JPH0436483A - マイクロ波プラズマ発生装置 - 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 本発明は半導体プロセス技術９表面処理技術等のプラズ
マエツチング、プラズマ酸化を行うマイクロ波プラズマ
発生装置に関するものである。

従来の技術 以下に従来の有磁場マイクロ波ブ・ラズマエッチング装
置（特許第１．０９５，４０２号）について説明する。

第４図は従来のマイクロ波プラズマエツチング装置の構
成図であり、石英でできたベルジャ１にマグネトロン２
で発生した２、４５ＧＨｚのマイクロ波を導波管３で導
入する。そのベルジャ１内で、２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波に対して、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｃｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）条件を満足するように
、８７５Ｇの磁場強度を外部コイル４により印加してい
る。反応ガスとしてＳＦ６等をガス導入口５をベルジャ
１に入れる。ベルジャ１の内部には基板ホルダー６とそ
の上に基板７が設置しである。ベルジャ１は真空排気室
８の上に設置されている。

以上のように構成されたマイクロ波プラズマエツチング
装置について、以上その動作を説明する。

反応ガスとしてＳＦ６を用イ、１０−’〜１Ｏ−３Ｔｏ
ｒｒの圧力範囲でベルジャ１内にプラズマ９を生成する
。このとき基板ホルダー６にＲＦ、。

（交流：１３．β６ＭＨｚ）の電圧を印加すると、プラ
ズマ９中のイオンがシリコン基板７の表面に入射して、
吸着したフッ素ラジカルと共にシリコン基板７をエツチ
ングする。

発明が解決しようとする課題 しかし、このような構造のものでは磁場発生のためにコ
イルを使用しているために、装置が太き（なる。また導
波管の一部を放電領域としているためにプラズマの断面
積と均一性に限界がでてくるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、基板の近傍に永久
磁石を配置し小型化を行い、終端がドアノブ型である同
軸管により、基板の周囲からマイクロ波を放射すること
で放電領域の拡大と磁場による均一性のコントロールが
できるマイクロ波プラズマ発生装置の提供を目的とする
。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、本発明のマイクロ波プラズマ
発生装置は、マイクロ波発振器と、一端にマイクロ波発
振器が付いた導波管と、導波管のマイクロ波発振器と逆
側の端に付いており終端が開孔のドアノブ型である同軸
管と、ドアノブ型の内部管の平用な部分に設置された基
板と、基板近傍の磁石と、ドアノブ型外部管の開孔と基
板の周辺にありマイクロ波が通過し真空封じができるガ
ラス管と、ドアノブ部とガス導入口と排気口が取り付け
られた真空槽とを備え、前記同軸管の内部管は外部管及
び導波管とは電気的に絶縁されていることを特徴とする
。

作　　　用 本発明のマイクロ波プラズマ発生装置によれば、ドアノ
ブ型の同軸管を伝播して来たマイクロ波が、周囲から同
軸管の内部管の終端の基板上に放射される。この時基板
近傍に磁場を印加しておくと、ある一定のガス圧力にな
ると放電が起こる。また、基板近傍に磁場の状態を変化
させることにより基板上でのプラズマ均一性を変化させ
ることができる。

この結果、高密度で均一なプラズマを生成できる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図において、１１はマグネトロンで、導波管１２の
端に取り付けである。マグネトロン１１と逆側の端には
同軸管１３が取り付けてあり、導波管１２がら同軸管１
３ヘマイクロ波が伝播できるようになっている。同軸管
１３は内部管１３ａと外部管１３ｂがらなっており、一
方の端の内部管１３ａは導波管１２を突き抜けている。

また、同軸管１３個の導波管の端にはチューナー１４が
付けである。内部管１３ａはセラミックス１５と真空封
じガラス管１６とにより、導波管１２及び外部管１３ｂ
とは電気的に絶縁されている。同軸管１３のもう一方の
端はドアノブ１３゛型に開いている。ドアノブ内部管１
３ａ゛は内部管１３ａの延長上にあり、径を除々に大き
くするために４５度の円錐台造円筒とがらなっており、
平坦部には基板１７が設置できるようになっている。基
板１７の下にはリング状の磁気ギャップを持った同心円
の永久磁石１８が埋め仏まれている。基板１７と永久磁
石１８は水冷できるように内部管１３ａの内部に水冷バ
イブ１９が通しである。ドアノブ内部管１３ａ′をどの
方向にもある一定の間隔を保っておおい包むようにドア
ノブ外部管１３ｂ’が、外部管１３ｂの延長上に設置さ
れている。また、同軸管１３を開孔端にするために、ド
アノブ外部管１３ｂ°の平坦部には基板１７上に開孔部
２０がある。開孔部２０と基板１７の周辺はマイクロ波
が通過できるガラス管１６でおおわれている。ドアノブ
外部管１３ｂ°の周囲にはフランジ２１が設置されてお
り、ガス導入口２２と排気口２３とを有する真空チャン
バー２４に取り付けてあり、基板１７の周辺を一定ガス
圧力に保つことができる。

このような構造において、マグネトロン１１がら発振さ
れた２、４５ＧＨｚのマイクロ波は、例えば１０９＋ｍ
Ｘ５４．５ｗｗ５の導波管１２を伝幡して、チューナー
１４の位置を変化させてインピーダンスを変化させるこ
とにより、例えば内径１８■、外径４２閤の同軸管１３
に導入され、ドアノブ１３゛を伝幡し、ガラス管１６を
通過して、基板１７上に放射される。このときガス導入
口からアルゴンガス等を導入して、真空チャンバー２４
内のガス圧力を２Ｘ１０’Ｔｏｒにすると放電が開始さ
れる。また、チューナー１４の位置を適当に変化させ、
マイクロ波の反射波が最小になるようにする。第２図は
、マイクロ波電力に対してアルゴンガス圧力を変化させ
たときの放電状態の変化を示す。ガス圧力が高い所では
ガラス管１６の近傍で放電が起こるマイクロ波放電モー
ドとなり安定な放電が維持できる。除々にガス圧力を低
下させていくとＯ印の所で一時的に放電が不安定になる
が、さらにガス圧力を低下させてい（とすぐに放電が安
定し、永久磁石（例えば基板１７上で磁力１２０ガウス
）のリング磁気ギャップ近傍で放電が強くなるマイクロ
波マグネトロン放電モードに移行する。さらにガス圧力
を低下させると、△即用下では放電が不安定になったり
、放電が停止したりする。この結果から１０−’Ｔｏｒ
ｒ台でも安定なマグネトロン放電が維持できることがわ
かった。また、基板１７を銅にして内部管１３ａの自己
バイアスをオシロスコープで測定すると、マイクロ波電
力が７５Ｗのとき、ガス圧力が２×１０−２Ｔｏ　ｒ　
ｒで一５０Ｖ、ｌＸｌ０　　Ｔｏｒｒで一７５Ｖであっ
た。この結果、マイクロ波放電でもエツチングやスパッ
タリングに必要な自己バイパスを持っている事がわかっ
た。なお、永久磁石の磁場を１２０ガウスとしたが、０
．１〜０．９キロガウスでも同じ効果を奏する。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第３図は第２の実施例を示しており、この実施例は、基
板３１をはさんで磁極が相反する一対の永久磁石３２ａ
、３２ｂが配設されている点が第１の実施例と太き（異
なる所である。ドアノブ型同軸管３３はドアノブ内部管
３３ａとドアノブ外部管３３ｂとからなっている。ドア
ノブ内部管３３ａの平坦部には基板３１が設置できるよ
うになっており、基板３１の下には例えば基板３１の直
下がＳ極である永久磁石３２ａが埋め込まれている。

ドアノブ内部管３３ａをどの方向にもある一定の間隔を
保っておおい込むようにドアノブ外部管３３ｂが設置さ
れている。また、開孔端にするために、ドアノブ外部管
３３ｂの平坦部には基板３１上に開孔部３４がある。開
孔部３４と基板３１の周辺にはマイクロ波が通過でき真
空材じもできるガラス管３５が設置されている。開孔部
３４の上にはガラスのシールド板３６があり、その中に
は永久磁石３２ａと対向するように例えばガラス面がＮ
極の永久磁石３２ｂが設置されている。このような構造
において、酸素等の反応性ガスで例えばシリコン基板３
１０周辺のガス圧力を２　Ｘ　１０−２Ｔｏｒｒにし、
ドアノブ同軸管３３から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を
基板３１上に放射すると放電が起こる。この時永久磁石
３２ａと３２ｂの中央での磁界さ８７５がウスにすると
マイクロ波ＥＣＲ放電が起こり、１０”Ｔｏ　ｒ　ｒ台
でも高密度の酸素プラズマを生成することができ、基板
上の物質の除去加工や酸化などを高速におこなうことが
できる。

なお、磁場を８７５ガウスとしたが、０．８〜２．０キ
ロガウスでも同じ効果を奏する。

発明の効果 本発明のマイクロ波プラズマ発生装置によれば、同軸管
の内部管を電気的に浮かし、内部管の終端に永久磁石に
よりプラズマが発生する構造により、１０　　Ｔｏｒｒ
台でのマグネトロン放電が可能になり、また基板上に自
己バイアスも発生するために、シリコン等のエツチング
や酸化を低ガス圧でも高速に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例のマイクロ波プラズマ発
生装置の断面図、第２図は動作特性を示すためのグラフ
、第３図は本発明の第二の実施例のマイクロ波プラズマ
発生装置のに要部構成図、第４図は従来のマイクロ波プ
ラズマエツチング装置の断面図である。 １１・・・・・・マグネトロン、１２・・・・・・導波
管、１３・・・・・・同軸管、１４・・・・・・チュー
ナー　１５・・・・・・セラミックス、１６・・・・・
・ガラス管、１７・・・・・・基板、１８・・・・・・
磁石、１９・・・・・・水冷パイプ、２０・・・・・・
開孔部、２１・・・・・・フランジ、２２・・・・・・
ガス導入口、２３・・・・・・排気口、２４・・・・・
・真空チャンバー代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほ
か１名ＭＩＣｐ、０ＷＡＶＥ ＯＷＥＲ （ｗ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）マイクロ波発振器と、一端にマイクロ波発振器が
   設けられた導波管と、前記導波管のマイクロ波発振器が
   設けられた側とは逆の端に設けられ、終端が開孔とのド
   アノブ型である同軸管とドアノブ型の内部管の平坦部に
   設置された基板と、基板近傍の磁石と、ドアノブ型外部
   管の開孔と基板の周辺にありマイクロ波が通過し真空封
   じができるガラス管と、ドアノブ部とガス導入口と排気
   口が取り付けられた真空槽とを備え、前記同軸管の内部
   管は外部管及び導波管とは電気的に絶縁されているマイ
   クロ波プラズマ発生装置。
2. （２）磁石は基板の下にあり同心円状にＮ極とＳ極があ
   る永久磁石で基板上の磁場が０．１〜０．９キロガウス
   である請求項１記載のマイクロ波プラズマ発生装置。
3. （３）磁石は基板をはさんで磁極が相反する一対の永久
   磁石で、磁気ギャップが２０ｍｍ〜８０ｍｍで中央の磁
   場が０．８〜２．０キロガウスである請求項１記載のマ
   イクロ波プラズマ発生装置。
4. （４）同軸管はドアノブの根元が４５度に開いている請
   求項１記載のマイクロ波プラズマ発生装置。
5. （５）導波管はチューナーを有する請求項１記載のマイ
   クロ波プラズマ発生装置。
6. （６）マイクロ波は２．４５ＧＨｚである請求項１記載
   のマイクロ波プラズマ発生装置。