JPH0448928A - マイクロ波プラズマ表面処理方法及びその装置 - 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】 【産業上の利用分野】

本発明は、アンテナを介してマイクロ波を供給し、反応
容器内に大形プラズマを発生させ、大面積の被処理体へ
の処理を可能にした、ダイヤモンド膜合成、半導体デバ
イス製造等に好適なマイクロ波プラズマ表面処理方法及
びその装置に関する。

【従来の技術１ 従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置としては、第９図
に要部を示すものが多用されている。この装置は、反応
容器１０内に設置された基板ホルダ１２上に基板（被処
理物）Ｓを載置し、矢印方向に原料ガスを導入すると共
に、該反応容器１０内に矩形導波管１４からマイクロ波
を供給し、略球形のプラズマＰを発生させて上記基板Ｓ
に対するダイヤモンド膜被着等の表面処理を行うもので
ある。 ところが、上記第９図に示すような、マイクロ波を直接
反応容器１０に供給する装置では、通常の周波数が２．
４５ＧＨ２のマイクロ波を用いる限り、発生させるプラ
ズマＰの直径は、管内波長の半分、即ち約６０１１が限
界であった。 又、マイクロ波プラズマＣＶＤ装置としては、第１０図
及び第１１図に示す構成を備えたアンテナ式マイクロ波
プラズマＣＶＤ装置が知られている。 第１０図に示した装置は、基板ホルダ１２を収容する反
応容器１０が、上端に矩形導波管１４が１′：ｆ股され
ている円形導波ｆ１６内に設置され、該矩形導波管１４
の上記反応容器１０の上方位置にアンテナ１８が取付け
られている。又、上記反応容器１０には原料ガスの導入
口２０及び余剰ガスの排出口２２が設けられ、上記矩形
導波管１４の右端にはプランジャ２４が、又、その上部
にはアンテナ１８の長さを調節するためのアンテナ長可
変部１８Ａが設けられている。 又、節１１図に示した装置は、矩形導波管１４の一端に
連結されているマイクロ波発振器（マグネトロン）２６
を明示した以外は、上記第１０図に示したものと基本的
構成は略同−である。 上記第１０図及び第１１図に示したマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置は、何れも、矩形導波管１４内をＴ　Ｅ　＋
　ｏモードで伝送されてくるマイクロ波を１本のアンテ
ナ１８により円形導波管１６に導き、ＴＭｏ＋モードに
変換して反応容器ｌＯに放電プラズマＰを発生させるも
のである。これら従来のアンテナ式マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置は、Ｔ　Ｍ　ｏ　＋モードの伝搬モードによ
り、発生させるプラズマＰをある程度拡大することがで
きる。 なお、上記ＴＭｏ＋モードは、第１２図（Ａ）に示す電
磁界分布である。上段が横断面を、下段か１２−１線断
面をそれぞれ示し、実線は電界を、破線は磁界をそれぞ
れ示している。 【発明が解決しようとする課Ｕ】 しかしながら、上記アンテナ式装置では、例えば直径５
インチ（約１５０Ｉｎ）等の円板状の基板について表面
全体を一度に表面処理（Ｖｉ、Ｍ合成、エツチング等）
することができなかった、そのため、大形の基板を処理
することができず、生産性の向上ができないという問題
があった。 本発明は、前記従来の間ｕ点を解消するべくなされたも
ので、大形のプラズマを発生させ、大きな面積にわたっ
て均一な表面処理を効率良く行うことができるマイクロ
波プラズマ表面処理方法及びその装置を提供することを
課題とする。

【課顕を達成するための手段】

本発明は、アンテナを介して反応容器内へマイクロ波を
伝搬させてプラズマ形成を行うマイクロ波プラズマ表面
処理方法において、独立した複数のアンテナを設置し、
該アンテナのそれぞれにマイクロ波を供給することによ
り、前記課肋を達成したものである。 本発明は、又、アンテナを介して反応容器内へマイクロ
波を伝搬させてプラズマ形成を行うマイクロ波プラズマ
表面処理装置において、反応容器内にマイクロ波を伝搬
できる位置に設置された独立した複数のアンテナと、１
以上のマイクロ波発振手段と、該マイクロ波発振手段か
ら前記複数のアンテナへ供給するマイクロ波の位相を制
御する位相制御手段とを備え、少なくとも１つのマイク
ロ波発振手段から発振したマイクロ波を、上記位相制御
手段により上記側々のアンテナに対して独立に位相を制
御して供給可能にすることにより、同様に前記課題を達
成したものである。

【作用及び効果１ 本発明においては、反応容器近傍へマイクロ波を導入す
るために複数のアンテナを用いるので、該反応容器近傍
に高次モードの電磁界分布を形成することが可能となり
、プラズマ形成ｆｔＪ￥域を拡大することが可能となる
。その結果、大きな表面積の被処理物に対しても表面処
理が可能となり、生産性を向上することが可能となり、
ひいてはコストダウンが可能となる。 【実組例】 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 第１図は、本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置の要部を示す概略構成図である。 本実施例の装置は、前記第１０図に示した装置と同様に
円形導波管（図示せず）を有し、該円形導波管内に円形
の反応容器１０が設置されている。 又、上記装置には、上記反応容器１０内にプラズマＰを
発生させることができる位置に４本のアンテナ３０８〜
３０ｄが配設されている。このアンテナ３０８〜３０ｄ
は、黄８製で円柱棒形状を有し、第２図にａ〜ｄで示す
正方形の角部に相当する位置に配置されている。 上記アンテナ３０に対しては、第３図に示すマイクロ波
供給システムに含まれる４つの同軸変換器３２から、伝
送線路３４を介してそれぞれマイクロ波が供給されるよ
うになされている。上記マイクロ波供給システムは、矩
形導波管３６を介して連結されたそれぞれ１基のマイク
ロ波発振器３８及び分配器４０で構成されるマイクロ波
発振手段４２と、該分配器４０に連結された４つの可変
位相器（位相制御手段）４４及び該可変位相器４４のそ
れぞれに連結された４つの前記同軸変換器３２で構成さ
れ°ている。 又、例えば伝送線路３４には、円形導波管との間の整合
をとるための整合素子が挿入され、アンテナの寸法等と
のｉｉ化を行っている。 次に本実施例の作用を説明する。 上記装置において、処理条件を整え、前記マイクロ波供
給システムより、４本のアンテナ３０ａ〜３０ｄのそれ
ぞれに対してマイクロ波を供給することにより、前記反
応容器１０内にプラズマＰを発生させることができ、該
反応容器１０内の基板ホルダ１２上に載置した基体（図
示せず）に対して所定の表面処理を行うことができる。 本実施例の装置は、上記４本のアンテナ３０８〜３０ｄ
のそれぞれに任意の位相のマイクロ波を独立に供給する
ことができ、従って、種々のモードの電磁界分布を形成
することができる。 例えば、上記各アンテナに対して、同一出力、同一位相
のマイクロ波を供給することにより、円形導波管内及び
反応容器内に第１２［Ｊ（Ｃ）に示したＴ　Ｍ　２１モ
ードの電磁界分布を形成でき、その結果、１本のアンテ
ナを用いる前記従来の装置の場合に形成されるＴ　Ｍ　
ｏ　＋モードの場合に比べ、プラズマの形成領域を拡大
することができる。又、領域全体にわたって均一な強度
のプラズマを発生させることができる。これは、アンテ
ナ１本で形成されるプラズマ領域の４つが、反応容器１
０内に均等に分配されており、且つ中心部ではこのよう
な４つのプラズマ領域が合成された状態となるため、中
心から半径方向にわたって均一な強度のプラズマを形成
できるからである。 次に本実施例の装置を用いて行ったダイヤモンド合成例
を具体的に説明する。 使用した装置は、第２図に示した中心から各アンテナま
での距Ｍｉｄが３５１１であり、全てのアンテナ３０ａ
〜３０ｄに対して同位相のマイクロ波を供給して７Ｍ２
１モードの電界分布を形成した。 基板としては５インチのシリコンウェハを使用し、その
ダイヤモンド研磨した（１００）面にダイヤモンド薄膜
を形成した。 原料ガスとしてメタンＣＨ４を用い、水素ガスＨ２との
容量比を１：１００とした混合ガスを流量６００５ｃｃ
ｌで導入口より反応容器ｌＯ内に送り、全圧力を２０　
ｔｏｒｒに設定した。又、基板温度は８５０℃、マイク
ロ波周波数は２．４５ＧＨ６、マイクロ波電力は１．５
Ｋｗとした。 このような条件の下で、約１０時間のダイヤモンド薄膜
合成を行ったところ、成膜速度は１．２μｉ／ｈｒで、
第４図に示すような膜厚分布をもつダイヤモンド多結晶
膜が得られた。 一方、比較のために、第５図に示すような１本のアンテ
ナ１８を錨えている以外は基本的に本実施例と同一の装
置（前記第１０図に示した装置に相当する）を用い、同
一条件下でダイヤモンド薄膜合成を行った場合の膜厚分
布を第６図に示す。 上記第４Ｉ２１と第６図とを対比すると、基板の中心か
ら５０ｉｎの位置の膜厚と、最も厚い部分の膜厚ｔｏと
の差Δｔは、従来例（第６図）と比較すると、本実施例
ではΔｔ／１ｉ＝１０％であり、従来例の３０％に比べ
１７′３に減少し、均一度が増していることが判る。 又、例えばΔｔ／ｌｌｍ＝３０％以下の膜厚が得られる
領域は、本実施例によるものの方が広く、大面積成膜が
可能であることを示している。 次に、本実施例の装置を用い、４本のアンテナ３０８〜
３０ｄについて、３０ａ　、３０ｂに対して供給するマ
イクロ波と、３０Ｃ，３０ｄに対して供給するマイクロ
波とを、位相１８０°ずらして同様にダイヤモンド合成
を行った。 その結果、アンテナ３０ａ〜３０ｄに対して同一位相の
マイクロ波を供給した前記合成例の場合に比べ、強い電
磁界を形成することが可能となり、均一度は多少低下し
たものの、プラズマ強度が増大し、成膜速度が１．２＠
になった。 このように、本実施例の装置は、位相の異なるマイクロ
波をアンテナ３０＃に制御して供給することが可能であ
り、種々のモードで電磁界を形成し、プラズマを発生さ
せることができる利点もある。 次に、本実施例の装置に適用可能なマイクロ波供給シス
テムの他の例を示す。 発振器が革−の場合の例としては、前記第３図に示した
システムの他に、第７図＜Ａ＞の斜視図及びその構成を
表わすブロック図で示されるシステムと、同図（Ｂ）の
ブロック図で示されるシステムを挙げることができる。 なお、図において、二点Ｉ！で囲んだ部分は、本発明の
マイクロ波発振手段４２である。 前者（第７図（Ａ））は、１基の発振器３８に、矩形導
波管３６を介して同軸変ｍ　Ｈ４ｂが連結され、該変換
器４６に４つの可変位相ＦＩ４４がそれぞれ同軸ケーブ
ル４８を介して連結されているものである。このシステ
ムでは、発振器３８からのマイクロ波を矩形導波管３６
内に１Ｍ２２モードで伝搬させ、同軸変換器４６で４分
割し、このマイクロ波を可変位相器４４に供給し、次い
で、該位相器４４のそれぞれから同軸ケーブル４８を介
して、前記アンテナ３０ａ〜３０ｄのそれぞれに独立に
マイクロ波を供給することができる。 後者（第７図（Ｂ））は、同軸変換器４６と可変位相器
４４との間に分配器５ｏを介設した以外は基本的に前者
と同一の構成のものである。 又、４基の発ｆｌｉ器を備えた例としては、第８図に示
したものを挙げることができる。 第８図（Ａ）に示したシステムは、各発振器３８にそれ
ぞれ可変位相器４４が連結され、更に該位相器４・４の
それぞれに同軸変換器３２が連結されているもので、こ
れら変換器３２がら各アンテナ３０にマイクロ波を供給
する。 第８図（Ｂ）に示したシステムは、同図（Ａ＞に示した
ものから同転変換器３２を除いた構成からなるものであ
る。 王妃のような４基の発振器３８のそれぞれがら独立した
アンテナ３０ヘマイクロ波を供給する場合には、各アン
テナ３０へ安定した大きな出力で供給でき、ス各アンテ
ナ３ｏへ供給するマイクロ波の位相を容易に制御できる
等の利点がある。 以上、本発明を具体的に説明したが、本発明は前記実施
例に示したらのに限られるものでない。 例えば、前記実施例では、アンテナが黄銅製の円柱形状
であるものを示したがこれに限るものでない、材質は良
導体であればよく、特に表面の酸化や腐食により導電率
の低下を生じない材質であれば更によい、又形状は横断
面形状が楕円形、扇形、バイブ状等、種々のものを用い
ることができる。 又、基板を表面処理する場合は、該基板を回転させなが
ら行うこともできる。 又、電子サイクロトロン共鳴の条件を満たずように円形
導波管の周辺に磁石を配置してもよい。 ス、アンテナの数は４本に限られるものでなく、ａ数本
であれば任意である４例えば、２本のアンテナを使用し
て、第１２図（Ｂ）に示すＴＭ＋＋モードの電磁界分布
を形成することもできる。 更に、複数のアンテナに対してマイクロ波を伝搬させる
方法としては、単一の発振器より矩形導波管に］′Ｅモ
ードで行ってもよく、複数の発振器より矩形導波管、同
軸ケーブルを介して行ってもよい。 又、実施例ではＣＶＤについてのみ説明したが、本発明
は、プラズマエツチング等に適用することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による一実施例のマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ装置の要部を示す概略構成図、第２図は、上記装
置に設置されているアンテナの配置を示す説明図、 第３図は、上記装置のマイクロ波供給システムを示すブ
ロック図、 第４図は、上記装置により合成したダイヤモンドの膜厚
分布を示す線図、 第５図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の要部
を示す、上記第１図相当図、 第６図は、上記従来装置により合成したダイヤモンド膜
厚分布を示す線図、 第７図及び第８図は、マイクロ波供給システムの変形例
を示すブロック図、 第９図は、従来のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の要部
を示す概略説明図、 ！１０図及び＠１１図は、従来のアンテナ式マイクロ波
プラズマＣＶＤ装置を示す概略構成図、第１２図は、電
磁界分布のモードを示す説明図である。 １０・・・反応容器、 １２・・・基体ホルダ、 １４・・・矩形導波管、 １６・・・円形導波管、 １８．３０・・・アンテナ、 ２６．３８・・・発振器、 Ｐ・・・プラズマ、 Ｓ・・・基板。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　アンテナを介して反応容器内へマイクロ波を伝
   搬させてプラズマ形成を行うマイクロ波プラズマ表面処
   理方法において、 独立した複数のアンテナを設置し、該アンテナのそれぞ
   れにマイクロ波を供給することを特徴とするマイクロ波
   プラズマ表面処理方法。
2. （２）　アンテナを介して反応容器内へマイクロ波を伝
   搬させてプラズマ形成を行うマイクロ波プラズマ表面処
   理装置において、 反応容器内にマイクロ波を伝搬できる位置に設置された
   独立した複数のアンテナと、 １以上のマイクロ波発振手段と、 該マイクロ波発振手段から前記複数のアンテナへ供給す
   るマイクロ波の位相を制御する位相制御手段とを備え、 少なくとも１つのマイクロ波発振手段から発振したマイ
   クロ波を、上記位相制御手段により上記個々のアンテナ
   に対して独立に位相を制御して供給可能になされている
   ことを特徴とするマイクロ波プラズマ表面処理装置。