JPH0634238U - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 保守，点検，整備に際し、プラズマ生成室か
ら導波管の取り外しを容易にし、作業時間の短縮化を図
る。 【構成】 プラズマ生成室１のマイクロ波導入口1cにテ
ーパ管６、短円筒管７を介在させてフランジ部材８を設
け、一方一端をマイクロ波発振器12に接続した導波管２
の他端部にチョークフランジ９を設け、前記マイクロ波
発振器12及び導波管２を昇降装置10の昇降台23に設け、
昇降装置10の操作によって昇降台23を昇降させることで
導波管２のチョークフランジ９を前記マイクロ波導入口
1c側のフランジ部材８に対して遠近移動させ、前記チョ
ークフランジ９とフランジ部材８とを接離可能とすると
共に、前記チョークフランジ９にはマイクロ波のチョー
ク構造を設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はマイクロ波を用いてプラズマを生成させるマイクロ波プラズマ装置、 特にプラズマ生成室に対するマイクロ波伝送用の導波管の着脱を容易としたマイ クロ波プラズマ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

マイクロ波プラズマ装置に用いるマイクロ波はマイクロ波発振器から発生され 、導波管を通じてプラズマ生成室に伝送される。導波管内ではマイクロ波は導波 管の内壁に沿って伝送されるため、導波管とプラズマ生成室との接続部分におい ては電気的接触状態が良好であることは勿論、接続部に段差、或いは隙間が存在 しないことが重要である。接続部に段差部があるとここでマイクロ波の進行方向 とは逆向きの反射波が発生し、また隙間があるとここからマイクロ波の漏洩が生 じ、いずれもマイクロ波の伝送上の障害となる。

【０００３】 この対策として従来にあっては導波管の接続端にフランジを設け、このフラン ジをプラズマ生成室側のフランジに、螺条ピッチをλg ／４（λg ：マイクロ波 の空間波長) に設定したボルトを用いてボルト止めし、また両フランジ間にはマ イクロ波吸収体を介装し、更には両フランジ間にマイクロ波の定在波を存在させ て漏洩を防止するためのチョーク構造等が採用されてきた。

【０００４】 図４は実開昭62-126831 号公報に開示されている従来のマイクロ波プラズマ装 置の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は試料室を構成 するエッチング室、４は励磁コイルを示している。 プラズマ生成室１はステンレス鋼製で中空円筒形に形成され、周囲に冷却水の 通流室を備え、上部壁の中央には石英ガラス板1bにて封止されたマイクロ波導入 口1cを備え、またこれと対向する下部壁の中央にはプラズマ引出口1dが開口せし められている。前記マイクロ波導入口1cには四角筒形をなす導波管２の一端部が 接続せしめられ、またプラズマ引出口1dに臨ませて中空直方体形のエッチング室 ３が配設され、そしてプラズマ生成室１とこれに接続した導波管２の端部にわた って、励磁コイル４が周設されている。

【０００５】 導波管２の他端部は図示しないマグネトロンに接続されており、このマグネト ロンで発生したマイクロ波を導波管２を通じてプラズマ生成室１に導入するよう になっている。また励磁コイル４は図示しない定電流電源に接続されており、電 流の通流によってプラズマ生成室１内へのマイクロ波の導入によりプラズマが生 成するよう磁界を形成するようになっている。プラズマ生成室１内で生成された プラズマはエッチング室３側に向けて導入されるようになっている。

【０００６】 一方エッチング室３は、プラズマ引出口1dと対向する下部壁に排気系3bに連な る排気口3aが設けられ、またプラズマ引出口1dと対向する中央には載置台５が設 置され、この載置台５表面に試料Ｓを静電吸着によって着脱可能に固定し得るよ うにしてある。1eは冷却水の給水系、1fは同じく排水系、1gはガス供給系である 。

【０００７】 図５はプラズマ生成室１と導波管２との連結部の拡大断面図であり、プラズマ 生成室１の上部壁周縁には、支持リング11が一体的に固定され、この支持リング 11上には保持リング12, 押えリング13が同心に配置され、これら支持リング11， 保持リング12，押えリング13の内側には石英ガラス板1b、蓋体15が配設され、蓋 体15の中心に穿った孔15a に整合させて導波管２の一端を固定すると共に、蓋体 15自体はそのフランジ15b 、保持リング12内を通して支持リング11上に嵌挿設置 され、複数のフエノール樹脂製のボルト15c を押えリング13、保持リング12を通 して支持リング11に螺合貫通させることにより支持リング11に一体的に固定され ている。

【０００８】 支持リング11内には冷却水の給水系1eの通水路11a 、ガス供給系1gのための通 気路11b を備えると共に、内周面下端には内フランジ11c を備え、その上面に形 成したＯリング溝11d にＯリング11e を嵌設してあり、このＯリング11e に接し て石英ガラス板1bが嵌め込まれている。

【０００９】 また、支持リング11の上端側の内周には全周にわたってリング部11f を備えて いる。一方保持リング12は前記支持リング11の通水路11a,通気路11b と対向する 位置に夫々給水系1e, 排水系1f, ガス供給系1gのパイプ挿通用の孔12a,12b を備 え、またその下側過半部の内径は支持リング11の内径よりも大きくし、上端部に は内フランジ12c を備えており、その下端部を支持リング11の上端部の外周に外 嵌せしめられている。保持リング12を支持リング11に外嵌した状態においては、 支持リング11の上端面、リング部11f,保持リング12の内フランジ12c で周囲を囲 われ、蓋体15の外周面と対向する側に開口部をもつ凹溝14が形成されている。

【００１０】 凹溝14の深さ及び凹溝14の内底から蓋体15の外周面と対向する側の開口部中央 に至るまでの寸法、並びに蓋体15の下面、換言すれば蓋体15と支持リング11との 対向面の下端縁に至る迄の寸法は、夫々ここにマイクロ波の基本定在波が形成さ れるようλ／２の整数倍、即ちλ／４となるようにしてある。

【００１１】 そしてこの凹溝14内を含めて、蓋体15と対向する保持リング12の上面及び内周 面、支持リング11の内面上部、並びに石英ガラス板1bの周縁部上面にわたってフ ッソ樹脂 (商品名テフロン等) 製の絶縁材16が介在せしめられ、これによってプ ラズマ生成室１と導波管２とは絶縁状態に維持せしめられている。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

ところがこのような従来の構成ではマイクロ波の漏洩防止機能が向上する反面 、導波管２とプラズマ生成室１との間は複数のボルト15c を用いて締結されるた め、例えば保守, 点検に際してプラズマ生成室１を取り外す場合等にあっては導 波管２とプラズマ生成室１との間の切り離しが容易でないという問題があった。 本考案はかかる事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところはマ イクロ波の漏洩防止機能を損なうことなくプラズマ生成室に対する導波管の取り 外しを容易、且つ迅速に行ない得るようにしたマイクロ波プラズマ装置を提供す るにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案に係るマイクロ波プラズマ装置は、マイクロ波発振器と、マイクロ波を 伝送する導波管と、前記導波管にて伝送されたマイクロ波をマイクロ波導入口か ら導入し、磁界等の共働によりプラズマを発生させるプラズマ生成室とを備えた マイクロ波プラズマ装置において、前記導波管の端部を前記プラズマ生成室のマ イクロ波導入口側に対して遠近移動させる手段と、前記導波管の端部とプラズマ 生成室のマイクロ波導入口との間に設けたマイクロ波のチョーク機構とを具備す ることを特徴とする。

【００１４】

【作用】

本考案に係るマイクロ波プラズマ装置にあっては、導波管の端部をプラズマ生 成室側に遠近移動させる手段によって、プラズマ生成室に対する導波管の着脱作 業が容易, 迅速に行うことが可能となり、しかもマイクロ波のチョーク機構との 共働でマイクロ波の漏洩機能も損なわれることがない。

【００１５】

【実施例】

以下本考案をプラズマエッチング装置に適用した実施例について図面に基づき 具体的に説明する。 図１は、本考案に係るマイクロ波プラズマ装置を適用したプラズマエッチング 装置の縦断面図であり、図中１はプラズマ生成室、２は導波管、３は試料室を構 成するエッチング室、４は励磁コイルを示している。

【００１６】 プラズマ生成室１はステンレス鋼製で中空円筒形に形成され、周囲壁は二重構 造に構成されて冷却水の通流室1aを備え、上部側壁の中央には石英ガラス板1bに て封止されたマイクロ波導入口1cを備え、またこれと対向する下部壁の中央には プラズマ引出口1dが開口せしめられている。前記マイクロ波導入口1cには中空円 錐台形をなす金属製のテーパ管６の一端部が接続せしめられ、またプラズマ引出 口1dに臨ませてエッチング室３が配設され、そしてプラズマ生成室１とこれに接 続したテーパ管６の端部にわたって、励磁コイル４が周設されている。

【００１７】 テーパ管６の上端部には金属製の短円筒管７，フランジ部材８，チョークフラ ンジ９を介在させて昇降装置10に支持された導波管２の一端部が接続されている 。導波管２の他端部は同じく昇降装置10に支持されたマッチング装置11を介して マイクロ波発振器12に接続されており、このマイクロ波発振器12で発生したマイ クロ波を導波管２，テーパ管６を通じてプラズマ生成室１内に導入するようにな っている。 また励磁コイル４は図示しない定電流電源に接続されており、電流の通流によ ってプラズマ生成室１内にマイクロ波の導入による電界との共働作用でプラズマ を生成させるための磁界を形成するようになっている。

【００１８】 一方エッチング室３には、プラズマ引出口1dと対向する下部壁に排気系3bに連 なる排気口3aが設けられ、またプラズマ引出口1dと対向する中央に載置台５が設 置され、この載置台５上に試料Ｓを静電吸着によって着脱可能に固定し得るよう にしてある。

【００１９】 図２はテーパ管６，短円筒管７，フランジ部材８及びチョークフランジ９の部 分拡大断面図であり、テーパ管６は中空円錐台形に形成され、下端部はフランジ 部にてプラズマ生成室１の上部壁にボルト止めされ、また上端部は短円筒管７の 下端部とフランジ同士をボルト止めされている。短円筒管７の上端部は中抜きし たフランジ部材８に同じくボルト止めされている。このフランジ部材８に導波管 ２の下端に装着されたチョークフランジ９が昇降装置10にて着脱可能に接続され るようになっている。

【００２０】 昇降装置10は図１に示す如く基台21上に複数個のエアシリンダ22を立向きに設 置し、エアシリンダ22のロッド間に渡して昇降台23を設け、該昇降台23上にマッ チング装置11, マイクロ波発振器12を載置すると共に、導波管２を固定具24を介 して支持してある。

【００２１】 チョークフランジ９は金属製で厚肉の円筒形に形成され、中心部には上端側か ら下端側に向けて過半部にわたる部分は小径に、また下端部はフランジ部材８， 短円筒管７の内径と略等大にまで拡径された孔9aを備え、また下端部外周にはフ ランジ9bが張り出され、その外周縁下部には下向きの係合縁部9cが形成されてい る。

【００２２】 この係合縁部9cの内径はフランジ部材８の直径と略等しく設定されている。そ してこのチョークフランジ９の周壁内の外側寄りの位置に下端面から所定の深さ ｄにわたり溝幅ｅの環状凹溝9dが形成され、図２におけるＡ点（環状凹溝の溝底 ），Ｂ点（環状凹溝の開口縁部），Ｃ点（チョークフランジ９とフランジ部材８ との接合面の内端）間にはＡ，Ｂ間の長さ＝Ｂ，Ｃ間の長さ＝λｇ／４（λｇ／ ２の整数倍）の関係が成立するようにしてある。

【００２３】 図３(a) はチョークフランジ９における環状凹溝9dの解析モデル図であり、図 中Ａ，Ｂ，Ｃは図２のＡ，Ｂ，Ｃと夫々と対応させてあり、Ａ，Ｂ間の長さ＝Ｂ ，Ｃ間の長さ＝λg ／４の関係としてある。Ｚ_inは入力インピーダンス、Ｚ₀ は 特性インピーダンス（Ｖ／Ｉ）を示している。入力インピーダンスＺ_inは下式で 与えられるものとする。 Ｚ_in＝ｊ tan(2πＬ／λg) 但し ｊ：複素記号

【００２４】 図３(b) は解析モデル図内における電界分布図であり、横軸に距離Ｌを、また 縦軸にVSW(Voltage Standing Wave)をとって示してある。また図３(c) はＺ_in／ Ｚ₀ の特性を示すグラフであり、横軸に長さＬを、また縦軸にＺ_in／Ｚ₀ をとっ て示している。図３(b),図３(c) に示すグラフから明らかな如く、Ａ点，Ｃ点に おいては短絡状態に、またＢ点においては浮遊状態にあることが解る。 なおマイクロ波の空間波長λg は、TEモード, TMモード等により変化するから 、各モード毎にチョークフランジ９の環状凹溝9dの位置及び各部の寸法は異なる ことは言うまでもない。

【００２５】 次にこのように構成された本考案装置の動作を説明する。 本考案装置にあっては昇降装置10を操作して導波管２を下降し、その下端に設 けてあるチョークフランジ９の係止縁部9cをフランジ部材８に外嵌する態様でフ ランジ部材８上に同心状に接合させると共に、適正な圧力で両者を接合保持せし めておく。

【００２６】 この状態で図示しないロードロック室を通じて、エッチング室３内の載置台５ 上に試料Ｓを載置し、エッチングを開始する。即ち、ガス供給系1gを通じてプラ ズマ生成室１内にＣ₂ Ｆ₆ 等のエッチングガスを供給し、また励磁コイル４に電 流を通流させると共に、導波管２を通じてマイクロ波を導入し、プラズマ生成室 １内にプラズマを発生させ、発生したプラズマ（イオンを含む：以下同じ）を試 料Ｓに向けて投射させる。このプラズマにより試料Ｓ表面のSiＯ₂ 等の膜がエッ チングされる。

【００２７】 プラズマ生成に用いるマイクロ波は導波管２を通じてプラズマ生成室１内に導 入されるが、導波管２の下端に設けてあるチョークフランジ９とフランジ部材８ との連結部にはマイクロ波に対するチョーク構造が設けられており、相互の接合 面に沿って漏洩してきたマイクロ波はフランジ部材８とチョークフランジ９との 接合面の内周端から環状凹溝9dにわたる間で基本定在波を形成し、これ以上外部 への漏洩は防止されることとなる。

【００２８】 一方、保守, 点検が必要な場合には昇降装置10のエアシリンダ22を駆動して昇 降台23を上昇させれば、これに伴って導波管２及びチョークフランジ９も上昇し 、フランジ部材８から離反せしめられることとなり、導波管２の取外しが容易， 且つ迅速に行い得ることとなる。

【００２９】 本考案装置と従来装置とにおける導波管の取り外しに要する時間を計時したと ころ従来装置では５〜10分必要であったが、本考案装置では１分以内で取り外し が可能であった。また本考案装置においてマイクロ波の入力電力を2000Ｗとした ときのチョークフランジ９とフランジ部材８との間を通じての漏洩電力は 0.2ｍ Ｗ／cm² 以下であることも確認され、高い安全性が得られることが解った。 なお上述した実施例は本考案をエッチング装置に適用した構成について説明し た、これに限らずCVD 装置, スパッタリング装置等にも適用し得ることは勿論で ある。

【００３０】

【考案の効果】

以上の如く本考案装置にあってはマイクロ波の導波管の着脱作業が大幅に短縮 出来て、プラズマ生成室の保守，点検，整備に要する時間の短縮も図れ、作業効 率向上し、しかもマイクロ波の漏洩防止効果も損なわれることもなく、安全性が 高い等本考案は優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案装置の部分断面側面図である。

【図２】チョークフランジ周辺の拡大断面図である。

【図３】チョークフランジにおけるチョーク構造のマイ
クロ波遮蔽効果を示す説明図である。

【図４】従来装置の縦断面図である。

【図５】従来装置の部分拡大断面図である。

【符号の説明】 １ プラズマ生成室 ２ 導波管 ３ エッチング室 ４ 励磁コイル ５ 載置台 ６ テーパ管 ７ 短円筒管 ８ フランジ部材 ９ チョークフランジ 9b フランジ 9c 係止縁部 10 昇降装置 11 マッチング装置 12 マイクロ波発振器 21 基台 22 エアシリンダ 23 昇降台 24 固定具

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波発振器と、マイクロ波を伝送
   する導波管と、前記導波管にて伝送されたマイクロ波を
   マイクロ波導入口から導入し、磁界等の共働によりプラ
   ズマを発生させるプラズマ生成室とを備えたマイクロ波
   プラズマ装置において、前記導波管の端部を前記プラズ
   マ生成室のマイクロ波導入口側に対して遠近移動させる
   手段と、前記導波管の端部とプラズマ生成室のマイクロ
   波導入口との間に設けたマイクロ波のチョーク機構とを
   具備することを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。