JP3855468B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
半導体集積回路等の製造にあたり、膜の形成，加工等にプラズマ処理装置が用いられる。本発明はより安定なプラズマを均一に生成することにより高品位なプラズマ処理を可能とするプラズマ処理装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のプラズマ処理装置においては、処理室内に処理に適したガスを所定の流量供給し、このガスを排気する速度を調整することによって処理室内を処理に適した圧力に制御することが行われる。さらに、処理室内に電磁波を供給してプラズマを発生させ、プラズマ処理を行う。このプラズマは、処理室内の電磁界分布に対応した分布で発生する。プラズマ中の電磁界分布は、電磁波の供給方法，プラズマの密度，圧力などのプラズマ特性、及び処理室の形状等により決まる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のプラズマ処理装置では、プラズマ中の電磁界分布に関して十分考慮されておらず、プラズマ分布の制御などが必ずしも適切に行われていないという問題があった。本発明の目的とするところは、処理室に投入した電磁波の電力分布をより均一化できるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、プラズマ中で電磁波の電力分布を調整することで達成できる。すなわち、円柱状の空間がマイクロ波が透過する窓部材によって上下に隔てられて形成された円柱状の空洞部及びその下方の処理室を有し、電波源からのマイクロ波を前記空洞部から前記処理室に導入してこの処理室内に形成したプラズマを用いて該処理室内に配置された電極上に配置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、前記空洞部の上方に配置されこの空洞部と接続された円柱状の導波管と、この円柱状の導波管の上方でこれに接続され前記電波源からのマイクロ波を受けて円偏波に変換して前記円柱状の導波管に出力する円偏波発生手段と、前記処理室の周囲に配置されてこの処理室内に静磁界を加える磁界発生手段とを有し、前記円柱状の導波管から前記空洞部への接続部において円柱の直径がステップ状に拡大され、前記円偏波が前記静磁界の方向に向かって回転するように形成されて前記処理室内に供給されるプラズマ処理装置により達成できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施例を図１から図５を用いて説明する。図１に本発明を用いたプラズマ処理装置を示す。例えばマグネトロンなどのマイクロ波源１０１により発生した例えば周波数２.４５ＧＨｚ のマイクロ波は方形導波管１０５によりアイソレータ１０２，整合器１０３を介してモード変換器１０４に伝送される。マイクロ波は円形導波管１０６を介してさらに円柱空洞部１０７に導入される。円柱空洞部の下部にはマイクロ波導入窓108で隔てられたプラズマ処理室１０９がある。プラズマ処理室１０９には図示しないガス導入系，真空排気系が接続され、処理室１０９内部はプラズマ処理に適したガス雰囲気，圧力に保持される。プラズマ処理室１０９内には被処理基板１１１を設置するための基板電極１１０が設けられている。モード変換器１０４の詳細を図２に示す。入力側導波管201は方形導波管，出力側導波管２０２は円形導波管となっている。両者の間に円矩形変換コーナ２０４，円偏波発生器２０３が接続されている。図２に示すモード変換器では円矩形変換コーナを用いているが、単なる円矩形変換器を用いてもよい。ここで、円偏波について簡単に説明する。マイクロ波などの電磁波において電界ベクトルと電磁波の進行方向のベクトルとからなる面を偏波面と呼ぶ。円偏波とは偏波面が波の周波数で回転する電磁波をいう。図３に円形導波管の基本モードであるＴＥ１１モード電界分布を示す。円形導波管３０１の内壁に電界ベクトル３０２が垂直になる。図３に示すように円形導波管の中心に原点を持つ座標系をとるものとする。ＴＥ１１モードの電磁界が円偏波になると概略この電磁界が時間的に回転することになる。円偏波を発生させる構成は、たとえば「電子情報通信ハンドブック（電子情報通信学会編オーム社、1990年）」に記載されるように種々提案されており、円偏波発生器２０３としてこれらの構造を用いることが出来る。図４に図１に示す円形導波管１０６と円柱空洞１０７の接続部の電界分布を示す。円偏波発生器２０３を使用せず、モード変換器マイクロ波電磁界は図３に示す円形ＴＥ１１モードが入射しているものとし、図３のｙｚ面に相当する断面について最初に説明する。円形導波管１０６と円柱空洞１０７の接続部で円柱の直径がステップ状に拡大するため入射した
ＴＥ１１モード以外に複数のモードが発生する。円柱空洞１０７，円形導波管１０６等のサイズに依存するが、接続部のエッジに電界が集中し、図４に示すような電界ベクトル
４０１のように分布する傾向がある。円柱空洞部１０７内が図４に示す電界分布になった場合に発生するプラズマのｘｙ面内分布の一例を図５に模式的に示す。ｘ軸方向に凸分布、ｙ軸方向に凹分布となるいわゆる「鞍型」の分布となりやすい。したがって被処理基板に施されるプラズマ処理の均一性も「鞍型」分布になる傾向がある。しかしながら、円偏波発生器２０３を用いることにより、マイクロ波電磁界が時間的に回転するため、発生するプラズマも角度方向により均一化する。したがって、プラズマ処理の均一性を大幅に改善することが出来る。プラズマ処理室１０９に静磁界を加えても同様にしてプラズマの均一性を大幅に改善することができる。この場合、静磁界を加えられたプラズマ中の電磁波の伝搬特性が静磁界の方向と円偏波の回転方向の関係により異なるため、円偏波の回転方向により、その効果が異なる場合がある。プラズマ処理室１０９に電子サイクロトロン共鳴現象を起こす程度の静磁界を加えた場合には、静磁界の方向に向かって右まわりに回転する円偏波はプラズマに電子サイクロトロン共鳴により強く吸収されるのに対し、左回りに回転する円偏波はプラズマ中で強く吸収されない。いずれの場合にも円偏波によるプラズマ均一化の効果はあるが、両者でプラズマの分布が異なるため、均一なプラズマ処理を行うには、プラズマ発生位置と被処理基板の位置関係をそれぞれ最適化する必要がある。プラズマ処理室に静磁界を加えない場合には円偏波の回転方向を考慮する必要はない。
【０００６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、処理室に供給する高周波電力を円偏波とすることができ、処理室内に発生するプラズマを円偏波により回転する電磁界を用いてより均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例を示すプラズマ処理装置の断面図である。
【図２】 モード変換器の一例を示す断面図である。
【図３】 円形導波管中のＴＥ１１モード電界分布を示す図である。
【図４】 円形導波管と円柱空洞部の接続部付近の電界の分布を示す図である。
【図５】 円偏波を用いない場合のプラズマ分布の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０１…マイクロ波源、１０２…アイソレータ、１０３…整合器、１０４…モード変換器、１０５…方形導波管、１０６…円形導波管、１０７…円柱空洞部、１０８…マイクロ波導入窓、１０９…プラズマ処理室、１１０…基板電極、１１１…被処理基板、２０１…入力側導波管、２０２…出力側導波管、２０３…円偏波発生器、２０４…円矩形変換コーナ、３０１…円形導波管、３０２…電界ベクトル、４０１…電界ベクトル。
Claims (1)
- 円柱状の空間がマイクロ波が透過する窓部材によって上下に隔てられて形成された円柱状の空洞部及びその下方の処理室を有し、電波源からのマイクロ波を前記空洞部から前記処理室に導入してこの処理室内に形成したプラズマを用いて該処理室内に配置された電極上に配置された被処理基板を処理するプラズマ処理装置であって、
前記空洞部の上方に配置されこの空洞部と接続された円柱状の導波管と、この円柱状の導波管の上方でこれに接続され前記電波源からのマイクロ波を受けて円偏波に変換して前記円柱状の導波管に出力する円偏波発生手段と、前記処理室の周囲に配置されてこの処理室内に静磁界を加える磁界発生手段とを有し、
前記円柱状の導波管から前記空洞部への接続部において円柱の直径がステップ状に拡大され、前記円偏波が前記静磁界の方向に向かって回転するように形成されて前記処理室内に供給されるプラズマ処理装置。
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