JPH0495394A - Method for forming electron cyclotron resonant plasma and processing apparatus for the same - Google Patents

Method for forming electron cyclotron resonant plasma and processing apparatus for the same

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JPH0495394A
JPH0495394A JP2170714A JP17071490A JPH0495394A JP H0495394 A JPH0495394 A JP H0495394A JP 2170714 A JP2170714 A JP 2170714A JP 17071490 A JP17071490 A JP 17071490A JP H0495394 A JPH0495394 A JP H0495394A
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JP
Japan
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microwave
mode
plasma
waveguide
generation chamber
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Application number
JP2170714A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshirou Futaki
二木 登史郎
Shusuke Mimura
秀典 三村
Kazuhiko Kawamura
和彦 河村
Noboru Otani
昇 大谷
Yasumitsu Ota
泰光 太田
Masakazu Katsuno
正和 勝野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To efficiently absorb microwave power into a plasma so as to form a stable plasma having high density by providing a microwave introduced into a plasma generating chamber in a TM mode. CONSTITUTION:A rectangular TE mode waveguide 13 extending from a microwave source is connected to a tapered waveguide 14, the cross section of which is gradually enlarged from a rectangular shape to a circular shape, right in front of a plasma generating chamber 1. The tapered vaveguide 14 is connected to a circular TM mode waveguide 15, where there is provided a conductor plate 16 for performing excitation of a TM mode. Distribution of an electric field of a microwave of a TE mode introduced from the tapered waveguide 14 is gradually deformed because the TE mode is disordered as the cross section of the conductor plate 16 is increased. Behind the conductor plate 16, the distribution is of the TM mode having an electric tower line extending radially from the center of the circular waveguide 15 in the radial direction.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野〕 本発明は電子サイクロトロン共鳴(E CR)プラズマ
形成方法およびECRプラズマ処理装置に関するもので
あり、特にECRプラズマの形成におけるマイクロ波の
供給形態の改良に関するものである。
Detailed Description of the Invention [Field of Industrial Application] The present invention relates to an electron cyclotron resonance (ECR) plasma formation method and an ECR plasma processing apparatus, and in particular to an improvement in the supply form of microwaves in the formation of ECR plasma. It is related to.

[従来の技術] 近年、プラズマに磁場を印加することにより、印加マイ
クロ波と磁場中ての電子のサイクロトロン運動との間に
共鳴を起し電離塵を高める電子サイクロトロン共鳴(以
下ECRと称する。)プラズマ形成方法が開発され、エ
ツチング処理あるいはCVD処理などに応用されている
[Prior Art] In recent years, electron cyclotron resonance (hereinafter referred to as ECR) is a method in which applying a magnetic field to plasma causes resonance between the applied microwaves and the cyclotron motion of electrons in the magnetic field to increase ionized dust. Plasma formation methods have been developed and applied to etching processes, CVD processes, and the like.

ここで言うECR条件とは、使用するマイクロ波周波数
ωに対してプラズマ生成Y内に次式の条件を満たす磁界
Bを設定した場合を言う。
The ECR condition referred to here refers to a case where a magnetic field B that satisfies the condition of the following equation is set within the plasma generation Y for the microwave frequency ω used.

ω=eB/me (なお、式中eは電子の電荷を、またmeは電子質量を
それぞれ示すものである。) 通常用いられるマイクロ波周波数2.45GHzに対す
るECR磁界は875Gである。
ω=eB/me (In the formula, e represents the charge of the electron, and me represents the mass of the electron.) The ECR magnetic field for a commonly used microwave frequency of 2.45 GHz is 875G.

従来、このようなECRプラズマを用いる処理装置は、
例えば第5図に示すような構成を6するものである。す
なわち、第5図に示すようにECRプラズマ処理装置は
、励起用ガスを電子°サイクロトロン共鳴によってプラ
ズマ化させるプラズマ生成室1と、このプラズマ生成室
1において発生したプラズマにより試料3を処理する試
料室2を有しており、このプラズマ生成室1と試料室2
とはプラズマ引出し窓4を介して連通している。プラズ
マ生成′室1には励起用ガスを供給するための第1ガス
供給手段5が接続されており、また前記プラズマ引出し
窓4と対向する壁面には、マイクロ波導入手段6により
伝搬されるマイクロ波をプラズマ生成室1内に導入する
ためのマイクロ波導入窓7が設けられている。またプラ
ズマ生成室1の周りには磁気回路8が配置されており、
プラズマ生成室1内にECR磁界を形成することができ
るようになっている。一方、試料室2には、その内部に
試料3を載置するための試料台9が設けられ、さらに必
要に応じて、前記プラズマ引出し窓4に近接する位置に
は、第2ガスは結手段10の導出部となるガス吹出しリ
ンク11が配されている。また試料室2は排気系12に
接続されている。
Conventionally, processing equipment using such ECR plasma is
For example, the configuration shown in FIG. 5 is used. That is, as shown in FIG. 5, the ECR plasma processing apparatus includes a plasma generation chamber 1 in which an excitation gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance, and a sample chamber in which a sample 3 is treated with the plasma generated in the plasma generation chamber 1. 2, this plasma generation chamber 1 and sample chamber 2
It is in communication with the plasma extraction window 4 through the plasma extraction window 4. A first gas supply means 5 for supplying an excitation gas is connected to the plasma generation chamber 1, and a wall facing the plasma extraction window 4 is provided with microwaves propagated by a microwave introduction means 6. A microwave introduction window 7 for introducing waves into the plasma generation chamber 1 is provided. Further, a magnetic circuit 8 is arranged around the plasma generation chamber 1,
An ECR magnetic field can be formed within the plasma generation chamber 1. On the other hand, the sample chamber 2 is provided with a sample stage 9 for placing the sample 3 therein, and if necessary, a second gas is provided at a position close to the plasma extraction window 4. A gas blowing link 11 serving as a lead-out portion of gas 10 is arranged. Further, the sample chamber 2 is connected to an exhaust system 12.

このような装置を用いてのECRプラズマの形成の概要
を示すと、まず、プラズマ生成室1には、マイクロ波導
入手段6により導かれマイクロ波導入窓7を介して例え
ば、2.45GHzのマイクロ波が導入されており、ま
たプラズマ生成室1内には磁気回路8により前記マイク
ロ波の周波数に対する電子サイクロン共鳴磁界(2,4
5GHzに対しては875G)が印加されているために
、第1ガス供給手段5を通じてプラズマ生成室1に供給
された励起用ガスが電子サイクロトロン共鳴により分解
、励起してプラズマが生成されるものである。なお、プ
ラズマ生成室1において形成されたこのプラズマはプラ
ズマ引出し窓4を通して発散磁界によりプラズマ流とな
って試料室2へと導かれ、該プラズマによって試料台9
に載置された試料3のエツチング、あるいはまた、該ブ
ラズマによって第2ガス供給T段10を通じて試料室2
へと導入された成膜性ガスを分解励起させ試料3上に薄
膜の堆積を行なう。
To outline the formation of ECR plasma using such a device, first, a 2.45 GHz microwave, for example, is introduced into the plasma generation chamber 1 by the microwave introduction means 6 and passed through the microwave introduction window 7. Waves are introduced into the plasma generation chamber 1, and a magnetic circuit 8 generates an electron cyclone resonance magnetic field (2, 4
875 G for 5 GHz), the excitation gas supplied to the plasma generation chamber 1 through the first gas supply means 5 is decomposed and excited by electron cyclotron resonance, and plasma is generated. be. Note that this plasma formed in the plasma generation chamber 1 is guided into the sample chamber 2 as a plasma flow by the divergent magnetic field through the plasma extraction window 4, and the plasma is caused by the sample stage 9.
Alternatively, the plasma may be used to etch the sample 3 placed in the sample chamber 2 through the second gas supply T stage 10.
The film-forming gas introduced into the sample 3 is decomposed and excited to deposit a thin film on the sample 3.

このようなECRプラズマを利用したエツチング処理は
、高精度、高選択比、低損傷な処理を行なうことができ
、またCVD処理も比較的低温において高品質、高速で
各種の薄膜形成を行なえるものとなることから、半導体
デバイスの製造を始めとする各種の分野において大いに
期待されている。
Etching processing using such ECR plasma can perform processing with high precision, high selectivity, and low damage, and CVD processing can also form various thin films with high quality and high speed at relatively low temperatures. Therefore, it is highly anticipated in various fields including semiconductor device manufacturing.

ところで、従来、ECRプラズマの形成において、励起
用ガスを励起するマイクロ波としては、電界成分が伝搬
方向に垂直なモードであるTEモード(transve
rse electric mode)のもの、特にT
E11、モードであるものが用いられていた。これは、
T E r nモードは他のモードのものと比較して伝
送損失が少なく取扱いが簡便であり、また2゜45GH
zの周波数では、マイクロ波導入手段6を構成する導波
管としてTEl、、モードの導波管が簡単に人手でき、
またこれに合せた各種のマイクロ波回路素子も揃ってい
るためである。
By the way, conventionally, in the formation of ECR plasma, the microwave used to excite the excitation gas is a TE mode (transve mode) in which the electric field component is perpendicular to the propagation direction.
rse electric mode), especially T
E11, mode was used. this is,
The T E r n mode has less transmission loss and is easier to handle than other modes, and also has a 2°45GH
At the frequency z, the waveguide constituting the microwave introducing means 6 can be easily manually constructed with a TEL mode waveguide.
This is also because a variety of microwave circuit elements are available to match this.

しかしながら、このようなTEモードのマイクロ波を用
いてECRプラズマを形成した場合、プラズマの生成は
あまり安定したものとはならなす、かつプラズマ生成室
からのマイクロ波の反射が大きいものであり、マイクロ
波のパワーは、TEモードを用いた場合、必すしもEC
Rプラズマ中に効率的に吸収されるものとは石い難いと
ころがあった。
However, when ECR plasma is formed using such TE mode microwaves, the plasma generation is not very stable, and the microwaves reflected from the plasma generation chamber are large. The power of the wave is necessarily EC when using TE mode.
It was difficult to imagine that it could be efficiently absorbed into R plasma.

[発明が解決しようとする課題] 従って本発明は、改良されたECRプラズマ形成方法お
よびECRプラズマ処理装置を提供することを目的とす
るものである。本発明はまた、マイクロ波パワーをプラ
ズマ中に効率よく吸収させ、安定した高密度プラズマを
形成することのできるECRプラズマ形成方法およびE
CRプラズマ処理装置を提供することを目的とするもの
である。
[Problems to be Solved by the Invention] Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved ECR plasma forming method and ECR plasma processing apparatus. The present invention also provides an ECR plasma formation method and an ECR plasma formation method that can efficiently absorb microwave power into plasma and form stable high-density plasma.
The object of the present invention is to provide a CR plasma processing apparatus.

[課題を解決するための手段] 」ユ記諸目的は、励起用ガスが供給されるプラズマ生成
室に、マイクロ波を導入しさらに磁場を印加して、前記
励起用ガスを電子サイクロトロン共鳴によって励起しプ
ラズマを形成する方法において、前記プラズマ生成室に
導入されるマイクロ波をTMモードのものとしたことを
特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマの形成方法
により達成される。
[Means for Solving the Problems] The purpose of this article is to introduce microwaves into a plasma generation chamber to which an excitation gas is supplied and further apply a magnetic field to excite the excitation gas by electron cyclotron resonance. This is achieved by a method for forming electron cyclotron resonance plasma, characterized in that the microwave introduced into the plasma generation chamber is of TM mode.

本発明はまた、マイクロ波源から導かれてきたTEモー
ドのマイクロ波を、TMモードのマイクロ波に変換し、
プラズマ生成室に導入するものである電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマの形成方法を示すものである。
The present invention also converts TE mode microwaves guided from a microwave source into TM mode microwaves,
This shows a method for forming electron cyclotron resonance plasma, which is introduced into a plasma generation chamber.

上記諸口的は、励起用ガス供給手段をHするプラズマ生
成室と、マイクロ波源からのマイクロ波を前記プラズマ
生成室の壁面の一部に設けられたマイクロ波導入窓を介
して前記プラズマ生成室内へと導くマイクロ波導入手段
と、前記プラズマ生成室の外周に設けられ前記プラズマ
生成室内に電子サイクロトロン共鳴磁場を形成し得る磁
気回路とを少な(とも何する電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマ処理装置において、前記マイクロ波導入手段がT
Mモードのマイクロ波をプラズマ生成室へと導く機能を
有していることを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマ形成装置によっても達成される。
The above features include a plasma generation chamber in which the excitation gas supply means is H, and microwaves from a microwave source are introduced into the plasma generation chamber through a microwave introduction window provided on a part of the wall surface of the plasma generation chamber. In an electron cyclotron resonance plasma processing apparatus, a microwave introducing means for guiding the microwave to The introduction method is T
This can also be achieved by an electron cyclotron resonance plasma generation apparatus characterized by having a function of guiding M-mode microwaves to a plasma generation chamber.

本発明はまた、前記マイクロ波導入手段が、マイクロ波
源から導かれるTEモードのマイクロ波をTMモードの
マイクロ波に変換する変換器を白゛するものである電子
サイクロトロン共鳴プラズマ形成装置を示すものである
。本発明はさらに、前記マイクロ波導入下段が、前記マ
イクロ波導入窓の直前において、TEモード導波管にT
 Mモード導波管を接続しており、さらにこのTMモー
ド導波管内には、TMモード導波管の軸に直角な断面を
TMモード導波盾゛に導入されるマイクロ波の電界方向
に平行させ、かつTMモード導波管の軸に沿う断面をマ
イクロ波の伝搬方向に平行させて、TEモード導波管と
の接続部側から漸次断面積の拡大するテーバ部を有する
導体板を配していることを特徴とする電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ形成装置を示すものである。本発明はさ
らにまた、前記マイクロ波導入手段は、前記マイクロ波
導入窓の直前において、マイクロ波源から延長されてき
た矩形のT Mモード導波管に、矩形から円形に泗次断
面積の拡大するテーバ導波管を接続し、さらにこのテー
パ導波iに円形TEモード導波管を接続し、そしてこの
円形TEモード導波管内には、TMモード導波管の軸に
直角な断面をTMモード導波管に導入されるマイクロ波
の電界方向に平行させ、かつTMモード導波・i゛の軸
に沿う断面をマイクロ波の伝搬方向に平行させて、テー
パ導波管との接続部側から漸次断面積の拡大するテーバ
部を有する導体板を配していることを特徴とする電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ形成装置を示すものである。
The present invention also provides an electron cyclotron resonance plasma forming apparatus, wherein the microwave introduction means is a converter that converts TE mode microwaves guided from a microwave source into TM mode microwaves. be. The present invention further provides that the microwave introduction lower stage is connected to the TE mode waveguide immediately before the microwave introduction window.
An M mode waveguide is connected to the TM mode waveguide. and a conductor plate having a tapered part whose cross-sectional area gradually increases from the connection part side with the TE mode waveguide is arranged so that the cross section along the axis of the TM mode waveguide is parallel to the propagation direction of the microwave. This shows an electron cyclotron resonance plasma forming apparatus characterized by: The present invention further provides that the microwave introduction means expands the cross-sectional area of the rectangular TM mode waveguide extending from the microwave source from a rectangular shape to a circular shape immediately before the microwave introduction window. A tapered waveguide is connected to the tapered waveguide i, and a circular TE mode waveguide is connected to the tapered waveguide i. parallel to the electric field direction of the microwave introduced into the waveguide, and the cross section along the axis of the TM mode waveguide i゛ parallel to the propagation direction of the microwave, from the connection part side with the tapered waveguide. This figure shows an electron cyclotron resonance plasma generation device characterized by disposing a conductor plate having a tapered portion whose cross-sectional area gradually increases.

[作用コ ECRプラスマの形成において、プラズマ中へマイクロ
波を助字よく吸収させる方法を糾明するために、本発明
者らは、円柱プラズマに磁場が印加された時の異方性均
質プラズマ中の電磁場伝搬に関するアリス[Al11s
 ] らの解j)i (Waves in Anlso
tropie plasmas: W、P、All1s
 19(i3. M、1.T、  ρrcss)に基ツ
いて、次に示すようにプラズマ中の電磁場の形態につい
て検討を行なった。
[In order to elucidate a method for effectively absorbing microwaves into plasma in the formation of ECR plasma, the present inventors investigated the effects of anisotropic homogeneous plasma when a magnetic field is applied to a cylindrical plasma. Alice on electromagnetic field propagation [Al11s
] Solution of et al.j)i (Waves in Anlso
Tropie plasma: W, P, All1s
19 (i3.M, 1.T, ρrcss), we investigated the form of the electromagnetic field in plasma as shown below.

プラズマ生成室内でのマイクロ波はプラズマが発生する
前は、プラズマ生成室の・」法によってきめられる境界
条件のもとてのモードとして存在する。例えはT E 
113の空洞共振器の構造となっている。
Before plasma is generated, microwaves in the plasma generation chamber exist as a mode under the boundary conditions determined by the plasma generation chamber's law. For example, T E
It has a structure of 113 cavity resonators.

しかしながら、−旦プラズマか発生するとプラズマ生成
室内の誘電率が変化してしまう。プラズマ発生前は比誘
電率はほぼ1に等しいが、プラズマが発生すると、マイ
クロ波とプラズマ中の電子との相互作用により比誘電率
は1からすれる。さらにプラズマには磁界かかかってい
るためプラズマ中の電子は磁力線に垂直な面内てラーマ
−回転運動をしており、電rの運動は磁力線に垂直方向
と平行方向で異なるため、マイクロ波と電子との相互作
用にも異方性が生じる。このためプラズマ生成室内の比
誘電率は以下に示すようなテンソルとなる。
However, once plasma is generated, the dielectric constant inside the plasma generation chamber changes. Before plasma generation, the dielectric constant is approximately equal to 1, but when plasma is generated, the dielectric constant deviates from 1 due to interaction between microwaves and electrons in the plasma. Furthermore, since a magnetic field is applied to the plasma, the electrons in the plasma undergo Larmor rotational motion in a plane perpendicular to the lines of magnetic force, and the motion of the electric current r is different in the direction perpendicular to and parallel to the lines of magnetic force. Anisotropy also occurs in the interaction with electrons. Therefore, the dielectric constant in the plasma generation chamber becomes a tensor as shown below.

1.(、 Kz=1−  ’。°2 ω2〜ω12 の様に、平行方向(Z/7向)と垂直方向に分ける。1. (, Kz=1-'. °2 ω2~ω12 It is divided into the parallel direction (Z/7 direction) and the perpendicular direction, as shown in the figure.

E=E工+E、、i/。E=Etechnique+E,,i/.

1(=)IT +H7;Z(3) (1)〜(3)より、EzとH2に関する2つの式を得
る。
1(=)IT +H7;Z(3) From (1) to (3), two equations regarding Ez and H2 are obtained.

VT 2E7 +aEz =bH2 Vア2H,,十cH7,=bEz   (4)であり、
ωはマイクロ波の周波数、ω。はサイクロトロン周波数
、ω2はプラズマ周波数である。
VT 2E7 +aEz = bH2 Va2H,, 0cH7, = bEz (4),
ω is the microwave frequency, ω. is the cyclotron frequency and ω2 is the plasma frequency.

この条件下での電磁場の形態を調へるにはマ・ツクスウ
ェルのhf7式を用いなければならない。
To investigate the form of the electromagnetic field under this condition, Ma. Tuxwell's hf7 formula must be used.

1 θB V×E=−丁 、t VXB=’残    (2) c   (71t D=Eε、E 外部からの印加磁界方向をZ方向とし、プラズマ中の電
磁場の電界ヘクトルと磁界ベクトルを次に:。
1 θB V×E=-d, t VXB='remainder (2) c (71t D=Eε, E Let the direction of the externally applied magnetic field be the Z direction, and the electric field hector and magnetic field vector of the electromagnetic field in the plasma are as follows: .

b = j tti It・7 K 。b = j tti It・7 K.

K\ Kn d=−jtvE、、 7  K工 ここでγはI/7向の1云搬係Hである。K\ Kn d=-jtvE,, 7 K engineering Here, γ is one transporter H in the I/7 direction.

(4)式をまとめると、 [V74+(a+c) VT 2+(ac−bd)コE
2=0である。
To summarize equation (4), [V74+(a+c) VT 2+(ac-bd)
2=0.

(6)式で横方向波数pを導入し、e−j p’ rの
解を用いると、 p4 +(’a+c) p2+(ac−bd) =0を
得る。これがプラズマ中の電磁界の分散係数である。
Introducing the transverse wave number p in equation (6) and using the solution of e-j p'r, we obtain p4 + ('a+c) p2+ (ac-bd) =0. This is the dispersion coefficient of the electromagnetic field in the plasma.

ここで、2根をP、=P、、p2とすると、(7)式は
、 (VT2+p、)Ez*=0     (8)を満足す
ればよく、これより得られた解EZI、E2□よりE7
、H2は、 Ez″Ezl+Ez2       (9)H2=h、
  E2、+h2 Ez2 として求まる。
Here, if the two roots are P, = P, , p2, equation (7) only needs to satisfy (VT2+p,)Ez*=0 (8), and from the solution EZI, E2□ obtained from this, E7
, H2 is Ez″Ezl+Ez2 (9) H2=h,
It is found as E2, +h2 Ez2.

(7)式をγについて解くと、 2つの極限が存在する。Solving equation (7) for γ, we get There are two limits.

P22−γ2 この時、(4)式は、 (11−b) となる。P22-γ2 At this time, equation (4) is (11-b) becomes.

Ez、Hzの解は、p、2  p22を用いて、(8)
、(9)式より求めることができる。サイクロトロン共
鳴に非常に近い場合を考えると、まず(11−b)の場
合、Ez、H2共消えてしまう。
The solution for Ez, Hz is (8) using p, 2 p22.
, can be obtained from equation (9). Considering a case very close to cyclotron resonance, first of all, in case (11-b), both Ez and H2 disappear.

次に(11−a)の場合、(13)式より、を得る。こ
の式より、サイクロトロン共鳴近傍においては(γ−■
、ω−ω1)であるので、次のとなり、γ−■のときH
2は消える。(14)を(12)に代入してまとめると
、 一〇 となり、E、成分は賎り、ヘラセル関数の形の解になる
Next, in the case of (11-a), we obtain from equation (13). From this equation, near the cyclotron resonance, (γ−■
, ω-ω1), so the following holds, and when γ-■, H
2 disappears. Substituting (14) into (12) and summarizing, we get 10, E and the components are discounted, and we get a solution in the form of the Heracel function.

この時のtM h向の場は次式より求めることができる
The field in the tM h direction at this time can be obtained from the following equation.

上式よりEl、−〇を導(ことができる。しかし横方向
磁場H工は残る。
From the above equation, we can derive El, -〇. However, the transverse magnetic field H remains.

(16)、(17)より HT =T■エ E、+V iz  XVt  Ezと
なる。垂直方向の磁界成分を直交する成分に分けた時の
比V/Tは±jとなり、横方向の磁場は円偏波となって
いることがわかる。
From (16) and (17), HT =T■E, +V iz XVt Ez. It can be seen that the ratio V/T when the vertical magnetic field component is divided into orthogonal components is ±j, and the horizontal magnetic field is circularly polarized.

結局、サイクロトロン共鳴点近傍では、印加磁界方向(
Z方向)に′Iシ行な′電界成分と垂直な磁界成分か存
在し、円偏波しながらプラズマ円柱のiソ方向に波数(
11−a)を持ち広がっていく波となっている。
After all, near the cyclotron resonance point, the direction of the applied magnetic field (
There is a magnetic field component perpendicular to the electric field component in the 'I direction' (Z direction), and the wave number (
11-a) and is a wave that spreads out.

一方、導波管中のマイクロ波のモードには、電界成分が
伝搬方向に爪直なモードであるTEモードと、電界成分
が伝搬り向に\P、行なモードであるTMモード(tr
ar+5vcrsc magnetic wave)の
2種類のモードがある。
On the other hand, the microwave modes in a waveguide include the TE mode in which the electric field component is straight in the propagation direction, and the TM mode (tr
There are two types of modes: ar+5vcrsc magnetic wave).

]−述のプラズマ中のサイクロトロン」(鳴点近傍の電
磁界のモードに近い形態の導波%°モードは、電界成分
が進行方向と同方向であるという点で、TMモードであ
る。
The waveguide mode, which is similar to the mode of the electromagnetic field near the ringing point of the cyclotron in the plasma described above, is a TM mode in that the electric field component is in the same direction as the traveling direction.

本発明はこのような解析結果に基づきなされたものであ
り、ECRプラズマの形成においてプラズマ生成室へと
導入されるマイクロ波としてT Mモードのものを用い
ることで、電磁界モードの形態に大きな変化を与えるこ
となしに整合性よくECR点にマイクロ波パワーを供給
し、プラズマに助字よくマイクロ波パワーを吸収させ、
これによって、安定した高密度プラズマを形成しECR
プラズマを用いたエツチング、CVDなとのプロセスの
高速化を可能とするものであり、またプラズマ生成室か
らのマイクロ波の反射量を少なくすることができるもの
である。
The present invention was made based on such analysis results, and by using TM mode microwaves as the microwaves introduced into the plasma generation chamber during ECR plasma formation, the form of the electromagnetic field mode can be significantly changed. Supplying microwave power to the ECR point with good consistency without giving any
This forms a stable high-density plasma and enables ECR.
This makes it possible to speed up processes such as etching and CVD using plasma, and also to reduce the amount of microwaves reflected from the plasma generation chamber.

以下、本発明を実施態様に基づきより詳細に説明する。Hereinafter, the present invention will be explained in more detail based on embodiments.

第1図は、本発明のECRプラズマ処理装置の一実施態
様の構成を模式的に示すものである。
FIG. 1 schematically shows the configuration of one embodiment of the ECR plasma processing apparatus of the present invention.

第1図に示すように本発明のECRプラズマ形成方法に
おいて用いられるECRプラズマ処理装置は、マイクロ
波をプラズマ生成室1へと導入するマイクロ波導入手段
6の構成が異なる以外は、第5図に示す従来のECRプ
ラズマ処理装置とほぼ同様のものである。すなわち、こ
のECRプラズマ処理装置は、励起用ガスを電子サイク
ロトロン共鳴によってプラズマ化させるプラズマ生成室
1と、このプラズマ生成室1において発生したプラズマ
により試料3を処理する試料室2を^゛しており、この
プラズマ生成室1と試料室2とはプラズマ引出し窓4を
介して連通している。プラズマ生成室1には励起用カス
を供給するための第1カス供給手段5が接続されており
、また前記プラズマ引出し窓4と対向する壁面には、後
述するようなマイクロ波導入手段6により伝搬させるマ
イクロ波をプラズマ生成室1内に導入するためのマイク
ロ波導入窓7が設けられている。またプラズマ生成室1
の周りには磁気回路8が配置されており、プラズマ生成
室1内にECR磁界を形成することができるようになっ
ている。一方、試料室2には、その内部に試料3を載置
するための試料台9が設けられ、さらに必要に応じて、
前記プラズマ引出し窓4に近接する位置には、第2ガス
供給手段10の導出部となるガス吹出しリング11が配
されている。また試料室2は排気系12に接続されてい
る。
As shown in FIG. 1, the ECR plasma processing apparatus used in the ECR plasma forming method of the present invention is similar to that shown in FIG. This is almost the same as the conventional ECR plasma processing apparatus shown in FIG. That is, this ECR plasma processing apparatus includes a plasma generation chamber 1 in which an excitation gas is turned into plasma by electron cyclotron resonance, and a sample chamber 2 in which a sample 3 is treated with the plasma generated in the plasma generation chamber 1. The plasma generation chamber 1 and sample chamber 2 communicate with each other via a plasma extraction window 4. A first dregs supply means 5 for supplying excitation dregs is connected to the plasma generation chamber 1, and a microwave introduction means 6, which will be described later, is provided on the wall facing the plasma extraction window 4. A microwave introduction window 7 is provided for introducing microwaves into the plasma generation chamber 1. Also, plasma generation chamber 1
A magnetic circuit 8 is disposed around the plasma generating chamber 1 to form an ECR magnetic field within the plasma generation chamber 1. On the other hand, the sample chamber 2 is provided with a sample stand 9 for placing the sample 3 therein.
A gas blowing ring 11 that serves as a lead-out portion of the second gas supply means 10 is arranged at a position close to the plasma drawing window 4 . Further, the sample chamber 2 is connected to an exhaust system 12.

しかして、本発明に係わるECRプラズマ処理装置にお
いては、マイクロ波導入手段6が、T Mモードのマイ
クロ波をプラズマ生成室1へと導く機能を白するものと
される。このようにT〜1モードのマイクロ波をプラズ
マ生成室1へと導くには、マイクロ波源よりプラズマ生
成室1(マイクロ波導入窓7)へと至る導波路を、TM
モードの矩形あるいは円形導波管により構成することも
可能であるが、マイクロ波源よりプラズマ生成室1の直
前までは、従来より用いられているTEモード導波管を
使用し、これによってマイクロ波源から導かれてくるT
Eモードのマイクロ波をマイクロ生成室1の直前におい
て変換器により、変換して、矩形あるいは円形のTMモ
ードのマイクロ波としてプラズマ生成室1へと導入する
ことが望ましい。
Therefore, in the ECR plasma processing apparatus according to the present invention, the microwave introducing means 6 has the function of guiding the TM mode microwave to the plasma generation chamber 1. In order to guide the T~1 mode microwave to the plasma generation chamber 1 in this way, the waveguide from the microwave source to the plasma generation chamber 1 (microwave introduction window 7) is connected to the TM
Although it is possible to construct a waveguide with a rectangular or circular mode, a conventional TE mode waveguide is used from the microwave source to just before the plasma generation chamber 1. T being guided
It is desirable that the E-mode microwave be converted by a converter immediately before the microwave generation chamber 1 and introduced into the plasma generation chamber 1 as a rectangular or circular TM-mode microwave.

これは2.45GHzの周波数ではTEモードの導波管
が簡単に人手でき、またこれに合せた各種のマイクロ波
回路素子も揃っていることがら、取扱いが簡単で、経済
的に有利なためである。
This is because at the frequency of 2.45 GHz, TE mode waveguides can be easily constructed by hand, and various microwave circuit elements suitable for this are also available, making it easy to handle and economically advantageous. be.

このような本発明のECRプラズマ処理装置におけるマ
イクロ波導入手段6の具体的な構成としては、第1図お
よび第2図に示すように、マイクロ波源より延長されて
きた矩形TE、、、モード導波管13に、プラズマ生成
室1直前において、矩形から円形へと漸次断面積の拡大
するテーパ導波管14を接続し、さらにこのテーパ導波
s゛14に円形T M、 、モード導波乞15を接続し
、そしてこの円形TMo、モード導波管15内には、T
 M 。、モードの励振を行なうための導体板16を配
したものが例示できる。この導体板16はテーパ導波管
14との接続部側から漸次断面積の拡大するテーパ部を
有しており、TM、1モード導波管15の軸に直角な断
面をTMu1モード導波管15に導入されるマイクロ波
(TEモード)の電界方向に平行させ、かつTMo、モ
ード導波管15の軸に沿う断面をマイクロ波の伝搬り向
に平行させて配されている。なお、一端においてテーパ
導波管14に接続された前記円形T M 、、 、モー
ド導波管15はその他端において、プラズマ生成室1の
壁面に設けられたプラズマ導入用窓7に当接され固着さ
れている。
The specific configuration of the microwave introducing means 6 in the ECR plasma processing apparatus of the present invention is as shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIGS. A tapered waveguide 14 whose cross-sectional area gradually increases from a rectangular shape to a circular shape is connected to the wave tube 13 immediately before the plasma generation chamber 1, and a circular mode waveguide 14 is connected to the tapered waveguide s14. 15, and inside this circular TMo, mode waveguide 15, T
M. An example is one in which a conductor plate 16 for excitation of the mode is arranged. This conductor plate 16 has a tapered part whose cross-sectional area gradually increases from the connection part side with the tapered waveguide 14, and the cross section perpendicular to the axis of the TM, 1-mode waveguide 15 is formed into a TMu 1-mode waveguide. The TMo mode waveguide 15 is arranged parallel to the electric field direction of the microwave (TE mode) introduced into the waveguide 15, and the cross section along the axis of the TMo mode waveguide 15 is arranged parallel to the propagation direction of the microwave. The circular T M mode waveguide 15 connected to the tapered waveguide 14 at one end is in contact with and fixed to the plasma introduction window 7 provided on the wall of the plasma generation chamber 1 at the other end. has been done.

矩形T E tuモード導波管13内を伝搬してきたマ
イクロ波は第3a図に示すようなT E 1uモードの
電界分布を有するが、前記矩形T E 1uモード導波
管13の管内波長の長さで管路が矩形から円形へとテー
バをかけて変化するテーバ導波管14内を通過する間に
その電界分布が変形され、テーバ導波管14の末端側(
円形部)においては、第3b図に示すように、元の矩形
TE1..モードの電界分布を反映したT E t +
モードのものとなる。
The microwave propagating within the rectangular T E tu mode waveguide 13 has a T E 1u mode electric field distribution as shown in FIG. While the conduit passes through the Taber waveguide 14, which changes from a rectangular shape to a circular shape, the electric field distribution is deformed and
As shown in FIG. 3b, the original rectangle TE1. .. T E t + reflecting the electric field distribution of the mode
Becomes a mode.

次に、このTE、、モードの電界分布をHするマイクロ
波は、円形T M 、、 、モード導波管15へと進行
してくるが、この導波管15内には、前記したように導
体板16が配されている。この導体板16が配された部
位における導波管15の軸に直角な断面をみると、第3
 c −e図に示すようにマイクロ波の進行方向に沿っ
て、導波管15内に突出する導体板16の大きさは増し
てくる。テーパ導波郭°側14より導入されるTEl、
モードのマイクロ波の電界(第3b図)は、当初、この
導体板16の前記軸直角断面に平行な電気力線を白°し
ているが、電気力線は導電体1゛、では、接線成分を持
たず導電体と重直に交わるため、この導体板16の断面
積か大きくなるにつれてこのTE、、モードが乱され第
3cme図に示すように徐々に一1i界分布が変形され
、ついに、この導体板16の後方においては、第3f図
に示すように円形の導波管15の中心部より半径方向に
放射状に広がる電気力線を6−するTM、Xモードの電
界分布となる。なお、第1図および第2図に示される導
体板16は三角形のものとされているが、本発明におい
て導体板16の形状は前記したような条件を満すもので
あればこのようなものに特に限定されるものではなく、
例えば二角形のテーバ部に続いて矩形の部位を有するも
の、あるいは電界に垂直に金属の仕切り板を入れ、一方
の仕切り区域に誘電体移相器を入れたものなどであって
もよい。
Next, the microwave that causes the electric field distribution of the TE, mode to H travels to the circular T M,... mode waveguide 15, but inside this waveguide 15 there are A conductor plate 16 is arranged. Looking at the cross section perpendicular to the axis of the waveguide 15 at the part where the conductor plate 16 is arranged, the third
As shown in figures c-e, the size of the conductor plate 16 protruding into the waveguide 15 increases along the direction of propagation of the microwave. TEL introduced from the tapered waveguide side 14,
The electric field of the microwave in the mode (Fig. 3b) initially shows lines of electric force parallel to the cross section perpendicular to the axis of the conductor plate 16, but the lines of electric force are tangent to the conductor 1. Since it has no component and intersects the conductor at right angles, as the cross-sectional area of the conductor plate 16 increases, the TE mode is disturbed and the -1i field distribution is gradually transformed as shown in Figure 3. Behind the conductor plate 16, as shown in FIG. 3F, there is an electric field distribution in the TM and X modes in which lines of electric force spread radially in the radial direction from the center of the circular waveguide 15. Although the conductor plate 16 shown in FIGS. 1 and 2 is triangular, the shape of the conductor plate 16 in the present invention may be any shape as long as it satisfies the conditions described above. It is not particularly limited to,
For example, it may have a rectangular portion following a diagonal tapered portion, or it may have a metal partition plate inserted perpendicular to the electric field and a dielectric phase shifter placed in one partition area.

ところで、前記円形TMo、モード導波管15の径は1
.TE2.以[−の高次モードがカットオフとなるよう
な管径とする必要がある。第1表は、2゜45GHzの
真空中での波長12.2crnがカットオフになる円形
導波管モードの管径を示すものであるが、このように2
.45GHzの波長のマイクロ波を用いる場合、第1表
から明らかなように導波管15の管径は119mm未満
とされる。
By the way, the diameter of the mode waveguide 15 in the circular TMo is 1
.. TE2. It is necessary to set the pipe diameter so that the higher-order modes below [- are cut off. Table 1 shows the diameter of the circular waveguide mode with a cutoff of wavelength 12.2 crn at 2°45 GHz in vacuum.
.. When using microwaves with a wavelength of 45 GHz, as is clear from Table 1, the diameter of the waveguide 15 is less than 119 mm.

第1表 マイクロ波電播モードの変換はできるだけ緩やかに行な
うことが望ましく、TM。、モードの導波管は長い方が
よいが、装置−J’法を小型化したいとの要望もあり、
導波管中のモードの確実な生成をも考慮すると、結局導
波管モードの1管内波長分の長さ程度とすることが望ま
しい。なお、上記管径に対する管内波長Δは、次式によ
り求められる。
Table 1 It is desirable to convert the microwave propagation mode as slowly as possible.TM. Although it is better to have a longer mode waveguide, there is also a desire to miniaturize the device-J' method.
Considering reliable generation of modes in the waveguide, it is desirable that the length be approximately one wavelength of the waveguide mode. Note that the pipe wavelength Δ for the above pipe diameter is determined by the following equation.

A=1/ [(1/λ) 2− (1/λ、) 2 J
 l/2ここでλは使用マイクロ波の真空中の波長であ
り、またλ。は導波管モードのカットオフ波長であるか
ら、例えば2.45GHzのマイクロ波を用いる場合、
λ= 12.2 c m、λ =9.3cmを代入する
ことにより、Δは20cmとなる。
A=1/ [(1/λ) 2- (1/λ,) 2 J
l/2 Here, λ is the wavelength of the microwave used in vacuum, and λ. Since is the cutoff wavelength of the waveguide mode, for example, when using a 2.45 GHz microwave,
By substituting λ=12.2 cm and λ=9.3 cm, Δ becomes 20 cm.

そして、このようにしてマイクロ波導入手段6によりT
Mモードとされたマイクロ波は、マイクロ波導入窓7を
介してプラズマ生成室1内に導入される。一方、プラズ
マ生成室1内には、励起用ガス、例えばH2、アルゴン
などが第1ガス導入手段5から導入されている。そして
、プラズマ生成室1内のほぼ中心部には磁気回路8によ
り使用するマイクロ波の波長、例えば2.45GHzに
対するECR磁界(2,45GHzに対しては875G
Hz)が印加されているが、前記したようにこのECR
点近缶における電界は、印加磁界方向(Z方向)に平行
であり、Z方向の磁界の回りにラーマ−回転運動してい
るプラズマ中の電子はこのZ方向と′1′−行な電界に
より強く相互作用される。従って、このZh向と平行な
電界を酊するTMモードのマイクロ波が導入されると、
安定した電磁界モードとなって、マイクロ波のパワーは
プラズマに効率よく吸収され、安定した高密度プラズマ
が形成される。
In this way, the microwave introducing means 6
The M-mode microwave is introduced into the plasma generation chamber 1 through the microwave introduction window 7. On the other hand, an excitation gas such as H2, argon, etc. is introduced into the plasma generation chamber 1 from the first gas introduction means 5. At approximately the center of the plasma generation chamber 1, a magnetic circuit 8 generates an ECR magnetic field for the microwave wavelength used, for example, 2.45 GHz (875 GHz for 2.45 GHz).
Hz) is applied, but as mentioned above, this ECR
The electric field in the near-point can is parallel to the direction of the applied magnetic field (Z direction), and the electrons in the plasma that are in Larmor rotation around the magnetic field in the Z direction are strongly interacted with. Therefore, when a TM mode microwave is introduced that has an electric field parallel to this Zh direction,
The microwave power becomes a stable electromagnetic field mode, and the microwave power is efficiently absorbed by the plasma, forming a stable high-density plasma.

このようにプラズマ生成室1において形成されたECR
プラズマは、Z/、−向に沿ってプラズマ引出し窓4を
介して試料室2へと引出され、プラズマ流となるが、こ
のマイクロ波導入窓4の開口部の内径は、プラズマ生成
室1を伝搬してきたマイクロ波がカットオフとなる・」
°法とされており、試料室2にはマイクロ波が到達しな
い。そして、このような処理装置にエツチング処理を行
なう場合、エツチング性活性種を含むこのプラズマ流を
試料台9に載置した試料3上照射する(なお、場合によ
り、第2ガス導入手段10より試料室2内にエツチング
ガスを供給し、このプラズマ流中で分解励起させてプラ
ズマ中にエツチング性活性種を生成させることもある。
The ECR formed in the plasma generation chamber 1 in this way
The plasma is extracted into the sample chamber 2 through the plasma extraction window 4 along the Z/, - direction, and becomes a plasma flow. The propagating microwave becomes the cutoff.
The microwave does not reach the sample chamber 2. When performing an etching process on such a processing apparatus, this plasma flow containing etching active species is irradiated onto the sample 3 placed on the sample stage 9. An etching gas may be supplied into the chamber 2 and decomposed and excited in the plasma flow to generate etching active species in the plasma.

)。また、このような処理装置によりCVD処理を行な
う場合には、第2ガス導入手段10より試料室2内に供
給された成膜性ガスを、このプラズマ流中で分解励起さ
せて、プラズマ中に膜形成の前駆体を生成させ、このプ
ラズマ流を試料台9に載置した試料3−L照射し、試料
3表面に薄膜堆積を行なう。
). In addition, when performing CVD processing using such a processing apparatus, the film-forming gas supplied into the sample chamber 2 from the second gas introduction means 10 is decomposed and excited in this plasma flow to be added to the plasma. A precursor for film formation is generated, and the sample 3-L placed on the sample stage 9 is irradiated with this plasma flow to deposit a thin film on the surface of the sample 3.

[実施例コ 以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。[Example code] EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples.

マイクロ波は2.45GHzか用いられ、マイクロ波発
振器よりプラズマ生成室1直前までの間をつなぐ導波管
としては、従来と同様に、伝送損失が少なく取扱いの簡
便な矩形T E 1nモード導波S’ (9,6X2.
7cm)13を用いた。なお、この矩形導波管13にお
ける管内波長は15.9cmである。そしてこの矩形T
E1oモード導波管13は、プラズマ生成室1の直前で
、前記矩形導波管13の管内波長の長さのテーパを有す
るテーパ導波管14に接続された。引き続いて接続され
る円形T M、 、モード導波管15の径は、118m
mとされ、TE、、以りの高次モードがカットオフとな
るような雀°径とされた。またこの円形T M tl 
Microwaves are used at 2.45 GHz, and the waveguide connecting the microwave oscillator to just before plasma generation chamber 1 is a rectangular T E 1n mode waveguide, which has low transmission loss and is easy to handle, as in the past. S' (9,6X2.
7 cm) 13 was used. Note that the internal wavelength of this rectangular waveguide 13 is 15.9 cm. And this rectangle T
Immediately before the plasma generation chamber 1, the E1o mode waveguide 13 was connected to a tapered waveguide 14 having a taper with a length equal to the internal wavelength of the rectangular waveguide 13. The diameter of the subsequently connected circular mode waveguide 15 is 118 m.
m, and the diameter was set so that higher-order modes such as TE, etc. were cut off. Also, this circular T M tl
.

モード導波管15の5長は20cmであり、円形TMo
1モードが一管内波長分進行する距離とした。
The length of the mode waveguide 15 is 20 cm, and the circular TMo
The distance traveled by one mode is one wavelength within the tube.

さらに、この円形導波管15内には、T Mモードの励
振のための導体板16として、三角形の金属板が前記し
たような条件によって配置された。そしてこの円形導波
管15は、TE11’lのマイクロ波空洞共振器の条件
を満たすプラズマ生成室lのマイクロ波導入窓7に当接
固着される。また、このプラズマ生成室1のマイクロ波
導入窓7と対向する壁面には、プラズマ引出し窓4が設
けられ、試料室2と接続されているが、このプラズマ引
出し窓4の開口部の内径は、円形TE、、モードでプラ
ズマ生成室lを伝−搬してきたマイクロ波(2゜45G
Hz、波長12.2cm)がカットオフとなる7、0c
mとされており、試料室2にはマイクロ波が到達しない
構成とされている。
Further, inside this circular waveguide 15, a triangular metal plate was placed as a conductor plate 16 for excitation of the TM mode under the conditions described above. This circular waveguide 15 is fixed in contact with the microwave introduction window 7 of the plasma generation chamber l that satisfies the microwave cavity resonator conditions of the TE 11'l. Further, a plasma extraction window 4 is provided on the wall surface of the plasma generation chamber 1 facing the microwave introduction window 7 and is connected to the sample chamber 2. The inner diameter of the opening of the plasma extraction window 4 is as follows. The microwave (2°45G) propagated through the plasma generation chamber l in the circular TE mode.
Hz, wavelength 12.2cm) is the cutoff 7.0c
m, and the configuration is such that microwaves do not reach the sample chamber 2.

以上のような装置構成において、次に示す条件により水
素プラズマを発生し、プラズマ流の下流位置、すなわち
試料室2内の試料台9の位置にイオン分#Jτ装置(Q
−Mass)を設置しておき、到達するH+イオン量を
測定した。
In the device configuration as described above, hydrogen plasma is generated under the following conditions, and an ion fraction #Jτ device (Q
-Mass) was installed, and the amount of H+ ions reached was measured.

マイクロ波圧カニ     300W マグネットコイル電流: 16A 水素ガス流量:      30〜100 secmガ
ス圧:         0.1〜1.5 mTorr
なお、比較のために、マイクロ波導入手段6としてT 
E 、1、モードの矩形導波管(9,6X2. 7cm
)のみを用いた従来f!7+1の装置構成においても、
上記と同様の条件にて水素プラズマを発生させ、発生し
た水素イオン量を測定した。
Microwave pressure crab 300W Magnet coil current: 16A Hydrogen gas flow rate: 30-100 secm Gas pressure: 0.1-1.5 mTorr
For comparison, T is used as the microwave introducing means 6.
E, 1, mode rectangular waveguide (9,6X2.7cm
) using only the conventional f! Even in a 7+1 device configuration,
Hydrogen plasma was generated under the same conditions as above, and the amount of generated hydrogen ions was measured.

Q−Massによる質世分析結果を第4図に示すが、水
素流量が30〜101005eの時の水素プラズマ中の
H+イオン量は、T M 、 、モードのマイクロ波を
導入した時の方が、従来のTE、、モードのマイクロ波
を導入した場合よりも、検出される水素イオン密度が増
加しており、マイクロ波パワーがガス分解に有効に利用
されていることがわかる。
The quality analysis results by Q-Mass are shown in Figure 4, and the amount of H+ ions in the hydrogen plasma when the hydrogen flow rate is 30 to 101005e is higher when microwaves in the T M mode are introduced. It can be seen that the detected hydrogen ion density is higher than when conventional TE mode microwaves are introduced, and the microwave power is effectively used for gas decomposition.

さらに同様の装置構成において投入されるマイクロ波出
力を800Wとして水素プラズマを発生させたときのプ
ラズマ生成室1から反射されるマイクロ波の量をマイク
ロ波検波用タイオードを用いて711す定した。その結
果第2表に示すように、このような高パワーのマイクロ
波を導入した場合における反射量も、T〜Io、モード
のマイクロ波を導入した時の方が、従来のTE、oモー
ドのマイクロ波を導入した場合よりも減少されることが
明らかとなり、この点からもTMモードのマイクロ波が
ガス分解により効率よく用いられていることがわかる。
Furthermore, the amount of microwaves reflected from the plasma generation chamber 1 was determined using a diode for microwave detection when hydrogen plasma was generated using a microwave output of 800 W in a similar apparatus configuration. As a result, as shown in Table 2, the amount of reflection when such high-power microwaves are introduced is higher than that of conventional TE and o modes when introducing microwaves in T~Io mode. It is clear that the amount is reduced more than when microwaves are introduced, and from this point as well, it can be seen that TM mode microwaves are used more efficiently for gas decomposition.

第2表 マイクロ波 投入電力 H2流量  反射電力 矩形T E l+I  800W    50secm
    120W円形T M 、) 、  800W 
   50secm     20W[発明の効果] 以1−述へたように本発明によれば、ECRプラズマの
形成において、導入されるマイクロ波としてT〜Iモー
ドのものを用いることにより、プラズマに効率よくマイ
クロ波パワーを吸収させ、これによって、安定した高密
度プラズマを形成しECRプラズマを用いたエツチング
、CVDなとのプロセスの高速化を可能とするものであ
り、またプラズマ生成室からのマイクロ波の反射量を少
なくすることができるものである。
Table 2 Microwave input power H2 flow rate Reflected power rectangle T E l+I 800W 50sec
120W circular TM, ), 800W
50 sec 20 W [Effects of the Invention] As described in 1-1 above, according to the present invention, in the formation of ECR plasma, microwaves in the T to I mode are used as the microwaves to be introduced, thereby efficiently injecting microwaves into the plasma. It absorbs power, thereby forming a stable high-density plasma, making it possible to speed up processes such as etching using ECR plasma and CVD.It also reduces the amount of microwaves reflected from the plasma generation chamber. can be reduced.

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

第1図は本発明のECRプラズマ処理装置の一尖施態様
の構成を模式的に示す図、第2図は本発明のECRプラ
ズマ処理装置の同実施態扛のマイクロ波導入手段の構造
を示す斜視図、第3 a −f図はそれぞれ本発明のE
CRプラズマ処理装置のマイクロ波導入手段の各部位に
おける電界分布を示す図、第3g図は第3 a −f図
に示すマイクロ波導入手段の各部位の位置を示す図、第
4図は本発明の実施例において得られたプラズマ中の水
素イオン量を表すQ−Mass信号と水素ガス流量との
関係を示すグラフであり、第5図は従来のECRプラズ
マ処理装置の構成例を桧式的に示す図である。 1°°°プラズマ生成室、2・・・試料室、3・・・試
料、4・・・プラズマ引出し窓、5・・・第1カス導入
手段、6・・・マイクロ波導入手段、7・・・マイクロ
波導入窓、8・・・磁気回路、9・・・試料台、 10・・第2ガス導入手段、 11・・・ガス吹出しリング、12・・・排気系、13
・・・矩形TE、。モード導波る2、14・・・テーパ
導波管、 15・・・円形T M 、 、モード導波・乙、16・
・・導体板。 第2図
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a one-point embodiment of the ECR plasma processing apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the structure of the microwave introduction means of the same embodiment of the ECR plasma processing apparatus of the present invention. The perspective view and Figures 3a-f are respectively E of the present invention.
A diagram showing the electric field distribution at each part of the microwave introduction means of the CR plasma processing apparatus, FIG. 3g is a diagram showing the position of each part of the microwave introduction means shown in FIGS. 3a-f, and FIG. 5 is a graph showing the relationship between the Q-Mass signal representing the amount of hydrogen ions in the plasma obtained in the example of FIG. 5 and the hydrogen gas flow rate. FIG. FIG. 1°°° plasma generation chamber, 2... sample chamber, 3... sample, 4... plasma extraction window, 5... first dregs introduction means, 6... microwave introduction means, 7. ... Microwave introduction window, 8 ... Magnetic circuit, 9 ... Sample stage, 10 ... Second gas introduction means, 11 ... Gas blowing ring, 12 ... Exhaust system, 13
...Rectangle TE,. Mode waveguide 2, 14...Tapered waveguide, 15...Circular T M, , Mode waveguide Otsu, 16...
...Conductor plate. Figure 2

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)励起用ガスが供給されるプラズマ生成室に、マイ
クロ波を導入しさらに磁場を印加して、前記励起用ガス
を電子サイクロトロン共鳴によって励起しプラズマを形
成する方法において、前記プラズマ生成室に導入される
マイクロ波をTMモードのものとしたことを特徴とする
電子サイクロトロン共鳴プラズマの形成方法。
(1) In a method of introducing microwaves into a plasma generation chamber to which excitation gas is supplied and further applying a magnetic field to excite the excitation gas by electron cyclotron resonance to form plasma, the excitation gas is supplied to the plasma generation chamber. A method for forming electron cyclotron resonance plasma, characterized in that the introduced microwave is of TM mode.
(2)マイクロ波源から導かれてきたTEモードのマイ
クロ波を、TMモードのマイクロ波に変換し、プラズマ
生成室に導入するものである請求項1に記載の電子サイ
クロトロン共鳴プラズマの形成方法。
(2) The method for forming electron cyclotron resonance plasma according to claim 1, wherein TE mode microwaves guided from a microwave source are converted into TM mode microwaves and introduced into the plasma generation chamber.
(3)励起用ガス供給手段を有するプラズマ生成室と、
マイクロ波源からのマイクロ波を前記プラズマ生成室の
壁面の一部に設けられたマイクロ波導入窓を介して前記
プラズマ生成室内へと導くマイクロ波導入手段と、前記
プラズマ生成室の外周に設けられ前記プラズマ生成室内
に電子サイクロトロン共鳴磁場を形成し得る磁気回路と
を少なくとも有する電子サイクロトロン共鳴プラズマ処
理装置において、前記マイクロ波導入手段がTMモード
のマイクロ波をプラズマ生成室へと導く機能を有してい
ることを特徴とする電子サイクロトロン共鳴プラズマ形
成装置。
(3) a plasma generation chamber having excitation gas supply means;
microwave introduction means for guiding microwaves from a microwave source into the plasma generation chamber through a microwave introduction window provided on a part of the wall surface of the plasma generation chamber; In an electron cyclotron resonance plasma processing apparatus having at least a magnetic circuit capable of forming an electron cyclotron resonance magnetic field within a plasma generation chamber, the microwave introduction means has a function of guiding TM mode microwaves to the plasma generation chamber. An electron cyclotron resonance plasma formation device characterized by:
(4)前記マイクロ波導入手段が、マイクロ波源から導
かれるTEモードのマイクロ波をTMモードのマイクロ
波に変換する変換器を有するものである請求項3に記載
の電子サイクロトロン共鳴プラズマ形成装置。
(4) The electron cyclotron resonance plasma forming apparatus according to claim 3, wherein the microwave introducing means includes a converter that converts TE mode microwaves guided from a microwave source into TM mode microwaves.
(5)前記マイクロ波導入手段は、前記マイクロ波導入
窓の直前において、TEモード導波管にTMモード導波
管を接続しており、さらにこのTMモード導波管内には
、TMモード導波管の軸に直角な断面をTMモード導波
管に導入されるマイクロ波の電界方向に平行させ、かつ
ΥMモード導波管の軸に沿う断面をマイクロ波の伝搬方
向に平行させて、TEモードの導波管との接続部側から
漸次断面積の拡大するテーパ部を有する導体板を配して
いることを特徴とする請求項3または4に記載の電子サ
イクロトロン共鳴プラズマ形成装置。
(5) The microwave introduction means connects a TM mode waveguide to the TE mode waveguide immediately before the microwave introduction window, and further includes a TM mode waveguide in the TM mode waveguide. The cross section perpendicular to the axis of the tube is made parallel to the electric field direction of the microwave introduced into the TM mode waveguide, and the cross section along the axis of the ΥM mode waveguide is made parallel to the propagation direction of the microwave. 5. The electron cyclotron resonance plasma forming apparatus according to claim 3, further comprising a conductor plate having a tapered portion whose cross-sectional area gradually increases from the side of the connecting portion with the waveguide.
(6)前記マイクロ波導入手段は、前記マイクロ波導入
窓の直前において、マイクロ波源から延長されてきた矩
形のTMモード導波管に、矩形から円形に漸次断面積の
拡大するテーパ導波管を接続し、さらにこのテーパ導波
管に円形TEモード導波管を接続し、そしてこの円形T
Eモード導波管内には、TMモード導波管の軸に直角な
断面をTMモード導波管に導入されるマイクロ波の電界
方向に平行させ、かつTMモード導波管の軸に沿う断面
をマイクロ波の伝搬方向に平行させて、テーパ導波管と
の接続部側から漸次断面積の拡大するテーパ部を有する
導体板を配していることを特徴とする請求項3〜5のい
ずれか記載の電子サイクロトロン共鳴プラズマ形成装置
(6) The microwave introducing means inserts a tapered waveguide whose cross-sectional area gradually increases from rectangular to circular into a rectangular TM mode waveguide extended from the microwave source immediately before the microwave introducing window. Further, a circular TE mode waveguide is connected to this tapered waveguide, and this circular T
Inside the E mode waveguide, a cross section perpendicular to the axis of the TM mode waveguide is made parallel to the electric field direction of the microwave introduced into the TM mode waveguide, and a cross section along the axis of the TM mode waveguide is made parallel to the electric field direction of the microwave introduced into the TM mode waveguide. Any one of claims 3 to 5, characterized in that a conductor plate having a tapered part whose cross-sectional area gradually increases from the connection part side with the tapered waveguide is disposed parallel to the microwave propagation direction. The electron cyclotron resonance plasma forming apparatus described above.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014192158A (en) * 2013-03-27 2014-10-06 Triple Cores Korea Co Ltd Plasma waveguide using step part and block part
JP2020506505A (en) * 2017-01-18 2020-02-27 フェニックス エルエルシー High power ion beam generator system and method
GB2593159A (en) * 2020-03-12 2021-09-22 Univ Lancaster Method and apparatus for supplying electromagnetic power to a plasma vessel

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