JPH0562796A - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一な密度のプラズマを生成し、均一な速度
で試料表面を処理することができるマイクロ波プラズマ
装置を提供すること。 【構成】 プラズマ生成室１１にマイクロ波を導くマイ
クロ波導波管１４を備え、プラズマ生成室１１の周囲に
は電磁コイル１８が配設されたマイクロ波プラズマ装置
において、プラズマ生成室１１がマイクロ波透過可能な
材料を用いて形成される一方、マイクロ波導波管１４の
一端は、マイクロ波発振器に接続され、その他端は、プ
ラズマ生成室１１を囲繞するように形成され、プラズマ
生成室１１を囲繞したマイクロ波導波管１４部分には誘
電体１３が充填されているマイクロ波プラズマ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ装
置、より詳細にはプラズマ生成室にマイクロ波を導くマ
イクロ波導波管を備え、前記プラズマ生成室の周囲には
電磁コイルが配設されたマイクロ波プラズマ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】電子サイクロトロン共鳴（以下ＥＣＲと
記す）励起によりプラズマを発生させる方法は、低ガス
圧力で電離度の高いプラズマを生成でき、イオンエネル
ギの広範な選択が可能であり、また大きなイオン電流が
とれ、イオン流の指向性及び均一性に優れる等の利点を
有している。このため、高周波半導体素子等の製造にお
ける薄膜形成やエッチング等のプロセスには欠かせない
ものとして、盛んに研究開発が進められている。

【０００３】図３は従来のマイクロ波プラズマ装置の一
例としてのエッチング装置を模式的に示した断面図であ
り、図中４１はプラズマ生成室を示している。プラズマ
生成室４１は、内部に冷却水路４１ａが形成された円筒
形状をなす周壁４１ｂと、上部壁４１ｃと、下部壁４１
ｄとにより仕切られて構成されており、上部壁４１ｃの
略中央にはマイクロ波導入口４２が形成されている。マ
イクロ波導入口４２は、その上部に配設されたマイクロ
波導入窓４３によって封止されており、マイクロ波導入
口４２には、このマイクロ波導入窓４３を介して導波管
４４の下端が接続されている。導波管４４の上端は、図
示しないマイクロ波発振器に接続され、マイクロ波発振
器で発生したマイクロ波は、導波管４４及びマイクロ波
導入窓４３を介してプラズマ生成室４１内へ導かれるよ
うになっている。さらに、上部壁４１ｃにはガス供給管
４５が接続されており、プラズマ生成室４１及び導波管
４４の下端側にわたってその周りには、プラズマ生成室
４１と略同心状に励磁コイル４８が配設されている。

【０００４】一方、プラズマ生成室４１の下部壁４１ｄ
には、プラズマ引き出し窓４６が形成されており、プラ
ズマ引き出し窓４６の下方にはプラズマ引き出し窓４６
によりプラズマ生成室４１と連通する試料室４７が配設
されている。試料室４７のプラズマ引き出し窓４６に対
向する箇所には、試料Ｓを静電チャック等により保持す
る試料台４９が配設され、試料室４７の下部壁には、図
示しない排気装置に接続される排気口５０が形成されて
いる。

【０００５】このように構成されているマイクロ波プラ
ズマ装置を用いて試料Ｓにエッチング処理を施す場合
は、まずプラズマ生成室４１及び試料室４７内を所要の
真空度に設定し、次いでプラズマ生成室４１内にガス供
給管４５を通じて所要のガスを供給した後、励磁コイル
４８で磁界を形成しつつ導波管４４よりプラズマ生成室
４１内にマイクロ波を導入する。するとプラズマ生成室
４１を空洞共振器としてガスが共鳴励起され、プラズマ
生成室４１内でプラズマが発生する。発生したプラズマ
は、励磁コイル４５によって形成された試料室４７側に
向かうに従い磁束密度が低下している発散磁界により、
試料室４７内の試料Ｓ周辺に投射され、これにより試料
Ｓ表面にエッチングが施される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したマイクロ波プ
ラズマ装置において、励磁コイル４８により発散磁界が
形成され、荷電粒子は磁力線に沿って運動し、エッチン
グや成膜に寄与するプラズマ中のイオンが試料Ｓに入射
する。しかしながら、プラズマ生成室４１へのマイクロ
波導入部となるマイクロ波導入口４２がプラズマ生成室
４１の中央上方部に局在しており、しかもプラズマ引き
出し窓４６もプラズマ生成室４１の中央下方部に形成さ
れていることから試料Ｓ表面でのプラズマ密度の分布が
試料Ｓ中心部で高くなり、プラズマ密度の高い中心部が
処理速度においても速く、均一に成膜されないあるいは
エッチングという課題があった。

【０００７】本発明は上記した課題に鑑みなされたもの
であり、プラズマを試料表面Ｓに均一に分布させること
ができ、従ってプラズマによる試料表面におけるの処理
速度を均一にすることができ、優れた形状のエッチング
あるいは均一な成膜を行なうことが可能なマイクロ波プ
ラズマ装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明に係るマイクロ波プラズマ装置は、プラズ
マ生成室にマイクロ波を導くマイクロ波導波管を備え、
前記プラズマ生成室の周囲には電磁コイルが配設された
マイクロ波プラズマ装置において、前記プラズマ生成室
がマイクロ波透過可能な材料を用いて形成される一方、
前記マイクロ波導波管の一端は、マイクロ波発振器に接
続され、その他端は、前記プラズマ生成室を囲繞するよ
うに形成され、該プラズマ生成室を囲繞したマイクロ波
導波管部分には誘電体が充填されていることを特徴とし
ている。

【０００９】

【作用】上記した装置によれば、プラズマ生成室にマイ
クロ波を導くマイクロ波導波管を備え、前記プラズマ生
成室の周囲には電磁コイルが配設されたマイクロ波プラ
ズマ装置において、前記プラズマ生成室がマイクロ波透
過可能な材料を用いて形成される一方、前記マイクロ波
導波管の一端は、マイクロ波発振器に接続され、その他
端は、前記プラズマ生成室を囲繞するように形成され、
該プラズマ生成室を囲繞したマイクロ波導波管部分には
誘電体が充填されているので、マイクロ波が前記マイク
ロ波導波管先端部に充填された前記誘電体から、前記プ
ラズマ生成室内のほぼ全域にわたって導入され、該プラ
ズマ生成室において均一な密度をプラズマが発生し、発
生したプラズマは磁界により試料へと導かれる。従っ
て、試料全表面に密度が均一なプラズマが到達すること
となり、エッチングあるいは膜形成が均一速度で行なわ
れる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係るマイクロ波プラズマ装置
の実施例を図面に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明に係るマイクロ波プラズマ装
置の一実施例を模式的に示した断面図であり、図中１１
は平面視円形状に形成されたプラズマ生成室を示してお
り、プラズマ生成室１１は、マイクロ波透過可能な石英
製ベルジャー１２により形成されている。マイクロ波導
波管１４の一端は図示しないマイクロ波発振器に接続さ
れており、その他端は、石英製ベルジャー１２を囲むよ
うに配設されている。この石英ベルジャー１２を囲んで
いるマイクロ波導波管１４部分にはテフロン製の誘電体
１３が充填されている。誘電体１３はある程度の厚み
（例えば２０ｍｍ程度）があれば誘電体線路として十分
であり、また誘電体１３の厚みを薄くしたりあるいは誘
電体１３を途中でなくすことにより、誘電体１３からプ
ラズマ生成室１１へのマイクロ波の放射具合を調整する
ことができる。また誘電体１３の上端面は斜めにカット
された形態となっており、このように傾斜面１３ａが形
成されていることによりマイクロ波発振器からのマイク
ロ波の反射を減らすことができる。そしてマイクロ波発
振器で発生したマイクロ波は、マイクロ波導波管１４及
び誘電体１３を介し、石英製ベルジャー１２を透過して
プラズマ生成室１１内へ導かれるようになっている。

【００１２】プラズマ生成室１１の下部には、プラズマ
引き出し窓１１ａを介してプラズマ生成室１１と連通す
る試料室１７が配設されている。

【００１３】また、試料室１７の略中央のプラズマ引き
出し窓１１ａと対向する箇所には、試料Ｓを静電チャッ
ク等により保持する試料台１９が配設されており、試料
台１９の両側には排気口２０が形成されている。

【００１４】一方、プラズマ生成室１１及びマイクロ波
導波管１４の下端部近傍周りには、プラズマ生成室１１
と略同心状に電磁コイル１８が配設されている。

【００１５】このように構成されたマイクロ波プラズマ
装置においては、試料台１９に試料Ｓを載置した後、プ
ラズマ生成室１１及び試料室１７内を所要の真空度に設
定し、次いでプラズマ生成室１１内に図示しないガス供
給管を通じて所要のガスを供給する。そして電磁コイル
１８に直流電流を通流する。マイクロ波導波管１４、誘
電体１３を介してプラズマ生成室１１にマイクロ波を導
き、プラズマ生成室１１にプラズマを発生させる。一
方、電磁コイル１８への通流によりプラズマ生成室１１
のほぼ全域にわたって下向きの磁界が一様に形成され、
この発散磁界によりプラズマは試料Ｓに対して均一な密
度で注がれる。

【００１６】このように磁界を形成しつつ、マイクロ波
導波管１４よりプラズマ生成室１１内にマイクロ波を導
入すると、プラズマ生成室１１を空洞共振器としてガス
が共鳴励起され、プラズマ生成室１１内の広い領域にお
いて効率良くプラズマが発生する。また誘電体１３によ
りマイクロ波は、プラズマ生成室１１内に均一密度で供
給されるため、プラズマ生成室１１内の略全域において
プラズマが均一に発生することとなり、プラズマ中のイ
オンが試料Ｓに対して均一密度で入射し、試料Ｓ表面に
均一速度で処理が行なわれることとなる。

【００１７】図２は本発明に係るマイクロ波プラズマ装
置の別の実施例を模式的に示した断面図であり、図中２
１は半球形状に形成されたプラズマ生成室を示してい
る。プラズマ生成室２１は、マイクロ波透過可能な石英
製ベルジャー２２により形成されており、石英製ベルジ
ャー２２を囲むようにしてマイクロ波導波管２４の一端
部が配設されている。このマイクロ波導波管２４の一端
部にはテフロン製の誘電体２３が充填され誘電体２３の
マイクロ波発振器側端面は傾斜面２３ａとなっている。
またマイクロ波導波管２４の右端は図示しないマイクロ
波発振器に接続されている。そしてマイクロ波発振器で
発生したマイクロ波はマイクロ波導波管２４及び誘電体
２３を介し、石英製ベルジャー２２を透過してプラズマ
生成室２１内へ導かれるようになっている。

【００１８】プラズマ生成室２１の下部には、プラズマ
生成室２１と連通する試料室２７が配設されている。

【００１９】また、試料室２７の略中央に位置する箇所
には、試料Ｓを静電チェック等により保持する試料台１
９が配設されており、試料台１９の下方には排気口３０
が形成されている。

【００２０】一方、プラズマ生成室２１及びマイクロ波
導波管２４の下端部近傍周りには、プラズマ生成室２１
と略同心状に電磁コイル２８が配設されている。

【００２１】図２に示した実施例のものにおいても図１
に示した実施例のものと同様の作用効果を得ることがで
きる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明に係るマイクロ波プラズマ装置にあっては、プラズマ
生成室にマイクロ波を導くマイクロ波導波管を備え、前
記プラズマ生成室の周囲には電磁コイルが配設されたマ
イクロ波プラズマ装置において、前記プラズマ生成室が
マイクロ波透過可能な材料を用いて形成される一方、前
記マイクロ波導波管の一端は、マイクロ波発振器に接続
され、その他端は、前記プラズマ生成室を囲繞するよう
に形成され、該プラズマ生成室を囲繞したマイクロ波導
波管部分には誘電体が充填されているので、マイクロ波
が前記マイクロ波導波管及び前記誘電体を介して、前記
プラズマ生成室内のほぼ全域にわたって導入され、該プ
ラズマ生成室内に均一な密度でプラズマを発生させる。
従って、試料表面にプラズマが均一に供給されることと
なり、試料表面を均一速度で処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の一実施
例を摸式的に示した断面図である。

【図２】本発明に係るマイクロ波プラズマ装置の別の実
施例を摸式的に示した断面図である。

【図３】従来のマイクロ波プラズマ装置の一例を概略的
に示した断面図である。

【符号の説明】

１１、２１ プラズマ生成室 １２、２２ 石英製ベルジャー １３、２３ 誘電体 １４、２４ マイクロ波導波管 １８、２８ 電磁コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ生成室にマイクロ波を導くマイ
   クロ波導波管を備え、前記プラズマ生成室の周囲には電
   磁コイルが配設されたマイクロ波プラズマ装置におい
   て、前記プラズマ生成室がマイクロ波透過可能な材料を
   用いて形成される一方、前記マイクロ波導波管の一端
   は、マイクロ波発振器に接続され、その他端は、前記プ
   ラズマ生成室を囲繞するように形成され、該プラズマ生
   成室を囲繞したマイクロ波導波管部分には誘電体が充填
   されていることを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。