JPS63190635A - マイクロ波プラズマ処理装置 - 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】 ａ、産業上の利用分野 本発明はマイクロ波プラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置とは、一定のガスをプラズマ化し、そ
の反応生成物により試料をエツチングしもしくは試料表
面上に薄膜を堆積せしめる装置である。

近年、ガスのプラズマ化の手段としてマイクロ波を利用
する方法が盛んに用いられるようになった。

マイクロ波を利用する利点として、他の方法よりもプラ
ズマ密度を効率的に高められること、プラズマ化できる
圧力範囲が広いこと、必要に応じて試料の加熱が可能な
こと、放電を起すための電極が反応容器中にないので試
料表面の汚染を少くできること等があげられる。

ｂ、従来の技術 第４図は従来技術によるマイクロ波プラズマ処理装置の
概念的立面図である。

マイクロ波発振器１ａの出力電力は導波管２ａを経由し
て石英製反応容器３ａに導かれる。反応容器３ａにはガ
ス供給管６ａから特定の種類のガスが導入され、排気管
７ａから一定流量で排気される。これにより反応容器３
ａの内部は一定の圧力に維持される。導入されたガスは
マイクロ波電力によりプラズマ化され、試糾合５ａに載
置された試料４ａの表面にエツチング加工。

または薄膜堆積処理を行う。

導波管２ａは断面が矩形状もしくは円形状をなしており
、その末端は反応容器３ａを収容しかつマイクロ波電力
の反射を少くするためにテーパ状に拡大されている。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 導波管を第５図に図示するように誘電率εが一様に分布
する例えば矩形導波管とし、ＴＥ、、モードで励振する
と、第６図に図示するように電場は導波管の２等分面で
最大となる。なお電場はそのｙ成分Ｅｙが図示されてい
る。マイクロ波エネルギー密度Ｐは、導波管の中央部（
矩形の長辺の２等分面）で最大になる。これは、マイク
ロ波電力が導波管の２等分面内の反応容器中のガスに集
中して照射されることを意味する。

一般に反応容器中の圧力が増大すると、特にガス圧力が
約１　ｔｏｒｒ以上のとき、プラズマ中の電離電子等の
平均自由工程が短かくなる。したがってマイクロ波が局
部的に照射されることにより、プラズマはさらに縮小す
る。すなわち試料４ａの表面に均一な処理を施こすこと
ができなくなり、かつ試料４ａが局部的に加熱され易い
という問題点がある。

本発明は、マイクロ波を利用したプラズマ処理装置にお
いて、反応容器内のガスにマイクロ波を均一に照射し均
一なプラズマを形成することができるマイクロ波プラズ
マ処理装置を提供することを目的とする。

ｄ０問題点を解決するための手段 上記問題点は、マイクロ波発振回路と、マイクロ波を伝
播させる導波管と、導波管の終端部に収容された反応容
器と、反応容器にガスを送るガス供給管と、反応容器か
らガスを排出するガス排出管と、反応容器中に試料を載
置する試料台を備え、反応容器中のガスにマイクロ波を
照射してガスを励起してプラズマを発生させ、該プラズ
マで試料にプラズマ処理をするマイクロ波プラズマ処理
装置において、上記導波管の終端部の内壁に、または終
端部と終端部に隣接する部分の内壁に比誘電率が大きく
誘電体損失の小さい誘電体からなる誘電体板が取付けら
れていることを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置
によって解決された。

ｅ、　作用 内壁が金属である導波管（以下金属導波管と称す）の内
部を伝播するマイクロ波は、マイクロ波伝播方向に関し
ては進行波であり、伝播方向に垂直な面内においては定
在波である。マイクロ波が単一モードからなるとき、マ
イクロ波のボインティングベクトルの空間分布はそのモ
ードに固有の分布関数となる。

例えばＥ、。モードのマイクロ波においては導波管の２
等分面近傍においてエネルギー分布が最大となる。

本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置においては、
導波管の終端部近傍においてマイクロ波電界成分に平行
な内壁の金属は誘電体に覆われている。

誘電体内部における光の位相速度と真空中における光の
位相速度は異なるので、この近傍におけるマイクロ波の
境界条件は金属導波管のそれとは異なる。

すなわちこの近傍におけるマイクロ波は、金属導波管に
対する単一モードでは表現できず、金属導波管の固有モ
ードを複数個重ね合わせた複合モードマイクロ波となる
。

−ａに高次モードのマイクロ波のエネルギー分布は低次
モードのそれに比較してより一様であるので、高次モー
ドを含む複合モードマイクロ波のエネルギー分布は低次
モードのみからなる単一モードマイクロ波よりエネルギ
ー分布はより一様になる。

したがってマイクロ波によって励起されるプラズマのエ
ネルギー分布が一様になる。

ｆ、実施例 第１図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概
念的断面図である。

マイクロ波発振器１の出力電力は導波管２を経由して石
英反応容器３に導かれる。反応容器３にはガス供給管６
から特定の種類のガスが導入され、排気管７から一定流
量で排気される。これにより反応容器３の内部は一定の
圧力に維持される。導入されたガスはマイクロ波電力に
よりプラズマ化され、試料台５に載置された試料４０表
面にエツチング加工。

または薄膜堆積処理を行う。

導波管２は断面が矩形状もしくは円形状をなしており、
その末端は反応容器３を収容しかつマイクロ波電力の反
射を少くするためにテーパ状に拡大されている。

導波管２の終端部２Ａ、または終端部２Ａと終端部２Ａ
に隣接する部分２Ｂのマイクロ波電界成分に平行な内壁
にアルミナセラミックスからなる誘電体板が取り付けら
れている。なお誘電体板はアルミナセラミックスに限ら
れず、比誘電率が大きく誘電体損失が小さい他の材質か
らなる誘電体板を使用することもできる。

第２図は第１図のＢ−Ｂ断面における誘電率の概念的分
布図である。

誘電率εは導波管の境界部分で大きいので、導波管の境
界部分における電磁波の位相速度は導波管の中央部と異
なる。したがって誘電体と金属内壁の境界条件２誘電体
と真空の間の境界条件を満すために位相の異なるマイク
ロ波あるいは高次モードのマイクロ波が発生する。すな
わちマイクロ波伝播方向に対して垂直な面内においてマ
イクロ波は定在波ではなくなり、種々の位相のマイクロ
波および高次モードのマイクロ波の重ね合せとなる。例
えば電場のｙ成分Ｅ、は、第３図に図示するように、導
波管の内部では比較的一様であり誘電体と金属の境界に
おいてゼロとなる分布となる。この結果、導波管内部に
おけるエネルギー分布が、誘電体板を取付けないときに
比較してより一様になる。なおＥ、の分布は断面毎に、
および時間的に変動する。

なおマイクロ波は誘電体板８内におけるエネルギー損失
を少くするために、誘電体材料としては誘電体損失ｔａ
ｎ　δが小さい物質が好ましい。

実際に使用した結果、誘電体取付は位置は、反応室３を
収容する部分および反応室３より約１波長手前の導波管
拡大部、すなわち導波管の終端部２八と終端部２八に隣
接する部分２Ｂのマイクロ波電界成分に平行な内壁に誘
電体板を取付けると、従来技術によるより一様なプラズ
マが得られることが判明した。誘電体の厚さは該誘電体
内の波長の約１／１０であった。

なお反応室３を収容する部分２Ａだけに誘電体板を取付
けたときにもかなり一様なプラズマが得られた。

誘電体板８を反応室３より１波長以上手前の位置から取
付けても、電力損失が増大するのみで効果は変らない。

ｇ、　効果 マイクロ波照射によって、プラズマとは無関係に試料４
．試料台が加熱されるが、このとき試料４゜試料台５の
中央部のみが局所的加熱されることなく、一様に加熱さ
れる。したがって本発明においては広いガス圧力範囲に
おける一様なプラズマ生成と相俟って、従来技術に比較
してより一様な試料上の反応および薄膜の形成が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るマイクロ波プラズマ処理装置の概
念的断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面における誘電
率εの概念的分布図、第３図は第１図のＡ−Ａ断面にお
ける電場の概念的分布図、第４図は従来技術によるマイ
クロ波プラズマ処理装置の概念的断面図、第５図は第４
図のＢ−Ｂ断面における誘電率εの概念的分布図、第６
図は第４図のＢ−Ｂ断面における電場の概念的分布図で
ある。 １・・・マイクロ波発振回路、　２１２□、２３・・・
導波管、３・・・反応容器、　　　　　　　４・・・試
料、５・・・試料台、　　　　　　　　６・・・ガス供
給管、７・・・排気管、　　　　　　　　８・・・誘電
体板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 マイクロ波発振回路と、マイクロ波を伝播させる導波管
   と、導波管の終端部に収容された反応容器と、反応容器
   にガスを送るガス供給管と、反応容器からガスを排出す
   るガス排出管と、反応容器中に試料を載置する試料台を
   備え、反応容器中のガスにマイクロ波を照射してガスを
   励起してプラズマを発生させ、該プラズマで試料にプラ
   ズマ処理をするマイクロ波プラズマ処理装置において、 上記導波管の終端部の内壁に、または終端部と終端部に
   隣接する部分の内壁に比誘電率が大きく誘電体損失の小
   さい誘電体からなる誘電体板が取付けられていることを
   特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。