(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の真空容器と、
この真空容器の内部に放電用ガスを導入するガス導入手段と、
前記真空容器の内部の雰囲気を排出する雰囲気排出手段と、
前記真空容器と同軸的に設けられ、前記放電用ガスを放電させるための高周波電界を形成するリング状の放電用電極と、
前記放電用電極に前記高周波電界を形成させるための放電用電力を供給する放電用電力供給手段と、
前記放電用電極の周囲に配置され、前記真空容器内部に磁界を形成し、この磁界と前記放電用電極に放電用電力を供給して得られる高周波電界とにより、前記真空容器の周辺部でプラズマを生成する永久磁石と、
処理対象物の配設位置に対して半径方向の外側に位置するように設けられるとともに前記真空容器と同軸的に設けられ、さらに前記放電用電極の近傍でこの放電用電極の内側を覆うことにより前記真空容器の内部領域をその中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割する領域分割手段とを備え、
該領域分割手段は、複数の電子通過孔を有するとともに前記放電用電極と対向する前記筒状の真空容器と同軸に配置された筒状のグリッドと、該グリッドを前記真空容器に固定するための仕切板とを有し、
前記グリッド及び前記仕切板は、同電位でありかつ零電位に設定され、
前記グリッドは、
前記プラズマ生成領域で生成されたプラズマの電子のうちエネルギーの低い電子を追い返し、エネルギーの高い電子を前記グリッドの表面に発生するシース電位を乗り越えさせて前記電子通過孔を介して前記プラズマ拡散領域に移動させ、
前記プラズマ拡散領域に移動させた前記電子と前記プラズマ拡散領域に供給された前記放電用ガスのガス分子とを衝突させることで前記プラズマ生成領域にプラズマを生成させ、
前記プラズマ拡散領域に移動させた前記電子と前記ガス分子とを繰り返し衝突させて前記電子のエネルギーを失わせることで、前記プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を前記プラズマ生成領域のプラズマの電子温度よりも低くさせる
ことができるように金属製とした
ことを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
前記領域分割手段の表面は、誘電体で覆われていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、低電子エネルギープラズマを利用して負イオンプラズマを生成するプラズマ生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種半導体デバイス、液晶ディスプレイ、太陽電池等を製造する工程で、プラズマを利用した処理が盛んに使われている。
【０００３】
例えば、基板の表面に形成された薄膜をドライエッチングする場合は、プラズマを利用したドライエッチング処理が使われている。このドライエッチング処理の具体例としては、例えば、シリコン半導体基板上に形成された酸化シリコン膜をプラズマ中で生成される活性種やイオンの作用を利用してエッチングする処理が挙げられる。
【０００４】
また、基板の表面に所定の薄膜を形成する場合は、プラズマを利用した成膜処理が使われている。この成膜処理の具体例としては、例えば、プラズマによる気相反応を利用して基板の表面に所定の薄膜を形成するプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理
が挙げられる。このプラズマＣＶＤ処理の具体例としては、例えば、シリコン半導体基板上に層間絶縁膜を形成する処理が挙げられる。
【０００５】
すなわち、近年、半導体デバイスの高集積化に伴って配線が多層化されている。これにより、配線と配線との間に絶縁膜(層間絶縁膜) を設けなければならなくなった。この層
間絶縁膜を形成する処理としては、ＣＶＤ処理がある。このＣＶＤ処理としては、熱ＣＶＤ処理がある。この熱ＣＶＤ処理は、反応の活性化に必要なエネルギーとして熱を利用する処理である。すなわち、プロセス用の反応室に導入された反応性ガスに熱を加えて反応させることにより、層間絶縁膜を形成する処理である。
【０００６】
しかしながら、この熱ＣＶＤ処理では、比較的に高い温度が必要なため、デバイスに不具合が生じることが多い。そこで、最近では、活性化エネルギーとして、プラズマを利用する処理が用いられるようになってきた。この場合、プラズマとしては、例えば、グロー放電を通じて生じるプラズマが利用される。
【０００７】
なお、太陽電池などの基板上に所定の薄膜を形成する場合も、プラズマＣＶＤ処理が使われている。
【０００８】
ところで、代表的なプラズマプロセスであるドライエッチングプロセスにおいては、プラズマを生成する場合、次のような点が要求される。
（１）基板の大面積化や装置のスループットの向上に対応できるように、均一で高密度のプラズマを生成することができること。
（２）電子デバイス構造の微細化や多層化に対応するために、加工精度や選択性を向上させることができること。
（３）チャージアップダメージを低減するために、均一なプラズマを生成することができること。
【０００９】
このような要求に応えるために、近年、様々なプラズマ生成装置（プラズマ源）の開発が進められている。このプラズマ生成装置としては、ＥＣＲ（Electron-Cyclotron-Resonance）型プラズマ生成装置、誘導結合型プラズマ生成装置（ICP:Inductively-Coupled Plasma）、マイクロ表面波型プラズマ生成装置、ヘリコン波型プラズマ生成装置、マグネト
ロン高周波放電型プラズマ生成装置等の高密度プラズマ生成装置がある。
【００１０】
これらの装置においては、プラズマの密度として、十分な密度を得ることができる。しかしながら、プラズマの均一性としては、φが３００ｍｍの範囲内において、十分な均一性を得ることができない状況にある。
【００１１】
また、これらの装置においては、プラズマの電子温度を低く抑えることが要求される。これは、プロセス用ガスの過度の解離を抑制するためである。
【００１２】
しかしながら、シリコン酸化膜のドライエッチング用の高密度プラズマ生成装置は開発途中にある。そのため、この装置では、ガスの過度の解離によるエッチングの選択性の低下と基板表面での電荷の蓄積とが大きな課題になっている。
【００１３】
現状の高密度プラズマ生成装置を用いるエッチングプロセスにおいては、次のような点が現実に問題になっている。
（１）微細なシリコン酸化膜をエッチングすることによってコンタクトホールを形成する場合に、下地シリコンに対する選択性が低下すること。
（２）ゲートポリシリコン電極をエッチングする場合に、電荷蓄積によって異常なサイドエッチングが発生すること。
（３）ゲート酸化膜の絶縁破壊が発生すること。
【００１４】
これらの現象は、低圧高密度プラズマ生成装置により生成されたプラズマに高エネルギー電子が多く存在することによって発生すると考えられている。言い換えれば、このプラズマの電子温度が高いことによって発生すると考えられている。すなわち、プラズマの電子温度が高いと、プラズマ中の解離反応が進みすぎる。これにより、選択性の決め手となるラジカル種(ＣＦｘラジカルなど) が少なくなったり、基板の表面に発生するシース電
位（プラズマ空間の平均電位と基板表面の電位との差）が高くなったりする。その結果、基板の凹凸やプラズマの密度分布によるシース電位の分布により電荷蓄積が大きくなって、上記現象が生じると考えられている。なお、シース電位とは、プラズマ空間の平均電位に対する基板表面の電位をいう。
【００１５】
以上から、プロセスプラズマの電子温度を低く抑える方法の開発が望まれる。この方法としては、現在、パルス変調プラズマ法とグリッド制御法とが考えられている。
【００１６】
ここで、パルス変調プラズマ法とは、プラズマ生成用の電極に対してプラズマ生成用の電力を断続的に供給することにより、電子温度の低いプラズマを生成する方法である。すなわち、給電の実行と停止とを繰り返すことにより、電子温度の低いプラズマを生成する方法である。言い換えれば、プラズマ生成用の電力をパルス変調することにより、電子温度の低いプラズマを生成する方法である。この場合、パルス信号としては、数十マイクロメートル程度の短いパルス幅を有する信号が用いられる。
【００１７】
この方法によれば、ある程度のプラズマ密度を維持しながら、電子温度を低下させることができる。すなわち、給電を停止した時のプラズマ密度の減衰速度は電子温度の減衰速度より遅い。これにより、給電の実行と停止とを操り返すことによって、ある程度のプラズマ密度を維持しながら、電子温度を低下させることができる。
【００１８】
この方法は、上述したような高密度プラズマ生成装置のいずれにも適用可能である。但し、この場合、最適な電子温度を得るためのパルス変調周波数は、各装置ごとに異なる。これは、各装置ごとに、プラズマ密度や電子温度の立上がり時間及び減衰時間が異なるからである。
【００１９】
また、グリッド制御法とは、グリッドによって真空容器の内部領域をプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割することにより、プラズマ拡散領域に電子温度の低いプラズマを生成する方法である。
【００２０】
図１７は、電子温度低下法として、このグリッド制御法を採用した従来のプラズマ生成装置の構成を示す図である。なお、図には、グリッド制御法をマグネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置に適用した場合を代表として示す。また、図には、このプラズマ生成装置を有する基板表面処理装置の一例の構成を示す。さらに、図では、断面を示すハッチングを一部の構成要素にのみに付す。これは、図が煩雑になるのを防止するためである。
【００２１】
図示の装置は、平板状のグリッド４２を真空容器４１の中心軸Ｚに対して垂直に配設することにより、真空容器４１の内部領域をその中心軸Ｚ方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割するようになっている。言い換えれば、図示のプラズマ生成装置は、平板状のグリッド４２を基板Ｗと平行に配設することにより、真空容器４１の内部領域をその中心軸Ｚ方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
しかしながら、電子温度低下法として、パルス変調プラズマ法を用いたプラズマ生成装置では、放電用電力が大きくなると、低い電子温度を得ることが難しくなるという問題があった。これは、放電用電力が大きくなると、給電を停止したとき、電子温度が減衰し難くなるからである。
【００２３】
また、この装置では、電子温度の低いプラズマを得るために、給電の停止時間を長くすると、プラズマの生成効率が低下し、基板の処理効率が低下するという問題があった。
【００２４】
これらの問題は、電子温度低下法として、グリッド制御法を採用したプラズマ生成装置では生じない。これは、この装置では、放電用電力に何ら手を加えないからである。
【００２５】
しかしながら、この装置では、基板の寸法が大きくなったとき、基板の表面における電子温度分布が不均一になることがあるという問題があった。
【００２６】
すなわち、この装置では、グリッド４２が基板Ｗと平行に配設されている。これにより、基板Ｗの寸法が大きくなると、グリッド４２の口径も大きくなる。その結果、グリッド４２がプラズマにより加熱されたとき、変形することがある。グリッド４２が変形すると、基板Ｗとグリッド４２との平行度が崩れる。これにより、基板Ｗの表面における電子温度分布が不均一になる。
【００２７】
そこで、本発明は、処理対象物の寸法が大きくなっても、処理対象物の表面における電子温度分布が不均一になることを防止することができるプラズマ生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
上記課題を解決するために第１の発明のプラズマ生成装置は、筒状の真空容器と、ガス導入手段と、雰囲気排出手段と、リング状の放電用電極と、放電用電力供給手段と、領域分割手段と、電子温度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
ここで、ガス導入手段は、真空容器の内部に放電用のガスを導入する機能を有する。雰
囲気排出手段は、真空容器の内部の雰囲気を排出する機能を有する。放電用電極は、真空容器と同軸的に設けられ、放電用ガスを放電させることにより、真空容器の周辺部でプラズマを生成する機能を有する。放電用電力供給手段は、放電用電極に放電用ガスを放電させるための放電用電力を供給する機能を有する。
【００３０】
領域分割手段は、放電用電極の近傍でこの放電用電極の内側を覆うことにより、真空容器の内部領域をその中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割する。この領域分割手段は、複数の電子通過孔を有する筒状の壁を有する。この壁は、処理対象物の配設位置の外側に位置するように真空容器と同軸的に設けられている。電子温度制御手段は、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御する機能を有する。
【００３１】
この第１の発明の装置によれば、真空容器の内部領域を真空容器の中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割することができる。これにより、処理対象物の寸法が大きくなった場合でも、壁の強度が低下することを防止することができる。その結果、壁の変形によって処理対象物の表面の電子温度分布が不均一になることを防止することができる。
【００３２】
また、この装置によれば、真空容器の内部領域をプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割することができる。これにより、プラズマ生成領域のプラズマに影響を与えることなく、プラズマ拡散領域のプラズマを制御することができる。その結果、プラズマ拡散領域のプラズマの制御性を高めることができる。
【００３３】
さらに、この装置によれば、領域分割手段が放電用電極の近傍に設けられている。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を効果的に制御することが可能となる。
【００３４】
さらにまた、この装置によれば、領域分割手段が処理対象物の外側に位置するように配設されている。これにより、処理対象物の全面でプラズマ密度を均一にすることができる。その結果、処理対象物の全面でプラズマ処理を均一にすることができる。
【００３５】
第２の発明のプラズマ生成装置は、第１の発明の装置において、壁が導電性を有することを特徴とする。
【００３６】
この第２の発明の装置によれば、導電性を有する壁によって領域分割を行うことができる。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度をプラズマ生成領域のプラズマの電子温度より低くすることができる。
【００３７】
第３の発明のプラズマ生成装置は、第２の発明の装置において、電子温度制御手段が絶縁手段を有することを特徴とする。ここで、絶縁手段は、壁を基準電位点から電気的に絶縁する機能を有する。
【００３８】
この第３の発明の装置によれば、壁を基準電位点から電気的に絶縁することができる。これにより、壁の電気的特性を制御することが可能となる。その結果、この壁を使って、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御することが可能となる。
【００３９】
第４の発明のプラズマ生成装置は、第３の発明の装置において、電子温度制御手段が容量性素子を有することを特徴とする。ここで、容量性素子は、壁と基準電位点との間に挿入されている。
【００４０】
この第４の発明の装置によれば、壁の高周波インピーダンスを小さくすることができる。これにより、放電用電極に高周波電力を印加することによってプラズマ空間電位が変動
しても、壁の電位が変動することを抑制することができる。その結果、壁の表面に発生するシース電位を所望の電位に設定することができる。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度をかなり低い温度まで下げることができる。
【００４１】
第５の発明のプラズマ生成装置は、第３の発明の装置において、電子温度制御手段が電位制御手段を有することを特徴とする。ここで、電位制御手段は、壁の電位を制御する機能を有する。
【００４２】
この第５の発明の装置によれば、壁の電位を制御することができる。これにより、壁の表面に発生するシース電位を制御することができる。その結果、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御することができる。
【００４３】
第６の発明のプラズマ生成装置は、第３の発明の装置において、電子温度制御手段が、電位制御手段と、容量性素子とを有することを特徴とする。ここで、電位制御手段は、壁の電位を制御する機能を有する。容量性素子は、壁と基準電位点との間に挿入されている。
【００４４】
この第６の発明の装置によれば、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度をかなり低い温度まで下げることができるとともに、この電子温度を広い範囲に亘って制御することができる。
【００４５】
第７の発明のプラズマ生成装置は、第４または第６の発明の装置において、容量性素子が可変容量性素子であることを特徴とする。
【００４６】
この第７の発明の装置によれば、容量性素子の容量を制御することができる。これにより、壁の高周波インピーダンスを制御することができる。その結果、壁の表面に発生するシース電位を制御することができる。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御することができる。
【００４７】
第８の発明のプラズマ生成装置は、第５または第６の発明の装置において、電位制御手段が壁の直流電位を制御することを特徴とする。
【００４８】
この第８の発明の装置によれば、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を広範囲に亘って連続的に制御することができる。
【００４９】
第９の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７または８の発明の装置において、電子温度制御手段が面積調整手段を有することを特徴とする。ここで、面積調整手段は、複数の電子通過孔の総面積を調整する機能を有する。
【００５０】
この第９の発明の装置によれば、複数の電子通過孔の総面積を調整することができる。これにより、電子通過孔に発生するシース電位を制御することができる。その結果、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御することができる。
【００５１】
なお、面積調整手段としては、例えば、各電子通過孔の面積を調整することにより複数の電子通過孔の総面積を調整する手段であってもよいし、電子通過孔の数を調整することにより、上記総面積を調整するものであってもよい。
【００５２】
第１０の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８または９の発明の装置において、壁が複数の小壁を有するように分割され、電子温度制御手段が複数の小壁の間隔を調整可能な間隔調整手段を有することを特徴とする。
【００５３】
この第１０の発明の装置によれば、複数の小壁の間隔を調整することができる。これにより、複数の小壁間に発生する電位バリアを制御することができる。その結果、プラズマ拡散領域の電子エネルギー分布の広さを制御することができる。これにより、壁をバイアスする必要がない。その結果、反応ガスを用いるプロセスにおいて、壁の表面に絶縁膜が形成された場合でも、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御することができる。
【００５４】
第１１の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０の発明の装置において、電子温度制御手段が間隔調整手段を有することを特徴とする。ここで、間隔調整手段は、壁と放電用電極との間隔を調整可能となっている。
【００５５】
この第１１の発明の装置によれば、壁と放電用電極との間隔を調整することができる。これにより、壁の表面に発生するシース電位を制御することができる。その結果、壁によって形成される電位バリアを制御することができる。これにより、この電位バリアを乗り越えられる電子が持っているエネルギーが変化する。その結果、プラズマ拡散領域の電子温度を制御することができる。
【００５６】
また、この装置によれば、プラズマの生成効率の低下と装置の大型化を防止することができる。すなわち、壁と放電用電極との間隔が小さすぎると、壁と放電用電極との間に放電が発生する。これにより、プラズマの生成効率が低下する。逆に、大きすぎると、装置が大型化する。以上から、壁と放電用電極との間隔を調整することができることにより、プラズマの生成効率の低下と装置の大型化を防止することができる。
【００５７】
第１２の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または１１の発明の装置において、壁と放電用電極との間隔が両者の間に異常放電が発生しないような間隔に設定されていることを特徴とする。
【００５８】
この第１２の発明の装置によれば、壁と放電用電極との間で異常放電が発生しないようにすることができる。これにより、プラズマの生成効率を高めることができる。
【００５９】
第１３の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１または１２の発明の装置において、壁が真空容器の中心軸と平行になるように設定されていることを特徴とする。
【００６０】
この第１３の発明の装置によれば、壁を容易に形成することができる。
【００６１】
第１４の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２または１３の発明の装置において、壁が処理対象物側を向くように、真空容器の中心軸に対して傾けられていることを特徴とする。
【００６２】
この第１４の発明の装置によれば、処理対象物の表面におけるプラズマ密度を高めることができる。これにより、処理対象物の処理効率を高めることができる。
【００６３】
第１５の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３または１４の発明の装置において、壁が誘電体によって覆われていることを特徴とする。
【００６４】
この第１５の発明の装置によれば、壁とプラズマとの相互作用によって壁の表面から金属性の不純物が出るのを防止することができる。これにより、処理対象物が不純物により汚染されるのを防止することができる。
【００６５】
第１６の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４または１５の発明の装置において、領域分割手段が、リング状の第１，第２の仕切り板を有することを特徴とする。ここで、第１の仕切り板の外縁部は真空容器の内壁側に固定されている。この仕切り板の内縁部には壁の一端部側が固定されている。第２の仕切り板は、第１の仕切板とともに放電用電極を挟むように配設されている。この仕切り板の外縁部は真空容器の内壁側に固定されている。この仕切り板の内縁部には壁の他端部側が固定されている。
【００６６】
この第１６の発明の装置によれば、放電用電極をその内側から覆う領域分割手段を簡単に構成することができる。
【００６７】
第１７の発明のプラズマ生成装置は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５または１６の発明の装置において、複数の電子通過孔が格子状に配列されていることを特徴とする。
【００６８】
この第１７の発明の装置によれば、電子通過孔を有する壁を簡単に構成することができる。
【発明の効果】
【００６９】
以上詳述したように本発明のプラズマ生成装置によれば、真空容器の内部領域を真空容器の中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域に分割することができる。これにより、処理対象物の寸法が大きくなった場合でも、壁の変形によって処理対象物の表面の電子温度分布が不均一になることを防止することができる。
【００７０】
また、本装置によれば、真空容器の内部領域をプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域に分割することができる。これにより、処理対象物の表面のプラズマの制御性を高めることができる。
【００７１】
さらに、本装置によれば、領域分割手段が放電用電極の近傍に設けられている。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を効果的に制御することが可能となる。
【００７２】
さらにまた、本装置によれば、領域分割手段が処理対象物の外側に位置するように配設されている。これにより、処理対象物の全面でプラズマ処理を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の全体的な構成を示す側断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の効果を説明するための特性図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態の効果を説明するための特性図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態の効果を説明するための特性図である。
【図１２】本発明の第８の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図１３】本発明の第８の実施の形態の効果を説明するための特性図である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態の効果を説明するための特性図である。
【図１５】本発明の第９の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図１６】本発明の第１０の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。
【図１７】従来のプラズマ生成装置の構成を示す側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００７５】
［１］第１の実施の形態
［１−１］構成
図１は、本発明の第１の実施の形態の構成を示す側断面図である。なお、図１には、本発明をマグネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置に適用した場合を代表として示す。また、図１には、本発明を基板表面処理装置のプラズマ生成装置に適用した場合を代表として示す。さらに、図１では、断面を示すハッチングを一部の構成要素にのみ示す。これは、図が煩雑になるのを防止するためである。
【００７６】
図示の基板表面処理装置は、例えば円筒状の真空容器１１と、ガス導入部１２と、ガス導入管１３と、雰囲気排出部１４とを有する。ここで、真空容器１１は、プラズマ生成空間を形成する機能を有する。ガス導入部１２とガス導入管１３は、真空容器１１の内部に放電用のガスを導入する機能を有する。雰囲気排出部１４は、真空容器１１の内部の雰囲気を排出する機能を有する。
【００７７】
また、この装置は、例えば円筒状の放電用電極１５と、高周波発振器１６と、整合回路１７と、円形のリング状の遮蔽カバー１８と、円形のリング状の絶縁体１９，２０とを有する。ここで、放電用電極１５は、マグネトロン放電用の高周波電界を形成する機能を有する。高周波発振器１６は、放電用電極１５に供給する放電用の高周波電力を発生する機能を有する。整合回路１７は、高周波発振器１６と放電用電極１５との整合をとる機能を有する。遮蔽カバー１８は、放電用電極１５によって形成される高周波電界を遮蔽する機能を有する。絶縁体１９，２０は、真空容器１１と放電用電極１５との間を絶縁する機能を有する。
【００７８】
さらに、この装置は、円盤状の上部電極２１と、円盤状の下部電極２２と、高周波発振器２３と、整合回路２４と、直流阻止コンデンサ２５と、絶縁体２６とを有する。ここで、上部電極２１と下部電極２２とは、平行平板電極を形成する。高周波発振器２３は、上部電極２１に高周波電力を供給する機能を有する。整合回路２４は、高周波発振器２３と上部電極２１との整合をとる機能を有する。直流阻止コンデンサ２５は、上部電極２１に直流電流が供給されるのを阻止する機能を有する。絶縁体２６は、上部電極２１と真空容器１１との間を絶縁する機能を有する。
【００７９】
さらにまた、この装置は、２つの円形のリング状の永久磁石２７，２８と、円形のリング状の電界遮蔽部２９とを有する。ここで、永久磁石２７，２８は、真空容器１１の内部に磁界を形成する機能を有する。電界遮蔽部２９は、真空容器１１の内部に形成された高周波電界を遮蔽する機能を有する。
【００８０】
また、この装置は、領域分割部３０を有する。ここで、領域分割部３０は、真空容器１１の内部領域をその径方向（真空容器１１の中心軸Ｚと垂直な方向）にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割する機能を有する。
【００８１】
上記円筒状の真空容器１１は、例えば、中心軸Ｚが鉛直方向に向くように配設されている。また、この真空容器１１は、上部容器１１１と下部容器１１２とを有するように水平に分割されている。上部容器１１１は、上端部が閉塞され、下端部が開口されている。逆
に、下部容器１１２は、上端部が開口され、下端部が閉塞されている。
【００８２】
上部電極１１１と下部電極１１２との間には、リング状の放電用電極１５が配設されている。この場合、この放電用電極１５は、真空容器１１と同軸的に配設されている。また、上部容器１１１と放電用電極１５とは、絶縁体１９によって絶縁されている。同様に、下部容器１１２と放電用電極１５とは、絶縁体２０によって絶縁されている。さらに、下部容器１１２は接地されている。上部容器１１１は、遮蔽カバー１８と下部容器１１２とを介して接地されている。
【００８３】
上記ガス導入部１２は、上部容器１１１の天板１ａに設けられている。上記雰囲気排出部１４は、下部容器１１２の底板２ａに設けられている。
【００８４】
上記円盤状の電極２１，２２は、互いに平行にかつ対向するように配設されている。また、これらは、水平に配設されている。すなわち、真空容器１１の中心軸Ｚに垂直に配設されている。さらに、上部電極２１は、絶縁体２６によって上部容器１１１と絶縁されている。上記遮蔽カバー１８は、放電用電極１５と永久磁石２７，２８とを外側から覆うように真空容器１１に取り付けられている。
【００８５】
上記リング状の永久磁石２７，２８は、真空容器１１と同軸的に配設されている。また、これらは、放電用電極１５を囲むように配設されている。さらに、これらは、真空容器１１の中心軸Ｚ方向に所定間隔離れるように配設されている。この場合、永久磁石２７は、放電用電極１５の上端部側に位置決めされている。逆に、永久磁石２８は、下端部側に位置決めされている。
【００８６】
永久磁石２７，２８は、径方向に着磁されている。この場合、これらは、互いに逆向きに着磁されている。すなわち、今、例えば永久磁石２７の内側部分がＮ極、外側部分がＳ極に着磁されているとすると、永久磁石２８の内側部分はＳ極、外側部分はＮ極に着磁されている。これにより、永久磁石２７の内側部分から真空容器１１の中心軸Ｚ側に向かって延在した後、永久磁石２８の内側部分に戻る磁力線が形成される。この磁力線は、真空容器１１の中心軸Ｚにほぼ平行な部分を有する。この部分の長さは、中心軸Ｚに近づくほど長くなる。この場合、磁力線は、永久磁石２７の各部から出力される磁力線の相互作用により、原理的には、最高でも真空容器１１の中心軸Ｚ上で折り返す。
【００８７】
上記リング状の電界遮蔽部２９は、真空容器１１と同軸的に配設されている。この場合、この電界遮蔽部２９は、下部電極２２の周縁部と下部容器１１２の側壁との間に挿入されている。また、この電界遮蔽部２９は、２枚のリング状の金属遮蔽板２９１，２９２を有する。この２枚の金属遮蔽板２９１，２９２は、真空容器１１の中心軸Ｚ方向に所定間隔離れるようにして平行に配設されている。
【００８８】
各金属遮蔽板２９１，２９２には、真空容器１１の内部の雰囲気を排出するための排気孔が形成されている。この場合、金属遮蔽板２９１に形成された排気孔と金属遮蔽板２９２に形成された排気孔とは、全体的に重なることがないように設定されている。すなわち、一部が重なるか、または、全く重ならないように形成されている。これにより、高周波電界の遮蔽機能と雰囲気の排出機能の両方が得られる。
【００８９】
上記円筒状の領域分割部３０は、真空容器１１と同軸的に配設されている。また、この領域分割部３０は、放電用電極１５の近傍でこの放電用電極１５の内側を覆うように配設されている。これにより、真空容器１１の内部領域がその中心軸Ｚに垂直な方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割される。
【００９０】
図２は、この領域分割部３０を拡大して示す側断面図である。図示のごとく、領域分割部３０は、１つの円筒状のグリッド３０１と、２つの円形のリング状の仕切板３０２，３０３とを有する。
【００９１】
円筒状のグリッド３０１は、真空容器１１と同軸的に配設されている。これにより、このグリッド３０１は、真空容器１１の中心軸Ｚと平行に配設されている。また、このグリッド３０１は、放電用電極１５と対向するように配設されている。さらに、このグリッド３０１は、リング状の仕切り板３０２，３０３を介して真空容器１１に固定されている。
【００９２】
この場合、仕切板３０２，３０３は、真空容器１１と同軸的に配設されている。また、仕切り板３０２，３０３は平行に配設されている。さらに、仕切り板３０２の外縁部は、上部容器１１１の側壁に固定され、内縁部には、グリッド３０１の上端部が固定されている。さらにまた、仕切り板３０３の外縁部は、下部容器１１２の側壁に固定され、内縁部には、グリッド３０１の下端部が固定されている。また、仕切り板３０２，３０３は、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を両者の間で異常放電が発生しないような間隔に設定するようになっている。
【００９３】
グリッド３０１と仕切板３０２，３０３とは、例えば、金属により形成されている。これにより、これらは、導電性を有する。この金属としては、例えば、ステンレスが用いられている。この場合、グリッド３０１と仕切板３０２，３０３の全体を金属で形成してもよいし、表面だけを金属で形成してもよい。また、グリッド３０１と仕切板３０２，３０３の表面は、プラズマに強い誘電体で覆われている。すなわち、プラズマと反応し難い誘電体で覆われている。この誘電体としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、セラミックス等がある。
【００９４】
［１−２］動作
上記構成において、動作を説明する。
【００９５】
まず、プラズマを生成し、このプラズマを使って基板Ｗの表面に所定の処理を施す場合の動作を説明する。
【００９６】
この場合、基板Ｗは、図１に示すように、下部電極２２の上面に載置される。また、この場合、ガス導入部１２から真空容器１１の内部に放電用ガスが導入される。この放電用ガスは、上部電極２１に形成されたガス分散孔２１１を介して真空容器１１の内部に均一に分散される。さらに、この場合、放電用ガスがガス導入管１３を介して真空容器１１の内部に導入される。さらにまた、この場合、真空容器１１の内部に存在する雰囲気が雰囲気排出部１４を介して排出される。これにより、真空容器１１の内部が減圧状態に設定される。
【００９７】
また、この場合、放電用電極１５に高周波発振器１６から整合回路１７を介して高周波電力が供給される。この高周波電力の周波数は、例えば、１３．５６ＭＨｚに設定され、電力量は、例えば、５００Ｗに設定されている。さらに、この場合、上部電極２１に高周波発振器２３から整合回路２４と直流阻止コンデンサ２５とを介して高周波電力が供給される。この高周波電力の周波数は、例えば、１００ＭＨｚに設定され、電力量は、例えば、１００Ｗに設定されている。
【００９８】
放電用電極１５に高周波電力が供給されることにより、この放電用電極１５の電位が変動する。これにより、真空容器１１の内部に、高周波電界が形成される。この高周波電界と永久磁石２７，２８により形成される磁界との相互作用により真空容器１１の内部にプラズマが生成される。
【００９９】
すなわち、放電用電極１５によって形成される高周波電界は、真空容器１１の中心軸Ｚ方向に向かう。また、永久磁石７，２８によって形成される磁力線は、真空容器１１の中心軸Ｚにほぼ平行な部分を有する。これにより、真空容器１１の内部にほぼ直交する高周波電界と磁界とが形成される。その結果、放電用電極１５の近傍で、電子が磁力線にトラップされるとともに、マグネトロン運動する。このマグネトロン運動により、電子が加速され、放電用ガスが電離させられる。このマグネトロン放電により真空容器１１の内部にプラズマが生成される。以下、このプラズマを第１のプラズマという。
【０１００】
また、上部電極２１に高周波電力が供給されることにより、この上部電極２１の電位が変動する。これにより、真空容器１１の内部に真空容器１１の中心軸Ｚ方向に向かう高周波電界が形成される。この高周波電界と永久磁石２７，２８により形成される磁界との相互作用により真空容器１１の内部にプラズマが生成される。
【０１０１】
すなわち、上記高周波電界が形成されると、永久磁石２７，２８によって形成された磁力線上にトラップされている高エネルギー電子が磁力線上を真空容器１１の中心軸Ｚ方向に高周波振動する。この高周波振動により高エネルギー電子が加熱される。この加熱により放電用ガスが放電させられる。この高周波振動放電によりプラズマが生成される。以下、このプラズマを第２のプラズマという。
【０１０２】
上述した第１，第２のプラズマが形成されることにより、表面処理用の化学反応が活性化される。これにより、基板Ｗの表面に所定の処理が施される。
【０１０３】
第１のプラズマの密度は、真空容器１１の中心軸Ｚから離れるにつれて高くなる。言い換えれば、放電用電極１５の内側の側面に近づくにつれて高くなる。これは、放電用電極１５の内面に近づくにつれて、放電用電極１５により形成される電界と永久磁石２７，２８より形成される磁界とが強くなるからである。すなわち、これらが強くなることにより、マグネトロン放電が活発になるからである。
【０１０４】
第２のプラズマの密度は、真空容器１１の中心軸Ｚに近づくにつれて高くなる。これは、この中心軸Ｚに近づくにつれて、永久磁石２６，２７によって形成される磁力線のうち、この中心軸Ｚにほぼ平行な部分の長さが長くなるからである。すなわち、この平行部分の長さが長くなることにより、高エネルギー電子が真空容器１１の中心軸Ｚ方向に加速運動可能な距離が長くなるからである。
【０１０５】
第１のプラズマの密度は、高周波発振器１６から出力される高周波電力の大きさに依存する。したがって、この高周波電力の大きさを制御することにより、第１のプラズマの密度を制御することができる。同様に、第２のプラズマの密度は、高周波発振器２３から出力される高周波電力の大きさに依存する。したがって、この高周波電力の大きさを制御することにより、第２のプラズマの密度を制御することができる。
【０１０６】
これにより、２つの高周波電力の大きさを制御することによって、真空容器１１の径方向のプラズマ密度の分布を制御することができる。その結果、ガスの圧力が低い場合であっても、真空容器１１の内部の周辺部から中央部に亘って全体的に高密度でかつ密度分布の均一なプラズマを生成することができる。
【０１０７】
以上が、プラズマを生成し、このプラズマを使って基板Ｗの表面に所定の処理を施す場合の動作である。
【０１０８】
次に、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を低下させる場合の動作を説明する
。
【０１０９】
領域分割部３０は、放電用電極１５の近傍でこの放電用電極１５を内側から囲むようになっている。これにより、真空容器１１の内部領域のうち、第１のプラズマが多く生成される領域が領域分割部３０によって囲まれる。この領域分割部３０のグリッド３０１は、仕切板３０２，３０３と直接接続されている。これにより、グリッド３０１の電位は、仕切板３０２，３０３の電位と同じ電位に設定されている。仕切板３０２は容器１１１、１１２と遮蔽カバー１８とを介して接地されている。また、仕切板３０３も、下部容器１１２を介して接地されている。これにより、仕切板３０２，３０３とグリッド３０１の電位は零電位に設定されている。
【０１１０】
ところで、プロセスプラズマにおいては、電子の温度がイオンの温度よりはるかに高く、電子の質量がイオンの質量よりはるかに小さい。これにより、このプラズマにおいては、電子の移動度がイオンの移動度より十分大きくなる。その結果、プラズマ生成領域Ｒ１でプラズマが生成されると、電子がイオンより早く領域分割部３０の壁の方に移動する。これにより、プラズマ中には、イオンが電子より多く残されてしまう。その結果、プラズマ中の電位（プラズマ空間電位）が領域分割部３０の壁の電位より高くなる。これにより、プラズマ空間電位に対する壁電位（シース電位）が負の方向に大きくなる。その結果、プラズマ中から壁の方に拡散する電子が追い返され、プラズマ中から壁の方に拡散するイオンが加速される。
【０１１１】
領域分割部３０の壁が金属製のグリッド３０１により構成される場合、エネルギーの低い電子は、グリッド３０１の表面に発生するシース電位によって追い返される。これに対し、エネルギーの高い電子は、このシース電位を乗り越え、グリッド３０１の電子通過孔を介してプラズマ拡散領域Ｒ２に移動する。
【０１１２】
プラズマ拡散領域Ｒ２に移動した高エネルギー電子は、この領域Ｒ２で加速され、中性ガス分子と操り返し衝突する。この衝突により、高エネルギー電子は、持っているエネルギーを失って低エネルギー電子になる。また、高エネルギー電子が中性ガス分子と衝突することにより、新たな放電が発生する。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２には、電子温度が低いプラズマが生成される。
【０１１３】
以上が、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を低下させる動作である。
【０１１４】
［１−３］効果
以上、詳述した本実施の形態によれば、次のような効果を得ることができる。
【０１１５】
（１）まず、本実施の形態によれば、真空容器１１の内部領域をその中心軸Ｚに垂直な方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割することができる。これにより、基板Ｗの寸法が大きくなった場合に、グリッド３０１の強度が低下することを防止することができる。その結果、このような場合に、グリッド３０１の変形によって、基板Ｗの表面の電子温度分布が不均一になることを防止することができる。
【０１１６】
（２）また、真空容器１１の内部領域をプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割することにより、プラズマ生成領域Ｒ１のプラズマに影響を与えることなく、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマを制御することができる。これにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの制御性を高めることができる。
【０１１７】
（３）さらに、本実施の形態によれば、導電性を有するグリッド３０１によって領域分割を行うようになっている。これにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度をプ
ラズマ生成領域Ｒ１のプラズマの電子温度より低くすることができる。
【０１１８】
（４）さらにまた、導電性を有するグリッド３０１によって領域分割を行うことにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を容易に制御することができる。
【０１１９】
（５）また、本実施の形態によれば、金属製のグリッド３０１の表面をプラズマに強い誘電体で覆うようになっている。これにより、グリッド３０１の表面から金属性の不純物が出て、基板Ｗを汚染してしまうことを防止することができる。
【０１２０】
すなわち、グリッド３０１の表面を誘電体で覆わない場合、グリッド３０１とプラズマとの相互作用によって、グリッド３０１の表面からプラズマ空間に金属性の不純物が出ることがある。これにより、基板Ｗを汚染してしまうことがある。これに対し、グリッド３０１の表面をプラズマに強い誘電体で覆うことにより、グリッド３０１とプラズマとの相互作用を防止することができる。これにより、グリッド３０１の表面から金属性の不純物が出て、基板Ｗを汚染してしまうことを防止することができる。
【０１２１】
（６）さらに、本実施の形態によれば、領域分割部３０を円筒状のグリッド３０１とリング状の仕切板３０２，３０３とで形成するようになっている。これにより、放電用電極１５を確実に覆うことができるとともに、領域分割部３０を簡単に構成することができる。
【０１２２】
（７）また、本実施の形態によれば、電子通過孔を有する壁をグリッド３０１により形成するようになっている。これにより、この壁を簡単に構成することができる。
【０１２３】
（８）また、本実施の形態によれば、グリッド３０１を真空容器１１の中心軸ｚと平行に配設するようになっている。これにより、グリッド３０１を容易に構成することができる。
【０１２４】
（９）また、本実施の形態によれば、放電用電極１５とグリッド３０１との間隔が、両者の間に異常放電が発生しないような間隔に設定されている。これにより、プラズマ生成領域Ｒ１におけるプラズマの生成効率を高めることができる。
【０１２５】
［１−４］変形例
以上の説明では、グリッド３０１と仕切板３０２，３０３とを金属で形成する場合を説明した。しかしながら、本実施の形態では、金属以外の導電体で形成するようにしてもよい。また、本実施の形態では、グリッド３０１にバイアスをかけないので、これらを導電体以外の材料で形成するようにしてもよい。例えば、プロセスによっては、グリッド３０１の表面に自然に誘電体が形成される場合がある。このような場合は、グリッド３０１を最初から絶縁材料によって形成する必要がある。
【０１２６】
［２］第２の実施の形態
図３は、本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図３において、先の図２とほぼ同一機能を果たす部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２７】
先の実施の形態では、グリッド３０１を仕切板３０２，３０３に直接固定する場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、図３に示すように、グリッド３０１を２つの円形のリング状の絶縁体３０４，３０５を介して仕切板３０２，３０３に固定するようにしたものである。ここで、絶縁体３０４は、グリッド３０１の上端部と仕切板３０２の内縁部との間に挿入され、絶縁体３０５は、グリッド３０１の下端部と仕切板３０３の内縁部との間に挿入されている。
【０１２８】
このような構成によれば、グリッド３０１の電気的特性を制御することが可能となる。これにより、グリッド３０１を使って、プラズマ拡散領域Ｒ２の電子温度を制御することが可能となる。
【０１２９】
［３］第３の実施の形態
図４は、本発明の第３の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図４において、先の図３に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１３０】
本実施の形態は、図４に示すように、第２の実施の形態において、グリッド３０１とアースとの間に容量が十分大きなコンデンサ３１を挿入するようにしたものである。この場合、コンデンサ３１は、例えば、複数設けられている。この複数のコンデンサ３１は真空容器１１の中心軸Ｚの周りに均等に配設されている。
【０１３１】
このような構成によれば、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度をかなり低い温度（例えば、０．０２ｅＶ）まで下げることができる。
【０１３２】
すなわち、コンデンサ３１を挿入しない構成では、周波数が１３．５６ＭＨｚのような高周波電力を放電用電極１５に印加して第１のプラズマを生成する場合、放電用電極１５の電位が変化する。これにより、プラズマ空間電位が変化する。その結果、グリッド３０１の電位が変化する。これにより、グリッド３０１の表面に発生するシース電位として、所望の電位を設定することができない。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度として、あまり低い温度を得ることができない。
【０１３３】
これに対し、本実施の形態では、コンデンサ３１によって、グリッド３０１の高周波インピーダンスを小さくすることができる。これにより、放電用電極１５の電位が変化しても、グリッド３０１の電位をほぼー定にすることができる。その結果、グリッド３０１の表面に発生するシース電位として、所望の電位を設定することができる。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２の電子温度として、かなり低い温度を得ることができる。
【０１３４】
［４］第４の実施の形態
図５は、本発明の第４の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図５において、先の図３に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１３５】
本実施の形態は、図５に示すように、第２の実施の形態において、グリッド３０１とアースとの間に直流可変電源３２を挿入するようにしたものである。
【０１３６】
このような構成によれば、直流可変電源３２から出力される直流電圧を変えることにより、グリッド３０１の直流電位を広範囲に亘って連続的に制御することができる。これにより、グリッド３０１の表面に発生するシース電位を広範囲に亘って連続的に制御することができる。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を広範囲に亘って連続的に制御することができる。具体的には、この電子温度を連続的に１桁以上制御することができる。
【０１３７】
これを図６及び図７を用いて説明する。これらは、本実施の形態の実験結果を示す特性図である。なお、これらは、平行平板電極（上部電極２１と下部電極２２）に高周波電力を供給しない状態で実験を行った場合の結果を示す。
【０１３８】
図６は、グリッド３０１の直流電位ＶＧ（Ｖ：ボルト）に対するプラズマの電子温度Ｔｅ（ｅＶ）の依存性を示す特性図である。図６において、横軸は、直流電位ＶＧを示し、縦軸は、電子温度Ｔｅを示す。図示のごとく、プラズマ生成領域Ｒ１のプラズマの電子温度Ｔｅは、グリッド３０１の直流電位ＶＧを−３０（Ｖ）から３０（Ｖ）まで変えても、ほとんど変わらない。これに対し、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅは、約０．０２（ｅＶ）から約２．３（ｅＶ）まで変化する。
【０１３９】
図７は、グリッド３０１の直流電位ＶＧに対するプラズマの電子密度ｎｅ（×１０９ｃｍ−３）の依存性を示す特性図である。図において、横軸は、グリッド３０１の直流電位ＶＧを示し、縦軸は、プラズマの電子密度ｎｅを示す。
【０１４０】
上述した図６に示すように、プラズマ拡散領域Ｒ２では、直流電位ＶＧが負の場合、この直流電位ＶＧが負の方向に大きくなるにつれて、プラズマの電子温度Ｔｅは低くなる。これに対し、プラズマの電子密度ｎｅは、図７に示すように大きくなる。
【０１４１】
ここで、注目すべきことは、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅが低くなると、その電子密度ｎｅがプラズマ生成領域Ｒ１のプラズマの電子密度ｎｅより高くなることである。この理由は、プラズマ生成領域Ｒ１の高工ネルギー電子がグリッド３０１のバイアスによって形成される電位バリアを乗り越えてプラズマ拡散領域Ｒ２に移動し、このプラズマ拡散領域Ｒ２で中性原子と衝突し、新たな放電を起こすことにより、低エネルギーのプラズマを生成するからであると考えられる。
【０１４２】
通常の弱電離プラズマの場合は、プラズマの電子密度ｎｅは、プラズマの生成と拡散損失とのバランスによって決まる。このことから、プラズマ拡散領域Ｒ２では、電子温度Ｔｅが低くなるにつれて、拡散損失が少なくなり、プラズマ生成領域Ｒ１よりも高いプラズマの電子密度ｎｅが観測されたと考えられる。
【０１４３】
なお、実験では、放電用ガスとして、アルゴンガスを用いた。また、このアルゴンガスの圧力を１ｍＴｏｒｒ、グリッド３０１のメッシュサイズを１２メッシュ／インチとした。
【０１４４】
以上の説明では、グリッド３０１の直流電位を制御する場合を説明した。しかしながら、本実施の形態では、交流電位を制御するようにしてもよい。
【０１４５】
［５］第５の実施の形態
図８は、本発明の第５の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図８において、先の図４及び図５に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１４６】
本実施の形態は、先の第３の実施の形態と第４の実施の形態とを組み合わせるようにしたものである。すなわち、図８に示すように、グリッド３０１とアースとの間にコンデンサ３１と直流可変電源３２とを並列に挿入するようにしたものである。
【０１４７】
このような構成によれば、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度をかなり低い温度まで下げることができるとともに、この電子温度を広範囲に渡って連続的に制御することができる。
【０１４８】
［６］第６の実施の形態
図９は、本発明の第６の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図９において、先の図３とほぼ同一機能を果たす部分には、同一符号を付して詳細な説明を省略
する。
【０１４９】
先の第３の実施の形態では、コンデンサとして、容量固定型のコンデンサ３１を用いる場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、図９に示すように、容量可変型のコンデンサ３３を用いるようにしたものである。
【０１５０】
このような構成によれば、コンデンサ３３の容量を変えることにより、グリッド３０１の高周波インピーダンスを制御することができる。これにより、グリッド３０１の表面のシース電位を制御することができる。その結果、放電用電極１５の電位変化に影響されることなく、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することができる。
【０１５１】
なお、本実施の形態は、図４に示すような第３の実施の形態だけでなく、図８に示すような第５の実施の形態にも適用することができる。
【０１５２】
［７］第７の実施の形態
図１０は、本発明の第７の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図１０において、先の図４に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１５３】
本実施の形態は、グリッド３０１をコンデンサ３１を介して接地するとともに、グリッド３０１のメッシュサイズ（電子通過孔の大きさ）を変更することができるようにしたものである。
【０１５４】
本実施の形態では、メッシュサイズを変更するために、例えば、グリッド３０１として、２つのグリッドを重ねた２層構造のグリッドを用いるようになっている。このような構成によれば、２つのグリッドの相対的な位置をずらすことにより、２つのグリッドの電子通過孔の重なり具合を変更することができる。これにより、グリッド３０１のメッシュサイズを変更することができる。
【０１５５】
図１０において、３４は、２つのグリッドの相対的な位置をずらすずらし機構を示す。このずらし機構３４としては、種々様々な機構が考えられる。したがって、図では、このずらし機構３４を概念的に示す。また、図では、２層構造のグリッド３０１を便宜上、１つのグリッドで表している。
【０１５６】
このような構成によれば、グリッド３０１のメッシュサイズを変えることにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することができる。
【０１５７】
すなわち、グリッド３０１のメッシュサイズを変えると、グリッド３０１の線と線の間のポテンシャルバリア（電位バリア）が変化する。この場合、グリッド３０１のメッシュサイズが小さくなるほど、電位バリアが大きくなり、メッシュサイズが大きくなるほど、電位バリアが小さくなる。その一方、メッシュサイズが小さくなるほど、グリッド３０１の線の表面積が大きくなるため、高エネルギー電子がグリッド３０１の線にぶつかる確率が高くなる。これにより、グリッド３０１のメッシュサイズが小さくなるほど、グリッド３０１の表面に発生するシース電位が大きくなる。
【０１５８】
以上から、グリッド３０１のメッシュサイズが小さくなるほど、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度が低くなる。これにより、グリッドのメッシュサイズを変えることにより、プラズマ拡散領域Ｒ２の電子温度を制御することができる。
【０１５９】
これを図１１を用いて説明する。図１１は、本実施の形態において、メッシュサイズに
対するプラズマの電子温度Ｔｅと電子密度ｎｅの依存性を示す特性図である。なお、図１１は、平行平板電極（上部電極２１と下部電極２２）に高周波電力を供給しない状態で実験を行った場合の結果を示す。図において、横軸は、メッシュサイズＭＳ（メッシュ／インチ）を示し、縦軸は、プラズマの電子温度Ｔｅと電子密度ｎｅを示す。
【０１６０】
図示のごとく、メッシュサイズを変えることにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅを約０．３（ｅＶ）から約２．８（ｅＶ）まで変化させることができるとともに、プラズマの電子密度ｎｅを約４．９（×１０９ｃｍ−３）から１．０（×１０９ｃｍ−３）まで変化させることができる。
【０１６１】
なお、以上の説明では、メッシュサイズを変えることにより、電子温度を制御する場合を説明した。すなわち、電子通過孔の大きさを変えることにより、電子温度を制御する場合を説明した。しかしながら、本実施の形態は、電子通過孔の数を変えることにより、電子温度を制御するようにしてもよい。要は、本実施の形態は、複数の電子通過孔の総面積を変えることにより、電子温度を制御する構成であれば、どのような構成であってもよい。  
【０１６２】
また、本実施の形態は、図４に示すような第３の実施の形態だけでなく、図５、図８、図９に示すような第４、第５、第６の実施の形態にも適用することができる。
【０１６３】
［８］第８の実施の形態
図１２は、本発明の第８の実施の形態の要部の構成を示す側断面図である。なお、図１２において、先の図３に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１６４】
先の実施の形態では、グリッドとして、１つの円筒形のグリッド３０１を用いる場合を説明した。これに対し、本実施の形態は、グリッド３０１を水平に分割することにより、２つの円筒形のグリッド３０１（１），３０１（２）を用いるようにしたものである。
【０１６５】
また、本実施の形態は、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）の鉛直方向の間隔ｄを連続的に調整することができるようにしたものである。図において、３５が、このグリッド間隔ｄを調整するためのグリッド間隔調整機構を示す。このグリッド間隔調整機構３５としては、種々様々な機構が考えられる。したがって、図には、このグリッド間隔調整機構３５を概念的に示す。
【０１６６】
さらに、本実施の形態は、グリッド３０１（１），３０１（２）とアースとの間にそれぞれコンデンサ３６，３７を挿入するようにしたものである。
【０１６７】
このような構成によれば、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）の間隔ｄを変えることにより、プラズマ拡散領域Ｒ２の電子温度Ｔｅを制御することができる。
【０１６８】
すなわち、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）のグリッド間隔ｄを変えると、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）間に形成される電位分布のバリアが変わる。この場合、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）の間隔ｄを大きくすると、電位バリアが小さくなり、間隔ｄを小さくすると、電位バリアが大きくなる。
【０１６９】
電位バリアが小さくなると、電位エネルギーが低い電子も電位バリアを乗り越えて、プラズマ拡敢領域Ｒ２に入ることができるようになる。これにより、この場合は、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子エネルギー分布が広くなり、電子温度が高くなる。
【０１７０】
これに対し、電位バリアが大きくなると、電位エネルギーが低い電子は電位バリアを乗り越えて、プラズマ拡敢領域Ｒ２に入ることができない。これにより、この場合は、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子エネルギー分布が狭くなり、電子温度が低くなる。
【０１７１】
以上から、２つのグリッド３０１（１），３０１（２）の間隔ｄを制御することにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することができる。これを図１３を用いて説明する。図１３は、グリッド間隔ｄに対するプラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅの依存性を示す特性図である。なお、図１３は、平行平板電極（上部電極２１と下部電極２２）に高周波電力を供給しない状態で実験を行った場合の結果を示す。
【０１７２】
図において、横軸は、グリッド間隔ｄ（ｍｍ）を示し、縦軸は、プラズマの電子温度Ｔｅを示す。また、Ｚｄは、平行平板電極の間隔、すなわち、真空容器１１の中心軸Ｚ方向の間隔を示す。図には、このＺｄが１０ｃｍである場合を示す。
【０１７３】
図示のごとく、本実施の形態では、グリッド間隔ｄを約１０（ｍｍ）から約０（ｍｍ）まで変えることにより、プラズマの電子温度Ｔｅを約２．８（ｅＶ）から０．２（ｅＶ）まで変化させることができる。なお、本実験では、放電用ガスとして、アルゴンガスを用いた。また、このアルゴンガスの圧力を３ｍＴｏｒｒとし、放電用電極１５に供給される高周波電力の電力量を１００Ｗとした。
【０１７４】
また、本実施の形態によれば、プラズマの電子密度と、プラズマ空間電位と、プラズマの電子温度の分布状態を均一にすることができる。これを図１４を用いて説明する。図１４は、プラズマ拡散領域Ｒ２におけるプラズマの電子密度ｎｅと、プラズマ空間電位ＶＳと、プラズマの電子温度Ｔｅの分布状態を示す特性図である。なお、図１４は、真空容器１１の径方向における分布状態を測定した場合の結果を示す。
【０１７５】
図において、横軸は、真空容器１１の中心から径方向への距離ｒ（ｃｍ）を示し、縦軸は、プラズマの電子密度ｎｅと、プラズマ空間電位ＶＳ（×１０Ｖ）と、プラズマの電子温度Ｔｅとを示す。また、Ｚｄは、平行平板電極の間隔を示す。図には、このＺｄが１０ｃｍ、グリッド間隔ｄが０ｍｍである場合を示す。
【０１７６】
図示のごとく、本実施の形態では、距離ｒが約１２ｃｍ以下の範囲で、プラズマの電子密度ｎｅと、プラズマ空間電位ＶＳと、プラズマの電子温度Ｔｅのいずれも均一に分布するようになっている。
【０１７７】
さらに、本実施の形態によれば、グリッド間隔ｄを連続的に変えるだけの比較的簡単な構成により、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅを連続的に制御することができる。
【０１７８】
さらにまた、本実施の形態によれば、グリッド３０１（１），３０１（２）にバイアスをかける必要がない。これにより、反応ガスを用いるプロセスで、グリッド３０１（１），３０１（２）の表面に絶縁膜が形成された場合でも、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔｅを制御することができる。
【０１７９】
［９］第９の実施の形態
図１５は、本発明の第９の実施の形態を示す側断面図である。なお、図１５において、先の図４に示す構成要素とほぼ同じ機能を果たす構成要素には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１８０】
先の実施の形態では、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を一定にする場合を説
明した。これに対し、本実施の形態では、このグリッド・電極間隔を調整することができるようにしたものである。このグリッド・電極間隔を調整する機構３６としては、種々様々な機構が考えられる。したがって、図では、このグリッド・電極間隔調整機構３６を概念的に示す。
【０１８１】
このような構成によれば、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を変えることができる。これにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することができる。
【０１８２】
すなわち、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を変えることにより、グリッド３０１の表面に発生するシース電位を制御することができる。これにより、グリッド３０１によって形成される電位バリアを制御することができる。その結果、この電位バリアを乗り越えられる電子が持っているエネルギーが変化する。これにより、プラズマ拡散領域の電子温度を制御することができる。
【０１８３】
また、本実施の形態によれば、プラズマの生成効率の低下と装置の大型化を防止することができる。
【０１８４】
すなわち、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔が小さすぎると、グリッド３０１と放電用電極１５との間に放電が発生する。これにより、プラズマの生成効率が低下する。逆に、大きすぎると、装置が大型化する。以上から、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を調整することができることにより、プラズマの生成効率の低下と装置の大型化を防止することができる。
【０１８５】
なお、本実施の形態は、図４に示すような第３の実施の形態だけでなく、図３、図５、図８、図９、図１０、図１２に示すような実施の形態にも適用することができる。
【０１８６】
［１０］第１０の実施の形態
図１６は、本発明の第１０の実施の形態を示す側断面図である。なお、図１６において、先の図４に示す構成要素とほぼ同じ機能を果たす構成要素には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１８７】
先の実施の形態では、グリッド３０１を真空容器１１の中心軸Ｚと平行に設定する場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、図１６に示すように、グリッド３０１が基板Ｗ側に向くように真空容器１１の中心軸に対して傾けるようにしたものである。このようなグリッド３０１は、例えば、円錐の上部を切断したような筒によって簡単に構成することができる。
【０１８８】
このような構成によれば、基板Ｗの表面におけるプラズマ密度を高めることができる。これにより、基板Ｗの処理効率を高めることができる。
【０１８９】
なお、本実施の形態は、図４に示すような第３の実施の形態だけでなく、図３、図５、図８、図９、図１０、図１２、図１５に示すような実施の形態にも適用することができる。
【０１９０】
［１１］その他の実施の形態
以上、本発明の１０個の実施の形態を説明したが、本発明は、上述したような実施の形態に限定されるものではない。
【０１９１】
（１）例えば、先の実施の形態では、壁として、電子通過孔を格子状に並べたグリッド３
０１を用いる場合を説明した。しかしながら、本発明は、電子通過孔を格子状以外の形状、例えば、一列に並べた壁を用いるようにしてもよい。このような構成は、例えば、電子通過孔として、スリット状の電子通過孔を有する壁を用いる場合に利用できる。
【０１９２】
（２）また、先の実施の形態では、本発明を、平行平板電極を有するマグネトロン高周波放電型プラズマ生成装置に適用する説明した。しかしながら、本発明は、平行平板電極を有しないマグネトロン高周波放電型プラズマ生成装置にも適用することができる。
【０１９３】
（３）さらに、先の実施の形態では、リング状の永久磁石を有するマグネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置に本発明を適用する場合を説明した。しかしながら、本発明は、永久磁石を有しないマグネトロン高周波放電型プラズマ生成装置にも適用することができる。
【０１９４】
（４）さらにまた、先の実施の形態では、本発明を、マグネトロン高周波放電型プラズマ生成装置に適用する説明した。しかしながら、本発明は、ＥＣＲ型プラズマ生成装置、誘導結合型プラズマ生成装置、マイクロ表面波型プラズマ生成装置、ヘリコン波型プラズマ生成装置等の高密度プラズマ生成装置や負イオンプラズマ生成装置等にも適用することができる。
【０１９５】
（５）このほかにも、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【０１９６】
１１…真空容器、１１１…上部電極、１１２…下部電極、１２…ガス導入部、１３…ガス導入管、１４…雰囲気排出部、１５…放電用電極、１６…高周波電源、１７…整合回路、１８…遮蔽カバー、１９，２０…絶縁体、２１…上部電極、２２…下部電極、２３…高周波電源、２４…整合回路、２５…直流阻止コンデンサ、２６…絶縁体、２７，２８…永久磁石、２９…電界遮蔽部、２９１，２９２…金属遮蔽板、３０…領域分割部、３０１…グリッド、３０２，３０３…仕切板、３０４，３０５…絶縁体、３１…コンデンサ、３２…直流可変電源、３３…容量可変コンデンサ、３４…ずらし機構、３５…グリッド間隔調整機構、３６，３７…コンデンサ、３８…グリッド・電極間隔調整機構、１ａ…天板、２ａ…底板、Ｒ１…プラズマ生成領域、Ｒ２…プラズマ拡散領域、Ｗ…基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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