JP2952639B2 - シートプラズマ装置 - Google Patents

シートプラズマ装置

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JP2952639B2
JP2952639B2 JP6092386A JP9238694A JP2952639B2 JP 2952639 B2 JP2952639 B2 JP 2952639B2 JP 6092386 A JP6092386 A JP 6092386A JP 9238694 A JP9238694 A JP 9238694A JP 2952639 B2 JP2952639 B2 JP 2952639B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ源として働く
陰極から放出された円柱状のプラズマビームをシート状
プラズマにして陽極に導く構成を備えたシートプラズマ
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、プラズマ源から発生する円柱状の
プラズマビームに、永久磁石によって磁界を加え、シー
ト状にした状態で陽極に導くシートプラズマ装置が注目
を浴びている。より具体的に述べると、シートプラズマ
装置では、プラズマ源から放出された円柱状プラズマ
は、まず、永久磁石を配置されたシートプラズマ成形室
に導かれて、シート状プラズマに成形された後、例え
ば、スパッタリング加工を行うスパッタリング室に導入
されている。スパッタリング室には、ターゲットと、ス
パッタされた物質が成膜される基板とが、シート状プラ
ズマを挟む形で、互いに対向して配置されている。更
に、表面処理室には、プラズマの進行方向に対して直交
するように配置された直線状の陽極が設けられており、
ターゲットと基板との間を通過したシート状プラズマは
陽極に導かれている。
【0003】従来、シートプラズマ成形室をガラス等の
絶縁材料で構成したシートプラズマ装置が提案され、ま
た一方、シートプラズマ成形室及びスパッタリング室と
を同一の導電材料で構成したシートプラズマ装置も提案
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シート
プラズマ成形室を絶縁材料で構成した場合、シート状に
成形する際に、プラズマが永久磁石による磁界の影響に
よりシートプラズマ成形室の内壁に衝突し、熱影響によ
りシートプラズマ成形室を損傷してしまうことがある。
【0005】他方、シートプラズマ成形室及びスパッタ
リング室とを導電材料で構成し、直接接続した場合、前
記夫々の部材にシートプラズマによる電流が流れて電流
ロスが多くなったり、プラズマの電位が低下して、電力
の効率が悪くなってしまうという欠点がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、陰極、
陽極を備えると共に、前記陰極及び陽極間に、シートプ
ラズマを生成するシートプラズマ成形室と、該シートプ
ラズマ成形室に連結された表面処理室とを備え、両シー
トプラズマ制形質と表面処理室とは、互いに電気的に絶
縁され、且つ、互いに異なる電位となるように、構成さ
れていることを特徴とするシートプラズマ装置が得られ
る。
【0007】
【作用】このように、シートプラズマ成形室に、スパッ
タリング室とは異なる電位を与えることにより、シート
プラズマ成形室でのシートプラズマの電流ロス等による
電力効率の低下を防止できる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明を説明する。
【0009】図1を参照すると、本発明の一実施例に係
るシート状プラズマを用いたスパッタリング装置は、圧
力勾配型プラズマ源として動作する陰極部11を備え、
この陰極部11は円柱状のプラズマを発生する。陰極部
11には、円柱状プラズマをシート状に成形するシート
プラズマ成形室12が開口部を介して接続されている。
陰極部11とシートプラズマ成形室12との間には、第
1及び第2中間電極13−1、13−2が設けられてお
り、これらの中間電極13−1,13−2によって、陰
極部11からのプラズマは陰極部より引き出されて、シ
ートプラズマ成形室12に導入される。
【0010】この例では、シートプラズマ成形室12の
外側に永久磁石(この例では2列)14が配置されてお
り、この永久磁石14によって形成される磁場により、
円筒状プラズマはシート状プラズマ10に成形される。
図示された例では、プラズマは図の表面に対して垂直方
向に広がり、シート状プラズマ10を形成する。この場
合、プラズマの一部は、図示するように、永久磁石14
によってシートプラズマ成形室12の内壁の方向に吸引
され広がる。
【0011】この例の場合、シートプラズマ成形室12
は、アルミニウム等の導体材料によって形成されてお
り、且つ、抵抗体を介して、主放電電源22の一端に接
続されており、且つ、第1及び第2中間電極13−1,
13−2も抵抗器を介して主放電電源22の一端に接続
されている。
【0012】シートプラズマ成形室12からのシート状
プラズマ10は、スリット状の開口部を備えた第3中間
電極15を介して、スパッタリングを行う表面処理室
(以下、スパッタリング室と称することとする)16に
導かれる。スパッタリング室16はアルミニウム又はス
テンレス鋼等の導電材料によって形成されており、内側
に空間を有している。スパッタリング室16内の空間に
は、シート状プラズマを受けることができるように、図
の表面に対して垂直方向に延びる陽極部17が設けられ
ている。
【0013】また、スパッタリング室16内の陽極部1
7前方、即ち、陽極部17に対して陰極部11側位置
に、シート状プラズマを挟んで対向するように、ターゲ
ット部18と、成膜されるべき基板を搭載するテーブル
19とが設置されている。
【0014】更に、スパッタリング室16の外側には、
スパッタリング室16の陰極側と陽極側とに、一対の外
部磁場発生用大径コイル20が備えられており、これら
コイル20による磁場によって、シート状プラズマ10
は陽極部17方向に導かれている。
【0015】図示されているように、ターゲット部18
には、バイアス電源21によって、負のバイアス電圧が
印加されている。また、スパッタリング室16及び第3
中間電極15にも、外部抵抗を介して、電圧が印加され
ている。なお、第3中間電極15は実施例では外部抵抗
を介して電圧が印加されているが、直接、陽極電位と接
続している方が良い。ここで、陰極部11には、約−7
0ボルトの電圧が印加されており、以下、第1及び第2
中間電極13−1,13−2、シートプラズマ成形室1
2、スパッタリング室16、及び陽極部17の順に、次
第に電位が高くなるような電圧が印加されている。この
例では、スパッタリング室16は接地され、陽極部17
は抵抗を介してスパッタリング室16に接続されてい
る。また、ターゲット部18には、負の電圧が印加され
ている。
【0016】更に、図1を参照すると、シートプラズマ
成形室12及びスパッタリング室16とは、上記したよ
うに、導電材料によって構成されている。このような場
合、これらシートプラズマ成形室12及びスパッタリン
グ室16とは、従来、電気的に接続されており、シート
プラズマ成形室12及びスパッタリング室16とは、同
電位に保たれているのが普通である。しかしながら、シ
ートプラズマ成形室12及びスパッタリング室16とが
電気的に接続された従来のシートプラズマ装置では、シ
ートプラズマ成形室12に不可避的に電流が流れること
による電力の損失も無視できないという欠点もある。そ
して、前記の電力の損失により、スパッタリング室16
に引き出されたシートプラズマの密度が低下してしま
う。
【0017】一方、スパッタリング室16を導電材料で
形成し、シートプラズマ成形室12をガラス等の絶縁材
料によって形成したものも提案されているが、この構成
では、シートプラズマ成形室12の内壁にプラズマが衝
突した際、局部的に内壁が加熱される為、高密度のプラ
ズマでは熱負荷に耐えられず、結果として、シートプラ
ズマ成形室12の損傷が激しいという欠点がある。
【0018】上記した点を考慮して、図示された実施例
では、シートプラズマ成形室12とスパッタリング室1
6とをそれぞれ導電材料によって構成すると共に、両者
を互いに電気的に絶縁し、且つ、前述したように、両者
に互いに異なる電位を与える。
【0019】図2をも併せ参照すると、シートプラズマ
成形室12のスパッタリング室16側端部には、第1の
フランジ31が設けられる一方、スパッタリング室16
には、第2のフランジ32が設けられている。第1及び
第2のフランジ31及び32はシート状プラズマ10の
幅方向に長く延在している。図示された例では、第1の
フランジ31と第3中間電極部15との間の絶縁を保つ
と共に、第2のフランジ32と第3中間電極部15との
間のシール性を保つために、ゴム等の絶縁材料によって
形成された甲丸リング35が介在しており、この甲丸リ
ング35は角型の第3中間電極15の各辺を囲むよう
に、第1及び第2のフランジ31及び32の間に設けら
れている。
【0020】更に、第1及び第2のフランジ31及び3
2、並びに、第3中間電極15を相互に固定するため
に、第1及び第2のフランジ31及び32、並びに、第
3中間電極15の外周に沿って複数の捩子穴が設けられ
ており、第1のフランジ31の捩子穴には、プラスチッ
クスリーブ36が絶縁のために埋め込まれている。ま
た、第1のフランジ31と第3中間電極15との間、及
び第2のフランジ32と第3中間電極15との間には、
それぞれ、FRPスペーサ37が挟み込まれており、こ
の構成により、シートプラズマ成形室12、第3中間電
極15、及びスパッタリング室16との間の絶縁が保持
されている。図2に示すように、第1のフランジ31、
第3中間電極15、及び第2のフランジ32の捩子穴を
通して、捩子38が取り付けられており、この捩子38
によって、第1のフランジ31、第3中間電極15、及
び第2のフランジ32は、互いに絶縁性を維持した状態
で固定される。
【0021】この構成では、甲丸リング35がプラズマ
の輻射に晒され、破損することも考えられる。このた
め、甲丸リング35の真空側には、プラズマの輻射を遮
断するシールドカバー(図示せず)が設けられても良
い。
【0022】図2の例では、シートプラズマ成形室12
と第3中間電極15とスパッタリング室16との間のシ
ール性及び絶縁のために、甲丸リング35及びFRPス
ペーサ37を使用したが、第1のフランジ31と、第3
中間電極15及び第2のフランジ32との間に、夫々の
部材の接触部に、例えば、テフロン等のフランジ材を介
在させるようにしても良い。
【0023】図1に戻ると、永久磁石14はシートプラ
ズマ成形室12の外側に配置されているため、シートプ
ラズマ成形室12内部に配置する場合に比較して、永久
磁石14がプラズマに晒されず、しかも、永久磁石14
を水冷等により冷却する必要もない。
【0024】図3を図1と共に参照すると、図1に使用
される永久磁石14は、シート状プラズマの幅方向に間
隔をおいて配置された複数個の永久磁石片41と、複数
個の永久磁石片41の上面側及び下面側に設けられた鉄
心42とを備えている。また、鉄心42は永久磁石14
の組立の容易さを考慮すれば、上下面側の一方を非磁性
体の部材(ステンレス材等)にすれば組立やすい。各永
久磁石片41の上面側は、N極或いはS極のいずれか一
方となるように着磁されており、図の下面側は、他方の
極を持つように着磁されているものとする。図1の例で
は、図3の永久磁石14が2つ設置されると共に、これ
ら2つの永久磁石は矩形形状のシートプラズマ成形室1
2の4辺に沿って配置されている。
【0025】尚、第3中間電極15はシート状プラズマ
の輻射による損傷を防止するために、水冷されている。
【0026】図4及び図5を参照すると、本発明の他の
実施例に係るシートプラズマ装置は、導電材料によって
形成されたシートプラズマ成形室12とスパッタリング
室16を備え、両者は互いに電気的に接続された状態に
ある。また、スパッタリング室16の内側には、シート
状プラズマ10を通過させるスリットを備えた第3中間
電極15が設けられている。
【0027】更に、この実施例では、シートプラズマ成
形室12の永久磁石14と対向する部分に、矩形形状の
空間を囲む導電性のフレーム45が位置付けられてお
り、このフレーム45はシートプラズマ成形室12の内
壁と絶縁性突起部46によって絶縁されている。また、
導電性のフレーム45は抵抗器を介して外部電源に接続
され、第3中間電極15及びスパッタリング室16とは
異なる電位に保たれている。また、フレーム45は外部
電源に接続されていなくても、プラズマにより電位が保
たれる。
【0028】この構成によっても、電流ロス等による電
力損失を防止できる。また、図4では、シートプラズマ
成形室12を導電材料で形成した場合について説明した
が、シートプラズマ成形室12は絶縁材料で形成されて
いても良い。この場合、絶縁性突起部46は不要にな
る。
【0029】以上述べた実施例では、プラズマ源である
陰極部から放出された円柱状のプラズマビームをシート
プラズマ成形室内において、成形室外部に配置された永
久磁石の磁場により、流れ方向には閉じ込められ、幅方
向には拡散したシート状プラズマを生成する。図示され
た実施例の場合、シートプラズマ成形室全体、或いは、
成形室内に配置されたフレームが一つの電極として働
き、シート状プラズマはコイル20の作る外部磁場に沿
って効率良く、第3中間電極のスリットを通り抜け、ス
パッタリング室へと導かれ、陽極部に達する。
【0030】また、上に述べた実施例では、スパッタリ
ングを行う場合についてのみ説明したが、本発明は何等
これに限定されることなく、他の表面処理、例えば、反
応性スパッタリング、イオンプレーティング、プラズマ
CVD等にも適用可能である。
【0031】
【発明の効果】本発明では、シートプラズマ成形室に金
属を使用し、例えば、スパッタリング室とは異なる電位
を持たせることにより、シートプラズマ成形室全体或い
はその一部を電極として動作させている。この結果、シ
ート状プラズマの安定性が改善され、且つ、シートプラ
ズマ成形室の耐熱性も改善された。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係るシートプラズマ装置の
全体構成を説明するための断面図である。
【図2】図1の一部をより詳細に説明するための断面図
である。
【図3】図1で使用される永久磁石をより詳細に説明す
るための斜視図である。
【図4】本発明の他の実施例に係るシートプラズマ装置
の要部を説明するための断面図である。
【図5】図4に使用されるフレームを説明するための斜
視図である。
【符号の説明】
10 シート状プラズマ 11 陰極部 12 シートプラズマ成形室 13−1,13−2 第1及び第2中間電極 14 永久磁石 15 第3中間電極 16 スパッタリング室 17 陽極部 18 ターゲット部 19 基板用テーブル 20 コイル 21 バイアス電源 22 主放電電源 31、32 フランジ 35 甲丸リング 36 プラスチックスリーブ 37 スペーサ 45 フレーム 46 絶縁性突起

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 陰極、陽極を備えると共に、前記陰極及
    び陽極間に、シートプラズマを生成するシートプラズマ
    成形室と、該シートプラズマ成形室に連結された表面処
    理室とを備え、両シートプラズマ制形質と表面処理室と
    は、互いに電気的に絶縁され、且つ、互いに異なる電位
    となるように、構成されていることを特徴とするシート
    プラズマ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記シートプラズマ
    成形室と表面処理室とは、それぞれ導電体によって構成
    されていると共に、互いに絶縁されており、かつ、両者
    には、互いに異なる電位が与えられていることを特徴と
    するシートプラズマ装置。
  3. 【請求項3】 陰極、陽極を備えると共に、前記陰極及
    び陽極間に、シートプラズマを生成するシートプラズマ
    成形室と、該シートプラズマ成形室に連結された表面処
    理室とを備え、前記シートプラズマ成形室内には、前記
    シート状プラズマを挟むように設けられた導電性フレー
    ムが設けられ、該導電性フレームと前記表面処理室と
    は、互いに異なる電位となるように構成されていること
    を特徴とするシートプラズマ装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記シートプラズマ
    成形室と前記表面処理室は、それぞれ連結部分にフラン
    ジを備えており、前記両フランジ間にはテフロン材料の
    絶縁体が介在していることを特徴とするシートプラズマ
    装置。
  5. 【請求項5】 請求項1において、前記両シートプラズ
    マ成形室と表面処理室は、導体材料によって構成される
    と共に、両者の連結部分にはフランジが設けられてお
    り、且つ、両フランジ間には、甲丸リングによって形成
    された絶縁体が介在していることを特徴とするシートプ
    ラズマ装置。
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