JP2631650B2

JP2631650B2 - 真空装置

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Publication number: JP2631650B2
Application number: JP61289920A
Authority: JP
Inventors: 立男麻蒔; 英夫三戸; 行人中川; 敦関口
Original assignee: ANERUBA KK
Current assignee: ANERUBA KK
Priority date: 1986-12-05
Filing date: 1986-12-05
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: US4919783A; JPS63142636A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は真空装置に関し、例えばエッチング装置，
表面処理装置,CVD装置，光CVDあるいは光エッチング装
置，真空紫外光利用の各種装置等に適用して特に効果が
著しい。

（従来の技術とその問題点）本発明の従来技術としては、例えば、松尾らによる特
開昭55−141729号あるいは同57−17795号に示されるイ
オンシャワ装置がある。これらの発明は、いわゆるECR
装置であって秀れた性能を持ち広く実用されている。し
かしこの「ECR装置」は、イオンや帯電体を取り出すに
は適しているが、それらを取り除いて活性種や光のみを
外に取り出すには必ずしも適していない。

一方、開口らによる、特願昭60−064298号、特願昭61
−069646号に示される、「LTE装置」があり、この装置
も強力な真空紫外光や大量の活性種を発生するが、やは
り帯電体を除去して真空紫外光や大量の活性種のみを取
り出すのに向いていない。

この他、いわゆる光CVDなどの分野では、例えば、石
英管の内部に気体を詰めてその発光を利用しているが、
特に短波長側で石英の光の透過がないため、これを短波
長を利用するOVDに使用することが出来ない。

また、上記の外にも真空中の放電から光や活性種を採
取するさまざまな試みがあるが、これらもECR装置やLTE
装置と同様、帯電体を除いて光や活性種のみを利用する
ことが困難である。

（発明の目的）本発明の目的は、プラズマの中から活性種のみあるい
は活性種と光を分離して取り出すことができるととも
に、必要に応じて帯電体も取り出すことのできる装置の
提供にある。

この発明の別の目的は、真空紫外光などの極く短い波
長の光源を利用する処理装置の提供にある。

（発明の構成）本発明は、排気系により所定の圧力まで排気したのち
所定の気体を所定の圧力まで導入することのできるプラ
ズマ生成室と、該プラズマ生成室に電磁波を供給する手
段と、該プラズマ生成室に対し内部空間が連通した状態
で連設されるとともにプラズマ生成室内で生成された材
料が取り出されて進入する被処理室と、該プラズマ生成
室と該被処理室とを仕切る仮想的な面であってプラズマ
で生成された材料の取り出し経路を横切る面である開放
面に平行な方向成分を持ち開放面と横断するようにして
覆う磁場をプラズマ生成室内に設定してプラズマをプラ
ズマ生成室内に閉じ込める磁場設定手段とを具備してお
り、この磁場設定手段は、プラズマ生成室の側壁部分の
外面に沿って延びる板状の形状を有して当該側壁部分の
外側に互いに対向して配置された少くとも一対のポール
ピースと、前記磁場を設定するよう各々のポールピース
の端面の部分に巻かれたコイルと、プラズマ生成室の外
側で磁路を形成するよう各々のポールピースを繋いで配
置されたヨークとより成るものである。

（実施例）次にこの発明のの実施例を図を用いて詳細に説明す
る。

第１図（概略の正面図）、第２図（要部正面断面
図）、および第３図（平面断面図）の本発明の実施例に
おいて、10は真空系で、11はプラズマ生成室、12と13は
接続用フランジ、14は被処理室、15は真空配管、16は排
気系で、これには目的によって各種のポンプを用いるこ
とが出来る。例えば、油拡散ポンプと油回転ポンプ、タ
ーボポンプと油回転ポンプなどの組合わせが用いられ
る。矢印17は排気の方向を示す。18はプラズマ生成室11
と該被処理室14とを仕切る仮想的な面を意味する開放面
である。プラズマ生成室11内のプラズマにより生成され
た材料は、この開放面18を通って被処理室14内に進入
し、処理に利用される。20は電磁波源、21が電磁波発生
器であって、この実施例では2.45GHzマイクロ波を磁電
管の発振で得ている。電磁波発生器21とプラズマ生成室
11をつなぐ立体回路22には、ウエーブガイド，整合器，
マイクロ波電力計，アイソレータ，分割器などが必要に
応じ組み合わせて用いられる。23は、例えば、石英ガラ
ス等で作られたマイクロ波の窓で、真空気密を保持する
と同時にマイクロ波を透過する。

30は、この実施例の一つの特徴となる磁場の設定する
磁場設定手段で、この磁場設定手段30は、第２図及び第
３図からっ分かるように、プラズマ生成室11の側壁部分
の外面に沿って延びる板状の形状を有して当該側壁部分
の外側に互いに対向して配置された二対のポールピース
31と、各々のポールピース31の端面の部分に巻かれたコ
イル32と、プラズマ生成室11の外側で磁路を形成するよ
う各々のポールピース３を繋いで配置されたヨーク33と
により成る。このようなポールピース31、コイル32及び
ヨーク33により成る磁場設定手段30を用いることによ
り、プラズマ生成室11外での磁力線の漏洩が極めて少な
くできるので、開放面に平行な方向成分を持ち開放面を
横断するようにして覆う磁場をプラズマ生成室11内に充
分な強度で設定することが可能となっている。34は発生
する磁力線群の一つ、35,36は90度位相をずらした交流
電源でこうすることにより磁場は矢印37（第３図）のよ
うに回転する。40は被処理系で、41が被処理体（以下、
基板ともいう）、この実施例では板状の物体で示してあ
る。42は被処理体ホルダー、43はそれに所定の電位を与
えるための電源で、44は絶縁体である。50は所定の気体
を導入する気体導入系である。気体は必要に応じ、プラ
ズマ生成室11側あるいは被処理室14側の何れかの側か
ら、あるいは両側から同時に導入することが出来る。51
はバリアブルリークバルブ、52は圧力調整器，流量調整
器，ボンベ等を含むガスボックスである。

第１図の60はエアロック機構で、61がエアロック室、
62がバルブ、63が被処理体を被処理室に搬送する搬送機
構を矢印で略示したもの、64が蓋、65が排気系である。
蓋64を明け被処理体を入れて排気し、バルブ62を開けて
基板を被処理室14内に搬送する。

この装置は通常のエッチング装置，表面処理装置,CVD
装置，光CVDあるいは光エッチング装置などとほゞ同様
に運転する。

例えば、CVD装置に例をとってその運転を説明する
と、基板を41の位置に置いて内部を所定の圧力に排気し
た後、ガス導入系より所定の気体を導入し、所定の圧力
に調整する。

ついで磁場発生手段30で回転磁場を設定した後、電磁
波発生器21を動作させ、インピーダンスの整合を取りな
がらプラズマ生成室11をマイクロ波で励振する。励振モ
ードとプラズマ生成室の寸法はあらかじめ選択されてい
るもので、励振モードの方は電磁波の電解成分の少なく
とも一部が前記の磁界と直交するようにする。また磁場
の強さの方は、電磁波と電子サイクロトロン共鳴（以
下、ECR）を起こすように、例えば、電磁波の周波数が
2.45GHzの場合、磁場は875ガウスが用いられる。プラズ
マ生成室11の寸法は空洞共振器の条件を満足するのが望
ましい。例えば、モードTE113を用いる場合、直径200m
m、高さ200mm近辺の寸法が望ましい。

上記のようにするときには、2.45GHzのマイクロ波電
力がプラズマ生成室の内部に送り込まれると、内部の電
子に対し磁場とこれに直交する電界成分がECR条件を満
足しているので効率的にプラズマが作られる。プラズマ
はプラズマ生成室11の壁と磁力線34の内部に閉じ込めら
れ、電荷粒子の漏洩は少ない。

例えば、プラズマ生成室11の内部で発生した大量の活
性種と光のみを被処理室の方に取り出し処理に出来る。
例えばN₂とSiH₄系のガスを導入することにより基板41上
にシリコンの窒化膜を生成することが出来る。

特に圧力を0.1〜1Torrに上昇させ、充分な電力を供給
すると、プラズマの温度が高くなり局所平衡（LTE）に
近い状態になる。そしてRF放電によるLTE状態のプラズ
マ（H.Mito,A.Sekiguti;J.Vac.ScTechnol.A4（1986）47
5参照）からのと同様に、真空紫外の強力な発光が見ら
れ、これは強力な光源として有用であって、この光源を
利用して被処理室で、CVD,エッチング，加工，改質，露
光など各種の処理を行なうことが出来る。

電磁波によるプラズマ生成室の励振はこの発明のもう
一つの重要なポイントである。この場合、磁力線34とで
示された磁場と直交する電界を作ると能率がよい。

この実施例ではTEモードのTE113を用いたが、TMモー
ドは電界と磁界を直交させる更に有効な手段の一つであ
る。その為には、二点鎖線231,232,233などの位置にマ
イクロ波の窓を設けプラズマ生成室を励振するとよい。
励振の方法は多数あり、第４図及び第５図の実施例にお
いてはプラズマ生成室を同軸ケーブルで励振する例を示
してある。

第４図においては、芯線24と側管25で同軸ケーブル形
成、窓234から突出したアンテナでプラズマ生成室の内
部を励振する。第５図の実施例でも同様に窓235を通し
てプラズマ生成室の内部を励振する。これらの励振方法
は、マイクロ波立体回路で慣用されている方法である。
マイクロ波工学の回路形成法がここに利用できる。

第２図において、開放面18に置かれた遮蔽板26は光を
遮断したい場合に用いられ、これを置くことにより被処
理体41の表面に活性種のみを持ってくることが出来る。
ドーナツ状の板27はプラズマ生成室をより一層に共振器
として纏めたい場合に用いる。さらにメッシュ状電極板
（群）28は、特開昭55ー141729号や、特開昭57ー177975
号に用いられたと同様プラズマからイオンを被処理室に
取り出したい場合に用いられ、それぞれは目的に合った
電位に保たれる。

第６図（正面断面図），第７図（平面断面図）にはさ
らに別の実施例を示す。この実施例においては、磁界は
回転磁界ではなく、一方向磁界あるいは交番磁界を用い
ている。

第６図及び第７図から分かるように、この実施例にお
ける磁場設定手段30は、プラズマ生成室11の側壁部分の
外面に沿って延びる板状の形状を有して当該側壁部分の
外側に互いに対向して配置された一対のポールピース31
と、各々のポールピース31の端面の部分に巻かれたコイ
ル32と、プラズマ生成室11の外側で磁路を形成するよう
各々のポールピース31を繋いで配置されたヨーク33とよ
り成る。即ち、ポールピース31は、少なくとも一対配置
されていればよい。

第８図（一部の正面断面図）には、本願発明に関連し
た参考例の構成を示す。この図は、装置の第３図の８ー
８′断面に相当する断面図を示してある。この実施例の
装置では、第３図の装置に対し円筒状コイル37が付加さ
れており、これによる矢印38方向の磁界と、マイクロ波
窓23から励振される例えば、TE113モードの電界とがECR
条件を満足するようにして、ECR装置を形成している。
その一方で、矢印38と直交する磁場を31と33で作り、窓
231から励振するTMモードによる直交電磁界装置とECR条
件を満たすECR装置との両方を構成している。そしてス
イッチ221と371を切り換えることにより、同一装置でTE
113モード電界によるECR装置とTMモード電界による直交
電磁界装置とを切り替えて使い分けが出来るようにして
いる。

第９図にはさらに別の参考例を示す。この実施例は、
内部を真空にしたウェーブガイド19にヘルムホルツコイ
ル38,39を設け、プラズマ191を作り、これからフランジ
12即ち開放面の方向に光や活性種を取り出すようにした
装置である。

第10図（正面断面図），第11図（側面断面図）に更に
別の参考例を示す。この参考例においては、プラズマ生
成室11内に発生する磁界の方向38と光や活性種を引き出
すフランジ12即ち開放面の方向と、プラズマ生成室11に
マイクロ波を導入する立体回路の方向とが、それぞれ直
角となるよう配置されている。（また、この場合のマイ
クロ波は直線偏波で導入されなけばならない。）第10図においてはTE₁₀モードの立体回路22の振動電界
221が、コイル30により発生する磁界38と直角となる方
向に設置されており、マイクロ波はプラズマ中をＸモー
ドで伝播するため、プラズマを効率よく加熱することが
出来、光や活性種を取り出すのに有効である。立体回路
22を第10図から90゜回転した位置に設置した場合は、振
動電界221はコイル30により発生する磁界38と平行にな
る。この場合、マイクロ波は０モードで伝播する。その
モードでは角周波数ωがプラズマ角周波数ωｐより大き
い場合にのみ伝播するため、ωp/2πが2.45GHzの場合、
プラズマ密度の上限はおおよそne≒７×10¹⁰cm^-3であ
る。プラズマ密度がこれ以上のものを要求される場合
は、前述のＸモードもしくはECRモードを選ばねばなら
ない。このモードの選択は、要求されるプラズマの性質
により異なり、比較的低密度のプラズマを効率良く得る
には０モードから、また、高密度のプラズマを得るには
Ｘモードを選択すべきである。

なお、以上は何ら限定的な意味をもつものでないとい
うことはいうまでもない。

実施例は薄膜の世界への応用を主として説明して来た
が、光源として処理に使うときはその応用には限りがな
い。電磁波の供給の仕方も多数あり、その波長も広い範
囲に亙って用いることが出来る。磁場の設定も、単相ほ
か３相以上のものがある。プラズマ生成室の構成や作り
方も、例えば多室にする、技術と併用するなど多くの変
化が可能である。

（発明の効果）本発明は以上説明したような構成と作用を有している
ので、プラズマの中から活性種のみあるいは活性種と光
を分離して取り出すことができるとともに、必要に応じ
て帯電体も取り出すことができる。従って、帯電体を除
去してダメージの少ない処理を行ったり、逆に帯電体を
積極的に利用して特定の処理を行なたりすることが可能
となる。

またこの装置を光源として用いることにより、光CVD,
露光，有機物や無機物の改質などに極めて秀れた新規な
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は、本発明の１実施例を示
す図。第4,5,6,7図はおれぞれ別の実施例を示す図であり、第
8,9、10、11図は本願発明に関連した参考例の構成を示
す図である。図中、16は排気系、50は気体導入系、10は真空室、30は
磁場設手段、20は電磁波源、40は被処理系である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中川行人東京都府中市四谷５−８−１日電アネルバ株式会社内 (72)発明者関口敦東京都府中市四谷５−８−１日電アネルバ株式会社内 (56)参考文献特開昭60−263434（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−245526（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−166976（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−193726（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−225525（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−125820（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−86942（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気系により所定の圧力まで排気したのち
所定の気体を所定の圧力まで導入することのできるプラ
ズマ生成室と、該プラズマ生成室に電磁波を供給する手
段と、該プラズマ生成室に対し内部空間が連通した状態
で連設されるとともにプラズマ生成室内で生成された材
料が取り出されて進入する被処理室と、該プラズマ生成
室と該被処理室とを仕切る仮想的な面であってプラズマ
で生成された材料の取出し経路を横切る面である開放面
に平行な方向成分を持ち開放面を横断するようにして覆
う磁場をプラズマ生成室内に設定してプラズをプラズマ
生成室内に閉じ込める磁場設定手段とを具備しており、
この磁場設定手段は、プラズマ生成室の側画部分の外面
に沿って延びる板状の形状を有して当該側壁部分の外側
に互いに対向して配置された少なくとも一対のポールピ
ースと、前記磁場を設定するよう各々のポールピースの
端面の部分に巻かれたコイルと、プラズマ生成室との外
側で磁路を形成するよう各々のホールピースを繋いで配
置されたヨークとより成るものであることを特徴とする
真空装置。
【請求項２】該磁場が一方向性磁場であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の真空装置。
【請求項３】該磁場が交番磁場であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の真空装置。
【請求項４】該磁場が回転磁場であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の真空装置。
【請求項５】前記開放面の位置に、プラズマからイオン
を取り出すための部材が配置されていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１、２、３又は４項記載の真空装
置。
【請求項６】前記開放面の位置に、光を遮断する遮蔽板
を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１、２、
３、４又は５記載の真空装置。