JP2965169B2 - Microwave discharge reaction device and electrode device - Google Patents
Microwave discharge reaction device and electrode deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波放電反応装置
及び電極装置に関し、特にドライエッチング装置、プラ
ズマCVD装置、スパッタリング装置、表面改質装置等
に応用するのに好適なマイクロ波放電反応装置及び電極
装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microwave discharge reactor and an electrode device, and more particularly to a microwave discharge reactor suitable for application to a dry etching device, a plasma CVD device, a sputtering device, a surface reforming device, and the like. The present invention relates to an electrode device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、例えば特開昭55−141729
号公報に開示されるECR(電子サイクロトロン共鳴)
装置のように、マイクロ波領域の電磁波を利用した放電
反応装置には各種のものが提案されている。一般にこの
種の放電反応装置で放電室内に効率よくプラズマを発生
させるには、利用するマイクロ波の周波数に対して放電
室が共振器として作用するように、当該放電室を設計す
る必要がある。従って放電室の大きさはマイクロ波の波
長(よく用いられる2.45GHz のマイクロ波では約1
2cm)によって決定される寸法上の制約があり、放電室
を単純に大きくするだけでは高次モードの定在波の発生
等によりプラズマが不均一になり、面積の大きい基板を
均一性良く処理することは不可能であった。2. Description of the Related Art Conventionally, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-141729.
(Electron Cyclotron Resonance) disclosed in Japanese Patent Publication
Various devices have been proposed for a discharge reaction device using an electromagnetic wave in a microwave region, such as a device. Generally, in order to efficiently generate plasma in a discharge chamber in this type of discharge reaction apparatus, it is necessary to design the discharge chamber such that the discharge chamber acts as a resonator with respect to the frequency of a microwave to be used. Therefore, the size of the discharge chamber is approximately equal to the wavelength of the microwave (approximately 1.
The size is limited by 2 cm), and if the discharge chamber is simply enlarged, plasma becomes non-uniform due to the generation of standing waves in higher-order modes, and a substrate having a large area is processed with good uniformity. That was impossible.
【0003】一方、被処理基板の寸法は近年ますます大
きくなり、2.45GHz のマイクロ波の波長の数倍程度
の大きさをもつ基板を均一性良く処理する必要が生じて
いる。また従来の放電反応装置では一般に導波管を用い
てマイクロ波を放電室に導入する構造を採用している。
導波管は、使用する周波数領域によってその大きさが決
まっているため、装置設計における寸法上の制約が大き
く、またマイクロ波導入用窓の信頼性も充分とはいえな
かった。On the other hand, the size of a substrate to be processed has been increasing in recent years, and it has become necessary to process a substrate having a size several times the wavelength of a microwave of 2.45 GHz with good uniformity. Further, a conventional discharge reaction apparatus generally employs a structure in which a microwave is introduced into a discharge chamber using a waveguide.
Since the size of the waveguide is determined depending on the frequency region to be used, dimensional restrictions in the design of the device are large, and the reliability of the window for introducing microwave is not sufficient.
【0004】これ対して、マイクロ波の導入に同軸管を
用い、多数のスリットを有する円筒状の電極をマイクロ
波放射用のアンテナとして用いて、大面積の処理を可能
とすることを目指した装置の開発も行なわれている。本
装置は、例えばA.Yonesu etal. Production of a larg
e-diameter uniform ECR plasma with a Lisitanocoil"
Jpn.J.Appl.Phys.,27(1988)L1746.)に記載される。ま
た特開平1−159379号公報に開示されるように、
多数のスリットを有する平板状の電極をアンテナとして
用いることで、大面積を均一に処理することも試みられ
ている。On the other hand, a coaxial tube is used for introducing microwaves, and a cylindrical electrode having a large number of slits is used as an antenna for radiating microwaves. Is also being developed. This device is, for example, A.Yonesu etal. Production of a larg
e-diameter uniform ECR plasma with a Lisitanocoil "
Jpn. J. Appl. Phys., 27 (1988) L1746.). Also, as disclosed in JP-A No. 1-1593 79 JP,
Attempts have been made to uniformly treat a large area by using a plate-like electrode having a large number of slits as an antenna.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記多数の
スリットを有する円筒を電極として大面積にわたって均
一性の良好なプラズマを発生させるには、前記円筒内に
全域にわたってECR条件、すなわち2.45GHz のマ
イクロ波に対しては磁束密度が875ガウスの磁場をス
リットと平行方向に発生させる必要がある。例えば直径
300mmの基板を均一性よく処理するには、前記のA.Yo
nesu et al.の文献によれば、内径400mmの円筒電極
を用いる必要がある。このような大きな電極の内部に8
75ガウスの磁場を均一性よく発生させるには、巨大な
空芯コイルが必要であり、このことが前記円筒電極を用
いた放電反応装置を実用化するに当たって大きな障害と
なっていた。By the way, in order to generate plasma with good uniformity over a large area using the cylinder having a large number of slits as an electrode, ECR conditions, that is, 2.45 GHz, are required throughout the cylinder. For a microwave, it is necessary to generate a magnetic field having a magnetic flux density of 875 gauss in a direction parallel to the slit. For example, to process a substrate with a diameter of 300 mm with good uniformity, the above-mentioned A. Yo
nesu et al. According to the reference, it is necessary to use a cylindrical electrode having an inner diameter of 400 mm. 8 inside such a large electrode
In order to generate a magnetic field of 75 Gauss with good uniformity, a huge air-core coil is required, and this has been a major obstacle in putting a discharge reactor using the cylindrical electrode into practical use.
【0006】また前記特開平1−159379号公報に
開示される多数のスリットを有する平板状の電極をアン
テナとして用いる放電反応装置においても、前記電極と
垂直方向の磁場を発生させるためにやはり大きな空芯コ
イルが必要であり、かかる空芯コイルを使用しない従来
の構成ではプラズマの生成効率も良好とはいえなかっ
た。[0006] Also in the discharge reaction device using the plate-shaped electrodes having a plurality of slits as disclosed in the JP-A 1-1593 79 JP as an antenna, also large in order to generate a magnetic field of the electrode and the vertical direction An air-core coil is required, and the conventional configuration that does not use such an air-core coil does not provide good plasma generation efficiency.
【0007】なお上記欠点に対する解決策の一例とし
て、本願の発明者の一人(中川)が先にそれぞれのスリ
ットに対して個別の永久磁石を設置した装置を出願して
いる(特願平第2−9356号)。As an example of a solution to the above drawback, one of the present inventors (Nakagawa) has previously filed an application in which an individual permanent magnet is installed for each slit (Japanese Patent Application No. Hei. No.-9356).
【0008】更に前述した3種類の従来装置に共通する
欠点としては、プラズマを発生させるために用いられて
いる磁場が被処理基板が設置される領域まで連続してい
るため、プラズマ発生領域における磁場条件、定在波に
よるプラズマ密度の不均一性がそのまま被処理基板上で
のイオン電流密度の分布に反映されてしまい、均一な処
理を行う上で障害となっている点である。また被処理基
板に入射するイオンの軌道が磁場の方向に沿うため、特
にイオンによる反応性を利用したドライエッチングによ
り微細加工を行う場合には、被処理基板上の全面にわた
って、磁束密度の均一性を良好とする必要があるのみな
らず、磁場の方向が同じく被処理基板上の全面にわたっ
て垂直になるようなコイルの配置を行う必要がある。こ
の状態を実現するには一般に単一の空芯コイルでは不可
能であり、マイクロ磁放電反応装置の構成は非常に複雑
なものとなる。最近提案されている、ECR条件領域近
傍でのプラズマを利用する放電反応装置( S.Samukawa
et al. “Extremely high-selective electron cyclot
ron resonance plasma etching for phosphorus-doped
polycrystaline silicon.”Appl.Phys.Lett.57(1990)4
03.)においても、上記の問題点は本質的には解決されて
いない。Further, a drawback common to the above three types of conventional apparatuses is that the magnetic field used to generate plasma is continuous up to the area where the substrate to be processed is installed, so that the magnetic field in the plasma generation area is low. The non-uniformity of the plasma density due to the condition and the standing wave is directly reflected in the distribution of the ion current density on the substrate to be processed, which is an obstacle to performing a uniform processing. In addition, since the trajectory of ions incident on the substrate follows the direction of the magnetic field, the uniformity of the magnetic flux density over the entire surface of the substrate is particularly large when performing fine processing by dry etching utilizing the reactivity of ions. It is necessary to arrange the coils so that the direction of the magnetic field is also vertical over the entire surface of the substrate to be processed. This state is generally impossible with a single air-core coil, and the configuration of a micromagnetic discharge reactor becomes very complicated. Recently proposed discharge reactor using plasma near the ECR condition region (S. Samukawa
et al. “Extremely high-selective electron cyclot
ron resonance plasma etching for phosphorus-doped
polycrystaline silicon. ”Appl.Phys.Lett.57 (1990) 4
Even in 03.), the above problems have not been essentially solved.
【0009】本発明の目的は、上記の各問題に鑑み、巨
大な空芯コイルを必要とせず、簡単な構成で小型且つ安
価に作製することができ、均一性の良好なプラズマを生
成し、且つその生成効率も良好であり、大きな面積を有
する基板に対して均一な処理を行うことのできる実用性
の高いマイクロ波放電反応装置と、このマイクロ波放電
反応装置を実現するのに適した電極装置とを提供するこ
とにある。SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to produce a plasma with good uniformity, which does not require a huge air-core coil, can be manufactured simply and inexpensively with a simple configuration, In addition, the generation efficiency is good, and a highly practical microwave discharge reactor capable of uniformly processing a substrate having a large area, and an electrode suitable for realizing the microwave discharge reactor. Device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
放電反応装置は、内部を減圧状態に保持する機構とガス
を導入する機構とを備える真空容器と、この真空容器内
にマイクロ波を導入してガスをプラズマにするプラズマ
発生機構と、このプラズマ発生機構と間隔をあけて設置
される基板保持機構とによって構成されるマイクロ波放
電反応装置であって、プラズマ発生機構は、マイクロ波
を真空容器の内部の電極に導入する同軸型伝送路と、マ
イクロ波を放射する所定の長さと幅のスリットを少なく
とも1本有する平板状電極と、平板状電極の近傍に配置
され、スリットにおける半径方向放射状部分の長さ方向
と同じ方向に閉じた磁場を発生させるための磁場発生手
段とにより構成され、前記電極により真空容器内に放射
されるマイクロ波と、磁場発生手段により前記マイクロ
波の電場と直交する方向に発生する磁場との相互作用に
より基板保持装置の前面空間にプラズマを生成すること
を特徴とする。A microwave discharge reaction apparatus according to the present invention comprises a vacuum vessel having a mechanism for maintaining the inside of the reactor under reduced pressure and a mechanism for introducing a gas, and introducing a microwave into the vacuum vessel. A microwave discharge reaction device comprising a plasma generating mechanism for converting a gas into plasma, and a substrate holding mechanism provided at an interval from the plasma generating mechanism. A coaxial transmission line to be introduced into the electrode inside the container, a flat electrode having at least one slit of a predetermined length and width for radiating microwaves, and a radial radial slit disposed in the vicinity of the flat electrode. is constituted by a magnetic field generating means for generating a magnetic field close to the same direction as the longitudinal direction of the part, the microwave radiated into the vacuum vessel by the electrode , And generating a plasma in front space of the substrate holding apparatus by an interaction between a magnetic field generated in a direction perpendicular to the electric field of the microwave by the magnetic field generating means.
【0011】前記のマイクロ波放電反応装置において、
電極に形成されたスリットの半径方向放射状部分が電極
の中心部から放射状に配置され、且つ磁場発生手段が電
極と中心を共有する同心円上であって、その磁場の方向
が電極表面において電極と垂直となるように配置された
複数の円筒状永久磁石であることを特徴とする。[0011] In the above microwave discharge reactor,
The radial radial portion of the slit formed in the electrode is radially arranged from the center of the electrode, and the magnetic field generating means is on a concentric circle sharing the center with the electrode, and the direction of the magnetic field is perpendicular to the electrode on the electrode surface. It is characterized by a plurality of cylindrical permanent magnets arranged such that
【0012】前記のマイクロ波放電反応装置において、
プラズマ発生機構におけるプラズマが生成される面上
に、誘電体スパッタリングを行うためのターゲットを設
置したことを特徴とする。[0012] In the above microwave discharge reactor,
A target for performing dielectric sputtering is provided on a surface of the plasma generation mechanism where plasma is generated.
【0013】前記のマイクロ波放電反応装置において、
被処理基板と磁場発生手段のうち少なくともいずれか一
方を移動する機構を設けたことを特徴とする。In the above microwave discharge reactor,
A mechanism for moving at least one of the substrate to be processed and the magnetic field generating means is provided.
【0014】本発明に係る電極装置は、マイクロ波を供
給され且つこのマイクロ波を放射する所定の長さと幅を
有したスリットを少なくとも1本有する平板状電極と、
電極の近傍にスリットの長さ方向と同じ方向の磁場を発
生させるために配置された磁場発生手段とにより構成さ
れることを特徴とする。An electrode device according to the present invention comprises: a flat electrode having at least one slit having a predetermined length and width to receive a microwave and emit the microwave;
It is characterized by comprising a magnetic field generating means arranged in the vicinity of the electrode to generate a magnetic field in the same direction as the length direction of the slit.
【0015】前記の電極装置において、スリットは電極
の中心部から放射状に配置され、且つ磁場発生手段が電
極と中心を共有する同心円上であって、その磁場の方向
が電極表面において電極と垂直となるように配置された
複数の円筒状永久磁石であることを特徴とする。In the above electrode device, the slit is arranged radially from the center of the electrode, and the magnetic field generating means is on a concentric circle sharing the center with the electrode, and the direction of the magnetic field is perpendicular to the electrode on the electrode surface. It is characterized by being a plurality of cylindrical permanent magnets arranged in such a manner.
【0016】前記の電極装置において、電極は、スリッ
トを間に位置させる外部電極と内部電極からなることを
特徴とする。In the above-mentioned electrode device, the electrodes are composed of an external electrode and an internal electrode with a slit positioned therebetween.
【0017】[0017]
【作用】本発明によるマイクロ波放電反応装置では、所
定の形態を有するスリットを備える平板状電極を設け、
放電室にマイクロ波を効率よく放射し、同時にECR条
件を満足する磁場を発生させるための手段として同心円
上に複数の円筒状永久磁石を設置する。これらの永久磁
石の着磁方向は前記電極に垂直とし、且つ隣合う円筒状
永久磁石の着磁方向が互いに逆になるように配置する。
このときに磁場強度は前記平板状電極のプラズマが発生
する面の近傍でECR条件を満たすように設定される。
かかる構成により、前記電極の表面近傍のごく狭い領域
のみにプラズマを効率よく且つ均一性よく生成させるこ
とができる。更に、本発明によるマイクロ波放電反応装
置における磁気回路、すなわち永久磁石による磁場は、
空芯コイルによって発生される磁場と異なり、磁場の範
囲が前記電極の近傍のみに限定されるため、磁場のごく
弱いところに設置した被処理基板に対し磁場の形状に依
存しない均一性の良好な表面処理を行うことができる。In the microwave discharge reaction device according to the present invention, a flat electrode having a slit having a predetermined form is provided.
A plurality of cylindrical permanent magnets are installed on concentric circles as means for efficiently radiating microwaves into the discharge chamber and simultaneously generating a magnetic field satisfying the ECR conditions. The magnetizing directions of these permanent magnets are perpendicular to the electrodes, and are arranged such that the magnetizing directions of the adjacent cylindrical permanent magnets are opposite to each other.
At this time, the magnetic field strength is set so as to satisfy the ECR condition in the vicinity of the plane of the plate-like electrode where plasma is generated.
With this configuration, it is possible to efficiently and uniformly generate plasma only in a very small area near the surface of the electrode. Furthermore, the magnetic circuit in the microwave discharge reaction device according to the present invention, that is, the magnetic field by the permanent magnet,
Unlike the magnetic field generated by the air-core coil, the range of the magnetic field is limited only to the vicinity of the electrode, so that the substrate to be processed, which is installed in a place where the magnetic field is very weak, has good uniformity independent of the shape of the magnetic field. Surface treatment can be performed.
【0018】本発明による電極装置は、前記マイクロ波
放電反応装置に適用される電極装置であり、前記マイク
ロ波放電反応装置においてその作用を発揮せしめる構成
要素として機能する。The electrode device according to the present invention is an electrode device applied to the microwave discharge reaction device, and functions as a component that exerts its function in the microwave discharge reaction device.
【0019】[0019]
【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。本実施例では、最初に図1〜図6に従って
電極及び磁気回路の構成に関する実施例を説明し、次に
図7〜図9に従って前記電極及び磁気回路を用いたマイ
クロ波放電反応装置の構成に関する実施例を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, first, an embodiment relating to the configuration of the electrode and the magnetic circuit will be described with reference to FIGS. 1 to 6, and then, according to FIGS. 7 to 9, the configuration of the microwave discharge reaction apparatus using the electrode and the magnetic circuit will be described. An embodiment will be described.
【0020】図1はマイクロ波放電反応装置に適用され
る電極及び磁気回路を示す平面図、図2は電極及び磁気
回路の断面構造を説明するための図1中のII−II線断面
図であり、図1及び図2を参照して電極及び磁気回路の
構成について説明する。1は金属等の導電性物質でつく
られた平板にスリット2を加工して作製した電極であ
る。電極1はスリット2を挟んだ位置にある外部電極3
と内部電極4からなる。実際上、外部電極3と内部電極
4は1枚の金属板から作製される。スリット2は、その
形態上次の3つの部分に分けられる。1つは円形電極1
の中心部から半径方向に放射状に伸びたスリット部分2
Aであり、他の1つは放射状のスリット部分2Aをつな
ぐ2種類の円周方向のスリット部分、すなわち放射状ス
リット部分2Aを電極中心寄りの小さい半径でつなぐス
リット部分2Bと、電極周辺寄りの大きい半径でつなぐ
スリット部分2Cである。本実施例においてスリット2
は、外部電極3と内部電極4とを組み合わせたときに形
成される均一な所定幅を有する隙間であり、この隙間が
形成されるように外部電極3と内部電極4は組付けられ
る。図1中、外部電極3と内部電極4の組付けるための
部材の図示は省略されている。スリット2の幅、すなわ
ち外部電極3と内部電極4の隙間の幅は、実際上は実験
によって最適値に決定するものであるが、マイクロ波の
波長(λ)と比べて充分に短くする必要がある。スリッ
ト2の長さも実験に基づき最適値に定められる。放射状
のスリット部分2Aの長さを、(n/2)λ(ただし、
λはマイクロ波の波長、nは1以上の正整数である)と
した場合に、良好な結果が得られる。放射状のスリット
部分2Aの本数は本実施例では8本としているが、電極
1の形態に応じて任意に定めることができ、少なくとも
1本あれば充分である。FIG. 1 is a plan view showing an electrode and a magnetic circuit applied to a microwave discharge reactor, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1 for explaining a sectional structure of the electrode and the magnetic circuit. Yes, the configuration of the electrodes and the magnetic circuit will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 denotes an electrode formed by processing a slit 2 on a flat plate made of a conductive material such as a metal. The electrode 1 is an external electrode 3 located at a position sandwiching the slit 2.
And the internal electrode 4. In practice, the external electrode 3 and the internal electrode 4 are made from one metal plate. The slit 2 is divided into the following three parts according to its form. One is a circular electrode 1
Slit part 2 radially extending radially from the center of
The other one is two kinds of circumferential slit portions connecting the radial slit portions 2A, that is, a slit portion 2B connecting the radial slit portions 2A with a small radius near the electrode center, and a large slit portion near the electrode periphery. It is a slit portion 2C connected by a radius. In this embodiment, the slit 2
Is a gap having a uniform predetermined width formed when the external electrode 3 and the internal electrode 4 are combined. The external electrode 3 and the internal electrode 4 are assembled so as to form this gap. In FIG. 1, members for assembling the external electrodes 3 and the internal electrodes 4 are not shown. The width of the slit 2, that is, the width of the gap between the external electrode 3 and the internal electrode 4 is actually determined to be an optimum value by an experiment, but needs to be sufficiently shorter than the wavelength (λ) of the microwave. is there. The length of the slit 2 is also set to an optimum value based on experiments. The length of the radial slit portion 2A is (n / 2) λ (where
λ is the wavelength of the microwave and n is a positive integer of 1 or more), and good results can be obtained. Although the number of radial slit portions 2A is eight in this embodiment, it can be arbitrarily determined according to the form of the electrode 1, and at least one is sufficient.
【0021】電極1へのマイクロ波の供給には、図2に
示す如く同軸線路6を用いる。同軸線路6では、内部電
極4の中心に中心導体6Aを接続し、外部電極3をアー
スすることにより給電が行われる。筒形状又はリング形
状の複数の永久磁石からなる磁気回路5は、電極1にお
けるマイクロ波が供給される部分に対して若干の距離を
離して配置され、図示例ではアース電位の保持された導
電性平板7の下面に固定される。筒形状の複数の永久磁
石はそれぞれ径が異なり、且つ同心円的に配置される。
また永久磁石のそれぞれにおけるN極及びS極の位置は
交互に反転させている。なお図2に示された構成は概念
的なものであり、具体的な同軸線路6の結合構造や磁気
回路5の取付け構造について既知の任意な構造を採用す
ることができるものとする。磁気回路5の作用について
は後で詳細に説明する。For supplying microwaves to the electrode 1, a coaxial line 6 is used as shown in FIG. In the coaxial line 6, power is supplied by connecting the center conductor 6 </ b> A to the center of the internal electrode 4 and grounding the external electrode 3. A magnetic circuit 5 composed of a plurality of cylindrical or ring-shaped permanent magnets is disposed at a slight distance from a portion of the electrode 1 to which the microwave is supplied. It is fixed to the lower surface of the flat plate 7. The plurality of cylindrical permanent magnets have different diameters and are arranged concentrically.
The positions of the N pole and the S pole in each of the permanent magnets are alternately reversed. It should be noted that the configuration shown in FIG. 2 is conceptual, and any known structure for the specific coupling structure of the coaxial line 6 and the mounting structure of the magnetic circuit 5 can be adopted. The operation of the magnetic circuit 5 will be described later in detail.
【0022】図3には電極について他の実施例を示す。
本実施例においては、1枚の金属製の平板に複数のスリ
ット10を加工して矩形の電極11を構成した。1つの
スリット10は放射状のスリット部分10Aと円周方向
の半径の異なる2種類のスリット部分10B,10Cに
より構成される。この場合において、1つのスリット1
0の全長を、((2n−1)/2)λ(ただし、λはマ
イクロ波の波長、nは1以上の正整数である)とし、ス
リット10の中間点が電極11の中心部分となるように
構成する。上記構成において、前記同軸線路(または同
軸管)6の中心導体6Aを放射状スリット部分10Aの
中心点に接続したときにスリット10に沿ってマイクロ
波の定在波が発生するため、プラズマ生成効率を特に良
好とすることができる。FIG. 3 shows another embodiment of the electrode.
In the present embodiment, a rectangular electrode 11 was formed by processing a plurality of slits 10 in one metal flat plate. One slit 10 is composed of a radial slit portion 10A and two types of slit portions 10B and 10C having different circumferential radii. In this case, one slit 1
The total length of 0 is ((2n-1) / 2) λ (where λ is the wavelength of the microwave and n is a positive integer of 1 or more), and the midpoint of the slit 10 is the center of the electrode 11. The configuration is as follows. In the above configuration, the coaxial line (or the
When the center conductor 6A of the axial tube 6 is connected to the center point of the radial slit portion 10A, a microwave standing wave is generated along the slit 10, so that the plasma generation efficiency can be particularly improved.
【0023】次に、電極1,11に要求される厚さに関
する条件について説明する。前記2つの実施例で説明し
た電極は、その厚みが非常に薄いものであっても機能上
問題とはならない。その理由は、マイクロ波による電流
は表皮厚さとして与えられるごく薄い表面層に集中して
流れるからである。その厚さ(δ)は次式で与えられ
る。Next, conditions regarding the thickness required for the electrodes 1 and 11 will be described. The electrodes described in the above two embodiments do not cause any functional problem even if the electrodes are very thin. The reason for this is that the microwave current concentrates on a very thin surface layer given as the skin thickness. The thickness (δ) is given by the following equation.
【0024】δ=(2/ωμ0 σ)0.5 ここで、ωは流れる電流の角周波数、μ0 は材料である
金属の透磁率、σは同金属の導電率である。δの数倍程
度以上の厚さの金属膜におけるマイクロ波の損失は無限
に厚い板と同等の値となる。上記式に周波数2.45GH
z 、μ0 、σとして銅の値を代入すれば、δは0.01
mm程度となる。従って電極1,11を形成する金属板の
厚さは非常に薄いものであっても機能上なんら問題とは
ならないことが明らかとなる。Δ = (2 / ωμ 0 σ) 0.5 where ω is the angular frequency of the flowing current, μ 0 is the magnetic permeability of the material metal, and σ is the conductivity of the metal. The microwave loss in a metal film having a thickness of several times or more of δ is equivalent to an infinitely thick plate. In the above formula, the frequency 2.45GH
Substituting copper values for z, μ 0 and σ gives δ 0.01
mm. Therefore, it is clear that even if the thickness of the metal plate forming the electrodes 1 and 11 is very thin, there is no problem in function.
【0025】図4には更に他の実施例に係る電極の要部
断面図を示す。本実施例では、誘電体板12の上に金属
膜13を形成し、この金属膜13を用いてスリット14
を形成した例である。金属膜9を作製するには、無電界
メッキ、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリ
ング等の技術が利用できる。金属膜13を利用してスリ
ット14を形成するには、例えば、金属膜13を誘電体
板12上の全面に形成した後、導電性が必要な部分、す
なわち図1及び図3の実施例に示す電極板の形状に相当
する部分のみに樹脂等の耐酸性の物質を塗布してから、
金属膜13の不要な部分を酸などによって除去すればよ
い。金属膜13の厚さとしては前記のδの値程度(安全
を見込む場合もδの数倍程度)で充分である。また誘電
体板12の材質としては石英、アルミナ等の絶縁性が良
好で、且つ誘電損失の小さな物質であれば任意のものを
使用することができる。FIG. 4 is a sectional view of a main part of an electrode according to still another embodiment. In this embodiment, a metal film 13 is formed on a dielectric plate 12, and a slit 14 is formed by using the metal film 13.
This is an example in which is formed. In order to produce the metal film 9, techniques such as electroless plating, vacuum deposition, ion plating, and sputtering can be used. In order to form the slit 14 using the metal film 13, for example, after the metal film 13 is formed on the entire surface of the dielectric plate 12, a portion requiring conductivity, that is, the slits 14 in the embodiment of FIGS. After applying an acid-resistant substance such as resin to only the portion corresponding to the shape of the electrode plate shown,
An unnecessary portion of the metal film 13 may be removed with an acid or the like. It is sufficient that the thickness of the metal film 13 is about the above-mentioned value of δ (about several times of δ even when safety is expected). As the material of the dielectric plate 12, any material can be used as long as the material has good insulation properties and low dielectric loss, such as quartz and alumina.
【0026】次に図5及び図6を参照して磁気回路5の
作用について詳述する。磁気回路5の当該作用は図1〜
図4に示した各電極の実施例すべてについて共通であ
る。図5及び図6は磁気回路5とスリット2の部分拡大
図であり、図5は磁気回路が設けられた箇所の反対側か
ら見た電極の一部の平面図、図6は同じ部分の断面図で
ある。5A,5B,5Cは磁気回路を構成する円筒状の
永久磁石の断面を示す。15は永久磁石5A〜5Cによ
って発生される磁力線の状態を示す。16は電極1(又
は11)上のスリット部分2Aから放射されるマイクロ
波の電場の方向を示す。電場の方向は測定時間に応じて
逆転するため、ここでは反対方向の2つの矢印で示して
ある。Next, the operation of the magnetic circuit 5 will be described in detail with reference to FIGS. The operation of the magnetic circuit 5 is shown in FIGS.
This is common to all embodiments of each electrode shown in FIG. 5 and 6 are partially enlarged views of the magnetic circuit 5 and the slit 2. FIG. 5 is a plan view of a part of the electrode as viewed from the side opposite to the place where the magnetic circuit is provided. FIG. FIG. 5A, 5B and 5C show cross sections of cylindrical permanent magnets constituting a magnetic circuit. Numeral 15 indicates the state of the lines of magnetic force generated by the permanent magnets 5A to 5C. Numeral 16 indicates the direction of the electric field of the microwave radiated from the slit portion 2A on the electrode 1 (or 11). Since the direction of the electric field is reversed according to the measurement time, it is indicated here by two arrows in opposite directions.
【0027】図5及び図6から明らかなように、スリッ
ト2上の磁場とマイクロ波による電場はスリット近傍に
おいて直交しており、この直交部分の磁場強度がECR
条件を満たしている場合には、プラズマ中の電子がEC
Rにより加熱されるため、高密度プラズマが効率よく生
成される。例えば、図6における17の領域にECR条
件を満たす磁場が存在すれば、この領域で高密度のプラ
ズマが発生する。この高密度プラズマ領域17は電極1
の表面のごく近傍に生成される。As is apparent from FIGS. 5 and 6, the magnetic field on the slit 2 and the electric field generated by the microwave are orthogonal to each other in the vicinity of the slit.
If the conditions are satisfied, the electrons in the plasma
Since heating is performed by R, high-density plasma is efficiently generated. For example, if a magnetic field satisfying the ECR condition exists in a region 17 in FIG. 6, high-density plasma is generated in this region. This high-density plasma region 17 is
Generated in the immediate vicinity of the surface of
【0028】以上の各実施例において、本発明における
磁気回路の特徴は、径及び磁極の向きが異なる円筒(又
はリング)形状の複数個の永久磁石を同軸的に配置して
利用することにより、電極1上に閉じた磁場を発生した
ことにある。これにより電極1上に発生したプラズマは
円周方向にのみ拡散し、磁場を横切る半径方向への拡散
が少なくなるため、高密度化及び電力利用効率の向上が
実現できる。この点が、本出願の発明者の一人(中川)
が先に発明し出願した他の発明(特願平第2−9356
号)と原理的に異なる点である。In each of the above embodiments, the feature of the magnetic circuit of the present invention is that a plurality of cylindrical (or ring) -shaped permanent magnets having different diameters and magnetic pole directions are coaxially arranged and used. That is, a closed magnetic field is generated on the electrode 1. Thereby, the plasma generated on the electrode 1 is diffused only in the circumferential direction, and the diffusion in the radial direction crossing the magnetic field is reduced, so that the density can be increased and the power use efficiency can be improved. This point is one of the inventors of the present application (Nakagawa)
Has previously invented and applied for another invention (Japanese Patent Application No. 2-9356).
No.) in principle.
【0029】また本発明の他の作用的特徴は、磁場が電
極1のスリット2の近傍のみに存在することである。従
来、この種の装置は一般に空芯コイルによる磁場を用い
てECR条件を満たす磁場を発生させていたので、EC
R条件を満たす部分で発生した高密度プラズマが空芯コ
イルの作る磁場に沿って拡散していた。また「従来の技
術」の項で引用した特開昭55−141729号公報に
開示されるECR装置では、磁場に沿って拡散するプラ
ズマをむしろ積極的に利用することを目的としている。
これらの装置構成に対して、前述した本実施例による電
極及び磁気回路では、以下の点を特徴として挙げること
ができる。Another operational feature of the present invention is that the magnetic field exists only near the slit 2 of the electrode 1. Conventionally, this type of apparatus generally generates a magnetic field that satisfies ECR conditions using a magnetic field generated by an air-core coil.
The high-density plasma generated in the portion satisfying the R condition was diffused along the magnetic field created by the air-core coil. Further, the ECR apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-141729 cited in the section of "Prior Art" aims to use plasma diffused along a magnetic field rather positively.
In contrast to these device configurations, the above-described electrode and magnetic circuit according to the present embodiment have the following features.
【0030】1.高密度プラズマが電極近傍に局在し、
このためマイクロ波電力の利用効率が向上する点。1. High-density plasma is localized near the electrode,
For this reason, utilization efficiency of microwave power is improved.
【0031】2.磁場による束縛を逃れたプラズマは自
由に拡散するため、大きな体積を有する均一性の良いプ
ラズマが発生できる点。2. Plasma that has escaped the constraint of the magnetic field diffuses freely, so that a plasma with a large volume and good uniformity can be generated.
【0032】3.イオンの運動が電極近傍以外では磁場
に拘束されないため、被処理基板に入射するイオンのエ
ネルギを静電的に制御できる点。3. Since the movement of the ions is not restricted by the magnetic field except in the vicinity of the electrodes, the energy of the ions incident on the substrate can be electrostatically controlled.
【0033】4.この種の装置において、イオンと共に
重要な働きをする中性の活性種が、高密度プラズマによ
って大量に発生できるため、高速の処理を行える点。4. In this type of apparatus, high-speed processing can be performed because a large amount of neutral active species, which plays an important role together with ions, can be generated by high-density plasma.
【0034】5.中性活性種の量と、イオンの入射エネ
ルギを独立に制御することができ、処理における多様な
要求に対処できる点。5. The amount of neutral active species and the incident energy of ions can be controlled independently, and it can meet various requirements in processing.
【0035】6.磁場によらない自由拡散によるプラズ
マを利用するため、大面積にわたる均一性の良好な処理
を行える点。6. Because uniform plasma is used by free diffusion without using a magnetic field, uniform processing over a large area can be performed with good uniformity.
【0036】次に上記電極と磁気回路の構成を利用して
なるマイクロ波放電反応装置について説明する。図7は
本発明に係るマイクロ波放電反応装置の内部構成を示す
断面図である。20はマイクロ波放電反応装置として用
いられる真空容器で、この真空容器20には、容器内の
下側に基板ホルダ21、外部に反応性ガス導入機構22
を備える。更に真空容器20には前述の電極1及び磁気
回路5が容器内上側に設置されている。基板ホルダ21
の下部は絶縁物23を介して浮遊電位状態で真空容器2
0の底壁部に固着され、その上面には基板24が載置さ
れる。基板ホルダ21の下端部には、真空容器20の外
側に配設された電源25からの給電線が接続される。Next, a description will be given of a microwave discharge reaction apparatus utilizing the configuration of the electrodes and the magnetic circuit. FIG. 7 is a sectional view showing the internal configuration of the microwave discharge reaction device according to the present invention . Reference numeral 20 denotes a vacuum vessel used as a microwave discharge reaction apparatus. The vacuum vessel 20 has a substrate holder 21 on the lower side in the vessel and a reactive gas introduction mechanism 22 on the outside.
Is provided. Further, the electrode 1 and the magnetic circuit 5 described above are installed in the vacuum container 20 on the upper side in the container. Substrate holder 21
The lower part of the vacuum container 2 is in a floating potential state via an insulator 23.
The substrate 24 is fixed on the bottom wall of the base plate 0 and the upper surface thereof. A power supply line from a power supply 25 provided outside the vacuum vessel 20 is connected to a lower end of the substrate holder 21.
【0037】上記構成を有するマイクロ波放電反応装置
の作用について説明する。この放電反応装置を動作させ
るためには、真空容器20の内部を、排気系26により
所要の真空状態にした後に、反応性ガス導入機構22か
らバルブ27を通じて所定のガスを真空容器20内に導
入する。次いで、ガス流量と排気系26による排気速度
とを適宜に調整して所定のガス圧力を得る。このときの
ガス圧力は通常〜10 -6 Pa程度とすることが望ましい。
このような条件の下で真空容器20内でマイクロ波放電
を発生させる。アイソレータ、パワーモニタ、チューナ
等のマイクロ波回路素子を含むマイクロ波電力供給機構
28から同軸線路6を通して電極1にマイクロ波を供給
する。同軸線路6の外部導体6Bは真空容器20の上壁
部を真空封止状態を保持したまま貫通し、電極1の近傍
まで延設される。また、真空容器20内の真空度を保持
するために、真空封止作用を有する絶縁物29を同軸線
路6の内部に設けている。The operation of the microwave discharge reactor having the above configuration will be described. In order to operate the discharge reactor, a predetermined gas is introduced from the reactive gas introduction mechanism 22 through the valve 27 into the vacuum vessel 20 after the inside of the vacuum vessel 20 is evacuated to a required vacuum state by the exhaust system 26. I do. Next, a predetermined gas pressure is obtained by appropriately adjusting the gas flow rate and the exhaust speed by the exhaust system 26. The gas pressure at this time is usually desirably about 10 -6 Pa.
Microwave discharge is generated in the vacuum vessel 20 under such conditions. A microwave is supplied to the electrode 1 through the coaxial line 6 from a microwave power supply mechanism including a microwave circuit element such as an isolator, a power monitor, and a tuner. The outer conductor 6 </ b> B of the coaxial line 6 penetrates the upper wall of the vacuum vessel 20 while maintaining the vacuum sealed state, and extends to the vicinity of the electrode 1. Further, in order to maintain the degree of vacuum in the vacuum vessel 20, an insulator 29 having a vacuum sealing action is provided with a coaxial cable.
It is provided inside the road 6.
【0038】以上の構成により、マイクロ波は同軸線路
6を経由して電極1に供給され、図1から図5に示した
構造のスリット2の作用によって真空容器20の内部空
間に放射され、強力な振動電場が発生する。真空容器2
0内に導入された反応性ガスは、この電場により加速さ
れた電子により電離され、プラズマ状態となる。このプ
ラズマ中の電子は前述した電場と磁場との相互作用によ
り共鳴的に加熱され(ECR作用による加熱)、他の中
性粒子を次々と電離して、高密度のプラズマを発生させ
る。このプラズマを用いて放電反応を行うことができ
る。With the above configuration, the microwave is supplied to the electrode 1 via the coaxial line 6 and radiated into the inner space of the vacuum vessel 20 by the action of the slit 2 having the structure shown in FIGS. An oscillating electric field is generated. Vacuum container 2
The reactive gas introduced into 0 is ionized by the electrons accelerated by this electric field, and becomes a plasma state. The electrons in the plasma are heated resonantly by the interaction between the electric field and the magnetic field (heating by the ECR action), and ionize other neutral particles one after another to generate high-density plasma. A discharge reaction can be performed using this plasma.
【0039】処理対象である前記基板24を設置する基
板ホルダ21は磁気回路5による磁場の充分に弱い領域
に設置することが望ましい。基板24に対し、その目的
とする処理に応じて加熱、冷却等が必要な場合は、加熱
・冷却機構を基板ホルダ21に組み込んでも良い。ま
た、この基板24に入射される荷電粒子の量及び入射エ
ネルギを制御する目的で各種バイアスを印加する場合に
は、基板ホルダ21に対し電源25で直流又は交流等の
任意のバイアスを与えることができる。なお、バイアス
として高周波を用いる場合は電源25内に整合回路を含
めることが望ましい。The substrate holder 21 on which the substrate 24 to be processed is placed is desirably placed in a region where the magnetic field generated by the magnetic circuit 5 is sufficiently weak. If the substrate 24 requires heating, cooling, or the like according to the intended processing, a heating / cooling mechanism may be incorporated in the substrate holder 21. When various biases are applied for the purpose of controlling the amount of charged particles incident on the substrate 24 and the incident energy, an arbitrary bias such as DC or AC may be applied to the substrate holder 21 by the power supply 25. it can. When a high frequency is used as the bias, it is desirable to include a matching circuit in the power supply 25.
【0040】前記実施例によるマイクロ波放電装置に特
徴的な点は、ECRによる高密度のプラズマが電極1の
近傍のみに発生し、マイクロ波電力の大部分が吸収され
るために、マイクロ波電力の利用効率が高いことにあ
る。従来の装置が大きな真空容器内の全体にプラズマを
発生させているのに対し、本実施例の装置によれば、小
さな体積のプラズマを用いた広い面積の基板の表面処理
が可能であり、装置の大きな部分を占めるマイクロ波電
源の小型化が可能である。A feature of the microwave discharge device according to the above embodiment is that high-density plasma generated by ECR is generated only in the vicinity of the electrode 1 and most of the microwave power is absorbed. Is that the usage efficiency is high. In contrast to the conventional apparatus that generates plasma in the entirety of a large vacuum vessel, the apparatus according to the present embodiment enables surface treatment of a large-area substrate using a small volume of plasma. It is possible to reduce the size of the microwave power source that occupies a large part of the power supply.
【0041】また他の特徴として本実施例によれば、プ
ラズマを発生させるための磁場が、放電用電極のごく近
傍にのみ存在すれば良いことである。このことは、アン
テナによりマイクロ波の振動電場の存在する部分が電極
のごく近傍のみに局在していることに基づく。従来のい
わゆるECR装置は空芯コイルによる発散磁場を利用し
てイオンを加速し基板上に導いているために、基板上に
おけるイオンの密度分布及びイオンの進行する方向が磁
場の形状により決定されていた。空芯コイルにより完全
に均一な磁場を発生させることは困難であり、このこと
がECRエッチング装置の微細加工性能の限界を決定し
ていた。これに対し、本実施例によれば磁場は被処理基
板の近傍ではごく弱く、イオンの運動に対して事実上影
響を与えない。従って電極近傍で発生したプラズマ中の
イオンは磁場の影響を受けない自由な拡散により被処理
基板に入射するため、磁場の形状によらない均一性の良
い処理が可能である。As another characteristic, according to the present embodiment, the magnetic field for generating the plasma only needs to be present very close to the discharge electrode. This is based on the fact that the portion where the microwave oscillating electric field exists is localized only in the vicinity of the electrode by the antenna. In a conventional so-called ECR device, ions are accelerated using a divergent magnetic field generated by an air-core coil to guide ions on a substrate. Therefore, the ion density distribution on the substrate and the traveling direction of the ions are determined by the shape of the magnetic field. Was. It is difficult to generate a completely uniform magnetic field with an air-core coil, which has determined the limit of the fine processing performance of an ECR etching apparatus. On the other hand, according to the present embodiment, the magnetic field is very weak near the substrate to be processed, and does not substantially affect the movement of ions. Therefore, ions in the plasma generated in the vicinity of the electrode are incident on the substrate to be processed by free diffusion which is not affected by the magnetic field, so that uniform processing can be performed regardless of the shape of the magnetic field.
【0042】その他の利点として、磁気回路5が永久磁
石を用いた簡単なものであるため、低コストであるこ
と、大電力を消費する空芯コイルと比較してランニング
コストが安いことがある。また、自由な拡散によるプラ
ズマを利用するため基板に入射するイオンは磁場によっ
て加速されてはおらず、基板への入射イオンの加速電圧
はプラスマの空間電位程度の低い値となる。このこと
は、照射損傷の少ない膜堆積、又はエッチングを行うこ
とができることを意味する。また、ある種の材料のエッ
チングのようにある程度の加速されたイオンの照射によ
り良好な結果の得られるプロセスに対しては、被処理基
板24の基板ホルダ21に直流又は高周波を含む交流の
バイアスを与えることで、磁場強度、印加電力等のパラ
メータとは独立した任意の加速電圧のイオン照射を行う
ことが可能である。As other advantages, since the magnetic circuit 5 is a simple one using a permanent magnet, the cost is low, and the running cost is lower than that of an air-core coil that consumes a large amount of power. In addition, ions that enter the substrate are not accelerated by the magnetic field due to the use of plasma by free diffusion, and the acceleration voltage of the ions incident on the substrate has a value as low as the space potential of the plasma. This means that film deposition or etching with less irradiation damage can be performed. In addition, for a process in which good results can be obtained by irradiation of ions accelerated to some extent, such as etching of a certain material, a DC or AC bias including a high frequency is applied to the substrate holder 21 of the substrate 24 to be processed. By giving, it is possible to perform ion irradiation at an arbitrary acceleration voltage independent of parameters such as the magnetic field strength and the applied power.
【0043】上記のマイクロ波放電反応装置において、
その構成を次のように変更することができる。前記プラ
ズマが発生される領域にターゲットを配置するように構
成することができる。これによって誘電体のスパッタリ
ングを行うことが可能となる。更に磁場を発生する前記
磁気回路5と被処理基板24とのうち、いずれか一方又
は双方を回転移動又は往復移動するように構成しても良
い。この構成によれば、被処理基板24における処理の
均一性を更に向上させることができる。以上の構成は下
記に説明する各実施例におけるマイクロ波放電反応装置
でも同様に採用することができる。In the above microwave discharge reactor,
The configuration can be changed as follows. A target may be arranged in a region where the plasma is generated. This makes it possible to perform dielectric sputtering. Further, one or both of the magnetic circuit 5 for generating a magnetic field and the substrate to be processed 24 may be configured to rotate or reciprocate. According to this configuration, the uniformity of processing on the processing target substrate 24 can be further improved. The above configuration can be similarly applied to the microwave discharge reaction device in each embodiment described below.
【0044】図8はマイクロ波放電反応装置の他の実施
例の内部構成を示す断面図である。前記実施例で説明し
た要素と同一の要素には同一の符号を付す。真空容器3
0は図7に示す実施例の真空容器20とは異なり、真空
封止を兼ねたマイクロ波導入用の窓31を有する。この
窓31はOリング32により真空を保つ構造としてい
る。本実施例においては、前記実施例で真空容器内に置
かれていたプラズマ発生機構、すなわち電極1及び磁気
回路5が真空容器30の外部に設置されているのが特徴
である。すなわち、図8に示すように電極1は窓31の
大気側に設置されている。33は、マイクロ波の大気側
への漏洩を防止するための金属製のシールド板であり、
このシールド板33はその一部が磁気回路5を備える前
記導電性平板7を兼ねている。磁気回路5はシールド板
33の上側に配置される。その他の構成については図7
に示した構成と実質的に同じである。FIG. 8 is a sectional view showing the internal structure of another embodiment of the microwave discharge reaction device. The same elements as those described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals. Vacuum container 3
Reference numeral 0 differs from the vacuum container 20 of the embodiment shown in FIG. The window 31 has a structure in which a vacuum is maintained by an O-ring 32. The present embodiment is characterized in that the plasma generating mechanism placed in the vacuum vessel in the previous embodiment, that is, the electrode 1 and the magnetic circuit 5 are provided outside the vacuum vessel 30. That is, as shown in FIG. 8, the electrode 1 is installed on the air side of the window 31. 33 is a metal shield plate for preventing microwaves from leaking to the atmosphere side,
Part of the shield plate 33 also serves as the conductive flat plate 7 having the magnetic circuit 5. The magnetic circuit 5 is arranged above the shield plate 33. For other configurations, see FIG.
Is substantially the same as the configuration shown in FIG.
【0045】本実施例の動作について説明する。マイク
ロ波放電反応装置に付随する基板ホルダ21、排気系2
6、反応性ガス導入機構22、マイクロ波電力供給機構
28の構成及び作用は図7に示した実施例と同様であ
る。電極1に供給されたマイクロ波電力は前記実施例と
同様に図1に示す電極1と同様な構造のスリット2から
放射され、窓31を透過して真空容器30内に振動電場
を発生する。磁気回路5による磁場も同様に窓31を透
過して真空容器30内に磁場を発生させる。従って窓3
1の真空側にECR条件を満たす強度の磁場が形成さ
れ、マイクロ波電場の強度が充分に強ければ、窓31の
真空側に、図7で説明したものと同様な高密度プラズマ
が発生する。このとき窓31の条件として、非磁性であ
ること、絶縁物であること、誘電損失が小さいことが要
求され、更に大気圧と真空との差圧に耐える強度を持つ
こと、真空用材料として使用できること(具体的には、
蒸気圧が低く、且つ真空封止の加工が可能なこと)も必
要とされる。これらの条件を満たす材料としては、アル
ミナ、ベリリア等のセラミックス、石英ガラス、四フッ
化エチレン樹脂等が使用可能である。The operation of this embodiment will be described. Substrate holder 21 attached to microwave discharge reactor, exhaust system 2
6. The configuration and operation of the reactive gas introduction mechanism 22 and the microwave power supply mechanism 28 are the same as those of the embodiment shown in FIG. The microwave power supplied to the electrode 1 is radiated from the slit 2 having the same structure as that of the electrode 1 shown in FIG. 1 and transmitted through the window 31 to generate an oscillating electric field in the vacuum vessel 30 as in the above embodiment. Similarly, the magnetic field generated by the magnetic circuit 5 passes through the window 31 and generates a magnetic field in the vacuum chamber 30. So window 3
If a magnetic field having an intensity that satisfies the ECR condition is formed on the vacuum side 1 and the intensity of the microwave electric field is sufficiently strong, high-density plasma similar to that described with reference to FIG. At this time, the condition of the window 31 is that it is required to be non-magnetic, to be an insulator, to have a small dielectric loss, to have strength to withstand the pressure difference between the atmospheric pressure and vacuum, and to be used as a material for vacuum. What you can do (specifically,
That the vapor pressure is low and vacuum sealing can be performed). As a material satisfying these conditions, ceramics such as alumina and beryllia, quartz glass, and ethylene tetrafluoride resin can be used.
【0046】本実施例の利点としては、電極1、磁気回
路5、同軸線路6がすべて大気中に設置されるため、真
空封止の構造が極めて簡易となる点が挙げられる。すな
わち図7の実施例と比較して説明すれば、電極1と磁気
回路5が大気中に置かれるため、材質、製法等が真空中
で使用すべきでないものを利用できる。また、大電力の
マイクロ波により放電を行うため冷却が必要な場合も、
電極1と磁気回路5のいずれも容易に強制空冷でき、更
に水冷構造の設計も容易である。同軸線路6においては
真空封止を兼ねた前記絶縁物29が不要となり、構造の
簡略化及び信頼性の向上を実現することができる。他の
利点としては、電極1が放電プラズマに直接に接しない
ため、電極1がスパッタリングされることによる被処理
基板24への不純物の混入、真空容器30の内部への汚
れの付着等を避けることができる。以上の利点により本
実施例はマイクロ波放電反応装置として好ましい特性を
有している。An advantage of this embodiment is that since the electrode 1, the magnetic circuit 5, and the coaxial line 6 are all installed in the atmosphere, the structure of vacuum sealing becomes extremely simple. In other words, in comparison with the embodiment of FIG. 7, since the electrode 1 and the magnetic circuit 5 are placed in the atmosphere, materials whose manufacturing method and the like should not be used in a vacuum can be used. Also, when cooling is necessary to discharge by high power microwave,
Both the electrode 1 and the magnetic circuit 5 can be easily forcibly air-cooled, and the design of a water-cooled structure is also easy. The insulator 29 is not required which also serves as a vacuum seal in the coaxial line 6, it is possible to realize simplification and improvement of the reliability of the structure. Another advantage is that since the electrode 1 does not come into direct contact with the discharge plasma, it is possible to avoid contamination of the substrate 24 to be processed due to sputtering of the electrode 1 and adhesion of dirt to the inside of the vacuum vessel 30 due to sputtering of the electrode 1. Can be. Due to the above advantages, this embodiment has preferable characteristics as a microwave discharge reaction device.
【0047】図9はマイクロ波放電反応装置の更なる他
の実施例を示す。本実施例では、図8に示された実施例
の構成において窓31が電極1に対して大気側に設置さ
れ、2つのOリング41,42を用いて真空封止が行わ
れる。窓31の大気側に位置するシールド板33の形状
及びその外側に配置される磁気回路5については、前記
実施例と同じである。電極1と真空容器40の上縁フラ
ンジとの間はリング状の絶縁物43で絶縁され、同時に
Oリング44と45で真空封止されている。この構成で
は電極1はプラズマと接触するが、これによる被処理基
板24への不純物の混入が問題となる場合には、電極1
の真空側面を、汚染源とならない薄い絶縁物で覆うこと
が有効である。FIG. 9 shows still another embodiment of the microwave discharge reactor. In the present embodiment, in the configuration of the embodiment shown in FIG. 8, the window 31 is provided on the atmosphere side with respect to the electrode 1, and vacuum sealing is performed using two O-rings 41 and 42. The shape of the shield plate 33 located on the atmosphere side of the window 31 and the magnetic circuit 5 disposed outside the shield plate 33 are the same as those in the above embodiment. The electrode 1 and the upper edge flange of the vacuum vessel 40 are insulated by a ring-shaped insulator 43, and are simultaneously vacuum-sealed by O-rings 44 and 45. In this configuration, the electrode 1 comes into contact with the plasma. However, if mixing of impurities into the substrate 24 to be processed by the
It is effective to cover the vacuum side surface with a thin insulator that does not become a source of contamination.
【0048】真空容器40の外側には別の磁気回路46
が設置されている。磁気回路46は図9に一部のみを示
す多数の永久磁石31からなり、必要に応じて図示しな
い継鉄を用いても良い。磁気回路46の各永久磁石は、
通常は隣う磁石が互いに逆の方向の磁場を持つように配
置すると、良好な結果が得られた。真空容器40の外側
における磁気回路46を設置する範囲は、プラズマを保
持する効果からみれば全面が望ましいが、被処理基板2
4の処理の均一性を向上させるには基板ホルダ21の裏
側は避けるべきである。被処理基板24の表面の磁場は
弱い方が処理均一性の向上には有利である。Another magnetic circuit 46 is provided outside the vacuum vessel 40.
Is installed. The magnetic circuit 46 includes a large number of permanent magnets 31 of which only a part is shown in FIG. 9, and a yoke (not shown) may be used if necessary. Each permanent magnet of the magnetic circuit 46
Usually, good results have been obtained when adjacent magnets are arranged so that they have magnetic fields in opposite directions. The area where the magnetic circuit 46 is provided outside the vacuum vessel 40 is desirably on the entire surface in view of the effect of retaining plasma.
The back side of the substrate holder 21 should be avoided in order to improve the uniformity of the processing of step 4. The weaker magnetic field on the surface of the substrate 24 is advantageous for improving the processing uniformity.
【0049】その他の構成については、図7に示した前
記実施例の構成と同じである。ただしこの実施例では、
基板ホルダ21は真空容器40の底壁に接近して配置さ
れており、基板ホルダ21と底壁と間には延設した絶縁
物23が配置される。The other structure is the same as that of the embodiment shown in FIG. However, in this example,
The substrate holder 21 is arranged close to the bottom wall of the vacuum vessel 40, and an insulator 23 extending between the substrate holder 21 and the bottom wall is arranged.
【0050】本実施例の作用は図8で説明した実施例と
基本的に同一である。本実施例の利点としては磁気回路
30の作用により真空容器40の内壁でのプラズマの損
失が減少し、プラズマの高密度化が容易なことがある。
従って被処理基板24の処理の高速化が可能であった。The operation of this embodiment is basically the same as the embodiment described with reference to FIG. As an advantage of this embodiment, the loss of plasma on the inner wall of the vacuum vessel 40 is reduced by the operation of the magnetic circuit 30, and it is easy to increase the density of plasma.
Accordingly, the processing speed of the substrate 24 can be increased.
【0051】[0051]
【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、放電反応室である真空容器に、所定の形態を有し
たスリットを備える平板状電極とこの電極に対して上記
スリットの長さ方向と同一方向の磁場を発生する磁気回
路とからなる電極装置を配設し、同軸型伝送路で前記電
極にマイクロ波を給電して処理ガスをプラズマ化し、電
極による電場と磁気回路の相互作用により所定条件の下
で電極表面近傍のごく狭い領域においてプラズマが生成
されるようにしたため、マイクロ波の利用効率が高く、
処理の均一性の良好なマイクロ波プラズマ処理装置を実
現することができる。また簡単な構成で小型且つ安価に
作製することができ、均一性の良好なプラズマを生成
し、且つその生成効率も良好であり、大きな面積を有す
る基板に対して均一な処理を行うことができ、実用性の
高いものである。As is apparent from the above description, according to the present invention, a flat electrode having a slit having a predetermined shape and a length of the slit with respect to the electrode are provided in a vacuum vessel as a discharge reaction chamber. An electrode device consisting of a magnetic circuit that generates a magnetic field in the same direction as that of the electrode is disposed, microwaves are supplied to the electrode through a coaxial transmission line, the processing gas is turned into plasma, and the electric field generated by the electrode and the magnetic circuit cross each other. The plasma is generated in a very narrow area near the electrode surface under predetermined conditions by the action, so the microwave utilization efficiency is high,
A microwave plasma processing apparatus having good processing uniformity can be realized. In addition, it can be manufactured small and inexpensively with a simple configuration, can generate plasma with good uniformity, has good generation efficiency, and can perform uniform processing on a substrate having a large area. , Is highly practical.
【図1】電極装置の第1実施例を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of an electrode device.
【図2】図1のII−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
【図3】電極装置の他の実施例についての図1と同様な
図である。FIG. 3 is a view similar to FIG. 1 for another embodiment of the electrode device.
【図4】電極装置の他の実施例を示す要部断面図であ
る。FIG. 4 is a sectional view of a main part showing another embodiment of the electrode device.
【図5】本発明に係る電極装置におけるプラズマ発生機
構を説明するための要部平面図である。FIG. 5 is a main part plan view for explaining a plasma generation mechanism in the electrode device according to the present invention.
【図6】図5のプラズマ発生機構を説明するための要部
断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part for describing the plasma generation mechanism of FIG.
【図7】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の第1実
施例を示す縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment of the microwave discharge reaction device according to the present invention.
【図8】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の他の実
施例を示す縦断面図である。FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the microwave discharge reaction device according to the present invention.
【図9】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の他の実
施例を示す縦断面図である。FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing another embodiment of the microwave discharge reaction device according to the present invention.
1 平板状電極 2 スリット 3 外部電極 4 内部電極 5 磁気回路(磁場発生機構) 6 同軸線路(同軸型伝送路) 7 導電性平板 10 スリット 11 平板状電極 14 スリット 15 磁場の状態 16 電場の状態 17 高密度プラズマ 20 真空容器 21 基板ホルダ 22 反応ガス導入機構 26 排気系 28 マイクロ波電力供給機構 REFERENCE SIGNS LIST 1 flat electrode 2 slit 3 external electrode 4 internal electrode 5 magnetic circuit (magnetic field generating mechanism) 6 coaxial line (coaxial transmission line) 7 conductive flat plate 10 slit 11 flat electrode 14 slit 15 state of magnetic field 16 state of electric field 17 High-density plasma 20 Vacuum container 21 Substrate holder 22 Reaction gas introduction mechanism 26 Exhaust system 28 Microwave power supply mechanism
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/31 H01L 21/31 C (72)発明者 飯塚 哲 宮城県仙台市太白区郡山6丁目5−10− 201 (72)発明者 中川 行人 東京都府中市四谷5丁目8番1号 日電 アネルバ株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−215659(JP,A) 特開 平1−258400(JP,A) 特開 平1−184922(JP,A) 特開 平2−288228(JP,A) 特開 平1−187824(JP,A) 特開 昭63−228549(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/31 H01L 21/31 C (72) Inventor Tetsu Iizuka 6-10-10-201, Koriyama, Taishiro-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Yukito Nakagawa 5-8-1, Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Nidec Anelva Co., Ltd. (56) References JP-A-3-215659 (JP, A) JP-A-1-258400 (JP, A) JP-A-1- 184922 (JP, A) JP-A-2-288228 (JP, A) JP-A-1-187824 (JP, A) JP-A-63-228549 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065
Claims (7)
導入する機構とを備える真空容器と、前記真空容器内に
マイクロ波を導入して前記ガスをプラズマにするプラズ
マ発生機構と、このプラズマ発生機構と間隔をあけて設
置される基板保持機構とによって構成されるマイクロ波
放電反応装置において、前記プラズマ発生機構は、前記
マイクロ波を前記真空容器内に導入する同軸型伝送路
と、前記マイクロ波を放射する所定の長さと幅のスリッ
トを少なくとも1本有する平板状電極と、この平板状電
極の近傍に配置され、前記スリットにおける半径方向放
射状部分の長さ方向と同じ方向に閉じた磁場を発生させ
る磁場発生手段とにより構成され、前記電極により真空
容器内に放射されるマイクロ波と、前記磁場発生手段に
より前記マイクロ波の電場と直交する方向に発生する磁
場との相互作用により前記基板保持装置の前面空間にプ
ラズマを生成することを特徴とするマイクロ波放電反応
装置。1. A vacuum vessel having a mechanism for maintaining the interior in a reduced pressure state and a mechanism for introducing a gas, a plasma generating mechanism for introducing a microwave into the vacuum vessel to convert the gas into plasma, In a microwave discharge reaction device including a generation mechanism and a substrate holding mechanism provided at an interval, the plasma generation mechanism includes a coaxial transmission line that introduces the microwave into the vacuum vessel, and a microwave. a flat electrode at least 1 inborn slits of a predetermined length and width for radiating waves, disposed in the vicinity of the flat plate-shaped electrode, discharge radially in said slit
A magnetic field generating means for generating a magnetic field closed in the same direction as the length direction of the projecting portion , a microwave radiated into a vacuum vessel by the electrode, and an electric field of the microwave by the magnetic field generating means. microwave discharge reaction device characterized by the interaction of the orthogonal magnetic field generated in the direction of generating a plasma in front space of the substrate holding device.
において、前記電極に形成されたスリットの前記半径方
向放射状部分は前記電極の中心部から放射状に配置さ
れ、且つ前記磁場発生手段が前記電極と中心を共有する
同心円上であって、その磁場の方向が前記電極表面で電
極と垂直となるように配置された複数の円筒状永久磁石
であることを特徴とするマイクロ波放電反応装置。2. The microwave discharge reaction device according to claim 1, wherein the radius of the slit formed in the electrode is smaller than the radius of the slit formed in the electrode.
The directional radial portion is arranged radially from the center of the electrode, and the magnetic field generating means is on a concentric circle sharing the center with the electrode, and the direction of the magnetic field is perpendicular to the electrode on the electrode surface. A microwave discharge reaction device comprising a plurality of cylindrical permanent magnets arranged.
応装置において、前記プラズマ発生機構におけるプラズ
マが生成される面上に、誘電体スパッタリングを行うた
めのターゲットを設置したことを特徴とするマイクロ波
放電反応装置。 3. The microwave discharge reaction apparatus according to claim 1, wherein a target for performing dielectric sputtering is set on a surface of the plasma generation mechanism where plasma is generated. Wave discharge reactor.
イクロ波放電反応装置において、被処理基板と前記磁場
発生手段のうち少なくともいずれか一方を移動する機構
を設けたことを特徴とするマイクロ波放電反応装置。4. The microwave discharge reactor according to claim 1, further comprising a mechanism for moving at least one of the substrate to be processed and the magnetic field generating means. Microwave discharge reactor.
波を放射する所定の長さと幅を有したスリットを少なく
とも1本有する平板状電極と、この電極の近傍に前記ス
リットの長さ方向と同じ方向の磁場を発生させるために
配置された磁場発生手段とにより構成されることを特徴
とする電極装置。5. A plate-shaped electrode to which a microwave is supplied and which has at least one slit having a predetermined length and width for radiating the microwave, and a direction in the same direction as the length direction of the slit in the vicinity of the electrode. An electrode device comprising: a magnetic field generating means arranged to generate a magnetic field.
スリットは前記電極の中心部から放射状に配置され、且
つ前記磁場発生手段が前記電極と中心を共有する同心円
上であって、その磁場の方向が前記電極表面において電
極と垂直となるように配置された複数の円筒状永久磁石
であることを特徴とする電極装置。6. The electrode device according to claim 5, wherein the slit is arranged radially from a center of the electrode, and the magnetic field generating means is on a concentric circle sharing a center with the electrode, An electrode device comprising a plurality of cylindrical permanent magnets arranged so that directions are perpendicular to the electrodes on the electrode surface.
て、前記電極は、前記スリットを間に位置させる外部電
極と内部電極からなることを特徴とする電極装置。7. The electrode device according to claim 5, wherein the electrode comprises an external electrode and an internal electrode having the slit positioned therebetween.
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