JPS63221622A - 乾式薄膜加工装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波プラズマを利用したドライエツ
チングおよびＣＶ　Ｄ　　（Ｃｈｅｍｌｃａｌ　Ｖａｐ
ｏｕｒＤｅｐｏａｉｔｌｏｎ、ガス状物質が反応して基
板上に固体を析出する反応）による成膜が可能な薄膜加
工装置でありで、マイクロ波を発生する手段と、このマ
イクロ波を伝達する導波管と、筒状に形成され前記導波
管と板状の導電体からなる真空窓を介して該筒の一方の
端面で結合され該真空窓を介してマイクロ波が導入され
るとともにガス供給手段を介して送入されたガスを前記
マイクロ波との共鳴効果によりプラズマ化して活性な原
子１分子またはイオンを生ずる磁力線を発生する励磁ソ
レノイドを備えかつ軸線が該ソレノイドが生ずる磁力線
束の中心軸と一致する開口を他方の端面に有するプラズ
マ生成室と、前記開口を介して前記プラズマ生成室と結
合され該開口から前記磁力線束に沿って流出する前記活
性な原子１分子またはイオンにより表面にエツチングが
施されまたは薄膜が形成される基板が配される処理室と
、前記プラズマ生成室と処理室と・の排気を行なう排気
手段とを備えたものに関゛する。

〔従来の技術〕

この発明の属する技術分野において、最近ＥＣＲプラズ
マを用いたプロセス技術が注目されている１１ＥＣＲと
はＥｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ　Ｒｅａｏａ
ａｎｃｖ（電子サイクロトロン共鳴）の略号であり、磁
場とマイクロ波との共鳴効果を用いて電子を加速し、こ
の電子の運動エネルギを用いてガスを電離せしめプラズ
マを得るものである。マイクロ波に励振された電子は磁
力線のまわりを円運動し、その際、遠心力とローレンツ
力とがバランスする条件がＥＣＲ条件と呼ばれる。遠心
力をｓｒω−ローレンツ力を−ｑｒωＢで表わすと、こ
れらがバランスする条件はω／　Ｂ　＝　ｑ　／　ｍで
ある。ここでωはマイクロ波の月速度、Ｂは磁束密度、
ｑ／ｍは電子の比電荷である。マイクロ波周波数は工業
用に認められている２）４５ＧＨｚが一般に用いられ、
その場合０．０８７５Ｔが共鳴磁束密度である。

ＥＣＲプラズマを応用した薄膜加工装置として例えば第
２図に示す方法が知られている。この装置ではプラズマ
生成室３．処理室９を図示しない排気手段により真空排
気しておき、ガス供給手段としての原料ガス導入管路４
からＮ、ガスをプラズマ生成室３へ流したところへ、マ
イクロ波をその伝達手段である導波管ｌと、板状の誘電
体からなり大気圧下にあろ導波管側と真空排気されたプ
ラズマ生成室３内とを気密に隔離するための真空窓２と
を介してプラズマ生成室へ送り込む、プラズマ生成室３
の下部には中心に大口径の孔７を待９た金属板１７が取
り付けられており、この金属板とプラズマ生成室３とで
半開放のマイクロ波共振器を構成゛している。この共振
器の外部には励磁ソレノイド６が配置され、共振器内に
ＥＣＲ条件を満たす磁場が発生しているため、共振器内
にＥＣＲプラズマが発生する。このプラズマが処理室９
内へ押し出され、試料台１０へ向かう空間内にガス人口
１２からシランガス（ＳｉＨ＊）を送りこんで、このガ
スを上記プラズマにより活性化すると、発生した活性種
が被加工試料である基板１１と反応して基板表面に薄膜
が形成される。

なお、原料ガス導入管路４からＮ富ガスの代わりにエツ
チング用ガスを流しこむことにより、この装置は基板の
エツチング加工用に用いることができる。なお、５はプ
ラズマ生成室３の外周面を冷却する冷却筒である。また
、１６はＯＩＪソングあって導波管１をプラズマ生成室
３に結合するために−４波管端部に固着されたフランジ
１ａに設けられたパツキン溝に挿入され、プラズマ生成
室３と外気とを気密に遮断している。このフランジｌａ
の内側には板状誘電体からなる真空窓−２とリング板状
パツキン１５とが収容され、フランジｌａを０リング１
６を圧縮しながらプラズマ生成室３の端面３ａに締めつ
けることにより、プラズマ生成室３と導波管ｌの内側と
を気密に遮断している。この場合、リング板状パツキン
１５は、プラズマ生成室からの熱的な影響を小さくする
ため、真空窓の導波管側に挿入され、プラズマ生成室と
外気との気密は０リングにより、またプラズマ生成室と
導波管内側との気密はパツキン１５により行ない、この
両パツキンにそれぞれ気密部位を分担させている。

〔発明が解決しようとする問題点１ 以上のように構成された乾式薄膜加工装置における問題
点は次の通りである。すなわち導波管とプラズマ生成室
との間に介装された真空窓２は通常エツチングガスのプ
ラズマに侵されにくい酸化アルミニウム　（以下慣用Ｉ
ＩＩ　：アルミナの語を用いる）の板として形成される
が、この窓を大電力のマイクロ波が通過すると、アルミ
ナ中に含まれる不純物に基因する発熱が生じ、この熱に
よる歪みのために窓が破壊する危険がある。窓が破壊す
るとプラズマ生成室および処理室に導波管内の空気が流
入し、真空排気系に対して排気のための負荷が急増して
有害であるばかりでなく、薄膜加工に用いる、人体に有
害なガスの流出も考えられ、擺めて危険である。さらに
エピタキシャル成長による成膜や酸化などのために基板
をヒータで加熱する場合には、このヒータからの熱によ
り、真空窓２およびプラズマ生成室の端面３ａが加熱さ
れ、プラズマ生成室内へ導入しようとするマイクロ波電
力がたとえば１ｋＷよりも小さい小電力の場合において
も、真空窓が破壊されたり、０リング１６などの構成部
材が損傷を受けたりして、装置の安定した運用に支障を
きたす。

本発明の目的は、大電力のマイクロ波を、真空窓を破壊
することなくプラズマ生成室内へ導入して高能率な薄膜
加工を可能ならしめるとともに、基板加熱用ヒータによ
り装置が加熱されても支障なく運用可能な乾式薄膜加工
装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明によれば、マイクロ
波を発生する手段と、このマイクロ波を伝達する導波管
と、筒状に形成され前記導波管と板状の誘電体からなる
真空窓を介して該筒の一方の端面で結合され該真空窓を
介してマイクロ波が導入されるとともにガス供給手段を
介して送入されたガスを前記マイクロ波との共鳴効果に
よりプラズマ化して活性な原子９分子またはイオンを生
ずる磁力線を発生する励磁ソレノイドを備えかつ軸線が
該ソレノイドが生ずる磁力線束の中心軸と一敗する開口
を他方の端面に有するプラズマ生成室と、前記開口を介
して前記プラズマ生成室と結合され該開口から前記磁力
線束に沿って流出する前記活性な原子１分子またはイオ
ンにより表面にエツチングが施されまたは薄膜が形成さ
れる基板が配される処理室と、前記プラズマ生成室と処
理室との排気を行なう排気手段とを備えた乾式薄膜加工
装置を、前記真空窓を介して導波管と結合されたプラズ
マ生成室の一方の端面が冷媒を用いて冷却可能に構成さ
れるとともに前記マイクロ波通過に基づく真空窓の発熱
が、この真空窓と前記プラズマ生成室端面との間および
または導波管との間に介装され導波管とプラズマ生成室
とを気密に結合せしめる弾性シートを介して前記冷却さ
れるプラズマ生成室端面へ導出されるように構成するも
のとする。

〔作用〕

装置をこのように構成することにより、プラズマ生成室
端面ば従来よりはるかに低温に維持されうるから、マイ
クロ波通過に基づく真空窓の発熱は弾性シートを介して
効果的に導出され、真空窓の温度上昇が抑制されるとと
もに、Ｏリングなどプラズマ生成室端面に接触する構成
部材の熱による損傷も防止される結果、大電力マイクロ
波のプラズマ生成室への導入が可能になり、また基板加
熱用ヒータを用いた装置の運用も可能になる。

〔実施例〕

第１図に本発明に基づいて構成される乾式薄膜加工装置
の一実施例を示す、導波管１と結合されるプラズマ生成
室３の端面３ｂは偏平な中空リング状に形成され、この
中空部に、送水管５ａから冷却筒５の底部へ送入された
後、リング状の仕切り板５ｃに複数個設けられた貫通孔
５ｄを通過し、プラズマ生成室３の外周面に沿って上昇
する冷却水が送り込まれ、この送り込まれた冷却水は排
水管５ｅを介して外部へ導出される。これにより、端面
３ｂの上面は常に低温に保持される。一方、真空窓は、
本実施例では、２枚の板状誘電体２Ａ、−２Ｂからなる
２重窓構造に形成され、熱的により過酷なストレスを受
けるプラズマ生成室側の窓２Ａが破壊して導波管側とプ
ラズマ生成室側との間の気密性能が失われても、真空窓
２Ｂの存在により、導波管側とプラズマ生成室側との間
がスローリークの状態となるようにして、真空排気系に
対し、急激に大気圧負荷がかかるのを防止するとともに
、人体に有害なガスのプラズマ生成室からの流出を防ぎ
、かつ、このガスが流出したとしたときに起こりうる発
火の危険を防止しているが、これは真空窓２への破壊後
、装置の運転を停止するためのマイクロ波発生の停止、
原料ガスの供給停止、励磁ソレノイドの通電停止、真空
排気系の運転停止など各部停止のための時間を十分に得
て装置の補修への移行を円滑にするためであり、プラズ
マ生成室端面が従来の構成であるかぎり真空窓２Ａの破
壊の危険性は依然として存在する。しかし本実施例のよ
うに、端面を３ｂのように偏平な中空リング状に形成し
、この中空部に冷却水を導入して冷却すれば、真空窓２
Ａに発生した熱は弾性シー）　２１ｂを介して端Ｗ３ｂ
の上面へ効果的に導出され、また、真空窓２Ｂに発生し
た熱もフランジ２１ａを介して端面３ｂの上面へ導出さ
れるから、両真空窓の温度は常に比較的低温に保持され
、真空窓の破壊に到るほどの熱歪みを生じない。

ところで、真空窓２Ａと端面３ｂとの間に介装される弾
性シー）　２１ｂは、真空窓の発熱を、冷却水によって
低温に維持されているプラズマ生成室端面へ効果的に導
出する役目を有しているから、良好な熱伝導性を備えて
いるものを用いるほどより大きい効果をもたらす、そし
て、実施例のように、真空窓とプラズマ生成室端面との
間に介装してプラズマ生成室と外気および導波管内側と
の間の気密を１個所で行なうようにすれば、従来の０リ
ング（第２図、１６）と導波管側パツキン（第２図、１
５）とを同時に省略することができる。もちろん、熱伝
導シートを従来のように真空窓と導波管との間に介装し
ても、フランジ２１ａとプラズマ生成室端面とは金属接
触の状態で結合されているから、真空窓２８の発熱はフ
ランジ２１ａを介してプラズマ生成室の端面へ効果的に
導出され、真空窓２Ａと同様に温度上昇が抑えられる。

このため、弾性シートは、材質として、たとえば、熱伝
導性の良い、ボロンニトライドと称する粉末状のものを
、耐熱性の良好な弾性材たとえばシリコンゴムに混入し
てシート状としたものを用いる。このようにすれば弾性
シート自体も比較的低温に保持され、その耐熱性とあい
まって余裕をもって気密弾性を維持した運転が可能とな
る。なお、本実施例のように、真空窓を二重窓構造とす
るときは、真空窓２Ａ、２Ｂの間に介装される耐熱性リ
ング２１Ｃを、熱伝導シート２１ｈと同一材として装置
の簡易化をはかることも可能である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明ばよれば、導波管と真空窓
を介して結合される筒状のプラズマ生成室端面を冷媒を
用いて冷却可能に構成したので、プラズマ生成室端面ば
従来に比して著しく低温に維持され、この結果、マイク
ロ波の通過に基づく真空窓の発熱は弾性シートを介して
効果的に前記プラズマ生成室端面へ導出され、真空窓の
温度上昇が抑えられて真空窓は比較的低温に保持され、
大電力マイクロ波を真空窓を破壊することなくプラズマ
生成室内へ導入することができるから、高能率な成膜加
工が可能になり、また、基板加熱用ヒータを用いた加工
時にも真空窓や０リングのような装置構成部材の損傷が
避けられ、装置の安定した運用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による装置構成図、第２図は従
来装置の例を示す装置構成図である。 １．２１：導波管、２．２Ａ、　２８：真空窓、３：プ
ラズマ生成室、４：ガス供給手段、５：冷却筒、５ａ：
送水管、５ｂ、５ｅ：排水管、６：励磁ソレノイド、７
：開口、９：処理室、１１：基板、２１ｂ　　？弾性シ
ート。 婁莞緋気果 ｌ！空排気系

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）マイクロ波を発生する手段と、このマイクロ波を伝
   達する導波管と、筒状に形成され前記導波管と板状の導
   電体からなる真空窓を介して該筒の一方の端面で結合さ
   れ該真空窓を介してマイクロ波が導入されるとともにガ
   ス供給手段を介して送入されたガスを前記マイクロ波と
   の共鳴効果によりプラズマ化して活性な原子、分子また
   はイオンを生ずる磁力線を発生する励磁ソレノイドを備
   えかつ軸線が該ソレノイドが生ずる磁力線束の中心軸と
   一致する開口を他方の端面に有するプラズマ生成室と、
   前記開口を介して前記プラズマ生成室と結合され該開口
   から前記磁力線束に沿って流出する前記活性な原子、分
   子またはイオンにより表面にエッチングが施されまたは
   薄膜が形成される基板が配される処理室と、前記プラズ
   マ生成室と処理室との排気を行なう排気手段とを備えた
   乾式薄膜加工装置において、前記真空窓を介して導波管
   と結合されたプラズマ生成室の一方の端面が冷媒を用い
   て冷却可能に構成されるとともに前記マイクロ波通過に
   基づく真空窓の発熱が、この真空窓と前記プラズマ生成
   室端面との間およびまたは導波管との間に介装され導波
   管とプラズマ生成室とを気密に結合せしめる弾性シート
   を介して前記冷却されるプラズマ生成室端面へ導出され
   るようにしたことを特徴とする乾式薄膜加工装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、真空窓
   とプラズマ生成室端面との間およびまたは導波管との間
   に介装される弾性シートは熱伝導性の良好な熱伝導シー
   トであることを特徴とする乾式薄膜加工装置。