(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理空間が形成された第１機構と、前記第１機構に取着して又はそれと一体的に設けられプラズマ発生空間が形成された第２機構とを具え、前記プラズマ発生空間が前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通しているプラズマ発生装置において、
前記プラズマ発生空間の開口が、前記第１機構の上方に配置されたアノード部の連通口に重なるように固設されることにより、前記プラズマ発生空間から前記プラズマ処理空間への連通路が分散して形成され、前記アノード部の辺縁・周辺を傾斜させることで、前記連通路のうち外側に位置する前記連通口が内側へ向けて傾斜している
ものであることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記第２機構側に設けられ前記プラズマ発生空間に付された磁性部材を備え、前記プラズマ発生空間および前記磁性部材が前記プラズマ処理空間との隣接面に沿って複数設けられ、それらの一部又は全部が交互に並走しているものであることを特徴とする請求項１に記載されたプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生空間へは非反応性ガスのみが供給されるものであることを特徴とする請求項１または２に記載されたプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＩＣやＬＣＤなど高精度の製造工程においてエッチング・成膜・アッシング等のプラズマ処理を効率よく行うときに好適なプラズマ発生装置に関し、詳しくは、電界および磁界を用いてプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＣＶＤやエッチング，アッシング等のプラズマ処理に用いられるプラズマ発生装置として、電界印加だけのプラズマ発生ではプラズマ密度が不足するので磁界も加えてプラズマを封じることで高密度プラズマ（ＨＤＰ）を発生させるようにしたＭＲＩＥ（マグネトロンリアクティブイオンエッチャー）等が知られている。また、特開平３−７９０２５号公報に記載の如く平面状コイルを用いた磁場の一様化によってダメージを防止しようとした装置も知られている。
【０００３】
さらに、イオンによる被処理物へのダメージを低減させるとともに発生中の高密度プラズマに被処理物が直接曝されないようにするためにプラズマ空間を互いに連通したプラズマ処理空間とプラズマ発生空間とに分離したＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）や特開平４−８１３２４号公報記載のもの等のように両空間を距離的に引き離したもの、ＩＣＰ（インダクティブカップルプラズマ）等のように強力な磁場で高密度プラズマをプラズマ処理空間に隣接したプラズマ発生空間へ閉じこめるもの、さらにプラズマ処理空間にプラズマ発生空間が隣接している点では同じであるが特開平４−２９０４２８号公報記載のもの等のようにリングアンテナからの円偏波電磁波を利用して高密度プラズマを閉じこめるものなども知られている。
【０００４】
一方、液晶基板等の処理対象物の大形化そしてプラズマ処理空間の拡張に伴い単一のプラズマ発生空間ではプラズマの均一な供給が難しいことから、特開平８−２２２３９９号公報に記載の如く、プラズマ発生空間を複数個配設するとともに、それぞれに制御弁を設けて反応ガス・処理ガスを供給するものもある。この場合、プラズマ発生空間は、複数化しても開口面積が減少しないように縦の円筒状空間に分けられ、それぞれの側面が励起用の高周波コイルで囲まれるとともに、プラズマを封じるための磁気が円筒の上下端面のところから送り込まれるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のプラズマ発生装置では、プラズマ空間をプラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに分離してプラズマダメージやチャージアップ低減は図られているが、基板等のプラズマ処理対象物の大形化に対しても十分な適用性があると必ずしも言いきれるわけでは無い。プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ供給されたプラズマは、被処理物に当たるとその表面で横へ拡げられることから、中心・中央等の内側から辺縁・周辺等の外側へ広がりながら流出するので、外側の濃度が薄くなりがちなため、プラズマ処理空間の全域に亘ってプラズマの均一性を確保するのは難しく、大形化するほどその傾向が強まる。かかる不都合は、プラズマ発生空間を複数化して例えプラズマ処理空間へのプラズマ供給が一様になったとしても、それだけでは解消されない。そこで、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ供給されるプラズマの一様性が損なわれないような構造を案出して、例えプラズマ処理空間が大きくなってもそこの被処理物に均一なプラズマが供給されるようにすることが重要な課題となる。
【０００６】
また、従来のプラズマ発生装置では、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間との距離があまり離れているとイオン種が必要以上に抑制されてしまう一方、両空間が隣接しているとプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ逆流するガスが多くなる。このような逆流ガスには被処理物の処理によって発生等した早急に排出すべき成分も含まれており、これがプラズマ発生空間に入ると高密度プラズマによって激しく分解・電離させられて汚染物等の不所望なものに変質してしまうことも多いので、不都合である。このことは、プラズマ発生空間を複数化しても、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間への開口面積が同じままでは、解消されない。また、プラズマを封じるための静的な磁気バイアスをプラズマ発生空間の上下から印加するために磁石等をプラズマ発生空間とプラズマ処理空間との間に介在させるのでは、高密度プラズマに対して十分な磁力を確保しようとすると、磁性部材の加工や実装などが面倒となる。そこで、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間への不所望なガス流入を有効に阻止するとともに、磁性部材の実装等も容易に行うことができるようにプラズマ発生空間の構造等を工夫することも更なる課題となる。
【０００７】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、均一なプラズマを供給するプラズマ発生装置を実現することを目的とする。また、この発明は、均一で而も良質なプラズマを供給するプラズマ発生装置であって製造容易なものを実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために発明された第１乃至第４の解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。
【０００９】
［第１の解決手段］第１の解決手段のプラズマ発生装置は、プラズマ処理空間が形成された第１機構と、前記第１機構に取着して又はそれと一体的に設けられプラズマ発生空間が形成された第２機構とを具え、前記プラズマ発生空間が前記プラズマ処理空間に隣接し且つ連通しているプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生空間の開口が、前記第１機構の上方に配置されたアノード部の連通口に重なるように固設されることにより、前記プラズマ発生空間から前記プラズマ処理空間への連通路が分散して形成され、前記アノード部の辺縁・周辺を傾斜させることで、前記連通路のうち外側に位置する前記連通口が内側へ向けて傾斜しているものであることを特徴とする。
【００１０】
このような第１の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、プラズマ空間の分離および隣接連通という条件を維持することにより、プラズマダメージやチャージアップの低減、及びプラズマにおけるラジカル種の成分とイオン種の成分との比率適正化という基本的要請に応えている。また、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間への連通路が分散して形成されていることから、被処理物やプラズマ処理空間が大形化しても、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ供給されるプラズマを一様なものにすることが容易である。
【００１１】
しかも、それらの連通路のうち外側に位置するものが内側へ向けて傾斜していることから、辺縁部・周辺部におけるプラズマ発生空間からプラズマ処理空間へのプラズマの吹きだしが内向きになされるので、その内向きの速度成分が、中心・中央等の内側から辺縁・周辺等の外側への速度成分を抑制することとなる。これにより、辺縁・周辺における急速なプラズマの流出を緩和しながらそこへ新たなプラズマの補給がなされるので、プラズマ一様性の破損が防止されて、プラズマ処理空間のプラズマは、辺縁部まで均一なものとなる。したがって、この発明によれば、均一なプラズマを供給するプラズマ発生装置を実現することができる。
【００１２】
［第２の解決手段］第２の解決手段のプラズマ発生装置は、上記の第１の解決手段のプラズマ発生装置であって、前記の内向き傾斜の連通路が中心部から見て同一回転の向きへも逸れて傾斜しているものであることを特徴とする。
【００１３】
このような第２の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、辺縁部・周辺部におけるプラズマ発生空間からプラズマ処理空間へのプラズマの吹きだしが内向きになされる際に、中心・中央の同じところに向けてぶつかるようになされるので無く、中心点や中央部を外してその周りを取り囲んで回転するように而も同じ向きに回転するように行われる。そして、辺縁部・周辺部においては、処理前のプラズマの内向き吹きだしと、処理後のプラズマの外向き流出とが、常に同じ向きの回転方向に従いながら行われることとなる。
【００１４】
単に中心・中央へ向けてプラズマを吹き出したのでは乱流に似た状態も幾分か惹起され長期間での平均では均一であっても短期間では流れの状態がランダムに変動して微妙な不確定性・不均一性が残ってしまうところ、上述のように一定の回転力も付与することにより、微視的にもプラズマ流の状態が安定してくることから、空間的にも時間的にも均一性が向上するので、短時間の処理や高精密な処理であっても斑無く均一な処理が行われる。したがって、この発明によれば、一層均一なプラズマを供給するプラズマ発生装置を実現することができる。
【００１５】
［第３の解決手段］第３の解決手段のプラズマ発生装置は、上記の第２，第３の解決手段のプラズマ発生装置であって、前記第２機構側に設けられ前記プラズマ発生空間に付された磁性部材を備え、前記プラズマ発生空間および前記磁性部材が前記プラズマ処理空間との隣接面に沿って複数設けられ、それらの一部又は全部が交互に並走しているものであることを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記の「磁性部材」には、永久磁石の他、直流励磁コイルによって形成されたものも該当する。
【００１７】
このような第３の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、上述したプラズマ空間の分離および隣接連通という条件に加えて、プラズマ発生空間に付される磁性部材がプラズマ発生空間と同じ第２機構側で共にプラズマ処理空間との隣接面に沿って設けられることから、磁力の強化が可能になるとともに、プラズマ処理空間との連通隣接面さらにはその面に沿ったプラズマ発生空間自身の断面積も、少なくとも磁性部材によって占められた分だけは必然的に、プラズマ処理空間のそれより小さくなる。このように双方空間の面積に差があると、連通隣接面の面積とこれに沿ったプラズマ処理空間の断面積との比を第１比とし連通隣接面の面積とこれに沿ったプラズマ発生空間の断面積との比を第２比として、第１比が１未満で且つ第２比よりも小さいことになる。
【００１８】
そして、第１比が１未満の場合、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ流入するガス量が減少する。一方、第２比が１の場合、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ流出するガス量は減少しない。また、第２比が１未満で流出ガス量が減少する場合であっても、第２比が第１比より大きければ、減少の程度が小さくて済む。何れにしても、相対的には、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へ流入するガスの割合よりもプラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ流出するガスの割合の方が高くなる。これにより、不所望なガスのプラズマ発生空間への流入が抑制されるばかりか、ガスがプラズマ発生空間へ入ってしまったときでもそのガスはプラズマ流とともに速やかにプラズマ処理空間へ出されてしまうので、高密度プラズマによるガス変質を防止・抑制することができる。これにより、プラズマが良質な状態に保たれる。
【００１９】
また、複数のプラズマ発生空間および磁性部材の併走により、プラズマ発生空間の分布域が線から面へと広がる。しかも、併走数を増やすことでその面積を幾らでも拡げることが可能となることから、基板等の処理対象物が大形化しても容易に適合させることができるので、拡張性に優れる。さらに、磁性部材が、プラズマ発生空間と同じ第２機構側に設けられることから、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間とに介挿する必要が無くなるので、配置設計や、実装作業、さらには後の部品交換等の保守作業も、楽になる。しかも、プラズマ発生空間と磁性部材との交互配設によって磁性部材が両隣のプラズマ発生空間に共用されることから、磁性部材の有効利用がなされるとともに、プラズマ発生空間を密に並べることも可能となるので、プラズマ発生空間の配置設計に際しての自由度も向上する。これにより、実装や製造がかなり容易になる。
【００２０】
そこで、この発明によれば、均一で而も良質なプラズマを供給するプラズマ発生装置であって製造容易なものを実現することができる。
【００２１】
［第４の解決手段］第４の解決手段のプラズマ発生装置は、上記の第１〜第３の解決手段のプラズマ発生装置であって、前記プラズマ発生空間へは非反応性ガスのみが供給されることを特徴とする。
【００２２】
このような第４の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、プラズマ用ガスには高密度プラズマの発生に役立ち且つ高密度プラズマとなっても不所望に変質することの無い非反応性ガスのみが用いられ、エッチング処理に必要な反応ガスはプラズマ発生空間を介さずにプラズマ処理空間へ供給されることとなる。これにより、上述したプラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガス流入の阻止と相まって、プラズマ発生空間に反応ガスの入るのを確実に防止することができる。そこで、必要に応じてプラズマ密度を一層高めるとともに大量に生成したとしても、反応ガス等の変質が抑制されるので、反応ガス供給をプラズマ発生空間経由で行った場合に比べて、より質の良いプラズマを提供することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
このような解決手段で達成された本発明のプラズマ発生装置は、一般に適宜の真空チャンバに装着して使用される。そのために、プラズマ処理空間が形成される第１機構やプラズマ発生空間が形成される第２機構などの各機構部は、真空チャンバ内への組み込み等の容易性と真空度の必要性とのバランスを図る等の観点から、別個に形成してから取着されることが多いが、例えば密着して固設されることが多いが、一部又は全部が同一・単一の部材たとえばクラッド材を加工等することで一体的に形成されてもよい。
【００２４】
【実施例】
本発明のプラズマ発生装置の第１実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して説明する。図１は、その縦断面図であり、図２は、そのプラズマ発生チャンバ周りの縦断面斜視図であり、図３は、その中の一のプラズマ発生空間についての拡大図である。
【００２５】
このプラズマ発生装置は、概ね、プラズマ処理空間を確保するための第１機構と、プラズマ発生空間を確保するための第２機構およびその付加部と、各プラズマに電界又は磁界を印加するための印加回路部とで構成されている。ＩＣ用シリコンウエハ等の丸形の被処理物１を処理するために、第１機構，第２機構は共に主要部がほぼ円板・円筒形状に形成される（図２参照）。
【００２６】
第１機構は、金属製のアノード部１１が上方に配置され、液晶基板等の被処理物１を乗載するために上面の絶縁処理された金属製カソード部１２が下方に配置されて、これらに挟まれたところに低温プラズマ１０用のプラズマ処理空間１３が形成されるものとなっている。また、アノード部１１は、予め、多数の連通口１４が貫通して穿孔されるとともに、プラズマ処理空間１３へ向けて開口した処理ガス供給口１５も形成されたものとなっている（図１，図３参照）。この例では、連通口１４の横断面積とプラズマ処理空間１３の有効な横断面積との比すなわち第１比が０．０５になっている。なお、処理ガス供給口１５を介してプラズマ処理空間１３へ供給される処理ガスＢとしては、ＣＦ系ガスやシランガス等の反応ガスに適量の希釈ガスを混合させたもの等が供給されるようにもなっている。
【００２７】
第２機構は、セラミック等の絶縁物製のプラズマ発生チャンバ２１が主体となっており、このプラズマ発生チャンバ２１には、プラズマ発生空間２２となる複数の（図では７個の）環状溝が同心に彫り込まれて形成されている。これにより、プラズマ発生空間２２が分散等したものとなっている。そして、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２の開口側（図では下面）をアノード部１１の上面に密着した状態で固設される。その際、プラズマ発生空間２２の開口がアノード部１１の連通口１４に重なるように位置合わせがなされる。これにより、プラズマ発生空間２２とプラズマ処理空間１３とが互いに隣接し且つ連通したものとなり、さらに、プラズマ発生空間２２からプラズマ処理空間１３への連通路１４が分散して形成されたものとなる。この例では、連通口１４の横断面積とプラズマ発生空間２２の横断面積との比すなわち第２比が０．５になっている。なお、これらの比の値は大小関係が逆転しない限り自由に変えてよいものである。
【００２８】
また、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２のさらに奥（縦断面図では上方）に取着されたガス配給部材２１ａによってプラズマ用ガス送給路２３がやはり環状に形成され、両者が多数の小穴で連通されていて、プラズマ発生空間２２は底部（縦断面図では上方）からプラズマ発生用ガスＡの供給を受けて高密度プラズマ２０を発生させ連通口１４を介してプラズマ処理空間１３へそれを送り込むものとなっている。プラズマ発生用ガスＡにはアルゴン等の不活性で化学反応しないものが用いられるようにもなっている。
【００２９】
さらに、プラズマ発生チャンバ２１は、プラズマ発生空間２２を囲む側壁と底部とを残すようにしてプラズマ発生空間２２開口側の裏の面（縦断面図では上面）が削り取られる。そして、そこに、一方の永久磁石２５（縦断面図中下方）とコイル２４と他方の永久磁石２５（縦断面図中上方）とが順に重ねて詰め込まれる。各永久磁石２５は、環状の一体物あるいは環状に並べられた多数の小片からなるものである。これにより、磁性部材２５は、第２機構側に設けられてプラズマ発生空間２２に付され、プラズマ発生空間２２と共にプラズマ発生空間２２とプラズマ処理空間１３との隣接面に沿って配置されたものとなっている。しかも、最外周を除いて内側に設けられた複数（図では６対）の永久磁石２５と複数（図では５個）のプラズマ発生空間２２とが交互に同心で配設されて並走しているものとなっている。
【００３０】
ここで除かれた最外周のプラズマ発生空間２２は、ガス配給部材２１ａが外周側（図では左右端）へ移るように９０゜未満の所定角度だけ傾けられる。これはプラズマ発生チャンバ２１やアノード部１１のうち辺縁部や周辺部を一周内側のプラズマ発生空間２２との隣接部分から傾斜させることで行われ、これに伴って、該当個所の連通口１４も同角度だけ傾けられる（図１参照）。これにより、このプラズマ発生装置は、連通路１４のうち外側に位置するものが内側へ向けて傾斜したものとなっている。なお、最外周のプラズマ発生空間２２とその一周内側のもの２２との距離も広がってしまうので、この最外周のプラズマ発生空間２２に対しては内外の両側壁それぞれに一対の永久磁石２５及びコイル２４が付加されて、総てのプラズマ発生空間２２がコイル２４及び永久磁石２５で有効に挟まれたものにもなっている。
【００３１】
永久磁石２５は、その一対にコイル２４を加えた高さがプラズマ発生空間２２のそれにほぼ等しくされ、且つ横のプラズマ発生空間２２方向へ磁極が向くようにされる（図３の縦断面参照）。詳述すると、図中上方の永久磁石２５のほぼ下半分から図中横に出た磁束線２６はコイル２４の近くを通って図中反対側の横に戻ることから、図中上方の永久磁石２５のほぼ下端を頂上とする磁気の山ができる。図中下方の永久磁石２５の上端のところにもほぼ同様の磁気の山ができる。永久磁石２５はプラズマ発生空間２２を挟んで両側に付設されているので、プラズマ発生空間２２の周りには磁気の山が４つできる。そこで、プラズマ発生空間２２には、磁気の山に囲まれた言わば磁気の盆地ができる。そして、ここに電子が捕捉されることとなる。なお、ポテンシャル場風に説明したが実際はベクトル場なので正確に述べると複雑になるが、要するに全体としては環状のプラズマ発生空間２２の中でドーナツ状に電子が封じられるようになっているのである。また、磁極が上下になった永久磁石をコイル２４の上下に並べることによっても（図４参照）プラズマ発生空間２２の断面を囲む４つの磁気の山を作ることが可能である。前者はプラズマの高密度化に適しており、後者はプラズマ密度の均一化に適している。なお、図示は割愛したが、５つ以上の磁気の山で囲むようにしてもよい。
【００３２】
印加回路部は、ＲＦ電源３１を中心とする第１印加回路と、ＲＦ電源３２を中心とする第２印加回路とに分かれる。ＲＦ電源３１は、その出力パワーが可変のものであり、接地されたアノード部との間に交番電界を印加するとともにバイアス電圧も発生させるために、その出力はブロッキングキャパシタを介してカソード部１２へ送給される。また、これには、周波数５００ＫＨｚ〜２ＭＨｚのものがよく用いられる。これにより、第１印加回路は、低温プラズマ１０の強化に或る程度寄与する電界をプラズマ処理空間１３に印加するものとなっている。
【００３３】
ＲＦ電源３２は、やはり出力パワーが可変のものであり、プラズマ発生空間２２を挟む両コイル２４を駆動してプラズマ発生空間２２に交番磁界を印加するようになっている。その最大出力パワーは大きく、その周波数は１３ＭＨｚ〜１００ＭＨｚとされることが多い。これにより、第２印加回路は、高密度プラズマ２０の発生および強化に寄与する磁界をプラズマ発生空間２２に印加するものとなっている。
【００３４】
この実施例のプラズマ発生装置について、その使用態様及び動作を、図面を引用して説明する。図５R>５は、真空チャンバへの装着状態を示す断面図であり、図６は、低温プラズマ１０の密度分布を示すグラフ例である。
【００３５】
使用に先だって、プラズマ発生装置のカソード部１２は、上が解放した箱状の真空チャンバ本体部２の中央に設置される。真空チャンバ本体部２は、上部に真空チャンバ蓋部３が開閉可能に取着され、底部または側部には真空圧制御用の可変バルブ４を介在させてターボポンプ等の真空ポンプ５が接続されている。真空チャンバ本体部２は、プラズマ発生チャンバ２１やアノード部１１が取着され、水冷も可能であり、これを閉めると、真空チャンバ本体部２の内部さらにはプラズマ処理空間１３及びプラズマ発生空間２２も密閉される。そして、真空ポンプ５を作動させるとともに、プラズマ用ガス送給路２３を介するプラズマ用ガスＡの供給，さらに処理ガス供給口１５を介する処理ガスＢの供給などを適宜に開始すると、カソード部１２上に乗載された被処理物１に対するプラズマ処理の準備が調う。
【００３６】
次に、ＲＦ電源３２を作動させると、プラズマ発生空間２２内にコイル２４を介してＲＦ電磁界が印加され、プラズマ用ガスＡの電子が激しく運動させられる。このとき、電子は、永久磁石片２５による磁気回路の働きによってプラズマ発生空間２２に長く留まり、環状空間内を螺旋運動しながら飛び回ってプラズマ用ガスＡを励起させる。こうして、高密度プラズマ２０が発生するが、プラズマ発生空間２２に封じられた電子にはイオン種生成に大きく寄与する１０〜１５ｅＶ以上の高いエネルギーのものが多く含まれているので、高密度プラズマ２０はイオン種成分の比率が高い。そして、プラズマ発生空間２２で膨張した高密度プラズマ２０は、特にそのラジカル種およびイオン種成分は、膨張圧力によって速やかにプラズマ処理空間１３へ運ばれる。
【００３７】
このとき、アノード部１１のほぼ全面に亘って分散形成された連通口１４から一様に高密度プラズマ２０がプラズマ処理空間１３へ向いて吹き出てから外周方向へ向きを変えて流出するが、その外周部・辺縁部に対して最外周のところに位置する連通口１４からは内向きにも高密度プラズマ２０が流れ込む。こうして、従来薄くなりがちであった辺縁部のプラズマ密度が（図６の破線グラフ参照）、補充・補強されて中央部と同じ程度の濃度になり（図６の実線グラフ参照）、プラズマ処理空間１３のほぼ全面に亘って低温プラズマ１０が均一化される。
【００３８】
また、ＲＦ電源３１を作動させると、プラズマ処理空間１３にもアノード部１１及びカソード部１２を介してＲＦ電界が印加される。こちらには電子を封じ込める磁気回路等がないので、処理ガスＢ等が励起されても高密度プラズマができないで、低温プラズマ１０となる。ＲＦ電源３１からのパワーだけの場合、低温プラズマ１０は、１０〜１５ｅＶ以上のエネルギーを持った電子が少ないので、ラジカル種成分の比率が高くなる。もっとも、この装置における低温プラズマ１０の場合は、上述の高密度プラズマ２０が混合されるので、実際のラジカル種成分とイオン種成分との比率は、両者の中間における何れかの比率となる。
【００３９】
そして、ＲＦ電源３２の出力をアップさせると、プラズマ発生空間２２内における１０〜１５ｅＶ以上の電子が増える。そして、高密度プラズマ２０の生成量が増加する。その混合の結果、低温プラズマ１０は、イオン種成分の割合が引き上げられる。一方、ＲＦ電源３２の出力をダウンさせると、プラズマ発生空間２２内における１０〜１５ｅＶ以上の電子が減ってくる。そして、高密度プラズマ２０の生成量が減少する。その混合の結果、低温プラズマ１０は、イオン種成分の割合が引き下げられる。
【００４０】
さらに、ＲＦ電源３１の出力をアップさせる一方でＲＦ電源３２の出力を少しダウンさせると、次のようになる。先ずＲＦ電源３１の出力アップによってプラズマ処理空間１３における電子密度が高密度および高エネルギー側に移行し、プラズマ処理空間１３内の低温プラズマが増える。これによってそこのラジカル濃度が上がるのだが、同時にイオン比率も少し上がる。次に、ＲＦ電源３２の出力ダウンによってプラズマ発生空間２２における電子密度が低密度および低エネルギー側に移行し、プラズマ発生空間２２内の高密度プラズマが少し減る。これによってそこのラジカル濃度およびイオン比率が下がるが、こちらは高エネルギー成分が元々大きいので少しの出力ダウンであってもイオン比率が大きく下がる。そして、このような高密度プラズマ２０がプラズマ処理空間１３内の低温プラズマ１０に混合されると、イオン比率の増減が概ね相殺される一方ラジカル濃度は増加する。すなわち、低温プラズマ１０は、ラジカル種成分とイオン種成分との比率があまり変わらずにプラズマ濃度が引き上げられる。同様にして、ＲＦ電源３１，３２の出力を逆方向にアップ・ダウンさせると、低温プラズマ１０のプラズマ濃度が引き下げられる。
【００４１】
こうして、低温プラズマ１０は、容易にラジカル種成分とイオン種成分との比率が広範囲に亘って可変制御される。しかも、何れの比率に制御しても、低温プラズマ１０は辺縁部まで均一な状態が維持される。また、この装置では、プラズマ発生空間２２の断面積がプラズマ処理空間１３の断面積よりも遥かに小さくなっていて、第１比が第２比より桁違いに小さいことから、高密度プラズマ２０がプラズマ発生空間２２からプラズマ処理空間１３へ速やかに送り出されるうえに、そもそもプラズマ処理空間１３からプラズマ発生空間２２へ逆流して入り込むガス量が少ないので、処理ガスＢが高密度プラズマ２０で直接に励起されて不所望なまで分解・電離するということはほとんど無くなる。
【００４２】
さらに、傾斜している最外周のプラズマ発生空間２２は別として、これを除く内側の多重環のプラズマ発生空間２２に添えてその側壁間に永久磁石２５及びコイル２４を並べることで、単純にプラズマ発生空間２２内外の両側に永久磁石２５等を配置したときに必要とされるのよりも磁性部材が少なくなっているので、プラズマ処理装置の製造容易化や原価低減にも貢献することができる。
【００４３】
図７に縦断面図を示した本発明のプラズマ発生装置の第２実施例について説明する。これが上述した第１実施例と相違するのは、辺縁部ばかりでなく内側のプラズマ発生空間２２も少し傾斜させられて、第２機構全体およびアノード部１１が扁平なドーム状になっている点である。この場合、辺縁部におけるほど顕著ではないが中央部から辺縁部へかけて徐々にプラズマ密度が薄くなることについても、かなり改善することができる。
【００４４】
図８に縦断面図を示した本発明のプラズマ発生装置の第３実施例について説明する。これが上述した第１実施例と相違するのは、アノード部１１の辺縁部を厚くしてそこの連通口１４だけを傾斜させることで、プラズマ発生空間２２自体については傾斜させるのを回避している点である。この場合、第１実施例について上述した利点を維持しながら、永久磁石２５等の共用化による部材数の削減を更に進めることができる。
【００４５】
図９に縦断面図および平面図を示した本発明のプラズマ発生装置の第３実施例について説明する。これが上述した第２実施例と相違するのは、斜め孔の加工を楽にするためアノード部１１がプラズマ発生チャンバ２１の取着される平板部分と連通口１４のうち斜めの連通口１４ａが多数穿孔されるアノード辺縁環１１ａに分けて製造される点と、これらの連通口１４ａが中心点を左に見て進む方向へも傾斜して形成されている点である。これにより、このプラズマ発生装置は、内向き傾斜の連通口１４ａが中心部から見て同一回転の向きへも逸れて傾斜したものとなっている。この場合、低温プラズマ１０は反時計回りに少し回転しながら高気圧に似た安定な状態で流れる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、辺縁・周辺における急速な流出を緩和しながらそこへ新たなプラズマを補給するようにしたことにより、均一なプラズマを供給するプラズマ発生装置を実現することができたという有利な効果が有る。
【００４７】
また、本発明の第２の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、内向きのプラズマ吹き出しに回転力も付与するようにしたことにより、空間的にも時間的にも均一性が向上して、一層均一なプラズマを供給するプラズマ発生装置を実現することができたという有利な効果を奏する。
【００４８】
さらに、本発明の第３の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、プラズマ発生空間と磁性部材との形状や配置をも工夫したことにより、プラズマ処理空間からプラズマ発生空間へのガスの流入を阻止するとともに、拡張性や配置自由度も向上させ、その結果、均一で而も良質なプラズマを供給するプラズマ発生装置であって製造容易なものを実現することができたという有利な効果が有る。
【００４９】
また、本発明の第４の解決手段のプラズマ発生装置にあっては、反応ガスが直接に高密度プラズマに曝されることの無いようにしたことにより、より質の良いプラズマを提供することができるようになったという有利な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ発生装置の第１実施例について、その縦断面図である。
【図２】そのプラズマ発生空間周りの縦断面斜視図である。
【図３】そのうち一のプラズマ発生空間についての拡大図である。
【図４】磁気回路の変形例である。
【図５】真空チャンバへの装着状態を示す断面図である。
【図６】低温プラズマの密度分布を示すグラフである。
【図７】本発明のプラズマ発生装置の第２実施例について、その縦断面図である。
【図８】本発明のプラズマ発生装置の第３実施例について、その縦断面図である。
【図９】本発明のプラズマ発生装置の第４実施例について、その縦断面図および平面図である。
【符号の説明】
１ 被処理物
２ 真空チャンバ本体部
３ 真空チャンバ蓋部
４ 可変バルブ
５ 真空ポンプ
１０ 低温プラズマ
１１ アノード部（第１機構；第１印加回路）
１１ａ アノード辺縁環（第１機構；第１印加回路）
１２ カソード部（第１機構；第１印加回路）
１３ プラズマ処理空間
１４ 連通口（連通路）
１４ａ 連通口（連通路）
１５ 処理ガス供給口
２０ 高密度プラズマ
２１ プラズマ発生チャンバ（第２機構）
２１ａ ガス配給部材（第２機構）
２２ プラズマ発生空間
２３ プラズマ用ガス送給路
２４ コイル（第２印加回路）
２５ 永久磁石（磁気回路用の磁性部材）
２６ 磁束線（磁気回路）
３１ ＲＦ電源（第１印加回路）
３２ ＲＦ電源（第２印加回路）
Ａ アルゴンガス（非反応性ガス、プラズマ生成用ガス）
Ｂ ＣＦ系ガス（反応性ガス、処理ガス）
【図１】
0003814813.tif 000002
【図２】
0003814813.tif 000003
【図３】
0003814813.tif 000004
【図４】
0003814813.tif 000005
【図５】
0003814813.tif 000006
【図６】
0003814813.tif 000007
【図７】
0003814813.tif 000008
【図８】
0003814813.tif 000009
【図９】
0003814813.tif 000010