JP3260946B2

JP3260946B2 - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JP3260946B2
Application number: JP34757193A
Authority: JP
Inventors: 陽一荒木; 一也永関; 修二望月
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 2002-02-25
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: JPH07183270A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はプラズマ処理装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイスの高性能化、微細
化に伴って半導体ウエハ等の被処理体のプラズマ処理に
おいても微細加工が必要となっており、真空処理室内の
真空度をより低減させた状態で反応ガス、例えばＣＨＦ
₃，ＣＦ₄等のガス或いは不活性ガス、例えばＡｒ，Ｎ
₂等のガスをプラズマ化して、より効率的に行う必要性
が高まっている。このプラズマ処理の１つとして、平行
平板状の電極の一方を接地し、他方に高周波電圧を印加
するＲＩＥ（反応性イオンエッチング）方式のプラズマ
装置が知られているが、この種のプラズマ処理装置にお
いては、高周波電圧の印加によって反応ガスを励起して
プラズマ化するため、異方性制御の制御性が悪く、半導
体デバイスの微細化への適用性が悪いという問題がり、
そこで、本願発明者は、プラズマから電子を引出して加
速して照射することにより所定のガスをプラズマ化し、
このプラズマにより被処理体の処理を行う電子ビーム励
起（ＥＢＥＰ）式のプラズマ処理装置の開発を試みてい
る。

【０００３】このような電子ビーム励起（ＥＢＥＰ）式
のプラズマ処理装置の技術としては、特開昭６３−１９
０２９９号公報，特開平１−１０５５３９号，公報特開
平１−１０５５４０号公報等の公報に開示されており、
すなわち、特開昭６３−１９０２９９号公報に記載のも
のには、電極対をスペーサを介して固定する技術が示さ
れている。また、特開平１−１０５５３９号公報に記載
のものには、偏向電極を用いて電子ビームを拡散させる
技術が示されている。また、特開昭６３−１９０２９９
号公報に記載のものには、電極対をスペーサを介して固
定する技術が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電子ビーム励起（ＥＢＥＰ）式プラズマ処理装置におい
ては、カソード電極が他の電極と同様に中心軸線上に近
接、例えば１〜２ｍｍの距離に配置されており、プラズ
マ放電時にプラズマ中のイオン等が陰極であるカソード
電極に衝突して該電極材料をスパッタし、このスパッタ
により重金属等がパーティクルとなって発生し、被処理
体、例えば半導体ウエハを処理する反応室内に流入する
ことになり、そのパーティクルが半導体ウエハ上に形成
される集積回路に付着すると、集積回路の歩留りを低下
させるという問題が生じていた。また、カソード電極に
はプラズマ放電による加熱され熱電子を放出するための
ホウ化物、例えばＬａＢ₆（六ホウ化ランタン）がプラ
ズマを初期放電する電極間に設けられており、プラズマ
放電、特に初期放電時においてＬａＢ₆がプラズマ中の
イオンにより大きな衝撃を受けて破損するという問題が
生じており、従来の横型のプラズマ処理装置であればＬ
ａＢ₆が破損しても反応室側には落下しなかったが、装
置スペースの効率化に伴う縦型の装置であって、カソー
ド電極が半導体ウエハが配置される反応室の上方に位置
する場合、ＬａＢ₆が破損した際、この破損物が反応室
側に落下し、半導体ウエハ上に付着するという問題が生
じていた。

【０００５】この発明の目的は、初期放電電極又はカソ
ード電極からのスパッタ物さらに熱電子放出部材の破損
片等のパーティクルが被処理体に付着するのを抑制し、
被処理体の歩留りを向上することができるプラズマ処理
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、不活性ガスを
プラズマ化し、そのプラズマから電子を引出し加速して
照射することにより、処理室内に供給される所定の反応
ガスを励起してプラズマ化し、このプラズマにより被処
理体の処理を行うプラズマ処理装置において、前記不活
性ガスをプラズマ化する領域に設けられ、所定の内径を
有するリング状のカソード電極と、このカソード電極と
共に前記不活性ガスを初期放電する初期放電電極と、前
記カソード電極の前記初期放電電極の反対面に設けら
れ、前記カソード電極と同様の所定の内径を有する熱電
子放出部材と、前記カソード電極の前記処理室側に設け
られ前記カソード電極の内径より小さい内径を有する中
間電極と、この中間電極の前記処理室側に設けられ前記
カソード電極の内径より小さい内径を有するアノード電
極とを具備し，前記初期放電電極は，前記カソード電極
側が凸状又は曲面状又は前記カソード電極側が凸になる
テーパー状に形成されたことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明は、中間電極の内径よりカソード電極の
内径が大きめのリング形状で形成されており、初期放電
電極のカソード側面を凸状又は曲面状又はテーパー状の
構造とし、カソード電極の初期放電電極と反対面に熱電
子放出部材を配置したので、初期放電電極とカソード電
極とでプラズマを生起させる際に、そのプラズマによっ
て初期放電電極又はカソード電極がスパッタされてもそ
れぞれの電極から発生するスパッタ物が処理室に直接侵
入するのを抑制し、また熱電子放出部材の破損片が処理
室内に侵入するのを抑制できる。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明のプラズマ処理装置を実施し
た一実施例としてのプラズマエッチング装置に適用した
場合について説明する。

【０００９】まず、図１に示すようにプラズマエッチン
グ装置１は、不活性ガスをプラズマ化する領域としての
プラズマ生成室２と、このプラズマから電子を引出すと
共に引出された電子を加速する電子加速室３と、電子加
速室３により加速された電子の照射により反応ガスをプ
ラズマ化して被処理体、例えば半導体ウエハを処理する
処理室４とで主要部が構成され、それぞれの室は円筒状
でかつ導電性部材、例えばステンレス鋼等の材質で形成
され同心線Ｏ上に連設されている。

【００１０】前記のプラズマ生成室２内には、内径、例
えば１５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲の径、好ましくは略２０
ｍｍの径の開口部を有するリング形状であって高融点の
金属、例えばＴａ（タンタル）よりなるカソード電極５
が導電性の支持部材、例えばステンレス鋼により形成さ
れた部材６により支持されており、そのカソード電極５
と対向位置には、このカソード電極５側に凸状の曲面を
有し、カソード電極５とプラズマの初期放電を生起する
ための高融点の金属、例えばモリブデンよりなる初期放
電電極７が支持部材、例えばステンレス鋼により形成さ
れた部材８により支持されて配置されている。この初期
放電電極７にはプラズマ生成用の放電ガス、例えば不活
性ガスとしてのＡｒガスを供給する供給管９が接続さ
れ、前記プラズマ生成室２内に噴出するための導入孔１
０が穿設されている。さらに、前記カソード電極５の初
期放電電極７と反対側には、熱電子を放出する熱電子放
出部材１１、例えばホウ化物としてのＬａＢ₆（ランタ
ンボライド）が配置されている。

【００１１】そして、前記カソード電極５の処理室４側
には中間電極１２と更にアノード電極１３が列配置され
ている。これらの電極１２，１３はリング形状であって
内側に内径が２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にされ、電極１２
の内径は好ましくは２．８ｍｍの径、また電極１３の内
径は、好ましくは８ｍｍの径の開口部を有し高融点の金
属、例えばモリブデンよりなる部材により形成されてお
り、この部材はこの部材を支持するリング状の導電性の
支持部材１４、例えばステンレス鋼により形成された部
材により支持されている。なお、前記カソード電極５と
初期放電電極７との間の距離の方が、前記カソード電極
５と中間電極１２との間より短い距離に配置され、放電
を行ないやすく構成されている。そして前記中間電極１
２とアノード電極１３とにより中間室２ａが形成され、
この中間室２ａの側壁には、中間室２ａ内を１ｍＴｏｒ
ｒ〜１００ｍＴｏｒｒの範囲の所定圧力、例えば４ｍＴ
ｏｒｒに設定するとともに前記中間電極１２の開口部１
５を介し前記カソード電極５近傍の圧力を、例えば０．
１Ｔｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ以下の所定圧力、例えば０．
８Ｔｏｒｒに設定するために排気する排気手段、例えば
真空ポンプ１６が排気管１７を介して接続されている。

【００１２】また、前記初期放電電極７の外周には、内
径の中心点を前記同心線Ｏ上に位置に配置するリング状
の第１の磁界発生手段、例えば電磁コイル１８が設けら
れ、前記中間電極１２の外周には、内径の中心点を前記
同心線Ｏ上に位置に配置するリング状の第２の磁界発生
手段、例えば電磁コイル１９が設けられ、この電磁コイ
ル１９と前記電磁コイル１８とで発生させる中心磁界の
向きは互いに逆方向に構成され、前記初期放電電極７と
前記中間電極１２との間にカスプ磁界Ｂを生起するよう
構成されている。そして、このカスプ磁界Ｂの中心点Ｂ
１、つまり磁場強度が０となる点は、前記カソード電極
５と熱電子放出部材１１の接合面軸Ｋと前記同心線Ｏ上
とが垂直に交わる点に配置されるよう構成されている。
さらに、前記アノード電極１３の外周には、内径の中心
点を前記同心線Ｏ上に位置にリング状の第３の磁界発生
手段、例えば電磁コイル２０が配置され、この電磁コイ
ル２０で発生させる中心磁界の向きは前記中間電極の外
周に設けられた電磁コイル１９で発生させる中心磁界の
向きと同方向になるよう構成されている。なお、前記電
磁コイル１８，１９がそれぞれ発生させる磁場の強度は
前記カソード電極の電子放出面付近にて１０〜５００ガ
ウスの範囲の所定値、例えば２００ガウスに設定されて
いる。また、前記電磁コイル２０が発生させる中心磁界
の強度は１０〜５００ガウスの範囲の所定値、例えば４
００ガウスに設定されている。

【００１３】また、前記初期放電電極７と前記中間電極
１２のそれぞれの共通した接地点からのインピーダンス
は前記初期放電電極７のインピーダンスＲ１の方が前記
中間電極１２のインピーダンスＲ２より大となるよう構
成され、前記初期放電電極７と前記カソード電極５との
間で不活性ガスを初期放電させ、この初期放電によって
熱電子放出部材１１が熱電子を放出し始める温度に上昇
後、瞬間的に前記カソード電極５の熱電子放出部材１１
と前記中間電極１２との間で放電（１次放電）が行なう
よう構成されている。さらに、前記アノード電極１３の
前記接地点からのインピーダンスは、接地点に接続され
ているので前記Ｒ１又はＲ２のインピーダンス値より小
さいものとされており、前記カソード電極５の熱電子放
出部材１１と前記中間電極１２との間で１次放電が生起
した後、瞬間的に前記熱電子放出部材１１と前記アノー
ド電極１３との間で放電（２次放電）が行なうよう構成
されている。なお、それぞれのインピーダンスＲ１，Ｒ
２は、プラズマのインピーダンス値より小さい値に設定
されている。そして、前記初期放電電極７側の接地経路
には、開閉手段、例えば電磁スイッチＳ１が設けられ、
前記中間電極１２側の接地経路には、開閉手段、例えば
電磁スイッチＳ２が設けられている。また、前記カソー
ド電極５には、安定化抵抗としてのインピーダンスＲＳ
を介して放電電源Ｖ１に接続されている。

【００１４】前記電子加速室３内には前記処理室４側に
電子加速電極２２が設けられており、この電子加速電極
２２には、リング形状であって内側に内径が２ｍｍ〜１
５ｍｍの範囲、好ましくは１０ｍｍの径の開口部を有し
高融点の金属、例えばモリブデンよりなる部材により形
成されており、この部材はこの部材を支持するリング状
の導電性の支持部材１４、例えばステンレス鋼により形
成された部材により支持されている。そして、この電子
加速電極２２の外周には、内径の中心点を前記同心線Ｏ
上に位置に配置するリング状の第４の磁界発生手段、例
えば電磁コイル２３が設けられ、この電磁コイル２３に
より発生させる中心磁界の強度は前記電磁コイル２０と
同様の強度、例えば４００ガウスに設定されている。ま
た、その電子加速室３の側壁には、電子加速室３内の圧
力を前記中間室２ａ内の圧力より低圧力に設定するため
に排気する排気手段、例えば真空ポンプ２５が排気管２
６を介して接続されている。

【００１５】前記処理室４は、この処理室４内に被処理
体、例えば半導体ウエハＷを載置するウエハホルダ２７
が設けられており、半導体ウエハＷの処理面の中心点は
前記同心線上に配置されるよう構成されている。この処
理室４には、処理室４内に所定の反応ガス、例えばＣｌ
2 ガスを導入する導入管２８が接続されている。さら
に、その処理室４の底壁には、この処理室４内の圧力を
前記電子加速室３内の圧力より低圧力、例えば１００ｍ
Ｔｏｒｒ以下の圧力、好ましくは０．５〜５ｍＴｏｒｒ
の圧力に設定するために排気する排気手段、例えば真空
ポンプ２９が排気管３０を介して接続されている。ま
た、前記処理室４の側壁には、開口部３１が設けられて
おり、開閉機構、例えばゲートバルブ３２により開閉可
能に構成されており、さらに、このゲートバルブ３２を
介して前記処理室４内に半導体ウエハＷを搬入出する搬
送機構３３を内蔵し、減圧可能に構成された減圧室、例
えばロードロック室３４が併設されている。以上プラズ
マエッチング装置１が構成されている。

【００１６】次に、前述のように構成されるプラズマエ
ッチング装置の作用について説明する。

【００１７】まず、電磁コイル１８，１９をそれぞれ励
磁してカソード電極５と熱電子放出部材１１の接合面軸
Ｋと同心線Ｏ上とが垂直に交わる点に磁界Ｂの中心点Ｂ
１、つまり磁場強度が０となる点にカスプ磁界Ｂを生起
させ、即ち図１の破線矢印で示す如く、カソード電極５
の周囲から中心後方（つまり処理室４側と逆方向）へ向
かう磁界と、逆にカソード電極５の周囲から中心前方
（つまり処理室４側方向）へと向かう磁界とを形成す
る。また、電磁コイル２０，２３をそれぞれ励磁して中
間室２ａから電子加速室３にかけて中心前方へ向かう軸
方向磁界を形成する。一方、Ａｒガスをプラズマ生成室
２内に導入孔１０を介して所定流量、例えば４０ｓｃｃ
ｍで噴出させると共に、プラズマ発生室２と電子加速室
３と処理室４内とをそれぞれ前述の所定圧力に真空ポン
プ１６，２５，２９を稼働して設定する。

【００１８】そして、電磁スイッチＳ１，Ｓ２をＯＮ
し、放電電源Ｖ１を起動する。この起動時の電圧は、数
百ボルトとする。ここでまず、カスプ磁界による磁力の
作用と、複合リング形状のカソード電極５と初期放電電
極７との距離が熱電子放出部材１１と中間電極１２との
距離より短く配置されているので、初期放電電極７とカ
ソード電極５との間で初期放電が起きる。これにより熱
電子放出部材１１が次第に温度上昇（例えば１０００℃
以上、好ましくは１３００℃〜１６００℃の範囲）して
いき、熱電子の放出をカスプ磁界Ｂの磁力線に沿って容
易に行なうようになる。

【００１９】これでカソード電極５から始めて中間電極
１２に電流が流れるのに十分なプラズマが発生し、しか
も初期放電電極７側のインピーダンスＲ１より中間電極
１２側のインピーダンスＲ２の方がインピーダンスは小
さいので、初期放電電極７とカソード電極５との間で発
生していた放電が、カソード電極５と中間電極１２との
間に移行することになる。更にはその放電がカソード電
極５の熱電子放出部材１１とアノード電極１３との間に
移行していく。そして、カソード電極５とアノード電極
１３との間で安定した放電が形成された後は、初期放電
電極７及び中間電極１２の電流経路の電磁スイッチＳ
１，Ｓ２を開放する。この安定放電状態では放電電源Ｖ
１の電圧は数十ボルトとする。

【００２０】こうして起動させることで、最初の放電が
カソード電極５と初期放電電極７との間で起きることか
ら、最初の放電の際に熱電子放出部材１１が接すること
がなくプラズマ内のイオンにより大きな衝撃を受けて破
損する心配がなくなる。また、初期放電電極７は同心線
Ｏ上にあるが、起動時はアノードとして働くので、プラ
ズマ内のイオンによってスパッタされる恐れは少なく、
また、定常運転時も浮遊電位程度であるのでそれほどス
パッタはされないが、しかし、半導体ウエハＷの微細加
工等においては、このスパッタ物の付着も歩留り等への
影響が問題となるので、このスパッタ物を微量にも処理
室４内に侵入させないために、図２に示すようにスパッ
タ物を初期放電電極７のカソード電極５側に形成された
凸状の曲面によって同心線Ｏ上方向に飛散するのを抑制
する。つまり、凸状の曲面によって前記スパッタ物５０
を、所定の角度θの同心線Ｏから外方向に飛散させるも
のである。すなわち、プラズマ中でのイオンは一般にラ
ンダムな方向に運動しているので、プラズマシースで加
速されることにより、ほぼ垂直に近い角度で初期放電電
極７面に入射すると考えられる。これによって初期放電
電極７より発生するスパッタ物は大きい立体角で散乱
し、処理室４内までとどくスパッタ物は少なくなる。

【００２１】こうして生成されたプラズマ内の電子は、
電子加速領域である電子加速室３の電子加速電極２２に
加速電圧Ｖ２を印加することにより、該電子加速室３に
引き出されて加速され、処理室４内に引き込まれる。こ
の際、処理室４内には、導入管２８を介して所定の反応
ガス、例えばＣｌ2 ガスが導入されると共に、真空ポン
プ２９を稼働することにより、この処理室４内の圧力を
１００ｍＴｏｒｒ以下の圧力、好ましくは０．５〜５ｍ
Ｔｏｒｒの圧力に設定されているので、加速された電子
は、処理室内のＣｌ2 ガスに照射され、その反応ガスが
励起して高密度のプラズマが発生する。

【００２２】そして、ウエハホルダ２７に電圧Ｖ３を印
加することにより、該プラズマ中の活性種等が半導体ウ
エハＷの処理面に作用しエッチング等のプラズマ処理が
施される。

【００２３】次に、前述のように構成されるプラズマエ
ッチング装置の効果について説明する。

【００２４】カソード電極５に設けられた熱電子放出用
のＬａＢ₆がプラズマ内のイオンにより大きな衝撃を受
けて破損する心配がなく、また、カソード電極５がリン
グ形状で、放電プラズマ領域の同心線Ｏ上に存在せずに
その周囲にあるので、このカソード電極５からのスパッ
タ物や万一の破損片が、処理室４内方に侵入して来るこ
とが少なく、処理室４内の金属汚染を抑制することがで
きる。また、初期放電電極７は、カソード電極５側に凸
状の曲面に形成されているので、初期放電電極７からの
スパッタ物や万一の破損片が、同心線Ｏ方向の処理室４
内方に侵入して来ることが少なく、処理室４内の金属汚
染を抑制することができる。また、カソード電極５がリ
ング形状をしていてもカスプ磁界Ｂにより中間電極１２
並びにアノード電極１３との間で容易に放電して不活性
ガスをプラズマ化できるようになる。こうしたことか
ら、被処理体を処理する上で微細加工，低損傷，処理の
高速化，歩留り等の点で高性能化が図れる。

【００２５】また、前述した放電プラズマ領域としての
プラズマ生成室２の各電極構造並びにそれらの配列構成
は電子の走査路としてのビームラインを垂直にした縦型
の装置にした場合、特にカソード電極５，初期放電電極
７からのスパッタ物や破損片が重力でストレートに処理
室４内に落下することを抑制できるので、処理室４内の
汚染防止が図れ、被処理体の歩留りを向上することがで
きる。

【００２６】次に、本発明の他の実施例として不活性ガ
スの導入手段を説明する。図３のａに示すように、不活
性ガス５１は前記初期放電電極７の側方、例えばカソー
ド電極５と反対方向の側方から導入されるよう構成され
ている。このように構成したので、図３のｂに示すよう
に同心線Ｏ上方向に前記不活性ガス５１を流出させない
ので、初期放電電極７から発生したスパッタ物５０が不
活性ガス５１の流れに沿って万が一にも同心線Ｏ上方向
にスパッタ物５０が飛散するのを抑制することができ
る。さらに、不活性ガスをプラズマ発生域に対して側方
から流すことにより、プラズマ生成室２に十分ガスを行
き渡らせ、カソード電極５による放電を安定させること
が可能となる。

【００２７】次に、本発明の他の実施例としてカソード
電極及び熱電子放出部材の配置について説明する。図４
に示すように、前記カスプ磁界の中心点Ｂ１は、前記カ
ソード電極５と熱電子放出部材１１の接合面軸Ｋと前記
同心線Ｏ上とが垂直に交わる点ではなく、熱電子放出部
材１１の内側面のほぼ中央位置（図中Ｙ１とＹ２との距
離がほぼ同一距離）であって、この中央位置軸Ｋと前記
同心線Ｏ上とが垂直に交わる点に配置され、構成されて
いる。このように構成したので、熱電子放出部材１１の
中心部から全体に熱が伝導でき、熱電子放出部材１１か
ら熱電子を効率良く放出でき、プラズマを効率良く生起
することが可能となる。

【００２８】また、前記実施例では、本発明のプラズマ
処理装置をプラズマエッチング装置に適用した場合につ
いて説明したが、プラズマエッチング装置以外にも例え
ばＣＶＤ装置やスパッタ装置等その他の電子ビーム励起
式のプラズマ装置にも適用できることは勿論である。ま
た、前記実施例では被処理体が半導体ウエハの場合につ
いて説明したが、被処理体は半導体ウエハに限られるも
のではなく、例えばＬＣＤ基板等についても同様に処理
することができる。また、初期放電電極のカソード電極
側を凸状の曲面に形成したが、これに限らず曲面状又は
テーパー状に形成しても良いことは勿論である。

【００２９】前記実施例では、反応ガス（エッチングガ
ス）としてＣ１２ガスを使用した例について述べたが、
エッチングガスとして他の実施例として、ハロゲン系ガ
スの単ガス例えばＨＣｌ，ＣＦ₄，ＣＣｌ4 ，ＨＢｒを
用いてもよく、これら単ガスを組合せて複合ガスとして
エッチングガスに用いることができる。また、これらの
エッチングガスに添加ガス例えばＨｅ，Ａｒ，Ｈ₂，Ｏ
₂を単ガスあるいは組合せた複合ガスとして使用して
も、電子ビーム励起プラズマ処理装置を構成して、高い
エッチングレートと高い異方性のある高効率の装置とす
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は、初期放電電極からのスパッタ
物さらに熱電子放出部材の破損片等のパーティクルが処
理室内に直接侵入するのを抑制できるので、処理室内に
配置され処理される被処理体にそのパーティクルが付着
するのを抑制でき、被処理体の歩留りを向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラズマ処理装置の一例を示す概略断
面図である。

【図２】図１の初期放電電極のスパッタ物の作用を説明
する概略要部断面図である。

【図３】他の実施例の不活性ガス導入手段の作用を説明
する概略要部断面図である。

【図４】他の実施例のカソード電極を説明する概略要部
断面図である。

【符号の説明】

１プラズマエッチング装置２プラズマ生成室３電子加速室４処理室５カソード電極７初期放電電極１１熱電子放出部材１２中間電極１３アノード電極１８電磁コイル（第１の磁界発生手段）１９電磁コイル（第２の磁界発生手段）Ｂカスプ磁界Ｂ１カスプ磁界の中心点Ｏ同心線Ｒ１，Ｒ２インピーダンスＶ１放電電源Ｗ被処理体（半導体ウエハ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平２−154143（ＪＰ，Ａ) 特開平５−343196（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−149433（ＪＰ，Ａ) 特開平４−236774（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01J 37/32 H05H 1/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】不活性ガスをプラズマ化し、そのプラズマ
から電子を引出し加速して照射することにより、処理室
内に供給される所定の反応ガスを励起してプラズマ化
し、このプラズマにより被処理体の処理を行うプラズマ
処理装置において、前記不活性ガスをプラズマ化する領
域に設けられ、所定の内径を有するリング状のカソード
電極と、このカソード電極と共に前記不活性ガスを初期
放電する初期放電電極と、前記カソード電極の前記初期
放電電極の反対面に設けられ、前記カソード電極と同様
の所定の内径を有する熱電子放出部材と、前記カソード
電極の前記処理室側に設けられ前記カソード電極の内径
より小さい内径を有する中間電極と、この中間電極の前
記処理室側に設けられ前記カソード電極の内径より小さ
い内径を有するアノード電極とを具備し、前記初期放電
電極は，前記カソード電極側が凸状又は曲面状又は前記
カソード電極側が凸になるテーパー状に形成されたこと
を特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】前記カソード電極と中間電極及びアノード
電極の内径の中心点は同心線上に配置されたことを特徴
とする請求項１のプラズマ処理装置。
【請求項３】前記同心線上に被処理体の処理面の中心点
を合致させ前記処理室内に前記被処理体を配置したこと
を特徴とする請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項４】前記初期放電電極側に設けられ、内径の中
心点を前記同心線上の位置に配置するリング状の第１の
磁界発生手段と、前記中間電極側に設けられ、内径の中
心点を前記同心線上の位置に配置するリング状の第２の
磁界発生手段とを具備し、前記第１の磁界発生手段と第
２の磁界発生手段とで発生させる中心磁界の向きは互い
に逆方向に構成され、前記初期放電電極と前記中間電極
との間にカスプ磁界を生起したことを特徴とする請求項
２のプラズマ処理装置。
【請求項５】前記カスプ磁界の中心点は、前記カソード
電極と熱電子放出部材の接合面軸と前記同心線上とが垂
直に交わる点又は熱電子放出部材の内側面のほぼ中央位
置であって、この中央位置軸と前記同心線上とが垂直に
交わる点に配置されることを特徴とする請求項４のプラ
ズマ処理装置。
【請求項６】前記第１の磁界発生手段と第２の磁界発生
手段とで発生させる磁場の強度は前記カソード電極の電
子放出面付近にて１０〜５００ガウスの範囲の所定値に
設定されたことを特徴とする請求項４又は請求項５のプ
ラズマ処理装置。
【請求項７】前記初期放電電極と前記中間電極のそれぞ
れの共通した接地点からのインピーダンスは前記初期放
電電極のインピーダンスの方が前記中間電極のインピー
ダンスより大となるよう構成されたことを特徴とする請
求項１又は請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項８】前記初期放電電極と前記中間電極との間の
圧力は前記中間電極と前記アノード電極との間の圧力よ
り高い圧力に設定されるよう構成されたことを特徴とす
る請求項１又は請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項９】前記カソード電極の内径は１５ｍｍ〜５０
ｍｍの範囲の所定の径に設定され、前記中間電極の内径
は２ｍｍ〜５ｍｍの範囲の所定の径に設定されたことを
特徴とする請求項１又は請求項２のプラズマ処理装置。
【請求項１０】前記不活性ガスは前記初期放電電極の中
央から導入されることを特徴とする請求項１又は請求項
２のプラズマ処理装置。
【請求項１１】前記不活性ガスは前記初期放電電極の側
方から導入されることを特徴とする請求項１又は請求項
２のプラズマ処理装置。