JPH0620058B2 - 乾式薄膜加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波プラズマを利用したドライエッ
チングおよびＣＶＤ (Chemical Vapour Deposition,
ガス状物質が反応して基板上に固体を析出する反応）に
よる成膜が可能な薄膜加工装置であって、マイクロ波を
発生する手段と、このマイクロ波を伝達する導波管と、
筒状に形成され前記導波管と板状の導電体からなる真空
窓を介して該筒の一方の端面で結合され該真空窓を介し
てマイクロ波が導入されるとともにガス供給手段を介し
て送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果により
プラズマ化して活性な原子，分子またはイオンを生ずる
磁力線を発生する励磁ソレノイドを備えかつ軸線が該ソ
レノイドが生ずる磁力線束の中心軸と一致する開口を他
方の端面に有するプラズマ生成室と、前記開口を介して
前記プラズマ生成室と結合され該開口から前記磁力線束
に沿って流出する前記活性な原子，分子またはイオンに
より表面にエッチングが施されまたは薄膜が形成される
基板が配される処理室と、前記プラズマ生成室と処理室
との排気を行なう排気手段とを備えたものに関する。

〔従来の技術〕

この発明の属する技術分野において、最近ＥＣＲプラズ
マを用いたプロセス技術が注目されている。ＥＣＲとは
Electron Cyclotron Resonance（電子サイクロトロン共
鳴）の略号であり、磁場とマイクロ波との共鳴効果を用
いて電子を加速し、この電子の運動エネルギを用いてガ
スを電離せしめプラズマを得るものである。マイクロ波
に励振された電子は磁力線のまわりを円運動し、その
際、遠心力とローレンツ力とがバランスする条件がＥＣ
Ｒ条件と呼ばれる。遠心力をmrω^２,ローレンツ力を−q
rωＢで表わすと、これらがバランスする条件はω／Ｂ
＝ｑ／ｍである。ここでωはマイクロ波の角速度、Ｂは
磁束密度、ｑ／ｍは電子の比電荷である。マイクロ波周
波数は工業用に認められている2.45GH_z が一般に用いら
れ、その場合0.0875Ｔが共鳴磁束密度である。

ＥＣＲプラズマを応用した薄膜加工装置として例えば第
２図に示す方法が知られている。この装置ではプラズマ
生成室３，処理室９を図示しない排気手段により真空排
気しておき、ガス供給手段としての原料ガス導入管路４
からN₂ガスをプラズマ生成室３へ流したところへ、マイ
クロ波をその伝達手段である導波管１と、板状の誘電体
からなり大気圧下にある導波管側と真空排気されたプラ
ズマ生成室３内とを気密に隔離するための真空窓２とを
介してプラズマ生成室へ送り込む。プラズマ生成室３の
下部には中心に大口径の孔７を持った金属板17が取り付
けられており、この金属板とプラズマ生成室３とで半開
放のマイクロ波共振器を構成している。この共振器の外
部には励磁ソレノイド６が配置され、共振器内にＥＣＲ
条件を満たす磁場が発生しているため、共振器内にＥＣ
Ｒプラズマが発生する。このプラズマが処理室９内へ押
し出され、試料台10へ向かう空間内にガス入口12からシ
ランガス(SiH₄)を送りこんで、このガスを上記プラズマ
により活性化すると、発生した活性種が被加工試料であ
る基板11と反応して基板表面に薄膜が形成される。

なお、原料ガス導入管路４からN₂ガスの代わりにエッチ
ング用ガスを流しこむことにより、この装置は基板のエ
ッチング加工用に用いることができる。なお、５はプラ
ズマ生成室３の外周面を冷却する冷却筒である。また、
16はＯリングであって導波管１をプラズマ生成室３に結
合するために導波管端部に固着されたフランジ1aに設け
られたパッキン溝に挿入され、プラズマ生成室３と外気
とを気密に遮断している。このフランジ1aの内側には板
状誘電体からなる真空窓２とリング板状パッキン15とが
収容され、フランジ1aをＯリング16を圧縮しながらプラ
ズマ生成室３の端面3aに締めつけることにより、プラズ
マ生成室３と導波管１の内側とを気密に遮断している。
この場合、リング板状パッキン15は、プラズマ生成室か
らの熱的な影響を小さくするため、真空窓の導波管側に
挿入され、プラズマ生成室と外気との気密はＯリングに
より、またプラズマ生成室と導波管内側との気密はパッ
キン15により行ない、この両パッキンにそれぞれ気密部
位を分担させている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように構成された乾式薄膜加工装置における問題
点は次の通りである。すなわち導波管とプラズマ生成室
との間に介装された真空窓２は通常エッチングガスのプ
ラズマに侵されにくい酸化アルミニウム（以下慣用語：
アルミナの語を用いる）の板として生成されるが、この
窓を大電力のマイクロ波が通過すると、アルミナ中に含
まれる不純物に基因する発熱が生じ、この熱による歪み
のために窓が破壊する危険がある。窓が破壊するとプラ
ズマ生成室および処理室に導波管内の空気が流入し、真
空排気系に対して排気のための負荷が急増して有害であ
るばかりでなく、薄膜加工に用いる、人体に有害なガス
の流出も考えられ、極めて危険である。さらにエピタキ
シャル成長による成膜や酸化などのために基板をヒータ
で加熱する場合には、このヒータからの熱により、真空
窓２およびプラズマ生成室の端面3aが加熱され、プラズ
マ生成室内へ導入しようとするマイクロ波電力がたとえ
ば１kWよりも小さい小電力の場合においても、真空窓が
破壊されたり、Ｏリング16などの構成部材が損傷を受け
たりして、装置の安定した運用に支障をきたす。

本発明の目的は、大電力のマイクロ波を、真空窓を破壊
することなくプラズマ生成室内へ導入して高能率な薄膜
加工を可能ならしめるとともに、基板加熱用ヒータによ
り装置が加熱されても支障なく運用可能な乾式薄膜加工
装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、マイクロ
波を発生する手段と、このマイクロ波を伝達する導波管
と、筒状に形成され前記導波管と板状の誘電体からなる
真空窓を介して該筒の一方の端面で結合され該真空窓を
介してマイクロ波が導入されるとともにガス供給手段を
介して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果に
よりプラズマ化して活性な原子，分子またはイオンを生
ずる磁力線を発生する励磁ソレノイドを備えかつ軸線が
該ソレノイドが生ずる磁力線束の中心軸と一致する開口
を他方の端面に有するプラズマ生成室と、前記開口を介
して前記プラズマ生成室と結合され該開口から前記磁力
線束に沿って流出する前記活性な原子，分子またはイオ
ンにより表面にエッチングが施されまたは薄膜が形成さ
れる基板が配される処理室と、前記プラズマ生成室と処
理室との排気を行なう排気手段とを備えた乾式薄膜加工
装置を、前記真空窓を介して導波管と結合されたプラズ
マ生成室の一方の端面が冷媒を用いて冷却可能に構成さ
れるとともに前記マイクロ波通過に基づく真空窓の発熱
が、この真空窓と前記プラズマ生成室端面との間および
または導波管との間に介装され導波管とプラズマ生成室
とを気密に結合せしめる弾性シートを介して前記冷却さ
れるプラズマ生成室端面へ導出されるように構成するも
のとする。

〔作用〕

装置をこのように構成することにより、プラズマ生成室
端面は従来よりはるかに低温に維持されうるから、マイ
クロ波通過に基づく真空窓の発熱は弾性シートを介して
効果的に導出され、真空窓の温度上昇が抑制されるとと
もに、Ｏリングなどプラズマ生成室端面に接触する構成
部材の熱による損傷も防止される結果、大電力マイクロ
波のプラズマ生成室への導入が可能になり、また基板加
熱用ヒータを用いた装置の運用も可能になる。

〔実施例〕

第１図に本発明に基づいて構成される乾式薄膜加工装置
の一実施例を示す。導波管１と結合されるプラズマ生成
室３の端面3bは偏平な中空リング状に形成され、この中
空部に、送水管5aから冷却筒５の底部へ送入された後、
リング状の仕切り板5cに複数個設けられた貫通孔5dを通
過し、プラズマ生成室３の外周面に沿って上昇する冷却
水が送り込まれ、この送り込まれた冷却水は排水管5eを
介して外部へ導出される。これにより、端面3bの上面は
常に低温に保持される。一方、真空窓は、本実施例で
は、２枚の板状誘電体2A,2B からなる２重窓構造に形成
され、熱的により過酷なストレスを受けるプラズマ生成
室側の窓2Aが破壊して導波管側とプラズマ生成室側との
間の気密性能が失われても、真空窓2Bの存在により、導
波管側とプラズマ生成室側との間がスローリークの状態
となるようにして、真空排気系に対し、急激に大気圧負
荷がかかるのを防止するとともに、人体に有害なガスの
プラズマ生成室からの流出を防ぎ、かつ、このガスが流
出したとしたときに起こりうる発火の危険を防止してい
るが、これは真空窓2Aの破壊後、装置の運転を停止する
ためのマイクロ波発生の停止，原料ガスの供給停止，励
磁ソレノイドの通電停止，真空排気系の運転停止など各
部停止のための時間を十分に得て装置の補修への移行を
円滑にするためであり、プラズマ生成室端面が従来の構
成であるかぎり真空窓2Aの破壊の危険性は依然として存
在する。しかし本実施例のように、端面を3bのように偏
平な中空リング状に形成し、この中空部に冷却水を導入
して冷却すれば、真空窓2Aに発生した熱は弾性シート21
b を介して端面3bの上面へ効果的に導出され、また、真
空窓2Bに発生した熱もフランジ21a を介して端面3bの上
面へ導出されるから、両真空窓の温度は常に比較的低温
に保持され、真空窓の破壊に到るほどの熱歪みを生じな
い。

ところで、真空窓2Aと端面3bとの間に介装される弾性シ
ート21b は、真空窓の発熱を、冷却水によって低温に維
持されているプラズマ生成室端面へ効果的に導出する役
目を有しているから、良好な熱伝導性を備えているもの
を用いるほどより大きい効果をもたらす。そして、実施
例のように、真空窓とプラズマ生成室端面との間に介装
してプラズマ生成室と外気および導波管内側との間の気
密を１個所で行なうようにすれば、従来のＯリング (第
２図,16)と導波管側パッキン (第２図,15)とを同時に省
略することができる。もちろん、熱伝導シートを従来の
ように真空窓と導波管との間に介装しても、フランジ21
a とプラズマ生成室端面とは金属接触の状態で結合され
ているから、真空窓2Bの発熱はフランジ21a を介してプ
ラズマ生成室の端面へ効果的に導出され、真空窓2Aと同
様に温度上昇が抑えられる。

このため、弾性シートは、材質として、たとえば、熱伝
導性の良い，ボロンニトライドと称する粉末状のもの
を、耐熱性の良好な弾性材たとえばシリコンゴムに混入
してシート状としたものを用いる。このようにすれば弾
性シート自体も比較的低温に保持され、その耐熱性とあ
いまって余裕をもって気密弾性を維持した運転が可能と
なる。なお、本実施例のように、真空窓を二重窓構造と
するときは、真空窓2A,2B の間に介装される耐熱性リン
グ21C を、熱伝導シート21b と同一材として装置の簡易
化をはかることも可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、導波管と真空窓
を介して結合される筒状のプラズマ生成室端面を冷媒を
用いて冷却可能に構成したので、プラズマ生成室端面は
従来に比して著しく低温に維持され、この結果、マイク
ロ波の通過に基づく真空窓の発熱は弾性シートを介して
効果的に前記プラズマ生成室端面へ導出され、真空窓の
温度上昇が抑えられて真空窓は比較的低温に保持され、
大電力マイクロ波を真空窓を破壊することなくプラズマ
生成室内へ導入することができるから、高能率な成膜加
工が可能になり、また、基板加熱用ヒータを用いた加工
時にも真空窓やＯリングのような装置構成部材の損傷が
避けられ、装置の安定した運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による装置構成図、第２図は従
来装置の例を示す装置構成図である。 １，21：導波管、２，2A，2B：真空窓、３：プラズマ生
成室、４：ガス供給手段、５：冷却筒、5a：送水管、5
b，5e：排水管、６：励磁ソレノイド、７：開口、９：
処理室、11：基板、21b ：弾性シート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波を発生する手段と、このマイク
   ロ波を伝達する導波管と、筒状に形成され前記導波管と
   板状の導電体からなる真空窓を介して該筒の一方の端面
   で結合され該真空窓を介してマイクロ波が導入されると
   ともにガス供給手段を介して送入されたガスを前記マイ
   クロ波との共鳴効果によりプラズマ化して活性な原子，
   分子またはイオンを生ずる磁力線を発生する励磁ソレノ
   イドを備えかつ軸線が該ソレノイドが生ずる磁力線束の
   中心軸と一致する開口を他方の端面に有するプラズマ生
   成室と、前記開口を介して前記プラズマ生成室と結合さ
   れ該開口から前記磁力線束に沿って流出する前記活性な
   原子，分子またはイオンにより表面にエッチングが施さ
   れまたは薄膜が形成される基板が配される処理室と、前
   記プラズマ生成室と処理室との排気を行なう排気手段と
   を備えた乾式薄膜加工装置において、前記真空窓を介し
   て導波管と結合されたプラズマ生成室の一方の端面が冷
   媒を用いて冷却可能に構成されるとともに前記マイクロ
   波通過に基づく真空窓の発熱が、この真空窓と前記プラ
   ズマ生成室端面との間およびまたは導波管との間に介装
   され導波管とプラズマ生成室とを気密に結合せしめる弾
   性シートを介して前記冷却されるプラズマ生成室端面へ
   導出されるようにしたことを特徴とする乾式薄膜加工装
   置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の装置におい
   て、真空窓とプラズマ生成室端面との間およびまたは導
   波管との間に介装される弾性シートは熱伝導性の良好な
   熱伝導シートであることを特徴とする乾式薄膜加工装
   置。