JPH0472620A - マイクロ波処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、マイクロ波処理装置に係り、特にマイクロ波
伝播に導波管を用いマイクロ波を利用して半導体素子基
板等の試料を加熱処理、プラズマ処理するマイクロ波処
理装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来のマイクロ波処理装置は、例えば、特開昭６０−１
０５２３４号公報に記載のように、小口径導波管から大
口径導波管へマイクロ波を伝播させるために直線状のテ
ーパ導波管を用いているが、処理の均一性に問題があり
、例えば、特開昭６２−１２２２１７号公報に記載のよ
うに、導波管途中にチューナ棒を挿入してプラズマの分
布を制御するようになっていた。

【発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、マイクロ波自身を均一に拡大すること
により処理の均一化を図る卓については配慮されていな
かった。

即ち、直線状のテーバにおいては、小口径側と大口径側
の２ケ所の接続部に非直線部分が存在する。このような
部分では、マイクロ波のモード変換が発生Ｌ、大口径側
へマイクロ波が進行しているため該モード変換で発生し
た高次モードが負荷側へ伝播して試料の処理の均一性を
損うといった問題を有している。

本発明の目的は、大口径側の負荷の処理均一性を向上で
きるマイクロ波処理装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、テーバ導波管の小口径側は
円形導波管の基本波であるＴＥ、、モードを伝播する導
波管でマイクロ波を導入Ｌ、テーバ部分はマイクロ波の
高次モードが発生しに（い形状を採用することにより、
大口径側に接続された負荷にマイクロ波を均一に照射す
るようにしたものである。

［作　　　用］ 本発明における小口径を大口径に変換するテーバ導波管
では、小口径側と大口径側の２ケ所の接続部には、非直
線部分は介在しない、従って、マイクロ波のモード変換
及び該モード変換による高次モードは発生し難くなる。

このため、大口径側に接続された負荷にはマイクロ波が
均一に照射されるようになり、その結果として、大口径
側の負荷の処理の均一性が向上する。

［実　施　例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第３図により説明す
る。

第１図は有磁場マイクロ波エツチング装置の一例である
０本装置の主要構成要素は、マイクロ波発生装置ｌ、矩
形導波管２．矩形−円形変換導波管３、テーバ導波管４
がマイクロ波印加部分であり、真空容器５１石石英ベル
ジャ、真空排気装置７、放電ガス導入孔８が真空室を形
成Ｌ、テーバ導波管４の外周に設置されたコイル９ａ、
９ｂが磁場印加部分であり、被エツチング材料であるウ
ェーハ１０を載置した電極１１は前記真空容器５に気密
係合され、真空容器５外部から高周波電源１２が接続さ
れている。

エツチングを行なう場合の動作は以下の通りである。真
空容器５と石英ベルジャ６で囲まれた部分は真空排気装
置７で真空排気されており、ついでエツチングガスが放
電ガス導入孔８より導入され、減圧状態に保たれる。こ
でで、マイクロ波発生装置１より発生したマイクロ波は
矩形導波管２、矩形−円形変換導波管３、テーバ導波管
４を伝播Ｌ、石英ベルジャ６内へ照射される０石英ベル
ジャ６内の放電空間２０にはあらかじめコイル９ａ、９
ｂから磁場が印加してあり、放電空間２０に照射された
マイクロ波の電界とコイル９ａ、９ｂによる磁場との相
互作用によりエツチングガスが励起されてプラズマ化す
る。生成したプラズマは被エツチング材であるウェーハ
１０上に充満しエツチング処理を行なうことができる。

この時、試料台１１に高周波電源１２より高周波電圧を
印加することにより、イオン性のエツチングも行なうこ
とができる。

上記において、矩形導波管２を、マイクロ波のＴＥ、。

モードが伝播する寸法、形状とＬ、矩形−円形変換導波
管３は円形ＴＥ、、モードへの変換器とＬ、テーバ導波
管４のデーバ部形状は（１）、（２）式を満足する第２
図に示す形状を採用することにより、前記放電空間２０
内のプラズマの密度を均一化することができ、従って、
エツチング処理の均一化を図ることができる。

次に１２図に示すテーパ部形状の詳細を説明する。第２
図において、小口径半径なＲ３、大口径半径をＲ２、テ
ーバ長さをＬ、小口径側テーパ開始点からの距離なχと
すると、任意の距離χとおけるテーバ部の半径Ｒは（１
）式で表わされる。

ここでテーパ長さＬは、（２）式を満足した長さとする
。

Ｌ　ａ　　　　　２−　Ｒ、−−−−−−−−−−−−
−−−ｆ２１すなわち、第３図（ａ）に示す通り、テー
パ内壁からの法線と、テーパの中心軸との交点（ａ〜ａ
ｎ）がテーパ全域にわたり、距離χ方向に単調増加して
いなければならない。

テーパ長さＬが短か過ぎる場合は、第３図（ｂ）に示す
ようにテーパ内壁からの法線と、テーパ中心軸との交点
が距離χ方向に単調増加しない。

第３図（ｂ）のような形状を第１図に示す装置に適用す
ると、放電空間２０内のプラズマの密度は均一化できず
、従ってエツチング処理も不均一となる。

第１図に示す実施例において、マイクロ波周波数を２．
４５ＧＨｚ、矩形導波管２の寸法を１０９．２ｓｍｘ５
４．６■■、矩形−円形変換導波管３の円形側直径を９
０φとすると、矩形導波管２にはマイクロ波のＴＥ、、
モードが伝播Ｌ、テーパ導波管４の小口径部分には円形
ＴＥ、、モードが伝播する。

テーパ導波管４の小ロ径側半径Ｒ，＝４５−組大口径側
半径Ｒｚ＝１７０ｏ＋ｍ、テーパ部長さし２５０ｍｍを
採用すると（２）式及び第３図（ａ）の条件を満足する
。このテーパ導波管を第１図に採用した時のエツチング
の均一性は従来に比べ３０％向上することができた。こ
の時のエツチング条件は、マイクロ波パワー１ｋｌＦ、
放電圧力１０ｍＴｏｒｒ、処理ガスはＣＨＦ５でガス流
量５０　ＳＣ，ＣＭで酸化膜をエツチング処理した結果
である。

本実施例によれば、マイクロ波の基本モードを伝播させ
、径拡大部分のテーパ部形状を（１）式及び（２）式の
ように選定することにより、エツチング処理の均一性を
向上することができる。

なお、本実施例では、プラズマ発生部に磁場を印加させ
ているが、処理圧力が高い場合（例えば１〜約１０Ｔｏ
ｒｒ）には磁場を用いなくても、均一性の良いプラズマ
を発生させることができる。また１本実施例はエツチン
グ装置を例にとり説明したがＣＶＤ装置等の成膜装置に
ついても同様の結果が得られる。さらに、プラズマ放電
をさせないマイクロ波加熱装置等についても、高次モー
ドの発生が少ないため、均一なマイクロ波照射が可能で
ある。また、第２図の矩形−円形変換導波管３とテーパ
導波管４との間に口径の同じ円偏波変換器を挿入すると
、変換された円偏波がテーパに沿って拡大され、プラズ
マ密度が向上すると共に均一性が向上しエツチング速度
の向上と均一性の向上を図ることが可能である。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように、マイクロ波の基本モー
ドで決まる導波管口径で伝播してきたマイクロ波を、そ
れよりも大口径な負荷側へ均一なマイクロ波を照射する
ことができるので、大口径側の負荷の処理の均一性を向
上できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のマイクロ波プラズマエツチ
ング装置の構成図、第２図は本発明によるテーパ形状の
説明図、第３図は本発明のテーパ形状表面法線と中心軸
との交点の説明図である。 １−−−−−一マイクロ波発生装置、２−−一−〜−矩
形導波管、３−−−−−一矩形一円形変換導波管。 ４−−−−−−テーパ導波管、５−−−−−一真空容器
、６−−−−−−石英ベルジャ、７−−−−−一真空排
気装置、８−−−−−−ガス導入孔、９−−−−−−コ
イル、１ｏ−−−−−−ウェーハ、１１−−−−−一電
極、１２−−−−−一高周波電源、２０−−−−−一放
電空間オ Ｚ 閃 第 園 ａυ ｔｌｌ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、マイクロ波発生装置と、該装置で発生したマイクロ
   波を伝播する矩形導波管と、円形モードに変換する円矩
   形変換導波管と、小口径を大ロ径に変換するテーパ導波
   管とにより、該テーパ導波管の大口径側に接続された負
   荷にマイクロ波を照射するマイクロ波処理装置において
   、前記テーパ導波管の小口径側半径をＲ＿１、大口径側
   半径をＲ＿２、テーパ部長さをＬ、小口径側から大口径
   側への距離をχ、該距離χでの半径をＲとしたとき、テ
   ーパ形状が、 Ｒ＝Ｒ＿１＋（Ｒ＿２−Ｒ＿１）ｓｉｎ＾２〔πχ／２
   Ｌ〕で表わされ、かつ、テーパ部長さを Ｌ≧√｛２（Ｒ＿２＾２−Ｒ＿１＾２）｝ としたテーパ導波管を有することを特徴としたマイクロ
   波処理装置。 ２、前記テーパ導波管の外側に磁場発生手段を配置し、
   前記テーパ導波管内に誘電体で形成した真空容器を設け
   、マイクロ波と前記磁場発生手段での磁場との作用によ
   り前記真空容器内でプラズマを発生させるようにした第
   １請求項に記載のマイクロ波処理装置