(57)【要約】【課題】従来は安定してプラズマを得ることができなかったプラズマ生成条件でも、安定して高密度プラズマを生成することが可能であり、また、平行平板型のような簡単な構造を有するプラズマ生成装置でも高密度プラズマを生成することが可能なプラズマ生成方法を提供する。【解決手段】原料ガスが供給された空間において、原料ガスの電離処理と、紫外線やＸ線等の光線の照射を行うことにより、該空間内にプラズマを生成させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが供給された空間において、原料ガスの電離処理と、光線の照射を行うことにより、該空間内にプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法。
【請求項２】
原料ガスが供給された空間に高電圧を印加することにより電離空間を生成し、該電離空間に光線を照射することにより、該空間内に高密度プラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法。
【請求項３】
原料ガスが供給された空間に光線を照射し、該空間に高電圧を印加することにより該空間内にプラズマを生成することを特徴とするプラズマ生成方法。
【請求項４】
前記光線が紫外線及び／又はＸ線であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマ生成方法。
【請求項５】
原料ガスが供給される反応室と、原料ガスを電離させるために反応室内又は反応室外に設置された電離手段と、反応室内に光線を照射する光源とを有することを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項６】
前記光線が紫外線及び／又はＸ線であることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エッチングやＣＶＤ等に用いることのできるプラズマを生成する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度プラズマを生成する方法としては、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ）法、高周波誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）法、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ）法といった方法が知られている。
【０００３】
ＥＣＲ法とは、電子サイクロトロン共鳴プラズマ条件下でプラズマを生成する方法である（特許文献１参照）。この方法によれば、磁力線の分布を変化させることにより、プラズマ分布を変化させることができる。また、電子密度と電子温度の高い、比較的大容量のプラズマとすることができる。
【０００４】
ＩＣＰ法とは、チャンバ外に備えられたコイルに高周波電力を投入し、これにより発生する高周波磁界によって生じる誘導電流によりプラズマを生成する方法である（特許文献２参照）。この方法によれば、安定したプラズマを大面積で得ることができる。
【０００５】
ＨＷＰ法は、磁化プラズマに励起される波動を利用してプラズマを生成する方法である（非特許文献１参照）。この方法によれば、高密度プラズマ（１０１１〜１０１３ｃｍ−３）を比較的低電力（〜１ｋＷ）で効率よく生成でき、磁場の広い範囲でプラズマを生成することが可能である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１９２８３８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２５４１８８号公報
【非特許文献１】
庄司多津男、坂和洋一，「応用物理」，  １９９８年，  第６７巻，第２号，ｐｐ．１６０−１６６
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ＥＣＲ法、ＩＣＰ法、ＨＷＰ法を使用すれば、高密度プラズマを生成することは可能であるが、高密度プラズマを生成するためには例えばＩＣＰコイルの設置などを行わなければならないため、装置が大型化し、複雑な構成となる。また、生成したプラズマを安定して保持するためには、プラズマを生成するためのガス圧、電圧等の領域に制限があり、低電圧、低ガス圧でプラズマを生成するのが困難であった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、第一に比較的簡単な構成で高密度プラズマを生成することであり、第二にプラズマを発生させるためのガス圧、電圧の領域を広げること、つまり低ガス圧、低電圧で安定したプラズマの生成を可能とすることである。しかも、本発明に係る方法を実施する装置は、非常に安価に製造することが出来る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ生成方法は、原料ガスが供給された空間において、原料ガスの電離処理と、光線の照射を行うことにより、該空間内にプラズマを生成することを特徴とする。
【００１０】
具体的には、これは次の２つの態様で実現される。第１の態様は、原料ガスが供給された空間に高電圧を印加することにより電離空間を生成し、該電離空間に紫外線やＸ線等の光線を照射することにより、該空間内に高密度かつ安定なプラズマを生成するものである。この態様においては、高電圧ですでにプラズマが発生しているところに、更に光線を照射することによりプラズマの密度を高め、その安定性を高めるものである。
【００１１】
第２の態様は、原料ガスが供給された空間に紫外線やＸ線等の光線を照射し、該空間に高電圧を印加することにより該空間内にプラズマを生成するものである。この態様においては、光線により原料ガスに予めエネルギーを与え、プラズマ前状態を作り出す。その後、その空間に高電圧を印加することにより、プラズマが生成するが、既に原料ガスのエネルギーが高くなっているため、プラズマの発生が容易となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
原料ガスとしては、従来よりプラズマの原料ガスとして用いられているものをいずれも用いることができる。例えば、空気、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、ＳｉＨ４のいずれか又はこれらを二以上組み合わせたものを挙げることができる。
【００１３】
原料ガスが存在する空間に高電圧を印加する方法についても、従来のプラズマ生成装置で用いられている方法をいずれも用いることができる。例えば、原料ガス空間内に設置した対向電極型の電極、例えば平行平板型の電極に、高周波／低周波／直流電圧を印加する方法、原料ガス空間の周囲を囲むように設けた励起コイルに高周波電圧を印加する方法等である。
【００１４】
原料ガス空間に照射する光線は、波長が１５０ｎｍ以下の電磁波（紫外線又はＸ線）とするのが望ましい。
【００１５】
なお、本発明に係る方法を、従来のＥＣＲ法、ＩＣＰ法、ＨＷＰ法等のプラズマ生成方法に適用することにより、従来の方法では安定してプラズマを得ることができなかった条件においても、安定して高密度のプラズマを生成することが可能となる。
【００１６】
【発明の効果】
第１の態様においては、原料ガスが供給された空間において、原料ガスの電離処理を行いつつ、該空間に紫外線やＸ線等の光線を照射することにより、従来のプラズマ生成方法と比較して、原料ガスの電離が促進され、高密度のプラズマが生成されるようになる。また、従来の装置では生成したプラズマを安定して保持するために複雑な制御及び装置を使用していたが、本発明に係る方法及び装置では、光線の強度を制御するだけでよいため、プラズマ安定化のための制御が非常に容易となる。
【００１７】
第２の態様においては、原料ガスが供給された空間に紫外線やＸ線等の光線を照射することにより、原料ガスのエネルギー状態を高めて前プラズマ状態を生成しておくため、その後にプラズマを生成するために印加する高電圧の電力は小さくて済む。これにより、プラズマの生成が容易となるとともに、発生直後のプラズマが安定するようになる。従って、必要に応じて低密度プラズマも安定して生成することができるようになる。
【００１８】
【実施例】
（プラズマ生成装置）
図１に、本発明に係るプラズマ生成方法を実施するための装置１０の一実施例を示す。Ｘ線を遮蔽するためのアクリル板及び塩化ビニル板で囲まれたプラズマ生成空間（チャンバ）１１の内部に、略平行となるように二つの電極を上下に設置した。これらの電極のうち、上部電極１２は接地し、下部電極１３には電源１４を接続した。チャンバ内部にはフォトイオナイザ１５（浜松フォトニクス株式会社製：フォトイオナイザＬ６９４１）を設置し、上記電極間にＸ線を照射できるようにした。また、チャンバにはガス供給口１６を設け、プラズマ生成空間に空気、Ａｒ、Ｈｅ等のガスを供給できるようにした。
【００１９】
なお、本実施例で用いたフォトイオナイザ１５より照射されるＸ線は、０．２ｎｍの波長を中心とするもので、出力窓から１ｍの距離でのエネルギー強度が１５ｍＳｖ／ｈの微弱Ｘ線である。Ｘ線を使用する場合、Ｘ線が装置の外部に漏洩することを防止する必要があるが、本実施例で用いたフォトイオナイザ１５から発せられるＸ線を１００％遮蔽するためには、１〜２ｍｍ程度の塩化ビニル板、又は１０ｍｍ程度のアクリル板、又は０．３ｍｍ程度のガラス板でチャンバ１１を作製するか、又はこれらの板で装置を囲むようにすればよい。
【００２０】
（プラズマの生成）
図１に記載の装置１０を使用して、プラズマを生成した。
【００２１】
（第一実施例）
原料ガスである空気を大気圧でチャンバ１１内に導入し、電極１２，１３間に電圧を印加した。そして、その空間にＸ線を照射した。ここで、Ｘ線の強度及び電極間距離（印加電圧は１．２ｋＶで一定とした）の各条件を変化させ、プラズマ生成の様子を観察した。図２にプラズマ生成条件及びその結果を示す。図２の表の結果の欄において、◎は高密度のプラズマが連続的に生成したことを示し、○は連続的にプラズマが生成したことを、△はわずかにプラズマが生成したことを、×はプラズマが生成しなかったことを示す。
【００２２】
その結果、電極間距離が４ｍｍの時、Ｘ線を照射しない場合でもプラズマは安定して生成したものの、６０Ｓｖ／ｈの強度のＸ線を照射することにより、より高密度のプラズマが生成した。また、１６７Ｓｖ／ｈの強度のＸ線を照射した場合には、電極間距離が６ｍｍの場合でも高密度のプラズマが生成するようになった。
【００２３】
次に、原料ガスをＨｅ又はＡｒとして、プラズマを生成させた。その結果を図３に示す。なお、図３のガス圧力は、チャンバ１１内の圧力値である。原料ガスがＨｅの場合、電極間距離が８ｍｍの時で比較すると、ガス圧が０．０１ＭＰａ、０．０２ＭＰａのいずれの場合も、Ｘ線を照射することにより、高密度のプラズマが生成するようになった。原料ガスがＡｒの場合も、Ｘ線を照射することにより、広い範囲で高密度のプラズマが生成するようになった。
【００２４】
以上のように、原料ガスの種類によって効果の程度に違いはあるものの、原料ガスの電離処理を行いつつ、Ｘ線等を照射してプラズマを生成することにより、Ｘ線等を照射しない場合と比較して、より広範囲で高密度のプラズマが安定して生成するようになることが確認された。
【００２５】
（第二実施例）
原料ガスであるＡｒをチャンバ１１内に導入し、その空間にＸ線を照射した後、電極１２，１３間に１．２ｋＶの電圧を印加した。ここで、Ａｒの圧力は０．０２ＭＰａ、Ｘ線の強度は６０Ｓｖ／ｈ、電極間距離は８ｍｍとした。
【００２６】
チャンバ１１内の空間にＸ線を照射した後であって電圧を印加する前の電極周辺部の様子を図４（ａ）に、電圧のみを印加してプラズマを生成させた場合の電極周辺部の様子を図４（ｂ）に、Ｘ線照射後に電圧を印加してプラズマを生成させた場合の電極周辺部の様子を図４（ｃ）に示す。
【００２７】
チャンバ１１内の空間にＸ線を照射した後であって電圧を印加する前は、まだプラズマは生成していないが（図４（ａ））、これに電圧を印加することにより、電極１２，１３の間に高密度のプラズマが生成している（図４（ｃ））。この図４（ｃ）を電圧のみを印加してプラズマを生成させた場合（図４（ｂ））と比較すると、Ｘ線を照射した場合の方が、明らかにより安定してプラズマが生成していることがわかる。このことから、Ｘ線照射には、プラズマ生成をより容易にする効果、即ち、プラズマ生成のアシスト効果があることが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方法を用いたプラズマ生成装置の一実施例。
【図２】原料ガスが空気の場合のプラズマ生成条件及びその結果を示す表。
【図３】原料ガスがＨｅ又はＡｒの場合のプラズマ生成条件及びその結果を示す表。
【図４】（ａ）  チャンバ内の空間にＸ線を照射した後であって電圧を印加する前の電極周辺部の様子、（ｂ）  電圧のみを印加してプラズマを生成させた場合の電極周辺部の様子、（ｃ）  Ｘ線照射後に電圧を印加してプラズマを生成させた場合の電極周辺部の様子。
【符号の説明】
１０…プラズマ生成装置
１１…チャンバ
１２…上部電極
１３…下部電極
１４…電源
１５…フォトイオナイザ
１６…ガス供給口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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