JP2866381B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
プラズマ処理装置Info
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- JP2866381B2 JP2866381B2 JP63082276A JP8227688A JP2866381B2 JP 2866381 B2 JP2866381 B2 JP 2866381B2 JP 63082276 A JP63082276 A JP 63082276A JP 8227688 A JP8227688 A JP 8227688A JP 2866381 B2 JP2866381 B2 JP 2866381B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体加工装置であるプラズマ処理装
置、特に電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発
生させ、広い領域にわたつて基板に均一なプラズマ処理
を行なえるプラズマ処理装置に関するものである。
置、特に電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発
生させ、広い領域にわたつて基板に均一なプラズマ処理
を行なえるプラズマ処理装置に関するものである。
第３図は、例えば特開昭57−79621号公報に記載され
た従来のプラズマ処理装置を一部ブロツク図で示す断面
構成図である。このプラズマ処理装置は、後で詳しく説
明する電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生
するプラズマ発生部（１）を備える。このプラズマ発生
部（１）は、その内部にプラズマ発生用容器例えばガラ
ス管（２）を有する。プラズマ発生部（１）の周囲に配
置されたコイル例えばソレノイドコイル（３）は、直流
電源（４）と電気的に接続されており、プラズマ処理装
置の軸方向すなわちＺ方向に不均一な静磁界を発生す
る。プラズマ発生部（１）に直結された矩形導波管
（５）は、プラズマ処理装置の径方向すなわちｒ方向に
マイクロ波電界を発生する。駆動電源（６）と電気的に
接続されたマグネトロン発振器（７）は、直線偏波のマ
イクロ波を矩形導波管（５）へ供給する。また、ガス例
えば反応ガスは、ガス供給管（８）を通してプラズマ発
生用ガラス管（２）へ供給される。
た従来のプラズマ処理装置を一部ブロツク図で示す断面
構成図である。このプラズマ処理装置は、後で詳しく説
明する電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマを発生
するプラズマ発生部（１）を備える。このプラズマ発生
部（１）は、その内部にプラズマ発生用容器例えばガラ
ス管（２）を有する。プラズマ発生部（１）の周囲に配
置されたコイル例えばソレノイドコイル（３）は、直流
電源（４）と電気的に接続されており、プラズマ処理装
置の軸方向すなわちＺ方向に不均一な静磁界を発生す
る。プラズマ発生部（１）に直結された矩形導波管
（５）は、プラズマ処理装置の径方向すなわちｒ方向に
マイクロ波電界を発生する。駆動電源（６）と電気的に
接続されたマグネトロン発振器（７）は、直線偏波のマ
イクロ波を矩形導波管（５）へ供給する。また、ガス例
えば反応ガスは、ガス供給管（８）を通してプラズマ発
生用ガラス管（２）へ供給される。
プラズマ処理装置は更にプラズマ反応部（９）を備
え、このプラズマ反応部（９）内にステージ（10）が設
けられ、このステージ（10）の上にはプラズマ処理が行
なわれるべき基板（11）が乗せられている。なお、プラ
ズマ反応部（９）の下部には要済みのガスを排出する排
気管（12）が連結されている。
え、このプラズマ反応部（９）内にステージ（10）が設
けられ、このステージ（10）の上にはプラズマ処理が行
なわれるべき基板（11）が乗せられている。なお、プラ
ズマ反応部（９）の下部には要済みのガスを排出する排
気管（12）が連結されている。
従来のプラズマ処理装置は上述したように構成されて
おり、プラズマの形成が電子サイクロトロン共鳴によつ
て行なわれるので、次に電子サイクロトロン共鳴につい
て説明する。
おり、プラズマの形成が電子サイクロトロン共鳴によつ
て行なわれるので、次に電子サイクロトロン共鳴につい
て説明する。
今、軸方向の不均一な静磁界の強度をＢ（ｚ）とす
る。マグネトロン発振器（７）によつて矩形導波管
（５）内に供給されるマイクロ波電力は、その周波数に
応じて共振するように作られた形状のプラズマ発生部
（１）内に不均一なマイクロ波電界Erf（ｚ）を形成す
る。プラズマ発生部（１）内でマイクロ波電界Erf
（ｚ）と電子サイクロトロン共鳴を起こすＺ方向の静磁
界の強度は、プラズマ発生部（１）内で第４図に示す領
域である。第４図は、プラズマ発生部（１）の中心から
側壁面までの径方向ｒと、プラズマ発生部（１）の上部
壁面から下部の軸方向Ｚとにおける共鳴点を示す分布図
である。点（Ａ）から点（Ｂ）への曲線はＺ方向の静磁
界強度Bz（ｚ）がマイクロ波電界Erf（ｚ）と共鳴を起
こす磁界強度の点を結んだものである。
る。マグネトロン発振器（７）によつて矩形導波管
（５）内に供給されるマイクロ波電力は、その周波数に
応じて共振するように作られた形状のプラズマ発生部
（１）内に不均一なマイクロ波電界Erf（ｚ）を形成す
る。プラズマ発生部（１）内でマイクロ波電界Erf
（ｚ）と電子サイクロトロン共鳴を起こすＺ方向の静磁
界の強度は、プラズマ発生部（１）内で第４図に示す領
域である。第４図は、プラズマ発生部（１）の中心から
側壁面までの径方向ｒと、プラズマ発生部（１）の上部
壁面から下部の軸方向Ｚとにおける共鳴点を示す分布図
である。点（Ａ）から点（Ｂ）への曲線はＺ方向の静磁
界強度Bz（ｚ）がマイクロ波電界Erf（ｚ）と共鳴を起
こす磁界強度の点を結んだものである。
電子は静磁界Ｂ中ではよく知られたサイクロトロン運
動をし、サイクロトロン角周波数ωｃはωｃ＝eB/mで表
わされる。ただし、ｍは電子の質量である。プラズマ発
生部（１）内のマイクロ波電場Erf（ｚ）の角周波数を
ωとし、ω＝ωｃのサイクロトロン共鳴条件が成立すれ
ば、マイクロ波のエネルギーは電子に連続的に供給され
て電子のエネルギーが増大する。
動をし、サイクロトロン角周波数ωｃはωｃ＝eB/mで表
わされる。ただし、ｍは電子の質量である。プラズマ発
生部（１）内のマイクロ波電場Erf（ｚ）の角周波数を
ωとし、ω＝ωｃのサイクロトロン共鳴条件が成立すれ
ば、マイクロ波のエネルギーは電子に連続的に供給され
て電子のエネルギーが増大する。
このようなサイクロトロン共鳴条件下で、ガス供給管
（８）内に適当なガス圧のガスを導入すると、予備放電
状態で発生した電子は、マイクロ波から連続的にエネル
ギーが供給されて高いエネルギー状態になり、衝突過程
を通してプラズマが発生し、この発生したプラズマにさ
らに共鳴条件下でマイクロ波電力が注入される。
（８）内に適当なガス圧のガスを導入すると、予備放電
状態で発生した電子は、マイクロ波から連続的にエネル
ギーが供給されて高いエネルギー状態になり、衝突過程
を通してプラズマが発生し、この発生したプラズマにさ
らに共鳴条件下でマイクロ波電力が注入される。
従つて、例えばガス供給管（８）に導入するガスをSi
H4とすると、ガスの圧力以外にマイクロ波電力を適当に
調整することにより、Si+,SiH+,SiH2 +,SiH3 +などのイオ
ンの種類，濃度あるいはそのエネルギーを制御できると
同時に、Si＊,SiHx ＊などのラジカルの種類，濃度ある
いはそのエネルギーを制御できる。
H4とすると、ガスの圧力以外にマイクロ波電力を適当に
調整することにより、Si+,SiH+,SiH2 +,SiH3 +などのイオ
ンの種類，濃度あるいはそのエネルギーを制御できると
同時に、Si＊,SiHx ＊などのラジカルの種類，濃度ある
いはそのエネルギーを制御できる。
一方、不均一な静磁界Ｂ（ｚ）と不均一な電界Erf
（ｚ）の間では、次式で与えられるような軸方向の力Fz
が電子に作用し、電子は軸方向に加速される。
（ｚ）の間では、次式で与えられるような軸方向の力Fz
が電子に作用し、電子は軸方向に加速される。
ただし、μは磁気モーメント、Ｂは磁束密度、ｚは中
心軸方向の距離、Woは電子の円運動のエネルギー、Boは
プラズマ発生部（１）での磁束密度、ｍは電子の質量、
そしてＭはイオンの質量である。
心軸方向の距離、Woは電子の円運動のエネルギー、Boは
プラズマ発生部（１）での磁束密度、ｍは電子の質量、
そしてＭはイオンの質量である。
従つて、第３図のプラズマ発生部（１）内で発生され
たプラズマ中の電子がプラズマ反応部（９）に向けて軸
方向に加速され、このためにプラズマ中にはイオンを加
速する静電界E0（ｚ）が軸方向に形成される。この静電
界E0（ｚ）によつてプラズマは全体として軸方向に加速
されることになり、プラズマ反応部（９）に軸方向に沿
うプラズマ流（13）が発生する。ソレノイドコイル
（３）によつて作られた磁力線がプラズマ反応部（９）
では径方向成分をもつようになるので、プラズマ流（1
3）は磁力線に沿つて発散し、拡がつてゆく。
たプラズマ中の電子がプラズマ反応部（９）に向けて軸
方向に加速され、このためにプラズマ中にはイオンを加
速する静電界E0（ｚ）が軸方向に形成される。この静電
界E0（ｚ）によつてプラズマは全体として軸方向に加速
されることになり、プラズマ反応部（９）に軸方向に沿
うプラズマ流（13）が発生する。ソレノイドコイル
（３）によつて作られた磁力線がプラズマ反応部（９）
では径方向成分をもつようになるので、プラズマ流（1
3）は磁力線に沿つて発散し、拡がつてゆく。
このようなプラズマ処理装置はプラズマエツチング、
プラズマCVD、プラズマ酸化を初めとする各種表面処理
に応用されることができ、これらの処理を効果的に行な
うことができる。
プラズマCVD、プラズマ酸化を初めとする各種表面処理
に応用されることができ、これらの処理を効果的に行な
うことができる。
電子サイクロトロン共鳴を使つた従来のプラズマ処理
装置では矩形導波管内のマイクロ波は通常直線偏波であ
るが、プラズマ内を伝播する電磁波は上述したような装
置では右回り波がプラズマの生成に有効である。従つ
て、矩形導波管を伝播して来たマイクロ波の左回り成分
はプラズマの生成には寄与しないという問題点があつ
た。
装置では矩形導波管内のマイクロ波は通常直線偏波であ
るが、プラズマ内を伝播する電磁波は上述したような装
置では右回り波がプラズマの生成に有効である。従つ
て、矩形導波管を伝播して来たマイクロ波の左回り成分
はプラズマの生成には寄与しないという問題点があつ
た。
この発明は、上述したような問題点を解決するために
なされたもので、プラズマ発生部内のプラズマ密度を増
加させることによつてプラズマ処理速度を向上させるプ
ラズマ処理装置を得ることを目的とする。
なされたもので、プラズマ発生部内のプラズマ密度を増
加させることによつてプラズマ処理速度を向上させるプ
ラズマ処理装置を得ることを目的とする。
この発明に係るプラズマ処理装置は、プラズマ発生部
に入射するマイクロ波の中心部分が右回り波となるよう
に、右回り波のマイクロ波を発生かつ供給する手段を設
けたものである。
に入射するマイクロ波の中心部分が右回り波となるよう
に、右回り波のマイクロ波を発生かつ供給する手段を設
けたものである。
〔作用〕 この発明においては、右回り波のマイクロ波がプラズ
マ発生部へ供給されるので、プラズマによつて反射され
る成分が少なく、マグネトロン発振器によつて発生され
たマイクロ波電力のほとんどすべてがプラズマ発生部の
中へ入射される。プラズマ発生部の内部では、マイクロ
波が電子サイクロトロン共鳴またはその他のダンピング
機構（たとえばランダウ減衰）により電子にエネルギー
を与え、プラズマの生成を活発にする。この結果、プラ
ズマの密度が上昇し、プラズマ処理速度が向上する。
マ発生部へ供給されるので、プラズマによつて反射され
る成分が少なく、マグネトロン発振器によつて発生され
たマイクロ波電力のほとんどすべてがプラズマ発生部の
中へ入射される。プラズマ発生部の内部では、マイクロ
波が電子サイクロトロン共鳴またはその他のダンピング
機構（たとえばランダウ減衰）により電子にエネルギー
を与え、プラズマの生成を活発にする。この結果、プラ
ズマの密度が上昇し、プラズマ処理速度が向上する。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は、この発明に係るプラズマ処理装置の一実施
例を一部ブロツク図で示す断面構成図である。図におい
て、符号（１）〜（４），（６），（８）〜（13）で示
したものは第３図について説明したものと全く同じであ
るので、こゝではその説明を省略する。駆動電源（６）
と電気的に接続されたマグネトロン発振器（7A）は、第
３図に示したマグネトロン発振器（７）と違つて、右回
り波のマイクロ波を発生する。マグネトロン発振器（7
A）とプラズマ発生部（１）の間に設けられた円形導波
管（5A）は、マグネトロン発振器（7A）が発生した右回
り波のマイクロ波をプラズマ発生部（１）に供給する。
第１図では、これらマグネトロン発振器（7A）および円
形導波管（5A）が右回り波発生・供給手段を構成する。
例を一部ブロツク図で示す断面構成図である。図におい
て、符号（１）〜（４），（６），（８）〜（13）で示
したものは第３図について説明したものと全く同じであ
るので、こゝではその説明を省略する。駆動電源（６）
と電気的に接続されたマグネトロン発振器（7A）は、第
３図に示したマグネトロン発振器（７）と違つて、右回
り波のマイクロ波を発生する。マグネトロン発振器（7
A）とプラズマ発生部（１）の間に設けられた円形導波
管（5A）は、マグネトロン発振器（7A）が発生した右回
り波のマイクロ波をプラズマ発生部（１）に供給する。
第１図では、これらマグネトロン発振器（7A）および円
形導波管（5A）が右回り波発生・供給手段を構成する。
上述したように構成されたプラズマ処理装置では、マ
グネトロン発振器（7A）が発生した右回り波のマイクロ
波が円形導波管（5A）を通じてプラズマ発生部（１）へ
導入されると、プラズマ発生部（１）が円筒状になつて
いるので、プラズマ発生部（１）内に生成されるプラズ
マも同じく円筒状となる。ここで、プラズマ発生部
（１）内のプラズマが一様なプラズマであると仮定する
と、特にプラズマ発生部（１）の中心軸付近では右回り
波のみがプラズマ中に伝播する。この実施例では、マグ
ネトロン発振器（7A）で発生されたマイクロ波が右回り
成分しかもたないので、発生されたマイクロ波はすべて
プラズマ中へ伝播していく。プラズマの中へ入射された
マイクロ波は電子サイクロトロン共鳴領域に達するとサ
イクロトロン共鳴を起こしマイクロ波のエネルギが電子
に与えられる。このように、マグネトロン発振器（7A）
で発生されたマイクロ波のほとんどすべてが電子の加熱
に有効利用されるので、従来例と比較してプラズマ密度
が上昇し、プラズマ処理が高速に行える。
グネトロン発振器（7A）が発生した右回り波のマイクロ
波が円形導波管（5A）を通じてプラズマ発生部（１）へ
導入されると、プラズマ発生部（１）が円筒状になつて
いるので、プラズマ発生部（１）内に生成されるプラズ
マも同じく円筒状となる。ここで、プラズマ発生部
（１）内のプラズマが一様なプラズマであると仮定する
と、特にプラズマ発生部（１）の中心軸付近では右回り
波のみがプラズマ中に伝播する。この実施例では、マグ
ネトロン発振器（7A）で発生されたマイクロ波が右回り
成分しかもたないので、発生されたマイクロ波はすべて
プラズマ中へ伝播していく。プラズマの中へ入射された
マイクロ波は電子サイクロトロン共鳴領域に達するとサ
イクロトロン共鳴を起こしマイクロ波のエネルギが電子
に与えられる。このように、マグネトロン発振器（7A）
で発生されたマイクロ波のほとんどすべてが電子の加熱
に有効利用されるので、従来例と比較してプラズマ密度
が上昇し、プラズマ処理が高速に行える。
なお、上記実施例ではマグネトロン発振器（7A）が右
回り波を発生する例を示したが、第２図に示す他の実施
例は直線偏波のマイクロ波を発生するマグネトロン発振
器（７）を使用しかつマイクロ波を途中まで伝播する矩
形導波管（５）を使用し、その後、矩形−円形モード変
換器（14）で円形モードに変換し、さらに右回り波発生
器（15）で右回り波に変換したマイクロ波をプラズマ発
生部（１）に入射させてもよい。
回り波を発生する例を示したが、第２図に示す他の実施
例は直線偏波のマイクロ波を発生するマグネトロン発振
器（７）を使用しかつマイクロ波を途中まで伝播する矩
形導波管（５）を使用し、その後、矩形−円形モード変
換器（14）で円形モードに変換し、さらに右回り波発生
器（15）で右回り波に変換したマイクロ波をプラズマ発
生部（１）に入射させてもよい。
また、上記実施例では、プラズマ発生部（１）に接続
された円形導波管（5A）はプラズマ発生部（１）と同じ
直径のものを示したが、必ずしも同じ直径である必要は
なく、プラズマ発生部（１）の直径が円形導波管（5A）
の直径より大きくても良い。
された円形導波管（5A）はプラズマ発生部（１）と同じ
直径のものを示したが、必ずしも同じ直径である必要は
なく、プラズマ発生部（１）の直径が円形導波管（5A）
の直径より大きくても良い。
以上、詳述したように、この発明は右回り波の楕円偏
波であるマイクロ波を発生してプラズマ発生部へ供給す
る手段を設けたので、反射波がほとんどなくなり、か
つ、入射波のほとんどすべてがプラズマ中へ伝播してプ
ラズマの生成に寄与し、これによりプラズマ密度が増加
し、処理速度が向上する効果を奏する。
波であるマイクロ波を発生してプラズマ発生部へ供給す
る手段を設けたので、反射波がほとんどなくなり、か
つ、入射波のほとんどすべてがプラズマ中へ伝播してプ
ラズマの生成に寄与し、これによりプラズマ密度が増加
し、処理速度が向上する効果を奏する。
第１図はこの発明の一実施例を一部ブロツク図で示す断
面構成図、第２図はこの発明の他の実施例を一部ブロツ
ク図で示す断面構成図、第３図は従来のプラズマ処理装
置を一部ブロツク図で示す断面構成図、第４図は第３図
のプラズマ処理装置における共鳴点を示す図である。 図において、（１）はプラズマ発生部、（５）は矩形導
波管、（5A）は円形導波管、（７）と（7A）はマグネト
ロン発振器、（９）はプラズマ反応部、（11）は基板、
（13）はプラズマ流、（14）は矩形−円形モード変換
器、（15）は右回り波発生器である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
面構成図、第２図はこの発明の他の実施例を一部ブロツ
ク図で示す断面構成図、第３図は従来のプラズマ処理装
置を一部ブロツク図で示す断面構成図、第４図は第３図
のプラズマ処理装置における共鳴点を示す図である。 図において、（１）はプラズマ発生部、（５）は矩形導
波管、（5A）は円形導波管、（７）と（7A）はマグネト
ロン発振器、（９）はプラズマ反応部、（11）は基板、
（13）はプラズマ流、（14）は矩形−円形モード変換
器、（15）は右回り波発生器である。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電子サイクロトロン共鳴を用いてプラズマ
を発生する円筒状のプラズマ発生部と、直線偏波のマイ
クロ波を発生するマグネトロン発振器と、このマグネト
ロン発振器が発生した直線偏波のマイクロ波を伝播する
矩形導波管と、この矩形導波管によって伝播されたマイ
クロ波を円形モードに変換するモード変換器と、このモ
ード変換器によって変換された円形モードを右回り波に
変換した後に前記プラズマ発生部に供給する右回り波発
生器とを備え、前記右回り波が楕円偏波の右回り波であ
ることを特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63082276A JP2866381B2 (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | プラズマ処理装置 |
| US07/333,042 US5115167A (en) | 1988-04-05 | 1989-04-04 | Plasma processor |
| US07/817,650 US5146138A (en) | 1988-04-05 | 1992-01-07 | Plasma processor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63082276A JP2866381B2 (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | プラズマ処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01255224A JPH01255224A (ja) | 1989-10-12 |
| JP2866381B2 true JP2866381B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=13769974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63082276A Expired - Fee Related JP2866381B2 (ja) | 1988-04-05 | 1988-04-05 | プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866381B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01179323A (ja) * | 1988-01-06 | 1989-07-17 | Hitachi Ltd | プラズマ反応装置 |
-
1988
- 1988-04-05 JP JP63082276A patent/JP2866381B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01255224A (ja) | 1989-10-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |