の炭素層が得ら
れる； ‐マグネトロンの場合とは異なり、スパッタリングに用
いた標的の損傷は表面全域に渡って一様である。
【０００６】電子サイクロトロン共振プラズマ発生装置
は、材料の合成のために数十年にわたって広く用いられ
てきた。特に日本と米国において、電子サイクロトロン
共振プラズマ発生装置は注目を集め、基板の材料および
寸法に応じて数種類の装置が製作されている。文献１に
は説明と簡単な歴史が記載されている（文末の記載参
照）。
は、材料の合成のために数十年にわたって広く用いられ
てきた。特に日本と米国において、電子サイクロトロン
共振プラズマ発生装置は注目を集め、基板の材料および
寸法に応じて数種類の装置が製作されている。文献１に
は説明と簡単な歴史が記載されている（文末の記載参
照）。
【０００７】スパッタリングによって被覆形成を行う電
子サイクロトロン共振プラズマ発生装置の最も一般的な
ものは、円筒状のプラズマチャンバと、８７５ガウスの
吸収領域を形成して負に分極した標的に向かってプラズ
マを拡散させる磁界コイルとを有する。この種のプラズ
マ発生装置の欠点は、極めて電力消費の大きなソレノイ
ドを使用している点と、（プラズマと標的の間の）相互
作用が弱いプラズマ周辺部に円筒状のスパッタリング標
的が配置されている点、およびマイクロ波の漏洩を防止
する窓はスパッタリングによって飛散した金属原子によ
って覆われがちな点である。この種のプラズマ発生装置
は、文献２、３および４に記載されている。
子サイクロトロン共振プラズマ発生装置の最も一般的な
ものは、円筒状のプラズマチャンバと、８７５ガウスの
吸収領域を形成して負に分極した標的に向かってプラズ
マを拡散させる磁界コイルとを有する。この種のプラズ
マ発生装置の欠点は、極めて電力消費の大きなソレノイ
ドを使用している点と、（プラズマと標的の間の）相互
作用が弱いプラズマ周辺部に円筒状のスパッタリング標
的が配置されている点、およびマイクロ波の漏洩を防止
する窓はスパッタリングによって飛散した金属原子によ
って覆われがちな点である。この種のプラズマ発生装置
は、文献２、３および４に記載されている。
【０００８】９０度の直角入射エルボー部に固定された
永久磁石を使用し、円錐状のスパッタリング標的の内部
に波動吸収領域を有する電子サイクロトロン共振プラズ
マ装置が製作されている。この種の装置の欠点は、マイ
クロ波の窓がスパッタリング領域の近傍に設けられてい
るために、すぐに塞がってしまうことである。さらに、
被覆形成速度に限界がある。この種の装置は、参考文献
５に紹介されている。
永久磁石を使用し、円錐状のスパッタリング標的の内部
に波動吸収領域を有する電子サイクロトロン共振プラズ
マ装置が製作されている。この種の装置の欠点は、マイ
クロ波の窓がスパッタリング領域の近傍に設けられてい
るために、すぐに塞がってしまうことである。さらに、
被覆形成速度に限界がある。この種の装置は、参考文献
５に紹介されている。
【０００９】スロットによってガイドしたマイクロ照射
装置（スロットアンテナ）を使用し、かつ、永久磁石を
用いた電子エレクトロン共振プラズマ発生装置が日本で
開発された。この種の装置の欠点は、入射されるマイク
ロ波の出力が小さく、その結果イオン密度がおよそ１０
ｍＡ／ｃｍ２であること、およびマイクロ波の窓が塞が
ってしまうことである。この種の装置は文献６に記載さ
れている。
装置（スロットアンテナ）を使用し、かつ、永久磁石を
用いた電子エレクトロン共振プラズマ発生装置が日本で
開発された。この種の装置の欠点は、入射されるマイク
ロ波の出力が小さく、その結果イオン密度がおよそ１０
ｍＡ／ｃｍ２であること、およびマイクロ波の窓が塞が
ってしまうことである。この種の装置は文献６に記載さ
れている。
【００１０】マグネトロンの磁石を利用し、スパッタリ
ング標的の背後に極性が逆転した永久磁石を設けた電子
サイクロトロン共振プラズマ発生装置も製作されてい
る。この種の装置の欠点は、標的にバリアが形成される
ために磁性体をスパッタリングすることが困難になるこ
と、標的の損耗が不均一なこと（標的は３０％の損耗で
使用不可能になる）、および、標的が酸化して酸化物を
形成すること（ＲＦ極性化）である。この種の装置は、
文献７および８に記載されている。
ング標的の背後に極性が逆転した永久磁石を設けた電子
サイクロトロン共振プラズマ発生装置も製作されてい
る。この種の装置の欠点は、標的にバリアが形成される
ために磁性体をスパッタリングすることが困難になるこ
と、標的の損耗が不均一なこと（標的は３０％の損耗で
使用不可能になる）、および、標的が酸化して酸化物を
形成すること（ＲＦ極性化）である。この種の装置は、
文献７および８に記載されている。
【００１１】拡散プラズマの中に（４５度以内に）設け
たスパッタリング標的と、２つのソレノイドと、強い磁
性を有するマイクロ波の窓とを利用して、８７５ガウス
吸収領域の形成、プラズマの拡散と標的への集中を実現
する電子サイクロトロン共振装置も開発されている。こ
の装置によって、低圧下において強力なイオン流れが達
成された（延長された表面上で１０−４ｂａｒの圧力下
で２５から３０ｍＡ／ｃｍ２。高さ２０ｃｍの導波管２
つを使用してこのシステムが試験された）。マイクロ波
の窓は、金属の被覆形成から保護された直角エルボー部
管の中に設置されている。この装置の問題点は、ソレノ
イドの大きな電力消費と基板に対する標的の角度であ
る。この種の装置は文献１および文献９に記載されてい
る。
たスパッタリング標的と、２つのソレノイドと、強い磁
性を有するマイクロ波の窓とを利用して、８７５ガウス
吸収領域の形成、プラズマの拡散と標的への集中を実現
する電子サイクロトロン共振装置も開発されている。こ
の装置によって、低圧下において強力なイオン流れが達
成された（延長された表面上で１０−４ｂａｒの圧力下
で２５から３０ｍＡ／ｃｍ２。高さ２０ｃｍの導波管２
つを使用してこのシステムが試験された）。マイクロ波
の窓は、金属の被覆形成から保護された直角エルボー部
管の中に設置されている。この装置の問題点は、ソレノ
イドの大きな電力消費と基板に対する標的の角度であ
る。この種の装置は文献１および文献９に記載されてい
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、従来の装
置が有する上述の問題を解決することを目的とする。
置が有する上述の問題を解決することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、 ‐密封性の有るチャンバと、 ‐チャンバの中に磁界を発生しプラズマ流れを生じさせ
る手段と、 ‐チャンバの中のプラズマ流とマイクロ波発生源とを結
びつける結合手段と、 ‐プラズマ流の中に設けられ、チャンバからは電気的に
絶縁され、負に帯電したスパッタリング標的と、 ‐チャンバ内を減圧するポンプ手段と、 ‐標的に向かって加速されたイオンが基板に向けて原子
を飛散させるようプラズマ流のイオン種を制御するため
にガスを注入する線形マイクロ波発生源であって、 前記結合手段はマイクロ波照射ガイドとそれに続いてチ
ャンバーに垂直に開口する直角エルボー部と、マイクロ
波照射ガイドと直角エルボー部の中間に、エルボー部の
数センチメートル内側にある負圧下の電子サイクロトロ
ン共振領域においてガスのイオン化を行うよう設けられ
た気密なマイクロ波の窓を有し、磁界発生手段として窓
の両側に互いの極性が逆になる向きに設けられた第１と
第２の永久磁石を有することを特徴とする線形マイクロ
波発生装置によって上記の問題を解決するものである。
る手段と、 ‐チャンバの中のプラズマ流とマイクロ波発生源とを結
びつける結合手段と、 ‐プラズマ流の中に設けられ、チャンバからは電気的に
絶縁され、負に帯電したスパッタリング標的と、 ‐チャンバ内を減圧するポンプ手段と、 ‐標的に向かって加速されたイオンが基板に向けて原子
を飛散させるようプラズマ流のイオン種を制御するため
にガスを注入する線形マイクロ波発生源であって、 前記結合手段はマイクロ波照射ガイドとそれに続いてチ
ャンバーに垂直に開口する直角エルボー部と、マイクロ
波照射ガイドと直角エルボー部の中間に、エルボー部の
数センチメートル内側にある負圧下の電子サイクロトロ
ン共振領域においてガスのイオン化を行うよう設けられ
た気密なマイクロ波の窓を有し、磁界発生手段として窓
の両側に互いの極性が逆になる向きに設けられた第１と
第２の永久磁石を有することを特徴とする線形マイクロ
波発生装置によって上記の問題を解決するものである。
【００１４】標的は、好ましくは、冷却液を循環させる
パイプを有する冷却回路によって冷却される
パイプを有する冷却回路によって冷却される
【００１５】第１の実施例においては、チャンバーの第
１の磁石と反対側に第１の磁石と同じ高さの位置に、磁
極の向きが直列になるように第３の磁石が設けられる。
１の磁石と反対側に第１の磁石と同じ高さの位置に、磁
極の向きが直列になるように第３の磁石が設けられる。
【００１６】第２の実施例では、第３の磁石は標的の裏
側に、磁極の向きが第１の磁石と平行になるように設け
られる。
側に、磁極の向きが第１の磁石と平行になるように設け
られる。
【００１７】標的は、好ましくは、基板と平行に設けら
れる。マイクロ波の照射ガイドは、入射位置から窓に結
合された出射位置にかけて高さが高くなるよう（出射位
置が入射位置よりも上に来るよう）に配置される。
れる。マイクロ波の照射ガイドは、入射位置から窓に結
合された出射位置にかけて高さが高くなるよう（出射位
置が入射位置よりも上に来るよう）に配置される。
【００１８】
【発明の効果】本発明に基づくマイクロ波プラズマ被覆
形成は以下のような極めて優れた特徴を有する。 ‐気密性のマイクロ波の窓が直角エルボー部よりも手前
に設けられているために金属で覆われてしまうことが無
い； ‐気密なマイクロ波の窓は電子サイクロトロン共振（Ｅ
ＣＲ）よりも強力な磁場に置かれており；マイクロ波が
大気圧下の電子サイクロトロン共振の第１の領域（ＥＣ
Ｒ１）を通過する場合には不要なプラズマを発生させる
ことが無く、吸収は所望の通り負圧下に有る負圧電子サ
イクロトロン共振領域（ＥＣＲ２）で発生する； ‐第２の領域ＥＣＲ２の直前および同領域内における静
的磁場Ｂと波動伝播ｋの向きは平行で、切断効果を排除
しプラズマ密度の限界を無くすことができる。 ‐吸収領域ＥＣＲ２は直角エルボー部の数センチメート
ル内側に位置し、マイクロ波の密度を高め（吸収が小さ
な体積の中で行われる場合には、密度が高い）結果とし
てプラズマ密度を高めることになる；同様な理由で、エ
ルボー部の外部では体積が大きくマイクロ波の密度が低
くなることから、ＥＣＲ２領域は被覆形成チャンバのエ
ルボー部の外には形成されない。 ‐標的と基板は互いに平行に設置され、そのことによっ
て基板の上に均一な被覆形成が可能になる。さらに、電
子サイクロトロン共振領域（つまり、プラズマチャン
バ）がエルボー部の内部に形成されるため、プラズマは
向きを変えて基板と平行に基板に到達する； ‐電子サイクロトロン共振領域の断面が小さいことは、
出力が一定であれば出力密度が高いことに帰着する。こ
の構造によって低いマイクロ波出力（数十ワットのオー
ダー）で、極めて低い圧力下（数１０−５ｍｂａｒのオ
ーダー）で駆動することが可能になる。 ‐広い表面に被覆形成を行うために、プラズマの高さを
高くすることも可能である；この点は、コイルを用いた
装置に比較した場合顕著な長所である。 ‐マグネトロンとは違って、標的の損耗は表面の前面に
渡って均一である。
形成は以下のような極めて優れた特徴を有する。 ‐気密性のマイクロ波の窓が直角エルボー部よりも手前
に設けられているために金属で覆われてしまうことが無
い； ‐気密なマイクロ波の窓は電子サイクロトロン共振（Ｅ
ＣＲ）よりも強力な磁場に置かれており；マイクロ波が
大気圧下の電子サイクロトロン共振の第１の領域（ＥＣ
Ｒ１）を通過する場合には不要なプラズマを発生させる
ことが無く、吸収は所望の通り負圧下に有る負圧電子サ
イクロトロン共振領域（ＥＣＲ２）で発生する； ‐第２の領域ＥＣＲ２の直前および同領域内における静
的磁場Ｂと波動伝播ｋの向きは平行で、切断効果を排除
しプラズマ密度の限界を無くすことができる。 ‐吸収領域ＥＣＲ２は直角エルボー部の数センチメート
ル内側に位置し、マイクロ波の密度を高め（吸収が小さ
な体積の中で行われる場合には、密度が高い）結果とし
てプラズマ密度を高めることになる；同様な理由で、エ
ルボー部の外部では体積が大きくマイクロ波の密度が低
くなることから、ＥＣＲ２領域は被覆形成チャンバのエ
ルボー部の外には形成されない。 ‐標的と基板は互いに平行に設置され、そのことによっ
て基板の上に均一な被覆形成が可能になる。さらに、電
子サイクロトロン共振領域（つまり、プラズマチャン
バ）がエルボー部の内部に形成されるため、プラズマは
向きを変えて基板と平行に基板に到達する； ‐電子サイクロトロン共振領域の断面が小さいことは、
出力が一定であれば出力密度が高いことに帰着する。こ
の構造によって低いマイクロ波出力（数十ワットのオー
ダー）で、極めて低い圧力下（数１０−５ｍｂａｒのオ
ーダー）で駆動することが可能になる。 ‐広い表面に被覆形成を行うために、プラズマの高さを
高くすることも可能である；この点は、コイルを用いた
装置に比較した場合顕著な長所である。 ‐マグネトロンとは違って、標的の損耗は表面の前面に
渡って均一である。
【００１９】本発明に係るプラズマ発生源は、１０‐５
〜１０−２ｍｂａｒの圧力下で、スパッタリングによる
磁性材料あるいは非磁性材料、酸化物、窒化物、炭化物
等からなる薄層の形成、グラファイト、炭素水化物とダ
イアモンドカーボンによる被覆形成、補外された線形表
面の処理を行うのに好適である。
〜１０−２ｍｂａｒの圧力下で、スパッタリングによる
磁性材料あるいは非磁性材料、酸化物、窒化物、炭化物
等からなる薄層の形成、グラファイト、炭素水化物とダ
イアモンドカーボンによる被覆形成、補外された線形表
面の処理を行うのに好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係るプラズマ発生装置
は、真空チャンバ１０、チャンバ内に所望の磁界を発生
しプラズマの流れを生じさせる永久磁石１６、１７、２
０、１つまたは複数のマイクロ波発生装置が発生させた
マイクロ波をチャンバ内に送りこむカプラ１１を具備す
る。チャンバ１０内にマイクロ波を照射することによっ
て低圧下においてガスがイオン化する。ガス２７は、パ
イプ２６から供給される。
は、真空チャンバ１０、チャンバ内に所望の磁界を発生
しプラズマの流れを生じさせる永久磁石１６、１７、２
０、１つまたは複数のマイクロ波発生装置が発生させた
マイクロ波をチャンバ内に送りこむカプラ１１を具備す
る。チャンバ１０内にマイクロ波を照射することによっ
て低圧下においてガスがイオン化する。ガス２７は、パ
イプ２６から供給される。
【００２１】カプラ１１の端部はは、直角エルボー部１
３に繋がるマイクロ波照射ガイド１２を具備する。直角
エルボー部１３は、チャンバ１０に繋がる。たとえば水
晶で出来た、気密なマイクロ波の窓１５が、マイクロ波
入射ガイド１２とエルボー部１３の間に設けられてい
る。
３に繋がるマイクロ波照射ガイド１２を具備する。直角
エルボー部１３は、チャンバ１０に繋がる。たとえば水
晶で出来た、気密なマイクロ波の窓１５が、マイクロ波
入射ガイド１２とエルボー部１３の間に設けられてい
る。
【００２２】図１および図２において、電子サイクロト
ロン共振領域は破線３５で示されている。大気圧下にあ
るマイクロ波照射ガイド１２では共振の値はＥＣＲ１
で、負圧下にあるエルボー部１３ではＥＣＲ２である。
矢印２４は、チャンバの吸引を表す。
ロン共振領域は破線３５で示されている。大気圧下にあ
るマイクロ波照射ガイド１２では共振の値はＥＣＲ１
で、負圧下にあるエルボー部１３ではＥＣＲ２である。
矢印２４は、チャンバの吸引を表す。
【００２３】グラウンド２８外に有るマスクに対して負
の極性を有するスパッタリング標的２１が拡散プラズマ
の中に設けられている。当該標的は、例えば水である冷
却液を供給する供給部３１と排出する排出部３２とを含
む冷却装置３０によって冷却される。
の極性を有するスパッタリング標的２１が拡散プラズマ
の中に設けられている。当該標的は、例えば水である冷
却液を供給する供給部３１と排出する排出部３２とを含
む冷却装置３０によって冷却される。
【００２４】標的と基板を平行に保持するために、必要
なら、スパッタリング標的２１は角度を変えることがで
きる。
なら、スパッタリング標的２１は角度を変えることがで
きる。
【００２５】被覆または処理の対象である基板２２はチ
ャンバ１０の端部に設置される。図１および図２に示さ
れているように、基板２２は、例えば直線運動装置２３
によって移動させることも可能である。
ャンバ１０の端部に設置される。図１および図２に示さ
れているように、基板２２は、例えば直線運動装置２３
によって移動させることも可能である。
【００２６】第１および第２の永久磁石１６、１７が窓
１５の両側に設けられている。図１および図２に示され
ているように、磁石１６と磁石１７の極性は互いに逆向
きである。
１５の両側に設けられている。図１および図２に示され
ているように、磁石１６と磁石１７の極性は互いに逆向
きである。
【００２７】第１の磁石１６は波動の伝播方向ｋと平行
な磁界Ｂを発生させる。磁石１６は、エルボー部の下流
側から所望の位置まで延び位置に共振領域（ＥＣＲ２）
を発生させる。磁石１６は第２の磁石１７と組合せられ
て、窓１５の近傍に強力な磁界を発生させる。エルボー
部１３の存在によって、窓１５はプラズマの軸に対して
９０度の角度を保持することができる。
な磁界Ｂを発生させる。磁石１６は、エルボー部の下流
側から所望の位置まで延び位置に共振領域（ＥＣＲ２）
を発生させる。磁石１６は第２の磁石１７と組合せられ
て、窓１５の近傍に強力な磁界を発生させる。エルボー
部１３の存在によって、窓１５はプラズマの軸に対して
９０度の角度を保持することができる。
【００２８】図１に示されているように、本発明の第１
の実施例の場合、チャンバ１０の反対側であって第１の
磁石１６と同じ高さの位置に、第３の磁石が設けられて
おり、第１の磁石１６と第３の磁石２０の磁極の向きは
一致している（ともにＮ−Ｓ方向、または、共にＳ−Ｎ
方向）。
の実施例の場合、チャンバ１０の反対側であって第１の
磁石１６と同じ高さの位置に、第３の磁石が設けられて
おり、第１の磁石１６と第３の磁石２０の磁極の向きは
一致している（ともにＮ−Ｓ方向、または、共にＳ−Ｎ
方向）。
【００２９】前記第３の磁石２０は磁界を標的２１のほ
うに曲げ、イオンのスパッタリング密度を向上させる機
能を有する。磁界の流れは標的２１に向けて収束し、イ
オン密度を標的の上で可能な限り高くする。プラズマ拡
散３３は磁界の向きに従いその流れの密度もまた磁界の
密度に比例する（被覆形成を通じて磁束とプラズマ流の
総量は不変である）。第３の磁石２０がプラズマ流に影
響を与えなかったとすれば、プラズマ流は発散し、密度
は低下する。
うに曲げ、イオンのスパッタリング密度を向上させる機
能を有する。磁界の流れは標的２１に向けて収束し、イ
オン密度を標的の上で可能な限り高くする。プラズマ拡
散３３は磁界の向きに従いその流れの密度もまた磁界の
密度に比例する（被覆形成を通じて磁束とプラズマ流の
総量は不変である）。第３の磁石２０がプラズマ流に影
響を与えなかったとすれば、プラズマ流は発散し、密度
は低下する。
【００３０】気密な窓１５を通してウエーブガイド１２
にマイクロ波を照射することで、エルボー部１３の数セ
ンチメートル内側にある負圧下の電子サイクロトロン共
振領域３５（例えば８７５ガウスでの電子サイクロトロ
ン共振）にあるガスがイオン化される。この直角エルボ
ー部は、窓が金属によって覆われて入射すべきマイクロ
波が反射されるようなことが無いよう窓１５を保護す
る。このようにして発生したプラズマは、磁界に沿って
拡散し、典型的には‐１００から‐１０００ボルトの負
に帯電した標的１５に到達する。標的２１に向けて加速
されたイオンは、原子を流れ３４として基板２２に向け
てはじき出す。
にマイクロ波を照射することで、エルボー部１３の数セ
ンチメートル内側にある負圧下の電子サイクロトロン共
振領域３５（例えば８７５ガウスでの電子サイクロトロ
ン共振）にあるガスがイオン化される。この直角エルボ
ー部は、窓が金属によって覆われて入射すべきマイクロ
波が反射されるようなことが無いよう窓１５を保護す
る。このようにして発生したプラズマは、磁界に沿って
拡散し、典型的には‐１００から‐１０００ボルトの負
に帯電した標的１５に到達する。標的２１に向けて加速
されたイオンは、原子を流れ３４として基板２２に向け
てはじき出す。
【００３１】図２に示す第２の実施例においては、第３
の磁石（２０）が標的２１の裏側に設けられている。こ
の実施例の場合には第１と第３の磁石の極性は直列（共
にＮ−Ｓまたは共にＳ−Ｎ）である。
の磁石（２０）が標的２１の裏側に設けられている。こ
の実施例の場合には第１と第３の磁石の極性は直列（共
にＮ−Ｓまたは共にＳ−Ｎ）である。
【００３２】例えば、図１に示す第１の実施例において
は、標的２１は磁力線の向きが出力ウエーブガイドと平
行になるように標的２１が設置され、第１と第２の磁石
がＳ−ＮまたはＮ−Ｓの直列に並ぶが、図２に示す第２
の実施例では、標的２１は基板に平行で、磁力線は標的
の裏側の磁石によって曲げられる。
は、標的２１は磁力線の向きが出力ウエーブガイドと平
行になるように標的２１が設置され、第１と第２の磁石
がＳ−ＮまたはＮ−Ｓの直列に並ぶが、図２に示す第２
の実施例では、標的２１は基板に平行で、磁力線は標的
の裏側の磁石によって曲げられる。
【００３３】図３および図４は、それぞれ第１および第
２の実施例における磁力線４０の曲がりを示すものであ
る。
２の実施例における磁力線４０の曲がりを示すものであ
る。
【００３４】プラズマの高さは、図５に示すようにガイ
ドに延長部を追加してマイクロ波照射部１２の高さを高
くすることで増加させることができる。この場合、マイ
クロ波照射ガイド１２の高さは図１および図２に示した
マイクロ波の窓の位置でｈ２であり、マイクロ波エミッ
タ孔の位置でｈ１である。周波数ｆ＝２．４５ＧＨｚの
場合、ガイドは、ｈ１＝８６ｍｍ、ｈ２＝１７２ｍｍ、
ｌ＝４３ｍｍを有するＷＲ３４０であってもよい。
ドに延長部を追加してマイクロ波照射部１２の高さを高
くすることで増加させることができる。この場合、マイ
クロ波照射ガイド１２の高さは図１および図２に示した
マイクロ波の窓の位置でｈ２であり、マイクロ波エミッ
タ孔の位置でｈ１である。周波数ｆ＝２．４５ＧＨｚの
場合、ガイドは、ｈ１＝８６ｍｍ、ｈ２＝１７２ｍｍ、
ｌ＝４３ｍｍを有するＷＲ３４０であってもよい。
【００３５】参考文献 １．「スパッタリングによる被覆形成とクロミウム層の
ための電子サイクロトロン共振マイクロ波プラズマ技
術」”Electron Cyclotron Resonance MicrowavePlasma
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au (Proceedings of the 5th InternationalSymposium
on Trends and New Applications in Thin Films, Colm
ar, France,1-3 April 1996 and thesis by E. Touchai
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nce, 23 July 1996. ２．「スパッタリングによる基材提供を利用した電子サ
イクロトロン共振プラズマ被覆形成技術」”Electron C
yclotron Resonance Plasma Deposition Technique Usi
ng Raw Material Supply by Sputtering” by T. Ono,
C. Takahashi andS.Matsuo (Japan J. Appl. Phys. 23,
L534, 1984) ３．「電子サイクロトロン共振プラズマ刺激を利用した
ラジオ振動数スパッタリングによる酸化物層の形成」”
Oxide Film Deposition by Radio FrequencySputtering
with Electron Cyclotron Resonance Plasma Stimulat
ion” by N.Matsuoka and S. Tohno (J. Vac. Sci. Teo
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クロ波プラズマのための導電材層の準備技術」”A Few
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For Sputtering-Type Electron Cyclotron Resonance M
icrowave Plasma” by M. Matsuoka and K. Ono (Japan
J. Appl. Phys. 28, L503, 1989) ５．「離れた窓を有する永久磁石電子サイクロトロン共
振プラズマ発生装置」”Permanent Magnet Electron Cy
clotron Resonance Plasma Source With RemoteWindo
w” by L.A. Berry and S. M. Gorbatkin (J. Vac. Sc
i. Technol. AI3, 343, 1995) ６．「反応性スパッタリングのための長尺電子サイクロ
トロン共振プラズマ発生源」”Long Electron Cyclotro
n Resonance Plasma Source for ReacribeSputtering”
by T. Yasui, K. Nakase, H. Tahara and T. Yoshikaw
a (Japan J.Appl. Phys. 35, 5495, 1996) ７．「マイクロ波を改善したマグネトロンスパッタリン
グ」”Microwave-Enhanced Magnetron Sputtering” by
Y. Yoshida (Rev. Sci. Instrum,. 63, 179,1992) ８．「平面均一電子サイクロトロン共振プラズマ反応器
で室温のＰＥＣＶＤで形成した工学および防護目的の陶
土に均質な珪素被覆」”Highly Homogeneous Silica Co
atings for Optical and Protective Applications Dep
osited by PECVDat Room Temperature in a Planar Uni
form Distributed Electron Cyclotron Resonance Plas
ma Reactor” by J. C. Rostaing, F. Ceuret, J. Pell
etier, T.Lagarde and E. Etemadi (Thin Solid Films
270, 1995, pages 49-54). ９．「表面のプラズマによる処理のためのプラズマビー
ムと線形マイクロ波源」フランス特許第ＦＲ−２７０１
７９７号（特許出願第９３０１８７号）
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７９７号（特許出願第９３０１８７号）
【図１】 本発明に係るプラズマ発生装置の第１の平面
図
図
【図２】 本発明に係るプラズマ発生装置の第２の実施
例の平面図
例の平面図
【図３】 本発明に係るプラズマ発生装置の第１の実施
例の磁束を示す図
例の磁束を示す図
【図４】 本発明に係るプラズマ発生装置の第１の実施
例の磁束を示す図
例の磁束を示す図
【図５】 本願発明に係るプラズマ発生装置に連結され
るマイクロ波放射ガイドの正面図
るマイクロ波放射ガイドの正面図
【図６】 本願発明に係るプラズマ発生装置に連結され
るマイクロ波放射ガイドの側面図
るマイクロ波放射ガイドの側面図
【符号の説明】 １０ チャンバ １１ カプラ １５ マイクロ波の窓 １６、１７、２０ 永久磁石 ２１ スパッタリング標的 ２２ 基板 ３０ 冷却パイプ ３５ 電子サイクロトロン共振領域
Claims (6)
- 【請求項１】 ‐気密なチャンバ（１０）と、 ‐チャンバ内に磁界を発生させプラズマ流を起こす手段
（１６、１７）と、 ‐チャンバ内のプラズマ流とマイクロ波発生源とを結合
させる結合手段（１１）と、 ‐プラズマ流の内部に位置し、チャンバ（１０）からは
電気的に絶縁され、負に帯電したスパッタリング標的
（２１）と、 ‐チャンバ（１０）の内部を負圧にするポンプ（２４）
と、 ‐プラズマ流のイオン種を制御するガスを注入する手段
（２７）とを有し、標的に向けて加速されたイオンが処
理対象である基板（２２）にスパッタリング原子を飛散
させる線形マイクロ波プラズマ発生装置において、前記
結合手段は、チャンバに対して直角に開口するエルボー
部（１３）に繋がるマイクロ波照射ガイド（１２）と、
マイクロ波照射ガイド（１２）と直角エルボー部（１
３）との間に設けられた気密なマイクロ波の窓（１５）
とを有し、磁界発生手段は、窓（１５）の両側に、磁極
の向きが反対方向になるように設けられた第１と第２の
永久磁石（１６、１７）を有し、エルボー部（１３）の
数センチメートル内側にある負圧下の電子サイクロトロ
ン共振領域（３５）でガスをイオン化することを特徴と
する線形マイクロ波プラズマ発生装置。 - 【請求項２】 標的が液体冷却材の供給部（３１）と排
出部（３２）とを有する冷却回路（３０）によって冷却
されることを特徴とする請求項１に記載の線形マイクロ
波プラズマ発生装置。 - 【請求項３】 第１の磁石（１６）とはチャンバ（１
０）を挟んで反対側の位置であって、第１の磁石（１
６）と同じ高さの位置に、第１の磁石（１６）と磁極の
向きが直列になるように第３の磁石（２０）が設けられ
た請求項１に記載の線形マイクロ波プラズマ発生装置。 - 【請求項４】 第３の磁石（２０）が、標的（２１）の
裏側に、第１の磁石（１６）と磁極の向きが直列になる
ように設けられた請求項１に記載の線形マイクロ波プラ
ズマ発生装置。 - 【請求項５】 標的（２１）が基板（２２）と平行に設
けられた請求項１に記載の線形マイクロ波プラズマ発生
装置。 - 【請求項６】 マイクロ波照射ガイド（１２）のマイク
ロ波の窓（１５）に繋がる出射部が入射部より上にある
請求項１に記載の線形マイクロ波プラズマ発生装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9800777A FR2774251B1 (fr) | 1998-01-26 | 1998-01-26 | Source a plasma micro-onde lineaire en aimants permanents |
| FR9800777 | 1998-01-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11288799A true JPH11288799A (ja) | 1999-10-19 |
| JP4666697B2 JP4666697B2 (ja) | 2011-04-06 |
Family
ID=9522142
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01765799A Expired - Fee Related JP4666697B2 (ja) | 1998-01-26 | 1999-01-26 | 永久磁石を用いた線形マイクロ波プラズマ発生装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6319372B1 (ja) |
| EP (1) | EP0932183B1 (ja) |
| JP (1) | JP4666697B2 (ja) |
| DE (1) | DE69911667T2 (ja) |
| FR (1) | FR2774251B1 (ja) |
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