JPH0236527A

JPH0236527A - プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0236527A
Application number: JP18562788A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Suzuki; 和夫鈴木; Tadashi Sonobe; 園部　正
Original assignee: HESCO; Hitachi Ltd
Current assignee: HESCO; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-07-27
Filing date: 1988-07-27
Publication date: 1990-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はプラズマ処理装置に係り、特に、マイクロ波放
電により生成したプラズマを利用し、試料表面に薄膜生
成、又はエツチング、スパッタリング、プラズマ酸化等
を行うに好適なプラズマ処理装置に関する。

〔従来の技術〕従来の磁場中のマイクロ波放電によるプラズマを利用し
たプラズマ処理装置は、大きく２つに分けられ、共鳴箱
タイプと、円筒形導波管タイプがある。共鳴箱タイプの
場合、共鳴箱の径は、使用するマイクロ波の周波数が一
定であれば、共鳴箱の内径寸法はその共鳴波長により決
定され、ある値以上には大きくできない。このため、こ
のプラズマを共鳴箱より引き出したプラズマを利用し。

均一処理される試料の大きさは、共鳴箱内径程度以下に
限定される。又、円筒形導波管タイプの場合、その円筒
形導波管の内部に設置される放電管は、使用材料が石英
等であるため、強度的安全性からその板厚を大きくする
と、マイクロ波反射率の増大、放電管のコスト大となり
、また前記円筒形導波管の外部に設置する磁場発生用コ
イル、及びその電源容量は、その径の約２乗で大きくな
るため省エネルギー及びコスト面で不経済である等の問
題があった。

以下１図により補足説明する。

第３図は公知例の（Ｕ　Ｓ　Ｐ４，４０１，０５４）を
示したもので、磁場コイル２３を外側に備えた共鳴箱放
電室２４内に、導波管２１から入射窓２２を通してマイ
クロ波が入射され、放電ガス供給管２９を通して注入さ
れた放電ガスを電離しプラズマを生成する。一方、前記
共鳴箱放電室２４に接続された試料室２５内には、試料
台２７の上に試料２６が設置され、前記共鳴箱放電室２
４の出口３２から前記試料室２５方向に拡散するプラズ
マ３４は、途中・材料ガス供給管３１．３３により供給
された材料ガスとともに試料２６表面に到達し、試料２
６上に薄膜を形成するものである。この公知例のでは、
前記共鳴箱放電室２４が共鳴箱として成り立つためには
、前記共鳴箱放電室径を大きくすると、前記プラズマ出
口３２の径が、自由空間伝播するマイクロ波の波長（基
本波モードで１２．２ａｓ）の半分以下程度にしなけれ
ばならない、このため、磁場の形状に基づく拡散プラズ
マを利用した均一プラズマ処理の可能な試料径は、１０
ａ１程度である。

第４図は、公知例■（特開昭６０−１０３６１８号公報
）を示したもので、磁場コイル４５内に設置された円筒
形導波管４３内に導入されたマイクロ波は、真空支切り
を兼ねた放電管４４内に入射し、前記放電管４４内にプ
ラズマを生成し、前記放電管４４内に設置されている試
料４６をプラズマ処理するもので、この方式では、前記
放電管径は、前記試料４６に比例して大きくしなければ
ならない。

このため、前記放電管４４（一般には石英）の真空力に
対する強度上、前記放電管４４板厚をかなり厚くしなけ
ればならない。このため、前記放電管４４のマイクロ波
入射側は、反射波が増加すると同時に、大型の放電管に
対する安全性も問題となる。

又、公知例■、■の両者に言えることは、試料径よりも
大きい磁場コイルが不可欠であり、これも、試料径が大
きくなると、その２乗程度の割合で磁場コイル、及びそ
の電源容量を必要とするため、消Ｖ＆電力の面からも不
経済であるという問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、大型の試料を処理するための大口径均
一プラズマ生成方法と、省エネルギ一対策について考慮
されておらず、大口径試料を均一に処理する場合、放電
管破損の危険性と、磁場コイルでの消費電力の増加とい
う問題があった。

本発明の目的は、放電管に要求される強度を低減すると
ともに、均一大口径プラズマ生成を可能とし、大口径試
料の均一処理を可能とし、かつ、省エネルギータイプの
プラズマ処理装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、マイクロ波入射端の放電管径をその外側に
設置する導波管の最小径（マイクロ波の遮断周波数より
決まる）と同程度として真空支切りを兼ねたマイクロ波
入射窓とし、この入射窓から試料方向へ、ホーン型アン
テナ形状の真空容器を設けることにより達成することが
できる。

〔作用〕

一般に、磁場中のマイクロ波放電によるプラズマは、電
子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）磁場位置で効率よく電
離生成される。このため、大口径均一プラズマを効率よ
く生成するためには、前記ＥＣＲ磁場を大口径に生成し
なければならない。

一方にて、大口径の真空空間を作り、そこにマイクロ波
を入射するためには、真空支切りを兼ねる放電管または
マイクロ波入射窓が必要であり、その安全上からは、小
口径のものが望ましい。又、マイクロ波をＥＣＲ磁場位
置まで効率よく伝播させるためには、導波管形状が試料
方向へなめらかに変化する開口形状が必要である。

以上の理由から本発明では、マイクロ波入射端の真空支
切りを兼ねたマイクロ波入射窓の径を最小導波管径（遮
断周波数より決まる）程度とし、前記マイクロ波入射窓
位置から試料方向に向い開口形状を持つホーン型アンテ
ナを兼ねた真空容器形状とすることにより、マイクロ波
入射窓の強度的安全性の確保、マイクロ波の滑らかな開
口伝播。

磁場コイル小形化と同時に、任意の大口怪試料径前面に
ＥＣＲ磁場位置を作ることができる。この結果、大口径
均一プラズマの生成が可能となり、このプラズマを利用
した大口径均一プラズマ処理が可能となる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を第１図及び第２図により説明す
る。第１図は、磁場中のマイクロ波放電プラズマを利用
し、試料表面処理（成膜）を行なうプラズマ処理装置に
本発明を適用した例で、小形磁場コイル３を外側に備え
た放電管２に導波管１を通してマイクロ波１１が導入さ
れ、前記放電管２内に導入されたプラズマ用ガス８を前
記小形磁場コイル３、及び磁場コイル１０にて発生する
磁管中の電子サイクロトロン運動と前記マイクロ波１１
による電子サイクロトロン共鳴により電離しプラズマを
生成するＥＣＲ磁場位置を、前記放電管２と連結し、試
料５を保持する試料台６を備える試料室４内に位置させ
、前記試料５前面に導入された材料ガス９を励起、又は
分離しながら前記試料５に到達させ、成膜を行う装置で
ある。この場合、前記放電管２径は最小導波管径（遮断
周波数により決まる）程度とし、前記試料室４は。

前記放電管２との連結部から前記試料５方向に円錐形の
ホーン型アンテナ形状にすることにより、前記マイクロ
波１１は、前記試料５方向に波のモードを変えることな
く効率良く伝播することができる。又、前記試料５径（
φＤ）よりも大きい径を持つ磁場コイル１０は、内径が
前記放電管２の径（φｄ）程度の小形磁場コイル３によ
る磁場の重畳により、大幅に小形化できる。

第２図は、前記試料室４内の磁力線とＥＣＲ磁場位置及
び試料の関係を示す図で、ＥＣＲ磁束密度を持つ面１３
と金属製試料室４との交鎖する径はφＤ′であり、この
径内は、そこまで到達するマイクロ波のモードを均一に
保てば、均一なプラズマが生成され、その結果、第１図
に示し７た放電管径（φｄ）が、試料５径（φＤ）より
小さくとも、φＤ′内は均一なプラズマ処理が可能とな
る。

尚、第２図中、破線は、前記ＥＣＲ磁束密度面１３と試
料室４との交鎖する線をよぎる磁力線１２を示す。

つまり、マイクロ波入射窓または放電管の径を最小導波
管径程度にすることにより、その強度上の安全性を確保
するとともに、その外部に設置される磁場コイルを小型
し、かつ、金属製試料室形状をホーン型アンテナ形状に
することにより試料室内にあるＥＣＲ磁場位置へ、モー
ド変化のない効率良いマイクロ波を伝送することができ
、その結果、大口径均一プラズマを生成でき、大口径試
料を均一処理することが可能となるという効果がある。

以上、本実施例によれば、ホーン型アンテナ形状の金属
性試料室を用いることにより、従来よりもコンパクトな
、主磁場コイルおよび、マイクロ波入射窓構造にて、従
来にない大口径の試料を均一にプラズマ処理できるとい
う効果がある。

第５図は本発明の他の実施例を示し、第１図に示した実
施例に加え、スパッタ防止用内筒１４を装備したプラズ
マ処理装置を示す。

本実施例によれば、第２図に示したＥＣＲ磁場位置等で
の試料室４金属内壁のスパッタ等による生成膜への金属
原子の混入を防ぐ他、試料室４内壁へ生成膜が付着する
のを保護し、スパッタ防止用内筒１４は、取りはずし可
能な構造であり、洗浄メンテナンス可能な防じん対策等
の効果がある。

第６図は本発明の更に他の実施例を示し、内筒型試料室
４ａ内にマイクロ波導入部から試料５方向にホーンアン
テナ形状を持つ金網１５を装備したプラズマ処理装置を
示す。

本実施例によれば、第１図に示した実施例による効果の
他に、試料５前面にて中間排気７ｂが可能となり、磁場
コイル３，１０による磁場によりトラップされるイオン
、ｆ１１子のみによる試料の表面処理が可能になるとい
う効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明のプラズマ処理装置によれば、ホー
ン型アンテナ形状試料室構造にすることにより、マイク
ロ波入射窓の小形化に伴う安全性。

及び磁場コイルの軽量化が図れるとともに、大口径試料
の均一プラズマ処理が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラズマ処理装置の一実施例を示す断
面図、第２図はこの実施例の試料室内のＥＣＲ磁場位置
及び磁力線と試料径の関係を示す断面図、第３図は公知
例■を示した共鳴箱型プラズマ処理装置断面図、第４図
は公知例■を示した円筒形導波管型プラズマ処理装置断
面図、第５図は本発明の他の実施例を示すスパッタ防止
用内筒付ホーンアンテナ型プラズマ処理装置の断面図、
第６図は本発明の更に他の実施例を示すプラズマ処理装
置の断面図である。１・・・４波管、２・・・放電管（又は入射窓）、３・
・・小形磁場コイル、４・・・ホーンアンテナ型試料室
、５・・・試料、６・・・試料台、７・・・真空排気、
８・・・プラズマ用ガス、９・・・材料ガス、１０・・
・磁場コイル、１１・・・マイクロ波、１２・・・磁力
線、１３・・・ＥＣＲ磁場面、１４・・・スパッタ防止
用内筒、１５・・・金網。

Claims

【特許請求の範囲】１、放電ガスが導入され、放電空間の一部を形成する放
電室と、前記放電空間内に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記放電空間内にマイクロ波を導入する手段と、前
記マイクロ波と前記放電空間内の磁場により生成した磁
場中マイクロ波放電プラズマを利用し、前記放電空間内
、又は、前記放電空間と連結された試料室内に設置され
た試料をプラズマ処理する手段とを備えたプラズマ処理
装置において、前記放電室の少くとも一部、又は前記放
電室と連結された試料室の少くとも一部が、マイクロ波
入射部から試料方向に向うに従い末広がりになつている
ホーン型アンテナ形状に形成されていることを特徴とす
るプラズマ処理装置。２、前記ホーン型アンテナ形状放電室、又は試料室の内
側にスパッタ防止用絶縁内筒を有することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載のプラズマ処理装置。３、放電ガスが導入され、放電空間の一部を形成する放
電室と、前記放電空間内に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記放電空間内にマイクロ波を導入する手段と、前
記マイクロ波と前記放電空間内の磁場により生成した磁
場中マイクロ波放電プラズマを利用し、前記放電空間内
、又は、前記放電空間と連結された試料室内に設置され
た試料をプラズマ処理する手段とを備えたプラズマ処理
装置において、前記放電室、又は前記放電室と連結され
た試料室内の少くとも一部に、マイクロ波入射部から試
料方向に向うに従い末広がり状になつているホーン型ア
ンテナ形状の金属板、又は金網を有することを特徴とす
るプラズマ処理装置。４、前記ホーン型アンテナ形状の金属板、または金網の
内側にスパッタ防止用絶縁内筒を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載のプラズマ処理装置。５、放電ガスが導入され、放電空間の一部を形成する放
電室と、前記放電空間内に磁場を発生する磁場発生手段
と、前記放電空間内にマイクロ波を導入する手段と、前
記マイクロ波と前記放電空間内の磁場により生成した磁
場中マイクロ波放電プラズマを利用し、前記放電空間内
、又は、前記放電空間と連結された試料室内に設置され
た試料をプラズマ処理する手段とを備えたプラズマ処理
装置において、前記放電室の少くとも一部と該放電室と
連結された試料室の少くとも一部が、マイクロ波入射部
から試料方向に向うに従い末広がり状となつているホー
ン型アンテナ形状に形成されていることを特徴とするプ
ラズマ処理装置。