(57)【要約】【課題】処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができるプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】マグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置３０は、処理室容器３を有し、処理室容器３は、その頂部に、ガス導入孔を多数備えた上部電極１と、その下部に、被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置面を頂部に備えた下部電極２と、下部電極２の頂部の位置において、処理室容器３内を処理領域８と排気領域９とに隔離する隔離板５０とを有する。隔離板５０は処理領域８内の処理領域内ガスを排気領域９に排気すべく処理領域８と排気領域９を連通する複数のガス通路孔５ａを有すると共に非導電性部材５ｂから成る。ガス通路孔５ａに対向するガス通路側面２０ｂには導電性部材５ｃが配設されている。導電性部材５ｃには、ガス通路側面２０ｂが処理領域面２０ａよりも高い電位となるように電圧Ｖが電源２１により印加される。【選択図】　　図２
2004006574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室容器と、前記処理室容器内を、処理ガスが供給され且つ被処理体が処理される処理領域及び前記処理領域内に存在するガスが排気される排気領域に隔離する隔離手段と、前記処理領域に供給された処理領域内ガスを電離して荷電粒子及び中性ガス粒子から成るプラズマを生成すべく前記処理領域内で放電を行う放電手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記隔離手段は、前記隔離手段の近傍における前記プラズマ中の前記中性ガス粒子の平均的な運動方向と、前記プラズマ中の前記荷電粒子の平均的な運動方向とを分離するように構成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記隔離手段は、前記中性ガス粒子を通過させるための開口を有し、前記処理領域に対向する面に非導電性部を、前記開口内において排気される処理領域内ガスの流れに対向する面に導電性部を有する隔離板から成り、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように前記導電性部に所定電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記プラズマの電位よりも高くなるように設定されることを特徴とする請求項２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位と前記プラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが前記放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないように設定されることを特徴とする請求項２又は３記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
前記隔離手段は、前記処理領域側及び前記排気領域側に交互に凸となるように湾曲した波形のバッフル部材から成り、前記バッフル部材は、各法面にガス通路孔を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項６】
前記バッフル部材は、前記バッフル部材の近傍に発生するシース電界の等電位面が、前記処理領域側に対する前記バッフル板の凸部の間に実質的に侵入しないように前記凸部間の距離が設定されていることを特徴とする請求項５記載のプラズマ処理装置。
【請求項７】
前記処理領域側の湾曲部の間隔が前記バッフル部材の近傍に形成されるシースの厚さのほぼ２倍又はそれ以下であることを特徴とする請求項５又は６記載のプラズマ処理装置。
【請求項８】
前記隔離手段は、前記処理領域側に配された一のバッフル部材と、前記排気領域側に配された他のバッフル部材とから成り、前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材は前記処理領域から見て互いにずれていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材とは、前記処理領域側から見たとき前記排気領域を遮蔽し、且つ前記中性ガス粒子が通過できるだけの間隔を有するように配置されていることを特徴とする請求項８記載のプラズマ処理装置。
【請求項１０】
前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材とは平板であることを特徴とする請求項８又は９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】
前記他のバッフル部材の面積は、前記他のバッフル部材に対応する前記一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であり、前記他のバッフル部材間のガス通路の総面積は、前記他のバッフル部材に対応する前記一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記一のバッフル部材と他のバッフル部材とはブレード状であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材との各々は、複数の貫通穴を有する環状部材であることを特徴とする請求項１０記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記複数の貫通穴は前記環状部材の同心円上に配設されることを特徴とする請求項１３記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記一のバッフル部材における貫通穴と前記他のバッフル部材における貫通穴とは、前記処理領域から見て互いにずれていることを特徴とする請求項１３又は１４記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記一のバッフル部材及び前記他のバッフル部材の少なくとも一方は、前記処理領域に対向する面に非導電性部を有し、前記処理領域内ガスの流れに対向する面に導電性部を有し、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように前記導電性部に所定電圧が印加されることを特徴とする請求項８乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記プラズマの電位よりも高くなるように設定されることを特徴とする請求項１６記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位と前記プラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが前記放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないように設定されることを特徴とする請求項１６又は１７記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、プラズマを用いてエッチング、表面改質、及び薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における半導体デバイスの微細化に伴い、半導体ウエハには精度の高い加工技術が要求されている。このような半導体ウエハへの高精度微細加工、例えば、プラズマエッチング加工を行うために、図１０に示すマグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置が一般に用いられている。
【０００３】
図１０は、従来のマグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【０００４】
図１０において、プラズマ処理装置８０は、処理室容器８１を有し、処理室容器８１は、その頂部に、上部電極８２を有し、その下部に、被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置面を頂部に備えた下部電極８３を有する。処理室容器８１は、下部電極８３の頂部の位置において、処理室容器８１内を処理領域８４と排気領域８５とに隔離する隔離板８６を有する。上部電極８２は、処理領域８４に処理ガスを導入する図示しないガス導入孔を多数有する。隔離板８６は、処理領域８４内の処理ガスを排気領域８５に排気すべく処理領域８４と排気領域８５を連通する複数のガス通路孔８６ａを有する。
【０００５】
このプラズマ処理装置８０において、上部電極８２に設けられたガス導入孔を介して処理領域内ガスが導入された処理領域８４では、下部電極８３に整合回路を介して接続された高周波電源（不図示）によって上部電極８２及び下部電極８３間において励起された高周波電界と、処理室容器８１の上部の回りに配された環状の永久磁石８７によって発生された平行磁界とにより、高密度のプラズマが発生する。
【０００６】
図１１〜図１３は、図９における隔離板８６のガス通過孔８６ａ近傍における処理領域内ガスの流れを説明する図である。
【０００７】
図１１において、処理領域８４には、上部電極８２及び下部電極８３間に励起された高周波電界とこれに直交する平行磁界により発生するプラズマ４０が形成されており、隔離板８６の近傍にはシース４５が形成され、シース電界４４が発生している。プラズマ４０は、中性ガス粒子４１、正荷電粒子４２、及び負荷電粒子４３から成る。また、図１１とは異なる荷電粒子に対する電気的あるいは磁気的な制約がない通常の条件下（不図示）では、荷電粒子は中性ガス粒子４１と同じ運動を行うため、中性ガス粒子４１と渾然一体となってガス通過孔８６ａから排気される。その結果、隔離板８６からのプラズマ４０のマニホールド部（排気領域８５）への漏れが発生する。このプラズマ４０のマニホールド部への漏れにより、マニホールド部の内壁構成部品が腐食するため、プラズマ処理装置８０の寿命が短くなると共に、マニホールド部の圧力を一定に保つことが困難となるので、マニホールド部に配設される圧力制御用ＣＭによる処理領域８４内の圧力制御が困難になる。
【０００８】
プラズマ４０は、正荷電粒子４２と負荷電粒子４３とが同一の方向に運動したときに、両極性拡散により運動を行う。したがって、いずれか一方の荷電粒子の運動を抑制することによりプラズマ４０の漏れを防ぐことができる。その一つの方法として、隔離板８６上に形成される電界を利用してガス通過孔８６ａを小さくすることによって、電界による障壁を設ける方法が提案されている。
【０００９】
しかしながら、排気領域８５へのプラズマ４０の漏れ抑制度合いと処理領域８４内における処理領域内ガスの排気効率は反比例の関係にあり、図１２に示すようにガス通過孔８６ａの径が小さい場合は、荷電粒子の漏れを防止し、その結果、プラズマ４０の漏れを防止することができるが、中性ガス粒子４１の通過を許容することができないため、処理領域８４内における処理領域内ガスを排気することができず、図１３に示すようにガス通過孔８６ａの径が大きい場合は、シース電界４４の等電位面を隔離板８６の処理領域側面２０ａと平行に維持することが困難であるので、排気領域８５へのプラズマ４０の漏れを抑制することができない。
【００１０】
図１１に示すように中性ガス粒子４１の通過を許容する共にシース電界４４の等電位面を隔離板８６の処理領域側面２０ａと平行に維持するためには、隔離板８６のガス通過孔８６ａの径を適切な範囲内となるように設定する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１１に示すようなガス通過孔８６ａの径の最適範囲は大変狭く且つプラズマ４０の状態によって変化するので、ガス通過孔８６ａの径を適切に設定することができず、処理領域内ガスの排気やプラズマの漏れ抑制を確実に行うことは困難である。
【００１２】
本発明の目的は、処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１記載のプラズマ処理装置は、処理室容器と、前記処理室容器内を、処理ガスが供給され且つ被処理体が処理される処理領域及び前記処理領域内に存在するガスが排気される排気領域に隔離する隔離手段と、前記処理領域に供給された処理領域内ガスを電離して荷電粒子及び中性ガス粒子から成るプラズマを生成すべく前記処理領域内で放電を行う放電手段とを備えるプラズマ処理装置において、前記隔離手段は、前記隔離手段の近傍における前記プラズマ中の前記中性ガス粒子の平均的な運動方向と、前記プラズマ中の前記荷電粒子の平均的な運動方向とを分離するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、隔離手段が中性ガス粒子の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子集団の運動方向と荷電粒子集団の運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置の寿命を長くすることができると共に、処理領域内の圧力制御を容易にすることができる。
【００１５】
請求項２記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記隔離手段は、前記中性ガス粒子を通過させるための開口を有し、前記処理領域に対向する面に非導電性部を、前記開口内において排気される処理領域内ガスの流れに対向する面に導電性部を有する隔離板から成り、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように前記導電性部に所定電圧が印加されることを特徴とする。
【００１６】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように導電性部に所定電圧が印加されるので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子の運動を抑制して中性ガス粒子と荷電粒子との平均的な運動の方向を分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００１７】
請求項３記載のプラズマ処理装置は、請求項２記載のプラズマ処理装置において、前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記プラズマの電位よりも高くなるように設定されることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位がプラズマの電位よりも高いので、荷電粒子の運動方向をさらに確実に制御することができる。
【００１９】
請求項４記載のプラズマ処理装置は、請求項２又は３記載のプラズマ処理装置において、前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位と前記プラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが前記放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないように設定されることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位とプラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないので、処理領域内ガスの不要な放電を未然に防ぐことができる。
【００２１】
請求項５記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記隔離手段は、前記処理領域側及び前記排気領域側に交互に凸となるように湾曲した波形のバッフル部材から成り、前記バッフル部材は、各法面にガス通路孔を有することを特徴とする。
【００２２】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、隔離手段が処理領域側及び排気領域側に交互に凸となるように湾曲した波形のバッフル部材から成り、バッフル部材は、各法面にガス通路孔を有するので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子の運動を抑制して中性ガス粒子と荷電粒子とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００２３】
請求項６記載のプラズマ処理装置は、請求項５記載のプラズマ処理装置において、前記バッフル部材は、前記バッフル部材の近傍に発生するシース電界の等電位面が、前記処理領域側に対する前記バッフル板の凸部の間に実質的に侵入しないように前記凸部間の距離が設定されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、バッフル部材は、バッフル部材の近傍に発生するシース電界の等電位面が処理領域側に対するバッフル板の凸部の間に実質的に侵入しないように凸部間の距離が設定されているので、正荷電粒子をバッフル層に垂直な方向に運動させることができる。
【００２５】
請求項７記載のプラズマ処理装置は、請求項５又は６記載のプラズマ処理装置において、前記処理領域側の湾曲部の間隔が前記バッフル部材の近傍に形成されるシースの厚さのほぼ２倍又はそれ以下であることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域側の湾曲部の間隔がバッフル部材の近傍に形成されるシースの厚さのほぼ２倍又はそれ以下であるので、シース電界の等電位面を排気される処理領域内ガスの流れ方向と垂直な面とほぼ平行に維持することができる。
【００２７】
請求項８記載のプラズマ処理装置は、請求項１記載のプラズマ処理装置において、前記隔離手段は、前記処理領域側に配された一のバッフル部材と、前記排気領域側に配された他のバッフル部材とから成り、前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材は前記処理領域から見て互いにずれていることを特徴とする。
【００２８】
請求項８記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域側に配された一のバッフル部材と、排気領域側に配された他のバッフル部材とから成り、一のバッフル部材と他のバッフル部材は処理領域から見て互いにずれているので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子を跳ね返して中性ガス粒子と荷電粒子とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００２９】
請求項９記載のプラズマ処理装置は、請求項８記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材とは、前記処理領域側から見たとき前記排気領域を遮蔽し、且つ前記中性ガス粒子が通過できるだけの間隔を有するように配置されていることを特徴とする。
【００３０】
請求項９記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材と他のバッフル部材とは、処理領域側から見たとき排気領域を遮蔽し、且つ中性ガス粒子が通過できるだけの間隔を有するように配置されているので、処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制をさらに確実に行うことができる。
【００３１】
請求項１０記載のプラズマ処理装置は、請求項８又は９記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材とは平板であることを特徴とする。
【００３２】
請求項１１記載のプラズマ処理装置は、請求項１０記載のプラズマ処理装置において、前記他のバッフル部材の面積は、前記他のバッフル部材に対応する前記一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であり、前記他のバッフル部材間のガス通路の総面積は、前記他のバッフル部材に対応する前記一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であることを特徴とする。
【００３３】
請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、他のバッフル部材の面積が、他のバッフル部材に対応する一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であり、他のバッフル部材間のガス通路の総面積が、他のバッフル部材に対応する一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であるので、処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制をさらに確実に行うことができる。
【００３４】
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項８乃至１１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材と他のバッフル部材とはブレード状であることを特徴とする。
【００３５】
請求項１３記載のプラズマ処理装置は、請求項１０記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材と前記他のバッフル部材との各々は、複数の貫通穴を有する環状部材であることを特徴とする。
【００３６】
請求項１３記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材と他のバッフル部材との各々は、複数の貫通穴を有する環状部材であるので、処理領域内ガスの排気効率向上をさらに確実に行うことができる。
【００３７】
請求項１４記載のプラズマ処理装置は、請求項１３記載のプラズマ処理装置において、前記複数の貫通穴は前記環状部材の同心円上に配設されることを特徴とする。
【００３８】
請求項１５記載のプラズマ処理装置は、請求項１３又は１４記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材における貫通穴と前記他のバッフル部材における貫通穴とは、前記処理領域から見て互いにずれていることを特徴とする。
【００３９】
請求項１５記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材における貫通穴と他のバッフル部材における貫通穴とは、処理領域から見て互いにずれているので、プラズマの漏れ抑制をより確実に行うことができる。
【００４０】
請求項１６記載のプラズマ処理装置は、請求項８乃至１５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、前記一のバッフル部材及び前記他のバッフル部材の少なくとも一方は、前記処理領域に対向する面に非導電性部を有し、前記処理領域内ガスの流れに対向する面に導電性部を有し、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように前記導電性部に所定電圧が印加されることを特徴とする。
【００４１】
請求項１７記載のプラズマ処理装置は、請求項１６記載のプラズマ処理装置において、前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が前記プラズマの電位よりも高くなるように設定されることを特徴とする。
【００４２】
請求項１８記載のプラズマ処理装置は、請求項１６又は１７記載のプラズマ処理装置において、前記所定電圧は、前記処理領域内ガスの流れに対向する面の電位と前記プラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが前記放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないように設定されることを特徴とする。
【００４３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置の構成及び作用を詳述する。
【００４４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００４５】
図１において、マグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置３０は、円筒状の処理室容器３を有し、処理室容器３は、その頂部に、上部電極１を有し、その下部に、被処理体としての半導体ウエハＷを載置する載置面を頂部に備えた円筒状の下部電極２を有する。下部電極２は、上部電極１との間に、半導体ウエハＷをプラズマ処理するための適切な間隔を形成し、かつ、上部電極１とほぼ平行となるように配置されている。また、処理室容器３は、下部電極２の近傍かつ頂部よりも下の位置において、処理室容器３内を処理領域８と排気領域９とに隔離する隔離板５０（隔離手段）を有する。上部電極１は、処理領域８に処理領域内ガスを導入する図示しないガス導入孔を有する。隔離板５０は、処理領域８内の処理領域内ガスを排気領域９に排気すべく処理領域８と排気領域９を連通する複数のガス通路孔５ａを有する。処理室容器３は、その下部に、排気領域９を介して処理領域８を減圧排気するために図示しない真空ポンプに接続された排気口４を有する。
【００４６】
上部電極１は接地されているのに対して、下部電極２には整合回路７を介して少なくとも１つの高周波電源６が接続されており、処理室容器３の上部の回りには環状の永久磁石１０が配されている。
【００４７】
このプラズマ処理装置３０において、上部電極１に設けられたガス導入孔を介して処理領域内ガスが導入された処理領域８は、真空ポンプにより、ガス通路孔５ａや排気領域９を介して減圧排気されて所定圧力に制御される。さらに、高周波電源６は上部電極１及び下部電極２間において処理領域８で高周波電界を励起し、永久磁石１０はこの高周波電界と直交する平行磁界を発生して、これら直交した高周波電界及び平行磁界により高密度のプラズマが発生する。
【００４８】
図２は、図１における隔離板５０の断面図である。
【００４９】
図２において、隔離板５０は、非導電性部材５ｂから成り、ガス通路孔５ａに対向するガス通路側面２０ｂには導電性部材５ｃが配設されている。これにより、処理領域８に対向する処理領域面２０ａは非導電性を呈し、ガス通路孔５ａに対向するガス通路側面２０ｂは導電性を呈する。
【００５０】
導電性部材５ｃには、ガス通路側面２０ｂが処理領域面２０ａよりも高い電位となるように所定電圧Ｖが電源２１により印加される。この所定電圧Ｖは、ガス通路側面２０ｂの電位がプラズマ４０の電位よりも高くなるように設定されることが好ましく、さらにガス通路側面２０ｂの電位とプラズマ４０の電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが処理領域内ガスの放電開始に必要な最低エネルギーを越えないように設定されるが好ましい。
【００５１】
処理領域内ガスの放電開始に必要な最低エネルギーは、例えば、処理領域内ガスがＣ４Ｆ８，Ｏ２，Ａｒで構成される場合は、Ａｒの準安定準位、即ち１１．５３ｅＶであり、また、処理領域内ガスがＨＢｒ，Ｏ２で構成される場合は、ＨＢｒのイオン化エネルギー１１．７１ｅＶがＯ２のイオン化エネルギー１２．０７ｅＶよりも小さいので、ＨＢｒのイオン化エネルギー１１．７１ｅＶである。
【００５２】
上記構成により、隔離板５０の近傍に発生するシース電界４４は、Ａ方向に正の勾配を、Ｂ方向に負の勾配を持ち、Ｃ方向に正の勾配を、Ｄ方向に負の勾配を持つので、処理領域８側から排気領域９側に向けて運動を行おうとする正荷電粒子４２は、シース電界４４に阻まれて処理領域８側に押し戻されたり、隔離板５０の処理領域面２０ａの方へ軌道が曲げられ、また、負荷電粒子４３はガス通路側面２０ｂの方向に曲げられる。一方、中性ガス粒子４１はシース電界４４の制約を受けないでガス通路孔５ａを通過して排気領域９に移動する。このように、隔離板５０は、中性ガス粒子４１の運動を抑制することなく正荷電粒子４２及び負荷電粒子４３から成る荷電粒子の運動を抑制して、中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離する。
【００５３】
上記第１の実施の形態によれば、隔離板５０が中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子４１の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマ４０の漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部（排気領域９）の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置３０の寿命を長くすることができると共に、処理領域８内の圧力制御を容易にすることができる。
【００５４】
上記第１の実施の形態では、隔離板５０が非導電性部材５ｂと導電性部材５ｃとから構成されているが、これに限定されるものではなく、処理領域面２０ａが非導電性であってガス通路側面２０ｂが導電性であればよく、例えば、隔離板を導電性材料であるアルミニウム等の金属で作製して、処理領域面２０ａを酸化することにより得られる酸化アルミニウム又はアルミニウム等の金属とは異なる成分であるイットリア若しくはポリイミド有機化合物等の非導電性材料で被覆してもよい。
【００５５】
また、上記第１の実施の形態では、処理領域内ガスの放電開始に必要な最低エネルギーを基準としてガス通路側面２０ｂの電位とプラズマ４０の電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーを規定したが、処理領域内ガスのイオン化エネルギーのうち最小のものを基準としてもよい。
【００５６】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００５７】
本第２の実施の形態は、その構成が上記第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略し、以下に、異なる部分のみ説明する。
【００５８】
図３において、マグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置３０は、処理室容器３内を処理領域８と排気領域９とに隔離する波形バッフル部材５０’（隔離手段）を有する。
【００５９】
図４は、図３における波形バッフル部材５０’の断面図である。
【００６０】
図４において、波形バッフル部材５０’は、処理領域８側及び排気領域９側に交互に凸となるように湾曲部７１，７２で湾曲した波形の形状をなす。この波形バッフル部材５０’は、各法面７３に、排気される処理領域内ガスの流れの方向と垂直なガス通路孔５３ａを有する。
【００６１】
シース電界４４の等電位面を維持するために、湾曲部７１の間隔Ａはシース４５の厚さのほぼ２倍又はそれ以下であることが好ましい。
【００６２】
波形バッフル部材５０’は、シース電界４４の等電位面を排気される処理領域内ガスの流れ方向の方向と垂直な面７４に対してほぼ平行に維持すると共に正荷電粒子４２の流れを抑制する物理的障害として機能し、この流れに対するコンダクタンスを調整する役目を果たす。これにより、負荷電粒子４３はシース電界４４に阻まれてプラズマ４０の方に押し戻され、正荷電粒子４２は波形バッフル部材５０’に対して垂直方向に運動して湾曲部７２で捕らえられる。一方、シース電界４４の制約を受けない中性ガス粒子４１は、自由に運動の方向を変え、ガス通路孔５３ａを通過する。このように、波形バッフル部材５０’は、中性ガス粒子４１の運動を抑制することなく正荷電粒子４２及び負荷電粒子４３から成る荷電粒子の運動方向を抑制して、中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離する。
【００６３】
上記第２の実施の形態によれば、波形バッフル部材５０’が中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子４１の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマ４０の漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置３０の寿命を長くすることができると共に、処理領域８内の圧力制御を容易にすることができる。
【００６４】
図５は、本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００６５】
本第３の実施の形態は、その構成が上記第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略し、以下に、異なる部分のみ説明する。
【００６６】
図５において、マグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置３０は、処理室容器３内を処理領域８と排気領域９とに隔離する複層バッフル部材５０”（隔離手段）を有し、複層バッフル部材５０”は、図６に示すように、下部電極２の外周側面に等角度間隔で取り付けられた複数の第１のブレード状バッフル板５１と、処理室容器３の内周壁に等角度間隔で取り付けられた複数の第２のブレード状バッフル板５２とを有する。図５において、第１のバッフル板５１は処理領域８側に、第２のバッフル板５２は排気領域９側に設けられているが、その配置は逆でもよい。
【００６７】
第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２は、処理室容器３の半径方向から見て交互に並んで千鳥形配列をなし、処理領域８側から見たとき排気領域９を遮蔽し、且つ中性ガス粒子４１が通過できるだけの処理領域８から排気領域９への方向に関する間隔を有するように配置されている。
【００６８】
図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩに関する断面図である。
【００６９】
図７において、複層バッフル部材５０”は、千鳥形配列をなす第１のバッフル板５１と第２のバッフル板５２とで画成されるガス通路５１ａとガス通路５２ａを有し、シース電界４４の等電位面を第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２に対してほぼ平行に維持するように、その間隔が適切に設定されている。
【００７０】
また、第２のバッフル板５２の面積は、第２のバッフル板に対応する第１のバッフル板５１のガス通路５１ａの総面積とほぼ同じ又はそれ以上であり、第２のバッフル板５２間のガス通路５２ａの総面積は、第２のバッフル板に対応する第１のバッフル板５１のガス通路５１ａの総面積とほぼ同じ又はそれ以上であることが望ましい。
【００７１】
上記構成により、複層バッフル部材５０”は、シース電界４４の等電位面を第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２に対してほぼ平行に維持すると共に正荷電粒子４２の流れを抑制する物理的障害として機能する。これにより、負荷電粒子４３はシース電界４４に阻まれてプラズマ４０の方に押し戻され、正荷電粒子４２は第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２に対して垂直方向に運動して第１のバッフル板５１又は第２のバッフル板５２に跳ね返される。一方、シース電界４４の制約を受けない中性ガス粒子４１は、自由に運動の方向を変え、ガス通路５１ａ，５２ａを通過する。このように、複層バッフル部材５０”は、中性ガス粒子４１の運動を抑制することなく正荷電粒子４２及び負荷電粒子４３から成る荷電粒子を跳ね返して、中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離する。
【００７２】
また、第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２の各々は、上述した第１の実施の形態のように、処理領域８に対向する処理領域面２０ａが非導電性を呈し、ガス通路５１ａ，５２ａに対向するガス通路側面２０ｂが導電性を呈するように、非導電性部材５ｂと導電性部材５ｃとを有していてもよい。
【００７３】
上記第３の実施の形態によれば、複層バッフル部材５０”が中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子４１の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマ４０の漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置３０の寿命を長くすることができると共に、処理領域８内の圧力制御を容易にすることができる。
【００７４】
上記第３の実施の形態では、複層バッフル部材５０”は、第１のバッフル板５１及び第２のバッフル板５２の２列で構成されているが、これに限定されるものではなく、図８及び図９で示すように、下部電極２の外周側面に等角度間隔で取り付けられた複数のブレード状バッフル板６１，６２，６３，６４の４列又は処理室３の内周壁に等角度間隔で取り付けられた複数のブレード状バッフル板６１，６２，６３，６４の４列で構成されていてもよく、少なくとも２列以上であればよい。
【００７５】
上記第３の実施の形態では、第１のバッフル板５１、第２のバッフル板５２等としてブレード状のものを用いたが、これに限定されるものではない。
【００７６】
図１４は、本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【００７７】
本第４の実施の形態は、その構成が上記第１の実施の形態と基本的に同じであり、同じ構成要素については同一の符号を付して重複した説明を省略し、以下に、異なる部分のみ説明する。
【００７８】
図１４において、マグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置３０は、処理室容器３内を処理領域８と排気領域９とに隔離する複層バッフル部材１４０（隔離手段）を有し、複層バッフル部材１４０は、複数の貫通穴１５０が穿孔されたリング状の第１のバッフル板１４１（図１５（ａ））と、複数の貫通穴１５１が穿孔されたリング状の第２のバッフル板１４２（図１５（ｂ））とを有する。第１のバッフル板１４１において複数の貫通穴１５０は、等角度間隔且つ同一円周上に配置されることによって１重の貫通穴列を構成し、第２のバッフル板１４２において複数の貫通穴１５１は、等角度間隔且つ２つの同一円周上に配置されることによって２重の貫通穴列を構成する。
【００７９】
通常、第１のバッフル板１４１は処理領域８側に、第２のバッフル板１４２は排気領域９側に配置されるが、その配置は逆でもよい。但し、いずれの配置においても、処理領域８から複層バッフル部材１４０を眺めたときに、貫通穴１５０と貫通穴１５１とが連通することがないように、第１のバッフル板１４１と第２のバッフル板１４２とは互いの円周方向に関する相対位置が調整される（図１５（ｃ））。また、第１のバッフル板１４１と第２のバッフル板１４２との処理領域８から排気領域９への方向に関する間隔は、中性ガス粒子４１が通過できるように１ｍｍ以上確保される。
【００８０】
図１６は、図１４の線ＸＶＩ−ＸＶＩに関する断面図である。
【００８１】
図１６において、複層バッフル部材１４０は、貫通穴１５０と、第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２に挟まれた空間１６０と、貫通穴１５１とから成るガス通路を有する。上述したように貫通穴１５０と貫通穴１５１とは処理領域８から見て互いにずれているので、当該ガス通路は屈曲する。
【００８２】
また、シース電界４４の等電位面を第１のバッフル板１４１に対してほぼ平行に維持するように、貫通穴１５０の穴径はφ３０ｍｍとされ、中性ガス粒子４１の排気効率を一定以上に保つため、貫通穴１５１の穴径はφ１９ｍｍとされる。これにより、複層バッフル部材１４０は、第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２に対して垂直方向に移動する粒子の流れを抑制する物理的障害として機能すると共にシース電界４４の等電位面を第１のバッフル板１４１に対してほぼ平行に維持する。
【００８３】
このとき、負荷電粒子４３にはシース電界４４からプラズマ４０の方に押し戻す荷重が作用し、正荷電粒子４２にはシース電界４４から第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２に向かって垂直方向に運動させる荷重が作用するので、正荷電粒子４２は、第１のバッフル板１４１又は第２のバッフル板１４２に到達し、該到達した箇所において処理領域８へ跳ね返される。一方、中性ガス粒子４１はシース電界４４の制約を受けないため、複層バッフル部材１４０近傍において自由に運動方向を変え、上述の屈曲したガス通路を通過する。
【００８４】
このように、複層バッフル部材１４０は、中性ガス粒子４１の運動を抑制することなく正荷電粒子４２を跳ね返して、中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離する。
【００８５】
また、第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２の材料としては非導電性であるＡｌ２Ｏ３やＡｌが好適であるが、上述した第１の実施の形態のように、処理領域８に対向する処理領域面２０ａが非導電性を呈し、貫通穴１５０、１５１に対向するガス通路側面が導電性を呈するように、非導電性部材と導電性部材とを有していてもよい。
【００８６】
上記第４の実施の形態によれば、複層バッフル部材１４０が中性ガス粒子４１と荷電粒子とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子４１の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマ４０の漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置３０の寿命を長くすることができると共に、処理領域８内の圧力制御を容易にすることができる。
【００８７】
上記第４の実施の形態では、複層バッフル部材１４０は、第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２の２つで構成されているが、これに限定されるものではなく、直列的に配置された少なくとも３つ以上のバッフル板で構成されていてもよい。
【００８８】
上記本発明の実施の形態では、マグネトロン方式平行平板型プラズマ処理装置３０を用いたが、この方式のプラズマ処理装置３０に限定されるものではなく、プラズマ４０を処理領域８内に閉じ込めておく必要があるプラズマ処理装置であれば、他の方式のプラズマ処理装置であってもよい。
【００８９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のプラズマ処理装置によれば、隔離手段が中性ガス粒子の平均的な運動方向と荷電粒子の平均的な運動方向とを分離するように構成されているので、中性ガス粒子集団の運動方向と荷電粒子集団の運動方向とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができ、マニホールド部の内壁構成部品の腐食を抑制してプラズマ処理装置の寿命を長くすることができると共に、処理領域内の圧力制御を容易にすることができる。
【００９０】
請求項２記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位が処理領域に対向する面の他の電位より高くなるように導電性部に所定電圧が印加されるので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子の運動を抑制して中性ガス粒子と荷電粒子との平均的な運動の方向を分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００９１】
請求項３記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位がプラズマの電位よりも高いので、荷電粒子の運動方向をさらに確実に制御することができる。
【００９２】
請求項４記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域内ガスの流れに対向する面の電位とプラズマの電位との差で定義される電位差によって生じる電気エネルギーが放電の開始に必要な最低エネルギーを越えないので、処理領域内ガスの不要な放電を未然に防ぐことができる。
【００９３】
請求項５記載のプラズマ処理装置によれば、隔離手段が処理領域側及び排気領域側に交互に凸となるように湾曲した波形のバッフル部材から成り、バッフル部材は、各法面にガス通路孔を有するので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子の運動を抑制して中性ガス粒子と荷電粒子とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００９４】
請求項６記載のプラズマ処理装置によれば、バッフル部材は、バッフル部材の近傍に発生するシース電界の等電位面が処理領域側に対するバッフル板の凸部の間に実質的に侵入しないように凸部間の距離が設定されているので、正荷電粒子をバッフル層に垂直な方向に運動させることができる。
【００９５】
請求項７記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域側の湾曲部の間隔がバッフル部材の近傍に形成されるシースの厚さのほぼ２倍又はそれ以下であるので、シース電界の等電位面を排気される処理領域内ガスの流れ方向と垂直な面とほぼ平行に維持することができる。
【００９６】
請求項８記載のプラズマ処理装置によれば、処理領域側に配された一のバッフル部材と、排気領域側に配された他のバッフル部材とから成り、一のバッフル部材と他のバッフル部材は処理領域から見て互いにずれているので、中性ガス粒子の運動を抑制することなく荷電粒子を跳ね返して中性ガス粒子と荷電粒子とを分離することができ、もって処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制を確実に行うことができる。
【００９７】
請求項９記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材と他のバッフル部材とは、処理領域側から見たとき排気領域を遮蔽し、且つ中性ガス粒子が通過できるだけの間隔を有するように配置されているので、処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制をさらに確実に行うことができる。
【００９８】
請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、他のバッフル部材の面積が、他のバッフル部材に対応する一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であり、他のバッフル部材間のガス通路の総面積が、他のバッフル部材に対応する一のバッフル部材間のガス通路の総面積とほぼ同じ又はそれ以上であるので、処理領域内ガスの排気効率向上及びプラズマの漏れ抑制をさらに確実に行うことができる。
【００９９】
請求項１３記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材と他のバッフル部材との各々は、複数の貫通穴を有する環状部材であるので、処理領域内ガスの排気効率向上をさらに確実に行うことができる。
【０１００】
請求項１５記載のプラズマ処理装置によれば、一のバッフル部材における貫通穴と他のバッフル部材における貫通穴とは、処理領域から見て互いにずれているので、プラズマの漏れ抑制をより確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における隔離板５０の断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図４】図３における波形バッフル部材５０’の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図６】図５におけるプラズマ処理装置３０を処理領域８側から見た図である。
【図７】図６における線ＶＩＩ−ＶＩＩに関する断面図である。
【図８】図５のプラズマ処理装置３０の変形例の概略構成を示す図である。
【図９】図８のプラズマ処理装置３０を処理領域８側から見た図である。
【図１０】従来のマグネトロン方式平行平板プラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図１１】図１０における隔離板８６のガス通過孔８６ａ近傍における処理領域内ガスの流れを説明する図である。
【図１２】図１０における隔離板８６のガス通過孔８６ａ近傍における処理領域内ガスの流れを説明する図である。
【図１３】図１０における隔離板８６のガス通過孔８６ａ近傍における処理領域内ガスの流れを説明する図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態に係るプラズマ処理装置の概略構成を示す図である。
【図１５】図１４における複層バッフル部材１４０を構成する第１のバッフル板１４１及び第２のバッフル板１４２の概略構成を示す図である。
【図１６】図１５における線ＸＶＩ−ＸＶＩに関する断面図である。
【符号の説明】
１　上部電極
２　下部電極
３　処理室容器
５ａ　ガス通路孔
５ｂ　非導電性部材
５ｃ　導電性部材
８　処理領域
９　排気領域
２０ａ　処理領域面
２０ｂ　ガス通路側面
２１　電源
３０　プラズマ処理装置
５０　隔離板
１４０　複層バッフル部材
【図１】
2004006574.tif 000003
【図２】
2004006574.tif 000004
【図３】
2004006574.tif 000005
【図４】
2004006574.tif 000006
【図５】
2004006574.tif 000007
【図６】
2004006574.tif 000008
【図７】
2004006574.tif 000009
【図８】
2004006574.tif 000010
【図９】
2004006574.tif 000011
【図１０】
2004006574.tif 000012
【図１１】
2004006574.tif 000013
【図１２】
2004006574.tif 000014
【図１３】
2004006574.tif 000015
【図１４】
2004006574.tif 000016
【図１５】
2004006574.tif 000017
【図１６】
2004006574.tif 000018