JPH1187096A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 角形基板等へ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は、その機構２１に四辺を有
し、磁性部材２５を介挿しうる複数に分かれ、それぞれ
が四辺の何れかに対して平行に延びている。辺縁部まで
一様に分布する。また、対角線に沿った凹み（１１ｂ）
がプラズマ処理空間１３の機構１１（１１ａ）に形成さ
れ、連通路１４のうち外側に位置するもの（１４ａ）が
内側および凹みへ向けて傾斜している。薄くなりがちな
隅部のプラズマが補われる。

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、液晶表示パネル
やプラズマディスプレイなどに用いられる角形基板等を
高精度に製造する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４−２９０４
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】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。一方、長方形状の
角形基板等の対象物を処理するにはプラズマ処理空間や
それを囲む各機構も四辺形状にした方が好都合である
が、これに隣接して複数に分かれたそれぞれのプラズマ
発生空間が円いと、辺縁部・周辺部ではプラズマ発生空
間の配置が粗くなりやすいため、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を広い
範囲に亘って確保するのが難しい。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
効に阻止して良質のプラズマを確保するとともに、円く
無いプラズマ処理空間に対してもプラズマ発生空間から
一様にプラズマが送り込まれるような構造を案出するこ
とが課題となる。

【０００７】また、プラズマ発生空間からプラズマ処理
空間へ送り込まれるプラズマが一様であっても、プラズ
マ処理空間が円く無いと、プラズマの流れが偏よってそ
の一様性が損なわれることも有り得るため、特に隅部・
角部では流れが乱れ易いため、プラズマ処理空間内のプ
ラズマが不均一になりがちである。そこで、プラズマ処
理空間が円く無くても、その中にプラズマが均一に分布
するように工夫することも更なる課題となる。

【０００８】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、角形基板等へ良質のプラズマ
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。

【０００９】

【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５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。

【００１０】［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、前記第２機構は、
（平面射影の外周形状に）四辺を有する（正方形・長方
形・菱形・平行四辺形やその角部・隅部の丸められたり
切り欠かれたりしたようなものをベースにした立体構造
の）ものであり、前記プラズマ発生空間は、（分ける際
にそれらの間に）磁性部材を介（在させるためにその磁
性部材の）挿（入を）しうる（ように適度な間隙をあけ
て）複数に分かれたものであり、且つ（分かれた）それ
ぞれが前記四辺の（うち同一又は別個の）何れかに対し
て平行に延びたものとなっていることを特徴とする。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】しかも、プラズマ発生空間に付される磁性
部材を複数のプラズマ発生空間の間へ介挿しうるように
適度な間隙をあけてプラズマ発生空間が分割・分散され
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明
け渡した間隙の分だけは必然的に、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。

【００１４】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。

【００１５】また、複数に分かれたプラズマ発生空間
が、第２機構の何れかの辺に対して平行に延びているこ
とから、第２機構さらには第１機構やプラズマ処理空間
までもが四辺を有して円く無いものであっても、プラズ
マ発生空間の分布状態を隅々まで整合させることが比較
的楽に行えるので、全範囲に亘ってプラズマ発生空間を
一様にさせることが可能となる。

【００１６】これにより、四辺形状等のプラズマ処理空
間に対しその辺縁部・周辺部までも一様にプラズマ発生
空間からプラズマが送り込まれることとなる。したがっ
て、この発明によれば、円く無いプラズマ処理空間に対
しても良質のプラズマを一様に送り込むことの可能なプ
ラズマ発生装置を実現することができる。

【００１７】なお、複数に分かれたプラズマ発生空間に
磁性部材が介挿されることから、プラズマ発生空間とプ
ラズマ処理空間とに磁性部材を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、楽になるという更なる作用効果も有る。

【００１８】［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から前記プラズマ処理空間へ
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
していることを特徴とする。

【００１９】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、プラズマ発生空間からプラズマ処理空
間へプラズマを送り込む各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。

【００２０】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、角形基板
等に対しその辺縁部にまで均一に良質のプラズマを供給
するプラズマ発生装置を実現することができる。

【００２１】［第３の解決手段］第３の解決手段のプラ
ズマ発生装置は（、出願当初の請求項３に記載の如
く）、上記の第２の解決手段のプラズマ発生装置であっ
て、前記四辺を基準とする（角部・隅部の丸めや切り欠
き等の無いものとしたときの四辺形の）対角線に沿った
溝等の凹みが前記第１機構の内面に形成されていること
を特徴とする。

【００２２】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、凹みの中もプラズマが流れ、それが凹
みに従って角部・隅部へ向けられることから、プラズマ
の薄くなりがちな角部・隅部に対してその分だけ多くプ
ラズマが補給されることとなる。これにより、角形基板
等に対しその辺縁部ばかりか隅部にまで均一に良質のプ
ラズマを供給することができる。

【００２３】［第４の解決手段］第４の解決手段のプラ
ズマ発生装置は（、出願当初の請求項４に記載の如
く）、上記の第３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前記凹みの方へも傾斜
していることを特徴とする。

【００２４】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、外周部から内向きに吹き込まれたプラ
ズマは、少し中央側へ流れるが直ぐに対角線方向に向き
を変えて隅部へ流出する。これにより、そのプラズマが
後続のプラズマや中央から周辺への流出プラズマと揉み
合うようなことが無くなる又は少なくなることから、プ
ラズマの流れが微視的・短期的に見ても安定するので、
均一性を一層向上させることができる。

【００２５】［第５の解決手段］第５の解決手段のプラ
ズマ発生装置は（、出願当初の請求項５に記載の如
く）、上記の第１〜第４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。

【００２６】このような第５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。

【００２７】

【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。

【００２８】

【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、（ａ）がその平面図であり、（ｂ）が縦断面図
である。また、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。

【００２９】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。液晶基板等の角形の被処理物１を処理
するために、平面図上、第１機構，第２機構は共に主要
部（２１，１１，１２）がほぼ長方形状に形成される
（図１（ａ）参照）。これにより、第２機構は図中左右
の短辺と上下の長辺とからなる四辺を有したものとなっ
ている。

【００３０】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１
０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。この第１機構やプラズマ処理空間１３も平面形状
が長方形状となる。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（ｂ）〜図３の縦断
面参照）。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。

【００３１】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１（ａ）では７個の）直線溝が平行に彫り
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は複数に分かれてそれぞれが図中左右の短辺に対
して平行になるよう上下に延びたものとなっている（図
１（ａ）参照）。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
て、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。

【００３２】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がやはり直線状に形成され、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。

【００３３】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、棒状であって、プラズマ発生空
間２２とほぼ同じ長さに切断されている（図１（ａ）参
照）。なお、総てのプラズマ発生空間２２をコイル２４
及び永久磁石２５で挟むために、両端に位置するプラズ
マ発生空間２２の外側壁にも一対の永久磁石２５及びコ
イル２４が付加される。これにより、複数に分かれたプ
ラズマ発生空間２２は磁性部材を介挿しうるものとなっ
ている。しかも、複数（図中８対）の永久磁石２５と複
数（図中７個）のプラズマ発生空間２２とが総て交互に
配設され左右の短辺と平行状態で並走していて、長方形
のプラズマ発生チャンバ２１の最外周よりも小さいが被
処理物１よりは一回り大きな長方形の範囲に一定間隔で
分散配置されたものとなっている。

【００３４】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柱状・梁状のプ
ラズマ発生空間２２の中で棒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。

【００３５】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５００
ＫＨｚ〜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。

【００３６】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。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２
２に印加するものとなっている。

【００３７】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
５は、真空チャンバへの装着状態を示す断面図である。

【００３８】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。

【００３９】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、
棒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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】さらに、同形をした８組の永久磁石２５及
びコイル２４と７個のプラズマ発生空間２２とがプラズ
マ発生チャンバ２１の図中左右の両辺と平行に並んで、
被処理物１を覆う長方形の範囲に一様に分布していて、
やはり分散して形成された連通口１４を介してプラズマ
発生空間２２から長方形状のプラズマ処理空間１３へ高
密度プラズマ２０が一様に分散して供給される。そし
て、円く無い角形基板等でも均一なプラズマ処理が施さ
れる。

【００４５】図６に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。同図中、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は低温プラズマ１０の密
度分布を示すグラフ例である。これが上述した第１実施
例と相違するのは、同図（ａ）中左右両端のプラズマ発
生空間２２、及び上下に追加されたプラズマ発生空間２
２が傾斜している点である。

【００４６】すなわち、左右の短辺に平行なプラズマ発
生空間２２のうち最も外側の２個は、ガス配給部材２１
ａ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列内側
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。上下に追加されたプラズマ発生空
間２２も、短辺の代わりに上下の長辺に平行なだけで、
同様にして、ガス配給部材２１ａが外周側（図では上下
端）へ移るように９０゜未満の所定角度だけ傾けられ
る。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、これら最外周のプラズマ発生空間
２２とその内側のもの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２
４及び永久磁石２５で有効に挟まれるようになってい
る。

【００４７】この場合、低温プラズマ１０におけるラジ
カル種成分とイオン種成分との比率をどのように制御し
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。すなわち、装置が作動すると、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が流れ込ん
で、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。

【００４８】図７に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。同図中、（ａ）は平面
図、（ｂ）は縦断面図である。これが上述した第２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自体については上下左右の外側のものも傾斜
させるのを回避している点である。この場合、第２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進めることができる。

【００４９】図８示した本発明のプラズマ発生装置の第
４実施例について説明する。同図中、（ａ）は平面図、
（ｂ）はアノードの額状部材１１ａの底面図である。こ
れが上述した第３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額状部材１１ａと
に分けて製造される点と、アノード額状部材１１ａの下
面すなわちプラズマ処理空間１３に向いた第１機構の内
面に溝１１ｂが彫り込まれている点と、最外周の連通口
１４ａが近くの溝１１ｂの方へも傾斜して形成されてい
る点である。

【００５０】溝１１ｂは、中央から四隅へ向けて略放射
状に形成されていて、アノード額状部材１１ａ外形に一
致する四辺形の対角線に概ね沿ったものとなっている。
この場合、低温プラズマ１０は、中央部ではプラズマ発
生空間２２から一様に送り込まれ被処理物１に当たって
周辺側へ広がり、辺縁部ではプラズマ発生空間２２から
少し内向きに送り込まれて急速な流出を押し止め、それ
から溝１１ｂの方へ少し多めに集まるようにして、四隅
や四辺部から流出する。この流れは、単なる平行平板間
のそれよりも安定している。

【００５１】

【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、プラズマ発生空間の分布をプラズマ処
理空間の隅々まで整合させ得るようにしたことにより、
円く無いプラズマ処理空間に対しても良質のプラズマを
一様に送り込むことの可能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が有る。

【００５２】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、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を補給す
るようにしたことにより、角形基板等に対しその辺縁部
にまで均一に良質の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。

【００５３】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、凹みで隅の方へプラズマを多く
導くようにしたことにより、角形基板等に対しその辺縁
部ばかりか隅部にまで均一に良質のプラズマを供給する
ことができるようになったという有利な効果が有る。

【００５４】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、プラズマが安定して隅の方へ流れ
るようにしたことにより、均一性を一層向上させること
ができたという有利な効果を奏する。

【００５５】また、本発明の第５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
う有利な効果が有る。

【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、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が縦断面図である。

【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】本発明のプラズマ発生装置の第２実施例につい
て、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が縦断面図である。

【図７】本発明のプラズマ発生装置の第３実施例につい
て、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が縦断面図である。

【図８】本発明のプラズマ発生装置の第４実施例につい
て、（ａ）が縦断面図であり、（ｂ）が額状部材の底面
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 アノード額状部材（第１機構；第１印加回路） １１ｂ 溝（凹み） 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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ // Ｃ２３Ｃ 16/50 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者 佐藤 隆 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３−１ 株 式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 徳村 哲夫 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３−１ 株 式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 瀬川 利規 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３−１ 株 式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (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 石橋 清隆 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 茂山 和基 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 (5)

【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、 前記第２機構は、四辺を有するものであり、前記プラズ
   マ発生空間は、磁性部材を介挿しうる複数に分かれたも
   のであり、且つそれぞれが前記四辺の何れかに対して平
   行に延びたものとなっていることを特徴とするプラズマ
   発生装置。
2. 【請求項２】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
   けて傾斜しているものであることを特徴とする請求項１
   記載のプラズマ発生装置。
3. 【請求項３】前記四辺を基準とする対角線に沿った溝等
   の凹みが前記第１機構の内面に形成されていることを特
   徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
4. 【請求項４】前記の内向き傾斜の連通路が前記凹みの方
   へも傾斜していることを特徴とする請求項３記載のプラ
   ズマ発生装置。
5. 【請求項５】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乃
   至請求項４の何れかに記載されたプラズマ発生装置。