JPS6360530A

JPS6360530A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPS6360530A
Application number: JP61205360A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Ishibori; 石堀　宏一
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd
Current assignee: DKK Co Ltd
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1988-03-16

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】ａ、産業上の利用分野本発明はマイクロ波プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置とは、一定のガスをプラズマ化し、そ
の反応生成物により試料をエツチングしもしくは試料表
面上に薄膜を堆積せしめる装置である。

近年、ガスのプラズマ化の手段としてマイクロ波を利用
する方法が盛んに用いられるようになった。

マイクロ波を利用する利点として、他の方法よりもプラ
ズマ密度を効率的に高められること、プラズマ化できる
圧力範囲が広いこと、必要に応じて試料の加熱が可能な
こと、放電を起すための電極が反応容器中にないので試
料表面の汚染を少くできること等があげられる。

ｂ、従来の技術第３図は従来技術によるマイクロ波プラズマ処理装置の
概念的立面図である。

マイクロ波発振器１ａの出力電力は導波管２ａを経由し
て石英製反応容器３ａに導かれる。反応容器３ａにはガ
ス供給管６ａから特定の種類のガスが導入され、排気管
７ａから一定流量で排気される。これにより反応容器３
ａの内部は一定の圧力に維持される。導入されたガスは
マイクロ波電力によりプラズマ化され、試料台５ａに載
置された試料４ａの表面にエツチング加工。

または薄膜堆積処理を行う。

導波管２ａは断面が矩形状もしくは円形状をしており、
その末端は反応容器３ａを収容しかつマイクロ波電力の
反射を少くするためにテーバ状に拡大されている。

Ｃ８発明が解決しようとする問題点第４図に図示するように導波管を例えば矩形４波管とし
、ＴＥ＋ｏモードで励振すると（第４図において実線は
電気力線を、破線は磁力線を示す）、ボインティングベ
クトルすなわちマイクロ波エネルギー密度Ｐは、第５図
に示すように導波管の中央部（矩形の長辺の２等分面）
で最大になる。これは、マイクロ波電力が導波管の２等
分面内の反応容器中のガスに集中して照射されることを
意味する。

一般に反応容器中の圧力が増大すると、特にガス圧力が
約１　ｔｏｒｒ以上のとき、プラズマ中の電離電子等の
平均自由工程が短かくなる。この結果、マイクロ波が局
部的にのみ照射されるとプラズマが縮小する。すなわち
試料４ａの表面に均一な処理を施こすことができなくな
り、かつ試料４ａが局部的に加熱され易いという問題点
がる。

本発明は、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置にお
いて、均一なプラズマを発生するために反応容器内のガ
スにマイクロ波を均一に照射し均一なプラズマを形成す
ることができるマイクロ波プラズマ処理装置を提供する
ことを目的とする。

ｄ、　問題点を解決するための手段上記問題点は、マイクロ波発振回路と、マイクロ波を伝
播させる導波管と、マイクロ波が透過する反応容器と、
反応容器にガスを送るガス供給管と、反応容器からガス
を排出するガス排出管と、反応容器中に試料を載置する
試料台を備え、反応容器中のガスにマイクロ波を照射し
てガスを励起してプラズマを発生させ、該プラズマで試
料にプラズマ処理をするマイクロ波プラズマ処理装置に
おいて、上記導波管が、マイクロ波発振回路の出力端に
接続された管からなる第１の部分と、上記第１の部分の
終端に接続され導波管断面積を拡大するテーパ部からな
る第２の部分と、上記第２の部分に接続され上記第１の
部分を通過することができる波長のマイクロ波が通過で
きる断面寸法を有する複数の管からなる第３の部分から
成ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置によ
って解決された。

ｅ、　作用マイクロ波発振回路で作られたマイクロ波は導波管の中
を伝播する。このとき導波管の内部のマイクロ波は各モ
ードに対応した電界Ｅ、磁界Ｈを有する。

しかし電界Ｅ、！：磁界Ｈのベクトル積で定義されるポ
インティングベクトルは管内で一様ではない。例えば導
波管の第１の部分が矩形導波管であってＴＥ、。モード
波が使用されているとき、長辺の２等分面内においてポ
インティングベクトルが最大である。

導波管の第２の部分は断面積が拡大するテーパ部である
ので、第１の部分を通るマイクロ波は第２の部分を通過
することができる。

第２の部分に接続されている複数の管からなる第３の部
分の断面は、第１の部分を遣るマイクロ波が通過するこ
とを許す寸法を有するので、第３の部分を形成する各導
波管の中をマイクロ波が伝播する。

第３の部分の各管の中におけるボインティングベクトル
分布は一様ではないが、第３の部分は複数の管で形成さ
れているので、第３の部分全体としてはボインティング
ベクトル分布はかなり一様化される。

したがって反応容器内のガスに比較的−様なマイクロ波
が照射される。この結果、プラズマ中の電離電子等の平
均自由行程が短い場合であっても、比較的−様なプラズ
マを形成することができる。

ｆ、実施例第１図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の好
ましい実施例の概念的立面図である。

マイクロ波発振器１で発生させた２、４５ＧＨ２のマイ
クロ波は導波管を経て反応容器３に至る。導波管はマイ
クロ波発振器１に接続された単一の管からなる導波管の
第１の部分２．と、第１の部分２．に接続された載頭４
角錐形状のテーバ部からなる。載頭４角錐形状のテーパ
部の反応容器３に近い部分は、その断面の矩形の長辺の
２等分面を通る金属製分割板８によって２つの導波管９
．．９．に分割されている。すなわちこの実施例におい
ては、導波管の第２の部分２□は載頭４角錐形状のテー
パ部の分割板が設けられていない部分であり、導波管の
第３の部分２．は分割板によって分割されている部分９
□９ｔに対応する。

第１の部分２１の断面の長辺の長さをａｌ＋　マイクロ
波の波長をλとするとき、マイクロ波が導波管を通過で
きる条件はａ、＞λ／２である。このマイクロ波が第３
の部分を通過できるための十分条件は、第３の部分２３
と第２の部分２□の境界における第３の部分２３の断面
の長辺の長さａ、が、ａ、＞λ／２を満足することであ
る。このときマイクロ波のエネルギーは第３の部分２□
において２本の導波管９．＋９ｚに分割されて石英製反
応容器３に導かれる。反応容器３にはガス供給管６から
特定のガスが導入され、排気管７から一定流量で排気さ
れる。これにより反応容器３の内部は一定の圧力に維持
される。導入されたガスは平均化されたマイクロ波電力
により均一にプラズマ化され、試料台５に載置された試
料４０表面に均一なエツチング加工、または薄膜堆積処
理を行う。

なお導波管２１，２□、２．および分割板８の材質とし
ては、銅、アルミが損失の点において優れており、耐熱
性について重点を置く場合はステンレスが好ましい。

なお導波管の第２の部分２□と第３の部分の境界におけ
る断面の矩形の長辺を分割せず、その矩形の短辺を２等
分しても各々は独立のモードで動作するので、マイクロ
波エネルギーを平均化することが可能である。この場合
は、インピーダンスの変化はあるがマイクロ波の遮断が
起らない。

第２図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の他
の好ましい実施例の導波管部分の概念的斜視図である。

マイクロ波発振器に接続された導波管の第１の部分の末
端に載頭４角錐形状のテーバが接続されている。その反
応容器（図示せず）に近い側は、その断面の長辺と短辺
をそれぞれ２分割する金属製分割板８８，８□によって
４分割されている。この実施例においては導波管の第２
の部分と第３の部分は載頭４角錐の中に含まれ、第１の
部分２．に隣接する部分が第２の部分２８であり、４分
割さている部分が第３の部分２．である。

第３の部分２．の各導波管をＴＥ＋ｏモードに近いマイ
クロ波（導波管が載頭４角錐であるのでＴＢ、。モード
は立たない）が伝播するとき、各導波管の中央部におい
てボインティングベクトルの強度が最大となる。

しかし第１の部分を伝播するマイクロ波のエネルギーが
４分されているので、マイクロ波のエネルギーはより平
均化されて反応容器（図示せず）中のガスに照射される
。反応容器は第３の部分２３に隣接する空室１０の中に
収容される。

マイクロ波エネルギーの平均化はＴＥ、。モードについ
てだけ起るのではなく、他のモードについても同様であ
る。このためには、分割される前のモードについてボイ
ンティングベクトルが極大となる位置に分割板を設ける
ことが好ましい。

なお第１図の導波管２．．２２，２．０概念的斜視図は
、第２図から金属分割Ｆｉ８□を除くことにより得られ
る。

このとき第１図の金属製分割板８は第２図の金属製分割
板８１に対応する。

第１図と第２図の実施例においては、導波管の第２の部
分と第３の部分は共に載頭４角錐形状のテーパ部の中に
設けられているが、第３の部分はテーバ構造にする必然
性はなく、第２の部分のみをテーバ構造とし第３の部分
は直方体構造の導波管とし、その内部を分割板で複数の
導波管に分割することも可能である。

さらに導波管の第１の部分を円柱構造とし、第２の部分
と第３の部分を截頭円錐構造とすることも可能である。

また第２の部分のみを截頭円錐構造とし、第３の部分は
円柱構造とし、その内部を分割板で複数の導波管に分割
することも可能である。

第３の部分の長さは使用マイクロ波のＡ波長以上である
ことが、マイクロ波エネルギー密度の平均化のために好
ましい。

ｇ、効果マイクロ波のエネルギー密度を平均化し、均一なプラズ
マを発生させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の好
ましい実施例の概念的立面図、第２図は本発明に係るマ
イクロ波プラズマ処理装置の他の好ましい実施例の概念
的立面図、第３図は従来技術によるマイクロ波プラズマ
処理装置の一例の概念的立面図、第４図はＴｌｌ！、、
モードの電界、磁界の概念的分布図、第５図は第４図の
ＴＥ、。モードのマイクロ波のボインティングベクトル
密度分布である。ｌ・・・マイクロ波発振回路、２＋、２ｚ、２ｓ・・・導波管、３・・・反応容器、４・・・試料、５・・・試料台、８・・・分割板、９．９ｚ・・・導波管、１０・・・空室。特許出願人　　電気興業株式会社 −・５１う、（ほか２名）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マイクロ波発振回路と、マイクロ波を伝播させる
導波管と、マイクロ波が透過する反応容器と、反応容器
にガスを送るガス供給管と、反応容器からガスを排出す
るガス排出管と、反応容器中に試料を載置する試料台を
備え、反応容器中のガスにマイクロ波を照射してガスを
励起してプラズマを発生させ、該プラズマで試料にプラ
ズマ処理をするマイクロ波プラズマ処理装置において、上記導波管が、マイクロ波発振回路の出力端に接続され
た管からなる第１の部分と、上記第１の部分の終端に接
続され導波管断面積を拡大するテーパ部からなる第２の
部分と、上記第２の部分に接続され上記第１の部分を通
過することができる波長のマイクロ波が通過できる断面
寸法を有する複数の管からなる第３の部分から成ること
を特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
（２）上記第１の部分が矩形導波管であり、上記第２の
部分と上記第３の部分が載頭４角錐形状のテーパ部の中
に含まれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のマイクロ波プラズマ処理装置。
（３）上記第３の部分が２本の導波管からなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プラズ
マ処理装置。
（４）上記第３の部分が４本の導波管からなることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載のマイクロ波プラズ
マ処理装置。
（５）上記第１の部分が円形導波管であり、上記第２の
部分と上記第３の部分が截頭円錐形状のテーパ部の中に
含まれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
マイクロ波プラズマ処理装置。