JPH0660414B2 - Ｅｃｒプラズマｃｖｄ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置の改良に関する。

（従来技術とその問題点） プラズマに磁場を作用させると電子はサイクロトロン運
動を生じ、その角周波数は、 ωce＝(eＢ)/(m) で表される。ここで、(e)及び(m)はそれぞれ電子の電荷
と質量、(Ｂ)は磁束密度である。そこで、電子のサイク
ロトロン周波数fce＝(ωce)/２πがマイクロ波の周波数
に一致するような磁束密度の磁場をプラズマに印加する
と電子のサイクロトロン運動とマイクロ波の共鳴が起こ
り、高密度のプラズマが得られる。

さて、従来のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置は、上記現象を
実現すべく第８図のようにプラズマ室(1)の外周に大き
なコイル(27)を配設し、プラズマ室(1)内に生成された
プラズマに磁場を作用させて電子サイクロトロン共鳴を
生起させ、高密度のプラズマを得ていた。しかしなが
ら、プラズマ室(1)の外周にコイル(27)を配設しなけれ
ばならなかったために必要な磁場を得るためには巨大な
コイル(27)を必要とし、装置が巨大化すると言う欠点が
あった。従って、装置の大型化には自ずと限界があっ
た。又、前述のように従来例はプラズマ室(1)の外部か
ら作用させるため強力な875Ｇ程度の強力な磁場が必要
となり、その結果、共鳴モードによる不均一電磁場分布
に起因する不均一性がプラズマ分布に表れるという欠点
があった。

又、プラズマ室(1)外からの磁場作用では加速共鳴度が
小さく、例えば2000オングストロームの膜付けに10分も
かかり、他の同種装置に比べてスループットが遅いと言
う欠点もあった。

（本発明の目的） 本発明は係る従来例に鑑みて為されたもので、その目的
とするところは、永久磁石(4)をプラズマ室(1)内に直接
配設し且つ永久磁石(4)の内側にマイクロ波放電用のア
ンテナ(5)を配設する事により、第１に装置のコンパク
ト化の障害であるコイルをなくする事が出来、第２に磁
力の弱い永久磁石(4)をプラズマ室(1)内で使用する事に
よりプラズマの均一性を確保し、第３により高密度のプ
ラズマを得る事が出来てスループットを短縮する事が出
来るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明装置は前記目的を達成するために請求項(1)にお
いて、 マイクロ波放電によってプラズマを生成させるための
プラズマ室(1)と、プラズマ室(1)からのプラズマ照射を
受ける試料台(2)を備えた試料室(3)とを具備するＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置において、 永久磁石(4)をプラズマ室(1)の内周面に沿って配設
し、 前記永久磁石(4)より内側にマイクロ波放電用のアン
テナ(5)を配設する。

；と言う技術的手段を採用しており、 請求項(2)は更にこれを具体的にしたもので、 請求項(1)のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、 相隣接して配置され、径方向に磁化された永久磁石
(4)の内側の磁極の極性が互いに逆極となるようにして
リング状の永久磁石(4)乃至リング状に配設された永久
磁石(4)を３段以上配設し、 前記永久磁石(4)より内側にリング状のアンテナ(5)を
２段以上配設する。

；と言う技術的手段を採用している。

請求項(3)は他の実施例で、 請求項(2)のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、 プラズマ室(1)内にガラス乃至セラミックス製の内筒
(7)とステンレス製の外筒(8)とを２重に配設し、 内筒(7)と外筒(8)との間にアンテナ(5)を配設し、 外筒(8)の外周に永久磁石(4)をリング状に配設する。

；と言う技術的手段を採用している。

請求項(4)は更に他の実施例で、 マイクロ波放電によってプラズマを生成させるための
プラズマ室(1)と、プラズマ室(1)からのプラズマ照射を
受ける試料台(2)を備えた試料室(3)とを具備するＥＣＲ
プラズマＣＶＤ装置において、 永久磁石(4)を内周面に沿って螺旋状にプラズマ室(1)
内に配設し、 前記永久磁石(4)より内側にマイクロ波放電用のアン
テナ(5)を配設する。

；と言う技術的手段を採用しており、 請求項(5)は、 請求項(1)乃至(4)のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置におい
て、永久磁石(4)の中間外方に弱い軸磁場をつくるため
の制御コイル(9)を配設する。

；と言う技術的手段を採用している。

（作 用） 試料台(2)上に試料(26)を載置し、プラズマ室(1)に不
活性ガスを供給し、且つ試料室(3)にシランなどの作業
ガスを供給する。

続いて上下一対のアンテナ(5)に逆相の電圧を印加
し、発振器(6)を作動させてマイクロ波を発生させ、矩
形導波管(17)、電力導入ケーブル(19)更にアンテナ(5)
を通じてプラズマ室(1)にマイクロ波を放電し、永久磁
石(4)の磁場により電子サイクロトロン共鳴を生起させ
て電力を局所的に集中させ、プラズマ室(1)内でプラズ
マを高密度に発生させる。

シャッタ(13)を開いてプラズマ照射口(12)を開口さ
せ、永久磁石(4)にて形成される発散磁界を利用して高
密度のプラズマを磁界勾配によって発散方向に引き出
し、試料台(2)上の試料(26)にプラズマ照射を行い、試
料(26)表面でドライ状態での化学反応を行わせて成膜を
始め各種の所定の表面処理を行う。

反応の終了した排ガスは排気ダクト(16)にて排出され
る。

（実施例） 以下、本発明の第１実施例を図示実施例に従って詳述す
る。第１図は、本発明にかかるＥＣＲプラズマＣＶＤ装
置の第１実施例の概略断面図で、上部２重チャンバ(10)
の内部が、マイクロ波放電によってプラズマを生成させ
るためのプラズマ室(1)であり、その下部にプラズマ室
(1)からのプラズマ照射を受ける試料台(2)を備えた試料
室(3)である。プラズマ室(1)の外周は水冷ジャケット(1
1)となっており、冷却水が供給されている。プラズマ室
(1)の底面には試料室(3)に開口するプラズマ照射口(12)
が開設されており、シャッタ(13)にて開閉されるように
なっている。又、試料室(3)内には前記プラズマ照射口
(12)に対向して試料台(2)が設置されている。プラズマ
室(1)には不活性ガス供給配管(14)にて不活性ガスが供
給されるようになっており、試料室(3)には例えばシラ
ンガスなど作業ガスが作業配管(15)から供給されるよう
になっており、試料室(3)の底部に設けた排気ダクト(1
6)にて外部に排出するようになっている。

第１図乃至第２図の実施例ではプラズマ室(1)内にリン
グ状の永久磁石(4)が等間隔にて３段に配設されてお
り、径方向に磁化されており、その極性は最上段と最下
段の永久磁石(4)の内周側がＮ(Ｓ)で外周側がＳ(Ｎ)と
なるように、中央の永久磁石(4)の内周側がＳ(Ｎ)で外
周側がＮ(Ｓ)となるように、相隣接せる永久磁石(4)の
内側の磁極の極性が互いに逆極となるように配設されて
いる。このようにプラズマ室(1)内の強力磁場はプラズ
マ室(1)の内周面に沿って配設された永久磁石(4)によっ
て形成される。永久磁石(4)は５ＫＧ程度である。

アンテナ(5)はリング状で前記永久磁石(4)の中間にて永
久磁石(4)より内側に２段に配設されている。永久磁石
(4)間並びにアンテナ(5)間の間隔は電磁波の波長(λ)の
半分、即ち(λ/２＝12,5cm)である。これにより、磁力
線(図中実線で示す。)と電気力線(図中破線で示す。)と
がほぼ直交し、効率の良い電子加速が可能となる。

プラズマ室(1)の外部には矩形導波管(17)が配設されて
おり、一端が発振器(6)に接続され他端がある間隔をあ
けて２重チャンバ(10)に向かって配設されており、更に
矩形導波管(17)の他端端面に２重チャンバ(10)に向かっ
てピン(18)が立設されている。この矩形導波管(17)の他
端上下側面から導出された１対の外部管(20)が２重チャ
ンバ(10)を貫通してプラズマ室(1)に挿通している。
又、矩形導波管(17)内の上下側面にはピン(18)が立設さ
れており、更にこのピン(18)から導出された電力導入ケ
ーブル(19)が外部管(20)を通って前記アンテナ(5)に接
続されている。前記ピン(18)は互いに若干ずれた位置に
立設されており、ピン(18)間の中心位置と矩形導波管(1
7)の端面との間隔は(λ/４)に設定される。外部管(20)
並びに電力導入ケーブル(19)と２重チャンバ(10)とのシ
ール関係は第３図に示すように真空コネクタ(21)によ
る。即ち、チャンバ(10)の側壁に接続管部(22)が突設さ
れており、接続管部(22)の通孔と外部管(20)との間にＯ
リング(23)が嵌め込んであり、更に電力導入ケーブル(1
9)と外部管(20)との間に封止用リング(24)が配設されて
おり、外部管(20)と封止用リング(24)との間並びに封止
用リング(24)と電力導入ケーブル(19)との間にＯリング
(23)が配設してあり、更に接続管部(22)に固定ナット(2
5)が螺着してあって、水冷ジャケット(11)からの水漏れ
やプラズマ室(1)の気密漏れ防止している。

しかして、試料台(2)上に例えばシリコンウェハーのよ
うな試料(26)を載置し、プラズマ室(1)に不活性ガスを
供給し、且つ試料室(3)にシランなどの作業ガスを供給
する。続いて上下一対のアンテナ(5)に逆相の電圧を印
加し、発振器(6)を作動させてマイクロ波を発生させ、
矩形導波管(17)、電力導入ケーブル(19)更にアンテナ
(5)を通じてプラズマ室(1)にマイクロ波を放電し、永久
磁石(4)の磁場により電子サイクロトロン共鳴を生起さ
せて電力を局所的に集中させ、プラズマ室(1)内でプラ
ズマを高密度に発生させる。この時、矩形導波管(17)に
立てた上下のピン(18)にて逆相の電力を取り出すもので
あるが、矩形導波管(17)の端面を可変壁にしてピン(18)
と端面までの間隔を調節出来るようにしておくとマッチ
ングを取りやすい。プラズマ室(1)内の内周面に沿って
永久磁石(4)が配設されているので、磁場は内周面近傍
に局在してプラズマ室(1)の中心部にはほとんどなく、
その結果共鳴モードの不均一電場分布に起因するプラズ
マの不均一が本質的に発生しない。

シャッタ(13)を開いてプラズマ照射口(12)を開口を開口
させると永久磁石(4)にて形成される発散磁界を利用し
て高密度のプラズマを磁界勾配によって発散方向に引き
出し、試料台(2)上の試料(26)にプラズマ照射を行い、
試料(26)表面でドライ状態での化学反応を行わせて成膜
を始め各種の所定の表面処理を行う。反応の終了した排
ガスは排気ダクト(16)にて排出される。

尚、前記の永久磁石(4)はリング状のものとしたが勿論
これに限られず、ブロック状の永久磁石(4)をリング状
に配設してもよい事は言うまでもない。

実験例では、真空コネクタ(21)を介して80Ｗ程度の電力
がアンテナ(5)を通じてプラズマ室(1)内に給電され、プ
ラズマ室(1)内に直径140mm程度のほぼ均一なプラズマが
形成された。

又、プラズマ室(1)を大口径化したり、永久磁石(4)を３
段以上の多段化にする事によりより大容量のプラズマ生
起が可能となる。電力導入ケーブル(19)を同軸導波管に
すれば大電力の伝送も可能である。

次に、本発明の第２実施例について説明する。プラズマ
室(1)内にガラス乃至セラミックス製の内筒(7)とステン
レス製の外筒(8)とを２重に配設し、内筒(7)と外筒(8)
との間にアンテナ(5)を配設すると共に外筒(8)の外周に
永久磁石(4)をリング状に配設したもので、内筒(7)内に
プラズマが形成される事になる。掃除する場合は内筒
(7)内を掃除する事になり、内面がフラットであって作
業が非常に簡便となる。又、第４図のように100ガウス
程度の弱い軸磁場の作るコイルを永久磁石(4)の中間外
方に配置する事により、径方向プラズマ流の制御が出
来、広範囲なプラズマ形状の制御が可能となる。第５図
は、本発明に用いる永久磁石(4)の別の実施例で棒状の
永久磁石(4)の一方の磁極(図の場合はＮ極)にアンテナ
(5)を埋設した一体型プラズマ源の例であり、あらゆる
形状のプロセスが可能となる。第６図は例えば前述の円
筒容器を切り開いて平板状にしたもので、平行に配列さ
れた平板(28)の外面側に棒状の永久磁石(4)を平行に配
列し、永久磁石(4)の間にて平板(28)の内面側にアンテ
ナ(5)を一列に配列した例である。隣接せる永久磁石(4)
の極性は互いに逆である。このようにすれば平板プラズ
マ源とする事ができるもので、薄く平たいプロセスが可
能となる。

第７図は、筒体の外周に永久磁石(4)を螺旋状に配設
し、その間にて筒体(29)の内周にアンテナ(5)を螺旋状
に配設しても良い。ただし、１周した場合の位相が逆相
となるように永久磁石(4)を配列すると効率がよくな
る。

１周長さＬ＝ｎ・λ＋λ/２ (n＝整数) ビッチ:λ/２ である。この場合アンテナ(5)は１本で足り構造が単純
となる。

（効 果） 本発明の請求項(1)は、マイクロ波放電によってプラズ
マを生成させるためのプラズマ室と、プラズマ室からの
プラズマ照射を受ける試料台を備えた試料室とを具備す
るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置において、永久磁石をプラ
ズマ室の内周面に沿って配設してあるので、磁場は内周
面近傍に局在してプラズマ室の中心部にはほとんどな
く、その結果共鳴モードの不均一電場分布に起因するプ
ラズマの不均一が本質的に発生せず、プラズマ室全体に
均一なプラズマが生成されることになる。

又、永久磁石をプラズマ室の内周に配設する事により、
永久磁石の配置がプラズマ生成場所に最も近接した配置
となり、電子サイクロトロン共鳴を生起させるために必
要としていた巨大な外部コイルが不要となり、装置をコ
ンパクト化する事ができるものであり、同時に弱い磁力
の永久磁石で足る事になる。更に前記永久磁石より内側
にマイクロ波放電用のアンテナを配設してあるので、永
久磁石による磁場内に電磁場エネルギを直接供給する事
が出来、アンテナ近傍の強電場にるプラズマ生成が可能
となる。

又、請求項(2)では、相隣接せる永久磁石の極性が互い
に逆極となるようにしてリング状の永久磁石乃至リング
状に配設された永久磁石を３段以上配設し、前記永久磁
石より内側にリング状のアンテナを２段以上配設してあ
るので、電子サイクロトロン共鳴を効率的に生起させて
加速共鳴度を大きくする事が出来、例えば2000オングス
トロームの膜付けを３分程度にする事が出来、スループ
ットを速くする事が出来ると言う効果や永久磁石とアン
テナの多段化によりプラズマの大容量化を可能にする事
も出来る。

請求項(3)においては、プラズマ室内にガラス乃至セラ
ミックス製の内筒とステンレス製の外筒とを２重に配設
し、内筒と外筒との間にアンテナを配設すると共に外筒
の外周に永久磁石をリング状に配設してあるので、アン
テナや永久磁石が内筒にて隠されてプラズマ室内がフラ
ットになり、清掃その他作業が非常に簡便となる。

更に、請求項(4)において、永久磁石をプラズマ室の内
周面に沿って螺旋状に配設すると共に前記永久磁石より
内側にマイクロ波放電用のアンテナを配設してあるの
で、アンテナが１本で良く構造を非常に単純化する事が
出来る。

請求項(5)にあっては、永久磁石の中間外方に弱い軸磁
場をつくるための制御コイルを配設してあるので、径方
向プラズマ流の制御が出来、広範囲なプラズマ制御が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図…本発明の第１実施例の概略断面図 第２図…第１図のプラズマ室内のリング状永久磁石とリ
ング状アンテナとの関係を示す一部切欠斜視図 第３図…本発明に使用する真空コネクタの一実施例の断
面図 第４図…本発明の第２実施例のプラズマ室の一部分の断
面図 第５図…本発明に適用する事の出来るアンテナ一体型永
久磁石の端部斜視図 第６図…本発明の第３実施例のプラズマ室の一部分の断
面図 第７図…本発明の第４実施例のプラズマ室の一部分の断
面図 第８図…従来例の概略断面図 (1)……プラズマ室、(2)……試料台 (3)……試料室、(4)……永久磁石 (5)……アンテナ、(6)……発振器 (7)……内筒、(8)……外筒 (9)……制御コイル、(10)……２重チャンバ (11)……水冷ジャケット、(12)……プラズマ照射口 (13)……シャッタ、(14)……不活性ガス供給配管 (15)……作業配管、(16)……排気ダクト (17)……矩形導波管、(18)……ピン (19)……電力線導入ケーブル (20)……外部管、(21)……真空コネクタ (22)……接続管部、(23)……Ｏリング (24)……封止用リング、(25)……固定ナット (26)……試料、(27)……コイル (28)……平板、(29)……筒体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マイクロ波放電によってプラズマを生成さ
   せるためのプラズマ室と、プラズマ室からのプラズマ照
   射を受ける試料台を備えた試料室とを具備するＥＣＲプ
   ラズマＣＶＤ装置において、永久磁石をプラズマ室の内
   周面に沿って配設すると共に前記永久磁石より内側にマ
   イクロ波放電用のアンテナを配設して成る事を特徴とす
   るＥＣＲプラズマＣＶＤ装置。
2. 【請求項２】請求項(1)のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に
   おいて、相隣接して配置され、径方向に磁化された永久
   磁石の内側の磁極の極性が互いに逆極となるようにして
   リング状の永久磁石乃至リング状に配設された永久磁石
   を３段以上配設し、前記永久磁石より内側にリング状の
   アンテナを２段以上配設して成る事を特徴とするＥＣＲ
   プラズマＣＶＤ装置。
3. 【請求項３】請求項(2)のＥＣＲプラズマＣＶＤ装置に
   おいて、プラズマ室内にガラス乃至セラミックス製の内
   筒とステンレス製の外筒とを２重に配設し、内筒と外筒
   との間にアンテナを配設すると共に外筒の外周に永久磁
   石をリング状に配設して成る事を特徴とするＥＣＲプラ
   ズマＣＶＤ抽出装置。
4. 【請求項４】マイクロ波放電によってプラズマを生成さ
   せるためのプラズマ室と、プラズマ室からのプラズマ照
   射を受ける試料台を備えた試料室とを具備するＥＣＲプ
   ラズマＣＶＤ装置において、永久磁石をプラズマ室の内
   周面に沿って螺旋状に配設すると共に前記永久磁石より
   内側にマイクロ波放電用のアンテナを配設して成る事を
   特徴とするＥＣＲプラズマＣＶＤ装置。
5. 【請求項５】請求項(1)乃至(4)のＥＣＲプラズマＣＶＤ
   装置において、永久磁石の中間外方に弱い軸磁場をつく
   るための制御コイルを配設して成る事を特徴とするＥＣ
   ＲプラズマＣＶＤ装置。