等離子生成裝置及等離子處理裝置的制作方法

專利名稱：等離子生成裝置及等離子處理裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由在設定在真空環境下的電弧放電部進行真空電弧放電，從目標 表面產生等離子，具備在產生等離子時將從陰極作為副產品產生的陰極材料粒子(下稱 “微滴(droplet)”)除去的微滴除去部的等離子生成裝置及使用由該等離子生成裝置生成 的等離子進行等離子處理的等離子處理裝置。
背景技術：
一般地，通過在等離子中在固體材料的表面形成薄膜或注入離子來改善固體的表 面特性的情況已被公知。利用包括金屬離子、非金屬離子在內的等離子形成的膜強化固體 表面的耐磨損性、耐腐蝕性，作為保護膜、光學薄膜、透明導電性膜等是有用的物質。特別是 利用了碳等離子的碳素膜作為由金剛石構造和石墨構造的無定形混晶構成的類金剛石膜 (稱為DLC膜)，利用價值高。作為產生包括金屬離子、非金屬離子在內的等離子的方法，有真空電弧等離子法。 真空電弧等離子是從通過在陰極和陽極之間發生的電弧放電形成的，并且是陰極材料從存 在于陰極表面上的陰極點蒸發，由此陰極蒸發物質形成的等離子。另外，在作為環境氣體導 入了反應性氣體的情況下，反應性氣體也同時被離子化。既可以將惰性氣體(稱為稀有氣 體)與上述反應性氣體一起導入，也可以替代上述反應性氣體而導入上述惰性氣體。使用 這樣的等離子，能夠進行向固體表面的薄膜形成、離子的注入而進行表面處理。一般地，在真空電弧放電中，在從陰極點放出陰極材料離子、電子、陰極材料中性 粒子(原子及分子)這樣的真空電弧等離子構成粒子的同時，還放出從亞微米以下到數百 微米(0.01 1000 μ m)的大小的被稱為微滴的陰極材料微粒子。但是，在成膜等的表面處 理中，成為問題的是微滴的產生。若此微滴附著在被處理物表面，則形成在被處理物表面上 的薄膜的均勻性喪失，成為薄膜的次品。作為解決微滴的問題的一個方法，有磁過濾法(P. J. Martin, R. P. Netterfield and Τ. J. Kinder, Thin Solid Films 193/194 (1990) 77)(非專利文獻 1)。此磁過濾法是 使真空電弧等離子通過彎曲的微滴捕集管道向處理部輸送的方法。根據此方法，產生的微 滴被附著捕獲(捕集)在管道內周壁上，能夠在管道出口得到基本不含微滴的等離子流。 另外，以如下的方式構成由沿管道配置的磁鐵形成彎曲磁場，由此彎曲磁場使等離子流彎 曲，將等離子有效地向等離子加工部引導。日本特開2002-8893號公報(專利文獻1)公開了具有微滴捕集部的等離子加工 裝置。圖12是以往的等離子加工裝置的結構概略圖。在等離子發生部102中，在陰極104 和觸發電極106之間產生電氣火花，使陰極104和陽極108之間產生真空電弧，生成等離子 109。在等離子發生部102上連接了用于產生電氣火花及真空電弧放電的電源110，并配置 了使等離子109穩定化的等離子穩定化磁場發生器116a、116b。等離子109從等離子發生 部102被引導至等離子加工部112，配置在等離子加工部112的被處理物114由上述等離子 109進行表面處理。另外，由與等離子加工部112連接的氣體導入系統Gt與需要相應地導入反應性氣體，由氣體排出系統Gh對反應氣體、等離子流進行排氣。
從等離子發生部102放出的等離子109由磁場在不與等離子發生部102面對的方 向彎曲成τ字狀，流入到等離子加工部112。在與等離子發生部102面對的位置，配設了捕 集在產生等離子109時從陰極作為副產品產生的陰極材料微粒子(微滴)118的微滴捕集 部120。因此，不受磁場的影響的微滴118向微滴捕集部120行進并被捕集，防止微滴118 進入等離子加工部112內。作為具體的微滴捕集組件，例如，日本特開2002-105628號公報 (專利文獻2)公開了由設置在等離子管道內壁的擋板附著、捕集不到達等離子加工部的微 滴的情況。專利文獻1 日本特開2002-8893號公報專利文獻2 日本特開2002-105628號公報非專利文獻1 :P. J. Martin, R. P. Netterfield and Τ. J. Kinder,ThinSolid Films 193/194(1990)7
發明內容
發明所要解決的課題如圖12所示，在以往的等離子加工裝置中，雖然不受到上述磁場的影響的微滴 118被微滴捕集部120捕集，但是，存在由于與等離子109的相互作用等而被賦予了電荷的 帶電微滴被磁場向等離子加工部112引導的情況。進而，存在不被微滴捕集部120捕集的 粒徑小的微滴一面在壁面反射，一面被向等離子加工部112引導的情況。這樣，因為若微滴 向等離子加工部112入射，則微滴附著在被處理物表面，所以，相對于被處理物表面而言的 薄膜形成、表面改性的均勻性喪失，產生了使被處理物的表面特性降低這樣的問題。另外，在非專利文獻1記載的磁過濾法中，如上所述，因為也是由彎曲磁場使等離 子流彎曲，使等離子有效地向等離子加工部移動，所以，混入到等離子流中的帶電微滴、微 小的微滴未被除去地被引導到等離子加工部，不能防止與被處理物表面碰撞或附著在被處 理物表面上。在最近的等離子成膜技術中，進行使用了各種材料的成膜，但是，要求提高基于成 膜裝置的平滑性等的成膜精度。如上所述，因為微滴附著對成膜精度影響大，所以，需要提 高等離子生成裝置中的微滴除去效率。因此，本發明的目的是提供一種能夠更有效地除去混入到在等離子生成裝置中生 成的等離子中的微滴，能夠謀求提高由高純度等離子進行的成膜等的表面處理精度的等離 子生成裝置及使用由該等離子生成裝置生成的等離子進行等離子處理的等離子處理裝置。為了解決課題的手段本發明者為了解決上述課題，不僅在等離子行進路上配置將在產生等離子時從陰 極作為副產品產生的微滴除去的微滴除去部，而且驗證了等離子行進路的形態和等離子處 理條件(成膜速率)的關系。在此驗證實驗中，求出了相對于一張基板進行4秒鐘等離 子照射的成膜處理中的成膜速率(nm/sec)。使用了寬度dl為2. 5in (英寸)，長度D2為 2.5in(英寸)、厚度t為任意的尺寸的基板。圖11表示等離子輸送距離相對于成膜速率的 關系。在本說明書中，所述的等離子輸送距離被定義為從等離子發生部(目標面)放出的 等離子到達等離子加工部內的被處理物(基板)的合計距離。
圖11的Al、A2分別表示基于由圖12所示的彎曲成T字狀的等離子行進路的情 況、基于由非專利文獻1所示的使用了彎曲的等離子行進路的情況，各等離子輸送距離為 1440mm、1380mm。Al的T字型等離子行進路中的成膜速率為約0. 3nm/sec,A2的彎曲等離子 行進路中的成膜速率為約0. 6nm/sec0從上述的驗證可知，等離子輸送距離影響成膜速率。 這里，使用lnm/sec = 10A/sec的換算式來理解圖11。
作為用于半導體基板等的通常的成膜條件，需要超過約0. 8nm/sec的成膜速率。 微滴的附著量最好也在上述的2. 5in(英寸)X2. 5in(英寸)尺寸的基板中為50個以下， 但是，在上述的驗證的情況下，附著了約1000個微滴。若考慮等離子輸送距離影響成膜速 率的情況，則只要縮短基于等離子行進路的等離子輸送距離，就能夠改善成膜速率，但是， 僅通過簡單地使直行路徑短縮化，與其相伴，微滴的侵入量增加，這已為人所知。本發明者鉆心研究了上述驗證結果，得到了通過在等離子行進路途中形成傾斜型 等離子行進路，呈三級地彎曲形成等離子行進路，即使縮短等離子行進路整體，也能夠更有 效地防止微滴的侵入，由合適的成膜速率進行等離子處理這樣的見解。本發明的第一方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置具有在真空環境 下進行真空電弧放電、從目標表面產生等離子的等離子發生部，和使由上述等離子發生部 產生的等離子行進的等離子行進路，在上述等離子行進路上配置將產生等離子時從陰極作 為副產品產生的陰極材料粒子(下面稱為“微滴”)除去的微滴除去部，此微滴除去部，由與 上述等離子發生部連接的等離子直行管；與上述等離子直行管呈彎曲狀地連接的第一等離 子行進管；與上述第一等離子行進管的終端相對于其管軸以規定彎曲角傾斜配置地連接的 第二等離子行進管；與上述第二等離子行進管的終端呈彎曲狀地連接并從等離子出口排出 等離子的第三等離子行進管構成，上述等離子從上述目標表面到達被處理物的合計長度L 被設定成滿足900mm ^ L ^ 1350mm。本發明的第二方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第一方 式中，在從上述第三等離子行進管的等離子出口不呈直線狀地透視上述第一等離子行進管 的等離子出口側的位置，呈幾何學地配置了上述第二等離子行進管。本發明的第三方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第二方 式中，在設相對于從上述第三等離子行進管的等離子入口側的管截面上端到上述第一等離 子行進管的等離子出口側的管截面下端而言的仰角為θ，設相對于從上述第三等離子行進 管的等離子出口側的管截面下端到上述第二等離子行進管的等離子出口側的管截面上端 而言的仰角為θ ^時，滿足θ彡Θ。。本發明的第四方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第一、 第二或第三方式中，在上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進管 及上述第三等離子行進管的每一個上設置產生等離子輸送用磁場的等離子輸送用磁場發 生組件，在上述第一等離子行進管及/或上述第二等離子行進管上附設使上述等離子輸送 用磁場偏向的偏向磁場發生組件，通過由上述偏向磁場發生組件產生的偏向磁場，使等離 子流偏向管中心側。本發明的第五方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第四方 式中，上述偏向磁場發生組件由配置在上述第一等離子行進管及/或上述第二等離子行進 管的外周的磁軛和纏繞在該磁軛上的磁場線圈構成，上述磁軛在管軸方向被進行滑動調整，在周方向被進行轉動調整，及/或在管軸方向被進行擺動調整。 本發明的第六方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第四方 式中，上述等離子輸送用磁場發生組件由纏繞在上述等離子直行管、上述第一等離子行進 管、上述第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的各個管外周的磁場線圈構成。本發明的第七方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第六方 式中，纏繞在上述第二等離子行進管的管外周的磁場線圈由相對于其管外周沿傾斜軸纏繞 成橢圓狀的磁場線圈構成。本發明的第八方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第一 第七的任意一個方式中，在上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行 進管及上述第三等離子行進管的各個管內壁面上植設微滴捕集板，上述植設區域在管內壁 面積的70%以上。本發明的第九方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第一 第八任意的一個方式中，將上述第二等離子行進管做成擴徑管，將上述第一等離子行進管 做成與上述擴徑管的等離子導入側始端連接的導入側縮徑管，將上述第三等離子行進管做 成與上述擴徑管的等離子排出側終端連接的排出側縮徑管。本發明的第十方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第一 第九的任意一個方式中，在上述第二等離子行進管和上述第三等離子行進管的連接部，設 置了將從上述第二等離子行進管向上述第三等離子行進管供給的等離子流在行進方向進 行集束整流的整流磁場發生組件及/或使上述等離子流向其截面方向進行偏向振動的偏 向振動磁場發生組件。本發明的第十一方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第八 方式中，植設在上述第二等離子行進管內的微滴捕集板與上述第二等離子行進管的管壁被 電氣性地隔斷；設置了對上述微滴捕集板施加偏壓電壓的偏壓電壓施加組件。本發明的第十二方式是一種等離子生成裝置，所述等離子生成裝置是在上述第 一 第十一的任意一個方式中，在上述第二等離子行進管內配設能夠沿管軸方向變更設置 位置的一個以上的窗孔，上述窗孔具有規定面積的開口部。本發明的第十三方式是一種等離子處理裝置，所述等離子處理裝置具備上述第 一 第十二的任意一個方式的等離子生成裝置和設置了被處理物的等離子處理部，將上述 第三等離子行進管的等離子出口與上述等離子處理部的等離子導入口連接。發明的效果根據本發明的第一方式，能夠提供下述的等離子生成裝置，配置在上述等離子行 進路上的微滴除去部，由與上述等離子發生部連接的等離子直行管；與上述等離子直行管 呈彎曲狀地連接的第一等離子行進管；與上述第一等離子行進管的終端相對于其管軸以 規定彎曲角傾斜配置地連接的第二等離子行進管；與上述第二等離子行進管的終端呈彎 曲狀地連接并從等離子出口排出等離子的第三等離子行進管呈三級地彎曲構成，從目標面 到被處理物的合計長度L被設定成滿足900mm彡L彡1350mm。更詳細地說，上述合計長 度L是將從目標面到上述等離子直行管的出口的長度L0、上述第一等離子行進管的長度 Li、上述第二等離子行進管的長度L2、上述第三等離子行進管的長度L3及等離子從上述 第三等離子行進管的等離子出口到達被處理物的有效距離L4相加的合計長度，即，由L =L0+L1+L2+L3+L4定義，圖1表示了其詳細情況。這樣，由于上述合計長度L被設定成滿足 900mm< 1350mm，所以，如圖11所示，能夠使由等離子行進路形成的等離子輸送距離與 以往的T型等離子行進路、彎曲等離子行進路相比縮短，提高成膜速率，而且，不僅簡單使 直行路徑短縮化，而且通過上述三級的彎曲路徑化，能夠高效地除去微滴，生成能夠實現提 高成膜等的表面處理精度的高純度等離子。 上述第二等離子行進管以上述彎曲角(傾斜角)傾斜，在傾斜角大的情況下，能夠 隔斷微滴，但是，因為等離子密度降低，所以，向被處理物表面的成膜速度降低。反之，在傾 斜角小的情況下，微滴進入到處理室內，但是，因為等離子密度的降低小，所以，向被處理物 表面的成膜速度不降低。因此，能夠按照成膜速度和微滴的容許度的關系適當選擇上述傾 斜角。本發明中的由上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進 管及上述第三等離子行進管形成的上述三級的彎曲路徑是將各管連結在同一平面上而構 成，或空間性地進行三維配置而構成。根據本發明的第二方式，由于在從上述第三等離子行進管的等離子出口不呈直線 狀地透視上述第一等離子行進管的等離子出口側的位置，呈幾何學地配置了上述第二等離 子行進管，所以，從上述第一等離子行進管導出的微滴不直接從上述第三等離子行進管的 等離子出口排出，而是在上述三級的彎曲路徑過程中與路徑內壁碰撞，被附著除去，因此， 能夠大幅降低附著在被處理物上的微滴，能夠進行由高效地除去了微滴的高純度的等離子 進行的等離子處理。上述第三等離子行進管的出口既可以與后述的等離子處理部的外壁面直接連結， 也可以沒入到上述外壁面的內部地配置。進而，也可以一面保持上述第三等離子行進管的 出口和上述外壁面的位置關系，一面像后述的第十方式的那樣，使整流管、偏向振動管處于 第二等離子行進管和第三等離子行進管之間。根據本發明的第三方式，由于在設相對于從上述第三等離子行進管的等離子入口 側的管截面上端到上述第一等離子行進管的等離子出口側的管截面下端而言的仰角為θ， 設相對于從上述第三等離子行進管的等離子出口側的管截面下端到上述第二等離子行進 管的等離子出口側的管截面上端而言的仰角為θ ^時，滿足θ ^ θ ^，所以，能夠在從上述 第三等離子行進管的等離子出口不呈直線狀地透視上述第一等離子行進管的等離子出口 側的位置配置上述第二等離子行進管。因此，例如，在將上述三級的彎曲路徑連結在同一平 面上而構成的情況下等，能夠實現從上述第一等離子行進管導出的微滴不直接從上述第三 等離子行進管的等離子出口排出的管路結構，能夠進行使用高效地除去了微滴的高純度等 離子的等離子處理。如上所述，上述第三等離子行進管的出口當然既可以與后述的等離子處理部的外 壁面直接連結，也可以沒入到上述外壁面的內部地配置。另外，當然也可以使整流管、偏向 振動管處于第二等離子行進管和第三等離子行進管之間。根據本發明的第四方式，由于在上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述 第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的每一個上設置產生等離子輸送用磁場的等 離子輸送用磁場發生組件，在上述第一等離子行進管及/或上述第二等離子行進管上附設 使上述等離子輸送用磁場偏向的偏向磁場發生組件，通過由上述偏向磁場發生組件產生的偏向磁場使等離子流偏向管中心側，所以，能夠由上述偏向磁場對上述第一等離子行進管 及/或上述第二等離子行進管的連接部分中的上述等離子輸送用磁場的不均勻，即起因于 上述等離子輸送用磁場發生用磁場線圈的結構，導致在彎曲部的內側附加磁場變強這樣的 不良狀況進行偏向調整，將等離子流向管路中心引導，將等離子密度維持在高密度，進行使 用了高密度且高純度等離子的等離子處理。 根據本發明的第五方式，由于上述偏向磁場發生組件由配置在上述第一等離子行 進管及/或上述第二等離子行進管的外周的磁軛和纏繞在該磁軛上的磁場線圈構成，上述 磁軛在管軸方向被進行滑動調整，在周方向被進行轉動調整，及/或在管軸方向被進行擺 動調整，所以，能夠通過上述磁軛的可動進行由上述偏向磁場進行的微調整，謀求消除上述 等離子輸送用磁場的不均勻，能夠實現由上述三級的彎曲路徑的幾何學的配置構成的最適 當的等離子行進路。根據本發明的第六方式，由于上述等離子輸送用磁場發生組件由纏繞在上述等離 子直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的各 個管外周的磁場線圈構成，所以，能夠使上述三級的彎曲路徑整體產生上述等離子輸送用 磁場，提高等離子輸送效率，進行使用了高密度且高純度等離子的等離子處理。若將上述等離子輸送用磁場發生用磁場線圈沿傾斜軸呈圓形狀地纏繞設置在傾 斜配置的上述第二等離子行進管上，則在與其它的管的連接部附近產生不纏繞線圈的空 隙，產生不均勻磁場，等離子輸送效率降低。因此，根據本發明的第七方式，因為纏繞在上述 第二等離子行進管的管外周的磁場線圈由相對于其管外周沿傾斜軸纏繞成橢圓狀的磁場 線圈構成，所以，能夠不會產生該空隙地將磁場線圈緊密地纏繞在上述第二等離子行進管 的傾斜面上，不產生不均勻磁場，使等離子輸送效率提高，進行使用了高密度且高純度等離 子的等離子處理。根據本發明的第八方式，由于在上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述 第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的各個管內壁面上植設微滴捕集板，上述植設 區域在管內壁面積的70%以上，所以，能夠增大在等離子行進路用管內的微滴附著表面積， 能夠大量且可靠地附著、回收飛散微滴，能夠實現等離子流的高純度化。根據本發明的第九方式，由于將上述第二等離子行進管做成擴徑管，將上述第一 等離子行進管做成與上述擴徑管的等離子導入側始端連接的導入側縮徑管，將上述第三等 離子行進管做成與上述擴徑管的等離子排出側終端連接的排出側縮徑管，所以，從上述導 入側縮徑管導入到上述擴徑管內的等離子流因為由上述擴徑管產生的上述等離子行進路 的擴徑作用而擴散。由于該等離子流的擴散，所以混入到等離子中的微滴也在上述擴徑管 內擴散，與上述擴徑管的內側壁碰撞而被附著、回收。另外，在上述擴徑管內的等離子流被 排出時，由于從上述擴徑管向上述排出側縮徑管的縮徑作用，飛散到上述擴徑管內壁面側 的微滴與階梯部碰撞而被附著、回收，不會與等離子流合流，能夠防止微滴的再混入。因此， 能夠使微滴附著在上述擴徑管的內側壁上地充分地回收，能夠在上述第一等離子行進管、 上述第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的管路中有效地除去微滴。另外，若預先 使擴徑管和導入側縮徑管及/或排出側縮徑管的中心軸不一致地偏心，則微滴容易從等離 子流分離，微滴的捕集效果進一步提高。而且，僅通過在上述等離子行進路上形成上述擴徑 管，即可簡易且廉價地構成微滴除去部，進而，使用通過微滴除去效率的提高而得到的高純度等離子，能夠提高成膜等的表面處理精度，顯著提高被處理物表面的表面改性、形成膜的 均勻性。 由于在傾斜配置的上述第二等離子行進管的終端的與上述第三等離子行進管的 連接部中存在等離子流彎曲行進或擴散的情況，所以，也可以在上述第二等離子行進管的 出口配置等離子整流管，在此等離子整流管的外周設置使等離子流強制地在行進方向集束 整流的整流磁場發生組件。若在等離子行進方向施加集束磁場，則能夠一面將彎曲行進或 擴散的等離子流強制地集束一面使之前進。另外，可以在上述等離子整流管的出口配置喇 叭管狀的偏向振動管，在上述偏向振動管的外周配置偏向振動磁場發生裝置(即磁軛線 圈)，在偏向振動管的內部形成在其截面方向使等離子流左右或上下地擺動的偏向振動磁 場。若在左右方向(截面X軸方向)和上下方向(截面Y軸方向)的兩方向進行偏向振動， 則能夠大范圍地掃描等離子流。這樣，通過偏向掃描等離子流，在向非處理物的照射面積比 等離子流截面積大的情況下，能夠自由增減等離子照射面積。當然既可以將上述等離子整 流管和上述偏向振動管組合配置，也可以單獨配置。根據本發明的第十一方式，由于植設在上述第二等離子行進管內的微滴捕集板與 上述第二等離子行進管的管壁被電氣性地隔斷，設置了對上述微滴捕集板施加偏壓電壓的 偏壓電壓施加組件，所以，對上述微滴捕集板施加上述偏壓電壓，因此，通過調整其偏壓電 位，能夠抑制等離子的衰減，能夠增加等離子輸送效率。施加電壓有+的情況和_的情況。 施加形式可以適當地選擇。在+電位的情況下，+離子被排斥而向輸送方向被推出，在-電 位的情況下，電子被排斥而向輸送方向被推出。施加+_哪個電位，是以使等離子輸送效率 增加的方式選擇。另外，電位的大小可以調節成各種各樣，可以選擇使等離子輸送效率增加 的電位強度。根據本發明的第十二方式，由于在上述第二等離子行進管內配設沿管軸方向可動 的窗孔，上述窗孔具有規定面積的開口部，所以，能夠通過上述窗孔使上述第二等離子行進 管內縮徑來捕集微滴，而且能夠變更其設置位置，將捕集量調整到最適當，有助于微滴除去 效率的提高。另外，上述開口部不僅可以設置在上述窗孔的中心，還可以使之偏心地賦予使 管內等離子流彎曲行進的功能。根據本發明的第十三方式，由于具備上述第一 第十二的任意一個方式的等離子 生成裝置和設置了被處理物的等離子處理部，將上述第三等離子行進管的等離子出口與上 述等離子處理部的等離子導入口連接，所以，能夠提供從上述等離子導入口將由具備由上 述三級的彎曲路徑構成的等離子行進路的上述等離子生成裝置生成的高純度的等離子導 入而向被處理物照射，提高成膜等的表面處理精度，顯著提高被處理物表面的表面改性、形 成膜的均勻性的等離子處理裝置。上述第三等離子行進管的等離子出口既可以與上述等離 子處理部的外壁面連結，也可以沒入到上述外壁面的內部等，而自由地進行連結設計的情 況如上所述。


圖1是有關本發明的第一實施方式的等離子生成裝置的概略結構圖。圖2是有關本發明的第二實施方式的等離子處理裝置的概略結構圖。圖3是表示有關第二實施方式的可動磁軛29的配置狀態的圖。
圖4是表示可動磁軛29的轉動調整機構的結構5是表示可動磁軛29的滑動調整及擺動調整機構的結構圖。圖6是有關第二實施方式的等離子輸送用磁場發生用磁場線圈的模式結構圖。圖7是有關第二實施方式的內周管61的局部放大剖視圖。圖8是有關第二實施方式的可動窗孔70的俯視圖和窗孔70的安裝狀態圖。圖9是作為第三實施方式的等離子處理裝置的概略結構圖。圖10是有關第三實施方式的形成在圓錐臺形管(偏向振動管)1108上的掃描用 磁場的說明圖。圖11是表示等離子輸送距離相對于成膜比率的關系的圖。圖12是以往的等離子加工裝置的結構概略圖。符號說明1 等離子處理部；2 等離子發生部；3 等離子直行管；4 第一等離子行進管；5 第二等離子行進管；6 第三等離子行進管；7 等離子出口 ；8 箭頭；9 箭頭；10 陰極；11 觸發電極；12 陽極；13 電弧電源；14 陰極保護器；15 等離子穩定化磁場發生器；16 絕 緣板；17 磁場線圈；18 磁場線圈；19 磁場線圈；20 磁場線圈；21 磁場線圈；22 偏向磁 場發生組件；23 磁場線圈；24 偏向磁場發生組件；24a 氣體流入口 ；25 排氣口 ；27 磁 極；28 磁極；29 可動磁軛；30 偏向磁場發生線圈；31 引導體；32 引導槽；33 銷；34 連結螺母；35 滑動部件；36 隔離片；37 調整部主體；38 滑動槽；39 銷；40 連結螺母； 41 微滴捕集板(擋板)；42 微滴捕集板(擋板)；43 微滴捕集板(擋板)；44 微滴捕 集板(擋板)；60 微滴捕集板(擋板的一部分)；61 內周管；62 開口部；63 偏壓電源； 70 窗孔；71 開口部；72 擋塊；73 螺釘；74 突出部分；75 管；76 卡定凹部；77 箭頭； 108a =X方向振動磁場發生器；108b :Y方向振動磁場發生器；1109 出口管；102 等離子發 生部；104 陰極；106 觸發電極；108 陽極；109 等離子1 ； 110 電源；112 等離子加工部； 114 被處理物；116a 等離子穩定化磁場發生器；116b 等離子穩定化磁場發生器；1100 等離子直行管；1101 第一等離子行進管；1102 第二等離子行進管；1103 第三等離子行 進管；1104 連接口 ；1105 等離子出口 ；1106 等離子出口 ；1107 整流管；1108 圓錐臺形 管；1110 等離子出口 ；1111 箭頭；1112 箭頭；1113 掃描用磁場線圈；1114 整流磁場線 圈；A 等離子發生部；C 等離子處理部；Cl 設置位置；C2 目標位置；PO 等離子直行管； Pl 第一等離子行進管；P2 第二等離子行進管；P3 第三等離子行進管；P4 擴徑管；Sl 等 離子出口 ；S2 等離子入口 ；S3 等離子出口 ；W 工件。
具體實施例方式為了實施發明的優選方式下面，基于附圖，詳細說明有關本發明的等離子生成裝置的實施方式。圖1是有關本發明的等離子生成裝置的概略結構圖。圖中所示的等離子生成裝置 由產生向等離子處理部(腔)C供給的等離子的等離子發生部A及等離子行進路構成。在 等離子處理部C，設置工件(等離子被處理物)W，由與腔內連接的氣體導入系統與需要相應 地從氣體流入口 24a導入反應性氣體，由氣體排氣系統將反應氣體、等離子流從排氣口 25 排出。等離子發生部A具有在真空環境下進行真空電弧放電而產生等離子的陰極(目標)。等離子行進路由使等離子流通的管路構成，在等離子行進路上配置了將從陰極作為副產品 產生的微滴除去的微滴除去部。此微滴除去部也是等離子流通管路，由與等離子發生部A 連接的等離子直行管P0、與等離子直行管PO呈彎曲狀地連接的第一等離子行進管P1、與第 一等離子行進管Pl的終端相對于其管軸以規定彎曲角傾斜配置地連接的第二等離子行進 管P2、與第二等離子行進管P2的終端呈彎曲狀地連接并從等離子出口排出等離子的第三 等離子行進管P3構成。上述第三等離子行進管P3的出口 S3沒入到上述等離子處理部C的外壁面的內部 地延伸設置，但如后述的圖2所示，也可以將上述出口 S3經凸緣(未圖示)與上述外壁面 直接連結等，連接形式可以自由調整等離子直行管PO使從等離子發生部A直行的微滴與和等離子發生部A相向的終 端部E或管內壁碰撞而附著、除去。設從等離子發生部A的上述目標位置C2到等離子直行 管PO的出口即等離子直行管PO和第一等離子行進管Pl的連接點的等離子行進長度為L0。 第一等離子行進管Pl由等離子直行管PO的終端側側壁在正交的方向連通地連接。設第一 等離子行進管Pl的等離子行進長度為Li。第二等離子行進管P2被傾斜配置在第一等離 子行進管Pl及第三等離子行進管P3之間，設其等離子行進長度為L2。第三等離子行進管 P3被配置在與第一等離子行進管Pl平行的方向，設其等離子行進長度為L3。第三等離子 行進管P3的等離子出口一直延伸設置到等離子處理部C內部。設從第三等離子行進管P3 的等離子出口被排出的等離子到達等離子處理部C內的被處理物的設置位置Cl為止的等 離子有效距離為L4。由等離子直行管P0、第一等離子行進管P1、第二等離子行進管P2及第 三等離子行進管P3形成了呈三級地彎曲形成的等離子行進路。在各等離子行進管的外周纏繞了產生用于沿管路輸送等離子流P的等離子輸送 用磁場的磁場線圈(未圖示)。通過由磁場線圈構成的等離子輸送用磁場發生組件使上述 三級的彎曲路徑整體產生等離子輸送用磁場，提高了等離子輸送效率。另外，在管內壁上設 置了微滴除去用擋板(未圖示)。在有關上述結構的等離子行進路中，將等離子有效距離L4與從目標面到等離 子直行管PO的出口面之間、第一等離子行進管P1、第二等離子行進管P2及第三等離子 行進管P3的各自的等離子行進長度LO L3相加的合計長度(等離子輸送距離)L(= L0+L1+L2+L3+L4)設定成滿足900mm < L < 1350mm。在本實施方式中，如圖11的A3所示， 使L為1190mm。在此等離子輸送距離的設定下，與Al及A2的上述驗證實驗同樣，在相對于 一張基板進行等離子照射，實施了 3nm厚度的成膜時，得到了約1. 5nm/sec的成膜速率。根據本實施方式，能夠使基于上述等離子行進路的等離子輸送距離比以往的T字 等離子行進路、彎曲等離子行進路縮短，提高成膜速率，而且，不僅能夠簡單地使直行路徑 短縮化，還能夠通過上述三級的彎曲路徑化高效地除去微滴，生成能夠實現成膜等的表面 處理精度的提高的高純度等離子。即，與基于彎曲成T字狀的等離子行進路的情況(Al)、使 用了彎曲的等離子行進路的情況(A2)相比，等離子輸送距離被縮短，而且，能夠得到作為 在半導體基板等中使用的良好的成膜條件高的成膜速率(約1. 5nm/sec)。在本實施方式中，等離子行進路由上述三級的彎曲路徑構成，進而，通過圖1所 示的管路配置，起到極其良好的微滴除去效果。由于此微滴除去效果，相對于寬度dl為 2. 5in (英寸)、長度D2為2. 5in (英寸)、厚度t為任意的尺寸的基板(工件W)照射了 4秒鐘等離子時的微滴的附著量為10個 100個。 在從第三等離子行進管P3的等離子出口 S3不呈直線狀地透視第一等離子行進管 Pl的等離子出口 Sl側的位置，呈幾何學地配置了第二等離子行進管P2。S卩，在設相對于從 第三等離子行進管P3的等離子入口 S2側的管截面上端到第一等離子行進管Pl的等離子 出口 Sl側的管截面下端而言的仰角為θ，設相對于從第三等離子行進管Ρ3的等離子出口 S3側的管截面下端到第二等離子行進管Ρ2的等離子出口 S2側的管截面上端而言的仰角為 θ Q時，滿足θ彡Θ。。通過上述的幾何學的管路配置，能夠避免從第一等離子行進管Pl導出的直行微 滴直接侵入第三等離子行進管Ρ3，不從第三等離子行進管Ρ3的等離子出口 S3被排出。因 此，能夠在上述三級的彎曲路徑過程中使微滴與路徑內壁碰撞而附著除去，能夠像上述的 那樣大幅降低微滴相對于被處理物的附著量，能夠進行由高效地除去了微滴的高純度等離 子進行的等離子處理。在本實施方式中，雖然將上述三級的彎曲路徑連結在同一平面上地構成，但是，在 做成呈空間性地彎曲成三級的管路結構的情況下，通過與上述同樣的幾何學的配置，也能 夠實現直行等離子不直接從第三等離子行進管的等離子出口排出的管路結構。第二等離子行進管Ρ2也可以如虛線所示，做成與第一等離子行進管Pl及第三等 離子行進管Ρ3相比內徑大的擴徑管Ρ4。即，將第二等離子行進管Ρ2做成擴徑管Ρ4，將第 一等離子行進管Pl做成與擴徑管Ρ4的等離子導入側始端連接的導入側縮徑管，將第三等 離子行進管Ρ3做成與擴徑管Ρ4的等離子排出側終端連接的排出側縮徑管。若將擴徑管Ρ4 配置在中間，則從導入側縮徑管導入到擴徑管內的等離子流因為由擴徑管Ρ4產生的等離 子行進路的擴徑作用而擴散。由于該等離子流的擴散，混入到等離子中的微滴也在擴徑管 Ρ4內擴散，與擴徑管Ρ4的內側壁碰撞而被附著、回收。另外，在擴徑管Ρ4內的等離子流被 排出時，由于從擴徑管Ρ4到排出側縮徑管的縮徑作用，飛散到擴徑管內壁面側的微滴與階 梯部碰撞而被附著、回收，不會與等離子流合流，能夠防止微滴的再混入。因此，能夠使微滴 附著在擴徑管Ρ4的內側壁上而充分地回收，能夠在第一等離子行進管Pl、第二等離子行進 管Ρ2及第三等離子行進管Ρ3的管路中有效地除去微滴。另外，若預先使擴徑管Ρ4和導入 側縮徑管及/或排出側縮徑管的中心軸不一致地偏心，則微滴容易從等離子流分離，微滴 的捕集效果進一步提高。而且，僅通過在等離子行進路上形成擴徑管Ρ4，能夠簡易且廉價地 構成微滴除去部。接著，說明適合于使用了本發明中的等離子生成裝置的等離子處理裝置的磁場線 圈的設置例及微滴除去用擋板(捕集板)的設置例。圖2表示將產生等離子輸送用磁場的磁場線圈設置在管外周，另外將微滴除去用 擋板配置在管內壁上的等離子處理裝置的實施方式。在此實施方式中，采用了將第三等離 子行進管的出口與等離子處理部1的外壁面直接連結的連接形式。圖2的等離子處理裝置由等離子處理部(腔)1和由產生向等離子處理部1供給 的等離子的等離子發生部2及等離子行進路構成的等離子生成裝置構成。等離子行進路與 圖1的情況同樣，由配置了除去微滴的微滴除去部的等離子流通管路構成。微滴除去部，由 與等離子發生部2連接的等離子直行管3 ；與等離子直行管3呈彎曲狀地連接的第一等離 子行進管4 ；與第一等離子行進管4的終端，相對于其管軸以規定彎曲角傾斜配置而連接的第二等離子行進管5 ；與第二等離子行進管5的終端呈彎曲狀地連接，從等離子出口 7排出 等離子的第三等離子行進管6構成。由等離子直行管3、第一等離子行進管4、第二等離子行進管5及第三等離子行進 管6構成的等離子行進路，與圖1的等離子行進路同樣，呈三級地彎曲形成。第三等離子行 進管6的等離子出口 7與等離子處理部1的等離子導入口連接另外，在從第三等離子行進管6的等離子出口 7不呈直線狀地透視第一等離子行 進管4的等離子出口側的位置，與圖1同樣，呈幾何學地配置了第二等離子行進管5。S卩，如 箭頭9所示，相對于從第三等離子行進管6的等離子入口側的管截面上端到第一等離子行 進管4的等離子出口側的管截面下端而言的仰角θ，如箭頭8所示，在設相對于從第三等離 子行進管6的等離子出口 7側的管截面下端到第二等離子行進管5的等離子出口側的管截 面上端而言的仰角為θ ^時，滿足θ > Θ —通過與圖1同樣的幾何學的管路配置，能夠避 免從第一等離子行進管4導出的直行微滴直接地侵入第三等離子行進管6，不從第三等離 子行進管6的等離子出口 7被排出。等離子發生部2具備陰極(負極)10、觸發電極11、陽極(正極)12、電弧電源13、 陰極保護器14、等離子穩定化磁場發生器(電磁線圈或磁鐵)15。陰極10是等離子構成 物質的供給源，其形成材料只要是具有導電性的固體即可，沒有特別地限定，可以將金屬單 體、合金、無機單體、無機化合物(金屬氧化物、氮化物)等單獨或混合兩種以上使用。陰極 保護器14對蒸發的陰極表面以外部分進行電氣絕緣，防止在陰極10和陽極12之間產生 的等離子向后方擴散。陽極12的形成材料只要是在等離子溫度下也不蒸發的非磁性的材 料并具有導電性的固體即可，沒有特別地限定。另外，陽極12的形狀只要不是屏蔽電弧等 離子的整體的行進的形狀即可，沒有特別地限定。進而，等離子穩定化磁場發生器15配置 在等離子發生部2的外周，使等離子穩定化。在以相對于等離子而言的外加磁場成為相反 方向(尖點形)的方式配置了電弧穩定化磁場發生器15的情況下，等離子更加穩定化。另 夕卜，在以相對于等離子而言的外加磁場成為相同方向(反射鏡形)的方式配置了電弧穩定 化磁場發生器15的情況下，能夠使基于等離子的成膜速度進一步提高。進而，等離子發生 部2和各等離子管路由等離子發生部側絕緣板16電氣性絕緣，即使對等離子發生部2外加 了高電壓，前方部也從等離子直行管3電氣性地處于浮動狀態，被構成為等離子在等離子 行進路內不受電氣性的影響。另外，在第三等離子行進管6和等離子處理部1之間也夾裝 了加工部側絕緣板(未圖示)，從等離子直行管3到第三等離子行進管6的等離子輸送用的 管道部整體被電氣性地設定為浮動狀態，被構成為在被輸送的等離子中沒有外部電源(高 電壓、GND)的影響。在等離子發生部2中，在陰極10和觸發電極11之間產生電氣火花，使陰極10和 陽極12之間產生真空電弧，生成等離子。此等離子的構成粒子與來自陰極10的蒸發物 質、以蒸發物質和反應氣體為起源的荷電粒子(離子、電子)一起，包括等離子前狀態的分 子、原子的中性粒子。另外，在放出等離子構成粒子的同時，放出從亞微米以下到數百微米 (0. 01 1000 μ m)尺寸的微滴。此微滴形成與等離子流26的混合狀態，作為微滴混合等離 子在等離子行進路內移動。在由等離子直行管3、第一等離子行進管4、第二等離子行進管5及第三等離子行 進管6構成的等離子行進路上，設置了由纏繞在各管外周的磁場線圈17、18、19、20構成的等離子輸送用磁場發生組件。通過使上述三級的彎曲路徑整體產生等離子輸送用磁場，能夠提高等離子輸送效率。由于等離子行進路呈三級地彎曲形成，所以，在第一等離子行進管4及第二等離 子行進管5的管連接部附設了產生彎曲磁場的磁場線圈21、23，由彎曲磁場對等離子流進 行彎曲引導。在第一等離子行進管4及第二等離子行進管5的連接部分中，因為不能均勻 地纏繞彎曲磁場用線圈，所以，在彎曲部的內側產生彎曲磁場變強的磁場的不均勻。為了消 除此不均勻磁場，在第一等離子行進管4及第二等離子行進管5上附設了偏向磁場發生組 件 22、24。偏向磁場發生組件22、24由偏向磁場發生線圈30和可動磁軛29構成。圖3表示 將可動磁軛29配置在第二等離子行進管5外周的狀態。可動磁軛29纏繞了偏向磁場發生 線圈30，具有一對磁極27、28。在磁極27、28之間產生偏向磁場，被賦予給第二等離子行進 管5內的等離子。偏向磁場發生組件22、24包括對可動磁軛29在管軸方向進行滑動調整，在周方向 進行轉動調整及在管軸方向進行擺動調整的調整機構。圖4表示配置在第一等離子行進管4外周的可動磁軛29的轉動調整機構。轉動 調整機構由在四個部位設置了在周方向轉動調整可動磁軛29的圓弧狀引導槽32的引導體 31構成。設置在可動磁軛29上的銷33被插入在引導槽32內，通過使銷33在管圓周方向 滑動，能夠在90度以下的角度調整范圍θ 1內轉動調整可動磁軛29。調整后通過用連結螺 母34將銷33緊固在引導體31上，能夠保持其調整角度。圖5表示對配置在第二等離子行進管5外周的可動磁軛29在管軸方向進行滑動 調整及在管軸方向進行擺動調整的調整機構。引導體31在經隔離片36固定保持了可動磁 軛29的狀態下被支承在滑動部件35上。滑動部件35具有沿著第二等離子行進管5的管 軸方向的直線狀滑動槽38，被固定在調整部主體37上。滑動槽38與第二等離子行進管5 的傾斜中心線平行地形成。設置在第一等離子行進管4上的滑動槽沿第一等離子行進管4 的中心線水平地形成。設置在引導體31上的銷39被插入在引導槽38內，通過使銷39在 管軸方向滑動，能夠遍及第二等離子行進管的大致管長地對引導體31的可動磁軛29進行 滑動調整。調整后，通過用連結螺母40將銷39緊固在滑動部件35上，能夠保持其調整位 置。另外，引導體31在固定保持了可動磁軛29的狀態下繞銷39的軸旋轉自由地被支承在 滑動部件35上。通過繞銷39的軸旋轉，能夠在管軸方向對可動磁軛29進行擺動調整(傾 斜角調整)。調整后，通過用連結螺母40將銷39緊固在滑動部件35上，能夠保持其調整傾 斜角。可調整的傾斜角在第一等離子行進管4側為5°，在其相反側為30°。由于偏向磁場發生組件22、24能夠對可動磁軛29在管軸方向進行滑動調整，在周 方向進行轉動調整及在管軸方向進行擺動調整，所以，通過可動磁軛29的位置乃至角度的 調整，進行由上述偏向磁場進行的微調整，能夠謀求消除等離子輸送用磁場的不均勻，能夠 實現由上述三級的彎曲路徑的幾何學的配置構成的最適當的等離子行進路。圖6的(6Α)模式地表示將等離子輸送用磁場發生用磁場線圈沿傾斜軸呈圓形狀 Ml地纏繞在傾斜配置的第二等離子行進管5上的狀態19Α。在此情況下，如圖中的斜線所 示，在與其它的管(4或6)的連接部附近產生沒有纏繞線圈的空隙，產生不均勻磁場，等離 子輸送效率降低了。
在本實施方式中，纏繞在第二等離子行進管5的管外周的磁場線圈19由相對于其 管外周沿傾斜軸纏繞成橢圓狀的磁場線圈構成。圖6的(6B)模式地表示將等離子輸送用 磁場發生用磁場線圈19沿傾斜軸呈橢圓形狀M2地纏繞在傾斜配置的第二等離子行進管5 上的狀態19B。通過將纏繞成橢圓形狀M2的磁場線圈19設置在第二等離子行進管5上，由 于不產生(6A)的斜線區域的那樣的空隙，所以，能夠將磁場線圈緊密地纏繞在第二等離子 行進管5的傾斜面上，不產生不均勻磁場，提高等離子輸送效率，進行使用高密度且高純度 等離子的等離子處理。在由等離子直行管3、第一等離子行進管4、第二等離子行進管5及第三等離子行 進管6構成的等離子行進路上，在各個管內壁面上植設了微滴捕集板 (擋板)41、42、43、44。 以下詳述各捕集板的構造。圖7是具有微滴捕集板60的內周管61的局部放大剖視圖。內周管61被收容設置 在各等離子管路(3 6)內，在其內壁上植設了多張微滴捕集板60。在微滴捕集板60的中 央形成了等離子流通用開口部62。等離子從圖的上方流入，通過開口部62。雖然在15 90°的范圍內設定微滴捕集板60的傾斜角α，但是，按照經驗30 60°最適當，在此實施 例中設定為α =60°。在此傾斜角的情況下，從等離子流分離的微滴能夠一面在微滴捕集 板60上進行多重反射，一面可靠地附著回收。由多張微滴捕集板60增大了在內周管61內的微滴附著表面積，能夠大量且可靠 地附著、回收飛散微滴。在等離子行進路中，由于由內周管61的管長產生的限制，微滴捕集 板60的設置張數受到制約，因此，為了增大微滴除去面積，最好對微滴捕集板60的表面進 行糙面加工，形成具有無數的凹凸的糙面。即，通過使微滴捕集板60的表面糙面化，微滴捕 集板60的捕集面積增大，能夠提高捕集效率。另外，與凹部碰撞的微滴在凹部中被可靠地 固定，微滴捕集效率顯著增加。作為糙面加工可以使用刻痕加工、梨皮面加工。作為刻痕加 工方法，例如使用由研磨紙進行的研磨處理。梨皮面加工方法例如使用基于氧化鉛、散粒、 柵格、玻璃珠等的噴砂處理，特別是通過壓縮空氣等使幾微米粒子加速進行噴嘴噴射的微 噴砂加工能夠對微滴捕集板60的狹窄的表面實施細微凹凸加工。微滴捕集板60的植設區域最好在管內壁面積的70%以上。在圖2的情況下，使植 設區域為管內壁面積的約90%，增大在等離子行進路用管內的微滴附著表面積，能夠大量 且可靠地附著回收飛散微滴，能夠實現等離子流的高純度化。微滴捕集板60與各等離子行進管的管壁電氣性地隔斷。作為偏壓電壓施加組件 的偏壓電源63與內周管61連接，能夠將內周管61設定成+電位或設定成-電位。在內 周管61的偏壓電位為+電位的情況下，具有將等離子中的+離子在輸送方向推出的效果， 在-電位的情況下，具有將等離子中的電子在輸送方向推出的效果。選擇+_中的哪個是向 不降低等離子輸送效率的方向選擇，根據等離子的狀態判斷。電位強度也是可變的，通常從 輸送效率的觀點選擇將內周管61設定為+15V。通過對各微滴捕集板施加上述偏壓電壓，能 夠調整其偏壓電位，抑制等離子的衰減，能夠增加等離子輸送效率。在第二等離子行進管5內也可以配設一個以上沿管軸方向可動的窗孔70。上述窗 孔70具有能夠沿第二等離子行進管5內的管軸方向變更設置位置的構造，既可以是能夠前 后移動的構造，也可以是僅向一方向移動的構造。因為能夠移動，所以，能夠調整窗孔的設 置位置，還能夠取出進行清洗。此窗孔70在中央具有規定面積的開口部，在此開口部的周圍壁面中碰撞捕捉微滴，通過了上述開口部的等離子行進下去。上述開口部既可以設置在 中心，也可以設置在偏心位置等，可以設計成各種各樣。因此，若在第二等離子行進管5內 可移動地設置多個窗孔70，則微滴的除去效率增加，能夠提高等離子純度。下面，表示利用 了板簧的一方向移動的窗孔。
圖8的(8A)是可動窗孔70的俯視圖，該圖(8B)表示窗孔70的安裝狀態。窗孔 70具有在中央具有規定面積的開口部71的環形狀。此時，上述開口部的形狀可根據配置形 態設計成圓形、橢圓形等各種各樣。在窗孔70面的三個部位由螺釘73固定連接了由向外 側突出的彈性片(例如板簧)構成的擋塊72，但是，固定方式也可以采用焊接等任意的方 式。彈性片的突出部分74向下方彎曲。如圖8的(8B)所示，在第二等離子行進管5的管 75內壁上，預先呈圓狀地刻設了窗孔70保持用的卡定凹部76。卡定凹部76沿管75的長 度方向設置了多個。若在使彈性片的突出部分74向下方的狀態下將窗孔70在箭頭77的 方向插入到管75內，則擋塊72—面被推彎一面沿管內周面移動。等離子流的方向為箭頭 77的反方向。進而，若將窗孔70在箭頭77的方向推入，則在卡定凹部76中，擋塊72的突 出部分74因彈性加載力而擴開，嵌入并卡定于卡定凹部76。在此卡定狀態下，不能使擋塊 72逆向返回，能夠在其卡定位置設定窗孔70。在改變設定位置的情況下，若在箭頭77的方 向將窗孔70進一步推入，則擋塊72的卡定被解除，能夠使突出部分74再次嵌入卡定于下 一個卡定凹部76。由于窗孔70是可動到第二等離子行進管5內的任意的設定位置的構造，所以，能 夠由窗孔70對第二等離子行進管5內進行縮徑，捕集微滴，而且能夠適當變更其設定位置， 將捕集量調整為最適當，有助于微滴除去效率的提高。窗孔70的設定數量為一個或兩個以 上。另外，開口部71不僅可以設置在窗孔70的中心，也可以偏心地賦予使管內等離子流彎 曲行進的功能。在由等離子直行管3、第一等離子行進管4、第二等離子行進管5及第三等離子行 進管6構成的等離子行進路中的連接部，也可以配設環形狀的窗孔。與窗孔70同樣，通過 該連接部用窗孔的配設，能夠使等離子行進路的管徑縮小或偏心，或使之縮小和偏心，能夠 更多地捕集等離子流中所含的微滴，提高微滴除去效率。在圖1及圖2的等離子生成裝置中，以同樣的管徑構成最終級的第三等離子行進 管6，但是，最好使經彎曲路徑從第二等離子行進管5排出的等離子流在第三等離子行進管 6中進一步高密度化。以下表示在第三等離子行進管6中進一步賦予高密度化功能的實施 方式。圖9表示作為第三實施方式的等離子處理裝置的概略結構。圖9的等離子處理裝 置與圖2同樣，具有由產生向等離子處理部1供給的等離子的等離子發生部(未圖示)及 等離子行進路構成的等離子生成裝置。設置在等離子行進路上的微滴除去部，與圖2同樣， 由與等離子發生部連接的等離子直行管1100 ；由連接口 1104與等離子直行管1100呈彎曲 狀地連接的第一等離子行進管1101 ；與第一等離子行進管1101的終端相對于其管軸以規 定彎曲角傾斜配置地連接的第二等離子行進管1102 ；與第二等離子行進管1102的終端呈 彎曲狀地連接并從等離子出口 1106排出等離子的第三等離子行進管1103構成。另外，雖 然未圖示，但在等離子行進路上配設了微滴捕集板及等離子輸送磁場形成用磁場線圈。由等離子直行管1100、第一等離子行進管1101、第二等離子行進管1102及第三等離子行進管1103構成的等離子行進路，與圖1及圖2的等離子行進路同樣，呈三級地彎曲形成。第三等離子行進管1103由與第二等離子行進管1102的終端連接的整流管1107、成 為與整流管1107連接的偏向振動管的圓錐臺形管1108及出口管1109構成。圓錐臺形管 (偏向振動管)1108向出口管1109側擴徑。出口管1109的等離子出口 1110與等離子處理 部1的等離子導入口連接。出口管1109具有同樣的管徑。在有關本實施方式的等離子行進 路中，第一等離子行進管1101、第二等離子行進管1102及第三等離子行進管1103的各自的 等離子行進長度Ll L3與圖1的各等離子行進管同樣地被設定。另外，在從出口管1109 的等離子出口 1110不呈直線狀地透視第一等離子行進管1101的等離子出口 1105側的位 置，與圖1及圖2同樣地呈幾何學地配置了第二等離子行進管1102。S卩，如箭頭1111所示， 相對于從整流管1107的等離子入口側的管截面上端到第一等離子行進管1101的等離子出 口 1105側的管截面下端而言的仰角θ，如箭頭1112所示，在設相對于從出口管1109的等 離子出口 1110側的管截面下端到第二等離子行進管1102的等離子出口 1106側的管截面 上端而言的仰角為θ ^時，與圖1同樣，滿足θ > Θ —通過與圖1及圖2同樣的幾何學的 管路配置，能夠避免從第一等離子行進管1101導出的直行微滴直接侵入第三等離子行進 管1103，不從第三等離子行進管1103的等離子出口 1110被排出。在傾斜配置的第二等離子行進管1102的終端的與第三等離子行進管1103的連接 部中，為了防止等離子流彎曲行進、擴散，向第三等離子行進管1103側的等離子行進效率 降低，在與第二等離子行進管連接的整流管1107上設置整流磁場線圈1114，使管內產生一 面強制性地使從第二等離子行進管1102向整流管1107供給的等離子的流動集束一面進行 整流的整流磁場。通過此整流磁場，能夠將向第二等離子行進管1102流動的等離子呈集束 狀地向第三等離子行進管1103側引出，能夠生成高密度且高純度的等離子。圖10是在有關第三實施方式的圓錐臺形管(偏向振動管)1108(圖9所示)上形 成的掃描用磁場的說明圖。如圖9及圖10所示，為了使通過整流磁場作用集束整流的等離 子流左右、上下地振動，像CRT顯示器的那樣掃描等離子流，在與整流管1107連接的圓錐臺 形管(偏向振動管)1108上附設了掃描用磁場線圈1113。掃描用磁場線圈1113由一組X 方向振動磁場發生器108a、108a和一組Y方向振動磁場發生器108b、108b構成。圖中表示了由X方向振動磁場發生器108a、108a產生的時刻t的X方向振動磁場 Bx(t)、由Y方向振動磁場發生器108b、108b產生的時刻t的Y方向振動磁場BY(t)及時刻 t的掃描磁場BK(t)的關系。掃描磁場 (0是X方向振動磁場Bx(t)和Y方向振動磁場 By(t)的合成磁場。如果詳細地說明就是，一面通過X方向振動磁場使等離子流左右地振動， 一面通過Y方向振動磁場上下地掃描等離子流，反復進行這些動作，能夠對等離子處理部1 進行大面積等離子照射。在等離子流的截面積比配置在等離子處理室1內的被處理物的截 面積小的情況下，能夠上下左右地掃描等離子流，對被處理物的整個表面進行等離子照射。 例如，利用與CRT顯示器的電子束一面左右地振動一面上下地移動，反復進行此動作，顯示 器畫面的整個面發光同樣的原理。在圖10中，由時刻t =、時的振動磁場BxU1)及 化) 合成掃描用磁場BJt1)，此掃描用磁場BJt1)左右地振動，同時，在時刻t = t2時，由振動磁 場~(、)及 (、)形成掃描用磁場 (、)，等離子流能夠在管內的大致整個面上進行偏向 振動。本發明不限定于上述實施方式、變形例，在不脫離本發明的技術思想的范圍內的各種變形例、設計變更等當然也被包含在其技術范圍內。產業上的利用可能性有關本發明的等離子生成裝置在等離子行進路上設置微滴除去部，能夠將高純 度、均勻的等離子流導入到等離子處理部。另外，能夠提供一種如下的等離子處理裝置若 使用由有關本發明的等離子生成裝置生成的高純度等離子，則能夠在等離子中在固定材料 的表面上形成缺陷、不純物顯著少的高純度的薄膜，或通過照射等離子，能夠不會對固體的 表面特性賦予缺陷、不純物地進行均勻地改性，能夠高品質且高精度地形成例如固體表面 的耐磨損性、耐腐蝕性強化膜、保護膜、光學薄膜、透明導電性膜等。
權利要求
一種等離子生成裝置，其特征在于，具有在真空環境下進行真空電弧放電、從目標表面產生等離子的等離子發生部，和使由上述等離子發生部產生的等離子行進的等離子行進路，在上述等離子行進路上配置將產生等離子時從陰極作為副產品產生的陰極材料粒子(下面稱為“微滴”)除去的微滴除去部，此微滴除去部，由與上述等離子發生部連接的等離子直行管；與上述等離子直行管呈彎曲狀地連接的第一等離子行進管；與上述第一等離子行進管的終端相對于其管軸以規定彎曲角傾斜配置地連接的第二等離子行進管；與上述第二等離子行進管的終端呈彎曲狀地連接并從等離子出口排出等離子的第三等離子行進管構成，上述等離子從上述目標表面到達被處理物的合計長度L被設定成滿足900mm≤L≤1350mm。
2.根據權利要求1所述的等離子生成裝置，其特征在于，在從上述第三等離子行進管 的等離子出口不呈直線狀地透視上述第一等離子行進管的等離子出口側的位置，呈幾何學 地配置了上述第二等離子行進管。
3.根據權利要求2所述的等離子生成裝置，其特征在于，在設相對于從上述第三等 離子行進管的等離子入口側的管截面上端到上述第一等離子行進管的等離子出口側的管 截面下端而言的仰角為θ，設相對于從上述第三等離子行進管的等離子出口側的管截面 下端到上述第二等離子行進管的等離子出口側的管截面上端而言的仰角為θ ^時，滿足 θ ^ θ 0°
4.根據權利要求1、2或3所述的等離子生成裝置，其特征在于，在上述等離子直行管、 上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的每一個上設置 產生等離子輸送用磁場的等離子輸送用磁場發生組件，在上述第一等離子行進管及/或上 述第二等離子行進管上附設使上述等離子輸送用磁場偏向的偏向磁場發生組件，通過由上 述偏向磁場發生組件產生的偏向磁場，使等離子流偏向管中心側。
5.根據權利要求4所述的等離子生成裝置，其特征在于，上述偏向磁場發生組件由配 置在上述第一等離子行進管及/或上述第二等離子行進管的外周的磁軛和纏繞在該磁軛 上的磁場線圈構成，上述磁軛在管軸方向被進行滑動調整，在周方向被進行轉動調整，及/ 或在管軸方向被進行擺動調整。
6.根據權利要求4所述的等離子生成裝置，其特征在于，上述等離子輸送用磁場發生 組件由纏繞在上述等離子直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進管及上述 第三等離子行進管的各個管外周的磁場線圈構成。
7.根據權利要求6所述的等離子生成裝置，其特征在于，纏繞在上述第二等離子行進 管的管外周的磁場線圈由相對于其管外周沿傾斜軸纏繞成橢圓狀的磁場線圈構成。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的等離子生成裝置，其特征在于，在上述等離子 直行管、上述第一等離子行進管、上述第二等離子行進管及上述第三等離子行進管的各個 管內壁面上植設微滴捕集板，上述植設區域在管內壁面積的70%以上。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的等離子生成裝置，其特征在于，將上述第二等 離子行進管做成擴徑管，將上述第一等離子行進管做成與上述擴徑管的等離子導入側始端 連接的導入側縮徑管，將上述第三等離子行進管做成與上述擴徑管的等離子排出側終端連 接的排出側縮徑管。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的等離子生成裝置，其特征在于，在上述第二等離子行進管和上述第三等離子行進管的連接部，設置了將從上述第二等離子行進管向 上述第三等離子行進管供給的等離子流在行進方向進行集束整流的整流磁場發生組件及/ 或使上述等離子流向其截面方向進行偏向振動的偏向振動磁場發生組件。
11.根據權利要求8所述的等離子生成裝置，其特征在于，植設在上述第二等離子行進 管內的微滴捕集板與上述第二等離子行進管的管壁被電氣性地隔斷；設置了對上述微滴捕 集板施加偏壓電壓的偏壓電壓施加組件。
12.根據權利要求1至11中的任一項所述的等離子生成裝置，其特征在于，在上述第二 等離子行進管內配設能夠沿管軸方向變更設置位置的一個以上的窗孔，上述窗孔具有規定 面積的開口部。
13.一種等離子處理裝置，其特征在于，具備權利要求1至12中的任一項所述的等離子 生成裝置和設置了被處理物的等離子處理部，將上述第三等離子行進管的等離子出口與上 述等離子處理部的等離子導入口連接。
全文摘要
本發明的目的是提供一種能夠更有效地除去混入到等離子中的微滴，能夠謀求由高純度等離子進行的成膜等的表面處理精度的提高的等離子生成裝置及使用了它的等離子處理裝置。在本發明中，設置在等離子行進路上的微滴除去部，由與等離子發生部(A)連接的等離子直行管(P0)；與等離子直行管(P0)呈彎曲狀地連接的第一等離子行進管(P1)；與第一等離子行進管(P1)的終端相對于其管軸以規定彎曲角傾斜配置地連接的第二等離子行進管(P2)；與第二等離子行進管(P2)的終端呈彎曲狀地連接并從等離子出口排出等離子的第三等離子行進管(P3)構成。
文檔編號C23C14/32GK101970710SQ200980109110
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月25日 優先權日2008年3月27日
發明者椎名祐一 申請人:日本磁性技術株式會社