JPH04167424A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

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、マイクロ波プラズマ処理装置に係り。

特に均一で高密度のプラズマを大面積で必要とするマイ
クロ波プラズマ処３Ｍ！装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体素子基板等の試料をプラズマにより処理する装置
としては、例えば特開昭０２−１２２２１７８公報に記
載のようなものが知られている。

−のトら？ｒ払床千ｌ（＋自１爪イニイーｈルー６ヘマ
イクロ波を伝播する場合には、テーパ導波管を用いて基
本モードのマイクロ波を拡大させている。しかし、二の
場合、基本モードのマイクロ波が均一に拡大されにり（
、結果的にプラズマ密度の不均一に起因する処理の不均
一が発生するため、チューナ棒を用いて均一性を改善す
る等の処置が施されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、ガス橿や磁場条件、真空圧力等の条
件変化に対しても大口径均一プラズマを安定に発生する
ことが可能なマイクロ波の均一拡大伝播についての配慮
がされておらず、プラズマの均一・高ｑ！：度・大口径
化に間層があった。

本発明の目的は、電界強度が強く、安定した大口径のマ
イクロ波をプラズマ発生室に導入して、均一・１Ｉｉｌ
ｉ密度・大口径のプラズマを発生させ、試料のプラズマ
処理の均一性および処Ｍ迷度の向上を行うことである。

Ｃａ１層を解決するための手段〕 上記目的を連成するために、大気雰囲気の空洞共振器を
プラズマ反応室に隣接して設け、空洞共振器にあけた放
射窓からマイクロ波をプラズマ反応室へ導入したもので
ある。

〔作　　用〕

大気雰囲気中に設けた空洞共振器へマイクロ波を導入す
ると、空洞共振器の寸法で法式る特定の電磁界モードの
共振を起こすことができ、放射窓寸法がｔｉｉｓに大き
くならなければ、空洞共振器寸法な適切に選ぶことによ
り所望のモードの共振を起こすことができ、共振で得ら
れた特定モードの高エネルギ密度のマイクロ波の一部が
放射窓からプラズマ反応室へ導入される。

プラズマ反応室寸法は、マイクロ波放射窓寸法と略等し
い寸法にしてあり、外部から磁界が印加されている。こ
こへ高エネルギ密度のマイクロ波が導入されると、４ｆ
ｉ場とマイクロ波電界との相互作用で反応室内に供給さ
れたガスがプラズマ化するや 二の時、プラズマ処理装置は放射窓を介して空洞共振器
と＠接しており、プラズマ反応室へ導入されたマイクロ
波は速やかにプラズマ化のエネルギに変換されるため、
均一で高ＷＪｔなプラズマが得られ、処理の均一化、高
速化が這成さｎる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を１！ｓ１図により説明する。

なお、この場合、プラズマ処理装置としてマイクロ波プ
ラズマエ！チング装歇を例にとり説明する。

円筒空洞共振！１４の一部の円筒中心には円形導波管３
が接続され、マイクロ波５ｉ振器ｌから出力されたマイ
クロ波が矩形導波管２を通して導入されるよう構成しで
ある。円筒空洞共振器４の円形ｉｓ波管３接＃！側と対
向する面には石英等の誘電体材料で作られたマイクロ波
放射窓５が設けてあり。

＠接してプラズマ反応Ｍ６が接続され、マイクロ波放射
Ｎ５とで真空室が構成されて真空排気装置７が接続され
ている。プラズマ反応室６の壁材料は非磁性導電性材料
で構成され、周一に空芯コイル１０１〜１０ｃが配設さ
れて、プラズマ反応！６内へ４ａ場を印加するよう１こ
なっている。

マイクロ波放射Ｗ１５に対向するペラズマ反応宣６内に
は試料ｎを載りする試料台ｎが配設され。

バイアス電Ｓ（図示では高周波電ｊｌ１３）が＊＊され
ている。

二雫チングガスはガス供給＊１９よりガス導入孔８を通
してプラズマＬ応室へ供給するよう構成されている。

１８１図で、プラズマ反応室６内は真空排気装置７によ
り減圧排気され、一方、ガス導入孔８を通してガス供紛
装ｆｆ１９よりエツチングガスが導入される。これによ
り、プラズマ反応室６内はプラズマが発生しやすい圧力
に保持される。また、空芯コイル１０　ｍ　＝　１０　
ｃから磁場が印加され、マイクロ波放射ｊ！！５から試
料台Ｈに向かって徐々にＪａｓ強度が小さくなるｍｓ強
度分布で、その強度は、マイクロ波放射窓５と試料台ｎ
間の任意の位置において、電子サイクロトロン度鳴条件
な満足できるよう調節される。

一方、マイクロ波発振！１１で発振されたマイクロ波は
矩形導波管２１円形番波管３を通し円ｓ？！洞共振器４
へ伝播される。円筒空洞共振＃１４は円筒内径および円
筒長さを適切に運ぶことにより伝播されてきたマイクロ
波を特定の電磁界モードで共振させることができ、共振
で得られた特定モードの高エネルギ密度のマイクロ波の
一部がマイクロ波放射窓５を通してプラズマ反応室６へ
導入される。

プラズマ反応室６ではマイクロ波と磁場との相互作用に
よりエツチングガスがプラズマ化される。

二こで、プラズマ反応室６へ導入されるマイクロ波は安
定な特定モードの高エネルギ密度であり、発生するプラ
ズマも高密度化される。しかも、共振モードの電磁界分
布のマイクロ波放射窓５内にほぼ相当すると思われるモ
ードのプラズマ密度分布が得られる。したがって、プラ
ズマ反応室６内の拭動に影響されずに、高密度で均一な
プラズマが得られ、ａ場勾配に沿ったプラズマの波紋に
より試料νはエツチング処理できる。また、試料台Ｈに
高周波電＃ｉ１３からの電力を供給することにより、試
料校はイオン性のエツチング処理を行うことができる。

第１図の実施例において、例えば、マイクロ波放射窓寸
法をφ２００１３１．　円筒空洞共振器内径なφ２７０
１ＥＩ、円筒空洞共振器モードをＴ　Ｂ　１１２　。

マイクロ波周波数を２．４５０Ｈ！　とした時、φ２０
０ＩＯのプラズマ反応室には、特開昭６２−１２２２１
７号公報記載の装置の約５倍のプラズマ密度が得られ、
エツチング処理の均一性も大幅に向上した。なお、プラ
ズマ反応室の内径寸法より試料としてはそれに収納、処
理可能な寸法を有するものに限定されるが、試料の寸法
がこれ以上のものとなる場合は、上記各寸法を相似則に
より拡大することで原則的には対応可能である。

以上工雫チング装置を例にとり股明したが、マイクロ波
プラズマを利用する処理装置であれば、エツチングに限
らずプラズマ処理装置やアシシングＩｊｋ！等において
も高密度で大口径、均一なプラズマ加工処理が可能とな
る。また、より大口径プラズマが必要な場合には、円筒
空洞共振器内径を大きくし、プラズマ放射窓径を大りく
することで適正に対応可能になる。

〔発明の効果〕

本発明によｎば、マイクロ波プラズマを利用する装置に
おいて、空洞共振器で特定モードのマイクロ波を共振さ
せて、その一部を放射窓から放射して高密度プラズマを
発住できるので、大口径で均一なプラズマ処理装置を提
供することができる。

また、共振器寸法を回度にすれば、種々の共振モードが
得られ、発生するプラズマ密度分布もモードに対応した
ものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のマイクロ波プラズマ処理装
置の縦断面図である。 ｌ・・・・・・マイクロ波発振器、２・・・・・・矩形
罵波管、３・・・・・・円形導波管、４・・・・・・円
筒空洞共振器、５・・・マイクロ波放射窓、６−・・・
・・プラズマ反応室、７・・・真空排気装置、８・・・
・・・ガス導入孔、９・・・・・・ガス供給装［，１０
・・・・・・空芯コイル、Ｕ・・・・・・試料台、ν・
・・ＫＩＦｊｒ％Ｂ・・・・・・高周波電源代理人　野
海士　　小　川　勝　男

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．円筒中心にマイクロ波放射窓を設け他端から導入さ
   れたマイクロ波を共振させる円筒空洞共振器と、前記マ
   イクロ波放射窓に隣接し、かつマイクロ波放射窓寸法に
   略等しい寸法のプラズマ反応室と、前記該円筒空洞共振
   器およびプラズマ反応室外周に設けて該プラズマ反応室
   内に磁場を供給する磁場印加装置と、前記プラズマ反応
   室内で試料を保持する試料台と、前記プラズマ反応室で
   プラズマ状態にするためのガスを導入するガス供給孔と
   、前記プラズマ反応室内を規定真空圧力にする真空排気
   装置とから成ることを特徴とするマイクロ波プラズマ処
   理装置。
2. ２．前記マイクロ波放射窓の材質を誘電体材料で構成し
   た第１請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
3. ３．前記プラズマ反応室内面に石英ガラスを設けた第１
   請求項に記載のマイクロ波プラズマ処理装置。
4. ４．前記マイクロ波放射窓の大きさは、マイクロ波のＴ
   Ｅ１１モードを伝播する寸法より大きく、前記円筒空洞
   共振器直径の８０％未満である第１請求項に記載のマイ
   クロ波プラズマ処理装置。
5. ５．前明試料台に直流又は高周波のバイアス電源を印加
   した第１ないし第４請求項に記載のマイクロ波プラズマ
   処理装置。