JPH09134797A

JPH09134797A - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH09134797A
Application number: JP8242909A
Authority: JP
Inventors: Hisao Yasunami; 久夫安並; Yoshifumi Ogawa; 芳文小川; Tetsunori Kaji; 哲徳加治; Naoyuki Tamura; 直行田村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 1997-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】低次モードのマイクロ波をプラズマ処理室に導
入し、且つ、プラズマ等によって反射されたマイクロ波
を導波管内に伝搬させることにより、高密度なプラズマ
を均一に生成を可能にする。【構成】マグネトロン１によって発生されたマイクロ波
は、マグネトロン１に接続された矩形導波管２、変換導
波管３、円形導波管４、円形導波管５に設けられ、且
つ、低次モードのマイクロ波しか通過しない大きさに制
限されている金属製円筒６を介して、導波管下部にある
放電管８と処理室１２とで構成された真空処理室にに導
入され、円形導波管５の外周に設けられたコイル７と、
処理室１２に接続されたガス供給ノズル９より供給され
た処理ガスとにより、放電管８内に高密度で均一なプラ
ズマを発生させ、処理室１２に設けられた試料台１１に
配置してある試料１０を均一にプラズマ処理することが
できる。【効果】上記構成により高密度なプラズマを均一に生成
することができる。

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プラズマ処理
装置に係わり、特に半導体デバイスや光学用部品等を製
造するのに好適なマイクロ波プラズマ処理装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置は、例えば実開平２−６７６
３７号公報に記載のように導波管内に、試料の最大寸法
より大きな金属製の筒を設け、該筒と導波管を金属材料
の仕切板で、マイクロ波の伝播方向に対して、垂直な面
内で対称性を保つように締結することにより、プラズマ
の均一化を図り、処理の均一性を向上していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、マ
イクロ波のカットオフについて考慮されていなかった。
すなわち、試料よりも大きな金属製の筒となっているの
で、マイクロ波は、様々なモードが自由に混在した状態
で導入され、高密度なプラズマを均一に発生できないと
いう問題があった。

【０００４】本発明の目的は、高密度なプラズマを均一
に発生することのできるマイクロ波プラズマ処理装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】処理ガスが供給され設定
圧力に真空排気されるとともに、内部に試料を配置可能
な試料台を有した、真空処理室と、前記真空室の放電部
を囲む拡大された空間を有し、端部にマイクロ波発生手
段を有した導波管と、前記導波管の拡大された空間内に
設けられ、一端を前記真空処理室の放電部に対向させ、
他端を前記導波管のマイクロ波発生手段側に連結した金
属製の筒から構成することにより、達成される。

【０００６】

【作用】導波管と金属製の筒とを連結し、金属製の筒を
プラズマ発生室に近ずけることにより、該金属製の筒に
対応した試料上の空間に対して、低次モードのマイクロ
波を主に導入することができ、これによって高密度なプ
ラズマを維持させるとともに、反射し金属製の筒を通っ
てマイクロ波源に戻るマイクロ波の量を減じて、放電管
を囲んだ導波管内で伝播させ、広範囲なプラズマ発生に
寄与させ、均一なプラズマを生成させることができる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１により説明する。

【０００８】図１は、本発明のマイクロ波プラズマ処理
装置の構成を示す。マイクロ波発生手段として、マグネ
トロン１が矩形導波管２の一端に固着され、矩形導波管
２の他端より、変換導波管３、円形導波管４、円形導波
管５が接続されている。円形導波管５内には、一端は円
形導波管５に固着され、かつ多端は真空処理室に対向さ
れている金属製円筒６が設けられている。円形導波管５
の外周には、電子エレクトロン共鳴を起こすためのコイ
ル７が設けられている。円形導波管５の下部には放電管
８と、処理ガスの供給するためのガス供給ノズル９と試
料１０を配置可能な試料台１１が設けられた処理室１２
とで構成された真空処理室が設けられている。試料台１
１には、高周波電源１３によりバイアス電圧を印加して
処理を行う。真空処理室内の反応生成物や未反応ガス等
は、図示されていないが、真空排気装置により真空排気
されることにより、真空処理室内の圧力を調整できる。

【０００９】この場合、マグネトロン１は周波数２.４
５ＧＨｚのものであり、矩形導波管２はＴＥ₁₁モードが
伝送できる標準寸法とし、円形導波管４、金属製円筒６
は、マイクロ波の低次モードがカットオフしない（例え
ば、ＴＥ₁₁モードの場合、７２ｍｍ以下でカットオフ）
寸法である９０ｍｍとし、円形導波管５の内径寸法は２
８４ｍｍとした。マイクロ波が透過可能で真空処理室を
形成す放電管８は、石英製（この他に、アルミナ等も使
用できる。）を使用している。また、金属製円筒６の長
さは、変換導波管３の矩形のまがり部分の中心から金属
製円筒６の開放端までの距離を円形導波管４（または、
金属製円筒６）の管内波長（２０３ｍｍ）の約１.５倍
の３０９ｍｍ（但、金属製円筒６のみの長さは、１０３
ｍｍ）としている。

【００１０】次に、上記のように構成した装置の動作に
ついて以下説明する。マグネトロン１により発生された
マイクロ波は、矩形導波管２、変換導波管３、円形導波
管４、円形導波管５の中の金属製円筒６により放電管８
に導入される。ガス供給ノズル９により供給された処理
ガスと、マイクロ波による電界と、コイル７により生じ
た磁界との相互作用による電子サイクロトロン共鳴によ
りプラズマが発生し、試料台１１上の試料１０にプラズ
マ処理が行われる。

【００１１】上記構成において、ポリシリコンのエッチ
ングを行う試料１０を試料台１１上に置き、処理ガスと
してＣｌ₂ガス２００ｃｃ／ｍｉｎを処理室１２に供給
し、圧力を０.６７Ｐａに保った状態で７００Ｗのマイ
クロ波を印加し、コイル７による電子サイクロトロン共
鳴面（磁束密度が８７.５ｍＴの面を以下、ＥＣＲ面と
する。）を試料１０上、１０４ｍｍの高さにくるように
して、放電管８内にＣｌ₂プラズマを発生させた。この
場合、図２に示すように、試料１０の全面にわたって、
ほぼ均一なエッチング処理速度のエッチング処理が行わ
れた。さらに、プラズマ密度の目安となる基板に印加す
る高周波の電圧の最大値と最小値の電位差として定義す
るＶppも本発明の円筒を用いた場合、従来に比べて低
く、高密度なＣｌ₂プラズマを発生していることがわか
った。

【００１２】これは、金属製円筒６が、特定の低次モー
ドのマイクロ波を通すことにより、高密度なプラズマを
円筒に応じた特定の位置で維持されるとともに、プラズ
マや電極等によって反射したマイクロ波が、金属製円筒
６を通ってマグネトロン１に戻るマイクロ波の量を減じ
て、放電管を囲んだ導波管内で多重反射的に伝播させ、
効率の良いプラズマ発生が行われていると考えられる。
またこの金属製円筒６の長さがプラズマの高密度化に寄
与していると考えられる。

【００１３】これを確認するために、図１の金属製円筒
６の長さｌを変化させて、基板のＲＦバイアスを一定に
保ったまま、放電試験を行ってみた。Ｃｌ₂ガス２００
ｃｃ／ｍｉｎを処理室１２に供給し、圧力を０.６７Ｐ
ａに保った状態で７００Ｗのマイクロ波を印加し、ＥＣ
Ｒ面が試料１０上の１０４ｍｍにもっていき、金属製円
筒の長さｌを変化させて放電させたところ、図３に示す
ように長さｌが約１００ｍｍのときＶppがもっとも低下
しており、この金属性円筒６の長さｌをプラズマの高密
度化のために最適な長さにする必要のあることがわかっ
た。

【００１４】以上、本実施例によれば、金属製円筒６の
長さを約１００ｍｍに設定することにより、高密度で均
一なプラズマが生成され、試料１０の全面にわたって均
一なエッチング処理を行うことができるので、試料に対
して均一に処理することができる効果がある。

【００１５】次に、本発明の他の実施例を図４により説
明する。

【００１６】図４において、図１と同符号は同一部材を
示し、本図が図１と異なる点は放電管８を台形状にし
て、試料１０に対して、マイクロ波導入となる部分を平
行にした放電管８ｂを用いている点である。

【００１７】また、本発明の他の実施例を図５により説
明する。

【００１８】図５において、図１と同符号は同一部材を
示し、本図が図１と異なる点は、放電管部を円形導波管
１４と加工の容易な円板状の放電管８ｃにより構成され
ている点である。

【００１９】図４の実施例、図５の実施例とも、放電管
の形状が変化してもマイクロ波の導入方法としては基本
的には変わらないので、同等の高密度で均一なプラズマ
を発生し、試料に対して均一な処理ができる。

【００２０】尚、上記これらの実施例は円筒と円形導波
管で示したが、矩形の筒と円形導波管、矩形の筒と矩形
導波管、あるいは円筒と矩形導波管の組み合わせであっ
ても差し支えないことは言うまでもない。

【００２１】またマイクロ波の波長も２.４５ＧＨｚに
限らず、他の周波数でも、それぞれの波長に合わせて管
径等を最適化すれば、本発明の主たる構造において何ら
かわるところはない。

【００２２】

【発明の効果】本発明よれば、導波管と金属製の筒とを
連結し、金属製の筒をプラズマ発生室に近ずけることに
より、試料上の空間に低次モードのマイクロ波を導入す
ることにより高密度なプラズマが発生し、且つ、プラズ
マによって反射されたマイクロ波が金属製の筒を通って
マイクロ波源に戻る量を減じて放電管内に伝搬させ、広
範囲なプラズマ発生に寄与させ均一なプラズマが生成で
きるので、プラズマ処理の生産性を向上できる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるマイクロ波プラズマ処
理装置を示す概略図である。

【図２】図１の装置によるエッチング状態を示した特性
図である。

【図３】本発明の装置における金属製円筒の長さｌとＶ
ppの関係を示した特性図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すマイクロ波プラズマ
処理装置の部分概略図である。

【図５】本発明の他の実施例を示すマイクロ波プラズマ
処理装置の部分概略図である。

【符号の説明】

１…マグネトロン，２…矩形導波管，３…変換導波管，
４…円形導波管，５…円形導波管，６…金属製円筒，８
…放電管，１１…試料台，１２…試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村直行山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロ波を用いて、プラズマを発生させ
る装置において、プラズマを発生させようとする方向
に、第１の導波管の管端が、空間に開放され、該導波管
を覆って、且つその一端が、該導波管に固着された、第
２の導波管からなる、導波管を有し、第１の導波管の開
放端は、マイクロ波導入窓に対して、適当な空隙を有し
ていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。
【請求項２】マイクロ波を用いて、プラズマを発生させ
る装置において、プラズマを発生させようとする方向
に、第１の導波管の管端が、空間に開放され、該導波管
を覆って、且つその一端が、該導波管に、マイクロ波を
シールドしつつ、摺動できるように係合してなる、導波
管を有することを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装
置。
【請求項３】マイクロ波を用いて、プラズマを発生させ
る装置において、プラズマを発生させようとする方向
に、第１の導波管の管端が、空間に開放され、該導波管
を覆って、且つその一端が、該導波管に、マイクロ波を
シールドしつつ、摺動できるように係合してなる、導波
管を有し、第１の導波管の開放端は、マイクロ波導入窓
に対して、適当な空隙を有していることを特徴とするマ
イクロ波プラズマ処理装置。