DE19813199A1 - Plasmaerzeugungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Plasmaerzeugungsvor­ richtung.

Speziell betrifft sie eine Plasmaerzeugungsvorrichtung zum Er­ zeugen von Plasmen mit niedrigem Druck und/oder niedriger Tem­ peratur in einem Vakuumbehälter und speziell eine Vorrichtung, die für eine Oberflächenbehandlung, Ätzen, Veraschen, Reinigen, Abscheiden eines dünnen Filmes usw. auf einem Halbleiter­ substrat, einem Flüssigkristallsubstrat, einem organischen Ma­ terial, einem metallischen Material oder ähnlichem unter Ver­ wendung des erzeugten Plasmas verwendet wird.

Im folgenden wird eine der Abmelderin bekannte und beispielhaf­ te Plasmaerzeugungsvorrichtung, die eine Mikrowelle verwendet und ein Plasma durch die elektromagnetische Energie einer ange­ regten Oberflächenwelle, die an der Grenze zwischen dem Plasma und einer Oberfläche eines dielektrischen Materials, das zum Einführen der Mikrowelle in den Vakuumbehälter verwendet wird, übertragen wird, erzeugen kann, beschrieben.

In Fig. 8 ist eine schematische Struktur einer Oberflächenwel­ lenplasmaerzeugungsvorrichtung gezeigt, die beispielsweise in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 35, (1996), S. L341-L344 beschrieben ist. In Fig. 8 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Vakuumbehälter in dem ein Gaseinlaßanschluß 1a und ein Evakuierungsanschluß 1b in den Seitenabschnitten gebildet sind. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Mikrowellenoszillator zum Oszillieren einer Mikrowelle, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Stromquelle zum Treiben des Mikrowellenoszillators. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine dielektrische Platte, die aus einem dielektrischen Material gebildet ist, durch das die Mikrowelle hindurchgehen kann, wobei die Platte in einer Sei­ tenwand des Vakuumbehälters 1 angeordnet ist und die Vakuumat­ mosphäre von der Atmosphäre trennt. Das Bezugszeichen 5 be­ zeichnet einen Wellenleiter zum Führen der Mikrowelle, die in dem Mikrowellenoszillator 2 oszilliert ist, zu der dielektri­ schen Platte 4, wobei der Wellenleiter 5 die dielektrische Platte 4 mit dem Mikrowellenoszillator 2 verbindet. Das Bezugs­ zeichen 6 bezeichnet einen Schlitz, der in der unteren Oberflä­ che des Wellenleiters 5, die in Kontakt mit der dielektrischen Platte ist, vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein zu behandelndes Substrat, das unter Verwendung der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung verschiedenen Oberflächenbehandlungen ausge­ setzt wird.

Der Betrieb der der Abmelderin bekannten Oberflächenwellenplas­ maerzeugungsvorrichtung, die so aufgebaut ist, wie oben be­ schrieben wurde, wird im folgenden beschrieben. Das Innere des Vakuumbehälters 1 wurde zum Erhalten eines hohen Vakuums durch eine Hochvakuumpumpe (nicht gezeigt), wie zum Beispiel eine Grobpumpe und eine Turbo-Molekular-Pumpe, evakuiert. Ein Gas zum Abgeben von Elektronen (Abgabegas), beispielsweise Argon, Wasserstoff, Sauerstoff, Chlor, Kohlenstofftetrafluor und Si­ lan, wurde durch den Gaseinlaßanschluß 1a zugeführt, bis das Innere des Vakuumbehälters 1 einen vorbestimmten Druck durch das Gas aufweist. Eine durch den Mikrowellenoszillator 2 oszil­ lierte Mikrowelle wurde durch den Wellenleiter 5 eingeführt und von dem Schlitz 6, der in der unteren Oberfläche des Wellenlei­ ters 5 vorgesehen ist, abgestrahlt. Die abgestrahlte Mikrowelle wurde in den Vakuumbehälter 5 durch die dielektrische Platte 4 eingeführt, wodurch ein Plasma 8 des Entladegases in dem Vaku­ umbehälter erzeugt wurde.

Es ist bekannt, daß, wenn das Plasma 8 einmal erzeugt wurde, die in den Vakuumbehälter 1 eingeführte Mikrowelle eine Ober­ flächenwelle wird, die nur entlang der Grenze zwischen der die­ lektrische Platte 4 und dem Plasma übertragen werden kann, und daß sogar in einem Fall eines Plasmas 8 hoher Dichte mit einer Elektronendichte darin, die eine sogenannte Abschneidedichte übersteigt (z. B. ungefähr 7×10¹⁰cm^-3 in dem Fall einer Mikrowel­ le mit einer Frequenz von 2,45 GHz), die angeregte Oberflächen­ welle übertragen und absorbiert wurde, ohne daß sie reflektiert wurde. Somit wurde ein Elektron des Plasmas 8 in der Nähe der dielektrische Platte 4 durch ein schwingendes elektrisches Feld der Oberflächenwelle derart beschleunigt, daß dadurch eine Än­ derung in einem Hochenergie-Status verursacht wird. Ein neutra­ les Gasteilchen in Form eines Atoms oder in Form eines Moleküls wird angeregt, dissoziiert und ionisiert durch das Hochenergie- Elektron, so daß die Erzeugung des Plasmas 8 aufrechterhalten wird. Daher war es für die Erzeugung des Plasmas einer hohen Dichte, die die Abschneidedichte übersteigt, zweckdienlich das Plasma 8 mit der Mikrowellenleistung zu koppeln, die in Form einer Oberflächenwelle geliefert wird.

Die der Anmelderin bekannte Oberflächenwellenplasmaerzeugungs­ einrichtung weist jedoch Schwierigkeiten auf, daß die elektri­ sche Feldstärke der Mikrowelle in dem Oberflächenbereich in der flachen dielektrischen Platte 4 und die Verteilung der elektri­ schen Feldstärke der Mikrowelle in der Richtung des Durchmes­ sers und in der Richtung des Umfanges des Oberflächenbereiches der dielektrischen Platte 4 bzw. des Vakuumbehälters von den Bedingungen des Erzeugens des Plasmas abhängen, wie z. B. einem Gasdruck und einer elektrischen Leistung der Mikrowelle. Als Ergebnis der inhomogenen elektrischen Feldstärke wird die Ver­ teilung der Dichte der Elektronen und Ionen, die in dem erzeug­ ten Plasma 8 vorhanden sind, in der Richtung des Durchmessers und in der Umfangsrichtung in dem Vakuumbehälter 1 inhomogen.

Weiterhin werden die Elektronen und die Ionen in dem erzeugten Plasma 8 in die innere Oberfläche des Vakuumbehälters 1 oder die innere Oberfläche der dielektrische Platte 4 injiziert und danach direkt durch einen Kombinationsprozeß ausgelöscht. Zum Aufrechterhalten der Erzeugung des Plasmas 8 ist daher die aus­ reichende Ionisierung, nämlich die Erzeugung des Plasmas, zum Kompensieren des Verlustes des Plasmas, der durch die Rekombi­ nation in der Wandoberfläche verursacht ist, notwendig. In der der Anmelderin bekannten Plasmaerzeugungsvorrichtung ist jedoch die Verlustrate des Plasmas in der Wandoberfläche groß, da ein Effekt des Einschließens der Elektronen und Ionen nicht vorhan­ den ist. Folglich gibt es in der der Abmelderin bekannten Ober­ flächenwellenplasmaerzeugungsvorrichtung die Schwierigkeiten, daß es schwierig ist, das Plasma zu zünden, daß es schwierig ist, das Plasma zu erzeugen und daß die Aufrechterhaltung der Erzeugung des Plasmas schwierig ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die in der Lage ist, ein Plasma hoher Dichte mit einer homogenen Verteilung in der Durchmesserrichtung und in der Umfangsrichtung des Vakuumbehäl­ ters zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.

Die Aufgabe wird durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung des An­ spruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die Plasmaerzeugungsvorrichtung ist in der Lage, die Verteilung des Plasmas in einem Vakuumbehälter homogener zu bilden und die Erzeugung und Aufrechterhaltung des Plasmas sogar mit einem niedrigen Gasdruck stabil zu halten.

Entsprechend einem ersten Aspekt ist eine Plasmaerzeugungsvor­ richtung mit einem Wellenleiter zum Leiten einer Mikrowelle, ein mit dem Wellenleiter verbundener Vakuumbehälter, der eine Einrichtung zum Versorgen eines Gases zum Abgeben/Entladen von Elektronen und eine Einrichtung zum Evakuieren aufweist, und einem dielektrischen Teil in einer rohrförmigen oder stabförmi­ gen Form, das in den Vakuumbehälter eingeführt ist, vorgesehen, wobei das dielektrische Teil mit einer Einrichtung zum Aussen­ den einer Mikrowelle vorgesehen ist.

Entsprechend einem zweiten Aspekt ist die Plasmaerzeugungsvor­ richtung entsprechend dem ersten Aspekt vorgesehen, wobei eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes in dem äuße­ ren Abschnitt des Vakuumbehälter vorgesehen ist.

Entsprechend einem dritten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Einrichtung zum Abstrah­ len bzw. Aussenden einer Mikrowelle ein Schlitz oder eine An­ tenne, die in einer Wand des Wellenleiters vorgesehen ist, ist.

Entsprechend einem vierten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei das dielektrische Teil ein Hochmolekularmaterial, wie z. B. Quarz, Hartglas und Teflon, ei­ ne Keramik, oder eine Kombination der Hochmolekularmaterialien und der Keramik, durch die eine Mikrowelle hindurchgehen kann, ist.

Entsprechend einem fünften Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei das dielektrische Teil in einem schwachen magnetischen Feldbereich mit einer magnetischen Feldstärke von 100 G oder weniger angeordnet ist.

Entsprechend einem sechsten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Einrichtung zum Aussen­ den der Mikrowelle in einem schwachen magnetischen Feldbereich mit einer magnetischen Feldstärke von 100 G oder weniger ange­ ordnet ist.

Entsprechend einem siebten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei in dem Vakuumbehälter eine magnetische Feldstärke erzeugt ist, die ausreichend zum Verur­ sachen einer Elektronenzyklotronresonanz ist, und ein Entladen bzw. Abgeben unter Verwendung der Elektronenzyklotronresonanz begonnen ist.

Entsprechend einem achten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes ein Permanentmagnet ist.

Entsprechend einem neunten Aspekt ist die obige Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung vorgesehen, wobei eine elektromagnetische Spu­ le zum Erzeugen einer Magnetfeldkomponente, die der Magnetfeld­ komponente der Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes überlagert werden soll, in der Außenseite des Vakuumbehälters vorgesehen.

Entsprechend dem ersten, dritten und vierten Aspekt ist es mög­ lich, die elektrische Leistung der Mikrowelle effektiv auf das Plasma hoher Dichte, das die sogenannte Abschneidedichte über­ steigt, anzuwenden. Weiterhin ist es möglich, die Verteilung des Plasmas in dem Vakuumbehälter 1 homogener auszubilden.

Entsprechend dem zweiten und achten Aspekt weist das durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung erzeugte magnetische Feld die Ef­ fekte des Reduzierens des einfallenden Flusses von Elektronen und Ionen auf die Wandoberfläche des Vakuumbehälters, der das Plasma umgibt, des Unterdrückens eines Verlustes des Plasmas, das durch die Rekombination an der Wandoberfläche verursacht ist, des Vereinfachens der Erzeugung und des Aufrechterhaltens des Plasmas mit einem niedrigen Gasdruck und des gleichzeitigen Verbesserns der Homogenität der Plasmadichte auf.

Entsprechend dem fünften und sechsten Aspekt sind Effekte des effektiven Anwendens der elektrischen Leistung der Mikrowelle und des Erhaltens eines magnetischen Effekt des Einschließens von geladenen Teilchen sehr stabil, da das magnetische Spiegel­ verhältnis ungefähr einhundert bezüglich der geladenen Teil­ chen, wie z. B. Elektronen und Ionen, die durch die elektrische Leistung der Oberflächenwelle erzeugt sind, die angeregt ist und in der Grenze zwischen dem elektrischen Teil und dem Plasma übertragen ist, beträgt, solange das dielektrische Teil in ei­ nem magnetischen Feldbereich angeordnet ist, der eine magneti­ sche Feldstärke von 100 G oder weniger aufweist.

Entsprechend dem siebten Aspekt gibt es einen Effekt der star­ ken Vereinfachung des Zündens des Plasmas und der Erzeugung des Plasmas, da in dem durch die Plasmaerzeugungsvorrichtung er­ zeugten Elektronenzyklotronresonanzbereich die Frequenz eines oszillierenden elektrischen Feldes der Mikrowelle und die Fre­ quenz einer Zyklotronbewegung der Elektronen übereinstimmen, die Energie der Mikrowelle auf die Elektronen durch die Reso­ nanz angewendet werden kann und die Elektronen mit einer hohen kinetischen Energie leicht neutrale Gasteilchen ionisieren kön­ nen.

Entsprechend dem neunten Aspekt gibt es einen Effekt des effek­ tiven Durchführens einer Oberflächenbehandlung, wie z. B. einem Ätzen, da das sogenannte divergente magnetische Feld gleichzei­ tig durch Vorsehen von einer zusätzlichen elektromagnetischen Spule gebildet ist und das erzeugte Plasma durch eine Verschie­ bebewegung zu dem zu behandelnden Objekt bewegt wird und das Einfallen der Ionen des Plasmas auf das zu behandelnde Objekt durch die Verschiebebewegung des Plasmas positiv durchgeführt wird.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen an­ hand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht zum Darstellen der Struktur einer Ausführungsform der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Ansicht zum Darstellen der Struktur einer anderen Ausführungsform der Plas­ maerzeugungsvorrichtung,

Fig. 3 eine Darstellung zum Zeigen der Anordnung der in Fig. 2 gezeigten Permanentmagnete und einer Ver­ teilung der dadurch erzeugten magnetischen Feld­ stärke,

Fig. 4 eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur einer anderen Ausführungsform der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur einer anderen Ausführungsform der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung,

Fig. 6 eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur einer anderen Ausführungsform der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung,

Fig. 7 eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur einer anderen Ausführungsform der Plasmaerzeu­ gungsvorrichtung und

Fig. 8 eine schematische Ansicht zum Zeigen der Struktur einer der Anmelderin bekannten Plasmaerzeugungs­ vorrichtung.

In der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Bezug zu Fig. 1 bis 7 werden die gleichen Bezugszeichen für die glei­ chen oder ähnlichen Abschnitte verwendet und eine Beschreibung dieser Abschnitte wird nicht wiederholt.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht zum Darstellen der Struk­ tur einer Ausführungsform der Plasmaerzeugungsvorrichtung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Vakuumbehälter, in dem ein Gasversorgungsanschluß 1a und ein Evakuierungsanschluß 1b in seinen Seitenabschnitten gebildet sind. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Mikrowellenoszillator zum Erzeugen einer Mikrowelle, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Stromversorgung bzw. Versorgung zum Treiben des Mikrowellenoszillators 2, das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Wellen- bzw. Hohlleiter, das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Substrat, das verschiedenen Oberflächenbehandlungen ausgesetzt ist, das Bezugszeichen 8 be­ zeichnet ein Plasma und das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Einrichtung zum Aussenden einer Mikrowelle, wobei die Einrich­ tung mit dem Wellenleiter 5 verbunden ist und die elektrische Leistung der Mikrowelle von einer Mikrowellenübertragungsschal­ tung bereitstellt und die in den Figuren als Stabantenne ge­ zeigt ist. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet ein zylindrisches, dielektrische Rohr, das aus einem dielektrische Teil gebildet ist, zum Trennen der Vakuumatmosphäre von der Atmosphäre bzw. Umgebung und zum Einführen der Mikrowelle in den Vakuumbehälter 1, wobei ein dielektrisches Material, wie z. B. Quarz, Alumi­ niumoxyd bzw. Tonerde und Teflon, durch das eine Mikrowelle hindurchdringen kann, oder eine Kombination der dielektrische Materialien für das dielektrische Rohr verwendet werden können.

Im folgenden wird ein Betrieb der Plasmaerzeugungsvorrichtung entsprechend der Ausführungsform, die so aufgebaut ist, wie es oben beschrieben wurde, beschrieben.

Zuerst wird der Vakuumbehälter 1 unter Verwendung einer Grob­ pumpe und/oder einer Hochvakuumpumpe (nicht gezeigt), wie z. B. einer Turbo-Molekular-Pumpe, die mit dem Evakuierungsanschluß 1b verbunden sind/ist, wie in der herkömmlichen Vorrichtung, derart evakuiert, daß ein hohes Vakuum erzeugt wird. Ein Gas zum Abgeben von Elektronen (Abgabegas), wie z. B. Argon, Wasser­ stoff, Sauerstoff, Chlor, Kohlenstofftetrafluorid, Silan usw., wird durch den Gasversorgungsanschluß 1a geliefert. Wenn der innere Druck des Vakuumbehälters 1 durch das Abgabegas einen vorbestimmten Druck erreicht, wird eine Mikrowelle durch die Stabantenne 9 über den Wellenleiter 5 zu dem dielektrischen Rohr 10 ausgesendet, wodurch die elektrische Leistung der Mikrowelle geliefert wird. Die ausgesendete Mikrowelle wird in den Vakuumbehälter 1 durch das dielektrische Rohr 10, das in den Vakuumbehälter 1 eingeführt ist, eingebracht.

Das dielektrische Rohr 10 arbeitet ebenfalls zum Trennen der Vakuumatmosphäre von der Atmosphäre bzw. Umgebung und zum Ein­ bringen der Mikrowelle in das Innere des Vakuumbehälters. Wei­ terhin kann, nachdem das Plasma in dem Vakuumbehälter 1 einmal erzeugt ist, eine Oberflächenwelle angeregt werden und entlang der Grenze zwischen dem dielektrischen Rohr 10 und dem Plasma übertragen werden und es ist möglich, die elektrische Leistung der Mikrowelle an ein Plasma derart anzulegen, daß sie eine Ab­ schneidedichte übersteigt und daß eine homogene Verteilung des Plasmas in dem Vakuumbehälter 1 erzielt wird.

In Fig. 2 weist die Vorrichtung Permanentmagnete 11 um den Va­ kuumbehälter 1 auf. Fig. 3 ist ein Viertel einer Querschnitts­ ansicht der in Fig. 2 gezeigten Plasmaerzeugungsvorrichtung, bei der die Anordnung der Permanentmagnete bezüglich des Vaku­ umbehälters und die Verteilung der magnetischen Feldstärke, die durch die Permanentmagnete erzeugt ist, gezeigt sind. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 13 ein Teil der Magnetlinien der durch die Permanentmagnete 11 erzeugte Kraft und bezeichnet das Bezugszeichen 14 ein Teil der Konturlinien der magnetischen Feldstärke, die durch die Permanentmagnete 11 erzeugt ist. Wei­ terhin sind die Stabantenne 9 und das dielektrische Rohr 10 zum Einbringen der elektrischen Leistung der Mikrowelle in den Va­ kuumbehälter 1 an der Mittelachse des Vakuumbehälters 1 ange­ ordnet. Es ist bevorzugt, eine magnetische Feldstärke von 10 G oder weniger an dem Teil des Einbringens der Mikrowelle (nämlich dort, wo an die Stabantenne 9 und das dielektrische Rohr 10 angeordnet sind) einzustellen.

Die an die Peripherie des Vakuumbehälters 1 angebrachten Perma­ nentmagneten 11 bilden ein sogenanntes magnetisches Feld mit mehreren Wendepunkten bzw. mit mehreren spitz zulaufenden Vor­ sprüngen (multi-cusp Magnetfeld) in der Nähe der Wand des Vaku­ umbehälters 1, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wobei die Permanent­ magneten 11 derart arbeiten, daß die Elektronen und Ionen in dem Plasma 8 in dem Vakuumbehälter 1 durch einen sogenannten magnetischen Spiegeleffekt eingeschlossen werden. Speziell ist es möglich, das magnetische Spiegelverhältnisse für Elektronen und Ionen, das in einem schwachen magnetischen Feldbereich an dem Mittelabschnitt des Vakuumbehälters erzeugt ist, zu erhö­ hen, und daher ist der magnetische Effekt des Einschließens der Elektronen und Ionen extrem groß. Durch diesen Effekt des ma­ gnetischen Feldes ist es möglich, den Verlust des Plasmas, der durch einen Rekombinationsprozeß an der Wandoberfläche des Va­ kuumbehälters 1 verursacht ist, zu unterdrücken und das Plasma 8 leicht zu erzeugen und aufrecht zu halten. Das magnetische Feld mit mehreren Wendepunkten, das in dem Vakuumbehälter 1 ge­ bildet ist, weist ebenfalls einen Effekt des Erzeugens eines homogeneren Plasmas 8 in dem Vakuumbehälter 1 auf.

Da in Fig. 2 die Stabantenne 9 und das dielektrische Rohr 10 zum Einbringen der elektrischen Leistung der Mikrowelle in den Vakuumbehälter 1 in einem Bereich in einem magnetischen Feld, dessen Stärke 10 G oder weniger beträgt, angeordnet sind, ist es möglich, das magnetische Spiegelverhältnis bezüglich gelade­ ner Teilchen, wie z. B. Elektronen und Ionen, die durch die elektrische Leistung der Oberflächenwelle, die angeregt ist und an der Grenze zwischen dem dielektrischen Rohr 10 und dem Plas­ ma 8 übertragen wird, erzeugt sind, auf ungefähr 100 einzustel­ len, wodurch der magnetische Effekt des Einschließens der gela­ denen Teilchen sehr groß ist. Durch die Kombination der Erzeu­ gung des Plasmas durch die Anregung der Oberflächenwelle in dem Bereich des niedrigen magnetische Feldes und des Einschließens des Plasmas durch das magnetische Feld mit mehreren Wendepunk­ ten ist es möglich, das Plasma 8 mit hoher Dichte, die die Ab­ schneidedichte effektiv übersteigt, sogar unter einem niedrigen Gasdruck von beispielsweise der Größenordnung von 13,33 mPa (10^-4 Torr), zu erzeugen.

Obwohl in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sowohl die Stabantenne 9 als auch das dielektrische Rohr 10 zum Einbringen der Mikrowelle in der Mittelachse des Vakuumbehälters 1 ange­ ordnet sind und die magnetische Feldstärke in diesem Teil des Einbringens der Mikrowelle 10 G oder weniger beträgt, ist es nicht immer notwendig, die Stabantenne 9 und das dielektrische Rohr entlang der Mittelachse des Vakuumbehälters 1 anzuordnen. Weiterhin ist fast der gleiche Effekt erzielbar, wenn die Mikrowelle in dem Bereich eines schwachen magnetische Feldes von 100 G oder weniger eingebracht wird.

Es ist möglich, einen Elektronenzyklotronresonanzbereich 12 in der Nähe der inneren Oberfläche des Vakuumbehälters 1 durch ge­ eignetes Auswählen der magnetische Feldstärke der Permanentma­ gneten 11, die in Fig. 2 gezeigt sind, zu bilden. In der Nähe des Elektronenzyklotronresonanzbereiches stimmen die Frequenz der Mikrowelle und die Zyklotronfrequenz der Elektronen über­ ein, wodurch das Phänomen der Elektronenzyklotronresonanz auf­ tritt, durch das die Elektronen durch Resonanz durch das oszil­ lierende elektrische Feld der Mikrowelle beschleunigt werden. Somit tritt das Abgeben durch Elektronenzyklotronresonanz leicht auf, sogar unter einem niedrigen Gasdruck von 13,33 mPa (10^-4 Torr) oder weniger, und das Plasma 8 wird in dem Vakuumbe­ hälter 1 erzeugt.

Wenn die elektrische Leistung der eingeführten Mikrowelle ge­ ring ist und die Elektronendichte in dem Plasma 8 geringer ist als die sogenannte Abschneidedichte der Mikrowelle (beispiels­ weise ungefähr 7×10¹⁰cm^-3 in einem Fall einer Mikrowelle mit ei­ ner Frequenz von 2,45 GHz) nachdem das Plasma 8 erzeugt ist, wird die durch das dielektrische Rohr in den Vakuumbehälter 1 eingebrachte Mikrowelle durch das Plasma 8 übertragen und er­ reicht den Elektronenzyklotronresonanzbereich 12. Somit arbei­ ten die Resonanzelektronen, die Energie von der Elektronenzy­ klotronresonanz erhalten haben, derart, daß neutrale Gasteil­ chen in der Form eines Atoms oder in der Form eines Moleküls angeregt, dissoziiert und ionisiert werden, wodurch die Erzeu­ gung des Plasmas 8 aufrechterhalten wird.

Wenn hingegen die elektrische Leistung der eingeführten Mikro­ welle groß ist und die Elektronendichte in dem Plasma 8 höher ist als die Abschneidedichte, kann die Mikrowelle als eine Oberflächenwelle vorhanden sein, die nur entlang der Grenze zwischen dem dielektrischen Rohr 10 und dem Plasma 8 übertragen wird bzw. sich ausbreitet, da die durch das dielektrische Rohr 10 in den Vakuumbehälter 1 eingebrachte Mikrowelle nicht durch das Plasma 8 hindurchgehen kann. Die angeregte Oberflächenwelle wird entlang der Grenze übertragen, ohne Reflexion, und die Energie der Oberflächenwelle wird durch das Plasma 8 während der Übertragung absorbiert, sogar in einem Fall eines Plasmas hoher Dichte mit einer Elektronendichte, die die Abschneide­ dichte übersteigt. Folglich werden die Elektronen in der Nähe des Oberflächenbereiches des dielektrischen Rohres 10 in dem Plasma 8 durch das oszillierende elektrische Feld der Oberflä­ chenwelle beschleunigt, sind in einem Hochenergie-Zustand und regen die neutralen Gasteilchen in der Form eines Atoms oder in der Form eines Moleküls an, dissoziieren und ionisieren sie, wodurch die Erzeugung des Plasmas 8 erhalten wird.

Andererseits wird als das magnetische Feld mit mehreren Wende­ punkten bzw. als magnetisches Feld, bei dem die Magnetfeldlini­ en derart zusammenlaufen, daß sie Spitzen bzw. spitz zulaufende Vorsprünge bilden, ein Magnetfeld, bei dem die Spitzen Linien oder Geraden bilden (line-cusp Magnetfeld), wie in Fig. 3 ge­ zeigt ist (die Linien verlaufen senkrecht zur Bildebene), durch die Permanentmagnete 11 erzeugt. Es ist jedoch jede Verteilung der magnetischen Feldstärke anwendbar, die den Bereich eines schwachen magnetischen Feldes in dem Mittelabschnitt des Vaku­ umbehälters 1, in den die Mikrowelle eingebracht wird, bilden kann und die ebenfalls den Bereich des starken magnetischen Feldes in der Nähe der Wandoberfläche des Vakuumbehälters 1 bilden kann, wie z. B. ein magnetisches Feld, bei dem die Spit­ zen Ringe bzw. geschlossene Ringe bilden (ring-cusp Magnet­ feld), oder ein Hybridmagnetfeld, das eine Kombination des li­ ne-cusp Magnetfeldes und des ring-cusp Magnetfeldes ist.

In dem Vakuumbehälter 1 wird neben dem magnetische Feld mit mehreren Wendepunkten, das durch die in Fig. 3 gezeigten Per­ manentmagnete 11 erzeugt ist, der Elektronenzyklotronresonanz­ bereich 12 ebenfalls erzeugt. Wenn jedoch der Elektronenzyklo­ tronresonanzbereich 12 nicht vorhanden ist, ist die Zündbarkeit und Erzeugbarkeit des Plasmas 8 etwas schlechter. Im Vergleich mit der herkömmlichen Plasmaerzeugungsvorrichtung, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist jedoch eine deutliche Homogenisierung der Verteilung des Plasmas in dem Vakuumbehälter 1 ersichtlich.

Weiterhin ist in der Ausführungsform nur das magnetische Feld mit mehreren Wendepunkten in dem Vakuumbehälter 1 durch die Permanentmagnete 11 erzeugt, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Komponente in der Achsenrichtung des Vakuumbehälters 1 eines magnetischen Feldes, das durch eine elektromagnetische Spule 17 oder ähnliches erzeugt ist, die ein magnetisches Feld durch ei­ ne Stromversorgung 18 der Spule erzeugt, kann überlagert wer­ den, wie in Fig. 4 gezeigt ist. In diesem Fall ist ein soge­ nanntes divergentes magnetisches Feld gleichzeitig erzeugt, wo­ durch das erzeugte Plasma 8 zu dem Substrat 7 verschoben wird. Eine solche Verschiebebewegung des Plasmas 8 ist effektiv zum Fortführen einer Oberflächenbehandlung, wie z. B. einem Ätzen, bei dem das Auftreffen von Ionen des Plasmas 8 auf das Substrat 7 beabsichtigt durchgeführt wird.

In den Fig. 1 und 2 wird die Stabantenne 9 zum Abstrahlen der Mikrowelle zu dem dielektrischen Rohr 10 verwendet. Man ist jedoch nicht auf die Stabantenne beschränkt, und jede Antenne mit einer Struktur zum Abstrahlen einer Mikrowelle, wie z. B. eine Spiralantenne, eine Wendelantenne, eine Lisitano-Spule und eine Schleifenantenne, ist anwendbar. Wenn ein Schlitz 6 ver­ wendet wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann die Mikrowelle leicht abgestrahlt werden.

Obwohl in der obigen Ausführungsform das dielektrische Rohr 10 verwendet wird, kann ein dielektrischer Stab 16, der aus einem stabförmigen bzw. -ähnlichen dielektrischen Teil gebildet ist, verwendet werden, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist.

Claims (9)

1. Plasmaerzeugungsvorrichtung mit
einem Wellenleiter (5) zum Führen einer Mikrowelle,
einem mit dem Wellenleiter (5) verbundenen Vakuumbehälter (1), der eine Einrichtung zum Zuführen eines Gases zum Abgeben von Elektronen und eine Einrichtung zum Evakuieren aufweist,
und einem dielektrischen Teil (10) in einer rohrähnlichen oder stabähnlichen Form, das in den Vakuumbehälter (1) eingeführt ist,
wobei das dielektrische Teil (10) mit einer Einrichtung (9) zum Aussenden einer Mikrowelle vorgesehen ist.

2. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Einrichtung (11) zum Erzeugen eines magnetische Feldes an dem äußeren Abschnitt des Vakuumbehälters (1) vorgesehen ist.

3. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Einrichtung (11) zum Aussenden der Mikrowelle ein Schlitz (6) oder eine Antenne (9) ist, die in einer Wand des Wellenlei­ ters (5) vorgesehen ist.

4. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das dielektrische Teil (10) ein dielektrisches Material, wie z. B. Quarz, Hartglas, Teflon, Keramik, oder eine Kombination der dielektrischen Materialien ist, durch das eine Mikrowelle hindurchgehen kann.

5. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der das dielektrische Teil (10) in einem schwachen magnetischen Feldbereich mit einer magnetischen Feldstärke von 100 G oder weniger angeordnet ist.

6. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Einrichtung (9) zum Aussenden einer Mikrowelle in einem schwachen magnetischen Feldbereich mit einer magnetischen Feld­ stärke von 100 G oder weniger angeordnet ist.

7. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der in dem Vakuumbehälter (1) eine magnetische Feldstärke erzeugt ist, die ausreichend zum Verursachen einer Elektronenzyklotron­ resonanz ist, und ein Abgeben unter Verwendung der Elektronen­ zyklotronresonanz begonnen ist.

8. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Einrichtung (11) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes ein Permanentmagnet ist.

9. Plasmaerzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der eine elektromagnetische Spule (17) zum Erzeugen einer zu der Magnetfeldkomponente der Einrichtung (11) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes zu überlagernden Magnetfeldkomponente an der Außenseite des Vakuumbehälters (1) vorgesehen ist.