JP2627526B2 - Plasma generator - Google Patents

Plasma generator

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JP2627526B2 JP3087288A JP3087288A JP2627526B2 JP 2627526 B2 JP2627526 B2 JP 2627526B2 JP 3087288 A JP3087288 A JP 3087288A JP 3087288 A JP3087288 A JP 3087288A JP 2627526 B2 JP2627526 B2 JP 2627526B2
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公平 大竹
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プラズマ発生容器内でマイクロ波発振器か
ら導波管系を経て供給されるマイクロ波によってプラズ
マを発生するプラズマ発生装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generation apparatus that generates plasma by microwaves supplied from a microwave oscillator via a waveguide system in a plasma generation container.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

プラズマ発生装置は、低圧ガス中でプラズマを発生
し、試料表面などにプラズマ重合の薄膜を形成したり、
表面をプラズマ処理する装置で、高分子材料の接着力改
善や、染色、吸湿性の改善、金属表面の改質などに用い
られており、また、半導体ウエハプロセスに採用され
て、工程の全ドライ化やプロセスの低温化に貢献してい
る。
Plasma generators generate plasma in a low-pressure gas to form a thin film of plasma polymerization on the surface of a sample,
This device is used for plasma treatment of the surface.It is used for improving the adhesive strength of polymer materials, dyeing, improving hygroscopicity, and modifying the metal surface. And contribute to lowering the temperature of the process.

第5図は従来のこの種プラズマ発生装置の一例の構成
を示す。
FIG. 5 shows the structure of an example of this type of conventional plasma generator.

図において1は本体部が石英管11からなるプラズマ発
生容器、12はガス導入パイプ、13は排気パイプ、14は試
料台、18は真空計、21はマイクロ波発振器、22はアイソ
レータ、23はパワーモニタ、24はスタブチューナ(整合
素子)、25はアプリケータ、26は可変短絡器、30は試
料、40はプラズマ発生領域である。
In the figure, 1 is a plasma generating vessel having a quartz tube 11 as a main body, 12 is a gas introduction pipe, 13 is an exhaust pipe, 14 is a sample table, 18 is a vacuum gauge, 21 is a microwave oscillator, 22 is an isolator, and 23 is power A monitor, 24 is a stub tuner (matching element), 25 is an applicator, 26 is a variable short circuit, 30 is a sample, and 40 is a plasma generation region.

マイクロ波発振器21が発振したマイクロ波は、アイソ
レータ22、パワーモニタ23、スタブチューナ24などの導
波管系を経てアプリケータ25に導かれる。
The microwave oscillated by the microwave oscillator 21 is guided to the applicator 25 via a waveguide system such as an isolator 22, a power monitor 23, and a stub tuner 24.

アイソレータ22によって、マイクロ波発振器21はアプ
リケータ25から反射されたマイクロ波が戻らないように
阻止され、パワーモニタ23で入射電力Piと反射電力Pγ
を監視でき、スタブチューナ24のスタブ挿入深さの調整
によってマイクロ波の整合をとることができる。
The microwave oscillator 21 is blocked by the isolator 22 so that the microwave reflected from the applicator 25 does not return. The power monitor 23 detects the incident power P i and the reflected power P γ.
Can be monitored, and the microwave can be matched by adjusting the stub insertion depth of the stub tuner 24.

アプリケータ25は矩形導波管のH面の中心位置すなわ
ち電界の最大位置に穴があけられ、その穴を貫通する石
英管11がH面に垂直になるように形成されている。
The applicator 25 is formed such that a hole is formed at the center position of the H plane of the rectangular waveguide, that is, the maximum position of the electric field, and the quartz tube 11 passing through the hole is perpendicular to the H plane.

ガス導入パイプ12からガスを導入するとともに、排気
パイプ13から排出することによって、石英管11内に低圧
のガスを流し、可変短絡器26を調整して石英管11の中心
位置にプラズマを発生させると、試料台14に載置した試
料30表面にプラズマ処理が施されたり、薄膜が形成され
る。
By introducing a gas from the gas introduction pipe 12 and discharging the gas from the exhaust pipe 13, a low-pressure gas flows in the quartz tube 11, and the variable short circuit device 26 is adjusted to generate plasma at the center position of the quartz tube 11. Then, the surface of the sample 30 placed on the sample stage 14 is subjected to plasma processing or a thin film is formed.

この際、パワーモニタ23により入射電力Piおよび反射
電力Pγを監視しながら、スタブチューナ24によってマ
イクロ波が効率よく利用される状態に調整する。
At this time, while monitoring the incident power Pi and the reflected power by the power monitor 23, the stub tuner 24 adjusts to a state where the microwave is efficiently used.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のマイクロ波によるプラズマ発生装置では、例え
ば、マイクロ波が周波数2450MHz帯の場合、薄膜が径約
2.5cmの領域にしか生成されず、プラズマ発生領域40が
小さいという問題があった。
In a conventional microwave plasma generator, for example, when the microwave is in the 2450 MHz band, the thin film has a diameter of about
There is a problem that plasma is generated only in a 2.5 cm area, and the plasma generation area 40 is small.

本発明は上記の問題を解消するためになされたもの
で、より広い領域に薄膜が生成されるプラズマ発生装置
を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problem, and has as its object to provide a plasma generator in which a thin film is generated in a wider area.

〔課題を解決するための手段〕 本発明のプラズマ発生装置は、プラズマ発生容器を、
試料台の面に対向する内壁面にくし形の遅波回路を備
え、マイクロ波発振器からのマイクロ波が上記遅波回路
に供給される位置にマイクロ波供給孔を備えた構造と
し、マイクロ波発振器からのマイクロ波が導波管系を経
てプラズマ発生容器に該容器のマイクロ波供給孔から供
給される構成としたものである。
[Means for Solving the Problems] The plasma generating apparatus of the present invention includes a plasma generating container,
A microwave oscillator having a comb-shaped slow-wave circuit on an inner wall surface facing the surface of the sample stage, and a microwave supply hole at a position where microwaves from the microwave oscillator are supplied to the slow-wave circuit; From the microwave supply hole of the container through the waveguide system to the plasma generating container.

〔作用〕[Action]

このような構成にすることにより、マイクロ波の波長
が短縮され、電界の強弱のピッチが狭くなり、また、直
接ガス中に放射されるマイクロ波が少なくなり、大部分
のマイクロ波は遅波回路に沿って広がり、ガス中に放射
されるために、マイクロ波が広範囲に伝わり、プラズマ
発生領域が広くなる。
With this configuration, the wavelength of microwaves is shortened, the pitch of the electric field is narrowed, the microwaves radiated directly into the gas are reduced, and most of the microwaves are slow wave circuits. , And is radiated into the gas, so that the microwave is transmitted over a wide area, and the plasma generation region is widened.

〔実施例〕〔Example〕

第1図、第2図は本発明の一実施例の構成を示す。 1 and 2 show the configuration of one embodiment of the present invention.

図において12,13,14,30,40は第5図の同一符号が示す
ものと同一または相当するものを示し、1aはプラズマ発
生容器、11aはプラズマ発生容器1aの本体部の壁、15は
内壁面の一部領域に設けたくし形の遅波回路、16はマイ
クロ波供給孔、17はマイクロ波供給孔16を真空気密にす
るための低損物質、27は導波管、28はマイクロ波分岐
孔、29はマイクロ波供給器である。
In the figure, 12, 13, 14, 30, and 40 indicate the same or corresponding parts as those shown by the same reference numerals in FIG. 5, 1a is a plasma generation vessel, 11a is a wall of the main body of the plasma generation vessel 1a, and 15 is Comb-shaped slow-wave circuit provided in a partial area of the inner wall surface, 16 is a microwave supply hole, 17 is a low-loss material for making the microwave supply hole 16 airtight, 27 is a waveguide, and 28 is a microwave. The branch hole 29 is a microwave supplier.

ガス導入パイプ12からガスを導入するとともに、排気
パイプ13から排出することによって、壁11aに囲われた
気密領域内に低圧のガスを流す。
By introducing gas from the gas introduction pipe 12 and discharging the gas from the exhaust pipe 13, a low-pressure gas flows into the airtight area surrounded by the wall 11a.

一方、マイクロ波発振器が発振したマイクロ波は、ア
イソレータ、パワーモニタ、スタブチューナなどの導波
管系を経て導波管27に導かれ、マイクロ波分岐孔28に分
岐されてマイクロ波供給器29を介してマイクロ波供給孔
16からプラズマ発生容器1a内に供給される。
On the other hand, the microwave oscillated by the microwave oscillator is guided to a waveguide 27 through a waveguide system such as an isolator, a power monitor, and a stub tuner, is branched into a microwave branch hole 28, and is supplied to a microwave supply unit 29. Through microwave supply hole
From 16 is supplied into the plasma generating vessel 1a.

容器1a内に供給されたマイクロ波は、遅波回路15によ
って波長が短縮されるとともに、広がり、広い領域40に
プラズマが発生し、試料30の広い面に薄膜が形成され
る。
The wavelength of the microwave supplied into the container 1a is shortened by the slow-wave circuit 15 and spread, the plasma is generated in a wide area 40, and a thin film is formed on a wide surface of the sample 30.

第3図はくし形の遅波回路の一例を示す。この遅波回
路のTMモードの電磁界分布は次式で表わされる。
FIG. 3 shows an example of a comb-type slow wave circuit. The TM mode electromagnetic field distribution of this slow wave circuit is expressed by the following equation.

EX=Aexp〔−αy+j(ωt−βz)〕 ……(1) αは減衰定数、βは位相定数であり、βは次式より求
められる。
E X = Aexp [-αy + j (ωt-βz)] ... (1) α is an attenuation constant, β is a phase constant, and β is obtained by the following equation.

l:歯高、P:歯のピッチ、b:歯間隔、 :周波数、 μ=4π×10-7〔H/m〕 (4)式より、歯高l、ピッチP、間隔bを変える
と、βの値が変化することが分かる。βの値が変化する
ことは電磁界分布が変化することであり、プラズマの発
生状態が変化することになる。
l: tooth height, P: tooth pitch, b: tooth spacing, :frequency, μ o = 4π × 10 −7 [H / m] From equation (4), it can be seen that the value of β changes when the tooth height l, the pitch P, and the interval b are changed. When the value of β changes, the electromagnetic field distribution changes, and the state of plasma generation changes.

第4図に場所によって歯の歯高と間隔の異なる遅波回
路の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of a slow wave circuit having different tooth heights and intervals depending on locations.

bを小さく、あるいはlを大きくすることにより、マ
イクロ波の波長短縮率を大きくすることができ、bの値
を自由空間波長の1/20とすると、波長が1/10に短縮す
る。=2450MHzの場合、波長を12.2mmとすることがで
きる。
By decreasing b or increasing l, the wavelength shortening rate of the microwave can be increased. If the value of b is 1/20 of the free space wavelength, the wavelength is reduced to 1/10. In the case of = 2450 MHz, the wavelength can be 12.2 mm.

マイクロ波供給孔16を増やすことは、供給孔1個当た
りから供給されるマイクロ波の電力を減少させることに
なり、供給孔16付近でのスパークの発生が減るという利
点もある。
Increasing the number of the microwave supply holes 16 reduces the power of the microwave supplied from one supply hole, and has the advantage that the generation of sparks near the supply hole 16 is reduced.

第1図、第2図には遅波回路が並列に4列配設され、
マイクロ波供給孔16が1列あたり3個設けられた例を示
したが、これらは限定されるものではなく、使用目的に
適した構成を採ることができる。
1 and 2, four slow wave circuits are arranged in parallel,
Although an example is shown in which three microwave supply holes 16 are provided per row, these are not limited, and a configuration suitable for the purpose of use can be adopted.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、プラズマ発生
領域を広げることができ、広い面に薄膜を生成できると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, there is an effect that a plasma generation region can be expanded and a thin film can be formed on a wide surface.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図、第2図は本発明の一実施例の構成を示す説明
図、第3図はくし形の遅波回路の一例を示す説明図、第
4図はくし形の遅波回路の他の例を示す説明図、第5図
は従来のこの種プラズマ発生装置の一例の構成を示す説
明図である。 1a……プラズマ発生容器、11a……壁、12……ガス導入
パイプ、13……排気パイプ、14……試料台、15……くし
形の遅波回路、16……マイクロ波供給孔、17……低損物
質、27……導波管、28……マイクロ波分岐孔、29……マ
イクロ波供給器、30……試料、40……プラズマ発生領
域。 なお図中同一符号は同一または相当する部分を示す。
1 and 2 are explanatory diagrams showing the configuration of one embodiment of the present invention, FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a comb-shaped slow wave circuit, and FIG. 4 is another example of a comb-shaped slow wave circuit. FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration of an example of a conventional plasma generator of this type. 1a: Plasma generating container, 11a: Wall, 12: Gas introduction pipe, 13: Exhaust pipe, 14: Sample stage, 15: Comb-shaped slow wave circuit, 16: Microwave supply hole, 17 ... Low-loss material, 27... Waveguide, 28... Microwave branch hole, 29... Microwave supply device, 30... Sample, 40... Plasma generation region. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 H01L 21/302 A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 21/3065 H01L 21/302 A

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】プラズマ発生容器内でマイクロ波発振器か
ら導波管系を経て供給されるマイクロ波によってプラズ
マを発生するプラズマ発生装置において、ガスを導入す
るためのガス導入パイプとガスを排出するための排気パ
イプとを取付け、内部に試料を載置するための試料台を
取付け、上記試料台の面に対向する内部壁面に1列また
は複数列のくし形のマイクロ波遅波回路を設け、マイク
ロ波発振器からのマイクロ波が上記遅波回路に供給され
る各位置にマイクロ波供給孔を設けたプラズマ発生容器
と、マイクロ波発振器からのマイクロ波を導波管系を経
てマイクロ波供給器に導き、このマイクロ波供給器から
上記プラズマ発生容器の上記各マイクロ波供給孔から該
プラズマ発生容器内に供給するマイクロ波供給系とを備
えたことを特徴とするプラズマ発生装置。
In a plasma generating apparatus for generating plasma by a microwave supplied from a microwave oscillator via a waveguide system in a plasma generating vessel, a gas introducing pipe for introducing a gas and discharging the gas are provided. And a sample stage for mounting a sample inside the sample stage, and a single row or a plurality of rows of comb-shaped microwave slow-wave circuits are provided on an inner wall facing the surface of the sample base. A plasma generating vessel provided with a microwave supply hole at each position where microwaves from the wave oscillator are supplied to the above-mentioned slow wave circuit, and microwaves from the microwave oscillator are guided to the microwave feeder through the waveguide system. A microwave supply system for supplying from the microwave supply device into the plasma generation container from the respective microwave supply holes of the plasma generation container. That the plasma generating device.
【請求項2】遅波回路の歯の寸法と歯の間の間隔が場所
によって異なることを特徴とする請求項第1項記載のプ
ラズマ発生装置。
2. The plasma generator according to claim 1, wherein the size of the teeth of the slow-wave circuit and the distance between the teeth differ depending on the location.
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