JPH02139900A - プラズマ装置 - Google Patents

プラズマ装置

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JPH02139900A
JPH02139900A JP63293041A JP29304188A JPH02139900A JP H02139900 A JPH02139900 A JP H02139900A JP 63293041 A JP63293041 A JP 63293041A JP 29304188 A JP29304188 A JP 29304188A JP H02139900 A JPH02139900 A JP H02139900A
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JP
Japan
Prior art keywords
microwave
plasma
circularly polarized
plasma generation
generation chamber
Prior art date
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Pending
Application number
JP63293041A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshinori Okazaki
岡崎 良則
Kyoichi Komachi
小町 恭一
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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Priority to JP63293041A priority Critical patent/JPH02139900A/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はプラズマ生成室内にて電子サイクロトロン共鳴
(Electron Cyclotron  Re5o
nance。
ECR)励起により生成したECRプラズマを利用する
CVD装置、ドライエツチング装置等のプラズマ装置に
関するものである。
〔従来の技術〕
前記ECR励起によりプラグ”7を生成する装置は、低
ガス圧で活性度が高いプラズマを生成できること、イオ
ンエネルギ及びイオン流の大きさを広範囲に選択できる
こと、またイオン流の指向性、均一性に優れていること
等多くの利点があり、半導体基板上に所望の物質の薄膜
を形成せしめるためのCVD装置、半導体基板上に微細
な回路パターンを形成せしめるためのドライエツチング
装置等、半導体集積回路の製造への通用が進められてい
る。
第4図はECRプラズマを利用した従来のCVD装置の
縦断面模式図であり、31はプラズマ生成室を示す。プ
ラズマ生成室31は周囲壁を2重構造にして冷却水の通
流路31aを備え、また−側壁中央には石英ガラス板3
1bにて封止したマイクロ波m入口31cを、更にマイ
クロ波導入口31cと対向する他側壁中央にはプラズマ
引出窓31dを夫々備えており、このプラズマ引出窓3
1dに臨ませて試料室34が配設される。マイクロ波導
入口31cには他端をマイクロ波発振器33に接続した
マイクロ波導波管32の一端が接続され、プラズマ生成
室31及びこれに接続した導波管32の一端部にわたっ
てこれらを囲むように励磁コイル35が同心状に配設さ
れる。
反応室34内にはウェーハ等の試料Sを装着する試料台
36が前記プラズマ引出窓31dと対向させて配設され
ており、その後面側に位置す、る試料室34の後壁には
図示しない排気装置に連なる排気口37が開口される。
このようなCVD装置においてECRプラズマは以下の
如き過程で生成される。プラズマ生成室31及び試料室
34を所要の真空度に設定した後、プラズマ生成室31
に原料ガスを供給し、励磁コイル35にて磁界を形成さ
せると共に、マイクロ波発振器33から発振されるマイ
クロ波をマイクロ波導波管32゜マイクロ波導入窓31
cを通じてプラズマ生成室31内へ導入する。そうする
と磁場中の電子がサイクロトロン共鳴によりプラズマ生
成室31内へ伝送されたマイクロ波のエネルギを吸収し
、前記ガスの分子と衝突して、これをイオン化させ、プ
ラズマ生成室31内にプラズマが生成される。生成され
たプラズマは励(dコイル35にて形成される発散磁界
によって試料室34内に導入され、試料S上に投射され
て、試料Sの表面に所望の物質の薄膜が形成される。
上述した様にECRプラズマ装置においてマイクロ波を
用いてプラズマを生成し、試料に成膜、エツチング等の
処理を施す場合、プラズマ生成効率を上げ、成膜、エツ
チング等の処理能力を向上させるためにマイクロ波及び
マイクロ波導波管に着目したプラズマ装置の改良が行わ
れている。
例えば、特公昭62−53920号公報においては、マ
イクロ波をプラズマ生成室へ導入するマイクロ波導波管
の断面上の電界強度の不均一を排除させるために、マイ
クロ波導波管に円偏波発生器を接続させて、プラズマを
均一に生成させる装置について開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、マイクロ波をプラズマ生成室へ導入するため
の導波管として円形導波管を用いた場合、以下に述べる
ような問題点がある。即ち、マクスウェルの方程式によ
り磁性体で満たされた円形導波管中を伝播する電波は円
偏波モードでのみ存在す゛ることか知られており (S
uhl、 Wa!ker : Bl:LLSyst、T
ech、J、、33.(1954)P579) 、磁気
プラズマの誘電率のテンソルは、電波の透磁率のテンソ
ルと同形なので、同様にマクスウェルの方程式により従
来のεCl?プラズマ装置の円形導波管が磁気プラズマ
で満たされた場合にも、プラグ゛7を伝播するマイクロ
波は円偏波モードでのみ存在するといえる。プラズマを
伝播する円偏波モードのマイクロ波は右回り円偏波(R
波)及び左回り円偏波(L波)の2つの波に分離して存
在する。
第3図は横軸にR波及びL波のωC/ω(ω。
:サイクロトロン周波数、ω;マイクロ波周波数)をと
り、立て軸にマイクロ波の屈折率nをとり、R波及びL
波の屈折率の磁場依存性を示したグラフである。ωp/
ω(ωp :プラズマ周波数)=0.5.Koro−3
,0(Ko  :真空中の波数、ro:円筒磁気プラズ
マの半径)の条件において、R波及びL波をプラズマ生
成室内に導入したところ、ω。
/ωが1,0前後では、ωC/ωの低下とともにR波の
屈折率nは急激に増大しており、ECR効果が現れてい
ることを裏付けている。一方、L波の屈折率nはωC/
ωの値に依存しない。すなわちECRの効果を示さない
。
このことからもわかるように、EC[l励起によりエネ
ルギを吸収しプラズマを生ぜしめろために有用なのはR
波のみであり、L波は十分吸収されず、反射し、エネル
ギー的に損失するのみである。従って、円形4波管を用
いてプラズマ生成室にマイクロ波を導入した場合、上述
した様にマイクロ波にはR波、L波の両方が存在するが
、プラズマ生成室におけるECR励起によるマイクロ波
の吸収にL波は関与しないため、効率の良いプラズマの
生成が行えないという問題があった。
本発明はかかる事情に濫みなされたものであり、磁性体
でみたされた円形導波管中を伝播する円偏波モード、即
ちTE、、、 TM、。(m、n:整数、n≠0)モー
ドのマイクロ波をR波に変換し、R波のみをプラズマ生
成室へ導入させ、L波によるエネルギー損失を防いでE
CRプラズマ装置におけるマイクロ波の吸収効率を向上
させる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〕
本発明に係るプラズマ装置は、プラズマ生成室にマイク
ロ波を導入すると共に、磁界を印加し、電子サイクロト
ロン共鳴励起によりプラズマを生成させるプラズマ装置
において、マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波
をプラズマ生成室へ導入する導波管に、TEmn+ T
Mmn (m、  n :整数。
n≠0)モードのマイクロ波を右回り円偏波に変換させ
る円偏波発生器を設けたことを特徴とする。
〔作用〕
マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波をプラズマ
生成室へ導入する導波管に設けられた円偏波発生器にT
Es+n+ TMmn (m、  n :整数、n≠O
)モードのマイクロ波が伝送されると、マイクロ波は右
回り円偏波に変換される。この右回り円偏波はプラズマ
生成室へ尋人され、ECR励起により効率良く吸収され
る。
〔実施例〕
以下本発明をCVD装置として構成した実施例について
図面に基づき具体的に説明する。第1図は本発明に係る
プラズマ装置の縦断面模式図であり、前記第4図の従来
装置と同様に、プラズマ生成室31は周囲壁を2重構造
にして冷却水の通流路31aを備え、また−側壁中央に
は石英ガラス板31bにて封止したマイクロ波導入口3
1cを、更にマイクロ波導入口31cと対向する他側壁
中央にはプラズマ引出窓31dを夫々備えており、この
プラズマ引出窓31dに臨ませて試料室34が配設され
る。マイクロ波導入口31cには他端をマイクロ波発振
器33に接続したマイクロ波導波管32a、 32b、
 32c、 32dの一端が接続され、プラズマ生成室
31及びこれに接続した導波管32a、 32b、 3
2c、 32dの一端部にわたってこれらを囲むように
励磁コイル35が同心状に配設される。
反応室34内にはウェーハ等の試料Sを装置する試料台
36が前記プラズマ引出窓31dと対向させて配設され
ており、その後面側に位置する試料室34の後壁には図
示しない排気装置に連なる排気口37が開口される。
マイクロ波発振器33から発振されたマイクロ波は矩形
導波管32aに伝送された後、・TE、。モードのマイ
クロ波として矩形・円形変換器32bに伝送され、円形
TE、モードのマイクロ波に変換される。
更にこのTEzモードのマイクロ波は円偏波発生器32
cへ伝送され、ECRによりプラズマを生成せしめるた
めに有用なR波に変換される。
第2図は円偏波発生器32cの横断面図であり、基本モ
ードがTE、モードである円形導波管の壁面部に例えば
アルミニウム等の金属板C1及びC2が入射電界に対し
て45°の位置に対向させて取り付けられている。これ
により入射波に位相差が生じ、R波のみが円形導波管3
2dへ伝送される。更にこのR波は石英ガラス仮31b
、マイクロ波導入口31cを通じてプラズマ生成室31
内に導入され、ECR励起により吸収され、プラズマを
生成せしめる。
上述した本発明のプラズマ装置及び従来のプラズマ装置
において、マイクロ波の周波数を2.45GHz 。
矩形導波管32aは縦109.22鶴、横54.61鶴
、長さ200龍、矩形・円形変換器32bは4ji81
.13 am、横67.82龍、長さ46.66 am
、円偏波発生器32cは内径84+em、長さ165.
71軌対向する金属板の距離72龍、円形導波管32d
は内径84m++、長さ100龍、プラズマ生成室31
は内径84龍、長さ100nとし、図示しないガス供給
系よりプラズマ生成室31内にガス圧力3.5 X 1
0”TorrのN2ガスを30secm供給し、励磁コ
イル35にて875Gaussの磁界を形成し゛、マイ
クロ波入射電力2.0kWによりプラズマを生成した。
その際、プラズマ生成室31内にラングミューアブロー
ブを設けて、反射電力及びプラズマ密度を測定したとこ
ろ、本発明装置においては、反射電力0.1kW、プラ
ズマ密度1.6X10”cm−’であった。
一方導波管に円偏波発生器を設けない従来のプラズマ装
置にて上記と同条件でプラズマを生成した場合の反射電
力は0.7kW、プラズマ密度は8X1010cm −
’であった。
これにより明らかなように、本発明装置においては、従
来のものと比べてプラズマ生成室内の反射電力が減少し
、プラズマ密度が大きくなり、マイクロ波のプラズマに
よる吸収効率が向上し、効率良くプラズマが生成される
。
なお、本実施例においてはTE、、モードのマイクロ波
を円偏波発生器により右回り円偏波に変換させたが、円
偏波発生器の内径、または長さ、金属板の形状等を変化
させることにより、TE、、、 TMffi。
(m、n:整数、n≠0)モードのマイクロ波であれば
どのようなマイクロ波でも右回り円偏波に変換させるこ
とができ、上述と同様の効果が得られる。
また、上記実施例では、原料ガスをプラズマ生成室に導
入する例を示したが、原料ガスは試料室に導入してもよ
い。導入された原料ガスはプラズマ生成室に拡散するの
で、プラズマ生成室に導入した場合と同様な効果が得ら
れる。
〔発明の効果〕
以上詳述した如く、本発明装置においては、TE□。
TM、lIn (m、  rl :整数、n≠0)モー
ドのマイクロ波を右回りの円偏波に変換させた後にプラ
ズマ生成室へ導入するので、プラズマ生成室内の反射が
減少しECR励起によるマイクロ波の吸収効率が向上し
、効率の良いプラズマの生成が行われる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るプラズマ装置の縦断面模式図、第
2図は本発明に係るプラズマ装置に用いる円偏波発生器
の横断面模式図、第3図はR彼及びL波の屈折率の磁場
依存性を示すグラフ、第・1図は従来のプラズマ装置の
縦断面模式図である。 31・・・プラズマ生成室 32(、・・・円偏波発生
器33・・・マイクロ波発振器 35・・・励Cコ)コ
イル特 許 出願人  住友金属工業目:武会社代理人
 弁理士  河  野  登  夫2a 図 図 第 ・Z (βC,/ヮ 酩  V

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、プラズマ生成室にマイクロ波を導入すると共に、磁
    界を印加し、電子サイクロトロン共鳴励起によりプラズ
    マを生成させるプラズマ装置において、 マイクロ波発振器から発振されたマイクロ 波をプラズマ生成室へ導入する導波管に、TE_m_n
    TM_m_n(m、n:整数、n≠0)モードのマイク
    ロ波を右回り円偏波に変換させる円偏波発生器を設けた
    ことを特徴とするプラズマ装置。
JP63293041A 1988-11-18 1988-11-18 プラズマ装置 Pending JPH02139900A (ja)

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JP63293041A JPH02139900A (ja) 1988-11-18 1988-11-18 プラズマ装置

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JP63293041A JPH02139900A (ja) 1988-11-18 1988-11-18 プラズマ装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0725164A3 (en) * 1992-01-30 1996-10-09 Hitachi Ltd Method and apparatus for generating plasma and semiconductor processing methods

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0725164A3 (en) * 1992-01-30 1996-10-09 Hitachi Ltd Method and apparatus for generating plasma and semiconductor processing methods
US5646489A (en) * 1992-01-30 1997-07-08 Hitachi, Ltd. Plasma generator with mode restricting means

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