JPH0574592A - マイクロ波プラズマ処理装置 - Google Patents
マイクロ波プラズマ処理装置Info
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- JPH0574592A JPH0574592A JP4045391A JP4539192A JPH0574592A JP H0574592 A JPH0574592 A JP H0574592A JP 4045391 A JP4045391 A JP 4045391A JP 4539192 A JP4539192 A JP 4539192A JP H0574592 A JPH0574592 A JP H0574592A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波を用いたプラズマ処理に関し、大
面積基板に径方向に均一な処理を行うことを目的とす
る。 【構成】 マイクロ波導波管３との接続部からプラズマ
生成室１との接続部に至る間の断面形状におけるＨ面を
徐々に直径若しくは半径の一部若しくは全部となるよう
に変化させるとともに、そのＥ面の少くとも一方を円弧
から円に変化させたモード変換用導波管１０を少くとも
一つ設ける。 【効果】 モード変換用導波管により大口径のマイクロ
波導波管を作成することで最終的にマイクロ波を均一で
大面積の平面波にしてプラズマ室に供給できる。従って
スパッタ・ＣＶＤ・エッチング等のプラズマ処理に際
し、均一かつ大面積処理が可能となる。
面積基板に径方向に均一な処理を行うことを目的とす
る。 【構成】 マイクロ波導波管３との接続部からプラズマ
生成室１との接続部に至る間の断面形状におけるＨ面を
徐々に直径若しくは半径の一部若しくは全部となるよう
に変化させるとともに、そのＥ面の少くとも一方を円弧
から円に変化させたモード変換用導波管１０を少くとも
一つ設ける。 【効果】 モード変換用導波管により大口径のマイクロ
波導波管を作成することで最終的にマイクロ波を均一で
大面積の平面波にしてプラズマ室に供給できる。従って
スパッタ・ＣＶＤ・エッチング等のプラズマ処理に際
し、均一かつ大面積処理が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温プラズマを用いて半
導体素子等を製造するプラズマ処理装置のうち、マイク
ロ波プラズマを用いた処理装置に係り、特にＣＶＤ、エ
ッチング、スパッタ等の各技術の大面積処理に好適なマ
イクロ波プラズマ処理装置に関する。
導体素子等を製造するプラズマ処理装置のうち、マイク
ロ波プラズマを用いた処理装置に係り、特にＣＶＤ、エ
ッチング、スパッタ等の各技術の大面積処理に好適なマ
イクロ波プラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波を利用したプラズマ処理技術
は、一般的に無電極放電であることから電極材料のコン
タミネーションが低減できるため、重要視されてきてい
る。また、マイクロ波放電による電子サイクロトロン放
電（ＥＣＲ）を用いたプラズマ放電は、低圧力（１０
-5Torr）で放電可能なため生成したイオンの方向が揃う
こと、高密度プラズマが発生できること、無電極放
電であるため寿命が長く、活性ガスを利用できること、
等の優れた特性により注目されてきている。
は、一般的に無電極放電であることから電極材料のコン
タミネーションが低減できるため、重要視されてきてい
る。また、マイクロ波放電による電子サイクロトロン放
電（ＥＣＲ）を用いたプラズマ放電は、低圧力（１０
-5Torr）で放電可能なため生成したイオンの方向が揃う
こと、高密度プラズマが発生できること、無電極放
電であるため寿命が長く、活性ガスを利用できること、
等の優れた特性により注目されてきている。
【０００３】図２０に従来のＥＣＲ放電を用いたプラズ
マ生成源とそれを用いたＥＣＲ−ＣＶＤ装置の基本構成
を示す。図示を省略したマイクロ波源は例えば２．４５
GHzのマグネトロンを用いて構成される。通常マイクロ
波導波管３は９６mm×２７mmあるいは１０９mm×５４mm
の矩形の導波管が用いられる。また、プラズマ生成室１
の寸法は内径２００mm程度であり、マイクロ波電力の効
率的な投入のためにマイクロ波の空洞共振器構造をとっ
ているものが多い。導波管３を経由してプラズマ生成室
１に導入されたマイクロ波電力はプラズマの生成に消費
される。
マ生成源とそれを用いたＥＣＲ−ＣＶＤ装置の基本構成
を示す。図示を省略したマイクロ波源は例えば２．４５
GHzのマグネトロンを用いて構成される。通常マイクロ
波導波管３は９６mm×２７mmあるいは１０９mm×５４mm
の矩形の導波管が用いられる。また、プラズマ生成室１
の寸法は内径２００mm程度であり、マイクロ波電力の効
率的な投入のためにマイクロ波の空洞共振器構造をとっ
ているものが多い。導波管３を経由してプラズマ生成室
１に導入されたマイクロ波電力はプラズマの生成に消費
される。
【０００４】生成されたプラズマはプラズマ引出し窓Ａ
から試料９に向けて引き出される。プラズマ引出し窓Ａ
はプラズマ生成室１の空洞共振器構造の確保及び、生成
したプラズマの均一部分の引出しのために設けられる。
即ち、マイクロ波の電界強度はプラズマ生成室１の周辺
部で弱くなるため、中心部と周辺部で発生するプラズマ
密度の相違があるので均一部分のみ引き出す構造となっ
ている。磁気コイル４はいわゆるＥＣＲ条件を満たす直
流磁場（８７５Gauss ）を達成させるために設けられて
いる。生成したプラズマは弱磁界領域である試料９に向
けて効率的に拡散する。以上のようにして、試料９に到
達したプラズマによりＣＶＤ、エッチング等の基板の処
理が行える。
から試料９に向けて引き出される。プラズマ引出し窓Ａ
はプラズマ生成室１の空洞共振器構造の確保及び、生成
したプラズマの均一部分の引出しのために設けられる。
即ち、マイクロ波の電界強度はプラズマ生成室１の周辺
部で弱くなるため、中心部と周辺部で発生するプラズマ
密度の相違があるので均一部分のみ引き出す構造となっ
ている。磁気コイル４はいわゆるＥＣＲ条件を満たす直
流磁場（８７５Gauss ）を達成させるために設けられて
いる。生成したプラズマは弱磁界領域である試料９に向
けて効率的に拡散する。以上のようにして、試料９に到
達したプラズマによりＣＶＤ、エッチング等の基板の処
理が行える。
【０００５】従来技術に於けるマイクロ波プラズマ処理
装置では、前述のようにマグネトロンにより発生したマ
イクロ波電力を導波管３を介してプラズマ生成室１に導
入する構造となっている。通常、マイクロ波の導波管中
の伝搬モードは矩形ＴＥ１０モードであり、プラズマ生
成室１が矩形の場合、マイクロ波のモードは図２１に示
す矩形ＴＥ１０モードであり、プラズマ生成室１が円形
の場合、マイクロ波のモードは図２２に示すように、Ｔ
Ｅ１１モードが発生する。尚、図２１及び図１４の各
（ａ）はマイクロ波の伝搬方向に垂直な平面で切ったと
きの断面図であり、各（ｂ）はマイクロ波の伝搬方向と
平行な平面で切った断面図である。
装置では、前述のようにマグネトロンにより発生したマ
イクロ波電力を導波管３を介してプラズマ生成室１に導
入する構造となっている。通常、マイクロ波の導波管中
の伝搬モードは矩形ＴＥ１０モードであり、プラズマ生
成室１が矩形の場合、マイクロ波のモードは図２１に示
す矩形ＴＥ１０モードであり、プラズマ生成室１が円形
の場合、マイクロ波のモードは図２２に示すように、Ｔ
Ｅ１１モードが発生する。尚、図２１及び図１４の各
（ａ）はマイクロ波の伝搬方向に垂直な平面で切ったと
きの断面図であり、各（ｂ）はマイクロ波の伝搬方向と
平行な平面で切った断面図である。
【０００６】より大面積なマイクロ波プラズマの生成を
可能な技術として、例えば特開平１−１２２１２３号公
報に述べられているようにマイクロ波のモードを制御す
る技術がある。この先行技術では図２３に示すようにマ
イクロ波の導波管とプラズマ生成室の接続面の断面形状
が向き合う２辺がほぼプラズマ生成室の軸を中心とする
同心円の円弧である４辺形の形状となるようにするモー
ド変換用導波管を設けることによりマイクロ波のモード
を制御しようとするものである。上記先行技術では図２
４及び図２５に示すようなＴＭ１１モード、ＴＭ０１モ
ード等の形成が可能である。
可能な技術として、例えば特開平１−１２２１２３号公
報に述べられているようにマイクロ波のモードを制御す
る技術がある。この先行技術では図２３に示すようにマ
イクロ波の導波管とプラズマ生成室の接続面の断面形状
が向き合う２辺がほぼプラズマ生成室の軸を中心とする
同心円の円弧である４辺形の形状となるようにするモー
ド変換用導波管を設けることによりマイクロ波のモード
を制御しようとするものである。上記先行技術では図２
４及び図２５に示すようなＴＭ１１モード、ＴＭ０１モ
ード等の形成が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１−１２２１２３号公報に述べられているＴＭ０１モー
ド、ＴＭ１１モードのマイクロ波によるプラズマ生成技
術は以下の課題がある。ＴＥ１１モード、ＴＭ１１モー
ド、ＴＭ０１モードに対し円形導波管の半径ａは伝搬す
るマイクロ波の遮断波長をλｃとすると以下の関係があ
る。
１−１２２１２３号公報に述べられているＴＭ０１モー
ド、ＴＭ１１モードのマイクロ波によるプラズマ生成技
術は以下の課題がある。ＴＥ１１モード、ＴＭ１１モー
ド、ＴＭ０１モードに対し円形導波管の半径ａは伝搬す
るマイクロ波の遮断波長をλｃとすると以下の関係があ
る。
【０００８】 λｃ＝３．４１２ａ（ＴＥ１１モード） λｃ＝１．６４０ａ（ＴＭ１１モード） λｃ＝２．６１３ａ（ＴＭ０１モード） 上記式よりＴＥ１１モードに対してＴＭ１１モードでは
円筒導波管の半径ａは２．０８倍に大きくできる。しか
しながら、ＴＭ１１モードでは図２４に示すようにマイ
クロ波の電磁界分布が一様でなくひいては均一なプラズ
マの生成ができないという課題がある。図２５に示すよ
うに、ＴＭ０１モードではマイクロ波の電磁界分布が一
様となるものの大面積化の観点からは従来のＴＥ１１モ
ードの１．３１倍の大きさにしかならない。
円筒導波管の半径ａは２．０８倍に大きくできる。しか
しながら、ＴＭ１１モードでは図２４に示すようにマイ
クロ波の電磁界分布が一様でなくひいては均一なプラズ
マの生成ができないという課題がある。図２５に示すよ
うに、ＴＭ０１モードではマイクロ波の電磁界分布が一
様となるものの大面積化の観点からは従来のＴＥ１１モ
ードの１．３１倍の大きさにしかならない。
【０００９】本発明の目的はプラズマ生成室に均一なマ
イクロ波電力を効率よく大面積で導入するプラズマ処理
装置を提供するものである。
イクロ波電力を効率よく大面積で導入するプラズマ処理
装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、マイク
ロ波電源に接続した導波管と、該導波管及びプラズマ生
成室を接続したモード変換用導波管と前記プラズマ生成
室とからなるプラズマ処理装置において、少くとも一つ
の前記導波管との接続部からプラズマ生成室との接続部
に至る間の断面形状をＨ面は徐々に直径若しくは半径の
一部もしくは全部となるように変化させるとともに、Ｅ
面は円弧から円に変化させるようにした前記モード変換
用導波管を設けたプラズマ処理装置にある。
ロ波電源に接続した導波管と、該導波管及びプラズマ生
成室を接続したモード変換用導波管と前記プラズマ生成
室とからなるプラズマ処理装置において、少くとも一つ
の前記導波管との接続部からプラズマ生成室との接続部
に至る間の断面形状をＨ面は徐々に直径若しくは半径の
一部もしくは全部となるように変化させるとともに、Ｅ
面は円弧から円に変化させるようにした前記モード変換
用導波管を設けたプラズマ処理装置にある。
【００１１】以下本発明を詳細に説明する。
【００１２】
【作用】本発明はプラズマ生成室内にマイクロ波電力を
効率よく均一伝搬させ、均一且つ大面積なプラズマ生成
の可能な装置を与えるものである。即ち、図１９に示す
ように一般的な矩形導波管３中の伝搬モードであるＴＥ
１０モード（ａ）を（ｂ）→（ｃ）のように扇型に変形
し、さらに（ｃ）→（ｄ）と扇型の中心角を広げ、磁力
線に平行な面（Ｈ面）を半径としつつ、電気力線に平行
な面（Ｅ面）を円状にすると、（ｅ）に示すような円形
ＴＥ０１モードが得られる。
効率よく均一伝搬させ、均一且つ大面積なプラズマ生成
の可能な装置を与えるものである。即ち、図１９に示す
ように一般的な矩形導波管３中の伝搬モードであるＴＥ
１０モード（ａ）を（ｂ）→（ｃ）のように扇型に変形
し、さらに（ｃ）→（ｄ）と扇型の中心角を広げ、磁力
線に平行な面（Ｈ面）を半径としつつ、電気力線に平行
な面（Ｅ面）を円状にすると、（ｅ）に示すような円形
ＴＥ０１モードが得られる。
【００１３】ＴＥ０１モードを伝搬する円筒導波管の寸
法は従来用いられているＴＥ１０モード伝搬用の矩形導
波管寸法と比してマイクロ波の遮断（カットオフ）を与
える寸法で２．０８倍の大口径でマイクロ波電力を伝搬
することが可能となる。勿論、ＴＥ０ｎモードを伝搬可
能な円筒導波管の寸法は、ＴＥ０１モードを伝搬する円
筒導波管の寸法より大きくなることは言うまでもない。
従って、プラズマ生成室に接続する導波管径が大きくで
きること、更にＴＥ０１モードをはじめとするＴＥ０ｎ
モードを利用することにより、大面積なプラズマの生成
が可能となる。以下に図面を参照して本発明の実施例を
説明する。
法は従来用いられているＴＥ１０モード伝搬用の矩形導
波管寸法と比してマイクロ波の遮断（カットオフ）を与
える寸法で２．０８倍の大口径でマイクロ波電力を伝搬
することが可能となる。勿論、ＴＥ０ｎモードを伝搬可
能な円筒導波管の寸法は、ＴＥ０１モードを伝搬する円
筒導波管の寸法より大きくなることは言うまでもない。
従って、プラズマ生成室に接続する導波管径が大きくで
きること、更にＴＥ０１モードをはじめとするＴＥ０ｎ
モードを利用することにより、大面積なプラズマの生成
が可能となる。以下に図面を参照して本発明の実施例を
説明する。
【００１４】
【実施例】図１は本発明の一実施例を示したものであ
る。前述のように通常の矩形導波管では９６mm×２７mm
あるいは１０９mm×５４mmの導波管が使用されている。
これらの導波管ではＴＥ１０モードでマイクロ波を伝搬
するため例えば円筒の形状をもつプラズマ生成室にその
まま接続するとプラズマ生成室内にはＴＥ１１モードが
生成される。従ってより大口径のプラズマ生成室にマイ
クロ波電力の投入を行うため例えば円筒の形状をもつプ
ラズマ生成室１の側壁に平行な電気力線を有するマイク
ロ波モードを生成するため、矩形導波管の形状の２つの
短辺のうち１辺を円弧状に、残りの１辺を円弧の中心点
になるようなモード変換用導波管１０を接続する。この
モード変換用導波管１０の長さは例えば、伝搬されるマ
イクロ波の波長（２．４５GHz に対して１２２mm）と同
程度若しくはそれ以上の長さにすればよい。以上のよう
にしてマイクロ波の電気力線は円弧に平行な電気力線を
もつこととなる。
る。前述のように通常の矩形導波管では９６mm×２７mm
あるいは１０９mm×５４mmの導波管が使用されている。
これらの導波管ではＴＥ１０モードでマイクロ波を伝搬
するため例えば円筒の形状をもつプラズマ生成室にその
まま接続するとプラズマ生成室内にはＴＥ１１モードが
生成される。従ってより大口径のプラズマ生成室にマイ
クロ波電力の投入を行うため例えば円筒の形状をもつプ
ラズマ生成室１の側壁に平行な電気力線を有するマイク
ロ波モードを生成するため、矩形導波管の形状の２つの
短辺のうち１辺を円弧状に、残りの１辺を円弧の中心点
になるようなモード変換用導波管１０を接続する。この
モード変換用導波管１０の長さは例えば、伝搬されるマ
イクロ波の波長（２．４５GHz に対して１２２mm）と同
程度若しくはそれ以上の長さにすればよい。以上のよう
にしてマイクロ波の電気力線は円弧に平行な電気力線を
もつこととなる。
【００１５】また、図２は図１９に示す導波管モードの
変換をＴＥ２０モードを用いて行う場合の一例を示して
いる。図２に示す様に、ＴＥ２０モードを伝搬可能な矩
形の導波管中には図３（ａ）に示すような電界成分が存
在する。図からわかるように、矩形導波管の長辺の中点
Ｐには電界が存在していない。従って、図３（ａ）中の
点Ｐを扇型の中心点になるように導波管を変形させ
（（ｂ）→（ｃ））、中心角を図３（（ｃ）→（ｄ））
に示すように徐々に広げることにより、図３（ｅ）の様
な円形のＴＥ０１モードが形成可能となる。同様にし
て、ｎを正数とすると矩形導波管中のＴＥ２×ｎ，０モ
ードをＴＥ０ｎ円形モードに変換することが可能であ
る。この場合扇型の導波管を２つ同時に作成できるた
め、扇型の導波管を１つ用いて行うモード変換に比較し
てモード変換用導波管の長さが短くてもマイクロ波のイ
ンピーダンスマッチングが取れ易くなり、位相の揃った
マイクロ波をあえて導波管分岐等により作成する必要が
ない。
変換をＴＥ２０モードを用いて行う場合の一例を示して
いる。図２に示す様に、ＴＥ２０モードを伝搬可能な矩
形の導波管中には図３（ａ）に示すような電界成分が存
在する。図からわかるように、矩形導波管の長辺の中点
Ｐには電界が存在していない。従って、図３（ａ）中の
点Ｐを扇型の中心点になるように導波管を変形させ
（（ｂ）→（ｃ））、中心角を図３（（ｃ）→（ｄ））
に示すように徐々に広げることにより、図３（ｅ）の様
な円形のＴＥ０１モードが形成可能となる。同様にし
て、ｎを正数とすると矩形導波管中のＴＥ２×ｎ，０モ
ードをＴＥ０ｎ円形モードに変換することが可能であ
る。この場合扇型の導波管を２つ同時に作成できるた
め、扇型の導波管を１つ用いて行うモード変換に比較し
てモード変換用導波管の長さが短くてもマイクロ波のイ
ンピーダンスマッチングが取れ易くなり、位相の揃った
マイクロ波をあえて導波管分岐等により作成する必要が
ない。
【００１６】図４は導波管モードの変換を矩形導波管中
のＴＥ２０モードを用いて行うものである。図４では矩
形導波管中のＴＥ１０モードをＴＥ０１円形モードに変
換する場合と同様に、矩形導波管中のＴＥ２０モードを
ＴＥ０２円形モードに変換する場合を示したものであ
る。同様にして、矩形導波管中のＴＥｎ０モードをＴＥ
０ｎ円形モードに変換することが可能である。
のＴＥ２０モードを用いて行うものである。図４では矩
形導波管中のＴＥ１０モードをＴＥ０１円形モードに変
換する場合と同様に、矩形導波管中のＴＥ２０モードを
ＴＥ０２円形モードに変換する場合を示したものであ
る。同様にして、矩形導波管中のＴＥｎ０モードをＴＥ
０ｎ円形モードに変換することが可能である。
【００１７】また、図６は導波管モードの変換をＴＥ３
０モードを用いて行う場合の一例を示している。図６に
示す様に、ＴＥ３０モードを伝搬可能な矩形の導波管３
中には図７（ａ）に示すような電界成分が存在する。図
からわかるように、矩形導波管の長辺の２点には電界が
存在していない。従って、図７（ａ）中の点Ｑを扇型の
中心点になるように導波管を変形させ（（ｂ）→
（ｃ））、その後中心角を図７（（ｃ）→（ｅ））に示
すように徐々に広げることにより、図７（ｅ）の様な円
形のＴＥ０２モードが形成可能となる。同様にして、矩
形導波管中のＴＥ２×ｍ＋１、０モードをＴＥ０、２×
ｍ−Ｋ円形モードに変換することが可能である。ここ
で、ｍはゼロ及び正数、Ｋはｍより小さい正数を表わ
す。
０モードを用いて行う場合の一例を示している。図６に
示す様に、ＴＥ３０モードを伝搬可能な矩形の導波管３
中には図７（ａ）に示すような電界成分が存在する。図
からわかるように、矩形導波管の長辺の２点には電界が
存在していない。従って、図７（ａ）中の点Ｑを扇型の
中心点になるように導波管を変形させ（（ｂ）→
（ｃ））、その後中心角を図７（（ｃ）→（ｅ））に示
すように徐々に広げることにより、図７（ｅ）の様な円
形のＴＥ０２モードが形成可能となる。同様にして、矩
形導波管中のＴＥ２×ｍ＋１、０モードをＴＥ０、２×
ｍ−Ｋ円形モードに変換することが可能である。ここ
で、ｍはゼロ及び正数、Ｋはｍより小さい正数を表わ
す。
【００１８】図１８に示すように矩形導波管中を伝搬す
る矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の導波管断面のｙ方
向の電界Ｅｙは、ｘ方向に正弦波状に分布しており導波
管中央が最大となる。図１〜７のモード変換用導波管に
おいて、矩形導波管の一部を円弧の中心点になるように
導波管を変形させた場合、導波管中を伝搬するマイクロ
波電力は一定なため、長辺（Ｈ面）間の距離を短くして
長辺同士を接触させると導波管内の電界強度は増大し、
大電力のマイクロ波を導入した際に電界強度の強い部分
でアーク放電等が発生し導波管を焼損することがある。
る矩形ＴＥ１０モードのマイクロ波の導波管断面のｙ方
向の電界Ｅｙは、ｘ方向に正弦波状に分布しており導波
管中央が最大となる。図１〜７のモード変換用導波管に
おいて、矩形導波管の一部を円弧の中心点になるように
導波管を変形させた場合、導波管中を伝搬するマイクロ
波電力は一定なため、長辺（Ｈ面）間の距離を短くして
長辺同士を接触させると導波管内の電界強度は増大し、
大電力のマイクロ波を導入した際に電界強度の強い部分
でアーク放電等が発生し導波管を焼損することがある。
【００１９】実験の結果、マイクロ波電力が３kW以上で
あると、放電による焼損が頻繁に生じることが確認され
ている。そこで、導波管の破損を生ずることなくプラズ
マ生成室にマイクロ波電力を導入するプラズマ処理装置
を提供することが必要となる。図８，９に、図１のモー
ド変換用導波管の２つの長辺を接触させることなくＴＥ
０１モードに変換させたものを示す。矩形導波管の形状
の２つの短辺のうち１辺を円弧状に、残りの１辺を円弧
の直径の一部になるようなモード変換用導波管を接続す
る。すなわちその変換用導波管により一般的な矩形導波
管中の伝搬モードであるＴＥ１０モードを一方の電気力
線に平行な面（Ｅ面）はそのままにもう一方の電気力線
に平行な面を（ｂ）→（ｃ）と扇型を広げ、（ｃ）→
（ｄ）のように円状にすると、（ｅ）に示すような円形
ＴＥ０１モードが得られる。同様に図２〜７のモード変
換用導波管に対してもそれぞれ図１０〜１５に示すよう
に、２つの長辺を接触させることなく円形ＴＥ０ｎモー
ドに変形可能である。
あると、放電による焼損が頻繁に生じることが確認され
ている。そこで、導波管の破損を生ずることなくプラズ
マ生成室にマイクロ波電力を導入するプラズマ処理装置
を提供することが必要となる。図８，９に、図１のモー
ド変換用導波管の２つの長辺を接触させることなくＴＥ
０１モードに変換させたものを示す。矩形導波管の形状
の２つの短辺のうち１辺を円弧状に、残りの１辺を円弧
の直径の一部になるようなモード変換用導波管を接続す
る。すなわちその変換用導波管により一般的な矩形導波
管中の伝搬モードであるＴＥ１０モードを一方の電気力
線に平行な面（Ｅ面）はそのままにもう一方の電気力線
に平行な面を（ｂ）→（ｃ）と扇型を広げ、（ｃ）→
（ｄ）のように円状にすると、（ｅ）に示すような円形
ＴＥ０１モードが得られる。同様に図２〜７のモード変
換用導波管に対してもそれぞれ図１０〜１５に示すよう
に、２つの長辺を接触させることなく円形ＴＥ０ｎモー
ドに変形可能である。
【００２０】図１〜１５のモード変換用導波管において
導波管を矩形から円形に変化させるときは連続的に変化
させた場合のみならず、導波管の断面を階段状に段差を
つけて不連続に変化させた場合もＴＥ０ｎ円形モードに
変換可能である。図１６に例として、図１のモード変換
用導波管を階段状に変化させたものを示す。モード変換
用導波管１０を階段状の構造にすることにより、該導波
管の製作を容易に行うことが可能となる。この場合、段
差部においてマイクロ波の反射が発生するため、マイク
ロ波を効率よくプラズマ生成室に伝搬するためには反射
を除去する必要がある。そのためには各段差部における
反射波同士の位相が逆位相となれば反射が押えられる。
すなわち段差の間隔ｄとマイクロ波の管内波長λｇとの
関係が となった時に反射波同士が逆位相となり、マイクロ波の
反射が押えられる。
導波管を矩形から円形に変化させるときは連続的に変化
させた場合のみならず、導波管の断面を階段状に段差を
つけて不連続に変化させた場合もＴＥ０ｎ円形モードに
変換可能である。図１６に例として、図１のモード変換
用導波管を階段状に変化させたものを示す。モード変換
用導波管１０を階段状の構造にすることにより、該導波
管の製作を容易に行うことが可能となる。この場合、段
差部においてマイクロ波の反射が発生するため、マイク
ロ波を効率よくプラズマ生成室に伝搬するためには反射
を除去する必要がある。そのためには各段差部における
反射波同士の位相が逆位相となれば反射が押えられる。
すなわち段差の間隔ｄとマイクロ波の管内波長λｇとの
関係が となった時に反射波同士が逆位相となり、マイクロ波の
反射が押えられる。
【００２１】本発明によるとＴＥ０ｎモードのマイクロ
波を積極的に利用することにより導波管の半径ａが次式
に示すように大きくでき大面積のプラズマ生成室に均一
にマイクロ波電力を投入できる。 ここに、χ′0nはＪ′0 （χ）＝０の根を表わし、
Ｊ′0 （χ）は０次の第２種ベッセル関数である。
波を積極的に利用することにより導波管の半径ａが次式
に示すように大きくでき大面積のプラズマ生成室に均一
にマイクロ波電力を投入できる。 ここに、χ′0nはＪ′0 （χ）＝０の根を表わし、
Ｊ′0 （χ）は０次の第２種ベッセル関数である。
【００２２】
【発明の効果】ＴＥ０１モードにおいてはマイクロ波遮
断波長λｃ、円筒導波管の半径ａに対し、λｃ＝１．６
４０ａの関係が成立するため従来のＴＥ１１モードのマ
イクロ波導波管寸法の２．０８倍の大型化が可能であ
る。更に、ＴＥ０２モードにおいてはλｃ＝０．８９６
ａ、ＴＥ０３モードにおいてはλｃ＝０．６１８ａの関
係が成立するため、それぞれＴＥ１１モードのマイクロ
波導波管寸法の３．８１倍、５．５２倍の大型化が可能
である。
断波長λｃ、円筒導波管の半径ａに対し、λｃ＝１．６
４０ａの関係が成立するため従来のＴＥ１１モードのマ
イクロ波導波管寸法の２．０８倍の大型化が可能であ
る。更に、ＴＥ０２モードにおいてはλｃ＝０．８９６
ａ、ＴＥ０３モードにおいてはλｃ＝０．６１８ａの関
係が成立するため、それぞれＴＥ１１モードのマイクロ
波導波管寸法の３．８１倍、５．５２倍の大型化が可能
である。
【００２３】以上説明したように、本発明は大面積のプ
ラズマ生成に適したようにマイクロ波の伝搬モードを制
御できるため、大面積のマイクロ波プラズマ処理が可能
となる。本発明によるマイクロ波プラズマ処理装置を用
いることによりエッチング、デポジション、スパッタ及
びイオンビームミキシング、イオン注入の各プロセスに
対し均一で大面積な処理を可能とする。
ラズマ生成に適したようにマイクロ波の伝搬モードを制
御できるため、大面積のマイクロ波プラズマ処理が可能
となる。本発明によるマイクロ波プラズマ処理装置を用
いることによりエッチング、デポジション、スパッタ及
びイオンビームミキシング、イオン注入の各プロセスに
対し均一で大面積な処理を可能とする。
【図１】ＴＥ１０矩形導波管をＴＥ０１円形導波管に変
換する実施例を示す図である。
換する実施例を示す図である。
【図２】ＴＥ２０矩形導波管をＴＥ０１円形導波管に変
換する実施例を示す図である。
換する実施例を示す図である。
【図３】図２の各箇所の断面図である。
【図４】ＴＥ２０矩形導波管をＴＥ０２円形導波管に変
換する実施例を示す図である。
換する実施例を示す図である。
【図５】図４の各箇所の断面図である。
【図６】ＴＥ３０矩形導波管をＴＥ０２円形導波管に変
換する実施例を示す図である。
換する実施例を示す図である。
【図７】図６の各箇所の断面図である。
【図８】ＴＥ１０矩形導波管をＴＥ０１円形導波管に変
換する他の実施例を示す図である。
換する他の実施例を示す図である。
【図９】図８の各箇所の断面図である。
【図１０】ＴＥ２０矩形導波管をＴＥ０１円形導波管に
変換する他の実施例を示す図である。
変換する他の実施例を示す図である。
【図１１】図１０の各箇所の断面図である。
【図１２】ＴＥ２０矩形導波管をＴＥ０２円形導波管に
変換する他の実施例を示す図である。
変換する他の実施例を示す図である。
【図１３】図１２の各箇所の断面図である。
【図１４】ＴＥ３０矩形導波管をＴＥ０２円形導波管に
変換する他の実施例を示す図である。
変換する他の実施例を示す図である。
【図１５】図１４の各箇所の断面図である。
【図１６】ＴＥ１０矩形導波管をＴＥ０１円形導波管に
変換する他の実施例を示す図である。
変換する他の実施例を示す図である。
【図１７】図１６の各箇所の断面図である。
【図１８】矩形導波管内の電界強度分布を示す図であ
る。
る。
【図１９】本発明による矩形導波管から大型円筒導波管
までの電磁界分布を示す図である。
までの電磁界分布を示す図である。
【図２０】従来のプラズマ処理装置の一例を示す図であ
る。
る。
【図２１】ＴＥ１０の矩形導波管の電磁界分布を示す図
である。
である。
【図２２】ＴＥ１０の矩形導波管を円形に変換した場合
の電磁界分布を示す図である。
の電磁界分布を示す図である。
【図２３】大面積プラズマ生成に関する先行技術の一例
を示す図である。
を示す図である。
【図２４】ＴＭ１１モードの電磁界分布を示す図であ
る。
る。
【図２５】ＴＭ０１モードの電磁界分布を示す図であ
る。
る。
【符号の説明】 １…プラズマ生成室 ２…マイクロ波導入窓 ３…マイクロ波導波管 ４…磁気コイル ５，６…ガス導入口 ７…プラズマ流 ８…試料台 ９…試料 １０…モード変換用導波管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河合 良信 福岡県福岡市城南区茶山３−23−51
Claims (1)
- 【請求項１】 マイクロ波電源に接続したマイクロ波導
波管とモード変換用導波管とプラズマ生成室とを接続し
て構成したプラズマ処理装置において、前記マイクロ波
電源との接続部から前記プラズマ生成室との接続部に至
るモード変換用導波管の断面形状を、そのＨ面は徐々に
直径或は半径の一部もしくは全部になるように変化させ
るとともに、そのＥ面の少くとも一方は円弧から円に変
化させて構成し、かゝるモード変換用導波管を少くとも
一つ設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/882,598 US5172083A (en) | 1991-05-14 | 1992-05-13 | Microwave plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-109383 | 1991-05-14 | ||
| JP10938391 | 1991-05-14 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0574592A true JPH0574592A (ja) | 1993-03-26 |
| JP2530793B2 JP2530793B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=14508851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4045391A Expired - Fee Related JP2530793B2 (ja) | 1991-05-14 | 1992-03-03 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2530793B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5874706A (en) * | 1996-09-26 | 1999-02-23 | Tokyo Electron Limited | Microwave plasma processing apparatus using a hybrid microwave having two different modes of oscillation or branched microwaves forming a concentric electric field |
| US6390018B1 (en) | 1996-05-31 | 2002-05-21 | Tokyo Electron Limited | Microwave plasma treatment apparatus |
| WO2013058379A1 (ja) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | 昭和電工株式会社 | マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法 |
| CN108232460A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-06-29 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种波束等化的小口径圆锥喇叭 |
| GB2593159A (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-22 | Univ Lancaster | Method and apparatus for supplying electromagnetic power to a plasma vessel |
-
1992
- 1992-03-03 JP JP4045391A patent/JP2530793B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6390018B1 (en) | 1996-05-31 | 2002-05-21 | Tokyo Electron Limited | Microwave plasma treatment apparatus |
| US5874706A (en) * | 1996-09-26 | 1999-02-23 | Tokyo Electron Limited | Microwave plasma processing apparatus using a hybrid microwave having two different modes of oscillation or branched microwaves forming a concentric electric field |
| WO2013058379A1 (ja) * | 2011-10-21 | 2013-04-25 | 昭和電工株式会社 | マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法 |
| JPWO2013058379A1 (ja) * | 2011-10-21 | 2015-04-02 | 昭和電工株式会社 | マイクロ波加熱装置及びマイクロ波加熱方法 |
| CN108232460A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-06-29 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种波束等化的小口径圆锥喇叭 |
| CN108232460B (zh) * | 2017-11-29 | 2024-04-12 | 安徽四创电子股份有限公司 | 一种波束等化的小口径圆锥喇叭 |
| GB2593159A (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-22 | Univ Lancaster | Method and apparatus for supplying electromagnetic power to a plasma vessel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2530793B2 (ja) | 1996-09-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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