JPH06287761A - 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
- Publication number
- JPH06287761A JPH06287761A JP5096925A JP9692593A JPH06287761A JP H06287761 A JPH06287761 A JP H06287761A JP 5096925 A JP5096925 A JP 5096925A JP 9692593 A JP9692593 A JP 9692593A JP H06287761 A JPH06287761 A JP H06287761A
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- JP
- Japan
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- plasma
- microwave
- waveguide
- mode
- circular
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- Plasma Technology (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波をＴＥ０１円形モードに変換して
プラズマ生成室に導入するモード変換用導波管を有する
プラズマ処理装置において、基板に均一に処理を施すこ
とを可能とする。 【構成】 ＴＥ０１円形モード変換用導波管の中心軸上
にプラズマ生成ガスの導入管を設置する。 【効果】 プラズマ生成室中央部のプラズマ密度を増加
させ、均一なプラズマを生成させることができる。
プラズマ生成室に導入するモード変換用導波管を有する
プラズマ処理装置において、基板に均一に処理を施すこ
とを可能とする。 【構成】 ＴＥ０１円形モード変換用導波管の中心軸上
にプラズマ生成ガスの導入管を設置する。 【効果】 プラズマ生成室中央部のプラズマ密度を増加
させ、均一なプラズマを生成させることができる。
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均一な処理に適したマ
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均一な処理に適したマ
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
ンタミネータションが低減できるため、重要視されてき
ている。また、マイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）プラズマ放電は、低圧力（１０-4torr
台）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
ンタミネータションが低減できるため、重要視されてき
ている。また、マイクロ波を用いた電子サイクロトロン
共鳴（ＥＣＲ）プラズマ放電は、低圧力（１０-4torr
台）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６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２．４５Ｇ
Ｈｚ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は断面形状が９６ｍｍ×２７ｍｍ或いは１０
９ｍｍ×５４ｍｍの矩形の導波管が用いられる。また、
プラズマ生成室４の寸法は内径２００ｍｍ程度である。
マイクロ波導波管３を経由してプラズマ生成室４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。
磁気コイル５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
て拡散する。
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２．４５Ｇ
Ｈｚ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は断面形状が９６ｍｍ×２７ｍｍ或いは１０
９ｍｍ×５４ｍｍの矩形の導波管が用いられる。また、
プラズマ生成室４の寸法は内径２００ｍｍ程度である。
マイクロ波導波管３を経由してプラズマ生成室４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。
磁気コイル５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
て拡散する。
【０００４】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。この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、マイ
クロ波導波管３を介してプラズマ生成室４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４が
矩形の場合マイクロ波のモードは矩形ＴＥ１０モードで
あり、プラズマ生成室４が円形の場合マイクロ波のモー
ドは円形ＴＥ１１モードが発生する。
ズマによりＣＶＤ、エッチング等の基板の処理が行え
る。この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、マイ
クロ波導波管３を介してプラズマ生成室４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４が
矩形の場合マイクロ波のモードは矩形ＴＥ１０モードで
あり、プラズマ生成室４が円形の場合マイクロ波のモー
ドは円形ＴＥ１１モードが発生する。
【０００５】前記従来技術より大面積なマイクロ波プラ
ズマの生成を可能とする技術として、例えば特願平０２
−２２２３９９号に述べられているようにマイクロ波の
モードをＴＥ０１円形モードに制御する技術がある。こ
の先行技術によれば、図７に示すように矩形導波管より
ＴＥ０１円形モードを生成するモード変換用導波管を設
けることにより従来のＴＥ１１モードより２倍以上の導
波管の大型化を可能にし大面積のプラズマ生成を行うこ
とができる。この先行技術によれば、図２に示すような
ＴＥ０１円形モードの形成が可能である。
ズマの生成を可能とする技術として、例えば特願平０２
−２２２３９９号に述べられているようにマイクロ波の
モードをＴＥ０１円形モードに制御する技術がある。こ
の先行技術によれば、図７に示すように矩形導波管より
ＴＥ０１円形モードを生成するモード変換用導波管を設
けることにより従来のＴＥ１１モードより２倍以上の導
波管の大型化を可能にし大面積のプラズマ生成を行うこ
とができる。この先行技術によれば、図２に示すような
ＴＥ０１円形モードの形成が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】先行技術の一例を示し
た図７に於いて、ＴＥ０１円形モードのマイクロ波はマ
イクロ波導入窓６を通過した時、その電界強度は図４に
示すようにプラズマ生成室４の中央部で０となる。従っ
て生成するプラズマ密度もマイクロ波の電界強度分布に
従い、図５（ｂ）のようにプラズマ生成室４中央部で小
さくなる傾向がある。そのためプラズマ生成室４内で均
一なプラズマを生成し難く、均一性の良い成膜またはエ
ツチングを行うことができない。
た図７に於いて、ＴＥ０１円形モードのマイクロ波はマ
イクロ波導入窓６を通過した時、その電界強度は図４に
示すようにプラズマ生成室４の中央部で０となる。従っ
て生成するプラズマ密度もマイクロ波の電界強度分布に
従い、図５（ｂ）のようにプラズマ生成室４中央部で小
さくなる傾向がある。そのためプラズマ生成室４内で均
一なプラズマを生成し難く、均一性の良い成膜またはエ
ツチングを行うことができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、このよ
うな課題は、マイクロ波電源に至る矩形導波管に接続さ
れた、ＴＥ０１円形モードを生成するモード変換用導波
管と、該モード変換用導波管に接続されたプラズマ生成
室と、該プラズマ生成室に結合されたプラズマ処理室と
を有するマイクロ波プラズマ処理装置に於いて、前記Ｔ
Ｅ０１円形モード変換用導波管の中心軸上にプラズマ生
成ガスの導入管を設けたことを特徴とするマイクロ波プ
ラズマ処理装置を提供することにより達成される。
うな課題は、マイクロ波電源に至る矩形導波管に接続さ
れた、ＴＥ０１円形モードを生成するモード変換用導波
管と、該モード変換用導波管に接続されたプラズマ生成
室と、該プラズマ生成室に結合されたプラズマ処理室と
を有するマイクロ波プラズマ処理装置に於いて、前記Ｔ
Ｅ０１円形モード変換用導波管の中心軸上にプラズマ生
成ガスの導入管を設けたことを特徴とするマイクロ波プ
ラズマ処理装置を提供することにより達成される。
【０００８】
【作用】ＴＥ０１円形モード変換用導波管を有するプラ
ズマ処理装置に於いて、プラズマ生成室の中心部にプラ
ズマ生成ガスを直接導入し、該中心部のガスの密度を増
加させることによりプラズマ密度を増加させ。その結果
プラズマ生成室に均一なプラズマを生成させることがで
きる。
ズマ処理装置に於いて、プラズマ生成室の中心部にプラ
ズマ生成ガスを直接導入し、該中心部のガスの密度を増
加させることによりプラズマ密度を増加させ。その結果
プラズマ生成室に均一なプラズマを生成させることがで
きる。
【０００９】
【実施例】図１は本発明の実施例を示したものである。
図１ではプラズマ生成室に導入するマイクロ波としてＴ
Ｅ０１円形モードを使用している。モード変換器１は矩
形のＴＥ１０矩形モードのマイクロ波をＴＥ０１円形モ
ードに変換している。図２はモード変換器１内の電気力
線を示したものである。ＴＥ１０矩形モードから（ａ）
→（ｂ）→（ｃ）のように変形することで、電気力線に
平行な面（Ｅ面）を円弧状にする。更に、（ｃ）→
（ｄ）→（ｅ）と徐々に広げていくことでＴＥ０１円形
モードが発生する。径方向位置ｒでのＴＥ０１円形モー
ドの電界強度Ｅは０次のベッセル関数の導関数Ｊ0′
（ｘ）を用いた式で表される。 Ｅ＝ｊ（λｃ／λ）ζＪ0′（３．８２・ｒ／ａ） …（１）
図１ではプラズマ生成室に導入するマイクロ波としてＴ
Ｅ０１円形モードを使用している。モード変換器１は矩
形のＴＥ１０矩形モードのマイクロ波をＴＥ０１円形モ
ードに変換している。図２はモード変換器１内の電気力
線を示したものである。ＴＥ１０矩形モードから（ａ）
→（ｂ）→（ｃ）のように変形することで、電気力線に
平行な面（Ｅ面）を円弧状にする。更に、（ｃ）→
（ｄ）→（ｅ）と徐々に広げていくことでＴＥ０１円形
モードが発生する。径方向位置ｒでのＴＥ０１円形モー
ドの電界強度Ｅは０次のベッセル関数の導関数Ｊ0′
（ｘ）を用いた式で表される。 Ｅ＝ｊ（λｃ／λ）ζＪ0′（３．８２・ｒ／ａ） …（１）
【００１０】ここで、ｊは虚数単位、λは伝搬波長、λ
ｃ遮断波長、ζはプラズマの固有インピーダンス、ａは
導波管の半径、ｒは導波管の断面での径方向の中心から
の距離、Ｊ0′（ｘ）はｘに関する０次のベッセル関数
の導関数である。
ｃ遮断波長、ζはプラズマの固有インピーダンス、ａは
導波管の半径、ｒは導波管の断面での径方向の中心から
の距離、Ｊ0′（ｘ）はｘに関する０次のベッセル関数
の導関数である。
【００１１】式（１）より、ｒ＝０即ち中心軸上で電界
強度が０になる。従ってこの部分に導体からなるガス導
入管２を設置してもＴＥ０１円形モードのマイクロ波電
界は影響を受けない。この導体からなるガス導入管２を
設置することにより、マイクロ波電界を乱すことなくプ
ラズマ生成室４の中心部にプラズマ生成ガスを導入する
ことが可能となる。
強度が０になる。従ってこの部分に導体からなるガス導
入管２を設置してもＴＥ０１円形モードのマイクロ波電
界は影響を受けない。この導体からなるガス導入管２を
設置することにより、マイクロ波電界を乱すことなくプ
ラズマ生成室４の中心部にプラズマ生成ガスを導入する
ことが可能となる。
【００１２】図３は本発明によりＥＣＲプラズマ装置の
一例である。モード変換器１によりマイクロ波をＴＥ１
０矩形モードからＴＥ０１円形モードに変換してプラズ
マ生成室４に導入しており、モード変換器１の中心軸上
にガス導入管２を設置している。プラズマ生成ガスをこ
の導入管２よりプラズマ生成室４に導入しているため、
プラズマ生成室４中央部のガス濃度が増加し、図５
（ａ）のように径方向のプラズマ密度分布を均一にする
ことができる。尚、電界が０でない部分に導体からなる
管を設けると、マイクロ波のモードが変化し、マイクロ
波の伝搬効率、プラズマ密度の均一性が失われる。
一例である。モード変換器１によりマイクロ波をＴＥ１
０矩形モードからＴＥ０１円形モードに変換してプラズ
マ生成室４に導入しており、モード変換器１の中心軸上
にガス導入管２を設置している。プラズマ生成ガスをこ
の導入管２よりプラズマ生成室４に導入しているため、
プラズマ生成室４中央部のガス濃度が増加し、図５
（ａ）のように径方向のプラズマ密度分布を均一にする
ことができる。尚、電界が０でない部分に導体からなる
管を設けると、マイクロ波のモードが変化し、マイクロ
波の伝搬効率、プラズマ密度の均一性が失われる。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、ＴＥ０１円形モードの
マイクロ波において電界が０となる導波管の中心軸上に
ガス導入管を設置しガス導入を行うことでプラズマ密度
の増加を図ることができる。そのため、プラズマ生成室
内に均一にプラズマを発生させることができ、均一性の
良い基板の処理を行うことができる。
マイクロ波において電界が０となる導波管の中心軸上に
ガス導入管を設置しガス導入を行うことでプラズマ密度
の増加を図ることができる。そのため、プラズマ生成室
内に均一にプラズマを発生させることができ、均一性の
良い基板の処理を行うことができる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）からなり、本発明に基づくモ
ード変換用導波管を斜め側方及び端面方向から見た概念
的ダイヤグラム図である。
ード変換用導波管を斜め側方及び端面方向から見た概念
的ダイヤグラム図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）か
らなり、モード変換器内の各部の電界を示すダイヤグラ
ム図である。
らなり、モード変換器内の各部の電界を示すダイヤグラ
ム図である。
【図３】本発明に基づくＥＣＲプラズマ処理装置のダイ
ヤグラム図である。
ヤグラム図である。
【図４】ＴＥ０１円形モードのマイクロ波の電界強度分
布を示すグラフである。
布を示すグラフである。
【図５】（ａ）及び（ｂ）からなり、本発明及び従来技
術によるプラズマ密度の概念的分布を示すグラフであ
る。
術によるプラズマ密度の概念的分布を示すグラフであ
る。
【図６】従来のプラズマ処理装置の一例を示すダイヤグ
ラム図である。
ラム図である。
【図７】ＴＥ０１円形モードの変換用導波管を用いたマ
イクロ波プラズマ処理装置に関する先行技術の一例を示
すダイヤグラム図である。
イクロ波プラズマ処理装置に関する先行技術の一例を示
すダイヤグラム図である。
１ モード変換用導波管 ２ ガス導入管 ３ マイクロ波導波管 ４ プラズマ生成室 ５ 磁気コイル ６ マイクロ波導入窓 ７ プラズマ流 ８ 試料台 ９ 試料 １０ プラズマ処理室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｈ 1/46 9014−2Ｇ
Claims (1)
- 【請求項１】マイクロ波電源に至る矩形導波管に接続さ
れた、ＴＥ０１円形モードを生成するモード変換用導波
管と、該モード変換用導波管に接続されたプラズマ生成
室と、該プラズマ生成室に結合されたプラズマ処理室と
を有するマイクロ波プラズマ処理装置に於いて、 前記ＴＥ０１円形モード変換用導波管の中心軸上にプラ
ズマ生成ガスの導入管を設けたことを特徴とするマイク
ロ波プラズマ処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096925A JPH06287761A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5096925A JPH06287761A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06287761A true JPH06287761A (ja) | 1994-10-11 |
Family
ID=14177935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5096925A Withdrawn JPH06287761A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | マイクロ波プラズマ処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06287761A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| WO2021181102A1 (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-16 | Lancaster University | Improvements in and relating to plasma furnaces |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP5096925A patent/JPH06287761A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| WO2021181102A1 (en) * | 2020-03-12 | 2021-09-16 | Lancaster University | Improvements in and relating to plasma furnaces |
| 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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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000530 |