JPS63184300A

JPS63184300A - マイクロ波プラズマ生成方法及びその装置

Info

Publication number: JPS63184300A
Application number: JP62015861A
Authority: JP
Inventors: 猛小林; 喜多　定; 杉生　眞人; 道夫谷口; 勇二石田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1987-01-26
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1988-07-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0834129B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、半導体プラズマ用のマイクロ波発振源生成装
置に関するものである。

［従来の技術］マイクロ波発振源は、完全に無電極放電であるために汚
染が少ないので、半導体プラズマブ。

セスに欠かせない重要なものとして、以前から注目され
てきた。更に、マイクロ波発振源周波数が高いので、プ
ラズマイオンを加速する割合が非常に小さく、イオンの
運動エネルギーの上昇を抑制することができるために、
半導体結晶表面のイオンダメージを受けないという優れ
た特徴を有している。したがって、マイクロ波発振源は
、半導体製造、表面改質、薄膜形成等に広く応用されて
いる。

このようなマイクロ波発振源生成装置の従来の構成を第
７図に示す。同図は、とくに利用度の大きい有磁場マイ
クロ波発振源生成装置を示し、同図において、１は２．
４５ＧＨ２のマイクロ波発振源である。２は反射電力を
吸収するアイソレータ、３は送信電力及び反射電力を測
定するパワーモニタ、４はマイクロ波発振源側インピー
ダンスとプラズマ放電部側のインピーダンスとを整合す
るチューナー、５は方形導波管、６はコーナーであって
、これら２乃至６は導波経路１０を構成する。方形導波
管５は、２．４５ＧＨ２のマイクロ波の基本モードＴ　
Ｅ　１０モードを通過させるための導波管であって、例
えばＷＲＪ−２，６が使用されている。１１は放電チャ
ンバ１２を形成する円筒導波管が置Ｉモードのマイクロ
波が通過できるようにするためのテーバ接続変換器であ
り、１２はプラズマ放電部りを発生させる放電チャンバ
である。１３は、プラズマを有効に貯え、かつ電子のサ
イクロトロン運動を利用したプラズマとマイクロ波との
有効な結合をするための磁場を発生させる電磁石である
。１４は被加工半導体Ｗを加工するプラズマ生成チャン
バであり、放電チャンバ１２のガス供給口１２ａから供
給された加工用ガスを排出するガス排出口１４ａが設け
られている。このガスとしては、デポジションの場合は
シラン、アルゴン等のガスが使用され、エンチングの場
合はＣＦ　　４等のガスが使用されている。

［発明が解決しようとする問題点］前述したマイクロ波発振源生成装置において、より高い
周波数のもとでは、より効果的なマイクロ波発振源が得
られる場合がある。これは、ガスの種類、プラズマ密度
等の選定に依存しているが、より高い周波数のマイクロ
波発振源として、例えば４．２ＧＨ２を使用する場合に
は、導波経路１０の方形導波管５をＷＲＪ−４に変更し
、さらに放電チャンバ１２を形成する円筒導波管をも４
．２ＧＨ２基本モード用のものに変更しなければならな
かった。すなわち、従来のマイクロ波発振源生成装置は
、導波管と放電チャンバとのいずれもがマイクロ波基本
モードに合わせて設計されていた。そのために、使用す
るマイクロ波周波数を変更する毎に、マイクロ波発振源
の取り換えはもちろんのこと、導波経路１０の全ての部
品を取り換える必要があり、結局、複数のシステムを準
備しなければならず、設備費および設備場所を多く必要
とする欠点があった。

さらに、従来装置のもう一つの欠点は、使用するマイク
ロ波周波数が高くなるにつれて、波長が短くなり、その
ために、基本モードを伝播する導波管、とくに放電チャ
ンバの形状が小さくなるために、プラズマ生成チャンバ
１４内のプラズマ放電部りが小さくなる。したがって、
プラズマを利用するＣＶＤやエツチングにおいて、プロ
セスしうる半導体結晶板のサイズを縮小せざるを得なく
なり、年毎に、拡大を続けるＳｉウエノ１サイズを考慮
したときに、プラズマ放電部りの減少は、大きな問題で
あって、その解決が望まれていた。

［問題を解決するための手段］発明の目的本発明の目的は、−組のマイクロ波導波経路と放電チャ
ンバとを用いて、複数のマイクロ波発振源に共通に使用
できるマイクロ波発振源生成装置を提供することにより
、設備費及び設置場所を節減し、かつ被加工物の加工能
力を向上することにある。

発明の構成本発明は、異なる周波数のマイクロ波発振源を用いてプ
ラズマ生成を行う装置において、マイクロ波発振源だけ
を取り換え、導波経路及び放電チャンバはそのまま共通
に使用する多用途のマイクロ波発振源生成装置を提供す
るものである。

このために、導波経路の方形導波管５及び放電チャンバ
１２のサイズを、使用する複数のマイクロ波発振源のう
ちの最低周波数のマイクロ波の基本モードに合わせて設
計しておき、より高い周波数のマイクロ波発振源を使用
するときは、同一導波経路をそのまま用いて、オーバサ
イズ伝播方式を採用している。

オーバサイズ伝播方式は、高次モードが励起されやすく
なるという問題点もあるが、本発明においては、オーバ
サイズ周波数マイクロ波発振源（以下、オーバサイズ発
振源という。）２１と導波経路１０との接続を、傾斜の
ゆるいテーパガイド２２で結合することにより、高次の
モードの励起を防止している。むしろ、本発明のオーバ
サイズ伝播を利用する装置においては、後述する第４図
に示すように、周波数が極端に高くならない限り、かえ
って、導波管の損失が減少する利点がある。このように
、本発明の装置は、オーバサイズ伝播方式を採用するこ
とによって、プラズマ生成装置のマイクロ波発振源１又
は２１以外の導波経路１０及び放電チャンバ１２を共通
に使用できるようにしたものである。

［実施例］以下、第１図乃至第６図により、本発明の装置の実施例
について説明する。

実施例１第１図は、第１の発明の装置の実施例の構成図であって
、１は、使用する２つの周波数のマイクロ波のうちの低
い方の周波数のマイクロ波（以下、第１の周波数という
）を出力する基本モード周波数マイクロ波発振源（以下
、基本モード発振源という。）であって、例えば、２．
４５ＧＨ２の３００［Ｗ］のマグネトロンである。２１
は、高い方の周波数のマイクロ波（以下、第２の周波数
という。）を出力するオーバサイズ周波数マイクロ波発
振源（以下、オーバサイズ発振源という。）であって、
例えば、４．２０Ｈ２の３００［Ｗ］のマグネトロンで
ある。２はアイソレータ、３はパワーモニタ、４はチュ
ーナーであって、前述した従来装置と同様である。５は
方形導波管、６コーナーであって、上記の２．４５ＧＨ
２の発振源１と４．５ＧＨ２の発振源とに共通使用する
ものであり、本発明の装置においては、低い周波数２゜
４５ＧＨ２に合わせて設計し、具体的には方形導波管Ｗ
ＲＪ−２，６（８６，３６Ｘ４３．１８市）を用い、４
．２ＧＨ２のマイクロ波に対してはオーバサイズ伝播を
させる。放電チャンバ１２についても、低い周波数２．
４５ＧＨ２に合わせて設計し、具体的には、内直径１０
０　ｍｍの円筒導波管を用いる。１１はコーナー６を形
成する方形導波管と放電チャンバー１２を形成する円筒
導波管とを接続し、方形導波管を伝播してきたＴ　Ｅ　
１０基本モードマイクロ波を、円筒導波管を伝播するＴ
Ｅ１１基本モードマイクロ波に変換するためのテーパ接
続変換器である。１２は放電チャンバであって円筒導波
管で形成されたテーパ接続変換器で変換された計基本モ
ードでマイクロ波が伝播し、プラズマ放電部りを形成す
る。１３は電磁石であって、第７図において前述したよ
うにプラズマ内に磁場を印加する作用をしている。磁場
の強さは、マイクロ波の周波数と電子サイクロトロン周
波数とが略一致するように選定する。マイクロ波周波数
が２．４５ＧＨ２の場合には、磁場の強さが８７５ガウ
ス程度になるように電磁石に流す電流値を調整する。１
４は、被加工半導体Ｗを収納するプラズマ生成チャンバ
であって、放電チャンバ１２で発生したプラズマ放電部
りが、このチャンバ内まで広がっている。また、このチ
ャンバ内には放電チャンバ１２のガス供給口１２ａから
供給された加工用ガスを排出するガス排出口１４ａが設
けられいる。

この装置において、まず最初に、基本モード発振源１を
導波経路１０のアイソレータ２に接続して、従来装置と
同様に低い周波数２．４５ＧＨ２のマイクロ波によりマ
イクロ波発振源を発生させ、被加工半導体Ｗを加工する
。つぎに、基本モード発振源１を取りはずし、テーパー
ガイド２２付きオーバサイズ発振源２１を取りつけて、
高い周波数４．２ＧＨ２のマイクロ波を伝播させるとマ
イクロ波発振源が得られ、被加工半導体Ｗを加工するこ
とができる。これは、サイズの大きな導波経路１０内を
、高い周波数４．２０Ｈ２のマイクロ波が、低い周波数
２．４５０Ｈ２のマイクロ波と同様に、Ｔ　Ｅ　１０の
基本モードを保ちなからオバサイズ伝播したためである
。さらに、放電チャンバ１２内でも同様に、高い周波数
４．２ＧＨ２のマイクロ波が、置Ｌモードのオーバサイ
ズ伝播をしている。ただし、オーバサイズ発振源２１を
出射したマイクロ波を導波経路１０に導くために、テー
パガイド２２を用いていることが重要であり、これによ
ってＴ　Ｅ　１０Ｍ本モードのオーバーサイズ伝播を可
能としている。すなわち、テーパガイド２２を使用する
ことによってＴＥＩＯの基本モードのマイクロ波のみを
伝播させ、それよりも高次のＴＥ２０．ＴＥ３０モード
のマイクロ波を伝播させないようにするためである。

つぎに、電子の回転の周期とマイクロ波の周期（周波数
の逆数）とを一致、すなわち、電子のサイクロトロン共
鳴をさせるために、この周波数のマイクロ波発振源に対
して、磁場強度を１５００ガウスに高める必要があり、
そのために電磁石１３に流す電流を増加させている。

第１図に示す実施例の利点は、■マイクロ波発振源を除
いたプラズマ生成装置を複数の周波数のマイクロ波に対
して共通に使用でき、また、■高い方の周波数４．２Ｇ
Ｈ２のマイクロ波に対しても、プラズマ放電部りを大き
くできるので、大面積の半導体ウェハを少ない回数で加
工することができ、さらに、■オーバサイズ伝播方式を
用いているので、より高い周波数のマイクロ波に対する
導波管の電力損失を小さくすることができる。その理由
は、つぎのとおりである。第２図は、方形導波管ＷＲＪ
−２．６内を伝播するＴ　Ｅ　１０モードのマイクロ波
の導波の状態を示している。第２図（Ａ）に示す２．４
５０）ＩＺのマイクロ波伝播の反射角度αにくらべて、
第２図（Ｂ）に示すように、４．２ＧＨ２のマイクロ波
がオーバサイズ伝播する反射角度βの方が大きくなって
いるためである。方形導波管５のＷＲＪ−２，６内を伝
播するＴ　Ｅ　１０モードの損失係数は、Ｒ５Ｃｌ＋（ｆｃ／ｆ）２３／ｇ、ｔ４〔ｔ−（す（／
テ）２　］　０゛Ｓ　　、　、、　、　（、ンで与えら
れる。ただし、カットオフ周波数ｆｃは１．７４ＧＨ２
，導波管壁面抵抗Ｒｓは（ｙｒｆｕｏ、５０／σ）　　　　（ただし、σは導電率）である。

上式においてマイクロ波の周波数ｆが４．２ＧＨ２のと
きの方が２．４５ＧＨ２のときよりも損失係数が小さく
なる。

つぎに、第３図に、マイクロ波周波数ｆに対するＴＥＩ
Ｏモードの損失係数を示すが、オーバサイズ伝播の４〜
７　Ｇｌ（Ｚ付近に損失係数の最低値が現われるので、
本実施例では、この損失の少ない領域を使用している。

第４図は、放電チャンバ１２を形成する円筒導波管のＴ
　Ｅ　１１モードの損失係数を示している。同図におい
て、円筒導波管の半径αが８ＣＩ１１以下では、オーバ
サイズ伝播の４．２０Ｈ２のマイクロ波の損失の方が、
２．４５ＧＨ２のマイクロ波の損失より小さくなるので
、本実施例では、この領域を使用している。

実施例２第５図は、第２図の発明の装置の実施例の構成図であっ
て、１乃至６，１０乃至１４．２１及び２２は第１図の
実施例の構成と同様である。

第１の発明の実施例１の装置では、マイクロ波発振源を
複数個（この実施例では２個であるが、３個以上でもよ
い）備え、マイクロ波周波数を切り換えるためには、マ
イクロ波発振源を取りかえる必要がある。第２の発明の
実施例２においては、マイクロ波発振源の取りかえ作業
を簡略化して、ワンタッチで交換できるように、マイク
ロ波発振源切換器２３を、基本モード発振源１及びオー
バサイズ発振源２１と導波経路１０のアイソレータ２と
の間に接続する。この発振源切換器２３は、例えば、第
６図（Ａ）に示すような構造になっている。３１は基本
モード発振［１の出力端に接続される第１の入力コネク
タ、３２はテーパガイド付オーバサイズ発振源２１の出
力端に接続される第２の入力コネクタ、３３は第１及び
第２の入力コネクタを取付けるコネクタ取付板、３４は
導波経路１０アイソレータ２に接続される出力コネクタ
、３５は出力コネクタを取付ける出力コネクタ取付板、
３６及び３７は入力コネクタ取付板３３と出力コネクタ
取付板３５とを固定支持する第１及び第２の取付板支持
アーム、３８は第１の入力コネクタ３１又は第２の人力
コネクタ３２と出力コネクタ３４との間を切換え接続す
る導波管、３９は第１の入力コネクタ３１と第２の入力
コネクタ３２とのセンターに設けられて入力コネクタ取
付板３３に対して回転自在の入力側回転軸である。

４０は一端が入力側回転軸３９に固定され、他端にハン
ドル４１が取りつけられ、ハンドル取付側に導波管３８
の一端３８ａが取りつけられた回転アームであって、こ
のアームをハンドル４１によって入力側回転軸３９をセ
ンターにして回動させることによって導波管３８の一端
３　’８　ａが、第６図（Ａ）に示す第１のコネクタ３
１から、第６図（Ｂ）に示すように、第２のコネクタ３
２に接続される。４２及び４３は、導波管３８と第１の
コネクタ３１又は第２のコネクタ３２とを接続して位置
決め固定を行う第１及び第２の位置決めボルトである。

４３は導波管３８の他端３８ｂが固定され、ハンドル４
１の回動によって、出力コネクタ取付板３５に対して回
転する出力側回転軸である。上述した第６図（Ａ）は、
基本モード発振源１が接続される第１のコネクタ３１か
ら導波管３８、出力コネクタ３４を通じて導波経路１０
に第１の周波数のマイクロ波を伝播させることができる
。つぎにハンドル４１を第６図（Ｂ）に示す位置に回動
させると、テーパガイド付オーバサイズ発振源２１が接
続される第２の入力コネクタ３２から導波管３８、出力
コネクタ３４を通じて導波経路１０に第２の周波数のマ
イクロ波を伝播させることができる。

［発明の効果コ第１の発明は、■マイクロ波発振源を除いたプラズマ生
成装置を複数の周波数のマイクロ波に対して共通に使用
でき、また■高い方の周波数４２５ＧＨ２のマイクロ波
に対しても、プラズマ放電部りを大きくできるので、大
面積の半導体ウェハを少ない回数で加工して、半導体加
工コストの低減化を図ることができ、ざらに■オーバサ
イズ伝播方式を用いるので、より高い周波数のマイクロ
波に対する導波管の電力損失を小さくすることができる
。第２の発明は、第１の発明の効果に加えて、マイクロ
波発振源切換器によって、複数個のマイクロ波発振源を
ワンタッチで切換え交換することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１の発明のマイクロ波発振源生成装置の実
施例を示す構成図。第２図（Ａ）は２．４５０Ｈ２のマイクロ波が導波管内
を伝播する反射角度を示す図、第２図（Ｂ）は４．２Ｇ
Ｈ２のマイクロ波が導波管内をオーバサイズ伝播したと
きの反射角度を示す図。第３図は、本発明の装置の導波管内のマイクロ波伝播に
よる損失係数を示す線図。第４図は、本発明の装置の放電チャンバを形成する円筒
導波管内のマイクロ波伝播による損失係数を示す線図。第５図は、第２の発明のマイクロ波発振源生成装置の実
施例を示す構成図。第６図（Ａ）は、第２の発明の装置に使用するマイクロ
波発振源切換器の構造を示す図、第６図（Ｂ）は第６図
（Ａ）に示すハンドルを回動させて別の状態にしたとき
のマイクロ波発振源切換器の構造を示す図。第７図は、従来のマイクロ波発振源生成装ｊ面の実施例
の構成図である。１・・・基本モード（周波数７１クロ波）発振源２・・
・アイソレータ５・・・方形導波管１０・・・導波経路１１・・・テーパ接続変換器１２・・放電チャンバ１４・・・プラズマ生成チャンバ２１・・・オーバサイズ（周波数マイクロ波）発振源２
２・・・テーパガイド２３・・・マイクロ波発振源切換器Ｄ・・・プラズマ放電部Ｗ・・・波加工半導体

Claims

【特許請求の範囲】１、半導体プラズマに用いるマイクロ波プラズマ生成装
置において、最低周波数のマイクロ波を出力する基本モ
ード周波数マイクロ波発振源と、最低周波数よりも高周
波で異なる周波数のマイクロ波を出力する少なくとも一
つのオーバサイズ周波数マイクロ波発振源と、前記最低
周波数のマイクロ波の基本モード伝播に合わせた導波経
路と、前記オーバサイズ周波数マイクロ波発振源を前記
導波経路の入力端に接続するテーパガイドと、前記導波
経路の出力端に接続された放電チャンバと、前記放電チ
ャンバに接続されたプラズマ生成チャンバとを具備して
、前記導波経路に、前記基本モード周波数マイクロ波発
振源と前記テーパガイド付オーバサイズ周波数マイクロ
波発振源とを取り換えて接続するマイクロ波プラズマ生
成装置。２、半導体プラズマに用いるマイクロ波プラズマ生成装
置において、最低周波数のマイクロ波を出力する基本モ
ード周波数マイクロ波発振源と、最低周波数よりも高周
波で異なる周波数のマイクロ波を出力する少なくとも一
つのオーバサイズ周波数マイクロ波発振源と、前記最低
周波数のマイクロ波の基本モード伝播に合わせた導波経
路と、前記オーバサイズ周波数マイクロ波発振源を前記
導波経路の入力端に接続するテーパガイドと、前記導波
経路の出力端に接続された放電チャンバと、前記放電チ
ャンバに接続されたプラズマ生成チャンバと、前記導波
経路に前記基本モード周波数マイクロ波発振源と前記テ
ーパガイド付オーバサイズ周波数マイクロ波発振源とを
切り換えて接続するマイクロ波発振源切換器とを具備し
たマイクロ波プラズマ生成装置。