JP2004221087A - プラズマ発生システム - Google Patents
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Abstract
【課題】大面積の基板に対しても均一に分布したエッチングプロファイルが得られるプラズマ発生システムを提供する。
【解決手段】マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置５４と、マイクロ波の波面をプラズマ処理すべき基板に対して平行な平面とする屈折装置５１と、マイクロ波によって形成されるプラズマに磁場を印加してＥＣＲを発生させる電磁気装置５９とを備えるプラズマ発生システムである。これにより、プラズマ生成効率を向上させて大面積基板６０をエッチングできる高密度プラズマを均一に生成できる。
【選択図】 図２
【解決手段】マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置５４と、マイクロ波の波面をプラズマ処理すべき基板に対して平行な平面とする屈折装置５１と、マイクロ波によって形成されるプラズマに磁場を印加してＥＣＲを発生させる電磁気装置５９とを備えるプラズマ発生システムである。これにより、プラズマ生成効率を向上させて大面積基板６０をエッチングできる高密度プラズマを均一に生成できる。
【選択図】 図２
Description
本発明はプラズマ発生システムに係り、さらに詳細には高密度プラズマを均一に発生させるプラズマ発生システムに関する。
図１は、従来の電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ装置を簡略に示す構成図である。
図１を参照すれば、処理室１１内の上部にシャワープレート１３が設置されており、シャワープレート１３を通じてプラズマガスとなるソースガスが基板１０に噴射される。基板１０は、基板ホルダー１７に載置され、基板ホルダー１７には高周波電源２９から１００ｋＨｚないし１５ＭＨｚに至る高周波バイアスがマッチング回路２７を通じて印加される。
前記ソースガスは、ガス引入口１９を通じて処理室１１に流入され、高周波電源によって生成された３００ＭＨｚないし１ＧＨｚのＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の電磁波は、チューナー２１によりマッチング調節された後に導波管２３を通過して処理室１１に導入されて処理室１１内でプラズマ化されエッチングガスとして利用できるようになる。電磁波は、処理室１１の最上部に位置する石英ウィンドー１５によって所定モードに共鳴される。
高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル２５を処理室１１の周辺に配置し、０ガウスないし３６０ガウス範囲の磁場がシャワープレート１３の直下に位置するようにコイル電流を制御することによってＥＣＲを発生させて電子密度が１０11個／ｃｍ3以上の高密度プラズマを形成させる。すなわち、エッチングガスとなるソースガスをガス引入口１９を通じて流入させた後に電磁波と磁場とを通じて高密度プラズマに形成して基板１０をエッチングする。基板ホルダー１７に連結されたマッチング回路２７は、エッチング工程の実行中に基板１０の温度を適切に調節し、処理室１１に連結されたポンプ２８にエッチング工程で使用された後のガスを外部に排出する。
しかし、従来のＥＣＲプラズマ装置は、図示されたように石英ウィンドー１５が位置している、処理室１１の入口が狭くて大面積の基板１０にプラズマエッチングを実行する場合、狭い面積でだけエッチングが発生するので、基板１０上のエッチングプロファイルが不均一になる短所を有する。大面積の基板１０のエッチングのために、特許文献１では導波管をホーン状に形成しているが、導波管を通過したマイクロ波には放射広がりを生じるので、断面全体にわたって均一なマイクロ波の場が得られず、大面積基板に対してプラズマ密度を均一に形成できない欠点を有する。
米国特許第５,２３４,５２６号公報
本発明が解決しようとする技術的課題は、前述した従来技術の問題点を改善するためのものとして、大面積の基板に対しても均一に分布したエッチングプロファイルを得られるように均一化した高密度プラズマを生成できるプラズマ発生システムを提供することである。
前記課題を達成するために、本発明はマイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波の波面を変化させその伝播軸に対して平面波として進行させる屈折装置を含むチャンバーと、前記マイクロ波によって形成されるプラズマに磁場を印加してＥＣＲを発生させる電磁気装置と、を備えることを特徴とするプラズマ発生システムを提供する。
前記屈折装置は、誘電体レンズであり、前記誘電体レンズはアルミナよりなることが望ましい。
前記マイクロ波発生装置は、前記マイクロ波を発生させる高周波電源と、前記高周波電源に連結されて前記マイクロ波を進行させる導波管と、前記導波管の出口に位置し、前記マイクロ波をその伝播軸を対称軸とし断面が円対称モードとなるマイクロ波に変換する変換と、を備える。
前記屈折装置の下部に前記プラズマによってエッチングされる基板と、前記基板が載置される基板ホルダーが内部に設置される真空チャンバーをさらに連結することが望ましい。
前記課題を達成するために本発明はまた、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波の電場を放射方向軸に垂直な平面において均一に形成させるアンテナと、前記マイクロ波の波面を変化させその伝播軸に対して平面波として進行させる屈折装置を含むチャンバーと、前記マイクロ波によってソースガスにより形成されるプラズマに磁場を印加してＥＣＲを発生させる電磁気装置と、を備えることを特徴とするプラズマ発生システムを提供する。
前記屈折装置は、誘電体レンズであり、前記誘電体レンズはアルミナよりなることが望ましい。
前記アンテナは、前記マイクロ波の進行方向に対して幅が広く、内壁には波形が形成された波形ホーンアンテナとすることができる。波形ホーンの表面はマイクロ波の伝播空間とは異なり、伝播路が当該波形ホーンの表面に沿って蛇行しているため、波形ホーンの表面の見かけ上のマイクロ波の伝播は空間中のマイクロ波の伝播より遅延することになる。この効果により、当該マイク波は当該波形ホーンアンテナを伝播する間に伝播方向に垂直な平面において均一な電場を保持しつつ、その放射方向に垂直な面内に広がることとなる。ただし、この放射広がりを示すマイクロ波の波面は放射方向に対して凸型の曲面となる。
前記マイクロ波発生装置は、前記マイクロ波を発生させる高周波電源と、前記高周波電源に連結されて前記マイクロ波を進行させる導波管と、前記導波管の出口に位置してその伝播軸を対称軸とし断面が円対称モードとなるマイクロ波に変換する変換器と、を備える。
前記屈折装置の下部に、前記プラズマによってエッチングされる基板と、前記基板が載置される基板ホルダーが内部に設置される真空チャンバーと、がさらに連結されることが望ましい。
本発明の実施例によるプラズマ発生システムは、誘電体レンズを備えてマイクロ波の進行状態を変化させて大面積の基板上のエッチングプロファイルが均一の分布となるようにプラズマ生成密度を均一にできる。また、波形ホーンアンテナを備えてマイクロ波の電場の分布をその放射方向軸に垂直な平面において均一に形成でき、主ローブを広げ、かつ副ローブを狭めてマイクロ波の進行方向に対する無用な発散を防ぎ必要な分布範囲における強度を強めてプラズマ生成効率を向上させる長所を有する。
以下、本発明の実施例によるプラズマ発生システムを図面を参照して詳細に説明する。
図２は、本発明の実施例によるプラズマ発生システムを簡略に示す断面図である。
図２を参照すれば、本発明の実施例によるプラズマ発生システムは、マイクロ波発生装置５４と、マイクロ波変換チャンバー５０と、プラズマによるエッチングを発生させる真空チャンバー６５と、よりなる。
マイクロ波発生装置５４は、３００ＭＨｚないし１ＧＨｚ程度範囲を有するＵＨＦ台マイクロ波を発生させる高周波電源５５と、前記マイクロ波を進行させる導波管５６と、導波管５６の出口に連結されて前記マイクロ波をその伝播軸を対称軸とし断面が円対称モードとなるマイクロ波に変換する変換器５７と、を備える。
マイクロ波変換チャンバー５０は、大面積の基板にプラズマエッチングを実施できるようにマイクロ波の放射方向に対して幅が次第に広くなるホーン状よりなる。マイクロ波変換チャンバー５０の入口にマイクロ波が入射する。
マイクロ波変換チャンバー５０はホーン状よりなるチャンバーの構造を有するため、マイクロ波には放射広がりを生じる。またそのホーン内面は波形表面とされている。マイクロ波変換チャンバー５０と真空チャンバー６５間に誘電体レンズ５１を備えているため、マイクロ波の放射方向を変化させずに基板６０の表面に対して波面が平行となる平面波に形成することによって誘電体レンズ５１を通過したマイクロ波の波面が基板６０に平行となるよう進行させることができる。すなわち、マイクロ波変換チャンバーにおいて波形表面の遅延効果により波面が放射方向に対して凸型の曲面となったマイクロ波の波面を、当該球面誘電体レンズ５１により平面としかつ均一なマイクロ波の電場を得るものである。球面誘電体レンズ５１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）のような絶縁物質で形成することができる。誘電体レンズ５１の材料、屈折率または曲率は、生成されるマイクロ波の波長と放射方向に対する放射広がりの角度とによって適切に形成されうる。ここで、誘電体レンズ５１の代わりにマイクロ波の波面を変化させうる他の手段も使用できることはもちろんである。
マイクロ波変換チャンバー５０には誘電体レンズ５１の上部に波形ホーンアンテナ５３を図示されたように設置してマイクロ波の電場を放射方向軸に垂直な平面において均一に形成させることが望ましい。波形ホーンアンテナ５３は、マイクロ波の放射方向に幅が広くなり、内壁に多数の波形が形成されたアンテナ構造の特性によってマイクロ波の放射方向は変化させずに電場だけを放射方向軸に垂直な平面において均一に分布させて電場の強度分布を均一にする特性を有する。また、マイクロ波の強度分布においては、進行方向に形成される主ローブを強化させ、主ローブの両側に形成される副ローブを弱化させることによって発生するプラズマの密度を高めうる。
真空チャンバー６５は、内部に基板ホルダー６７と基板ホルダー６７に載置される基板６０とを備える。真空チャンバー６５の外部には、磁場を印加する電磁気装置として電磁気コイル５９が設けられる。
プラズマガスの電子及び正イオンは、所定方向に回転して進行し、電子及び正イオンの磁場による回転周波数とマイクロ波の周波数と一致する時に発生するＥＣＲを利用して水素、窒素、アルゴンのような気体分子を高密度プラズマに形成できる。
図面を参照すれば、真空チャンバー６５の内部に導入されるマイクロ波は、真空チャンバー６５の内部に流入されるソースガスをプラズマに形成させ、電磁気コイル５９によって印加される磁場は、プラズマガス内の電子を加速させてＥＣＲによる高密度プラズマを形成する。本発明の実施例によるプラズマ発生システムは、誘電体レンズ５１を利用してマイクロ波を大面積の基板６０に対して波面が平行となる平面波として進行させることによってプラズマ密度分布を均一に形成する。また、望ましくは、波形ホーンアンテナ５３をさらに備えて電場を電場の放射方向軸に垂直な平面で強度分布を均一にして従来のＥＣＲによって発生する電子密度よりさらに高密度のプラズマを発生させうる。ここで、真空チャンバー６５の内部には必要によってスパッタガンのような装置をさらに設けてプラズマエッチングを実施できる。
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それは発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施例の例示として解釈されなければならない。
例えば、当業者なら、本発明の技術的思想によって多様なエッチング装置に更に本発明を適用できる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施例によって決定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって決定されなければならない。
本発明は、誘電体レンズ及び望ましくは波形ホーンアンテナを備える高密度の均一したプラズマを生成できるプラズマ発生システムに関するものであり、例えば、３００ｍｍ ＬＣＤのような大面積の基板を使用する素子に効果的に適用可能である。
５０ マイクロ波変換チャンバー
５１ 誘電体レンズ
５３ 波形ホーンアンテナ
５４ マイクロ波発生装置
５５ 高周波電源
５６ 導波管
５７ 変換器
５９ 電磁気コイル
６０ 基板
６５ 真空チャンバー
６７ 基板ホルダー
５１ 誘電体レンズ
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Claims (11)
- マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波の波面を変化させて平面波として進行させる屈折装置を含むチャンバーと、
前記マイクロ波により励起されるソースガスが導入される真空チャンバーと、
前記マイクロ波によって前記ソースガスにより形成されるプラズマに磁場を印加して電子サイクロトロン共鳴を発生させる電磁気装置と、を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - 前記屈折装置は、誘電体レンズであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生システム。
- 前記誘電体レンズは、アルミナよりなることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生システム。
- 前記マイクロ波発生装置は、
前記マイクロ波を発生させる高周波電源と、
前記高周波電源に連結されて前記マイクロ波を進行させる導波管と、
前記導波管の出口に位置し、前記マイクロ波を当該マイクロ波伝播軸を対称軸とし断面が円対称モードとなるマイクロ波に変換する変換器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生システム。 - 前記屈折装置の下部に、前記プラズマによってエッチングされる基板と、
前記基板が載置される基板ホルダーが内部に設置される真空チャンバーと、をさらに連結されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生システム。 - マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波の電場を放射方向軸に垂直な平面において均一に形成させるアンテナと、
前記マイクロ波の波面を前記基板に対して平行な平面とする屈折装置を含むチャンバーと、
前記マイクロ波によってソースガスにより形成されるプラズマに磁場を印加して電子サイクロトロン共鳴を発生させる電磁気装置と、を備えることを特徴とするプラズマ発生システム。 - 前記屈折装置は、誘電体レンズであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生システム。
- 前記誘電体レンズは、アルミナよりなることを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生システム。
- 前記アンテナは、前記マイクロ波の放射方向に幅が広くなり、内壁には波形が形成された波形ホーンアンテナであることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生システム。
- 前記マイクロ波発生装置は、
前記マイクロ波を発生させる高周波電源と、
前記高周波電源に連結されて前記マイクロ波を進行させる導波管と、
前記導波管の出口に位置し、前記マイクロ波の当該マイクロ波伝播軸を対称軸とし断面が円対称モードとなるマイクロ波に変換する変換器と、を備えることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生システム。 - 前記屈折装置の下部に、前記プラズマによってエッチングされる基板と、
前記基板が載置される基板ホルダーが内部に設置される真空チャンバーと、がさらに連結されることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ発生システム。
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