説明

電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置

【目的】プラズマ室を構成するベルジャーの内面に金属薄膜が形成されるのを防ぎ、長期間に亘る使用を可能にする。
【構成】円筒導波管103のフランジ部103aとメインチャンバーに取り付けたフランジ金具102との間に、両者に対して絶縁された終端部材110とマイクロは導入板111とを配置し、これらをフランジ金具102に対して固定する。円筒導波管103内に配置したベルジャーを終端部材110により支持し、終端部材110に設けた環状の板部110aにより、フランジ金具102の内周部とイオン引出し電極106の外周部との間の領域をベルジャー105内の空間から遮蔽する。マイクロ波導入板111と円筒導波管のフランジ部103aとの間にチョークを構成する。

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用したプラズマ発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体の製造プロセス等において、被加工物にイオンを照射してエッチング等の処理を行う際には、イオンソースとして、電子サイクロトロン共鳴(ECR)を利用したプラズマ発生装置が用いられている。
【0003】図3は、半導体製造プロセスにおいて、例えばエッチングを行う際に、従来用いられていたプラズマ発生装置の一例を示したもので、同図において、1は被加工物を収容するメインチャンバー、2はメインチャンバーに設けられた開口部1aに取付けられたフランジ金具である。フランジ金具2の内側の孔部がイオン導入孔部2aとなっている。3は端部にフランジ部を有する円筒導波管で、この円筒導波管3の端部のフランジ部は、その中心軸線をイオン導入孔部2aの中心を通る軸線と一致させた状態でフランジ金具2に接続されている。円筒導波管3の他端には矩形導波管6が接続されており、マイクロ波が図示しない発振器(マグネトロン)から矩形導波管6を通して円筒導波管3内に導入される構造となっている。20は円筒導波管3の内部に収納された石英ガラス製のベルジャーで、このベルジャー20は、その開口部をフランジ金具2側に向けた状態で、かつ内部が気密に保持されるようにOリング等を介してフランジ金具2に取り付けられている。
【0004】イオン導入孔部2a内には、イオン引出し電極22が配置されている。このイオン引出し電極22は互いに対向配置された多孔状の高圧電極22aと接地電極22bとから構成されていて、高圧電極22aを石英ガラス製ベルジャー20側に向けた状態で配置されている。高圧電極22aは絶縁リング23により接地電極22bに対して絶縁され、両電極22a,22b間に正極性の直流高電圧を印加できる構造になっている。
【0005】フランジ金具2内を半径方向に貫通して、ガス通路2bが設けられ、該ガス通路2bはイオン引出し電極22の外周部とフランジ金具2の内周部との間に形成された環状の間隙24内に開口している。ガス通路2bにはガス供給管25が接続され、該ガス供給管25とガス通路2bとを通してベルジャー内のプラズマ室に試料ガスが供給される構造となっている。
【0006】磁気コイル15によって発生した磁界が存在する円筒導波管3内へ、矩形導波管6からマイクロ波が伝搬すると、ECR条件を満足する位置、例えば2.45(GHz)の周波数を有するマイクロ波に対して875(Gauss)の磁束密度を満足する位置において、電子が共鳴状態になり、これにより試料ガスの電離が促進されて、プラズマ室内部でプラズマが生成される。
【0007】この状態においてイオン引出し電極の高圧側電極22aに正極性の直流電圧を印加すると、フラズマの電位は印加電圧よりも若干高く上昇する。更に上記高圧側電極22aと、接地電位にあるイオン引出し電極の接地電極22bとの電位差によって、プラズマからイオンのみが両電極面に存在する孔を通過してメインチャンバー1内へと引き出される。
【0008】引き出されたイオンは両イオン引出し電極間の電位差に相当するエネルギーを有し、被処理物に衝突する。故に、被処理物に照射するイオンが有するエネルギーを、電極への印加電圧で制御することにより、最適な状態でのエッチングなどの処理が行われる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】図3に示したプラズマ発生装置では、ベルジャー20内のプラズマがフランジ金具2の内周部と引出し電極22の外周部との間に形成された間隙24(図4参照)内で接地電位にあるフランジ金具2に接しているため、引出し電極22aに高電圧を印加して、プラズマの電位が上昇すると、プラズマと上述のフランジ金具2との間の電位差によりイオンが加速され、間隙24内でイオンがステンレス鋼材のフランジ金具2に衝突してフランジ金具2の構成分子を叩き出し(スパッタし)、スパッタされた分子がベルジャー20の内面に付着する。そのためベルジャーの内面にステンレス鋼の薄膜が形成され、この薄膜がマイクロ波の伝搬に支障を来すという問題があった。そのため図3に示した装置は長期間の使用に耐えることができず、比較的短期間でベルジャーの交換等の保守を必要とするため、維持費が高くなるという問題があった。
【0010】本発明の目的は、フランジ金具の構成分子がスパッタされるのを防いで長期間の使用に耐えることができるようにした電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、環状のフランジ金具が取付けられた開口部を有し、該フランジ金具の内側の孔部をイオン導入孔部としたメインチャンバーと、端部に有するフランジ部の中心軸線がイオン導入孔部の中心軸線と一致するように配置されて、端部のフランジ部がフランジ金具に固定された円筒導波管と、開口端部をフランジ金具側に向けた状態で円筒導波管内に配置されたベルジャーと、互いに対向配置された高圧電極と接地電極とからなっていて、高圧電極を円筒導波管側に向けた状態でイオン導入孔部内に配置されたイオン引出し電極とを備えた電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置に係わるものである。本発明においては、フランジ金具の内周部と高圧電極の外周部との間の領域を、ベルジャー内のプラズマ発生空間から遮るように設けられた、円筒導波管の径方向に拡がる環状の板部を有する終端部材と、円筒導波管の内径に等しい内径を有していて、一部を終端部材の一部に当接させた状態で円筒導波管の端部のフランジ部の内部の空間に配置された環状のマイクロ波導入板とが設けられている。上記終端部材及びマイクロ波導入板はフランジ金具と高圧電極と円筒導波管とに対して直流的に絶縁された状態でフランジ金具に対して固定されている。またベルジャーは、その端部が終端部材に支持され、マイクロ波導入板と円筒導波管のフランジ部との間にチョークが構成されている。
【0012】
【作用】上記のように構成すると、円筒導波管の端部のフランジ部とマイクロ波導入板との間はチョークにより仮想短絡状態にある。そのため円筒導波管内を伝搬したマイクロ波は外部に漏れることなくマイクロ波導入板の内周面を経て終端部材に伝わり、該終端部材の環状の板部により終端される。従って、円筒導波管と終端部材とにより空洞共振器が構成されるように、該円筒導波管の長さ及び終端部材の軸線方向寸法を設定しておくことにより、円筒導波管内でマイクロ波を共振状態にしてベルジャー内の電界を高めることができる。また上記のように、円筒導波管の端部のフランジとマイクロ波導入板との間にチョークを構成すると、マイクロ波は外部に漏れること無く、マイクロは導入板へと伝搬するため、エネルギーの利用効率を高めることができ、安全性を高めることができる。マイクロ波導入板及び終端部材はフランジ金具及び円筒導波管に対して絶縁されているため、イオン引出し電極に高電圧を印加すると、マイクロ波導入板及び終端部材の電位はプラズマの電位と共に印加した電圧と同程度まで上昇する。終端部材の環状の板部は、フランジ金具の内周部と高圧電極の外周部との間の領域をベルジャー内のプラズマ発生空間から遮るように設けられているため、プラズマがフランジ金具の内周部に接することはない。従ってフランジ金具の構成分子がスパッタされることがないため、ベルジャーの内面にフランジ金具の構成分子の薄膜が形成されることがない。
【0013】
【実施例】図1は本発明の実施例を示したもので、同図において101はエッチング等の処理を行うために被処理物を収納するメインチャンバーである。メインチャンバー101は一面に開口部101aを有し、該開口部の周辺に、例えばステンレス鋼からなる環状のフランジ金具102が気密に接続されている。メインチャンバー101の他の面にはメインチャンバー室内を真空排気するための開口部101bが設けられている。
【0014】フランジ金具102には、円筒導波管103が接続されている。円筒導波管103は一端にフランジ部103aを有し、フランジ部103aの外周部には周壁部103bが設けられている。円筒導波管103は、その中心軸がフランジ金具102の内側に形成されたイオン導入孔部102aの中心軸と一致するように配置されていて、フランジ部103aの外周部の周壁部103bがフランジ金具102に当接され、周壁部103bを貫通して設けられた複数の取付け孔にそれぞれ挿入されたボルト104がフランジ金具102に設けられたネジ孔にねじ込まれている。ボルト104により円筒導波管103がフランジ金具102に対して固定されている。
【0015】円筒導波管103の他端には、矩形あるいは円筒形導波管104の一端が気密に接続され、導波管104の他端は図示しないマイクロ波電源の発振部に接続されている。
【0016】円筒導波管103内には、石英ガラスからなるベルジャー105が配置されている。ベルジャー105はその開口端部外周に鍔部105aを有し、鍔部105aをメインチャンバー101側に向けた状態でイオン導入孔部102aと同心的に配置されている。
【0017】フランジ金具102の内側に形成されたイオン導入孔部102a内には、イオン引出し電極106が配置されている。このイオン引出し電極106は、フランジ部107a1を有する環状の枠体107aに多孔状の電極部107bを取り付けた接地電極107と、環状の枠体108aにグリッド状の電極部108bを取り付けた高圧電極108とからなり、接地電極107は、その枠体のフランジ部107a1をフランジ金具102の内面に接合することによりフランジ金具102に固定されている。高圧電極108の枠体108aと接地電極107のフランジ部107a1とが絶縁リング109を介して結合され、電極部107b及び108bがわずかな間隙を介して対向配置されている。
【0018】本発明においては、円筒導波管103の端部のフランジ部103aとフランジ金具102との間に、終端部材110とマイクロ波導入板111とからなる終端部組立体112が設けられ、該終端部組立体112と円筒導波管103とにより空洞共振器が構成されている。
【0019】更に図2を参照して詳細に説明すると、終端部材110は、円筒導波管103の径方向に伸びていてフランジ金具102の内周部と高圧電極108の外周部との間の間隙113をベルジャー105内のプラズマ発生空間から遮るように設けられた環状の板部110aと、該板部110aの外周側に一体に設けられた環状の厚肉部110bとからなり、厚肉部110bの板部110a側の部分には更に環状の突出部110b1が形成されている。この終端部材110は、環状の板部110aの外周寄りの部分をベルジャーの鍔部105aに当接させた状態で配置されている。
【0020】マイクロ波導入板111は、内径が円筒導波管103の内径に等しい環状の金属板からなっていて、その終端部材側の面には、終端部材110の突出部110b1と同心的に伸びる環状の突出部111aが設けられている。マイクロ波導入板111は、その突出部111aを終端部材110の厚肉部の突出部110b1に当接させた状態で配置され、ネジ114により終端部材110に締結されている。マイクロ波導入板111の突出部111aよりも内周寄りの部分と終端部材110の環状の板部110aとの間にベルジャー105の鍔部105aがOリング128で気密を保持した状態で挟持されている。
【0021】終端部材110及びマイクロ波導入板111のそれぞれの環状の突出部110b1及び111aの外周側に形成された凹部内で終端部材110及びマイクロ波導入板に添わせて、例えばテフロン(商品名)からなる環状の絶縁部材117が配設され、終端部材110の外周部をこの絶縁部材117の上から押えるように環状の押え板118が配置されている。終端部材110とフランジ金具102との間にはOリング119a,119bと、例えばテフロンからなる絶縁リング120とが挿入され、押え板118がボルト121によりフランジ金具102に締結されて、終端部組立体112がフランジ金具102に対して固定されている。終端部材110及びマイクロ波導入板111は、絶縁リング120及び絶縁部材117によりフランジ金具102及び円筒導波管103に対して絶縁されている。マイクロ波導入板111は、円筒導波管の端部のフランジ部103aに所定の間隙を介して対向配置されており、フランジ部103a内には環状の空隙122が形成されている。そしてマイクロ波導入板111とフランジ部103aとの間の間隙の内周側の開口部からフランジ部103a内の空隙122の端部までの距離が管内波長λg の1/2に等しく設定されて、マイクロ波導入板111とフランジ部103aとの間にチョークが構成されている。
【0022】円筒導波管103を同心的に囲むように磁気コイル125が配置され、該磁気コイルには直流磁界が与えられている。また高圧電極108と接地間に直流高電圧を印加できる構造となっている。
【0023】フランジ金具102内には、径方向に伸びていてフランジ金具の内周部と高圧電極108の外周部との間に形成された環状の間隙113内に開口するガス通路126が形成され、このガス通路126にはガス供給管127が接続されている。
【0024】上記のプラズマ発生装置において、エッチング等の処理を行う際には、メインチャンバー101内及びベルジャー105内が所定の真空状態に保たれる。導波管104は円筒導波管103に直接結合されているため、導波管104内を伝搬したマイクロ波は、外部に漏れることなく円筒導波管103内へと伝搬する。円筒導波管のフランジ部103aとマイクロ波導入板111との間にはチョークが構成されているため、図2のA点とB点との間は仮想短絡状態にある。そのため円筒導波管103内に入ったマイクロ波は外部に漏れることなくマイクロ波導入板111に伝わり、終端部材110の環状の板部110aで短絡される。従ってマイクロ波は円筒導波管内で共振し、円筒導波管内の電界が高くなる。この電界のエネルギーと磁気コイル125により与えられる磁界とによりベルジャー内の電子が共鳴状態にされ、この電子が走行する過程でガスがイオン化されてプラズマが生成される。
【0025】イオン引出し電極106の高圧電極側に正極性の直流高電圧が印加されると、プラズマの電位が印加電圧以上に上昇し、このとき終端部材110の電位も印加電圧と同程度まで上昇する。本発明においては、フランジ金具102の内周部に形成された間隙113が、プラズマと同電位にある終端部材の環状の板部110aにより、ベルジャ105内のプラズマ室から遮蔽されているため、プラズマ中のイオンはフランジ金具102に実質的に接することなく、イオン引出し電極106により加速されてメインチャンバ101内に引き出される。
【0026】フランジ金具102にイオンが衝突することがないため、フランジ金具の構成分子がスパッタされることがない。従ってベルジャー105の内面に従来生起していたステンレス鋼の薄膜が形成されることがなく、長期間に亘って安定にイオンを発生させることができる。
【0027】上記の実施例では、終端部材110の外周部に絶縁部材117を配設しているが、押え板118を絶縁材料により形成した場合には、絶縁部材117を省略できる。
【0028】またフランジ金具102には、ステンレス鋼が多用されているが、このフランジ金具をアルミニウム合金材により形成すれば軽量化を図ることができる。
【0029】更にベルジャー105の開口端部をロー接や、接着等により終端部材110に支持することができる。もちろん、ベルジャー105の開口端部側に鍔部を設けた方が好ましいが、この鍔部を省略することもできる。
【0030】上記の実施例において、イオン導入孔部102a内のイオン引出し電極106を筒状の接地電極で置き換え、終端部材110に高電圧を印加すると、電子サイクロトロン共鳴スパッタ装置のイオンソースとして使用することができる。
【0031】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、円筒導波管の端部のフランジ部とメインチャンバに取付けられるフランジ金具との間に、両者に対して絶縁された終端部材とマイクロ波導入板とを配置して、終端部材の環状の板部により、フランジ金具の内周部と高圧電極の外周部との間の領域をベルジャー内のプラズマ発生空間から遮るようにしたので、プラズマがフランジ金具の内周部に接するのを阻止してフランジ金具の構成分子がスパッタされるのを防ぐことができる。従って、ベルジャーの内面にフランジ金具の構成分子の金属薄膜が形成されることがないので、長期間に亘って使用に耐えるプラズマ発生装置を得ることができ、ランニングコストの低減を図ることができる。
【0032】また本発明においては、円筒導波管の端部のフランジ部とマイクロ波導入板との間にチョークを構成したので、円筒導波管内を伝搬したマイクロ波を外部に漏出させることなく、終端部材に伝達させて共振させることができ、エネルギーの利用効率を高めることができる。更にマイクロ波の漏洩がないので、人体に対する安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示した断面図である。
【図2】図1の要部を拡大して示した断面図である。
【図3】従来の装置の構成を示した断面図である。
【図4】図4の要部を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
101…メインチャンバー、102…フランジ金具、103…円筒導波管、103a…フランジ部、104…矩形導波管、105…ベルジャー、106…イオン引出し電極、107…接地電極、108…高圧電極、110…終端部材、110a…環状の板部、111…マイクロ波導入板、117…絶縁部材、120…絶縁リング、118…押え板。

【特許請求の範囲】
【請求項1】 環状のフランジ金具が取付けられた開口部を有し、該フランジ金具の内側の孔部をイオン導入孔部としたメインチャンバーと、端部に有するフランジ部の中心軸線が前記イオン導入孔部の中心軸線と一致するように配置されて、該フランジ部が前記フランジ金具に固定された円筒導波管と、開口端部を前記フランジ金具側に向けた状態で前記円筒導波管内に配置されたベルジャーと、互いに対向配置された高圧電極と接地電極とからなっていて、高圧電極を円筒導波管側に向けた状態で前記イオン導入孔部内に配置されたイオン引出し電極とを備えた電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置において、前記フランジ金具の内周部と高圧電極の外周部との間の領域を、前記ベルジャー内のプラズマ発生空間から遮るように設けられた、前記円筒導波管の径方向に拡がる環状の板部を有する終端部材と、前記円筒導波管の内径に等しい内径を有していて一部を前記終端部材の一部に当接させた状態で円筒導波管の端部のフランジ部の内部の空間に配置された環状のマイクロ波導入板とを具備し、前記終端部材及びマイクロ波導入板は前記フランジ金具と高圧電極と円筒導波管とに対して直流的に絶縁された状態で前記フランジ金具に対して固定され、前記ベルジャーはその端部が前記終端部材に支持され、前記マイクロ波導入板と前記円筒導波管のフランジ部との間にチョークが構成されていることを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ発生装置。

【図1】
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【図4】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開平5−41293
【公開日】平成5年(1993)2月19日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平3−198088
【出願日】平成3年(1991)8月7日
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)