JPH11288798A - プラズマ生成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 処理対象物の寸法が大きくなったとき、処理
対象物の表面における電子温度分布が不均一になること
を防止することができるようにする。 【解決手段】 領域分割部３０は、リング状の放電用電
極１５の近傍でこの放電用電極１５の内側を囲むことに
より、筒状の真空容器１１の内部領域をその中心軸Ｚに
垂直な方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域
Ｒ２とに分割する。この領域分割部３０は、筒状のグリ
ッド３０１を有する。このグリッド３０１は、複数の電
子通過孔を有するとともに導電性を有する。また、この
グリッド３０１は、基板Ｗの外側に位置するように、真
空容器１１と同軸的に設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、低電子エ
ネルギープラズマを利用して負イオンプラズマを生成す
るプラズマ生成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種半導体デバイス、液晶ディス
プレイ、太陽電池等を製造する工程で、プラズマを利用
した処理が盛んに使われている。

【０００３】例えば、基板の表面に形成された薄膜をド
ライエッチングする場合は、プラズマを利用したドライ
エッチング処理が使われている。このドライエッチング
処理の具体例としては、例えば、シリコン半導体基板上
に形成された酸化シリコン膜をプラズマ中で生成される
活性種やイオンの作用を利用してエッチングする処理が
挙げられる。

【０００４】また、基板の表面に所定の薄膜を形成する
場合は、プラズマを利用した成膜処理が使われている。
この成膜処理の具体例としては、例えば、プラズマによ
る気相反応を利用して基板の表面に所定の薄膜を形成す
るプラズマＣＶＤ（ChemicalVapor Deposition）処理が
挙げられる。このプラズマＣＶＤ処理の具体例として
は、例えば、シリコン半導体基板上に層間絶縁膜を形成
するた処理が挙げられる。

【０００５】すなわち、近年、半導体デバイスの高集積
化に伴って配線が多層化されている。これにより、配線
と配線との間に絶縁膜( 層間絶縁膜) を設けなければな
らなくなった。この層間絶縁膜を形成する処理として
は、ＣＶＤ処理がある。このＣＶＤ処理としては、熱Ｃ
ＶＤ処理がある。この熱ＣＶＤ処理は、反応の活性化に
必要なエネルギーとして熱を利用する処理である。すな
わち、プロセス用の反応室に導入された反応性ガスに熱
を加えて反応させることにより、層間絶縁膜を形成する
処理である。

【０００６】しかしながら、この熱ＣＶＤ処理では、比
較的に高い温度が必要なため、デバイスに不具合が生じ
ることが多い。そこで、最近では、活性化エネルギーと
して、プラズマを利用する処理が用いられるようになっ
てきた。この場合、プラズマとしては、例えば、グロー
放電を通じて生じるプラズマが利用される。

【０００７】なお、太陽電池などの基板上に所定の薄膜
を形成する場合も、プラズマＣＶＤ処理が使われてい
る。

【０００８】ところで、代表的なプラズマプロセスであ
るドライエッチングプロセスにおいては、プラズマを生
成する場合、次のような点が要求される。 （１）基板の大面積化や装置のスループットの向上に対
応できるように、均一で高密度のプラズマを生成するこ
とができること。 （２）電子デバイス構造の微細化や多層化に対応するた
めに、加工精度や選択性を向上させることができること （３）チャージアップダメージを低減するために、均一
なプラズマを生成することができること。

【０００９】このような要求に応えるために、近年、様
々なプラズマ生成装置（プラズマ源）の開発が進められ
ている。このプラズマ生成装置としては、ＥＣＲ（Elec
tron-Cyclotron-Resonance）型プラズマ生成装置、誘導
結合型プラズマ生成装置（ICP:Inductively-Coupled Pl
asma）、マイクロ表面波型プラズマ生成装置、ヘリコン
波型プラズマ生成装置、マグネトロン高周波放電型プラ
ズマ生成装置等の高密度プラズマ生成装置がある。

【００１０】これらの装置においては、プラズマの密度
として、十分な密度を得ることができる。しかしなが
ら、プラズマの均一性としては、φが３００ｍｍの範囲
内において、十分な均一性を得ることができない状況に
ある。

【００１１】また、これらの装置においては、プラズマ
の電子温度を低く抑えることが要求される。これは、プ
ロセス用ガスの過度の解離を抑制するためである。

【００１２】しかしながら、シリコン酸化膜のドライエ
ッチング用の高密度プラズマ生成装置は開発途中にあ
る。そのため、この装置では、ガスの過度の解離による
エッチングの選択性の低下と基板表面での電荷の蓄積と
が大きな課題になっている。

【００１３】現状の高密度プラズマ生成装置を用いるエ
ッチングプロセスにおいては、次のような点が現実に問
題になっている。 （１）微細なシリコン酸化膜をエッチングすることによ
ってコンタクトホールを形成する場合に、下地シリコン
に対する選択性が低下すること （２）ゲートポリシリコン電極をエッチングする場合
に、電荷蓄積によって異常なサイドエッチングが発生す
ること （３）ゲート酸化膜の絶縁破壊が発生すること

【００１４】これらの現象は、低圧高密度プラズマ生成
装置により生成されたプラズマに高エネルギー電子が多
く存在することによって発生すると考えられている。言
い換えれば、このプラズマの電子温度が高いことによっ
て発生すると考えられている。すなわち、プラズマの電
子温度が高いと、プラズマ中の解離反応が進みすぎる。
これにより、選択性の決め手となるラジカル種( ＣＦｘ
ラジカルなど) が少なくなったり、基板の表面に発生す
るシース電位（プラズマ空間の平均電位と基板表面の電
位との差）が高くなったりする。その結果、基板の凹凸
やプラズマの密度分布によるシース電位の分布により電
荷蓄積が大きくなって、上記現象が生じると考えられて
いる。なお、シース電位とは、プラズマ空間の平均電位
に対する基板表面の電位をいう。

【００１５】以上から、プロセスプラズマの電子温度を
低く抑える方法の開発が望まれる。この方法としては、
現在、パルス変調プラズマ法とグリッド制御法とが考え
られている。

【００１６】ここで、パルス変調プラズマ法とは、プラ
ズマ生成用の電極に対してプラズマ生成用の電力を断続
的に供給することにより、電子温度の低いプラズマを生
成する方法である。すなわち、給電の実行と停止とを繰
り返すことにより、電子温度の低いプラズマを生成する
方法である。言い換えれば、プラズマ生成用の電力をパ
ルス変調することにより、電子温度の低いプラズマを生
成する方法である。この場合、パルス信号としては、数
十マイクロメートル程度の短いパルス幅を有する信号が
用いられる。

【００１７】この方法によれば、ある程度のプラズマ密
度を維持しながら、電子温度を低下させることができ
る。すなわち、給電を停止した時のプラズマ密度の減衰
速度は電子温度の減衰速度より遅い。これにより、給電
の実行と停止とを操り返すことによって、ある程度のプ
ラズマ密度を維持しながら、電子温度を低下させること
ができる。

【００１８】この方法は、上述したような高密度プラズ
マ生成装置のいずれにも適用可能である。但し、この場
合、最適な電子温度を得るためのパルス変調周波数は、
各装置ごとに異なる。これは、各装置ごとに、プラズマ
密度や電子温度の立上がり時間及び減衰時間が異なるか
らである。

【００１９】また、グリッド制御法とは、グリッドによ
って真空容器の内部領域をプラズマ生成領域とプラズマ
拡散領域とに分割することにより、プラズマ拡散領域に
電子温度の低いプラズマを生成する方法である。

【００２０】図１７は、電子温度低下法として、このグ
リッド制御法を採用した従来のプラズマ生成装置の構成
を示す図である。なお、図には、グリッド制御法をマグ
ネトロン高周波放電型のプラズマ生成装置に適用した場
合を代表として示す。また、図には、このプラズマ生成
装置を有する基板表面処理装置の一例の構成を示す。さ
らに、図では、断面を示すハッチングを一部の構成要素
にのみに付す。これは、図が煩雑になるのを防止するた
めである。

【００２１】図示の装置は、平板状のグリッド４２を真
空容器４１の中心軸Ｚに対して垂直に配設することによ
り、真空容器４１の内部領域をその中心軸Ｚ方向にプラ
ズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割する
ようになっている。言い換えれば、図示のプラズマ生成
装置は、平板状のグリッド４２を基板Ｗと平行に配設す
ることにより、真空容器４１の内部領域をその中心軸Ｚ
方向にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２と
に分割するようになっている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子温
度低下法として、パルス変調プラズマ法を用いたプラズ
マ生成装置では、放電用電力が大きくなると、低い電子
温度を得ることが難しくなるという問題があった。これ
は、放電用電力が大きくなると、給電を停止したとき、
電子温度が減衰し難くなるからである。

【００２３】また、この装置では、電子温度の低いプラ
ズマを得るために、給電の停止時間を長くすると、プラ
ズマの生成効率が低下し、基板の処理効率が低下すると
いう問題があった。

【００２４】これらの問題は、電子温度低下法として、
グリッド制御法を採用したプラズマ生成装置では生じな
い。これは、この装置では、放電用電力に何ら手を加え
ないからである。

【００２５】しかしながら、この装置では、基板の寸法
が大きくなったとき、基板の表面における電子温度分布
が不均一になることがあるという問題があった。

【００２６】すなわち、この装置では、グリッド４２が
基板Ｗと平行に配設されている。これにより、基板Ｗの
寸法が大きくなると、グリッド４２の口径も大きくな
る。その結果、グリッド４２がプラズマにより加熱され
たとき、変形することがある。グリッド４２が変形する
と、基板Ｗとグリッド４２との平行度が崩れる。これに
より、基板Ｗの表面における電子温度分布が不均一にな
る。

【００２７】そこで、本発明は、処理対象物の寸法が大
きくなっても、処理対象物の表面における電子温度分布
が不均一になることを防止することができるプラズマ生
成装置を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載のプラズマ生成装置は、筒状の真空容器
と、ガス導入手段と、雰囲気排出手段と、リング状の放
電用電極と、放電用電力供給手段と、領域分割手段と、
電子温度制御手段とを備えたことを特徴とする。

【００２９】ここで、ガス導入手段は、真空容器の内部
に放電用のガスを導入する機能を有する。雰囲気排出手
段は、真空容器の内部の雰囲気を排出する機能を有す
る。放電用電極は、真空容器と同軸的に設けられ、放電
用ガスを放電させることにより、真空容器の周辺部でプ
ラズマを生成する機能を有する。放電用電力供給手段
は、放電用電極に放電用ガスを放電させるための放電用
電力を供給する機能を有する。

【００３０】領域分割手段は、放電用電極の近傍でこの
放電用電極の内側を覆うことにより、真空容器の内部領
域をその中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラ
ズマ拡散領域とに分割する。この領域分割手段は、複数
の電子通過孔を有する筒状の壁を有する。この壁は、処
理対象物の配設位置の外側に位置するように真空容器と
同軸的に設けられている。電子温度制御手段は、プラズ
マ拡散領域のプラズマの電子温度を制御する機能を有す
る。

【００３１】この請求項１記載の装置によれば、真空容
器の内部領域を真空容器の中心軸に垂直な方向にプラズ
マ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割することができ
る。これにより、処理対象物の寸法が大きくなった場合
でも、壁の強度が低下することを防止することができ
る。その結果、壁の変形によって処理対象物の表面の電
子温度分布が不均一になることを防止することができ
る。

【００３２】また、この装置によれば、真空容器の内部
領域をプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域とに分割す
ることができる。これにより、プラズマ生成領域のプラ
ズマに影響を与えることなく、プラズマ拡散領域のプラ
ズマを制御することができる。その結果、プラズマ拡散
領域のプラズマの制御性を高めることができる。

【００３３】さらに、この装置によれば、領域分割手段
が放電用電極の近傍に設けられている。これにより、プ
ラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を効果的に制御す
ることが可能となる。

【００３４】さらにまた、この装置によれば、領域分割
手段が処理対象物の外側に位置するように配設されてい
る。これにより、処理対象物の全面でプラズマ密度を均
一にすることができる。その結果、処理対象物の全面で
プラズマ処理を均一にすることができる。

【００３５】請求項２記載のプラズマ生成装置は、請求
項１記載の装置において、壁が導電性を有することを特
徴とする。

【００３６】この請求項２記載の装置によれば、導電性
を有する壁によって領域分割を行うことができる。これ
により、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度をプラ
ズマ生成領域のプラズマの電子温度より低くすることが
できる。

【００３７】請求項３記載のプラズマ生成装置は、請求
項２記載の装置において、電子温度制御手段が絶縁手段
を有することを特徴とする。ここで、絶縁手段は、壁を
基準電位点から電気的に絶縁する機能を有する。

【００３８】この請求項３記載の装置によれば、壁を基
準電位点から電気的に絶縁することができる。これによ
り、壁の電気的特性を制御することが可能となる。その
結果、この壁を使って、プラズマ拡散領域のプラズマの
電子温度を制御することが可能となる。

【００３９】請求項４記載のプラズマ生成装置は、請求
項３記載の装置において、電子温度制御手段が容量性素
子を有することを特徴とする。ここで、容量性素子は、
壁と基準電位点との間に挿入されている。

【００４０】この請求項４記載の装置によれば、壁の高
周波インピーダンスを小さくすることができる。これに
より、放電用電極に高周波電力を印加することによって
プラズマ空間電位が変動しても、壁の電位が変動するこ
とを抑制することができる。その結果、壁の表面に発生
するシース電位を所望の電位に設定することができる。
これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を
かなり低い温度まで下げることができる。

【００４１】請求項５記載のプラズマ生成装置は、請求
項３記載の装置において、電子温度制御手段が電位制御
手段を有することを特徴とする。ここで、電位制御手段
は、壁の電位を制御する機能を有する。

【００４２】この請求項５記載の装置によれば、壁の電
位を制御することができる。これにより、壁の表面に発
生するシース電位を制御することができる。その結果、
プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御すること
ができる。

【００４３】請求項６記載のプラズマ生成装置は、請求
項３記載の装置において、電子温度制御手段が、電位制
御手段と、容量性素子とを有することを特徴とする。こ
こで、電位制御手段は、壁の電位を制御する機能を有す
る。容量性素子は、壁と基準電位点との間に挿入されて
いる。

【００４４】この請求項６記載の装置によれば、プラズ
マ拡散領域のプラズマの電子温度をかなり低い温度まで
下げることができるとともに、この電子温度を広い範囲
に亘って制御することができる。

【００４５】請求項７記載のプラズマ生成装置は、請求
項４または６記載の装置において、容量性素子が可変容
量性素子であることを特徴とする。

【００４６】この請求項７記載の装置によれば、容量性
素子の容量を制御することができる。これにより、壁の
高周波インピーダンスを制御することができる。その結
果、壁の表面に発生するシース電位を制御することがで
きる。これにより、プラズマ拡散領域のプラズマの電子
温度を制御することができる。

【００４７】請求項８記載のプラズマ生成装置は、請求
項５または６記載の装置において、電位制御手段が壁の
直流電位を制御することを特徴とする。

【００４８】この請求項８記載の装置によれば、プラズ
マ拡散領域のプラズマの電子温度を広範囲に亘って連続
的に制御することができる。

【００４９】請求項９記載のプラズマ生成装置は、請求
項１，２，３，４，５，６，７または８記載の装置にお
いて、電子温度制御手段が面積調整手段を有することを
特徴とする。ここで、面積調整手段は、複数の電子通過
孔の総面積を調整する機能を有する。

【００５０】この請求項９記載の装置によれば、複数の
電子通過孔の総面積を調整することができる。これによ
り、電子通過孔に発生するシース電位を制御することが
できる。その結果、プラズマ拡散領域のプラズマの電子
温度を制御することができる。

【００５１】なお、面積調整手段としては、例えば、各
電子通過孔の面積を調整することにより複数の電子通過
孔の総面積を調整する手段であってもよいし、電子通過
孔の数を調整することにより、上記総面積を調整するも
のであってもよい。

【００５２】請求項１０記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８または９記載の装
置において、壁が複数の小壁を有するように分割され、
電子温度制御手段が複数の小壁の間隔を調整可能な間隔
調整手段を有することを特徴とする。

【００５３】この請求項１０記載の装置によれば、複数
の小壁の間隔を調整することができる。これにより、複
数の小壁間に発生する電位バリアを制御することができ
る。その結果、プラズマ拡散領域の電子エネルギー分布
の広さを制御することができる。これにより、壁をバイ
アスする必要がない。その結果、反応ガスを用いるプロ
セスにおいて、壁の表面に絶縁膜が形成された場合で
も、プラズマ拡散領域のプラズマの電子温度を制御する
ことができる。

【００５４】請求項１１記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９または１０記
載の装置において、電子温度制御手段が間隔調整手段を
有することを特徴とする。ここで、間隔調整手段は、壁
と放電用電極との間隔を調整可能となっている。

【００５５】この請求項１１記載の装置によれば、壁と
放電用電極との間隔を調整することができる。これによ
り、壁の表面に発生するシース電位を制御することがで
きる。その結果、壁によって形成される電位バリアを制
御することができる。これにより、この電位バリアを乗
り越えられる電子が持っているエネルギーが変化する。
その結果、プラズマ拡散領域の電子温度を制御すること
ができる。

【００５６】また、この装置によれば、プラズマの生成
効率の低下と装置の大型化を防止することができる。す
なわち、壁と放電用電極との間隔が小さすぎると、壁と
放電用電極との間に放電が発生する。これにより、プラ
ズマの生成効率が低下する。逆に、大きすぎると、装置
が大型化する。以上から、壁と放電用電極との間隔を調
整することができることにより、プラズマの生成効率の
低下と装置の大型化を防止することができる。

【００５７】請求項１２記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０または
１１記載の装置において、壁と放電用電極との間隔が両
者の間に異常放電が発生しないような間隔に設定されて
いることを特徴とする。

【００５８】この請求項１２記載の装置によれば、壁と
放電用電極との間で異常放電が発生しないようにするこ
とができる。これにより、プラズマの生成効率を高める
ことができる。

【００５９】請求項１３記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１
または１２記載の装置において、壁が真空容器の中心軸
と平行になるように設定されていることを特徴とする。

【００６０】この請求項１３記載の装置によれば、壁を
容易に形成することができる。

【００６１】請求項１４記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１
１，１２または１３記載の装置において、壁が処理対象
物側を向くように、真空容器の中心軸に対して傾けられ
ていることを特徴とする。

【００６２】この請求項１４記載の装置によれば、処理
対象物の表面におけるプラズマ密度を高めることができ
る。これにより、処理対象物の処理効率を高めることが
できる。

【００６３】請求項１５記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１
１，１２，１３または１４記載の装置において、壁が誘
電体によって覆われていることを特徴とする。

【００６４】この請求項１５記載の装置によれば、壁と
プラズマとの相互作用によって壁の表面から金属製の不
純物が出るのを防止することができる。これにより、処
理対象物が不純物により汚染されるのを防止することが
できる。

【００６５】請求項１６記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１
１，１２，１３，１４または１５記載の装置において、
領域分割手段が、リング状の第１，第２の仕切り板を有
することを特徴とする。ここで、第１の仕切り板の外縁
部は真空容器の内壁側に固定されている。この仕切り板
の内縁部には壁の一端部側が固定されている。第２の仕
切り板は、第１の仕切板とともに放電用電極を挟むよう
に配設されている。この仕切り板の外縁部は真空容器の
内壁側に固定されている。この仕切り板の内縁部には壁
の他端部側が固定されている。

【００６６】この請求項１６記載の装置によれば、放電
用電極をその内側から覆う領域分割手段を簡単に構成す
ることができる。

【００６７】請求項１７記載のプラズマ生成装置は、請
求項１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１
１，１２，１３，１４，１５または１６記載の装置にお
いて、複数の電子通過孔が格子状に配列されていること
を特徴とする。

【００６８】この請求項１７記載の装置によれば、電子
通過孔を有する壁を簡単に構成することができる。

【００６９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００７０】［１］第１の実施の形態 ［１−１］構成 図１は、本発明の第１の実施の形態の構成を示す側断面
図である。なお、図１には、本発明をマグネトロン高周
波放電型のプラズマ生成装置に適用した場合を代表とし
て示す。また、図１には、本発明を基板表面処理装置の
プラズマ生成装置に適用した場合を代表として示す。さ
らに、図１では、断面を示すハッチングを一部の構成要
素にのみ示す。これは、図が煩雑になるのを防止するた
めである。

【００７１】図示の基板表面処理装置は、例えば円筒状
の真空容器１１と、ガス導入部１２と、ガス導入管１３
と、雰囲気排出部１４とを有する。ここで、真空容器１
１は、プラズマ生成空間を形成する機能を有する。ガス
導入部１２とガス導入管１３は、真空容器１１の内部に
放電用のガスを導入する機能を有する。雰囲気排出部１
４は、真空容器１１の内部の雰囲気を排出する機能を有
する。

【００７２】また、この装置は、例えば円筒状の放電用
電極１５と、高周波発振器１６と、整合回路１７と、円
形のリング状の遮蔽カバー１８と、円形のリング状の絶
縁体１９，２０とを有する。ここで、放電用電極１５
は、マグネトロン放電用の高周波電界を形成する機能を
有する。高周波発振器１６は、放電用電極１５に供給す
る放電用の高周波電力を発生する機能を有する。整合回
路１７は、高周波発振器１６と放電用電極１５との整合
をとる機能を有する。遮蔽カバー１８は、放電用電極１
５によって形成される高周波電界を遮蔽する機能を有す
る。絶縁体１９，２０は、真空容器１１と放電用電極１
５との間を絶縁する機能を有する。

【００７３】さらに、この装置は、円盤状の上部電極２
１と、円盤状の下部電極２２と、高周波発振器２３と、
整合回路２４と、直流阻止コンデンサ２５と、絶縁体２
６とを有する。ここで、上部電極２１と下部電極２２と
は、平行平板電極を形成する。高周波発振器２３は、上
部電極２１に高周波電力を供給する機能を有する。整合
回路２４は、高周波発振器２３と上部電極２１との整合
をとる機能を有する。直流阻止コンデンサ２５は、上部
電極２１に直流電流が供給されるのを阻止する機能を有
する。絶縁体２６は、上部電極２１と真空容器１１との
間を絶縁する機能を有する。

【００７４】さらにまた、この装置は、２つの円形のリ
ング状の永久磁石２７，２８と、円形のリング状の電界
遮蔽部２９とを有する。ここで、永久磁石２７，２８
は、真空容器１１の内部に磁界を形成する機能を有す
る。電界遮蔽部２９は、真空容器１１の内部に形成され
た高周波電界を遮蔽する機能を有する。

【００７５】また、この装置は、領域分割部３０を有す
る。ここで、領域分割部３０は、真空容器１１の内部領
域をその径方向（真空容器１１の中心軸Ｚと垂直な方
向）にプラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２と
に分割する機能を有する。

【００７６】上記円筒状の真空容器１１は、例えば、中
心軸Ｚが鉛直方向に向くように配設されている。また、
この真空容器１１は、上部容器１１１と下部容器１１２
とを有するように水平に分割されている。上部容器１１
１は、上端部が閉塞され、下端部が開口されている。逆
に、下部容器１１２は、上端部が開口され、下端部が閉
塞されている。

【００７７】上部電極１１１と下部電極１１２との間に
は、リング状の放電用電極１５が配設されている。この
場合、この放電用電極１５は、真空容器１１と同軸的に
配設されている。また、上部容器１１１と放電用電極１
５とは、絶縁体１９によって絶縁されている。同様に、
下部容器１１２と放電用電極１５とは、絶縁体２０によ
って絶縁されている。さらに、下部容器１１２は接地さ
れている。上部容器１１１は、遮蔽カバー１８と下部容
器１１２とを介して接地されている。

【００７８】上記ガス導入部１２は、上部容器１１１の
天板１ａに設けられている。上記雰囲気排出部１４は、
下部容器１１２の底板２ａに設けられている。

【００７９】上記円盤状の電極２１，２２は、互いに平
行にかつ対向するように配設されている。また、これら
は、水平に配設されている。すなわち、真空容器１１の
中心軸Ｚに垂直に配設されている。さらに、上部電極２
１は、絶縁体２６によって上部容器１１１と絶縁されて
いる。上記遮蔽カバー１８は、放電用電極１５と永久磁
石２７，２８とを外側から覆うように真空容器１１に取
り付けられている。

【００８０】上記リング状の永久磁石２７，２８は、真
空容器１１と同軸的に配設されている。また、これら
は、放電用電極１５を囲むように配設されている。さら
に、これらは、真空容器１１の中心軸Ｚ方向に所定間隔
離れるように配設されている。この場合、永久磁石２７
は、放電用電極１５の上端部側に位置決めされている。
逆に、永久磁石２８は、下端部側に位置決めされてい
る。

【００８１】永久磁石２７，２８は、径方向に着磁され
ている。この場合、これらは、互いに逆向きに着磁され
ている。すなわち、今、例えば永久磁石２７の内側部分
がＮ極、外側部分がＳ極に着磁されているとすると、永
久磁石２８の内側部分はＳ極、外側部分はＮ極に着磁さ
れている。これにより、永久磁石２７の内側部分から真
空容器１１の中心軸Ｚ側に向かって延在した後、永久磁
石２８の内側部分に戻る磁力線が形成される。この磁力
線は、真空容器１１の中心軸Ｚにほぼ平行な部分を有す
る。この部分の長さは、中心軸Ｚに近づくほど長くな
る。この場合、磁力線は、永久磁石２７の各部から出力
される磁力線の相互作用により、原理的には、最高でも
真空容器１１の中心軸Ｚ上で折り返す。

【００８２】上記リング状の電界遮蔽部２９は、真空容
器１１と同軸的に配設されている。この場合、この電界
遮蔽部２９は、下部電極２２の周縁部と下部容器１１２
の側壁との間に挿入されている。また、この電界遮蔽部
２９は、２枚のリング状の金属遮蔽板２９１，２９２を
有する。この２枚の金属遮蔽板２９１，２９２は、真空
容器１１の中心軸Ｚ方向に所定間隔離れるようにして平
行に配設されている。

【００８３】各金属遮蔽板２９１，２９２には、真空容
器１１の内部の雰囲気を排出するための排気孔が形成さ
れている。この場合、金属遮蔽板２９１に形成された排
気孔と金属遮蔽板２９２に形成された排気孔とは、全体
的に重なることがないように設定されている。すなわ
ち、一部が重なるか、または、全く重ならないように形
成されている。これにより、高周波電界の遮蔽機能と雰
囲気の排出機能の両方が得られる。

【００８４】上記円筒状の領域分割部３０は、真空容器
１１と同軸的に配設されている。また、この領域分割部
３０は、放電用電極１５の近傍でこの放電用電極１５の
内側を覆うように配設されている。これにより、真空容
器１１の内部領域がその中心軸Ｚに垂直な方向にプラズ
マ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割され
る。

【００８５】図２は、この領域分割部３０を拡大して示
す側断面図である。図示のごとく、領域分割部３０は、
１つの円筒状のグリッド３０１と、２つの円形のリング
状の仕切板３０２，３０３とを有する。

【００８６】円筒状のグリッド３０１は、真空容器１１
と同軸的に配設されている。これにより、このグリッド
３０１は、真空容器１１の中心軸Ｚと平行に配設されて
いる。また、このグリッド３０１は、放電用電極１５と
対向するように配設されている。さらに、このグリッド
３０１は、リング状の仕切り板３０２，３０３を介して
真空容器１１に固定されている。

【００８７】この場合、仕切板３０２，３０３は、真空
容器１１と同軸的に配設されている。また、仕切り板３
０２，３０３は平行に配設されている。さらに、仕切り
板３０２の外縁部は、上部容器１１１の側壁に固定さ
れ、内縁部には、グリッド３０１の上端部が固定されて
いる。さらにまた、仕切り板３０３の外縁部は、下部容
器１１２の側壁に固定され、内縁部には、グリッド３０
１の下端部が固定されている。また、仕切り板３０２，
３０３は、グリッド３０１と放電用電極１５との間隔を
両者の間で異常放電が発生しないような間隔に設定する
ようになっている。

【００８８】グリッド３０１と仕切板３０２，３０３と
は、例えば、金属により形成されている。これにより、
これらは、導電性を有する。この金属としては、例え
ば、ステンレスが用いられている。この場合、グリッド
３０１と仕切板３０２，３０３の全体を金属で形成して
もよいし、表面だけを金属で形成してもよい。また、グ
リッド３０１と仕切板３０２，３０３の表面は、プラズ
マに強い誘電体で覆われている。すなわち、プラズマと
反応し難い誘電体で覆われている。この誘電体として
は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、セラミックス等がある。

【００８９】［１−２］動作 上記構成において、動作を説明する。

【００９０】まず、プラズマを生成し、このプラズマを
使って基板Ｗの表面に所定の処理を施す場合の動作を説
明する。

【００９１】この場合、基板Ｗは、図１に示すように、
下部電極２２の上面に載置される。また、この場合、ガ
ス導入部１２から真空容器１１の内部に放電用ガスが導
入される。この放電用ガスは、上部電極２１に形成され
たガス分散孔２１１を介して真空容器１１の内部に均一
に分散される。さらに、この場合、放電用ガスがガス導
入管１３を介して真空容器１１の内部に導入される。さ
らにまた、この場合、真空容器１１の内部に存在する雰
囲気が雰囲気排出部１４を介して排出される。これによ
り、真空容器１１の内部が減圧状態に設定される。

【００９２】また、この場合、放電用電極１５に高周波
発振器１６から整合回路１７を介して高周波電力が供給
される。この高周波電力の周波数は、例えば、１３．５
６ＭＨｚに設定され、電力量は、例えば、５００Ｗに設
定されている。さらに、この場合、上部電極２１に高周
波発振器２３から整合回路２４と直流阻止コンデンサ２
５とを介して高周波電力が供給される。この高周波電力
の周波数は、例えば、１００ＭＨｚに設定され、電力量
は、例えば、１００Ｗに設定されている。

【００９３】放電用電極１５に高周波電力が供給される
ことにより、この放電用電極１５の電位が変動する。こ
れにより、真空容器１１の内部に、高周波電界が形成さ
れる。この高周波電界と永久磁石２７，２８により形成
される磁界との相互作用により真空容器１１の内部にプ
ラズマが生成される。

【００９４】すなわち、放電用電極１５によって形成さ
れる高周波電界は、真空容器１１の中心軸Ｚ方向に向か
う。また、永久磁石７，２８によって形成される磁力線
は、真空容器１１の中心軸Ｚにほぼ平行な部分を有す
る。これにより、真空容器１１の内部にほぼ直交する高
周波電界と磁界とが形成される。その結果、放電用電極
１５の近傍で、電子が磁力線にトラップされるととも
に、マグネトロン運動する。このマグネトロン運動によ
り、電子が加速され、放電用ガスが電離させられる。こ
のマグネトロン放電により真空容器１１の内部にプラズ
マが生成される。以下、このプラズマを第１のプラズマ
という。

【００９５】また、上部電極２１に高周波電力が供給さ
れることにより、この上部電極２１の電位が変動する。
これにより、真空容器１１の内部に真空容器１１の中心
軸Ｚ方向に向かう高周波電界が形成される。この高周波
電界と永久磁石２７，２８により形成される磁界との相
互作用により真空容器１１の内部にプラズマが生成され
る。

【００９６】すなわち、上記高周波電界が形成される
と、永久磁石２７，２８によって形成された磁力線上に
トラップされている高エネルギー電子が磁力線上を真空
容器１１の中心軸Ｚ方向に高周波振動する。この高周波
振動により高エネルギー電子がが加熱される。この加熱
により放電用ガスが放電させられる。この高周波振動放
電によりプラズマが生成される。以下、このプラズマを
第２のプラズマという。

【００９７】上述した第１，第２のプラズマが形成され
ることにより、表面処理用の化学反応が活性化される。
これにより、基板Ｗの表面に所定の処理が施される。

【００９８】第１のプラズマの密度は、真空容器１１の
中心軸Ｚから離れるにつれて高くなる。言い換えれば、
放電用電極１５の内側の側面に近づくにつれて高くな
る。これは、放電用電極１５の内面に近づくにつれて、
放電用電極１５により形成される電界と永久磁石２７，
２８より形成される磁界とが強くなるからである。すな
わち、これらが強くなることにより、マグネトロン放電
が活発になるからである。

【００９９】第２のプラズマの密度は、真空容器１１の
中心軸Ｚに近づくにつれて高くなる。これは、この中心
軸Ｚに近づくにつれて、永久磁石２６，２７によって形
成される磁力線のうち、この中心軸Ｚにほぼ平行な部分
の長さが長くなるからである。すなわち、この平行部分
の長さが長くなることにより、高エネルギー電子が真空
容器１１の中心軸Ｚ方向に加速運動可能な距離が長くな
るからである。

【０１００】第１のプラズマの密度は、高周波発振器１
６から出力される高周波電力の大きさに依存する。した
がって、この高周波電力の大きさを制御することによ
り、第１のプラズマの密度を制御することができる。同
様に、第２のプラズマの密度は、高周波発振器２３から
出力される高周波電力の大きさに依存する。したがっ
て、この高周波電力の大きさを制御することにより、第
２のプラズマの密度を制御することができる。

【０１０１】これにより、２つの高周波電力の大きさを
制御することによって、真空容器１１の径方向のプラズ
マ密度の分布を制御することができる。その結果、ガス
の圧力が低い場合であっても、真空容器１１の内部の周
辺部から中央部に亘って全体的に高密度でかつ密度分布
の均一なプラズマを生成することができる。

【０１０２】以上が、プラズマを生成し、このプラズマ
を使って基板Ｗの表面に所定の処理を施す場合の動作で
ある。

【０１０３】次に、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの
電子温度を低下させる場合の動作を説明する。

【０１０４】領域分割部３０は、放電用電極１５の近傍
でこの放電用電極１５を内側から囲むようになってい
る。これにより、真空容器１１の内部領域のうち、第１
のプラズマが多く生成される領域が領域分割部３０によ
って囲まれる。この領域分割部３０のグリッド３０１
は、仕切板３０２，３０３と直接接続されている。これ
により、グリッド３０１の電位は、仕切板３０２，３０
３の電位と同じ電位に設定されている。仕切板３０２は
容器１１１、１１２と遮蔽カバー１８とを介して接地さ
れている。また、仕切板３０３も、下部容器１１２を介
して接地されている。これにより、仕切板３０２，３０
３とグリッド３０１の電位は零電位に設定されている。

【０１０５】ところで、プロセスプラズマにおいては、
電子の温度がイオンの温度よりはるかに高く、電子の質
量がイオンの質量よりはるかに小さい。これにより、こ
のプラズマにおいては、電子の移動度がイオンの移動度
より十分大きくなる。その結果、プラズマ生成領域Ｒ１
でプラズマが生成されると、電子がイオンより早く領域
分割部３０の壁の方に移動する。これにより、プラズマ
中には、イオンが電子より多く残されてしまう。その結
果、プラズマ中の電位（プラズマ空間電位）が領域分割
部３０の壁の電位より高くなる。これにより、プラズマ
空間電位に対する壁電位（シース電位）が負の方向に大
きくなる。その結果、プラズマ中から壁の方に拡散する
電子が追い返され、プラズマ中から壁の方に拡散するイ
オンが加速される。

【０１０６】領域分割部３０の壁が金属製のグリッド３
０１により構成される場合、エネルギーの低い電子は、
グリッド３０１の表面に発生するシース電位によって追
い返される。これに対し、エネルギーの高い電子は、こ
のシース電位を乗り越え、グリッド３０１の電子通過孔
を介してプラズマ拡散領域Ｒ２に移動する。

【０１０７】プラズマ拡散領域Ｒ２に移動した高エネル
ギー電子は、この領域Ｒ２で加速され、中性ガス分子と
操り返し衝突する。この衝突により、高エネルギー電子
は、持っているエネルギーを失って低エネルギー電子に
なる。また、高エネルギー電子が中性ガス分子と衝突す
ることにより、新たな放電が発生する。その結果、プラ
ズマ拡散領域Ｒ２には、電子温度が低いプラズマが生成
される。

【０１０８】以上が、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマ
の電子温度を低下させる動作である。

【０１０９】［１−３］効果 以上詳述した本実施の形態によれば、次のような効果を
得ることができる。

【０１１０】（１）まず、本実施の形態によれば、真空
容器１１の内部領域をその中心軸Ｚに垂直な方向にプラ
ズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割する
ことができる。これにより、基板Ｗの寸法が大きくなっ
た場合に、グリッド３０１の強度が低下することを防止
することができる。その結果、このような場合に、グリ
ッド３０１の変形によって、基板Ｗの表面の電子温度分
布が不均一になることを防止することができる。

【０１１１】（２）また、真空容器１１の内部領域をプ
ラズマ生成領域Ｒ１とプラズマ拡散領域Ｒ２とに分割す
ることにより、プラズマ生成領域Ｒ１のプラズマに影響
を与えることなく、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマを
制御することができる。これにより、プラズマ拡散領域
Ｒ２のプラズマの制御性を高めることができる。

【０１１２】（３）さらに、本実施の形態によれば、導
電性を有するグリッド３０１によって領域分割を行うよ
うになっている。これにより、プラズマ拡散領域Ｒ２の
プラズマの電子温度をプラズマ生成領域Ｒ１のプラズマ
の電子温度より低くすることができる。

【０１１３】（４）さらにまた、導電性を有するグリッ
ド３０１によって領域分割を行うことにより、プラズマ
拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を容易に制御するこ
とができる。

【０１１４】（５）また、本実施の形態によれば、金属
製のグリッド３０１の表面をプラズマに強い誘電体で覆
うようになっている。これにより、グリッド３０１の表
面から金属製の不純物が出て、基板Ｗを汚染してしまう
ことを防止することができる。

【０１１５】すなわち、グリッド３０１の表面を誘電体
で覆わない場合、グリッド３０１とプラズマとの相互作
用によって、グリッド３０１の表面からプラズマ空間に
金属製の不純物が出ることがある。これにより、基板Ｗ
を汚染してしまうことがある。これに対し、グリッド３
０１の表面をプラズマに強い誘電体で覆うことにより、
グリッド３０１とプラズマとの相互作用を防止すること
ができる。これにより、グリッド３０１の表面から金属
製の不純物が出て、基板Ｗを汚染してしまうことを防止
することができる。

【０１１６】（６）さらに、本実施の形態によれば、領
域分割部３０を円筒状のグリッド３０１とリング状の仕
切板３０２，３０３とで形成するようになっている。こ
れにより、放電用電極１５を確実に覆うことができると
ともに、領域分割部３０を簡単に構成することができ
る。

【０１１７】（７）また、本実施の形態によれば、電子
通過孔を有する壁をグリッド３０１により形成するよう
になっている。これにより、この壁を簡単に構成するこ
とができる。

【０１１８】（８）また、本実施の形態によれば、グリ
ッド３０１を真空容器１１の中心軸ｚと平行に配設する
ようになっている。これにより、グリッド３０１を容易
に構成することができる。

【０１１９】（９）また、本実施の形態によれば、放電
用電極１５とグリッド３０１との間隔が、両者の間に異
常放電が発生しないような間隔に設定されている。これ
により、プラズマ生成領域Ｒ１におけるプラズマの生成
効率を高めることができる。

【０１２０】［１−４］変形例 以上の説明では、グリッド３０１と仕切板３０２，３０
３とを金属で形成する場合を説明した。しかしながら、
本実施の形態では、金属以外の導電体で形成するように
してもよい。また、本実施の形態では、グリッド３０１
にバイアスをかけないので、これらを導電体以外の材料
で形成するようにしてもよい。例えば、プロセスによっ
ては、グリッド３０１の表面に自然に誘電体が形成され
る場合がある。このような場合は、グリッド３０１を最
初から絶縁材料によって形成する必要がある。

【０１２１】［２］第２の実施の形態 図３は、本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。なお、図３において、先の図２とほぼ
同一機能を果たす部分には、同一符号を付して詳細な説
明を省略する。

【０１２２】先の実施の形態では、グリッド３０１を仕
切板３０２，３０３に直接固定する場合を説明した。こ
れに対し、本実施の形態では、図３に示すように、グリ
ッド３０１を２つの円形のリング状の絶縁体３０４，３
０５を介して仕切板３０２，３０３に固定するようにし
たものである。ここで、絶縁体３０４は、グリッド３０
１の上端部と仕切板３０２の内縁部との間に挿入され、
絶縁体３０５は、グリッド３０１の下端部と仕切板３０
３の内縁部との間に挿入されている。

【０１２３】このような構成によれば、グリッド３０１
の電気的特性を制御することが可能となる。これによ
り、グリッド３０１を使って、プラズマ拡散領域Ｒ２の
電子温度を制御することが可能となる。

【０１２４】［３］第３の実施の形態 図４は、本発明の第３の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。なお、図４において、先の図３に示す
構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符
号を付して詳細な説明を省略する。

【０１２５】本実施の形態は、図４に示すように、第２
の実施の形態において、グリッド３０１とアースとの間
に容量が十分大きなコンデンサ３１を挿入するようにし
たものである。この場合、コンデンサ３１は、例えば、
複数設けられている。この複数のコンデンサ３１は真空
容器１１の中心軸Ｚの周りに均等に配設されている。

【０１２６】このような構成によれば、プラズマ拡散領
域Ｒ２のプラズマの電子温度をかなり低い温度（例え
ば、０．０２ｅＶ）まで下げることができる。

【０１２７】すなわち、コンデンサ３１を挿入しない構
成では、周波数が１３．５６ＭＨｚのような高周波電力
を放電用電極１５に印加して第１のプラズマを生成する
場合、放電用電極１５の電位が変化する。これにより、
プラズマ空間電位が変化する。その結果、グリッド３０
１の電位が変化する。これにより、グリッド３０１の表
面に発生するシース電位として、所望の電位を設定する
ことができない。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２のプ
ラズマの電子温度として、あまり低い温度を得ることが
できない。

【０１２８】これに対し、本実施の形態では、コンデン
サ３１によって、グリッド３０１の高周波インピーダン
スを小さくすることができる。これにより、放電用電極
１５の電位が変化しても、グリッド３０１の電位をほぼ
ー定にすることができる。その結果、グリッド３０１の
表面に発生するシース電位として、所望の電位を設定す
ることができる。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２の電
子温度として、かなり低い温度を得ることができる。

【０１２９】［４］第４の実施の形態 図５は、本発明の第４の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。なお、図５において、先の図３に示す
構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同一符
号を付して詳細な説明を省略する。

【０１３０】本実施の形態は、図５に示すように、第２
の実施の形態において、グリッド３０１とアースとの間
に直流可変電源３２を挿入するようにしたものである。

【０１３１】このような構成によれば、直流可変電源３
２から出力される直流電圧を変えることにより、グリッ
ド３０１の直流電位を広範囲に亘って連続的に制御する
ことができる。これにより、グリッド３０１の表面に発
生するシース電位を広範囲に亘って連続的に制御するこ
とができる。その結果、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズ
マの電子温度を広範囲に亘って連続的に制御することが
できる。具体的には、この電子温度を連続的に１桁以上
制御することができる。

【０１３２】これを図６及び図７を用いて説明する。こ
れらは、本実施の形態の実験結果を示す特性図である。
なお、これらは、平行平板電極（上部電極２１と下部電
極２２）に高周波電力を供給しない状態で実験を行った
場合の結果を示す。

【０１３３】図６は、グリッド３０１の直流電位Ｖ
_Ｇ（Ｖ：ボルト）に対するプラズマの電子温度Ｔ_ｅ（ｅ
Ｖ）の依存性を示す特性図である。図６において、横軸
は、直流電位Ｖ_Ｇを示し、縦軸は、電子温度Ｔ_ｅを示
す。図示のごとく、プラズマ生成領域Ｒ１のプラズマの
電子温度Ｔ_ｅは、グリッド３０１の直流電位Ｖ_Ｇを−３
０（Ｖ）から３０（Ｖ）まで変えても、ほとんど変わら
ない。これに対し、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの
電子温度Ｔ_ｅは、約０．０２（ｅＶ）から約２．３（ｅ
Ｖ）まで変化する。

【０１３４】図７は、グリッド３０１の直流電位Ｖ_Ｇに
対するプラズマの電子密度ｎ_ｅ（×１０^９ｃｍ^−３）の
依存性を示す特性図である。図において、横軸は、グリ
ッド３０１の直流電位Ｖ_Ｇを示し、縦軸は、プラズマの
電子密度ｎ_ｅを示す。

【０１３５】上述した図６に示すように、プラズマ拡散
領域Ｒ２では、直流電位Ｖ_Ｇが負の場合、この直流電位
Ｖ_Ｇが負の方向に大きくなるにつれて、プラズマの電子
温度Ｔ_ｅは低くなる。これに対し、プラズマの電子密度
ｎ_ｅは、図７に示すように大きくなる。

【０１３６】ここで、注目すべきことは、プラズマ拡散
領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔ_ｅが低くなると、その
電子密度ｎ_ｅがプラズマ生成領域Ｒ１のプラズマの電子
密度ｎ_ｅより高くなることである。この理由は、プラズ
マ生成領域Ｒ１の高工ネルギー電子がグリッド３０１の
バイアスによって形成される電位バリアを乗り越えてプ
ラズマ拡散領域Ｒ２に移動し、このプラズマ拡散領域Ｒ
２で中性原子と衝突し、新たな放電を起こすことによ
り、低エネルギーのプラズマを生成するからであると考
えられる。

【０１３７】通常の弱電離プラズマの場合は、プラズマ
の電子密度ｎ_ｅは、プラズマの生成と拡散損失とのバラ
ンスによって決まる。このことから、プラズマ拡散領域
Ｒ２では、電子温度Ｔ_ｅが低くなるにつれて、拡散損失
が少なくなり、プラズマ生成領域Ｒ１よりも高いプラズ
マの電子密度ｎ_ｅが観測されたと考えられる。

【０１３８】なお、実験では、放電用ガスとして、アル
ゴンガスを用いた。また、このアルゴンガスの圧力を１
ｍＴｏｒｒ、グリッド３０１のメッシュサイズを１２メ
ッシュ／インチとした。

【０１３９】以上の説明では、グリッド３０１の直流電
位を制御する場合を説明した。しかしながら、本実施の
形態では、交流電位を制御するようにしてもよい。

【０１４０】［５］第５の実施の形態 図８は、本発明の第５の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。なお、図８において、先の図４及び図
５に示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素に
は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１４１】本実施の形態は、先の第３の実施の形態と
第４の実施の形態とを組み合わせるようにしたものであ
る。すなわち、図８に示すように、グリッド３０１とア
ースとの間にコンデンサ３１と直流可変電源３２とを並
列に挿入するようにしたものである。

【０１４２】このような構成によれば、プラズマ拡散領
域Ｒ２のプラズマの電子温度をかなり低い温度まで下げ
ることができるとともに、この電子温度を広範囲に渡っ
て連続的に制御することができる。

【０１４３】［６］第６の実施の形態 図９は、本発明の第６の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。なお、図９において、先の図３とほぼ
同一機能を果たす部分には、同一符号を付して詳細な説
明を省略する。

【０１４４】先の第３の実施の形態では、コンデンサと
して、容量固定型のコンデンサ３１を用いる場合を説明
した。これに対し、本実施の形態では、図９に示すよう
に、容量可変型のコンデンサ３３を用いるようにしたも
のである。

【０１４５】このような構成によれば、コンデンサ３３
の容量を変えることにより、グリッド３０１の高周波イ
ンピーダンスを制御することができる。これにより、グ
リッド３０１の表面のシース電位を制御することができ
る。その結果、放電用電極１５の電位変化に影響される
ことなく、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度
を制御することができる。

【０１４６】なお、本実施の形態は、図４に示すような
第３の実施の形態だけでなく、図８に示すような第５の
実施の形態にも適用することができる。

【０１４７】［７］第７の実施の形態 図１０は、本発明の第７の実施の形態の要部の構成を示
す側断面図である。なお、図１０において、先の図４に
示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１４８】本実施の形態は、グリッド３０１をコンデ
ンサ３１を介して接地するとともに、グリッド３０１の
メッシュサイズ（電子通過孔の大きさ）を変更すること
ができるようにしたものである。

【０１４９】本実施の形態では、メッシュサイズを変更
するために、例えば、グリッド３０１として、２つのグ
リッドを重ねた２層構造のグリッドを用いるようになっ
ている。このような構成によれば、２つのグリッドの相
対的な位置をずらすことにより、２つのグリッドの電子
通過孔の重なり具合を変更することができる。これによ
り、グリッド３０１のメッシュサイズを変更することが
できる。

【０１５０】図１０において、３４は、２つのグリッド
の相対的な位置をずらすずらし機構を示す。このずらし
機構３４としては、種々様々な機構が考えられる。した
がって、図では、このずらし機構３４を概念的に示す。
また、図では、２層構造のグリッド３０１を便宜上、１
つのグリッドで表している。

【０１５１】このような構成によれば、グリッド３０１
のメッシュサイズを変えることにより、プラズマ拡散領
域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することができる。

【０１５２】すなわち、グリッド３０１のメッシュサイ
ズを変えると、グリッド３０１の線と線の間のポテンシ
ャルバリア（電位バリア）が変化する。この場合、グリ
ッド３０１のメッシュサイズが小さくなるほど、電位バ
リアが大きくなり、メッシュサイズが大きくなるほど、
電位バリアが小さくなる。その一方、メッシュサイズが
小さくなるほど、グリッド３０１の線の表面積が大きく
なるため、高エネルギー電子がグリッド３０１の線にぶ
つかる確率が高くなる。これにより、グリッド３０１の
メッシュサイズが小さくなるほど、グリッド３０１の表
面に発生するシース電位が大きくなる。

【０１５３】以上から、グリッド３０１のメッシュサイ
ズが小さくなるほど、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマ
の電子温度が低くなる。これにより、グリッドのメッシ
ュサイズを変えることにより、プラズマ拡散領域Ｒ２の
電子温度を制御することができる。

【０１５４】これを図１１を用いて説明する。図１１
は、本実施の形態において、メッシュサイズに対するプ
ラズマの電子温度Ｔ_ｅと電子密度ｎ_ｅの依存性を示す特
性図である。なお、図１１は、平行平板電極（上部電極
２１と下部電極２２）に高周波電力を供給しない状態で
実験を行った場合の結果を示す。図において、横軸は、
メッシュサイズＭＳ（メッシュ／インチ）を示し、縦軸
は、プラズマの電子温度Ｔ_ｅと電子密度ｎ_ｅを示す。

【０１５５】図示のごとく、メッシュサイズを変えるこ
とにより、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度
Ｔ_ｅを約０．３（ｅＶ）から約２．８（ｅＶ）まで変化
させることができるとともに、プラズマの電子密度ｎ_ｅ
を約４．９（×１０^９ｃｍ^{− ３}）から１．０（×１０^９
ｃｍ^−３）まで変化させることができる。

【０１５６】なお、以上の説明では、メッシュサイズを
変えることにより、電子温度を制御する場合を説明し
た。すなわち、電子通過孔の大きさを変えることによ
り、電子温度を制御する場合を説明した。しかしなが
ら、本実施の形態は、電子通過孔の数を変えることによ
り、電子温度を制御するようにしてもよい。要は、本実
施の形態は、複数の電子通過孔の総面積を変えることに
より、電子温度を制御する構成であれば、どのような構
成であってもよい。

【０１５７】また、本実施の形態は、図４に示すような
第３の実施の形態だけでなく、図５、図８、図９に示す
ような第４、第５、第６の実施の形態にも適用すること
ができる。

【０１５８】［８］第８の実施の形態 図１２は、本発明の第８の実施の形態の要部の構成を示
す側断面図である。なお、図１２において、先の図３に
示す構成要素とほぼ同一機能を果たす構成要素には、同
一符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１５９】先の実施の形態では、グリッドとして、１
つの円筒形のグリッド３０１を用いる場合を説明した。
これに対し、本実施の形態は、グリッド３０１を水平に
分割することにより、２つの円筒形のグリッド３０１
（１），３０１（２）を用いるようにしたものである。

【０１６０】また、本実施の形態は、２つのグリッド３
０１（１），３０１（２）の鉛直方向の間隔ｄを連続的
に調整することができるようにしたものである。図にお
いて、３５が、このグリッド間隔ｄを調整するためのグ
リッド間隔調整機構を示す。このグリッド間隔調整機構
３５としては、種々様々な機構が考えられる。したがっ
て、図には、このグリッド間隔調整機構３５を概念的に
示す。

【０１６１】さらに、本実施の形態は、グリッド３０１
（１），３０１（２）とアースとの間にそれぞれコンデ
ンサ３６，３７を挿入するようにしたものである。

【０１６２】このような構成によれば、２つのグリッド
３０１（１），３０１（２）の間隔ｄを変えることによ
り、プラズマ拡散領域Ｒ２の電子温度Ｔ_ｅを制御するこ
とができる。

【０１６３】すなわち、２つのグリッド３０１（１），
３０１（２）のグリッド間隔ｄを変えると、２つのグリ
ッド３０１（１），３０１（２）間に形成される電位分
布のバリアが変わる。この場合、２つのグリッド３０１
（１），３０１（２）の間隔ｄを大きくすると、電位バ
リアが小さくなり、間隔ｄを小さくすると、電位バリア
が大きくなる。

【０１６４】電位バリアが小さくなると、電位エネルギ
ーが低い電子も電位バリアを乗り越えて、プラズマ拡敢
領域Ｒ２に入ることができるようになる。これにより、
この場合は、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子エ
ネルギー分布が広くなり、電子温度が高くなる。

【０１６５】これに対し、電位バリアが大きくなると、
電位エネルギーが低い電子は電位バリアを乗り越えて、
プラズマ拡敢領域Ｒ２に入ることができない。これによ
り、この場合は、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電
子エネルギー分布が狭くなり、電子温度が低くなる。

【０１６６】以上から、２つのグリッド３０１（１），
３０１（２）の間隔ｄを制御することにより、プラズマ
拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を制御することがで
きる。これを図１３を用いて説明する。図１３は、グリ
ッド間隔ｄに対するプラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの
電子温度Ｔ_ｅの依存性を示す特性図である。なお、図１
３は、平行平板電極（上部電極２１と下部電極２２）に
高周波電力を供給しない状態で実験を行った場合の結果
を示す。

【０１６７】図において、横軸は、グリッド間隔ｄ（ｍ
ｍ）を示し、縦軸は、プラズマの電子温度Ｔ_ｅを示す。
また、Ｚｄは、平行平板電極の間隔、すなわち、真空容
器１１の中心軸Ｚ方向の間隔を示す。図には、このＺｄ
が１０ｃｍである場合を示す。

【０１６８】図示のごとく、本実施の形態では、グリッ
ド間隔ｄを約１０（ｍｍ）から約０（ｍｍ）まで変える
ことにより、プラズマの電子温度Ｔ_ｅを約２．８（ｅ
Ｖ）から０．２（ｅＶ）まで変化させることができる。
なお、本実験では、放電用ガスとして、アルゴンガスを
用いた。また、このアルゴンガスの圧力を３ｍＴｏｒｒ
とし、放電用電極１５に供給される高周波電力の電力量
を１００Ｗとした。

【０１６９】また、本実施の形態によれば、プラズマの
電子密度と、プラズマ空間電位と、プラズマの電子温度
の分布状態を均一にすることができる。これを図１４を
用いて説明する。図１４は、プラズマ拡散領域Ｒ２にお
けるプラズマの電子密度ｎ_ｅと、プラズマ空間電位Ｖ_Ｓ
と、プラズマの電子温度Ｔ_ｅの分布状態を示す特性図で
ある。なお、図１４は、真空容器１１の径方向における
分布状態を測定した場合の結果を示す。

【０１７０】図において、横軸は、真空容器１１の中心
から径方向への距離ｒ（ｃｍ）を示し、縦軸は、プラズ
マの電子密度ｎ_ｅと、プラズマ空間電位Ｖ_Ｓ（×１０
Ｖ）と、プラズマの電子温度Ｔ_ｅとを示す。また、Ｚｄ
は、平行平板電極の間隔を示す。図には、このＺｄが１
０ｃｍ、グリッド間隔ｄが０ｍｍである場合を示す。

【０１７１】図示のごとく、本実施の形態では、距離ｒ
が約１２ｃｍ以下の範囲で、プラズマの電子密度ｎ
_ｅと、プラズマ空間電位Ｖ_Ｓと、プラズマの電子温度Ｔ
_ｅのいずれも均一に分布するようになっている。

【０１７２】さらに、本実施の形態によれば、グリッド
間隔ｄを連続的に変えるだけの比較的簡単な構成によ
り、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度Ｔ_ｅを
連続的に制御することができる。

【０１７３】さらにまた、本実施の形態によれば、グリ
ッド３０１（１），３０１（２）にバイアスをかける必
要がない。これにより、反応ガスを用いるプロセスで、
グリッド３０１（１），３０１（２）の表面に絶縁膜が
形成された場合でも、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマ
の電子温度Ｔ_ｅを制御することができる。

【０１７４】［９］第９の実施の形態 図１５は、本発明の第９の実施の形態を示す側断面図で
ある。なお、図１５において、先の図４に示す構成要素
とほぼ同じ機能を果たす構成要素には、同じ符号を付し
て詳細な説明を省略する。

【０１７５】先の実施の形態では、グリッド３０１と放
電用電極１５との間隔を一定にする場合を説明した。こ
れに対し、本実施の形態では、このグリッド・電極間隔
を調整することができるようにしたものである。このグ
リッド・電極間隔を調整する機構３６としては、種々様
々な機構が考えられる。したがって、図では、このグリ
ッド・電極間隔調整機構３６を概念的に示す。

【０１７６】このような構成によれば、グリッド３０１
と放電用電極１５との間隔を変えることができる。これ
により、プラズマ拡散領域Ｒ２のプラズマの電子温度を
制御することができる。

【０１７７】すなわち、グリッド３０１と放電用電極１
５との間隔を変えることにより、グリッド３０１の表面
に発生するシース電位を制御することができる。これに
より、グリッド３０１によって形成される電位バリアを
制御することができる。その結果、この電位バリアを乗
り越えられる電子が持っているエネルギーが変化する。
これにより、プラズマ拡散領域の電子温度を制御するこ
とができる。

【０１７８】また、本実施の形態によれば、プラズマの
生成効率の低下と装置の大型化を防止することができ
る。

【０１７９】すなわち、グリッド３０１と放電用電極１
５との間隔が小さすぎると、グリッド３０１と放電用電
極１５との間に放電が発生する。これにより、プラズマ
の生成効率が低下する。逆に、大きすぎると、装置が大
型化する。以上から、グリッド３０１と放電用電極１５
との間隔を調整することができることにより、プラズマ
の生成効率の低下と装置の大型化を防止することができ
る。

【０１８０】なお、本実施の形態は、図４に示すような
第３の実施の形態だけでなく、図３、図５、図８、図
９、図１０、図１２に示すような実施の形態にも適用す
ることができる。

【０１８１】［１０］第１０の実施の形態 図１６は、本発明の第１０の実施の形態を示す側断面図
である。なお、図１６において、先の図４に示す構成要
素とほぼ同じ機能を果たす構成要素には、同じ符号を付
して詳細な説明を省略する。

【０１８２】先の実施の形態では、グリッド３０１を真
空容器１１の中心軸Ｚと平行に設定する場合を説明し
た。これに対し、本実施の形態では、図１６に示すよう
に、グリッド３０１が基板Ｗ側に向くように真空容器１
１の中心軸に対して傾けるようにしたものである。この
ようなグリッド３０１は、例えば、円錐の上部を切断し
たような筒によって簡単に構成することができる。

【０１８３】このような構成によれば、基板Ｗの表面に
おけるプラズマ密度を高めることができる。これによ
り、基板Ｗの処理効率を高めることができる。

【０１８４】なお、本実施の形態は、図４に示すような
第３の実施の形態だけでなく、図３、図５、図８、図
９、図１０、図１２、図１５に示すような実施の形態に
も適用することができる。

【０１８５】［１１］その他の実施の形態 以上、本発明の１０個の実施の形態を説明したが、本発
明は、上述したような実施の形態に限定されるものでは
ない。

【０１８６】（１）例えば、先の実施の形態では、壁と
して、電子通過孔を格子状に並べたグリッド３０１を用
いる場合を説明した。しかしながら、本発明は、電子通
過孔を格子状以外の形状、例えば、一列に並べた壁を用
いるようにしてもよい。このような構成は、例えば、電
子通過孔として、スリット状の電子通過孔を有する壁を
用いる場合に利用できる。

【０１８７】（２）また、先の実施の形態では、本発明
を、平行平板電極を有するマグネトロン高周波放電型プ
ラズマ生成装置に適用する説明した。しかしながら、本
発明は、平行平板電極を有しないマグネトロン高周波放
電型プラズマ生成装置にも適用することができる。

【０１８８】（３）さらに、先の実施の形態では、リン
グ状の永久磁石を有するマグネトロン高周波放電型のプ
ラズマ生成装置に本発明を適用する場合を説明した。し
かしながら、本発明は、永久磁石を有しないマグネトロ
ン高周波放電型プラズマ生成装置にも適用することがで
きる。

【０１８９】（４）さらにまた、先の実施の形態では、
本発明を、マグネトロン高周波放電型プラズマ生成装置
に適用する説明した。しかしながら、本発明は、ＥＣＲ
型プラズマ生成装置、誘導結合型プラズマ生成装置、マ
イクロ表面波型プラズマ生成装置、ヘリコン波型プラズ
マ生成装置等の高密度プラズマ生成装置や負イオンプラ
ズマ生成装置等にも適用することができる。

【０１９０】（５）このほかにも、本発明は、その要旨
を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論
である。

【０１９１】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載のプラ
ズマ生成装置によれば、真空容器の内部領域を真空容器
の中心軸に垂直な方向にプラズマ生成領域とプラズマ拡
散領域に分割することができる。これにより、処理対象
物の寸法が大きくなった場合でも、壁の変形によって処
理対象物の表面の電子温度分布が不均一になることを防
止することができる。

【０１９２】また、本装置によれば、真空容器の内部領
域をプラズマ生成領域とプラズマ拡散領域に分割するこ
とができる。これにより、処理対象物の表面のプラズマ
の制御性を高めることができる。

【０１９３】さらに、本装置によれば、領域分割手段が
放電用電極の近傍に設けられている。これにより、プラ
ズマ拡散領域のプラズマの電子温度を効果的に制御する
ことが可能となる。

【０１９４】さらにまた、本装置によれば、領域分割手
段が処理対象物の外側に位置するように配設されてい
る。これにより、処理対象物の全面でプラズマ処理を均
一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の全体的な構成を示
す側断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図５】本発明の第４の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態の効果を説明するた
めの特性図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態の効果を説明するた
めの特性図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図９】本発明の第６の実施の形態の要部の構成を示す
側断面図である。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の要部の構成を示
す側断面図である。

【図１１】本発明の第７の実施の形態の効果を説明する
ための特性図である。

【図１２】本発明の第８の実施の形態の要部の構成を示
す側断面図である。

【図１３】本発明の第８の実施の形態の効果を説明する
ための特性図である。

【図１４】本発明の第８の実施の形態の効果を説明する
ための特性図である。

【図１５】本発明の第９の実施の形態の要部の構成を示
す側断面図である。

【図１６】本発明の第１０の実施の形態の要部の構成を
示す側断面図である。

【図１７】従来のプラズマ生成装置の構成を示す側断面
図である。

【符号の説明】

１１…真空容器、１１１…上部電極、１１２…下部電
極、１２…ガス導入部、１３…ガス導入管、１４…雰囲
気排出部、１５…放電用電極、１６…高周波電源、１７
…整合回路、１８…遮蔽カバー、１９，２０…絶縁体、
２１…上部電極、２２…下部電極、２３…高周波電源、
２４…整合回路、２５…直流阻止コンデンサ、２６…絶
縁体、２７，２８…永久磁石、２９…電界遮蔽部、２９
１，２９２…金属遮蔽板、３０…領域分割部、３０１…
グリッド、３０２，３０３…仕切板、３０４，３０５…
絶縁体、３１…コンデンサ、３２…直流可変電源、３３
…容量可変コンデンサ、３４…ずらし機構、３５…グリ
ッド間隔調整機構、３６，３７…コンデンサ、３８…グ
リッド・電極間隔調整機構、１ａ…天板、２ａ…底板、
Ｒ１…プラズマ生成領域、Ｒ２…プラズマ拡散領域、Ｗ
…基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/3065 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｅ (72)発明者 飯塚 哲 宮城県仙台市太白区郡山６丁目５−10− 201

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の真空容器と、 この真空容器の内部に放電用ガスを導入するガス導入手
   段と、 前記真空容器の内部の雰囲気を排出する雰囲気排出手段
   と、 前記真空容器と同軸的に設けられ、前記放電用ガスを放
   電させることにより、前記真空容器の周辺部でプラズマ
   を生成するリング状の放電用電極と、 この放電用電極に前記放電用ガスを放電させるための放
   電用電力を供給する放電用電力供給手段と、 複数の電子通過孔を有し、処理対象物の配設位置の外側
   に位置するように設けられるとともに前記真空容器と同
   軸的に設けられる筒状の壁を有し、前記放電用電極の近
   傍でこの放電用電極の内側を覆うことにより、前記真空
   容器の内部領域をその中心軸に垂直な方向にプラズマ生
   成領域とプラズマ拡散領域とに分割する領域分割手段
   と、 前記プラズマ拡散領域の前記プラズマの電子温度を制御
   する電子温度制御手段とを備えたことを特徴とするプラ
   ズマ生成装置。
2. 【請求項２】 前記壁が導電性を有することを特徴とす
   る請求項１記載のプラズマ生成装置。
3. 【請求項３】 前記電子温度制御手段が、前記壁を基準
   電位点から電気的に絶縁する絶縁手段を有することを特
   徴とする請求項２記載のプラズマ生成装置。
4. 【請求項４】 前記電子温度制御手段が、前記壁と前記
   基準電位点との間に挿入された容量性素子を有すること
   を特徴とする請求項３記載のプラズマ生成装置。
5. 【請求項５】 前記電子温度制御手段が、前記壁の電位
   を制御する電位制御手段を有することを特徴とする請求
   項３記載のプラズマ生成装置。
6. 【請求項６】 前記電子温度制御手段が、 前記壁と前記基準電位点との間に挿入された容量性素子
   と、 前記壁の電位を制御する電位制御手段とを有することを
   特徴とする請求項３記載のプラズマ生成装置。
7. 【請求項７】 前記容量性素子が可変容量性素子である
   ことを特徴とする請求項４または６記載のプラズマ生成
   装置。
8. 【請求項８】 前記電位制御手段が前記壁の直流電位を
   制御することを特徴とする請求項５または６記載のプラ
   ズマ生成装置。
9. 【請求項９】 前記電子温度制御手段が、前記複数の電
   子通過孔の総面積を調整する面積調整手段を有すること
   を特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７または
   ８記載のプラズマ生成装置。
10. 【請求項１０】 前記壁が複数の小壁を有するように分
    割され、 前記電子温度制御手段が前記複数の小壁の間隔を調整す
    る間隔調整手段を有することを特徴とする請求項１，
    ２，３，４，５，６，７，８または９記載のプラズマ生
    成装置。
11. 【請求項１１】 前記電子温度制御手段が、前記壁と前
    記放電用電極との間隔を調整可能な間隔調整手段を有す
    ることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，
    ７，８，９または１０記載のプラズマ生成装置。
12. 【請求項１２】 前記壁と前記放電用電極との間隔が両
    者の間で異常放電が発生しないような間隔に設定されて
    いることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，
    ７，８，９，１０または１１記載のプラズマ生成装置。
13. 【請求項１３】 前記壁が前記真空容器の中心軸と平行
    になるように設定されていることを特徴とする請求項
    １，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１また
    は１２記載のプラズマ生成装置。
14. 【請求項１４】 前記壁が前記処理対象物側に向くよう
    に前記真空容器の中心軸に対して傾けられていることを
    特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，８，
    ９，１０，１１，１２または１３記載のプラズマ生成装
    置。
15. 【請求項１５】 前記壁が誘電体によって覆われている
    ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７，
    ８，９，１０，１１，１２，１３または１４記載のプラ
    ズマ生成装置。
16. 【請求項１６】 前記領域分割手段が、 外縁部が前記真空容器の内壁側に固定され、内縁部に前
    記壁の一端部側が固定されたリング状の第１の仕切り板
    と、 前記第１の仕切板とで前記放電用電極を挟むように配設
    され、外縁部が前記真空容器の内壁側に固定され、内縁
    部に前記壁の他端部側が固定されたリング状の第２の仕
    切り板とを備えたことを特徴とする請求項１，２，３，
    ４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１
    ４または１５記載のプラズマ生成装置。
17. 【請求項１７】 前記複数の電子通過孔が格子状に配列
    されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，
    ５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，
    １５または１６記載のプラズマ生成装置。