JPH0417325A - プラズマ装置及び該装置の使用方法 - Google Patents

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】 駁監上立且里玉１ 本発明はプラズマ装置及び該装置の使用方法に関し、よ
り詳しくはプラズマを利用する工業技術全般、例えば、
ＣＶＤ法、エツチング法、表面改質法、スパッタ法等を
行なうための各装置とその使用方法に関する。

【土凹且Ｉ プラズマを発生させる方法には、直流放電、低周波放電
、高周波放電によるものがあるが、これらの方法におい
てはプラズマ中の荷電粒子（電子、イオン）のエネルギ
あるいは密度が低く、プラズマによる効果が小さいとい
う問題があった。

これに対し、マイクロ波を用いてプラズマを発生させる
マイクロ波プラズマ装置、またこのプラズマに磁界を印
加して電子をサイクロトロン運動させる有磁場マイクロ
波プラズマ装置、あるいは電子サイクロトロン共鳴を用
いる電子サイクロトロン共鳴励起プラズマ（ＥＣＲプラ
ズマ）装置の開発が盛んに行なわれており、これらの装
置においては、高いエネルギあるいは密度を有するイオ
ンと、この衝撃により輸送される粒子とが得られるとい
う特徴がある。

特にＥＣＲプラズマ装置では、例えば特開昭５１−７１
５９７号公報のイオン加工装置に開示されているように
、低圧力でのプラズマ生成が可能であり、イオン間の平
均自由工程が中性分子のそれに比べて十分長いため、方
向性の揃ったイオンビームが得られるという特徴がある
。また、特開昭５６−１５５５３５号公報のプラズマ附
看装置に開示されているように、発散磁界による両極性
拡散輸送効果を利用して、ＥＣＲ点から離れた被処理基
板に対してイオンビームが照射されるため、被処理基板
の温度上昇を抑制できるという特徴がある。

さらに本発明者が先に提案したＥＣＲプラズマ装置（特
願昭６３−３３０８０４号）では、例えばエピタキシャ
ル膜を形成する前に、被処理基板にＡｒプラズマあるい
はＡｒとＨ２の混合プラズマを照射し、いわゆる前処理
を行なうことができ、このことによってその表面の自然
酸化膜を除去し、被処理基板表面を清浄にすることがで
きるという特徴がある。すなわち、本発明者が提案した
ＥＣＲプラズマ装置には第９図に示した様に、共振室１
１と試料室１２とからなる真空容器１０内に、石英等の
マイクロ波透過性材料で形成された一端開口状のプラズ
マ放電管１３が配設されており、共振室１１の上部には
、マイクロ波を共振室１１内に導入するための導波管１
５がマイクロ波導入窓１４を介して接続されている。こ
の導波管１５の一部と共振室１１との周りには直流電源
に接続される電磁コイル１６が配設されており、また試
料室１２の一側壁には、膜形成用ガス又は前処理用ガス
を試料室１２内に供給するガス供給機構１７と、試料室
１２内を排気するための真空ポンプ１８が接続されてい
る。

このような装置を用いて前処理を行なう場合には、プラ
ズマ放電管１３内にＡｒプラズマあるいはＡｒとＨ２の
混合プラズマを発生させ、これらのプラズマをプラズマ
放電管１３の下方に載亘されたＳｉ基板等の被処理基板
Ｓに照射すると、その表面の自然酸化膜がエツチングさ
れて除去されるようになっている。

が　′しよ−とする課 しかしながら、本発明者が提案した上記装置においては
、プラズマ中の高速イオンが、プラズマ放電管１３の開
口部分から飛び出し、真空容器１０の内壁に到達してこ
れをスパックし、真空容器１０の構成成分である金属原
子が被処理基板Ｓ表面に１０１４原子／ａｍ”以上の高
密度で付着して、被処理基板Ｓを汚染する場合があった
。

また、従来のＥＣＲプラズマ装置においては、例えば半
導体工業材料として汎用されるＳｉ基板を被処理基板と
する場合、「応用物理、第５７巻、第１１号（１９８８
）、ｐｐ、　１７２１−１７２７Ｊに示されているよう
に、被処理基板を照射するプラズマからのイオンのエネ
ルギは少なくとも２０ｅＶであるのに対して、被処理基
板であるＳｉ結晶基板中の原子の変位エネルギは１２．
ｌｅＶである（Ｇ、Ｃａｒｔｅｒａｎｄ　Ｊ、Ｓ、Ｃｏ
ｌＣｏ１１ｉ：　Ｉｏｎ　Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ　ｏ
ｆ　Ｓｏｌｉｄｓ（Ｈｅｉｎｅｍａｎ　　Ｅｄｕｃａｔ
ｉｏｎａｌ　　Ｂｏｏｋ　　Ｌｔｄ、、Ｌｏｎｄｏｎ、
１９６８１ｐ、　２１４より引用）、従って、イオンエ
ネルギが２０ｅＶ以上の例えばＡｒプラズマ照射によっ
て、被処理基板のＳｉ単結晶が容易に損傷し、Ｓｉ単結
晶中に高密度の結晶欠陥が発生して、半導体材料として
の電気的特性が失われるという問題があった。

上記した被処理基板の損傷及び金属汚染の問題の解決は
、最近のＥＣＲプラズマ装置における大きな課題であり
、そのためには被処理基板に照射するプラズマ中のイオ
ンエネルギを、被処理基板の結晶が損なわれずかつ金属
汚染され難くく、しかも効果が得られる程度にまで低く
抑えることが必要であると考えられる。

ところで、ＥＣＲプラズマ装置においては、発生したプ
ラズマによってマイクロ波が吸収される。すなわち、マ
イクロ波のエネルギが電子の周回運動エネルギに変換さ
れ、加速された電子が装置内のガス分子をイオン化する
と共に二次電子を発生させ、発生した二次電子がマイク
ロ波電力によって周回運動するという連鎖反応（プラズ
マの点灯）が生じる。

しかしながら、上記したように被処理基板Ｓに照射する
イオンエネルギを低くすべく、プラズマ放電管１３に供
給されるマイクロ波電力密度を低くすると、電子の周回
運動エネルギがガス分子から十分量の二次電子を発生さ
せるに至らないため、プラズマは点灯せず、たとえ点灯
したとしても不安定であるという問題があった。

本発明は上記した課題に鑑みなされたものであり、イオ
ンエネルギの低いプラズマを容易にしかも確実に点灯さ
せることができるプラズマ装置及び該装置の使用方法を
提供することを目的としている。

課　を　゛する為の 上記した目的を達成するために本発明に係るプラズマ装
置は、マイクロ波導入機構、磁界印加機構及びプラズマ
放電管等を備えたプラズマ装置において、前記プラズマ
放電管の外周にマイクロ波を導入するための略円筒形状
をした空洞共振器が前記プラズマ放電管と略同心状に配
設されると共に、その内径が可変となるように構成され
ていることを特徴とする。

また、上記プラズマ装置の使用方法であって、導入され
るマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放電管の軸
に垂直な断面について３００ｍＷ／ｃｍ”以上１８００
　ｍＷ／ｃｍ”以下となるように空洞共振器の内径を設
定することを特徴としている。

作■ 上記したプラズマ装置によれば、プラズマ放電管の外周
にマイクロ波を導入するための略円筒形状をした空洞共
振器が前記プラズマ放電管と略同心状に配設されると共
に、その内径が可変となるように構成されているので、
プラズマ放電管に供給されるマイクロ波電力に応じて、
前記空洞共振器の内径を連続的に制御することが可能と
なり、プラズマ放電管内でプラズマが安定して発生する
０例えば被処理基板を清浄化する工程、すなわち前処理
工程において、前記空洞共振器の内径を小さくし、低電
力のマイクロ波を前記プラズマ装置に供給すると、マイ
クロ波はプラズマ放電管の頂部のみから導入され、一定
のマイクロ波電力密度が得られて、プラズマ放電管内で
プラズマが安定的に発生する。そして、発生したプラズ
マは確実に安定的に点灯し、プラズマ中の低エネルギイ
オンが、プラズマ放電管内に形成された発散磁界により
、Ｓｉ基板等の被処理基板に照射されることになる。従
って、損傷のない清浄な被処理基板が得られる。

また、被処理基板に膜を形成する工程において、前記空
洞共振器の内径を大きくし、被処理基板を損傷させない
範囲の高電力のマイクロ波を前記プラズマ装置に供給す
ると、マイクロ波はプラズマ放電管の頂部及び周囲から
導入され、入射可能なマイクロ波電力密度に上限がある
場合でも、プラズマに吸収されるマイクロ波電力は全体
として大きくなる。従って、成膜速度を速めることが可
能となり、また、真空容器の側壁はプラズマ中の低エネ
ルギイオンにスパッタされにくいため、被処理基板に金
属汚染の少ない膜が形成される。

さらに、上記したプラズマ装置の使用方法によれば、導
入されるマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放電
管の軸に垂直な断面について３００　ｍ１７ｃｍ２以上
１８００　ｍＶＩ／ｃｔｒｒ”以下となるように空洞共
振器の内径を設定するので、プラズマ放電管に低いマイ
クロ波電力を供給した場合においても、プラズマは確実
に再現性良く点灯する。また、マイクロ波電力密度が高
過ぎることによって生じるプラズマの導体化も回避され
る。従って、結晶の損傷のない被処理基板表面に金属汚
染の少ない良好な膜を効率良く形成することが可能とな
る。

！立廻 以下、本発明に係るプラズマ装置及び該装置の使用方法
の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係るプラズマ装置の一例としてのＥＣ
Ｒプラズマ装置を模式的に示した断面図であり、図中１
１は略円筒形状の共振室を示している。共振室１１の上
部には、マイクロ波を共振室１１に導入するための導波
管１５が、石英ガラス等からなるマイクロ波導入窓１４
を介して接続されており、共振室１１の周りには磁界発
生源である電磁コイル１６が配設されている。また、共
振室１１の下部には、この共振室１１よりも大口径の略
円筒形状の試料室１２が連設して形成されており、試料
室１２と共振室１１との間には仕切り板２１が気密に介
装されている。そして、試料室１２及び共振室１１内に
は、この仕切り板２１を貫通する態様でプラズマ放電管
１３が配設されている。

プラズマ放電管１３は石英ガラス等の誘電性材料で形成
されており、共振室１１側に配設されたベルジャ１３ａ
と、ベルジャ１３ａに接続されたフード１３ｂとで構成
されている。

すなわ−ち、共振室１１内には、一端が開口状に形成さ
れると共に他端が半球形状に形成されたベルジャ１３ａ
が取り付けられており、このベルジャ１３ａの開口部周
縁には、鍔状のフランジ２２が形成されている。このフ
ランジ２２上には、仕切り板２１に固着された金属製の
押えフランジ２３が配設されており、フランジ２２はこ
の押えフランジ２３によって仕切り板２１に圧着されて
いる。また、フランジ２２と仕切り板２１との接合面は
、仕切り板２１のＯリング溝（図示せず）内のフッ素ゴ
ム製の０リング（図示せず）によってシールされ、この
ことによってベルジャ１３ａは試料室１２に気密に接続
されている。

そしてベルジャ１３ａの開口部側には、その先端がラッ
パ形状に拡開しているフード１３ｂが螺着されている。

なお、共振室１１の上部には、ガス供給管２４及び排気
管２５がそれぞれ接続されており、図示しない圧力調整
機構によって、圧力１．０５ｋｇ／ｃｍ”Ｇの不活性ガ
ス、例えばＡｒガスを共振室１１とベルジャ１３ａとの
間の空間に供給し、置換しているにれは、上記したフラ
ンジ２２と仕切り板２１との接合面のシールが完全でな
く、そこからｌ　Ｘ　１０−’Ｐａ−ｇ／秒程度のガス
が試料室１２内に漏れ込むことが実験で認められている
ためてあり、Ａｒガスの置換によって試料室１２内への
大気の漏れ込みが回避され、被処理基板Ｓの汚染が防止
されることとなる。

このように構成されているプラズマ放電管１３のベルジ
ャ１３ａの周りには、つまり共振室１１の側壁とベルジ
ャ１３ａとの間には、略円筒形状の空洞共振器３０がプ
ラズマ放電管１３と略同心状に配設されている。この空
洞共振器３０は、第６図に示した如く燐青銅等の導電性
弾性材料の帯板を円筒状にたわめ、その端部３１．３２
を重ねることにより形成されており、その重なり部分は
、空洞共振器３０内のマイクロ波がこの重なり部分の隙
間から外に漏れない程度に密着している。また、空洞共
振器３０の内径は後述する駆動機構４０により可変とな
っている。

駆動機構４０の模式的斜視図を第３図に、また空洞共振
器３０の内径を最小にしたときの駆動機構４０の様子を
第４図及び第６図に、空洞共振器３０の内径を最大にし
たときの駆動機構４０の様子を第５図及び第７図にそれ
ぞれ示す、第３図に示したように駆動機構４０は、駆動
軸４１と、支持板４２を介して駆動軸４１に平行に接続
された軸４３と、軸４３の上下に挿嵌された２個のプー
リー４４とを含んで構成されており、駆動軸４１が回転
すると、これに伴って軸４３及びプーリー４４も駆動軸
４１を中心に回転するようになっている。

第４図〜第７図に示したように空洞共振器３０の外側に
は、この駆動機構４０が例えば６個配設されており、各
駆動軸４１・・・は共振室１１内の側壁近傍に等間隔に
かつ回動自在に共振室１１の天板１１ａ及び仕切り板２
１に支持されて取り付けられている。また、合計１２個
の各プーリー４４・・・は、外側に伸長しようとする力
を有する空洞共振器３０の側壁に当接しており、１２個
のプーリー４４のうち、同一の軸４３に挿嵌された２個
のプーリー４４の周縁には、空洞共振器３０の一端３１
が固定されている。

上記した駆動軸４１の各上端には、平歯車４５が水平に
取り付けられており、これら平歯車４５は各駆動軸４１
の回転角が同一となるように、第８図に示した如くチェ
ーン４６によって接続されている。また、駆動機構４０
の駆動軸４１は図示しない回転動力源に接続されており
、この回転動力源によって駆動軸４１は回転し、あるい
は所要の回転角に保持される。

このように駆動機構４０が配設された共振室１１内にお
いては、回転動力源により駆動軸４１を回転させて、第
４図および第６図に示した如く軸４３及びプーリー４４
を共振室１１の略中心方向に移動させると、このプーリ
ー４４によって空洞共振器３０の側壁が押され、空洞共
振器３０の内径が小さくなる。また、回転動力源により
駆動軸４１を回転させて、第５図および第７図に示した
如く軸４３及びプーリー４４を共振室１１の周縁方向に
移動させると、空洞共振器３０の持つ外側に伸長しよう
とする弾性力によって側壁が外側に広がり、空洞共振器
３０の内径が大きくなる。

従って、回転動力源を用いて駆動機構４０を制御するこ
とにより、空洞共振器３０の内径は、該内径がプラズマ
放電管１３のベルジャ１３ａの外壁にほぼ接触し、かつ
プーリー４４の周縁が共振室１１の側壁に接触するまで
の範囲で変化ができる。

一方、プラズマ放電管１３の下方の試料室１２内には、
Ｓｉ基板等の被処理基板Ｓを載置するための試料台２６
が取り付けられており、試料台２６内には図示しないヒ
ータと試料台２６を回転させる回転支持機構が設けられ
ている。

また、試料室１２の一側壁１２ａには、ガス供給管２７
ａが遮断弁２７ｂを介して気密に接続されており、ガス
供給源２７において流量制御された工・ンチング用ガス
、膜形成用ガス等のガスは、ガス供給管２７ａを通って
試料室１２及びプラズマ放電管１３内に供給される。

さらに、試料室１２の一側壁１２ａには、排気遮断弁２
８ａ、排気速度調節弁２８ｂを介してターボ分子ポンプ
等の真空ポンプ２８が取り付けられており、プラズマ放
電管１３及び試料室１２内のガスを排気すると共に、プ
ラズマ放電管１３内のガス圧力を調節できるようになっ
ている。例えば、被処理基板Ｓの最大直径を２００＋ｎ
ｍ、プラズマ放電管１３への注入ガス流量を５０５ＣＣ
Ｕとしたとき、排気遮断弁２８ａでの排気速度を５００
β／秒以上とし、排気速度調節弁２８ｂのコンタクタン
スを調節すると、プラズマ放電管１３内部の圧力をｌ　
Ｘ　１０−”Ｐａ以上、５Ｐａ以下とすることができる
。

また、試料室１２の他側壁１２ｂには、試料台２６に被
処理基板Ｓを載置し、取り出すためのロードロック室２
９がロードロック室弁２９ａを介して配設されており、
ロードロック室２９上部には、被処理基板Ｓを出し入れ
するための試料装填窓２９ｂが形成されている。さらに
、ロードロツタ室２９には、ターボ分子ポンプ等の真空
ポンプ２９ｄが接続されており、ロードロツタ室２９と
真空ポンプ２９ｄとの間には遮断弁２９ｃが介装されて
いる。

このように構成されたＥＣＲプラズマ装置において、プ
ラズマを発生させる場合は、まず真空ポンプ２８．２９
ｄをそれぞれ駆動して、試料室１２内、プラズマ放電管
１３内及びロードロック室２９内を真空排気する。次い
で、ロードロック室弁２９ａを開き、ロードロック室２
９に取り付けられた搬送アーム（図示せず）によって、
試料台２６上のサセプタ（図示せず）をロードロック室
２９に搬送する。その後ロードロック室弁２９ａを閉じ
、ロードロック室２９に接続された図示しないガス導入
管からＡｒガス、Ｎ２ガス等の不活性ガスを導入して、
ロードロック室２９内を大気圧とする。続いて、ロード
ロック室２９の試料装填窓２９ｂからサセプタ上に被処
理基板Ｓとして例えばＳｉ基板を載置し、真空ポンプ２
９ｄによって、ロードロック室２９内を真空排気する。

そして、ロードロック室弁２９ａを開き、搬送アームに
よってサセプタを搬送して試料台２６上に載置し、搬送
アームをロードロック室２９に引き戻した後、ロードロ
ック室弁２９ａを閉じる。

再び、真空ポンプ２８によって試料室１２及びプラズマ
放電管１３内を所定の真空圧力になるまで排気する。

その後、ガス供給源２７からガス供給管２７ａ及び遮断
弁２７ｂを介して、例えばＡｒガス等の前処理用ガスを
プラズマ放電管１３内に導入しつつ排気速度調節弁２８
ｂを調節して、プラズマ放電管１３内をプラズマが発生
するガス圧力に設定する。次いで、後述するマイクロ波
電力の平均面密度が、プラズマ放電管１３の軸に垂直な
断面について３００　ｍ１１７ｃｍ”以上１８００　ｍ
Ｗ／ｃ＋ｎ”以下になるように、駆動機構４０を制御し
て空洞共振器３０の内径を設定する。すなわち、この前
処理の工程では、被処理基板Ｓ表面の損傷を防止するた
めにマイクロ波電力を低くする必要があるが、低いマイ
クロ波電力でプラズマを安定して発生させ、点灯させる
ためには、マイクロ波電力の平均面密度が上記した範囲
であることが必要である。従って、低いマイクロ波電力
でもプラズマが安定的に発生し点灯するように、空洞共
振器３０の内径を小さ（設定する。

続いて、電磁コイル１６に直流電圧を印加し、プラズマ
放電管１３の中央部に磁束密度８．７５ｘｘｏ−”ｒの
静磁界を第１図において下向きに形成し、周波数２．４
５ＧＨｚに対してＥＣＲ条件を満足すると共に磁力線を
被処理基板Ｓに向かって発散させ、いわゆる発散磁界を
形成する。その後、導波管１５からマイクロ波導入窓１
４を介して、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を供給
する。すると、誘電性材料で形成されているベルジャ１
３ａ内、ベルジャ１３ａの頂部のみからマイクロ波が導
入され、プラズマ放電管１３内で所望のマイクロ波電力
密度が得られてプラズマが発生し、低マイクロ波電力に
より発生したこのプラズマは、再現性良く安定的に点灯
する。

そして、点灯したプラズマ中の低エネルギイオンが、上
記した発散磁界によりフード１３ｂ側に輸送され、さら
に被処理基板Ｓに照射されるにのことにより、被処理基
板Ｓは損傷することなく、しかも金属汚染されることな
く前処理されることとなる。

さらに前処理後、プラズマ放電管１３内に導入するガス
を、ガス流を停止させることなくＡｒ等の前処理用ガス
から５ＩＨ４等の膜形成用ガスに切り替える。また、プ
ラズマ放電管１３内に供給されるマイクロ波電力を高め
た場合は、その平均面密度が、プラズマ放電管１３の軸
に垂直な断面について３００　ｍＷ／ｃｍ２以上１８０
０　ｍＷ／ｃｍ２以下になるように、再び駆動機構４０
を制御して空洞共振器３０の内径を設定する。すなわち
、この膜形成の工程では成膜速度を速めるために、被処
理基板Ｓが損傷しない範囲でマイクロ波電力を高める必
要があるが、マイクロ波電力密度が高過ぎると、プラズ
マが導体化してマイクロ波を反射するため、マイクロ波
電力密度を上記した範囲内としてその電力を高める必要
がある。従って、プラズマに吸収されるマイクロ波電力
が全体として大きくなるように、空洞共振器３０の内径
を前処理の工程より大きく設定する。

このことにより、プラズマ放電管１３のベルジャ１３ａ
の頂部及び周囲からマイクロ波が導入され、マイクロ波
電力密度に上限がある場合でも、プラズマに吸収される
マイクロ波電力は大きくなり、上記と同様にプラズマが
安定的に点灯して、被処理基板Ｓ表面にＳｉ薄膜が形成
されることとなる。このとき、前記プラズマ放電管１３
は略密閉構造であるので、試料室１２はプラズマ中のイ
オンにスパッタされにくく、たとえプラズマ放電管１３
の外へプラズマが飛び出しても、前記イオンは低エネル
ギであるため、試料室１２はスパッタされにくい６従っ
て、被処理基板Ｓに金属汚染の少ない膜が形成されるこ
ととなる。

なお、この実施例装置を用いて、被処理基板Ｓを図示し
ないヒータにより７００°Ｃ程度に加熱した後、真空圧
力を１．０ＸＩＯ−’Ｐａ、照射するＡｒ及び５ＩＨ４
プラズマへのマイクロ波電力密度を３００　ｍＷ／ｃｍ
”としてプラズマを発生させると、Ｓｉ結晶の被処理基
板Ｓに転位欠陥密度が５０／ｃｍ２以下の単結晶Ｓｉ膜
がエピタキシャル成長されることが確認された。

また、プラズマ放電管１３の内面に導電性の多結晶Ｓｉ
膜が堆積して、プラズマ放電管１３内部へのマイクロ波
導入が困難となった場合には、試料室１２にＣｈ（塩素
）ガスを導入して上記の如くプラズマを発生させること
によって、プラズマ放電管１３内面の多結晶Ｓｉ膜をエ
ツチング除去することが可能である。この場合、空洞共
振器３０の内径を広げることによって、面密度８０００
　ｍＷ／ａｍ２程度の高密度でマイクロ波電力を供給す
ることが可能となり、またプラズマ放電管１３の上下全
体にわたってマイクロ波が供給されるため、付着膜の除
去を迅速に行なうことが可能となる。なおこの際、電磁
コイル１６に印加する直流電圧を変動させて、磁束密度
のＥＣＲ条件が満足される空間位置をプラズマ放電管１
３内部で変動させることは、付着膜を均一に除去する上
で有効である。

第２図は本発明に係るプラズマ装置の別の実施例として
のＥＣＲプラズマ装置を模式的に示した断面図であり、
第１図と相違する点は、プラズマ放電管１３の形状及び
試料室１２下部付近の構成である。すなわち第２図に示
したように、プラズマ放電管５０は共振室１１側に配設
されたベルジャ５０ａと、ベルジャ５０ａに接続された
フード５０ｂと、フード５０ｂの下方に配設された被処
理基板Ｓを載置するためのホルダ５０ｃとで構成されて
いる。

ベルジャ５０ａは第１図に示したベルジャ１３ａと同様
に構成され、共振室１１に気密に取り付けられており、
このベルジャ５０ａの開口部側ニは、試料室１２側に形
成され、その下端部周縁にフランジ５１ａが形成された
ラッパ形状のフード５０ｂが螺着されている。フード５
０ｂの側面には、ガス供給管２７ａが接続されており、
このガス供給管２７ａは、装置の外に設けられたエツチ
ング用ガス、膜形成用のガス等の複数のガス供給源２７
に、遮断弁２７ｂを介して接続されている。そして、ガ
ス供給源２７で流量制御されたガスを、ガス供給管２７
ａからプラズマ放電管５０内へ供給するようになってい
る。

フード５０ｂの下方には、フード５０ｂの下端の内径と
略同−内径の有底円筒形状をなすホルダ５０ｃが配設さ
れており、ホルダ５０ｃの上端部周縁には、フランジ５
１ｂが形成されている。このときホルダ５０ｃは、この
フランジ部５１ｂと上記したフード５０ｂのフランジ部
５１ａとの間に所定寸法が確保されるようにフード５０
ｂの下方に設置されている。そして、フランジ５１ａ、
５１ｂ間の隙間は、プラズマ放電管５０内のガスを真空
排気するための排気口５２となっている。

このようにプラズマ放電管５０は、排気口５２の外部か
らはホルダ５０ｃに載置された被処理基板Ｓが直視出来
ないように構成されており、またプラズマ放電管５０内
で生成したプラズマが外部に飛び出しに（くなっている
。

一方、ホルダ５０ｃの下部には、軸５３を中心にして回
動可能であり、かつ昇降可能な透明石英製の容器５４が
配設されており、容器５４内にはホルダ５０ｃ内に載置
された被処理基板Ｓを加熱するためのヒータ５５が埋設
されている。

このように形成されたＥＣＲプラズマ装置を用いて被処
理基板Ｓに例えばエピタキシャル膜を形成する場合は、
まず、真空ポンプ２８．２９ｄをそれぞれ駆動して、試
料室１２内、プラズマ放電管４０及びロードロック室２
９内を真空排気する。次いで、容器５４の下方に取り付
けられた支持棒５６を下方に引き出すことによってベロ
ーズ５７を延ばし、試料室１２内を減圧状態に保ったま
まで、容器５４をロードロック室２９に対して所定の高
さに移動する。そして、ロードロック室２９に取り付け
られた図示しない搬送アームによって、ホルダ５０ｃを
ロードロック室２９に搬送する。この後、上記と同様の
操作にて試料装填窓２９ｂからホルダ５０ｃ上にＳｉ基
板等の被処理基板Ｓを載置し、再び搬送アームによって
容器５４上にホルダ５０ｃを載置し、支持軸５６を用い
て容器５４を所定の位置に設置する。

そして、第１図を用いて説明した実施例の場合と同様に
して、試料室Ｉ２及びプラズマ放電管５０内を所定の圧
力になるまで真空排気し、膜形成用ガスを試料室１２及
びプラズマ放電管５０内に供給する。次いで、マイクロ
波電力の平均面己度が、プラズマ放電管５０の軸に垂直
な断面について３００ＩＩＩＷ／Ｃ１１１２以上１８０
０　ｍＷ／ｃｍ”以下になるように、駆動機構４０を制
御して空洞共振器３０の内径を設定する。続いて電磁コ
イル１６に電圧を印加して、プラズマ放電管５０内に発
散磁界を形成し、さらに導波管１５から共振室１１にマ
イクロ波を供給する。

すると、プラズマ放電管５０内でプラズマは発生し、低
いマイクロ波電力でも再現性良く安定して点灯する。そ
して、点灯したプラズマ中の低エネルギイオンが被処理
基板Ｓに照射される。また、前記プラズマ放電管５０は
略密閉構造であるので、試料室１２はプラズマ中のイオ
ンにスパッタされにくく、たとえプラズマ放電管５０の
外へプラズマが飛び出しても、前記イオンは低エネルギ
であるため、試料室１２はスパッタされにくい０以上の
ことから、被処理基板Ｓに金属汚染の極めて少ない膜が
形成される。

なお、上記したエピタキシャル膜の形成を行う前に、ガ
ス供給源２７よりＡｒガスの前処理用ガスを試料室１２
及びプラズマ放電管５ｏ内に導入して、空洞共振器３０
の内径を所定の大きさに設定することにより、上記と同
様の条件で、被処理基板Ｓを損傷させることなく、しか
も金属汚染させることなく前処理を施すことができる。

以上説明したように、上記した実施例によれば、イオン
エネルギの低いプラズマを容易に、しかも確実に点灯さ
せることができるため、結晶欠陥及び金属汚染の少ない
プラズマプロセスを効率良く実現することができる。

１亙二尤盟 以上の説明により明らかなように、本発明に係るプラズ
マ装置によれば、プラズマ放電管の外周にマイクロ波を
導入するための略円筒形状をした空洞共振器が前記プラ
ズマ放電管と略同心状に配設されると共に、その内径が
可変となるように構成されているので、プラズマ放電管
に供給されるマイクロ波電力に応じて、前記空洞共振器
の内径を連続的に制御することができ、前記プラズマ放
電管内でプラズマを安定して点灯させることができる。

従って、例えばＳｉ単結晶からなる被処理基板上にエピ
タキシャル膜を形成する場合においては、前処理工程及
びエピタキシャル膜形成工程では、低マイクロ波電力密
度のプラズマを、またプラズマ放電管のクリーニング工
程では高マイクロ波電力密度のプラズマを、前記空洞共
振器の内径を変化させるだけて利用できるため、欠陥の
少ない高品位エピタキシャルウェハを迅速に製造するこ
とができる。

また、上記したプラズマ装置の使用方法によれば、導入
されるマイクロ波電力の平均面密度が、プラズマ放電管
の軸に垂直な断面について３００ｍＷ／ｃｍ２以上１８
００　ｍＷ／ｃｍ”以下となるように空洞共振器の内径
を設定するので、プラズマ放電管に低いマイクロ波電力
を供給した場合においても、プラズマは確実に再現性良
（点灯する。また、マイクロ波電力密度が高過ぎること
によって生じるプラズマの導体化も回避される。従って
、結晶の損傷のない被処理基板表面に金属汚染の少ない
良好な膜を効率良く形成することができる。

【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一例としてのＥＣ
Ｒプラズマ装置を模式的に示した断面図、第２図は本発
明に係るプラズマ装置の別の実施例としてのＥＣＲプラ
ズマ装置を模式的に示した断面図、第３図は第１図及び
第２図に配設されている駆動機構の一例を示した模式的
斜視図、第４図及び第５図はそれぞれ、空洞共振器の内
径を最小及び最大にしたときの駆動機構の様子を模式的
に示した断面図、第６図及び第７図はそれぞれ、第４図
におけるＩ−Ｉ線断面図及び第５図におけるＩＩ　−Ｉ
Ｉ線断面図、第８図は共振室の概略平面図、第９図は従
来提案されたＥＣＲプラズマ装置を模式的に示した断面
図である。 ３．５０・・・プラズマ放電管 ４・・・マイクロ波導入窓 ５−・・導波管 ６・・・電磁コイル Ｏ・・・空洞共振器 ０・・・駆動機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波導入機構、磁界印加機構及びプラズマ
   放電管等を備えたプラズマ装置において、前記プラズマ
   放電管の外周にマイクロ波を導入するための略円筒形状
   をした空洞共振器が前記プラズマ放電管と略同心状に配
   設されると共に、その内径が可変となるように構成され
   ていることを特徴とするプラズマ装置。
2. （２）導入されるマイクロ波電力の平均面密度が、プラ
   ズマ放電管の軸に垂直な断面について３００ｍＷ／ｃｍ
   ＾２以上１８００ｍＷ／ｃｍ＾２以下となるように空洞
   共振器の内径を設定することを特徴とする請求項１記載
   のプラズマ装置の使用方法。