JP2511433B2 - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

マイクロ波プラズマ処理装置

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JP2511433B2
JP2511433B2 JP61294836A JP29483686A JP2511433B2 JP 2511433 B2 JP2511433 B2 JP 2511433B2 JP 61294836 A JP61294836 A JP 61294836A JP 29483686 A JP29483686 A JP 29483686A JP 2511433 B2 JP2511433 B2 JP 2511433B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、マイクロ波プラズマ処理方法及び装置に係
り、特にマイクロ波による電界と磁界との相乗作用で発
生したプラズマにより試料を処理するのに好適なマイク
ロ波プラズマ処理方法及び装置に関するものである。
〔従来の技術〕
マイクロ波による電界と磁界との相乗作用で発生した
プラズマにより試料を処理するマイクロ波プラズマ処理
技術としては、例えば、特公昭53−34461号公報に記載
のようなものが知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、被加工物である試料を発散磁界中
に配置し、試料の被処理面に入射する磁力線の入射角度
や磁力線密度の粗密については考慮がなされておらず、
このため、次のような問題があった。
マイクロ波による電界と磁界との相乗作用で発生した
プラズマにおいては、該プラズマ中のイオンは磁力線に
巻きつくように螺旋運動し、試料に作用する電位が磁場
に対して小さい場合、磁力線によって強制された角度で
試料の被処理面に入射する。
このことは、従来技術のように、磁界が発散磁界を形
成する場合、第2図に示すように破線で示す磁力線の試
料の被処理面に対する傾きが、試料の被処理面の中央部
と周辺部とで異なり、このため、試料の被処理面の中央
部と周辺部とではイオンの入射角度が異なることになり
試料の被処理面内における加工特性に違いが生ずること
になる。
また、このような従来技術では、プラズマが発生させ
られる空間での試料の被処理面に対する磁束密度分布が
不均一なものとなり、試料の被処理面に対するプラズマ
密度分布が不均一なものとなる。従って、このため、試
料の被処理面内における加工特性に違いが生じるといっ
た問題も生じる。
本発明の目的は、マイクロ波による電界と磁界との相
乗作用で発生したプラズマにより処理される試料の被処
理面内における加工特性を均質化できるマイクロ波プラ
ズマ処理方法及び装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、真空容器と、該真空容器内に設けられ試
料を保持する試料載置面を有する試料台と、該真空容器
内を減圧排気する排気手段と、前記真空容器内に処理ガ
スを供給する処理ガス供給手段と、マイクロ波発生手段
と、該マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波をマイ
クロ波透過部材を経て前記真空容器内に導入するマイク
ロ波導入手段とを備えたマイクロ波プラズマ処理装置に
おいて、 前記マイクロ波の導入方向に沿って前記マイクロ波透
過部材から前記試料台までを囲んで配置された複数の空
心コイルを含み、磁力線の方向が前記マイクロ波透過部
材から前記試料載置面までの間該試料載置面に対して垂
直な垂直磁界を、該試料載置面の全面にわたって形成す
る垂直磁界形成手段と、 前記マイクロ波による電界と前記垂直磁界との相乗作
用により前記真空容器内の処理ガスをプラズマ化してイ
オンを生成し、該イオンを前記垂直磁界に沿った方向に
揃えて移動させ、前記試料載置面の全面に亘って入射さ
せるプラズマ発生手段、 とを備えたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理
装置により達成される。
上記目的はまた、マイクロ波発生手段で発生したマイ
クロ波をマイクロ波透過部材を経て真空容器内に導入
し、該マイクロ波による電界と、磁界形成手段により形
成される磁界との相乗作用により前記真空容器内の処理
ガスをプラズマ化し、該プラズマにより試料台上の試料
の被処理面を処理する方法において、 前記磁界形成手段は、前記マイクロ波の導入方向に沿
って前記マイクロ波透過部材から前記試料台までを囲ん
で配置された複数の空心コイルを含み、該空心コイルに
より、磁力線の方向が前記マイクロ波透過部材から前記
試料載置面までの間該試料載置面に対して垂直な垂直磁
界を、該試料載置面の全面にわたって形成し、 前記マイクロ波による電界と前記垂直磁界との相乗作
用により前記真空容器内の処理ガスをプラズマ化してイ
オンを生成し、 該イオンを前記垂直磁界に沿った方向に揃えて移動さ
せ、前記試料載置面の全面に亘って入射させ、前記試料
の被処理面を処理することを特徴とするマイクロ波プラ
ズマ処理方法により達成される。
〔作用〕
マイクロ波による電界と少なくとも試料の被処理面全
面に対して略垂直な磁界との相乗作用で発生したプラズ
マにより該略垂直磁界域に配置された試料の被処理面を
処理することにより、プラズマ中で解離されたイオン
は、試料の被処理面の何れの位置においても該被処理面
に対する傾きが略同一傾きである磁力線に沿って試料の
被処理面に入射、つまり、試料の被処理面の何れの位置
においても略同一の入射角度で試料の被処理面に入射
し、従って、試料の被処理面内における加工特性は均質
化される。
また、これと共に、マイクロ波による電界と少なくと
も試料の被処理面全面に対して略垂直な磁界との相乗作
用でプラズマを発生させることで、試料の被処理面に対
する磁束密度分布が均一化されて試料の被処理面に対す
るプラズマ密度分布が均一化され、これにより、試料の
被処理面内における加工特性は均質化される。
〔実 施 例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。
第1図で、真空室3は、頂壁に開口部を有し、また、
その底壁に真空排気口9を有する。真空容器として、こ
の場合、マイクロ波を透過する絶縁物で形成されたベル
ジャー4が用いられる。ベルジャー4の形状は、一端が
閉鎖端、他端が開放端の円筒形状である。ベルジャー4
は、真空室3の頂壁に該頂壁の開口部を介し真空室3内
とその内部を連通させて気密に取り付けられている。つ
まり、この状態で、ベルジャー4の閉鎖端は上部とな
り、その開放端は下部となる。真空室3の頂壁の開口部
形状、寸法は、ベルジャー4の開放端の形状、寸法と、
この場合、一致している。ベルジャー4の外周には、円
形導波管5が設けられている。円形導波管5は、マイク
ロ波伝播手段を構成する。円形導波管5の外側には磁界
発生手段である空芯コイル6が配置されている。空芯コ
イル6の内径寸法は、この場合、試料1の直径に比べて
充分な大きさを備えている(望ましくは、空芯コイル6
内径≧4X試料1の直径)。このような空芯コイル9が、
2個高さ方向に配置されている。マイクロ波発生源(図
示省略)が、マイクロ波伝播手段に設けられている。試
料台2は、この場合、ベルジャー4内で試料1を保持可
能に設けられている。試料台2は、その中心をベルジャ
ー4の軸心に略一致させられ、試料保持面を略水平面と
して設けられている。つまり、ベルシャー4の軸心は、
試料台2の試料保持面に略直交するようになる。試料台
2の試料保持面の形状、寸法は、試料1を保持可能な形
状、寸法である。ガス供給口8が、真空室3内、ベルジ
ャー4内に開放して真空室3に設けられている。ガス供
給口8は、処理ガス供給源(図示省略)に接続されてい
る。真空排気口9は、真空室3内、ベルジャー4内を所
定圧に源圧排気するための排気装置(図示省略)につな
がれている。
第1図で、排気装置により真空室3内、ベルジャー4
内は、減圧排気される。また、ベルジャー4内には、処
理ガス供給源から処理ガスが供給され、該供給された処
理ガスの一部は、真空室3内を介して排気装置により排
気され、これにより、真空室3内、ベルジャー4内は、
所定の処理圧力に調節される。また、試料台2の試料保
持面には、試料1が1個その被処理面を上向きとして載
置されて保持される。
一方、第1図で、マイクロ波が、マイクロ波発生装置
から発生され、マイクロ波伝播手段によりベルジャー4
に向かって伝播される。該伝播してきたマイクロ波は、
円形導波管5のマイクロ波導入口7を通りベルジャー4
を透過してベルジャー4内に導入される。また、空芯コ
イル6により磁界が発生される。この場合、空芯コイル
6の内径寸法は、試料1の直径に比べて充分な大きさを
備えているので、第1図に破線で示すような磁界が形成
される。つまり、少なくとも試料台2の試料保持面に保
持された試料1の被処理面全面に対して略垂直な磁界が
形成される。このような垂直磁界とマイクロ波による電
界との相乗作用によりベルジャー4内の処理ガスはプラ
ズマ化される。この場合、垂直磁界域で試料台2に保持
された試料1の被処理面は、該プラズマにより所定処理
される。つまり、プラズマ中のイオンが、試料台2に保
持された試料1の被処理面に対して略垂直で磁力線同志
が略平行な磁界、すなわち、試料1の被処理面に対する
磁束密度分布が略均一な磁界に巻きつくように螺旋運動
して試料1の被処理面の何れの位置に略同一角度で入射
し試料1の被処理面と反応して処理が行われる。
また、ベルジャー4での磁界が少なくとも試料1の被
処理面に対して略垂直であるため、試料1の被処理面に
対する磁束密度分布が均一化されて試料1の被処理面に
対するプラズマ密度分布が均一化される。このようなプ
ラズマにより試料1の被処理面の処理が行われる。
本実施例によれば、マイクロ波による電界と少なくと
も試料の被処理面全面に対して略垂直な磁界との相乗作
用で発生したプラズマにより試料の被処理面を処理する
ことにより、プラズマ中で解離されたイオンは、試料の
被処理面の何れの位置においても該被処理面に対する傾
きが略同一傾き、この場合、略直角である磁力線に沿っ
て試料の被処理面に入射、つまり、試料の被処理面の何
れの位置においても略同一の入射角度で試料の被処理面
に入射するようになるので、試料の被処理面内における
加工特性が均質化される。
また、これと共に、試料の被処理面に対する磁束密度
分布が均一化されて試料の被処理面に対するプラズマ密
度分布を均一化できるので、試料の被処理面内における
加工特性が均質化される。
ここで、加工特性とは、例えば、特公昭53−34461号
公報に記載のようなエッチング処理においては、エッチ
ング深さ、形状等のエッチング均一性を意味し、また、
例えば、成膜処理においては、膜厚、膜質等の成膜均一
性を意味する。
尚、上記実施例では、空芯コイルの内径寸法が、少な
くとも試料台の試料保持面に保持された試料の被処理面
全面に対して略垂直な磁界が形成されるように試料の直
径に比べて充分に大きい場合について述べたが、このよ
うな少なくとも試料の被処理面全面に対して略垂直な磁
界を形成する磁界形成手段としては、上記実施例での空
芯コイルのそれよりも小さいか、または、空芯コイルの
内径寸法が試料の直径に近い場合、このような空芯コイ
ルで発生した磁界を上記垂直磁界に制御する別の磁界発
生手段や、このような空芯コイルで発生した磁界を磁界
絞り効果を有する材料により絞り上記垂直磁界とする手
段を備えたものが採用される。このような磁界形成手段
を用いた場合、上記実施例での作用・効果と同様の作用
・効果を奏することができる。また、上記実施例では、
真空容器としてベルジャーを用いているが、この他に、
例えば、特公昭53−34461号公報に記載のようにベルジ
ャーを用いずに導波管自体を真空容器として用いても良
い。また、上記実施例では、試料をベルジャー(真空容
器)内に保持するようにしているが、ベルジャー(真空
容器)外であって真空室内で保持するようにしても良
い。何れにしても上記垂直磁界域に試料を保持するよう
にすれば良い。
〔発明の効果〕
本発明によれば、プラズマ中で解離されたイオンは、
試料の被処理面の何れの位置においても略同一の入射角
度で試料の被処理面に入射するようになり、これと共
に、試料の被処理面に対するプラズマ密度分布が均一化
されるので、試料の被処理面内における加工特性を均質
化できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示すマイクロ波プラズマ
処理装置の要部縦断面構成図、第2図は、従来のマイク
ロ波プラズマ処理装置の要部縦断面構成図である。 1……試料、2……試料台、3……真空室、4……ベル
ジャー、5……円形導波管、6……空芯コイル、7……
マイクロ波導入口、8……ガス供給口、9……真空排気
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−134423(JP,A) 特開 昭61−267324(JP,A) 特開 昭60−154620(JP,A) 特開 昭59−202635(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】真空容器と、該真空容器内設けられ試料を
    保持する試料載置面を有する試料台と、該真空容器内を
    減圧排気する排気手段と、前記真空容器内に処理ガスを
    供給する処理ガス供給手段と、マイクロ波発生手段と、
    該マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波をマイクロ
    波透過部材を経て前記真空容器内に導入するマイクロ波
    導入手段とを備えたマイクロ波プラズマ処理装置におい
    て、 前記マイクロ波の導入方向に沿って前記マイクロ波透過
    部材から前記試料台までを囲んで配置された複数の空心
    コイルを含み、磁力線の方向が前記マイクロ波透過部材
    から前記試料載置面までの間該試料載置面に対して垂直
    な垂直磁界を、該試料載置面の全面にわたって形成する
    垂直磁界形成手段と、 前記マイクロ波による電界と前記垂直磁界との相乗作用
    により前記真空容器内の処理ガスをプラズマ化してイオ
    ンを生成し、該イオンを前記垂直磁界に沿った方向に揃
    えて移動させ、前記試料載置面の全面にわたって入射さ
    せるプラズマ発生手段、 とを備えたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
    置。
  2. 【請求項2】前記垂直磁界形成手段の各空心コイルは、
    前記試料台の試料載置面に比べて十分に大きな内径寸法
    を有することを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の
    マイクロ波プラズマ処理装置。
  3. 【請求項3】マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波
    をマイクロ波透過部材を経て真空容器に導入し、該マイ
    クロ波による電界と、磁界形成手段により形成される磁
    界との相乗作用により前記真空容器内の処理ガスをプラ
    ズマ化し、該プラズマにより前記処理室内の試料台に設
    けられた試料載置面上の試料を処理する方法において、 前記磁界形成手段は、前記マイクロ波の導入方向に沿っ
    て前記マイクロ波透過部材から前記試料台までを囲んで
    配置された複数の空心コイルを含み、該空心コイルによ
    り、磁力線の方向がマイクロ波透過部材から前記試料載
    置面までの間該試料載置面に対して垂直な垂直磁界を、
    該試料載置面の全面にわたって形成し、 前記マイクロ波による電界と前記垂直磁界との相乗作用
    により前記真空容器内の処理ガスをプラズマ化してイオ
    ンを生成し、 該イオンを、前記垂直磁界に沿った方向に揃えて移動さ
    せ、前記試料載置面の全面にわたって入射させ、該イオ
    ンにより前記試料の被処理面を処理することを特徴とす
    るマイクロ波プラズマ処理方法。
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