特許 7125789 特定種イオン源およびプラズマ成膜装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-17

(45)【発行日】2022-08-25

(54)【発明の名称】特定種イオン源およびプラズマ成膜装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 27/18 20060101AFI20220818BHJP

   H05H 1/46 20060101ALI20220818BHJP

   C23C 16/50 20060101ALI20220818BHJP

【ＦＩ】

H01J27/18

H05H1/46 L

C23C16/50

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020525221

(86)(22)【出願日】2018-11-07

(86)【国際出願番号】 JP2018041365

(87)【国際公開番号】W WO2019239613

(87)【国際公開日】2019-12-19

【審査請求日】2021-09-24

(31)【優先権主張番号】P 2018113593

(32)【優先日】2018-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】比村 治彦

【審査官】右▲高▼ 孝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－０２１５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２３５４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】山本 昌良 他，室温下で高純度 ZnO 粒子生成に用いる酸素負イオン源の開 発 (Development of negative oxygen plasma source applied to produce pure ZnO at room temperature)，第 74 回応用物理学会秋季学術講演会 講演予稿集，2013年09月，#08-063

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ２７／１８

Ｈ０５Ｈ １／４６

Ｃ２３Ｃ １６／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、
前記チャンバ内へ第１原料ガスを供給する第１原料ガス供給源と、
前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスに高周波を印加することにより前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、
前記チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる前記第１原料ガスの元素のイオンを前記チャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる加速部と、
前記加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する選別部と、を備え、
前記チャンバは、
筒状のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の開放部分を閉塞し且つ一部に前記チャンバ本体内に発生するプラズマに含まれるイオンを前記チャンバ外へ放出するための放出孔が設けられた蓋体と、を有し、
前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の底壁に対向する位置に配置され前記チャンバ本体の内側に存在する前記第１原料ガスに高周波を印加するためのコイルと、
前記コイルに高周波数の交流電流を供給する高周波電源と、
前記コイルにおける前記チャンバ本体の底壁側とは反対側に配置された第１磁石と、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の側壁を囲繞するように配置された第２磁石と、
前記蓋体における前記放出孔を囲繞する部位に設けられた第３磁石と、を有する、
特定種イオン源。

【請求項2】

前記チャンバ内に連通し、前記チャンバ内へ第１原料ガスを供給する原料ガス供給管と、
前記原料ガス供給管に介挿され前記第１原料ガスの供給を許容する開状態と前記第１原料ガスの供給を遮断する閉状態とをとりうる動力弁と、
前記動力弁と前記高周波電源とを制御する制御部と、を更に備え、
前記制御部は、前記動力弁を前記開状態にすると同時あるいは直前に前記高周波電源から前記コイルへ交流電流の供給を開始し、前記開状態にしてから予め設定された第１時間だけ経過した後、前記動力弁を前記閉状態にし、前記高周波電源から前記コイルへ交流電流の供給を開始してから予め設定された前記第１時間よりも長い第２時間だけ経過した後、前記高周波電源から前記コイルへの交流電流の供給を遮断するように、前記動力弁と前記高周波電源とを制御する、
請求項１に記載の特定種イオン源。

【請求項3】

前記第２時間の長さは、前記第１時間の長さの１０倍以上である、
請求項２に記載の特定種イオン源。

【請求項4】

前記第１磁石は、複数存在する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の特定種イオン源。

【請求項5】

前記第１磁石は、円柱状であり、前記第１磁石の中心軸が前記コイルの中心軸と平行となるように配置されている、
請求項４に記載の特定種イオン源。

【請求項6】

前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ内へ電子を供給する電子供給源を更に有する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の特定種イオン源。

【請求項7】

前記選別部は、
前記第１方向および前記第２方向と直交する第３方向の磁場を発生させる磁場発生部を有する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の特定種イオン源。

【請求項8】

前記加速部は、
電磁場を利用して前記チャンバ外へ引き出されたイオンを集束するためのアインツェルレンズを有する、
請求項１から７のいずれか１項に記載の特定種イオン源。

【請求項9】

チャンバと、前記チャンバ内へ第１原料ガスを供給する第１原料ガス供給源と、前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスに高周波を印加することにより前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、前記チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる前記第１原料ガスの元素のイオンを前記チャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる加速部と、前記加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する選別部と、を有する特定種イオン源と、
第２原料ガスを供給する第２原料ガス供給源と、
前記特定種イオン源により供給される特定種のイオンと前記第２原料ガスとを反応させる反応炉と、を備え、
前記チャンバは、
筒状のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の開放部分を閉塞し且つ一部に前記チャンバ本体内に発生するプラズマに含まれるイオンを前記チャンバ外へ放出するための放出孔が設けられた蓋体と、を有し、
前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の底壁に対向する位置に配置され前記チャンバ本体の内側に存在する前記第１原料ガスに高周波を印加するためのコイルと、
前記コイルに高周波数の交流電流を供給する高周波電源と、
前記コイルにおける前記チャンバ本体の底壁側とは反対側に配置された第１磁石と、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の側壁を囲繞するように配置された第２磁石と、
前記蓋体における前記放出孔を囲繞する部位に設けられた第３磁石と、を有する、
プラズマ成膜装置。

【請求項10】

前記反応炉の外側における一部を囲繞する位置に配置され、電磁場を発生させることにより前記特定種のイオンに対応する元素と前記第２原料ガスの元素とを含む化合物のイオンを前記反応炉の内側の予め設定された領域にトラップする電磁場発生部を更に備える、
請求項９に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項11】

前記特定種のイオンは、酸素負イオン、水素負イオン、窒素負イオンおよび炭素負イオンを含む、
請求項９または１０に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項12】

前記特定種のイオンは、酸素負イオンのみである、
請求項９または１０に記載のプラズマ成膜装置。

【請求項13】

前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ内へ電子を供給する電子供給源を更に有する、
請求項９から１２のいずれか１項に記載のプラズマ成膜装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特定種イオン源およびプラズマ成膜装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＩｏＴ技術の進展に伴いモバイル機器の小型化および高機能化の要請がある。モバイル機器に搭載されるセンサ、アクチュエータ、その他回路素子等の各種デバイスは、モバイル機器の小型化および高機能化に伴い、微細化および複雑化している。そして、これらの各種デバイスの微細化および複雑化に伴い、量子ドットを初めとするナノ構造の作製方法或いは薄膜作製方法が、これらの各種デバイスを作製するための重要な要素技術として着目されつつある。

【0003】

量子ドットの作製方法としては、主として、バルクの半導体材料から作製する方法と、半導体基板表面で結晶成長させる際に生じる応力を利用して量子ドットを自己形成させる方法と、が採用されている。しかしながら、これらの作製方法は、量子ドットの品質、均一性等の要請を十分に満たすに至っていない。

【0004】

また、現在における最先端の半導体デバイスについて要求される最小加工寸法は、７ｎｍ程度になっている。これに伴い、薄膜作製方法に対してもナノスケールの膜厚制御が要求されている。この場合、スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の成膜方法では、前述の要求を十分に満足することが困難である。そこで、薄膜作製方法として、原子層堆積法（Atomic Layer Deposition ＡＬＤ法）のような原子層レベルで膜厚を制御できる薄膜作製方法が採用されつつある。この原子層堆積法には、堆積させる原子のイオンまたはラジカルを含むプラズマを発生させて行うＰＥＡＬＤ（Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition）法がある。しかしながら、ＰＥＡＬＤ法は、発生させたプラズマ中に含まれるイオン、ラジカル、電子等の挙動、特にイオンのエネルギを制御するのが困難であり、このことに起因して、ＰＥＡＬＤ法により作製した各種デバイスの表面に、デバイス性能および信頼性を低下させるような損傷を与える虞がある。さらには、プラズマ生成室内には、プラズマを生成するためのエネルギが外部から投入され続けているため、プラズマが熱的に緩和しない。このため、プラズマのエネルギと数密度に時間的かつ空間的揺らぎが存在する。これらのプラズマ揺らぎに起因して、作製する薄膜の膜厚をナノメートルオーダで均一化することが困難である。さらに、それら揺らぎの程度は、プラズマの発生方法や、プラズマとプラズマ生成容器内壁や挿入電極など、プラズマと接触する金属や絶縁物までの距離、そして、生成容器内での輸送係数の違いにより、プラズマ発生装置毎に異なってくる。加えて、プラズマから発生する紫外線等の光も、膜の表面に損傷を与える原因の一つである。プラズマを使いつつも、プラズマ発生装置に依存せず、ナノスケールでの微細加工を行える普遍的な方法はまだない。

【0005】

そこで、これらのナノ構造の作製方法または薄膜作製方法において、ナノ構造または薄膜の品質の向上並びに均一性を実現するために反応性の高い、即ち、化学的活性度が高い特定種のイオンやラジカルを選択的に取り出して、ナノ構造または薄膜の形成に寄与させることが要請されている。これに対して、例えば化学的活性度が高い酸素負イオン（Ｏ^－）を取り出し、取り出した酸素負イオンを利用する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１では、酸素負イオンのイオン源としてプラズマガンを採用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１７－０２５４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、前述のナノ構造の作製方法または薄膜作製方法において、ナノ構造または薄膜の品質の向上並びに均一性を実現するためには、取り出した化学的活性度が高い特定種のイオンの純度を高めることが要請されている。そして、ナノ構造または薄膜の形成に、特定種のイオンのみ寄与させて他種のイオンができるだけ寄与しないようにすることが要請されている。同様の要請は、特定種のラジカルのみを寄与させるプロセスにもある。

【0008】

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、プラズマ源から特定種のイオン、またはラジカルを高い純度で得ることができる特定種イオン源およびプラズマ成膜装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る特定種イオン源は、
チャンバと、
前記チャンバ内へ第１原料ガスを供給する第１原料ガス供給源と、
前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスに高周波を印加することにより前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、
前記チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる前記第１原料ガスの元素のイオンを前記チャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる加速部と、
前記加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する選別部と、を備え、
前記チャンバは、
筒状のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の開放部分を閉塞し且つ一部に前記チャンバ本体内に発生するプラズマに含まれるイオンを前記チャンバ外へ放出するための放出孔が設けられた蓋体と、を有し、
前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の底壁に対向する位置に配置され前記チャンバ本体の内側に存在する前記第１原料ガスに高周波を印加するためのコイルと、
前記コイルに高周波数の交流電流を供給する高周波電源と、
前記コイルにおける前記チャンバ本体の底壁側とは反対側に配置された第１磁石と、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の側壁を囲繞するように配置された第２磁石と、
前記蓋体における前記放出孔を囲繞する部位に設けられた第３磁石と、を有する。

【0010】

他の観点から見た、本発明に係るプラズマ成膜装置は、
チャンバと、前記チャンバ内へ第１原料ガスを供給する第１原料ガス供給源と、前記チャンバ内に供給された前記第１原料ガスに高周波を印加することにより前記チャンバ内にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、前記チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる前記第１原料ガスの元素のイオンを前記チャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる加速部と、前記加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する選別部と、を有する特定種イオン源と、
第２原料ガスを供給する第２原料ガス供給源と、
前記特定種イオン源により供給される特定種のイオンと前記第２原料ガスとを反応させる反応炉と、を備え、
前記チャンバは、
筒状のチャンバ本体と、
前記チャンバ本体の開放部分を閉塞し且つ一部に前記チャンバ本体内に発生するプラズマに含まれるイオンを前記チャンバ外へ放出するための放出孔が設けられた蓋体と、を有し、
前記プラズマ発生器は、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の底壁に対向する位置に配置され前記チャンバ本体の内側に存在する前記第１原料ガスに高周波を印加するためのコイルと、
前記コイルに高周波数の交流電流を供給する高周波電源と、
前記コイルにおける前記チャンバ本体の底壁側とは反対側に配置された第１磁石と、
前記チャンバ本体の外側における前記チャンバ本体の側壁を囲繞するように配置された第２磁石と、
前記蓋体における前記放出孔を囲繞する部位に設けられた第３磁石と、を有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、加速部が、チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる第１原料ガスの元素のイオンをチャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる。そして、選別部が、加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する。これにより、特定種のイオンを高い純度で得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の概略図である。

【図2】実施の形態１に係る特定種イオン源の一部を示す分解斜視図である。

【図3】実施の形態１に係る特定種イオン源の一部を示す断面図である。

【図4A】実施の形態１に係る第１磁石の概略斜視図である。

【図4B】実施の形態１に係るプラズマ発生器の一部を示す概略平面図である。

【図5】実施の形態１に係る特定種イオン源の一部を示す概略断面図である。

【図6A】実施の形態１に係る特定種イオン源の一部を示す概略図である。

【図6B】実施の形態１に係る特定種イオン源の一部を図６Ａとは異なる方向から見た場合の概略図である。

【図7】比較例に係る特定種イオン源の一部を示す断面図である。

【図8A】実施の形態１に係る磁界分布のシミュレーションの結果を示す図である。

【図8B】比較例に係る磁界分布のシミュレーションの結果を示す図である。

【図9A】実施の形態１および比較例に係るプラズマ点火圧力を示す図である。

【図9B】実施の形態１および比較例に係るプラズマの電子温度を示す図である。

【図10】実施の形態１に係るプラズマ成膜装置の動作説明図である。

【図11】本発明の実施の形態２に係るプラズマ成膜装置の概略図である。

【図12A】実施の形態２に係る制御部によるＲＦ電源および供給バルブの制御内容を説明するためのタイムチャートである。

【図12B】実施の形態２に係るプラズマ発生器の下流側の圧力の経時変化を示す図である。

【図13】実施の形態２に係るチャンバ内で発生したプラズマの発光スペクトルを示す図である。

【図14A】変形例に係るプラズマ発生器の一部を示す概略平面図である。

【図14B】変形例に係るプラズマ発生器の一部を示す概略平面図である。

【図15】変形例に係るプラズマ発生器のチャンバ内の圧力の第１磁石の中心磁束密度依存性を示す図である。

【図16A】変形例に係る第１磁石の概略斜視図である。

【図16B】変形例に係るプラズマ発生器の一部を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ成膜装置について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に係るプラズマ成膜装置は、第１原料ガスの供給を受けて特定種のイオンを出力する特定種イオン源と、第２原料ガスを供給する第２原料ガス供給源と、特定種イオン源により供給される特定種のイオンと第２原料ガスとを反応させる反応炉と、を備える。そして、特定種イオン源は、チャンバと、チャンバ内へ第１原料ガスを供給する第１原料ガス供給源と、プラズマ発生器と、加速部と、選別部と、を有する。プラズマ発生器は、チャンバ内に供給された第１原料ガスに高周波を印加することによりチャンバ内にプラズマを発生させる。加速部は、チャンバ内に発生したプラズマ中に含まれる第１原料ガスの元素のイオンをチャンバ外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを予め設定された第１方向へ加速させる。選別部は、加速部により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向へ出力する。特定種のイオンとしては酸素、窒素、水素、炭素などが、様々な有機金属の前駆体に対して使用することができるが、本実施の形態では、荷電粒子でもある特定種のイオンが、高い化学反応性を有する酸素負イオン（Ｏ^－）であり、第２原料ガスが、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）であるとして説明する。Ｏ^－は、化学分野において、「酸素アニオンラジカル」と呼ばれ、化学反応性が高いフッ素（Ｆ）と同じ電子配置を有し、化学活性度が高い。

【0014】

図１に示すように、本実施の形態に係るプラズマ成膜装置１は、特定種イオン源１０と、第２原料ガス供給源である原料ガス供給源３０と、反応炉４１と、電磁場発生部４２と、Ａｒガス供給源４３と、を備える。特定種イオン源１０は、チャンバ１１と、第１原料ガス供給源である原料ガス供給源１２と、チャンバ１１内に連通し、チャンバ１１内へ第１原料ガスを供給する原料ガス供給管１９と、プラズマ発生器１３と、加速部１４と、選別部１５と、を備える。

【0015】

チャンバ１１は、例えば図２に示すように、筒状のチャンバ本体１１１と、チャンバ本体１１１の開放部分を閉塞する蓋体１１２と、を有する。チャンバ本体１１１の材料は、例えば高周波を透過する誘電体材料である。なお、チャンバ本体１１１は、例えば周壁における外部から高周波を導入する部分のみが誘電体材料から形成され、他の部分が金属から形成されているものであってもよい。蓋体１１２は、その中央部に厚さ方向に貫通し且つチャンバ１１内に発生するプラズマに含まれるイオンをチャンバ１１外へ放出するための平面視円形の放出孔１１２ａが設けられている。また、蓋体１１２には、図３に示すように、チャンバ本体１１１の内側へ原料ガスが放出される開口部１１２ｃと開口部１１２ｃに連通する導入孔１１２ｂとが設けられている。

【0016】

図１に戻って、原料ガス供給源１２は、原料ガス供給管１９を介して、チャンバ１１の導入孔１１２ｂに接続されている。そして、原料ガス供給源１２は、図３の矢印ＡＲ４１に示すように、第１原料ガスである酸素（Ｏ_２）ガスを、原料ガス供給管１９、チャンバ１１の導入孔１１２ｂおよび開口部１１２ｃを通じてチャンバ１１内へ供給する。

【0017】

プラズマ発生器１３は、チャンバ１１内に供給されたＯ_２ガスに高周波を印加することによりチャンバ１１内にプラズマＰＬＭを発生させる。プラズマ発生器１３は、平面視渦巻状の形状を有するコイル１３３と、第１磁石１３４と、第２磁石１３２と、第３磁石１３５と、コイル１３３に高周波数の交流電流を供給する高周波電源１３６と、を有する。コイル１３３は、例えば図３に示すように、チャンバ本体１１１の外側におけるチャンバ本体１１１の底壁１１１ａに対向する位置に配置されている。また、コイル１３３は、高周波電流源から高周波電流の供給を受けて、チャンバ本体１１１の内側に存在するＯ_２ガスに高周波を印加する。高周波電源１３６は、コイル１３３に例えば周波数１３．５６ＭＨｚの交流高周波電流を供給する。

【0018】

第１磁石１３４は、永久磁石であり、コイル１３３におけるチャンバ本体１１１の底壁１１１ａ側とは反対側に配置されている。第１磁石１３４は、例えばチャンバ１１側がＮ極となるように配置されている。第１磁石１３４は、例えば図４Ａに示すように、直径Ｄ１、高さＨ１の円柱状である。第１磁石１３４の材料としては、例えばＮｄＦｅＢ系の磁性材料を採用することができる。また、直径Ｄ１は、例えば２０ｍｍ、高さＨ１は、例えば１０ｍｍまたは２０ｍｍに設定される。そして、第１磁石１３４は、図４Ｂに示すように、平面視において、第１磁石１３４の中心軸Ｃ２がコイル１３３の中心軸Ｃ１とがほぼ一致するように配置されている。第２磁石１３２は、チャンバ本体１１１の外側におけるチャンバ本体１１１の側壁１１１ｂを囲繞するように配置されている。第３磁石１３５は、永久磁石であり、チャンバ１１の蓋体１１２における放出孔１１２ａを囲繞する部位に埋設されている。

【0019】

第３磁石１３５は、図５に示すように、プラズマＰＬＭ中に含まれる比較的エネルギの高い高速電子（ｅ^－ _ｈ）と比較的エネルギの低い低速電子（ｅ^－ _ｌ）とのうち、低速電子（ｅ^－ _ｌ）のみをチャンバ１１外へ選択的に透過させるいわゆる磁気フィルタとして機能する。これにより、蓋体１１２の放出孔１１２ａからは、低速電子（ｅ^－ _ｌ）とＯ_２分子（Ｏ_２ ^Ｍ）とＯ^－イオン（Ｏ^－）を主要素としてチャンバ１１外へ放出され、高速電子は、ほぼチャンバ１１内に捕捉された状態となる。

【0020】

図１に戻って、プラズマ発生器１３は、チャンバ１１内へ電子を供給する電子供給源であるフィラメント１３７を有する。フィラメント１３７の材料は耐久性のあるものが好ましく、例えばタングステンやタンタルである。プラズマ発生器１３は、フィラメント１３７へ電流を流して加熱することによりフィラメント１３７から熱電子をチャンバ１１内へ放出させる。これにより、チャンバ１１内におけるプラズマの放電開始電力とガス圧力を低下させることができる。

【0021】

加速部１４は、電位差の正負に応じて、チャンバ１１内に発生されたプラズマＰＬＭ中に含まれるＯ_２ガスの元素のイオン、例えばＯ^＋イオンか、Ｏ^－イオンかのいずれか一方の電荷極性をもつ荷電粒子と、電気的に中性なＯラジカルをチャンバ１１外へ引き出す。そして、加速部１４は、アインツェルレンズであり、引き出されたイオンを予め設定された第１方向、例えば矢印ＡＲ１４で示す方向へ加速させる。図５に示すように、加速部１４は、電磁場を利用してチャンバ１１外へ引き出されたイオンを集束する。加速部１４は、図６ＡはＺＸ平面図および図６ＢはＸＹ平面図であり、同図に示すように、中央の電極１４１ａと、矢印ＡＲ１４に示す方向における前後それぞれに配置された電極１４１ｂ、１４１ｃと、を有する静電レンズである。加速部１４は、図６Ａおよび図６Ｂの位置Ｐｏｓ１において、電極１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃにより形成される電磁場によりイオンを集束させる。また、加速部１４は、電極１４１ａ、１４１ｂ、１４１ｃ間に電位差を発生させることにより、前述の荷電粒子ビームを加速、減速しつつ、集束させる。

【0022】

図１に戻って、選別部１５は、加速部１４により加速されたイオンの中から特定種のイオンを選別して予め設定された第２方向、即ち、矢印ＡＲ１２で示す方向へ出力する。選別部１５は、主管１５１と、分岐管１５２と、磁場発生部１５３と、減速・加速部１５４と、四重極磁石１５５と、を有する。主管１５１は、一端部がチャンバ１１に接続され他端部が反応炉４１に接続されている。そして、主管１５１は、磁場発生部１５３が配置された部分で屈曲している。加速部１４により加速された後のＯ^－イオンの飛行速度と磁場発生部１５３により発生される磁場の強度は、主管１５１の曲率に基づいて設定される。このように主管１５１を屈曲させることで、プラズマ発生器１３から出る紫外線等の光が、反応炉４１に直接入らないようにできるという効果もある。

【0023】

四重極磁石１５５は、図６Ｂの位置Ｐｏｓ２において、磁場を発生させて前述の荷電粒子ビームを集束させる。

【0024】

磁場発生部１５３は、電磁石であり、図１の紙面に直交する第３方向の磁場を発生させる。分岐管１５２は、矢印ＡＲ１４で示す方向に沿って延在している。減速・加速部１５４は、主管１５１の延長方向に沿って配置された２つの電極１５４ａ、１５４ｂを有する。この２つの電極１５４ａ、１５４ｂと、加速部１４の間に電位差を発生させることにより、Ｏ^－イオンを減速または加速させる。

【0025】

選別部１５において、チャンバ１１から主管１５１へ放出されたＯ_２分子（Ｏ_２）、Ｏラジカル（Ｏ^＊）は、磁場発生部１５３により発生した磁場による影響をほとんど受けないため、図１の矢印ＡＲ１１に示すように、分岐管１５２側へ放出される。また、チャンバ１１から主管１５１へ放出されたＯ^＋イオン、低速電子（ｅ^－ _ｌ）のほとんどは、磁場発生部１５３により発生した磁場により飛行方向を大きく曲げられて主管１５１の管壁に吸収される。そして、Ｏ^－イオンのみが、図１の矢印ＡＲ１３に示すように、減速・加速部１５４により減速または加速された後、反応炉４１内へ誘導される。即ち、選別部１５は、チャンバ１１から放出されたイオンおよび低速電子のうち、Ｏ^－イオンのみを選別して反応炉４１内へ誘導する。

【0026】

本実施の形態に係る特定種イオン源１０では、チャンバ１１内に導入されたＯ_２ガスにコイル１３３から高周波が印加されると、チャンバ１１内にＯ_２分子、電子ｅ^－ _ｌ、ｅ^－ _ｈ、Ｏ^＋イオン、Ｏラジカル（Ｏ^＊）、Ｏ^－イオンが生成される。そして、第１磁石１３４、第２磁石１３２、第３磁石１３５により発生された磁場により、チャンバ１１内のＯ_２分子、低速電子ｅ^－ _ｌ、Ｏ^＋イオン、Ｏラジカル（Ｏ^＊）およびＯ^－イオンが、チャンバ１１外へ放出される。ここで、第１磁石１３４はＯ(－)イオンの生成効率を向上する役目を果たしている。このとき、高速電子ｅ^－ _ｈの多くは、チャンバ１１の内壁に吸着されて消滅する。そして、選別部１５が、Ｏ_２分子、低速電子ｅ^－ _ｌ、Ｏ^＋イオン、Ｏラジカル（Ｏ^＊）およびＯ^－イオンの中からＯ^－イオンのみを選別して反応炉４１内へ導入する。

【0027】

原料ガス供給源３０は、液体状のＤＥＺｎを貯留する貯留部３１と、第２原料ガスである気化したＤＥＺｎを反応炉４１へ供給するための供給管３４と、反応炉４１へ供給されるＤＥＺｎの流量を調節するための流量調節バルブ３３と、ノズル３５と、を有する。また、原料ガス供給源３０は、貯留部３１を加熱するためのヒータ３２１と、供給管３４を加熱するためのヒータ３２２、３２３と、を有する。ヒータ３２１は、貯留部３１に貯留されたＤＥＺｎの温度を例えば６０℃に加熱する。これにより、貯留部３１から流量調節バルブ３３へ気化したＤＥＺｎが供給される（図１の矢印ＡＲ２１参照）。ヒータ３２２は、供給管３４における流量調節バルブ３３よりも上流側の部分を例えば７０℃に加熱する。流量調節バルブ３３から流出したＤＥＺｎは、ノズル３５へ供給される（図１中の矢印ＡＲ２２参照）。ヒータ３２３は、供給管３４における流量調節バルブ３３よりも下流側の部分を例えば８０℃に加熱する。ノズル３５は、供給管３４の下流側の端部に設けられており、気化したＤＥＺｎを例えばマッハ５の流速で反応炉４１内の特定位置に導入する（図１の矢印ＡＲ２３、ＡＲ２４参照）。

【0028】

反応炉４１は、特定種イオン源１０により供給されるＯ^－イオンと気化したＤＥＺｎとを反応させるためのものである。反応炉４１は、Ｏ^－イオンと気化したＤＥＺｎとが合流して反応する反応室４１１と、捕捉成長室４１２と、成長室４１３と、を有する。成長室４１３には、基板ＷＴが配置されている。電磁場発生部４２は、反応炉４１の外側における捕捉成長室４１２を囲繞する位置に配置され、捕捉成長室４１２内に電磁場を発生させる。Ａｒガス供給源４３は、反応炉４１の成長室４１３へＡｒガスを供給する。

【0029】

ここで、反応室４１１内のＯ^－イオンと気化したＤＥＺｎとが合流する領域Ａ１では、下記式（１）で表される化学反応が生じ、ＺｎＯ^－イオンとエタン（Ｃ_２Ｈ_５）とが生成される。
ＤＥＺｎ＋Ｏ^－→ＺｎＯ^－＋Ｃ_２Ｈ_５ ・・・式（１）

【0030】

領域Ａ１で生じたＣ_２Ｈ_５は、図１の矢印ＡＲ３１に示すように、反応室４１１内に連通する排気管４１４を通じて反応室４１１外へ排出される。また、領域Ａ１で生じたＺｎＯ^－イオンは、捕捉成長室４１２へ移動していく（図１ではＺｎＯ^－イオンとＺｎＯとは同じ記号で表わされている）。そして、電磁場発生部４２は、捕捉成長室４１２内に電磁場を発生させることにより、元素Ｏと元素Ｚｎとを含む化合物であるＺｎＯのイオンであるＺｎＯ^－イオンを捕捉成長室４１２内の領域Ａ２にトラップする。これにより、領域Ａ２にＺｎＯ^－イオンのクラスタが生じる。その後、電磁場発生部４２で作り出される電位障壁をあらかじめ定められた時間経過後に取り除くことで、領域Ａ２に生じたＺｎＯ^－イオンのクラスタは、成長室４１３へ移動していく。

【0031】

ここで、成長室４１３内の領域Ａ３では、Ａｒガス供給源４３からＡｒガスが供給されることにより、下記式（２）で表される化学反応が生じる。
ＺｎＯ^－＋Ａｒ→ＺｎＯ＋Ａｒ＋ｅ^－ ・・・式（２）

【0032】

これにより、基板ＷＴ上にＺｎＯのクラスタを成長させることができる。ここでは、基板ＷＴ上にＺｎＯのクラスタを成長させたが、領域Ａ２内のＺｎＯ^－イオンのクラスタ、または領域Ａ３内のＺｎＯのクラスタを外部に排出する機構（図示せず）を設けて、ＺｎＯの微粒子（量子ドットとすることも可能）を回収することも可能である。

【0033】

次に、本実施の形態に係る特定種イオン源１０の特徴について比較例と比較しながら説明する。ここで、比較例として、図７に示すような特定種イオン源９０１０を採用する。なお、図７において、実施の形態と同様の構成については、図３と同一の符号を付している。この特定種イオン源９０１０は、第１磁石１３４を備えない点が実施の形態に係る特定種イオン源１０と相違する。ここで、実施の形態に係る特定種イオン源１０と比較例に係る特定種イオン源９０１０とについて、チャンバ１１における磁界分布のシミュレーションを行った結果を図８Ａおよび図８Ｂに示す。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、実施の形態に係る特定種イオン源１０のチャンバ１１内の磁場の強度は、比較例に係る特定種イオン源９０１０のそれに比べて、全体的に高くなっている。特に、チャンバ１１内におけるコイル１３３側における磁場の強度が高くなり、チャンバ１１内の空間が強磁場により囲まれているため、第３磁石１３５間を特定ガスのプラズマが通り抜ける時にＯ^－が効率良く生成される。本発明は第１磁石１３４を設けることにより、つまり、コイル１３３側の磁場強度を高めチャンバ１１内の空間を強磁場により囲むことにより、Ｏ^－の生成効率を向上できることを初めて見出した。コイル１３３側の磁場強度を高めるためには、第１磁石１３４として永久磁石、電磁石などを用いることができる。

【0034】

本実施の形態に係る特定種イオン源１０と比較例に係る特定種イオン源９０１０とについて、イオンを発生させるために必要なチャンバ１１内の圧力と高周波電源からコイル１３３へ供給された電力との関係を図９Ａに示す。図９Ａから、本実施の形態に係る特定種イオン源１０によれば、比較例に係る特定種イオン源９０１０に比べてチャンバ１１内の圧力が低くてもイオンを発生させることができることが判る。このことから、本実施の形態に係る特定種イオン源１０は、比較例に係る特定種イオン源９０１０に比べてチャンバ１１内へ導入するＯ_２ガスの量を低減することができることが判る。本実施の形態に係る特定種イオン源１０は、高効率でイオンを発生することができ、比較例に係る特定種イオン源９０１０に比べて使用するＯ２()ガスの量が少ない分、ランニングコストを低くすることができ、また安定にイオンを発生できる。

【0035】

また、本実施の形態に係る特定種イオン源１０と比較例に係る特定種イオン源９０１０とについて、発生したＯ^－イオンの電子温度とチャンバ１１内の圧力との関係を図９Ｂに示す。図９Ｂから、本実施の形態に係る特定種イオン源１０によれば、比較例に係る特定種イオン源９０１０に比べてチャンバ１１内の圧力が低くても発生したＯ^－イオンの電子温度が高い、即ち、Ｏ^－イオンのエネルギが高いことが判った。このことから、本実施の形態に係る特定種イオン源１０は、比較例に係る特定種イオン源９０１０に比べてチャンバ１１内へ導入するＯ_２ガスの量を低減しながらも、反応性に富んだエネルギの高いＯ^－イオンを得ることができることが判る。

【0036】

次に、本実施の形態に係るプラズマ成膜装置１の動作について説明する。図１０に示すように、反応炉４１の反応室４１１の領域Ａ１において、領域Ａ１に供給された気相のＤＥＺｎがＯ^－イオンの強力な酸化力により酸化されてＺｎまたはＺｎ^＋が生成される。そして、ＺｎまたはＺｎ^＋とＯ^－イオンとが反応してＺｎＯ^－またはＺｎＯとなる。ここで、本実施の形態に係るプラズマ成膜装置１では、バイアス印加部５１により、基板ＷＴが特定種イオン源の加速部１４に対して正電位となるようにバイアスが印加されている。これにより、基板ＷＴへの負電荷の蓄積、即ち、チャージアップが抑制されている。従って、捕捉成長室４１２においてＺｎＯ^－またはＺｎＯを凝集させることにより生成されたクラスタを基板ＷＴ上に安定的に膜成長させることができる。なお、基板ＷＴ上に成長させるＺｎＯ^－イオンのクラスタの大きさと密度とは、電磁場発生部４２により捕捉成長室４１２内に発生させる電場と磁場の大きさを変化させることにより、変化させることができる。また、基板ＷＴ上に成長させるＺｎＯのクラスタの大きさは、電磁場発生部４２により捕捉成長室４１２内に発生させる電位障壁を取り除くタイミングを調整することにより変化させることができる。クラスタを微粒子として外部に取り出す場合には、粒子サイズを制御できる。

【0037】

以上説明したように、本実施の形態に係る特定種イオン源１０によれば、加速部１４が、チャンバ１１内に発生されたプラズマＰＬＭ中に含まれるＯ_２ガスの元素のイオンをチャンバ１１外へ引き出すとともに、引き出されたイオンを図１の矢印ＡＲ１４で示す方向へ加速させる。そして、選別部１５が、加速部１４により加速されたイオンの中からＯ^－イオンを選別して図１の矢印ＡＲ１２で示す方向へ出力する。これにより、Ｏ^－イオンを高い純度で得ることができる。従って、基板ＷＴ上に形成されるＺｎＯクラスタの品質および均一性を高めることができる。

【0038】

また、本実施の形態に係る特定種イオン源１０では、加速部１４の電場と、選別部１５の磁場が、反応炉４１内へ導入されるＯ^－イオンの偏向軌道を変え、イオンを減速させる減速・加速部１５４が偏向軌道の最終調整を行う。これらにより、Ｏ^－イオンの到達位置を変化させることにより、ＤＥＺｎとＯ^－イオンとを反応させる領域の位置を変化させることができるので、基板ＷＴ上におけるＺｎＯクラスタの堆積位置を選択することが可能となる。

【0039】

（実施の形態２）
本実施の形態に係るプラズマ成膜装置は、特定種イオン源が、そのチャンバ内への瞬間的な第１原料ガスの供給を受けて特定種のイオンを出力する点が実施の形態１に係るプラズマ成膜装置と相違する。そして、プラズマ成膜装置は、このような特定種イオン源を備えることにより、反応炉を含む特定種イオン源の下流側装置の真空度の設定自由度を高めることができるので、例えば真空度を高めて特定種イオン源から出力される特定種のイオンの挙動を制御し易くするというものである。

【0040】

例えば図１１に示すように、本実施の形態に係る特定種イオン源２０１０は、チャンバ１１と、原料ガス供給源１２と、原料ガス供給管１９と、プラズマ発生器２０１３と、加速部１４と、選別部１５と、電磁弁２０１６と、制御部２０１７と、を備える。なお、図１１において、実施の形態１と同様の構成については図１と同一の符号を付している。プラズマ発生器２０１３は、実施の形態１と同様に、コイル１３３と、第１磁石１３４と、第２磁石１３２と、第３磁石１３５と、高周波電源２１３６と、を有する。高周波電源２１３６は、制御部２０１７から入力される制御信号に基づいて、コイル１３３へ交流高周波電流を供給する。

【0041】

電磁弁２０１６は、原料ガス供給管１９に介挿され、第１原料ガスである酸素（Ｏ_２）ガスのチャンバ１１内への供給を許容する開状態と、酸素ガスのチャンバ１１内への供給を遮断する閉状態と、をとりうる動力弁である。電磁弁２０１６は、例えばコイル、ヨーク、スリーブ、可動鉄心および固定鉄心を有するソレノイド部（図示せず）と、可動鉄心に連結され原料ガス供給管１９を開閉する弁体と、を備える。電磁弁２０１６では、ソレノイド部のコイルに電流が流れると可動鉄心および固定鉄心が磁化され、互いの吸引力により可動鉄心が移動する。そして、可動鉄心の移動に応じて、可動鉄心に連結された弁体が、原料ガス供給管１９を開放する位置と原料ガス供給管１９を閉塞する位置との間で移動する。

【0042】

制御部２０１７は、電磁弁２０１６のソレノイド部へ供給する電流を制御することにより、電磁弁２０１６を制御する。また、制御部２０１７は、高周波電源２１３６へ制御信号を出力することにより、高周波電源２１３６からコイル１３３への交流電流の供給を制御する。制御部２０１７は、例えば図１２Ａに示すように、時刻Ｔ０において、電磁弁２０１６を開状態にすると同時に高周波電源２１３６からコイル１３３へ交流電流の供給を開始する。そして、制御部２０１７は、時刻Ｔ０から予め設定された第１時間ΔＴ１だけ経過した後、電磁弁２０１６を閉状態にするように電磁弁２０１６を制御する。これにより、原料ガスが、チャンバ１１内へ第１時間ΔＴ１の間だけ瞬間的に供給される。なお、第１時間ΔＴ１は、例えば２．６ｍｓｅｃに設定される。また、制御部２０１７は、時刻Ｔ０から、予め設定された第１時間ΔＴ１よりも長い第２時間ΔＴ２だけ経過した後、高周波電源２１３６からコイル１３３への交流電流の供給を遮断するように、高周波電源２１３６を制御する。ここで、第２時間ΔＴ２の長さは、第１時間ΔＴ１の長さの１０倍以上に設定されるのが好ましい。第２時間ΔＴ２は、例えば１ｓｅｃに設定される。

【0043】

ここで、本実施の形態に係る特定種イオン源２０１０について、原料ガスをチャンバ１１内へ瞬間的に供給した場合における特定種イオン源２０１０の下流側の圧力の経時変化を測定した結果について説明する。ここでは、第１時間ΔＴ１を２．６ｍｓｅｃ、チャンバ１１内への原料ガス供給時における原料ガス供給管１９内の圧力を０．５ＭＰａ、高周波電源２１３６からコイル１３３への供給電力を５００Ｗ、第２時間ΔＴ２を１ｓｅｃとした。図１２Ｂに示すように、特定種イオン源２０１０の下流側では、電磁弁２０１６を開状態にした時刻Ｔ０から、４ｓｅｃ以内で圧力が０．１Ｐａ以下にまで減少することが確認できた。

【0044】

次に、本実施の形態に係る特定種イオン源２０１０について、原料ガスをチャンバ１１内へ瞬間的に供給した場合においてチャンバ１１内に発生するプラズマ中のＯ^－イオンの存在有無を確認した結果について説明する。ここでは、第１時間ΔＴ１を２．６ｍｓｅｃ、チャンバ１１内への原料ガス供給時における原料ガス供給管１９内の圧力を０．５ＭＰａ、第２時間ΔＴ２を１ｓｅｃとし、高周波電源２１３６からコイル１３３への供給電力を１００Ｗ、４００Ｗ、８００Ｗに変化させながら、チャンバ１１内に発生するプラズマの発光スペクトルを測定した。この発光スペクトルは、図１３に示すように、高周波電源２１３６からコイル１３３への供給電力に関わらず、Ｏ原子に特有の８４４ｎｍ付近、９２６ｎｍ付近にピークを有するものであった。このことから、チャンバ１１内に発生するプラズマ中にＯ原子の発生に伴い生じるＯ_２ガスの元素のイオンが存在していることが確認できた。

【0045】

これらの結果から、本実施の形態に係る特定種イオン源２０１０によれば、特定種イオン源２０１０の下流側の真空度を高くしつつ、チャンバ１１内で発生させたＯ^－イオンを反応炉４１へ供給することができることが判った。

【0046】

以上説明したように、本実施の形態に係る特定種イオン源２０１０によれば、制御部２０１７が、電磁弁２０１６を開状態にするとほぼ同時に高周波電源２１３６からコイル１３３へ交流電流の供給を開始してから第１時間ΔＴ１だけ経過した後、電磁弁２０１６を閉状態にするように、電磁弁２０１６を制御する。これにより、特定種イオン源２０１０の下流側装置の真空度を高い状態で維持することができるので、Ｏ^－イオンの平均自由行程が長くなり、チャンバ１１内で発生させたＯ^－イオンの挙動を制御し易くなるという利点がある。

【0047】

また、本実施の形態に係る制御部２０１７は、高周波電源２１３６からコイル１３３へ交流電流の供給を開始してから第２時間ΔＴ２だけ経過した後、高周波電源２１３６からコイル１３３への交流電流の供給を遮断するように、高周波電源２１３６を制御する。そして、第２時間ΔＴ２の長さは、第１時間ΔＴ１の長さの１０倍以上に設定されている。これにより、第２時間ΔＴ２の間はＯ_２ガス濃度が高くチャンバ１１内にプラズマが発生し易くなるので、プラズマ中に含まれるＯ_２ガスの元素のイオンを安定的に反応炉４１へ供給することができる。

【0048】

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態に係る制御部２０１７は、電磁弁２０１６を開状態にするとほぼ同時に高周波電源２１３６からコイル１３３へ交流電流の供給を開始しているが、コイル１３３へ交流電流の供給を開始してから電磁弁２０１６を開状態にしてもよい。また、特定種イオン源１０をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法に適用してもよい。この場合、まず、反応炉４１内にＤＥＺｎを導入し、ＤＥＺｎを基板ＷＴ上に自己配列させる。次に、余分なＤＥＺｎを反応炉４１内から追い出してから、反応炉４１内にＯ^－イオンを導入する。これにより、基板ＷＴ上においてＤＥＺｎとＯ^－イオンとが反応しＺｎＯが形成される。その後、余分なＯ^－イオンを反応炉４１内から追い出してから、再び反応炉４１内にＤＥＺｎを導入する。以後、これらの一連の処理を繰り返すことにより、必要な膜厚の緻密なＺｎＯの薄膜を形成することができる。

【0049】

本構成によれば、ＡＬＤ法による薄膜作製時においてＤＥＺｎを酸化させる際に、基板ＷＴを酸素プラズマに曝す必要がないので、プラズマによる基板ＷＴへのダメージが防止される。また、Ｏ^－イオンが基板ＷＴの表面に安定的に供給されるので、基板ＷＴ上に高アスペクト比の構造その他複雑な構造が形成されている場合でも、ＺｎＯ薄膜を良好に埋め込むことが可能である。更に、ＺｎＯ薄膜中にピンホールが発生することも抑制される。また、ＺｎＯ微粒子においては、欠陥の少ない活性度の高い微粒子を得ることができる。

【0050】

各実施の形態では、特定種イオンが、Ｏ^－イオンである例について説明したが、特定種イオンはこれに限定されるものではない。特定種イオンが、例えばＮ^２－イオンなどのＮイオン、Ｈイオン、Ｃイオンなどであってもよく、イオンも正イオン、負イオンのどちらの極性であっても、電界と磁界の向きを反対にすればよい。また、実施の形態では、第２原料ガスがＤＥＺｎであり、ＺｎＯを形成する例について説明したが、これに限らず、例えば第２原料ガスとして採用する有機金属の種類を変更することにより、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＨｆＳｉＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳＴＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２などのクラスタまたは薄膜を形成してもよい。或いは、特定種イオンがＮ^２－である場合、ＡｌＮ、ＨｆＮ、ＳｉＮ、ＴａＮ、ＴｉＮのクラスタまたは薄膜が形成されてもよい。

【0051】

実施の形態１では、プラズマ発生器１３が、１つの円柱状の第１磁石１３４を有する例について説明したが、第１磁石１３４の数は１つに限定されるものではない。例えば図１４Ａに示すように、プラズマ発生器３０１３が、コイル１３３の中心軸Ｃ１に対してほぼ点対称に配置された２つの円柱状の第１磁石３１３４を有するものであってもよい。ここで、第１磁石３１３４は、第１磁石３１３４の中心軸Ｃ３１、Ｃ３２がコイル１３３の中心軸Ｃ１とほぼ平行となるように配置されている。また、２つの第１磁石３１３４は、それぞれの中心軸Ｃ３１、Ｃ３２の間の距離Ｌ１が例えば７ｃｍとなるように配置されてもよい。また、例えば図１４Ｂに示すように、プラズマ発生器４０１３が、コイル１３３の中心軸Ｃ１を囲繞するように３つの円柱状の第１磁石４１３４を有するものであってもよい。ここで、第１磁石４１３４は、第１磁石４１３４の中心軸Ｃ４１、Ｃ４２、Ｃ４３がコイル１３３の中心軸Ｃ１とほぼ平行となるように配置されている。また、３つの第１磁石４１３４のうち２つの第１磁石４１３４は、それぞれの中心軸Ｃ４１、Ｃ４２の間の距離Ｌ２１が例えば６ｃｍであり、それぞれの中心軸Ｃ４１、Ｃ４２を含む仮想平面ＶＰとコイル１３３の中心軸Ｃ１との間の距離Ｌ２２が例えば２ｃｍとなるように配置されてもよい。また、３つの第１磁石４１３４のうちの残りの１つの第１磁石４１３４は、その中心軸Ｃ４３とコイル１３３の中心軸Ｃ１との間の距離Ｌ２３が例えば３ｃｍとなるように配置されてもよい。

【0052】

ここで、前述のプラズマ発生器３０１３、４０１３について、チャンバ１１内にプラズマを発生させるために必要な原料ガスが導入されたチャンバ１１内の最低圧力と、第１磁石３１３４、４１３４の中心磁束密度と、の関係を確認した結果について説明する。図１５に示すように、前述の比較例に係る特定種イオン源９０１０の場合、チャンバ１１内の最低圧力は、４．８Ｐａであった。これに対して、実施の形態に係るプラズマ発生器１３の場合、チャンバ１１内の最低圧力は、２．７Ｐａ乃至２．９Ｐａであった。これに対して、前述のプラズマ発生器３０１３の場合、チャンバ１１内の最低圧力は、２．２Ｐａ乃至２．５Ｐａであり、前述のプラズマ発生器４０１３の場合、チャンバ１１内の最低圧力は、２．０Ｐａ乃至２．５Ｐａであった。なお、プラズマ発生器１３、３０１３、４０１３および特定種イオン源９０１０それぞれにおける、コイル１３３とチャンバ本体１１１の底壁１１１ａとの間の距離は、いずれも８ｍｍとなるようにした。このように、本変形例に係るプラズマ発生器３０１３、４０１３によれば、前述の比較例または実施の形態１に係るプラズマ発生器１３の場合に比べて、チャンバ１１内の最低圧力を低減することができることが判った。

【0053】

本構成によれば、プラズマ発生器３０１３、４０１３において、前述の比較例または実施の形態１に係るプラズマ発生器１３の場合に比べて、チャンバ１１内の最低圧力を低減することができる。これにより、チャンバ１１内へ導入する原料ガスの必要量が低減されるので、その分、原料ガスを節約することができ、また、より安定にイオン供給ができる。

【0054】

各実施の形態では、プラズマ発生器１３が有する第１磁石１３４が１個、および２個、３個である例を説明したが、４個以上であってもよい。また、第１磁石１３４が複数個の場合、コイル１３３の中心軸Ｃ１を囲繞するように同心円状に配置されているが、コイル１３３の中心軸Ｃ１を囲繞するように自由に配置されていてもよい。また、プラズマ発生器１３が有する第１磁石１３４が、円柱状である例について説明したが、第１磁石１３４の形状は円柱状に限定されるものではない。例えば図１６Ａに示す第１磁石５１３４のように、円筒状であってもよい。ここで、第１磁石５１３４の外径Ｄ２１は例えば６ｃｍ、内径Ｄ２２は例えば５ｃｍ、高さＨ１は例えば２０ｍｍに設定される。そして、この第１磁石５１３４は、例えば図１６Ｂに示すプラズマ発生器５０１３のように、第１磁石５１３４の中心軸Ｃ５がコイル１３３の中心軸Ｃ１とほぼ一致するように配置されてもよい。また、第１磁石５１３４の形状は直方体や多角柱形であってもよい。

【0055】

以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

【0056】

本出願は、２０１８年６月１４日に出願された日本国特許出願特願２０１８－１１３５９３号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１８－１１３５９３号の明細書、特許請求の範囲および図面全体を参照として取り込むものとする。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、Ｌｏｗ－ｋゲート酸化膜、ストレージキャパシタ誘電体、ＯＬＥＤ、結晶シリコン太陽電池その他半導体装置のパッシベーション層、マイクロ流体デバイス、ＭＥＭＳ向けの高被覆性コーティング膜、酸化物触媒層等の製造に好適である。

【符号の説明】

【0058】

１：プラズマ成膜装置、１０，２０１０：特定種イオン源、１１：チャンバ、１２，３０：原料ガス供給源、１３，２０１３，３０１３，４０１３，５０１３：プラズマ発生器、１４：加速部、１５：選別部、１９：原料ガス供給管、３１：貯留部、３３：流量調節バルブ、３４：供給管、３５：ノズル、４１：反応炉、４２：電磁場発生部、４３：Ａｒガス供給源、５１：バイアス印加部、１１１：チャンバ本体、１１１ａ：底壁、１１１ｂ：側壁、１１２：蓋体、１１２ａ：放出孔、１１２ｂ：導入孔、１１２ｃ：開口部、１３２：第２磁石、１３３：コイル、１３４，３１３４，４１３４，５１３４：第１磁石、１３５：第３磁石、１３６，２１３６：高周波電源、１３７：フィラメント、１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１５４ａ，１５４ｂ：電極、１５１：主管、１５２：分岐管、１５３：磁場発生部、１５４：減速・加速部、１５５：四重極磁石、３２１，３２２，３２３：ヒータ、４１１：反応室、４１２：捕捉成長室、４１３：成長室、４１４：排気管、２０１６：電磁弁、２０１７：制御部、Ａ１，Ａ２，Ａ３：領域、ＰＬＭ：プラズマ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13】

【図14A】

【図14B】

【図15】

【図16A】

【図16B】