JPH07142195A - マイクロ波プラズマ装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ装置Info
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- JPH07142195A JPH07142195A JP5308650A JP30865093A JPH07142195A JP H07142195 A JPH07142195 A JP H07142195A JP 5308650 A JP5308650 A JP 5308650A JP 30865093 A JP30865093 A JP 30865093A JP H07142195 A JPH07142195 A JP H07142195A
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- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 比較的大きな被加工物の表面に均一なプラズ
マを発生させ、膜質の劣化、成膜速度の低下を解消す
る。 【構成】 反応ガスが供給されるベルジャー１２を有
し、低次モードで共振する円筒形アプリケータ１０と、
この円筒形アプリケータ１０の円筒側面に設けられた投
入口に接続された矩形導波管１１Ａ，１１Ｂと、この投
入口位置近傍に基板１５の加工面を水平方向へ配置する
基板台１４とを備え、ＴＭ01等の低次モードのマイクロ
波共振によって反応ガスのプラズマを発生させる。これ
により、直径３インチ程度の大きな被加工物に均一な膜
を加工することができる。上記において、マイクロ波が
２４５０ＭＨｚの場合は、アプリケータ内部直径を１２
０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を幅１２０〜１４０
ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長を８０〜１００ｍ
ｍに設定する。
マを発生させ、膜質の劣化、成膜速度の低下を解消す
る。 【構成】 反応ガスが供給されるベルジャー１２を有
し、低次モードで共振する円筒形アプリケータ１０と、
この円筒形アプリケータ１０の円筒側面に設けられた投
入口に接続された矩形導波管１１Ａ，１１Ｂと、この投
入口位置近傍に基板１５の加工面を水平方向へ配置する
基板台１４とを備え、ＴＭ01等の低次モードのマイクロ
波共振によって反応ガスのプラズマを発生させる。これ
により、直径３インチ程度の大きな被加工物に均一な膜
を加工することができる。上記において、マイクロ波が
２４５０ＭＨｚの場合は、アプリケータ内部直径を１２
０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を幅１２０〜１４０
ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長を８０〜１００ｍ
ｍに設定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波プラズマ装
置、特に平板状の被加工物に対し物質を析出させたり、
エッチング等の加工を施すための装置の構成に関する。
置、特に平板状の被加工物に対し物質を析出させたり、
エッチング等の加工を施すための装置の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、マイクロ波を用いたプラズマ
装置が周知であり、このプラズマ装置は例えば図１０に
示される構成となっている。図１０において、長方体
（矩形空胴）の矩形アプリケータ１内に、反応ガスが導
入される石英製のベルジャー２が配置され、このベルジ
ャー２内には回転する基板台３が設けられ、この基板台
３の上に被加工物である基板４が載置される。また、上
記矩形アプリケータ１の側面部に矩形導波管５Ａ，５Ｂ
が取り付けられ、この導波管５Ａ，５Ｂには、インピー
ダンス整合をするスタブチューナ６、アイソレータ７等
を介してマイクロ波発生器８が接続される。そして、上
記アプリケータ１と導波管５Ａ，５Ｂは、図１１に示さ
れる大きさとされ、この例では、ＴＥ20の高次モードで
周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波が励振されている。
即ち、導波管５Ａ，５Ｂ（又はアプリケータ１へのマイ
クロ波投入口）が、幅１０９．２ｍｍ、高さ５４．６ｍ
ｍとされ、矩形アプリケータ１の投入口側の横幅は１２
０ｍｍとなっている。
装置が周知であり、このプラズマ装置は例えば図１０に
示される構成となっている。図１０において、長方体
（矩形空胴）の矩形アプリケータ１内に、反応ガスが導
入される石英製のベルジャー２が配置され、このベルジ
ャー２内には回転する基板台３が設けられ、この基板台
３の上に被加工物である基板４が載置される。また、上
記矩形アプリケータ１の側面部に矩形導波管５Ａ，５Ｂ
が取り付けられ、この導波管５Ａ，５Ｂには、インピー
ダンス整合をするスタブチューナ６、アイソレータ７等
を介してマイクロ波発生器８が接続される。そして、上
記アプリケータ１と導波管５Ａ，５Ｂは、図１１に示さ
れる大きさとされ、この例では、ＴＥ20の高次モードで
周波数２４５０ＭＨｚのマイクロ波が励振されている。
即ち、導波管５Ａ，５Ｂ（又はアプリケータ１へのマイ
クロ波投入口）が、幅１０９．２ｍｍ、高さ５４．６ｍ
ｍとされ、矩形アプリケータ１の投入口側の横幅は１２
０ｍｍとなっている。
【０００３】上記構成によれば、ベルジャー２内が１０
-5トル（Torr）程度に排気された後、例えば水素と炭化
水素（又は炭酸ガス）を混合した反応ガスが、矩形アプ
リケータ１内へ１０〜４０トル程度の圧力となるように
導入され、この状態でマイクロ波が投入される。そうす
ると、ＴＥ20モードのマイクロ波共振により、ベルジャ
ー２内の基板４の上部に当該基板４を覆うように直径方
向へ細長いプラズマＰが形成され、これによって基板４
の表面上にダイヤモンド等の物質が析出される。この高
次のＴＥ20モードのプラズマ発生によれば、比較的大き
な基板４を加工することができる利点がある。
-5トル（Torr）程度に排気された後、例えば水素と炭化
水素（又は炭酸ガス）を混合した反応ガスが、矩形アプ
リケータ１内へ１０〜４０トル程度の圧力となるように
導入され、この状態でマイクロ波が投入される。そうす
ると、ＴＥ20モードのマイクロ波共振により、ベルジャ
ー２内の基板４の上部に当該基板４を覆うように直径方
向へ細長いプラズマＰが形成され、これによって基板４
の表面上にダイヤモンド等の物質が析出される。この高
次のＴＥ20モードのプラズマ発生によれば、比較的大き
な基板４を加工することができる利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のマイクロ波プラズマ装置では、例えば直径３インチ
程度の基板４の全体を覆うプラズマＰを発生させること
ができるが、高次モードでは局所的に強いプラズマが発
生することにより、加工された被加工物表面の膜質に劣
化が生じ、また成膜速度も低速化するという問題があっ
た。即ち、図１２には、上記ＴＥ20の高次モードでの矩
形アプリケータ１内の電界パターン（電気力線）が示さ
れており、図（Ａ）は上面から見た図、図（Ｂ）は投入
口側から見た図である。これによれば、電界が図（Ａ）
のように中心部に集中し、この電界集中部は図（Ｂ）の
ように左右に多少分離するので、局所的に強度の異なる
プラズマが発生し、同時にヒートサイクル（温度むら）
が生じる。従って、基板４上に形成される析出膜等が不
均一となり、しかも成膜速度も低下することになる。
来のマイクロ波プラズマ装置では、例えば直径３インチ
程度の基板４の全体を覆うプラズマＰを発生させること
ができるが、高次モードでは局所的に強いプラズマが発
生することにより、加工された被加工物表面の膜質に劣
化が生じ、また成膜速度も低速化するという問題があっ
た。即ち、図１２には、上記ＴＥ20の高次モードでの矩
形アプリケータ１内の電界パターン（電気力線）が示さ
れており、図（Ａ）は上面から見た図、図（Ｂ）は投入
口側から見た図である。これによれば、電界が図（Ａ）
のように中心部に集中し、この電界集中部は図（Ｂ）の
ように左右に多少分離するので、局所的に強度の異なる
プラズマが発生し、同時にヒートサイクル（温度むら）
が生じる。従って、基板４上に形成される析出膜等が不
均一となり、しかも成膜速度も低下することになる。
【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、比較的大きな被加工物の
表面に均一なプラズマを発生させ、膜質の劣化、成膜速
度の低下を解消することができるマイクロ波プラズマ装
置を提供することにある。
れたものであり、その目的は、比較的大きな被加工物の
表面に均一なプラズマを発生させ、膜質の劣化、成膜速
度の低下を解消することができるマイクロ波プラズマ装
置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１請求項記載のマイクロ波プラズマ装置は、反応
ガスが供給されるベルジャーを有し、低次モードでマイ
クロ波を共振させる円筒形のアプリケータと、この円筒
形アプリケータのベルジャー内で被加工物をその加工面
が円筒軸の垂直方向へ配置されるように保持する支持台
と、上記円筒形アプリケータの円筒側面に投入口が配置
され、上記支持台の被加工物へ複数の側面方向からマイ
クロ波を投入する矩形導波管と、を含み、低次モードの
マイクロ波により反応ガスのプラズマを発生させること
により、被加工物の表面加工を実行するようにしたこと
を特徴とする。ここで、低次モードとは、ＴＭnmモー
ド、ＴＥnmモード等において、ｎ又はｍが０か１の場合
をいうものとする。第２請求項の発明は、上記マイクロ
波周波数が２４５０ＭＨｚの場合は、上記アプリケータ
内部の直径を１２０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を
幅１２０〜１４０ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長
を８０〜１００ｍｍに設定したことを特徴とする。第３
請求項の発明は、上記マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚ
の場合は、上記アプリケータ内部の直径を３２２〜３７
５ｍｍ、マイクロ波投入口を幅３２２〜３７５ｍｍ及び
高さ１３〜１０７ｍｍ、共振軸長（アプリケータ内空胴
の高さ）を２１４〜２６８ｍｍに設定したことを特徴と
する。この周波数９１５ＭＨｚの場合の設定値は、上記
周波数２４５０ＭＨｚのときの値を２．６８倍したもの
となっている。
に、第１請求項記載のマイクロ波プラズマ装置は、反応
ガスが供給されるベルジャーを有し、低次モードでマイ
クロ波を共振させる円筒形のアプリケータと、この円筒
形アプリケータのベルジャー内で被加工物をその加工面
が円筒軸の垂直方向へ配置されるように保持する支持台
と、上記円筒形アプリケータの円筒側面に投入口が配置
され、上記支持台の被加工物へ複数の側面方向からマイ
クロ波を投入する矩形導波管と、を含み、低次モードの
マイクロ波により反応ガスのプラズマを発生させること
により、被加工物の表面加工を実行するようにしたこと
を特徴とする。ここで、低次モードとは、ＴＭnmモー
ド、ＴＥnmモード等において、ｎ又はｍが０か１の場合
をいうものとする。第２請求項の発明は、上記マイクロ
波周波数が２４５０ＭＨｚの場合は、上記アプリケータ
内部の直径を１２０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を
幅１２０〜１４０ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長
を８０〜１００ｍｍに設定したことを特徴とする。第３
請求項の発明は、上記マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚ
の場合は、上記アプリケータ内部の直径を３２２〜３７
５ｍｍ、マイクロ波投入口を幅３２２〜３７５ｍｍ及び
高さ１３〜１０７ｍｍ、共振軸長（アプリケータ内空胴
の高さ）を２１４〜２６８ｍｍに設定したことを特徴と
する。この周波数９１５ＭＨｚの場合の設定値は、上記
周波数２４５０ＭＨｚのときの値を２．６８倍したもの
となっている。
【０００７】
【作用】上記の構成によれば、垂直配置された円筒形ア
プリケータでは、側面からマイクロ波が投入され、例え
ばＴＭ01モードのプラズマが形成される。この低次のＴ
Ｍ01モードによれば、円筒中心軸から外周へ放射状に拡
散する方向へ電界が生じ、円筒形アプリケータ内での水
平方向へ配置された基板（被加工物）の表面上に均一な
プラズマが発生することになる。そして、上記アプリケ
ータ及びマイクロ波投入口を、２４５０ＭＨｚ、９１５
ＭＨｚのそれぞれのマイクロ波周波数で決定された長さ
とすることにより、直径３インチ程度の比較的大きな基
板の全域での表面近傍に電界最大点を設定することが可
能となる。従って、比較的大きな基板上に析出膜等が均
一に加工されることになり、成膜速度も速くなる。
プリケータでは、側面からマイクロ波が投入され、例え
ばＴＭ01モードのプラズマが形成される。この低次のＴ
Ｍ01モードによれば、円筒中心軸から外周へ放射状に拡
散する方向へ電界が生じ、円筒形アプリケータ内での水
平方向へ配置された基板（被加工物）の表面上に均一な
プラズマが発生することになる。そして、上記アプリケ
ータ及びマイクロ波投入口を、２４５０ＭＨｚ、９１５
ＭＨｚのそれぞれのマイクロ波周波数で決定された長さ
とすることにより、直径３インチ程度の比較的大きな基
板の全域での表面近傍に電界最大点を設定することが可
能となる。従って、比較的大きな基板上に析出膜等が均
一に加工されることになり、成膜速度も速くなる。
【０００８】
【実施例】図１には、実施例に係るマイクロ波プラズマ
装置のアプリケータ部の構成が示され、図（Ａ）は図
（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、図（Ｂ）は側断面図であり、図
２にはこのアプリケータ部の大きさが示されている。こ
の実施例は、２４５０ＭＨｚ（波長約１２２ｍｍ）のマ
イクロ波を用い、シリコンウェハの基板上にダイヤモン
ドを析出させる場合の例である。図示されるように、ア
プリケータ１０は直径（内径）１３０ｍｍの円筒形とさ
れ、この円筒形アプリケータ１０に、縦１５ｍｍ（内
側），横１３０ｍｍからなる２個の導波管１１Ａ，１１
Ｂが相対する方向に取り付けられている。
装置のアプリケータ部の構成が示され、図（Ａ）は図
（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、図（Ｂ）は側断面図であり、図
２にはこのアプリケータ部の大きさが示されている。こ
の実施例は、２４５０ＭＨｚ（波長約１２２ｍｍ）のマ
イクロ波を用い、シリコンウェハの基板上にダイヤモン
ドを析出させる場合の例である。図示されるように、ア
プリケータ１０は直径（内径）１３０ｍｍの円筒形とさ
れ、この円筒形アプリケータ１０に、縦１５ｍｍ（内
側），横１３０ｍｍからなる２個の導波管１１Ａ，１１
Ｂが相対する方向に取り付けられている。
【０００９】また、上記円筒形アプリケータ１０内に
は、真空気密構造とされた石英製のベルジャー１２が配
置され、このベルジャー１２内には導入口１２Ａから反
応ガスが導入され、この反応ガスは下部側から排気され
る。このベルジャー１２内に、回転駆動される基板台１
４が配置され、この基板台１４上に被加工物であるシリ
コンウェハの基板１５が載せられる。そして、上記基板
台１４の下側には電波漏洩防止部１６が配置されると同
時に、上記ベルジャー１２の上側ではアプリケータ１２
に可動天井１７が設けられており、この可動天井１７を
上下することによって、プラズマの発生位置及び状態が
調整できるようになっている。なお、上記基板台１４、
電波漏洩防止部１６も動かせるようになっている。
は、真空気密構造とされた石英製のベルジャー１２が配
置され、このベルジャー１２内には導入口１２Ａから反
応ガスが導入され、この反応ガスは下部側から排気され
る。このベルジャー１２内に、回転駆動される基板台１
４が配置され、この基板台１４上に被加工物であるシリ
コンウェハの基板１５が載せられる。そして、上記基板
台１４の下側には電波漏洩防止部１６が配置されると同
時に、上記ベルジャー１２の上側ではアプリケータ１２
に可動天井１７が設けられており、この可動天井１７を
上下することによって、プラズマの発生位置及び状態が
調整できるようになっている。なお、上記基板台１４、
電波漏洩防止部１６も動かせるようになっている。
【００１０】上記構成によれば、まず上記ベルジャー１
２内を１０-5トル（Torr）程度に排気した後、導入口１
２Ａから例えば水素と炭化水素（メタン等）の混合ガス
を円筒形アプリケータ１０内へ導入することにより、管
内圧力が１０〜４０トル程度となるように調整される。
そして、上記基板１５を載せた基板台１４が４〜２０r.
p.m.の速度で回転させられ、この状態で図１（Ｂ）に示
されるように、円筒形アプリケータ１０内に、両導波管
１１Ａ，１１Ｂの２方向から２４５０ＭＨｚのマイクロ
波が投入される。このマイクロ波の投入により、実施例
では図３に示されるＴＭ01モードが形成され、これによ
ってベルジャー１２内の反応ガスがプラズマ化される。
この際には、可動天井１７、基板台１４、電波漏洩防止
部１６を動かすことにより、プラズマ発生位置が調整さ
れることになる。
２内を１０-5トル（Torr）程度に排気した後、導入口１
２Ａから例えば水素と炭化水素（メタン等）の混合ガス
を円筒形アプリケータ１０内へ導入することにより、管
内圧力が１０〜４０トル程度となるように調整される。
そして、上記基板１５を載せた基板台１４が４〜２０r.
p.m.の速度で回転させられ、この状態で図１（Ｂ）に示
されるように、円筒形アプリケータ１０内に、両導波管
１１Ａ，１１Ｂの２方向から２４５０ＭＨｚのマイクロ
波が投入される。このマイクロ波の投入により、実施例
では図３に示されるＴＭ01モードが形成され、これによ
ってベルジャー１２内の反応ガスがプラズマ化される。
この際には、可動天井１７、基板台１４、電波漏洩防止
部１６を動かすことにより、プラズマ発生位置が調整さ
れることになる。
【００１１】図３には、ＴＭ01モードの電界パターンが
示されており、図（Ａ）は上記円筒形アプリケータ１０
を上側から見た図、図（Ｂ）は投入口から見た図であ
る。このＴＭ01モードによれば、図（Ａ）のように円筒
中心軸から外周へ放射状に拡散する方向へ電界（電気力
線）が生じる。従って、このＴＭ01モードにより発生す
るプラズマが基板１５の加工面に沿った水平方向に均一
に形成されることになり、このプラズマ雰囲気中に所定
時間だけ基板１５をさらすことによって、その表面にダ
イヤモンドが析出される。
示されており、図（Ａ）は上記円筒形アプリケータ１０
を上側から見た図、図（Ｂ）は投入口から見た図であ
る。このＴＭ01モードによれば、図（Ａ）のように円筒
中心軸から外周へ放射状に拡散する方向へ電界（電気力
線）が生じる。従って、このＴＭ01モードにより発生す
るプラズマが基板１５の加工面に沿った水平方向に均一
に形成されることになり、このプラズマ雰囲気中に所定
時間だけ基板１５をさらすことによって、その表面にダ
イヤモンドが析出される。
【００１２】図４〜図７には、上記円筒形アプリケータ
１０の大きさ又はマイクロ波投入口（或いは導波管）の
大きさと、発生するプラズマの幅との関係を実験的に求
めた結果が示されている。図４は、アプリケータ１０の
内径とプラズマ幅との関係を示しており、これは反応ガ
ス：Ｈ2 、圧力：４０トル、マイクロ波電力：１．４Ｋ
Ｗとし、マイクロ波投入口は１０９ｍｍ×３０ｍｍ（幅
は従来と同様で、高さを従来の５４．６ｍｍよりも小さ
くしたもの）とした場合のグラフである。この図４から
理解されるように、円筒形アプリケータ１０の径に比例
してプラズマ幅も大きくなるが、１５０ｍｍ程度が限度
となり、比較的大きな基板１５を被加工物の対象とする
ことを考慮すると、最適な範囲は１２０〜１４０ｍｍと
なる。
１０の大きさ又はマイクロ波投入口（或いは導波管）の
大きさと、発生するプラズマの幅との関係を実験的に求
めた結果が示されている。図４は、アプリケータ１０の
内径とプラズマ幅との関係を示しており、これは反応ガ
ス：Ｈ2 、圧力：４０トル、マイクロ波電力：１．４Ｋ
Ｗとし、マイクロ波投入口は１０９ｍｍ×３０ｍｍ（幅
は従来と同様で、高さを従来の５４．６ｍｍよりも小さ
くしたもの）とした場合のグラフである。この図４から
理解されるように、円筒形アプリケータ１０の径に比例
してプラズマ幅も大きくなるが、１５０ｍｍ程度が限度
となり、比較的大きな基板１５を被加工物の対象とする
ことを考慮すると、最適な範囲は１２０〜１４０ｍｍと
なる。
【００１３】図５は、アプリケータ１０の高さ（共振軸
長）とプラズマ幅との関係を示しており、上記図４と同
一の条件で実施した場合のグラフである。これにより理
解されるように、円筒形アプリケータ１０が低くなる
程、プラズマ幅が大きくなるが、８０ｍｍ以下となる
と、プラズマが不安定となるので、ある程度大きな被加
工物を対象とするときは、８０〜１００ｍｍが最適な範
囲と考えられる。従って、被加工物１５の直径に応じて
プラズマ幅を大きくするためには、円筒形アプリケータ
１０ではその内径を１２０〜１４０ｍｍ程度まで大きく
し、かつ高さを８０〜１００ｍｍ程度まで低くすればよ
いことになる。
長）とプラズマ幅との関係を示しており、上記図４と同
一の条件で実施した場合のグラフである。これにより理
解されるように、円筒形アプリケータ１０が低くなる
程、プラズマ幅が大きくなるが、８０ｍｍ以下となる
と、プラズマが不安定となるので、ある程度大きな被加
工物を対象とするときは、８０〜１００ｍｍが最適な範
囲と考えられる。従って、被加工物１５の直径に応じて
プラズマ幅を大きくするためには、円筒形アプリケータ
１０ではその内径を１２０〜１４０ｍｍ程度まで大きく
し、かつ高さを８０〜１００ｍｍ程度まで低くすればよ
いことになる。
【００１４】図６は、マイクロ波投入口の高さとプラズ
マ幅との関係を示しており、これは反応ガス：Ｈ2 、圧
力：４０トル、マイクロ波電力：１．４ＫＷとし、円筒
形アプリケータ１０は直径１３０ｍｍ、高さ９０ｍｍ、
マイクロ波投入口は１０９ｍｍとした場合のグラフであ
る。この図によれば、投入口の高さが１５ｍｍ前後のと
きにプラズマ幅が最大となり、５〜４０ｍｍの範囲であ
れば、従来の高さ５４．６ｍｍのときよりもプラズマ幅
が大きくなり、従来と比較してプラズマ幅を拡大できる
効果があることが理解される。
マ幅との関係を示しており、これは反応ガス：Ｈ2 、圧
力：４０トル、マイクロ波電力：１．４ＫＷとし、円筒
形アプリケータ１０は直径１３０ｍｍ、高さ９０ｍｍ、
マイクロ波投入口は１０９ｍｍとした場合のグラフであ
る。この図によれば、投入口の高さが１５ｍｍ前後のと
きにプラズマ幅が最大となり、５〜４０ｍｍの範囲であ
れば、従来の高さ５４．６ｍｍのときよりもプラズマ幅
が大きくなり、従来と比較してプラズマ幅を拡大できる
効果があることが理解される。
【００１５】図７は、マイクロ波投入口の幅とプラズマ
接触領域（プラズマが実際に被加工物へ接触する幅）と
の関係を示しており、これは、上記条件において、圧
力：２０トル、投入口の高さを１５ｍｍとした場合のグ
ラフである。この図７によれば、投入口の幅を大きくす
ることによってプラズマ接触領域を広くすることができ
ることが理解される。従って、被加工物１５の直径に応
じてプラズマ幅を大きくするためには、投入口（又は導
波管１１Ａ，１１Ｂ）の高さを５〜４０ｍｍ程度まで小
さくし、かつ幅を１２０〜１４０ｍｍ程度まで広げれば
よいことになる。
接触領域（プラズマが実際に被加工物へ接触する幅）と
の関係を示しており、これは、上記条件において、圧
力：２０トル、投入口の高さを１５ｍｍとした場合のグ
ラフである。この図７によれば、投入口の幅を大きくす
ることによってプラズマ接触領域を広くすることができ
ることが理解される。従って、被加工物１５の直径に応
じてプラズマ幅を大きくするためには、投入口（又は導
波管１１Ａ，１１Ｂ）の高さを５〜４０ｍｍ程度まで小
さくし、かつ幅を１２０〜１４０ｍｍ程度まで広げれば
よいことになる。
【００１６】図８には、上記の範囲で設定された実施例
（図２）の円筒形アプリケータ１０及び投入口により、
直径３インチの基板（シリコンウェハ）１５にダイヤモ
ンドを析出した場合の膜厚状態が示されており、これは
マイクロ波電力：１．４ＫＷ、圧力：４０トル、反応ガ
ス：Ｈ2 （９９ｃｃ／分）とＣＨ4 （１ｃｃ／分）の混
合ガス、基板温度８７０〜８９０℃とした場合の結果で
ある。この図８から明らかなように、基板中心から３
７．５ｍｍ（直径７５ｍｍ）の距離において、膜厚／最
大膜厚は０．９〜１の範囲に収まっており、均一なダイ
ヤモンド膜が形成されている。
（図２）の円筒形アプリケータ１０及び投入口により、
直径３インチの基板（シリコンウェハ）１５にダイヤモ
ンドを析出した場合の膜厚状態が示されており、これは
マイクロ波電力：１．４ＫＷ、圧力：４０トル、反応ガ
ス：Ｈ2 （９９ｃｃ／分）とＣＨ4 （１ｃｃ／分）の混
合ガス、基板温度８７０〜８９０℃とした場合の結果で
ある。この図８から明らかなように、基板中心から３
７．５ｍｍ（直径７５ｍｍ）の距離において、膜厚／最
大膜厚は０．９〜１の範囲に収まっており、均一なダイ
ヤモンド膜が形成されている。
【００１７】図９には、両者共に投入口の幅を１０９．
２ｍｍとした、従来の矩形アプリケータ（図１１）１と
円筒形アプリケータ１０において、低次モードで、直径
３インチの基板１５にダイヤモンドを析出させたときの
膜厚分布が示されている。即ち、矩形アプリケータ１は
マイクロ波投入側の幅を１２０ｍｍ、投入口を１０９．
２×５４．６ｍｍとして、ＴＥ01モードを用い、円筒形
アプリケータ１０は直径を１３０ｍｍ、投入口を１０
９．２×３０ｍｍとして、ＴＥ10モードを用い、可動天
井１７等の調整は行わなかった。これによれば、矩形ア
プリケータ１の場合、直径６０ｍｍ以上の領域にはダイ
ヤモンドの析出が確認されなかったが、円筒形アプリケ
ータ１０の場合は、直径８０ｍｍの領域にダイヤモンド
析出が確認され、その膜厚分布ムラは５０％となった。
従って、低次モードでマイクロ波が励振される円筒形ア
プリケータ１０は、矩形アプリケータ１と比べると、図
３に示した電界によって均一な膜厚のプラズマ加工がで
きることが分かる。
２ｍｍとした、従来の矩形アプリケータ（図１１）１と
円筒形アプリケータ１０において、低次モードで、直径
３インチの基板１５にダイヤモンドを析出させたときの
膜厚分布が示されている。即ち、矩形アプリケータ１は
マイクロ波投入側の幅を１２０ｍｍ、投入口を１０９．
２×５４．６ｍｍとして、ＴＥ01モードを用い、円筒形
アプリケータ１０は直径を１３０ｍｍ、投入口を１０
９．２×３０ｍｍとして、ＴＥ10モードを用い、可動天
井１７等の調整は行わなかった。これによれば、矩形ア
プリケータ１の場合、直径６０ｍｍ以上の領域にはダイ
ヤモンドの析出が確認されなかったが、円筒形アプリケ
ータ１０の場合は、直径８０ｍｍの領域にダイヤモンド
析出が確認され、その膜厚分布ムラは５０％となった。
従って、低次モードでマイクロ波が励振される円筒形ア
プリケータ１０は、矩形アプリケータ１と比べると、図
３に示した電界によって均一な膜厚のプラズマ加工がで
きることが分かる。
【００１８】以上説明したように、実施例は円筒中心軸
から外周へ放射状に拡散する方向へ電界が生じるＴＭ01
モードにより、円筒形アプリケータ内の水平方向（基板
１５の表面）に均一なプラズマを発生させることがで
き、更に円筒形アプリケータ１０及び投入口を、所定範
囲の大きさとすることにより、直径３インチ程度の比較
的大きな被加工物の全域における表面近傍に電界最大点
を設定することが可能となる。
から外周へ放射状に拡散する方向へ電界が生じるＴＭ01
モードにより、円筒形アプリケータ内の水平方向（基板
１５の表面）に均一なプラズマを発生させることがで
き、更に円筒形アプリケータ１０及び投入口を、所定範
囲の大きさとすることにより、直径３インチ程度の比較
的大きな被加工物の全域における表面近傍に電界最大点
を設定することが可能となる。
【００１９】上記実施例では、２４５０ＭＨｚのマイク
ロ波の場合について説明したが、マイクロ波周波数が９
１５ＭＨｚのときは、波長が約２．６８倍となるので、
上記円筒形アプリケータ１０及び投入口の設定値は、上
記値を２．６８倍した値となる。即ち、アプリケータ内
部の直径を３２２〜３７５ｍｍ、マイクロ波投入口を幅
３２２〜３７５ｍｍ、高さ１３〜１０７ｍｍ、共振軸長
を２１４〜２６８ｍｍに設定することにより、上記実施
例と同様の効果を得ることが可能となる。
ロ波の場合について説明したが、マイクロ波周波数が９
１５ＭＨｚのときは、波長が約２．６８倍となるので、
上記円筒形アプリケータ１０及び投入口の設定値は、上
記値を２．６８倍した値となる。即ち、アプリケータ内
部の直径を３２２〜３７５ｍｍ、マイクロ波投入口を幅
３２２〜３７５ｍｍ、高さ１３〜１０７ｍｍ、共振軸長
を２１４〜２６８ｍｍに設定することにより、上記実施
例と同様の効果を得ることが可能となる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低次モードで共振する円筒形のアプリケータを用い、こ
の円筒形アプリケータの円筒側面に設けられた投入口に
は矩形導波管を接続し、この投入口位置近傍に被加工物
の加工面を水平方向へ配置し、ＴＭ01等の低次モードの
マイクロ波共振によって反応ガスのプラズマを形成する
ようにしたので、比較的大きな被加工物の表面に均一な
プラズマを発生させることができ、膜質の劣化、成膜速
度の低下を解消することが可能となる。
低次モードで共振する円筒形のアプリケータを用い、こ
の円筒形アプリケータの円筒側面に設けられた投入口に
は矩形導波管を接続し、この投入口位置近傍に被加工物
の加工面を水平方向へ配置し、ＴＭ01等の低次モードの
マイクロ波共振によって反応ガスのプラズマを形成する
ようにしたので、比較的大きな被加工物の表面に均一な
プラズマを発生させることができ、膜質の劣化、成膜速
度の低下を解消することが可能となる。
【００２１】また、上記において、マイクロ波周波数が
２４５０ＭＨｚの場合は、アプリケータ内部の直径を１
２０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を幅１２０〜１４
０ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長を８０〜１００
ｍｍに設定し、マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚの場合
は、アプリケータ内部の直径を３２２〜３７５ｍｍ、マ
イクロ波投入口を幅３２２〜３７５ｍｍ及び高さ１３〜
１０７ｍｍ、共振軸長を２１４〜２６８ｍｍに設定する
ことにより、直径３インチ程度の比較的大きな被加工物
に対して、均一なプラズマを発生させ、かつ電界最大点
を全域の表面近傍に設定することができ、均一な加工を
施すことが可能となる。この結果、加工処理面積の拡大
に貢献することができることになる。
２４５０ＭＨｚの場合は、アプリケータ内部の直径を１
２０〜１４０ｍｍ、マイクロ波投入口を幅１２０〜１４
０ｍｍ及び高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長を８０〜１００
ｍｍに設定し、マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚの場合
は、アプリケータ内部の直径を３２２〜３７５ｍｍ、マ
イクロ波投入口を幅３２２〜３７５ｍｍ及び高さ１３〜
１０７ｍｍ、共振軸長を２１４〜２６８ｍｍに設定する
ことにより、直径３インチ程度の比較的大きな被加工物
に対して、均一なプラズマを発生させ、かつ電界最大点
を全域の表面近傍に設定することができ、均一な加工を
施すことが可能となる。この結果、加工処理面積の拡大
に貢献することができることになる。
【図１】本発明の実施例に係るマイクロ波プラズマ装置
のアプリケータ部の構成を示す図で、図（Ａ）は図
（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、図（Ｂ）は側断面図である。
のアプリケータ部の構成を示す図で、図（Ａ）は図
（Ｂ）のＡ−Ａ断面図、図（Ｂ）は側断面図である。
【図２】実施例のアプリケータ部の大きさを示す斜視図
である。
である。
【図３】実施例のＴＭ01モードの電界パターンを示す図
である。
である。
【図４】アプリケータ内径とプラズマ幅との関係を示す
グラフ図である。
グラフ図である。
【図５】アプリケータの高さとプラズマ幅との関係を示
すグラフ図である。
すグラフ図である。
【図６】アプリケータ投入口の高さとプラズマ幅との関
係を示すグラフ図である。
係を示すグラフ図である。
【図７】アプリケータ投入口の幅とプラズマ接触領域と
の関係を示すグラフ図である。
の関係を示すグラフ図である。
【図８】実施例でダイヤモンド膜を形成したときの基板
中心からの距離における膜厚の最大膜厚に対する比を示
すグラフ図である。
中心からの距離における膜厚の最大膜厚に対する比を示
すグラフ図である。
【図９】低次モードでダイヤモンドを析出させたときの
従来の矩形アプリケータと円筒形アプリケータの膜厚分
布を示すグラフ図である。
従来の矩形アプリケータと円筒形アプリケータの膜厚分
布を示すグラフ図である。
【図１０】従来のマイクロ波プラズマ装置を示す構成図
である。
である。
【図１１】従来の矩形アプリケータ部の大きさを示す斜
視図である。
視図である。
【図１２】従来の矩形アプリケータでのＴＥ20モードの
電界パターンを示す図である。
電界パターンを示す図である。
１ … 矩形アプリケータ、 １０ … 円筒形アプリケータ、 １１Ａ，１１Ｂ，５Ａ，５Ｂ … 導波管、 １２，２ … ベルジャー、 １４，３ … 基板台、 １５，４ … 基板（被加工物）、 １７ … 可動天井。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 // Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｄ 8417−4Ｋ Ｃ３０Ｂ 25/00
Claims (3)
- 【請求項１】 反応ガスが供給されるベルジャーを有
し、低次モードでマイクロ波を共振させる円筒形のアプ
リケータと、この円筒形アプリケータのベルジャー内部
で被加工物をその加工面が円筒軸の垂直方向へ配置され
るように保持する支持台と、上記円筒形アプリケータの
円筒側面に投入口が配置され、上記支持台の被加工物へ
複数の側面方向からマイクロ波を投入する矩形導波管
と、を含み、低次モードのマイクロ波により反応ガスの
プラズマを発生させることにより、被加工物の表面加工
を実行するようにしたマイクロ波プラズマ装置。 - 【請求項２】 上記マイクロ波周波数が２４５０ＭＨｚ
の場合は、上記アプリケータ内部の直径を１２０〜１４
０ｍｍ、マイクロ波投入口を幅１２０〜１４０ｍｍ及び
高さ５〜４０ｍｍ、共振軸長を８０〜１００ｍｍに設定
したことを特徴とする上記第１請求項記載のマイクロ波
プラズマ装置。 - 【請求項３】 上記マイクロ波周波数が９１５ＭＨｚの
場合は、上記アプリケータ内部の直径を３２２〜３７５
ｍｍ、マイクロ波投入口を幅３２２〜３７５ｍｍ及び高
さ１３〜１０７ｍｍ、共振軸長を２１４〜２６８ｍｍに
設定したことを特徴とする上記第１請求項記載のマイク
ロ波プラズマ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5308650A JPH07142195A (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | マイクロ波プラズマ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5308650A JPH07142195A (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | マイクロ波プラズマ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142195A true JPH07142195A (ja) | 1995-06-02 |
Family
ID=17983628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5308650A Pending JPH07142195A (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | マイクロ波プラズマ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07142195A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2486782A (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-27 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| KR101475822B1 (ko) * | 2014-03-19 | 2014-12-23 | 한국기초과학지원연구원 | 전자파 플라즈마 토치 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP5308650A patent/JPH07142195A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2486782A (en) * | 2010-12-23 | 2012-06-27 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| JP2014506292A (ja) * | 2010-12-23 | 2014-03-13 | エレメント シックス リミテッド | 合成ダイヤモンド材料を製造するためのマイクロ波プラズマ反応器 |
| GB2486782B (en) * | 2010-12-23 | 2014-03-19 | Element Six Ltd | A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material |
| KR101475822B1 (ko) * | 2014-03-19 | 2014-12-23 | 한국기초과학지원연구원 | 전자파 플라즈마 토치 |
| WO2015142091A1 (ko) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | 한국기초과학지원연구원 | 전자파 플라즈마 토치 |
| US10239037B2 (en) | 2014-03-19 | 2019-03-26 | Korea Basic Science Institute | Microwave plasma torch |
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