JPH0878190A - マイクロ波放電装置及び放電方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロ波放電装置及び放電方法に於いて、平
面スロットアンテナに対して矩形導波管を介してマイク
ロ波電力供給装置より供給される電力を、整合よく安定
に供給し、効率良くＥＣＲ共鳴プラズマの形成ができ、
而もアンテナ自体の機械的強度を充分に確保できるマイ
クロ波放電装置を提供する。 【構成】マイクロ波電力供給装置１３に接続された矩形
導波管１２の末端部が平面的に拡大され、狭間隔の平板
５，６で挾まれた平板構造となっており、この一方の平
板６面に所定の長さと幅のスロットを設け、対向する平
板５には導波路の裏面に永久磁石４を配置した平面スロ
ットアンテナ構造２４とし、該平面スロットアンテナに
前記導波管を介してマイクロ波電力供給装置を接続し、
マイクロ波電力を平面スロットアンテナに導波管を介し
て矩形導波モード、円形導波モードのいずれかのモード
で供給し、平面スロットアンテナに隣接する空間にプラ
ズマを成形し、又該プラズマにマイクロ波電力を供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路或は液
晶表示（ＬＣＤ）素子に用いられる半導体微粒素子の製
造工程の一部である、ドライエッチング或はＣＶＤプロ
セス等のプラズマ源として利用されるマイクロ波放電装
置及びその方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波放電装置として２．４５GHz
のマイクロ波による永久磁石方式ＥＣＲ（電子サイクロ
トロン共鳴）放電装置がある。

【０００３】図３により従来のマイクロ波放電装置を説
明する。

【０００４】真空処理室１の底面には基板載置台を兼ね
る基板電極２が設けられ、該基板電極２にはシリコンウ
ェーハ等の被処理基板３が載置される。前記基板電極２
に対向し前記真空処理室１の天井面には永久磁石板４を
介して対向電極平板５が設けられ、又、前記対向電極平
板５の下面に狭隘な空間８を隔ててアンテナ平板６が設
けられている。該アンテナ平板６は前記永久磁石板４に
よる磁界に対応した所定の位置にスロットが設けられ、
マイクロ波電力をプラズマ形成域に輻射する。而して前
記永久磁石板４、対向電極平板５、アンテナ平板６によ
り平面スロットアンテナ２４が構成される。

【０００５】前記永久磁石板４、対向電極平板５、真空
処理室１の天井を貫通する通孔７が穿設され、前記アン
テナ平板６の中心には前記通孔７を貫通し上方に延出す
る同軸導波管中心導体９が設けられている。

【０００６】前記真空処理室１の上面に前記通孔７と同
心に耐圧型同軸導波管外部導体１０を気密に設け、該耐
圧型同軸導波管外部導体１０に同軸導波管外部導体１１
が連設されている。該同軸導波管外部導体１１の上端に
は水平に配設された矩形導波管１２が接続され、該矩形
導波管１２の基端にはマイクロ波電力供給装置１３が設
けられている。前記同軸導波管中心導体９の上端は矩形
導波管１２内部に達し、該上端部は矩形−同軸導波管変
換部１４となっている。

【０００７】前記耐圧型同軸導波管外部導体１０の上端
部には導波管内真空隔壁１５が設けられ、該導波管内真
空隔壁１５より真空処理室１側が真空に維持される様に
なっている。

【０００８】尚、図中１６はアンテナ平板６へのマイク
ロ波電力供給の整合を調整する為前記矩形導波管１２に
設けられたスタブチューナ、１７は真空処理室１内にプ
ラズマ発生用ガスを供給するガス供給装置、１８は排気
装置である。

【０００９】前記排気装置１８により真空処理室１内を
真空引きし、更に所要の負圧に維持しつつ前記ガス供給
装置１７により真空処理室１内にプラズマ発生用のガス
が供給される。

【００１０】前記マイクロ波電力供給装置１３より電力
が矩形導波管１２、同軸導波管外部導体１１、耐圧型同
軸導波管外部導体１０を通じて同軸導波モードにより平
面スロットアンテナ２４に供給され、該平面スロットア
ンテナ２４により前記被処理基板３近傍の上方にＥＣＲ
プラズマ放電が発生される。該ＥＣＲプラズマ放電を利
用して被処理基板３のエッチング、ＣＶＤ処理が行われ
る。

【００１１】図４は従来の他のマイクロ波放電装置を示
している。

【００１２】尚、図４中、図３中で示したものと同一の
ものには同符号を付しその説明を省略する。

【００１３】該従来例では図３中で示した耐圧型同軸導
波管外部導体１０と同軸導波管外部導体１１との接続構
造、耐圧型同軸導波管外部導体１０と同軸導波管外部導
体１１との境界部に導波管内真空隔壁１５を設ける構造
を改良したものである。

【００１４】即ち、耐圧型同軸導波管外部導体２０を前
記矩形導波管１２の連結箇所迄延出させ、前記耐圧型同
軸導波管外部導体２０の上端に真空耐圧型矩形導波管２
１を設け、該真空耐圧型矩形導波管２１を介して矩形導
波管１２と耐圧型同軸導波管外部導体２０とを連結し、
該耐圧型同軸導波管外部導体２０内部に軸支承体２２を
介して同軸導波管中心導体９を支持したものであり、真
空耐圧型矩形導波管２１の矩形導波管１２側端にマイク
ロ波電力透過性の導波管内真空隔壁１５を設けたもので
ある。

【００１５】該従来例に於けるプラズマ発生作用は上記
した従来例と同様であるので説明を省略する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図３で示した従来のマ
イクロ波放電装置では、マイクロ波電力を矩形−同軸導
波管変換部１４を介して同軸導波モードにて供給する
が、導波管内部に前記導波管内真空隔壁１５を設ける必
要がある。この隔壁部ではマイクロ波電力の整合が乱れ
易く、プラズマへの有効な電力伝送が難しい。又、同軸
導波管中心導体９の機械的支持の為、前記導波管内真空
隔壁１５の所要の厚みが確保されなければならないが、
導波管内真空隔壁１５の厚みが厚いと導波管内真空隔壁
１５でのマイクロ波電力の吸収損失が増え発熱がある。
従って、導波管内真空隔壁１５の過熱を防止する為、冷
却が必要となり、構造が極めて複雑になる。更に、前記
導波管内真空隔壁１５を気密に取付ける場合は、ロウ付
けが実際的であるが、高コストであり、且発熱に対する
信頼性が低い等の問題があった。

【００１７】又、図４で示した従来のマイクロ波放電装
置では、導波管内真空隔壁１５が同軸導波管部ではな
く、矩形導波管部に設けられている。この場合、導波管
内真空隔壁１５が単板状で真空気密シールが容易となる
が、真空処理室１から矩形−同軸導波管変換部１４迄を
耐圧構造の耐圧型同軸導波管外部導体２０と真空耐圧型
矩形導波管２１としなければならず、重量がかさみ装置
構成が複雑になる。

【００１８】又、耐圧型同軸導波管外部導体２０内に配
設される同軸導波管中心導体９を支持する為、前記軸支
承体２２が必要となり、耐圧型同軸導波管外部導体２０
内が完全な均質材料で構成することができなくなり、マ
イクロ波電力を整合よく伝送出来ないという問題があっ
た。

【００１９】従って、上記した従来のマイクロ波放電装
置では大面積の平面スロットアンテナ２４に対し、マイ
クロ波電力供給装置から導波管を通して損失を抑え、効
率よく電力を伝送し、安定にプラズマを発生させること
が困難であった。

【００２０】本発明は斯かる実情に鑑み、平面スロット
アンテナに対して矩形導波管を介してマイクロ波電力供
給装置より供給される電力を、整合よく安定に供給し、
効率良くＥＣＲ共鳴プラズマの形成ができ、而もアンテ
ナ自体の機械的強度を充分に確保できるマイクロ波放電
装置を提供しようとするものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波電
力供給装置に接続された矩形導波管の末端部が平面的に
拡大され、狭間隔の平板で挾まれた平板構造となってお
り、この一方の平板面に所定の長さと幅のスロットを設
け、対向する平板には導波路の裏面に永久磁石を配置し
た平面スロットアンテナ構造とし、該平面スロットアン
テナに前記導波管を介してマイクロ波電力供給装置を接
続したことを特徴とするものである。

【００２２】

【作用】平面スロットアンテナに導波管を介して矩形導
波モード、円形導波モードのいずれかでマイクロ波電力
が供給され、平面スロットアンテナに隣接する空間にプ
ラズマが成形され、又該プラズマにマイクロ波電力が供
給される。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の一実施例を
説明する。

【００２４】図１に於いて第１の実施例を説明する。
尚、図１中、図３中で示したものと同様の機能を有する
ものには同符号を付し、その説明を省略してある。

【００２５】前記マイクロ波電力供給装置１３はＬ字状
に延びる矩形導波管１２、真空耐圧型矩形導波管２６を
介して平面スロットアンテナ２４に接続され、前記矩形
導波管１２のコーナ部にはコーナ導波管２５が設けられ
ている。前記真空耐圧型矩形導波管２６の上端、前記矩
形導波管１２との境界部には、導波管内真空隔壁１５が
設けられている。又、前記真空耐圧型矩形導波管２６に
は平面スロットアンテナ２４へのマイクロ波電力供給の
整合を調整する為のスタブチューナ１６が設けられてい
る。

【００２６】該スタブチューナ１６は前記導波管内真空
隔壁１５から平面スロットアンテナ２４迄の間に一般的
なスタブチューナを設ければよく、マイクロ波電力の整
合を容易に調整することができる。而して、導波路内に
ある前記導波管内真空隔壁１５は、スタブチューナによ
る電力整合区域外にあるので、導波管内に発生する定在
波によって導波管内真空隔壁１５にマイクロ波が集中
し、発熱を起こす虞れが少なくなる。

【００２７】前記永久磁石板４に対峙して設けられた基
板電極２には基板電極用電源２３が接続され、該基板電
極用電源２３により基板電極２に前記スロットアンテナ
２４とは独立して交流電力を印加して、基板電極２表面
に自己バイアス電圧を発生させる。

【００２８】前記平面スロットアンテナ２４のアンテナ
平板６に設けるスロットパターンは伝播するマイクロ波
電力の輻射効率を考慮して配置するが、実際には矩形或
は円形導波管から平面スロットアンテナ２４に入射する
際の伝播状態の変化に応じて実験的に求める。

【００２９】但し、平面スロットアンテナ２４近傍でＥ
ＣＲ条件を満たす磁場を与える為、スロット位置で定ま
る所定の位置に前記永久磁石４の磁極を設定できること
が必要である。この為、前記永久磁石板４が平板状の大
型磁石では、所要の磁界を形成するのが困難であり、そ
れに代え、例えばアンテナ平板６のスロット近傍の共鳴
磁界形成に必要な対向電極平板５の相当した位置に、例
えば円柱状の小型磁石を多数配置して構成する。

【００３０】又、スロットパターンの配置は、大面積で
均一にプラズマ放電を形成する為、アンテナ平板６の中
心部の配置密度は外周部より低くし、アンテナ近傍の面
内プラズマ密度が均一となる様にする。

【００３１】前記平面スロットアンテナ２４への電力供
給は、前記マイクロ波電力供給装置１３より矩形導波管
１２、コーナ導波管２５、真空耐圧型矩形導波管２６を
通じて矩形導波モード、又は円形導波モードで行われ
る。前記平面スロットアンテナ２４により前記被処理基
板３近傍の上方にＥＣＲプラズマ放電が発生される。該
ＥＣＲプラズマ放電を利用して被処理基板３のエッチン
グ、ＣＶＤ処理が行われる。

【００３２】更に、基板電極２に前記基板電極用電源２
３より平面スロットアンテナ２４とは独立して交流電力
を印加して、電極表面に自己バイアス電圧を発生させて
プラズマ処理を行うことができる。具体的には特にドラ
イエッチング加工に於いて、５００KHz から２０MHz の
間の適切な周波数及び交流電力を自己バイアス源として
印加し、被処理基板３への入射イオンの加速効果を図
り、エッチング速度、異方加工性にすぐれた加工特性の
向上、効果を期待できる。

【００３３】前記平面スロットアンテナ２４への電力供
給は矩形導波モードでマイクロ電力の供給を行うこと
で、前記導波管内真空隔壁１５に於ける導波管前後の空
隙域と誘電率変化に起因するマイクロ波電力の不整合を
回避でき、プラズマへの有効な電力伝送が実施できる。
又、前記導波管内真空隔壁１５は同軸導波管中心導体９
の貫通しない単純な単板構造であるので、マイクロ波電
力の吸収による発熱に対し、真空リークを起こし難く信
頼性の高い堅牢な構造とすることができる。

【００３４】更に、前記平面スロットアンテナ２４への
マイクロ波電力の波形については通常使用する単一振幅
の連続に加え、波形を振幅変調して印加してもよい。

【００３５】前記したアンテナ平板６の中心部の配置密
度を外周部より低くし、アンテナ近傍の面内プラズマ密
度が均一となる様にしたスロットパターンの配置に於い
て、中央部のスロットで効率良くプラズマ放電を着火す
る為、例えば入射電力を振幅変調することが望ましい。
このとき、平均電力が同じである単一振幅波の印加時と
比較すると、マイクロ波電源、導波管の許容電力容量を
増さずに、変調波の尖頭高電力に依って瞬間的に、より
高電子温度のプラズマを生成できる為、アンテナ平板６
中央部での放電によるプラズマ放電維持効果が向上し、
大面積プラズマの形成がより安定に行える。

【００３６】図２に於いて、第２の実施例を説明する。

【００３７】図２中、図１中で示したものと同一のもの
には同符号を付してある。

【００３８】本実施例では真空耐圧型矩形導波管２６の
下端に矩形−円形導波管変換部２７を介して真空耐圧型
円形導波管２８を設け、該真空耐圧型円形導波管２８を
前記真空処理室１に接続したものである。

【００３９】而して、平面スロットアンテナへの電力供
給は、マイクロ波電力供給装置１３より電力をまず矩形
導波管１２、コーナ導波管２５及び真空耐圧型矩形導波
管２６を通じて供給される。次いで真空耐圧型矩形導波
管２６に接続した矩形−円形導波管変換部２７にて円形
導波モードに変換され真空耐圧型円形導波管２８を経て
平面スロットアンテナにまで電力供給が行われる。

【００４０】本実施例では導波管内真空隔壁１５から平
面スロットアンテナ２４迄は真空耐圧型矩形導波管２６
又は矩形−円形導波管変換部２７、真空耐圧型円形導波
管２８のみで単純な構成で接続でき、重量のかさむ真空
耐圧型導波路を最少限のコンパクトな構造に抑えること
ができる。

【００４１】本実施例に於いても、前記平面スロットア
ンテナ２４への電力供給は円形導波モードでマイクロ電
力の供給を行うことで、前記導波管内真空隔壁１５に於
ける導波管前後の空隙域と誘電率変化に起因するマイク
ロ波電力の不整合を回避でき、プラズマへの有効な電力
伝送が実施できる。

【００４２】尚、上記実施例に於いて、矩形及び円形導
波管の導波管路断面寸法を適当に選択し任意の伝播モー
ドでアンテナに電力を伝送可能である。伝播モードにつ
いてはＴＥ及びＴＭの各モードが利用可能であるが、ア
ンテナ平板６上での輻射電界を均一なプラズマ放電を発
生できる様制御する必要がある為、適したモードの選択
を行う。例えば円形導波管を用いた場合は、ＴＥ０１モ
ードを用いると円形導波路の中心より径方向に比較的平
坦にひろがった均一なプラズマ密度分布を得ることがで
き、アンテナの口径を有効に利用した大面積プラズマを
形成する為に有利である。

【００４３】更に、導波管内真空隔壁１５から平面スロ
ットアンテナ２４迄は導波管を介して管内空隙をすべて
マイクロ波透過性の絶縁性材料で充填してもよい。管内
の充填によりマイクロ波電力の透過損失が多少生ずる
が、一方、アンテナ平板６近傍の導波路内での異常放電
及びプラズマ接触を防ぎ、プラズマ発生の安定性を向上
する効果がある。充填材料としては、石英、フッ素樹
脂、アルミナ等のマイクロ波領域での低損失材料が適し
ている。

【００４４】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、マイク
ロ波電力の平面スロットアンテナへの給電を整合よく実
施でき、プラズマへの有効な電力伝送を行え、且導波管
内真空隔壁が単純な単板構造であり、長期に亘り真空リ
ークを起こしにくいので、効率の向上、信頼性の向上を
図り得、又真空隔壁から平面スロットアンテナ迄単純な
構成とすることができ、重量のかさむ耐圧型導波路を最
少限に抑えた簡潔な構造とすることができ、大面積のマ
イクロ波放電を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【図３】従来例を示す説明図である。

【図４】他の従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

２ 基板電極 ４ 永久磁石板 ５ 対向電極平板 ６ アンテナ平板 １３ マイクロ波電力供給装置 １５ 導波管内真空隔壁 １６ スタブチューナ ２３ 基板電極用電源 ２４ 平面スロットアンテナ ２５ コーナ導波管 ２６ 真空耐圧型矩形導波管 ２７ 矩形−円形導波管変換部 ２８ 真空耐圧型円形導波管

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ波電力供給装置に接続された矩
   形導波管の末端部が平面的に拡大され、狭間隔の平板で
   挾まれた平板構造となっており、この一方の平板面に所
   定の長さと幅のスロットを設け、対向する平板には導波
   路の裏面に永久磁石を配置した平面スロットアンテナ構
   造とし、該平面スロットアンテナに前記矩形導波管を介
   してマイクロ波電力供給装置を接続したことを特徴とす
   るマイクロ波放電装置。
2. 【請求項２】 マイクロ波電力供給装置に接続された矩
   形同波管を変換器によって円形導波管に変換した後、円
   形導波管の末端部が平面的に拡大され、狭間隔の平板で
   挾まれた平板構造となっていることを特徴とする請求項
   １のマイクロ波放電装置。
3. 【請求項３】 平面スロットアンテナと接続する導波管
   内の空間に、マイクロ波電力透過性の真空隔壁を設け、
   隔壁と平面スロットアンテナの間を真空減圧状態とした
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のマイクロ波放
   電装置。
4. 【請求項４】 平面スロットアンテナと接続した導波管
   内に設けたマイクロ波電力透過性の真空隔壁と平面スロ
   ットアンテナとの間にスタブチューナを設け、入射する
   マイクロ波電力の整合を行うことを特徴とする請求項１
   又は請求項２のマイクロ波放電装置。
5. 【請求項５】 平面スロットアンテナ内の空間、真空隔
   壁で仕切られた平面スロットアンテナ側の空間をマイク
   ロ波透過性の絶縁性材料で充填したことを特徴とする請
   求項１又は請求項２のマイクロ波放電装置。
6. 【請求項６】 アンテナ平板に対向する、対向電極平板
   の裏面に設置する永久磁石を円柱状磁石の集合体で構成
   したことを特徴とする請求項１又は請求項２のマイクロ
   波放電装置。
7. 【請求項７】 平面スロットアンテナに導波管を介して
   マイクロ波電力を供給してＥＣＲ放電させるマイクロ波
   放電方法に於いて、マイクロ波電力供給を矩形導波モー
   ド、円形導波モードのいずれかとしたことを特徴とする
   マイクロ波放電方法。
8. 【請求項８】 マイクロ波電力供給モードが矩形導波モ
   ードであり、更にＴＥ１０又はＴＭ１１である請求項７
   のマイクロ波放電方法。
9. 【請求項９】 マイクロ波電力供給モードが円形導波モ
   ードであり、更にＴＥ１１、ＴＭ０１又はＴＥ０１であ
   る請求項７のマイクロ波放電方法。
10. 【請求項１０】 平面スロットアンテナに導波管を介し
    て供給するマイクロ波電力の波形を、振幅変調して印加
    する請求項７のマイクロ波放電方法。
11. 【請求項１１】 平面スロットアンテナに対向する位置
    に配設した基板電極に、前記平面スロットアンテナとは
    独立して、周波数が５００KHz 以上２０MHz以下の交流
    電力を印加して、基板電極に自己バイアス電圧を発生さ
    せてプラズマ処理を行う請求項７のマイクロ波放電方
    法。