JP2001035839A - プラズマ生成装置および半導体製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 矩形電極を有するプラズマ生成装置におい
て、プラズマ生成領域の中央部でも、高密度のプラズマ
を生成することができるようにする。 【解決手段】 真空容器１１は平断面矩形をしている。
放電用電極１４は矩形筒状で矩形の真空容器１１の一部
を構成しており、プラズマ生成領域４１を囲むように配
設されている。放電用電極１４を囲むように設けられた
矩形の永久磁石１５，１６は所定の磁力線４３を形成す
る。この磁力線４３は、放電用電極１４の中心軸４２と
ほぼ平行な部分を有し、この平行な部分の長さが中心軸
４２に近づくほど長くなる。一対の平行平板電極１７，
１８は矩形をしており、放電用電極１４の中心軸４２方
向におけるプラズマ生成領域４１の範囲を規定する。こ
の一対の電極１７，１８は、プラズマ生成領域４１を上
記中心軸４２方向から挟むように配設されている。ま
た、プラズマ生成装置は、プラズマ生成領域４１の中央
部を通過する磁力線４３が一対の電極１７，１８と交差
しないような形状を有するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変形マグネトロン高
周波放電型のプラズマ生成装置および半導体製造方法に
係り、特にプラズマを利用して矩形基板の各種処理を行
う装置、例えば大面積の矩形基板の表面に形成された膜
をプラズマによってドライエッチングしたり、プラズマ
による気相反応を利用して基板の表面に薄膜を形成する
プラズマＣＶＤ（化学蒸着）装置に好適なものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置等の固定デバイスの製造工程
では、基板に所定の処理を施すことが必要になる。この
基板処理方法として、例えば、プロセスを行う反応室の
中に反応性ガスを導入し、熱を加えてガスを反応させ、
基板表面に成膜する方法がある。この方法は、比較的に
高い温度が必要であるためデバイスに不具合が多い。そ
こで最近は反応の活性化に必要なエネルギーはグロー放
電を通じて生ずるプラズマによって与えられるプラズマ
ＣＶＤ法が広く使われている。

【０００３】各種液晶ディスプレイ、太陽電池等に用い
られる矩形基板の表面への成膜にもプラズマＣＶＤ法が
使われている。代表的な大型矩形基板プラズマプロセス
であるプラズマＣＶＤ法において、処理基板の大面積化
及び装置のスループットの向上に対応できる均一高密度
プラズマの生成が求められている。このような要求に対
処すべく、プラズマ源の開発が進められている。ここで
代表的な大型矩形基板とは、例えば８６０ｍｍ×６５０
ｍｍクラス又はそれ以上の大きさをいう。

【０００４】しかしながら、プラズマ源としては、通常
の平行平板型高周波放電プラズマ源に頼っているのが現
実である。通常の平行平板型高周波放電プラズマ源は、
プラズマ生成効率が低いため、プラズマＣＶＤ法を用い
て基板表面に膜を堆積させる場合、成膜レートが低いの
が問題になっている。さらに、膜厚分布の均一性も充分
とは言えない状況である。

【０００５】矩形基板に対応するために、実用化されて
いる通常の平行平板型高周波放電プラズマ源の電極も矩
形にするが、電極の角部のところに電界が集中するの
で、生成されたプラズマ密度も電極の角部のところが高
く、成膜レートも電極の角部に近い場所が高くなる。通
常の平行平板型高周波放電プラズマ源の場合は、装置の
生産性を上げるために投入する高周波電力を増やすと高
周波を印加するカソード電極表面に大きいシース電圧が
形成され易いため、電極表面からの金属汚染問題も深刻
である。ここでシース電圧とは、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。

【０００６】上述した平行平板型高周波放電プラズマ源
の他にＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ
−Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ源、誘導結合プラズマ
源（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−Ｃｏｕｐｌｅｄ
Ｐｌａｓｍａ）、マイクロ表面波、ヘリコン波等の高
密度プラズマ源はプラズマの密度は十分であるが、プラ
ズマ均一性が、上述したような大型基板のプロセスに対
応できるレベルに達してない。

【０００７】他方、リング状高周波電極を用いた変形マ
グネトロンプラズマ源（特開平７−２０１８３１号公
報）も開発されている。この公報に記載されたプラズマ
生成装置は、円筒形の放電用電極によって形成される高
周波電界とリング状の永久磁石によって形成される磁界
とによってマグネトロン放電を発生させることにより、
プラズマを生成するようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載されたプラズマ生成装置では、プラズマ生成領
域の径方向における中央部で、高密度のプラズマを生成
することができないという問題があった。これは、この
プラズマ生成装置では、プラズマが、主に、放電用電極
の表面で生成されるからである。これにより、このプラ
ズマ生成装置では、プラズマ表面処理装置を実現する場
合、プラズマ密度の均一な条件下で表面処理を行うこと
ができない。これを解決するためには、サセプタを放電
用電極からその軸方向にかなり離れた場所に設置すれば
よい。

【０００９】しかしながら、このような構成では、プラ
ズマ密度の均一な条件下で表面処理を行うことができる
ものの、真空容器のボリュームが過大になる上、プラズ
マ密度の高い条件下で表面処理を行うことができないと
いう問題が新たに生じる。これは、上述したようなプラ
ズマ生成装置では、放電用電極からその軸方向に離れる
に従い、プラズマの拡散損失によりプラズマ密度が低下
するからである。これにより、このような構成では、表
面処理の処理速度が遅くなり、ガスの利用効率及び電極
の利用効率も悪くなる。このため放電用電極の中央部で
も、周辺部と同様に、高密度のプラズマを生成すること
ができる装置が望まれる。

【００１０】そこで、本発明の目的は、上述した従来技
術の問題点を解消して、矩形の大型基板のプラズマ処理
を高速で行うことができる変形マグネトロン高周波放電
型のプラズマ生成装置および半導体製造方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のプラズマ
生成装置は、平断面形状が矩形をした内部にプラズマ生
成領域が設定される真空容器と、この真空容器の内部に
放電用の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排出手段と、前記プラズマ生
成領域を囲むように配設されて、前記ガス導入手段によ
り前記プラズマ生成領域に導入されたガスを放電させる
矩形をした筒状（以下、単に矩形筒状という）の放電用
電極と、前記ガスを放電させるために前記放電用電極に
高周波電力を供給する第１の高周波電力供給手段と、前
記プラズマ生成領域に磁力線を形成する磁力線形成手段
と、前記プラズマ生成領域を前記放電用電極の中心軸方
向から挟むように配設されて、この中心軸方向における
前記プラズマ生成領域の設定範囲を規定する一対の矩形
の平行平板電極と、を備えたことを特徴とする。矩形筒
状とは切り口が矩形をしている筒状の意である。

【００１２】ここでガス導入手段は、真空容器内部に放
電用のガスとプラズマ処理に必要な反応性ガスを導入す
る機能を有する。排気手段は、真空容器の内部に存在す
る雰囲気を真空容器の外部に排気する機能を有する。基
板を処理する真空容器が、基板と同様に矩形になるの
で、大型の矩形状基板を処理する場合でも、真空容器の
容積が過大にならず、ガスの利用効率及び高周波電力電
極の利用効率が向上する。また、プラズマを生成する高
周波電極も矩形筒状にすることによって、プラズマが生
成される空間を基板と同じように矩形にすることができ
る。したがって、真空容器の専用面積を更に小さくする
ことができ、その結果、設置するクリーンルームの占有
面積が小さくなり、クリーンルームの維持費用を低減で
きる。また、放電用電極に高周波電力を供給して形成さ
れる高周波電界と、磁力線形成手段で形成される磁力線
に基づく磁界との相互作用で効率良くガスを放電させ、
高密度のプラズマをプラズマ生成領域に生成することが
出来る。これにより、プラズマ生成効率を通常の容量結
合平行平板方式より、例えば１０倍以上も向上させるこ
とが出来る。

【００１３】請求項２に記載のプラズマ生成装置は、磁
力線形成手段が、前記矩形をした筒状の放電用電極の中
心軸とほぼ平行な部分を有し、この平行な部分の長さが
前記中心軸に近づくほど長くなるような磁力線を形成す
ることを特徴とする。矩形筒状の放電用電極表面に平行
な磁界成分を作ることによって、電極に高周波電力を印
加すると電界と磁界の相互作用で電極表面においてマグ
ネトロン放電が発生し、低いガス圧力でも効率よくプラ
ズマを生成することが出来る。その他に、矩形筒状の放
電用電極表面に平行な磁界成分を形成することで、質量
が軽い電子は磁界にトラップされ、電極表面に入り難く
なるが、質量が重いイオンは磁界の影響を受けずに電極
表面に入るので電極表面にチャージアップする電荷の数
が少なく、電極表面に形成されるシース電圧が小さいた
め、電極表面から発生する金属汚染を抑制することが出
来る。

【００１４】請求項３記載のプラズマ生成装置は、磁力
線形成手段が矩形筒状の放電用電極と同軸的で前記放電
用電極を囲むように配設された矩形の永久磁石からな
り、この永久磁石は中心軸方向に２つ配置され、かつ径
方向に着磁された極性が互いに逆向きになっていること
を特徴とする。磁界の形成には矩形をした永久磁石（以
下、単に矩形永久磁石という）を用いることにより、矩
形筒状の放電用電極表面近傍には十分な磁界強度が形成
されるが、距離的に電極表面から所定距離、例えば２ｃ
ｍ程度離れると磁界強度は急に減衰してしまうので、基
板に対する磁界の影響は無視できる。二つの永久磁石の
距離を変えることによって、矩形筒状の放電用電極表面
における磁界強度を制御することが出来る。

【００１５】請求項４記載のプラズマ生成装置は、矩形
筒状の放電用電極表面において、磁力線が、放電用電極
の中心軸と同じ方向の成分の磁束密度は前記放電用電極
表面中心から軸端方向に行くほど低く、中心軸と直交す
る方向成分の磁束密度は放電用電極表面の中心から軸端
方向に行くほど高いことを特徴とする。上記のような磁
界分布は、請求項３記載のプラズマ生成装置を用いるこ
とによって容易に達成できる。二つの永久磁石を用い
て、上記のような磁界分布を形成することによって、高
いエネルギーを持つ電子を前記矩形筒状放電用電極表面
にトラップすることが可能になり、電子が持っているエ
ネルギーを中性ガス分子の電離に効率よく起用させるこ
とができる。

【００１６】前記プラズマ生成装置において、一対の矩
形平行平板電極の一方に高周波電力を供給して、磁力線
形成手段より形成された磁力線にトラップされている高
エネルギー電子を前記矩形筒状の放電用電極の中心軸に
ほぼ平行な方向に往復運動させる第２の高周波電力供給
手段と、第１、第２の高周波電力供給手段からそれぞれ
放電用電極と前記平行平板電極の一方とに供給される高
周波電力の比を制御する制御手段と、を備えることが好
ましい。

【００１７】請求項４記載の磁力線と、第２の高周波電
力供給手段により平行平板電極の間に印加した高周波電
界との相互作用により、真空容器の中心領域においてプ
ラズマが効率よく生成される。これは中心部ほど平行平
板電極面と垂直方向の磁力線の長さが長くなり、周辺部
に行くほど短くなっているからである。第１の高周波電
力供給手段から矩形筒状の放電用電極に印加された高周
波電力により生成されたプラズマは主に矩形筒状の放電
用電極近傍で生成される。上述の理由で、第１と第２高
周波電力供給手段がら供給される電力の比を制御するこ
とによってプラズマ密度の分布を制御することができ
る。

【００１８】前記プラズマ生成装置において、さらに、
第１と第２の高周波電力供給手段から供給する高周波電
力の位相を制御する手段を備えることが好ましい。第１
と第２の高周波電力の位相を制御することで、プラズマ
の空間電位を制御することができ、基板に流入する荷電
粒子のエネルギーを制御することができる。さらに、プ
ラズマの空間電位を制御することで、電極表面に生じる
プラズマダメージを抑制することができる。

【００１９】また、前記プラズマ生成装置において、一
対の矩形平行平板電極の他方が基準電位点に接続されて
いることが好ましい。

【００２０】この場合、第２の高周波電力を上側の平行
平板電極に、即ち基板保持部（サセプタ）の対向側に印
加し、基板を載せてある下側の平行平板電極を電気的に
アースしてもよい。第２の高周波電力を直接基板を載せ
てある電極側ではなく、対向電極に加えているため、基
板表面には僅かな電荷のチャージアップしか発生しな
い。基板表面に流入する荷電粒子のエネルギーはかなり
小さい。この発明は、基板表面のシース電圧を必要とし
ないプロセスに有効である。又は、第２の高周波電力を
下側の平行平板電極、即ちサセプタ側にし、上側の平行
平板電極を電気的にアースしてもよい。第２の高周波電
力をサセプタ側に印加することで、基板表面に比較的に
大きいシース電圧を形成することができ、基板表面に流
入する荷電粒子を加速させることができる。

【００２１】また、前記プラズマ生成装置において、一
対の矩形平行平板電極の他方が電気的にフローティング
状態に設定されていてもよい。

【００２２】この場合、第２の高周波電力を下側の平行
平板電極、即ちサセプタ側に印加し、上側の平行平板電
極を電気的にフローティングしてもよい。上側平行平板
電極を電気的にフローティングさせることにより、上側
平行平板電極表面に形成されるシース電圧が基準電位点
に接続されている装置の場合と比べ小さくなるだけでは
なく、プラズマ空間電位も下がるため、上側平行平板電
極と反応室壁に生じるプラズマダメージを低減すること
ができる。又は、第２高周波電力を上側平行平板電極、
即ちサセプタの対向側に印加し、下側平行平板電極を電
気的にフローティングしてもよい。サセプタを電気的に
フローティングさせることにより、基板に流入する荷電
粒子エネルギーを前記基準電位点に接続されている装置
よりさらに抑制することができる。その一方、サセプタ
を電気的にフローティングさせることでプラズマ空間電
位が低くなり、電極表面及び反応室壁に与えるプラズマ
ダメージを低減することが出来る。

【００２３】また、前記プラズマ生成装置において、一
対の矩形平行平板電極の他方が、前記プラズマを使って
基板に所定の処理を施す場合、この基板を保持する保持
部として利用されることが好ましい。プラズマ生成装置
を使ってプラズマ表面処理装置を構成する場合、平行平
板電極の他方を基板を載置するための保持部として利用
することができるので、構造の簡素化を図ることができ
る。

【００２４】また、前記プラズマ生成装置は、矩形筒状
の放電用電極が、前記真空容器の壁の一部を構成してお
り、真空容器と放電用電極との継ぎ目に絶縁物（例え
ば、セラミックス、石英ガラスなど）が介設されている
ことが好ましい。継目に絶縁物を介設することによって
真空封止が維持される。これにより反応室の内部構造が
シンプルになり、パーティクル対策に有効である。さら
に、本発明の構造をとることにより、矩形筒状放電用電
極の内側表面に永久磁石を近付けることができるため、
放電用電極表面に有効な磁界形成することができる。他
に、高周波電力を印加する矩形筒状放電用電極の外側が
大気と接するのため、放電用電極の温度制御もやり易
い。

【００２５】請求項５記載のプラズマ生成装置は、矩形
筒状の放電用電極を真空容器の内部に設置し、矩形筒状
の放電用電極と前記真空容器の内壁との間隔を、プロセ
ス時のガス圧力下で、プラズマの電子平均自由行程の半
分より小さくすることを特徴とする。本構造を採用する
ことにより真空容器の構造がシンプルになる。矩形放電
用電極と真空容器と間の間隔をプラズマ中の電子平均自
由行程の半分より小さくするのは、その隙間に発生する
放電を抑制するためである。

【００２６】請求項６記載のプラズマ生成装置は、矩形
筒状の放電用電極を真空容器の内部に設置し、矩形筒状
の放電用電極と真空容器の内壁との間に絶縁物（例えば
高純度の窒化アルミ、石英ガラス、セラミックス材な
ど）を介設することを特徴とする。この絶縁体の軸方向
の長さは矩形筒状放電用電極の軸方向長さより長くす
る。これは、矩形筒状放電用電極の端のところに放電が
集中するのを防ぐためである。本発明の構造を採用する
ことによって使われている真空容器を分割して作ること
ができ、大型基板対応の真空容器の製造コストを低減す
ることができる。

【００２７】前記プラズマ生成装置において、矩形の基
板表面に均一な処理を行うために、サセプタの対向側の
平行平板電極にガス例えばプロセスガスを均一に吹き出
すためのガスシャワー板を設けることが好ましい。ガス
シャワー板は、基板の形状と同じ矩形になっており、基
板全面にプロセスガスが均等になるようにガス分散穴を
均等に開けてある。ガス分散穴で異常放電が起きないよ
うに噴出孔の径を１ｍｍ以下、好ましくは０．６ｍｍ以
下にする。プロセスガスをガスシャワー板の方式で噴出
することにより、基板表面において容易に均一なプラズ
マ処理が得られる。他方、ノズル方式でプロセスガスを
供給する場合のように、位置調整をする必要がないた
め、装置の作業性と再現性が向上する。

【００２８】請求項７記載のプラズマ生成装置は、一対
の矩形平行平板電極の一方に、少なくとも２重の矩形永
久磁石を同心上に配置したことを特徴とする。ガスシャ
ワー板を設けた平行平板電極の一方例えば上側電極に永
久磁石を配置することにより、上側電極のプラズマ生成
領域側の面において永久磁石から生じる磁界と印加した
高周波電界との相互作用によるマグネトロン放電が発生
し、低い気圧でもプラズマを効率よく生成することが出
来、効率よくプロセスを行うことが出来る。基板表面に
おける磁界強度を弱めるために、上側電極上に配置され
る永久磁石環の数は偶数が望ましい。奇数の場合、磁界
は発散磁場になり、基板表面でも磁界強度が減衰しな
い。基板表面に無視できない磁場（例えば２０ Ｇａｕ
ｓｓ 以上）が生じた場合は、基板表面においてプラズ
マ密度分布の不均一性が発生し、均一なプロセス処理が
できなくなる。さらに、磁界の影響により、基板表面に
電荷のチャージアップが発生し、基板にダメージを与え
ることもある。

【００２９】請求項８記載のプラズマ生成装置は、前記
矩形筒状の放電用電極の角部に曲率を設けたことを特徴
とする。角部に曲率を設けることにより、角部において
生成されるプラズマ生成率を制御することができる。

【００３０】請求項９記載の半導体製造方法は、平断面
形状が矩形をした内部にプラズマ生成領域が設定される
真空容器と、前記プラズマ生成領域を囲むように配設さ
れた矩形をした筒状の放電用電極と、前記プラズマ生成
領域を前記放電用電極の中心軸方向から挟むように配設
されて、この中心軸方向における前記プラズマ生成領域
の設定範囲を規定する一対の矩形をした平行平板電極と
を備え、前記プラズマ生成領域内に基板を配置し、前記
放電用電極および前記平行平板電極に高周波電力を供給
して前記プラズマ生成領域に高周波電界を形成し、前記
プラズマ生成領域に磁界を形成し、前記真空容器の内部
に設定される前記プラズマ生成領域に放電用のガスを導
入しつつ、前記真空容器の内部雰囲気を排出し、前記高
周波電界と前記磁界との相互作用により前記プラズマ生
成領域に導入されたガスを放電させてプラズマを生成
し、生成した前記プラズマにより前記基板へ所定のプラ
ズマ処理を行なうことを特徴とする。この半導体製造方
法にあっては、放電用電極および平行平板電極に高周波
電力を供給してプラズマ生成領域に高周波電界を形成
し、さらにプラズマ生成領域に磁界を形成する。ここで
真空容器の内部のプラズマ生成領域に放電用のガスを導
入しつつ真空容器の内部雰囲気を排出する。前述した高
周波電界と磁界との相互作用により、プラズマ生成領域
に導入された放電用のガスは放電してプラズマを生成す
る。この生成されたプラズマによって、プラズマ生成領
域に配置した基板へ所定のプラズマ処理を行なうことが
できる。真空容器、放電用電極、平行平板電極の全てが
矩形状をしているので、矩形状基板を処理する場合に、
ガスの利用効率及び高周波電力電極の利用効率が向上す
る。また、放電用電極に高周波電力を供給して形成され
る高周波電界と、磁力線形成手段で形成される磁力線に
基づく磁界との相互作用で効率良くガスを放電させ、高
密度のプラズマをプラズマ生成領域に生成することが出
来る。これにより、プラズマ生成効率を通常の容量結合
平行平板方式より、例えば１０倍以上も向上させること
が出来る。その結果、基板へ高品質のプラズマ処理を施
すことができる。前記半導体製造方法により製造される
半導体は、ＴＦＴ等各種液晶ディスプレイにも適用でき
る。

【００３１】前記半導体製造方法において、前記放電用
電極と前記平行平板電極とに供給される高周波電力の比
を制御して前記基板へ所定のプラズマ処理を行なうこと
が好ましい。放電用電極と前記平行平板電極とに供給さ
れる高周波電力の比を変えることによって、プラズマ生
成領域に生成されるプラズマ密度分布を制御できる。し
たがってプラズマ生成領域の全域に亘って密度分布の均
一なプラズマを得ることができる。また、前記半導体製
造方法において、前記真空容器の内部圧力を０．１Ｐａ
〜４０Ｐａの圧力範囲に設定して、前記基板へ所定のプ
ラズマ処理を行なうことが好ましい。この半導体製造方
法は、電界と磁界の相互作用で電極表面においてマグネ
トロン放電が発生し、低いガス圧力でも効率よくプラズ
マを生成することが出来る。したがって、真空容器内の
圧力を０．１Ｐａ〜４０Ｐａという低い圧力範囲に設定
しても、基板へ高品質のプラズマ処理を施すことができ
る。

【００３２】

【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。

【００３３】［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。

【００３４】本実施の形態のプラズマ生成装置は、真空
容器１１と、ガス導入部１２と、排気部１３と、放電用
電極１４と、一対の永久磁石１５，１６と、一対の平行
平板電極１７，１８と、第１の高周波発振器１９と、第
１の整合回路２０と、第２の高周波発振器２１と、第２
の整合回路２２と、高周波遮蔽カバー２５と、制御部２
６とを有する。

【００３５】上記真空容器１１は、内部にプラズマ生成
領域４１が設定される密閉容器であり、少なくとも水平
に切った切り口の内部が矩形状に形成されている。ここ
では外部を含めた全体の平断面形状が矩形をしている。
そして、この真空容器１１は、例えば、中心軸が鉛直方
向を向くように配設されている。上記ガス導入部１２
は、真空容器１１の内部に放電用のガスを導入する部分
であり、例えば、円筒状に形成されている。そして、こ
のガス導入部１２は、真空容器１１の天板１１１に設け
られている。上記排気部１３は、真空容器１１の内部の
雰囲気を排出する部分であり、例えば、円筒状に形成さ
れている。この排気部１３は、真空容器１１の下側電極
１８に設けられている。

【００３６】上記放電用電極１４は、マグネトロン放電
用の高周波電界を形成する電極であり、矩形筒状に形成
されている。この放電用電極１４は、真空容器１１と同
軸的に配設されている。また、この放電用電極１４は、
プラズマ生成領域４１を囲むように配設されている。さ
らに、この放電用電極１４は、真空容器１１に組み込ま
れて真空容器１１の壁の一部になっている。すなわち、
真空容器１１は、水平に切られて上下２つに分割されて
いる。放電用電極１４は、この分割により得られた上側
の容器２７と下側の容器２８との間に挿入されている。
この場合、放電用電極１４と上容器２７とは、矩形状の
絶縁体２９によって絶縁されている。同様に、放電用電
極１４と下容器２８とは、矩形の絶縁体３０によって絶
縁されている。なお、上容器２７と下容器２８とは、基
準電位点に接続されている。図には、この基準電位点と
してアースを設定する場合を代表として示す。

【００３７】上記一対の永久磁石１５，１６は、マグネ
トロン放電用の磁力線４３を形成する磁石であり、矩形
のリング状に形成されている。この永久磁石１５，１６
は、真空容器１１と同軸的に上下に配設されている。ま
た、この永久磁石１５，１６は、放電用電極１４を囲む
ように放電用電極１４の外側に配設されている。この場
合、上側の永久磁石１５は、放電用電極１４の上端部付
近に位置決めされている。これに対し、下側の永久磁石
１６は、放電用電極１４の下端部付近に位置決めされて
いる。

【００３８】永久磁石１５，１６は、その径方向に着磁
されている。この場合、永久磁石１５，１６は、互いに
逆向きに着磁されている。例えば、永久磁石１５の内側
の部分がＮ極、外側の部分がＳ極に着磁されているとす
る。この場合、永久磁石１６の内側部はＳ極、外側部は
Ｎ極に着磁されている。これにより、プラズマ生成領域
４１には、永久磁石１５の内側部から放電用電極１４の
中心軸４２側に向かって延在した後、永久磁石１６の内
側部に向かって延在するループ状の磁力線４３が形成さ
れる。この磁力線４３は、放電用電極１４の中心軸４２
にほぼ平行な部分を有する。そして、この平行部分の長
さは、中心軸４２に近づくほど長くなる。この場合、磁
力線４３は、永久磁石１５の各部から出力される磁力線
４３の相互作用により、原理的には、最高でも放電用電
極１４の中心軸４２上で折り返す。

【００３９】図２に上述したプラズマ生成装置を構成す
る矩形筒状の放電用電極１４と矩形リング状の永久磁石
１５、１６の平面図を示す。また図３に矩形筒状の放電
用電極１４と永久磁石１５、１６と絶縁体２９、３０と
の相対位置関係及び形状を示す。この構造を採用するこ
とによって、真空容器１１を分割して作ることができ、
大型基板対応の真空容器１１の製造コストを低減するこ
とができる。また、図４に示すように、前記矩形筒状の
放電用電極１４の角部に曲率Ｒを設けるようにしてもよ
い。角部に曲率Ｒを設けることにより、角部において生
成されるプラズマ生成効率を制御することができ、プラ
ズマ密度分布を制御することができる。

【００４０】上記一対の平行平板電極１７，１８は、矩
形の平板状に形成されており、放電用電極１４の中心軸
４２方向におけるプラズマ生成領域４１の範囲を規定す
る壁である。この平行平板電極１７，１８は、導電性の
材料によって形成されている。この場合、例えば、下側
の電極１８は、高周波振動放電用の高周波電界を形成す
るための電極として用いられる。この電極１７，１８
は、放電用電極１４の中心軸方向からプラズマ生成領域
４１を挟むように配設されている。また、この電極１
７，１８は、放電用電極１４の中心軸４２に垂直に配設
されている。上側電極１７と真空容器１１とは、絶縁体
３１によって絶縁されている。これにより、この上側電
極１７は、電気的にフローティング状態に設定されてい
る。

【００４１】上側電極１７は、例えば、放電用ガス又は
プロセスガスを分散させるためのガス分散板として利用
されている。このため、この上側電極１７は下壁に複数
のガス分散穴３２が形成されている中空構造のガスシャ
ワー板３７になっている。下側電極１８は、本装置を使
ってプラズマ表面処理装置を構築する場合、例えば、サ
セプタとして利用される。すなわち、基板Ｗが載置され
る基板載置部として利用される。

【００４２】第１の高周波発振器１９は、マグネトロン
放電用の高周波電力を出力する発振器である。この高周
波発振器１９は、例えば、第１の整合回路２０を介して
放電用電極１４に接続されている。ここで、整合回路２
０は、第１の高周波発振器１９と放電用電極１４との整
合をとる回路である。

【００４３】第２の高周波発振器２１は、高周波振動放
電用の高周波電力を出力する発振器である。この高周波
発振器２１は、例えば、第２の整合回路２２を介して一
対の平行平板電極１７，１８のうち、例えば、上側電極
１７に接続されている。ここで、整合回路２２は、第２
の高周波発振器２１と上側電極１７との整合をとる回路
である。

【００４４】高周波遮蔽カバー２５は、放電用電極１４
によって真空容器１１の外部に形成される高周波電界を
遮蔽するカバーであり、放電用電極１４を囲むように真
空容器１１の外壁に取り付けられている。

【００４５】制御部２６は、例えば、作業者の操作に従
って高周波発振器１９，２１から出力される高周波電力
の大きさを電気的に制御する制御部である。この制御部
２６は、２つの高周波電力の大きさを、両者の比が予め
定めた値となるように制御する。なお、予め定めた値と
しては、例えば、放電用電極１４の径方向に密度分布の
均一なプラズマが得られるような値が用いられる。

【００４６】制御部２６は、高周波発振器１９，２１か
ら出力される高周波の位相を制御する手段を備えていて
もよい。高周波発振器１９，２１から出力される高周波
の位相を制御することで、プラズマの空間電位を制御す
ることができ、基板Ｗに流入する荷電粒子のエネルギー
を制御することができる。さらに、プラズマの空間電位
を制御することで、電極表面に生じるプラズマダメージ
を抑制することができる。

【００４７】上記構成においては、ガス導入部１２がガ
ス導入手段に相当し、排気部１３が排気手段に相当す
る。また、永久磁石１５，１６が磁力線形成手段に相当
する。さらに、第１の高周波発振器１９と第１の整合回
路２０が本発明の第１の高周波電力印加手段に相当し、
第２の高周波発振器２１と第２の整合回路２２が同じく
第２の高周波電力印加手段に相当し、制御部２６が同じ
く制御手段に相当する。

【００４８】また、本実施の形態のプラズマ生成装置
は、プラズマ生成領域４１の中央部を通過する磁力線４
３が一対の電極１７，１８と交差しないような形状を有
するように構成されている。これは、例えば、所定のパ
ラメータを適宜設定することにより行われる。このパラ
メータとしては、例えば、真空容器１１の大きさ、永久
磁石１５，１６の位置、大きさ、間隔（放電用電極１４
の中心軸４２方向の間隔）、平行平板電極１７，１８の
位置、間隔（放電用電極１４の中心軸４２方向の間隔）
等がある。上述した非交差構成は、例えば、これらのい
ずれか１つ又は２つ以上を適宜設定することにより実現
される。

【００４９】［１−２］動作 上記構成において、プラズマ生成動作および基板へのプ
ラズマ処理方法を説明する。

【００５０】（１）マグネトロン放電によるプラズマ生
成動作 まず、マグネトロン放電によるプラズマ生成動作を説明
する。

【００５１】本実施の形態では、真空容器１１内に設定
されるプラズマ生成領域内の下側電極１８上に基板Ｗが
配置される。プラズマ生成領域内にプラズマを生成する
場合、ガス導入部１２により真空容器１１の内部に設定
されたプラズマ生成領域に放電用ガスが導入される。こ
の放電用ガスは、上側電極１７に形成された複数のガス
分散穴３２によりプラズマ生成領域４１に均一に分散さ
れる。

【００５２】また、この場合、真空容器１１の内部の雰
囲気が排気部１３により排出される。これにより、真空
容器１１の内部が減圧状態に設定される。さらに、この
場合、放電用電極１４に第１の高周波発振器１９から第
１の整合回路２０を介して高周波電力が印加される。こ
れにより、プラズマ生成領域４１にプラズマ生成領域４
１を横切る高周波電界が形成される。

【００５３】さらにまた、この場合、永久磁石１５，１
６により、磁力線４３が形成される。この磁力線４３
は、上記のごとく、放電用電極１４の中心軸とほぼ平行
な部分を有する。これにより、プラズマ生成領域４１
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１４の近傍で電子が磁力線４３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、放電用のガス
が放電させられる。このマグネトロン放電により、プラ
ズマ生成領域４１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。

【００５４】（２）高周波振動放電によるプラズマ生成
動作 次に、高周波振動放電によるプラズマ生成動作を説明す
る。

【００５５】本実施の形態では、プラズマを生成する場
合、上側電極１７にも第２の高周波発振器２１から第２
の整合回路２２とを介して高周波電力が印加される。こ
れにより、プラズマ生成領域４１に放電用電極１４の中
心軸４２方向に向かう高周波電界が形成される。その結
果、磁力線４３にトラップされている高エネルギー電子
がこの中心軸４２方向に高周波振動させられる。この高
周波振動により高エネルギー電子が加熱される。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、プラズマ生成領域４１にプラズマが生成さ
れる。以下、このプラズマを第２のプラズマという。

【００５６】（３）第１のプラズマの密度 次に、第１のプラズマの密度について説明する。

【００５７】上記第１のプラズマの密度は、マグネトロ
ン放電の発生効率に依存する。このマグネトロン放電の
発生効率は、例えば、放電用電極１４によって形成され
る高周波電界の強さと永久磁石１５，１６によって形成
される磁界の強さと形状に依存する。この高周波電界と
磁界は、プラズマ生成領域４１の中央部より周辺部で強
くなる。これは、プラズマ生成領域４１の中央部より周
辺部の方が放電用電極１４や永久磁石１５，１６に近い
からである。これにより、マグネトロン放電の発生効率
は、プラズマ生成領域４１の中央部より周辺部で高くな
る。その結果、第１のプラズマの密度は、プラズマ生成
領域４１の中央部より周辺部で高くなる。

【００５８】しかしながら、マグネトロン放電の発生効
率は、高周波電界と磁界の強さだけでなく、磁力線４３
にトラップされている高エネルギー電子の数にも依存す
る。この高エネルギー電子の数は、磁力線４３が電極１
７，１８と交差しなければ多くなる。これは、磁力線４
３が電極１７，１８と交差すると、この磁力線４３にト
ラップされている高エネルギー電子が電極１７，１８を
介して流出するからである。

【００５９】本実施の形態では、プラズマ生成領域４１
の中央部を通過する磁力線４３が電極１７，１８と交差
しないように設定されている。これにより、プラズマ生
成領域４１の中央部で高エネルギー電子の流出が抑制さ
れる。その結果、この中央部でも、周辺部と同様に、マ
グネトロン放電の発生効率が高められる。これにより、
この中央部でも、周辺部と同様に、第１のプラズマの生
成効率が高められる。その結果、この中央部でも、周辺
部と同様に、高密度の第１のプラズマが得られる。

【００６０】（４）第２のプラズマの密度 次に、第２のプラズマの密度について説明する。

【００６１】上記第２のプラズマの密度は、高周波振動
放電の発生効率に依存する。この発生効率は、磁力線４
３のうち、放電用電極１４の中心軸４２とほぼ平行な部
分の長さに依存する。すなわち、この平行部分の長さが
長くなれば、高周波振動放電の発生効率が高くなり、短
くなれば、低くなる。これは、上記平行部分の長さが長
くなると、高エネルギー電子が加速度運動可能な距離が
長くなるからである。

【００６２】本実施の形態では、上記平行部分の長さ
は、プラズマ生成領域４１の周辺部より中央部で長くな
る。これにより、高周波振動放電の発生効率は、プラズ
マ生成領域４１の周辺部より中央部で高くなる。その結
果、第２のプラズマの密度は、プラズマ生成領域４１の
周辺部より中央部で高くなる。

【００６３】以上から、高周波振動放電を発生させる
と、発生させない場合より、さらに、プラズマ生成領域
４１の中央部におけるプラズマの密度を高めることがで
きる。この密度の高められたプラズマによって基板Ｗへ
所定のプラズマ処理が行なわれる。

【００６４】（５）プラズマ密度の制御 次に、プラズマの密度の制御について説明する。

【００６５】第１のプラズマの密度は、上記のごとく、
放電用電極１４によって形成される高周波電界の強さに
依存する。この高周波電界の強さは、第１の高周波発振
器１９から出力される高周波電力の大きさに依存する。
この高周波電力の大きさは、作業者の操作に基づいて、
制御部２６によって制御される。これにより、作業者の
操作に基づいて、この高周波電力の大きさを制御するこ
とにより、第１のプラズマの密度が制御される。

【００６６】第２のプラズマの密度は、上側電極１７に
よって形成される高周波電界の強さに依存する。この高
周波電界の強さは、第２の高周波発振器２１から出力さ
れる高周波電力の大きさに依存する。この高周波電力の
大きさは、作業者の操作に基づいて、制御部２６により
制御される。これにより、作業者の操作に基づいて、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
ラズマの密度が制御される。

【００６７】第１のプラズマの密度は、上記のごとく、
プラズマ生成領域４１の中央部より周辺部で高くなる。
これに対し、第２のプラズマの密度は、上記のごとく、
プラズマ生成領域４１の周辺部より中央部で高くなる。
したがって、上記２つの高周波電力の大きさを適宜制御
することにより、プラズマ生成領域４１の全域に亘って
密度分布の均一なプラズマを得ることができる。

【００６８】密度分布の均一なプラズマが得られるとき
の２つの高周波電力の比は、プラズマの密度に関係なく
ほぼ一定である。本実施の形態では、この点に着目し、
２つの高周波電力の大きさを制御する場合、両者の比が
予め定めた値になるように制御するようになっている。
これにより、作業者によって２つの高周波電力の一方の
大きさが指定されると、他方の大きさも自動的に修正さ
れる。その結果、常に、プラズマ生成領域４１の全域に
亘って密度分布の均一なプラズマが得られる。

【００６９】（６）通常の平行平板電極によるプラズマ
生成方法との違い 次に、電極１７，１８によるプラズマ生成方法と通常の
平行平板電極によるプラズマ生成方法との違いを説明す
る。

【００７０】本実施の形態の電極１７，１８は通常の平
行平板電極とほぼ同じ形状を有する。しかしながら、こ
の電極１７，１８によるプラズマ（第２のプラズマ）の
生成方法は、通常の平行平板電極によるプラズマ生成方
法とは異なる。

【００７１】すなわち、通常の平行平板電極によるプラ
ズマ生成方法では、プラズマは、主に、イオンが平板電
極のシース電圧により加速された後、平板電極の表面に
衝突することにより出力される二次電子と、シース電圧
の高周波変動による電子の加熱と、プラズマオーム抵抗
による電子の加熱とによって生成される。

【００７２】これに対し、電極１７，１８によるプラズ
マ生成方法では、プラズマは、磁力線４３にトラップさ
れている高エネルギー電子の高周波振動による電子の加
熱によって生成される。

【００７３】通常の平行平板電極によるプラズマ生成方
法では、放電用ガスの圧力が高い場合は、ある程度高い
密度のプラズマを生成することができる。しかしなが
ら、ガス圧力が低い場合は、密度の高いプラズマを生成
することができない。ここで、ガス圧力が高い場合と
は、例えば、ガス圧力が１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒ
ｒ）以上の場合をいう。これに対し、ガス圧力が低い場
合とは、例えば、ガス圧力が３９９０ｍＰａ（３０ｍＴ
ｏｒｒ）以下の場合をいう。

【００７４】これに対し、本実施の形態では、電極１
７，１８と交差しないような磁力線４３が形成される。
これにより、高エネルギー電子が磁力線４３に効率的に
トラップされる。その結果、ガス圧力が、１３３ｍＰａ
（１ｍＴｏｒｒ）のような低い場合であっても、密度の
高いプラズマを生成することができる。すなわち、高周
波電界と磁界との相互作用によりプラズマ生成領域に導
入されたガスが効率良く放電するため、高密度のプラズ
マが生成される。

【００７５】［１−３］実施形態の効果 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。

【００７６】（１）実施の形態によれば、筒状の放電用
電極を矩形にしても、磁界を掛けているため電極の角部
のところの磁場強度が強いので、電極の角部のところに
電界が集中しない。したがって生成されたプラズマ密度
も電極の角部のところで高くなることも、成膜レートが
電極の角部に近い場所で高くなることもない。また装置
の生産性を上げるために投入する高周波電力を増やして
も高周波電力を印加するカソード電極表面に大きいシー
ス電圧が形成されないため、電極表面からの金属汚染の
問題もなくなる。

【００７７】（２）実施の形態によれば、基板を処理す
る真空容器が、基板と同様に矩形になるので、従来のリ
ング状高周波電極を用いた変形マグネトロンプラズマ源
（特開平７−２０１８３１号公報）と比べて、大型矩形
基板を処理する場合でも、真空容器のボリュームが過大
にならず、ガスの利用効率及び高周波電力電極の利用効
率も良くなる。

【００７８】（３）本実施の形態によれば、プラズマ生
成領域４１の中央部を通過する磁力線４３が電極１７，
１８と交差しないように設定されている。これにより、
プラズマ生成領域４１の中央部でも、周辺部と同様に、
マグネトロン放電の発生効率を高めることができる。そ
の結果、この中央部でも、周辺部と同様に、高密度の第
１のプラズマを生成することができる。ちなみに、本実
施の形態によれば、放電用電極１４に印加される高周波
電力の大きさが同じとした場合、上述した特開平７−２
０１８３１号公報に記載される装置に比べ、第１のプラ
ズマの密度を１桁高めることができる。

【００７９】（４）また、本実施の形態によれば、一対
の電極１７，１８が導電性を有する材料によって形成さ
れている。これにより、この電極１７，１８を使って第
２のプラズマの密度を電気的に制御することができる。

【００８０】（５）さらに、本実施の形態によれば、上
側電極１７に高周波電力が印加される。これにより、高
周波振動放電を発生させることができる。その結果、こ
の放電を発生させない場合より、プラズマ生成領域４１
の中央部において、プラズマの密度をさらに高めること
ができる。

【００８１】（６）さらにまた、本実施の形態によれ
ば、下側電極１８がアースされている。これにより、こ
の下側電極１８の表面におけるシース電圧を低くするこ
とができる。その結果、シース電圧により下側電極１８
の金属汚染を低減することができる。また、本装置を使
ってプラズマ表面処理装置を構築した場合、下側電極１
８に載置される基板Ｗの表面のシース電圧を低くするこ
とができる。その結果、シース電圧による基板Ｗの損傷
を低減することができる。

【００８２】（７）また、本実施の形態によれば、放電
用電極１４に印加される高周波電力と上側電極１７に印
加される高周波電力とが別々の高周波発振器１９，２１
から出力される。これにより、２つの高周波電力の大き
さを独立に設定することができる。その結果、第１のプ
ラズマの密度と第２のプラズマの密度を独立に設定する
ことができる。これにより、放電用電極１４の径方向に
おけるプラズマの密度分布として、均一な密度分布を設
定することができる。

【００８３】（８）さらにまた、本実施の形態によれ
ば、高周波発振器１９，２１から出力される高周波電力
の大きさを制御する制御部２６が設けられる。これによ
り、第１のプラズマの密度と第２のプラズマの密度を制
御することができる。その結果、放電用電極１４の径方
向におけるプラズマの密度分布を制御することができ
る。

【００８４】（９）また、本実施の形態によれば、２つ
の高周波電力の大きさを制御する場合、両者の比が常に
予め定めた値になるように制御される。これにより、放
電用電極１４の径方向におけるプラズマの密度分布とし
て、常に所望の密度分布を得ることができる。また、高
周波電力の大きさを制御する場合の作業者の負担を軽減
することができる。

【００８５】（１０）さらにまた、本実施の形態によれ
ば、上側電極１７として、真空容器１１の天板１１１で
はなく、専用の壁が設けられる。これにより、上側電極
１７を放電用ガスを分散させるためのガス分散板として
利用することができる。また、本実施の形態のプラズマ
生成装置を使ってプラズマ表面処理装置を構成する場
合、下側電極１８を基板Ｗを載置するためのサセプタと
して利用することができる。

【００８６】［２］第２の実施の形態 図５は、本発明の第２の実施の形態の構成を示す概略図
である。基本的には先の図１に示す装置の構成と同一で
あるが、異なる点を強調するために、詳細な構成は省略
して概略図としてある。これは、以下に説明する第３の
実施の形態以降の実施の形態においても同様である。先
の第１の実施の形態では、上側電極１７に高周波電力を
印加する場合を説明した。これに対し、本実施の形態で
は、下側電極１８に第２の高周波発振器２１の高周波電
力を印加し、上側電極１７をアースに接続するようにし
たものである。このような構成によれば、先の実施の形
態とほぼ同じ効果を得ることができるとともに、さら
に、次のような効果を得ることができる。

【００８７】すなわち、本実施の形態によれば、上側電
極１７がアースに接続されているので、この上側電極１
７の表面におけるシース電圧を低くすることができる。
その結果、シース電圧による上側電極１７の損傷を低減
することができる。また、本装置を使ってプラズマ表面
処理装置を構築した場合、シース電圧による上側電極１
７からの金属汚染を低減することができる。

【００８８】［３］第３の実施の形態 図６は、本発明の第３の実施の形態の構成を示す概略図
である。先の第２の実施の形態では、上側電極１７を接
地する場合を説明した。これに対し、本実施の形態で
は、上側電極１７を電気的にフローティング状態に設定
するようにしたものである。このような構成によれば、
第２の実施の形態よりも、上側電極１７の表面のシース
電圧をさらに小さくすることができる。これにより、シ
ース電圧による上側電極１７の損傷、ならびにシース電
圧による上側電極１７からの金属汚染ををさらに低減す
ることができる。

【００８９】［４］第４の実施の形態 図７は、本発明の第４の実施の形態の構成を示す概略図
である。先の第１の実施の形態では、下側電極１８を接
地する場合を説明した。これに対し、本実施の形態で
は、下側電極１８を電気的にフローティング状態に設定
するようにしたものである。このような構成によれば、
第１の実施の形態よりも、下側電極１８に載置される基
板Ｗの表面のシース電圧をより低くすることができる。
その結果、シース電圧による基板Ｗの損傷をさらに低減
することができる。

【００９０】［５］第５の実施の形態 図８は、本発明の第５の実施の形態の構成を示す側断面
図である。なお、図８に示す装置おいて、先の図１に示
す装置の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。また制御部２
６は同図から省略してある。

【００９１】先の第１〜第４の実施の形態では、矩形筒
状の放電用電極１４が、真空容器１１の壁の一部になっ
ており、真空容器１１と放電用電極との継ぎ目に絶縁体
２９，３０が介設されている場合を説明した。言い換え
れば、真空容器１１と放電用電極１４とが一体となって
いる場合を説明した。これに対し、本実施の形態では、
図８に示すように、真空容器１１と放電用電極５１とは
別体になっているものである。

【００９２】図８に示すように、矩形筒状の放電用電極
５１を、真空容器１１の内部に設置する。そして矩形筒
状の放電用電極５１と真空容器１１の間隔をプロセス時
のガス圧力においてのプラズマの電子平均自由行程の半
分より小さくする。このような構造を採用することによ
り、真空容器１１は分割する必要がないので、真空容器
１１の構造がシンプルになる。また矩形筒状放電用電極
５１と真空容器１１と間の間隔をプラズマ中の電子平均
自由行程の半分より小さくすると、その隙間に発生する
放電を抑制できる。

【００９３】この場合において、図８に示すように、矩
形筒状の放電用電極５１と真空容器１１の間に絶縁体
（例えば高純度の窒化アルミ、石英ガラス、セラミック
ス材など）５２を介設するとよい。この絶縁体５２の軸
方向の長さは矩形筒状放電用電極５１の軸方向長さより
長くする。さらに放電用電極５１を絶縁体５２中に埋め
込んで放電用電極５１の上面と絶縁体５２の表面とを同
一平面内で平坦な形状にするとよい。これは、矩形筒状
放電用電極５１の端のところに放電が集中するのを防ぐ
ためである。 ［６］第６の実施の形態 先の第１〜第５の実施の形態では、いずれも上側の平行
平板電極１７に天板１１１の他には何も配置しない場合
を説明した。これに対し、本実施の形態のプラズマ生成
装置では、図９及び図１０に示すように上側の平行平板
電極１７に、少なくとも２重の矩形永久磁石７１、８１
を同心上に配置するようにした。

【００９４】図９に示す形態では、矩形リング状の永久
磁石７１を同心上に４重に配置してある。永久磁石７１
は、その径方向に着磁されている。この場合でも、先に
説明した一対の永久磁石１５，１６と同様に、各永久磁
石７１は、互いに逆向きに着磁されている。ここでは、
最内側の永久磁石７１の内側部はＮ極、外側部はＳ極、
内側から２番目の永久磁石７１の内側部はＳ極、外側部
はＮ極、内側から３番目の永久磁石７１の内側部はＮ
極、外側部はＳ極、そして最外側の永久磁石７１の内側
部はＳ極、外側部はＮ極に着磁されている。図１０に示
す形態では、矩形リング状の永久磁石８１を同心上に４
重に配置した点は図９に示す形態と同じであるが、４重
配置を左右対称に１組設けた点で異なる。

【００９５】これにより、プラズマ生成領域４１には、
永久磁石７１，８１（以下、単に永久磁石７１という）
から放電用電極１４の中心軸４２に沿って延在した後、
永久磁石７１に戻ってくるループ状の磁力線が形成され
る。この場合、磁力線は、永久磁石７１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
基板表面に達する前に折り返し、基板表面では磁界強度
が大幅に減衰する。

【００９６】上側電極１７に永久磁石７１を配置するこ
とにより、上側電極１７のプラズマ生成領域４１側の面
において永久磁石７１から生じる磁界と印加した高周波
電界に相互作用によるマグネトロン放電が発生し、低い
気圧でもプラズマを効率よく生成することが出来、効率
よくプロセスを行うことが出来る。

【００９７】基板表面に無視できない磁場（２０ Ｇａ
ｕｓｓ 以上）が生じた場合は、基板表面においてプラ
ズマ密度分布の不均一性が発生し、均一なプロセス処理
ができなくなる。さらに、磁界の影響により、基板表面
に電荷のチャージアップが発生し、基板Ｗにダメージを
与えることもある。このため基板表面に磁界が発生しな
いようにする必要がある。基板表面で磁界が発生しない
ようにするために、永久磁石７１は上側電極１７上にの
み配置し、下側電極１８には配置しない。また、基板表
面における磁界強度を弱めるために、上側電極１７上に
配置される永久磁石７１のリングの数は偶数が望まし
い。奇数の場合、磁界は発散磁場になり、基板表面でも
磁界強度が減衰しないからである。

【００９８】［７］そのほかの実施の形態 プラズマ生成装置は、０．１〜４０Ｐａの広い圧力範囲
で、プラズマプロセスを行うようにする。本実施形態の
プラズマ生成方法は、プラズマ制御性に優れているた
め、広い圧力範囲に適応できる。適応できる圧力範囲が
広いことは、適応できるプロセスが多いことである。

【００９９】また、プロセスガスを供給するガスシャワ
ー板３７から基板Ｗまでの距離を５ｃｍ以上にするとよ
い。ガスシャワー板３７から基板までの距離を５ｃｍ以
上離すことにより、ガスシャワー板３７のガス分散穴３
２から噴出されたガスがガスシャワー板３７から基板Ｗ
の間の空間において充分均等に拡散させてから基板表面
に到達するので、均一なプロセスが期待できる。

【０１００】また、先の第１の実施の形態では、プラズ
マ生成領域４１の全域に亘って一対の電極１７，１８と
交差しないような磁力線４３を形成する場合を説明し
た。これに対し、プラズマ生成領域４１の周辺部での
み、このような磁力線４３を形成し、中央部では形成し
ないようにしてもよい。すなわち、中央部では一対の電
極１７，１８と交差するような磁力線を形成してもよ
い。

【０１０１】このような構成でも、プラズマ生成領域の
中央部で、高密度のプラズマを生成することができる。
これは、磁力線４３にトラップされている高エネルギー
電子を高周波振動させることができるからである。すな
わち、本実施の形態では、プラズマ生成領域４１の中央
部で、すべての磁力線４３と一対の電極１７，１８とが
交差する。これにより、この部分では、磁力線４３にト
ラップされている高エネルギー電子の数が少なくなる。
その結果、この部分では、第１のプラズマの生成効率が
低下する。

【０１０２】しかしながら、本実施の形態では、下側電
極１８に高周波電力が印加される。これにより、磁力線
４３にトラップされている高エネルギー電子が高周波振
動させられる。その結果、第２のプラズマが生成され
る。この第２のプラズマの生成効率はプラズマ生成領域
４１の周辺部より中央部で高い。これにより、プラズマ
生成領域４１の中央部では、第１のプラズマの生成効率
の低下が、第２のプラズマによって補われる。その結
果、プラズマ生成領域４１の中央部でも、高密度のプラ
ズマを生成することができる。

【０１０３】

【発明の効果】本発明によれば、矩形筒状放電用電極を
用いた変形マグネトロン型高周波放電により、内部が矩
形の真空容器においても、低気圧で効率よくプラズマを
生成することでき、矩形基板、例えば液晶ディスプレイ
基板、太陽電池製作用の基板などのプラズマ処理を高速
で行うことが出来る。

【０１０４】また、本発明のプラズマ生成装置はプラズ
マ生成と基板に入射する荷電粒子のエネルギーを独立に
制御することができるため、高品質のプラズマ表面処理
が可能である。さらに、矩形筒状放電用電極表面に平行
な成分の磁力線を形成するため、電極表面に形成される
シース電圧を低減することができ、電極表面からの金属
汚染を抑制することができる。本発明は、各種高速かつ
高品質プラズマ処理が要求される矩形基板のプラズマド
ライエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置などに適用す
ると、その効果は顕著になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の構成を示す側断面図であ
る。

【図２】第１の実施の形態による矩形筒状放電用電極と
永久磁石リング形状の平面図である。

【図３】第１の実施の形態による矩形筒状放電用電極と
永久磁石リングと絶縁リングとの相対位置関係及び形状
を示す斜視図である。

【図４】第１の実施の形態による矩形筒状放電用電極と
永久磁石リング形状の変形例を示す平面図である。

【図５】第２の実施の形態の概略構成図である。

【図６】第３の実施の形態の概略構成図である。

【図７】第４の実施の形態の概略構成図である。

【図８】第５の実施の形態の構成を示す側断面図であ
る。

【図９】第６の実施の形態による上側電極の変形例を示
す平面図である。

【図１０】第６の実施の形態による上側電極の他の変形
例を示す平面図である。

【符号の説明】

１１ 真空容器 １２ ガス導入部 １３ 排気部 １４ 矩形筒状放電用電極 １５、１６ 矩形永久磁石 １７、１８ 一対の平行平板電極 １９ 第１高周波電力供給手段 ２１ 第２高周波電力供給手段 ２５ 高周波遮蔽カバー ２６ 制御部 ２９、３０ 絶縁リング ３１ 絶縁体 ３７ ガスシャワー板 ４１ プラズマ生成領域 ４２ 中心軸 ４３ 磁力線 Ｗ 基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０５Ｈ 1/46 Ａ (72)発明者 佐藤 聖信 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 富永 四志夫 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 (72)発明者 佐藤 徳芳 宮城県仙台市青葉区花壇４番17−113 (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 (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平断面形状が矩形をした内部にプラズマ生
   成領域が設定される真空容器と、 この真空容器の内部に放電用の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排出手段と、 前記プラズマ生成領域を囲むように配設されて、前記ガ
   ス導入手段により前記プラズマ生成領域に導入されたガ
   スを放電させる矩形をした筒状の放電用電極と、 前記ガスを放電させるために前記放電用電極に高周波電
   力を供給する第１の高周波電力供給手段と、 前記プラズマ生成領域に磁力線を形成する磁力線形成手
   段と、 前記プラズマ生成領域を前記放電用電極の中心軸方向か
   ら挟むように配設されて、この中心軸方向における前記
   プラズマ生成領域の設定範囲を規定する一対の矩形をし
   た平行平板電極と、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】前記磁力線形成手段が、前記矩形をした筒
   状の放電用電極の中心軸とほぼ平行な部分を有し、この
   平行な部分の長さが前記中心軸に近づくほど長くなるよ
   うな磁力線を形成するものである請求項１に記載のプラ
   ズマ生成装置。
3. 【請求項３】前記磁力線形成手段は、前記矩形をした筒
   状の放電用電極と同軸的で前記放電用電極を囲むように
   配設された矩形をした永久磁石からなり、前記永久磁石
   は中心軸方向に２つ配置され、かつ径方向に着磁された
   極性が互いに逆向きになっていることを特徴とする請求
   項１又は２に記載のプラズマ生成装置。
4. 【請求項４】前記の磁力線は、前記矩形をした筒状の放
   電用電極表面において、前記放電用電極の中心軸と同じ
   方向の成分の磁束密度は前記放電用電極表面中心から軸
   端方向に行くほど低く、前記中心軸と直交する方向成分
   の磁束密度は前記放電用電極表面の中心から軸端方向に
   行くほど高い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】前記矩形をした筒状の放電用電極を前記真
   空容器の内部に設置し、前記矩形をした筒状の放電用電
   極と前記真空容器の内壁との間隔を、プロセス時のガス
   圧力下で、プラズマの電子平均自由行程の半分より小さ
   くすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに
   記載のプラズマ生成装置。
6. 【請求項６】前記矩形をした筒状の放電用電極を前記真
   空容器の内部に設置し、前記矩形をした筒状の放電用電
   極と前記真空容器の内壁との間に絶縁物を介設すること
   を特徴とする請求項５記載のプラズマ生成装置。
7. 【請求項７】前記一対の矩形平行平板電極の一方に、少
   なくとも２重の矩形永久磁石を同心上に配置したことを
   特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のプラズ
   マ生成装置。
8. 【請求項８】前記矩形をした筒状の放電用電極の角部に
   曲率を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいず
   れかに記載のプラズマ生成装置。
9. 【請求項９】平断面形状が矩形をした内部にプラズマ生
   成領域が設定される真空容器と、 前記プラズマ生成領域を囲むように配設された矩形をし
   た筒状の放電用電極と、 前記プラズマ生成領域を前記放電用電極の中心軸方向か
   ら挟むように配設されて、この中心軸方向における前記
   プラズマ生成領域の設定範囲を規定する一対の矩形をし
   た平行平板電極とを備え、 前記プラズマ生成領域内に基板を配置し、 前記放電用電極および前記平行平板電極に高周波電力を
   供給して前記プラズマ生成領域に高周波電界を形成し、 前記プラズマ生成領域に磁界を形成し、 前記真空容器の内部に設定される前記プラズマ生成領域
   に放電用のガスを導入しつつ、前記真空容器の内部雰囲
   気を排出し、 前記高周波電界と前記磁界との相互作用により前記プラ
   ズマ生成領域に導入されたガスを放電させてプラズマを
   生成し、生成した前記プラズマにより前記基板へ所定の
   プラズマ処理を行なうことを特徴とした半導体製造方
   法。