JPS62261125A - 乾式薄膜加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明は、マイクロ波プラズマを利用したドライエツチ
ング及びＣＶ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｕｒ
　Ｌ）ｅｐｏｓｉｔｉｏｎガス状物質が反応して基板上
に固体を析出する反応）による成膜が可能な乾式薄膜加
工装置であって、マイクロ波を発生する手段と、このマ
イクロ波を伝達する手段と、このマイクロ波伝瑳＋或と
結合されて前記マイクロ波が導入されるとともにガス供
給手段を介して送入されたガスをこのマイクロ波との共
鳴効果によりプラズマ化して活性な原子１分子またはイ
オンを生ずる磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備え
かつ軸線が該ソレノイドが生ずる磁力線束の中心軸と一
致する開口を前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有
するプラズマ生成室と、このプラズマ生成室と前記開口
を介して結合され該開口から前記磁力線束に沿って流出
する前記活性な原子２分子才たはイオンにより表面にエ
ツチングが施されまたは薄膜が生成される基板が前記磁
力線束の中心軸と垂直に交差して配される処理室と、前
記プラズマ生成室と処理室との排気を行なう排気手段と
を備えたものに関する。

〔従来技術とその問題点〕

近年、プラズマを用いた乾式薄膜加工装置がよく使用さ
れるようになってきた。その中で、　ＥＣ几（Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　
）　　を用いてプラズマを発生させる薄膜加工装置が最
近注目されてきている。このＥＣ几装置においては、マ
イクロ波と磁場とにより電子の運動を励起し、そのマイ
クロ波の周波数と磁束密度とを過当に適訳することによ
り電子の運動を共鳴状態にして、プラズマ生成室内に導
入されたガスを効率よくプラズマにしようとするもので
ある。発生したプラズマは、プラズマが磁力線に沿って
磁場の発散方向すなわち磁力線の密度が疎となる方向に
移動する性質から、共鳴磁場を発生させる励磁用ソレノ
イドの基板側に生ずる発散磁場により、被加工基板上ま
で移送される。ここで、ＥＣＲ条件を与える磁束密度は
、マイクロ波の周波数として工業用に認められている周
波数２．４５ｏＨ塔用いると、８．７５Ｘ１０”Ｔとな
る。従って、励磁用ソレノイドは、この磁束密度となる
磁場をプラズマ生成室内ｌこ発生させることが可能でな
ければならず、ソレノイドの形状やソレノイドとプラズ
マ生成室との相対位６などに制約ヲ生ずる。このため、
ソレノイドの基板側先故磁場によって基板表面に生ずる
磁力線の方向はおのずから定まり、かつこの磁力線はら
っは状に広がることから、基板表面に均一な加工面を得
ようとすると基板の大きさが装置の大きさに比べて大き
くとれないという問題がある。第３図に従来装置の構成
例を示す。図において６が筒状のプラズマ生成室３を取
り囲んで該室と同軸に配された励磁用ソレノイドであり
、この励磁用ソレノイドがプラズマ生成室３内に生ずる
磁場と、図示されないマイクロ波発生手段であるマグネ
トロンからマイクロ波伝達手段である導波管１内を伝わ
り真空窓２を介してプラズマ生成室３内へ導入されたマ
イクロ波とにより電子の運動が共鳴状態となり、ガス供
給管路４を介してプラズマ生成室３内へ送入されたガス
がプラズマ化されて活性な原子８分子才たはイオンを生
ずると、この活性な原子１分子またはイオンからなるプ
ラズマは、プラズマ生成室の開ロアから磁力線に沿って
処理室９内に設置された基板１１の方向へ移動する。こ
の磁力線は開ロアから基板方向へらっは状に単調に広が
っているから、基板表面に均一な加工面を得ようとする
と、磁力線の広がりが小さい中央部のみを利用する必要
があり、このため所定の大きさの基板を均一に加工しよ
うとするとソレノイドの直径がかなり大となり、たとえ
ば直径１Ｏｃｒｒ１の基板を加工するのにソレノイドを
含む装置全体の直径が５０の程度の装置を必要とする。

また基板表面の均一性の条件を緩オロしてより大きい基
板を加工しようとすれば、プラズマが水平方向の運動量
をもつために、基板が接地電位にあるときは、エツチン
グ時にサイドエッチなどが生じ、加工の質がさらに低下
する。、このように従来の構成による装置では加工の質
を保ちながら基板の大きさを大きくすることは装置を大
きくしない限り不可能であるという問題があった。

〔発明の目的〕

この発明は前記従来の問題を解決し、従来のものと同じ
程度の大きさの装置で加工の質を洛すことなくより大き
な基板を加工することが可能な装置、あるいは同じ大き
さの被加工基板に対し従来のものよりも小さな装置で従
来のものと同等の質ｐ加工が可能な装置を提供すること
を目的とする。

〔発明の要点〕

この発明は、プラズマが磁力線に沿って移送されること
に着目し、この磁力線が基板位置でできるだけ広い範囲
にわたり均一にかつ基板表面に垂直に入射するよう、プ
ラズマ生成室開口から基板側へ向かって広がって行く磁
力線をこの開口出口側でさらに広げるための磁場発散用
ソレノイドと、この広げられた磁力線を基板表面位置で
該表面に垂直な方向となるように変形させる磁場収束用
ソレノイドとを処理室の外周側に配し、プラズマ生成室
開口出口から基板方向へ向かって広がる磁力線を、開口
出口近傍において、この開口出口側をとり囲む前記磁場
発散用ソレノイドにより前記磁力線と反対方向の磁場を
発生させて強く湾曲させ、これにより大きく広がった磁
力線を、はぼ基板位置において処理室をとり囲む前記磁
場収束用ソレノイドにより磁力線と同方向の磁場を発生
させて基板位置で基板表面に垂直に交差させるようにし
て前記の目的を達成するとともに、基板の大きさに応じ
て前記磁場発散用ソレノイドならびに磁場収束用ソレノ
イドに流すｔｉを適当に調節することにより、基板表面
に垂直かつ均一に分布する磁力線の広がりを制御して、
プラズマを有効に利用しつる効果を併せて得ようとする
ものである。

〔発明の実施例〕

本発明に基づいて構成される乾式薄膜加工装置の一実施
例を第１図に示す。この実施例は、従来装置における処
理室を軸方向にやや長めに形成し、この処理室】９の外
周側でプラズマ生成室３の開ロアの出口側をとり囲む位
置に磁場発散用ソレノイド６１を配するとともに、はぼ
基板をとり囲む位１ｆＪこ磁場収束用ソレノイド６２を
配したものである。これら２つのソレノイドのうち、磁
場発散用ソレノイド６１には、励磁用ソレノイド６によ
って生じた磁力線と反対方向の出湯を発生させ、開ロア
の出口から基板方向へ徐々に広がる前記磁力線を開口出
口近傍で強く外方へ鉤曲させて大きく広げ、この大きく
広げられた磁力線に対して磁場収束用ソレノイド６２に
より該磁力線と同方向に生ずる出湯を作用させることに
より、基板１１１の位置で基板表面に垂直かつ均一に交
差する、広がりの大きい磁力線を得るものである。この
実施例の場合、従来のものと同じ大きさの装置により、
直径２５ｃｆ１１の基板を加工することができ、従来装
置において加工可能な直径１０画の実に２．５倍もの大
きな基板の加工ができることになる。

第２図に従来装置との比較を示す別の実施例を示す。こ
の実施例は、従来装置と同等の機能が、従来の約ｌ／２
の直径のプラズマ生成室を有する装置により可能である
ことを示す。プラズマ生成室３１はマイクロ波共振器と
して構成されるため、その寸法は共振条件により決瀘さ
れろ。プラズマ生成室が円筒型共伽器の場合の寸法は、
共振モード、マイクロ波の周波数を一定のものとすると
、直径りと長さｔ、！：の間に逆の相関があり、直伊か
細くなれば長さが長くなる。一方、この共振器の外側に
配置される励磁用ソレノイド６の彫状は、ソレノイドの
内側に生ずるＳ場の均一性やソレノイドを離れた位置で
の磁場の発散性を得るためには、ある程度＃Ｉ長い万が
有利である。よって、抜加工基板の大きさの上限がさほ
ど大きぐない場合には、プラズマ生成室もこの上限に対
応して細長く形成する方がよい。第２図の実施例はこの
ようにして形成された装置を示すものであるが、この中
で励磁用ソレノイド６の大きさすなわちソレノイドの巻
線部分の縦断面積は、ＥＣＩＬに必要な磁束密度が一定
であることからさほど小さくすることはできない。しか
しプラズマ生成室の直径は従来装置の約１／２になって
いるため、装置の外径としては約３／４ｔで小型化する
ことができる１、また、励磁用ソレノイドに流す電流に
よる電力消費はソレノイドの直流抵抗によって生ずるも
のであるが、前述のように、ソレノイドはプラズマ生成
室の直径に対応して細長く形成されており、その巻線部
分の平均直径は従来装置のものと比較して小さく、直流
抵抗値は従来の約７５傷となる。

また、プラズマ生成室の直径が小さく、ソレノイドが細
く形成されていることによる平均磁路長の追動により、
プラズマ生成室内に同一磁束密度を生するためのソレノ
イド電流の大きさか便米装置の約８０チですむことから
、ソレノイドの消費電力は従来装置の約（０，７５）　
−（０，８）　＝０．４８倍すなわち５０％ですむこと
になる。一方、本発明によって増加する電力消費は、磁
場発散用ソレノイドおよび磁場収束用ソレノイドによっ
て生ずるが、この増加量は両ソレノイド分を合わせても
励磁用ソレノイドの約２〜３割に過ぎないから、全体の
電力消費量すなわち運転コストも低下することになる。

なお、基板表面に垂直な磁力線を得る方法は、本発明に
おける磁場発散用ソレノイドを用いることなく、磁場収
束用ソレノイドのみによっても不可能ではない。しかし
、励磁用ソレノイド６によって生ずる磁力線のプラズマ
生成室開口出口からの広がり方は徐々であって、第１図
と第３図との比較からも分るように、基板位置において
十分な広がりを示さす、また、十分な広がりを得るため
に励磁用ソレノイドを軸方向に移動したり、励磁用ソレ
ノイドに流す電流を小さくして磁場を弱めたりすれば、
こんどはプラズマ生成室におけるＥＣ几条件が損われる
ことになる。従って磁場収束用ソレノイドのみによって
基板位置で基板表面に垂直かつ均一にしてしかも広がり
の大きい磁力線を得ることは、装置を大きくしないかぎ
りかなり困難である。一方、本発明では磁場発散用ソレ
ノイドを用いるから、励磁用ソレノイドがソレノイドの
形状、プラズマ生成室との相対位置など、どのような制
約条件のもとに形成されかつ配置されていても、この制
約条件には関係なく磁力線に対して所望の広がりを与え
ることが可能である。

また、本発明に基づく装置構成によれば、磁場発散用ソ
レノイドと磁場収束用ソレノイドとに流す電流をそれぞ
れ適当に調節することにより、基板表面に生ずる垂直な
磁力線を所望の広がりに形成することができるから、基
板の大きさが変われば基板表面の加工面積と同−広がり
をもつ磁力線をそのつど形成させることにより、プラズ
マを有効に利用することができ、高速かつ均質な加工が
可能になる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、マイクーロ波を
発生する手段と、このマイクロ波を伝達する手段と、こ
のマイクロ波伝達手段と結合されて前記マイクロ波が導
入されるとともにガス供給手段を介して送入されたガス
をこのマイクロ波との共鳴効果によりプラズマ化して活
性な原子９分子またはイオンを生ずる磁力線を発生する
励磁用ソレノイドを備えかつ軸線が該ソレノイドが生ず
る磁力線束の中心軸と一致する開口を前記マイクロ波伝
達手段と対向する側に有するプラズマ生成室と、このプ
ラズマ生成室と前記開口を介して結合され該開口から前
記磁力線束に沿って流出する前記活性な原子１分子また
はイオンにより表面にエツチングが施されまたは薄膜が
生成される基板が前記磁力線束の中心軸と垂直に交差し
て配される処理室と、前記プラズマ生成室と処理室との
排気を行なう排気手段とを備えた乾式薄膜加工装置にお
いて、前記処理案に、前記プラズマ生成室開口から前記
基板側へ向かって広がって行く磁力線を開口出口側でさ
らに広げるための磁場発数用ソレノイドと、この広げら
れた磁力線を基板表面位置で該表面に垂直な方向となる
ように変形させる磁場収束用ソレノイドとを配設したの
で、前記励磁用ソレノイドによって生じプラズマ生成室
開口出口から基板側へ徐々に広がって行こうとする磁力
線を、励磁用ソレノイドの形状やプラズマ生成室との相
対位置などの制約条件に関係なく、プラズマ生成室開口
出口近傍で強力に湾曲させ、これにより大きく広がった
磁力線を磁場収束用ソレノイドにより基板表面に垂直に
入射させることができるから、装置の大きさを大きくす
ることなく、より大きい基板表面に均質な加工を施すこ
とが可能になり、また、基板の大きさが同一であれば、
より小さい装置により、従来と同質の加工をより少ない
消費電力で行なうことができるという効果が得られる。

また、磁場発散用ソレノイドと磁場収束用ソレノイドと
に流す電流をそれぞれ適当にＭ・・４節することにより
、基板表面の加工面積と同−広がりをもつ磁力線を形成
することができるから、プラズマを有効に利用すること
ができ、高速かっ均質な加工が可能になるという付帯的
効果が合わせて得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づいて構成される乾式薄膜加工装置
の一実施例を示す縦断面図、第２図は本発明の第１図と
異なる効果を説明するための別の実施例の縦断面図、第
３図は従来の乾式薄膜加工装置の構成例を示す縦断面図
である。 １・・・導波管（マイクロ波伝達手段）、３，３１・・
・プラズマ生成室、４・・・ガス供給手段、６・・・励
磁用ソレノイド、７，７１・・・開口、９．１９・・・
処理室、１１　、　Ｉｌｌ・・・基板、６１・・・磁場
発散用ソレノイド、６２・・・磁場収束用ソレノイド。 第１図 第２図 美容系 第３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マイクロ波を発生する手段と、このマイクロ波を伝
   達する手段と、このマイクロ波伝達手段と結合されて前
   記マイクロ波が導入されるとともにガス供給手段を介し
   て送入されたガスをこのマイクロ波との共鳴効果により
   プラズマ化して活性な原子、分子またはイオンを生ずる
   磁力線を発生する励磁用ソレノイドを備えかつ軸線が該
   ソレノイドが生ずる磁力線束の中心軸と一致する開口を
   前記マイクロ波伝達手段と対向する側に有するプラズマ
   生成室と、このプラズマ生成室と前記開口を介して結合
   され該開口から前記磁力線束に沿つて流出する前記活性
   な原子、分子またはイオンにより表面にエッチングが施
   されまたは薄膜が生成される基板が前記磁力線束の中心
   軸と垂直に交差して配される処理室と、前記プラズマ生
   成室と処理室との排気を行なう排気手段とを備えた乾式
   薄膜加工装置において、前記処理室が、前記プラズマ生
   成室開口から前記基板側へ向かつて広がつて行く磁力線
   を開口出口側でさらに広げるための磁場発散用ソレノイ
   ドと、この広げられた磁力線を基板表面位置で該表面に
   垂直な方向となるように変形させる磁場収束用ソレノイ
   ドとを備えたことを特徴とする乾式薄膜加工装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、磁場拡
   散用ソレノイドが生ずる磁場の向きを励磁用ソレノイド
   が生ずる磁場の向きと反対にし、磁場収束用ソレノイド
   が生ずる磁場の向きが励磁用ソレノイドが生ずる磁場の
   向きと同じにされていることを特徴とする乾式薄膜加工
   装置。