TW400577B - Plasma generating apparatus - Google Patents

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A7 B7_____ 五、發明說明（1 ) [發明所靥之技術領域]. 本發明係闞於一種在真空容器内產生低氣壓、低溫轚漿 的電漿產生裝置，尤其是可當作一種使用所產生之電漿K 進行半導體基板、液晶坡璃基板及有機材料等表面之改質 、蝕刻、灰化（ashing)、清潔及薄膜形成等處理的電漿處 理装置而加以利用者。 [習知技術] 在此，作為使用微坡的習知代表性電漿產生裝置，係就 使表面波激起及傳播於將微波導入真空容器内所使用之霣 介體表面和電漿之境界上，且藉由該表面波之電磁能量使 ®漿產生之電漿產生裝置而加Μ說明。 圖 8係顯示例如 ίΒ 載於 Japanese Journal of Applied Physics, Vol.35(1996)，p.L341-L344中之表面波電漿產 生裝置的概略構成。圏8中，元件编號1為真空容器，於其 側部各別形成有氣體供給口 la及排氣口 lb。元件編號2為 使微波振盪之微波振通器，元件編號3為用Μ驅動撤波振 盪器2之驅動锺源，元件編號4為罨介體窗，其配設在真空 容器1之俩壁上* Μ隔開空氣和真空氛画氣（Vacuum atnosphere)，同時由可^遇微波之S介體材料所製成者 •元件纗號5為導波管*用以埋接電介體窗4和微波振通器 2，且將由微波振盪器2所振通出之微波導至電介髓窗4為 止者。元件编號6為裂縫，設在與電介艟窗4接觸之微波導 波管5底面上者，元件煸號7為被處理基板，使用該電漿產 生装置且實施各種表面處理者。 -4 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -J . 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） B7 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 就如上述所構成之習知表面波電漿產生裝置的動作加以 說明。首先，藉由與排氣口 lb連接之粗真空泵（roughing VacuuB bu^p)及例如滴輪分.子泉（tUrbo_B〇 1 ecu le-puinp) 等的高真空泵（未鼷示）將真空容器1內排氣成高真空，並 經由氣體供給口 la供給例如氧、氫、氧、氣、四氟化碳、 矽甲烷等之放電氣體，當真空容器1内依該放電氣體而達 到預定壓力時，依微波振暹器2所振盪出之微波*就可依 導波管5導引，而從設於導波管5底面之裂縫6放射出，被 放射出之微波，可透過電介體窗4導入真空容器1内，而放 電氣體之電漿8會在真空容器内產生。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 一旦產生電漿8時，被導入真空容器1內之微波，躭可當 作只沿著電介艚窗4和電漿8之境界而傳播的表面波存在， 即使電漿8中之霣子密度為超遇所謂截止密度（cut-off density)(例如頻率為2.45GHz之微波時，約7X10 10 CB_ 3 )之高密度電漿的情況時*被激起之表面波亦不會被反射 而可傳播及吸收，此為眾人所遇知者。如此一來，電介體 窗4近旁之電漿8中的電子就會因該表面波之振動電場而加 速，圼高能霣狀態*並使原子或分子吠之中性氣體粒子激 起、解雛及電離，以維持電漿8之生成。如此使供給之微 波窜子與電漿8相结合而作為表面波，對於超過截止密度 之高密度電漿的生成狀況較佳。 [發明所欲解決之問題] 但是，習知表面波電漿產生裝置*其在平面狀電介體窗 4之面內的微波電場強度並非一樣，而係與氣體壓力或微 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5 _ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（3 ) 波電力等的電漿生成條件相翮*且在電介體窗4之面的徑 方向及圓周方向上存有微波電場強度分布。 該不均等電場強度所產生之結果，存有在已生成之電漿 8中之電子及離子密度之真空容器1内的徑方向及圓周方 向中的分布亦會造成不均等的問題點。 又，所生成的電漿8中之電子或雔子，係射入真空容器1 或電介體留4之壁表面上，且會在該處因再结合過程（recombination process) 而馬 上消滅 。因此 ，為 了維 持電獎 8之生成，必需要能與因壁表面之再结合而造成電漿損失 之部分平衡之足夠的電離作用，亦即電漿之生成。然而， 在該種習知電漿產生裝置中，由於不具有電子或離子之約 束作用（confining effect)，所Μ壁表面上的電獎損失率 會很大。因而，習知之表面波電漿產生裝置*存有使得電 雛之中性氣體粒子的密度在很小的低氣體壓力下，難Κ進 行電漿之著火、產生或電漿生成之維持的問題點。 本發明係為了解決上述問題點而成者*其目的係在於提 供一種可使高密度之電漿在真空容器內之徑方向及圓周方 向均等分布產生及維持的電漿產生裝置。 又，其目的係在於提供一種使電漿在真空容器内的分布 更加均等，同時即使在低氣體壓力下亦可安定產生及維持 電漿的電漿產生裝置。 [解決問題之手段] 有賭申請專利範圍第1項之發明，其為一種電漿產生裝 置，具備有導波管，用以導引微波者；真空容器，連接該 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 6 ---Ί--Τ---^------- I -----1--I •- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明說明（4 ) 導波管*且具有用Μ供給放電氣體之機構及真空排氣機構 者；管狀或棒狀之電介體構件，被插入於該真空容器內者 ;Κ及發射上述撤波至該電介體構件上的裝置者。 有闞申請專利範圍第2項之發明，其在如申請專利範圍 第1項所記載之電漿產生裝置中，具備在下述真空容器之 外部用Μ產生磁場的磁埸產生機構者。 有闞申請專利範圍第3項之發明，其在如申請專利範圍 第1項所記載之電漿產生裝置中*其中，用Μ發射上述微 波之機構，係為設在導波管之壁上的裂縫或天線者。 有關申請專利範圍第4項之發明，其在如申請專利範圍 第1項所記載之電漿產生裝置中，其中，上述電介體材料 ，係為可透過微波的石英、派雷克斯（Pyrex)玻璃（耐熱 玻璃）、锇氟龍（tei Ion)等高分子材料或陶瓷中之任一種 第置 第 第 〇 圍 者範 物利 合專 組請 等申該鼷| 項 或有 2 置高 1置 裝00U裝 生W利生 產度專產 頻強請漿 B $ s B 1# Al· 鼋 之塌申之0 0^ 項 在有2¾ 圍設 範件 利構 專 請 m Amf 如述 在上 其將 ， 係 明 ， 發中 之其 項， 中 斯 磁 低 之 下 Μ 者 上 域 Ί---：---^--------訂---------線 I *- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 申發 如以 在用 其將 ， 係 明 ， 發中 之其 項， 6中 第 為 度第 強圃 場範 磁利 在專 置請 設申 構闥 機有 之 區 場 磁 低 之 下 Μ 圃波 範微 利述 者 第 圍部 範內 利之 器 容 申空 如真 在在 其了 ， 為 明 ， 發中 之其 項， 7f 中 置 裝 生 cc1 產 發 之 項 ΓΟ度 ct強 le場 e ίΛ ( 磁 振的 共夠 旋足 迴生 子產 電要 起需 引 而 a η 之 使 Μ 振 共 旋 迴 子 電 用 利 而 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 開始放電者。 有關申請專利範圍第8項之發明*其在如申請專利範圍 第2項之電漿產生裝置中，其中*上述磁場產生機構係為 永久磁锇者。 有闞申請專利範圃第9項之發明*其在如申請專利範圍 第2項之電漿產生裝置中，其中，在真空容器之外側更具 備有電磁線圈，用Μ產生與上述磁場產生機構之磁場成份 重II之磁場成份者。 [發明之實施形態] Μ下，係根據画式Μ說明本發明之實施形態。 圏1係顯示本發明電漿產生器之一實施形態的槪略構成 圖。圖1中，元件編號1為真空容器，其側部各別形成有氣 體供給口 la和排氣口 lb。2為使微波振邇之微波振通器，3 為用Μ驅動微波振邇器2之驅動電源，5為導波管，7為實 施各種表面處理之基板，8為電漿* 9為與導波管5結合， 用Μ使微波功率自微波立體電路發射的機構，圖中係顯示 為一桿天線。10為圓筒狀電介體管，隔開大氣和真空氛圔 氣（Vacuum atmosphere)·同時由用以將微波導人真空容 器1内之電介體構件所構成者，其可使用可通過微波之例 如石英、礬土（氧化鋁* alumina)、鐵氟龍（teflon)等高 分子材料、或該等組合之電介體管。 其次，就如上述所構成之本發明實施形態中之電漿產生 裝置的動作加Μ說明。 首先，與習知装置同樣，利用與排氣口 lb連接之粗真空 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 -------Ί---：---^---------Γ1 訂---------線 - 、 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _B7_ 五、發明說明（6 ) 泵及例如渦輪分子泵等高真空泵（未圖示）將真空容器1内 排氣成高真空，再通過氣體供給口 la*供給例如氩、氫、 氧、氛、四氟化碳或矽甲烷等放電氣體。當真空容器1内 依該放電氣體而到達預定壓力時，藉由微波振潘器2而振 通的微波功率，經由導波管5*再依桿天線9發射至電介體 管10上。被發射出之微波，係通過插入真空容器1内之電 介體管10而導入真空容器1内。 電介體管10，係在隔開大氣和真空氛圍氣的同時使微波 導入上述真空容器之内部◊再者，一旦電漿在真空容器1 内產生之後，就可沿著電介體管10和電漿之境界使表面波 激起及傳播，即使對於超過所謂截止密度之高密度的電獎 ，亦可效率佳地注人微波之功率，而且可使真空容器1内 之電漿分佈均等。 圏2為在真空容器1之周圍設置永久磁鐵11的構成，圖3 為表示圖2所示之電漿產生裝置的四分之一截面，係顯示 永久磁锇配置在真空容器內及在真空容器產生磁場強度之 分佈圖。圖中，編號13為依永久磁娥11而產生之磁力線之 一部分，14為依永久磁娥11而產生之等磁場強度線之一部 分。又，將微波功率導入真空容器1内之桿天線9及電介體 管10，係設置在真空容器1之中心軸上，而在該微波導入 部（桿天線9、電介體管10之設置場所）之磁場強度係Μ設 在10GW內較佳。 安裝在真空容器1之周圍的永久磁鐵11，係如圖3所示， 在真空容器1之壁面近旁形成所謂的多月尖（BUlti-CUSP) 我張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9 - ---Ί---;---^--------Γ— 訂---------線 I - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（7 磁場，利用所謂的磁束鏡效應（magnetic mirror effect) 在真空容器1内起約束電漿8中之電子或離子的作用。尤其 是，在真空容器1之中心部之低磁場區域所產生的電子或 離子上，可取較大的磁束鏡，且具有顯著增強磁性約束效 應（magnetic confining effect)的作用。藉由該磁場效 應，就可抑制因真空容器1之壁表面的再結合過程所造成 的電漿損失，且可容易進行電漿8之產生及維持。又，在 該真空容器1内所形成的多月尖磁場，藉由在真空容器1内 亦具有使之產生均等的電漿8之作用。 圖2中*由於係將真空容器1内用K導入微波電力的稈天 線9及電介體管10，設置在磁場強度10GM下之磁場區域內 ，所以對於藉由在電介體管10和電漿8之境界上激起及傳 播之表面波的電力而產生所諝電子或離子的電荷粒子，就 可設定磁束鏡比約為100之程度》且具有可顯著增強該等 電荷粒子之磁性約束效應的作用。藉由在該種低磁場區域 因表面波激勵而造成的電漿產生和因多月尖磁場而造成的 電漿約束之組合，則即使在例如1 0 _ 4 Tor r基數之低氣體 壓力下，亦可有效進行超過截止密度之高密度的電漿8之 生成。 圖2所示之例子中，係將導入微波之桿天線9及電介體管 10設置在真空容器1之中心軸上，而該微波導入部之磁場 強度雖係設在10GK下，但是並不一定需要設置在真空容 器1之中心軸上，又，若在100GM下之低磁場區域進行微 波之導入，則可獲得幾乎相同的效果。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-------訂---------線 ！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7_ 五、發明說明（8 ) 藉由適當選擇圖2所示之永久磁鐵11之磁場強度*就可 在真空容器1之内壁面近旁形成電子迴旋共振區域12。在 電子迴旋共振區域12之近旁，微波頻率和電子之迴旋共振 頻率會一致，而藉由微波之振動電場就可發生電子被共振 性加速之電子迴旋共振現象。如此即使在例如1〇_ 4 Torr 基數之低氣體壓力下亦可容易引起電子迴旋共振放電，且 電漿8會在真空容器1内產生。 在電漿8產生之後，其導入之微波功率變小，而電漿8中 之電子密度在低於所謂的微波之截止密度（例如，頻率為 2.45GHz之微波時約7X 10 lec一 3 )的情況時，透過電介 骽管10而導入真空容器1內的微波，就會傳播至電漿8中， 且可到達電子迴旋共振區域12為止。如此藉由電子迴旋共 振而獲得能量的共振電子，會使原子或分子狀的中性氣體 粒子激起、解離或電雔，K維持電漿8之生成。 又，其導入之微波功率若變大，而電漿8中之電子密度 高於截止密度的情況時，透過電介體管10而導入真空容器 1内的微波，不會傳播至電漿8中，而只可當作沿著電介 艚管10和電漿8之境界傳播的表面波而存在著。該被激起 之表面波，即便係為電漿8中之電子密度超過截止密度之 高密度的電漿之情況時，亦不會被反射，而會沿著上述境 界傳播，且於傳播中可在電漿8吸收其能量。如此在電介 體管10之表面近旁的電漿8中之電子，會因該表面波之振 動電場而接受加速，且呈高能量狀態，而使原子或分子狀 的中性氣體粒子激起、解離或電離，Μ維持電漿8之生成。 -11 - ----]ιίίιηι— 裝--------Ϊ— 訂---------線！' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) B7 五、發明說明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，作為多月尖磁埸，雖係使用永久磁鐵11K產生如圖 3所示之線形月尖（line cusp)磁場，但是亦可在真空容器 1之壁面近旁形成強力的磁場區域，且只要其在導入微波 之真空容器1的中心部儀如形成低磁埸區域之磁埸強度分 佈*則亦可為環形月尖磁場或複合月尖磁埸等之一。 又，真空容器1内*雖係使用永久磁鐵11M同時產生如 圔3所示之多重月尖磁場，及霣子酒旋共振匾域12，但是 在沒有該霣子邂旋共振區域12的情況時，雖然進行霣漿8 之點火及產生之容易度有若干不佳，但是若與如圖8所示 之習知電漿產生装置相比較，則明顯有可使真空容器1内 之電漿的分佈得Μ均等的效果。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，本實施之形態中，雖係使用永久磁鐵11，Μ使之在 真空容器1内僅產生如圖3所示之多重月尖磁場*但是如圔 4所示，其亦可更進一步使用依線圈電源18產生磁場之電 磁線圈17等Μ使之重叠真空容器1之軸方向的磁場成份。 此情況，亦可同時產生發散磁場，Μ使已產生之罨漿8朝 基板7進行漂移運動。電漿8之該種漂移運動，係在基板7 上槙極進行使電漿8中之離子射入Κ進行蝕刻等表面處理 的情況較有效果。 圖1及2中，雖係使用稈天線9朝電介體管1〇放射微波， 但是只要其為可放射螺形天線（spiral antenna)、螺旋天 媒（helical antenna)、幅射線圈及環形天媒等微波之天 線構造則皆可使用，藉由使用如圖5所示裂鏠6，就可簡便 放射撤波。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -12 - A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（10) 又，上述實施形態中， 但是如圖6及圖7所示，亦 成的電介體棒16。 [發明之效果] 若依據有關申請專利範 對於超過所謂的截止密度 將微波之功率予Μ注入， 漿分佈均等的效果。 若依據有闞申請專利範 生裝置中產生的磁埸，具 壁表面之電子或離子的入 而造成電漿之損失，且即 電漿之產生及維持，Μ及 性的效果。 若依據有關申請專利範 電介體構件設置在磁場強 對於依激起、傅播於上述 波的功率而產生所謂電子 束鏡比設在約100之程度 時可顯著強力地起電荷粒 若依據有關申請專利範 裝置中產生的電子迴旋共 場的週期和磁場中之電子 之能量共振注入於電子内 雖顯示使用電介體管10之例子 可使用由棒狀電介體構件所構 圍第1、3及4項之發明，則即使 之高密度電漿而言，亦可有效地 而且具有可使真空容器1内之電 圃第2及8項之發明，則在電漿產 有減少進入包圍電漿之真空容器 射通量，抑制因在壁表面再结合 使在低氣體壓力小亦可容易進行 可更進一步提高電漿密度之均等 圍第5及6項之發明*則由於係將 度100GM下之磁場區域内，所Κ 電介體構件和電漿之境界之表面 或離子的電荷粒子，具有可將磁 且有效地注入微波之功率，同 子之磁性約束效應之作用的效果。 圍第7項之發明，則在電漿產生 振區域，具有可使微波之振動電 迴旋運動的週期一致，可將微波 *而變成高能量狀態之電子*可 —,—^---^--------?|訂---------線---； ''"- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（11) 容易使中性氣體粒子電離，且顯著地可容易進行電漿之點 火或產生。 若依據有闞申請專利範圍第9項之發明，則依其更具備 電磁線圈，就具有可使所謂的發散磁場同時形成，而已產 生之電漿會朗向被處理物進行漂移運動，該種甯漿之漂移 運動，會在上述被處理物上積極使離子射入電漿中，可有 效率地進行蝕刻等的表面處理。 [圖式之簡單說明] 圖1顯示本發明電漿產生裝置之一實施形態之構成的示 意圖。 圖2顯示本發明電漿產生裝置之另一實施形態之構成的 示意·圖。 圖3顧示圖2所示之永久磁鐵之配置及所產生之磁場強度 分佈的麵。 圖4顯示本發明電漿產生装置之另一實施形態之構成的 示意画。 圖5顯示本發明電漿產生裝置之另一實施形態之構成的 示意圖。 圖6顯示本發明電漿產生裝置之另一實施形態之構成的 示意圖。 圖7顯示本發明電漿產生裝置之另一實施形態之構成的 示意圖。 圖8顯示習知電漿產生裝置之構成的示意圖。 [元件編號之說明] 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14 Μ—— . _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1·'1 訂---------線 A7 B7 五、發明說明（12) 1真空容器，la氣體供給口， lb真空排氣口， 2微 波振盪器* 3驅動電源，4電介體窗口， 5導波管， 6裂縫，7基板，8電漿，9桿天線，10電介體管， 11 永久磁鐵，12電子迴旋共振區域，13磁力線，14 等磁場強度線，15微波諧振器，16電介體棒，17電 磁線圈，18線圈電源。 --請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝--------;1訂---------線 ！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8公告本I_i_六、申請專利範圍 1. 一種電漿產生裝置，其特徵在於具備有·· 導波管，用Μ導引微波者； 真空容器，連接該導波管，且包含用Μ供給放電氣體之 機構及真空排氣機構者； 管狀或棒狀之電介體構件，被插入於該真空容器内者； 以及 在該電介體構件上放射上述微波之機構者。 2. 如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中，在上 述真空容器之外部具備有用Μ產生磁場之磁場產生機構。 3. 如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中，用W 放射上述微波之機構，係為被設在導波管壁之裂鏠或天線 者0 4. 如申請專利範圍第1項之電漿產生裝置，其中，上述 電介體材料，係為微波可穿透的石英、硼矽酸玻璃、鏺氣 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 重澳 I 種電度 1 強 - 之ί 之 — 場 中2JI磁 瓷第在 陶圍置 或範設 科利係 材專 ， 子請件 分申構 高如體 等 5 介 龍 電 上 述 成 上域 區 者中場 等实磁 該 低 之組Ϊ下 者裝Μ 或 置 裝 生 Ε 產 I^---<---Τ— 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 者 項 2 置 裝 生 產 漿 電 之 度 強 場 磁 在 置 設 係 第， 圍構 範機 利之 專波 請微 申述 如上 6 射 放 >i 用 中 其 磁 低 之 下 Μ 真 在 中 其 置 裝 生 lii-l 產 漿 電 之 項 2 第 圍 範 利 。 專 者請 上申 域如 區7. 場 度 強 場 磁 之 需。 所者 振行 共進 旋始 迴開 子電 電放 起使 引 Μ Μ振 足共 生旋 產迴 部子 内電 之用 器利 容且 空 ， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1 - 六、申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 者 鐵 磁 久 第永第 圍為圍 範係範 利，利 專構專 請機請 申生申 如產如 8 場 9 磁 述 上 中 其 置 裝 生 產 漿 電 之 項 真 在 中 其 置 裝 生 產 漿 電 之 項 2 產 場 磁 述 上 與 生 產 。 K 者 用份 ， 成 圈場 線磁 磁的 電A 有重 備相 具份 更成 側場 外磁 之之 器構 容機 空生 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 --1--Ί I 訂·--I--I--攻 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 2