ECR等离子体源和ECR等离子体装置

摘要

本发明的ECR等离子体源由在与等离子体流垂直的面内有大致矩形截面的等离子体生成室(10)；在与等离子体流垂直的面内卷绕成大致矩形的磁性线圈(20、21)；和端部为终端的直接导入方式或分支结合导入方式的导波管(30)或微波空洞共振器构成。将微波从设置在该导波管(30)或微波空洞共振器内部的与微波同相部相当的侧面上的多个开口部(34)，传送到等离子体生成室(10)内。另外，ECR等离子体装置中具有所述ECR等离子体源，还具有移动大型试料用的试料移动机构。

说明书

技术领域

本发明涉及ECR等离子体源和ECR等离子体装置，更详细的说，涉及在大致的矩形截面上可以产生一样的等离子体密度的ECR等离子体源和使用它的ECR等离子体装置。

背景技术

ECR(电子回旋共振)式等离子体源，由于可以均匀地在等离子体生成室中产生高密度的等离子体，因此可作为半导体激光器，SAW(表面声波)器件，对LSI等的喷溅装置或蚀刻装置的等离子体源使用。

ECR等离子体源由等离子体生成室、磁性线圈、微波导入部构成。在现有的ECR喷溅装置和蚀刻装置中，由于主要是以静置的晶片状的圆形试料作为处理对象，因此，这些装置所具有的ECR等离子体源由与等离子体流垂直的面内的截面形状为圆形的等离子体生成室；与等离子体流垂直的面内的截面形状为圆形的卷绕的磁性线圈；和从微波导波管用直接或分支结合方式导入微波的结构的微波导入部构成。(例如，参考日本国专利第1553959号说明书或天泽等人的文章“使用ECR等离子体的高品质薄膜的形成”“精密工学会志”，第66卷，第4期511页(2001年))。

特别是在喷溅装置的情况下，为了防止靶粒子污染微波导入窗(通常用石英板)，多利用分支结合方式。

图5A和图5B为用于说明具有圆形截面的现有的ECR等离子体源的蚀刻装置的结构例子的图；图5A为俯视图，图5B为图5A的VB-VB′截面图。

在具有图5A和图5B所示结构的现有的ECR等离子体源的蚀刻装置中，在等离子体生成室70内生成的等离子体，经由等离子体引出开口14，照射在配置在试料室11内的试料100上。在这种情况下，如图5B所示，在等离子体生成室70内生成的等离子体，生成从等离子体生成室70向着试料100的向下的等离子体流。

考虑到处理的试料100的形状，等离子体生成室70作成在与该等离子体流垂直的面内的截面形状为圆形的形状。另外，磁性线圈80，81在与等离子体流垂直的面内卷绕成圆形，设置在等离子体生成室70内的给定位置上，以生成作为ECR条件磁场。从微波导波管90，经过微波导入窗(通常利用石英窗)，将微波导入等离子体生成室70内，利用微波的振动电场，可以有效地使磁场中的电子加速。

在近年来开发的液晶显示器，等离子体显示器，有机EL(电致发光)显示器等的所谓FPD(平板显示器)装置中，要求对50cm×60cm的大型试料进行喷溅或蚀刻。

然而，在等离子体生成室具有在与等离子体流垂直的面内为圆形的截面的现有的ECR等离子体源中，为与这种处理对应，必需扩大其直径，在这种情况下，(1)等离子体生成室或磁性线圈尺寸要增大，使ECR等离子体源价格非常高；和(2)在具有圆形截面的ECR等离子体源中，大致为矩形的大型FPD试料的均匀的喷溅和蚀刻困难。

发明内容

本发明是考虑这个问题而提出的，其目的是要提供一种在大致为矩形的截面中，可以产生一样的等离子体密度的ECR等离子体源，和使用它的ECR等离子体装置。

为了达到这个目的，本发明的第一方面提供了一种ECR等离子体源，它具有：利用由微波产生的电子回旋共振(ECR)生成等离子体，并从开口部取出等离子体流的等离子体生成室；卷绕在该等离子体生成室内产生静磁场用的磁性线圈的至少一个磁场发生部件；和将从微波发送部件传送的微波，导入上述等离子体生成室内的微波导入部件；其特征为，上述等离子体生成室和该等离子体生成室的开口部是在与在上述等离子体生成室内生成的等离子体流的方向垂直的截面形状具有大致的矩形；上述磁场发生部件的磁性线圈，在与上述等离子体流的方向垂直的面内，卷绕成大致的矩形；上述微波导入部件在端部为终端，以便在该微波导入部件内部中构成形成微波的驻波的中空的导波管；在该导波管的内部，以相当于微波的驻波的管内波长λg的间隔，设置具有至少一个开口部的多个开口区域；将同相的微波通过该开口部导入上述等离子体生成室内。

本发明的第二方面是，一种ECR等离子体源，它具有：利用基于由微波产生的电子微波的电子回旋共振(ECR)生成等离子体，并且从开口部取出等离子体流的等离子体生成室；在该等离子体生成室内产生静磁场用的卷绕有磁性线圈的至少一个磁场发生部件；和将从微波发送部件传送的微波，导入上述等离子体生成室内的微波导入部件；其特征为，上述等离子体生成室和该等离子体生成室的开口部是在与在上述等离子体生成室内生成的等离子体流的方向垂直的截面形状具有大致的矩形；上述磁场发生部件的磁性线圈，在与上述等离子体流的方向垂直的面内，卷绕成大致的矩形；上述微波导入部件是不具有开口部的终端部和设置在距离该终端部为n·(λg/2)(n为3以上的整数)的距离处的具有第一开口部的端部之间构成微波空洞共振器，在该微波空洞共振器的内部以与微波的驻波的管内波长λg相当的间隔设置具有至少一个第二开口部的多个开口区域，经该第二开口部将同相的微波导入上述等离子体室内。

另外，第三个方面的特征为，在上述本发明的ECR等离子体源中，上述微波导入部件具有使从上述微波发送部件传送的微波分支结合的微波分支部件。

另外，本发明的ECR等离子体装置的特征为，它具有上述本发明的ECR等离子体源。在该ECR等离子体装置中它具有试料移动部件，利用该试料移动部件移动试料，并将等离子体照射在该试料表面的大致矩形区域上。

附图说明

图1A和图1B为用于说明本发明的实施方式1的ECR等离子体源和具有该ECR等离子体源的ECR等离子体装置(蚀刻装置或CVD装置)的结构的图；图1A为装置的俯视图，图1B为图1A中的IB-IB′线的截面图。

图2A和图2B为用于说明本发明的实施方式1的ECR等离子体源和具有该ECR等离子体源的ECR等离子体装置(蚀刻装置或CVD装置)的另一个结构的图；图2A为装置的俯视图，图2B为图2A中的IIB-IIB′线的截面图。

图3A和图3B为说明本发明的实施方式2的ECR等离子体源，和具有该ECR等离子体源的喷溅装置的结构的图；图3A为喷溅装置的俯视图；图3B为图3A中的IIIB-IIIB′线的截面图。

图4为说明本发明的ECR等离子体源的第四结构例的俯视图。

图5A和图5B为说明具有圆形状截面的现有的ECR等离子体源的蚀刻装置的结构的图；图5A为俯视图，图5B是图5A中的VB-VB′线的截面图。

具体实施方式

以下参照附图，详细说明本发明的ECR等离子体源和ECR等离子体装置。

(实施方式1)

图1A和图1B为用于说明本发明的实施方式1的ECR等离子体源和具有该ECR等离子体源的ECR等离子体装置(蚀刻装置或CVD(化学气相沉积)装置)的结构的图。图1A为装置的俯视图，图1B为图1A中的IB-IB′线的截面图。

ECR等离子体源由等离子体生成室10；磁发生装置的磁性线圈20、21；和微波导入部30构成。在等离子体生成室10中生成的等离子体在等离子体生成室10内加速，经由等离子体引出开口14，产生向着试料室11的等离子体流，照射在配置在试料室11内的试料40上。在本实施方式中，为了可以处理FPD等大型试料的全部表面，具有图中没有示出的试料移动机构。试料40是通过该试料移动机构，在试料室11内以给定的速度在箭头所示方向移动，同时进行处理，由此可以处理试料的全部表面。

等离子体生成室10利用ECR，生成等离子体，从作为开口部的等离子体引出开口14取出等离子体流。等离子体生成室10和等离子体引出开口14一起，使与在等离子体生成室10内生成的等离子体流的方向垂直的截面形状成为大致的矩形。这样，在试料40上可以形成大致为矩形的等离子体流照射区域。

在整个本说明书中使用的“大致矩形”的形状，除了本来的矩形以外，还广义地指类似矩形的形状，例如，四个角带有适当的圆形的形状等。构成这个形状的轮廓的长边和短边的长度比没有特别的限制，包含四个边长相等的形状。不论什么形状，根据利用本发明的ECR等离子体装置处理的试料大小和处理内容等决定的装置的规格可以适当设定。

用于在等离子体生成室10内产生静磁场的磁场发生装置的磁性线圈20、21，在与等离子体流的方向垂直的面内卷绕成大致的矩形，在等离子体生成室10内给定的位置上生成作为ECR条件的磁场。

在等离子体生成室10内，从微波导入部30，经过由石英等材料制成的微波导入窗36，导入微波。这样，微波的振动电场可以有效地使磁场中的电子加速。另外，在图中没有示出的微波源(利用磁控管等)产生的微波通过隔离器或匹配器，传送至该微波导入部30。

微波导入部30构成在其内部形成微波的驻波的中空的导波管，在以其端面作为终端部31的导波管内部，在该导波管的延伸方向上，以相当微波的驻波的管内波长λg的间隔，串联地作出多个开口部34(在图中为隙缝状)，将相位一致(同相的)微波从传送部35传送至等离子体生成室10内。

即：从终端部31开始顺序地将侧面上没有开口部34的长度为λg/2的共振单元32，侧面上有开口部34的长度为λg/2的共振单元33，交互地配置在微波导入部30的导波管上。由于在侧面有开口部34的长度为λg/2的共振单元33内形成的驻波相位互相一致，因此只有同相的微波经过开口部34、微波传送部35和微波导入窗36，导入等离子体生成室10内，在大致为矩形的等离子体生成室10内的给定位置上，生成具有一样的等离子体密度的ECR等离子体。

在这里所示的结构例子中，微波导入部30的形成驻波的导波管的全长为λg的3.5倍。根据处理试料的大小，可以自由设定导波管的全长。为了在等离子体生成室10的给定位置上形成成为ECR条件的磁场，可以设计磁性线圈20、21的圈数、电流值，可以使用单个或多个磁性线圈。

在以图1A和图1B所示结构的ECR等离子体装置作为蚀刻装置的情况下，通过从图中没有示出的气体导入口，将SF₆、CF₄等蚀刻气体导入等离子体生成室10中，容易进行Si等试料的蚀刻。另外，通过以给定的速度移动和蚀刻大型试料，可均匀地对大面积的试料的整个表面进行蚀刻处理。

另外，在以图1A和图1B所示的结构的ECR等离子体装置作为CVD装置的情况下，通过从图中没有示出的气体导入口将SiH₄、O₂、N₂等的气体导入等离子体生成室10中，可以均匀地进行SiO₂(氧化硅)、Si₃N₄(氮化硅)SiO_xN_y(氧氮化硅)等的成膜。

图1A和图1B所示的ECR等离子体源的微波导入部30，由端部作成终端，其内部形成微波的驻波的中空的导波管构成，但微波导入部30的结构不是仅限于此；例如，构成微波空洞共振器也可以。

另外，开口部34的形状也不是必需为隙缝状，可以适当设计，只要可将同相的微波导入等离子体生成室10内即可以。

除了以微波的驻波的每个管内波长λg设置开口部34的配置方法以外，在与每一个微波的驻波的管内波长λg相当的间隔上，设置具有多个适当形状的开口部的开口区域也可以。

图2A和图2B为用于说明具有这种结构的ECR等离子体源的ECR等离子体装置(蚀刻装置或CVD装置)的结构的图。图2A为装置的俯视图，图2B为图2A中的IIB-IIB′线的截面图。基本结构与图1A和图1B所示的ECR等离子体装置相同，但将ECR等离子体源的微波导入部30作成微波空洞共振器。

这些图所示的微波导入部30；以用金属板等将一方端面作为终端的终端部31，在离该终端部31距离为n·(λg/2)(n为了3以上的整数)的距离处的另一端部上，通过插入金属板隙缝等方法作出空洞共振器的开口部38。在这些终端部31和作出空洞共振器的开口部38的端部之间，在微波导入部30的延伸方向上，通过从终端部31以每个λg/2的长度交互地设置串联连接的多个共振单元32、33(即，在侧面没有开口部34的共振单元32和侧面有开口部33的共振单元33)，构成微波空洞共振器。

在图2A中，在表示共振单元32和共振单元33的边界的虚线部分上，在设置用于调整电纳的窗的情况下，特别是在不设置窗的情况下，该结构可以根据ECR等离子体源或ECR等离子体装置的规格适当设计。在图2B中，用虚线表示开口部38。

另外，这是从作在该微波空洞共振器的同相部分的侧面(图2B中的下面)上的多个开口部34，将微波传送至等离子体生成室10内的结构。在图2A和图2B所示的结构例子中，空洞共振器的全长为λg的3.5倍。

在该空洞共振器，设有三个侧面有开口部34的共振单元33，但因为其内部的微波为同相的驻波，因此同相的微波可以从侧面的开口部34，经过微波传送部35和微波导入窗36，导入等离子体生成室10中。采用这种结构，可在大致为矩形的等离子体生成室10内的给定位置上，生成具有一样的等离子体密度的ECR等离子体。

(实施方式2)

图3A和图3B为用于说明本发明的实施方式2的ECR等离子体源和具有该ECR等离子体源的喷溅装置的结构的图。图3A为喷溅装置的俯视图，图3B为图3A中的IIIB-IIIB′线的截面图。

这个ECR等离子体源的基本结构与图2A和图2B所示的结构相同，它由等离子体生成室10；磁性线圈20、21；和微波导入部30构成。在微波导入部30上具有用于将从微波发送部件传送来的微波加以分支结合的微波分支部37。

在等离子体生成室10中生成的等离子体，沿着磁力线被加速，经过等离子体引出开口14，成为向着试料室11的等离子体流。通过将直流(DC)或RF(射频)电力加在配置在等离子体流周围的靶50上，则构成靶50的金属或半导体等的元素飞溅，堆积在配置在试料室11内的试料40上。

在本实施方式中，由于可以对FPD等大型试料的全部表面进行处理，因此具有图中没有示出的试料移动机构。试料40利用该试料移动机构，以给定的速度按箭头方向，在试料室11内移动，并进行喷溅处理，可以进行在试料整个表面上的堆积。

等离子体生成室10在与等离子体流垂直的面内的截面形状，设计成大致的矩形，这样，在试料40上，可以形成大致为矩形的等离子体流照射区域。另外，磁性线圈20、21在与等离子体流垂直的面内卷绕成大致的矩形，在等离子体生成室10内的给定位置上，生成作为ECR条件的磁场。

微波可从采用分支结合方式的微波导入部30，经过由石英等材料制成的微波导入窗36，导入等离子体生成室10内；这样，微波的振动电场可以有效地使磁场中的电子加速。

在图3A和图3B所示的结构例子中，由图中没有示出的微波源(利用磁控管等)产生的微波，通过隔离器或匹配器等，传送至微波分支部37。微波分支部37分支为左右二个方向，导入配置在各侧的空洞共振器中。

如用图2A和图2B进行的说明那样，各个空洞共振器，将同相的微波，从侧面的开口部34，经过微波传送部35和微波导入窗36，导入等离子体生成室10中，从两侧来的微波合成，在等离子体生成室10内传播。利用这种结构，可在大致为矩形的等离子体生成室10内的给定位置上，生成具有一样的等离子体密度的ECR等离子体。

即：该微波导入部30的结构是，以其端面作为终端部31，由在微波导入部30的左右各个延伸方向上从终端部31以每个为λg/2(λg为管内波长)的长度串联连接的多个共振单元构成微波空洞共振器，微波可从设置在这些微波空洞共振器的同相部的侧面(图3B中的左面或右面)上的多个开口部34，传送至等离子体生成室10内。在图3A和图3B所示的结构例子中，左右的空洞共振器的各个的全长分别为λg的3.5倍。

通过插入金属板隙缝等，在左右各个空洞共振器的端部作出开口部38，从终端部31开始，顺序交互地配置侧面没有开口部34的共振单元32和侧面有开口部34的共振单元33。

在这个例子中，每个侧面上设置有三个带开口部34共振单元33。因为这些共振单元33内部的微波为同相的驻波，因此，同相的微波可从侧面的开口部34传送至微波传送部35中。在左右微波传送部35中传送的微波，经过微波导入窗36，导入等离子体生成室10中，并合成。利用这种结构，可在大致为矩形的等离子体生成室10中的给定位置上，生成具有一样的等离子体密度的ECR等离子体。

这样，利用分支结合方式，即使大型试料喷溅时，也可防止微波导入窗的污染。另外，在蚀刻装置或CVD装置中也可使用图3A和图3B所示的分支结合方式的ECR等离子体源。

在所示的结构例中，左右空洞共振器的全长分别为λg的3.5倍，但根据处理的试料的大小，可以自由设定空洞共振器的全长。

例如，图4所示结构的ECR等离子体源为与图3A和图3B所示的喷溅装置所具有的ECR等离子体源相同的分支结合方式的等离子体源，其左右共振器的长度分别为λg的5.5倍。与图3A和图3B所示的喷溅装置所具有的ECR等离子体源比较，可以处理具有宽度约为1.6倍的大致为矩形的试料。这样，即使大致矩形截面的长边变化，通过加减长度为λg/2的共振单元的数目，可以形成与目的相应的大小的大致矩形截面。

另外，由于磁性线圈20、21在等离子体生成室10的给定位置上形成作为ECR条件的磁场，因此可以设计其圈数和电流值，也可以使用单个或多个磁性线圈。

这样，在图3A和图3B所示结构的喷溅装置中，可从图中没有示出的气体导入口将O₂、N₂等气体导入等离子体生成室10中，通过飞溅Si、Al等的靶50，可以容易形成SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、AlN等试料的薄膜。另外，通过以给定速度移动大型试料和进行喷溅，可以在大面积的试料的整个表面上均匀地形成薄膜。

如上所述，根据本发明，可由在与等离子体流垂直的面内具有大致为矩形截面的等离子体生成室；在与等离子体流垂直的面内卷绕成大致矩形的磁性线圈；和由端部为终端的导波管或端部为终端而串联连接的多个共振单元组成的微波空洞共振器构成ECR等离子体源。由于可将同相的微波，从设置在该导波管或微波空洞共振器的同相部侧面上的多个开口部，传送至等离子体生成室内，因此，可以提供在大致的矩形截面上产生一样的等离子体密度的ECR等离子体源。

另外，根据本发明，由于将ECR等离子体源的微波导入部作成可将微波发送管传送的微波分支结合的结构，因此，可以进行不污染微波导入窗的喷溅等处理。

根据本发明，由于在ECR等离子体装置中具有上述ECR等离子体源作为等离子体源，还具有移动大型试料用的试料移动机构，因此可以提供即使对FPD那样的大致矩形的大型试料，也容易进行喷溅或蚀刻等处理的RCR等离子体装置。