JPH04312797A - プラズマ発生装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばエッチング装
置、薄膜形成装置、イオン源等に用いられるプラズマ発
生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のプラズマ発生装置の従来例を図
３に示す。

【０００３】このプラズマ発生装置は、前面が開口した
プラズマ生成容器２の背面部２ａの周辺部の１〜４個所
程度にガス導入管４を接続し、そこからプラズマ生成容
器２内に所要のガス６を導入するようにしている。

【０００４】また、同じ背面部２ａのほぼ中央部にマイ
クロ波導波管８を接続し、マイクロ波導入窓１０を通し
てマイクロ波１２をプラズマ生成容器２内に導入するよ
うにしている。

【０００５】またこの例では、プラズマ生成容器２の外
周部に、同容器２の内部においてマイクロ波１２の導入
方向に沿う向きにＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）条
件を満足させる磁界を発生させる筒状の磁気コイル１４
が設けられている。

【０００６】このようなプラズマ発生装置においては、
プラズマ生成容器２内を真空排気すると共にそこにガス
６およびマイクロ波１２を導入すると、マイクロ波１２
によってガス６が励起されてプラズマ生成容器２内にプ
ラズマ１６が生成される。このようにして生成されたプ
ラズマ１６は、例えばエッチング、薄膜形成、あるいは
引出し電極系と組み合わせてイオンビーム引出し等に用
いることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記プラズ
マ発生装置においては、プラズマ生成容器２内へガス６
を導入する部分の数が少ないこともあって、プラズマ生
成容器２内における半径方向のガス圧の分布が中心軸２
ｂに対して対称にならず、そのためプラズマ１６が偏る
という問題があり、これがエッチングや成膜等の均一性
低下をもたらしていた。

【０００８】但し、単にガス導入管４の数を増やしても
、そこからガス６がまっすぐ下に吹き出すだけであって
プラズマ生成容器２内におけるガス圧の均一性を高める
のにあまり効果はなく、またあまりガス導入管４の数を
増やすと、通常は各ガス導入管４に一つのマスフローコ
ントローラからガス６を供給するので、加工上コンダク
タンスの良い所に集中的にガス６が流れるようになり逆
効果となる。

【０００９】そこでこの発明は、プラズマ生成容器内に
おける半径方向のガス圧分布の均一性を高め、それによ
ってプラズマ密度分布の均一性を高めることを主たる目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、この発明のプラズマ発生装置は、前述したようなプラ
ズマ生成容器の背面部に当該プラズマ生成容器の中心軸
に対して同心状に、ガスが導入される平面形状がリング
状の圧力調整室を設け、かつこの圧力調整室のプラズマ
生成容器内側に、当該圧力調整室につながっていてそこ
に導入されたガスをプラズマ生成容器内に吹き出す複数
のガスノズルを設けたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、圧力調整室に導入されたガ
スは、プラズマ生成容器の中心軸の周囲にほぼ均等に配
分され、このガスが各ガスノズルからプラズマ生成容器
内に吹き出すことになる。従って基本的には、前記ガス
ノズルを等配に設けておけば、プラズマ生成容器内の半
径方向におけるガス圧分布の均一性を高めることができ
る。また必要に応じて、このガスノズルの配置やノズル
穴の大きさ等を変えることにより、前記ガス圧分布の均
一性をより高めることができる。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の一実施例に係るプラズマ
発生装置を示す概略断面図である。図３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。

【００１３】この実施例においては、前述したようなプ
ラズマ生成容器２の背面部２ａの外側に、当該プラズマ
生成容器２の中心軸２ｂに対して同心状に、平面形状が
リング状の圧力調整室１８を設けている。そしてこの圧
力調整室１８に、何本かの（例えば２〜４本の）ガス導
入管４を等配に（即ち円周上等しい間隔で）接続して、
この圧力調整室１８内にガス６を導入するようにしてい
る。

【００１４】また、背面部２ａ内に、この圧力調整室１
８とプラズマ生成容器２内とをつなぐ複数の貫通穴２ｃ
（詳細は図２参照）を等配に設けて、そのプラズマ生成
容器２内側の出口の所にガスノズル２０をそれぞれ設け
、この各ガスノズル２０からプラズマ生成容器２内にガ
ス６を吹き出すようにしている。

【００１５】このガスノズル２０は着脱可能にしておく
のが好ましく、そのようにすれば、後述するようなガス
６の吹き出しの調整が容易になる。そのためには、例え
ば、図２にも示すように、各貫通穴２ｃをタップ穴にし
、各ガスノズル２０を細いノズル穴を有するボルト状の
ものにすれば良い。

【００１６】更にこの実施例では、プラズマ生成容器２
の背面部２ａの内側に、各ガスノズル２０をカバーする
ように、平面形状がリング状をしていて各ガスノズル２
０から吹き出したガス６の流れの方向を変えるリフレク
タ２２を設けている。

【００１７】なお、図１中の２４はパッキンであり、こ
の例ではプラズマ生成容器２の上部を着脱可能にしてい
る。

【００１８】上記構成によれば、各ガス導入管４を通し
て圧力調整室１８内に導入されたガス６は、その圧力調
整室１８に沿ってプラズマ生成容器の周囲にほぼ均等に
配分され、このガス６が各ガスノズル２０からプラズマ
生成容器２内に吹き出すことになる。しかもこのガスノ
ズル２０は前述したように基本的には等配に設けられて
いるので、ガス６がプラズマ生成容器２の周囲から均等
に吹き出すことになり、これによって、リフレクタ２２
が無い場合でも、プラズマ生成容器２内の半径方向にお
けるガス圧分布の均一性を高めることができる。

【００１９】しかも、ガスノズル２０のノズル穴を細く
しておけば、ガス６は、ガスノズル２０の入口部と出口
部の圧力差で、ガスノズル２０から吹き出したときに弾
性膨張することになり、それによってガス６が広い領域
に均一に拡散するので、このこともプラズマ生成容器２
内におけるガス圧分布の均一性を高めるのに寄与する。

【００２０】また、この実施例のようにガスノズル２０
をプラズマ生成容器２に取り付ける構造にすれば、大き
なプラズマ生成容器２を加工する場合と違って、ガスノ
ズル２０のノズル穴の加工精度を簡単に高めることがで
きるので、この意味からもプラズマ生成容器２内におけ
るガス圧分布の均一性を高めることが容易になる。

【００２１】また、必要に応じて、背面部２ａに前記貫
通穴２ｃを多めにあけておいたり、ノズル穴の大きさの
異なるガスノズル２０を用意する等して、ガスノズル２
０の配置や（使用しない貫通穴２ｃはボルト等でふさげ
ば良い）そのノズル穴の大きさ等を変えることより、ガ
ス６の吹き出しの調整が可能になり、それによってプラ
ズマ生成容器２内におけるガス圧分布の均一性を一層高
めることができる。

【００２２】プラズマ生成容器２内におけるガス圧分布
の均一性が高まれば、プラズマ生成容器２内におけるプ
ラズマ１６の密度分布の均一性も高まる。

【００２３】更にこの実施例のようにリフレクタ２２を
設けておくと、それによって各ガスノズル２０から吹き
出したガス６を一旦プラズマ生成容器２の内壁に当てて
その流れを図１中に示すように中心軸２ｂの方向に広げ
ることができるので、プラズマ生成容器２内におけるプ
ラズマ１６の分布をより広い領域に亘って均一にするこ
とができる。しかも、このようなリフレクタ２２を設け
ておくと、例えばこのプラズマ発生装置を成膜に用いる
場合、各ガスノズル２０が成膜用のプラズマ１６にさら
されてそのノズル穴に膜が堆積してノズル穴が詰まるこ
とをリフレクタ２２によって防ぐことができるという効
果も得られる。

【００２４】図１の装置をエッチング装置として使用し
た実験結果の一例を示すと、上記プラズマ生成容器２の
出口部付近の中心軸２ｂ上に基板を配置して、次のよう
な条件でエッチングを行った。 導入マイクロ波電力：１ＫＷ 磁気コイル電流　　　　：１６０Ａ 真空度　　　　　　　　　　　　：５×１０−４Ｔｏｒ
ｒ使用ガス　　　　　　　　　　：Ｃｌ２　基板材質　
　　　　　　　　　：ポリシリコン基板サイズ　　　　
　　　　：６インチエッチングレート　　：２０００Å
／ｍｉｎこの結果、基板の面内におけるエッチングの均
一性として３％以下を達成することができた。ちなみに
従来例では５％程度が限度であった。

【００２５】勿論このような装置は、エッチング以外に
も、基板に対する成膜や、プラズマ生成容器２の出口部
に引出し電極系を設けることでイオン源としても使用す
ることもでき、その場合、上記のようにプラズマ１６の
均一性が良いので、膜厚の均一性やイオンビーム密度分
布の均一性が良くなる。

【００２６】なお、圧力調整室１８は、図１の例のよう
にプラズマ生成容器２の背面部２ａの外側に突き出すよ
うな形で設けても良いし、図２の例のように背面部２ａ
内に溝を形成するような形で設けても良い。

【００２７】また、圧力調整室１８は、図１の例のよう
に一つでも良いし、あるいは同心状に複数設けても良い
。図２は三つ設けた例を示し、そのそれぞれにガスノズ
ル２０およびリフレクタ２２を設けている。但しリフレ
クタ２２は適当に省略しても良い。またこの例では、図
中右端のガスノズル２０の位置は他の二つとずらしてい
る。

【００２８】上記のように圧力調整室１８を複数設けれ
ば、各圧力調整室１８にガス６を別々に導入することが
できるので、混ぜると反応する複数種類のガス６を用い
る場合に特に有効である。混ぜても反応しないガスは圧
力調整室１８で混ぜておいても良く、その場合は圧力調
整室１８は一つでも良い。

【００２９】また、この発明のプラズマ発生装置におい
てガス６を励起する手段は特定のものに限定されるもの
ではなく、例えば上記例のようなマイクロ波１２による
励起（ＥＣＲ条件を満たしているか否かは問わない）で
も良いし、あるいはプラズマ生成容器２内にフィラメン
トを設けてアーク放電等による励起やプラズマ生成容器
２内にレーザを導入してそれによる励起等でも良い。

【００３０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、プラズ
マ生成容器内における半径方向のガス圧分布の均一性を
高めることができ、それによってプラズマ生成容器内に
おけるプラズマ密度分布の均一性を高めることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　この発明の一実施例に係るプラズマ発生装
置を示す概略断面図である。

【図２】　　圧力調整室周りの他の例を示す拡大部分断
面図である。

【図３】　　従来のプラズマ発生装置の一例を示す概略
断面図である。

【符号の説明】

２　　プラズマ生成容器 ２ａ　　背面部 ４　　ガス導入管 ８　　マイクロ波導波管 １６　　プラズマ １８　　圧力調整室 ２０　　ガスノズル ２２　　リフレクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　プラズマ生成容器内にガスを導入しか
   つそれを励起してプラズマを発生させるプラズマ発生装
   置において、前記プラズマ生成容器の背面部に当該プラ
   ズマ生成容器の中心軸に対して同心状に、ガスが導入さ
   れる平面形状がリング状の圧力調整室を設け、かつこの
   圧力調整室のプラズマ生成容器内側に、当該圧力調整室
   につながっていてそこに導入されたガスをプラズマ生成
   容器内に吹き出す複数のガスノズルを設けたことを特徴
   とするプラズマ発生装置。