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

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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
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5096925A
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English (en)
Inventor
Ryuji Koga
隆二 古賀
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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)
【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。
【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。
【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。
【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。
【図面の簡単な説明】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【符号の説明】
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)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP5096925A 1993-03-30 1993-03-30 マイクロ波プラズマ処理装置 Withdrawn JPH06287761A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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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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