JPH0734253A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】磁場中にマイクロ波を放射してプラズマを生成
するマイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ発
生室１と大気との気密を保つ真空封じ用石英板５及び放
電ガス放出機構となる多数の孔１１を持つ第二の石英板
１２は、距離１mm以下の間隔で金属リング６に封着さ
れ、金属リング６は円錐形状金属容器３に取り付ける。
また、真空封じ用石英板５の厚さは、石英板５中のマイ
クロ波の波長の半分とする。 【効果】真空封じする手段及び放電ガス放出機構の存在
によるマイクロ波の乱れや反射が軽減され、かつ、真空
封じする手段である誘電体物質のメンテナンスが容易と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波と磁場を用
いてプラズマを生成させ、そのプラズマにより基板に表
面処理を行うマイクロ波プラズマ処理装置に係わり、特
に、大面積の基板に均一の膜を生成させるマイクロ波プ
ラズマＣＶＤ装置、または大面積の基板に均一のエッチ
ング処理を行うマイクロ波プラズマエッチング装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波プラズマ処理装置では、プラ
ズマを発生させ基板にプラズマ処理を行う空間は数ｍTo
rr以下の圧力に保たなくてはならない。そのため、誘電
体物質で大気との気密を保持する必要がある。従来のマ
イクロ波プラズマ処理装置ではマイクロ波導入部に石英
等でできた誘電体板を設置しているが、その取り付け方
法は特開昭56−155535号公報，特開平2−271626 号公報
等に記載のように、導波管に溝を設けてその溝に固定し
ていた。その一例として、図３に特開昭56−155535号公
報に記載されていた図を示す。これらの公知例のように
導波管に溝を設けると、マイクロ波はその溝の中にも回
り込み、入射したモード以外のモードが発生する等マイ
クロ波が乱れる原因となる。マイクロ波が乱れると、そ
のマイクロ波によって生成するプラズマは不均一にな
り、従ってプラズマによる基板の表面処理も均一にはな
らない。なお、特開平2−209728 号公報では導波管に溝
を設けず、直接、石英板を導波管に取り付けている。こ
の公知例のようにするとマイクロ波の乱れはなくなる。
しかし、石英板に付着した不純物除去等のメンテナンス
を行う際には、石英板の取り外しや取り付けが非常に困
難になり実用に即さない。

【０００３】さらに、石英板の厚さについて上記の公知
例では言及しておらず、石英板によるマイクロ波の反射
についてはなんら考慮されていない。

【０００４】また、上記の公知例ではいずれもプラズマ
を生成する放電ガスはプラズマ発生室の周囲から放出さ
れている。そのため、放電ガスの密度はプラズマ発生室
の周囲で大きく、中央部では小さくなり、プラズマの密
度も同様の分布となる。従って、基板の表面処理は不均
一になる。そこで、特開平1−17869号公報に記載のよう
にガス導入管を設置する方法が考えられる。しかし、ガ
ス導入管の材質及び取り付け方法については考慮されて
おらず、マイクロ波の乱れを起こすことが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
マイクロ波プラズマ処理装置において真空封じする手段
である誘電体物質の従来の取り付け方法では、マイクロ
波が乱れる、メンテナンス面で実用的でない等の問題が
あった。さらに、誘電体物質の厚さが適当でないとマイ
クロ波の誘電体による反射が大きくなり、プラズマの生
成が効率よく行えない。また、放電ガスをプラズマ発生
室内に放出する際、ガスの密度分布が一様になるように
放出するような構造にしたいが、その構造によってはマ
イクロ波が乱れるという問題点もあった。

【０００６】本発明の目的は、真空封じする手段及び放
電ガス放出機構の存在によるマイクロ波の乱れや反射が
軽減されており、かつ、真空封じする手段である誘電体
物質のメンテナンスが容易であるマイクロ波プラズマ処
理装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は放電ガスが導入され、放電空間を形成す
るプラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する
磁場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入す
るマイクロ波導入手段と、前記放電空間と前記マイクロ
波導入手段の大気側とを真空封じする手段とを備え、前
記マイクロ波と前記放電空間内の磁場により生成したプ
ラズマを利用し、前記放電空間内に設置された基板をプ
ラズマ処理するプラズマ処理装置において、前記マイク
ロ波導入手段は、導波管と、マイクロ波導入端が小径側
で前記導波管に接続され、先端部が大径側で前記プラズ
マ発生室に接続された円錐形状金属容器とからなり、前
記真空封じする手段は誘電体の物質からなり、前記真空
封じする手段をマイクロ波の良好な反射体に封着し、前
記マイクロ波の良好な反射体を前記円錐形状金属容器に
取り付けたものである。また、前記マイクロ波プラズマ
処理装置において、多数の孔を持つ第二の誘電体の物質
を、前記真空封じする手段の前記放電空間側で前記真空
封じする手段と１mm以下の距離になるように前記マイク
ロ波の良好な反射体に封着し、前記放電ガスの放出機構
としたものである。

【０００８】好ましくは、前記マイクロ波の良好な反射
体として金属を用いる。

【０００９】また、好ましくは、前記真空封じする手段
である前記誘電体の物質の厚さを、前記真空封じする手
段である前記誘電体の物質中のマイクロ波の波長の半分
としたものである。

【００１０】

【作用】マイクロ波プラズマ処理装置では、プラズマ発
生室は数ｍTorr以下の圧力であり、大気との気密を保つ
ために真空封じをする必要がある。一方、均一プラズマ
処理の観点から、マイクロ波を乱さないように伝播させ
る構造が望ましい。真空封じの手段として誘電体の物質
を使用すると、マイクロ波は放電空間内に伝播する。し
かし、上述したように、導波管や円錐形状金属容器等の
マイクロ波伝播部に溝を設けてそこに誘電体物質を取り
付けると、マイクロ波は溝の中に回り込み乱れてしま
う。そこで、誘電体物質をマイクロ波の良好な反射体に
封着し、それを円錐形状金属容器に取り付けて真空封じ
の手段とする。このようにすると、マイクロ波が回り込
むような溝を設けることなしに誘電体物質を取り付ける
ことができ、マイクロ波の乱れは軽減される。さらに、
誘電体物質はマイクロ波の良好な反射体と一体となって
いるので、円錐形状金属容器から脱着を行う際にはマイ
クロ波の良好な反射体ごと行えばよく、誘電体物質のメ
ンテナンスが容易になる。

【００１１】また、プラズマ処理を均一に行うために
は、放電ガスを密度分布が一様になるようにプラズマ発
生室に放出したい。多数の孔を持つ誘電体物質を、真空
封じするための誘電体物質の放電空間側に設置し放電ガ
ス放出機構とすると、ガスは孔からプラズマ発生室内に
シャワー状に吹き出し、密度分布は一様になる。なお、
多数の孔を持つ誘電体物質の取り付け方法は上記の真空
封じするための誘電体物質と同様に、マイクロ波の良好
な反射体に封着し、それを円錐形状金属容器に取り付け
るので、マイクロ波の反射や乱れを軽減することがで
き、メンテナンスも容易である。

【００１２】さらに、真空封じするのための誘電体物質
の厚さを、真空封じするための誘電体物質中のマイクロ
波の波長の半分とすると、この誘電体物質によるマイク
ロ波の反射は最小になる。

【００１３】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１に基づいて説明
する。本実施例の装置はプラズマ発生室１，磁場発生手
段である磁場コイル２，マイクロ波導入手段である円錐
形状金属容器３及び導波管４，真空封じ用石英板５から
構成されている。真空封じ用石英板５はマイクロ波の良
好な反射体である金属リング６に封着され、金属リング
６は円錐形状金属容器３に、接続部に凹凸がないように
取り付けられている。マイクロ波発生源７で発生させた
周波数２.４５ＧＨｚ のマイクロ波は、導波管４及び円
錐形状金属容器３を通り、プラズマ発生室１に伝播す
る。その際、マイクロ波は真空封じ用石英板５が封着さ
れている金属リング６の存在部分を通るが、凹凸がない
よう取り付けられているためマイクロ波は乱れることが
ない。また、マイクロ波は真空封じ用石英板５を透過す
るが、その厚さは石英板５中のマイクロ波の波長の半分
であるため、反射は最小となっている。このように乱れ
や反射が抑えられたマイクロ波は、磁場コイル２によっ
て生成された磁場が８７５ガウスの地点で電子サイクロ
トロン共鳴を起こし、放電ガス導入口８から導入された
放電ガスを電離させ、プラズマ発生室１内にプラズマが
生成する。このプラズマにより基板ホルダ９上の基板１
０をプラズマ処理する。また、石英板５を取り外すとき
には、石英板５は金属リング６に封着されて一体となっ
ているので、円錐形状金属容器３から金属リング６を取
り外すだけよい。このように石英板５のメンテナンスは
容易である。

【００１４】次に、本発明の第二の実施例を図２により
説明する。第一の実施例と同様箇所の説明は省略する。
本実施例は、多数の孔１１を持つ薄い第二の石英板１２
を、真空封じ用石英板５のプラズマ発生領域側で、石英
板５と１mm以下の距離になるように金属リング６に封着
し、放電ガスの放出機構としたものである。石英板５と
第二の石英板１２との間隔を１mm以下にしたことによ
り、二枚の石英板の間でのプラズマの生成を防ぐことが
できる。放電ガス導入口８から導入された放電ガスは、
第二の石英板１２の孔１１からシャワー状に放出され、
一様な密度分布を持つようになる。マイクロ波は円錐形
状金属容器３内を伝播するが、第一の実施例と同様にマ
イクロ波が乱れることはない。しかも、放電ガスは一様
な分布となっているため、生成されるプラズマも均一と
なる。さらに、石英板５及び第二の石英板１２を取り外
すときも、第一の実施例と同様に金属リング６を取り外
すだけでよく、メンテナンスは容易である。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、真空封じする手段及び
放電ガス放出機構の存在によるマイクロ波の乱れや反射
が軽減され、かつ、真空封じする手段である誘電体物質
のメンテナンスが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例に係わるマイクロ波プラ
ズマ処理装置の説明図。

【図２】本発明の第二の実施例に係わるマイクロ波プラ
ズマ処理装置の説明図。

【図３】従来のマイクロ波プラズマ処理装置の説明図。

【符号の説明】

１…プラズマ発生室、２…磁場コイル、３…円錐形状金
属容器、４…導波管、５…真空封じ用石英板、６…金属
リング、７…マイクロ波発生源、８…放電ガス導入口、
９…基板ホルダ、１０…基板、１１…孔、１２…第二の
石英板。

フロントページの続き (72)発明者 吉岡 健 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 白川 真司 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 園部 正 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電ガスが導入され、放電空間を形成する
   プラズマ発生室と、前記放電空間内に磁場を発生する磁
   場発生手段と、前記放電空間内にマイクロ波を導入する
   マイクロ波導入手段と、前記放電空間と前記マイクロ波
   導入手段の大気側とを真空封じする手段とを備え、前記
   マイクロ波と前記放電空間内の磁場により生成したプラ
   ズマを利用し、前記放電空間内に設置された基板をプラ
   ズマ処理するプラズマ処理装置において、前記マイクロ
   波導入手段は、導波管と、マイクロ波導入端が小径側で
   前記導波管に接続され、先端部が大径側で前記プラズマ
   発生室に接続された円錐形状金属容器とからなり、前記
   真空封じする手段は誘電体の物質からなり、前記真空封
   じする手段をマイクロ波の良好な反射体に封着し、前記
   マイクロ波の良好な反射体を前記円錐形状金属容器に取
   り付けたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記マイクロ波の良好
   な反射体として金属を用いたマイクロ波プラズマ処理装
   置。
3. 【請求項３】請求項１において、多数の孔を持つ第二の
   誘電体の物質を、前記真空封じする手段の前記放電空間
   側で前記真空封じする手段と１mm以下の距離になるよう
   に前記マイクロ波の良好な反射体に封着し、前記放電ガ
   スの放出機構としたマイクロ波プラズマ処理装置。
4. 【請求項４】請求項３において、前記マイクロ波の良好
   な反射体として金属を用いたマイクロ波プラズマ処理装
   置。
5. 【請求項５】請求項１において、前記真空封じする手段
   である前記誘電体の物質の厚さを、前記真空封じする手
   段である前記誘電体の物質中のマイクロ波の波長の半分
   としたマイクロ波プラズマ処理装置。
6. 【請求項６】請求項３において、前記真空封じする手段
   である前記誘電体の物質の厚さを、前記真空封じする手
   段である前記誘電体の物質中のマイクロ波の波長の半分
   としたマイクロ波プラズマ処理装置。