JPH0612764B2

JPH0612764B2 - マイクロ波プラズマ処理装置

Info

Publication number: JPH0612764B2
Application number: JP62170668A
Authority: JP
Inventors: 澄雄森; 正巳佐々木; 京植金
Original assignee: Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 1987-07-08
Filing date: 1987-07-08
Publication date: 1994-02-16
Anticipated expiration: 2009-02-16
Also published as: JPS6414921A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、マイクロ波の反射波を制御する手段を備えた
マイクロ波プラズマ処理装置に関する。

（従来の技術とその問題点）マイクロ波を利用したプラズマ処理装置は、近年、薄膜
作成及び薄膜エッチング技術に使用されている。その一
例として特開昭57−177975号公報所載の発明が知られて
いる。ここに示されたマイクロ波処理技術は、所定の強
さの磁場が印加されたプラズマに、マイクロ波を導入し
て電子サイクロトロン共鳴運動を起こし、これにより発
生したエネルギーでプラズマ発生室内のガスをプラズマ
化し、そのイオンで基板処理を行うものである。

そして従来、導入されるマイクロ波の電力がすべて負荷
に吸収されるようにマッチングさせる整合器としてスリ
ースタブチューナー、ＥＨチューナーなどを使用し、マ
イクロ波発生装置とプラズマ発生室との間に介在する導
波管に設けてマイクロ波の反射波を制御しようとしてい
た。

しかし、スリースタブチューナー及びＥＨチューナーで
は、反射波を完全に制御できず、第４図に示すように、
マイクロ波パワーが１Ｋｗを境にマイクロ波の反射波が
発生し、これが大きくなると、１Ｋｗ以上のパワーを投
入しても成膜速度の向上が見られなくなった。

また、上記スリースタブチューナーでは、スタブの先で
放電を起こしたり、導波管の加熱等によるマイクロ波の
ロスが起こり、このロスに起因して発熱し、安全上に問
題があった。更に、３本のスタブを使用するという構造
上、オート化が困難であった。

一方、ＥＨチューナーでは導波管の加熱等によるマイク
ロ波のロスは少ないが、機構の精度が要求されて高価に
なるばかりでなく、その形状も大きく、重量もあるため
装置が大型化する問題があった。さらに上記スリースタ
ブチューナーの場合と同様に、オート化が困難であっ
た。

（発明の目的）本発明は、プラズマ発生室の外部に基板処理室を配置す
るマイクロ波プラズマ処理装置において、マイクロ波の
反射波の発生を抑制し、マイクロ波を安定に入射せしめ
基板を高速に処理できるようにすることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）所定のマイクロ波と処理ガスが導入されるプラズマ発生
室と、このプラズマ発生室の内部に磁場を設定して電子
サイクロトロン共鳴現象を生じさせて処理ガスをプラズ
マ化する磁場発生手段と、処理すべき基板が配置された
基板処理室とを有し、プラズマ発生室と基板処理室との
境界近傍に設けたプラズマ引出し部材によって上記プラ
ズマを基板処理室内に引出し、基板処理室内に設置され
た基板に照射して基板を処理するマイクロ波プラズマ処
理装置において、前記プラズマ引出し部材の位置を移動
させてマイクロ波が導入される際のインピーダンスを調
整してマイクロ波のマッチングを行う引出し部材移動機
構を備えている。

また、好ましい実施態様として、マイクロ波の入射波と
反射波をモニターする検知器を有し、引出し部材移動機
構がモータから構成され、このモータは、当該検知器に
電気的に接続されて検知器でモニターしたマイクロ波の
反射波が減少する位置にプラズマ引出し部材が位置する
ようにフィードバックがかけられる。

更に、他の好ましい実施態様として、プラズマ引出し部
材は、プラズマ発生室内の圧力、導入するガスの種類、
流量に応じて予めマイクロ波の反射波が発生しないよう
な所定の位置に調整される。

（作用）上記のような構成にすることによって、プラズマ引出し
部材の位置が調整されることによってマイクロ波がマッ
チングが行われる。これによってマイクロ波の反射波の
発生を著しく押さえることとなり、マイクロ波パワーの
損失を従来に比べ大幅に減少させることができる。

（実施例）次にこの発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。

第１図は、本発明の実施例である。本装置は、電子サイ
クロトロン共鳴によってプラズマを生成するプラズマ発
生室６と基板を処理するための基板処理室８とが互いに
隣設する構成にしている。そしてプラズマ発生室６の外
周には、空芯ソレノイドコイル７が巻装されている。ま
た、プラズマ発生室６には、石英ガラス、セラミックス
等の絶縁物からなる導入窓５が設けられており、該導入
窓５を介してマイクロ波電源３から導波管４を通じて送
られてきたマイクロ波をプラズマ発生室６内に導入す
る。

上記導波管４には、マイクロ波の入射センサー１６と反
射波センサー１７とをそれぞれ備えている。そしてこれ
らのセンサーで感知した数値は、これに接続された検知
器１８でモニターされる。更に、基板処理室８との境界
部付近に、マイクロ波のマッチングを行うためのプラズ
マ引出し板１１を可動自在に設けている。そして、この
板状のプラズマ引出し部材１１の中央部はプラズマ引出
し口１４が形成されており、プラズマ発生室６で生成さ
れたプラズマは、このプラズマ引出し口１４を通って基
板処理室８内に導かれる。符号１３は、上記プラズマ引
出し部材１１の位置を移動させる引出し部材移動機構と
してのモータであって上記検知器１８に接続されてい
る。第１図においては、当該引出し部材移動機構として
のモータ１３を基板処理室８内に設けているが、本装置
の外部に設置するようにしてもよい。また、符号１５
は、プラズマ引出し部材１１を冷却するための水冷管で
ある。

一方、上記プラズマ発生室６に隣設する基板処理室８に
は、真空排気装置１を連結している。また、プラズマ引
出し口１４に対向するように基板ホルダー９が固設され
ている。そして、処理されるべき基板は、図示していな
い搬送機構により外部から基板処理室８内に搬入され、
被処理面を上にして基板ホルダー９に載置される。

しかして、真空排気装置１を動作させて基板処理室８内
を所定の圧力に到達するまで減圧排気した後、ガス導入
管２(a)及び２(b)を介してプラズマ発生室６と基板処理
室８の双方に所定のガスを導入して処理圧力に調整し維
持する。

そして、２．４５ＧＨｚのマイクロ波がマイクロ波発生
装置３から導波管４を通り、導入窓５を介してプラズマ
発生室６に導入される。このとき入射されたマイクロ波
は、入射センサー１６によって感知され、検知器１８で
モニターされる。

一方、プラズマ発生電源１２から空芯ソレノイドコイル
７に電流を供給して８７５Ｇの磁場を発生させる。これ
によってプラズマ発生室６内において電子サイクロトロ
ン共鳴が引き起こされ、この際のエネルギーでプラズマ
発生室６内に導入されたガスは高密度にプラズマ化され
る。そしてこのプラズマは、プラズマ引出し部材１１の
中央開口部のプラズマ引出し口１４から基板処理室８方
向に引き出され、基板ホルダー９上に載置された基板１
０に到達し、基板１０はこのプラズマにより薄膜作成等
の処理が行われる。

本実施例においては、プラズマ発生室６内に導入された
マイクロ波のマッチングについては、上記プラズマ引出
し部材１１を引出し部材移動機構としてのモータ１３で
所定位置に移動させることによって行っている。

すなわち、引出し部材移動機構としてのモータ１３でプ
ラズマ引出し板１１をプラズマ発生室６内を移動させな
がら、導波管４に設けたマイクロ波の反射波センサー１
７を介して検知器１８でモニターしながらこの反射波の
電力が極小になったところでプラズマ引出し部材１１を
停止させるようにする。

もっとも、マッチングがとれるプラズマ引出し部材１１
の位置は、ガスの種類によって異なり、さらにガス流
量、処理ガス圧力によってもシフトする。そのため、上
記のような条件によってマッチングがとれるように、プ
ラズマ引出し部材１１と電力検知器１８との間でフィー
ドバックをかけてプラズマ引出し部材１１が反射波の値
に応じて自動的に動くようにしている。

これに対して、ガスの種類、ガス流量、処理ガス圧力が
予め決っている場合には、マニュアル操作によってプラ
ズマ引出し部材１１を所定の位置に移動させることがで
きるようにしてもよい。

このように、プラズマ引出し部材１１を移動させること
によってマイクロ波のマッチングがとれるので、マイク
ロ波を安定かつ無駄なくプラズマ発生室６内に導入でき
ることが実験によって確認された。

すなわち、第２図は、プラズマ発生室６側にＮ₂ガス
を、基板処理室８側にＳｉＨ₄ガスを導入し、処理圧力
を５×１０^-4とした場合の成膜速度のマイクロ波パワー
依存性のグラフを示したものである。これによると、マ
イクロ波が安定に導入されれば、即ちマイクロ波の反射
波が無ければ成膜速度はマイクロ波パワーに比例する。

更に、第３図は、ｔ＝２００mmのプラズマ発生室内にＮ
₂ガスを導入し、プラズマ引出し部材１１を移動させた
ときの反射波の値を示している。

横軸を示すｔは、第１図に示すようにプラズマ発生室６
の頂部とプラズマ引出し部材１１との距離を示してい
る。第３図によると、プラズマ引出し部材１１がｔ₁点
とｔ₂点のそれぞれの位置にに来たとき、マイクロ波反
射波の値が著しく減少しているのがわかる。

なお、本実施例は成膜について述べたが、エツチングに
ついても適用でき、同様の結果が得られる。エッチング
の場合、発散磁界を利用したイオン流方式あるいはグリ
ッドを利用した加速式のいずれでも良い。加速式の場
合、グリッドには直流あるいは交流電界のいずれでも印
加できる。また、成膜あるいはエッチング、いずれの場
合にも基板ホルダーには直流、交流電界を印加できる。

（発明の効果）本発明は以上説明したような構成と作用を有し高マイク
ロ波パワーを反射波の影響を受けずに、安定してプラズ
マ発生室に導入できるので、基板の処理速度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した装置の概略図、２図は
本実施例の成膜装置における成膜速度のマイクロ波パワ
ー依存性のグラフ、第３図はプラズマ引出し部材を移動
させたときのマイクロ波の反射波の値を示したグラフ、
第４図は従来の成膜装置における成膜速度のマイクロ波
パワー依存性グラフである。３……マイクロ波発生電源、６……プラズマ発生室、７
……空芯ソレノイドコイル、８……基板処理室、１０…
…基板、１１……プラズマ引出し部材、１３……引出し
部材移動機構としてのモータ、１４……プラズマ引出し
口、１８……検出器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定のマイクロ波と処理ガスが導入される
プラズマ発生室と、このプラズマ発生室の内部に磁場を
設定して電子サイクロトロン共鳴現象を生じさせて処理
ガスをプラズマ化する磁場発生手段と、処理すべき基板
が配置された基板処理室とを有し、プラズマ発生室と基
板処理室との境界近傍に設けたプラズマ引出し部材によ
って上記プラズマを基板処理室内に引出し、基板処理室
内に設置された基板に照射して基板を処理するマイクロ
波プラズマ処理装置において、前記プラズマ引出し部材
の位置を移動させてマイクロ波が導入される際のインピ
ーダンスを調整してマイクロ波のマッチングを行う引出
し部材移動機構を備えた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】マイクロ波の入射波と反射波をモニターす
る検知器を有し、前記引出し部材移動機構はモータから
構成され、このモータは、当該検知器に電気的に接続さ
れて検知器でモニターしたマイクロ波の反射波が減少す
る位置にプラズマ引出し部材が位置するようにフィード
バックがかけられるものであることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載のマイクロ波プラズマ処理装
置。
【請求項３】前記プラズマ引出し部材は、プラズマ発生
室内の圧力、導入するガスの種類、流量に応じて予めマ
イクロ波の反射波が発生しないような所定の位置に調整
されていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
記載のマイクロ波プラズマ処理装置。