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JP2000068227A - 表面処理方法および装置 - Google Patents

表面処理方法および装置

Info

Publication number
JP2000068227A
JP2000068227A JP10253246A JP25324698A JP2000068227A JP 2000068227 A JP2000068227 A JP 2000068227A JP 10253246 A JP10253246 A JP 10253246A JP 25324698 A JP25324698 A JP 25324698A JP 2000068227 A JP2000068227 A JP 2000068227A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
porous electrode
plasma
surface treatment
bias voltage
processed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10253246A
Other languages
English (en)
Inventor
Koji Miyake
浩二 三宅
Tsukasa Hayashi
司 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Priority to JP10253246A priority Critical patent/JP2000068227A/ja
Publication of JP2000068227A publication Critical patent/JP2000068227A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマと被処理物との間に形成されるイオ
ンシースの広がりを抑制することによって、被処理物に
対する照射イオンエネルギーの均一性の向上、イオン照
射量の増大および照射イオンエネルギーの上限の拡大を
可能にする。 【解決手段】 被処理物６の処理面に間隔（距離Ｄ）を
あけて対向するように配置された多孔電極４０を設け
た。この多孔電極４０は、電極支持体４６を介して接地
電位に固定されている。多孔電極４０は、多数の小孔を
有するものでも良いし、多数の金属細線をメッシュ状ま
たはすだれ状に配置したものでも良い。支持体８に支持
された被処理物６には、バイアス電源２６から負のパル
ス状のバイアス電圧ＶB が印加される。

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、被処理物の近傍
にプラズマを生成し、かつ被処理物に例えば負パルス状
等のバイアス電圧を印加することによって、プラズマ中
のイオンを被処理物に照射して、被処理物にイオン注
入、表面改質、エッチング等の処理を施す表面処理方法
および装置に関し、より具体的には、プラズマと被処理
物との間に形成されるイオンシースの広がりを抑制し
て、被処理物に入射するイオンのエネルギーの均一性、
イオン照射量等を改善する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】被処理物にイオンを照射して被処理物を
処理する技術の一つに、プラズマイマージョン（Plasma
Immersion Ion Implantation:PIII）法またはプラズマ
ソースイオン注入（Plasma Source Ion Implantation:P
SII ）法と呼ばれるものがある。この方法による表面処
理装置の一例を図１６に示す。
【０００３】この図１６の表面処理装置は、真空排気装
置４によって真空に排気される真空容器２と、この真空
容器２内に設けられていて被処理物６を支持する導電性
の支持体８と、真空容器２内にプラズマ生成用のガス１
２を供給するガス供給部１０と、このガス１２を真空容
器２内で電離させて支持体８上の被処理物６の近傍にプ
ラズマ２０を生成するプラズマ生成手段と、支持体８上
の被処理物６に負のパルス状のバイアス電圧ＶB を印加
するバイアス電源２６とを備えている。真空容器２は接
地されている。３２および３４は絶縁物である。
【０００４】プラズマ生成手段は、この例では、真空容
器２内に設けた高周波コイル１４に高周波電源１６から
整合回路１８を介して高周波電力ＲＦを供給して、高周
波コイル１４の周辺部における高周波放電によってガス
１２を電離させることによって、上記プラズマ２０を定
常的に（連続的に）生成する構成をしている。高周波電
源１６からは、例えば１３．５６ＭＨｚの周波数の正弦
波状の高周波電力ＲＦが出力される。
【０００５】プラズマ２０を生成した状態で、バイアス
電源２６から被処理物６に負のパルス状のバイアス電圧
ＶB を印加すると、プラズマ２０中の正イオンが被処理
物６に向けて加速されて被処理物６に照射される。これ
によって、被処理物６の表面（この明細書においては表
層部を含む。）に、イオン注入、表面改質等の処理を施
すことができる。
【０００６】上記のような表面処理方法または装置は、
次のような長所を有している。
【０００７】プラズマ２０中のイオンを、イオン源等
を用いずにそのまま被処理物６に入射させるため、単位
時間当たりのイオン照射量が比較的高い。
【０００８】被処理物６に多方向からイオンを入射さ
せることができるので、複雑な３次元形状をした被処理
物６に対しても、比較的均一にイオンを照射して比較的
均一に処理を施すことができる。
【０００９】イオン源、それ用の各種電源等が不要な
ので、装置構成が簡単で安価である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記表面処理方法また
は装置には、次のような課題がある。
【００１１】被処理物６に入射するイオンのエネルギ
ーの幅が広い。即ち、イオンエネルギーの均一性が悪
い。
【００１２】被処理物６に対するイオン照射量をより
高めたいという要望があるけれども、それを簡単に高め
ることができない。
【００１３】被処理物６に照射することのできるイオ
ンエネルギーの上限があまり高くない。即ち、被処理物
６にあまり高エネルギーのイオン照射は困難である。
【００１４】上記課題を図１７および図１８を参照して
詳述する。図１８Ａは、バイアス電源２６から出力する
負のパルス状のバイアス電圧ＶB の波形の一例を示した
ものであり、現実的には完全な方形波ではなく、この例
のように立上り時間ｔr および立下り時間ｔd が存在す
る。
【００１５】被処理物６に上記バイアス電圧ＶB が印加
される前は、プラズマ２０と被処理物６との間にイオン
シース２２は形成されていない（図１７Ａ参照）。
【００１６】被処理物６に上記バイアス電圧ＶB が印加
されると、その電界によって質量の小さい電子は被処理
物６の周囲から急激に弾き飛ばされ、プラズマ２０と被
処理物６との間のイオンシース２２が急速に広がる（図
１７Ｂ参照）。換言すれば、プラズマ２０とイオンシー
ス２２との境界面であるイオンシース面２２ａが急速に
被処理物６から遠ざかる。この間に、イオンシース２２
に残された正イオン２４ａがまず被処理物６に入射し、
被処理物６に急激に電流Ｉが流れ始める（図１８Ｂ中の
ａ参照）。しかし、バイアス電源２６からのバイアス電
圧ＶB はプラズマ２０と被処理物６との間に印加される
ため、イオンシース２２では電位勾配が生じており、従
ってイオンシース２２内に残存する正イオン２４ａに印
加される電圧は、バイアス電圧ＶB よりも低い。勿論こ
の間にも、プラズマ２０から正イオン２４ｂが正規のバ
イアス電圧ＶB で加速されて被処理物６に入射する。し
かも、実際のバイアス電圧ＶB は図１８Ａに示すように
有限の立上り時間ｔr （例えば５μｓｅｃ程度）がある
ため、この間に被処理物６に入射するイオンのエネルギ
ーは、バイアス電圧ＶB の定常値ＶBMに相当するものよ
りも低い。上記のような理由から、立上り時間ｔr 程度
の時間内に被処理物６に入射するイオンのエネルギー
は、定常値ＶBMに相当するものよりも低く、しかも不揃
いである。これが上記に示した、イオンのエネルギー
の幅が広いという課題の理由である。イオンのエネルギ
ーの幅が広いと、例えば、イオンの注入深さが不揃いに
なる。これは、特に半導体への不純物注入には不都合で
ある。
【００１７】バイアス電圧ＶB が定常値ＶBMに達する程
度の時間が経過すると、イオンシース２２の広がり速度
は弱まるけれども、なお広がり続ける（図１７Ｃ参
照）。この間も、イオンシース２２内に残存する正イオ
ン２４ａは不揃いのエネルギーで被処理物６に入射する
けれどもそれはかなり減少しており、被処理物６に流れ
る電流Ｉの大部分は、プラズマ２０から正規の（即ち定
常値ＶBMに相当する）エネルギーで加速される正イオン
２４ｂによるものである。
【００１８】プラズマから引き出すことのできるイオン
電流は、一般的にチャイルド・ラングミュアの式と呼ば
れる次式の空間電荷制限電流Ｊで表される。ここで、Ｖ
P は印加電圧、ｑはイオンの電荷量、ｓは被処理物とプ
ラズマ端面（イオンシース面）間の距離、ｍはイオンの
質量、ε0 は真空の誘電率である。
【００１９】
【数１】Ｊ＝（４／９）・ε0 （２ｑ／ｍ）1/2 ・ＶP
3/2 ／ｓ2
【００２０】即ち、イオンシース２２が上記のように広
がるにつれて、その距離ｓの２乗に反比例して、プラズ
マ２０から引き出される正イオン２４ｂの量が減衰する
ため、図１８Ｂ中のｂに示すように、被処理物６に流れ
る電流Ｉは急激に減衰する。即ち、被処理物６に入射す
るイオンの量は急激に減衰する。これが上記に示し
た、イオン照射量を高めることができないという課題の
一因を成している。
【００２１】仮にバイアス電圧ＶB の定常値ＶBM＝１０
０ｋＶとすると、プラズマ密度にもよるけれども、バイ
アス電圧ＶB 印加時点から例えば１０μｓｅｃ後には、
イオンシース面２２ａは被処理物６から５ｃｍ以上遠ざ
かる。バイアス電圧ＶB はプラズマ２０と被処理物６と
の間に印加されているが、ここで異常放電の問題が起こ
る。この異常放電が起こる電圧Ｖは、パッシェンの法則
によって次式で表される。ここで、ｐは圧力、γは被処
理物６からの二次電子放出係数、λは圧力１Ｔｏｒｒに
おける電子の平均自由行程、ｕは導入ガスのイオン化ポ
テンシャル、Ａ＝１／λ、Ｂ＝ｕ／λ、ｄは電界が形成
されている距離である。
【００２２】
【数２】Ｖ＝Ｂｐｄ／［ｌｎ（ｐｄ）＋ｌｎ｛Ａ／ｌｎ
（１＋１／γ）｝］
【００２３】上記数２から、例えば窒素ガス中では２電
極間の距離ｄとガス圧力ｐとの積ｐｄが２×１０-2Ｔｏ
ｒｒ・ｃｍ以上では、２電極間に１００ｋＶの電圧が印
加されると、２電極間で異常放電（具体的にはアーク放
電）が生じることになる。つまり、バイアス電圧ＶB の
定常値ＶBMを１００ｋＶとし、４ｍＴｏｒｒの窒素ガス
圧とすると、イオンシース面２２ａが被処理物６から５
ｃｍ以上離れると、イオンシース２２でパルス的な異常
放電が生じ、正常なイオン照射が困難になる。甚だしい
場合には、持続放電となり、バイアス電源２６等を破損
することになる。
【００２４】上記パッシェンの法則は、基本的には真空
中での法則であり、上記イオンシース２２では、被処理
物６からの二次電子が大量に、しかもプラズマ２０に向
けて加速されながら存在しているので、より異常放電が
生じやすい状況になる。
【００２５】このように、従来技術では、イオンシース
面２２ａが移動して（即ちイオンシース２２の幅ｓが広
がって）異常放電が生じやすくなるため、被処理物６に
印加するバイアス電圧ＶB の大きさ（定常値ＶBM）およ
びパルス幅Ｗをあまり大きくすることができない。バイ
アス電圧ＶB の大きさをあまり大きくできないことが、
上記に示した、高エネルギーのイオン照射が困難であ
るという課題の理由である。パルス幅Ｗをあまり大きく
できないのは、その間にイオンシース２２が広がり続け
るからであり、これが上記に示した、イオン照射量を
高めることができないという課題の他の要因を成してい
る。例えば、従来の装置では、典型的には、定常値ＶBM
が１００ｋＶ程度、パルス幅Ｗが１０μｓｅｃ程度が限
度である。
【００２６】このように、プラズマと被処理物との間に
形成されるイオンシースの広がりの大きいことが、上記
〜に示した課題の主な理由である。
【００２７】そこでこの発明は、プラズマと被処理物と
の間に形成されるイオンシースの広がりを抑制すること
によって、被処理物に対する照射イオンエネルギーの均
一性の向上、イオン照射量の増大および照射イオンエネ
ルギーの上限の拡大を可能にすることを主たる目的とす
る。
【００２８】
【課題を解決するための手段】この発明に係る表面処理
方法の一つは、前記被処理物の処理面に間隔をあけて対
向していて接地電位または正電位に電位の固定された多
孔電極を設けておき、かつ前記被処理物にパルス状また
は直流のバイアス電圧を印加することを特徴としている
（請求項１）。
【００２９】この発明に係る表面処理装置の一つは、前
記被処理物の処理面に間隔をあけて対向していて接地電
位または正電位に電位の固定された多孔電極を備えてお
り、かつ前記バイアス電源は、前記支持体に支持された
被処理物にパルス状または直流のバイアス電圧を印加す
るものであることを特徴としている（請求項７）。
【００３０】上記構成によれば、被処理物にバイアス電
圧が印加されていない状態では、プラズマは多孔電極の
開口部を通して被処理物の近傍にまで存在している。
【００３１】被処理物に例えば負のパルス状のバイアス
電圧を印加すると、その電界がプラズマに及んでプラズ
マ中の電子が被処理物の周囲から弾き飛ばされて、プラ
ズマと被処理物との間にイオンシースが形成され、しか
もこのイオンシースは急激に広がるけれども、イオンシ
ース面が多孔電極の位置まで来ると、今度は電界は被処
理物と多孔電極との間に印加されるようになって、プラ
ズマ中の電子を弾き飛ばす作用はなくなるので、イオン
シースの広がりは止まる。この状態では、プラズマか
ら、多孔電極の開口部を通して、イオンが引き出され、
それが被処理物に照射される。この照射イオンのエネル
ギーは、被処理物に印加されるバイアス電圧の大きさに
ほぼ対応している。
【００３２】このように、多孔電極によってイオンシー
スの広がりを抑制することができるので、被処理物に対
する照射イオンエネルギーの均一性の向上、イオン照射
量の増大および照射イオンエネルギーの上限の拡大が可
能になる。
【００３３】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る表面処理
装置の一例を示す断面図である。図１６の従来例と同一
または相当する部分には同一符号を付し、以下において
は当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３４】この実施例の表面処理装置は、前述した被
処理物６の処理面（例えば上面）に間隔（距離Ｄ）をあ
けて対向するように配置された多孔電極４０を備えてい
る。この多孔電極４０は、この例では、導電性（例えば
金属製）の電極支持体４６の上部に取り付けられてお
り、この電極支持体４６を介して接地電位に固定されて
いる。電極支持体４６は、接地された真空容器２に取り
付けられていて接地電位にある。
【００３５】多孔電極４０は、この例のように接地電位
に固定するのが、電源が不要なので好ましいけれども、
要は電位が固定されていれば良いので、一定の正電位に
固定しても良い。但し、多孔電極４０を負電位に固定す
ると、それにプラズマ２０中の正イオンが引き込まれて
スパッタリングによって多孔電極４０からスパッタ粒子
が叩き出されるので、負電位に固定するのは好ましくな
い。
【００３６】多孔電極４０は、例えば、図２に示す例の
ように多数の小孔４２を有するものでも良いし、図３に
示す例のように多数の例えば直径が１ｍｍ以下の金属細
線４４を格子状に（メッシュ状に）配置したものでも良
いし、図４に示す例のように多数の例えば直径が１ｍｍ
以下の金属細線４４を互いに平行に（すだれ状に）配置
したものでも良い。要は、導電部材間に多数の開口部を
有しておれば良い。
【００３７】前述したバイアス電源２６は、この例で
は、負の直流電圧を出力する直流電源２８と、この直流
電源２８から出力される直流電圧を断続して負のパルス
状のバイアス電圧ＶB を出力するスイッチ３０とを備え
ている。
【００３８】上記表面処理装置において、真空容器２内
に前述したようにしてプラズマ２０を生成したとき、被
処理物６にバイアス電圧ＶB が印加されていない状態で
は、プラズマ２０は多孔電極４０の開口部を通して被処
理物６の近傍にまで拡散して存在している。
【００３９】被処理物６に、例えばこの例のように負の
パルス状のバイアス電圧ＶB を印加すると、前述したよ
うに、その電界がプラズマ２０に及んでプラズマ２０中
の電子が被処理物６の周囲から弾き飛ばされて、プラズ
マ２０と被処理物６との間にイオンシース２２（図５参
照）が形成され、しかもこのイオンシース２２は急激に
広がるけれども、図５に示すように、イオンシース面２
２ａが多孔電極４０の位置まで来ると、今度は電界は被
処理物６と多孔電極４０との間に印加されるようになっ
て、プラズマ２０中の電子を弾き飛ばす作用はなくなる
ので、イオンシース２２の広がりは止まる。この状態で
は、プラズマ２０から、多孔電極４０の開口部を通し
て、正イオン２４が引き出され、それが被処理物６に照
射される。この多孔電極４０を通して引き出されて被処
理物６に照射される正イオン２４は、被処理物６と多孔
電極４０との間に印加されるバイアス電圧ＶB によって
加速されるので、この照射イオン２４のエネルギーは、
被処理物６に印加されるバイアス電圧ＶB の大きさにほ
ぼ対応している。即ちほぼＶB ［ｅＶ］になる。
【００４０】このように、多孔電極４０によってイオン
シース２２の広がり（即ちイオンシース面２２ａの移
動）を抑制することができるので、被処理物６に対す
る照射イオンエネルギーの均一性の向上、イオン照射
量の増大および照射イオンエネルギーの上限の拡大が
可能になる。
【００４１】これを詳述すると、イオンシース２２の広
がりを抑制することによって、イオンシース２２のボリ
ューム（体積）を従来例に比べて小さく抑えることがで
きるので、その分、イオンシース２２内に残存していて
バイアス電圧ＶB よりも小さい加速エネルギーで加速さ
れて被処理物６に入射するイオン（図１７に示した正イ
オン２４ａ参照）の量を少なくすることができる。その
分、被処理物６に入射するイオンのエネルギーの不揃い
を少なくすることができる。これが、被処理物６に対す
る照射イオンエネルギーの均一性を向上させることがで
きる理由の一つである。
【００４２】例えば、従来例ではイオンシース２２の幅
は５ｃｍ〜１０ｃｍ程度にまで広がっていたけれども、
この例では多孔電極４０と被処理物６との間の距離Ｄを
１ｃｍ〜２ｃｍ程度にすることができ、そのようにする
と、イオンシース２２のボリュームは従来例に比べて非
常に小さくなるので、バイアス電圧ＶB 以下のエネルギ
ーで被処理物６に入射するイオンを非常に少なくするこ
とができる。
【００４３】また、イオンシース２２の広がりを抑制す
ることによって、上記数１中の距離ｓの増大を防止する
ことができるので、空間電荷制限電流Ｊの低下を防止す
ることができ、従って図６Ｂ中のｂに示すように、被処
理物６に流れる電流Ｉの減衰を抑制することができる。
被処理物６に対するイオン照射量は、この電流Ｉと時間
との積（即ち図６Ｂ中または図１８Ｂ中のカーブで囲ま
れた領域の面積Ｓ）に比例しており、この実施例によれ
ばこの面積Ｓが従来例（図１８Ｂ参照）に比べて増大す
るので、被処理物６に対するイオン照射量を簡単に増大
させることができる。
【００４４】しかもこのように面積Ｓが増大すると、バ
イアス電圧ＶB の立上り時間ｔr 中に低いエネルギーで
被処理物６に照射されるイオンの量（図６Ｂ中および図
１８Ｂ中の面積Ｓr ）が相対的に減ることになるので、
即ち被処理物６に照射されるイオン中に占めるエネルギ
ー不揃いイオンの量が減るので、この理由からも、被処
理物６に対する照射イオンエネルギーの均一性が向上す
る。
【００４５】更に、イオンシース２２の広がりを抑制す
ることによって、上記数２中の距離ｄの増大を防止する
（即ち前記距離Ｄで止める）ことができるので、異常放
電が起こる電圧Ｖを高めることができる。その結果、被
処理物６に印加するバイアス電圧ＶB の定常値ＶBMを従
来例よりも大きくして、被処理物６により高エネルギー
のイオン照射が可能になる。即ち照射イオンエネルギー
の上限を拡大することができ、１００ｋｅＶ以上の高エ
ネルギーのイオン照射も可能になる。
【００４６】また、イオンシース２２の広がりを抑制す
ることによって、上記数２中の距離ｄを一定に止める
（即ち前記距離Ｄで止める）ことができるので、異常放
電防止の必要上から来るバイアス電圧ＶB の印加時間の
制限は、従来例と違って無くなる。即ち、バイアス電圧
ＶB のパルス幅Ｗの上限が無くなり、パルス幅Ｗを長く
することができる。この理由からも、図６からも分かる
ように、被処理物６に対するイオン照射量を簡単に増大
させることができる。しかも、パルス幅Ｗを長くする
と、前述した低エネルギーイオン照射の行われる面積Ｓ
r の相対的な割合が更に減るので、被処理物６に照射さ
れるイオン中に占めるエネルギー不揃いイオンの量が減
り、照射イオンエネルギーの均一性が更に向上する。
【００４７】バイアス電圧ＶB のパルス幅Ｗは、上記の
ように異常放電防止の観点からは制限がないので、被処
理物６、支持体８および多孔電極４０の熱許容範囲内で
あれば、極端に長くすることも可能であり、バイアス電
圧ＶB として直流電圧を印加することも可能である。
【００４８】また、従来例では前述したようにイオンシ
ース２２の広がりが５〜１０ｃｍ程度にもなるため、被
処理物６の周囲にこれ以上の空間を設けておく必要があ
り、その分、真空容器２が大型化して装置の占有面積が
大きいという課題もあったけれども、この発明では前述
したようにイオンシース２２の広がりを多孔電極４０で
抑制することができるので、被処理物６の周囲に従来例
ほどの空間を設けておく必要はなく、その分、装置の占
有面積を小さくすることができる。
【００４９】なお、当然のことながら、被処理物６と多
孔電極４０との間の上記距離Ｄは、上記数２に示したパ
ッシェンの法則から導き出される距離以下として、多孔
電極４０と被処理物６との間で異常放電が起こらないよ
うにしておく。即ち、上記距離Ｄは次式で決定される値
以下にしておく。
【００５０】
【数３】Ｖ［ｌｎ（ｐＤ）＋ｌｎ｛Ａ／ｌｎ（１＋１／
γ）｝］＝ＢｐＤ
【００５１】但し、この距離Ｄがあまり小さくて多孔電
極４０が被処理物６に近づき過ぎると、多孔電極４０の
陰になってイオンが殆ど照射されない領域が被処理物６
上に生じるので好ましくない。これは、多孔電極４０を
前述した金属細線４４で構成することによってかなり防
止することができる。例えば、直径が０．５ｍｍ程度以
下の金属細線４４で多孔電極４０を形成し、それを被処
理物６から１ｃｍ〜２ｃｍ程度の距離Ｄの位置に配置す
るのが好ましく、そのようにすれば、上記陰の問題は無
視し得る程度になる。
【００５２】多孔電極４０は、プラズマ２０に曝されて
おり、このプラズマ２０からの熱によって多孔電極４０
の歪みが問題になる場合は、例えば、多孔電極４０の周
縁部を水冷等によって冷却したり、被処理物６にバイア
ス電圧ＶB を印加しないときはプラズマ２０の生成を停
止する等の、多孔電極４０に対する熱入力を軽減する手
段を講じるのが好ましい。後述するプラズマ生成をオン
オフする実施例（図７等参照）は、多孔電極４０に対す
るプラズマ２０からの熱入力を軽減する効果も奏する。
【００５３】上記多孔電極４０や電極支持体４６は、接
地電位（または正電位）に維持され、プラズマ２０から
の加速イオンの入射によるスパッタは受けないので、不
純物を発生する要因ではないが、ごく微量の不純物発生
でも問題になる場合は、上記多孔電極４０および／また
は電極支持体４６を、被処理物６に混入しても問題のな
い物質で構成するか、またはそのような物質で被覆して
おくのが好ましい。被処理物６に入射しても問題のない
物質とは、より具体的には被処理物６と同系の物質であ
る。例えば、被処理物６がシリコン基板の場合は、シリ
コンまたはシリコン系の物質である。
【００５４】不純物発生要因になるのは、むしろ、負の
バイアス電圧ＶB を印加する場合の支持体８であり、そ
の場合は、上記と同様、この支持体８を被処理物６に混
入しても問題のない物質、より具体的には被処理物６と
同系の物質で構成するかまたは被覆しておくのが好まし
い。
【００５５】被処理物６は、例えば半導体基板等の平板
状の基板であり、その場合は多孔電極４０も平板状で良
い。被処理物６が３次元形状をしている場合は、多孔電
極４０をこの被処理物６の形状に沿う形状にすれば良
い。そのようにすれば、３次元形状の被処理物６に対し
ても、前述した種々の効果を奏するイオン照射を行うこ
とができる。
【００５６】上記図１に示した実施例の装置や方法の好
適な用途の一つに半導体基板への不純物注入がある。半
導体装置分野では年々微細化が進み、近い将来、５０ｎ
ｍ以下のごく浅い領域に不純物をドーピング（注入）す
ることが求められる。このためには１ｋｅＶ程度以下の
低エネルギーでイオンを注入しなければならないが、従
来のイオン源を用いたイオン注入装置では、引出し電圧
の低下に起因するビーム電流の低下（簡単に言えば、ビ
ーム電流は引出し電圧の３／２乗に比例する）とビーム
発散の増大とによってビーム電流が低下し、十分なスル
ープットが得られない。
【００５７】これに対して、図１６に示した従来のプラ
ズマイマージョン法による表面処理装置によれば、上記
のような低エネルギーイオン注入の場合でも比較的高い
スループットを得ることができる。更に図１に示した実
施例の装置や方法によれば、上記のような低エネルギー
イオン注入の場合でも、前述したようにイオン照射量を
簡単に増大させることができるので、スループットを簡
単に更に高めることができる。しかも、前述したように
照射イオンエネルギーの均一性が良いので、注入深さの
制御性にも優れている。
【００５８】次に、他の実施例を説明する。但し、以下
においては、上記実施例との相違点、または各実施例間
の相違点を主体に説明する。
【００５９】図７の実施例は、図１の実施例を更に発展
させて、プラズマ生成をオンオフすると共に、オン期間
中に負のパルス状のバイアス電圧ＶB を被処理物６に印
加するものである。
【００６０】即ち、この実施例では、上記プラズマ生成
手段によるプラズマ２０の生成を周期的にオンオフ（断
続）させるスイッチング手段として、この例では、高周
波電源１６に直列にスイッチ４８を挿入しており、この
スイッチ４８によって、支持体８と高周波コイル１４と
の間に供給する高周波電力ＲＦをオンオフしてプラズマ
生成をオンオフするようにしている。
【００６１】更に、上記スイッチ４８およびバイアス電
源２６内のスイッチ３０を、互いに同期させて、しかも
スイッチ４８のオン時点から所定の期間内にスイッチ３
０がオンするというタイミング（時間差）で、周期的に
オンオフさせるタイミング制御回路５０を設けている。
【００６２】図７の実施例における高周波電力ＲＦ、プ
ラズマ２０からの発光強度ＩP 、プラズマ密度ＮP およ
びバイアス電圧ＶB の時間変化の一例を図８に示す。高
周波電力ＲＦのオン直後に発光強度ＩP およびプラズマ
密度ＮP は急激に上昇し、時間ｔ3 経過後に定常状態に
移行する。プラズマ密度ＮP は、高周波電力ＲＦのオン
時点から時間ｔ1 後に定常状態の値以上になり、時間ｔ
2 後に最大値に達する。ｔ1 は約５〜１０μｓｅｃ、ｔ
2 は約１００〜２００μｓｅｃ、ｔ3 は約５００μｓｅ
ｃ〜１ｍｓｅｃである。
【００６３】従って、スイッチ４８のオン時点からスイ
ッチ３０のオン時点までの時間ｔ4を、ｔ1 ≦ｔ4 ≦ｔ
3 とすることによって、具体的にはｔ4 を好ましくは５
μｓｅｃ〜１ｍｓｅｃ、より好ましくは１０μｓｅｃ〜
５００μｓｅｃにすることによって、定常プラズマより
も高密度のプラズマ２０からイオンを引き出してそれを
被処理物６に照射することができるので、被処理物６に
対するイオン照射量を簡単により増大させることができ
る。例えば、他の条件を同じにした場合、図１の実施例
よりもイオン照射量を１０〜３０％程度増大させること
ができる。
【００６４】なお、高周波電力ＲＦをオンオフしてプラ
ズマ生成をオンオフする周波数およびバイアス電圧ＶB
をオンオフする周波数（共に図８では１／Ｔ）は、あま
り高いとオフ期間中にプラズマ２０が消滅しきれず、図
８で説明したプラズマ生成に伴う発光強度ＩP の急上昇
およびプラズマ密度ＮP の上昇が得られず、実験結果か
ら、１００ｋＨｚが上限である。また、上記周波数があ
まり低いと生産性が極端に低下するので、１０Ｈｚ以上
が適当である。即ち、上記周波数は、１０Ｈｚ〜１００
ｋＨｚの範囲内が好ましく、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範
囲内がより好ましい。
【００６５】図９の実施例は、図７の実施例を更に発展
させて、ＣＶＤ（化学気相成長）装置として利用するの
に好適な実施例である。
【００６６】即ちこの実施例では、基板のような被処理
物６を加熱する加熱手段の一例としてランプヒータ５４
を設けている。電極支持体４６には、このランプヒータ
５４からの熱を通す複数の穴５２を設けている。真空容
器２内へはガス１２として原料ガスを導入する。
【００６７】この実施例によれば、プラズマ２０による
ＴｉＣｌ4 等の原料ガス１２の解離および被処理物６へ
の堆積と同時に、被処理物６に負のパルス状のバイアス
電圧ＶB を印加して正イオンを照射することが可能であ
り、これによって、密着性、結晶性、配向性等を制御し
ながら、被処理物６上に薄膜を堆積させることができ
る。
【００６８】しかも、多孔電極４０を有していて、前述
したように照射イオンエネルギーの不揃いを防止してイ
オンエネルギーを高精度で制御することができるので、
上記膜特性を高精度でしかも再現性良く制御することが
できる。
【００６９】また、ＳｉＨ4 等のように、原料ガス１２
の種類によっては、プラズマ２０中に微粒子が発生し、
膜特性に悪影響を及ぼす場合があるけれども、プラズマ
生成を周期的にオンオフすることにより、微粒子の成長
を抑制できることが知られている。従ってこの実施例で
は、プラズマ生成を周期的にオンオフして微粒子の成長
を抑制すると共に、オン期間中に被処理物６に正イオン
を照射して上記のような膜特性の制御を行うことができ
る。
【００７０】図１０の実施例は、図７の実施例を変形し
て、プラズマ生成を周期的にオンオフし、オフ期間中に
被処理物６に正のパルス状のバイアス電圧ＶB を印加し
て、被処理物６に負イオンを照射するものである。
【００７１】そのためにこの実施例では、上記バイアス
電源２６中の直流電源２８の極性を反対にして、支持体
８に支持された被処理物６に正のパルス状のバイアス電
圧ＶB を印加するバイアス電源２７を、上記バイアス電
源２６の代わりに設けている。また、上記のようなタイ
ミング制御回路５０の代わりに、上記二つのスイッチ４
８およびバイアス電源２７内のスイッチ３０を、互いに
同期させて、しかもスイッチ４８のオフ時点から所定の
期間内にスイッチ３０がオンするというタイミング（時
間差）で、周期的にオンオフさせるタイミング制御回路
５１を設けている。
【００７２】図１０の実施例における高周波電力ＲＦ、
プラズマ２０中の電子密度ＮE 、負イオン密度ＮI およ
びバイアス電圧ＶB の時間変化の一例を図１１に示す。
高周波電力ＲＦのオフに伴ってプラズマ２０内の電子密
度ＮE は急速に（５μｓｅｃ程度で）低下し、１〜２ｅ
Ｖ程度の低エネルギー電子が支配的なプラズマとなる。
これに分子あるいは励起分子が付着解離して、負イオン
が生成される。電子密度ＮE は負イオン密度ＮI と逆比
例するかのように急速に減衰し（即ち負イオン密度ＮI
は急速に増大し）、高周波電力ＲＦオフ後、約１０μｓ
ｅｃ以降では、正イオンと負イオンが支配的な特異なプ
ラズマが形成される。負イオン密度ＮIは、高周波電力
ＲＦオフ後約３０〜４０μｓｅｃで最大値に達し、その
後徐々に減衰し、高周波電力ＲＦオフ後１ｍｓｅｃ程度
でほぼ０になる。
【００７３】電子が豊富なプラズマ２０のときに被処理
物６に正のバイアス電圧ＶB を印加しても、被処理物６
に入射するのは軽くて移動度の高い電子が殆どであり、
被処理物６に負イオン照射を行うことはできない。とこ
ろが、上記のようにプラズマ生成をオンオフすることに
よって特異なプラズマを形成し、その負イオン密度ＮI
の高い期間内に、具体的には電子密度ＮE が負イオン密
度ＮI の概ね１／１０以下となる期間内に、より具体的
には高周波電力ＲＦオフ時点から１０μｓｅｃ後〜１ｍ
ｓｅｃ後の期間内に、被処理物６に正のパルス状のバイ
アス電圧ＶB を印加することによって、被処理物６に負
イオン照射を行うことができる。そのために、タイミン
グ制御回路５１は、スイッチ４８のオフから時間ｔ5 だ
け遅れさせてスイッチ３０をオンさせるようにしてい
る。この時間ｔ5 は、上記のように１０μｓｅｃ〜１ｍ
ｓｅｃが好ましく、２０μｓｅｃ〜２００μｓｅｃがよ
り好ましい。後者の方が、被処理物６に対する負イオン
の照射量をより増大させることができる。
【００７４】しかも、図１０の実施例のように多孔電極
４０を設けておくことにより、前述した理由から、負イ
オン照射においても、照射イオンエネルギーの均一性の
向上、イオン照射量の増大および照射イオンエネルギー
の上限の拡大が可能になる。
【００７５】上記図１０に示した装置や方法は、例え
ば、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＳｉＧｅ基板等のＳｉを
含む基板に酸素イオンを注入することによって、基板中
に埋め込み酸化膜層を形成してＳＩＭＯＸ（Separated
by IMplanted OXygen ）基板を作製する方法、または
Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、ＳｉＧｅ基板等のＳｉを含む基
板に水素イオンを注入し、その後３８０℃以上に加熱す
ることによって基板中にボイド（空孔）を形成する方
法、等に利用することができる。
【００７６】上記のボイドを形成する方法では、水素
イオン注入の代わりにヘリウムイオン注入を行っても良
いけれども、ヘリウムは負イオンが生成されないため、
ヘリウムイオン注入を行う場合は、図１等に示した正イ
オンを照射・注入する装置や方法を用いれば良い。
【００７７】更に近年はエッチング分野、特に半導体の
エッチング分野においても負イオンが注目されている。
これは、正イオンによるエッチングに比べて負イオンに
よるエッチングの方がエッチングレートが数倍高いこと
が明らかになってきたからである。従ってこのようなエ
ッチング分野における負イオン照射にも、上記図１０に
示した装置や方法を用いれば好都合である。
【００７８】特に近年は、半導体装置の高集積化に伴っ
て、エッチングの難しい高・強誘電体やＰｔ等の電極材
料を高速度でエッチングする要求が高まっているが、図
１０あるいは次の図１２の実施例の構成で、Ｃｌ- 、Ｆ
- 等の負イオンを高精度でエネルギー制御して大量に照
射することにより、高速度かつ制御性の良いエッチング
が可能となる。
【００７９】負イオン生成に関しては、他の手段とし
て、プラズマ生成領域と基板（被処理物）との間に多孔
電極を設け、これに通電して当該多孔電極面内で１００
ガウス以下の磁場を形成したり、この多孔電極の電位を
０Ｖ〜−５０Ｖまたは浮遊電位にすることによって、多
孔電極と基板との間に１〜２ｅＶ以下の低エネルギーの
電子が豊富なプラズマを生成し、負イオンの生成を効率
的にして負イオンが高密度のプラズマを生成する技術が
既に提案されている。例えば、"Electron and Ion Ener
gy Control in a Radio Frequency Discharge Plasma w
ith Silane", Jpn. J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp4547-4
550 Part1,No.7B,July 1997 参照。
【００８０】図１２の実施例は、言わば、図１０の実施
例に、上記負イオンが高密度のプラズマを生成する技術
を組み合わせたものである。
【００８１】即ちこの実施例では、前述した多孔電極４
０の被処理物６とは反対側に第２多孔電極６０を多孔電
極４０から離して設け、この第２多孔電極６０に直流電
源６６から０Ｖ〜−５０Ｖの直流電圧を印加してバイア
スするようにしている。第２多孔電極６０は、例えば筒
状の絶縁物７０によって多孔電極４０から離して支持さ
れている。６８は絶縁物である。
【００８２】この第２多孔電極６０も、前述した多孔電
極４０と同様、多数の小孔を有するものでも良いし、金
属細線を格子状またはすだれ状に配置したものでも良
い。
【００８３】このような第２多孔電極６０を設けてこれ
を上記電位にバイアスしておくと、プラズマ２０の生成
中に、多孔電極４０と第２多孔電極６０との間に、１〜
２ｅＶ以下の低エネルギーの電子が豊富なプラズマが生
成され、それによって負イオンの生成が効率的になり、
負イオンが高密度のプラズマ７２が生成される。
【００８４】しかも、プラズマ２０の生成をオンオフす
ることによって、前述した理由から（図１１の説明参
照）、オフ時点から１０μｓｅｃ後〜１ｍｓｅｃ後の期
間内にプラズマ２０および７２中の負イオン密度が大き
く上昇する。そしてこの期間内にバイアス電源２７から
正のパルス状のバイアス電圧ＶB を被処理物６に印加す
ることによって、被処理物６に対してより高密度の負イ
オン照射が可能になる。
【００８５】上記第２多孔電極６０は、浮遊電位にして
も良い。また、図１３に示す例のように、第２多孔電極
６０を金属細線６４で構成してそれに図示しない直流電
源から電流ＩD を流すことによって、当該第２多孔電極
６０の面内で０ガウスより大かつ１００ガウス以下の磁
場６５を形成するようにしても良い。
【００８６】図１２に示す技術を、ＭＯＣＶＤ（有機金
属化学気相成長）法による薄膜形成に用いる場合の実施
例を図１４に示す。
【００８７】半導体装置の分野では、微細化の進展に伴
い、キャパシタ材料の高誘電率化が図られている。ま
た、ＢＳＴ（即ち（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 ）薄膜は、次
世代キャパシタ材料の最有力候補として注目されてお
り、段差被覆性の優位性から、ＭＯＣＶＤ法での研究が
進められている。
【００８８】従来の通常のＭＯＣＶＤ法では、基板を５
００℃程度以上に加熱しなければならず、この基板温度
を下げるために、ＥＣＲプラズマ（電子サイクロトロン
共鳴を利用して生成したプラズマ）で酸素ラジカルや準
安定状態の酸素分子を作り、これを基板に入射させるこ
とによって基板温度の低温化を図る試みが成されてい
る。
【００８９】しかし、このようなＥＣＲプラズマで酸素
ラジカルを作る方法では、気相中でＢａ（ＤＰＭ）2 や
Ｓｒ（ＤＰＭ）2 等の有機原料（ＤＰＭは、ジピバロイ
ルメタン）が混ざり、これが酸素ラジカルと結合して微
粒子が大量に発生して基板上に堆積し、これが膜の結晶
性、組成比等を悪化させて、誘電率等の膜特性を低下さ
せる原因になっている。
【００９０】これに対して、図１４の実施例では、原料
ガス供給部７６からのＢａ（ＤＰＭ）2 、Ｓｒ（ＤＰ
Ｍ）2 等の有機金属原料ガス７８を、前述した多孔電極
４０と第２多孔電極６０との間の領域に導入するように
構成している。７４は筒体である。前述したガス供給部
１０からは、ガス１２としてＯ2 ガス、Ｎ2Ｏガス等を
導入する。その他の構成は図１２の実施例と同様であ
る。
【００９１】図１２の実施例で説明したように、多孔電
極４０と第２多孔電極６０間の領域では電子温度が１〜
２ｅＶ以下と低いため、有機金属原料ガス７８の解離は
抑制される。微粒子は発生するけれども、プラズマ２０
の生成を周期的にオンオフすることにより、微粒子の成
長を抑制し、オフ期間に被処理物（例えば基板）６に例
えば１ｋＶ以下の正のパルス状のバイアス電圧ＶB を印
加することによって、被処理物６に負イオンを照射す
る。これによって、Ｏ- 、Ｏ2 - 等の酸素負イオンが被
処理物６に照射され、前述したＢＳＴ等の膜組成物の酸
化が促進されるので、基板温度をより低温化することが
可能になる。
【００９２】しかも、微粒子は負イオンが高密度なプラ
ズマ７２中で負に帯電しているため、成長途上にある
（即ち成長前の）微粒子を被処理物６に正バイアス電圧
ＶB で引き込み、膜特性上問題となる大きな微粒子の発
生・堆積を抑制することができる。
【００９３】更に、膜中の炭素系不純物が問題となる場
合もあるが、酸素負イオン照射によって炭素をＣＯx 系
ガスとして離脱させることができるので、炭素系不純物
低減の効果も期待できる。
【００９４】図１４の装置や方法は、上記ＢＳＴ薄膜形
成以外にも、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）薄膜、Ｓ
ＢＴ（ビスマスストロンチウムタンタレート）薄膜、酸
化物系誘電体薄膜等の形成にも勿論適用することができ
る。
【００９５】ところで、負イオンは正イオンと比較し
て、電荷の相違だけでなく、生成されるイオン種比率が
異なるという点も特徴的である。上述のＳＩＭＯＸ基板
の作製もこれを利用しているが、例えばシリコンを含む
基板中に水素イオンを注入し、その後３８０℃以上に加
熱することによって基板中にボイド（空孔）を形成する
場合、水素正イオンはＨ2 + （分子イオン）、Ｈ+ （原
子イオン）等複数種が存在し、このためプラズマイマー
ジョン法のように非質量分離でイオン注入すると、注入
深さ方向における注入量の分布では複数のピークが現れ
てしまう。
【００９６】これに対して、水素の負イオンは物理的に
Ｈ- （原子イオン）しか存在しないため、上記図１０や
図１２の実施例を用いて負イオン注入を行えば、注入量
分布には単一のピークしか現れず、非常に制御性の良い
（即ち高精度の）注入が可能になる。しかも、前述した
多孔電極４０の作用によって、注入エネルギー（即ち注
入深さ）を揃えることも可能になる。
【００９７】このような水素負イオン注入を利用して、
例えばＳｉ基板中やＳｉ薄膜中のＳｉ未結合手をＨ原子
と結合させることによって、欠陥を修復する、いわゆる
パッシベーションの高精度な制御も可能になる。特に近
年は、ＴＦＴ−ＬＣＤ（薄膜トランジスタ方式液晶ディ
スプレイ）の製造分野において、多結晶シリコン（ｐ−
Ｓｉ）薄膜の水素系プラズマによるパッシベーションに
よってリーク電流を低減する研究や、太陽電池セル用の
多結晶シリコン基板のパッシベーションによって光電変
換効率を高める試みが成されているが、このような分野
に上記図１０や図１２の技術を用いれば、水素イオンの
注入深さや注入量を高精度で制御することができるた
め、水素欠陥を高効率で修復することが可能になる。
【００９８】前述したバイアス電圧ＶB が印加される支
持体８は、例えば図１５に示す例のように、被処理物支
持部を除く部分を、支持体８との間に間隔（距離Ｌ）を
あけて、導電性（例えば金属製）で接地電位の遮蔽容器
４７で覆っておくのが好ましい。この例では、この遮蔽
容器４７が前述した電極支持体４６を兼ねている。
【００９９】このような遮蔽容器４７を設けていない場
合、仮に前述したプラズマ２０が生成されていないとき
に支持体８に高電圧の（例えば１０ｋＶ以上の）バイア
ス電圧ＶB が印加された場合、上記数２に示したパッシ
ェンの法則から分かるように、前述した電界が形成され
ている距離ｄが非常に大きくなるので、支持体８と真空
容器２との間で異常放電が起こり、それによって大電流
が流れてバイアス電源２６、２７等を破損する恐れがあ
る。これに対しては、上記のような遮蔽容器４７を設け
ておき、それと支持体８との間の距離Ｌを、上記数２に
示したパッシェンの法則から導き出される距離より十分
短くしておくのが好ましい。即ち、上記距離Ｌを次式で
決定される値より十分小さくしておくのが好ましい。例
えば、１００ｋＶのバイアス電圧ＶB を印加する場合
は、上記距離Ｌを１０ｍｍ以下に設定しておくのが好ま
しい。
【０１００】
【数４】Ｖ［ｌｎ（ｐＬ）＋ｌｎ｛Ａ／ｌｎ（１＋１／
γ）｝］＝ＢｐＬ
【０１０１】上記のようにしておくことによって、支持
体８の周辺のプラズマの有無に拘わらず、支持体８と真
空容器２間の異常放電を確実に防止することができるの
で、安全性が向上する。
【０１０２】また、上記パッシェンの法則から分かるよ
うに、圧力の小さい方がより異常放電を起こしにくいの
で、遮蔽容器４７内を局所排気する真空排気手段を更に
設けておいても良く、そのようにすれば安全性をより高
めることができる。図１５の例は、遮蔽容器４７に接続
した排気配管８０およびそれにつながる図示しない真空
排気装置によって、上記真空排気手段を構成している。
【０１０３】なお、プラズマ生成手段は、上記各例に示
した例以外のもの、例えば、２枚の高周波電極を用いて
プラズマを生成する平行平板型（容量結合型）のプラズ
マ生成手段、マイクロ波を用いてプラズマを生成するマ
イクロ波放電型のプラズマ生成手段、フィラメントを用
いてプラズマを生成する直流放電型のプラズマ生成手段
等を用いても良い。
【０１０４】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次のような効果を奏する。
【０１０５】請求項１、２、７および８に記載の発明に
よれば、プラズマと被処理物との間に形成されるイオン
シースの広がりを多孔電極によって抑制することができ
るので、被処理物に対する照射イオンエネルギーの均一
性の向上、イオン照射量の増大および照射イオンエネル
ギーの上限の拡大が可能になる。
【０１０６】また、イオンシースの広がりを多孔電極で
抑制することができるので、被処理物の周囲に従来例ほ
どの空間を設けておく必要はなく、その分、装置の占有
面積を小さくすることができる。
【０１０７】請求項３および９に記載の発明によれば、
定常状態に移行する前の密度の高い状態のプラズマから
正イオンを引き出してそれを被処理物に入射させること
ができるので、従来の定常的にプラズマを生成する場合
に比べて、被処理物に対するイオン照射量を簡単に増大
させることができる。
【０１０８】しかも、定常的にプラズマを生成する場合
に比べて、イオンの電離状態が高い高電離イオンの照射
を行うことができるので、深い位置へのイオン注入が容
易になる。
【０１０９】請求項４および１０に記載の発明によれ
ば、負イオン密度の高いプラズマ状態から負イオンを引
き出してそれを被処理物に照射することができる。しか
も、多孔電極を用いることによって、負イオン照射にお
いても、照射イオンエネルギーの均一性の向上、イオン
照射量の増大および照射イオンエネルギーの上限の拡大
が可能になる。
【０１１０】請求項５、６、１１、１２および１３に記
載の発明によれば、多孔電極と第２多孔電極との間にお
いて負イオンが高密度のプラズマを生成することと、プ
ラズマ生成のオフ後に負イオン密度が上昇することを併
用することができるので、被処理物に対してより高密度
の負イオン照射が可能になる。
【０１１１】請求項１４に記載の発明によれば、遮蔽容
器を設けることによって、支持体の周辺のプラズマの有
無に拘わらず、支持体と真空容器との間の異常放電を確
実に防止することができるので、安全性が向上する。
【０１１２】請求項１５に記載の発明によれば、上記遮
蔽容器内の圧力を小さくして、支持体と遮蔽容器との間
で異常放電がより起こりにくくすることができるので、
安全性がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る表面処理装置の一例を示す断面
図である。
【図２】多孔電極の一例を示す平面図である。
【図３】多孔電極の他の例を示す平面図である。
【図４】多孔電極の他の例を示す平面図である。
【図５】図１の装置の多孔電極の部分を拡大して示す図
である。
【図６】図１の装置におけるバイアス電圧および被処理
物に流れる電流の波形の一例を示す図である。
【図７】この発明に係る表面処理装置の他の例を示す断
面図である。
【図８】図７の装置における高周波電力、プラズマ発光
強度、プラズマ密度およびバイアス電圧の時間変化の一
例を示す図である。
【図９】この発明に係る表面処理装置の他の例を示す断
面図である。
【図１０】この発明に係る表面処理装置の他の例を示す
断面図である。
【図１１】図１０の装置における高周波電力、プラズマ
中の電子密度、プラズマ中の負イオン密度およびバイア
ス電圧の時間変化の一例を示す図である。
【図１２】この発明に係る表面処理装置の他の例を示す
断面図である。
【図１３】第２多孔電極に電流を流した状態の一例を示
す図である。
【図１４】この発明に係る表面処理装置の他の例を示す
断面図である。
【図１５】遮蔽容器を局所排気する例を示す断面図であ
る。
【図１６】従来の表面処理装置の一例を示す断面図であ
る。
【図１７】図１６の装置におけるイオンシースの生成過
程を示す図である。
【図１８】図１６の装置におけるバイアス電圧および被
処理物に流れる電流の波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
２ 真空容器 ６ 被処理物 ８ 支持体 １０ ガス供給部（ガス供給手段） １４ 高周波コイル（プラズマ生成手段） １６ 高周波電源（プラズマ生成手段） ２０ プラズマ ２６、２７ バイアス電源 ４０ 多孔電極 ４８ スイッチ（スイッチング手段） ５０、５１ タイミング制御回路（タイミング制御手
段） ６０ 第２多孔電極

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 真空容器内において被処理物の近傍にプ
    ラズマを生成し、かつ被処理物にバイアス電圧を印加し
    て、前記プラズマ中のイオンを被処理物に入射させる表
    面処理方法において、前記被処理物の処理面に間隔をあ
    けて対向していて接地電位または正電位に電位の固定さ
    れた多孔電極を設けておき、かつ前記被処理物にパルス
    状または直流のバイアス電圧を印加することを特徴とす
    る表面処理方法。
  2. 【請求項２】 前記被処理物に負のパルス状のバイアス
    電圧を印加する請求項１記載の表面処理方法。
  3. 【請求項３】 前記プラズマ生成を周期的にオンオフ
    し、かつこのオンオフに同期して、しかもオン時点から
    １０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期間内に、前記被
    処理物に負のパルス状のバイアス電圧を印加する請求項
    ２記載の表面処理方法。
  4. 【請求項４】 前記プラズマ生成を周期的にオンオフ
    し、かつこのオンオフに同期して、しかもオフ時点から
    １０μｓｅｃ後〜１ｍｓｅｃ後の期間内に、前記被処理
    物に正のパルス状のバイアス電圧を印加する請求項１記
    載の表面処理方法。
  5. 【請求項５】 前記多孔電極の被処理物とは反対側に第
    ２多孔電極を前記多孔電極から離して設け、かつこの第
    ２多孔電極に電流を流して当該第２多孔電極の面内で０
    ガウスより大かつ１００ガウス以下の磁場を形成する請
    求項４記載の表面処理方法。
  6. 【請求項６】 前記多孔電極の被処理物とは反対側に第
    ２多孔電極を前記多孔電極から離して設け、この第２多
    孔電極の電位を０Ｖ〜−５０Ｖまたは浮遊電位にする請
    求項４記載の表面処理方法。
  7. 【請求項７】 真空容器と、この真空容器内を真空排気
    する真空排気装置と、前記真空容器内に設けられていて
    被処理物を支持する支持体と、前記真空容器内にガスを
    供給するガス供給手段と、このガスを電離させて前記支
    持体に支持された被処理物の近傍にプラズマを生成する
    プラズマ生成手段と、前記支持体に支持された被処理物
    にバイアス電圧を印加するバイアス電源とを備える表面
    処理装置において、前記被処理物の処理面に間隔をあけ
    て対向していて接地電位または正電位に電位の固定され
    た多孔電極を備えており、かつ前記バイアス電源は、前
    記支持体に支持された被処理物にパルス状または直流の
    バイアス電圧を印加するものであることを特徴とする表
    面処理装置。
  8. 【請求項８】 前記バイアス電源は、前記支持体に支持
    された被処理物に負のパルス状のバイアス電圧を印加す
    るものである請求項７記載の表面処理装置。
  9. 【請求項９】 前記プラズマ生成手段によるプラズマ生
    成を周期的にオンオフさせるスイッチング手段と、この
    スイッチング手段によるオンオフに同期して、しかもオ
    ン時点から１０μｓｅｃ後〜５００μｓｅｃ後の期間内
    に、前記バイアス電源から前記負のパルス状のバイアス
    電圧を出力させるタイミング制御手段とを更に備える請
    求項８記載の表面処理装置。
  10. 【請求項１０】 前記バイアス電源を、前記支持体に支
    持された被処理物に正のパルス状のバイアス電圧を印加
    するものとしており、かつ前記プラズマ生成手段による
    プラズマ生成を周期的にオンオフさせるスイッチング手
    段と、このスイッチング手段によるオンオフに同期し
    て、しかもオフ時点から１０μｓｅｃ後〜１ｍｓｅｃ後
    の期間内に、前記バイアス電源から前記正のパルス状の
    バイアス電圧を出力させるタイミング制御手段とを更に
    備える請求項７記載の表面処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記多孔電極の被処理物とは反対側に
    前記多孔電極から離して設けられた第２多孔電極と、こ
    の第２多孔電極に電流を流して当該第２多孔電極の面内
    で０ガウスより大かつ１００ガウス以下の磁場を形成す
    る直流電源とを更に備える請求項１０記載の表面処理装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記多孔電極の被処理物とは反対側に
    前記多孔電極から離して設けられた第２多孔電極と、こ
    の第２多孔電極の電位を０Ｖ〜−５０Ｖにバイアスする
    直流電源とを更に備える請求項１０記載の表面処理装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記多孔電極の被処理物とは反対側に
    前記多孔電極から離して設けられた浮遊電位の第２多孔
    電極を更に備える請求項１０記載の表面処理装置。
  14. 【請求項１４】 前記支持体の被処理物支持部を除く部
    分を当該支持体との間に間隔をあけて覆う接地電位の導
    電性の遮蔽容器を更に備える請求項７ないし１３のいず
    れかに記載の表面処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記遮蔽容器内を局所排気する真空排
    気手段を更に備える請求項１４記載の表面処理装置。
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