JPH05182785A

JPH05182785A - マイクロ波放電反応装置及び電極装置

Info

Publication number: JPH05182785A
Application number: JP2400904A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Sato; 徳芳佐藤; Satoru Iizuka; 哲飯塚; Kojin Nakagawa; 行人中川
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1993-07-23
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JP2965169B2

Abstract

(57)【要約】目的簡単な構成で小型且つ安価に作製することがで
き、均一性の良好なプラズを生成するマイクロ波放電反
応装置及び電極装置を提供すること。構成中心部から放射状に伸びる少なくとも１本のス
リット部分を含むスリットを備えた平板状電極と、この
平板状電極に対して当該スリットの長さ方向と同方向の
磁場を作るように形成された磁気回路とにより電極装置
を形成する。マイクロ波放電反応装置は、当該電極装置
を備え、同軸線路で電極装置にマイクロ波を給電し、磁
気回路の磁場とマイクロ波の電場の所定の所定の相互作
用によりプラズマを生成し、基板処理を行う。磁気回路
による磁場は、電極にほぼ直交すると共にマイクロ波に
よる電場とも直交し、この作用によりプラズマ波は電極
の近傍にて高密度で且つ効率良く生成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波放電反応装置
及び電極装置に関し、特にドライエッチング装置、プラ
ズマＣＶＤ装置、スパッタリング装置、表面改質装置等
に応用するのに好適なマイクロ波放電反応装置及び電極
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば特開昭５５−１４１７２９
号公報に開示されるＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）
装置のように、マイクロ波領域の電磁波を利用した放電
反応装置には各種のものが提案されている。一般にこの
種の放電反応装置で放電室内に効率よくプラズマを発生
させるには、利用するマイクロ波の周波数に対して放電
室が共振器として作用するように、当該放電室を設計す
る必要がある。従って放電室の大きさはマイクロ波の波
長（よく用いられる２．４５GHz のマイクロ波では約１
２cm）によって決定される寸法上の制約があり、放電室
を単純に大きくするだけでは高次モードの定在波の発生
等によりプラズマが不均一になり、面積の大きい基板を
均一性良く処理することは不可能であった。

【０００３】一方、被処理基板の寸法は近年ますます大
きくなり、２．４５GHz のマイクロ波の波長の数倍程度
の大きさをもつ基板を均一性良く処理する必要が生じて
いる。また従来の放電反応装置では一般に導波管を用い
てマイクロ波を放電室に導入する構造を採用している。
導波管は、使用する周波数領域によってその大きさが決
まっているため、装置設計における寸法上の制約が大き
く、またマイクロ波導入用窓の信頼性も充分とはいえな
かった。

【０００４】これ対して、マイクロ波の導入に同軸管を
用い、多数のスリットを有する円筒状の電極をマイクロ
波放射用のアンテナとして用いて、大面積の処理を可能
とすることを目指した装置の開発も行なわれている。本
装置は、例えばA.Yonesu etal. Production of a larg
e-diameter uniform ECR plasma with a Lisitanocoil"
Jpn.J.Appl.Phys.,27(1988)L1746.)に記載される。ま
た特開平１−１５９３９７号公報に開示されるように、
多数のスリットを有する平板状の電極をアンテナとして
用いることで、大面積を均一に処理することも試みられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記多数の
スリットを有する円筒を電極として大面積にわたって均
一性の良好なプラズマを発生させるには、前記円筒内に
全域にわたってＥＣＲ条件、すなわち２．４５GHz のマ
イクロ波に対しては磁束密度が８７５ガウスの磁場をス
リットと平行方向に発生させる必要がある。例えば直径
３００mmの基板を均一性よく処理するには、前記のA.Yo
nesu et al．の文献によれば、内径４００mmの円筒電極
を用いる必要がある。このような大きな電極の内部に８
７５ガウスの磁場を均一性よく発生させるには、巨大な
空芯コイルが必要であり、このことが前記円筒電極を用
いた放電反応装置を実用化するに当たって大きな障害と
なっていた。

【０００６】また前記特開平１−１５９３９７号公報に
開示される多数のスリットを有する平板状の電極をアン
テナとして用いる放電反応装置においても、前記電極と
垂直方向の磁場を発生させるためにやはり大きな空芯コ
イルが必要であり、かかる空芯コイルを使用しない従来
の構成ではプラズマの生成効率も良好とはいえなかっ
た。

【０００７】なお上記欠点に対する解決策の一例とし
て、本願の発明者の一人（中川）が先にそれぞれのスリ
ットに対して個別の永久磁石を設置した装置を出願して
いる（特願平第２−９３５６号）。

【０００８】更に前述した３種類の従来装置に共通する
欠点としては、プラズマを発生させるために用いられて
いる磁場が被処理基板が設置される領域まで連続してい
るため、プラズマ発生領域における磁場条件、定在波に
よるプラズマ密度の不均一性がそのまま被処理基板上で
のイオン電流密度の分布に反映されてしまい、均一な処
理を行う上で障害となっている点である。また被処理基
板に入射するイオンの軌道が磁場の方向に沿うため、特
にイオンによる反応性を利用したドライエッチングによ
り微細加工を行う場合には、被処理基板上の全面にわた
って、磁束密度の均一性を良好とする必要があるのみな
らず、磁場の方向が同じく被処理基板上の全面にわたっ
て垂直になるようなコイルの配置を行う必要がある。こ
の状態を実現するには一般に単一の空芯コイルでは不可
能であり、マイクロ磁放電反応装置の構成は非常に複雑
なものとなる。最近提案されている、ＥＣＲ条件領域近
傍でのプラズマを利用する放電反応装置( S.Samukawa
et al. “Extremely high-selective electron cyclot
ron resonance plasma etching for phosphorus-doped
polycrystaline silicon.”Appl.Phys.Lett.57(1990)4
03.)においても、上記の問題点は本質的には解決されて
いない。

【０００９】本発明の目的は、上記の各問題に鑑み、巨
大な空芯コイルを必要とせず、簡単な構成で小型且つ安
価に作製することができ、均一性の良好なプラズマを生
成し、且つその生成効率も良好であり、大きな面積を有
する基板に対して均一な処理を行うことのできる実用性
の高いマイクロ波放電反応装置と、このマイクロ波放電
反応装置を実現するのに適した電極装置とを提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
放電反応装置は、内部を減圧状態に保持する機構とガス
を導入する機構とを備える真空容器と、この真空容器内
にマイクロ波を導入してガスをプラズマにするプラズマ
発生機構と、このプラズマ発生機構と間隔をあけて設置
される基板保持機構とによって構成されるマイクロ波放
電反応装置であって、プラズマ発生機構は、マイクロ波
を真空容器の内部の電極に導入する同軸型伝送路と、マ
イクロ波を放射する所定の長さと幅のスリットを少なく
とも１本有する平板状電極と、平板状電極の近傍に配置
され、スリットの長さ方向と同じ方向の磁場を発生させ
るための磁場発生手段とにより構成され、前記電極によ
り真空容器内に放射されるマイクロ波と、磁場発生手段
により前記マイクロ波の電場と直交する方向に発生する
磁場との相互作用により基板保持装置の全面空間にプラ
ズマを生成することを特徴とする。

【００１１】前記のマイクロ波放電反応装置において、
電極に形成されたスリットが電極の中心部から放射状に
配置され、且つ磁場発生手段が電極と中心を共有する同
心円上であって、その磁場の方向が電極表面において電
極と垂直となるように配置された複数の円筒状永久磁石
であることを特徴とする。

【００１２】前記のマイクロ波放電反応装置において、
プラズマ発生機構におけるプラズマが生成される面上
に、誘電体スパッタリングを行うためのターゲットを設
置したことを特徴とする。

【００１３】前記のマイクロ波放電反応装置において、
被処理基板と磁場発生手段のうち少なくともいずれか一
方を移動する機構を設けたことを特徴とする。

【００１４】本発明に係る電極装置は、マイクロ波を供
給され且つこのマイクロ波を放射する所定の長さと幅を
有したスリットを少なくとも１本有する平板状電極と、
電極の近傍にスリットの長さ方向と同じ方向の磁場を発
生させるために配置された磁場発生手段とにより構成さ
れることを特徴とする。

【００１５】前記の電極装置において、スリットは電極
の中心部から放射状に配置され、且つ磁場発生手段が電
極と中心を共有する同心円上であって、その磁場の方向
が電極表面において電極と垂直となるように配置された
複数の円筒状永久磁石であることを特徴とする。

【００１６】前記の電極装置において、電極は、スリッ
トを間に位置させる外部電極と内部電極からなることを
特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明によるマイクロ波放電反応装置では、所
定の形態を有するスリットを備える平板状電極を設け、
放電室にマイクロ波を効率よく放射し、同時にＥＣＲ条
件を満足する磁場を発生させるための手段として同心円
上に複数の円筒状永久磁石を設置する。これらの永久磁
石の着磁方向は前記電極に垂直とし、且つ隣合う円筒状
永久磁石の着磁方向が互いに逆になるように配置する。
このときに磁場強度は前記平板状電極のプラズマが発生
する面の近傍でＥＣＲ条件を満たすように設定される。
かかる構成により、前記電極の表面近傍のごく狭い領域
のみにプラズマを効率よく且つ均一性よく生成させるこ
とができる。更に、本発明によるマイクロ波放電反応装
置における磁気回路、すなわち永久磁石による磁場は、
空芯コイルによって発生される磁場と異なり、磁場の範
囲が前記電極の近傍のみに限定されるため、磁場のごく
弱いところに設置した被処理基板に対し磁場の形状に依
存しない均一性の良好な表面処理を行うことができる。

【００１８】本発明による電極装置は、前記マイクロ波
放電反応装置に適用される電極装置であり、前記マイク
ロ波放電反応装置においてその作用を発揮せしめる構成
要素として機能する。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。本実施例では、最初に図１〜図６に従って
電極及び磁気回路の構成に関する実施例を説明し、次に
図７〜図９に従って前記電極及び磁気回路を用いたマイ
クロ波放電反応装置の構成に関する実施例を説明する。

【００２０】図１はマイクロ波放電反応装置に適用され
る電極及び磁気回路を示す平面図、図２は電極及び磁気
回路の断面構造を説明するための図１中のII−II線断面
図であり、図１及び図２を参照して電極及び磁気回路の
構成について説明する。１は金属等の導電性物質でつく
られた平板にスリット２を加工して作製した電極であ
る。電極１はスリット２を挟んだ位置にある外部電極３
と内部電極４からなる。実際上、外部電極３と内部電極
４は１枚の金属板から作製される。スリット２は、その
形態上次の３つの部分に分けられる。１つは円形電極１
の中心部から半径方向に放射状に伸びたスリット部分２
Ａであり、他の１つは放射状のスリット部分２Ａをつな
ぐ２種類の円周方向のスリット部分、すなわち放射状ス
リット部分２Ａを電極中心寄りの小さい半径でつなぐス
リット部分２Ｂと、電極周辺寄りの大きい半径でつなぐ
スリット部分２Ｃである。本実施例においてスリット２
は、外部電極３と内部電極４とを組み合わせたときに形
成される均一な所定幅を有する隙間であり、この隙間が
形成されるように外部電極３と内部電極４は組付けられ
る。図１中、外部電極３と内部電極４の組付けるための
部材の図示は省略されている。スリット２の幅、すなわ
ち外部電極３と内部電極４の隙間の幅は、実際上は実験
によって最適値に決定するものであるが、マイクロ波の
波長（λ）と比べて充分に短くする必要がある。スリッ
ト２の長さも実験に基づき最適値に定められる。放射状
のスリット部分２Ａの長さを、（ｎ／２）λ（ただし、
λはマイクロ波の波長、ｎは１以上の正整数である）と
した場合に、良好な結果が得られる。放射状のスリット
部分２Ａの本数は本実施例では８本としているが、電極
１の形態に応じて任意に定めることができ、少なくとも
１本あれば充分である。

【００２１】電極１へのマイクロ波の供給には、図２に
示す如く同軸線路６を用いる。同軸線路６では、内部電
極４の中心に中心導体６Ａを接続し、外部電極３をアー
スすることにより給電が行われる。筒形状又はリング形
状の複数の永久磁石からなる磁気回路５は、電極１にお
けるマイクロ波が供給される部分に対して若干の距離を
離して配置され、図示例ではアース電位の保持された導
電性平板７の下面に固定される。筒形状の複数の永久磁
石はそれぞれ径が異なり、且つ同心円的に配置される。
また永久磁石のそれぞれにおけるＮ極及びＳ極の位置は
交互に反転させている。なお図２に示された構成は概念
的なものであり、具体的な同軸線路６の結合構造や磁気
回路５の取付け構造について既知の任意な構造を採用す
ることができるものとする。磁気回路５の作用について
は後で詳細に説明する。

【００２２】図３には電極について他の実施例を示す。
本実施例においては、１枚の金属製の平板に複数のスリ
ット１０を加工して矩形の電極１１を構成した。１つの
スリット１０は放射状のスリット部分１０Ａと円周方向
の半径の異なる２種類のスリット部分１０Ｂ，１０Ｃに
より構成される。この場合において、１つのスリット１
０の全長を、（（２ｎ−１）／２）λ（ただし、λはマ
イクロ波の波長、ｎは１以上の正整数である）とし、ス
リット１０の中間点が電極１１の中心部分となるように
構成する。上記構成において、前記同軸管の中心導体を
放射状スリット部分１０Ａの中心点に接続したときにス
リット１０に沿ってマイクロ波の定在波が発生するた
め、プラズマ生成効率を特に良好とすることができる。

【００２３】次に、電極１，１１に要求される厚さに関
する条件について説明する。前記２つの実施例で説明し
た電極は、その厚みが非常に薄いものであっても機能上
問題とはならない。その理由は、マイクロ波による電流
は表皮厚さとして与えられるごく薄い表面層に集中して
流れるからである。その厚さ（δ）は次式で与えられ
る。

【００２４】δ＝（２／ωμ₀σ）^0.5 ここで、ωは流れる電流の角周波数、μ₀は材料である
金属の透磁率、σは同金属の導電率である。δの数倍程
度以上の厚さの金属膜におけるマイクロ波の損失は無限
に厚い板と同等の値となる。上記式に周波数２．４５GH
z 、μ₀、σとして銅の値を代入すれば、δは０．０１
mm程度となる。従って電極１，１１を形成する金属板の
厚さは非常に薄いものであっても機能上なんら問題とは
ならないことが明らかとなる。

【００２５】図４には更に他の実施例に係る電極の要部
断面図を示す。本実施例では、誘電体板１２の上に金属
膜１３を形成し、この金属膜１３を用いてスリット１４
を形成した例である。金属膜９を作製するには、無電界
メッキ、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリ
ング等の技術が利用できる。金属膜１３を利用してスリ
ット１４を形成するには、例えば、金属膜１３を誘電体
板１２上の全面に形成した後、導電性が必要な部分、す
なわち図１及び図３の実施例に示す電極板の形状に相当
する部分のみに樹脂等の耐酸性の物質を塗布してから、
金属膜１３の不要な部分を酸などによって除去すればよ
い。金属膜１３の厚さとしては前記のδの値程度（安全
を見込む場合もδの数倍程度）で充分である。また誘電
体板１２の材質としては石英、アルミナ等の絶縁性が良
好で、且つ誘電損失の小さな物質であれば任意のものを
使用することができる。

【００２６】次に図５及び図６を参照して磁気回路５の
作用について詳述する。磁気回路５の当該作用は図１〜
図４に示した各電極の実施例すべてについて共通であ
る。図５及び図６は磁気回路５とスリット２の部分拡大
図であり、図５は磁気回路が設けられた箇所の反対側か
ら見た電極の一部の平面図、図６は同じ部分の断面図で
ある。５Ａ，５Ｂ，５Ｃは磁気回路を構成する円筒状の
永久磁石の断面を示す。１５は永久磁石５Ａ〜５Ｃによ
って発生される磁力線の状態を示す。１６は電極１（又
は１１）上のスリット部分２Ａから放射されるマイクロ
波の電場の方向を示す。電場の方向は測定時間に応じて
逆転するため、ここでは反対方向の２つの矢印で示して
ある。

【００２７】図５及び図６から明らかなように、スリッ
ト２上の磁場とマイクロ波による電場はスリット近傍に
おいて直交しており、この直交部分の磁場強度がＥＣＲ
条件を満たしている場合には、プラズマ中の電子がＥＣ
Ｒにより加熱されるため、高密度プラズマが効率よく生
成される。例えば、図６における１７の領域にＥＣＲ条
件を満たす磁場が存在すれば、この領域で高密度のプラ
ズマが発生する。この高密度プラズマ領域１７は電極１
の表面のごく近傍に生成される。

【００２８】以上の各実施例において、本発明における
磁気回路の特徴は、径及び磁極の向きが異なる円筒（又
はリング）形状の複数個の永久磁石を同軸的に配置して
利用することにより、電極１上に閉じた磁場を発生した
ことにある。これにより電極１上に発生したプラズマは
円周方向にのみ拡散し、磁場を横切る半径方向への拡散
が少なくなるため、高密度化及び電力利用効率の向上が
実現できる。この点が、本出願の発明者の一人（中川）
が先に発明し出願した他の発明（特願平第２−９３５６
号）と原理的に異なる点である。

【００２９】また本発明の他の作用的特徴は、磁場が電
極１のスリット２の近傍のみに存在することである。従
来、この種の装置は一般に空芯コイルによる磁場を用い
てＥＣＲ条件を満たす磁場を発生させていたので、ＥＣ
Ｒ条件を満たす部分で発生した高密度プラズマが空芯コ
イルの作る磁場に沿って拡散していた。また「従来の技
術」の項で引用した特開昭５５−１４１７２９号公報に
開示されるＥＣＲ装置では、磁場に沿って拡散するプラ
ズマをむしろ積極的に利用することを目的としている。
これらの装置構成に対して、前述した本実施例による電
極及び磁気回路では、以下の点を特徴として挙げること
ができる。

【００３０】１．高密度プラズマが電極近傍に局在し、
このためマイクロ波電力の利用効率が向上する点。

【００３１】２．磁場による束縛を逃れたプラズマは自
由に拡散するため、大きな体積を有する均一性の良いプ
ラズマが発生できる点。

【００３２】３．イオンの運動が電極近傍以外では磁場
に拘束されないため、被処理基板に入射するイオンのエ
ネルギを静電的に制御できる点。

【００３３】４．この種の装置において、イオンと共に
重要な働きをする中性の活性種が、高密度プラズマによ
って大量に発生できるため、高速の処理を行える点。

【００３４】５．中性活性種の量と、イオンの入射エネ
ルギを独立に制御することができ、処理における多様な
要求に対処できる点。

【００３５】６．磁場によらない自由拡散によるプラズ
マを利用するため、大面積にわたる均一性の良好な処理
を行える点。

【００３６】次に上記電極と磁気回路の構成を利用して
なるマイクロ波放電反応装置について説明する。図７は
本発明に係るマイクロ波放電反応装置の内部構成を示す
断面図である、２０はマイクロ波放電反応装置として用
いられる真空容器で、この真空容器１０には、容器内の
下側に基板ホルダ２１、外部に反応性ガス導入機構２２
を備える。更に真空容器２０には前述の電極１及び磁気
回路５が容器内上側に設置されている。基板ホルダ２１
の下部は絶縁物２３を介して浮遊電位状態で真空容器２
０の底壁部に固着され、その上面には基板２４が載置さ
れる。基板ホルダ２１の下端部には、真空容器２０の外
側に配設された電源２５からの給電線が接続される。

【００３７】上記構成を有するマイクロ波放電反応装置
の作用について説明する。この放電反応装置を動作させ
るためには、真空容器２０の内部を、排気系２６により
所要の真空状態にした後に、反応性ガス導入機構２２か
らバルブ２７を通じて所定のガスを真空容器２０内に導
入する。次いで、ガス流量と排気系２６による排気速度
とを適宜に調整して所定のガス圧力を得る。このときの
ガス圧力は通常10^-〜10^-6Pa程度とすることが望まし
い。このような条件の下で真空容器２０内でマイクロ波
放電を発生させる。アイソレータ、パワーモニタ、チュ
ーナ等のマイクロ波回路素子を含むマイクロ波電力供給
機構２８から同軸管６を通して電極１にマイクロ波を供
給する。同軸管６の外部導体６Ｂは真空容器２０の上壁
部を真空封止状態を保持したまま貫通し、電極１の近傍
まで延設される。また、真空容器２０内の真空度を保持
するために、真空封止作用を有する絶縁物２９を同軸管
６の内部に設けている。

【００３８】以上の構成により、マイクロ波は同軸管６
を経由して電極１に供給され、図１から図５に示した構
造のスリット２の作用によって真空容器２０の内部空間
に放射され、強力な振動電場が発生する。真空容器２０
内に導入された反応性ガスは、この電場により加速され
た電子により電離され、プラズマ状態となる。このプラ
ズマ中の電子は前述した電場の磁場との相互作用により
共鳴的に加熱され（ＥＣＲ作用による加熱）、他の中性
粒子を次々と電離して、高密度のプラズマを発生させ
る。このプラズマを用いて放電反応を行うことができ
る。

【００３９】処理対象である前記基板２４を設置する基
板ホルダ２１は磁気回路５による磁場の充分に弱い領域
に設置することが望ましい。基板２４に対し、その目的
とする処理に応じて加熱、冷却等が必要な場合は、加熱
・冷却機構を基板ホルダ２１に組み込んでも良い。ま
た、この基板２４に入射される荷電粒子の量及び入射エ
ネルギを制御する目的で各種バイアスを印加する場合に
は、基板ホルダ２１に対し電源２５で直流又は交流等の
任意のバイアスを与えることができる。なお、バイアス
として高周波を用いる場合は電源２５内に整合回路を含
めることが望ましい。

【００４０】前記実施例によるマイクロ波放電装置に特
徴的な点は、ＥＣＲによる高密度のプラズマが電極１の
近傍のみに発生し、マイクロ波電力の大部分が吸収され
るために、マイクロ波電力の利用効率が高いことにあ
る。従来の装置が大きな真空容器内の全体にプラズマを
発生させているのに対し、本実施例の装置によれば、小
さな体積のプラズマを用いた広い面積の基板の表面処理
が可能であり、装置の大きな部分を占めるマイクロ波電
源の小型化が可能である。

【００４１】また他の特徴として本実施例によれば、プ
ラズマを発生させるための磁場が、放電用電極のごく近
傍にのみ存在すれば良いことである。このことは、アン
テナによりマイクロ波の振動電場の存在する部分が電極
のごく近傍のみに局在していることに基づく。従来のい
わゆるＥＣＲ装置は空芯コイルによる発散磁場を利用し
てイオンを加速し基板上に導いているために、基板上に
おけるイオンの密度分布及びイオンの進行する方向が磁
場の形状により決定されていた。空芯コイルにより完全
に均一な磁場を発生させることは困難であり、このこと
がＥＣＲエッチング装置の微細加工性能の限界を決定し
ていた。これに対し、本実施例によれば磁場は被処理基
板の近傍ではごく弱く、イオンの運動に対して事実上影
響を与えない。従って電極近傍で発生したプラズマ中の
イオンは磁場の影響を受けない自由な拡散により被処理
基板に入射するため、磁場の形状によらない均一性の良
い処理が可能である。

【００４２】その他の利点として、磁気回路５が永久磁
石を用いた簡単なものであるため、低コストであるこ
と、大電力を消費する空芯コイルと比較してランニング
コストが安いことがある。また、自由な拡散によるプラ
ズマを利用するため基板に入射するイオンは磁場によっ
て加速されてはおらず、基板への入射イオンの加速電圧
はプラスマの空間電位程度の低い値となる。このこと
は、照射損傷の少ない膜堆積、又はエッチングを行うこ
とができることを意味する。また、ある種の材料のエッ
チングのようにある程度の加速されたイオンの照射によ
り良好な結果の得られるプロセスに対しては、被処理基
板２４の基板ホルダ２１に直流又は高周波を含む交流の
バイアスを与えることで、磁場強度、印加電力等のパラ
メータとは独立した任意の加速電圧のイオン照射を行う
ことが可能である。

【００４３】上記のマイクロ波放電反応装置において、
その構成を次のように変更することができる。前記プラ
ズマが発生される領域にターゲットを配置するように構
成することができる。これによって誘電体のスパッタリ
ングを行うことが可能となる。更に磁場を発生する前記
磁気回路５と被処理基板２４とのうち、いずれか一方又
は双方を回転移動又は往復移動するように構成しても良
い。この構成によれば、被処理基板２４における処理の
均一性を更に向上させることができる。以上の構成は下
記に説明する各実施例におけるマイクロ波放電反応装置
でも同様に採用することができる。

【００４４】図８はマイクロ波放電反応装置の他の実施
例の内部構成を示す断面図である。前記実施例で説明し
た要素と同一の要素には同一の符号を付す。真空容器３
０は図７に示す実施例の真空容器２０とは異なり、真空
封止を兼ねたマイクロ波導入用の窓３１を有する。この
窓３１はＯリング３２により真空を保つ構造としてい
る。本実施例においては、前記実施例で真空容器内に置
かれていたプラズマ発生機構、すなわち電極１及び磁気
回路５が真空容器３０の外部に設置されているのが特徴
である。すなわち、図８に示すように電極１は窓３１の
大気側に設置されている。３３は、マイクロ波の大気側
への漏洩を防止するための金属製のシールド板であり、
このシールド板３３はその一部が磁気回路５を備える前
記導電性平板７を兼ねている。磁気回路５はシールド板
３３の上側に配置される。その他の構成については図７
に示した構成と実質的に同じである。

【００４５】本実施例の動作について説明する。マイク
ロ波放電反応装置に付随する基板ホルダ２１、排気系２
６、反応性ガス導入機構２２、マイクロ波電力供給機構
２８の構成及び作用は図７に示した実施例と同様であ
る。電極１に供給されたマイクロ波電力は前記実施例と
同様に図１に示す電極１と同様な構造のスリット２から
放射され、窓３１を透過して真空容器３０内に振動電場
を発生する。磁気回路５による磁場も同様に窓３１を透
過して真空容器３０内に磁場を発生させる。従って窓３
１の真空側にＥＣＲ条件を満たす強度の磁場が形成さ
れ、マイクロ波電場の強度が充分に強ければ、窓３１の
真空側に、図７で説明したものと同様な高密度プラズマ
が発生する。このとき窓３１の条件として、非磁性であ
ること、絶縁物であること、誘電損失が小さいことが要
求され、更に大気圧と真空との差圧に耐える強度を持つ
こと、真空用材料として使用できること（具体的には、
蒸気圧が低く、且つ真空封止の加工が可能なこと）も必
要とされる。これらの条件を満たす材料としては、アル
ミナ、ベリリア等のセラミックス、石英ガラス、四フッ
化エチレン樹脂等が使用可能である。

【００４６】本実施例の利点としては、電極１、磁気回
路５、同軸線路６がすべて大気中に設置されるため、真
空封止の構造が極めて簡易となる点が挙げられる。すな
わち図７の実施例と比較して説明すれば、電極１と磁気
回路５が大気中に置かれるため、材質、製法等が真空中
で使用すべきでないものを利用できる。また、大電力の
マイクロ波により放電を行うため冷却が必要な場合も、
電極１と磁気回路５のいずれも容易に強制空冷でき、更
に水冷構造の設計も容易である。同軸線路６においては
真空封止を兼ねた前記絶縁物２９が不要となり、構造の
簡略化及び信頼性の向上をが実現することができる。他
の利点としては、電極１が放電プラズマに直接に接しな
いため、電極１がスパッタリングされることによる被処
理基板２４への不純物の混入、真空容器３０の内部への
汚れの付着等を避けることができる。以上の利点により
本実施例はマイクロ波放電反応装置として好ましい特性
を有している。

【００４７】図９はマイクロ波放電反応装置の更なる他
の実施例を示す。本実施例では、図８に示された実施例
の構成において窓３１が電極１に対して大気側に設置さ
れ、２つのＯリング４１，４２を用いて真空封止が行わ
れる。窓３１の大気側に位置するシールド板３３の形状
及びその外側に配置される磁気回路５については、前記
実施例と同じである。電極１と真空容器４０の上縁フラ
ンジとの間はリング状の絶縁物４３で絶縁され、同時に
Ｏリング４４と４５で真空封止されている。この構成で
は電極１はプラズマと接触するが、これによる被処理基
板２４への不純物の混入が問題となる場合には、電極１
の真空側面を、汚染源とならない薄い絶縁物で覆うこと
が有効である。

【００４８】真空容器４０の外側には別の磁気回路４６
が設置されている。磁気回路４６は図９に一部のみを示
す多数の永久磁石３１からなり、必要に応じて図示しな
い継鉄を用いても良い。磁気回路４６の各永久磁石は、
通常は隣う磁石が互いに逆の方向の磁場を持つように配
置すると、良好な結果が得られた。真空容器４０の外側
における磁気回路４６を設置する範囲は、プラズマを保
持する効果からみれば全面が望ましいが、被処理基板２
４の処理の均一性を向上させるには基板ホルダ２１の裏
側は避けるべきである。被処理基板２４の表面の磁場は
弱い方が処理均一性の向上には有利である。

【００４９】その他の構成については、図７に示した前
記実施例の構成と同じである。ただしこの実施例では、
基板ホルダ２１は真空容器４０の底壁に接近して配置さ
れており、基板ホルダ２１と底壁と間には延設した絶縁
物２３が配置される。

【００５０】本実施例の作用は図８で説明した実施例と
基本的に同一である。本実施例の利点としては磁気回路
３０の作用により真空容器４０の内壁でのプラズマの損
失が減少し、プラズマの高密度化が容易なことがある。
従って被処理基板２４の処理の高速化が可能であった。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、放電反応室である真空容器に、所定の形態を有し
たスリットを備える平板状電極とこの電極に対して上記
スリットの長さ方向と同一方向の磁場を発生する磁気回
路とからなる電極装置を配設し、同軸型伝送路で前記電
極にマイクロ波を給電して処理ガスをプラズマ化し、電
極と磁気回路の相互作用により所定条件の下で電極表面
近傍のごく狭い領域においてプラズマが生成されるよう
にしたため、マイクロ波の利用効率が高く、処理の均一
性の良好なマイクロ波プラズマ処理装置を実現すること
ができる。また簡単な構成で小型且つ安価に作製するこ
とができ、均一性の良好なプラズマを生成し、且つその
生成効率も良好であり、大きな面積を有する基板に対し
て均一な処理を行うことができ、実用性の高いものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】電極装置の第１実施例を示す平面図である。

【図２】図１のII−II線断面図である。

【図３】電極装置の他の実施例についての図１と同様な
図である。

【図４】電極装置の他の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図５】本発明に係る電極装置におけるプラズマ発生機
構を説明するための要部平面図である。

【図６】図５のプラズマ発生機構を説明するための要部
断面図である。

【図７】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の第１実
施例を示す縦断面図である。

【図８】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の他の実
施例を示す縦断面図である。

【図９】本発明に係るマイクロ波放電反応装置の他の実
施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１平板状電極２スリット３外部電極４内部電極５磁気回路（磁場発生機構）６同軸線路（同軸型伝送路）７導電性平板１０スリット１１平板状電極１４スリット１５磁場の状態１６電場の状態１７高密度プラズマ２０真空容器２１基板ホルダ２２反応ガス導入機構２６排気系２８マイクロ波電力供給機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 8518−4Ｍ (72)発明者飯塚哲宮城県仙台市太白区郡山６丁目５−10− 201 (72)発明者中川行人東京都府中市四谷５丁目８番１号日電アネルバ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を減圧状態に保持する機構とガスを
導入する機構とを備える真空容器と、前記真空容器内に
マイクロ波を導入して前記ガスをプラズマにするプラズ
マ発生機構と、このプラズマ発生機構と間隔をあけて設
置される基板保持機構とによって構成されるマイクロ波
放電反応装置において、前記プラズマ発生機構は、前記
マイクロ波を前記真空容器内に導入する同軸型伝送路
と、前記マイクロ波を放射する所定の長さと幅のスリッ
トを少なくとも１本有する平板状電極と、この平板状電
極の近傍に配置され、前記スリットの長さ方向と同じ方
向の磁場を発生させる磁場発生手段とにより構成され、
前記電極により真空容器内に放射されるマイクロ波と、
前記磁場発生手段により前記マイクロ波の電場と直交す
る方向に発生する磁場との相互作用により前記基板保持
装置の全面空間にプラズマを生成することを特徴とする
マイクロ波放電反応装置。
【請求項２】請求項１記載のマイクロ波放電反応装置
において、前記電極に形成されたスリットが前記電極の
中心部から放射状に配置され、且つ前記磁場発生手段が
前記電極と中心を共有する同心円上であって、その磁場
の方向が前記電極表面で電極と垂直となるように配置さ
れた複数の円筒状永久磁石であることを特徴とするマイ
クロ波放電反応装置。
【請求項３】請求項１又は２記載のマイクロ波放電反
応装置において、前記プラズマ発生機構におけるプラズ
マが生成される面上に、誘電体スパッタリングを行うた
めのターゲットを設置したことを特徴とするマイクロ波
放電反応装置。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のマ
イクロ波放電反応装置において、被処理基板と前記磁場
発生手段のうち少なくともいずれか一方を移動する機構
を設けたことを特徴とするマイクロ波放電反応装置。
【請求項５】マイクロ波を供給され且つこのマイクロ
波を放射する所定の長さと幅を有したスリットを少なく
とも１本有する平板状電極と、この電極の近傍に前記ス
リットの長さ方向と同じ方向の磁場を発生させるために
配置された磁場発生手段とにより構成されることを特徴
とする電極装置。
【請求項６】請求項５記載の電極装置において、前記
スリットは前記電極の中心部から放射状に配置され、且
つ前記磁場発生手段が前記電極と中心を共有する同心円
上であって、その磁場の方向が前記電極表面において電
極と垂直となるように配置された複数の円筒状永久磁石
であることを特徴とする電極装置。
【請求項７】請求項５又は６記載の電極装置におい
て、前記電極は、前記スリットを間に位置させる外部電
極と内部電極からなることを特徴とする電極装置。