JPH0883692A - プラズマ処理装置 - Google Patents

プラズマ処理装置

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JPH0883692A
JPH0883692A JP6217058A JP21705894A JPH0883692A JP H0883692 A JPH0883692 A JP H0883692A JP 6217058 A JP6217058 A JP 6217058A JP 21705894 A JP21705894 A JP 21705894A JP H0883692 A JPH0883692 A JP H0883692A
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勝 嶋田
Toshiro Ono
俊郎 小野
Hiroshi Nishimura
浩志 西村
Seitaro Matsuo
誠太郎 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波導入窓への導電性の膜の付着を防
止させるとともにマイクロ波の反射を減少させ、高密度
のプラズマを安定して生成させる。 【構成】 マイクロ波を2つに分ける分岐回路17を設
け、導波管18,19の一端がマイクロ波を2つに分け
る分岐回路17に連結され、導波管18,19の他端が
マイクロ波導入孔23に連結され、内部でのマイクロ波
の進行方向が外部磁界と垂直となるように配置されたマ
イクロ波導波管を2個設けるとともに分岐回路17から
マイクロ波導入孔23までの各々の距離の和がマイクロ
波管内波長λgの1/2の整数倍になるように設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマ,イオン,ラ
ジカルの発生源として使用されるプラズマ生成装置に適
用されるプラズマ処理装置に係わり、特に薄膜形成,エ
ッチング,クリーニングなどの加工処理を行うプラズマ
処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に高品質な薄膜の形成や極微細,高
精度のエッチングを実現するために電子サイクロトロン
共鳴プラズマ(ECRプラズマ)が利用されている。こ
のECRプラズマは、 低ガス圧(10-2〜10-3Pa)での放電が可能であ
る。 無電極放電のため、反応性ガスも使用が可能である。 適当なイオンエネルギー(10〜30eV)での使用
が可能である。 高密度のプラズマ生成が可能である。 などの優れた特徴を有している。
【0003】しかしながら、薄膜形成を行う場合、マイ
クロ波導入窓がプラズマに直接接触しているため、試料
上に形成される膜と同様の膜がマイクロ波導入窓上に形
成される。このため、導電性膜を試料上に形成する場
合、マイクロ波導入窓にも導電性の膜が付着し、マイク
ロ波がマイクロ波導入窓を透過し難くなり、ECRプラ
ズマが不安定になったり、またはECRプラズマそのも
のが発生しなくなる。
【0004】このような問題を解決するために提案され
たECRプラズマ処理装置を図6に示す。図6におい
て、1は試料室、2は試料、3は試料台、4は通気孔、
5は排気路、6はプラズマ生成室、7はプラズマ引き出
し開口、8はガス導入系、9は環状管、10はガス導入
系、11は冷却管、12は冷却水導入系、13はマイク
ロ波源、14は整合器、15,16は矩形導波管、17
はマイクロ波源13からのマイクロ波を2つに分岐する
E面Y分岐の矩形の分岐導波管である。
【0005】また、18,19は内部でマイクロ波の進
行方向が外部磁界に垂直でマイクロ波電界が外部磁界に
平行になるように配置された矩形導波管であり、この矩
形導波管18,19の一端に真空を維持するための石英
製のマイクロ波導入窓20,21が設けられ、他端は連
結用管22と接続されている。23は連結用管22によ
って矩形導波管18,19に連通されたマイクロ波導入
孔、24はプラズマ生成室6の周囲に設置した磁気コイ
ルである。
【0006】このような構成において、マイクロ波源1
3から発振したマイクロ波は、矩形導波管15,整合器
14および矩形導波管16を通って分岐回路17まで伝
播する。分岐回路17で2つに分けられたマイクロ波
は、矩形導波管により等しい距離を進んだ後、マイクロ
波導入窓20,21を透過し、真空導波管18,19の
接続部に到達する。接続部では、マイクロ波電界は逆位
相となり、打ち消し合い、マイクロ波磁界は同位相とな
り、強め合う。
【0007】この磁界によりマイクロ波が励起されてプ
ラズマ生成室6内に放射される。磁気コイル24によ
り、プラズマ生成室6内にECR条件を満足する磁場
(例えばマイクロ波周波数が2.45GHzのとき、8
75ガウス:以下ECR磁場という)を形成するととも
に、真空導波管18,19内では、ECR磁場より十分
高い磁場を発生させ、同時にプラズマ生成室6内から試
料室1内に向かって磁場強度が適度な勾配で弱くなる発
散磁界を形成する。
【0008】これによってプラズマ生成室6の内部でE
CRプラズマを生成でき、この生成したプラズマは発散
磁界によりプラズマ流として試料2に照射され、薄膜が
形成される。本構成では、プラズマが直接マイクロ波導
入窓20,21と接触することなく、形成されるため、
マイクロ波導入窓20,21上への薄膜の付着を大きく
減少させることができ、安定にプラズマを生成できる。
また、真空導波管18,19内の磁場強度をECR磁場
より高くすることで、マイクロ波の遮断現象やそこでの
マイクロ波のプラズマによる減衰を抑えてプラズマ生成
室6へマイクロ波を高磁界側から導入できる。このた
め、プラズマ生成室6内で高密度のプラズマを安定に生
成することができる。
【0009】しかしながら、前述したプラズマ処理装置
では、真空導波管18,19からマイクロ波がプラズマ
生成室6へ全てが伝播されるわけではなく、ある割合で
真空導波管18から真空導波管19へ、または真空導波
管19から真空導波管18へ通り過ぎるマイクロ波が存
在する。この通り過ぎたマイクロ波は再度分岐回路17
へ到達し、そこで、また、マイクロ波源13へ向かうマ
イクロ波と、真空導波管18,19へ向かうマイクロ波
とに分かれる。このようにして分岐回路17から真空導
波管18および真空導波管19を結ぶループ状の導波管
回路の中では、無数のマイクロ波が重ね合わされ、定在
波が生じる。ただし、マイクロ波導入孔23上では、位
相が180度異なるマイクロ波が重ね合わされるため、
マイクロ波電界の節となる。
【0010】図7は、前述したループ状の導波管回路に
位相測定器を取り付け、位相を測定した例を説明する図
である。図中、横軸はマイクロ波導入孔23の中心、す
なわち図6の点Pからの距離を示している。この測定で
は、マイクロ波パワーが300W,Arガスが流量20
sccmの放電条件の場合に磁気コイル24に流れる電
流を変化させた場合である。図3において、コイル電流
が22A以上では、真空導波管18,19内も全てEC
R条件の磁束密度875ガウスより高い条件となり、プ
ラズマ生成室6内でECRプラズマが生成される。この
場合、位相は一定で560mm付近が常に節となる。
【0011】また、マイクロ波導波管の寸法は、96×
27mmであり、管内波長λgは15.9mmであるか
ら、マイクロ波導入孔23の中心の点Pから3.5λg
の位置に電界の節があることが分かる。したがって、こ
の結果から、マイクロ波導入孔23の直上の中央の位置
点Pも電界の節となることが分かる。また、図3におい
て、コイル電流が16A,17Aでは位相がずれている
が、これは真空導波管18,19内でECR条件の磁場
強度となり、そこでECRによる極めて強いプラズマが
生成され、その位置でマイクロ波が反射されるためであ
る。
【0012】このように構成されたループ状の導波管回
路には、マイクロ波導入孔23の中央の位置で電界の節
となるような定在波が生じ、マイクロ波導入孔23の位
置から磁界励起によりマイクロ波がプラズマ生成室6側
に放出される。このため、プラズマ生成室6側に放出さ
れるマイクロ波のパワーは、定在波の持つエネルギーに
比例する。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では、ループ状の導波管内部の定在波のエネルギー
を十分に高くできず、したがって、プラズマ生成室6側
に放出されるマイクロ波の出力を高くすることができな
かった。このため、高いマイクロ波パワーを投入しても
マイクロ波の反射が大きくなり、密度の高いプラズマを
生成することが困難であった。
【0014】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、マ
イクロ波導入窓への導電性の膜の付着を防止させるとと
もにマイクロ波の反射を減少させ、高密度のプラズマを
安定して生成できるプラズマ処理装置を提供することに
ある。
【0015】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、マイクロ波を2つに分ける分岐回路
を設け、導波管の一端がマイクロ波を2つに分ける分岐
回路に連結され、導波管の他端がマイクロ波導入孔に連
結され、内部でのマイクロ波の進行方向が外部磁界と垂
直となるように配置されたマイクロ波導波管を2個設け
るとともに分岐回路からマイクロ波導入孔までの各々の
距離の和がマイクロ波管内波長λgの1/2の整数倍に
なるように設定するものである。
【0016】
【作用】本発明においては、定在波の位相が揃い、ルー
プ状の導波管内に有効にマイクロ波エネルギーが蓄積さ
れる。
【0017】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は、本発明によるプラズマ処理装置の一
実施例による構成を説明する断面図であり、前述した図
6と同一部分には同一符号を付しその説明は省略する。
図1において、13は2.45GHzのマイクロ波を発
振するマイクロ波源、14はマイクロ波のマッチングを
とるスリースタブナーの整合器、15は導波管、16は
導波管、17はマイクロ波源13からのマイクロ波を2
つに分岐する矩形の分岐導波管でありマイクロ波回路で
はE面Y分岐と称される分岐回路である。この分岐回路
17は、本実施例ではθ=120度の角度で分岐してい
る。勿論、他の角度で分岐しても良い(例えばθ=90
度,θ=150度など)。
【0018】また、図1において、18,19は内部で
マイクロ波の進行方向が外部磁界に垂直でマイクロ波電
界が外部磁界に平行になるように配置された真空導波管
であり、一端に真空を維持するための石英製のマイクロ
波導入窓20,21が設けられ、他端は連結用管22と
接続されている。23は連結用管22によって真空導波
管18,19に連通されたマイクロ波導入孔である。
【0019】また、24はプラズマ生成室6の周りに設
置された磁気コイルであり、この磁気コイル24は上下
に分割され、分割された磁気コイル24間に真空導波管
18,19が設置されている。また、磁気コイル24の
間に真空導波管18,19を通すことにより、マイクロ
波導入窓20,21をプラズマから離れた位置に配置す
ることができ、導電性膜を付着を軽減できる。
【0020】このような構成において、分岐回路17か
ら真空導波管18と真空導波管19とを結ぶループ状の
導波管回路25が形成される。この真空導波管18,1
9の断面寸法は96×27mmであり、2.45GHz
のマイクロ波に対して管内波長λgは15.9cmとな
る。
【0021】図2は、前述したループ状の導波管回路2
5を説明する模式図である。図2(a)において、分岐
回路17の中央の点をQとし、マイクロ波導入孔23の
直上の真空導波管18,19の中央の点をPとし、点Q
から点Pまでの実効距離をdとすると、ループの長さは
2dとなる。ここで、実効距離は、以下のようにして決
定する。すなわち、導波管が真っ直ぐな部分では中心軸
上の距離を実効距離とし、また、EコーナーもしくはH
コーナーのように導波管が曲がっている場合には、図3
に示すように内側のコーナーの頂点(点A)を中心に導
波管の幅αの1/2の半径の円弧の長さを実効距離(一
点破線で示す)とする。
【0022】また、図2(a)において、点Pに到達す
るマイクロ波電界の位相は、真空導波管18側から真空
導波管19側からとでは位相が180度異なっており、
点Pでの定在波の電界強度は常に零であるため、図2
(b)に示すように点Pを両側の反射端とする直方体の
導波管とみなすことができる。したがってループ状の導
波管回路25の長さ2dを管内波長の2分の1の整数倍
とすれば、共振器構成とすることができる。このような
構成により、ループ状の導波管回路25内に高いエネル
ギーを持つ定在波を形成できる。本実施例では、ループ
の長さ2dを246cm、すなわち15.5λgとして
いる。
【0023】このように構成されたプラズマ処理装置に
おいて、マイクロ波源13から発振したマイクロ波は、
矩形導波管15,整合器14および矩形導波管16を通
って分岐回路17まで伝播する。この分岐回路17に到
達したマイクロ波は2つに分けられ、分けられたマイク
ロ波は、矩形導波管により等しい距離を進んだ後、マイ
クロ波導入窓20,21を透過し、真空導波管18,1
9の接続部の点Pに到達する。このP点では、真空導波
管18からのマイクロ波と、真空導波管19からのマイ
クロ波との電界の位相が180度異なっているため、打
ち消し合い、点Pでは、マイクロ波電界の強度は極めて
弱くなる。一方、磁界は点Pで同位相となるため、強い
磁界が存在し、この磁界によりマイクロ波が励起されて
連結用管22内に放射され、さらにマイクロ波導入孔2
3を介してプラズマ生成室6内に放射される。
【0024】さらにある割合で真空導波管18から真空
導波管19へ、または真空導波管19から真空導波管1
8へ通り過ぎたマイクロ波は、再度分岐回路17へ到達
し、そこで、またマイクロ波源13へ向かうマイクロ波
と、真空導波管18,19へ向かうマイクロ波とに分か
れる。このようにして分岐回路17から真空導波管18
と真空導波管19とを結ぶループ状の導波管回路25の
中では、無数のマイクロ波が重ね合わされ、定在波が生
じる。本構成では、ループ状の導波管回路25の実効的
長さを管内波長の2分の1の整数倍にしているため、共
振器構成とみなすことができ、高いエネルギーの定在波
を形成できる。プラズマ生成室6内に放射されるマイク
ロ波は、定在波のエネルギーに比例するため、高い出力
を放射することができる。
【0025】また、磁気コイル24は、プラズマ生成室
6内にECR磁場を形成するとともに、真空導波管1
8,19では、ECR磁場より十分高い磁場を生成させ
る。これによってプラズマ生成室6の内部でECRプラ
ズマを生成できる。このようにして生成したプラズマ
は、発散磁界によりプラズマ流として試料2に照射さ
れ、薄膜が形成される。本構成では、プラズマが直接マ
イクロ波導入窓20,21と接触することなく、形成さ
れるため、マイクロ波導入窓20,21上への薄膜の付
着を減少させることができ、安定にプラズマを生成でき
る。
【0026】図4は、ループ状の導波管回路25の実効
的な長さ2dを変化させた場合のイオン電流密度のパワ
ー依存性を示したものである。図4において、実効的な
長さ2dが15.6λg,15.7λgの場合、マイク
ロ波パワーに対してイオン電流密度は飽和または減少す
る。これに対して実効的な長さ2dが15.5λg、す
なわち管内波長の2分の1の整数倍の場合、マイクロ波
パワーの増加に対してイオン電流密度の増加し、高い値
が得られる。
【0027】図5は、ループ状の導波管回路25の実効
的な長さ2dを変化させた場合のマイクロ波の反射特性
を示したものである。図5において、実効的な長さ2d
が15.6λg,15.7λgでは、反射パワーが入射
パワーの増加に対して単調に増加するのに対して15.
5λgの場合、高パワーまでほとんど0となり、有効に
マイクロ波パワーがプラズマ生成に使われていることが
分かる。
【0028】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
定在波の位相が揃い、ループ状の導波管内に有効にマイ
クロ波エネルギーが蓄積されるため、マイクロ波の反射
が減少するとともに、高パワーのマイクロ波がプラズマ
生成室内に伝播し、高密度のプラズマが生成できるとい
う極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるプラズマ処理装置の一実施例に
よる構成を示す断面図である。
【図2】 本発明によるプラズマ処理装置のループ状導
波管回路を説明する模式図である。
【図3】 導波管のEコーナーの実効距離の算出方法を
説明する斜視図である。
【図4】 本発明によるプラズマ処理装置のイオン電流
密度のパワー依存性を示す図である。
【図5】 本発明によるプラズマ処理装置のマイクロ波
の反射特性を示す図である。
【図6】 従来のプラズマ処理装置の構成を示す断面図
である。
【図7】 プラズマ処理装置のループ状導波管回路内の
マイクロ波の定在波の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
1…試料室、2…試料、3…試料台、4…通気孔、5…
排気路、6…プラズマ生成室、7…プラズマ引き出し開
口、8…ガス導入系、9…環状管、10…ガス導入系、
11…冷却管、12…冷却水導入系、13…マイクロ波
源、14…整合器、15…導波管、16…導波管、17
…分岐回路、18…真空導波管、19…真空導波管、2
0…マイクロ波導入窓、21…マイクロ波導入窓、22
…連結管、23…マイクロ波導入窓、24…磁気コイ
ル、25…ループ状導波管回路。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/285 C 21/3065 21/31 C (72)発明者 松尾 誠太郎 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波導入孔を有するプラズマ生成
    室に外部磁界を印加した状態でマイクロ波が誘電体窓を
    通って導波管を介して前記プラズマ生成室に供給され、
    このプラズマ生成室内の原料ガスを電子サイクロトロン
    共鳴によりプラズマ化するプラズマ処理装置において、 前記導波管の一端が前記マイクロ波を2つに分ける分岐
    回路に連結され、前記導波管の他端が前記マイクロ波導
    入孔に連結され、内部でのマイクロ波の進行方向が外部
    磁界と垂直となるように配置されたマイクロ波導波管を
    2個設けるとともに前記分岐回路からマイクロ波導入孔
    までの各々の距離の和がマイクロ波管内波長λgの1/
    2の整数倍になるように設定されたことを特徴とするプ
    ラズマ処理装置。
JP06217058A 1994-09-12 1994-09-12 プラズマ処理装置 Expired - Lifetime JP3136386B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270013A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> プラズマ処理装置
CN116390320A (zh) * 2023-05-30 2023-07-04 安徽农业大学 一种电子回旋共振放电装置及应用

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JP2008270013A (ja) * 2007-04-23 2008-11-06 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> プラズマ処理装置
CN116390320A (zh) * 2023-05-30 2023-07-04 安徽农业大学 一种电子回旋共振放电装置及应用

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