JP3156492B2

JP3156492B2 - プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Info

Publication number: JP3156492B2
Application number: JP05394594A
Authority: JP
Inventors: 安直岡崎; 善一吉田; 信一水口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-24
Publication date: 2001-04-16
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH07263185A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体や液晶パネル、
太陽電池等の薄膜形成工程、または微細なパターンを形
成するためのエッチング工程などに用いられるプラズマ
処理装置及びプラズマ処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラズマ処理装置は、高機能化と
その処理コストの低減のために、高速化、高品質化、大
面積処理化を実現する取り組みが盛んに行われている。
以下、従来のプラズマ処理装置を、マイクロ波マグネト
ロンスパッタ装置（特公平5-283365号公報）を例に挙げ
て説明する。

【０００３】図８は、従来のプラズマ処理装置における
反応室の断面図である。図８において、１はマグネトロ
ンで、矩形導波管２に接続され、矩形導波管２は同軸導
波管３に接続されている。矩形導波管２の内部にはリッ
ジ４、プランジャ５が設けられており、リッジ４と同軸
導波管３の中心導体３ａが接続されている。同軸導波管
３はテーパー状に拡大しており、終端の平坦部にはター
ゲット６が設置できるようになっている。ターゲット６
の下にはリング状の磁気ギャップを持った同心円の永久
磁石７が埋め込まれている。また、同軸導波管３の中心
導体３ａと外周導体３ｂとの間には真空封止し、かつ、
マイクロ波を透過する絶縁物としての石英窓が設けられ
ている。８は真空排気手段を有する真空保持可能な真空
容器でテフロン板により同軸導波管３と電気的に絶縁さ
れている。９は被処理基板、１０は被処理基板台、１１
はガス導入管である。

【０００４】以上のような構成を有する従来のプラズマ
処理装置について、以下その動作を説明する。マグネト
ロン１から発振された２．４５ＧHzのマイクロ波は、矩
形導波管２中を矩形導波管伝播モード（ＴＥ₁₀波）で伝
播し、リッジ４の作用により同軸導波管伝播モードに変
換され、同軸導波管３を伝播し、ターゲット６上に導か
れる。このときガス導入管１１からＡｒ等を2×10^-2Tor
r程度導入し、プランジャ５を調整すれば、ターゲット
６上にプラズマが発生し、永久磁石７の作用により、マ
グネトロンモードの放電が維持される。そして、ガス圧
力を8×10^-2Torr程度に低下させ、同軸導波管３に高周
波電源１２により、13.56MHz を印加すると、プラズマ
中のイオンがターゲット６の表面をたたき、ターゲット
６の粒子が放出され、被処理基板９上にターゲット６の
成分の薄膜を形成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成を有する従来のプラズマ処理装置では、マイク
ロ波の矩形導波管伝播モードから同軸導波管伝播モード
のモード変換において、高次モードであるＴＥ₁₁波が発
生し、同軸導波管にＴＥＭ波とＴＥ₁₁波が合成された電
界分布の偏ったモードのマイクロ波が伝播し、同軸導波
管の開端部においてマイクロ波が偏って放射され、その
ために不均一なプラズマが発生し、プラズマ処理の均一
性が悪くなり、大面積の基板に対しては適用できないと
いう問題点があった。

【０００６】本発明は、前記従来技術の課題を解決し、
高密度のプラズマで大面積の基板でも均一に処理するこ
とのできるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係るプラズマ処理装置の第１の構成は、真
空排気手段とガス導入手段とを有する真空容器と、前記
真空容器内に設けられた被処理基板保持手段と、前記真
空容器に接続された同軸導波管と、前記同軸導波管を真
空封止する絶縁物とを備え、前記同軸導波管の前記真空
容器に接続された開放端より高周波電力を放射し、前記
ガス導入手段より導入されたガスをプラズマ化すること
により処理を行うプラズマ処理装置において、前記同軸
導波管の高周波電力を放射する開放端と反対側の終端に
接続され、略対向する少なくとも２つの高周波電力導入
口を有し、前記略対向する少なくとも２つの高周波電力
導入口より導入される高周波電力どうしを干渉させるこ
とにより、高周波電力の高次モード発生を抑制する矩形
−同軸変換手段と、前記矩形−同軸変換手段の略対向す
る少なくとも２つの高周波電力導入口のそれぞれに高周
波電力を導入する高周波電力導入手段とを備えたことを
特徴とする。

【０００８】また、前記第１の構成において、高周波電
力導入手段は、高周波電力発振手段と、前記高周波電力
発振手段により発振された高周波電力を分岐し矩形−同
軸変換手段の略対向する少なくとも２つの高周波電力導
入口に導入する高周波電力分岐手段とで構成されるのが
好ましい。

【０００９】もしくは、前記第１の構成において、高周
波電力導入手段は、矩形−同軸変換手段の略対向する少
なくとも２つの高周波電力導入口の１つ１つに対応する
少なくとも２つの高周波電力発振手段を有するのが好ま
しい。

【００１０】また、前記第１の構成において、矩形−同
軸変換手段は、両端が高周波電力導入口である矩形導波
管と、前記矩形導波管の内部に設けられ同軸導波管の中
心導体に接続された対称なテーパー形状のブロックから
構成されるのが好ましい。

【００１１】もしくは、前記第１の構成において、矩形
−同軸変換手段は、両端が高周波電力導入口であり、か
つ、同軸導波管の中心導体が内部の途中まで電界の方向
と平行に挿入された構造の矩形導波管で構成されるのが
好ましく、さらに、同軸導波管の中心導体は矩形−同軸
変換手段の矩形導波管の側面につきでた形状であるのが
好ましい。

【００１２】また、本発明に係るプラズマ処理装置の第
２の構成は、真空排気手段とガス導入手段とを有する真
空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板保持
手段と、前記真空容器に接続された同軸導波管と、前記
同軸導波管を封止する絶縁物とを備え、前記同軸導波管
の前記真空容器に接続された開放端より高周波電力を放
射し、前記ガス導入手段より導入されたガスをプラズマ
化することにより処理を行うプラズマ処理装置であっ
て、前記同軸導波管に接続され、前記同軸導波管に高周
波電力を導入する少なくとも２つの同軸分岐管と、前記
少なくとも２つの同軸分岐管のそれぞれに高周波電力を
導入する高周波電力導入手段とを備えたものである。

【００１３】また、前記第２の構成で、同軸導波管の中
心導体において、真空容器内の高周波電力放射部分にガ
スを導入する中心導体ガス導入手段を有するのが好まし
い。

【００１４】また、本発明に係るプラズマ処理装置の第
３の構成は、真空排気手段とガス導入手段とを有する真
空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板保持
手段と、前記真空容器に接続された同軸導波管と、前記
同軸導波管を封止する絶縁物とを備え、前記同軸導波管
の前記真空容器に接続された開放端より高周波電力を放
射し、前記ガス導入手段より導入されたガスをプラズマ
化することにより処理を行うプラズマ処理装置であっ
て、前記同軸導波管に接続され、高周波電力整合手段を
有する少なくとも２つの同軸分岐管と、前記同軸導波管
に高周波電力を導入する高周波電力導入手段とを備えた
ものである。

【００１５】また、前記第３の構成においては、少なく
とも２つの同軸分岐管の少なくとも１つは中心導体にお
いて、真空容器内の高周波電力放射部分にガスを導入す
る中心導体ガス導入手段を有するのが好ましい。

【００１６】また、前記第１及び第２の構成において
は、同軸導波管を真空容器に向かうに従ってテーパー状
に拡大した構造であるのが好ましい。

【００１７】また、前記第１及び第２の構成において
は、同軸導波管によって真空容器内に放射される高周波
電界内に磁界を形成する手段を有するのが好ましい。

【００１８】また、本発明に係るプラズマ処理方法は、
真空排気手段を有する真空容器内にガスを導入し、高周
波電力によって前記ガスをプラズマ化し、前記真空容器
内に設けた被処理基板を処理するプラズマ処理方法であ
って、略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口よ
り導入される高周波電力同志を干渉させることにより高
周波電力の高次モード発生を抑制する矩形−同軸変換手
段が接続された同軸導波管から前記高周波電力を放射す
ることにより発生するプラズマを用いて前記被処理基板
に処理を施すことを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明の第１の構成によれば、高周波電力の矩
形導波管伝播モードから同軸導波管伝播モードの変換の
際に、略対向する高周波電力導入口より導入される高周
波電力どうしが干渉することにより高次モードの発生が
抑制され、同軸導波管に均一なモードの高周波電力が伝
播するので、同軸導波管の終端において均一な高周波電
力が放射され、均一なプラズマが発生し、大面積の基板
でも均一に処理することができる。

【００２０】また、前記第１の構成の高周波電力導入手
段を、高周波電力発振手段と、前記高周波発振手段によ
り発振された高周波電力を分岐し矩形−同軸変換手段の
略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口に導入す
る高周波電力分岐手段とからなる構成とすれば、略対向
する少なくとも２つの高周波電力導入口にそれぞれ導入
される高周波電力は元は同じ高周波電力発振手段より発
振され、分配された高周波電力であることから、各高周
波電力どうしの位相の整合が容易となり、簡潔な高周波
電力の調整で、同軸導波管での高次モードの発生を抑制
し、均一なプラズマを発生させる。

【００２１】また、前記第１の構成の高周波電力導入手
段を、矩形−同軸変換手段の略対向する少なくとも２つ
の高周波電力導入口の１つ１つに対応する少なくとも２
つの高周波電力発振手段を有する構成とすれば、複雑な
構成の分岐手段が不必要となり、簡潔な構成で同軸導波
管での高次モードの発生を抑制し、均一なプラズマを発
生させる。

【００２２】また、前記第１の構成の矩形−同軸変換手
段を、矩形導波管と、前記矩形導波管の内部に設けられ
同軸導波管の中心導体に接続された対称なテーパー形状
のブロックとからなる構成とすれば、矩形導波管から同
軸導波管への特性インピーダンスの変化が緩やかにな
り、矩形−同軸変換手段での高周波電力の反射を抑制し
て、効率よく高周波電力が変換され、効率よく均一なプ
ラズマを発生する。

【００２３】また、前記第１の構成の矩形−同軸変換手
段を、両端が高周波電力導入口であり、同軸導波管の中
心導体が内部の途中まで電界の方向と平行に挿入された
構造の矩形導波管で構成すれば、矩形−同軸変換手段は
矩形導波管のみで構成されるので、簡潔な構成で矩形−
同軸の変換を行い、均一なプラズマを発生できる。

【００２４】また、同軸導波管の中心導体を矩形−同軸
変換手段の矩形導波管の側面につきでた形状とした構成
にすれば、矩形導波管の側面で同軸導波管の中心導体の
保持ができ、均一なプラズマを発生できるとともに、中
心導体の保持が容易になる。

【００２５】また、前記第２の構成によれば、分岐の存
在による整合の乱れの影響で高周波電力の高次モードが
発生するのを抑制し、分岐が存在する場合でも、同軸導
波管に均一なモードの高周波電力が伝播し、均一なプラ
ズマを発生させる。

【００２６】また、前記第２の構成で、同軸導波管の中
心導体において、真空容器内の高周波電力放射部分にガ
スを導入する中心導体ガス導入手段を有する構成にすれ
ば、高周波が放射される部分に、効率よくガスを導入
し、効率よく均一なプラズマが発生する。

【００２７】また、前記第３の構成によれば、高周波電
力整合手段により分岐の存在による整合の乱れの影響で
高周波電力の高次モードが発生するのを抑制し、分岐が
存在する場合でも、同軸導波管に均一なモードの高周波
電力が伝播し、均一なプラズマが発生する。

【００２８】また、前記第３の構成の少なくとも２つの
同軸分岐管の少なくとも１つは中心導体において、真空
容器内の高周波電力放射部分にガスを導入する中心導体
ガス導入手段を有する構成にすれば、高周波が放射され
る部分に、効率よくガスを導入し、効率よく均一なプラ
ズマが発生する。

【００２９】また、前記第１、第２及び第３の構成にお
いて、同軸導波管を真空容器に向かうに従ってテーパー
状に拡大した構造によれば、高周波電力がテーパー状同
軸導波管部で拡大され、真空容器内の広い領域にわたっ
て放射する。

【００３０】また、前記第１、第２及び第３の構成にお
いて、同軸導波管によって真空容器内に放射される高周
波電界内に磁界を形成する手段を有する構成によれば、
高周波電界が磁界形成手段によって形成される磁気ギャ
ップと相互作用し、プラズマ中の電子を捕獲、回転運動
させ、プラズマ密度が高まる。

【００３１】また、本発明に係るプラズマ処理方法によ
れば、矩形−同軸変換手段が接続された同軸導波管から
前記高周波電力を放射することにより発生するプラズマ
を用いるので、均一な高周波電力が放射されて発生した
均一なプラズマが得られ、大面積の基板は均一に効率よ
く処理される。

【００３２】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的
に説明する。

【００３３】（実施例１）図１は本発明に係るプラズマ
処理装置の実施例１における反応室の断面図である。図
１において、１３はマイクロ波発生装置であるマグネト
ロン、１４は反射波を分離吸収するアイソレータであ
る。１５はマイクロ波の矩形導波管（109mm×54.5mm）
による分岐手段であり、分岐路１５ａ、１５ｂ、分岐１
５ｃで構成されている。分岐１５ｃはＥ面Ｔ分岐の矩形
導波管であり、２つの出力には分岐路１５ａ、１５ｂが
それぞれ接続されている。分岐路１５ａ、１５ｂはＥコ
ーナーを持ち、導波路を曲げることにより分岐１５ｃと
矩形−同軸変換手段１６の両端を結んでいる。また、分
岐手段１６にはマイクロ波の整合をとるためのスリース
タブチューナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが設けられてい
る。

【００３４】矩形−同軸変換手段１６はマイクロ波の矩
形導波管（109mm×54.5mm）１６ａとテーパー形状のブ
ロックであるリッジ１６ｂで構成されており、その中心
部に中心導体１８ａ（外径24mm）、外周導体１８ｂ（内
径54mm）で構成される同軸導波管１８が接続されてい
る。また、リッジ１６ｂは、矩形導波管１６ａの内部に
設けられており、同軸導波管の中心導体１８ａが接続さ
れている。同軸導波管１８は終端において、４５度のテ
ーパー形状で拡大され、真空排気手段を有する真空保持
可能な真空容器１９に接続され、マイクロ波を透過する
絶縁物としての石英窓２０により真空封止されている。
同軸導波管の中心導体１８ａの拡大された終端部の内部
は空洞になっており、平坦部にはターゲット２１が設置
してある。

【００３５】ターゲット２１は同軸導波管の中心導体１
８ａとはテフロン板２２で電気的に絶縁されたターゲッ
トホルダー２３により支持されており、ターゲットホル
ダー２３の内部にはターゲット２１の面上に磁場を発生
させるためのリング状の磁気ギャップを持った同心円の
永久磁石２４が内蔵されている。また、永久磁石２４と
ターゲット２１は水冷できるようになっており、同軸導
波管の中心導体１８ａの内部に水冷パイプ２５が通って
いる。また、この水冷パイプ２５に電位を印加すること
により、ターゲット２１の電位を変化させることができ
るようになっている。２６は被処理基板、２７は被処理
基板２６の加熱手段であるヒータ（図示せず）を有する
基板台、２８は真空容器１９内にガスを導入するための
ガス導入手段である。

【００３６】以上説明した構成は本発明に係るプラズマ
処理装置をマイクロ波マグネトロンスパッタ装置として
用いた場合の実施例であり、以下その動作を説明する。

【００３７】マグネトロン１３から発振された２．４５
ＧHzのマイクロ波は矩形導波管中をTE₁₀モードで伝播
し、分岐１５ｃにて均一に電力が分配され、分岐路１５
ａ、１５ｂを伝播し、矩形−同軸変換手段１６の矩形導
波管１６ａの両端より入力される。矩形−同軸変換手段
１６では、リッジ１６ｂの作用によって、マイクロ波は
矩形導波管伝播モードから同軸導波管伝播モードへと変
換される。リッジ１６ｂは矩形導波管１６ａと同軸導波
管１８の特性インピーダンスの違いを緩やかに繋ぎ、マ
イクロ波が矩形−同軸変換手段１６にて反射することな
く効率よく変換されるよう作用する。

【００３８】この変換では、リッジに対して２方向から
マイクロ波を導入することにより、分岐路１５ａ、１５
ｂで入力されるマイクロ波の位相をスリースタブチュー
ナ１７ａ、１７ｂで合わせ、スリースタブチューナ１７
ｃで整合をとれば、高次モードであるＴＥ₁₀波は互いに
干渉し、打ち消し合う形になるので、発生することはな
く、矩形導波管のＴＥ₁₀波はすべてＴＥＭ波に変換さ
れ、同軸導波管１８には均一なＴＥＭ波のみが伝播し、
同軸導波管１８の終端部において均一なマイクロ波が放
射される。したがって、ガス導入手段２８からアルゴン
ガス等を導入して、真空容器１９内のガス圧を2×10^-2T
orrにすると、放射されたマイクロ波によって均一なプ
ラズマが発生する。

【００３９】また、スリースタブチューナ１７ｃを調整
し、プラズマを、例えば３インチのSiO₂ターゲット２１
の上に持ってくる。ターゲット２１上では同心円永久磁
石２４の作用によって100〜200ガウスの磁場が印加され
ており、リング上の磁気ギャップにプラズマが捕獲さ
れ、マグネトロンモードの放電が維持される。そして、
ガス圧を低下させ、例えば8×10^-4Torrとし、高周波電
源２９によって、例えば１３．５６ＭHzを印加すると、
ターゲット２１上のプラズマ中のイオンがターゲット２
１の表面をたたき、ターゲット２１の粒子を放出する。
この粒子が被処理基板２６に飛来して、ターゲット２１
の成分の薄膜を形成する。こうして得られた薄膜は、均
一に放射されたマイクロ波による均一なプラズマの作用
により均一性の優れたものとなる。

【００４０】なお、実施例１では矩形−同軸変換手段１
６のリッジ１６ｂとして直線状テーパーブロックを用い
たが、図２のような曲線状テーパーブロック１６１を使
用しても同様な効果が得られる。また、図３のように中
心導体と外周導体に対してそれぞれテーパーブロック１
６２，１６３を設けることでも同様の効果を得ることが
できる。さらに、図４のように同軸導波管の中心導体１
８ａをＴ字型にした場合でも同様の効果を得ることがで
きる。

【００４１】また実施例１では、分岐手段としてＥ面Ｔ
分岐を用いたが、その他Ｈ面Ｔ分岐やＹ分岐など様々な
分岐手段が応用可能である。さらに、コーナーに関して
も、Ｅコーナーの他にもＨコーナーまたはＥベンド、Ｈ
ベンドなどあらゆる導波路の曲がりのための素子を使用
して経路を構成することが可能である。

【００４２】また、実施例１では、分岐路１５ａ、１５
ｂの経路長が等しくなるようにしたが、スリースタブチ
ューナ１７ａ、１７ｂによる位相の調整が可能であるの
で、経路差が存在しても問題はない。しかし、分岐１５
ｃがＥ面分岐であるため２つのポートの出力は互いに逆
位相で現れるため、マイクロ波の管内波長をΛとする
と、分岐路１５ａ、１５ｂの経路差を（ｎ＋１／２）Λ
とすれば、スリースタブチューナ１７ａ、１７ｂの調整
が容易となる効果が得られる。ただし、ｎは整数であ
る。なお、分岐としてＨ面Ｔ分岐を使用した場合には、
分岐後の出力が同位相となるため、経路差はｎΛが望ま
しい。

【００４３】また、実施例１では、３つのスタブチュー
ナ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを設けたが、スタブチューナ
１７ｃを省略し、スタブチューナ１７ａ、１７ｂのみで
全体の整合および両分岐路の位相の整合を取ることが可
能である。また、スタブチューナ１７ａまたはスタブチ
ューナ１７ｂを省略することが可能であることはいうま
でもない。

【００４４】また、実施例１では、２つのマイクロ波導
入口を有する矩形−同軸変換手段１６を用いたが、これ
に限られるわけではなく、３または４つの導入口を有す
る構造でも同様の効果が得られる。

【００４５】（実施例２）図５は本発明に係るプラズマ
処理装置の実施例２における反応室の断面図である。実
施例２では矩形−同軸変換手段の矩形導波管１６ａにお
いてリッジ１６ｂに対して対称な位置に２つのスリース
タブチューナ３０ａ、３０ｂ、２つのアイソレータ３１
ａ、３１ｂ、２つのマグネトロン（ともに周波数２．４
５ＧHz）３２ａ、３２ｂが設けられている。その他の構
造は上記実施例１と同様である。

【００４６】プラズマ処理装置を以上のように構成すれ
ば、マグネトロン３２ａ、３２ｂで発振されたマイクロ
波は矩形導波管１６ａによりリッジ１６ｂの両側より導
入され、２つのスリースタブチューナ３０ａ、３０ｂ、
２つのアイソレータ３１ａ、３１ｂを調整すれば、実施
例１と同様の効果が得られ、同軸導波管１８に均一なＴ
ＥＭ波が伝播し、均一なプラズマ処理を施すことができ
る。

【００４７】（実施例３）図６は本発明に係るプラズマ
処理装置の実施例３における反応室の断面図である。図
６において、３３ａ、３３ｂは同軸導波管１８にマイク
ロ波を導入するための第１の同軸分岐路、３４ａ、３４
ｂは同様に同軸導波管１８にマイクロ波を導入するため
の第２の同軸分岐路である。両分岐路の中心導体３３
ａ、３４ａの中心軸間の距離は31mmであり、２．４５Ｇ
Hzのマイクロ波の１／４波長の長さになっている。ま
た、両分岐路とも、スリースタブチューナ、アイソレー
ター、マイクロ波発生装置であるマグネトロン（図示せ
ず）が接続されている。３５はマイクロ波の反射板とし
てのプランジャである。その他の構成は上記実施例１と
同様である。

【００４８】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置について、以下その動作を説明する。マグネトロンに
より発振された２．４５ＧHzのマイクロ波は２つの分岐
路３３、３４より同軸導波管１８に導入される。両分岐
路に接続されたスリースタブチューナ及びプランジャ３
５を調整すれば、２つの分岐路によりマイクロ波を導入
することにより、両分岐路から導入されたマイクロ波ど
うしが干渉し、分岐による高次モードの発生を抑制する
ことができるので、同軸導波管１８に均一なＴＥＭ波が
伝播する。以下の動作は実施例１と同様である。

【００４９】なお、２つの分岐路へのマイクロ波の導入
方法に関しては、実施例１と同様の分岐による方法、実
施例２と同様の少なくとも２つのマイクロ波発振源によ
る方法が適用可能である。

【００５０】（実施例４）図７は本発明に係るプラズマ
処理装置の実施例４における反応室の断面図である。図
７において、３６ａ、３６ｂは中心導体１８ａに冷却水
を導入するための第１の同軸分岐路であり、マイクロ波
の反射板としてのプランジャ３８を持つ。また、３７
ａ、３７ｂは同軸分岐路３６によるマイクロ波の高次モ
ードの発生を防ぐ第２の同軸分岐路であり、プランジャ
３９を持つ。両分岐路の中心導体３６ａ、３７ａの中心
軸間の距離は31mmであり、２．４５ＧHzのマイクロ波の
１／４波長の長さになっている。また、同軸導波管１８
には、スリースタブチューナ、アイソレーター、マイク
ロ波発生装置であるマグネトロン（図示せず）が接続さ
れている。その他の構成は上記実施例３と同様である。

【００５１】以上のような構成を有するプラズマ処理装
置について、以下その動作を説明する。マグネトロンに
より発振された２．４５ＧHzのマイクロ波は、ＴＥＭ波
として同軸導波管１８を伝播する。スリースタブチュー
ナおよびプランジャ３８、３９を調整すれば、２つの分
岐路の作用により、同軸分岐路での整合の乱れによる高
次モードの発生を抑制することができるので、同軸導波
管１８の分岐以降にも均一なＴＥＭ波が伝播し、以下は
実施例１と同様の動作により、同様の効果が得られる。

【００５２】ところで、上記実施例３，４では、両分岐
路の中心導体の中心軸管距離をマイクロ波の１／４波長
としたが、必ずしもこれに限定されるわけではなく、λ
をマイクロ波の波長、ｎを整数とすれば、ｎλ／４を満
たせば良い。

【００５３】なお、上記実施例１、２、３及び４におい
ては、プラズマ処理装置をマイクロ波マグネトロンスパ
ッタ装置として用いた場合を例に挙げて説明している
が、必ずしもこの用途に限定されるものではなく、プラ
ズマＣＶＤ装置やエッチング装置として用いることが可
能であり、同様に均一なプラズマによる大面積の基板処
理が可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るプラ
ズマ処理装置の第１の構成によれば、高周波電力の矩形
導波管伝播モードから同軸導波管伝播モードの変換の際
に、略対向する高周波電力導入口より導入される高周波
電力どうしが干渉することにより高次モードの発生が抑
制され、同軸導波管に均一なモードの高周波電力が伝播
するので、同軸導波管の終端において均一な高周波電力
が放射され、均一なプラズマを発生させることができ、
スパッタ装置、ＣＶＤ装置またはエッチング装置等に応
用することにより、大面積で均一な成膜またはエッチン
グ処理等が可能となる。

【００５５】また、前記第１の構成の高周波電力導入手
段を、高周波電力発振手段と、前記高周波発振手段によ
り発振された高周波電力を分岐し矩形−同軸変換手段の
略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口に導入す
る高周波電力分岐手段とで構成すれば、略対向する少な
くとも２つの高周波電力導入口にそれぞれ導入される高
周波電力どうしの位相の整合が容易となるので、簡潔な
高周波電力の調整で、同軸導波管での高次モードの発生
を抑制し、容易に均一なプラズマを発生させることがで
き、均一なプラズマ処理が可能であるとともに、高周波
電力導入にともなう調整が容易なプラズマ処理装置とす
ることができる。

【００５６】また、前記第１の構成の高周波電力導入手
段を、矩形−同軸変換手段の略対向する少なくとも２つ
の高周波電力導入口の１つ１つに対応する少なくとも２
つの高周波電力発振手段を有する構成とすれば、複雑な
構成の分岐手段が不必要となるので、簡潔な構成で同軸
導波管での高次モードの発生を抑制し、均一なプラズマ
を発生させることができ、均一なプラズマ処理が可能で
あるとともに、簡潔な構成のプラズマ処理装置とするこ
とができる。

【００５７】また、前記第１の構成の矩形−同軸変換手
段を、両端が高周波電力導入口である矩形導波管と、前
記矩形導波管の内部に設けられ同軸導波管の中心導体に
接続された対称なテーパー形状のブロックとからなる構
成とすれば、矩形−同軸変換手段での高周波電力の反射
を抑制できるので、効率よく均一なプラズマを発生で
き、均一なプラズマ処理に加えて、プラズマ処理速度の
向上を達成でき、成膜レート等を向上できる。

【００５８】また、前記第１の構成の矩形−同軸変換手
段を、両端が高周波電力導入口であり、かつ、同軸導波
管の中心導体が内部の途中まで電界の方向と平行に挿入
された構造の矩形導波管で構成すれば、矩形−同軸変換
手段は矩形導波管のみで構成されることとなり、簡潔な
構成で矩形−同軸の変換を行い、均一なプラズマを発生
でき、均一なプラズマ処理に加えて、簡潔な構成のプラ
ズマ処理装置とすることができる。また、同軸導波管の
中心導体は矩形−同軸変換手段の矩形導波管の側面につ
きでた形状とすれば、矩形導波管の側面で同軸導波管の
中心導体の保持ができるので、中心導体の保持が容易に
なり、均一なプラズマ処理に加えて、さらに簡潔な構成
のプラズマ処理装置とすることができる。

【００５９】また、前記第２の構成によれば、同軸導波
管に接続され、前記同軸導波管に高周波電力を導入する
少なくとも２つの同軸分岐管を備えることにより、分岐
の存在による整合の乱れの影響で高周波電力の高次モー
ドが発生するのを抑制することができるので、分岐が存
在する場合でも、同軸導波管に均一なモードの高周波電
力が伝播し、均一なプラズマを発生させることができ、
均一なプラズマ処理に加えて、中心導体にガス導入手段
や冷却水路を設けることができる。

【００６０】また、前記第２の構成の同軸導波管の中心
導体において、真空容器内の高周波電力放射部分にガス
を導入する中心導体ガス導入手段を有する構成とすれ
ば、高周波が放射される部分に、効率よくガスを導入す
ることができるので、効率よく均一なプラズマを発生さ
せることができ、均一なプラズマ処理に加えて、プラズ
マ処理速度の向上を達成できる。

【００６１】また、前記第３の構成によれば、同軸導波
管に接続され、高周波電力整合手段を有する少なくとも
２つの同軸分岐管を備えることにより、第２の構成と同
様の効果が得られる。

【００６２】また、前記第３の構成の、少なくとも２つ
の同軸分岐管の少なくとも１つは中心導体において、真
空容器内の高周波電力放射部分にガスを導入する中心導
体ガス導入手段を有する構成によれば、高周波が放射さ
れる部分に、効率よくガスを導入することができるの
で、効率よく均一なプラズマを発生させることができ、
均一なプラズマ処理に加えて、プラズマ処理速度の向上
を達成できる。

【００６３】また、前記第１及び第２の構成において、
同軸導波管を真空容器に向かうに従ってテーパー状に拡
大した構造とすれば、高周波電力を真空容器内の広い領
域にわたって放射させることができるので、さらに大面
積に均一なプラズマ処理を施すことができる。

【００６４】また、前記第１及び第２の構成において、
同軸導波管によって真空容器内に放射される高周波電界
内に磁界を形成する手段を有する構成によれば、プラズ
マ密度を高めることができるので、均一なプラズマ処理
に加えて、処理速度の向上を達成できる。

【００６５】また、本発明に係るプラズマ処理方法によ
れば、均一な高周波電力が放射されて発生した均一なプ
ラズマが得られるので、大面積の基板を均一に効率よく
処理することができ、成膜やエッチング等のプロセス処
理に応用することにより、大面積で均一な成膜またはエ
ッチング処理等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるプラズマ処理装置の
反応室の断面図

【図２】同プラズマ処理装置の他の矩形−同軸変換手段
の一例を示す断面図

【図３】同プラズマ処理装置の他の矩形−同軸変換手段
の他の例を示す断面図

【図４】同プラズマ処理装置の他の矩形−同軸変換手段
のさらに他の例を示す断面図

【図５】本発明の実施例２におけるプラズマ処理装置の
反応室の断面図

【図６】本発明の実施例３におけるプラズマ処理装置の
反応室の断面図

【図７】本発明の実施例４におけるプラズマ処理装置の
反応室の断面図

【図８】従来のプラズマ処理装置における反応室の断面
図

【符号の説明】

１３マグネトロン１４アイソレータ１５分岐手段１６矩形−同軸変換手段１７スリースタブチューナ１８同軸導波管１９真空容器２０石英窓２１ターゲット２２テフロン板２３ターゲットホルダー２４永久磁石２５水冷パイプ２６被処理基板２７基板台２８ガス導入手段２９高周波電源３０スリースタブチューナ３１アイソレータ３２マイクロ波発振源３３第１の同軸分岐路３４第２の同軸分岐路３５プランジャ３６第１の同軸分岐路３７第２の同軸分岐路３８プランジャ３９プランジャ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/31 Ｃ 21/31 21/302 Ｂ (56)参考文献特開平６−275601（ＪＰ，Ａ) 特開平４−132198（ＪＰ，Ａ) 特開平４−36465（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−11403（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空排気手段とガス導入手段とを有する真
空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板保持
手段と、前記真空容器に接続された同軸導波管と、前記
同軸導波管を真空封止する絶縁物とを備え、前記同軸導
波管の前記真空容器に接続された開放端より高周波電力
を放射し、前記ガス導入手段より導入されたガスをプラ
ズマ化するプラズマ処理装置であって、前記同軸導波管
の高周波電力を放射する開放端と反対側の終端に接続さ
れ、略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口を有
し、前記略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口
より導入される高周波電力どうしを干渉させることによ
り、高周波電力の高次モード発生を抑制する矩形−同軸
変換手段と、前記矩形−同軸変換手段の略対向する少な
くとも２つの高周波電力導入口のそれぞれに高周波電力
を導入する高周波電力導入手段とを備えたことを特徴と
するプラズマ処理装置。
【請求項２】高周波電力導入手段は、高周波電力発振手
段と、前記高周波電力発振手段により発振された高周波
電力を分岐し矩形−同軸変換手段の略対向する少なくと
も２つの高周波電力導入口に導入する高周波電力分岐手
段とで構成される請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】高周波電力導入手段は、矩形−同軸変換手
段の略対向する少なくとも２つの高周波電力導入口の１
つ１つに対応する少なくとも２つの高周波電力発振手段
を有することを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理
装置。
【請求項４】矩形−同軸変換手段は、両端が高周波電力
導入口である矩形導波管と、前記矩形導波管の内部に設
けられ同軸導波管の中心導体に接続された略対称なテー
パー形状のブロックから構成される請求項１、２または
３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】矩形−同軸変換手段は、両端が高周波電力
導入口であり、かつ、同軸導波管の中心導体が内部の途
中まで電界の方向と平行に挿入された構造の矩形導波管
で構成される請求項１、２または３のいずれかに記載の
プラズマ処理装置。
【請求項６】同軸導波管の中心導体は矩形−同軸変換手
段の矩形導波管の側面につきでた形状である請求項５記
載のプラズマ処理装置。
【請求項７】真空排気手段とガス導入手段とを有する真
空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板保持
手段と、前記真空容器に接続された同軸導波管と、前記
同軸導波管を封止する絶縁物とを備え、前記同軸導波管
の前記真空容器に接続された開放端より高周波電力を放
射し、前記ガス導入手段より導入されたガスをプラズマ
化することにより処理を行うプラズマ処理装置であっ
て、前記同軸導波管に接続され、前記同軸導波管に高周
波電力を導入する少なくとも２つの同軸分岐管と、前記
少なくとも２つの同軸分岐管のそれぞれに高周波電力を
導入する高周波電力導入手段とを備えたプラズマ処理装
置。
【請求項８】同軸導波管の中心導体において、真空容器
内の高周波電力放射部分にガスを導入する中心導体ガス
導入手段を有する請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】真空排気手段とガス導入手段とを有する真
空容器と、前記真空容器内に設けられた被処理基板保持
手段と、前記真空容器に接続された同軸導波管と、前記
同軸導波管を封止する絶縁物とを備え、前記同軸導波管
の前記真空容器に接続された開放端より高周波電力を放
射し、前記ガス導入手段より導入されたガスをプラズマ
化することにより処理を行うプラズマ処理装置であっ
て、前記同軸導波管に接続され、高周波電力整合手段を
有する少なくとも２つの同軸分岐管と、前記同軸導波管
に高周波電力を導入する高周波電力導入手段とを備えた
プラズマ処理装置。
【請求項１０】少なくとも２つの同軸分岐管の少なくと
も１つは中心導体において、真空容器内の高周波電力放
射部分にガスを導入する中心導体ガス導入手段を有する
請求項９記載のプラズマ処理装置。
【請求項１１】同軸導波管を真空容器に向かうに従って
テーパー状に拡大した請求項１、２、３、７または９の
いずれかに記載のプラズマ処理装置。
【請求項１２】同軸導波管によって真空容器内に放射さ
れる高周波電界内に磁界を形成する手段を有する請求項
１、２、３、７または９のいずれかに記載のプラズマ処
理装置。
【請求項１３】真空排気手段を有する真空容器内にガス
を導入し、高周波電力によって前記ガスをプラズマ化
し、前記真空容器内に設けた被処理基板を処理するプラ
ズマ処理方法であって、略対向する少なくとも２つの高
周波電力導入口より高周波電力を導入し、導入された高
周波電力同志を干渉させることにより高周波電力の高次
モード発生を抑制する矩形−同軸変換手段が接続された
同軸導波管から前記高周波電力を放射することにより発
生するプラズマを用いて前記被処理基板に処理を施すこ
とを特徴とするプラズマ処理方法。