JPH11251091A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】良質のプラズマを均一に供給する。 【解決手段】プラズマ発生空間２２がプラズマ処理空間
１３に隣接し且つ連通しているプラズマ発生装置におい
て、プラズマ発生空間２２が線状に形成されており、且
つ、プラズマ発生空間２２を挟んで磁性部材２５が付設
されているとともに、プラズマ発生空間２２とプラズマ
処理空間１３との連通路１４を延伸させる連通路延伸部
材１１０がプラズマ処理空間１３側に付加される。高密
度プラズマ２０が低温プラズマ１０へ送り込まれる量が
連通路延長部１１４の長さに応じて調節される。

Description

【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、良質なプラズマを均一
に供給す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４−２９０４
２８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】ところで、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が図られているが、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。

【０００６】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。

【０００７】これに対し、同一出願人は、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、プラズマ発生空間や磁性部材の構造
等にも工夫を凝らしてきた（特願平９−１５９１９０
号、特願平９−２５０１１１号など）。具体的には、プ
ラズマ発生空間をプラズマ処理空間との隣接面に沿って
線状に分散させるとともにプラズマ発生空間を挟むよう
に磁性部材を配設したのである。

【０００８】しかしながら、プラズマ発生空間を分散さ
せた場合、空間断面形状や磁石形状等を統一したとして
も、プラズマの発生効率が一致するとは限らない。線状
空間の配置状態や、プラズマを励起させる印加電力のば
らつきなど種々の要因によって発生効率が変化するので
ある。また、例え各所でのプラズマの発生効率が一致し
たとしても、プラズマ処理空間の何処に排気口を設けた
のか等によってもプラズマ密度に斑や傾斜が生じること
も多い。

【０００９】これに対しては、電力の印加やプラズマ生
成用ガスの供給も小口に分割して各所ごとに印加電力や
プラズマ生成用ガスを調節することも考えられる。とこ
ろが、通常これらの調節にはイオン対ラジカル濃度比の
制御など別の役割が課せられることと、その調節に際し
て変量とプラズマ発生効率の変化とが一般には線形の関
係にならないことから、そのような調節が有効に機能し
うる状況は僅かな場合しか無い。

【００１０】そこで、分散したプラズマ発生空間でのプ
ラズマ発生効率のばらつきや、プラズマ処理空間でのプ
ラズマ流等に起因したプラズマ密度の不均一を、印加電
力やプラズマ生成用ガスに依ら無いで矯正することが課
題となる。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、良質のプラズマを均一に供給す
るプラズマ発生装置を実現することを目的とする。

【００１１】

【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２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。

【００１２】［第１の解決手段］第１の解決手段のプラ
ズマ発生装置は（、出願当初の請求項１に記載の如
く）、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
間が線状に形成されており、且つ、前記プラズマ発生空
間を挟んで磁性部材が付設されているとともに、前記プ
ラズマ発生空間と前記プラズマ処理空間との連通路を延
伸させる（単一の又は複数の）連通路延伸部材が前記プ
ラズマ処理空間側に付加されていることを特徴とする。

【００１３】ここで、上記の「線状に形成」とは、単一
の直線状，曲線状，破線状などに形成された場合や、こ
れに加えて複数の又はそれらの混在するものがプラズマ
処理空間との隣接部・連通部に分布している場合、さら
には環状，円状，多角形状、スパイラル状のものが同心
で若しくは非同心で多数が列設され又は単独で広く形成
されている場合も該当する意味である。また、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。

【００１４】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。しかも、プラズマ発生空間を挟むよう
に付設された磁性部材は必然的に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。

【００１５】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。

【００１６】また、こうして生成された良質のプラズマ
は、プラズマ発生空間を挟む磁性部材の磁力によってプ
ラズマ発生空間に長時間閉じこめられて密度が高まる
が、その磁力は、プラズマ発生空間に集中し、隣接する
プラズマ処理空間のところでは弱い。そのため、高密度
プラズマは、プラズマ発生空間からプラズマ処理空間へ
流れ出るときに両空間の連通路を抜けたところで磁力の
束縛から解放され拡散するが、その際、連通路が延伸さ
れているとその連通路延伸部のところで拡散したプラズ
マ成分が連通路延伸部の壁面すなわち連通路延伸部材に
衝突してエネルギーを失う。しかも、このようなプラズ
マ成分の割合は、連通路延伸部の長さに依存して決ま
る。

【００１７】これにより、連通路延伸部材の厚さ等に変
化をつけておくだけで容易に、各所のプラズマ発生空間
からプラズマ処理空間へ供給されるプラズマの量をきめ
細かく調節することが可能となる。そこで、印加電力や
プラズマ生成用ガスによる調節を行うまでも無く、分散
したプラズマ発生空間でのプラズマ発生効率のばらつき
や、プラズマ処理空間でのプラズマ流等に起因してのプ
ラズマ密度の不均一を正して、プラズマ処理空間におけ
るプラズマ密度を均一にすることができる。

【００１８】さらに、磁性部材は、線状のプラズマ発生
空間に沿って小片のものを並べることで足りることか
ら、予め比較的製造容易な棒状の物を作っておいて小片
に切断するといったことで加工作業が済むので、磁性部
材等の製造が容易となる。しかも、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。

【００１９】したがって、この発明によれば、良質のプ
ラズマを均一に供給するプラズマ発生装置を実現するこ
とができる。

【００２０】［第２の解決手段］第２の解決手段のプラ
ズマ発生装置は（、出願当初の請求項２に記載の如
く）、上記の第１解決手段のプラズマ発生装置であっ
て、前記連通路延伸部材が、前記第２機構に対して着脱
可能に装着されているものであることを特徴とする。

【００２１】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、プラズマ処理を施した後の被処理物を
調べて処理の均一度が足りないときには連通路延伸部材
による連通路の延伸の程度を微調整するのであるが、連
通路延伸部材と第２機構とが着脱可能なことから、その
調整作業に際し、連通路延伸部材を第２機構から外し
て、連通路延伸部材に対して単独の状態で追加工等を施
すことが可能である。しかも、処理の均一度を平行光の
照射によるモアレ像などで被処理物上に現出するように
すれば、被処理物の処理面の状態と連通路延伸部材の調
整箇所とが一対一に対応するので、連通路延伸部材に対
する調整が局所的であったり散逸していたりしていても
追加工等の調整作業は直感的で容易なものとなる。

【００２２】これにより、連通路延伸部材をプラズマ処
理空間側に付加したものであっても、きめ細かな調節を
直感に基づいて楽に行うことができることとなる。した
がって、この発明によれば、良質のプラズマを均一に供
給するに際して調節の容易なプラズマ発生装置を実現す
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】以下、かかるプラズマ発生装置を実施する
ための具体的形態を第１実施例，及び第２実施例により
説明する。なお、第１実施例は、上述した第１，第２の
解決手段を具現化したものである。また、第２実施例
は、それに加えて、さらに均一度を高めるために、プラ
ズマ処理空間との隣接面に沿って線状に延びるプラズマ
発生空間がプラズマ処理空間へ向けて拡幅しているよう
になったものである。この場合、プラズマ発生空間で生
成されたプラズマは、プラズマ処理空間へ向けて流れ出
る際に、絞られた噴流状態になるので無く、扇状・ラッ
パ状に拡がる。そして、その高密度プラズマはプラズマ
処理空間内で直ちに拡散して速やかに均質になるので、
プラズマ処理空間におけるプラズマ状態は斑無く一層均
一に保たれることとなる。

【００２５】

【第１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。プラズマ発生空間に加えてプラズマ処理空間も含め
た主要部の縦断面図であり、図２は、そのプラズマ発生
空間周りの縦断面斜視図であり、図３は、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。

【００２６】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機構およびその付加部
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。第１機構，第２機
構は、共に、液晶基板等の角形の被処理物を処理する場
合には主要部がほぼ長方形状に形成されるが、ここでは
ＩＣ用シリコンウエハ等の丸形の被処理物を処理するた
めに主要部がほぼ丸形状・円筒状・環状に形成される場
合について説明する（図２参照）。

【００２７】第１機構は、金属製のアノード部１１が上
方に配置され、ウエハ等の被処理物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（図１参照）。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。

【００２８】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（図１では４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
線状のものとなって分散されている。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
（縦断面図では下面）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がプラズマ
処理空間１３との隣接面に沿って線状に延びたものとな
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。

【００２９】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・線状に形成され、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。

【００３０】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２５ｂ（図３等の縦断面図中下方）とコイル２４と他
方の永久磁石２５ａ（図３等の縦断面図中上方）とが順
に重ねて詰め込まれる。これらの磁性部材２５すなわち
一対の永久磁石２５ａ，２５ｂは、同心環状のプラズマ
発生空間２２間に詰め込まれてやはり環状となるが、環
状の不所望な誘起電流を断つために小片に分けて形成さ
れている。そして、多数の永久磁石片２５がプラズマ発
生空間２２側壁に沿って列設されることで、プラズマ発
生空間２２に対応した環状の磁気回路が構成される。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
隣接面に沿って線状に延び、プラズマ発生空間と交互に
並んで走るものとなっている。

【００３１】永久磁石２５は、その一対２５ａ，２５ｂ
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３参照）。下部磁石２
５ｂは、断面矩形の単純な形状のものであり、アノード
部１１やプラズマ発生チャンバ２１の削り込んだ上面等
と平行になるよう水平に置かれている。その磁化方向
も、断面における上下対称軸と同じ水平方向となってい
る。なお、この下部磁石２５ｂは小さめに作られてい
る。

【００３２】上部磁石２５ａは、それより大きい。これ
も同様の単純な矩形形状で水平方向に磁化されたものか
ら作られるが、その両側面が斜めにそぎ落とされて断面
が逆さの台形状にされている。そして、その下辺が短い
のに対しその上辺は下部磁石２５ｂの幅よりも長くされ
る。これにより、この磁性部材２５ａは、プラズマ発生
空間２２に向けたその側面が、プラズマ発生空間の側壁
面と平行で無く、プラズマ発生空間とプラズマ処理空間
との隣接面に直交しているものでも無くて、傾斜した形
状のものとなっている。なお、磁化方向は傾斜していな
いが、その傾斜した形状に基づいて、上辺付近からの磁
束線２６は強く広く張り出すのに対し、下辺付近からの
磁束線２６および下部磁石２５ｂからの磁束線２６は相
対的に弱くて狭くなっている。

【００３３】それらの磁力状態について詳述すると、上
部磁石２５ａ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２５ａのほぼ下端を頂上とす
る磁気の山ができる。また、下部磁石２５ｂ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（磁界強さの極小点）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
は柱状・梁状のプラズマ発生空間２２の中で環状に電子
が封じられるようになっているのである。

【００３４】そして、上部磁石２５ａのほぼ上半分から
図中横に出た磁束線２６はプラズマ発生空間２２の奥
（図では上方）やプラズマ用ガス送給路２３のところで
密になりながら反対側の横に戻り、さらに上部磁石２５
ａの磁束のうち一部は下方へ延びて下部磁石２５ｂをも
包むことから、縦断面における全体的な磁力分布の状態
としては、徳利を逆さにしたようなイメージに近いもの
となり、プラズマ発生空間２２の奥のところで強く締め
られて閉じプラズマ発生空間２２の中間のところで緩め
られて膨らみプラズマ発生空間２２とプラズマ処理空間
１３との隣接面のところで少し絞られて狭まり最後にプ
ラズマ処理空間１３のところで解放されるような状態と
なっている。

【００３５】なお、上下の磁石２５ａ，２５ｂからの磁
束の重なり具合によっては上記の磁気の盆地の他に局所
的に小さな磁気の盆地が複数生じることも有り、これら
は電子やプラズマを不所望に封じ込めたりプラズマ発生
空間２２の内壁へ衝突させたりする要因となるが、それ
らもプラズマ発生空間２２の外側に位置することとな
る。そして、プラズマ発生空間２２中央の大きな磁気の
盆地を取り巻く磁気の山について上方の磁界がより強く
下方の磁界がより弱く傾斜していることにより、この磁
気回路は、質量の小さい電子がプラズマ発生空間２２内
に封じられるのに対し、イオン化していないものやイオ
ン化していても質量の大きい成分からなる高密度プラズ
マ２０はプラズマ発生空間２２からプラズマ処理空間１
３へ流出しやすいようになっている。

【００３６】アノード部１１の両面のうちプラズマ発生
チャンバ２１との非隣接面（図では下面）には付加プレ
ート１１０（連通路延伸部材）が取り付けられている。
付加プレート１１０は、アノード部１１の電極としての
機能を損なわないように金属等の導電性の物が用いら
れ、アノード部１１の下面の中央部分を概ね覆うように
一回り小さな円板状に加工形成される（図１参照）。そ
して、数個のボルト１１１によってアノード部１１に対
して密着状態で張り付けたように付加されるが、ボルト
１１１を抜けばアノード部１１から剥がれる。これによ
り、この付加プレート１１０は、第２機構に対してプラ
ズマ処理空間１３側から着脱可能に装着されるものとな
っている。

【００３７】付加プレート１１０には、アノード部１１
に装着した状態でアノード部１１の連通口１４と一致す
るところに同様の連通口が貫通形成される。これによ
り、この付加プレート１１０は、プラズマ発生空間２２
とプラズマ処理空間１３との連通路１４を連通口延長部
１１４にて延伸させる連通路延伸部材となる。また、ア
ノード部１１の処理ガス供給口１５と一致するところに
も同様の連通口が貫通形成されて、アノード部１１の処
理ガス供給口１５も供給口延長部１１５にて延伸させる
ものとなっている。

【００３８】そして、プラズマ処理空間１３における低
温プラズマ１０の密度が一般に中央部分が高くて周縁部
分が低くなりがちなことに基づいて、付加プレート１１
０は、中央部分が厚くて周縁部分が薄くなるよう仕上げ
られる。これにより、この付加プレート１１０は、供給
口延長部１１５の長さが中央部分ほど長く中央から周縁
にかけて徐々に短くなるよう変化するものとなってい
る。

【００３９】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（図１参照）。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。

【００４０】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２
４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（図２参照）。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。

【００４１】この第１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４は、真空チャンバへの装着状態を示す縦断面図
である。

【００４２】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の中央に設置され支持脚１２ａによって支持される。
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及び
供給口延長部１１５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。

【００４３】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。

【００４４】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、膨張圧力によってプラズマ発生空間２２か
ら飛び出そうとするが、永久磁石２５の磁力によってプ
ラズマ発生空間２２の中央部へ押し戻され、膨張圧力が
高まると、相対的に磁力の弱い連通口１４のところから
流れ出る。さらに膨張圧力が高まると連通口１４及び連
通口延長部１１４のところからプラズマ処理空間１３へ
速やかに流れ出る。その際、相対的に磁力の強いプラズ
マ発生空間２２の側壁内面や底面に対しては押し戻され
て衝突が抑制されるので、壁面との衝突によるエネルギ
ー損失が少なくなり、プラズマの発生効率が高まるとと
もにそのほとんどが連通口１４及び連通口延長部１１４
経由で流出する。

【００４５】こうして、プラズマ発生空間２２内で発生
した高密度プラズマ２０は、その膨張圧力および磁力分
布の傾きに基づいて効率良くプラズマ処理空間１３へ運
ばれるが、連通口１４のところまでは及んでいた磁束線
２６による束縛から連通口延長部１１４のところで解放
される。そして、進行方向から横へ即ち水平方向へ広が
るのであるが、連通口延長部１１４の径以上に広がった
部分は（図３の二点鎖線部分を参照）、連通口延長部１
１４の内壁に衝突して、プラズマエネルギーを付加プレ
ート１１０に奪われ、かなりの割合でプラズマから通常
のガス状態に戻ってしまう。

【００４６】そして、連通口延長部１１４が長いとその
割合も高まるが、連通口延長部１１４は中央部が長くて
周辺が短くなっているので、プラズマ発生空間２２内で
発生した高密度プラズマ２０は、プラズマ処理空間１３
への供給に際して、中央部ほど強く抑制されるのに対し
周辺部では抑制されずに総て供給される。こうして、付
加プレート１１０が無ければプラズマ処理空間１３にお
ける低温プラズマ１０の密度に関して中央部分が高く周
縁部分が低くなってしまうところが、周縁部分に対して
重点的に高密度プラズマ２０の供給がなされるので、プ
ラズマ処理空間１３内のプラズマ密度は全域に亘って均
一化されることとなる。

【００４７】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１
２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。

【００４８】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２
２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。

【００４９】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３
１，３２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。

【００５０】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。また、この装置では、プラズマ発生空
間２２の横断面積がプラズマ処理空間１３の横断面積よ
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。

【００５１】ところで、このようなプラズマ処理の施さ
れた被処理物１を検査した結果、その処理状態に斑等が
あって均一度が満足できる状態で無い場合は、次のよう
にして微調整が行われる。先ず被処理物１の処理面につ
いてプラズマ処理の不足しているところを適宜濃淡等も
つけてマーキングする。それから、ボルト１１１を抜い
て付加プレート１１０をアノード部１１から外し、付加
プレート１１０の下面へ被処理物１のマークを転写す
る。この転写は、拡縮が不要なので、柔らかいフィルム
等を用いて簡単に行える。そして、転写マークを目印に
して付加プレート１１０の下面に対して追加工を施し、
その後、付加プレート１１０をアノード部１１へ戻す。

【００５２】こうして、付加プレート１１０の各所の厚
さを調整することで容易に、プラズマの密度分布が均一
になるよう調節され、プラズマ処理の均一度が向上す
る。また、一回の調整で足りない場合は同様の調整を繰
り返すことで確実に、プラズマ処理を均一なものにする
ことができる。なお、縦断面台形の上部磁石２５ａや断
面矩形の下部磁石２５ｂは、単純な凸多角形をしている
ので、加工して形成することも容易である。

【００５３】

【第２実施例】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。図５は、その要部の縦断面拡大図で
あり、上述の図３に対応するものである。このプラズマ
発生装置が上記第１実施例のものと相違するのは、上部
磁石２５ａに代えて一対の上部磁石２５ｃ，２５ｄが設
けられている点と、プラズマ発生空間２２の外側壁２１
ｂが斜めに形成されプラズマ発生空間２２が奥（図では
上方）に行くほど狭くなっている点と、これに対応して
プラズマ発生空間２２の側壁内側も全体が傾斜内側面２
１ｃになっている点と、連通口１４及び連通口延長部１
１４が大きく拡げられてその内側面が傾斜内側面２１ｃ
の延長面となっている点である。これにより、プラズマ
発生空間が隣接部や連通部も含めてプラズマ処理空間へ
向けて拡幅しているものとなっている。

【００５４】上部磁石２５ｃは、縦長の単純な矩形形状
のものであり、真っ直ぐに立てた状態で磁化方向が水平
になるよう磁化されている。上部磁石２５ｄも同様であ
るが、これらは、同心環状のプラズマ発生空間２２間へ
の設置に際し、横に並べられるとともに、Ｖ字状に下方
が狭くて上方が広くなるように、互いに逆向きで斜めに
セットされる。これにより、これらの磁性部材２５ｃ，
２５ｄは、プラズマ発生空間２２に向けたその側面が、
プラズマ発生空間の側壁面と平行で無く、プラズマ発生
空間とプラズマ処理空間との隣接面に直交しているもの
でも無く、さらに磁化方向も水平で無くて、形状および
磁化方向が共に傾斜したものとなっている。

【００５５】この場合、プラズマ発生空間２２を中心に
据えてそれを両側から挟む上部磁石２５ｃ，２５ｄにつ
いて見れば、ハの字状に上方が狭くて下方が広いので、
プラズマ発生空間２２の奥すなわち上方では磁束線が強
くて密になるのに対し、アノード部１１側の下方では磁
束線が相対的に弱くて粗になる。そして、そのような磁
力の傾斜状態は、上部磁石２５ｃ，２５ｄから磁束線が
斜めに出ることによって一層強調される。

【００５６】こうして、この場合も、プラズマ発生空間
２２内で発生した高密度プラズマは、その膨張圧力およ
び磁力分布の傾きに基づいて効率良くプラズマ処理空間
１３へ運ばれる。しかも、下部磁石２５ｂばかりか上部
磁石２５ｃ，２５ｄも断面矩形の単純な形状をしている
ので、容易に製造することができる。

【００５７】また、プラズマ発生空間が隣接部や連通部
も含めてプラズマ処理空間へ向けて拡幅していることか
ら、上部磁石２５ｃ，２５ｄの傾斜が更に大きくなって
磁性部材の傾斜によるプラズマ発生空間２２からプラズ
マ処理空間１３へのプラズマ供給効率が一層強化される
ことに加え、高密度プラズマ２０がプラズマ発生空間２
２からプラズマ処理空間１３へ流れ出る際に、連通口１
４及び連通口延長部１１４によって絞られること無く、
傾斜内側面２１ｃや連通口１４及び連通口延長部１１４
の拡がりに沿うように当初から広がって運ばれる。

【００５８】しかも、その際、やはり連通口延長部１１
４のところで磁力の束縛から解放された高密度プラズマ
２０は、さらに横へ大きく広がるので、連通口延長部１
１４が狭く無くても、連通口延長部１１４の長さに応じ
た割合で連通口延長部１１４の内壁に衝突して、プラズ
マから通常のガス状態に戻される（図５の二点差線を参
照）。

【００５９】こうして、連通口延長部１１４の長さに応
じてプラズマ発生空間２２からプラズマ処理空間１３へ
のプラズマ供給量を各所できめ細かく調節するという機
能を損なうこと無く、プラズマ密度の薄い処理ガス供給
口１５及び供給口延長部１１５直下のところへも高密度
プラズマが斜めに流れ込んで速やかに混合・拡散される
ので、プラズマ処理空間１３内の低温プラズマ１０は、
アノード部１１付近でも斑が少なく、被処理物１の置か
れるカソード部１２付近では更に均一な状態となる。そ
の結果、良質のプラズマが効率良く供給されてもプラズ
マの分布状態が均一に保たれるので、良質のプラズマ処
理が効率良く行われることとなる。

【００６０】なお、以上の実施例では、供給口延長部１
１５の内径が処理ガス供給口１５の内径と同じになって
いるが、供給口延長部１１５の形状はこれに限定するも
ので無く、例えば供給口延長部１１５の内径が処理ガス
供給口１５の内径より大きくなっていたり、テーパ状・
ラッパ状に形成されていても良い。また、上述の付加プ
レート１１０は単板から成っているが、連通路延伸部材
は、単一部材に限定されるもので無く、連通路延長部１
１４の形状を確保しうるものであれば、複数個に分割さ
れ、各連通口１４ごとに分散して設けられていても良
い。

【００６１】

【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、プラ
ズマ発生空間と磁性部材との形状や配置を工夫してプラ
ズマ発生空間とプラズマ処理空間との断面積比が変わる
とともに磁力の弱まるプラズマ処理空間側でプラズマ供
給量を調節するようにしたことにより、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して良質
のプラズマを供給するとともに連通路の延び具合を調整
するだけで容易にきめ細かな調節が行えて、その結果、
良質のプラズマを均一に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。

【００６２】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、連通路延伸部材をプラズマ処理空
間側に付加したものであっても、きめ細かな調節を直感
に基づいて楽に行えるようにしたことにより、良質のプ
ラズマを均一に供給するに際して調節の容易なプラズマ
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。

【００６３】

【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、その主要部の縦断面図である。

【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】 真空チャンバへの装着状態を示す断面図で
ある。

【図５】 本発明のプラズマ発生装置の第２実施例につ
いて、そのプラズマ発生空間の縦断面拡大図である。

【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） 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） 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） ２１ｂ 傾斜外側面 ２１ｃ 傾斜内側面 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） ２５ａ 上部磁石 ２５ｂ 下部磁石 ２５ｃ 上部磁石 ２５ｄ 上部磁石 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） １１０ 付加プレート（連通路延伸部材） １１１ ボルト（締結具、装着手段） １１４ 連通口延長部（連通路延長部） １１５ 供給口延長部 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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 野沢 俊久 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５ 株 式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 釘宮 敏洋 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５ 株 式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 西塚 哲也 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５−５ 株 式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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が線状に形成されており、且つ、
   前記プラズマ発生空間を挟んで磁性部材が付設されてい
   るとともに、前記プラズマ発生空間と前記プラズマ処理
   空間との連通路を延伸させる連通路延伸部材が前記プラ
   ズマ処理空間側に付加されていることを特徴とするプラ
   ズマエッチング装置。
2. 【請求項２】前記連通路延伸部材は、前記第２機構に対
   して着脱可能に装着されているものであることを特徴と
   するプラズマ発生装置。