JPS62291922A - プラズマ処理装置 - 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】 ３発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野コ 本発明は、エツチング、堆積、クリーニング、スパッタ
リング等のプラズマ処理装置に関する。

［従来の技術］ プラズマ処理技術は、処理ガスをプラズマ化して、その
プラズマ中に含まれるイオンや活性ラジカルにより被処
理物の加工、清浄化、堆積等の処理を行なうものである
。

従来、この種のプラズマ処理装置で用いられるプラズマ
は、１００ＫＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波電力を真空容器
内の電極あるいは被処理物保持台に供給したり、あるい
は例えば２．４５Ｇ　Ｈｚのマイク口演電力を空調共振
器を兼ねる真空容器内に導波管によって供給したりして
放電させることにより発生させていた。

高周波放電による場合は、簡単な構造でプラズマを発生
させることができ、数１００ｅＶ以下のエネルギーを持
ったイオンによる加工が可能であるが、イオン化効率が
悪く、電離度は１０−６程度であり、また１０−’ｔｏ
ｒｒ以下の真空度で安定なプラズマ発生が困難となる欠
点がある。

これに対してマイクロ波電力を用いる場合は、１Ｏ−３
ｔｏｒｒ以下の低圧化でも高密度プラズマの発生が可能
で、ｌＯ〜３０　ｅＶ程度の低エネルギーイオンによる
処理が可能であるが、反面、例えば１０〜５００ｅＶの
ような広いエネルギー範囲のイオンによる処理はできな
いという欠点がある。

［発明が解決しようとする問題点］ 近年、イオンのエネルギー強度を自由に設定できるプラ
ズマ処理装置の要望が高くなり、従って本発明の課題は
、前述の従来技術の欠点を除去してプラズマ密度および
イオンのエネルギー強度の制御性を向上し、且つ処理プ
ロセスの柔軟性も向上させることのできるプラズマ処理
装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明によるプラズマ処理装置では、前述の課題を達成
するために、その真空容器内に被処理物保持手段と共に
配置されたプラズマ発生手段が、直流・交流・高周波電
力を個別に同時給電可能な電極と、マイクロ波電力を給
電可能なアンテナとを備えている。

ひとつの実施態様においては、前記マイクロ波電力給電
アンテナにも直流・交流・高周波電力を個別に同時給電
できるようになっており、この場合、具体的な態様とし
ては、マイクロ波給電アンテナへの給電路の途中に、マ
イクロ波の外部への漏洩を防ぐマイクロ波用チョーク構
造と、マイクロ波の通過を許容すると共に直流・交流・
高周波電力の通過を阻止する絶縁手段とが介装され、該
絶縁手段よりもアンテナ側にてマイクロ波給電路に直流
・交流・高周波電力が給電されるようになっている。

また別の実施態様においては、前記被処理物保持手段に
も直流・交流・高周波電力が給電されるようになフてい
る。

さらに別の実施態様においては、直流・交流・高周波電
力を給電する電極を、真空容器内のマイクロ波電場が弱
くなる位置に配置しである。

［作用］ 本発明のプラズマ処理装置では、真空容器内のアンテナ
と電極にマイクロ波電力と直流・交流・高周波電力とが
個別的に調整されて同時に給電可能であり、これによっ
て個々の電力調整によるプラズマ密度および被処理物へ
のイオン入射エネルギーの独立設定が可能となり、制御
性が一段と向上するほか、プラズマ処理プロセスの多様
化が実現できるものである。

［実施例］ 第１図に本発明の実施例を示す。図において、真空客器
１７は上部のプラズマ室１５および下部の試料室１６か
らなり、最上部の処理ガス導入口１から処理ガスが導入
されると共に、プラズマ室内には頂面下に平行に電極５
が、そのすぐ下方でプラズマ室１５の周壁内面に沿って
筒状に放射アンテナ４が配置され、プラズマ室直下の試
料室１６にはアンテナ端面と対面するように例えば半導
体ウェハなどの被処理物１１が保持台１２に保持されて
配置され、さらに容器下端から真空排気系１４に至って
いる。容器１７の外部には、プラズマ室上部を囲むよう
な磁場発生用コイル９が配置され、コイル９へは励磁電
源ｌＯから制御された給電が行なわれるようになってい
る。

アンテナ４へは、真空容器内への給電導入器１９を介し
て外部から導波管や同軸管などの給電路３が接続されて
おり、この給電路３には混合器２を介してアイソレータ
や整合器等を含むマイクロ波発生装置６からのマイクロ
波電力と、マツチングネットワークを含む電源装置７か
らの直流、交流、高周波のいずれかまたは複合の電力と
が、それぞれ制御されて給電されるようになっている。

電極５へは、車内管１８を介して電源装置８からの直流
、交流、高周波のいずれかまたは複合の電力がそれぞれ
制御されて給電されるようになっている。

さらに試料室１６内の保持台１２へも電源装置１３から
直流、交流、高周波のいずれかまたは複合の電力が給電
可能となっており、場合によっては電源装置１３により
保持台１２を接地することもできるようになフている。

混合器２は、マイクロ波発生装置６からアンテナ４への
給電路の途中に設けられており、マイクロ波の外部への
漏洩を防ぐマイクロ波用チョーク構造と絶縁仕切構造と
の組合せによって、マイクロ波発生器６からのマイクロ
波電力を外部へ泪洩させることなくアンテナ４へ導くと
共に、直流・交流・高周波電力についてはこれがマイク
ロ波発生器側へ流れるのを阻止（絶縁）シ、且つアンテ
ナ４側へのみ給電されるようにしている。このような混
合器２の具体例としては第２図または第３図に示すもの
が考えられる。第２図はマイクロ波給電路として導波管
を用いた場合の例、第３図は同じく同軸管を用いた場合
の例である。

第２図において、マイクロ波発生器６からの給電路とし
ての導波管２１とアンテナ４への給電路としての導波管
２５とはマイクロ波通過性の薄い絶縁板２３で仕切られ
て絶縁されており、この部分でのマイクロ波電力の外部
への漏洩を防止するために導波管同志の接合フランジ２
２．２４の一方にチョーク構造２０が形成されている。

すなわち、給電側のフランジ２２には空胴共振器による
チョーク２０が設けられ、そのＡＢ間およびＢＣ間の長
さ寸法が使用マイクロ波の１７４波長に選ばれており、
これによりＡＣ間の長さが１７２波長となるのでＡ点と
０点は短絡となり、Ｂ点は節にあたることになる。

従フて絶縁板２３の介装を行なってもこのフランジ継手
部分から外部へマイクロ波が漏れることはなく、導波管
２１と２５とが絶縁される。このようにしたうえでアン
テナ側の導波管２５に電源７の出力を接続する。尚、前
記絶縁板２３の厚さは、使用マイクロ波の波長の１７１
０以下とするのが良い。

第３図は同軸導波管の場合であるが、給電側からアンテ
ナまでの中心導体２６はそのまま絶縁板２３に貫通させ
、外部導体管２７．２８間を絶縁板２３で絶縁し、その
他は接合フランジにチョーク２０を設けて前述第２図の
例と同様に機能させている。なお、絶縁板２３は真空シ
ールを兼ねてもよいことは述べるまでもない。

このように、混合器２を通過したマイクロ波電力は導入
器１９による真空シールと容器１７に対する絶縁とを介
してアンテナ４に供給され、また電源７からの直流・交
流・高周波電力も同様にしてアンテナ４に供給される。

第４図にアンテナ４の具体例としてスロット型（リジタ
ーノコイル）のものを示す。同軸管３内の真空シールの
ために絶縁体２９が配置されている。

高周波または交流電力側からみた場合、マイクロ波より
も周波数が十分低いので、給電路３が同軸タイプであっ
てもその内側導体側は電気的に浮いていて外側導体側も
同電位とみなされ、一方マイクロ波側からみると給電路
はマイクロ波のみに対して同軸線路とみなせることにな
る。

もうひとつの電源装置８からの直流・交流・高周波電力
は、プラズマ源から逆に侵入してくるマイクロ波を遮断
する単向管１Ｂを介して電極５に供給され、好ましくは
この電極５の位置を、マイクロ波の電場が最小となる位
置など、弱い電場位置、例えばアンテナ４として第４図
のものを用いてそのアンテナスリットの円筒軸方向の長
さを使用マイクロ波の１７２波長に選ぶとすると、電極
５の位置としてスリットの端から１７２波長の整数倍の
距離の位置とする。

アンテナ４、電極５に供給されたマイクロ波または高周
波・交流・直流電力により、ガス導入口１からプラズマ
室内に導入されたガスのプラズマが発生され、発生され
たプラズマのパラメータはそれぞれの電源６，７．８の
電力調整等によって所望に制御できる。例えばプラズマ
密度を上げたい場合にはコイル９によって人力マイクロ
波と電子のサイクロトロン共鳴が起こるような磁場をプ
ラズマ室内に形成しておいて発生器６によりマイクロ波
の電力を増加してやると、電子はサイクロトロン共鳴に
よって加速されて中性分子と高エネルギーで衝突し、こ
れを電離させてプラズマ密度を上昇させることになる。

また一方で被処理物１１に入射するイオンのエネルギー
を大きくしたいときには、電源装置７．８により高周波
、交直流電力を増加してその電場でイオンを直接加速し
てやればよい。

あるいは従来の高周波放電と同じ様に電８１！５に高周
波を加える事によっても放電が行なえる。マイクロ波と
同時に加えても良い。

また保持台１３も高周波・交直流を給電したり、アース
に落したり、コンデンサによって保持台を電気的に浮か
したり、マツチング回路等を用いるなどして、入射イオ
ンの制御に利用することができる。この場合、保持台１
３には電極５とは全く別の電力、周波数の高周波電力等
を加えることもでき、プロセスの柔軟性が増すことにな
る。

尚、容器１７内は真空排気系１４によって処理に都合の
よい圧力（例えば１Ｏ−４〜１０−’ｔｏｒｒ）に保た
れていることは述べるまでもない。

以上の説明では、処理プロセスとしてマイクロ波、高周
波または交直流電力を同時に給電した場合を述べたが、
もちろん時間的に別々に給電することも可能であり、要
求される処理に応じて自由に対応できるものである。

またアンテナや電極材による被処理物の汚染を防止する
ために、例えばＳｔ　０２などの絶縁体でプラズマに対
してアンテナと電極を隔離してもよい。

さらにまたここで示したマイクロ波アンテナの形態はス
ロット型であるが、本発明ではその他の例えばヘリカル
型のものなどでも同等の効果を得ることができ、従って
アンテナ等の形態を特に限定するものではない。

［発明の効果］ 以上に述べたように、本発明のプラズマ処理装置では、
アンテナと電極にマイクロ波電力と直流・交流・高周波
電力とを同時に個々に調整可能に給電できるので、プラ
ズマ密度や被処理物への入射イオンエネルギーを独立的
に調整設定でき、その制御性の向上と処理プロセスの多
様化が可能になるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す全体構成図、第２図およ
び第３図はそれぞれ混合器の構造例を示す断面図、第４
図はマイクロ波アンテナの一例を示す斜視図である 各図中同一符号は同一または相当部分を示し、１は処理
ガス導入口、２は混合器、３は給電路、４はアンテナ、
５は電極、６はマイクロ波発生器、７，８．１３は電源
装置、９は６ｎ場発生コイル、ｌＯは励磁電源、１１は
被処理物、１２は保持台、１４は真空排気系、１５はプ
ラズマ室、１６は試料室、１７は真空容器、１８は単向
管、１９は導入器、２ｏはチョーク、２１．２５は導波
管、２２．２４は接合フランジ、２３は絶縁板、２６は
同軸管の内側導体、２７．２８は同軸管の外側導体、２
９は絶縁体を示す。 第１　図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラズマ発生手段と被処理物保持手段とを真空容器
   内に配置したプラズマ処理装置において、前記プラズマ
   発生手段が、直流・交流・高周波電力を個別に同時給電
   可能な電極と、マイクロ波電力を給電可能なアンテナと
   を具備することを特徴とするプラズマ処理装置。 ２、マイクロ波給電アンテナに直流・交流・高周波電力
   を給電可能とした特許請求の範囲第１項に記載のプラズ
   マ処理装置。 ３、被処理物保持手段に直流・交流・高周波電力を給電
   可能とした特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ処理
   装置。 ４、前記電極を、マイクロ波の電場が弱くなる位置に配
   置した特許請求の範囲第１項に記載のプラズマ処理装置
   。 ５、マイクロ波給電アンテナへの給電路の途中にマイク
   ロ波の外部への漏洩を防ぐチョーク構造と、マイクロ波
   の通過を許容し直流・交流・高周波電力の通過を阻止す
   る絶縁手段とが介装され、該絶縁手段よりもアンテナ側
   においてマイクロ波給電路に直流・交流・高周波電力を
   給電可能としたことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載のプラズマ処理装置。