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この項目の情報は公開日時点(1998年1月16日)のものです。
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図面 (5)

課題

マイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマ均一性を制御しやすいプラズマ処理装置を提供する。

解決手段

マイクロ波を利用したプラズマ処理装置において、同軸型空洞共振器8を用い、スロットアンテナ9が配置された壁面に流れる表面電流の方向に対し平行でも直角でもない傾斜した角度でスロットアンテナを設け、同軸型空洞共振器8内に容易にTEMモードのマイクロ波を励振させ、TEMモードのマイクロ波モードの比率を変更して、生成されるマイクロ波プラズマの均一性を制御する。

概要

背景

従来のスロットアンテナを用いた装置は、例えば、特開平6−48287号公報に記載のように、円筒型空洞共振器を用い、空洞共振器の底部に流れる表面電流と垂直の方向にスロットアンテナを配置していた。このことにより、空洞共振器内マイクロ波モードと同じモードのマイクロ波をスロットアンテナにより放射し、プラズマを生成するよう構成されていた。

概要

マイクロ波プラズマ処理装置において、プラズマの均一性を制御しやすいプラズマ処理装置を提供する。

マイクロ波を利用したプラズマ処理装置において、同軸型空洞共振器8を用い、スロットアンテナ9が配置された壁面に流れる表面電流の方向に対し平行でも直角でもない傾斜した角度でスロットアンテナを設け、同軸型空洞共振器8内に容易にTEMモードのマイクロ波を励振させ、TEMモードのマイクロ波モードの比率を変更して、生成されるマイクロ波プラズマの均一性を制御する。

目的

本発明の目的は、プラズマの均一性を制御しやすいスロットアンテナを有するプラズマ処理装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
3件

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請求項1

真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室と、前記処理室内へのガス供給装置と、スロットアンテナから放射されたマイクロ波を利用して前記処理室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とから成るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段がマイクロ波の同軸型空洞共振器を有し、該同軸型空洞共振器の底部にスロットアンテナを設けたことを特徴とするスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。

請求項2

請求項1記載のプラズマ処理装置において、TEMモードの同軸型空洞共振器の底部に流れる表面電流に対して、平行あるいは垂直でない角度でスロットアンテナを設けたことを特徴とするスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。

請求項3

請求項1および請求項2に記載のプラズマ処理装置において、TEomモードとTMonモード(m,nは正の整数)の混在したマイクロ波によりプラズマを生成することを特徴とするスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。

請求項4

請求項2記載のプラズマ処理装置において、スロットアンテナの角度を45°としたことを特徴とするスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。

技術分野

0001

本発明はスロットアンテナを有するプラズマ処理装置係り、特に半導体素子基板等の試料マイクロ波プラズマを用いてエッチング及び成膜等の処理を施すのに好適なスロットアンテナを有するプラズマ処理装置に関するものである。

背景技術

0002

従来のスロットアンテナを用いた装置は、例えば、特開平6−48287号公報に記載のように、円筒型空洞共振器を用い、空洞共振器の底部に流れる表面電流と垂直の方向にスロットアンテナを配置していた。このことにより、空洞共振器内マイクロ波モードと同じモードのマイクロ波をスロットアンテナにより放射し、プラズマを生成するよう構成されていた。

発明が解決しようとする課題

0003

本発明の目的は、プラズマの均一性を制御しやすいスロットアンテナを有するプラズマ処理装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0004

上記目的を達成するために、TEMモードのマイクロ波を同軸型空洞共振器内に励振し、そして空洞共振器底部に設けたスロットアンテナを、空洞共振器底部に流れる表面電流の方向と平行でも垂直でもない角度で、リング状に配置したものである。

0005

TEMモードの空洞共振器の底部壁面には放射状に、つまり径方向に表面電流が流れる。スロットアンテナを表面電流の方向と平行でも垂直でもないある一定の角度で交わるように、そしてリング状に配置するようにすると、径方向および周方向マイクロ波電界がスロットアンテナより放射される。すなわち、TEonモードとTMomモード(m,nは正の整数)の混在したマイクロ波が放射される。したがって、スロットアンテナと前記表面電流の交わる角度を変更することにより、TEonモードとTMomモード(m,nは正の整数)の比を変更できるので、生成されるマイクロ波プラズマの均一性を容易に制御できる。

発明を実施するための最良の形態

0006

以下、本発明の一実施例を図1および図2により説明する。図1は、本発明のプラズマ処理装置の一実施例である有磁場マイクロ波ドライエッチング装置を示す。容器1a、放電管1b及び石英窓2で区画された処理室1の内部を真空排気装置(図示省略)により減圧した後、ガス供給装置(図示省略)によりエッチングガスを処理室1内に導入し、所望の圧力に調整する。また、処理室1は、コイル3により生成される磁場領域内にある。マグネトロン4から発振された、この場合、2.45GHzのマイクロ波は、導波管5、同軸導波管変換器6、整合室7内を伝播し、同軸型空洞共振器8内に導入される。同軸型空洞共振器8の底面にはスロットアンテナ9が設けられている。スロットアンテナ9より放射されたマイクロ波は、石英窓2を透過し、石英窓2内を透過する間に特定のモードを形成し、その後、処理室1内に入射される。石英窓2は、スロットアンテナ9から局部的に放射されたマイクロ波が石英窓2内を通過する間に特定モードを形成するように必要な厚みを有している。なお、特定モードのマイクロ波を形成するためには、処理室内にマイクロ波が導入されるまでに必要な距離の伝播空間を有していれば良いので、必ずしも石英窓2の厚さを厚くするだけの手段によらなくても良い。このマイクロ波によって生成されたプラズマより、試料台10に配置されたウエハ11がエッチング処理される。またウエハ11のエッチング形状を制御するため、試料台10には整合器を介して高周波電源12が接続され、高周波電圧印加可能になっいてる。

0007

本実施例の場合、同軸型空洞共振器8を用いることにより、空洞共振器内にはTEMモードを容易に励振できるという効果がある。

0008

TEMモードの同軸型空洞共振器8の底部には、図2に示すように、中心から径方向に、放射状の表面電流が流れる。図4に示すように、表面電流の方向に対し直角にスロットアンテナ9長手方向を配置した場合には、径方向の電界がスロットアンテナ9内に生じるため、処理室1へは、TM01モードのマイクロ波が放射される。図示を省略するが、表面電流と平行にスロットアンテナ9を配置した場合には、スロットアンテナ9内に生じる電界強度が弱く、処理室1へはマイクロ波がほとんど放射されない。図2に示すように、スロットアンテナ9を表面電流に対し、直角でも平行でもない角度で配置した場合には、スロットアンテナ9内には、径方向の電界Erと周方向の電界Eθが、スロットアンテナ9と表面電流との角度に応じた割合で生じる。したがって、処理室1へは、TM01モードとTE01モードの混在したマイクロ波が放射される。TE01モードのマイクロ波、導波管径の約1/2の箇所で最も電界強度が大きくなるため、図2に示すようにスロットアンテナ9をリング状に配置するリング径φcを処理室1の内径の約1/2にすると効率良く、TE01モードのマイクロ波が放射される。スロットアンテナ9と表面電流との角度45度とし、前記φcを処理室1の内径の約1/2とすると処理室1へはTM01モードおよびTE01モードはともに軸対称電界強度分布を有しており、前述のようにこれらモードの混在したマイクロ波を処理室1に投入することにより、軸対称分布をしたプラズマを容易に生成できるという効果がある。生成されるプラズマは、外周部である処理室1の壁面では大きく損失するが、中央部中心軸上では損失は少ない。したがって、リング状にプラズマ生成領域を設けることにより、広範囲で均一なプラズマが容易に生成される。TM01モードとTE01モードの混在したマイクロ波を投入することにより、リング状にプラズマ生成領域を設けることができ、またTM01モードとTE01モードの比率を変更することにより、リング状プラズマ生成領域のリング径を変更でき、プラズマ均一性を制御できる。前述のように、TM01モードとTE01モードの比率の変更は、スロットアンテナ9と表面電流との交わる角度の変更、あるいはスロットアンテナ9の形状、あるいはスロットアンテナ9の位置により変更できる。

0009

本発明の第2の実施例を図3により説明する。本実施例では、マグネトロン4のかわりに高周波電源13を用いている。高周波電源13は、同軸ケーブルを用いて整合器14、整合室7に接続されている。本実施例では、装置を小型化できるという効果がある。高周波電源13の周波数を、2.45GHzに限るものではなく、たとえば500MHz,100MHz,13.56MHz,2MHz,800kHs等の2.45GHz以外の周波数でもよい。周波数が低い程、高出力の電源を安価に、容易に製作できるという効果がある。

0010

また上記各実施例では、有磁場マイクロ波ドライエッチング装置について述べたが、有磁場マイクロ波CVD装置にも適用でき、その他、磁場を用いないマイクロ波装置、例えば、ドライエッチング装置、プラズマCVD装置アッシング装置等のプラズマ処理装置についても同様の作用効果がある。

発明の効果

0011

本発明によれば、同軸型空洞共振器を用いて、TEMモードを空洞共振器内に容易に生成し、マイクロ波が導入される空洞共振器の壁面に流れる表面電流と該壁面に設置されたスロットアンテナと交わる角度を変更することにより、スロットアンテナより放射される各種マイクロ波モード比率を変更できるので、生成されるマイクロ波プラズマの均一性を容易に制御できるという効果がある。

図面の簡単な説明

0012

図1本発明の第1の実施例の有磁場マイクロ波ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
図2図1におけるスロットアンテナ形状を示す平面図である。
図3本発明の第2の実施例の有磁場マイクロ波ドライエッチング装置を示す縦断面図である。
図4従来のスロットアンテナ形状を示す平面図である。

--

0013

1…処理室、1a…容器、1b…放電管、2…石英窓、3…コイル、4…マグネトロン、5…導波管、6…同軸導波管変換器、7…整合室、8…同軸型空洞共振器、9…スロットアンテナ、10…試料台、11…ウエハ、12…高周波電源、13…高周波電源、14…整合器。

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