JPS63214345A - プラズマプロセス装置 - 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〕 本発明は主にＣＶＤ（Ｃｈｅ＋５ｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等として用いられるプラ
ズマプロセス装置に関する。

〔従来技術〕

一般に低温プラズマを発生させるための励起手段として
ラジオ波（ＲＦ波）を用いる場合とマイクロ波を用いる
場合があるが、マイクロ波はラジオ波を用いる場合と比
較してより低温で、且つ高密度のプラズマを得られるこ
と、電極による汚染がないこと、装置並びにその操作が
簡単であること等の利点がある。

マイクロ波を利用するプラズマプロセス装置としては従
来電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）方式が広く知られ
ているが（特開昭５５−１４１７２９号）、この方式は
磁場を利用するため指向性が良いこと、また高真空下で
プラズマを生成するため膜質が良い利点を有する反面、
処理面積が小さいという難点があった。この電子サイク
ロトロン共鳴方式よりも広い処理面積が得られる方式と
してマイクロ波をアンテナにてプラズマ生成室に導入す
る方式（特開昭５６−４１３８２号、　５７−９８６８
号）もあるが、この方式はアンテナとの整合が難しく、
プラズマ分布が不均一になり易いという難点があった。

このため近時にあっては処理面積が極めて大きく、しか
も整合等の操作も容易なはしご状周期構造を利用する方
式（Ｔｈｅ　Ｌａｒｇｅ　Ｖｏｌｕｍｅ　Ｍｉｃｒｏｗ
ａｖｅＰｌａｓｍａ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｊ、　Ｍｉ
ｃｒｏｗａｖｅ　Ｐｏｗｅｒ　７　（４）１９７２）　
、或いは誘電体被覆線路を利用する方式等が試みられて
おり、誘電体被覆線路を利用する方式については本発明
者等は既に提案を行っである（特願昭６０−１４３０３
６号、　６０−２４００７０号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上述した如き方式のプラズマプロセス装置は処
理面積を広く設定出来る反面、プラズマの指向性が十分
でなく、処理の均一性に問題があり、また試料をプラズ
マ生成室内に配するため成膜時におけるイオン衝撃が大
きく膜質が悪く、更に反応性ガスをプラズマ生成室内に
供給したときプラズマ生成室内壁面への膜付着量が多く
なり、プラズマの発生が不安定になる等の問題があった
。

本発明はかかる事情に鑑みなされたものであって、その
目的とするところはマイクロ波を用いて大面積にプラズ
マを発生させると共に、指向性を高めて試料面に対する
均一な処理を可能ならしめ、またプラズマ生成室壁面へ
の膜付着を解消し、プラズマ発生の不安定を防止すると
共に、反応ガスの有効利用を図れるようにしたプラズマ
プロセス装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明装置にあっては、少なくとも一部をマイクロ波の
透過可能な耐熱壁で形成されたプラズマ生成室と、試料
を配設する試料処理室と、試料処理室に沿って前記プラ
ズマ生成室内にマイクロ波の定在波が形成されるようマ
イクロ波を導入する手段と、前記プラズマ生成室を区画
して形成され、定在波の節を含む電界強度の小さい室及
び定在波の腹を含む電界強度の大きい室と、マイクロ波
を遮断する材質で形成されており、前記プラズマ生成室
と試料処理室とを隔てるべく配設され、前記各電界強度
の小さい室及び電界強度の大きい室夫々と試料処理室と
を結ぶ連通口を開設した仕切壁とを具備する。

〔作用〕

本発明にあってはこれによって試料に対し均一に指向せ
しめ得、しかもプラズマ生成室内面への膜付着を解消し
て、プラズマ発生を安定させると共に、反応ガス等の有
効利用も図れる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。第１図は本発明に係るプラズマプロセス装置（
以下本発明装置という）の模式的断面図であり、図中１
は反応器、２は誘電体被覆線路を示している。

反応器１にはガス導入系３、排気系４が連結され、また
誘電体被覆線路２には導波管５を介してマイクロ波発振
器６が連結されており、誘電体被覆線路２はこれを略水
平に配置し、一方反応器１は誘電体被覆線路２下にあっ
てその上面が導波管５側に向くよう若干傾斜させて配設
されている。

第２図（イ）は反応器ｌの拡大断面図、第２図（ロ）は
反応器内のプラズマ生成室に形成されるマイクロ波の定
在波の波形図であり、反応器１は中空直方体形であって
上部壁を除く全体が金属製であり、特に周囲壁は二重構
造であって内部に冷却水用の通流室１１を備えている０
反応器１の上部壁はマイクロ波の透過が可能な誘電損失
の小さな耐熱性板１２、例えば石英ガラス又はパイレッ
クスガラス等にて気密状態に封止され、この誘電損失の
小さな耐熱性板１２に対向させて前記した誘電体被覆線
路２が対向配置されている。

反応器１の内部は上端側寄りの位置で耐熱性板１２と平
行に配した仕切壁１３にて上、下に区分され、仕切壁１
３の上部はプラズマ生成室１４とし、また仕切壁１３の
下部は試料処理室１５としてあり、前記プラズマ生成室
１４内にはその上部の耐熱性板１２を透過してマイクロ
波が導入され、ここに第２図（ロ）に示す如き定在波が
形成されようにしである。

プラズマ生成室１４内は隔壁１４ａを仕切壁１３と、耐
熱性板１２との間に渡して定在波の節を含む電界強度の
小さい室Ａ＋　と定在波の腹を含む電界強度の大きい室
Ａ０とに区分されており、定在波の腹を含む電界強度の
大きい室Ａ０はその一端部においてガス供給系３を構成
するプラズマ用原料ガスの供給管３ａが、また定在波の
節を含む電界強度の小さい室Ａ、はその一端部において
同じくガス供給系３を構成する反応性ガスの供給管３ｂ
が夫々連結せしめられている。一方試料処理室１５は排
気系４を構成する排気管４ａと連結され、内部には試料
１６が図示しない支持台上に前に仕切壁１３と所要の間
隔βを隔てて略これと平行に配設されている。

仕切壁１３はマイクロ波を遮蔽し得る物質、主としてス
テンレス鋼等の金属にて形成されており、これには室Ａ
ｏ　、Ａ＋夫々と対向する位置に試料処理室１５と通ず
るスリット状の連通口１３ａ、　１３ｂが開口せしめら
れており、室Ａ０に供給されたガスはプラズマ分解され
、発生したプラズマ、ラジカル等は連通口１３ａを通じ
て、また室Ａｌに供給された反応性ガスは若干励起され
た状態で連通口１３ｂを通じて夫々室Ａ、、Ａ、と試料
処理室１５との間に形成された圧力差に依って試料処理
室１５内に導出され、試料１６表面に指向せしめ得るよ
うにしである。

連通口１３ａ、　１３ｂの形状はスリット状とした場合
につき説明したが何らこれに限るものではな（、例えば
円形、角形の細孔を多数開設しても良いことは勿論であ
る。

試料１６と仕切壁１３との間の寸法ｌについては特にこ
れに限るものではないが、例えばガスの平均自由行程を
λとしてβ≦λとなるよう設定すればプラズマは粒子間
の衝突なく試料１６に到達し得ることとなって、上向性
に優れたプラズマビームを得ることが出来る。

なお、！を小さくすればビームの広がりが小さく、ビー
ム中のイオン量が多くなり、逆にｌを大きくすればビー
ムの広がりが大きく、ビームの殆どはラジカルビームと
なるから試料１６の大きさ、ビームの性質等を勘案して
寸法ｉを定めればよい。

なお、上記の実施例ではプラズマ生成室１４と試料処理
室１５との圧力差をガス供給系３、排気系４の制御によ
って行う場合につき説明したが、何らこれに限るもので
はな（、仕切壁１３の連通口１３ａ。

１３ｂの大きさ、個数を変えることによって圧力差を変
更すこととしてもよい。

また、プラズマ生成室と試料処理室を差動排気すること
によって圧力差を変えることもできる。

一方、誘電体被覆線路２は反応器ｌの上面を覆い得る広
さのＡＩ製の板２ａの下面であって、耐熱製板１２の上
面と対向する領域に誘電体層２ｂを固定して構成され、
その一端側周縁は導波管５に連結され、また他端部には
反射板２ｃを固定して構成しである。

誘電体層２ｂの材料としてはテフロン、ポリスチレン、
ポリエチレン等の誘電損失の小さい物質が採用されてい
る。

誘電体層２ｂは表面波導波路として電磁界を集中させ、
耐熱性板１２を通じてプラズマ生成室１４の室Ａ６．Ａ
Ｉに導入する。

而して上述した如き本発明装置にあっては反応器１内の
プラズマ生成室１４の室Ａ０．Ａ、　、試料処理室１５
内を所定の真空度に設定した後、図示しないヒータにて
試料１６を加熱しつつ、プラズマ生成室１４内の室Ａ、
には反応性ガスを、また室Ａ０にはＡｒ等のプラズマ用
原料ガスを夫々ガス供給系３の供給管３ａ、３ｂを通じ
てガスを供給すると共に、誘電体被覆線路２を通じてプ
ラズマ生成室１４内にマイクロ波を供給する。プラズマ
生成室１４の室へ〇に供給されるＡｒガスは強い電界に
よって励起され、プラズマ分解されて、−大室ＡＩに供
給された反応性ガスは軽く励起されるがプラズマ化され
ることなく、各室Ａ・、ＡＩ　と試料処理室１５との圧
力差に従い仕切壁１３の連通口１３ａ、　１３ｂを通じ
て試料処理室１５内に引出され、試料１６の表面に到達
し、気相反応して成膜がなされることとなる。

従って室Ａ、内では反応性ガスが存在しないため、ここ
で膜が発生することがな（プラズマの発生は安定維持さ
れることとなる。

〔試験例〕

反応器１の寸法諸元、並びに試験条件は次のとおりであ
る。

反応器１の仕切壁１３としては厚さ１酊の５ｔｌＳ３０
４綱板を用い、またプラズマ生成室１４はマイクロ波の
進行方向に３１８龍、幅２００龍とし、マイクロ波の進
行方向に定在波の１７２波長に相当する略５３龍毎に区
分して室Ａｓ　、Ａ＋を形成し、各室Ａ６゜Ａ、と対向
する部分の仕切壁１３には試料処理室１５と連通する連
通口１３ａ、　１３ｂとして夫々幅０．１ｍｍのスリッ
ト状の連通口を開口した。

一方誘電体被覆線路２は幅６００ＨのＡｌ製のフレーム
下面に誘電体物質としてテフロンを貼り付けて構成しで
ある。テフロンのマイクロ波進行方向における長さは４
８４　ｍ、輻２００Ｂ、厚さ２０ｍｍのものを使用した
。またテフロン下面と耐熱性板１２との間の距離は８０
ｍ＋とじた。

ガス供給系３からは室Ａ０にはＮ２ガスを、また室Ａ、
にはＳｉＨ，を夫々供給し、試料処理室１５内に配した
６インチＳｉウェーハ上に対する成膜を行った結果、略
均−なＳｉＮ膜の堆積が認められた。

なお、上述の実施例はＣＶＤ装置に適用した場合につき
説明したが、これにかぎらず例えばエピタキシャル成長
装置、アモルファスシリコンの製造装置、その他有機七
ツマ−を用いた有機重合膜の形成等にも適用し得ること
は言うまでもない。

第３図は本発明の他の実施例を示す模式図であり、耐熱
性板１２の上方に四角錐形にホーン１９を配設し、その
上端に導波管５を縦向きに接続して構成してあり、マイ
クロ波は耐熱性板１２に垂直に入射せしめられるように
なっている。

〔効果〕

以上の如く本発明装置にあってはプラズマ生成室内をマ
イクロ波の定在波の節を含む電界強度の小さい室と腹を
含む電界強度の大きい室とに区分し、反応性ガス等は電
界強度の小さい室を通じて試料処理室に供給するように
したから、プラズマ生成室の内壁に膜が付着されること
がなく、安定したプラズマ発生を維持し得、またイオン
衝撃の少ない良質の成膜を行うことが可能となり、また
プラズマの発生は発生しやすい低真空で、処理は汚染の
少ないより高真空で行うことができるなど本発明は優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の模式図、第２図は本発明装置にお
ける反応容器とそのプラズマ生成室に形成するマイクロ
波の定在波の波形との位置関係を示す説明図、第３図は
本発明の他の実施例を示す模式図である。 １・・・反応器　２・・・誘電体被覆線路　３・・・ガ
ス供給系　４・・・排気系　５・・・導波管　６・・・
マイクロ波発振器　１２・・・耐熱性板　１３・・・仕
切壁１３ａ、　１３ｂ・・・連通口　１４・・・プラズ
マ生成室　１５・・・試料処理室　１６・・・試料　Ａ
ｏ、Ａ＋・・・家持　許　出願人　　住友金属工業株式
会社代理人　弁理士　　河　　野　　登　　失策　３　
図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、少なくとも一部をマイクロ波の透過可能な耐熱壁で
   形成されたプラズマ生成室と、試料を配設する試料処理
   室と、試料処理室に沿って前記プラズマ生成室内にマイ
   クロ波の定在波が形成されるようマイクロ波を導入する
   手段と、前記プラズマ生成室を区画して形成され、定在
   波の節を含む電界強度の小さい室及び定在波の腹を含む
   電界強度の大きい室と、マイクロ波を遮断する材質で形
   成されており、前記プラズマ生成室と試料処理室とを隔
   てるべく配設され、前記各電界強度の小さい室及び電界
   強度の大きい室夫々と試料処理室とを結ぶ連通口を開設
   した仕切壁とを具備することを特徴とするプラズマプロ
   セス装置。