JPH03197682A

JPH03197682A - Ｅｃｒプラズマｃｖｄ装置

Info

Publication number: JPH03197682A
Application number: JP1278960A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Sato; 徳芳佐藤; Satoru Iizuka; 哲飯塚; Toshikazu Ashida; 芦田　敏和
Original assignee: ASHIDA KK
Current assignee: ASHIDA KK
Priority date: 1989-09-27
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1991-08-29
Anticipated expiration: 2009-08-10
Also published as: JPH0660414B2

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、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の改良に関する。

（従来技術とその問題点）プラズマに磁場を作用させると電子はサイクロトロン運
動を生じ、その角周波数は、 ωｃｅ＝　（ｅＢ　）／（ｍ）で表される。ここで、（ｅ）及び（−〉はそれぞれ電子
の電荷と質量、（Ｂ）は磁束密度である。そこで、電子
のサイクロトロン周波数ｆｃｅ＝　（ωｃｅ）／２πが
マイクロ波の周波数に一致するような磁束密度の磁場を
プラズマに印加すると電子のサイクロトロン運動とマイ
クロ波の共鳴が起こり、高密度のプラズマが得られる。

さて、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は、上記現象を
実現すべく第８図のようにプラズマ室（１）の外周に大
きなコイル（２７）を配設し、プラズマ室（１）内に生
成されたプラズマに磁場を作用させて電子サイクロトロ
ン共鳴を生起させ、高密度のプラズマを得ていた。しか
しながら、プラズマ室（１）の外周にコイル（Ｚ７）を
配設しなければならなかったために必要な磁場を得るた
めには巨大なコイルク２７）を必要とし、装置が巨大化
すると言う欠点があった。従って、装置の大型化には自
ずと限界があった。又、前述のように従来例はプラズマ
室（１）の外部から作用させるため強力な８７５Ｇ程度
の強力な磁場が必要となり、その結果、共鳴モードによ
る不均一電磁場分布に起因する不均一性がプラズマ分布
に表れるという欠点があった。

又、プラズマ室（１）外からの磁場作用では加速共鳴度
が小さく、例えばｚｏｏｏオングストロームの膜付けに
１０分もかかり、他の同種装置に比べてスループットが
遅いと言う欠点もあった。

（本発明の目的）本発明は係る従来例に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、永久磁石（４）をプラズマ室（１）内
に直接配設し且つ永久磁石（４〉の内側にマイクロ波放
電用のアンテナ（５）を配設する事により、第１に装置
のコンパクト化の障害であるコイルをなくする事が出来
、第２に磁力の弱い永久磁石（４）をプラズマ室（１）
内で使用する事によりプラズマの均一性を確保し、第３
により高密度のプラズマを得る事が出来てスループット
を短縮する事が出来るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を提供
するにある。

（問題点を解決するための手段）本発明装置は前記目的を達成するために請求項（１）に
おいて、 ■マイクロ波放電によってプラズマを生成させるための
プラズマ室（１）と、プラズマ室（１）からのプラズマ
照射を受ける試料台（２）を備えた試料室（３）とを具
備するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、■永久磁石
（４）をプラズマ室（１）の内周面に沿って配設し、 ■前記永久磁石（４）より内側にマイクロ波放電用のア
ンテナ（５）を配設する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（２）は更にこれを具体的にしたもので、■請求
項（１）のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、 ■相隣接して配置され、径方向に磁化された永久磁石（
４）の内側の磁掻の極性が互いに逆極となるようにして
リング状の永久磁石（４）乃至リング状に配設された永
久磁石（４）を３段以上配設し、■前記永久磁石（４）
より内側にリング状のアンテナ（５）を２段以上配設す
る。

；と言う技術的手段を採用している。

請求項（３）は他の実施例で、 ■請求項（２）のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、 ■プラズマ室（１）内にガラス乃至セラミックス製の内
筒（））とステンレス製の外筒（８）とを２重に配設し
、 ■内［（７）と外ｆｉ　（８）との間にアンテナ〈５）
を配設し、 ■外筒（８）の外周に永久磁石（４）をリング状に配設
する。

；と言う技術的手段を採用している。

請求項（４）は更に他の実施例で、 ■マイクロ波放電によってプラズマを生成させるための
プラズマ室（１）と、プラズマ室（１）からのプラズマ
照射を受ける試料台（２）を備えた試料室（３）とを具
備するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、■永久磁石
（４）を内周面に沿って螺旋状にプラズマ室（１）内に
配設し、 ■前記永久磁石（４）より内側にマイクロ波放電用のア
ンテナ（５）を配設する。

；と言う技術的手段を採用しており、請求項（５）は、 ■請求項（１）乃至（４）のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置
において、永久磁石（４）の中間外方に弱い軸磁場をつ
くるための制御コイル（９）を配設する。

；と言う技術的手段を採用している。

（作　　用） ■試料台（２）上に試料（２６）を載置し、プラズマ室
（１）に不活性ガスを供給し、且つ試料室（３）にシラ
ンなどの作業ガスを供給する。

■続いて上下一対のアンテナ（５）に逆相の電圧を印加
し、発振器（６）を作動させてマイクロ波を発生させ、
矩形導波管（１７）、電力導入ケーブル（１９）更にア
ンテナ（５）を通じてプラズマ室（１）にマイクロ波を
放電し、永久磁石（４）の磁場により電子サイクロトロ
ン共鳴を生起させて電力を局所的に集中させ、プラズマ
室（１）内でプラズマを高密度に発生させる。

■シャッタ（１３）を開いてプラズマ照射口（１２）を
開口させ、永久磁石（４）にて形成される発散磁界を利
用して高密度のプラズマを磁界勾配によって発散方向に
引き出し、試料台（２）上の試料（２６）にプラズマ照
射を行い、試料（２６）表面でドライ状態での化学反応
を行わせて成膜を始め各種の所定の表面処理を行う。

■反応の終了した排ガスは排気ダクト（１６）にて排出
される。

（実　施　例）以下、本発明の第１実施例を図示実施例に従って詳述す
るう第１図は、本発明にかがるＥＣＲプラズマＣＶ　Ｄ
装置の第１実施例の概略断面図で、上部２重チャンバ（
１０）の内部が、マイクロ波放電によってプラズマを生
成させるためのプラズマ室（１）であり、その下部にプ
ラズマ室（１）からのプラズマ照射を受ける試料台（２
）を備えた試料室（３）である、プラズマ室（１）の外
周は水冷ジャケット（１１）となっており、冷却水が供
給されている。プラズマ室（１）の底面には試料室（３
）に開口するプラズマ照射口（１２）が開設されており
、シャッタ（１３）にて開閉されるようになっている。

又、試料室（３）内には前記プラズマ照射口（１２）に
対向して試料台（２）が設置されている。プラズマ室（
１）には不活性ガス供給配管（１４）にて不活性ガスが
供給されるようになっており、試料室（３）には例えば
シランガスなど作業ガスが作業配管（１５）から供給さ
れるようになっており、試料室（３）の底部に設けた排
気ダクト（１６）にて外部に排出するようになっている
。

第１図乃至第２図の実施例ではプラズマ室（１）内にリ
ング状の永久磁石（４）が等間隔にて３段に配設されて
おり、径方向に磁化されており、その極性は最上段と最
下段の永久磁石（４）の内周側がＮ（Ｓ）で外周側が５
（Ｎ）となるように、中央の永久磁石（４）の内周側が
５（Ｎ）で外周側がＮ（Ｓ）となるように、相隣接せる
永久磁石（４）の内側の磁極の極性が互いに逆極となる
ように配設されている。このようにプラズマ室（１）内
の強力磁場はプラズマ室（１）の内周面に沿って配設さ
れた永久磁石（４）によって形成される６永久磁石（４
）は５ＫＧ程度である。

アンテナ（５）はリング状で前記永久磁石（４）の中間
にて永久磁石（４）より内側に２段に配設されている。

永久磁石（４）間並びにアンテナ（５）間の間隔は電磁
波の波長（λ）の半分、即ち（＾／２　＝１２，５ｃｅ
＋）である、これにより、磁力ｌ（図中実線で示す、）
と電気力線（図中破線で示す、）とがほぼ直交し、効率
の良い電子加速が可能となる。

プラズマ室（１）の外部には矩形導波管（１７）が配設
されており、一端が発振器（６）に接続され他端がある
間隔をあけて２重チャンバ（１０）に向かって配設され
てＪ３つ、更に矩形導波管（１７）の他端端面に２重チ
ャンバ（１０）に向かってピン（１８）が立設されてい
る。この矩形導波管（１７）の他端上下側面から導出さ
れた１対の外部管（２０）が２重チャンバ（１０）を貫
通してプラズマ室（１）内に押通している。

又、矩形導波管（１））内の上下側面にはピン（１８）
が立設されてり、更にこのピン（１８）から導出された
電力導入ケーブル（１９）が外部管（２０）を通って前
記アンテナ（５）に接続されている。前記ピン（１８）
は互いに若干ずれた位置に立設されており、ピン（１８
）間の中心位置と矩形導波管（１７）の端面との間隔は
（λ／４）に設定される。外部管（２０）並びに電力導
入ケーブル（１９）と２重チャンバ（１０）とのシール
関係は第３図に示すように真空コネクタ（２１）による
、即ち、チャンバ（１０）の側壁に接続管部（２２）が
突設されており、接続管部（２２）の通孔と外部管（２
０）との間に０リング（２３）が嵌め込んであり、更に
電力導入ケーブル（１９）と外部管（２０）との間に封
止用り〉・グ（２４）が配設されており、外部管＜２０
）と封止用リング（２４）との間並びに封止用リング（
２４）と電力導入ケーブル（１９）との間にＯリング（
２３）が配設してあり、更に接続管部（２２）に固定ナ
ツト（２５）が螺着してあって、水冷ジャケット（１１
）からの水漏れやプラズマ室（１）の気密漏れ防止して
いる。

しかして、試料台（２）上に例えばシリコンウェハーの
ような試料（２６）を載置し、プラズマ室（１）に不活
性ガスを供給し、且つ試料室（３）にシランなどの作業
ガスを供給する。続いて上下一対のアンテナ（５）に逆
相の電圧を印加し、発振器（６）を作動させてマイクロ
波を発生させ、矩形導波管（１７）、電力導入ケーブル
（１９）更にアンテナ（５）を通じてプラズマ室（１）
にマイクロ波を放電し、永久磁石（４）の磁場により電
子サイクロトロン共鳴を生起させて電力を局所的に集中
させ、プラズマ室〈１）内でプラズマを高密度に発生さ
せる。この時、矩形導波管（１７）に立てた上下のピン
（１８）にて逆相の電力を取り出すものであるが、矩形
導波管（１７）の端面を可変壁にしてピン（１８）と端
面までの間隔を調節出来るようにしておくとマツチング
を取りやすい、プラズマ室（１）内の内周面に沿って永
久磁石（４）が配設されているので、磁場は内周面近傍
に局在してプラズマ室（１）の中心部にはほとんどなく
、その結果共鳴モードの不均一電場分布に起因するプラ
ズマの不均一が本質的に発生しない。

シャッタ（１３）を開いてプラズマ照射口（１２）を開
口を開口させると永久磁石（４）にて形成される発散磁
界を利用して高密度のプラズマを磁界勾配によって発散
方向に引き出し、試料台（２）上の試料（２６）にプラ
ズマ照射を行い、試料（２６）表面でドライ状態での化
学反応を行わせて成膜を始め各種の所定の表面処理を行
う０反応の終了した排ガスは排気ダクト（１６）にて排
出される。

尚、前記の永久磁石（４）はリング状のものとしたが勿
論これに限られず、ブロック状の永久磁石（４）をリン
グ状に配設してもよい事は言うまでもない。

え１匠では、真空コネクタ（２１）を介して８０Ｗ程度
の電力がアンテナ（５）を通じてプラズマ室＜１）内に
給電され、プラズマ室＜１）内に直径１４０１程度のほ
ぼ均一なプラズマが形成された。

又、プラズマ室（１）を大口径化したり、永久磁石（４
）を３段以上の多段化にする事によりより大容量のプラ
ズマ生起が可能となる。電力導入ケーブル（１９）を同
軸導波管にすれば大電力の伝送も可能である。

次に、本発明のｍについて説明する。

プラズマ室（１）内にガラス乃至セラミックス製の内筒
（ア）とステンレス製の外筒（８）とを２重に配設し、
内ｎ（７）と外筒（８）との間にアンテナ（５）を配設
すると共に外筒（８）の外周に永久磁石＜４）をリング
状に配設したもので、内筒（７）内にプラズマが形成さ
れる事になる。掃除する場合は内筒（ア）内を掃除する
事になり、内面がフラットであって作業が非常に簡便と
なる。又、第４図のように１００ガウス程度の弱い軸磁
場を作るコイルを永久磁石（４）の中間外方に配置する
事により、径方向プラズマ流の制御が出来、広範囲なプ
ラズマ形状の制御が可能となる。第５［！ｌは、本発明
に用いろ永久磁石（４）の別の実施例で棒状の永久磁石
（４）の一方の磁極（図の場合はＮ極）にアンテナ（５
）を埋設した一体型プラズマ源の例であり、あらゆる形
状のプロセスが可能となる。第６図は例えば前述の円筒
容器を切り開いて平板状にしたもので、平行に配列され
た平板（２８）の外面側に棒状の永久磁石（４）を平行
に配列し、永久磁石〈４）の間にて平板（２８）の内面
側にアンテナ（５）を−列に配列した例である。隣接せ
る永久磁石（４）の極性は互いに逆である。このように
すれば平板プラズマ源とする事ができるもので、薄く平
たいプロセスが可能となる。

第７図は、筒体の外周に永久磁石（４）を螺旋状に配設
し、その間に”ζ筒体（２９）の内周にアンテナ（５）
を螺旋状に配設しても良い、ただし、１周した場合の位
相が逆相となるように永久磁石（４）を配列すると効率
がよくなる。

１周長さＬ−ｎ・λ十＾／２（ｎ＝整数）ピッチ二λ／２である、この場合アンテナ（５）は１本で足り構造が単
純となる。

（効　　果）本発明の請求項（１）は、マイクロ波放電によってプラ
ズマを生成させるためのプラズマ室と、プラズマ室から
のプラズマ照射を受ける試料台を備えた試料室とを具備
するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、永久磁石をプ
ラズマ室の内周面に沿って配設しであるので、磁場は内
周面近傍゛に局在してプラズマ室の中心部にはほとんど
なく、その結果共鳴モードの不均一電場分布に起因する
プラズマの不均一が本質的に発生せず、プラズマ室全体
に均一なプラズマが生成されることになる。

又、永久磁石をプラズマ室の内周に配設する事により、
永久磁石の配置がプラズマ生成場所に最も近接した配置
となり、電子サイクロトロン共鳴を生起させるために必
要としていた巨大な外部コイルが不要となり、装置をコ
ンパクト化する事ができるものであり、同時に弱い磁力
の永久磁石で足る事になる。更に前記永久磁石より内側
にマイクロ波放電用のアンテナを配設しであるので、永
久磁石による磁場内に電磁場エネルギを直接供給する事
が出来、アンテナ近傍の強電場にるプラズマ生成が可能
となる。

又、請求項（２）では、相隣接せる永久磁石の極性が互
いに逆極となるようにしてリング状の永久磁石乃至リン
グ状に配設された永久磁石を３段以上配設し、前記永久
磁石より内側にリング状のアンテナを２段以上配設しで
あるので、電子サイクロトロン共鳴を効率的に生起させ
て加速共鳴度を大きくする事が出来、例えば２０００オ
ングストロームの膜付けを３分程度にする事が出来、ス
ループットを速くする事が出来ると言う効果や永久磁石
とアンテナの多段化によりプラズマの大容量化を可能に
する事も出来る。

請求項（３）においては、プラズマ室内にガラス乃至セ
ラミックス製の内筒とステンレス製の外筒とを２重に配
設し、内筒と外筒との間にアンテナを配設すると共に外
筒の外周に永久磁石をリング状に配設しであるので、ア
ンテナや永久磁石が内筒にて隠されてプラズマ室内がフ
ラットになり、清掃その他作業が非常に簡便となる。

更に、請求項（４）に−おいて、永久磁石をプラズマ室
の内周面に沿って螺旋状に配設すると共に前記永久磁石
より内側にマイクロ波放電用のアンテナを配設しである
ので、アンテナが１本で良く構造を非常に単純化する事
が出来る。

請求項（５）にあっては、永久磁石の中間外方に弱い電
磁場をつくるための制御コイルを配設しであるので、径
方向プラズマ流の制御が出来、広範囲なプラズマ制御が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図・・・本発明の第１実施例の概略断面図第２図・
・・第１図のプラズマ室内のリング状永久磁石とリング
状アンテナとの関係を示す一部切欠斜視図第３図・・・本発明に使用する真空コネクタの一実施例
の断面図第４図・・・本発明の第２実施例のプラズマ室の一部分
の断面図第５図・・・本発明に適用する事の出来るアンテナ−体
型永久磁石の端部斜視図第６図・・・本発明の第３実施例のプラズマ室の一部分
の断面図第７図・・・本発明の第４実施例のプラズマ室の一部分
の断面図第８図・・・従来例の概略断面図（１）・・・プラズマ室　　（２）・・・試料台（３）
・・・試料室　　　　（４）・・・永久磁石（５）・・
・アンテナ　　　（６）・・・発振器（７）・・・内ｆ
Ｉｉ　　　　　　　＜８）・・・外筒（９）・・・制御
コイル　　（１０・・・２重チャンバ（１１）・・・水
冷ジャケット（１２・・・プラズマ照射口（１３）・・
・シャッタ　　　（１４・・・不活性ガス供給配管（１
５）・・・作業配管　　　〈１６・・・排気ダクト（１
７）・・・矩形導波管　　（１８・・・ピン（１９）・
・・電力線導入ケーブル

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マイクロ波放電によってプラズマを生成させるた
めのプラズマ室と、プラズマ室からのプラズマ照射を受
ける試料台を備えた試料室とを具備するＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置において、永久磁石をプラズマ室の内周面に
沿って配設すると共に前記永久磁石より内側にマイクロ
波放電用のアンテナを配設して成る事を特徴とするＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置。
（２）請求項（１）のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置におい
て、相隣接して配置され、径方向に磁化された永久磁石
の内側の磁極の極性が互いに逆極となるようにしてリン
グ状の永久磁石乃至リング状に配設された永久磁石を３
段以上配設し、前記永久磁石より内側にリング状のアン
テナを２段以上配設して成る事を特徴とするＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置。
（３）請求項（２）のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置におい
て、プラズマ室内にガラス乃至セラミックス製の内筒と
ステンレス製の外筒とを２重に配設し、内筒と外筒との
間にアンテナを配設すると共に外筒の外周に永久磁石を
リング状に配設して成る事を特徴とするＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ抽出装置。
（４）マイクロ波放電によってプラズマを生成させるた
めのプラズマ室と、プラズマ室からのプラズマ照射を受
ける試料台を備えた試料室とを具備するＥＣＲプラズマ
ＣＶＤ装置において、永久磁石をプラズマ室の内周面に
沿って螺旋状に配設すると共に前記永久磁石より内側に
マイクロ波放電用のアンテナを配設して成る事を特徴と
するＥＣＲプラズマＣＶＤ装置。
（５）請求項（１）乃至（４）のＥＣＲプラズマＣＶＤ
装置において、永久磁石の中間外方に弱い軸磁場をつく
るための制御コイルを配設して成る事を特徴とするＥＣ
ＲプラズマＣＶＤ装置。