JPH0834129B2 - Method and apparatus for generating microwave plasma - Google Patents

Method and apparatus for generating microwave plasma

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JPH0834129B2
JPH0834129B2 JP62015861A JP1586187A JPH0834129B2 JP H0834129 B2 JPH0834129 B2 JP H0834129B2 JP 62015861 A JP62015861 A JP 62015861A JP 1586187 A JP1586187 A JP 1586187A JP H0834129 B2 JPH0834129 B2 JP H0834129B2
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microwave
microwave oscillation
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plasma
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定 喜多
眞人 杉生
道夫 谷口
勇二 石田
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、半導体プラズマプロセスに用いるマイクロ
波プラズマ生成方法及びその装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a microwave plasma generation method and apparatus used in a semiconductor plasma process.

[従来の技術] マイクロ波プラズマは、完全に無電極放電であるため
に汚染が少ないので、半導体プラズマプロセスに欠かせ
ない重要なものとして、以前から注目されてきた。さら
に、マイクロ波プラズマは周波数が高いので、プラズマ
イオンを加速する割合が非常に小さく、イオンの運動エ
ネルギーの上昇を抑制することができるために、半導体
結晶基板表面のイオンダメージを受けないという優れた
特徴を有している。したがって、マイクロ波プラズマ
は、半導体製造、表面改質、薄膜形成等に広く応用され
ている。
[Prior Art] Microwave plasma has been attracting attention as an important one indispensable for a semiconductor plasma process since it is completely electrodeless discharge and therefore has little pollution. Further, since microwave plasma has a high frequency, the rate of accelerating plasma ions is very small, and the increase in kinetic energy of ions can be suppressed, so that it is excellent in that the surface of the semiconductor crystal substrate is not damaged. It has features. Therefore, microwave plasma is widely applied to semiconductor manufacturing, surface modification, thin film formation, and the like.

このようなマイクロ波プラズマ生成装置の従来の構成
を第6図に示す。同図は、とくに利用度の大きい有磁場
マイクロ波プラズマ生成装置を示し、同図において、1
は2.45GHZのマイクロ波発振源である。2は反射電力を
吸収するアイソレータ、3は送信電力及び反射電力を測
定するパワーモニタ、4はマイクロ波発振源側インピー
ダンスとプラズマ放電部側のインピーダンスとを整合す
るチューナー、5は方形導波管、6はコーナーであっ
て、これら2乃至6は導波経路10を構成する。方形導波
管5は、2.45GHZのマイクロ波のモードTE10基本モード
を通過させるための導波管であって、例えばWRJ−2.6が
使用されている。11は放電チャンバ12を形成する円筒導
波管がTE11モードのマイクロ波が通過できるようにする
ためのテーパ接続変換器であり、12はプラズマ放電部D
を発生させる放電チャンバである。13はプラズマを有効
に貯え、かつ電子のサイクロトロン運動を利用したプラ
ズマとマイクロ波との有効な結合をするための磁場を発
生させる電磁石である。14は被加工半導体Wを加工する
プラズマ生成チャンバであり、放電チャンバ12のガス供
給口12aから供給された加工用ガスを排出するガス排出
口14aが設けられている。このガスとしては、デポジシ
ョンの場合はシラン、アルゴン等のガスが使用され、エ
ッチングの場合はCF4等のガスが使用されている。
A conventional configuration of such a microwave plasma generator is shown in FIG. This figure shows a magnetic field microwave plasma generator with a high degree of utilization.
Is a 2.45GHZ microwave source. 2 is an isolator that absorbs reflected power, 3 is a power monitor that measures transmitted power and reflected power, 4 is a tuner that matches the impedance of the microwave oscillation source side and the impedance of the plasma discharge part side, 5 is a rectangular waveguide, Reference numeral 6 denotes a corner, and these 2 to 6 form a waveguide path 10. The rectangular waveguide 5 is a waveguide for passing the microwave mode TE10 fundamental mode of 2.45GHZ, and for example, WRJ-2.6 is used. Reference numeral 11 is a taper connection converter for allowing the TE 11 mode microwaves to pass through the cylindrical waveguide forming the discharge chamber 12, and 12 is the plasma discharge part D.
Is a discharge chamber for generating Reference numeral 13 is an electromagnet that effectively stores plasma and generates a magnetic field for effectively coupling plasma and microwave by utilizing electron cyclotron motion. Reference numeral 14 denotes a plasma generation chamber for processing the semiconductor W to be processed, and a gas discharge port 14a for discharging the processing gas supplied from the gas supply port 12a of the discharge chamber 12 is provided. As this gas, a gas such as silane or argon is used in the case of deposition, and a gas such as CF 4 is used in the case of etching.

[発明が解決しようとする問題点] 前述したマイクロ波プラズマ生成装置において、より
高い周波数のもとでは、より効果的なマイクロ波プラズ
マが得られる場合がある。これは、ガスの種類、プラズ
マ密度等の選定に依存しているが、その高い周波数のマ
イクロ波発振源として、例えば4.2GHZを使用する場合に
は、導波経路10の方形導波管5をWRJ−4に変更し、さ
らに放電チャンバ12を形成する円筒導波管をも4.2GHZの
基本モード用のものに変更しなければならなかった。す
なわち、従来のマイクロ波プラズマ生成装置は、導波管
と放電チャンバとのいずれもがマイクロ波の基本モード
に合せて設計されていた。そのために、使用するマイク
ロ波周波数を変更する毎に、マイクロ波発振源の取り換
えはもちろんのこと、導波経路10の全ての部品を取り換
える必要があり、結局、複数のシステムを準備しなけれ
ばならず、設備費及び設備場所を多く必要とする欠点が
あった。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above-described microwave plasma generation device, a more effective microwave plasma may be obtained under a higher frequency. This depends on the selection of gas type, plasma density, etc., but when using 4.2 GHz as the high frequency microwave oscillation source, for example, the rectangular waveguide 5 of the waveguide path 10 is used. It had to be changed to WRJ-4, and the cylindrical waveguide forming the discharge chamber 12 also had to be changed to one for the 4.2GHZ fundamental mode. That is, in the conventional microwave plasma generation device, both the waveguide and the discharge chamber were designed according to the fundamental mode of microwave. Therefore, every time the microwave frequency to be used is changed, it is necessary to replace not only the microwave oscillation source but also all the components of the waveguide path 10, and in the end, it is necessary to prepare a plurality of systems. However, there is a drawback that it requires a large amount of equipment cost and a lot of equipment space.

さらに、従来装置のもう一つの欠点は、使用するマイ
クロ波の周波数が高くなるにつれて、波長が短くなり、
そのために、基本モードを伝搬する導波管、とくに放電
チャンバの形状が小さくなるために、プラズマ生成チャ
ンバ14内のプラズマ放電部Dが小さくなる。したがっ
て、プラズマを利用するCVDやエッチングにおいて、プ
ロセスしうる半導体結晶基板のサイズを微小せざるを得
なくなり、年毎に、拡大を続けるSiウエハサイズを考慮
したときに、プラズマ放電部Dの減少は、大きな問題で
あって、その解決が望まれていた。
Furthermore, another drawback of the conventional device is that the higher the frequency of the microwave used, the shorter the wavelength,
Therefore, the shape of the waveguide that propagates the fundamental mode, particularly the shape of the discharge chamber, becomes smaller, and therefore the plasma discharge portion D in the plasma generation chamber 14 becomes smaller. Therefore, in CVD and etching using plasma, the size of the semiconductor crystal substrate that can be processed is inevitably made small, and when the Si wafer size that continues to expand is taken into consideration year by year, the reduction of the plasma discharge part D is It was a big problem, and its solution was desired.

[問題を解決するための手段] 発明の目的 本発明の目的は、一組のマイクロ波導波経路と放電チ
ャンバとを用いて、複数のマイクロ波発振源に共通に使
用できるマイクロ波プラズマ生成方法及びその装置を提
供することにより、設備費及び設置場所を節減し、かつ
被加工物の加工能力を向上することにある。
[Means for Solving the Problems] Object of the Invention An object of the present invention is to provide a microwave plasma generation method and a microwave plasma generation method that can be commonly used for a plurality of microwave oscillation sources by using a set of microwave waveguide paths and a discharge chamber. By providing the apparatus, it is possible to reduce the equipment cost and the installation place and improve the processing capability of the workpiece.

発明の構成 本発明は、異なる周波数のマイクロ波発振源を用いて
プラズマ生成を行う装置において、マイクロ波発振源だ
けを取り換え、導波経路及び放電チャンバはそのまま共
通に使用する多用途のマイクロ波プラズマ生成方法及び
その装置を提供するものである。
The present invention is a versatile microwave plasma in which only the microwave oscillation source is replaced and the waveguide path and the discharge chamber are commonly used in an apparatus for generating plasma using microwave oscillation sources of different frequencies. A generation method and an apparatus thereof are provided.

このために、導波経路の方形導波管5及び放電チャン
バ12のサイズを、使用する複数のマイクロ波発振源のう
ちの最低周波数のマイクロ波の基本モードに合せて設計
しておき、最低周波数より高い周波数のマイクロ波発振
源を使用するときは、同一導波経路をそのまま用いて、
この高い周波数のマイクロ波の基本モードのみを伝搬
(以下、オーバーサイズ伝搬という。)させる方式を採
用している。
For this purpose, the sizes of the rectangular waveguide 5 and the discharge chamber 12 of the waveguide path are designed in accordance with the fundamental mode of the microwave having the lowest frequency among the plurality of microwave oscillation sources used, and the minimum frequency is set. When using a microwave oscillator with a higher frequency, use the same waveguide path as it is,
A method of propagating only the fundamental mode of this high frequency microwave (hereinafter referred to as oversize propagation) is adopted.

オーバーサイズ伝搬方式は、高次モードが励起されや
すくなるという問題点もあるが、本発明においては、最
低周波数より高い周波数のマイクロ波発振源21と導波経
路10との接続を、傾斜のゆるいテーパガイド22で結合す
ることにより、高次のモードの励起を防止している。む
しろ、本発明のオーバーサイズ伝搬方式を利用する装置
においては、後述する第5図に示すように、周波数が極
端に高くならない限り、かえって導波管の損失が減少す
る利点がある。このように、本発明の方法及びその装置
は、オーバーサイズ伝搬方式を採用することによって、
プラズマ生成装置のマイクロ波発振源1又は21以外の導
波経路10及び放電チャンバ12を共通に使用できるように
したものである。
The oversize propagation method also has a problem that higher-order modes are easily excited, but in the present invention, the connection between the microwave oscillation source 21 having a frequency higher than the lowest frequency and the waveguide path 10 has a gentle slope. By coupling with the taper guide 22, excitation of higher order modes is prevented. Rather, in the device using the oversize propagation method of the present invention, as shown in FIG. 5 described later, there is an advantage that the loss of the waveguide is reduced unless the frequency becomes extremely high. As described above, the method and the apparatus of the present invention adopt the oversize propagation method,
The waveguide path 10 and the discharge chamber 12 other than the microwave oscillating source 1 or 21 of the plasma generator can be commonly used.

[実施例] 以下、第1図乃至第5図により、本発明のについて説
明する。
[Embodiment] The present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 5.

第1図は、本発明の方法を実施する装置の構成図であ
って、1は使用する2つの周波数のマイクロ波のうちの
低い方の周波数のマイクロ波を出力する第1のマイクロ
波発振源であって、例えば2.45GHZの300[W]のマグネ
トロンである。21は高い方の周波数のマイクロ波を出力
する第2のマイクロ波発振源であって、例えば4.2GHZの
300[W]のマグネトロンである。22はオーバーサイズ
発振源21に設けたテーパガイド、23はマイクロ波周波数
を切り換えるためのマイクロ波発振源切換器である。
FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for carrying out the method of the present invention, in which 1 is a first microwave oscillation source that outputs a microwave having a lower frequency of two microwaves used. And, for example, it is a 2.45GHZ 300 [W] magnetron. 21 is a second microwave oscillating source that outputs microwaves of a higher frequency, such as 4.2 GHz
It is a magnetron of 300 [W]. Reference numeral 22 is a taper guide provided in the oversized oscillation source 21, and 23 is a microwave oscillation source switching device for switching the microwave frequency.

2はアイソレータ、3はパワーモニタ、4はチューナ
ーであって、前述した従来装置と同様である。5は方形
導波管、6はコーナーであって、上記の2.45GHZの発振
源1と4.2GHZの発振源21とに共通使用するものであり、
本実施例においては、低い方の周波数2.45GHZに合せて
設計し、具体的には方形導波管WRJ−2.6(86.36×43.18
mm)を用い、高い方の周波数4.2GHZのマイクロ波に対し
てはオーバーサイズ伝搬をさせる。放電チャンバ12につ
いても、低い方の周波数2.45GHZに合せて設計し、具体
的には、内直径100mmの円筒導波管を用いる。11はコー
ナー6を形成する方形導波管と放電チャンバー12を形成
する円筒導波管とを接続し、方形導波管を伝搬してきた
TE10基本モードを、円筒導波管を伝搬するTE11基本モー
ドに変換するためのテーパ接続変換器である。12は放電
チャンバであって、円筒導波管で形成されたテーパ接続
変換器で変換されたTE11基本モードでマイクロ波が伝搬
し、プラズマ放電部Dを形成する。13は電磁石であっ
て、第6図において前述したようにプラズマ内に磁場を
印加する作用をしている。磁場の強さは、マイクロ波周
波数と電子サイクロトロン周波数とが略一致するように
選定する。マイクロ波周波数が2.45GHZの場合には、磁
場の強さが875ガウス程度になるように電磁石に流す電
流値を調整する。14は被加工半導体Wを収納するプラズ
マ生成チャンバであって、放電チャンバ12で発生したプ
ラズマ放電部Dが、このチャンバ内まで広がっている。
また、このチャンバ内には放電チャンバ12のガス供給口
12aから供給された加工用ガスを排出するガス排出口14a
を設けられている。
Reference numeral 2 is an isolator, 3 is a power monitor, and 4 is a tuner, which is similar to the above-described conventional apparatus. Reference numeral 5 is a rectangular waveguide, and 6 is a corner, which are commonly used for the 2.45GHZ oscillation source 1 and the 4.2GHZ oscillation source 21,
In this embodiment, it is designed according to the lower frequency of 2.45GHZ, specifically, the rectangular waveguide WRJ-2.6 (86.36 × 43.18).
mm) is used to cause oversize propagation for microwaves with a higher frequency of 4.2GHZ. The discharge chamber 12 is also designed according to the lower frequency of 2.45GHZ, and specifically, a cylindrical waveguide having an inner diameter of 100 mm is used. Reference numeral 11 connects the rectangular waveguide forming the corner 6 and the cylindrical waveguide forming the discharge chamber 12, and propagates through the rectangular waveguide.
A taper-connected converter for converting a TE10 fundamental mode into a TE11 fundamental mode propagating in a cylindrical waveguide. Reference numeral 12 denotes a discharge chamber, in which microwaves propagate in the TE11 fundamental mode converted by the taper connection converter formed by the cylindrical waveguide, and form the plasma discharge part D. Reference numeral 13 is an electromagnet, which acts to apply a magnetic field to the plasma as described above with reference to FIG. The strength of the magnetic field is selected so that the microwave frequency and the electron cyclotron frequency substantially match. When the microwave frequency is 2.45GHZ, adjust the value of the current flowing through the electromagnet so that the magnetic field strength is approximately 875 Gauss. Reference numeral 14 denotes a plasma generation chamber that accommodates the semiconductor W to be processed, and the plasma discharge part D generated in the discharge chamber 12 extends to this chamber.
In addition, the gas supply port of the discharge chamber 12 is provided in this chamber.
Gas outlet 14a for discharging the processing gas supplied from 12a
Is provided.

上記のマイクロ波発振源切換器23は、第1のマイクロ
波発振源1及び第2のマイクロ波発振源21に設けたテー
パガイド22と導波経路10のアイソレータ2との間に接続
されており、例えば第2図(A)に示すような構造にな
っている。31は第1のマイクロ波発振源1に接続される
第1の入力コネクタ、32は第2のマイクロ波発振源21に
設けたテーパガイド22に接続される第2の入力コネク
タ、33は第1及び第2の入力コネクタを取付けるコネク
タ取付板、34は導波経路10のアイソレータ2に接続され
る出力コネクタ、35は出力コネクタを取付ける出力コネ
クタ取付板、36及び37は入力コネクタ取付板33と出力コ
ネクタ取付板35とを固定支持する第1及び第2の取付板
支持アーム、38は第1の入力コネクタ31又は第2の入力
コネクタ32と出力コネクタ34との間を切り換えて接続す
る導波管、39は第1の入力コネクタ31と第2の入力コネ
クタ32とのセンターに設けられて入力コネクタ取付板33
に対して回転自在の入力側回転軸である。40は一端が入
力側回転軸39に固定され、他端にハンドル41が取りつけ
られ、ハンドル取付側に導波管38の一端38aが取りつけ
られた回転アームであって、このアームをハンドル41に
よって入力側回転軸39をセンターにして回動させること
によって、導波管38の一端38aが、第2図(A)に示す
第1のコネクタ31から、第2図(B)に示す第2のコネ
クタ32に接続される。42及び43は導波管38と第1のコネ
クタ31又は第2のコネクタ32とを接続して位置決め固定
を行う第1及び第2の位置決めボルトである。44は導波
管38の他端38bが固定され、ハンドル41の回動によっ
て、出力コネクタ取付板35に対して回転する出力側回転
軸である。
The microwave oscillation source switching device 23 is connected between the taper guide 22 provided on the first microwave oscillation source 1 and the second microwave oscillation source 21 and the isolator 2 of the waveguide path 10. For example, the structure is as shown in FIG. Reference numeral 31 is a first input connector connected to the first microwave oscillation source 1, 32 is a second input connector connected to a taper guide 22 provided on the second microwave oscillation source 21, and 33 is a first input connector. And a connector mounting plate for mounting the second input connector, 34 is an output connector connected to the isolator 2 of the waveguide path 10, 35 is an output connector mounting plate for mounting the output connector, and 36 and 37 are the input connector mounting plate 33 and the output. First and second mounting plate supporting arms that fixedly support the connector mounting plate 35, and 38 is a waveguide for switching and connecting between the first input connector 31 or the second input connector 32 and the output connector 34. , 39 are provided at the centers of the first input connector 31 and the second input connector 32, and are provided on the input connector mounting plate 33.
It is an input side rotating shaft that is rotatable with respect to. 40 is a rotary arm whose one end is fixed to the input side rotation shaft 39, the other end is attached with the handle 41, and the one end 38a of the waveguide 38 is attached to the handle attachment side, and this arm is input by the handle 41. By rotating the side rotation shaft 39 as a center, the one end 38a of the waveguide 38 is moved from the first connector 31 shown in FIG. 2 (A) to the second connector shown in FIG. 2 (B). Connected to 32. Reference numerals 42 and 43 are first and second positioning bolts for connecting the waveguide 38 and the first connector 31 or the second connector 32 for positioning and fixing. Reference numeral 44 denotes an output side rotation shaft to which the other end 38b of the waveguide 38 is fixed and which is rotated with respect to the output connector mounting plate 35 by the rotation of the handle 41.

この装置において、マイクロ波発振源切換器23を例え
ば第2図(A)に示す状態にして、従来装置と同様に低
い方の周波数2.45GHZのマイクロ波によりマイクロ波プ
ラズマを発生させ、被加工半導体Wを加工する。また、
マイクロ波発振源切換器23を例えば第2図(B)に示す
状態にして、高い方の周波数4.2GHZのマイクロ波を伝搬
させてもマイクロ波プラズマが得られ、被加工半導体W
を加工することができる。これは、サイズの大きな導波
経路10内を、高い方の周波数4.2GHZのマイクロ波が、低
い方の周波数2.45GHZのマイクロ波と同様に、TE10基本
モードを保ちながらオーバーサイズ伝搬したためであ
る。さらに、放電チャンバ12内でも同様に、高い方の周
波数4.2GHZのマイクロ波が、TE11モードのオーバーサイ
ズ伝搬をしている。ただし、第2のマイクロ波発振源21
を出射したマイクロ波を導波経路10に導くために、テー
パガイド22を用いていることが重要であり、これによっ
てTE10基本モードのオーバーサイズ伝搬を可能としてい
る。すなわち、テーパガイド22を使用することによっ
て、TE10基本モードのマイクロ波のみを伝搬させ、それ
よりも高次のTE20,TE30モードのマイクロ波を伝搬させ
ないようにするためである。
In this apparatus, the microwave oscillation source switching device 23 is set to the state shown in FIG. 2A, for example, and microwave plasma is generated by the microwave of the lower frequency of 2.45GHZ as in the conventional apparatus, and the semiconductor to be processed is processed. Process W. Also,
Microwave plasma can be obtained even when the microwave oscillation source switching device 23 is set to the state shown in FIG. 2 (B) and the microwave having the higher frequency of 4.2 GHz is propagated.
Can be processed. This is because the higher microwave of frequency 4.2GHZ propagated oversize while maintaining the TE10 fundamental mode in the large-sized waveguide path 10 like the microwave of lower frequency 2.45GHZ. Further, in the discharge chamber 12, similarly, the higher microwave of frequency 4.2GHZ propagates oversize in the TE11 mode. However, the second microwave oscillation source 21
It is important to use the taper guide 22 in order to guide the microwave emitted from the waveguide 10 to the waveguide path 10, and this enables oversize propagation of the TE10 fundamental mode. That is, by using the taper guide 22, only the microwave of the TE10 fundamental mode is propagated and the microwaves of TE20 and TE30 modes higher than the TE10 fundamental mode are not propagated.

つぎに、電子の回転の周期とマイクロ波の周期(周波
数の逆数)とを一致、すなわち、電子のサイクロトロン
共鳴をさせるために、この周波数のマイクロ波プラズマ
に対して、磁場強度を1500ガウスに高める必要があり、
そのために電磁石13に流す電流を増加させている。
Next, the magnetic field intensity is increased to 1500 gauss for microwave plasma of this frequency in order to match the period of electron rotation with the period of microwave (reciprocal of frequency), that is, to cause electron cyclotron resonance. Must be,
Therefore, the current flowing through the electromagnet 13 is increased.

本実施例の利点は、マイクロ波発振源を除いたプラ
ズマ生成装置を複数の周波数のマイクロ波に対して共通
に使用でき、また高い方の周波数4.2GHZのマイクロ波
に対しても、プラズマ放電部Dを大きくできるので、大
面積の半導体ウエハを少ない回数で加工することがで
き、さらにオーバーサイズ伝搬方式を用いているの
で、低い方の周波数より高い方の周波数のマイクロ波に
対する導波管の電力損失を小さくすることができる。そ
の理由は、つぎのとおりである。第3図は、方形導波管
WRJ−2.6内を伝搬するTE10モードのマイクロ波の導波の
状態を示している。第3図(A)に示す2.45GHZのマイ
クロ波伝搬の反射角度αにくらべて、第3図(B)に示
すように、4.2GHZのマイクロ波がオーバーサイズ伝搬す
る反射角度βの方が大きくなっているためである。方形
導波管5のWRJ−2.6内を伝搬するTE10モードの損失係数
は、 Rs〔1+(fc/f)〕/8.14〔1−(fc/f)0.5 で与えられる。ただし、カットオフ周波数fcは1.74GH
Z、導波管壁面抵抗Rsは(πfμ0/σ)0.5(ただし、σ
は導電率)である。上式においてマイクロ波周波数fが
4.2GHZのときの方が2.45GHZのときよりも損失係数が小
さくなる。
The advantage of this embodiment is that the plasma generator excluding the microwave oscillating source can be commonly used for microwaves of a plurality of frequencies, and the plasma discharge part can be used for microwaves of higher frequency 4.2GHZ. Since D can be increased, a large-area semiconductor wafer can be processed in a small number of times, and since the oversize propagation method is used, the power of the waveguide for the microwave of the higher frequency than the lower frequency can be processed. The loss can be reduced. The reason is as follows. Figure 3 shows a rectangular waveguide
The figure shows the state of guided wave of TE10 mode microwave propagating in WRJ-2.6. As shown in FIG. 3 (B), the reflection angle β at which the microwave of 4.2GHZ propagates oversize is larger than the reflection angle α of 2.45GHZ microwave propagation shown in FIG. 3 (A). It is because it has become. The loss coefficient of the TE10 mode propagating in the WRJ-2.6 of the rectangular waveguide 5 is given by Rs [1+ (fc / f) 2 ] /8.14 [1- (fc / f) 2 ] 0.5 . However, the cutoff frequency fc is 1.74GH
Z, the waveguide wall surface resistance Rs is (πfμ 0 / σ) 0.5 (where σ
Is the electrical conductivity). In the above equation, the microwave frequency f is
The loss factor at 4.2GHZ is smaller than that at 2.45GHZ.

つぎに、マイクロ波周波数fに対するTE10モードの損
失係数を第4図に示すが、オーバーサイズ電搬の4〜7G
HZ付近に損失係数の最低値が現われるので、本実施例で
は、この損失の少ない領域を使用している。第5図は、
放電チャンバ12を形成する円筒導波管のTE11モードの損
失係数を示している。同図において、円筒導波管の半径
αが8cm以下では、オーバーサイズ伝搬の4.2GHZのマイ
クロ波の損失の方が、2.45GHZのマイクロ波の損失より
小さくなるので、本実施例では、この領域を使用してい
る。
Next, Fig. 4 shows the loss coefficient of TE10 mode with respect to microwave frequency f.
Since the lowest value of the loss coefficient appears in the vicinity of HZ, this embodiment uses this low loss region. Figure 5 shows
6 shows the TE11 mode loss coefficient of a cylindrical waveguide forming the discharge chamber 12. In the figure, when the radius α of the cylindrical waveguide is 8 cm or less, the loss of 4.2 GHz microwave of oversize propagation is smaller than the loss of 2.45 GHz microwave. Are using.

本実施例においては、マイクロ波発振源を2個用いた
が、3個以上でもよい。また、マイクロ波周波数を切り
換えるためには、マイクロ波発振源を取り換える必要が
あるが、マイクロ波発振源切換器を用いることなく、そ
れぞれテーパガイドを接続したマイクロ波発振源をその
都度導波経路に着脱してもよい。
In this embodiment, two microwave oscillation sources are used, but three or more may be used. In addition, in order to switch the microwave frequency, it is necessary to replace the microwave oscillation source, but without using a microwave oscillation source switching device, the microwave oscillation sources connected to the respective taper guides should be connected to the waveguide path each time. You may remove it.

[発明の効果] 以上のように、本発明によれば、マイクロ波発振源を
除いたプラズマ生成装置を複数の周波数のマイクロ波に
対して共通に使用でき、また高い方の周波数4.25GHZの
マイクロ波に対しても、プラズマ放電部を大きくできる
ので、大面積の半導体ウエハを少ない回数で加工して、
半導体加工コストの低減化を図ることができ、さらにオ
ーバーサイズ伝搬方式を用いるので、低い方の周波数よ
り高い方の周波数のマイクロ波に対する導波管の電力損
失を小さくすることができる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the plasma generator excluding the microwave oscillation source can be commonly used for microwaves having a plurality of frequencies, and the microwave having a higher frequency of 4.25GHZ can be used. Since the plasma discharge part can be enlarged even against waves, a large area semiconductor wafer can be processed with a small number of times,
The semiconductor processing cost can be reduced, and since the oversize propagation method is used, the power loss of the waveguide with respect to the microwave of the higher frequency than the lower frequency can be reduced.

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

第1図は、本発明の方法を実施するマイクロ波プラズマ
生成装置の構成図である。 第2図(A)は、本発明の方法を実施する装置に使用す
るマイクロ波発振源切換器の構造を示す図、第2図
(B)は第2図(A)に示すハンドルを回動させて別の
状態にしたときのマイクロ波発振源切換器の構造を示す
図である。 第3図(A)は、2.45GHZのマイクロ波が導波管内を伝
搬する反射角度を示す図、第3図(B)は4.2GHZのマイ
クロ波が導波管内をオーバーサイズ伝搬したときの反射
角度を示す図である。 第4図は、本発明の方法を実施する装置の導波管内のマ
イクロ波伝搬による損失係数を示す線図である。 第5図は、本発明の方法を実施する装置の放電チャンバ
を形成する円筒導波管内のマイクロ波伝搬による損失係
数を示す線図である。 第6図は、従来のマイクロ波プラズマ生成装置の構成図
である。 1……第1のマイクロ波発振源 2……アイソレータ 5……方形導波管 10……導波経路 11……テーパ接続変換器 12……放電チャンバ 14……プラズマ生成チャンバ 21……第2のマイクロ波発振源 22……テーパガイド 23……マイクロ波発振源切換器 D……プラズマ放電部 W……被加工半導体
FIG. 1 is a block diagram of a microwave plasma generation apparatus for carrying out the method of the present invention. FIG. 2 (A) is a view showing the structure of a microwave oscillation source switching device used in an apparatus for carrying out the method of the present invention, and FIG. 2 (B) is a rotation of the handle shown in FIG. 2 (A). It is a figure which shows the structure of the microwave oscillation source switching device when it is made to be in another state. FIG. 3 (A) is a diagram showing a reflection angle at which a 2.45GHZ microwave propagates in the waveguide, and FIG. 3 (B) is a reflection when a 4.2GHZ microwave propagates oversize in the waveguide. It is a figure which shows an angle. FIG. 4 is a diagram showing a loss coefficient due to microwave propagation in a waveguide of a device for carrying out the method of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the loss factor due to microwave propagation in a cylindrical waveguide forming the discharge chamber of an apparatus for carrying out the method of the invention. FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional microwave plasma generation device. 1 ... First microwave oscillation source 2 ... Isolator 5 ... Square waveguide 10 ... Waveguide path 11 ... Taper connection converter 12 ... Discharge chamber 14 ... Plasma generation chamber 21 ... Second Microwave source 22 …… Taper guide 23 …… Microwave source switch D …… Plasma discharge part W …… Semiconductor to be processed

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 勇二 大阪府大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会社ダイヘン内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yuji Ishida 2-11-1, Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka City, Osaka Daihen Co., Ltd.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体プラズマプロセスに用いるマイクロ
波プラズマ生成装置において、相互に周波数の異なる複
数のマイクロ波発振源と、前記複数のマイクロ波発振源
のうち最低周波数のマイクロ波発振源の基本モード伝搬
に合せた導波経路と、前記複数のマイクロ波発振源のう
ちの他の周波数のマイクロ波発振源を前記導波経路の入
力端に接続するためのテーパガイドと、前記導波経路の
出力端に接続された放電チャンバと、前記放電チャンバ
に接続されたプラズマ生成チャンバとを具備して、前記
最低周波数のマイクロ波発振源と前記テーパガイドを接
続した前記他の周波数のマイクロ波発振源とを取り換え
て前記導波経路の入力端に接続することにより、異なる
周波数のマイクロ波でプラズマを生成させるマイクロ波
プラズマ生成方法。
1. A microwave plasma generator used in a semiconductor plasma process, wherein a plurality of microwave oscillation sources having mutually different frequencies, and a fundamental mode propagation of a microwave oscillation source having the lowest frequency among the plurality of microwave oscillation sources. A waveguide path, a taper guide for connecting a microwave oscillation source of another frequency of the plurality of microwave oscillation sources to an input end of the waveguide path, and an output end of the waveguide path. A discharge chamber connected to the discharge chamber and a plasma generation chamber connected to the discharge chamber, and a microwave oscillation source having the lowest frequency and a microwave oscillation source having the other frequency to which the taper guide is connected. A microwave plasma generation method for generating plasma with microwaves of different frequencies by replacing and connecting to the input end of the waveguide path
【請求項2】半導体プラズマプロセスに用いるマイクロ
波プラズマ生成装置において、相互に周波数の異なる複
数のマイクロ波発振源と、前記複数のマイクロ波発振源
のうち最低周波数のマイクロ波発振源の基本モード伝搬
に合せた導波経路と、前記複数のマイクロ波発振源のう
ちの他の周波数のマイクロ波発振源を前記導波経路の入
力端に接続するためのテーパガイドと、前記導波経路の
出力端に接続された放電チャンバと、前記放電チャンバ
に接続されたプラズマ生成チャンバと、前記最低周波数
のマイクロ波発振源と前記テーパガイドを接続した前記
他の周波数のマイクロ波発振源とを切り換えて前記導波
経路の入力端に接続するマイクロ波発振源切換器とを具
備したマイクロ波プラズマ生成装置。
2. A microwave plasma generation device used in a semiconductor plasma process, wherein a plurality of microwave oscillation sources having different frequencies and a fundamental mode propagation of the microwave oscillation source having the lowest frequency among the plurality of microwave oscillation sources. A waveguide path, a taper guide for connecting a microwave oscillation source of another frequency of the plurality of microwave oscillation sources to an input end of the waveguide path, and an output end of the waveguide path. The discharge chamber connected to the discharge chamber, the plasma generation chamber connected to the discharge chamber, the microwave oscillation source of the lowest frequency and the microwave oscillation source of the other frequency to which the taper guide is connected, and the conduction is performed. A microwave plasma generation device comprising: a microwave oscillation source switching device connected to an input end of a wave path.
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