JP2006332075A - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

【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、連通路延伸部材が場所によって異なる厚さに調整されている。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。
【選択図】図１

Description

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。

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、下記特許文献１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。
特開平３−７９０２５号公報

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）や下記特許文献２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下記特許文献３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。
特開平４−８１３２４号公報 特開平４−２９０４２８号公報

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、下記特許文献４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。
特開平８−２２２３９９号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

このような課題を解決するために発明された解決手段について、その構成および作用効果を以下に説明する。

本発明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。

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。

このような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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、上記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も特徴とする。

このような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。
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。

以上のように、本発明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。
また、本発明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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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***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。

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。

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２５ｂ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。

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。

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。

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２５ａ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。

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１３へ流出しやすいようになっている。

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。

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。

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１１０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。

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。

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（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。

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。

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。

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。

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１１４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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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２１ｂ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２１ｃになっている点と、連通口１４及び連通口延長部１１４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。

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。

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。

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。

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２２からプラズマ処理空間１３へ流れ出る際に、連通口１４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。

しかも、その際、やはり連通口延長部１１４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１１４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）。

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。

なお、以上の実施例では、供給口延長部１１５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１１４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。

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。 そのプラズマ発生空間周りの縦断面斜視図である。 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。 真空チャンバへの装着状態を示す断面図である。 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）

Claims (2)

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、
   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、前記連通路延伸部材が場所によって異なる厚さに調整されていることを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記線状とは、直線状、曲線状、破線状、環状、円状、多角形状、スパイラル状あるいはこれらの形状の組み合わせであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
   
   

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