JP2002217186A

JP2002217186A - プラズマ処理装置及びそのためのプラズマ発生源

Info

Publication number: JP2002217186A
Application number: JP2001007440A
Authority: JP
Inventors: Koji Watabe; 宏治渡部; Toru Tatsumi; 徹辰巳; Osamu Ariyada; 修有屋田; Susumu Sato; 佐藤　　進
Original assignee: NEC Corp; ARIOS Inc
Current assignee: NEC Corp; ARIOS Inc
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-08-02

Abstract

(57)【要約】【課題】金属に起因する不純物汚染を確実に防止でき
ると共に、高真空度を得ることのできるプラズマ処理装
置を提供する。【解決手段】第１の開口６０ａを有してウエハー５が
置かれる石英ドーム６０を、第１の開口に対応する位置
に第２の開口７０ａを有する真空チャンバ７０内に収容
し、第２の開口にプラズマ発生源１を設けることにより
第１の開口を通して石英ドーム内にプラズマが導入され
るようにする。プラズマ発生源は、一端を閉じた石英に
よる筒状体１０を少なくとも１本有し、該筒状体の開口
部を真空チャンバのフランジ７１に段つなぎシール部２
０により接合し、その接合部がプラズマにさらされない
構造を有する。特に、プラズマ発生源は、筒状体の他端
の開口部側に段つなぎシール部により接合された金属製
のフランジ３０を含み、該フランジがフランジ７１に取
り付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理基板にエッ
チングや成膜等の各種処理を施すのに適したプラズマ処
理装置及びそれに使用されるプラズマ発生源に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｓｉのプロセスにおいて酸化膜を形成す
る方法としては、Ｓｉ基板を酸素雰囲気中で加熱し熱酸
化する方法が一般的である。熱酸化法以外の方法として
は、酸素ラジカルによる酸化が提案されている。ラジカ
ル生成は、一般的にプラズマにより分子構造を破壊する
ことにより行われる。

【０００３】プラズマを利用したプラズマ処理装置には
様々なタイプのものがあり、その一例としてＥＣＲプラ
ズマＣＶＤ装置について図１１を参照して説明する。本
装置は、マイクロ波を導入するための矩形導波管１０
１、ＥＣＲプラズマを形成するための空洞共振器１０
２、被処理基板１０３を収容し、この被処理基板１０３
に成膜させるためのプラズマ反応室１０４を有する。空
洞共振器１０２の周囲には、ＥＣＲ条件を満たすための
磁石コイル１０５が配置されている。

【０００４】本装置では、被処理基板１０３としてＳｉ
基板を配置し、空洞共振器１０２内にＯ₂ガスを、プラ
ズマ反応室１０４内にはＳｉＨ₄ガスをそれぞれ導入す
るとプラズマが生成され、プラズマ引き出し窓１０６か
ら流出したプラズマ流がＳｉ基板側に至り、ＳｉＯ₂膜
が形成される。このような装置は、『超ＬＳＩプロセス
データハンドブック』、ｐ２９４、２９５、（１９９０
年３月３１日、株式会社サイエンスフォーラム発行）に
開示されている。

【０００５】ところで、最近では、極薄酸化膜の実現に
向けて制御性の良い、酸素ラジカルによるプロセスが要
求されている。これを実現するためには、被処理基板に
対して極めて高純度の不純物の少ない酸素ラジカルを供
給することが重要となる。

【０００６】しかしながら、図１１に示したような装置
では、空洞共振器１０２の内壁、プラズマ反応室１０４
の内壁が金属であると、プラズマが接した場合に、プラ
ズマのエッチング作用により削られて飛散し、不純物と
なってしまう問題点がある。

【０００７】このような問題点を解消するための技術も
提案されており、その幾つかの例を説明する。例えば、
特開平８−２５５７８３（以下、第１の例と呼ぶ）に
は、プラズマ発生装置と、減圧可能なプラズマ処理室
と、このプラズマ処理室に処理ガスを供給するためのガ
ス供給装置とを含むプラズマ処理装置が開示されてい
る。この処理装置では、プラズマ処理室を、減圧に耐え
得る外筒とその内側に隙間を介して配置された内筒とで
構成し、特に、内筒を、重金属を含まない非磁性金属材
料、セラミックス、カーボン、シリコン、石英等の材料
で構成している。これにより、プラズマ処理室において
プラズマと接する部分を極力減らし不純物の発生を減ら
すようにしている。

【０００８】一方、特開平７−１３０７１８（以下、第
２の例と呼ぶ）には半導体製造装置が開示され、底部側
を開口とした反応容器、この反応容器の底部開口を塞ぐ
蓋、反応容器内に配置された基板を加熱する加熱手段を
覆う保護台座、反応容器内に処理ガスを送出するガス送
出部、このガス送出部より流入した処理ガスを基板表面
に均一に吹き付けるガス噴出部、反応容器内の残留ガス
を排気するガス排気部をいずれも石英により形成するこ
とにより、基板が金属の不純物により汚染されることを
防止するようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
第１の例では、プラズマ処理室を構成している壁部材や
プラズマの接する部分がすべて重金属を含まない材料で
形成されているわけではないので、金属による不純物の
混入を完全に無くすことはできない。また、プラズマ処
理室を構成している外筒と、他の部材、例えばプラズマ
処理室の上部側に設けられたマイクロ波供給用の窓との
間の接合部分をＯ−リングでシールすることで気密を維
持するようにしており、Ｏ−リングによるシールでは高
真空度を得ることができない。

【００１０】一方、上記の第２の例では、金属による不
純物の混入を防止することはできるが、この例でも、反
応容器の底部と蓋との間のシールをＯ−リングで実現し
ており、第１の例と同様、高真空度を得ることができな
い。

【００１１】なお、ガラス容器と金属部材とを段つなぎ
シール法で接合することでＯ−リングを使用せずに気密
シールを実現する方法が知られており、例えば真空容器
の観察窓のような箇所に適用されている。しかし、この
方法で得られるガラス容器の直径は７０ｍｍ程度までで
あり、上記の第２の例におけるような反応容器には適用
が不可能であり、Ｏ−リングを使用せざるを得ないとい
うのが実情である。

【００１２】いずれにしても、高純度のプロセスを実現
するためには、高い真空度を実現することが不可欠であ
り、上記の第１、第２のいずれの例も、これを満足する
ことはできない。

【００１３】そこで、本発明の課題は、金属に起因する
不純物汚染を確実に防止できると共に、高真空度を得る
ことのできるプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１４】本発明の他の課題は、大面積の処理が可能
なプラズマ処理装置を提供することにある。

【００１５】本発明の更に他の課題は、成膜処理の場合
において膜厚の面内均一性を向上させることのできるプ
ラズマ処理装置を提供することにある。

【００１６】本発明のより他の課題は、上記のプラズマ
処理装置に適したプラズマラジカル源を提供することに
ある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、一端を
閉じたセラミック材料による筒状体と、該筒状体の他端
の開口部側に気密シール部により接合された金属製のフ
ランジとを含むことを特徴とするプラズマ発生源が提供
される。

【００１８】前記気密シール部は段つなぎシール部であ
り、前記筒状体は石英、アルミナ、サファイアのいずれ
かの材料から成る。

【００１９】本発明の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体が、その外周側において前記開口部から
前記一端側に向けて折り返した折り返し部を有し、該折
り返し部の先端部に筒状の前記段つなぎシール部により
前記フランジが接合される。

【００２０】上記の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体の外周側であって前記一端と前記フラン
ジとの間にはマイクロ波導入用の導波管とマグネットが
組み合わされる。

【００２１】上記の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体の外周側であって前記一端と前記フラン
ジとの間には高周波用のＲＦコイルとマグネットのうち
少なくともＲＦコイルが組み合わされても良い。

【００２２】上記の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体が石英で作られている場合、該筒状体の
外周側には更に、スパークにより前記筒状体内で放電を
スタートさせるための放電スタータが組み合わされる。

【００２３】上記の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体の外周側に更に、該筒状体内のプラズマ
光を検出するための検出器が組み合わされ、該検出器の
出力に基づいて前記放電スタータを制御するための制御
手段を備える。

【００２４】上記の第１の態様によるプラズマ発生源
は、前記折り返し部が、その内径側に内径が徐々に大き
くなるような傾斜部を持つようにしても良い。

【００２５】本発明の第２の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体の前記開口部と前記フランジとが前記一
端と反対方向に延びる前記段つなぎシール部により接合
されている。

【００２６】上記の第２の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体内にマイクロ波供給用のアンテナとマグ
ネットの組み合わせ体が挿入される。

【００２７】上記の第２の態様によるプラズマ発生源で
は、前記筒状体内に高周波用のＲＦコイルとマグネット
のうち少なくともＲＦコイルが挿入されても良い。

【００２８】上記の第２の態様によるプラズマ発生源で
は、前記筒状体が石英で作られている場合、該筒状体内
には更に、スパークにより前記筒状体外で放電をスター
トさせるための放電スタータが挿入される。

【００２９】上記の第２の態様によるプラズマ発生源で
は、前記筒状体内に更に、該筒状体外のプラズマ光を検
出するための検出器が挿入され、該検出器の出力に基づ
いて前記放電スタータを制御するための制御手段を備え
る。

【００３０】本発明の第３の態様によるプラズマ発生源
は、前記筒状体が、その外周側において前記開口部から
前記一端側に向けて折り返した折り返し部を有し、該折
り返し部の先端部に前記一端を越えて前記筒状体と同心
状に延びる筒状の前記段つなぎシール部が接合され、該
段つなぎシール部はその外周側において前記開口部に向
けて折り返された筒状の金属部材を介して前記フランジ
が接合される。

【００３１】上記の第３の態様によるプラズマ発生源
は、前記折り返し部が、その内径側に内径が徐々に大き
くなるような傾斜部を持つようにしても良い。

【００３２】上記の第３の態様によるプラズマ発生源
は、前記段つなぎシール部内にマイクロ波導入用のアン
テナあるいはＲＦコイルが挿入され、前記アンテナが挿
入される場合には前記筒状の金属部材の周囲にマグネッ
トが配置される。

【００３３】上記の第３の態様によるプラズマ発生源で
は、前記筒状体が石英で作られている場合、前記段つな
ぎシール部内に更に、スパークにより前記筒状体におけ
る前記一端部と前記開口部との間の空間で放電をスター
トさせるための放電スタータが挿入される。

【００３４】上記の第３の態様によるプラズマ発生源で
は、前記段つなぎシール部内に更に、前記一端部と前記
開口部との間の空間のプラズマ光を検出するための検出
器が挿入され、該検出器の出力に基づいて前記放電スタ
ータを制御するための制御手段を備える。

【００３５】本発明によればまた、第１の開口を有して
被処理基板が置かれるプラズマ室をすべてセラミック材
料で構成し、前記第１の開口に対応する位置に第２の開
口を有する真空容器内に前記プラズマ室を収容し、前記
第２の開口にプラズマ発生源を設けることにより前記第
１の開口を通して前記プラズマ室内にプラズマが導入さ
れるようにし、前記プラズマ発生源は、一端を閉じたセ
ラミック材料による筒状体を少なくとも１本有し、該筒
状体の開口部を前記真空容器を構成する金属部材に気密
シール部により接合し、その接合部がプラズマにさらさ
れない構造を有することを特徴とするプラズマ処理装置
が提供される。

【００３６】前記プラズマ室は、石英、アルミナ、サフ
ァイア、カーボン、内壁側にＳｉＣをコートした材料の
いずれかで構成される。

【００３７】前記気密シール部は段つなぎシール部であ
り、前記プラズマ発生源は更に、前記筒状体の他端の開
口部側に前記段つなぎシール部により接合された金属製
のフランジを含み、該フランジが前記第２の開口に取り
付けられる。

【００３８】前記筒状体は、石英、アルミナ、サファイ
アのいずれかの材料から成る。

【００３９】本発明の第１の態様によるプラズマ処理装
置は、前記筒状体が、その外周側において前記開口部か
ら前記一端側に向けて折り返した折り返し部を有し、該
折り返し部は前記第２の開口よりわずかに小さい外径を
有し、該折り返し部の先端部に筒状の前記段つなぎシー
ル部により前記フランジが接合されており、前記筒状体
の前記開口部を前記プラズマ室内に向け、かつ前記一端
側を前記真空容器外に露出させた状態で前記フランジに
より前記第２の開口が塞がれる。

【００４０】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
は、前記真空容器から露出している前記筒状体の外周側
にマイクロ波供給用の導波管とマグネットが組み合わさ
れる。

【００４１】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
は、前記真空容器から露出している前記筒状体の外周側
に高周波用のＲＦコイルとマグネットのうち少なくとも
ＲＦコイルが組み合わされても良い。

【００４２】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体が石英で作られている場合、該筒状体の
外周側に更に、スパークにより前記筒状体内で放電をス
タートさせるための放電スタータが組み合わされる。

【００４３】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体の外周側に更に、該筒状体内のプラズマ
光を検出するための検出器が組み合わされ、該検出器の
出力に基づいて前記放電スタータを制御するための制御
手段を備える。

【００４４】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
では、前記折り返し部が、その内径側に内径が徐々に大
きくなるような傾斜部を持つようにしても良い。

【００４５】上記の第１の態様によるプラズマ処理装置
は、前記真空容器における金属部分を見込まない所定部
位にプラズマが生成されるように、高周波用の投入電力
やマグネットの配置位置が設定される。

【００４６】本発明の第２の態様によるプラズマ処理装
置は、前記筒状体の前記開口部と前記フランジとが前記
一端と反対方向に延びる前記段つなぎシール部により接
合され、前記筒状体の前記一端側を前記第１の開口を通
して前記真空容器内に突き入れた状態にて前記フランジ
を前記第２の開口に取り付けていることにより、前記筒
状体内を大気側に開放している。

【００４７】上記の第２の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体内にマイクロ波供給用のアンテナとマグ
ネットの組み合わせ体が挿入される。

【００４８】上記の第２の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体内に高周波用のＲＦコイルとマグネット
のうち少なくともＲＦコイルが挿入されても良い。

【００４９】上記の第２の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体が石英で作られている場合、該筒状体内
には更に、スパークにより前記筒状体外で放電をスター
トさせるための放電スタータが挿入される。

【００５０】上記の第２の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体内に更に、該筒状体外のプラズマ光を検
出するための検出器が挿入され、該検出器の出力に基づ
いて前記放電スタータを制御するための制御手段を備え
る。

【００５１】上記の第２の態様によるプラズマ処理装置
は更に、該筒状体を気体で冷却する手段、例えば筒状体
内の空気を吸引することで空気を循環させることにより
冷却を行う空冷手段を備えても良い。

【００５２】本発明の第３の態様によるプラズマ処理装
置は、前記筒状体が、その外周側において前記開口部か
ら前記一端側に向けて折り返した折り返し部を有し、該
折り返し部の先端部に前記一端を越えて前記筒状体と同
心状に延びる筒状の前記段つなぎシール部が接合され、
該段つなぎシール部はその外周側において前記開口部に
向けて折り返された筒状の金属部材を介して前記フラン
ジが接合され、前記筒状の金属部材が前記真空容器外に
露出した状態にて前記フランジが前記第２の開口に取り
付けられて該第２の開口が塞がれる。

【００５３】上記の第３の態様によるプラズマ処理装置
は、前記折り返し部が、その内径側に内径が徐々に大き
くなるような傾斜部を持つようにしても良い。

【００５４】上記の第３の態様によるプラズマ処理装置
は、前記段つなぎシール部内にマイクロ波導入用のアン
テナあるいはＲＦコイルが挿入され、前記アンテナが挿
入される場合には前記筒状の金属部材の周囲にマグネッ
トが配置される。

【００５５】上記の第３の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体が石英で作られている場合、前記段つな
ぎシール部内には更に、スパークにより前記筒状体にお
ける前記一端部と前記開口部との間の空間で放電をスタ
ートさせるための放電スタータが挿入される。

【００５６】上記の第３の態様によるプラズマ処理装置
は、前記段つなぎシール部内に更に、前記一端部と前記
開口部との間の空間のプラズマ光を検出するための検出
器が挿入され、該検出器の出力に基づいて前記放電スタ
ータを制御するための制御手段を備える。

【００５７】上記の第３の態様によるプラズマ処理装置
は更に、前記筒状体を気体で冷却する手段、例えば筒状
体内の空気を吸引することで空気を循環させることによ
り冷却を行う空冷手段を備えても良い。

【００５８】本発明の第４の態様によるプラズマ処理装
置は、開口を有する真空容器を備え、プラズマ発生源と
して一端を閉じたセラミック材料による筒状体を少なく
とも１本有し、該筒状体を、前記一端側を前記真空容器
内に突き入れた状態で前記開口に取り付け、前記筒状体
内にはマイクロ波導入用のアンテナとマグネットあるい
はＲＦコイルとマグネットのうち少なくともＲＦコイル
が挿入されることを特徴とする。

【００５９】上記の第４の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体が、石英、アルミナ、サファイアのいず
れかの材料から成る。

【００６０】上記の第４の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体が石英で作られている場合、該筒状体内
には更に、スパークにより前記筒状体外で放電をスター
トさせるための放電スタータが挿入される。

【００６１】上記の第４の態様によるプラズマ処理装置
は、前記筒状体内に更に、該筒状体外のプラズマ光を検
出するための検出器が挿入され、該検出器の出力に基づ
いて前記放電スタータを制御するための制御手段を備え
る。

【００６２】上記の第４の態様によるプラズマ処理装置
は更に、該筒状体を気体で冷却する手段、例えば筒状体
内の空気を吸引することで空気を循環させることにより
冷却を行う空冷手段を備えても良い。

【００６３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明によるプ
ラズマ発生源の基本要素の第１の実施の形態について説
明する。本形態によるプラズマ発生源１は、一端を閉じ
た筒状体１０と、筒状体１０の他端の開口部側に筒状の
段つなぎシール部２０により接合された金属製のフラン
ジ３０とを含む。筒状体１０はセラミック材料（以下の
説明では、ガラスをも含むものとする）、例えば石英、
アルミナ、サファイア等の材料から成り、以下では石英
で構成される場合について説明する。

【００６４】筒状体１０は、その外周側において開口部
から一端側に向けて折り返した折り返し部１１を有し、
折り返し部１１の先端部に段つなぎシール部２０により
筒状体１０の外径より大きな内径を持つフランジ３０が
接合されている。フランジ３０は、ここではステンレス
で作られ、同じ内径を持つ筒状部３１を有する。

【００６５】ここで、段つなぎシール法について簡単に
説明する。ガラスを金属に封着する場合、コバールガラ
スとコバール金属を用いる方法が一般的である。石英
は、コバールガラスに比べて熱膨張係数が小さく、直接
接合することはできない。熱膨張係数の異なるガラス同
士を接合する場合、その熱膨張係数が１０％以下の違い
であればうまく接合できると言われている。よって、接
合部において１０％以下の熱膨張係数になるよう数種類
のガラス（中間ガラス）を順番に接合する方法により石
英とコバールガラスとを接合できる。このような接合方
法は段つなぎシール法と呼ばれている。

【００６６】上記の理由により、段つなぎシール部２０
は、中間ガラス部２１とコバールガラス部２２及びフラ
ンジ２３−１を有する筒状のコバール金属部２３とから
成る。前述のように、中間ガラス部２１は、コバールを
含む複数段の接合部を有し、これらの接合部におけるコ
バールの含有量を、開口部から離れるにつれて徐々に増
やしてゆき、最終段をコバールガラス部２２としてい
る。更に、このコバールガラス２２においてコバール金
属部２３の筒状の端部を封着するようにして接合し、コ
バール金属部２３のフランジ部２３−１をフランジ３０
の筒状部３１の先端に溶接することで、石英ガラスによ
る筒状体１０と金属製のフランジ３０とを気密シール構
造で接合できるようにしている。

【００６７】このような気密シール構造にするのは、後
で説明されるように、筒状体１０は、その開口部を真空
チャンバ内に向けた状態でフランジ３０が真空チャンバ
の開口に設けられたフランジに取り付けられるからであ
る。言い換えれば、筒状体１０は、真空チャンバの外に
露出するように真空チャンバに取り付けられるので、筒
状体１０とフランジ３０との間をシールする必要がある
からである。そして、このような段つなぎシール部によ
れば、従来のＯ−リングを使用したシールに比べてはる
かに高真空状態を維持することができる。

【００６８】なお、フランジ３０は、真空チャンバのフ
ランジにボルト締め等により取り外し可能に固定される
が、フランジ３０と真空チャンバのフランジとの間のシ
ールは、ＩＣＳ規格によるものが使用することで、高真
空状態を十分に維持することができる。これは、後述さ
れるいずれの実施の形態でも同様である。

【００６９】なお、コバール金属部２３は、段シール部
２０を大きな径にする場合に適しているが、これは他の
金属で代用されても良い。勿論、この場合には、中間ガ
ラス部２１に含まれる金属も同じ金属とされる。

【００７０】図２は、図１に示したプラズマ発生源の放
電をマイクロ波で行う場合の形態を示す。筒状体１０の
外周側であって閉じられている一端側とフランジ３０と
の間には、マイクロ波供給用の導波管４１とリング状の
マグネット４２が組み合わされる。本プラズマ発生源に
おいては、筒状体１０内にプラズマ生成に必要なガスが
供給され、所定の周波数、例えば２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波を導入することで、従来と同様の原理で筒状体１
０内に破線で示すようなプラズマが生成される。

【００７１】図３は、図１に示したプラズマ発生源の放
電をＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）波で行う
場合の形態を示し、筒状体１０の外周側であって閉じら
れている一端側とフランジ３０との間にＲＦコイル４５
が組み合わされる。なお、ＲＦコイルを使用する場合、
必要に応じて、マイクロ波の場合と同様にマグネットが
組み合わされる場合もあり、これは以下で説明されるす
べての実施の形態にも当てはまる。プラズマの生成原理
は、図２の場合と同じである。

【００７２】図４は、図２のプラズマ発生源に適用され
る放電スタータについて説明するための図である。筒状
体１０の外周側に、スパークにより筒状体１０内で放電
をスタートさせるための放電スタータ５０が組み合わさ
れる。放電スタータ５０は、例えば１５ｋＶ程度の高圧
パルスを発生できる高圧パルス発生器５１と、一方を高
圧パルス発生器５１に接続し、他方をアースした２枚の
電極による放電電極５２とを有し、２枚の電極間に発生
させた放電スパークを、筒状体１０を通して筒状体１０
内に入射させる。これは、筒状体１０が石英ガラス製で
あることにより実現可能となる。このような放電スター
タ５０によれば、筒状体１０内に電極を設置することな
く放電をスタートさせることができる。

【００７３】図５は、図４の放電スタータによる放電を
自動化した例を示す。筒状体１０の外周側に更に、筒状
体１０内のプラズマ光の有無を検出するための光検出器
５３が組み合わされている。コントローラ５４は、光検
出器５３の出力に基づいて高圧パルス発生器５１を制御
する。すなわち、コントローラ５４は、スイッチ等によ
り動作オンの状態にされると、光検出器５３からの出力
がプラズマ光無しを示している場合、高圧パルス発生器
５１を起動して高圧パルスを発生させる。そして、プラ
ズマ光が検出されると、高圧パルス発生器５１の動作を
オフとする。勿論、プラズマ生成中はコントローラ５４
は動作状態におかれる。そして、プラズマ生成中に何ら
かの原因でプラズマが消失してしまった場合にはそれが
光検出器５３で検出されるので、コントローラ５４は高
圧パルス発生器５１を起動させて放電を再スタートさせ
る。

【００７４】なお、いずれの形態においても、筒状体１
０として石英以外の材料、例えばアルミナのような不透
明の絶縁材料を用いた場合には、図４、図５で説明した
ような放電スタータ、光検出器とは別の装置が組み合わ
される。

【００７５】図６を参照して、本発明によるプラズマ発
生源の基本要素の第２の実施の形態について説明する。
本形態によるプラズマ発生源は、一端を閉じたセラミッ
ク材料による筒状体１０の開口部と金属製のフランジ３
０とが、閉じられている一端側と反対方向に延びる筒状
の段つなぎシール部２０により接合されて成る。段つな
ぎシール部２０は、筒状体１０と同じ内径を持つ。図１
で説明したように、フランジ３０はステンレスで作ら
れ、筒状体１０は石英、アルミナ、サファイアのいずれ
かの材料から成る。以下では、石英で構成される場合に
ついて説明する。

【００７６】段つなぎシール部２０は、中間ガラス部２
１とコバールガラス部２２及びフランジ２３−１を有す
る筒状のコバール金属部２３とから成る。前に述べたよ
うに、中間ガラス部２１は、コバールを含む複数段の接
合部を有し、これらの接合部におけるコバールの含有量
を、開口部から離れるにつれて徐々に増やしてゆき、最
終段をコバールガラス部２２としている。更に、このコ
バールガラス２２においてコバール金属部２３の筒状の
端部を封着するようにして接合し、コバール金属部２３
のフランジ部２３−１をフランジ３０の下面側の開口周
縁部に溶接することで、石英ガラスによる筒状体１０と
金属製のフランジ３０とを気密シール構造で接合できる
ようにしている。

【００７７】このような気密シール構造にするのも、後
で説明されるように、筒状体１０は、その閉じた一端側
を真空チャンバ内に突き入れた状態でフランジ３０を真
空チャンバの開口に取り付け、筒状体１０の内部を大気
に開放するからである。そして、筒状体１０内には、マ
イクロ波供給用のアンテナとマグネットの組み合わせ体
が挿入される。勿論、マイクロ波に代えてＲＦコイルに
よりＲＦ波が供給されても良い。

【００７８】このような段つなぎシール部によれば、図
１の例と同様、従来のＯ−リングを使用したシールに比
べてはるかに高真空状態を維持することができる。前述
のように、コバール金属部２３は他の金属で作られても
良く、この場合、中間ガラス部２１に含まれる金属も同
じ金属とされる。

【００７９】本形態では、筒状体１０の外にプラズマ生
成に必要なガスが供給され、アンテナから所定の周波
数、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入すること
で、筒状体１０の一端部の周囲にプラズマが生成され
る。

【００８０】なお、本形態の場合も、少なくとも図４で
説明したような放電スタータが組み合わされるが、放電
スタータのうち、放電電極５２がマイクロ波供給用のア
ンテナやマグネットと共に、筒状体１０内に挿入され
る。更に、図５で説明したような光検出器、コントロー
ラを組み合わせる場合には、光検出器を筒状体１０内に
挿入する。放電スタータ、コントローラの動作は、図
４、図５で説明した動作と同じである。

【００８１】次に、図７を参照して、本発明によるプラ
ズマ処理装置の第１の実施の形態について、その基本構
成を説明する。本形態においては、プラズマ発生源とし
て図１で説明したものを用いている。

【００８２】本プラズマ処理装置は、プラズマ室として
機能する石英ドーム６０と、これを収容している金属製
の真空チャンバ（真空容器）７０、及びプラズマ発生源
１とを有する。石英ドーム６０は、その上部に第１の開
口６０ａを規定する筒状部６１を有する。石英ドーム６
０はまた、その内部に被処理基板としてのウエハー５を
載置するための棚６２を有する。棚６２も石英で作ら
れ、その下部側空間と上部側空間とを仕切ることができ
るような板部材で作られていることが望ましい。

【００８３】真空チャンバ７０は、その上部に、第１の
開口６０ａに対応する位置に第２の開口７０ａを持つフ
ランジ７１を有する。開口７０ａの直径は、開口６０ａ
の直径及び筒状体１０の折り返し部の外径よりやや大き
く、フランジ３０の内径とほぼ同じ大きさを持つように
作られている。石英ドーム６０は、その開口６０ａが真
空チャンバ７０の開口７０ａと同心状でかつ開口６０ａ
の外縁部が開口７０ａの内縁部にほぼ接する状態にして
真空チャンバ７０内に収容されている。

【００８４】プラズマ発生源１は、筒状体１０の開口部
を石英ドーム６０内に向けてフランジ３０をフランジ７
１にボルト締め等により固定することにより真空チャン
バ７０に取り付けられる。その結果、筒状体１０の閉じ
た一端側が真空チャンバ７０の外に露出した状態で第２
の開口７０ａはフランジ３０と筒状体１０、及び段つな
ぎシール部２０とにより塞がれる。一方、金属製のフラ
ンジ７１、金属製のフランジ３０、コバール金属部２３
等は、石英ガラスによる筒状体１０の折り返し部で石英
ドーム６０の内部に対して遮蔽される。

【００８５】筒状体１０の折り返し部の近くには、真空
チャンバ７０、石英ドーム６０の筒状部６１を貫通して
外部からプラズマ生成用ガスを導入するための導入配管
７５が設けられている。この導入配管７５もセラミック
材料、例えば石英で作られている。

【００８６】上記のようにして、石英ドーム６０は、棚
６２と共に、ウエハー出し入れ用の開口を除いて石英ド
ーム６０の外側と隔離された空間を形成する。

【００８７】図２で説明したように、真空チャンバ７０
の外側に露出している筒状体１０の外周側には、マイク
ロ波供給用の導波管４１が組み合わされると共に、リン
グ状マグネット（図示省略）が配置される。筒状体１０
の外周側にはまた、図４で説明した放電スタータの他、
必要に応じて図５で説明した光検出器、コントローラ
（図７ではいずれも図示省略）が組み合わされる。

【００８８】このような構成により、前に述べた動作原
理で筒状体１０内に生成されたプラズマによるイオン
（ラジカル）は、ダウンフローによりウエハー５に至
り、所望の処理を行うことができる。そして、このプラ
ズマ処理において、プラズマが存在する空間には、金属
部材が存在しないので、プラズマによる金属のエッチン
グ作用に起因する不純物の発生を無くすことができる。
更に、高周波用の投入電力やマグネットの配置位置を調
整することで、真空チャンバ７０における金属部分、例
えばフランジ部分を見込まない部位にプラズマを生成す
ることもできる。これは、以降で述べられる実施の形態
でも同様である。しかも、本形態によるプラズマ処理装
置は、Ｏ−リングによるシール箇所がなく、プラズマ発
生源１と真空チャンバ７０との間の気密シールを段つな
ぎシール部２０により実現しているので、石英ドーム６
０内を高真空状態に維持することができる。

【００８９】なお、図７の構成は、あくまでも基本構成
であり、実際のプラズマ処理装置は、図示の構成要素に
加えて様々な要素が組み合わされる。例えば、棚６２の
周辺には、ウエハー５の出し入れ時に、棚６２を通して
ウエハー５を上下させるための上下駆動機構や、必要に
応じてウエハー加熱用のヒータが配設される。また、真
空チャンバ７０には真空排気装置や、石英ドーム６０に
おけるウエハー出し入れ用の開口を通してウエハーの出
し入れを行うためのロボットアームを収容した室が接続
され、この室には更に、処理前のウエハーを収容するた
めの室や、処理済みのウエハーを収容するための室が接
続される。勿論、いずれの室も真空状態にされている。
これは、後述される第２、第３の実施の形態でも同様で
ある。

【００９０】なお、石英ドーム６０、棚６２の材料は、
石英に限らず、アルミナ、サファイア、カーボン、内壁
側にＳｉＣをコーティングした材料のいずれかを用いて
も良い。これも、後述される第２、第３の実施の形態で
も同様である。また、プラズマ発生源１としては、図３
で説明したＲＦコイルとマグネットが組み合わされたも
のでも良い。

【００９１】図８を参照して、本発明によるプラズマ処
理装置の第２の実施の形態について、その基本構成を説
明する。本形態においては、プラズマ発生源として図６
で説明したものを用いている。したがって、プラズマ発
生源１´及びその取り付け構造以外の部分は、図７のプ
ラズマ処理装置とまったく同じで良い。

【００９２】図８において、真空チャンバ７０では、フ
ランジ７１に上方に延びる金属製の筒状部７６が取り付
けられている。筒状部７６は、その上下両端にそれぞれ
フランジ７６−１、７６−２を有する。これらのフラン
ジもＩＣＳ規格によるものが使用される。下側のフラン
ジ７６−１は、フランジ７１にボルト締め等により固定
され、上側のフランジ７６−２にはプラズマ発生源１´
のフランジ３０がボルト締め等により固定される。特
に、筒状部７６の長さは、プラズマ発生源１´全体の長
さよりも短くされ、これにより、筒状体１０の閉じた一
端側が第１、第２の開口６０ａ、７０ａを通して石英ド
ーム６０内に突入するようにされている。

【００９３】なお、石英ドーム６０の開口６０ａにはリ
ング状の蓋部材６５が取り付けられ、その内径は筒状体
１０の外径よりわずかに大きく、フランジ３０、筒状部
７６の内径は筒状体１０及び段つなぎシール部２０の外
径よりも大きくされている。プラズマ生成用ガスの導入
配管７５は、フランジ７１を貫通した後、直角に下方に
折り曲げられて蓋部材６５を貫通し、ガス出口が筒状体
１０の外周近傍に位置するようにされている。勿論、導
入配管７５の材料は、図７で説明した導入配管７５と同
じである。

【００９４】上記の構成により、真空チャンバ７０の第
２の開口７０ａ、言い換えればフランジ７６−２の開口
は、フランジ３０と筒状体１０、段つなぎシール部２０
とで塞がれる。一方、筒状体１０の内部は大気に開放さ
れる。これは、筒状体１０内にマイクロ波供給用のアン
テナとマグネットとの組み合わせ体５５が挿入されるか
らである。この組み合わせ体５５は、フランジ３０の開
口部において支持体３４により支持される。また、図示
していないが、前に述べたように、プラズマ発生源１´
には、少なくとも図４で説明した放電スタータが組み合
わされ、放電スタータのうち、放電電極がマイクロ波供
給用のアンテナやマグネットと共に、筒状体１０内に挿
入される。更に、図５で説明したような光検出器、コン
トローラを組み合わせる場合には、光検出器を筒状体１
０内に挿入する。放電スタータ、コントローラの動作
は、図４、図５で説明した動作と同じである。

【００９５】本形態によるプラズマ処理装置では更に、
プラズマ発生源１´に空冷装置（図示省略）が備えられ
る。特に、この空冷装置は、筒状体１０内の空気を吸引
することで筒状体１０内で空気を循環させるものが使用
される。これは、高い圧力の圧縮空気を導入すると、筒
状体１０が破損するおそれがあるためである。しかし、
筒状体１０内に空気以外の他の気体、例えばヘリウム等
のガスを導入することで効果的に冷却を行うこともでき
る。これは、以降で説明される図９の形態でも同様であ
る。

【００９６】上記の構成により、前に述べた動作原理で
筒状体１０の閉じた一端側の周囲に生成されたプラズマ
によるイオン（ラジカル）は、広く拡散してウエハー５
に至り、所望の処理を行うことができる。特に、第１の
実施の形態に比べて、イオンの拡散性が良いので、大面
積の被処理基板に対して処理を行うことができ、成膜処
理の場合には膜厚の面内均一性が向上する利点がある。
そして、このプラズマ処理において、プラズマが存在す
る空間には、金属部材が存在しないので、プラズマによ
る金属のエッチング作用に起因する不純物の発生を無く
すことができる。しかも、本形態によるプラズマ処理装
置は、Ｏ−リングによるシール箇所がなく、真空チャン
バ７０とプラズマ発生源１´との間の気密シールを段つ
なぎシール部２０により実現しているので、石英ドーム
６０内を高真空状態に維持することができる。

【００９７】図９を参照して、本発明によるプラズマ処
理装置の第３の実施の形態について説明する。本形態
は、前に述べた第１の実施の形態と第２の実施の形態と
の組合わせと考えることができ、プラズマ発生源とその
取り付け構造以外は、図７あるいは図８と同じであるの
で、図９ではプラズマ発生源とその周辺構造のみを示し
ている。

【００９８】図９において、本形態によるプラズマ発生
源１”は、一端を平坦にして閉じたセラミック材料によ
る筒状体１０´と、筒状体１０´の他端の開口部側に筒
状の段つなぎシール部２０´により接合された金属製の
フランジ３０´とを含む。筒状体１０´は、石英、アル
ミナ、サファイアのいずれかの材料から成り、第１、第
２の実施の形態における筒状体１０に比べて長さが短
い。以下では、筒状体１０´が石英で構成される場合に
ついて説明する。

【００９９】筒状体１０´は、その外周側において開口
部から閉端側に向けて折り返した折り返し部１１´を有
する。そして、この折り返し部１１´の先端部に前記閉
端部を越えて筒状体１０´と同心状に延びる筒状の段つ
なぎシール部２０´が接合されている。段つなぎシール
部２０´は、中間ガラス部２１´とコバールガラス部２
２´及び先端にフランジを有する筒状のコバール金属部
２３´とから成る。フランジ３０´は、例えばステンレ
ス製であり、段つなぎシール部２０´よりやや大きい内
径を持つ。そして、フランジ３０´はその開口周縁部
に、段つなぎシール部２０´と同心状に延びる筒状部３
１´を有し、筒状部３１´の上端にコバール金属部２３
´のフランジが溶接されている。フランジ３０´もＩＣ
Ｓ規格によるものが使用され、筒状部３１´の根元の周
囲に凹部３２´が形成されている。

【０１００】上記のような構造により、筒状体１０´
は、その開口面がフランジ３０´の下面側とほぼ同一面
になるようにフランジ３０´と組み合わされ、フランジ
３０´が図７で説明した真空チャンバ７０のフランジ７
１にボルト締め等により固定されることにより、プラズ
マ発生源１”は筒状体１０´の開口部を真空チャンバ内
に向けた状態で配置されることになる。かくして、図７
で説明した真空チャンバ７０の開口７０ａは、筒状体１
０´、段つなぎシール部２０´及びフランジ３０´によ
り高真空状態を維持できる構造で塞がれる。

【０１０１】本形態は更に、折り返し部１１´が、その
内径側に内径が徐々に大きくなるような逆漏斗状の傾斜
部１１ａ´を持つ点にも特徴を有する。この特徴につい
ては後述する。フランジ３０´の下面には、その開口の
周縁部に傾斜部１１ａ´と同じ傾斜面を持つリング板３
５が取り付けられている。リング板３５は、筒状体１０
´と同じ材料、ここでは石英で作られている。図７で説
明した石英ドーム６０は、その筒状部６１の上端がリン
グ板３５の傾斜部近傍に接するように配置されるが、本
形態では図７で説明した筒状部６１はできるだけ短いか
あるいは筒状部６１は無い方が好ましい。これは、後述
するプラズマにより生成されるイオン流の拡散性を良く
するためである。

【０１０２】フランジ３０´には、その側面から折り返
し部１１´に近い開口内壁に向けてプラズマ生成用のガ
ス導入通路３６が形成されている。このガス導入通路３
６を通して導入されたプラズマ生成用のガスは、折り返
し部１１´とリング板３５の傾斜部との間の隙間を通し
て、筒状体１０´の閉端部と開口部との間の空間に拡散
する。

【０１０３】筒状の段つなぎシール部２０´内にマイク
ロ波供給用のアンテナ５５−１が挿入され、筒状部３１
´の周囲に凹部３２´を利用してリング状のマグネット
４２´が配置される。アンテナ５５−１は、後述するカ
バー体８０の上端において支持体３４により支持されて
いる。図示していないが、前に述べたように、プラズマ
発生源１”には、少なくとも図４で説明した放電スター
タが組み合わされ、放電スタータのうち、放電電極がア
ンテナ５５−１と共に、段つなぎシール部２０´内に挿
入される。更に、図５で説明したような光検出器、コン
トローラを組み合わせる場合には、光検出器を段つなぎ
シール部２０´内に挿入する。放電スタータ、コントロ
ーラの動作は、図４、図５で説明した動作と同じであ
る。

【０１０４】本形態によるプラズマ処理装置でも、プラ
ズマ発生源１”に空冷装置（図示省略）が備えられる。
この空冷装置は、プラズマ発生源１”のうち真空チャン
バ外に露出している部分をカバーするカバー体８０を利
用して構成される。すなわち、カバー体８０は、アンテ
ナ５５−１を挿入するための貫通穴８１を中心部に有す
る他、段つなぎシール部２０´内で冷却用の空気を循環
させるための通路８２を有する。空冷装置は、段つなぎ
シール部２０´内の空気を吸引することで段つなぎシー
ル部２０´内で空気を循環させ、筒状体１０´及び段つ
なぎシール部２０´の冷却を行う。

【０１０５】上記の構成により、前に述べた動作原理
で、筒状体１０´の閉端部と開口部との間の空間にプラ
ズマ（破線で示す）が生成される。生成されたプラズマ
によるイオン（ラジカル）は、拡散して石英ドーム内の
ウエハーに至り、所望の処理を行うことができる。特
に、第１の実施の形態に比べて、折り返し部１１´の傾
斜部１１ａ´、リング板３５の傾斜部があることにより
見込み角が広がり、イオンの拡散性が良くなるので、第
１の実施の形態に比べて面積の大きな被処理基板に対し
て処理を行うことができ、成膜処理の場合には膜厚の面
内均一性が向上する利点がある。そして、このプラズマ
処理において、プラズマが存在する空間には、金属部材
が存在しないので、プラズマによる金属のエッチング作
用に起因する不純物の発生を無くすことができる。しか
も、本形態によるプラズマ処理装置も、Ｏ−リングによ
るシール箇所がなく、段つなぎシール部２０´により気
密シールを実現しているので、石英ドーム内を高真空状
態に維持することができる。なお、上述した折り返し部
１１´の傾斜部１１ａ´は、図７で説明した第１の実施
の形態に適用されても良い。

【０１０６】以上説明したいずれのプラズマ処理装置に
おいても、マイクロ波供給用のアンテナあるいは高周波
用のＲＦコイル、これらに組み合わされるマグネット等
のすべてを真空チャンバの外、すなわち大気側に設置す
ることができる。そして、プラズマをまったく金属に接
することなく生成でき、それにより生成されたイオン
（ラジカル）を被処理基板に供給することができる。

【０１０７】次に、第１の実施の形態によるプラズマ処
理装置により、プラズマ酸化、つまり処理ガスとしてＯ
₂ガスを供給し、Ｓｉの表面にＳｉＯ₂膜を成膜する場
合について、金属による汚染分析結果を以下の表１を参
照して説明する。なお、処理条件は、搬送温度５３０
℃、処理温度６２０℃、石英ドーム６０内の圧力６．６
５×１０^-1Ｐａ、２．２ｎｍの膜厚とするために処理時
間は３００ｓｅｃである。

【０１０８】

【表１】

【０１０９】通常、プラズマ酸化により成膜を行った場
合、プラズマに接する金属により、処理前に比べて金属
の成分が増加することが確認されている（表１に従来例
として示す）。これに対し、本発明によれば、Ｃｒ、Ｆ
ｅ、Ｎｉについて分析を行った結果、従来例に比べて減
少していることが確認された。

【０１１０】また、６インチ（１５ｃｍ）のＳｉウエハ
ーにＯ₂ガスを供給してＳｉＯ₂膜を成膜する場合（基
板温度６２０℃、圧力６．６５×１０^-1Ｐａ、プラズマ
パワー１５０Ｗ）について、膜厚の面内均一性に関して
従来例と本発明の比較を行った結果は、従来例では膜厚
１．８６ｎｍでばらつき±０．１１ｎｍであるのに対
し、本発明では膜厚のばらつきは上記の値の約半分まで
改善された。

【０１１１】なお、プラズマ発生源の実施の形態を含め
て上記の形態では筒状体が円筒形状である場合について
説明したが、円筒形でなく筒状であれば良い。また、本
発明における筒状体は、全長にわたって同径である必要
もなく、例えば洋梨形状のように下端部を開口とした膨
満部を持っていたり、銚子のように小径部と下端部を開
口とした大径部を持つものをも含む。更に、筒状体は、
直線状である必要もなく、例えば上部において曲げられ
ているようなものでも良い。

【０１１２】図１０は、筒状体の変形例とこれに組み合
わされる導波管の例を示す。図７では、導波管４１に穴
をあけてこの穴に筒状体１０を挿通しているが、図１０
では筒状体１０”の主要部を導波管４１´に収容するよ
うにしている。この場合、筒状体１０”の上部における
小径部１０−１を屈曲させて導波管４１´から導出し、
小径部１０−１の先端部はプラズマ生成用のガス導入部
を設けて閉じるようにされる。そして、筒状体１０”の
大径部の下端部は前述したような段つなぎシール部が設
けられることになる。

【０１１３】また、プラズマ生成用のガスの導入手段に
ついては、図１の例で言えば、筒状体１０の右端部にセ
ラミック材料によるガス導入部を設ける方法や、図７、
図８、図９に示されるように筒状体の側方から導入する
方法等が考えられる。すなわち、プラズマ発生源自体に
ガス導入部を設けずとも、プラズマ発生源を装着する真
空チャンバに別途ガス導入を行えば、プラズマ生成は可
能である。

【０１１４】以上、本発明をいくつかの実施の形態につ
いて説明したが、本発明によるプラズマ発生源、プラズ
マ処理装置のいずれも、図示されたものに限定されるも
のではない。例えば、プラズマ発生源について言えば、
筒状体とフランジとの接合は、段つなぎシール部に限ら
ず、セラミック材料と金属材料との接合が可能な構造で
あれば良い。したがって、筒状体の材料、これと金属製
のフランジとを接合するための金属材料も実施の形態で
述べた材料に限定されるものではない。

【０１１５】一方、プラズマ処理装置について言えば、
マイクロ波供給用のアンテナに代えてＲＦ波を供給する
コイルが用いられても良い。この場合、必要に応じてマ
グネットが組み合わされる。また、図７、図８に示され
るように、真空チャンバ内に石英ドームを収容するよう
にしているが、場合によっては石英ドーム自体を真空チ
ャンバとして使用するようにしても良い。この場合に
は、真空チャンバとしての石英ドームの開口とこれに設
けられるフランジとを段つなぎシール部で接合するよう
にすれば良い。

【０１１６】更に、図７〜図１０の実施の形態では、い
ずれもプラズマ発生源を１本の筒状体１０、１０´、１
０”によるもので構成するようにしているが、複数本の
筒状体で構成されても良い。この場合、筒状体内に挿入
されるアンテナは別として、ＲＦコイル、リング状のマ
グネットは複数本の筒状体に共通としても良いが、筒状
体毎に個別に設けるのが好ましい。勿論、個別に設ける
場合には、そのための電源も個別に設けられる。このよ
うな構成によれば、図７〜図１０の実施の形態に比べ
て、大面積の被処理基板に対する処理が可能になること
は明らかである。

【０１１７】また、石英ドームは、その内部と真空チャ
ンバ内部との間に圧力差を形成するうえで有効である。
このような圧力差を与える、いわば作動圧力タイプのも
のは、プラズマを形成するのに最適である。圧力差を与
えるかどうかは、処理の種類にに応じて決まり、両者を
使い分けることができる。

【０１１８】更に、図７〜図１０の実施の形態は、金属
による汚染防止を最重要課題とした例であるが、金属に
よる汚染防止は無視し、膜厚の面内均一性と大面積の処
理とを課題とする場合には、例えば図８の実施の形態に
おいて石英ドーム６０を除去した形態で使用することに
より、上記の課題を達成できることも明らかである。つ
まり、プラズマ発生源として一端を閉じたセラミック材
料による筒状体を少なくとも１本有し、この筒状体を、
前記一端側を真空チャンバ内に突き入れた状態で真空チ
ャンバの開口に取り付け、筒状体内にマイクロ波供給用
のアンテナあるいは高周波用のＲＦコイルと必要に応じ
てマグネットの組み合わせ体を挿入すれば良い。このよ
うな構成要素以外の要素は、図８で説明したものとまっ
たく同じで良い。

【０１１９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、プラズマ処理において、プラズマが存在する空間に
は、金属部材が存在しないので、プラズマによる金属の
エッチング作用に起因する不純物の発生を無くすことが
できる。しかも、Ｏ−リングによるシール箇所がなく、
真空チャンバとプラズマ発生源との間の気密シールを段
つなぎシール部により実現しているので、石英ドーム内
を高真空状態に維持することができる。また、直径に制
約を受ける段つなぎシール部を用いていても、特に図８
や図９の形態の場合、生成されるプラズマの見込み角
（広がり角度）が大きいので、大口径の基板にも対応で
きる。

【０１２０】本発明によればまた、成膜処理の場合には
大面積の被処理基板に対して処理を行うことができ、膜
厚の面内均一性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生
源の基本構成を示した断面図である。

【図２】図１の構成要素にマイクロ波供給用の導波管と
リング状のマグネットを組合わせた断面図である。

【図３】図１の構成要素に高周波用のコイルを組合わせ
た断面図である。

【図４】図１の構成要素に放電スタータを組合わせた図
である。

【図５】図４の放電スタータによる放電を自動化するた
めの構成を示した図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態によるプラズマ発生
源の基本構成を示した断面図である。

【図７】図１のプラズマ発生源を適用した本発明による
プラズマ処理装置の第１の実施の形態を示した断面図で
ある。

【図８】図６のプラズマ発生源を適用した本発明による
プラズマ処理装置の第２の実施の形態を示した断面図で
ある。

【図９】本発明によるプラズマ処理装置の第３の実施の
形態に適用されるプラズマ発生源を説明するための断面
図である。

【図１０】筒状体の変形例とそれに組み合わされる導波
管の例を示した図である。

【図１１】従来のプラズマ処理装置の一例を示した断面
図である。

【符号の説明】

１、１´、１” プラズマ発生源５ウエハー１０、１０´ 筒状体１１、１１´ 折り返し部２０、２０´ 段つなぎシール部２１、２１´ 中間ガラス部２２、２２´ コバールガラス部２３、２３´ コバール金属部３０、３０´、７１、７６−１、７６−２フランジ３１、３１´ 筒状部３５リング板４１導波管４２、４２´ リング状のマグネット４５ＲＦコイル５０放電スタータ５２放電電極６０石英ドーム６１筒状部６２棚６５蓋部材７０真空チャンバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ (72)発明者辰巳徹東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者有屋田修東京都昭島市武蔵野三丁目２番11号大誠産業株式会社内 (72)発明者佐藤進東京都昭島市武蔵野三丁目２番11号大誠産業株式会社内Ｆターム(参考） 4G075 AA24 AA30 AA62 AA65 BC06 BD14 CA03 CA05 CA47 EB43 EB44 FB04 FB06 4K030 CA04 FA01 KA08 KA30 LA15 5F004 AA15 BA20 BB07 BB14 BD04 CB09 5F045 AA08 AB32 AD09 AE13 AF03 BB02 BB14 DP03 EH02 EH03 EH04 EH16 EH20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端を閉じたセラミック材料による筒状
体と、該筒状体の他端の開口部側に気密シール部により
接合された金属製のフランジとを含むことを特徴とする
プラズマ発生源。
【請求項２】前記気密シール部は段つなぎシール部で
あり、前記筒状体は石英、アルミナ、サファイアのいず
れかの材料から成ることを特徴とする請求項１記載のプ
ラズマ発生源。
【請求項３】前記筒状体は、その外周側において前記
開口部から前記一端側に向けて折り返した折り返し部を
有し、該折り返し部の先端部に筒状の前記段つなぎシー
ル部により前記フランジが接合されていることを特徴と
する請求項２記載のプラズマ発生源。
【請求項４】前記筒状体の外周側であって前記一端と
前記フランジとの間にはマイクロ波供給用の導波管とマ
グネットが組み合わされることを特徴とする請求項３記
載のプラズマ発生源。
【請求項５】前記筒状体の外周側であって前記一端と
前記フランジとの間には高周波用のＲＦコイルとマグネ
ットのうち少なくともＲＦコイルが組み合わされること
を特徴とする請求項３記載のプラズマ発生源。
【請求項６】前記筒状体は石英で作られており、該筒
状体の外周側には更に、スパークにより前記筒状体内で
放電をスタートさせるための放電スタータが組み合わさ
れることを特徴とする請求項４あるいは５記載のプラズ
マ発生源。
【請求項７】前記筒状体の外周側には更に、該筒状体
内のプラズマ光を検出するための検出器が組み合わさ
れ、該検出器の出力に基づいて前記放電スタータを制御
するための制御手段を備えることを特徴とする請求項６
記載のプラズマ発生源。
【請求項８】前記折り返し部は、その内径側に内径が
徐々に大きくなるような傾斜部を持つことを特徴とする
請求項３〜７のいずれかに記載のプラズマ発生源。
【請求項９】前記筒状体の前記開口部と前記フランジ
とが前記一端と反対方向に延びる前記段つなぎシール部
により接合されていることを特徴とする請求項２記載の
プラズマ発生源。
【請求項１０】前記筒状体内にマイクロ波供給用のア
ンテナとマグネットの組み合わせ体が挿入されることを
特徴とする請求項９記載のプラズマ発生源。
【請求項１１】前記筒状体内に高周波用のＲＦコイル
とマグネットのうち少なくともＲＦコイルが挿入される
ことを特徴とする請求項９記載のプラズマ発生源。
【請求項１２】前記筒状体は石英で作られており、該
筒状体内には更に、スパークにより前記筒状体外で放電
をスタートさせるための放電スタータが挿入されること
を特徴とする請求項１０あるいは１１記載のプラズマ発
生源。
【請求項１３】前記筒状体内には更に、該筒状体外の
プラズマ光を検出するための検出器が挿入され、該検出
器の出力に基づいて前記放電スタータを制御するための
制御手段を備えることを特徴とする請求項１２記載のプ
ラズマ発生源。
【請求項１４】前記筒状体は、その外周側において前
記開口部から前記一端側に向けて折り返した折り返し部
を有し、該折り返し部の先端部に前記一端を越えて前記
筒状体と同心状に延びる筒状の前記段つなぎシール部が
接合され、該段つなぎシール部はその外周側において前
記開口部に向けて折り返された筒状の金属部材を介して
前記フランジが接合されていることを特徴とする請求項
２記載のプラズマ発生源。
【請求項１５】前記折り返し部は、その内径側に内径
が徐々に大きくなるような傾斜部を持つことを特徴とす
る請求項１４記載のプラズマ発生源。
【請求項１６】前記段つなぎシール部内にマイクロ波
導入用のアンテナあるいはＲＦコイルが挿入され、前記
アンテナが挿入される場合には前記筒状の金属部材の周
囲にマグネットが配置されることを特徴とする請求項１
４あるいは１５記載のプラズマ発生源。
【請求項１７】前記筒状体は石英で作られており、前
記段つなぎシール部内には更に、スパークにより前記筒
状体における前記一端部と前記開口部との間の空間で放
電をスタートさせるための放電スタータが挿入されるこ
とを特徴とする請求項１６記載のプラズマ発生源。
【請求項１８】前記段つなぎシール部内には更に、前
記一端部と前記開口部との間の空間のプラズマ光を検出
するための検出器が挿入され、該検出器の出力に基づい
て前記放電スタータを制御するための制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１７記載のプラズマ発生源。
【請求項１９】第１の開口を有して被処理基板が置か
れるプラズマ室をすべてセラミック材料で構成し、前記
第１の開口に対応する位置に第２の開口を有する真空容
器内に前記プラズマ室を収容し、前記第２の開口にプラ
ズマ発生源を設けることにより前記第１の開口を通して
前記プラズマ室内にプラズマが導入されるようにし、前
記プラズマ発生源は、一端を閉じたセラミック材料によ
る筒状体を少なくとも１本有し、該筒状体の開口部を前
記真空容器を構成する金属部材に気密シール部により接
合し、その接合部がプラズマにさらされない構造を有す
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２０】前記プラズマ室は、石英、アルミナ、
サファイア、カーボン、内壁側にＳｉＣをコートした材
料のいずれかで構成されることを特徴とする請求項１９
記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】前記気密シール部は段つなぎシール部
であり、前記プラズマ発生源は更に、前記筒状体の他端
の開口部側に前記段つなぎシール部により接合された金
属製のフランジを含み、該フランジが前記第２の開口に
取り付けられることを特徴とする請求項１９あるいは２
０記載のプラズマ処理装置。
【請求項２２】前記筒状体は、石英、アルミナ、サフ
ァイアのいずれかの材料から成ることを特徴とする請求
項２１記載のプラズマ処理装置。
【請求項２３】前記筒状体は、その外周側において前
記開口部から前記一端側に向けて折り返した折り返し部
を有し、該折り返し部は前記第２の開口よりわずかに小
さい外径を有し、該折り返し部の先端部に筒状の前記段
つなぎシール部により前記フランジが接合されており、
前記筒状体の前記開口部を前記プラズマ室内に向け、か
つ前記一端側を前記真空容器外に露出させた状態で前記
フランジにより前記第２の開口が塞がれていることを特
徴とする請求項２１記載のプラズマ処理装置。
【請求項２４】前記真空容器から露出している前記筒
状体の外周側にはマイクロ波供給用の導波管とマグネッ
トが組み合わされることを特徴とする請求項２３記載の
プラズマ処理装置。
【請求項２５】前記真空容器から露出している前記筒
状体の外周側には高周波用のＲＦコイルとマグネットの
うち少なくともＲＦコイルが組み合わされることを特徴
とする請求項２３記載のプラズマ処理装置。
【請求項２６】前記筒状体は石英で作られており、該
筒状体の外周側には更に、スパークにより前記筒状体内
で放電をスタートさせるための放電スタータが組み合わ
されることを特徴とする請求項２４あるいは２５記載の
プラズマ処理装置。
【請求項２７】前記筒状体の外周側には更に、該筒状
体内のプラズマ光を検出するための検出器が組み合わさ
れ、該検出器の出力に基づいて前記放電スタータを制御
するための制御手段を備えることを特徴とする請求項２
６記載のプラズマ処理装置。
【請求項２８】前記折り返し部は、その内径側に内径
が徐々に大きくなるような傾斜部を持つことを特徴とす
る請求項２３〜２７のいずれかに記載のプラズマ処理装
置。
【請求項２９】前記真空容器における金属部分を見込
まない所定部位にプラズマが生成されるように、高周波
用の投入電力やマグネットの配置位置が設定されること
を特徴とする請求項２４〜２８のいずれかに記載のプラ
ズマ処理装置。
【請求項３０】前記筒状体の前記開口部と前記フラン
ジとが前記一端と反対方向に延びる前記段つなぎシール
部により接合され、前記筒状体の前記一端側を前記第１
の開口を通して前記真空容器内に突き入れた状態にて前
記フランジを前記第２の開口に取り付けていることによ
り、前記筒状体内を大気側に開放していることを特徴と
する請求項２１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３１】前記筒状体内にマイクロ波供給用のア
ンテナとマグネットの組み合わせ体が挿入されることを
特徴とする請求項３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３２】前記筒状体内に高周波用のＲＦコイル
とマグネットのうち少なくともＲＦコイルが挿入される
ことを特徴とする請求項３０記載のプラズマ処理装置。
【請求項３３】前記筒状体は石英で作られており、該
筒状体内には更に、スパークにより前記筒状体外で放電
をスタートさせるための放電スタータが挿入されること
を特徴とする請求項３１あるいは３２記載のプラズマ処
理装置。
【請求項３４】前記筒状体内には更に、該筒状体外の
プラズマ光を検出するための検出器が挿入され、該検出
器の出力に基づいて前記放電スタータを制御するための
制御手段を備えることを特徴とする請求項３３記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項３５】更に、該筒状体を気体で冷却する手段
を備えていることを特徴とする請求項３０〜３４のいず
れかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項３６】前記筒状体は、その外周側において前
記開口部から前記一端側に向けて折り返した折り返し部
を有し、該折り返し部の先端部に前記一端を越えて前記
筒状体と同心状に延びる筒状の前記段つなぎシール部が
接合され、該段つなぎシール部はその外周側において前
記開口部に向けて折り返された筒状の金属部材を介して
前記フランジが接合され、前記筒状の金属部材が前記真
空容器外に露出した状態にて前記フランジが前記第２の
開口に取り付けられて該第２の開口が塞がれていること
を特徴とする請求項２１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３７】前記折り返し部は、その内径側に内径
が徐々に大きくなるような傾斜部を持つことを特徴とす
る請求項３６記載のプラズマ処理装置。
【請求項３８】前記段つなぎシール部内にマイクロ波
導入用のアンテナあるいはＲＦコイルが挿入され、前記
アンテナが挿入される場合には前記筒状の金属部材の周
囲にマグネットが配置されることを特徴とする請求項３
６あるいは３７記載のプラズマ処理装置。
【請求項３９】前記筒状体は石英で作られており、前
記段つなぎシール部内には更に、スパークにより前記筒
状体における前記一端部と前記開口部との間の空間で放
電をスタートさせるための放電スタータが挿入されるこ
とを特徴とする請求項３８記載のプラズマ処理装置。
【請求項４０】前記段つなぎシール部内には更に、前
記一端部と前記開口部との間の空間のプラズマ光を検出
するための検出器が挿入され、該検出器の出力に基づい
て前記放電スタータを制御するための制御手段を備える
ことを特徴とする請求項３９記載のプラズマ処理装置。
【請求項４１】更に、前記筒状体を気体で冷却する手
段を備えていることを特徴とする請求項３６〜４０のい
ずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項４２】開口を有する真空容器を備え、プラズ
マ発生源として一端を閉じたセラミック材料による筒状
体を少なくとも１本有し、該筒状体を、前記一端側を前
記真空容器内に突き入れた状態で前記開口に取り付け、
前記筒状体内にはマイクロ波導入用のアンテナとマグネ
ット、あるいはＲＦコイルとマグネットのうち少なくと
もＲＦコイルが挿入されることを特徴とするプラズマ処
理装置。
【請求項４３】前記筒状体は、石英、アルミナ、サフ
ァイアのいずれかの材料から成ることを特徴とする請求
項４２記載のプラズマ処理装置。
【請求項４４】前記筒状体は石英で作られており、該
筒状体内には更に、スパークにより前記筒状体外で放電
をスタートさせるための放電スタータが挿入されること
を特徴とする請求項４３記載のプラズマ処理装置。
【請求項４５】前記筒状体内には更に、該筒状体外の
プラズマ光を検出するための検出器が挿入され、該検出
器の出力に基づいて前記放電スタータを制御するための
制御手段を備えることを特徴とする請求項４４記載のプ
ラズマ処理装置。
【請求項４６】更に、該筒状体を気体で冷却する手段
を備えていることを特徴とする請求項４２〜４５のいず
れかに記載のプラズマ処理装置。