JP6283797B2

JP6283797B2 - Plasma generator

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Publication number: JP6283797B2
Application number: JP2015559782A
Authority: JP
Inventors: 前野　修一; 修一前野
Original assignee: ノベリオンシステムズ株式会社
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2018-02-28
Anticipated expiration: 2034-12-02
Also published as: WO2015114992A1; JPWO2015114992A1

Description

【書類名】明細書
【発明の名称】プラズマ発生装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜形成や微細加工プロセス装置ならびにイオンビーム照射装置に適用されるプラズマ発生装置に関し、より詳細には、電力効率の良い、小型化を図ることができるプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応性ガスをプラズマ化し、電離した活性種を利用してスパッタ、エッチング、イオン注入等を行うプラズマ処理装置でプラズマを発生させる方法としてマイクロ波を利用するものがある。
【０００３】
従来より、マイクロ波プラズマ発生装置として、マイクロ波による永久磁石方式ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式がある。その１例として、特許文献１に示されるような装置がある。
この装置は、真空容器の天井には同軸導波管外部導体が連通され、同軸導波管外部導体は矩形導波管を介してマイクロ波電力供給装置に接続されている。前記同軸導波管外部導体内には軸状の同軸導波管中心導体が挿入され、同軸部真空隔壁により前記同軸導波管外部導体に気密に保持され、前記同軸導波管中心導体の上端部は前記矩形導波管内に突出して矩形−同軸導波管変換部をなし、前記同軸導波管中心導体の下端には平板状電極が前記天井と平行に設けられている。前記天井には前記平板状電極に対応する範囲に所要数の永久磁石が載設されている。前記平板状電極と永久磁石との間に背面板を介在している。また、前記真空容器の側壁上部には放電ガス供給装置が、側壁下部には排気装置が設けられている。そして、真空容器内を前記排気装置により真空引きし、前記放電ガス供給装置より放電ガスを導入しつつ、マイクロ波電力供給装置よりマイクロ波を矩形導波管、同軸導波管外部導体、更に前記同軸導波管中心導体を介して前記平板状電極８に供給すると、該平板状電極と前記永久磁石間に形成される磁界によりＥＣＲプラズマが発生する。このプラズマを利用して、基板電極上の被処理基板をエッチング、ＣＶＤ処理する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２９６９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１のプラズマ発生装置では、平板状電極の背後に永久磁石が面状に配置された構造であるため、永久磁石からの距離に伴う磁界の減衰が著しくＥＣＲ領域は薄いシート状に分布する。そのため、高い電力効率でプラズマを発生させるにはＥＣＲ領域が十分でないという問題かあった。また、大型化したプラズマ装置においては、プラズマに直接曝される平板状電極の耐久性が良くないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題に鑑みなされたものである。従来のプラズマ発生装置の問題を解決し、電力効率の良い、耐久性と小型化を図ることができるプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るプラズマ発生装置は、
中心導体と外部導体とより構成された同軸伝送線路にマイクロ波電源からマイクロ波を供給し、前記中心導体の先端部からマイクロ波を放射して電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記同軸伝送線路を囲んで第１磁石を設け、前記中心導体の先端部を位置させるアンテナ容器を設け、該アンテナ容器を囲んで第２磁石を設け、前記第１磁石は前記中心導体の中心軸と平行する方向に着磁した永久磁石とし、前記第２磁石は前記中心導体の中心軸の延びる方向と直角をなす方向に着磁した永久磁石とするとともに、前記アンテナ容器の中心から見た前記第１磁石と前記第２磁石磁極は同じ極性とし、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす強度であって、合成した磁力線が前記中心導体の中心軸とほぼ平行である磁界を、前記中心導体に近接する体積的範囲にわたって前記アンテナ容器内に形成することを特徴とする。
【０００８】
この発明のプラズマ発生装置によれば、前記中心導体の中心軸に沿った磁界強度の勾配を平坦化でき、広い範囲でプラズマへのマイクロ波電力の吸収が改善されるので、高密度のプラズマを高い電力効率で、発生させることができる。
また、この発明のプラズマ発生装置においては、前記第１磁石と第２磁石は永久磁石とするので、小型化とコストダウンを図ることができる。
【０００９】
すなわち、この発明のプラズマ発生装置において、前記アンテナ容器中で中心導体は電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生する周波数のマイクロ波を放射し、前記第１磁石および第２磁石群は各々の成す磁界の合成によって、磁力線が前記中心導体の中心軸とほぼ平行である磁界を、前記中心導体に近接する体積的範囲にわたって前記アンテナ容器内に形成することで、電子サイクロトロン共鳴領域を前記アンテナ容器内の広い領域に形成することができる。例えば、２．４５［ギガヘルツ］のマイクロ波を放射し、電子サイクロトロン共鳴プラズマを発生する８７５［ガウス］の磁界を形成する場合、この磁界を体積的範囲にわたって合成することができる。すなわち、この磁界は、平面的なごく狭い範囲でないので、ＥＣＲ領域を広く形成できる。その結果、高密度のプラズマを高い電力効率で発生することができる。
【００１０】
請求項２に記載のプラズマ発生装置の発明は、
前記中心導体の少なくとも前記アンテナ容器内に位置する部分は絶縁性の被覆部材で覆われているとともに、前記アンテナ容器の内面は内張絶縁部材で覆われていることを特徴とする。
【００１１】
この発明のプラズマ発生装置によれば、アンテナである中心導体の表面を冷却すると同時に、絶縁材で覆うので、荷電粒子による衝撃を受けにくくして、損傷されるのを防ぐことができ、耐久性を良くすることができる。
また、前記アンテナ容器の内面は内張絶縁部材で覆われているので、運転によりアンテナ容器が汚れることを防止するので、メンテナンス性がよい。また、フランジ部の加熱を抑制できる。さらに、マイクロ波によって加熱されたプラズマが内張絶縁部材により反射され、アンテナ容器内の密度を増大することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、マイクロ波の伝送線路を囲んで第１磁石を設け、アンテナ容器の外側に中心導体を包囲して第２磁石を配置している。そして、前記第１磁石は前記中心導体の中心軸と平行する方向に着磁し、前記第２磁石は前記中心導体の中心軸の延びる方向と直角をなす方向に着磁するとともに、前記アンテナ容器の中心から見た前記第１磁石と前記第２磁石を構成する個々の磁石の磁極は同じ極性とした。これにより、電子サイクロトロン共鳴条件を満たす強度であって、しかも磁力線が前記中心導体の中心軸とほぼ平行である磁界を、前記中心導体に近接する体積的範囲にわたって前記アンテナ容器内に形成することができる。その結果、前記中心導体に近接する体積的範囲にわたって電子サイクロトロン共鳴による高密度のプラズマを発生することができ、電力効率の良い、耐久性と小型化を図ったプラズマ発生装置を得ることができる。
【００１３】
また、高温に曝されるフランジ部等の箇所を高温から保護することにより、加熱を抑制でき、耐久性を良くし、電力効率を高め、高密度のプラズマを安定して発生し、より小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るプラズマ発生装置の断面図である。
【図２】図１の中心導体先端部を示す拡大断面図である。
【図３】図１における、Ａ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１の中心導体の中心軸上において第１磁石表面からの距離と磁束密度との関係を示すグラフである。
【図５】高エネルギー電子の放出を抑制するために、先端部絶縁部材の先端に設けた円盤状のヒサシの概念図である。
【図６】本発明に係るプラズマ発生装置の、アンテナ容器出口に設けた多孔電極の一例を示す断面図である。
【図７】図６における、Ｃ方向矢視図である。
【図８】本発明に係るプラズマ発生装置を適用したプラズマ処理装置の一例を示す断面図である。
【図９】他の実施形態のプラズマ発生装置の断面図である。
【図１０】さらに他の実施形態のプラズマ発生装置の図１Ａ−Ｂ矢視位置における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
この実施の形態のプラズマ発生装置１は、中心導体２と、これと同軸に外側に配置された外部導体３と、中心導体２と外部導体３とで構成した同軸伝送線路４と、外部導体３を囲む環状の第１磁石５と、マイクロ波電源２８からマイクロ波を中心導体２に供給する矩形導波管６とを備える。さらに、プラズマ発生装置１は、中心導体２の先端部を位置させる円筒状のアンテナ容器７と、このアンテナ容器７の外周に中心導体２と同軸、かつ環状に配置された第２磁石８と、アンテナ容器７内に位置する中心導体２の先端部を保護する被覆部材９とを備える。
【００１６】
中心導体２は、金属製で、マイクロ波を放射するアンテナの働きをなし、一端の先端は封止され、他端側からは内管２ａが挿通されて２重管構造をなしている。また、中心導体２の他端側は矩形導波管６内に位置し、マイクロ波電源２８から供給されるマイクロ波を先端部に伝送する。
【００１７】
中心導体２の他端側の矩形導波管６側には、中心導体２に冷却媒体を供給する中心導体冷媒入口２ｃが設けられ、内管２ａには使用した冷却媒体を排出する中心導体冷媒出口２ｄが設けられている。前記中心導体冷媒入口２ｃから流入させた冷却媒体は、内管２ａの外周から中心導体２の先端に向けて流れ、内管２ａの先端から還流して中心導体冷媒出口２ｄより排出される。なお、前記冷却媒体を流す方向は、逆であっても良い。冷却媒体としては水が優れているが、配管の腐食や冷却媒体の導電性を避けるべきときには腐食性のない液体や気体等を用いても良い。
【００１８】
また、中心導体２のアンテナ容器７内の先端部の外側は、図２に示すように、先端部絶縁部材２２、中間部絶縁部材２３、根元部絶縁部材２４および鍔状の鍔状絶縁部材２５からなる被覆部材９により覆われて、表面の金属部分は露出しないようにしている。各絶縁部材２２、２３、２４、２５の境界部は段部２２ａ、２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２５ａを形成している。隣接する絶縁部材２４の段部が嵌め合わされ、プラズマ中の荷電粒子が合わせ目から直接直線的に中心導体２の表面には進めないようにしている。このように継ぎ目を形成することで、中心導体２が荷電粒子により衝撃されるのを防止している。この段部はこの形態のものに限られず、数を増やしたものや断面形状が凹凸を有したものでもよい。中心導体２のアンテナ容器７内の根元部は大径の鍔状の絶縁部材２５により覆われている。これにより、伝送線路４とアンテナ容器７との気密を保つ真空シール部材１１も保護されるようにされている。
【００１９】
さらに、中心導体２の先端と先端部絶縁部材２２との間にはクッション部材２６が充填されていて、熱膨張時の膨張を吸収するようになっている。このように構成することで、絶縁物の破壊を防ぐことができるとともに、マイクロ波の空間電界が最も集中する中心導体２の先端と先端部絶縁部材２２との隙間での内部放電を無くすことができる。被覆部材９の材料としては、絶縁性で耐熱性の窒化ホウ素等が好ましい。クッション部材２６としては、柔軟性黒鉛シートなどの耐熱性で柔軟性のある材料が用いられる。
【００２０】
さらに、被覆部材９と接する中心導体２の外周にはオネジ２ｂが螺設されている。そして、各絶縁部材２２、２３、２４、２５の内周にはメネジが螺設されている。これにより、各絶縁部材２２、２３、２４、２５と中心導体２との接触面積を大きくできる。その結果、各絶縁部材２２、２３、２４、２５の熱を中心導体２に効率よく伝達することができ、中心導体２内を流れる冷却媒体に熱を大量に移動させることができる。
【００２１】
マイクロ波の電界が集中する中心導体２の表面近傍では、プラズマの加熱が促進されるため、高エネルギーの電子が生成される。その過度の集中を低減するため、図５に示すように、先端部絶縁部材２２の先端に円盤状のヒサシ２２ｂを設けてもよい。このように中心部に集中しようとする電子の方向を変えることにより、過剰に高エネルギーの電子が、磁力線３０に沿ってプラズマ容器３１へ放出されるのを防止できる。
【００２２】
中心導体２および同軸に配置された外部導体３は、環状の伝送線路４を形成する。外部導体３の外周は同軸に環状の第１磁石５に囲まれている。
【００２３】
外部導体３のアンテナ容器７側にはフランジ部１０が形成されている（外部導体３とフランジ１０は一体である）。外部導体３内の伝送線路４とアンテナ容器７との間には、絶縁性の真空シール部材１１が介在し、アンテナ容器７と伝送線路４との気密が保たれている。真空シール部材１１は、前部押さえ部材１２と後部押さえ部材１３とこれらの間に介在する同軸シール部材１４と、これらの部材間にそれぞれ介在する前側Ｏリング１５と後側Ｏリング１６を有している。
【００２４】
前部押さえ部材１２と後部押さえ部材１３と同軸シール部材１４は、アルミナセラミックス等の絶縁物から構成されている。また、前側Ｏリング１５と後側Ｏリング１６の材質には、マイクロ波をほとんど吸収しないシリコンゴムやフッ素樹脂が望ましい。
【００２５】
これら真空シール部材１１は、フランジ部１０に締結されたセット板２７によって外部導体３内に密着固定される。フランジ部１０は水冷構造とされていて、フランジ冷媒入口１０ａとフランジ冷媒出口１０ｂを有している。これにより、真空シール部材１１の温度を一定に保ち、前側Ｏリング１５と後側Ｏリング１６の高温による劣化を防止する。
【００２６】
第１磁石５は、この実施の形態では単一の永久磁石で環状に形成されていて、磁極は長手方向（中心導体が延びる方向）に着磁している。そして、アンテナ容器７側をＮ極にしている。この第１磁石５は、第１磁石ホルダ５ａによりフランジ部１０に取り付けられている。磁石ホルダ５ａは、水冷構造とされていて、第１冷媒入口５ｃと第１冷媒出口５ｄを有している。磁石ホルダ５ａを冷却することにより、第１磁石５の温度を一定に保ち、熱減磁によるプラズマ特性の変化を抑制する。また、第１磁石５とフランジ部１０との間に非磁性の材料でできた第１磁石スペーサ５ｂを挿入すれば、アンテナ容器７内の第１磁石５による磁界を弱めることができるので、アンテナ容器７内の磁界強度の分布を調節することができる。これと同じ趣旨で、第１磁石の位置を機械的に移動する手段を用いても良い。第１磁石５を単一の永久磁石で形成することで、小型化、コストダウンが図れる。
【００２７】
第１磁石５は中心導体２の中心軸Ｚと平行する方向に着磁し、複数の第２磁石８の各々は中心導体２の中心軸Ｚが延びる方向と直交する方向に着磁している。アンテナ容器７の中心から見た第１磁石５と第２磁石８を構成する個々の永久磁石の磁極は同じ極性（図１ではＮ極）としている。第１磁石５と第２磁石群による磁力を各々調整することにより、アンテナ容器７内では、広い範囲において中心導体２の中心軸Ｚにほぼ平行な磁力線３０が形成できる。
【００２８】
アンテナ容器７は筒状の筒部７ａと前側フランジ部７ｂと後側フランジ部７ｃとから筒部内空間にプラズマ生成空間が形成されている。そして、筒部７ａの内周と外部導体３のフランジ部１０の筒部７ａ内の空間に露出する面は、石英ガラス等の耐熱性の絶縁物の内張絶縁部材１８で覆っている。これにより、マイクロ波によって加熱されたプラズマが静電的に反射されて、アンテナ容器７内のプラズマ密度を増大させることができる。また、筒部７ａが加熱されるのを抑えることができる。筒部７ａおよび内張絶縁部材１８をプラズマ容器３１内の方へ突き出すことで、プラズマ容器３１側のフランジ開口側面が隠され、プラズマ損失を減らすことができる。
【００２９】
図６および図７に示すように、アンテナ容器７がプラズマ容器３１に連通する開口端７ｄに、複数の小孔２９ａを有する導電性の多孔電極２９を設けてもよい。このように、小孔２９ａの口径がマイクロ波の波長に対して十分小さければ、マイクロ波をアンテナ容器７内に閉じ込めることができ、１台のプラズマ容器３１に複数本のプラズマ発生装置を設置しても、マイクロ波の干渉や他の電気回路への侵入等の問題が起こらないようにもできる。なお、前記小孔２９ａの孔形状は、図７のような円形だけでなく長円形等でも良いが、その長手寸法がマイクロ波の波長に対して十分小さいことが必要である。また、アンテナ容器７をプラズマ容器３１に対し負電位に置くことで、プラズマ陰極として使用することもできる。
【００３０】
また、アンテナ容器７と外部との気密は、アンテナ容器７の後側フランジ部７ｃと外部導体３のフランジ部１０との間に介在したＯリングなどのアンテナ容器シール部材１７により気密が保たれている。また、アンテナ容器７とプラズマ容器３１との気密は、アンテナ容器７の前側フランジ部７ｂとこれらの間に介在したＯリングなどのプラズマ容器シール部材１９により保たれている。なお、アンテナ容器７をプラズマ容器３１に対し負電位に置き、プラズマ陰極として使用する場合は、アンテナ容器７とプラズマ容器３１との間に絶縁性のフランジを介在させる。
【００３１】
第２磁石８は、この実施の形態では複数の角柱状の永久磁石を環状にアンテナ容器７の筒部７ａの外側に、半径方向で中心方向に同じ極性の磁極（図１ではＮ極）が向くように配置して、第２磁石群を構成している。この磁極の向きは第１磁石５の近い側（アンテナ容器中心に向く側）の磁極と同じ極性としている。このように第１磁石５と第２磁石８の磁極を同一とすることにより、アンテナ容器７内には、中心導体２の中心軸Ｚにほぼ平行な磁力線３０が形成される。そして、第２磁石８は伝熱性に優れた素材（例えばアルミニウム）による第２磁石ホルダ８ａに保持されている。第２磁石ホルダ８ａは、水冷構造を有する前側フランジ部７ｂおよび後側フランジ部７ｃに締結されていて、各第２磁石８の温度を一定に保ち、熱減磁によるプラズマ特性の変化を抑制する。また、各第２磁石８とアンテナ容器７を構成する筒部７ａとの間に、非磁性の材料でできた第２磁石スペーサ８ｂを挿入すれば、アンテナ容器７内の第２磁石群（以下、第２磁石群８とも言う）による磁界を弱めることができるので、アンテナ容器７内の磁界強度の分布を調節することができる。これと同じ趣旨で、第２磁石８の位置を機械的に移動する手段を用いても良い。なお、本実施の形態では第２磁石群として複数の角柱状の永久磁石を用いたが、同等の効果が得られれば、円柱形や扇形などの永久磁石を利用しても良い。また、環状の第１磁石５や第２磁石群は、十分な強さの磁力を発生させるためには一体成型物であることが望ましいが、必要な性能が得られるならば分割した構造でも良い。
【００３２】
図４は、上記のように構成した図１のプラズマ発生装置１の中心導体２の中心軸上において、第１磁石５表面（Ｐ０）からの距離と、第１磁石５および第２磁石群８により生じた磁界の磁束密度との関係を示すグラフである。磁束密度の正の値は図１の矢印Ｚ方向の磁束を表し、負の値は矢印Ｚと逆方向の磁束を表している。
【００３３】
ところで、第２磁石群の幾何学中心がＰ２であることから、第２磁石群８による磁界分布（一点鎖線）はＰ２に対して反転対称となる。第１磁石５による磁界（鎖線）は距離とともに単調減少するのに対し、第２磁石群８による磁界（一点鎖線）は単調増加している。この結果、これらの合成された磁界（実線）は、前記Ｐ１からＰ３までの区間においてほぼ一定の値となる。
【００３４】
前記Ｐ１からＰ３までの区間の合成された磁界（実線）が、ＥＣＲ条件となるよう調整すれば、広い範囲でマイクロ波電力がプラズマに共鳴的に吸収され、高密度のプラズマを発生することができる。いま、放射されるマイクロ波の周波数：ｆ［ヘルツ］、プラズマ中の電子の電荷：ｑ［クーロン］電子の質量：ｍ［キログラム］とすると、ＥＣＲ条件となる磁界の磁束密度：Ｂ［テスラ］は、下記の計算式（１）で求められる。
Ｂ＝２πｆ・ｍ／ｑ・・・（１）
仮に、放射されるマイクロ波の周波数が、ｆ＝２．４５［ギガヘルツ］であるならば、ＥＣＲ条件を満たす磁界の磁束密度は、式（１）より、
Ｂ＝０．０８７５［テスラ］＝８７５［ガウス］となる。
【００３５】
次に、上記のように構成してなるプラズマ発生装置１を適用したプラズマ処理装置について、図８に示す一例によって説明する。
【００３６】
プラズマ容器３１には、一方の壁面より放電ガス供給装置３２がガス導入管３３を介して連通され、他方の壁面には真空排気装置３４が排気管３５を介して連通されている。プラズマ容器３１の底部には、被処理基板３７を搭載した基板電極３６が設置されており、任意の電圧（直流、高周波など）を印加できる。また、プラズマ容器３１には、プラズマの密度分布を調整する目的で、プラズマ発生装置１とは別に永久磁石や電磁石などの磁界発生手段３８を設けても良い。
【００３７】
次に、前記プラズマ処理装置の操業手順について説明する。まず、プラズマ容器３１を真空排気装置３４により真空引きし、アンテナ容器７内を減圧する。そして、放電ガス供給装置３２より放電ガスを供給しつつ、マイクロ波電源２８よりマイクロ波を矩形導波管６、同軸伝送線路４を構成する中心導体２を介してアンテナ容器７に供給する。すると、第１磁石５と第２磁石群８によって形成されるアンテナ容器７内の磁界によりＥＣＲプラズマが発生する。このプラズマを利用して、プラズマ容器３１においてエッチング、プラズマＣＶＤ処理、イオン注入そしてイオンビーム照射等の所要の処理を行う。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、永久磁石を組み合わせることにより、広い帯域でＥＣＲプラズマを高効率で発生することができ、電磁石を使わないので、軽量で小型化を図ることができる。
【００３９】
なお、本発明のプラズマ発生装置は、上述の実施の形態に限られるものではない。例えば、図９に示すように、マイクロ波を電源から矩形導波管を介して同軸伝送線路に供給しないで、マイクロ波電源から同軸ケーブルを介して供給する構成としてもよい。
【００４０】
図９に示す実施の形態のプラズマ発生装置において、上記実施の形態の装置と同様な作用をする部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４１】
この実施の形態のプラズマ発生装置１は、中心導体２と、これと同軸に外側に配置された外部導体３と、中心導体２と外部導体３とで構成した同軸伝送線路４ａと、外部導体３を囲む環状の第１磁石５と、マイクロ波電源２８からマイクロ波を中心導体２に供給する同軸ケーブル６０とを備える。さらに、同軸ケーブル６０と同軸伝送線路４ａ等の同軸伝送部材とを連結する接続コネクタ６１を備える。さらに、上記実施の形態のプラズマ発生装置１と同様に、中心導体２の先端部を位置させる円筒状のアンテナ容器７と、このアンテナ容器７の外周に中心導体２と同軸、かつ環状に配置された第２磁石８と、アンテナ容器７内に位置する中心導体２の先端部を保護する被覆部材９とを備える。
【００４２】
同軸伝送線路４ａは、中心導体２と外部導体３との間の空間に形成され、セラミックス等の誘電体を充填している。そして、これら中心導体２、外部導体３、誘電体等により伝送部を形成している。このように誘電体を充填することにより、中心と外部の両導体２，３間の間隔を小さくとっても、放電を防止することができる。
【００４３】
同軸ケーブル６０は、中心導体２と電気的に接続する中央導体６２と、外側導体６３を備える。中央と外部の両導体６２、６３間にポリエチレン等の誘電体が充填されている。マイクロ波発生装置と伝送部とを同軸ケーブル６０により接続することにより、導波管を無くして構造を簡単にし、小型化を図っている。
【００４４】
接続コネクタ６１は、真空シール部材１１ａを備えるとともに、図示しない絶縁部材を備える。そして、外部導体３と外側導体６３とは図示しない絶縁材によって電気的に絶縁している。
【００４５】
この実施の形態のプラズマ発生装置によれば、中心導体の軸心方向に平行に着磁した第１磁石と、この着磁方向と直交する方向に着磁した第２磁石とを備える。そして、マイクロ波電源に直接、同軸伝送線路に相当する同軸ケーブルを接続している。これにより、電力効率を良くし、構造を簡単にし、小型にすることができる。
【００４６】
また、本発明のプラズマ発生装置を、図１０に示すように、アンテナ容器を４角形等の多角形としてもよい。この実施の形態において、上記実施の形態の装置と同様な作用をなす部分については同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４７】
この実施の形態のプラズマ発生装置では、中心導体２の先端部を位置させるアンテナ容器７０と、このアンテナ容器７０の外周に中心導体２との延びる方向に直交する方向に着磁された第２磁石８等を備える。
【００４８】
プラズマ発生装置を角形のアンテナ容器で構成することにより、プラズマ処理装置において、構造を簡単にし、小型化を図ることができる。
【００４９】
この実施の形態のプラズマ発生装置では、中心導体２の先端部を位置させるアンテナ容器７０と、このアンテナ容器７０の外周に中心導体２との延びる方向に直交する方向に着磁された第２磁石８等を備える。
【００５０】
プラズマ発生装置を角形のアンテナ容器で構成することにより、プラズマ処理装置において、構造を簡単にし、小型化を図ることができる。
【００５１】
さらに、本発明のプラズマ発生装置は、上記実施の形態に限られないことはもちろんである。例えば、熱伝達をさらに改善する目的で、被覆部材９と中心導体２との接触部を接着やロウ付けなどの手段を用いて接合してもよいし、中心導体２の表面に溶射法を用いて被覆部材９を直接形成してもよい。
【００５２】
また同様の目的で、内張絶縁部材１８は、アンテナ容器７の筒部７ａおよびフランジ部１０の筒部７ａ内の空間に露出する面との接触部を接着やロウ付けなどの手段を用いて接合してもよいし、アンテナ容器７の筒部７ａおよびフランジ部１０の筒部７ａ内の空間に露出する面に、溶射法を用いて内張絶縁部材１８を直接形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
薄膜形成、微細加工プロセス、イオンビーム照射等に適用される。
【符号の説明】
【００５４】
１プラズマ発生装置
２，６２中心導体
２ａ内管
２ｂ中心導体のオネジ
２ｃ中心導体冷媒入口
２ｄ中心導体冷媒出口
３，６３外部導体
４，４ａ伝送線路
５第１磁石
５ａ第１磁石ホルダ
５ｂ第１磁石スペーサ
５ｃ第１冷媒入口
５ｄ第１冷媒出口
６矩形導波管
７，７０アンテナ容器
７ａ筒部
７ｂ前側フランジ部
７ｃ後側フランジ部
７ｄ開口端
７ｅアンテナ容器冷媒入口
７ｆアンテナ容器冷媒出口
８第２磁石
８ａ第２磁石ホルダ
８ｂ第２磁石スペーサ
９被覆部材
１０フランジ部
１０ａフランジ部冷媒入口
１０ｂフランジ部冷媒出口
１１真空シール部材
１２前部押さえ部材
１３後部押さえ部材
１４同軸シール部材
１５前側Ｏリング
１６後側Ｏリング
１７アンテナ容器シール部材
１８内張絶縁部材
１９プラズマ容器シール部材
２２先端絶縁部材
２３中間部絶縁部材
２４根元部絶縁部材
２５鍔状絶縁部材
２６クッション部材
２７セット板
２８マイクロ波電源
２９多孔電極
２９ａ多孔電極の小孔
３０磁力線
３１プラズマ容器
３２放電ガス供給装置
３３ガス導入管
３４真空排気装置
３５排気管
３６基板電極
３７被処理基板
３８磁界発生手段
６０同軸ケーブル
６１接続コネクタ[Document Name] Statement
Patent application title: Plasma generator
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【Technical field】
[0001]
The present invention relates to a plasma generation apparatus applied to thin film formation and microfabrication process apparatuses and ion beam irradiation apparatuses, and more particularly to a plasma generation apparatus capable of achieving power efficiency and downsizing.
[Background]
[0002]
There is a method using microwaves as a method of generating plasma in a plasma processing apparatus that converts reactive gas into plasma and uses ionized active species to perform sputtering, etching, ion implantation, and the like.
[0003]
Conventionally, as a microwave plasma generator, there is a microwave permanent magnet system ECR (electron cyclotron resonance) system. As an example, there is an apparatus as shown in Patent Document 1.
In this apparatus, a coaxial waveguide outer conductor is communicated with a ceiling of a vacuum vessel, and the coaxial waveguide outer conductor is connected to a microwave power supply device via a rectangular waveguide. An axial coaxial waveguide center conductor is inserted into the coaxial waveguide outer conductor, and is airtightly held on the coaxial waveguide outer conductor by a coaxial vacuum partition, and an upper end of the coaxial waveguide center conductor. The portion protrudes into the rectangular waveguide to form a rectangular-coaxial waveguide conversion portion, and a flat plate electrode is provided in parallel to the ceiling at the lower end of the coaxial waveguide central conductor. A required number of permanent magnets are placed on the ceiling in a range corresponding to the flat electrode. A back plate is interposed between the flat electrode and the permanent magnet. In addition, a discharge gas supply device is provided on the upper side wall of the vacuum vessel, and an exhaust device is provided on the lower side wall. Then, the inside of the vacuum vessel is evacuated by the exhaust device, while introducing the discharge gas from the discharge gas supply device, the microwave is supplied from the microwave power supply device to the rectangular waveguide, the coaxial waveguide outer conductor, When supplied to the plate electrode 8 via the coaxial waveguide center conductor, ECR plasma is generated by a magnetic field formed between the plate electrode and the permanent magnet. Using this plasma, the substrate to be processed on the substrate electrode is etched and CVD-processed.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 7-269991
SUMMARY OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0005]
However, the plasma generator of Patent Document 1 has a structure in which a permanent magnet is arranged in a planar shape behind a flat electrode, so that the attenuation of the magnetic field with the distance from the permanent magnet is remarkably thin, and the ECR region is a thin sheet. Distributed. Therefore, there has been a problem that the ECR region is not sufficient to generate plasma with high power efficiency. In addition, the large-sized plasma apparatus has a problem that the durability of the flat electrode directly exposed to plasma is not good.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems. It is an object of the present invention to provide a plasma generator capable of solving the problems of conventional plasma generators and achieving high power efficiency, durability and downsizing.
[Means for Solving the Problems]
[0007]
The plasma generator according to the present invention comprises:
Consists of center conductor and outer conductor Coaxial A microwave is supplied from a microwave power source to the transmission line, and the microwave is radiated from the tip of the central conductor. Electron cyclotron resonance A plasma generator for generating plasma,
Above Coaxial A first magnet is provided to surround the transmission line, an antenna container is provided to position the tip of the central conductor, a second magnet is provided to surround the antenna container, and the first magnet is parallel to the central axis of the central conductor. Magnetized in the direction Permanent magnet The second magnet is magnetized in a direction perpendicular to the direction in which the central axis of the central conductor extends. As a permanent magnet The first magnet and the second magnet magnetic pole viewed from the center of the antenna container have the same polarity. A magnetic field having a strength satisfying the electron cyclotron resonance condition and having a combined magnetic field line substantially parallel to the central axis of the central conductor is formed in the antenna container over a volume range close to the central conductor. It is characterized by that.
[0008]
According to the plasma generator of the present invention, the gradient of the magnetic field strength along the central axis of the central conductor can be flattened, and the absorption of microwave power into the plasma can be improved over a wide range. It can be generated with high power efficiency.
In the plasma generator of the present invention, The above With the first magnet Since the second magnet is a permanent magnet, downsizing and cost reduction can be achieved.
[0009]
That is, the present invention In the plasma generator, the central conductor in the antenna container emits a microwave having a frequency for generating electron cyclotron resonance plasma, and the first magnet and the second magnet group are synthesized by synthesizing respective magnetic fields. An electron cyclotron resonance region is formed in the antenna container by forming a magnetic field having a magnetic field line substantially parallel to the central axis of the central conductor in the antenna container over a volume range close to the central conductor. Form in a wide area Can do. For example, when a 875 [Gauss] magnetic field that emits 2.45 [GHz] microwaves and generates an electron cyclotron resonance plasma is formed, this magnetic field can be synthesized over a volume range. That is, since this magnetic field is not a very narrow range in a plane, an ECR region can be formed widely. As a result, high-density plasma can be generated with high power efficiency.
[0010]
The invention of the plasma generator according to claim 2
At least a portion of the central conductor located in the antenna container is covered with an insulating covering member, and an inner surface of the antenna container is covered with a lining insulating member. It is characterized by that.
[0011]
According to the plasma generator of the present invention, the surface of the central conductor as an antenna is cooled and simultaneously covered with an insulating material, so that it is difficult to receive an impact by charged particles and can be prevented from being damaged. Can be improved.
Also, The inner surface of the antenna container is covered with a lining insulating member. So Maintenance is good because the antenna container is prevented from becoming dirty during operation. Moreover, the heating of a flange part can be suppressed. Furthermore, the plasma heated by the microwave is reflected by the lining insulating member, and the density in the antenna container can be increased.
【Effect of the invention】
[0012]
In the present invention, a first magnet is provided surrounding a microwave transmission line, and a second magnet is disposed outside the antenna container so as to surround the central conductor. The first magnet is magnetized in a direction parallel to the central axis of the central conductor, the second magnet is magnetized in a direction perpendicular to the direction in which the central axis of the central conductor extends, and the antenna container The magnetic poles of the individual magnets constituting the first magnet and the second magnet as viewed from the center of the magnet were the same polarity. This A magnetic field having a strength satisfying the electron cyclotron resonance condition and a magnetic field line substantially parallel to the central axis of the central conductor can be formed in the antenna container over a volume range close to the central conductor. As a result, due to electron cyclotron resonance over a volume range close to the central conductor. A high-density plasma can be generated, and a plasma generator with high power efficiency, durability and downsizing can be obtained.
[0013]
In addition, by protecting parts such as flanges exposed to high temperatures from high temperatures, heating can be suppressed, durability is improved, power efficiency is increased, high-density plasma is stably generated, and miniaturization is further reduced. can do.
[Brief description of the drawings]
[0014]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a plasma generator according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a front end portion of a central conductor in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG. 1;
4 is a graph showing the relationship between the distance from the surface of the first magnet and the magnetic flux density on the central axis of the central conductor in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a conceptual diagram of a disk-shaped eagles provided at the tip of a tip insulating member in order to suppress the emission of high energy electrons.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a porous electrode provided at the antenna container outlet of the plasma generating apparatus according to the present invention.
7 is a C direction arrow view in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus to which the plasma generator according to the present invention is applied.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a plasma generator according to another embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a plasma generator according to still another embodiment as viewed in the direction of arrows 1A-B.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[0015]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The plasma generator 1 according to this embodiment includes a center conductor 2, an outer conductor 3 arranged coaxially with the center conductor 2, a coaxial transmission line 4 composed of the center conductor 2 and the outer conductor 3, and an outer conductor 3. And a rectangular waveguide 6 that supplies a microwave from the microwave power source 28 to the central conductor 2. Further, the plasma generator 1 includes a cylindrical antenna container 7 that positions the tip of the center conductor 2, a second magnet 8 that is coaxially and annularly disposed on the outer periphery of the antenna container 7 with the center conductor 2, And a covering member 9 that protects the tip of the central conductor 2 located in the antenna container 7.
[0016]
The center conductor 2 is made of metal and functions as an antenna that radiates microwaves. The tip of one end is sealed, and the inner tube 2a is inserted from the other end to form a double tube structure. The other end side of the center conductor 2 is located in the rectangular waveguide 6 and transmits the microwave supplied from the microwave power supply 28 to the tip.
[0017]
A central conductor refrigerant inlet 2c for supplying a cooling medium to the central conductor 2 is provided on the rectangular waveguide 6 side on the other end side of the central conductor 2, and a central conductor refrigerant for discharging the used cooling medium to the inner pipe 2a. An outlet 2d is provided. The cooling medium introduced from the center conductor refrigerant inlet 2c flows from the outer periphery of the inner tube 2a toward the tip of the center conductor 2, flows back from the tip of the inner tube 2a, and is discharged from the center conductor refrigerant outlet 2d. Note that the direction in which the cooling medium flows may be reversed. Water is excellent as the cooling medium, but non-corrosive liquid or gas may be used when corrosion of the pipe or conductivity of the cooling medium should be avoided.
[0018]
As shown in FIG. 2, the outside of the front end portion of the central conductor 2 in the antenna container 7 is a front end insulating member 22, an intermediate insulating member 23, a root insulating member 24, and a bowl-shaped hook-shaped insulating member 25. The metal member on the surface is not exposed by being covered with the covering member 9 made of The boundary portions of the insulating members 22, 23, 24, and 25 form step portions 22a, 23a, 23b, 24a, 24b, and 25a. The step portions of the adjacent insulating members 24 are fitted to prevent the charged particles in the plasma from proceeding straight from the joint to the surface of the central conductor 2. By forming the seam in this way, the central conductor 2 is prevented from being impacted by charged particles. The stepped portion is not limited to the one in this form, and the stepped portion may be increased in number or the sectional shape may be uneven. The root portion of the central conductor 2 in the antenna container 7 is covered with a large-diameter bowl-shaped insulating member 25. Thereby, the vacuum seal member 11 which keeps the airtightness between the transmission line 4 and the antenna container 7 is also protected.
[0019]
Further, a cushion member 26 is filled between the front end of the center conductor 2 and the front end insulating member 22 so as to absorb expansion during thermal expansion. With this configuration, it is possible to prevent breakdown of the insulator, and to eliminate internal discharge in the gap between the tip of the central conductor 2 where the microwave spatial electric field is most concentrated and the tip insulating member 22. it can. As a material of the covering member 9, an insulating and heat resistant boron nitride or the like is preferable. As the cushion member 26, a heat-resistant and flexible material such as a flexible graphite sheet is used.
[0020]
Further, a male screw 2 b is screwed on the outer periphery of the central conductor 2 that is in contact with the covering member 9. A female screw is screwed on the inner periphery of each insulating member 22, 23, 24, 25. Thereby, the contact area of each insulating member 22, 23, 24, 25 and the center conductor 2 can be enlarged. As a result, the heat of each insulating member 22, 23, 24, 25 can be efficiently transferred to the center conductor 2, and a large amount of heat can be transferred to the cooling medium flowing in the center conductor 2.
[0021]
In the vicinity of the surface of the central conductor 2 where the electric field of the microwave is concentrated, heating of the plasma is promoted, so that high energy electrons are generated. In order to reduce the excessive concentration, as shown in FIG. 5, a disc-shaped paddle 22 b may be provided at the tip of the tip insulating member 22. Thus, by changing the direction of the electrons to be concentrated in the central portion, it is possible to prevent the excessively high energy electrons from being released along the magnetic force lines 30 to the plasma container 31.
[0022]
The central conductor 2 and the outer conductor 3 arranged coaxially form an annular transmission line 4. The outer periphery of the outer conductor 3 is coaxially surrounded by the annular first magnet 5.
[0023]
A flange portion 10 is formed on the antenna container 7 side of the outer conductor 3 (the outer conductor 3 and the flange 10 are integrated). An insulating vacuum seal member 11 is interposed between the transmission line 4 in the outer conductor 3 and the antenna container 7 so that the airtightness between the antenna container 7 and the transmission line 4 is maintained. The vacuum seal member 11 includes a front pressing member 12, a rear pressing member 13, a coaxial sealing member 14 interposed therebetween, and a front O-ring 15 and a rear O-ring 16 interposed between these members, respectively. ing.
[0024]
The front pressing member 12, the rear pressing member 13, and the coaxial seal member 14 are made of an insulator such as alumina ceramics. The material of the front O-ring 15 and the rear O-ring 16 is preferably silicon rubber or fluorine resin that hardly absorbs microwaves.
[0025]
These vacuum seal members 11 are tightly fixed in the outer conductor 3 by a set plate 27 fastened to the flange portion 10. The flange portion 10 has a water cooling structure, and has a flange refrigerant inlet 10a and a flange refrigerant outlet 10b. Thus, the temperature of the vacuum seal member 11 is kept constant, and the front O-ring 15 and the rear O-ring 16 are prevented from being deteriorated due to high temperatures.
[0026]
In this embodiment, the first magnet 5 is formed in a ring shape with a single permanent magnet, and the magnetic poles are magnetized in the longitudinal direction (direction in which the central conductor extends). The antenna container 7 side is an N pole. The first magnet 5 is attached to the flange portion 10 by a first magnet holder 5a. The magnet holder 5a has a water cooling structure and has a first refrigerant inlet 5c and a first refrigerant outlet 5d. By cooling the magnet holder 5a, the temperature of the first magnet 5 is kept constant and changes in plasma characteristics due to thermal demagnetization are suppressed. Further, if the first magnet spacer 5b made of a nonmagnetic material is inserted between the first magnet 5 and the flange portion 10, the magnetic field generated by the first magnet 5 in the antenna container 7 can be weakened. The distribution of the magnetic field strength in the container 7 can be adjusted. For the same purpose, means for mechanically moving the position of the first magnet may be used. By forming the 1st magnet 5 with a single permanent magnet, size reduction and cost reduction can be achieved.
[0027]
The first magnet 5 is magnetized in a direction parallel to the central axis Z of the central conductor 2, and each of the plurality of second magnets 8 is magnetized in a direction orthogonal to the direction in which the central axis Z of the central conductor 2 extends. . The magnetic poles of the individual permanent magnets constituting the first magnet 5 and the second magnet 8 viewed from the center of the antenna container 7 have the same polarity (N pole in FIG. 1). By adjusting the magnetic forces generated by the first magnet 5 and the second magnet group, a magnetic force line 30 substantially parallel to the central axis Z of the central conductor 2 can be formed in a wide range in the antenna container 7.
[0028]
In the antenna container 7, a plasma generation space is formed in the cylindrical portion inner space from the cylindrical cylindrical portion 7a, the front flange portion 7b, and the rear flange portion 7c. The inner surface of the cylindrical portion 7a and the surface exposed to the space in the cylindrical portion 7a of the flange portion 10 of the outer conductor 3 are covered with a lining insulating member 18 of a heat-resistant insulating material such as quartz glass. Thereby, the plasma heated by the microwave is reflected electrostatically, and the plasma density in the antenna container 7 can be increased. Moreover, it can suppress that the cylinder part 7a is heated. By projecting the cylindrical portion 7a and the lining insulating member 18 toward the inside of the plasma container 31, the flange opening side surface on the plasma container 31 side is hidden, and plasma loss can be reduced.
[0029]
As shown in FIGS. 6 and 7, a conductive porous electrode 29 having a plurality of small holes 29 a may be provided at the opening end 7 d where the antenna container 7 communicates with the plasma container 31. As described above, if the diameter of the small hole 29a is sufficiently small with respect to the wavelength of the microwave, the microwave can be confined in the antenna container 7, and a plurality of plasma generators are installed in one plasma container 31. However, problems such as microwave interference and intrusion into other electric circuits can be prevented. The hole shape of the small hole 29a is not limited to a circle as shown in FIG. 7, but may be an oval shape, etc., but its longitudinal dimension needs to be sufficiently small with respect to the wavelength of the microwave. Further, the antenna container 7 can be used as a plasma cathode by placing it at a negative potential with respect to the plasma container 31.
[0030]
Further, the airtightness between the antenna container 7 and the outside is maintained by the antenna container seal member 17 such as an O-ring interposed between the rear flange portion 7c of the antenna container 7 and the flange portion 10 of the outer conductor 3. Yes. Further, the airtightness between the antenna container 7 and the plasma container 31 is maintained by the plasma container sealing member 19 such as the front flange portion 7b of the antenna container 7 and an O-ring interposed therebetween. When the antenna container 7 is placed at a negative potential with respect to the plasma container 31 and used as a plasma cathode, an insulating flange is interposed between the antenna container 7 and the plasma container 31.
[0031]
In this embodiment, the second magnet 8 has a plurality of prismatic permanent magnets arranged in a ring shape on the outside of the cylindrical portion 7a of the antenna container 7, and magnetic poles having the same polarity in the radial direction and the central direction (N poles in FIG. 1). It arrange | positions so that it may face, and the 2nd magnet group is comprised. This magnetic pole has the same polarity as the magnetic pole on the side closer to the first magnet 5 (the side facing the center of the antenna container). Thus, by making the magnetic poles of the first magnet 5 and the second magnet 8 the same, a magnetic force line 30 substantially parallel to the central axis Z of the central conductor 2 is formed in the antenna container 7. And the 2nd magnet 8 is hold | maintained at the 2nd magnet holder 8a with the raw material (for example, aluminum) excellent in heat conductivity. The second magnet holder 8a is fastened to the front flange portion 7b and the rear flange portion 7c having a water cooling structure, keeps the temperature of each second magnet 8 constant, and suppresses changes in plasma characteristics due to thermal demagnetization. . Moreover, if the 2nd magnet spacer 8b made from a nonmagnetic material is inserted between each 2nd magnet 8 and the cylinder part 7a which comprises the antenna container 7, the 2nd magnet group in the antenna container 7 (henceforth below). , Which is also referred to as the second magnet group 8), the distribution of the magnetic field strength in the antenna container 7 can be adjusted. For the same purpose, a means for mechanically moving the position of the second magnet 8 may be used. In the present embodiment, a plurality of prismatic permanent magnets are used as the second magnet group. However, as long as an equivalent effect is obtained, a permanent magnet such as a columnar shape or a sector shape may be used. In addition, the annular first magnet 5 and the second magnet group are preferably integrally molded in order to generate a sufficiently strong magnetic force, but may have a divided structure if necessary performance can be obtained. .
[0032]
4 shows the distance from the surface of the first magnet 5 (P0), the first magnet 5 and the second magnet group 8 on the central axis of the central conductor 2 of the plasma generator 1 of FIG. It is a graph which shows the relationship with the magnetic flux density of the magnetic field produced by. A positive value of the magnetic flux density represents a magnetic flux in the direction of the arrow Z in FIG. 1, and a negative value represents a magnetic flux in the direction opposite to the arrow Z.
[0033]
By the way, since the geometric center of the second magnet group is P2, the magnetic field distribution (one-dot chain line) by the second magnet group 8 is inversion symmetric with respect to P2. The magnetic field (chain line) by the first magnet 5 monotonously decreases with distance, whereas the magnetic field (one-dot chain line) by the second magnet group 8 monotonously increases. As a result, these combined magnetic fields (solid lines) have substantially constant values in the section from P1 to P3.
[0034]
If the combined magnetic field (solid line) in the section from P1 to P3 is adjusted so as to satisfy the ECR condition, microwave power is absorbed by the plasma in a wide range, and high density plasma is generated. it can. Now, assuming that the frequency of the emitted microwave is f [hertz], the charge of the electrons in the plasma is q [coulomb] the mass of the electrons is m [kilograms], the magnetic flux density of the magnetic field that is the ECR condition is B [tesla]. Is obtained by the following calculation formula (1).
B = 2πf · m / q (1)
If the frequency of the emitted microwave is f = 2.45 [gigahertz], the magnetic flux density of the magnetic field that satisfies the ECR condition is
B = 0.0875 [Tesla] = 875 [Gauss].
[0035]
Next, a plasma processing apparatus to which the plasma generating apparatus 1 configured as described above is applied will be described with reference to an example shown in FIG.
[0036]
A discharge gas supply device 32 communicates with the plasma vessel 31 from one wall surface via a gas introduction tube 33, and a vacuum exhaust device 34 communicates with the other wall surface via an exhaust tube 35. A substrate electrode 36 on which a substrate to be processed 37 is mounted is installed at the bottom of the plasma container 31, and an arbitrary voltage (DC, high frequency, etc.) can be applied. The plasma container 31 may be provided with a magnetic field generating means 38 such as a permanent magnet or an electromagnet separately from the plasma generator 1 for the purpose of adjusting the plasma density distribution.
[0037]
Next, the operation procedure of the plasma processing apparatus will be described. First, the plasma container 31 is evacuated by the vacuum exhaust device 34, and the inside of the antenna container 7 is decompressed. Then, while supplying the discharge gas from the discharge gas supply device 32, the microwave is supplied from the microwave power source 28 to the antenna container 7 through the rectangular waveguide 6 and the central conductor 2 constituting the coaxial transmission line 4. Then, ECR plasma is generated by the magnetic field in the antenna container 7 formed by the first magnet 5 and the second magnet group 8. Using this plasma, the plasma vessel 31 performs necessary processing such as etching, plasma CVD processing, ion implantation, and ion beam irradiation.
[0038]
As described above, according to the present invention, by combining a permanent magnet, ECR plasma can be generated with high efficiency in a wide band, and since no electromagnet is used, it is possible to achieve light weight and downsizing.
[0039]
The plasma generator of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, as shown in FIG. 9, the microwave may be supplied from the microwave power source via the coaxial cable without being supplied to the coaxial transmission line via the rectangular waveguide.
[0040]
In the plasma generation apparatus of the embodiment shown in FIG. 9, the same reference numerals are given to the parts that operate in the same manner as the apparatus of the above-described embodiment, and the detailed description is omitted.
[0041]
The plasma generator 1 of this embodiment includes a center conductor 2, an outer conductor 3 arranged coaxially with the center conductor 2, a coaxial transmission line 4a composed of the center conductor 2 and the outer conductor 3, and an outer conductor 3. And a coaxial cable 60 for supplying a microwave from the microwave power source 28 to the central conductor 2. Furthermore, a connection connector 61 that connects the coaxial cable 60 and a coaxial transmission member such as the coaxial transmission line 4a is provided. Further, similarly to the plasma generator 1 of the above-described embodiment, a cylindrical antenna container 7 for positioning the tip of the center conductor 2 is disposed on the outer periphery of the antenna container 7 coaxially and annularly with the center conductor 2. A second magnet 8 and a covering member 9 that protects the tip of the central conductor 2 located in the antenna container 7.
[0042]
The coaxial transmission line 4a is formed in a space between the center conductor 2 and the outer conductor 3, and is filled with a dielectric such as ceramics. A transmission section is formed by the central conductor 2, the outer conductor 3, a dielectric, and the like. By filling the dielectric in this way, discharge can be prevented even if the distance between the center and external conductors 2 and 3 is small.
[0043]
The coaxial cable 60 includes a central conductor 62 that is electrically connected to the central conductor 2 and an outer conductor 63. A dielectric material such as polyethylene is filled between the central and external conductors 62 and 63. By connecting the microwave generator and the transmission unit with the coaxial cable 60, the waveguide is eliminated, the structure is simplified, and the size is reduced.
[0044]
The connection connector 61 includes a vacuum seal member 11a and an insulating member (not shown). The outer conductor 3 and the outer conductor 63 are electrically insulated by an insulating material (not shown).
[0045]
According to the plasma generator of this embodiment, the first magnet magnetized in parallel to the axial direction of the center conductor and the second magnet magnetized in a direction orthogonal to the magnetizing direction are provided. A coaxial cable corresponding to a coaxial transmission line is directly connected to the microwave power source. Thereby, power efficiency can be improved, the structure can be simplified, and the size can be reduced.
[0046]
In the plasma generator of the present invention, the antenna container may be a polygon such as a quadrangle as shown in FIG. In this embodiment, parts having the same functions as those of the apparatus of the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0047]
In the plasma generating apparatus of this embodiment, an antenna container 70 that positions the tip of the center conductor 2 and a second magnet that is magnetized in a direction orthogonal to the direction in which the center conductor 2 extends on the outer periphery of the antenna container 70. 8 etc.
[0048]
By configuring the plasma generator with a rectangular antenna container, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified and the size can be reduced.
[0049]
In the plasma generating apparatus of this embodiment, an antenna container 70 that positions the tip of the center conductor 2 and a second magnet that is magnetized in a direction orthogonal to the direction in which the center conductor 2 extends on the outer periphery of the antenna container 70. 8 etc.
[0050]
By configuring the plasma generator with a rectangular antenna container, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified and the size can be reduced.
[0051]
Further, the plasma generator of the present invention is not limited to the above embodiment. For example, for the purpose of further improving heat transfer, the contact portion between the covering member 9 and the center conductor 2 may be joined using means such as adhesion or brazing, or the surface of the center conductor 2 is sprayed. The covering member 9 may be formed directly.
[0052]
For the same purpose, the lining insulating member 18 uses a means such as bonding or brazing the contact portion between the cylindrical portion 7a of the antenna container 7 and the surface exposed to the space in the cylindrical portion 7a of the flange portion 10. The lining insulating member 18 may be directly formed on the surfaces exposed to the space in the cylindrical portion 7a of the antenna container 7 and the cylindrical portion 7a of the flange portion 10 using a thermal spraying method.
[Industrial applicability]
[0053]
It is applied to thin film formation, microfabrication process, ion beam irradiation and the like.
[Explanation of symbols]
[0054]
1 Plasma generator
2,62 center conductor
2a Inner pipe
2b Center conductor male screw
2c Center conductor refrigerant inlet
2d Center conductor refrigerant outlet
3,63 outer conductor
4,4a Transmission line
5 First magnet
5a First magnet holder
5b First magnet spacer
5c First refrigerant inlet
5d First refrigerant outlet
6 Rectangular waveguide
7,70 antenna container
7a Tube
7b Front flange
7c Rear flange
7d Open end
7e Antenna container coolant inlet
7f Antenna container refrigerant outlet
8 Second magnet
8a Second magnet holder
8b Second magnet spacer
9 Covering material
10 Flange
10a Flange refrigerant inlet
10b Flange refrigerant outlet
11 Vacuum seal member
12 Front holding member
13 Rear holding member
14 Coaxial seal member
15 Front O-ring
16 Rear O-ring
17 Antenna container seal member
18 Lined insulation member
19 Plasma container seal member
22 Tip insulation
23 Intermediate insulation member
24 Root insulation member
25 Spear-like insulation member
26 Cushion material
27 set board
28 Microwave power supply
29 Porous electrode
29a Small hole in porous electrode
30 Magnetic field lines
31 Plasma container
32 Discharge gas supply device
33 Gas introduction pipe
34 Vacuum exhaust system
35 Exhaust pipe
36 Substrate electrode
37 Substrate
38 Magnetic field generation means
60 Coaxial cable
61 Connector

Claims

A plasma generator for generating an electron cyclotron resonance plasma by supplying a microwave from a microwave power source to a coaxial transmission line composed of a center conductor and an outer conductor, and radiating the microwave from the tip of the center conductor. ,
A first magnet is provided to surround the coaxial transmission line, an antenna container is provided to position the tip of the central conductor, a second magnet is provided to surround the antenna container, and the first magnet is a central axis of the central conductor. and a permanent magnet magnetized in a direction parallel to said second magnet with a permanent magnet magnetized in the direction forming an direction perpendicular extending the central axis of the center conductor, as seen from the center of the antenna container The magnetic poles of the first magnet and the second magnet have the same polarity, and have a strength that satisfies the electron cyclotron resonance condition, and a magnetic field in which the combined magnetic field lines are substantially parallel to the central axis of the central conductor is close to the central conductor. The plasma generator is formed in the antenna container over a volume range .

Together with at least a portion located in the antenna container of the central conductor is covered with a covering member of insulating, inner surface of the antenna container in claim 1, characterized in that is covered by lining the insulating member The plasma generator described.