JP2779997B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、磁界を印加して、マイ
クロ波を誘電体窓を介してプラズマ生成室内に導入し、
ＥＣＲを利用してプラズマを生成し、試料に照射するこ
とによって薄膜形成、あるいはエッチング等の表面処理
を行うプラズマ処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for applying a magnetic field to introduce microwaves into a plasma generation chamber through a dielectric window.
The present invention relates to a plasma processing apparatus that generates a plasma using an ECR and irradiates a sample with the plasma to perform a thin film formation or a surface treatment such as etching.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図５はＥＣＲプラズマを利用して導電性
膜形成を行う従来のプラズマ処理装置の基本構成を示
す。同図において、１は試料２を載置する試料台３を有
する試料室、４は排気路５に連結された通気孔、６は排
気路５と反対側でプラズマ引き出し開口７を介して試料
室１とつながっているプラズマ生成室、８は第１のガス
導入系として図示を省略した外部の第１ガス源より第１
ガスをプラズマ生成室６内に導く導入管、９は開口７の
外部に近接して配置された複数の小孔が設けられた環状
管、１０は第２のガス導入系として図示を省略した外部
の第２ガス源より第２ガスを環状管９から試料室１内に
導く導入管、１１はプラズマ生成室６の周りに配設され
た冷却環部、１２は図示を省略した冷却源より水等のク
ーラントを冷却環部１１に供給する冷却用管である。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a basic configuration of a conventional plasma processing apparatus for forming a conductive film using ECR plasma. In the figure, reference numeral 1 denotes a sample chamber having a sample table 3 on which a sample 2 is placed, 4 denotes a vent hole connected to an exhaust path 5, and 6 denotes a sample chamber which is opposite to the exhaust path 5 through a plasma extraction opening 7. A plasma generation chamber 8 connected to 1 is a first gas introduction system which is a first gas supply system from an external first gas source (not shown).
An introduction tube for introducing gas into the plasma generation chamber 6, 9 is an annular tube provided with a plurality of small holes arranged close to the outside of the opening 7, and 10 is an external gas supply system not shown as a second gas introduction system. An introduction pipe for guiding a second gas from the second gas source into the sample chamber 1 from the annular pipe 9, a cooling ring 11 disposed around the plasma generation chamber 6, and a water supply 12 from a cooling source (not shown). It is a cooling pipe for supplying a coolant such as to the cooling ring portion 11.
【０００３】１３はマイクロ波源、１４は整合器、１
５、１６は矩形導波管、１７はマイクロ源１３からのマ
イクロ波を２つに分岐する矩形導波管で、マイクロ波回
路では、Ｅ面Ｙ分岐と呼ばれている分岐回路である。１
８、１９は内部でマイクロ波の進行方向が外部磁界に垂
直でマイクロ波電界が外部磁界に平行になるように配置
された矩形導波管で、一端に真空を維持するための石英
窓である誘電体窓２０、２１が設けられ、他端は連結用
管２２と接続されている。２３は連結用管２２によって
矩形導波管１８、１９に連通されたマイクロ波導入孔、
２４はプラズマ生成室６の周りに配設された磁気コイル
である。[0003] 13 is a microwave source, 14 is a matching device, 1
Reference numerals 5 and 16 denote rectangular waveguides, and reference numeral 17 denotes a rectangular waveguide that branches the microwave from the micro source 13 into two. In the microwave circuit, a branch circuit called an E-plane Y branch is used. 1
Reference numerals 8 and 19 denote rectangular waveguides in which the traveling direction of the microwave is perpendicular to the external magnetic field and the microwave electric field is parallel to the external magnetic field, and a quartz window for maintaining a vacuum at one end. Dielectric windows 20 and 21 are provided, and the other end is connected to a connecting tube 22. 23 is a microwave introduction hole which is connected to the rectangular waveguides 18 and 19 by the connection tube 22;
Reference numeral 24 denotes a magnetic coil disposed around the plasma generation chamber 6.
【０００４】次に、このように構成されたプラズマ処理
装置の処理動作を説明する。マイクロ波源１３からのマ
イクロ波は矩形導波管１５、整合器１４、矩形導波管１
６を経て分岐回路１７に導かれる。分岐回路１７で２つ
に分けられたマイクロ波はそれぞれ矩形導波管１７によ
り等しい距離を伝播した後、マイクロ波導入窓２０、２
１を経て矩形導波管１８、１９の接続部Ｐ点に到達す
る。Ｐ点では矩形導波管１８からのマイクロ波と矩形導
波管１９からのマイクロ波電界の位相が１８０°違って
いるため互いに打ち消し合い、Ｐ点ではマイクロ波電界
の強度はきわめて弱くなる。一方、矩形導波管１８から
のマイクロ波と矩形導波管１９からのマイクロ波の磁界
はＰ点付近では同位相となるので強力なマイクロ波は磁
界が存在することとなり、このマイクロ波磁界によりマ
イクロ波が誘起されて連結用管２２内へ放射され、プラ
ズマ生成室６内に放射される。Next, the processing operation of the plasma processing apparatus configured as described above will be described. The microwave from the microwave source 13 is supplied to the rectangular waveguide 15, the matching unit 14, the rectangular waveguide 1
The signal is guided to the branch circuit 17 through 6. The microwaves divided into two by the branch circuit 17 propagate the same distance by the rectangular waveguide 17, respectively, and then the microwave introduction windows 20, 2
1 and reaches a connection point P of the rectangular waveguides 18 and 19. At point P, the microwaves from the rectangular waveguide 18 and the microwave electric field from the rectangular waveguide 19 are 180 degrees out of phase with each other because they are out of phase with each other. On the other hand, the magnetic field of the microwave from the rectangular waveguide 18 and the magnetic field of the microwave from the rectangular waveguide 19 have the same phase near the point P, so that a strong microwave has a magnetic field. Microwaves are induced and radiated into the connecting tube 22 and radiated into the plasma generation chamber 6.
【０００５】プラズマ生成室６の周りには、磁気コイル
２４が配設され、プラズマ生成室６内部はＥＣＲを生じ
させるに必要な磁界（マイクロ波周波数２．４５ＧＨｚ
の場合８７５ガウス）で、かつ、Ｐ点ではＥＣＲ条件よ
り充分強い磁界を発生させる。磁気コイル２４もプラズ
マ生成室６と同様に冷却されている。これによって、プ
ラズマ生成室６内に導入される第１ガスを、マイクロ波
によってＥＣＲ条件で励起させてプラズマ化する。この
ようにして生成したプラズマを、磁界勾配を利用して試
料室１内の試料台３上に導き、試料台３上の試料２上に
薄膜を形成する。[0005] A magnetic coil 24 is provided around the plasma generation chamber 6, and a magnetic field (microwave frequency 2.45 GHz) necessary for generating ECR is provided inside the plasma generation chamber 6.
875 gauss), and at point P, a magnetic field sufficiently stronger than the ECR condition is generated. The magnetic coil 24 is also cooled similarly to the plasma generation chamber 6. As a result, the first gas introduced into the plasma generation chamber 6 is excited by microwaves under ECR conditions and turned into plasma. The plasma generated in this manner is guided to the sample stage 3 in the sample chamber 1 using a magnetic field gradient, and a thin film is formed on the sample 2 on the sample stage 3.
【０００６】放射されるマイクロ波は準ＴＭ波になり、
プラズマ生成室６内での伝播モード（準ＴＭ波）との整
合性がよく、効率よいプラズマ生成ができる。矩形導波
管１８、１９は、内部でマイクロ波電界が外部磁界と平
行となるように配置され、さらに、矩形導波管１８から
のマイクロ波と矩形導波管１９からのマイクロ波の干渉
によりＰ点付近に定在波の節が形成されてマイクロ波電
界がきわめて弱くなるので、矩形導波管１８、１９内部
でのプラズマの発生を防止できる。さらに、マイクロ波
はプラズマ生成室６には外部磁界に沿ってＥＣＲ条件よ
りも高磁界側から導入されるので、マイクロ波の遮断現
象は起こらず高密度プラズマを安定に生成することがで
きる。[0006] The emitted microwave becomes a quasi-TM wave,
It has good matching with the propagation mode (quasi-TM wave) in the plasma generation chamber 6 and can efficiently generate plasma. The rectangular waveguides 18 and 19 are arranged so that the microwave electric field is parallel to the external magnetic field inside, and furthermore, the interference between the microwave from the rectangular waveguide 18 and the microwave from the rectangular waveguide 19 occurs. Since a standing wave node is formed near point P and the microwave electric field becomes extremely weak, generation of plasma inside the rectangular waveguides 18 and 19 can be prevented. Further, since the microwave is introduced into the plasma generation chamber 6 from the higher magnetic field side than the ECR condition along the external magnetic field, the microwave blocking phenomenon does not occur, and the high density plasma can be generated stably.
【０００７】プラズマは磁界に沿った方向には容易に拡
散できるので、この構成ではプラズマ生成室６内で発生
したプラズマが拡散によってマイクロ波導入孔２３を通
ってＰ点近傍に拡散する。図６はこの拡散してくるプラ
ズマの影響を調べるための構成であり、３０、３１は導
波管１８、１９内を進行するマイクロ波の電力を進行方
向別に検出するパワーモニタ、３２は無反射終端であ
り、マイクロ波源側に反射するマイクロ波３４、プラズ
マ３３を透過してくるマイクロ波３５の入射マイクロ波
３６に対する割合と、そのときの試料室６内でのイオン
電流との関係を調べることができる。ここで、３３はプ
ラズマ生成室６からマイクロ波導入孔２３を通って導波
管１８、１９内に拡散してくるプラズマを表している。Since the plasma can be easily diffused in the direction along the magnetic field, in this configuration, the plasma generated in the plasma generation chamber 6 is diffused near the point P through the microwave introduction hole 23 by diffusion. FIG. 6 shows a configuration for examining the influence of the diffused plasma. Reference numerals 30 and 31 denote power monitors for detecting the power of microwaves traveling in the waveguides 18 and 19 for each traveling direction, and reference numeral 32 denotes non-reflection. Investigate the relationship between the ratio of the microwave 34 reflected at the microwave source side and the microwave 35 transmitted through the plasma 33 to the incident microwave 36 and the ion current in the sample chamber 6 at that time. Can be. Here, reference numeral 33 denotes plasma diffused from the plasma generation chamber 6 into the waveguides 18 and 19 through the microwave introduction holes 23.
【０００８】マイクロ波源１３からの入射マイクロ波３
６はマイクロ波導入窓２０を通ってプラズマ３３に到達
する。入射マイクロ波電力および反射マイクロ波電力は
パワーモニタ３０により検出される。一方、プラズマ３
３を透過したマイクロ波３５（等価マイクロ波）はパワ
ーモニタ３１により検出されたのち、無反射端３２で吸
収される。図７は測定結果を表したものであり、横軸は
試料室１内で測定されるイオン電流密度、縦軸は入射マ
イクロ波電力に対する反射マイクロ波電力および透過マ
イクロ波電力の割合である。これによると、○印で示し
た透過率は、イオン電流が大きくなると次第に小さくな
り、２ｍＡ／ｃｍ2 以上では０になる。一方、●印で示
した反射率は、イオン電流の増加とともに大きくなる
が、透過率が０となる２ｍＡ／ｃｍ2 で急激に小さくな
りそれ以降はほぼ一定となる。試料室１内のイオン電流
はプラズマ生成室６内部のプラズマ密度を反映してい
る。[0008] The incident microwave 3 from the microwave source 13
6 reaches the plasma 33 through the microwave introduction window 20. The incident microwave power and the reflected microwave power are detected by the power monitor 30. On the other hand, plasma 3
The microwave 35 (equivalent microwave) transmitted through 3 is detected by the power monitor 31 and then absorbed by the non-reflection end 32. FIG. 7 shows the measurement results. The horizontal axis represents the ion current density measured in the sample chamber 1, and the vertical axis represents the ratio of the reflected microwave power and the transmitted microwave power to the incident microwave power. According to this, the transmittance indicated by the mark “○” gradually decreases as the ion current increases, and becomes zero at 2 mA / cm 2 or more. On the other hand, the reflectance indicated by the mark ● increases with an increase in the ion current, but rapidly decreases at 2 mA / cm 2 at which the transmittance becomes 0, and becomes substantially constant thereafter. The ion current in the sample chamber 1 reflects the plasma density in the plasma generation chamber 6.
【０００９】したがって、この結果、プラズマ生成室６
内部のプラズマ密度が大きくなってＰ点近傍に拡散して
くるプラズマ３３の密度が大きくなると、マイクロ波が
プラズマ３３により反射されることを示している。さら
に、透過率が０になる条件では反射率も小さくなること
から、充分に濃いプラズマが生成されてマイクロ波がプ
ラズマ３３に反射されると、Ｐ点近傍にマイクロ波電界
の節が形成され、そこからマイクロ波がプラズマ室６側
に効率よく放射されるようになることがわかる。この結
果から、マイクロ波電界の節の位置を制御することによ
り、均一なプラズマを生成できると考えられる。さら
に、この考え方は、ＥＣＲプラズマを利用して絶縁膜形
成やエッチング等の表面処理を行うプラズマ処理装置に
も適用することが可能となる。Therefore, as a result, the plasma generation chamber 6
This indicates that the microwave is reflected by the plasma 33 when the density of the plasma 33 diffused in the vicinity of the point P increases as the internal plasma density increases. Further, since the reflectance becomes small under the condition that the transmittance becomes 0, when a sufficiently dense plasma is generated and the microwave is reflected by the plasma 33, a node of the microwave electric field is formed near the point P, From this, it can be seen that microwaves are efficiently radiated to the plasma chamber 6 side. From this result, it is considered that uniform plasma can be generated by controlling the position of the node of the microwave electric field. Further, this concept can be applied to a plasma processing apparatus that performs surface treatment such as formation of an insulating film and etching using ECR plasma.
【００１０】図８は例えば、特公昭６２−４３３３５号
公報、特開平１−９７３９９号公報等に開示されたＥＣ
Ｒプラズマを利用して絶縁膜形成やエッチング等の表面
処理を行う従来のプラズマ処理装置の第２の例を示す基
本構成である。この第２の例においては、プラズマ生成
室６の開口７と対向する端面には、石英ガラス板等によ
るマイクロ波導入窓２０を設け、この窓２０を介してマ
イクロ波供給手段３７からのマイクロ波をプラズマ生成
室６内に導く。矩形導波管１６とマイクロ波導入窓２０
との間には、マイクロ波の矩形導波管モードとプラズマ
中マイクロ波伝播モードの整合を図るためのマイクロ波
モード変換器３８が配設されている。FIG. 8 shows an EC disclosed in, for example, JP-B-62-43335, JP-A-1-97399, and the like.
This is a basic configuration showing a second example of a conventional plasma processing apparatus that performs surface treatment such as formation of an insulating film and etching using R plasma. In the second example, a microwave introduction window 20 made of a quartz glass plate or the like is provided on an end face of the plasma generation chamber 6 facing the opening 7, and a microwave from a microwave supply unit 37 is provided through the window 20. Is guided into the plasma generation chamber 6. Rectangular waveguide 16 and microwave introduction window 20
A microwave mode converter 38 for matching the rectangular waveguide mode of the microwave with the microwave propagation mode in the plasma is disposed between them.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のプラズマ処理装置においては、マイクロ波導入
窓２０あるいは２１に入射するときのマイクロ波の電界
強度は中央付近が強くなるため、プラズマ生成室６内に
おいても中央部分のマイクロ波の電界強度が強くなる。
その結果、生成されたプラズマは、中央のプラズマ密度
の大きい不均一なプラズマとなり易くなるといった問題
があった。したがって、本発明は上記した従来の問題に
鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、
高密度プラズマを安定に生成するとともに、プラズマの
不均一性を改善して、大口径の試料に対して均一に表面
処理を施すことができるプラズマ処理装置を提供するこ
とにある。However, in the above-mentioned conventional plasma processing apparatus, the electric field intensity of the microwave when entering the microwave introduction window 20 or 21 becomes strong near the center. The electric field intensity of the microwave in the central part also becomes strong.
As a result, there is a problem that the generated plasma is likely to become nonuniform plasma having a large plasma density at the center. Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to:
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of stably generating high-density plasma, improving plasma non-uniformity, and uniformly performing a surface treatment on a large-diameter sample.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波導波
管とマイクロ波導入孔が結合する部位に、マイクロ波反
射板が設けられている。In order to achieve this object, in a plasma processing apparatus according to the present invention, a microwave reflecting plate is provided at a portion where a microwave waveguide and a microwave introduction hole are connected. .
【００１３】[0013]
【作用】本発明によれば、マイクロ波導波管とマイクロ
波導入孔が結合する部位に、マイクロ波反射板が設けら
れていることにより、マイクロ波導入孔の直前にマイク
ロ波電界の節が形成され、そこからマイクロ波の放射を
利用してマイクロ波をプラズマ生成室に導くことによ
り、プラズマ生成の効率化が図れる。また、反射板の位
置を適切に調整してマイクロ波電界の節をマイクロ波導
入孔直上の複数の適切な場所に形成することにより、プ
ラズマ生成室に入射するマイクロ波の電界強度分布が均
一となり、均一なプラズマ生成がなされる。According to the present invention, a node of a microwave electric field is formed immediately before the microwave introduction hole by providing the microwave reflection plate at a portion where the microwave waveguide and the microwave introduction hole are connected. Then, the microwave is guided to the plasma generation chamber using the radiation of the microwave therefrom, whereby the efficiency of the plasma generation can be improved. In addition, by appropriately adjusting the position of the reflector and forming the nodes of the microwave electric field at a plurality of appropriate locations directly above the microwave introduction holes, the electric field intensity distribution of the microwave incident on the plasma generation chamber becomes uniform. And uniform plasma generation.
【００１４】[0014]
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は本発明に係るプラズマ処理装置のマイクロ波
導入部分を拡大した要部拡大側断面図である。同図にお
いて、従来技術と同一構成および同等の構成については
同一の符号を付し詳細な説明は省略する。また、図示を
省略したその他の構成は、上述した従来の第１の例（図
５）と同様である。矩形導波管１８、１９は、内部でマ
イクロ波の進行が外部磁界に垂直で、かつ、マイクロ波
電界が外部磁界に平行になるように配置されている。連
結用管２２は本実施例ではストレート形状のものを採用
しているが、テーパ形状のものでもよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an enlarged side sectional view showing a main part of a microwave introduction part of a plasma processing apparatus according to the present invention. In the figure, the same components as those of the related art and the equivalent components are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. In addition, other configurations not shown are the same as those of the above-described first conventional example (FIG. 5). The rectangular waveguides 18 and 19 are arranged such that the propagation of the microwave therein is perpendicular to the external magnetic field and the microwave electric field is parallel to the external magnetic field. Although the connecting pipe 22 has a straight shape in this embodiment, it may have a tapered shape.
【００１５】４０は本発明の特徴であるマイクロ波を反
射する反射板で、矩形導波管１８、１９の接続部分の連
結用管２２に対向するようにしてマイクロ波導入孔２３
に向かって配設されている。４１、４２はマイクロ波導
入孔２３に連通する導入孔である。また、マイクロ波導
入窓２０、２１はプラズマ中の粒子が直接飛来できない
位置、すなわち、プラズマ生成室６からは死角の位置に
配設されているので、試料２に導電性膜を正膜中に、プ
ラズマ生成室６内のイオンや中性粒子が直接マイクロ波
導入窓２０、２１に入射するのを防止でき、このため、
マイクロ波導入窓２０、２１に導電性膜が付着するのを
防止できる。これによって、マイクロ波が、導電性膜に
よって、反射あるいは吸収されて、プラズマが発生でき
なかったり、不安定となるといった不都合が防止され
る。Reference numeral 40 denotes a reflecting plate for reflecting microwaves which is a feature of the present invention. The reflecting plate 40 faces the connecting tube 22 at the connection portion between the rectangular waveguides 18 and 19 so as to face the microwave introducing hole 23.
It is arranged toward. Reference numerals 41 and 42 are introduction holes communicating with the microwave introduction hole 23. Further, since the microwave introduction windows 20 and 21 are disposed at positions where particles in the plasma cannot directly fly, that is, at positions of blind spots from the plasma generation chamber 6, the sample 2 has a conductive film in the positive film. In addition, ions and neutral particles in the plasma generation chamber 6 can be prevented from directly entering the microwave introduction windows 20 and 21.
The conductive films can be prevented from being attached to the microwave introduction windows 20 and 21. This prevents the microwaves from being reflected or absorbed by the conductive film, thereby preventing inconvenience such as inability to generate plasma or instability.
【００１６】このような構成において、マイクロ波源１
３からのマイクロ波は矩形導波管１５、整合器１４、矩
形導波管１６を経て分岐回路１７に導かれる。分岐回路
１７で２つに分けられたマイクロ波はそれぞれ矩形導波
管１７、１７により等しい距離を伝播した後、マイクロ
波導入窓２０、２１を経て反射板４０に到達し、反射さ
れる。このとき、反射板の表面付近にマイクロ波電界の
節が形成されて、マイクロ波電界は弱くなるが、マイク
ロ波磁界は強くなる。このマイクロ波磁界により、マイ
クロ波が誘起されて導入孔４１、４２を通ってプラズマ
生成室６内に放射される。放射されるマイクロ波は準Ｔ
Ｍ波であり、プラズマがある場合のプラズマ生成室６内
部の伝播モードである準ＴＭ波との整合がよく、きわめ
て効率のよいプラズマ生成ができる。In such a configuration, the microwave source 1
The microwave from 3 is guided to the branch circuit 17 via the rectangular waveguide 15, the matching unit 14, and the rectangular waveguide 16. The microwaves divided into two by the branch circuit 17 propagate the same distance by the rectangular waveguides 17 and 17 respectively, and then reach the reflector 40 via the microwave introduction windows 20 and 21 and are reflected. At this time, a node of the microwave electric field is formed near the surface of the reflector, and the microwave electric field is weakened, but the microwave magnetic field is strong. The microwave is induced by the microwave magnetic field and radiated into the plasma generation chamber 6 through the introduction holes 41 and 42. The emitted microwave is quasi-T
The M wave is well matched with the quasi-TM wave, which is the propagation mode inside the plasma generation chamber 6 when plasma is present, and extremely efficient plasma generation can be performed.
【００１７】また、マイクロ波の放射点がプラズマ密度
によらず一定に位置にあるので、プラズマ密度によらず
安定にプラズマを生成できる。さらに反射板４０の厚さ
や位置を調整することにより、マイクロ波の放射位置を
調整できるので、プラズマの均一性が簡単に制御でき
る。図２は反射板４０がある場合と無い場合とでの入射
マイクロ波パワーと試料室内で測定したイオン電流密度
を比較した図であり、反射板４０を備えた場合には、イ
オン電流が約１．５倍増加することがわかる。Further, since the microwave radiating point is located at a constant position irrespective of the plasma density, plasma can be generated stably irrespective of the plasma density. Further, by adjusting the thickness and position of the reflector 40, the radiation position of the microwave can be adjusted, so that the uniformity of the plasma can be easily controlled. FIG. 2 is a diagram comparing the incident microwave power with and without the reflector 40 and the ion current density measured in the sample chamber. It can be seen that the increase is 0.5 times.
【００１８】また、上述した実施例において、矩形導波
管１８、１９をアースと絶縁するか、あるいは導波管１
８、１９の内面に石英等の誘電体を設置してプラズマか
らアースに向かって電流の流れを遮断することによっ
て、プラズマ中の電子の流入によるプラズマ密度の低下
や導波管１８、１９の加熱を防止できる。すなわち、導
波管１８、１９が接地されていると、導波管を介してプ
ラズマからアースに電流が流れ、（主として電子電流）
プラズマ中の電子が失われてしまい、プラズマ密度の低
下や導波管１８、１９の加熱の問題が発生することがあ
るからである。In the above-described embodiment, the rectangular waveguides 18, 19 are insulated from the ground,
By installing a dielectric such as quartz on the inner surface of each of the electrodes 8 and 19 to cut off the flow of current from the plasma to the ground, the plasma density decreases due to the inflow of electrons in the plasma and the waveguides 18 and 19 are heated. Can be prevented. That is, when the waveguides 18 and 19 are grounded, a current flows from the plasma to the ground via the waveguides (mainly an electron current).
This is because electrons in the plasma are lost, which may cause a reduction in plasma density and a problem of heating the waveguides 18 and 19.
【００１９】図３は本発明の第２の実施例の要部拡大側
断面図である。この第２の実施例では、図示を省略して
いるその他の構成は、上述した従来の第２の例（図８）
と同様である。１７はマイクロ波を２つに分岐する矩形
導波管で、マイクロ波回路では、Ｅ面Ｙ分岐と呼ばれて
いる分岐回路である。１８、１９は矩形導波管で、内部
ではマイクロ波の進行方向が外部磁界に垂直になるよう
に配設されている。１８、１９の接続部分のプラズマ生
成室６の面内にはマイクロ波を送出するための誘電体窓
２０が設けられており、連結用管２２（本実施例では矩
形導波管１７の長手方向とほぼ等しい直径を有する９６
ｍｍφの円形導波管）が接続されている。また、１８、
１９の接続部分のプラズマ生成室６側とは反対面から
は、マイクロ波反射板４０がマイクロ波の進行方向と垂
直となるように設置されている。FIG. 3 is an enlarged side sectional view of a main part of a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the other components, which are not shown, correspond to the above-described second conventional example (FIG. 8).
Is the same as Reference numeral 17 denotes a rectangular waveguide that branches a microwave into two, and in a microwave circuit, a branch circuit called an E-plane Y branch. Reference numerals 18 and 19 denote rectangular waveguides, which are arranged so that the traveling direction of the microwave is perpendicular to the external magnetic field. A dielectric window 20 for transmitting microwaves is provided in the plane of the plasma generation chamber 6 at a connection portion between 18 and 19, and a connecting tube 22 (in this embodiment, a longitudinal direction of the rectangular waveguide 17). 96 having a diameter approximately equal to
mmφ circular waveguide) is connected. Also, 18,
A microwave reflection plate 40 is installed so as to be perpendicular to the direction in which the microwave travels from the surface of the connection portion 19 opposite to the plasma generation chamber 6 side.
【００２０】図４はこの第２の実施例における分岐回路
１７以降のマイクロ波の伝播の様子を模式的に表したも
のであり、４３はマイクロ波の伝播経路を、４４はマイ
クロ波電界の方向を示している。マイクロ波源１３から
のマイクロ波は矩形導波管１５、整合器１４、矩形導波
管１６を経て分岐回路１７に導かれる。分岐回路１７で
２つに分けられたマイクロ波は矩形導波管１８、１９を
経て反射板４０に到達する。マイクロ波は反射板４０で
反射され、反射板４０の表面付近にマイクロ波電界の節
が形成される。一方、マイクロ波の磁界成分は反射板の
表面付近では強くなる。このマイクロ波磁界によりマイ
クロ波が誘記され、誘電体窓２０を介してプラズマ生成
室６内に放射される。FIG. 4 schematically shows the state of propagation of microwaves after the branch circuit 17 in the second embodiment, where 43 is the microwave propagation path, and 44 is the direction of the microwave electric field. Is shown. The microwave from the microwave source 13 is guided to the branch circuit 17 via the rectangular waveguide 15, the matching unit 14, and the rectangular waveguide 16. The microwave divided into two by the branch circuit 17 reaches the reflector 40 via the rectangular waveguides 18 and 19. The microwave is reflected by the reflector 40, and a node of the microwave electric field is formed near the surface of the reflector 40. On the other hand, the magnetic field component of the microwave becomes strong near the surface of the reflector. The microwave is induced by the microwave magnetic field and is radiated into the plasma generation chamber 6 through the dielectric window 20.
【００２１】この第２の実施例においては、矩形導波管
１８、１９からのマイクロ波は反射板４０の両側で反射
するので、反射板４０の両側から開口部４１、４２を通
ってプラズマ生成室６内での伝板モード（準ＴＭモー
ド）との整合性もよく効率よいプラズマ生成ができる。
さらに、マイクロ波の放射位置が反射板４０の両側にで
きるために、プラズマ生成室６内部でのマイクロ波電界
の電界強度分布が均一になり、その結果、均一なプラズ
マが生成される。また、反射板４０の位置を調整するこ
とにより、マイクロ波の放射位置を自由に制御できるの
で、プラズマの均一性を容易に制御することができる。In the second embodiment, since the microwaves from the rectangular waveguides 18 and 19 are reflected on both sides of the reflector 40, the plasma is generated from both sides of the reflector 40 through the openings 41 and 42. It is possible to generate plasma efficiently with good matching with the plate mode (quasi-TM mode) in the chamber 6.
Further, since the radiation position of the microwave is formed on both sides of the reflector 40, the electric field intensity distribution of the microwave electric field inside the plasma generation chamber 6 becomes uniform, and as a result, uniform plasma is generated. Further, by adjusting the position of the reflecting plate 40, the radiation position of the microwave can be freely controlled, so that the uniformity of the plasma can be easily controlled.
【００２２】なお、矩形導波管１８、１９とマイクロ波
導入孔２３の間を連結する連結用管２２として、第１の
実施例ではストレート形状の連結管を、また、第２の実
施例では円筒導波管を用いたが、これに限定されず、テ
ーパ形状であってもよい。さらに、連結用管２２を用い
ずに、矩形導波管１８、１９をマイクロ波導入孔２３に
直接接続してもよい。また、マイクロ波は２方向から反
射板４０に到達させた構造としているが、３方向あるい
はそれ以上の方向から反射板４０に到達させてもよい。
また、１個のマイクロ波源からのマイクロ波を２つに分
岐して反射板４０の両側に導いているが、各々の矩形導
波管１８、１９に対応するマイクロ波源からのマイクロ
波をマイクロ波の位相を調整してそれぞれ対応する矩形
導波管に供給してもよい。In the first embodiment, a straight connecting pipe is used as the connecting pipe 22 for connecting between the rectangular waveguides 18 and 19 and the microwave introduction hole 23. In the second embodiment, the connecting pipe 22 is used. Although the cylindrical waveguide is used, the present invention is not limited to this, and may have a tapered shape. Further, the rectangular waveguides 18 and 19 may be directly connected to the microwave introduction hole 23 without using the connection tube 22. Further, the structure is such that the microwaves reach the reflector 40 from two directions, but the microwaves may reach the reflector 40 from three directions or more.
Although the microwave from one microwave source is branched into two and guided to both sides of the reflector 40, the microwave from the microwave source corresponding to each of the rectangular waveguides 18 and 19 is separated by the microwave. May be adjusted and supplied to the corresponding rectangular waveguides.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、一
端がマイクロ波導入孔に連結され、内部でのマイクロ波
の進行方向が外部磁界と垂直となるように配置されたマ
イクロ波導波管を複数個設けるとともに、マイクロ波導
波管とマイクロ波導入孔が結合する部位にマイクロ波反
射板が設けられており、このため、マイクロ波導入孔に
放射されるマイクロ波は準ＴＭ波であり、プラズマがあ
る場合のプラズマ生成室内部の伝播モードである準ＴＭ
波との整合がよく、きわめて効率のよいプラズマ生成が
できる。また、マイクロ波の放射位置が反射板の両側に
できるために、プラズマ生成室内部でのマイクロ波電界
の電界強度分布が均一になり、その結果、均一なプラズ
マが生成され、大口径の試料に対して均一に表面処理を
行うことが可能となる。また、反射板の位置を調整する
ことにより、マイクロ波の放射位置を自由に制御できる
ので、プラズマの均一性を容易に制御することができ
る。As described above, according to the present invention, a microwave waveguide having one end connected to the microwave introduction hole and arranged so that the traveling direction of the microwave inside is perpendicular to the external magnetic field. Are provided, and a microwave reflector is provided at a portion where the microwave waveguide and the microwave introduction hole are coupled. Therefore, the microwave radiated to the microwave introduction hole is a quasi-TM wave, Quasi-TM, which is the propagation mode inside the plasma generation chamber when plasma is present
It has good matching with waves and can generate plasma very efficiently. In addition, since the radiation position of the microwave can be located on both sides of the reflector, the electric field intensity distribution of the microwave electric field in the plasma generation chamber becomes uniform, as a result, uniform plasma is generated, and a large-diameter sample can be produced. On the other hand, the surface treatment can be performed uniformly. Further, by adjusting the position of the reflector, the radiation position of the microwave can be freely controlled, so that the uniformity of the plasma can be easily controlled.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置におけるマイク
ロ波導入部分を拡大した要部拡大側断面図である。FIG. 1 is an enlarged side sectional view of a main part in which a microwave introduction part is enlarged in a plasma processing apparatus according to the present invention.
【図２】反射板がある場合と無い場合とでの入射マイク
ロ波パワーと試料室内で測定したイオン電流密度を比較
した図である。FIG. 2 is a diagram comparing the incident microwave power with and without a reflector and the ion current density measured in a sample chamber.
【図３】本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施例
におけるマイクロ波導入部分を拡大した要部拡大側断面
図である。FIG. 3 is an enlarged side sectional view of a main part in which a microwave introduction part is enlarged in a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図４】本発明に係るプラズマ処理装置の第２の実施例
における分岐回路以降のマイクロ波の伝播の様子を模式
的に表した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram schematically showing a state of propagation of a microwave after a branch circuit in a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention.
【図５】従来のプラズマ処理装置の基本構成図である。FIG. 5 is a basic configuration diagram of a conventional plasma processing apparatus.
【図６】従来のプラズマ処理装置における拡散してくる
プラズマの影響を調べるための構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram for examining the influence of diffused plasma in a conventional plasma processing apparatus.
【図７】従来のプラズマ処理装置におけるイオン電流と
反射率、透過率との関係を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a relationship between an ion current and a reflectance and a transmittance in a conventional plasma processing apparatus.
【図８】従来のプラズマ処理装置の第２の例を示す基本
構成図である。FIG. 8 is a basic configuration diagram showing a second example of a conventional plasma processing apparatus.
１ 試料室 ２ 試料 ６ プラズマ生成室 ８ 第１のガス導入管 １０ 第２のガス導入管 １３ マイクロ波源 １４ 整合器 １７ 分岐回路 １８ 矩形導波管 １９ 矩形導波管 ２０ 誘電体窓 ２１ 誘電体窓 ２２ 連結用管 ２３ マイクロ波導入孔 ２４ 磁気コイル ３３ プラズマ ３４ 反射マイクロ波 ３５ 透過マイクロ波 ３６ 入射マイクロ波 ４０ 反射板 ４１ 導入孔 ４２ 導入孔 ４３ マイクロ波伝播経路 ４４ マイクロ波電界の方向 REFERENCE SIGNS LIST 1 sample chamber 2 sample 6 plasma generation chamber 8 first gas introduction pipe 10 second gas introduction pipe 13 microwave source 14 matching unit 17 branch circuit 18 rectangular waveguide 19 rectangular waveguide 20 dielectric window 21 dielectric window 22 Connecting Tube 23 Microwave Introducing Hole 24 Magnetic Coil 33 Plasma 34 Reflected Microwave 35 Transmitted Microwave 36 Incident Microwave 40 Reflector 41 Introducing Hole 42 Introducing Hole 43 Microwave Propagation Path 44 Microwave Electric Field Direction
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−97399（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−170530（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-1-97399 (JP, A) JP-A-2-170530 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 21/31 H01L 21/205 H01L 21/3065 H05H 1/46
Claims (7)
室に外部磁界を印加した状態で、マイクロ波が誘電体窓
を通って導波管を介して前記プラズマ生成室に供給さ
れ、このプラズマ生成室内の原料ガスを電子サイクロト
ロン共鳴（ＥＣＲ）によりプラズマ化するプラズマ処理
装置において、一端が前記マイクロ波導入孔に連結さ
れ、内部でのマイクロ波の進行方向が外部磁界と垂直と
なるように配置されたマイクロ波導波管を複数個設ける
とともに、前記マイクロ波導波管とマイクロ波導入孔が
結合する部位にマイクロ波反射板が設けられていること
を特徴とするプラズマ処理装置。In a state where an external magnetic field is applied to a plasma generation chamber having a microwave introduction hole, microwaves are supplied to the plasma generation chamber via a waveguide through a dielectric window. In the plasma processing apparatus for converting the raw material gas into a plasma by electron cyclotron resonance (ECR), one end is connected to the microwave introduction hole, and the inside is arranged such that the traveling direction of the microwave is perpendicular to the external magnetic field. A plasma processing apparatus comprising: a plurality of microwave waveguides; and a microwave reflection plate provided at a portion where the microwave waveguide and the microwave introduction hole are coupled.
て、誘電体窓が前記マイクロ波導波管内のマイクロ波導
入孔とは反対側で、かつＥＣＲ条件よりも高磁界で前記
プラズマ生成室内部からは死角となる位置に配設されて
いることを特徴とするプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the dielectric window is located on a side opposite to the microwave introduction hole in the microwave waveguide and has a magnetic field higher than an ECR condition and is located inside the plasma generation chamber. A plasma processing apparatus, wherein the plasma processing apparatus is provided at a position where a blind spot is formed.
て、１つのマイクロ波源からのマイクロ波を複数に分割
して各々対応する前記マイクロ波導波管に供給すること
を特徴とするプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a microwave from one microwave source is divided into a plurality of microwaves and supplied to the corresponding microwave waveguides.
て、複数のマイクロ波源からのマイクロ波をマイクロ波
の位相を調整して各々対応する前記マイクロ波導波管に
供給することを特徴とするプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein microwaves from a plurality of microwave sources are supplied to the corresponding microwave waveguides by adjusting the phases of the microwaves. apparatus.
て、前記マイクロ波導入窓と前記マイクロ波導波管とを
連結する連結管を設けたことを特徴とするプラズマ処理
装置。5. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a connecting pipe connecting the microwave introduction window and the microwave waveguide.
て、前記誘電体窓が前記マイクロ波導入孔と前記マイク
ロ波導波管の間に配設されていることを特徴とするプラ
ズマ処理装置。6. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said dielectric window is provided between said microwave introduction hole and said microwave waveguide.
て、前記マイクロ波導波管が、アースと絶縁されている
か、あるいは、内面に絶縁が施されていることを特徴と
するプラズマ処理装置。7. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the microwave waveguide is insulated from a ground or an inner surface thereof is insulated.
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| US08/081,934 US5389154A (en) | 1992-06-23 | 1993-06-24 | Plasma processing apparatus |
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Cited By (1)
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1993
- 1993-03-22 JP JP5085183A patent/JP2779997B2/en not_active Expired - Lifetime
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