JP3084466B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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JP3084466B2
JP3084466B2 JP04245892A JP24589292A JP3084466B2 JP 3084466 B2 JP3084466 B2 JP 3084466B2 JP 04245892 A JP04245892 A JP 04245892A JP 24589292 A JP24589292 A JP 24589292A JP 3084466 B2 JP3084466 B2 JP 3084466B2
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plasma
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shape
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克生 片山
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、エッチング,薄膜形成
等の処理を行うプラズマ処理装置、特にそのプラズマを
生成・維持するためのマイクロ波導入部の構造に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing processes such as etching and thin film formation, and more particularly to a structure of a microwave introduction unit for generating and maintaining the plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】減圧、低ガス圧力下にある真空容器内
に、マイクロ波を導入することによりガス放電を生起さ
せてプラズマを生成させ、該プラズマを試料基板の表面
に照射することにより、エッチング,薄膜形成等の処理
を行う装置は高集積半導体素子等の製造に欠かせないも
のとして、その研究が進められている。特に低ガス圧力
領域で活性度の高いプラズマを生成できる装置として、
有磁場マイクロ波プラズマ装置及び電子サイクロトロン
共鳴励起によりプラズマを発生させる装置は有望視され
ている。
2. Description of the Related Art Microwaves are introduced into a vacuum vessel under reduced pressure and low gas pressure to generate gas discharge to generate plasma, and the plasma is irradiated on the surface of a sample substrate to perform etching. Research has been conducted on devices which perform processes such as thin film formation and the like as indispensable for the production of highly integrated semiconductor elements and the like. In particular, as a device that can generate highly active plasma in the low gas pressure range,
Promising are magnetic field microwave plasma devices and devices that generate plasma by electron cyclotron resonance excitation.

【0003】図8は、エッチング装置として構成した従
来におけるマイクロ波を用いた電子サイクロトロン共鳴
励起を利用するプラズマ処理装置の縦断面図であり、図
中31は真空容器を構成するプラズマ生成室,33は同じく
試料室を示している。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma processing apparatus utilizing an electron cyclotron resonance excitation using a microwave, which is configured as an etching apparatus. In FIG. 8, reference numeral 31 denotes a plasma generation chamber constituting a vacuum vessel; Denotes a sample chamber.

【0004】プラズマ生成室31はその周囲壁を2重構造
にして冷却水の通流室31a を備え、また上部壁中央には
石英ガラスにて封止したマイクロ波導入窓31b を有する
マイクロ波導入口31c を、更に下部壁中央には前記マイ
クロ波導入口31c と対向する位置にプラズマ引出し窓31
d を夫々備えている。前記マイクロ波導入口31c には他
端を図示しないマイクロ波発振器に接続した導波管32の
一端が接続され、またプラズマ引出し窓31d に臨ませて
試料室33を配設し、更に周囲にはプラズマ生成室31及び
これに接続された導波管32の一端部にわたってこれらを
囲む態様でこれらと同心円上に励磁コイル34を配設して
ある。
The plasma generating chamber 31 has a cooling water flow chamber 31a having a double wall around its periphery, and a microwave inlet 31b having a microwave inlet window 31b sealed with quartz glass at the center of the upper wall. 31c, and a plasma extraction window 31 at the center of the lower wall at a position facing the microwave introduction port 31c.
d. One end of a waveguide 32 whose other end is connected to a microwave oscillator (not shown) is connected to the microwave introduction port 31c, and a sample chamber 33 is provided facing a plasma extraction window 31d. An exciting coil 34 is disposed concentrically with the generation chamber 31 and a waveguide 32 connected thereto so as to surround one end of the waveguide.

【0005】試料室33内には前記プラズマ引出し窓31d
と対向する位置に試料台37が配設され、その上にはウェ
ハ等の試料Sがそのまま、または静電吸着等の手段にて
着脱可能に載置され、また試料室33の下部壁もしくは側
部壁には、図示しない排気装置に連なる排気口33a が開
口されている。31g はプラズマ生成室31に連なるガス供
給系、33g は試料室33に連なるガス供給系、31h,31i は
冷却水の供給系, 排出系である。
In the sample chamber 33, the plasma extraction window 31d is provided.
A sample table 37 is disposed at a position opposite to the sample chamber 33, on which a sample S such as a wafer is mounted as it is or detachably mounted by means such as electrostatic suction. An exhaust port 33a connected to an exhaust device (not shown) is opened in the wall. 31g is a gas supply system connected to the plasma generation chamber 31, 33g is a gas supply system connected to the sample chamber 33, and 31h and 31i are supply and discharge systems of cooling water.

【0006】このようなエッチング装置にあっては、プ
ラズマ生成室31、試料室33内を所要の圧力まで排気した
後、プラズマ生成室31内にガス供給系31g を通じて、所
要のガス圧力が得られるようにガスを供給し、励磁コイ
ル34にて磁界を形成しつつマイクロ波導波管32を通じて
プラズマ生成室31内にマイクロ波を導入し、プラズマ生
成室31を空洞共振器としてガスを共鳴励起し、プラズマ
を生成させる。生成したプラズマは励磁コイル34にて形
成される試料室33側に向かうに従い磁束密度が低下する
発散磁界によって試料室33内の試料S周辺に引き出さ
れ、試料室33内の試料S表面をエッチングするようにな
っている(特開昭57-133636 号公報) 。
In such an etching apparatus, after the inside of the plasma generation chamber 31 and the sample chamber 33 are evacuated to a required pressure, a required gas pressure is obtained in the plasma generation chamber 31 through a gas supply system 31g. As described above, a microwave is introduced into the plasma generation chamber 31 through the microwave waveguide 32 while forming a magnetic field with the excitation coil 34, and the gas is resonantly excited using the plasma generation chamber 31 as a cavity resonator. Generate plasma. The generated plasma is drawn out around the sample S in the sample chamber 33 by a diverging magnetic field whose magnetic flux density decreases toward the sample chamber 33 formed by the exciting coil 34, and etches the surface of the sample S in the sample chamber 33. (JP-A-57-133636).

【0007】ところで前述した従来装置では、プラズマ
生成室31の上部壁に開口するマイクロ波導入口31c はマ
イクロ波の透過を許容する石英ガラス板により構成され
たマイクロ波導入窓31b にて気密状態に封止されている
が、マイクロ波導入窓31b はマイクロ波導入口31c を塞
ぐ態様でその終端部に配置され、導波管32の端部のフラ
ンジ32a と重ねた状態で止め具32b にて共止めされてい
る。
In the above-described conventional apparatus, the microwave introduction port 31c opened in the upper wall of the plasma generation chamber 31 is hermetically sealed by a microwave introduction window 31b made of a quartz glass plate that allows microwave transmission. However, the microwave introduction window 31b is disposed at the end of the microwave introduction port 31c so as to cover the microwave introduction port 31c, and is fixed together with a stopper 32b in a state where the microwave introduction window 31b overlaps the flange 32a at the end of the waveguide 32. ing.

【0008】従って、マイクロ波に対する空洞共振器と
して機能するプラズマ生成室31側からみた場合、マイク
ロ波導入口31c 内は空間となっており、プラズマ生成室
31の内壁面との間に段差が形成される結果、この部分で
マイクロ波が異常反射し、これに起因してプラズマ分布
の均一性が悪化する等の問題があった。
Therefore, when viewed from the side of the plasma generation chamber 31 which functions as a cavity resonator for microwaves, the inside of the microwave introduction port 31c is a space, and
As a result of the formation of a step between the inner wall surface and the inner wall surface of the 31, there is a problem that microwaves are abnormally reflected at this portion and the uniformity of the plasma distribution is deteriorated due to this.

【0009】この対策として図9に示す如き装置が本出
願人等によって出願されている(特開昭63-318099 号)
。図9は本出願人等の出願に係る従来のプラズマ装置
の部分断面図であり、プラズマ生成室31に開口するマイ
クロ波導入口31c 内に、これを充足する態様でプラズマ
生成室31の内壁面と面一となるようマイクロ波透過物質
からなるマイクロ波導入窓48を設けてある。他の構成は
前記図7に示す装置と実質的に同じであり、対応する部
分には同じ番号を付してある。
As a countermeasure, an apparatus as shown in FIG. 9 has been filed by the present applicant (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-318099).
. FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a conventional plasma apparatus according to the application of the present applicant, in which a microwave introduction port 31c opening to the plasma generation chamber 31 is filled with the inner wall surface of the plasma generation chamber 31 so as to be filled. A microwave introduction window 48 made of a microwave transmitting material is provided so as to be flush. Other configurations are substantially the same as those of the device shown in FIG. 7, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

【0010】図9におけるマイクロ波導入窓48はマイク
ロ波導入口31c の直径及び軸長方向寸法に略等しい円板
部48a の上側に、これよりも大きい矩形、若しくは円形
のフランジ部48b を設けて構成され、円板部48a をマイ
クロ波導入口31c に密に嵌合せしめ、またフランジ部48
b をマイクロ波導入口31c の外周縁に図示しないOリン
グ等を介在させて当接せしめてあり、円板部48aの下端
面はプラズマ生成室31の内壁面と面一となるように位置
している。
The microwave introduction window 48 in FIG. 9 is constructed by providing a larger rectangular or circular flange portion 48b above a disk portion 48a substantially equal to the diameter and the axial length of the microwave introduction port 31c. The disk portion 48a is fitted tightly into the microwave inlet 31c, and the flange portion 48a is
b is brought into contact with the outer peripheral edge of the microwave introduction port 31c with an O-ring or the like (not shown) interposed therebetween, and the lower end surface of the disc portion 48a is positioned so as to be flush with the inner wall surface of the plasma generation chamber 31. I have.

【0011】このような従来装置にあっては、プラズマ
生成室31の上部壁に開口するマイクロ波導入口31c はマ
イクロ波透過物質であるマイクロ波導入窓48にて隙間な
く充足された状態となっており、マイクロ波の異常反射
を生じることがなく、それだけマイクロ波の異常反射が
低減され、プラズマの生成も均一化される。
In such a conventional apparatus, the microwave introduction port 31c opened in the upper wall of the plasma generation chamber 31 is filled with the microwave introduction window 48, which is a microwave transmitting material, without any gap. As a result, abnormal reflection of microwaves does not occur, abnormal reflection of microwaves is reduced accordingly, and generation of plasma is made uniform.

【0012】然し、このような従来装置においては、マ
イクロ波のモードとして矩形TE10モード、或いは円形TE
11モードが用いられており、これらの電界分布は中心部
が強いために生成するプラズマ密度もプラズマ生成室の
中心で強い分布となる問題があった。そこでプラズマ生
成室内でのマイクロ波の分布を均一化するため、マイク
ロ波の導入窓に凹レンズのようなマイクロ波の拡散手段
を設け、マイクロ波の電界分布を均一化し、プラズマの
生成室を均一化する装置が提案されている(特開平3−
244123号) 。
However, in such a conventional apparatus, a rectangular TE 10 mode or a circular TE
Since the eleven modes are used, and these electric field distributions are strong in the central part, there is a problem that the generated plasma density also has a strong distribution at the center of the plasma generation chamber. Therefore, in order to equalize the distribution of microwaves in the plasma generation chamber, a microwave diffusing means such as a concave lens is provided in the microwave introduction window to make the microwave electric field distribution uniform and the plasma generation chamber uniform. (Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-
244123).

【0013】これは通常使われているマイクロ波が円形
TE11モードで中心が強い電界分布である点に注目し、マ
イクロ波の導入窓に凹レンズを用い、マイクロ波の均一
導入を図ったものである。しかし、円形TE11モードは正
確には図10に示す如く方向により電界分布が異なる。
10(a) は導波管内の電界分布及び磁界分布の概略を示し
た分布図、図10(b) 、図10(c) は図10(a) に示す中心に
おける電界方向であるy方向、電界方向と直交する方向
であるx方向夫々の電界の強さ (E) の分布図である。
図10(b) から明らかなようにy方向では中心部と周辺部
とで電界強度に大きな変化がない。一方図10(c) から明
らかなように、x方向では中心部で電界の強さが最も大
きく、周辺部に向かうに従って急速に強さが低下してい
る。つまりマイクロ波の均一導入という面からみると、
y方向での均一性は良好であるが、x方向での均一性が
低く、その結果発生するプラズマの均一化も不十分であ
った。
This is because the commonly used microwave is circular
Focusing on the strong electric field distribution at the center in the TE 11 mode, a concave lens is used for the microwave introduction window to achieve uniform introduction of microwaves. However, the electric field distribution of the circular TE 11 mode differs depending on the direction as shown in FIG. Figure
Figure 10 (a) shows the outline of the electric and magnetic field distributions in the waveguide.
10 (b) and 10 (c) are shown in the center of Fig. 10 (a).
Direction, which is the direction of the electric field, the direction orthogonal to the direction of the electric field
It is a distribution diagram of the electric field strength (E) in each of the x-directions.
As is clear from FIG. 10 (b), the center and the periphery in the y direction
There is no large change in the electric field strength between. On the other hand, FIG.
As can be seen, the electric field strength is highest at the center in the x direction.
Strength decreases rapidly as you move toward the periphery
You. In other words, from the viewpoint of uniform introduction of microwaves,
The uniformity in the y direction is good, but the uniformity in the x direction is
Low, resulting in poor plasma uniformity
Was.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る事情に鑑
みなされたものであって、その目的とするところは、マ
イクロ波のモードに起因するプラズマ生成室へ導入され
るマイクロ波の電界分布の不均一を改善し、マイクロ波
を均一にプラズマ生成室に導入し、均一な密度のプラズ
マを安定して効率よく生成せしめ得るプラズマ処理装置
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an electric field distribution of a microwave introduced into a plasma generation chamber due to a microwave mode. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving nonuniformity, uniformly introducing microwaves into a plasma generation chamber, and stably and efficiently generating plasma having a uniform density.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理装置は、マイクロ波導波管からプラズマ生成室へマイ
クロ波を導入するマイクロ波導入部分の前記マイクロ波
導波管と前記プラズマ生成室との接続部近傍に誘電体を
設けたプラズマ処理装置において、前記誘電体は、前記
マイクロ波導波管内を伝播するマイクロ波の伝播方向に
垂直な面であって、前記マイクロ波導波管の内面壁に囲
まれた面内の中心における電界の方向と直交する方向
(x方向)の断面形状が当該断面の相対応する両端部か
ら中心部に向けて連続的又は段階的に薄くなるテーパ形
状であり、電界の方向(y方向)の断面形状は前記電界
の方向と直交する方向の断面形状とは異なる形状である
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a plasma processing apparatus, comprising: a microwave introduction portion for introducing a microwave from a microwave waveguide into a plasma generation chamber; and a connection between the microwave waveguide and the plasma generation chamber. Dielectric near the part
In the plasma processing apparatus is provided, wherein the dielectric is in the microwave tube a plane perpendicular to the propagation direction of the microwave propagating through the center of the plane surrounded by the inner surface wall of the microwave guide direction and the straight intersects the direction of the electric field
Whether the cross-sectional shape in the (x direction) is the corresponding both ends of the cross-section
Tapered shape that becomes thinner continuously or stepwise toward the center
And the cross-sectional shape in the direction of the electric field (y direction) is the electric field.
Wherein the <br/> be in the form that is different from the direction of the cross-sectional shape perpendicular to the direction of.

【0016】[0016]

【作用】本発明にあっては、前記誘電体は、前記マイク
ロ波導波管内を伝播するマイクロ波の伝播方向に垂直な
面であって、前記マイクロ波導波管の内面壁に囲まれた
面内の中心における電界の方向と直交する方向(x方
向)の断面形状が当該断面の周辺部から中心部に向けて
連続的又は段階的に薄くなるテーパ形状であり、電界の
方向(y方向)の断面形状は前記電界の方向と直交する
方向の断面形状とは異なる形状であることによって、x
方向,y方向における電界分布が異なる場合においても
電界分布を効果的に均一化させることが可能となる。
According to the present invention, the dielectric material includes the microphone
Perpendicular to the propagation direction of the microwave propagating in the waveguide
A surface surrounded by an inner wall of the microwave waveguide.
Direction perpendicular to the direction of the electric field at the center in the plane (x direction
Direction) from the periphery to the center of the section
Tapered shape that becomes thinner continuously or stepwise.
The cross-sectional shape in the direction (y-direction) is orthogonal to the direction of the electric field
Is different from the cross-sectional shape in the
Even when the electric field distributions in the direction and the y direction are different, the electric field distribution can be effectively made uniform.

【0017】[0017]

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図1は本発明の一実施例であるプラ
ズマ処理装置の縦断面図であり、従来装置と同様に真空
容器はプラズマ生成室1と試料室3とにより構成され
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention. As in the conventional apparatus, the vacuum vessel includes a plasma generation chamber 1 and a sample chamber 3.

【0018】プラズマ生成室1は周囲壁を2重構造とし
て冷却水の通流室1aを備える中空円筒形をなし、マイク
ロ波に対して空洞共振器を構成するよう形成されてい
る。プラズマ生成室1の上部壁中央にはマイクロ波導入
口1cが設けられており、ここにはマイクロ波透過物質で
構成したマイクロ波導入窓8を備え、また下部壁中央に
は前記マイクロ波導入窓8と対向する位置にプラズマ引
出し窓1dを備えている。
The plasma generation chamber 1 has a hollow cylindrical shape with a cooling water flow chamber 1a having a double surrounding wall, and is formed so as to constitute a cavity resonator for microwaves. A microwave introduction port 1c is provided at the center of the upper wall of the plasma generation chamber 1, and a microwave introduction window 8 made of a microwave transmitting material is provided here. The microwave introduction window 8 is formed at the center of the lower wall. A plasma extraction window 1d is provided at a position opposed to.

【0019】前記マイクロ波導入窓8の外側面には導波
管2の一端部が接続され、またプラズマ引出し窓1dには
これに臨ませて試料室3が配設され、更に周囲にはプラ
ズマ生成室1及びこれに連結された導波管2の一端部に
わたって励磁コイル4が周設せしめられている。
One end of the waveguide 2 is connected to the outer surface of the microwave introduction window 8, and a sample chamber 3 is disposed in the plasma extraction window 1d so as to face the one end. An excitation coil 4 is provided around one end of the generation chamber 1 and one end of the waveguide 2 connected thereto.

【0020】導波管2の他端部は図示しないマイクロ波
発振器に接続され、発生した矩形TE10モードのマイクロ
波をプラズマ生成室1内に導入し、ここに電界を形成す
るようにしてある。また励磁コイル4は図示しない直流
電源に接続されており、直流電流の通流によりプラズマ
生成室1内にプラズマを生成させるための磁界を形成さ
せると共に、試料室3側に向けて磁束密度が低くなる発
散磁界を形成させ、この発散磁界によってプラズマ生成
室1内に生成されたプラズマを試料室3内に導入せしめ
るようになっている。
The other end of the waveguide 2 is connected to a microwave oscillator (not shown), and the generated rectangular TE 10 mode microwave is introduced into the plasma generation chamber 1 to form an electric field therein. . The exciting coil 4 is connected to a DC power supply (not shown) to form a magnetic field for generating plasma in the plasma generating chamber 1 by passing a DC current, and to reduce the magnetic flux density toward the sample chamber 3 side. A divergent magnetic field is formed, and the plasma generated in the plasma generation chamber 1 by the divergent magnetic field is introduced into the sample chamber 3.

【0021】試料室3には、プラズマ引出し窓1dと対向
する底壁に図示しない排気装置に連なる排気口3aを開口
してあり、また内部には前記プラズマ引出し窓1dの直下
にこれと対向させて試料台7が配設され、この試料台7
上に前記プラズマ引出し窓1dと対向させて試料Sが配設
されている。
The sample chamber 3 is provided with an exhaust port 3a connected to an exhaust device (not shown) on the bottom wall facing the plasma extraction window 1d. The sample stage 7 is provided by
A sample S is disposed on the upper surface so as to face the plasma extraction window 1d.

【0022】図2(a) は前記マイクロ波導入窓8を構成
するマイクロ波導入窓8の拡大斜視図、図2(b) は同じ
くその側面図であり、マイクロ波導入窓8は円板部8aの
上面にこれよりも大径のレンズ部8bを一体形成して構成
され、その円板部8aをマイクロ波導入窓8に密嵌合せし
め、また円形レンズ部8bの周縁をマイクロ波導入窓8の
上部外周縁に図示しないOリング等を介在させて気密状
態に当接せしめ、図1に示す如く導波管2のフランジ部
2aと共に金具2bにて共止めされている。
FIG. 2A is an enlarged perspective view of the microwave introduction window 8 constituting the microwave introduction window 8, and FIG. 2B is a side view thereof. A lens portion 8b having a larger diameter is formed integrally with the upper surface of the microwave introduction window 8a, the disc portion 8a is closely fitted to the microwave introduction window 8, and the periphery of the circular lens portion 8b is formed by the microwave introduction window. An O-ring or the like (not shown) is interposed on the outer peripheral edge of the upper portion 8 in an airtight state, and the flange portion of the waveguide 2 as shown in FIG.
It is fixed together with the metal fitting 2b together with 2a.

【0023】この状態では円板部8aの下端面はプラズマ
生成室1の内壁面と略面一となっている。マイクロ波導
入窓8のレンズ部8bはその表面の1の直径R側に向けて
その両側面から緩やかに下向きに傾斜するテーパ面8c,8
c に形成されており、その直径Rの方向をy方向にし
て、マイクロ波導入口1cに装着されている。これによっ
てTE11モードのマイクロ波におけるx方向の電界強度を
均一に保ち得ることとなる。なお円板部8aとレンズ8bと
は別体に形成してもよい。
In this state, the lower end surface of the disk portion 8a is plasma
It is substantially flush with the inner wall surface of the generation chamber 1. Microwave conduction
The lens portion 8b of the entrance window 8 is directed toward one diameter R side of the surface.
Tapered surfaces 8c, 8 that slope gently downward from both sides
c, and the direction of the diameter R is defined as yIn the direction
It is attached to the microwave inlet 1c. By this
TE11Mode in microwavex directionField strength
It can be kept uniform. The disk 8a and the lens 8b
May be formed separately.

【0024】マイクロ波透過物質としては石英ガラス(
誘電率εr =3.8),アルミナ(AI23 誘電率εr =8.
5) ,BN,SiN, その他耐熱性高分子材料( テフロン, ポリ
イミド) 等、比較的誘電率の大きい材料が用いられる。
As the microwave transmitting material, quartz glass (
Dielectric constant ε r = 3.8), alumina (AI 2 O 3 dielectric constant ε r = 8.
5) Materials with relatively large dielectric constant, such as, BN, SiN, and other heat-resistant polymer materials (Teflon, polyimide) are used.

【0025】このような材料を円板形状から凹形状、凸
形状のように変化させると、光がレンズにより拡散, 集
束されるように、マイクロ波も拡散, 集束される。但し
マイクロ波の波長が光に比べ長く且つレンズの大きさと
同じ位であるためこの効果は光ほどには強くない。
When such a material is changed from a disk shape to a concave shape or a convex shape, microwaves are also diffused and focused just as light is diffused and focused by a lens. However, this effect is not as strong as light because the wavelength of the microwave is longer than light and about the same as the size of the lens.

【0026】即ち、通常用いられることの多い円形TE11
モードの電界分布は図10に示すように、中心で最も強く
周辺で弱くなる分布であり、x方向の方がy方向に比べ
均一性の悪い分布である。従って、マイクロ波の導入部
に、レンズ効果を持つ形状の誘電体を用いることで、
方向の方がy方向に比べて凹形状の度合いが大きいので
x方向の方がy方向に比べ拡散の度合いが大きく、円形
TE11モードの方向による不均一性を解消し、均一性良く
マイクロ波をプラズマ生成室に導入することが可能とな
る。この誘電体の形状は、円形導波管内のマイクロ波の
伝播モードに合わせて設計する。誘電体の厚みは、機械
強度,干渉等の問題を考慮すると20mm以上が望ましい。
That is, the circular TE 11 that is often used is usually used.
As shown in FIG. 10, the electric field distribution of the mode is the distribution that is strongest at the center and weaker at the periphery, and is less uniform in the x direction than in the y direction . Therefore, by using a dielectric having a lens effect in the microwave introduction part, x
Since direction of direction is larger degree of concave shape than in the y direction
The degree of diffusion is greater in the x direction than in the y direction ,
The non-uniformity due to the direction of the TE 11 mode is eliminated, and the microwave can be introduced into the plasma generation chamber with high uniformity. The shape of this dielectric is designed according to the propagation mode of the microwave in the circular waveguide. The thickness of the dielectric is preferably 20 mm or more in consideration of problems such as mechanical strength and interference.

【0027】その他図中1gはプラズマ生成室1に連なる
ガス供給系、3g は試料室3に連なるガス供給系、1h,
1i は冷却水の供給系, 排出系である。このような本発
明装置を有するプラズマ処理装置にあっては試料室3内
の試料台7上に試料Sを載置し、プラズマ生成室1、試
料室3内を所要の真空度に設定した後、ガス供給管1g,3
g を通じてガスをプラズマ生成室1、試料室3内に供給
し、このような状態で励磁コイル4に直流電流を通流す
ると共に、導波管2、マイクロ波導入窓8を通じてプラ
ズマ生成室1内に導入する。これによってガスは効率的
に電離されてプラズマが生成され、生成したプラズマは
励磁コイル4にて形成される発散磁界によって試料室3
内に導入され、試料室3内のガスを活性化し、試料S表
面へのエッチング、或いは薄膜形成が行われることとな
る。
In the figures, 1g is a gas supply system connected to the plasma generation chamber 1, 3g is a gas supply system connected to the sample chamber 3, 1h,
1i is a cooling water supply system and a discharge system. In the plasma processing apparatus having such an apparatus of the present invention, the sample S is placed on the sample stage 7 in the sample chamber 3 and the inside of the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 3 are set to a required degree of vacuum. , Gas supply pipe 1g, 3
g, gas is supplied into the plasma generation chamber 1 and the sample chamber 3, and in this state, a DC current flows through the excitation coil 4, and the inside of the plasma generation chamber 1 passes through the waveguide 2 and the microwave introduction window 8. To be introduced. As a result, the gas is efficiently ionized to generate plasma, and the generated plasma is generated by the diverging magnetic field formed by the exciting coil 4.
Then, the gas in the sample chamber 3 is activated, and etching or thin film formation on the surface of the sample S is performed.

【0028】このような本発明装置の比較試験について
説明する。なおマイクロ波導入窓8の直径は120mm と
し、また比較例としては図9に示すような従来の凸型の
マイクロ波導入窓を用いた、試料台7上でのx方向及び
y方向に対するイオン飽和電流密度の分布を比較した。
試験条件はArガス圧力1mtorrの下におけるプラズマで
評価した。
A comparative test of such a device of the present invention will be described. Note the diameter of the microwave introducing window 8 and 120 mm, also as a comparative example using a microwave introducing window in the conventional projection type as shown in FIG. 9, and x direction on the sample table 7
The distribution of the ion saturation current density in the y direction was compared.
The test conditions were evaluated with plasma under an Ar gas pressure of 1 mtorr.

【0029】結果は図3に示すとおりである。図3は横
軸に径方向位置(mm) を、また縦軸に飽和イオン電流密
度をとって示してある。グラフ中、○, △は本発明装置
を用いた場合、●, ×は従来装置を用いた場合である。
○及び●がx方向での分布に、△,×がy方向での分布
に対応している。図3から明らかな如く本発明装置にお
けるイオン飽和電流密度のx方向に対する均一性が従来
装置に比べ向上していることがわかる。
The results are as shown in FIG. FIG. 3 shows the radial position (mm) on the horizontal axis and the saturated ion current density on the vertical axis. In the graph, ○ and Δ indicate the case where the apparatus of the present invention was used, and ● and × indicate the case where the conventional apparatus was used.
○ and ● correspond to the distribution in the x direction, and △ and × correspond to the distribution in the y direction. As is apparent from FIG. 3, the uniformity of the ion saturation current density in the x-direction in the apparatus of the present invention is improved as compared with the conventional apparatus.

【0030】図2の実施例では、マイクロ波導入窓8の
方向についてのみ形状・厚さを独立に変化させた構成
を示したがy方向についてもy方向の電界分布に沿った
形状・厚みの設計を行ってもよい。
[0030] In the embodiment of FIG. 2 shows a configuration of changing only the shape and thickness to have the x-direction Nitsu microwave introduction windows 8 independently along the electric field distribution in the y direction in the y-direction shape -The thickness may be designed.

【0031】図4はマイクロ波導入窓8の他の例を示し
ており、図4(a) はその拡大斜視図、図4(b) は 同じ
くその側面図である。この実施例においてはx方向につ
いてレンズ部8bの表面が直径R側に向けて、その両側か
ら段階的に下向きに傾斜するテーパに形成してある。
FIG. 4 shows another example of the microwave introducing window 8, FIG. 4 (a) is an enlarged perspective view thereof, and FIG. 4 (b) is a side view thereof. In this embodiment, the surface of the lens portion 8b in the x-direction is formed in a tapered shape which is gradually inclined downward from both sides toward the diameter R side.

【0032】図5はマイクロ波導入窓の更に他の例を示
す斜視図、図6(a) , 図6(b) , 図6(c) は図5の平面
図,正面図,側面図である。この実施例にあっては互い
に直交するx方向,y方向夫々の直径R1 ,R2 側に向
けてその両側から緩やかに下向きに傾斜するテーパ面と
してある。これによってx方向,y方向夫々においてレ
ンズ部8bの表面はその形状,厚さが独立に変化し、x方
向,y方向夫々についても均一な電界分布が得られるこ
ととなる。
FIG. 5 is a perspective view showing still another example of the microwave introduction window, and FIGS. 6 (a), 6 (b) and 6 (c) are a plan view, a front view and a side view of FIG. is there. In this embodiment, the tapered surface is gently inclined downward from both sides toward the diameters R 1 and R 2 in the x direction and the y direction orthogonal to each other. As a result, the shape and thickness of the surface of the lens portion 8b change independently in the x direction and the y direction , respectively.
A uniform electric field distribution can be obtained in both the direction and the y direction .

【0033】図7はマイクロ波導入窓の更に他の例を示
す拡大断面図であり、この実施例においてはマイクロ波
透過物質にてレンズ部9のみを構成し、これを図9に示
す従来のマイクロ波導入窓48と同形状のマイクロ波導入
窓10とを組合せた構成としてある。マイクロ波導入窓8
は従来の構成と同じである。レンズ部9は図2に示すマ
イクロ波導入窓8のレンズ部8bと実質的に同じ形状とし
てある。図4,図5に示す各マイクロ波導入窓のレンズ
部のみを別体に形成して図9に示すマイクロ波導入窓48
と組合わせてもよいことは言うまでもない。
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view showing still another example of the microwave introduction window. In this embodiment, only the lens portion 9 is made of a microwave transmitting material, which is the conventional lens shown in FIG. The configuration is such that the microwave introduction window 48 and the microwave introduction window 10 having the same shape are combined. Microwave introduction window 8
Is the same as the conventional configuration. The lens section 9 has substantially the same shape as the lens section 8b of the microwave introduction window 8 shown in FIG. Only the lens portion of each microwave introduction window shown in FIGS. 4 and 5 is separately formed to form a microwave introduction window 48 shown in FIG.
Needless to say, it may be combined with.

【0034】レンズ部9のx方向・y方向に関する厚さ
分布及び形状は磁界強度分布、ガス圧力等により生成さ
れるプラズマの特性、即ち、プラズマ密度,プラズマ誘
電率,プラズマ・インピーダンスが変化することによっ
て最適厚さ・最適形状が変化するからこれらに応じて数
値,形状を設定すればよい。
The thickness distribution and shape of the lens unit 9 in the x and y directions are such that the characteristics of the plasma generated by the magnetic field intensity distribution, gas pressure, etc., ie, the plasma density, the plasma dielectric constant, and the plasma impedance change. Since the optimum thickness and the optimum shape change depending on the values, the numerical value and the shape may be set in accordance with these.

【0035】上述の実施例は本発明装置をエッチング,
成膜装置として構成した場合について説明したが、何ら
これに限るものではなく、例えばスパッタリング装置等
にも適用し得ることは勿論である。
In the above embodiment, the apparatus of the present invention is etched,
The case where the film forming apparatus is configured has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a sputtering apparatus.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の如く本発明にあっては、前記誘電
体は、前記マイクロ波導波管内を伝播するマイクロ波の
伝播方向に垂直な面であって、前記マイクロ波導波管の
内面壁に囲まれた面内の中心における電界の方向と直交
する方向(x方向)の断面形状が当該断面の周辺部から
中心部に向けて連続的又は段階的に薄くなるテーパ形状
であり、電界の方向(y方向)の断面形状は前記電界の
方向と直交する方向の断面形状とは異なる形状である
とでマイクロ波の電界強度の均一性が向上し、これによ
り導波管内での伝播モードに対応させた均一なプラズマ
分布が得られ、試料に対する均一なエッチング、成膜等
を行い得る優れた効果を奏するものである。
As described above, according to the present invention, the dielectric
The body is a member of the microwave propagating in the microwave waveguide.
A plane perpendicular to the direction of propagation, the plane of the microwave waveguide
Direction perpendicular to the direction of the electric field at the center in the plane surrounded by the inner wall
Cross section in the direction (x direction)
Tapered shape that becomes thinner continuously or stepwise toward the center
And the cross-sectional shape in the direction of the electric field (y direction) is
The shape is different from the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the direction , so that the uniformity of the microwave electric field strength is improved, and thereby the uniform plasma distribution corresponding to the propagation mode in the waveguide. And an excellent effect that uniform etching, film formation, and the like can be performed on the sample can be achieved.

【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の縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示すプラズマ導入窓の拡大斜視図及び側
面図である。
2 is an enlarged perspective view and a side view of the plasma introduction window shown in FIG.

【図3】本発明に係るプラズマ処理装置の試験結果を示
すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing test results 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に用いるプラズ
マ導入窓の他の例を示す拡大斜視図である。
FIG. 4 is an enlarged perspective view showing another example of the plasma introduction window used in the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図5】本発明に係るプラズマ処理装置に用いるプラズ
マ導入窓の更に他の例を示す拡大斜視図である。
FIG. 5 is an enlarged perspective view showing still another example of the plasma introduction window used in the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図6】図5に示すプラズマ導入窓の平面図,正面図及
び側面図である。
6 is a plan view, a front view, and a side view of the plasma introduction window shown in FIG.

【図7】本発明に係るプラズマ処理装置に用いるプラズ
マ導入窓の更に他の例を示す縦断面図である。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing still another example of the plasma introduction window used in the plasma processing apparatus according to the present invention.

【図8】従来におけるプラズマ処理装置の縦断面図であ
る。
FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma processing apparatus.

【図9】同じくその部分拡大断面図である。FIG. 9 is a partially enlarged sectional view of the same.

【図10】(a) は導波管内における円形TE11モードのマ
イクロ波電界及び磁界の分布図、(b) は導波管の中心
部における電界の方向であるy方向における電界の強さ
を示す分布図、(c) は導波管の中心部における電界の方
向と直交するx方向における電界の強さを示す分布図
ある。
10A is a distribution diagram of the electric field and the magnetic field of the microwave of the circular TE 11 mode in the waveguide, and FIG. 10B is the center of the waveguide .
Of the electric field in the y direction, which is the direction of the electric field in the part
(C) is the distribution of the electric field at the center of the waveguide.
It is a distribution diagram which shows the electric field strength in the x direction orthogonal to the direction .

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成室 3 試料室 4 励磁コイル 8 マイクロ波導入窓 8a 円板部 8b レンズ部 8c テーパ面 9 レンズ部 10 マイクロ波導入窓 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation room 3 Sample room 4 Excitation coil 8 Microwave introduction window 8a Disk part 8b Lens part 8c Tapered surface 9 Lens part 10 Microwave introduction window

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 マイクロ波導波管からプラズマ生成室へ
マイクロ波を導入するマイクロ波導入部分の前記マイク
ロ波導波管と前記プラズマ生成室との接続部近傍に誘電
体を設けたプラズマ処理装置において、 前記誘電体は 、前記マイクロ波導波管内を伝播するマイ
クロ波の伝播方向に垂直な面であって、前記マイクロ波
導波管の内面壁に囲まれた面内の中心における電界の方
と直交する方向(x方向)の断面形状が当該断面の相
対応する両端部から中心部に向けて連続的又は段階的に
薄くなるテーパ形状であり、電界の方向(y方向)の断
面形状は前記電界の方向と直交する方向の断面形状とは
異なる形状であることを特徴とするプラズマ処理装置。
A dielectric is provided near a connection between the microwave waveguide and the plasma generation chamber in a microwave introduction portion for introducing microwaves from the microwave waveguide to the plasma generation chamber.
In the plasma processing apparatus provided with a body, it said dielectric body, said a plane perpendicular to the propagation direction of the microwave propagating the microwave tube, the microwave within a plane surrounded by the inner surface wall of the tube phase sectional shape of the electric field direction and the straight direction orthogonal (x-direction) in the center of the cross section
Continuous or stepwise from the corresponding ends to the center
It has a tapered shape that becomes thinner and cuts in the direction of the electric field (y direction).
The plasma processing apparatus, wherein the surface shape and the direction of the cross-sectional shape perpendicular to the direction of the electric field is a shape that different <br/>.
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