(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電位０状態で接地された導電性部材からなるチャンバ―、このチャンバ―内に設けられた高周波プラズマを発生させる双極子電極、この双極子電極に高周波電力を供給するための発振器およびトランス、前記双極子電極、前記発振器、前記トランス、前記高周波プラズマとによって形成される、周波数が可変となる自励式の高周波発振部、前記チャンバ―に導電形態で一体化されて前記発振器および前記トランスを覆うように設けられた、導電性部材からなる発振器シールドカバー、前記高周波発振部および該チャンバ―内で生ずる高周波ノイズの外部輻射を生じなくさせるための、前記チャンバ―と前記発振器シールドカバーとによって形成されてなるシールド体、前記トランスの中位点と前記チャンバ―を電位０状態で接地してなる中位点接続部、前記シールド体と絶縁状態で前記発振器に電力を供給する発振器用電源、前記チャンバ―内に該チャンバ―と絶縁状態で設けられた、バイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加部、このバイアス電圧印加部に直流バイアス電圧を印加する電圧を可変できる可変型直流電源、前記バイアス電圧印加部に前記直流バイアス電圧と重畳できる交流バイアス電圧を印加する、周波数および電圧を可変できる可変型交流電源、前記直流バイアス電圧と前記交流バイアス電圧が重畳された重畳バイアス電圧の波形、前記重畳バイアス電圧の波形の０Vラインを上回ったプラス交流電圧よりなるプラス電圧区間、このプラス電圧区間と次のプラス電圧区間との間の０Vラインを下回ったマイナス交流電圧よりなるマイナス電圧区間とからなるとともに、前記プラス電圧区間である前記プラス交流電圧よりも前記マイナス電圧区間である前記マイナス交流電圧の方が大きく、前記前記可変型直流電源に前記可変型交流電源が接続され、該可変型交流電源に前記バイアス電圧印加部が接続された接続配置によって、前記直流バイアス電圧に前記交流バイアス電圧が重畳された前記重畳バイアス電圧が形成され、前記プラス電圧区間の幅と電圧および前記マイナス電圧区間の幅と電圧を、前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を調節することにより自在に設定することができるようにしてなることを特徴とするプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法であって、
イオンによる正の電荷量と電子による負の電荷量を常に互いにほぼ等しくするための設定を行わず、かつ、前記絶縁性窒化層の形成に適した前記重畳バイアス電圧の波形が得られるように前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を設定し、
前記バイアス電圧印加部に導電性ワークをセットし、
前記チャンバ―内に成膜ガスを導入し、
前記双極子電極に高周波電流を流して前記成膜ガスをプラズマ状態である窒素イオン化し、
前記重畳バイアス電圧を前記バイアス電圧印加部に印加し、
前記マイナス電圧区間では前記窒素イオンが前記導電性ワークに衝突して該導電性ワークと反応して表面に絶縁性窒化層を形成して行き、前記プラス電圧区間では窒素イオンは該絶縁性窒化層から離れ移動し、かつ、電子が前記絶縁性窒化層に衝突して弱い付着力の窒素イオンが中和して残った窒素分子および該絶縁性窒化層の一部を剥がし、弱い付着力部分が除かれた強付着力の層による第１回目強付着絶縁性窒化層を残し、前記マイナス電圧区間と前記プラス電圧区間を繰り返すことにより、前記第１回目強付着絶絶縁性窒化層上に第２回目強付着絶縁性窒化層を形成し、この第２回目強付着絶縁性窒化層上に第３回目強付着絶縁性窒化層を形成するという工程を繰り返して第ｎ回目強付着絶縁性窒化層を形成して、前記第１回目強付着絶縁性窒化層〜前記第ｎ回目強付着絶縁性窒化層からなる絶縁性窒化層を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法。
【請求項２】
電位０状態で接地された導電性部材からなるチャンバ―と、
このチャンバ―内に設けられた高周波プラズマを発生させる双極子電極と、
この双極子電極に高周波電力を供給するための発振器およびトランスと、
前記双極子電極、前記発振器、前記トランス、前記高周波プラズマとによって形成される、周波数が可変となる自励式の高周波発振部と、
前記チャンバ―に導電形態で一体化されて前記発振器および前記トランスを覆うように設けられた、導電性部材からなる発振器シールドカバーと、
前記高周波発振部および該チャンバ―内で生ずる高周波ノイズの外部輻射を生じなくさせるための、前記チャンバ―と前記発振器シールドカバーとによって形成されてなるシールド体と、
前記トランスの中位点と前記チャンバ―を電位０状態で接地してなる中位点接続部と、
前記シールド体と絶縁状態で前記発振器に電力を供給する発振器用電源と、
前記チャンバ―内に該チャンバ―と絶縁状態で設けられた、バイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加部と、
このバイアス電圧印加部に直流バイアス電圧を印加する電圧を可変でき、かつ、極性を切り替えることができる可変型直流電源と、
前記バイアス電圧印加部に前記直流バイアス電圧と重畳できる交流バイアス電圧を印加する、周波数および電圧を可変できる可変型交流電源と、
前記直流バイアス電圧と前記交流バイアス電圧が重畳された重畳バイアス電圧の波形と、
前記重畳バイアス電圧の波形の０Vラインを上回った電圧よりなるプラス電圧区間と、
このプラス電圧区間と次のプラス電圧区間との間の０Vラインを下回った電圧よりなるマイナス電圧区間とからなるとともに、
前記可変型直流電源に前記可変型交流電源が接続され、該可変型交流電源に前記バイアス電圧印加部が接続された接続配置によって、前記直流バイアス電圧に前記交流バイアス電圧が重畳された前記重畳バイアス電圧が形成され、前記プラス電圧区間の幅と電圧および前記マイナス電圧区間の幅と電圧を、前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を調節することにより自在に設定することができるようにしてなることを特徴とするプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法およびプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電位０状態で接地されたチャンバ―と、このチャンバ―内に設けられプラズマを発生させる双極子電極と、この双極子電極に高周波を供給する、発振器とトランスを有する自励式の高周波発振部と、前記チャンバ―に導電形態で一体化されて前記発振器とトランスを覆うように設けられた発振器シールドカバー、該チャンバ―とからなるシールド体と、トランスの中位点と前記チャンバ―を電位０状態で接地してなる中位点接続部と、前記チャンバ―内に該チャンバ―と絶縁状態で設けられたバイアス電圧印加部と、このバイアス電圧印加部に直流バイアス電圧を印加する前記シールド体と電位０状態で接地されたバイアス形成用直流電源とからなっているプラズマ発生装置が知られている。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2010-212234号公報（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１の技術にあっては、直流バイアス電圧印加部に印加される電圧は直流電圧であるため、その極性はマイナスかプラスのいずれかである。
直流バイアス電圧がプラズマ電位に対してマイナスである場合で、例えば、アルミニウム製部材のワークに絶縁性窒化層である窒化アルミニウム層（形成対象）を形成するプラズマ処理の場合にあっては、電離されたプラスの窒素イオンがマイナスバイアスされたワーク台およびアルミニウムワークに引き寄せられ(イオン吸引効果と呼ぶ)衝突しあるいは反応して、窒化アルミニウム層が生成される。
【０００５】
しかるに、衝突し反応した窒化アルミニウムは絶縁体であるために該窒化アルミニウム層が生成されるとこの層の上に、絶縁体ゆえにプラスのイオンが堆積し、このためワーク表面のイオン吸引効果が弱まり、よって窒素イオンの衝突、反応力が弱まって行く。この結果、一旦薄い絶縁性窒化層ができると、イオン吸引効果が減るばかりでなく、絶縁体である窒化アルミニウム層の膜形成速度が低下する。
そこで、形成速度を速めるためにあるいは厚い窒化アルミニウム層を形成しようと、強い直流バイアス電圧を印加すると、より大きなチャージアップによって、膜の絶縁破壊が起こり部分的に表面に放電痕が生じ、形成面にはところどころに放電禍根のある荒れた表面となる。
【０００６】
よって、高品質、高平坦面の絶縁性窒化層を形成しようとすると、直流バイアス電圧を低くしての処理となり、結果的に長時間処理を要するという欠点を有するものであった。
すなわち、バイアス電圧がマイナス直流バイアス電圧のみだと、時間の経過とともに電荷堆積が増え、ますます窒化反応は阻害されるばかりでなく、電荷量（チャージアップ量）が増えると、端面や薄い層部分では、絶縁破壊が起きワーク表面に放電痕を生じ、表面の層が荒れるという欠点が生ずる。反応を速めようとして、バイアス電圧を強く（深く）すると、より一層チャージアップ量が増えるので放電痕がひどくなり、高品質な窒化膜は得られなくなる。高品質な膜を得るためには、部分放電を起こさないような低いバイアス電圧で、長時間、ゆっくりと反応を待つしかないことになのである。
【０００７】
また、特許文献１以外の技術で電極を有する高周波プラズマ装置、即ち静電容量型あるいは平行平板型プラズマ装置では、チャンバ―が片側電極の役目となっているので、電極の自己バイアス現象も生じ、プラズマの電位中心が常に０になるとは限らない。片側電極、即ちチャンバ―（導体）を強制的に電位０（アーズ）としているので、逆に中のプラズマ電位の中心は不定である。
【０００８】
本発明は上述したような従来技術の欠点に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、形成対象が絶縁性でありかつその該絶縁性窒化層を施すワークが導電性を有するものにあって、高品質な絶縁性窒化層を高速に形成可能とするプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法を提供するにある。
第２の目的は、前記第１の目的を実現するプラズマ発生装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は次に述べるような構成となっている。
＜請求項１記載の発明＞
電位０状態で接地された導電性部材からなるチャンバ―、このチャンバ―内に設けられた高周波プラズマを発生させる双極子電極、この双極子電極に高周波電力を供給するための発振器およびトランス、前記双極子電極、前記発振器、前記トランス、前記高周波プラズマとによって形成される、周波数が可変となる自励式の高周波発振部、前記チャンバ―に導電形態で一体化されて前記発振器および前記トランスを覆うように設けられた、導電性部材からなる発振器シールドカバー、前記高周波発振部および該チャンバ―内で生ずる高周波ノイズの外部輻射を生じなくさせるための、前記チャンバ―と前記発振器シールドカバーとによって形成されてなるシールド体、前記トランスの中位点と前記チャンバ―を電位０状態で接地してなる中位点接続部、前記シールド体と絶縁状態で前記発振器に電力を供給する発振器用電源、前記チャンバ―内に該チャンバ―と絶縁状態で設けられた、バイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加部、このバイアス電圧印加部に直流バイアス電圧を印加する電圧を可変できる可変型直流電源、前記バイアス電圧印加部に前記直流バイアス電圧と重畳できる交流バイアス電圧を印加する、周波数および電圧を可変できる可変型交流電源、前記直流バイアス電圧と前記交流バイアス電圧が重畳された重畳バイアス電圧の波形、前記重畳バイアス電圧の波形の０Vラインを上回ったプラス交流電圧よりなるプラス電圧区間、このプラス電圧区間と次のプラス電圧区間との間の０Vラインを下回ったマイナス交流電圧よりなるマイナス電圧区間とからなるとともに、前記プラス電圧区間である前記プラス交流電圧よりも前記マイナス電圧区間である前記マイナス交流電圧の方が大きく、前記前記可変型直流電源に前記可変型交流電源が接続され、該可変型交流電源に前記バイアス電圧印加部が接続された接続配置によって、前記直流バイアス電圧に前記交流バイアス電圧が重畳された前記重畳バイアス電圧が形成され、前記プラス電圧区間の幅と電圧および前記マイナス電圧区間の幅と電圧を、前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を調節することにより自在に設定することができるようにしてなることを特徴とするプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法であって、
イオンによる正の電荷量と電子による負の電荷量を常に互いにほぼ等しくするための設定を行わず、かつ、前記絶縁性窒化層の形成に適した前記重畳バイアス電圧の波形が得られるように前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を設定し、
前記バイアス電圧印加部に導電性ワークをセットし、
前記チャンバ―内に成膜ガスを導入し、
前記双極子電極に高周波電流を流して前記成膜ガスをプラズマ状態である窒素イオン化し、
前記重畳バイアス電圧を前記バイアス電圧印加部に印加し、
前記マイナス電圧区間では前記窒素イオンが前記導電性ワークに衝突して該導電性ワークと反応して表面に絶縁性窒化層を形成して行き、前記プラス電圧区間では窒素イオンは該絶縁性窒化層から離れ移動し、かつ、電子が前記絶縁性窒化層に衝突して弱い付着力の窒素イオンが中和して残った窒素分子および該絶縁性窒化層の一部を剥がし、弱い付着力部分が除かれた強付着力の層による第１回目強付着絶縁性窒化層を残し、前記マイナス電圧区間と前記プラス電圧区間を繰り返すことにより、前記第１回目強付着絶絶縁性窒化層上に第２回目強付着絶縁性窒化層を形成し、この第２回目強付着絶縁性窒化層上に第３回目強付着絶縁性窒化層を形成するという工程を繰り返して第ｎ回目強付着絶縁性窒化層を形成して、前記第１回目強付着絶縁性窒化層〜前記第ｎ回目強付着絶縁性窒化層からなる絶縁性窒化層を形成するようにしたことを特徴とするプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法である。
【００１０】
本願発明にあっては、「可変型直流電源」には、電圧の正逆印加切り替え型電源もその技術的範疇に含むものであり、「可変型交流電源」にはパルス波形電圧、正弦波電圧、三角派電圧、脈流など、様々な交流波形の電圧と周波数を可変とすることもその技術的範疇に含むものである。このことは、以下の請求項の発明についても適用されるものである。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
＜請求項２記載の発明＞
電位０状態で接地された導電性部材からなるチャンバ―と、
このチャンバ―内に設けられた高周波プラズマを発生させる双極子電極と、
この双極子電極に高周波電力を供給するための発振器およびトランスと、
前記双極子電極、前記発振器、前記トランス、前記高周波プラズマとによって形成される、周波数が可変となる自励式の高周波発振部と、
前記チャンバ―に導電形態で一体化されて前記発振器および前記トランスを覆うように設けられた、導電性部材からなる発振器シールドカバーと、
前記高周波発振部および該チャンバ―内で生ずる高周波ノイズの外部輻射を生じなくさせるための、前記チャンバ―と前記発振器シールドカバーとによって形成されてなるシールド体と、
前記トランスの中位点と前記チャンバ―を電位０状態で接地してなる中位点接続部と、
前記シールド体と絶縁状態で前記発振器に電力を供給する発振器用電源と、
前記チャンバ―内に該チャンバ―と絶縁状態で設けられた、バイアス電圧が印加されるバイアス電圧印加部と、
このバイアス電圧印加部に直流バイアス電圧を印加する電圧を可変でき、かつ、極性を切り替えることができる可変型直流電源と、
前記バイアス電圧印加部に前記直流バイアス電圧と重畳できる交流バイアス電圧を印加する、周波数および電圧を可変できる可変型交流電源と、
前記直流バイアス電圧と前記交流バイアス電圧が重畳された重畳バイアス電圧の波形と、
前記重畳バイアス電圧の波形の０Vラインを上回った電圧よりなるプラス電圧区間と、
このプラス電圧区間と次のプラス電圧区間との間の０Vラインを下回った電圧よりなるマイナス電圧区間とからなるとともに、
前記可変型直流電源に前記可変型交流電源が接続され、該可変型交流電源に前記バイアス電圧印加部が接続された接続配置によって、前記直流バイアス電圧に前記交流バイアス電圧が重畳された前記重畳バイアス電圧が形成され、前記プラス電圧区間の幅と電圧および前記マイナス電圧区間の幅と電圧を、前記可変型直流電源と前記可変型交流電源を調節することにより自在に設定することができるようにしてなることを特徴とするプラズマ発生装置置である。
【発明の効果】
【００１５】
以上の説明から明らかなように、本発明にあっては次に列挙する効果が得られる。
＜請求項１記載の発明の効果＞
[基本動作]
プラズマとは、チャンバ―内の気体が電離し、マイナスの電子とプラスのイオンが混在した状態にある。チャンバ―に囲まれたプラズマの電位は、チャンバ―内壁（導体）に接しているので、電位０状態のチャンバ―電位と同じである。このチャンバ―内に設けられたバイアス電圧印加部（例えばワーク台）およびそこにセットされたワークに直流バイアス電圧と交流バイアス電圧を重畳させた重畳バイアス電圧が印加される。
【００１６】
この重畳バイアス電圧の印加による基本動作は次のようである。
重畳バイアス電圧がプラズマに対して、マイナス電圧区間では、プラズマ中のプラスのイオンはマイナスであるバイアス電圧印加部および導電性のワークに引寄せられ移動し（イオン吸引効果）、マイナスの電子は反発される（電子反発効果）。逆にプラス電圧区間ではプラスのイオンはバイアス電圧印加部側から反発され（イオン反発効果）、電子は引き寄せられる（電子吸引効果）。
【００１７】
本願発明のプラズマ発生装置では、チャンバ―２は電位が常に０であるので、プラズマの電位中心も常に０であり、イオンおよび電子がチャンバ―からの電位的な影響を受けての挙動が生じなく、よって、重畳バイアス電圧による効率的で効果的なイオンおよび電子の挙動制御を可能としている。
【００１８】
[作用効果]
このような、重畳バイアス電圧の印加の基本動作によってもたらされる作用効果について、例えば、窒素ガスをプラズマ化して導電性部材であるアルミニウム製部材（導電性ワーク）の表面に絶縁性窒化層である窒化アルミニウム層を形成する形成処理の例で説明する。
まず、電子電荷のチャージが起こったり部分放電が起こったりしないように、マイナス電圧区間とプラス電圧区間の、区間長さ（幅）と電圧の大きさを窒化アルミニウム層の形成条件に最適な値に設定する。
【００１９】
A: マイナス電圧区間での挙動
電離されたプラスイオンである窒素イオンが引寄せられ移動反応して、マイナスであるアルミニウム製部材（導電性ワーク）の表面に窒化アルミニウム層が形成されて行く。そして、窒化アルミニウム層は絶縁体（不導体）であるので、この膜層が薄くできるとこの膜層の上にプラスの電荷（窒素イオンばかりではない）が堆積して行き、結果プラスイオンの吸引力が弱くなり、窒化の形成反応速度も減少する。同時に窒化反応に寄与しないプラスイオンも混在堆積し、結果、付着力の弱い窒化層も生ずる。
【００２０】
B: プラス電圧区間に転じたときの挙動
導電性ワークであるアルミニウム製部材もプラスとなり、形成された窒化アルミニウム層の上に堆積した電荷は、プラス同士なので反発力を受け表面から離脱、あるいは、電子が引き寄せられ電荷に衝突して中和（＋と−が打ち消される）される。このプラス電圧区間では層形成反応は進行しない。このようにして処理表面にはプラス電荷の存在は無い状態の第１回目強付着絶縁性窒化層が形成される。ちょうど表面の電荷をクリーニング（電荷クリーニング）された状態となる。
C: A＝B＝A＝B＝・・・を繰り返す。
【００２１】
このように、第１回目強付着絶縁性窒化層が形成され、電荷クリーニングされ、その上に第２回目強付着絶縁性窒化層が形成され、第３回目強付着絶縁性窒化層、第４回目強付着絶縁性窒化層・・第ｎ回目強付着絶縁性窒化層（第ｎ回目強付着窒化アルミニウム層）が形成されてゆき、第１回目強付着絶縁性窒化層（第１回目強付着窒化アルミニウム層）〜第ｎ回目強付着絶縁性窒化層（（第ｎ回目強付着窒化アルミニウム層）からなる高密度・高強度である高品質の強付着絶縁層が多層した絶縁性窒化層が形成される。
【００２２】
上記形成工程は、絶縁性窒化層の弱い部分を電荷クリーニングにより除去して該絶縁性窒化層を薄くしながら、すなわち絶縁性を弱めることによって形成速度を上げての形成を実現しているので、従来のものに比べて形成速度が向上され（形成時間の短縮を実現し）、かつ、高品質の形成を実現しているものである。
このような、重畳バイアス電圧の印加を継続させることによって、高強度・高密度・高品質（例えば、荒れのない滑らかな平坦表面）の絶縁性窒化層を短時間で形成できるという効果を奏する。
これは、特に高速で緻密な平坦性が求められる成膜用途に有効である。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
＜請求項２記載の発明の効果＞
前記請求項１に記載の発明のプラズマ発生装置による絶縁性窒化層の形成方法を実現するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施例１を示す構成図。
【図２】本発明の実施例１の重畳された電圧の波形を示す図。
【図３】本発明の実施例１の双極子電極プラズマの等価回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明の実施例を説明する。但し、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、後述する実施例の説明にあたっては前述してある実施例の構成と同じ構成については同じ符号を付しその説明を省略する。
【実施例１】
【００３６】
図１ないし図３に示す本発明の実施例１において１はプラズマ発生装置であって、このプラズマ発生装置１は次のような構成となっている。
電位０状態で接地された導電性部材からなるチャンバ―２と、このチャンバ―２内に該チャンバ―２とは絶縁状態に設けられてプラズマを発生させる電極Ａ、電極Ｂからなる双極子電極（対称電極）である双極子電極３と、直流電力を高周波電力に変えて前記双極子電極３に供給する発振器４およびトランス５と、前記双極子電極３、前記発振器４、前記トランス５、前記高周波プラズマとによって形成される、周波数が可変となる自励式の高周波発振部６と、前記チャンバ―２に導電形態で一体化されて前記発振器４および前記トランス５を覆うように設けられた導電性部材からなる発振器シールドカバー７と、前記トランス５の中位点と前記チャンバ―２を電位０状態で接地してなる中位点接続部８と、前記高周波発振部６および前記チャンバ―２内で生ずる高周波によるノイズ輻射を生じなくさせるための、前記チャンバ―２と前記発振器シールドカバー７とによって形成されてなるシールド体９と、このシールド体９と絶縁状態で前記発振器４に電力を供給する発振器用電源１０と、前記チャンバ―２内に該チャンバ―２と絶縁状態で設けられた、ワーク１４をセットするバイアス電圧印加部１１と、このバイアス電圧印加部１１にプラス直流バイアス電圧４６とマイナス直流バイアス電圧４１を切り替えて印加することができる、前記シールド体９と絶縁状態とされ且つ該シールド体９と電位０状態で接地された電圧が可変できる可変型直流電源１２と、前記バイアス電圧印加部１１にプラス直流バイアス電圧４６とあるいはマイナス直流バイアス電圧４１と重畳された重畳バイアス電圧４９あるいは重畳バイアス電圧４４を形成する交流バイアス電圧４８あるいは交流バイアス電圧４３を印加する、前記シールド体９と絶縁状態とされ且つ該シールド体９と電位０状態で接地された、周波数および電圧を可変できる可変型交流電源４０と、前記直流バイアス電圧と前記交流バイアス電圧が重畳された重畳バイアス電圧４９あるいは重畳バイアス電圧４４と、前記重畳バイアス電圧４９あるいは重畳バイアス電圧４４の０Vラインを上回った電圧よりなるプラス電圧区間５６あるいはプラス電圧区間５３と、このプラス電圧区間５６あるいはプラス電圧区間５３と次のプラス電圧区間５６あるいはプラス電圧区間５３との間の０Vラインを下回った電圧よりなるマイナス電圧区間５５あるいはマイナス電圧区間５４とからなるとともに、前記プラス電圧区間５６、５３の幅と電圧および前記マイナス電圧区間５５、５４の幅と電圧を、前記可変型直流電源１２と前記可変型交流電源４０とを調節することにより自在に設定することができるようにしてなっている。
【００３７】
可変型直流電源１２の電圧がマイナス直流電圧波形４１である場合は、交流電圧波形３９の一部が０Vラインを上回った波形である重畳プラス電圧波形部位４２を形成し、交流電圧波形３９の一部が０Vラインを下回った波形である重畳マイナス電圧波形部位４３を形成し、重畳プラス電圧波形部位４２がプラス電圧区間５３を形成し、重畳マイナス電圧波形部位４３がマイナス電圧区間５４を形成している。
あるいは、可変型直流電源１２の電圧がプラス直流電圧波形４６である場合は、交流電圧波形４７の一部が０Vラインを上回った波形である重畳プラス電圧波形部位４８を形成し、交流電圧波形４７の一部が０Vラインを下回った波形である重畳マイナス電圧波形部位５７を形成し、重畳プラス電圧波形部位４８がプラス電圧区間５３を形成し、重畳マイナス電圧波形部位５７がマイナス電圧区間５５を形成している。
【００３８】
プラズマを発生させるための双極子電極３に与える高周波電力は自在に可変制御できるようになっている。
可変型交流電源４０は50Ｈｚ〜200ＫＨｚの間で交流周波数を自在に可変制御でき、かつ、電圧も自在に可変制御できるようになっている。
可変型直流電源１２の電圧は0〜600Vまで自在に可変制御、また極性も切替できるようになっている。
高周波発振部６、発振器用電源１０、可変型交流電源４０、可変型直流電源１２は制御部（図示せず省略）の設定に基づいて自動的に制御することができるようになっている。
【００３９】
加熱手段である誘導加熱装置２２（事例では２ＭＨｚの高周波電流を供給しているが、周波数はこれに限定されるものではない。）の高周波加熱コイル２１がチャンバ―２内に設けられ、この高周波加熱コイル２１はワーク１４に付着させる物質２３を加熱気化させるためのものである。
高周波加熱コイル２１は複数設けられ、付着させる蒸発させる物質も複数（個、種類）をチャンバ―２内に予め収納しておくことができる蒸発物質収納部（図示せず省略）が設けられ、蒸発させる物質を高周波加熱コイル２１に搬送するための搬送手段（図示せず省略）が設けられている。
蒸発手段は誘導加熱装置に限定されず、タングステンボートなどを用いた抵抗加熱や、電子ビーム、レーザ光線など他の手段でもよい。
【００４０】
直流バイアス電圧はマイナスバイアスでも、逆接続してプラスバイアスとすることができるようになっている。
チャンバ―２内には印加電圧を可変できるダミー電極用電源２４によって直流バイアス電圧が印加される、シールド体９と絶縁状態とされ且つ該シールド体９と電位０状態で接地されたダミー電極２６が設けられている。
これは、バイアス電圧印加部１４には電圧を与えず、ダミー電極２６にマイナスの電圧を与えると、プラスイオンはバイアス電圧印加部１４には引着されず、ダミー電極２６に引着する。これによりチャンバ―内の残存イオンをダミー電極２６に引着できるので、チャンバ―内の清浄化を真空の解除することなく可能にできるので、生産性の向上を図ることを可能にする。
【００４１】
チャンバ―２の内壁はガラス製部材、セラミックス製部材などの耐蝕壁１３としてもよい。
チャンバ―２内を減圧したり、排気をしたりするための真空ポンプ（図示せず省略）に連結され、また、チャンバ―２内にアルゴン、窒素、酸素ガスなどを送り込むためのガス注入部（図示せず省略）が設けられている。
【００４２】
プラズマ発生装置１による多層膜の形成方法について説明する。
多層膜の形成に適した重畳された電圧の波形である重畳バイアス電圧の波形４５あるいは重畳バイアス電圧の波形５０が得られるように可変型直流電源１２と可変型交流電源５３を設定し、バイアス電圧印加部１１にワーク１４をセットし、チャンバ―内２に成膜ガス（図示せず省略）を導入し、双極子電極３に高周波電流を流して前記成膜ガスをプラズマ状態（イオン状態）とし、重畳バイアス電圧４４あるいは重畳バイアス電圧４９をバイアス電圧印加部１１に印加し、マイナス電圧区間５４あるいはマイナス電圧区間５５ではイオンがワーク１４に衝突（イオン吸引効果）して該ワーク１１表面に膜層を形成して行き、プラス電圧区間５３あるいはプラス電圧区間５６では前記膜層の弱い付着力のイオンは該膜層から離れ移動し、かつ、電子が前記膜層に衝突して弱い付着力のイオンが中和して残った分子および該膜層の一部を剥がし、弱い付着力部分が除かれた強付着力の膜による第１回目強付着膜層を残し、マイナス電圧区間５４とプラス電圧区間５３あるいはマイナス電圧区間５５とプラス電圧区間５６を繰り返すことにより、前記第１回目強付着膜層上に第２回目強付着膜層を形成し、この第２回目強付着膜層上に第３回目強付着膜層を形成するという形成工程を繰り返して第ｎ回目強付着膜層を形成して、前記第１回目強付着膜層〜前記第ｎ回目強付着膜層からなる多層膜を形成するようにしたプラズマ発生装置による形成方法である。
【００４３】
具体例で説明する。
可変型直流電源１２の直流バイアス電圧をマイナス直流バイアス電圧４１とし、窒素ガス（図示せず省略）をプラズマにして導電性部材であるアルミニウム製部材からなるワーク１４の表面に絶縁性窒化層である窒化アルミニウム層を形成する形成処理の例で説明する。
マイナス電圧区間５４ではプラスイオンである窒素イオンがイオン引寄せられ移動（衝突）反応してマイナスであるワーク１４の表面に窒化アルミニウム層が形成されて行く。
ここで、プラス電圧区間５３になるとワーク１４はプラスとなり、窒化アルミニウム層の弱い付着力の窒素イオンはイオン離れ移動し、かつ、マイナスの電子が電子引き寄せられ移動して窒化アルミニウム層に衝突して弱い付着力の窒素イオンが中和して残った窒素分子および窒化アルミニウムを剥がし（以下「弱膜剥がし段階」という）、強付着力の窒化アルミニウム層である第１回目強付着絶縁性窒化層が残る。
【００４４】
ここで、マイナス電圧区間５４にもどり、第１回目強付着絶縁性窒化層の上に強付着力の第２回目強付着絶縁性窒化層（第２回目強付着窒化アルミニウム層）が形成されその上に弱付着力の窒化アルミニウム層が形成され、次にプラス電圧区間５３の弱膜剥がし段階となって、窒素イオンが中和して残った窒素分子および弱付着力の窒化アルミニウム層は剥がされ強い付着力の第１回目強付着絶縁性窒化層＋第２回目強付着絶縁性窒化層（第１回目強付着窒化アルミニウム層＋第２回目強付着窒化アルミニウム層）が形成される。このようにして、弱付着力の窒化アルミニウム層が除いた状態にしての、第ｎ回目強付着絶縁性窒化層（第ｎ回目強付着窒化アルミニウム層）である絶縁多層膜を形成してゆくので、強付着窒化アルミニウム層の形成速度を早くし、よって形成時間を短縮することができる。
【００４５】
このような、重畳バイアス電圧の印加を継続させることによって、高強度・高密度・高品質（例えば、荒れのない滑らかな平坦表面）の絶縁層を短間で形成できるという効果を奏する。
これは、特に高速で緻密な製膜や平坦性が求められる用途に有効である。
【００４６】
[イオン吸引効果]
導体ワークのときでは、プラスイオンがマイナスのワーク台に吸引され、ワーク及びワーク台に衝突しその電荷を失う。その際、２次電子が放出され、その電子がプラスイオンと再結合して発光する。ワーク台には電流は流れる。表面で中和したイオンは、中性の分子の形で残る。
【００４７】
[イオン反発効果]
ワークやワーク台がプラスに転じた時は、電子は軽いので直ぐにワーク（導体ワーク）に引き寄せられる。プラスの電圧が低い時、またはプラスに転じている時間が短いときは、イオンは重いので、反発して離れようとするが急には動けない。低い電圧、短時間周期（高い周波数）では離れることはできない。
【００４８】
電子が交流電場Eから受ける力Fは、
F＝-e・Eo sin（ωt）・・・・（１） 電子の電荷：e＝-1.6×10^-19 ｑ
また、Newtonの法則から、
F＝mα ・・・・（２）
電子の質量：m＝9.1×10^-31 kg α：電子の加速度 m/s^2
（１）、（２）より
mα＝-e・Eo・sin（ωt）
α＝-（e・Eo/m）・sin（ωt）
上式を、2度積分すると、電子の移動距離：Xは次のような式になる。
X＝-（e・Eo／m）ω＾2 ・sin（ωt）
高周波周波数fを13.56（MHz）、ω＝２πｆ 電場強度Eoを10K（V／m）とすると
X ≒ 0.24 sin（ωt）と計算され、電子は、1周期で、0.24m進み、0.24m戻ることになる。
今、イオンも電子と同じ電荷を持つとして、計算すると
イオンは質量 1.67262×10＾-27 （電子質量の1836倍に相当する。）
移動距離は 、1836分の１になる。 （半周期時間）
13.56MHｚでは 0.24/1836＝ 0.13 μm （0.037 μsec）
では、周波数fを2.0（MHz）、電場強度Eoを同じ10K（V／m）として計算する。
X ≒ 11.1 sin（ωt）となる。
つまり、電子は、1周期で、11.1m進み、11.1m戻る。
今、イオンも同様に
2.0MHｚ 11.1/1836＝ 6 mm （0.25 μsec）
２MHｚの半周期では 電子は 11.1ｍ進み イオンは反対方向に 6ｍｍ進む
（概ね２MHzではイオンは±6mm前後で”震えて”いることになる。）
【００４９】
＜絶縁性多層膜の形成方法＞
[ａ]高周波加熱コイル２１に昇華させる物質２３としてアルミニウムをセットする。
[ｂ]ワーク１４としてアルミニウム製部材をバイアス電圧印加部１１にセットする。
[ｃ]チャンバ―２内に窒素ガスを導入し、プラズマを発生させる。
[ｄ]バイアス電圧印加部１１に重畳バイアス電圧４４を印加し、ワーク１４を重畳バイアス電圧の印加状態にする。
[ｅ]ワーク１４表面に第１回目窒化アルミニウム層が形成される。
[ｆ]重畳バイアス電圧４４の印加を停止し、ダミー電極にマイナスの直流バイアス電圧を印加し、窒素イオンを吸着しチャンバ―２内の窒素イオンを除去する。
[ｇ]蒸発させる物質２３を蒸発させアルミニウムをガス化させ、プラズマを発生させる。
[ｈ]バイアス電圧印加部１１に重畳バイアス電圧４４を印加し、ワーク１４を重畳バイアス電圧の印加状態にし、第１回目窒化アルミニウム層上に第１回目のアルミニウム膜を形成する。
[ｉ]重畳バイアス電圧４４の印加を停止し、ダミー電極にマイナスの直流バイアス電圧を印加し、アルミニウムイオンを吸着しチャンバ―２内のアルミニウムイオンを除去する。
[ｊ]チャンバ―２内に窒素ガスを導入し、プラズマを発生させる。
[ｋ]バイアス電圧印加部１１に重畳バイアス電圧４４を印加する。
[ｌ]第１回目のアルミニウム膜に窒素イオンが衝突し、第１回目窒化アルミニウム層上に第２回目の窒化アルミニウム層が形成される。
[ｋ]以下、[ｆ]〜[ｌ]の工程を繰り返すことによって、第１回目強付着膜層〜第ｎ回目強付着膜層からなる多層膜を形成する。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明はプラズマ成膜産業あるいはプラズマ発生装置を製造する産業で利用される。
【符号の説明】
【００５１】
１：プラズマ発生装置、
２：チャンバ―、
３：双極子電極、
４：発振器、
５：トランス、
６：高周波発振部、
７：発振器シールドカバー、
８：中位点接続部、
９：シールド体、
１０：発振器用電源、
１１：バイアス電圧印加部、
１２：可変型直流電源、
１３：耐蝕壁、
１４：ワーク、
１５：中位点、
２１：高周波加熱コイル
２２：誘導加熱装置、
２３：蒸発させる物質、
２４：ダミー電極用電源、
２５：可変型直流電源、
２６：ダミー電極、
３９：交流電圧波形、
４０：可変型交流電源、
４１：マイナス直流電圧波形、
４２：重畳プラス電圧波形部位、
４３：重畳マイナス電圧波形部位、
４４：重畳バイアス電圧、
４５：重畳バイアス電圧の波形、
４６：プラス直流電圧波形、
４７：交流電圧波形、
４８：重畳プラス電圧波形部位、
４９：重畳バイアス電圧、
５０：重畳バイアス電圧の波形、
５３：プラス電圧区間、
５４：マイナス電圧区間、
５５：マイナス電圧区間、
５６：プラス電圧区間、
５７：重畳マイナス電圧波形部位。
【図１】
0005924872.tif 000002
【図２】
0005924872.tif 000003
【図３】
0005924872.tif 000004