JPH1012594A - Plasma treatment device with slot antenna - Google Patents
Plasma treatment device with slot antennaInfo
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- JPH1012594A JPH1012594A JP8159508A JP15950896A JPH1012594A JP H1012594 A JPH1012594 A JP H1012594A JP 8159508 A JP8159508 A JP 8159508A JP 15950896 A JP15950896 A JP 15950896A JP H1012594 A JPH1012594 A JP H1012594A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はスロットアンテナを
有するプラズマ処理装置に係り、特に半導体素子基板等
の試料をマイクロ波プラズマを用いてエッチング及び成
膜等の処理を施すのに好適なスロットアンテナを有する
プラズマ処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus having a slot antenna, and more particularly to a plasma processing apparatus having a slot antenna suitable for etching and film-forming a sample such as a semiconductor element substrate using microwave plasma. The present invention relates to a plasma processing apparatus having the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のスロットアンテナを用いた装置
は、例えば、特開平6−48287号公報に記載のよう
に、円筒型の空洞共振器を用い、空洞共振器の底部に流
れる表面電流と垂直の方向にスロットアンテナを配置し
ていた。このことにより、空洞共振器内のマイクロ波モ
ードと同じモードのマイクロ波をスロットアンテナによ
り放射し、プラズマを生成するよう構成されていた。2. Description of the Related Art A conventional device using a slot antenna uses a cylindrical cavity resonator as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-48287, for example, and is perpendicular to the surface current flowing through the bottom of the cavity resonator. The slot antenna was arranged in the direction of. Thus, the microwaves in the same mode as the microwave mode in the cavity resonator are radiated by the slot antenna to generate plasma.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、プラ
ズマの均一性を制御しやすいスロットアンテナを有する
プラズマ処理装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus having a slot antenna which can easily control the uniformity of plasma.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、TEMモードのマイクロ波を同軸型空洞共振器内に
励振し、そして空洞共振器底部に設けたスロットアンテ
ナを、空洞共振器底部に流れる表面電流の方向と平行で
も垂直でもない角度で、リング状に配置したものであ
る。In order to achieve the above object, a TEM mode microwave is excited in a coaxial cavity resonator, and a slot antenna provided at the bottom of the cavity resonator is provided at the bottom of the cavity resonator. They are arranged in a ring at an angle that is neither parallel nor perpendicular to the direction of the flowing surface current.
【0005】TEMモードの空洞共振器の底部壁面には
放射状に、つまり径方向に表面電流が流れる。スロット
アンテナを表面電流の方向と平行でも垂直でもないある
一定の角度で交わるように、そしてリング状に配置する
ようにすると、径方向および周方向のマイクロ波電界が
スロットアンテナより放射される。すなわち、TEonモ
ードとTMomモード(m,nは正の整数)の混在したマ
イクロ波が放射される。したがって、スロットアンテナ
と前記表面電流の交わる角度を変更することにより、T
EonモードとTMomモード(m,nは正の整数)の比を
変更できるので、生成されるマイクロ波プラズマの均一
性を容易に制御できる。A surface current flows radially, that is, in the radial direction on the bottom wall surface of the cavity resonator in the TEM mode. If the slot antenna is arranged so as to intersect at a certain angle that is neither parallel nor perpendicular to the direction of the surface current, and is arranged in a ring shape, radial and circumferential microwave electric fields are radiated from the slot antenna. That is, microwaves in which the TE on mode and the TM om mode (m and n are positive integers) are mixed are emitted. Therefore, by changing the angle at which the slot antenna and the surface current intersect, T
Since E (is m, n a positive integer) on mode and TM om modes can change the ratio of, it can be easily controlled uniformity of the generated microwave plasma.
【0006】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1お
よび図2により説明する。図1は、本発明のプラズマ処
理装置の一実施例である有磁場マイクロ波ドライエッチ
ング装置を示す。容器1a、放電管1b及び石英窓2で
区画された処理室1の内部を真空排気装置(図示省略)
により減圧した後、ガス供給装置(図示省略)によりエ
ッチングガスを処理室1内に導入し、所望の圧力に調整
する。また、処理室1は、コイル3により生成される磁
場領域内にある。マグネトロン4から発振された、この
場合、2.45GHzのマイクロ波は、導波管5、同軸
導波管変換器6、整合室7内を伝播し、同軸型空洞共振
器8内に導入される。同軸型空洞共振器8の底面にはス
ロットアンテナ9が設けられている。スロットアンテナ
9より放射されたマイクロ波は、石英窓2を透過し、石
英窓2内を透過する間に特定のモードを形成し、その
後、処理室1内に入射される。石英窓2は、スロットア
ンテナ9から局部的に放射されたマイクロ波が石英窓2
内を通過する間に特定モードを形成するように必要な厚
みを有している。なお、特定モードのマイクロ波を形成
するためには、処理室内にマイクロ波が導入されるまで
に必要な距離の伝播空間を有していれば良いので、必ず
しも石英窓2の厚さを厚くするだけの手段によらなくて
も良い。このマイクロ波によって生成されたプラズマよ
り、試料台10に配置されたウエハ11がエッチング処
理される。またウエハ11のエッチング形状を制御する
ため、試料台10には整合器を介して高周波電源12が
接続され、高周波電圧を印加可能になっいてる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 shows a magnetic field microwave dry etching apparatus which is an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. The inside of the processing chamber 1 partitioned by the container 1a, the discharge tube 1b and the quartz window 2 is evacuated (not shown).
After the pressure is reduced, an etching gas is introduced into the processing chamber 1 by a gas supply device (not shown) and adjusted to a desired pressure. Further, the processing chamber 1 is in a magnetic field region generated by the coil 3. In this case, the microwave of 2.45 GHz oscillated from the magnetron 4 propagates through the waveguide 5, the coaxial waveguide converter 6, the matching chamber 7, and is introduced into the coaxial cavity resonator 8. . A slot antenna 9 is provided on the bottom surface of the coaxial cavity resonator 8. The microwave radiated from the slot antenna 9 transmits through the quartz window 2, forms a specific mode while transmitting through the quartz window 2, and then enters the processing chamber 1. The quartz window 2 is provided with a microwave locally radiated from the slot antenna 9.
Has a thickness necessary to form a specific mode while passing through the inside. In order to form a microwave of a specific mode, the thickness of the quartz window 2 is not necessarily increased because it is sufficient that the processing chamber has a propagation space of a necessary distance until the microwave is introduced into the processing chamber. It is not necessary to use only means. The wafer 11 placed on the sample stage 10 is etched by the plasma generated by the microwave. To control the etching shape of the wafer 11, a high frequency power supply 12 is connected to the sample stage 10 via a matching device so that a high frequency voltage can be applied.
【0007】本実施例の場合、同軸型空洞共振器8を用
いることにより、空洞共振器内にはTEMモードを容易
に励振できるという効果がある。In this embodiment, the use of the coaxial cavity resonator 8 has an effect that the TEM mode can be easily excited in the cavity resonator.
【0008】TEMモードの同軸型空洞共振器8の底部
には、図2に示すように、中心から径方向に、放射状の
表面電流が流れる。図4に示すように、表面電流の方向
に対し直角にスロットアンテナ9長手方向を配置した場
合には、径方向の電界がスロットアンテナ9内に生じる
ため、処理室1へは、TM01モードのマイクロ波が放射
される。図示を省略するが、表面電流と平行にスロット
アンテナ9を配置した場合には、スロットアンテナ9内
に生じる電界強度が弱く、処理室1へはマイクロ波がほ
とんど放射されない。図2に示すように、スロットアン
テナ9を表面電流に対し、直角でも平行でもない角度で
配置した場合には、スロットアンテナ9内には、径方向
の電界Erと周方向の電界Eθが、スロットアンテナ9
と表面電流との角度に応じた割合で生じる。したがっ
て、処理室1へは、TM01モードとTE01モードの混在
したマイクロ波が放射される。TE01モードのマイクロ
波、導波管径の約1/2の箇所で最も電界強度が大きく
なるため、図2に示すようにスロットアンテナ9をリン
グ状に配置するリング径φcを処理室1の内径の約1/
2にすると効率良く、TE01モードのマイクロ波が放射
される。スロットアンテナ9と表面電流との角度45度
とし、前記φcを処理室1の内径の約1/2とすると処
理室1へはTM01モードおよびTE01モードはともに軸
対称の電界強度分布を有しており、前述のようにこれら
モードの混在したマイクロ波を処理室1に投入すること
により、軸対称分布をしたプラズマを容易に生成できる
という効果がある。生成されるプラズマは、外周部であ
る処理室1の壁面では大きく損失するが、中央部中心軸
上では損失は少ない。したがって、リング状にプラズマ
生成領域を設けることにより、広範囲で均一なプラズマ
が容易に生成される。TM01モードとTE01モードの混
在したマイクロ波を投入することにより、リング状にプ
ラズマ生成領域を設けることができ、またTM01モード
とTE01モードの比率を変更することにより、リング状
プラズマ生成領域のリング径を変更でき、プラズマ均一
性を制御できる。前述のように、TM01モードとTE01
モードの比率の変更は、スロットアンテナ9と表面電流
との交わる角度の変更、あるいはスロットアンテナ9の
形状、あるいはスロットアンテナ9の位置により変更で
きる。As shown in FIG. 2, a radial surface current flows radially from the center of the TEM mode coaxial cavity resonator 8 as shown in FIG. As shown in FIG. 4, when the relative direction of the surface current is arranged at right angles to the slot antenna 9 longitudinally since the electric field in the radial direction is generated in the slot antenna 9, it is to the processing chamber 1, TM 01 mode Microwaves are emitted. Although illustration is omitted, when the slot antenna 9 is arranged in parallel with the surface current, the electric field intensity generated in the slot antenna 9 is weak, and the microwave is hardly radiated to the processing chamber 1. As shown in FIG. 2, when the slot antenna 9 is arranged at an angle that is neither perpendicular nor parallel to the surface current, a radial electric field Er and a circumferential electric field Eθ are formed in the slot antenna 9. Antenna 9
And the surface current at a rate corresponding to the angle. Therefore, a microwave in which the TM 01 mode and the TE 01 mode are mixed is radiated to the processing chamber 1. TE 01 mode microwave, for most field intensity at about 1/2 of the portion of the waveguide diameter increases, the processing chamber 1 the ring diameter φc of placing the slot antenna 9 in a ring shape as shown in FIG. 2 About 1 / of inner diameter
When the 2 efficiently, microwaves TE 01 mode is emitted. A 45-degree angle between the slot antenna 9 and the surface current, have a about 1/2 and the electric field intensity distribution of the TM 01 mode and the TE 01 mode are both axisymmetric to the processing chamber 1 of the inner diameter of the processing chamber 1 the φc As described above, by supplying a microwave mixed with these modes to the processing chamber 1, there is an effect that plasma having an axially symmetric distribution can be easily generated. The generated plasma has a large loss on the outer peripheral wall surface of the processing chamber 1, but has a small loss on the central axis. Therefore, by providing the ring-shaped plasma generation region, uniform plasma over a wide range can be easily generated. By placing the mixed microwave of TM 01 mode and the TE 01 mode, can be provided with a plasma generation region in a ring shape, and by changing the ratio of TM 01 mode and the TE 01 mode, the ring-shaped plasma generation The ring diameter of the region can be changed, and the plasma uniformity can be controlled. As described above, TM 01 mode and TE 01
The mode ratio can be changed by changing the angle at which the slot antenna 9 intersects with the surface current, or by changing the shape of the slot antenna 9 or the position of the slot antenna 9.
【0009】本発明の第2の実施例を図3により説明す
る。本実施例では、マグネトロン4のかわりに高周波電
源13を用いている。高周波電源13は、同軸ケーブル
を用いて整合器14、整合室7に接続されている。本実
施例では、装置を小型化できるという効果がある。高周
波電源13の周波数を、2.45GHzに限るものでは
なく、たとえば500MHz,100MHz,13.5
6MHz,2MHz,800kHs等の2.45GHz
以外の周波数でもよい。周波数が低い程、高出力の電源
を安価に、容易に製作できるという効果がある。A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a high frequency power supply 13 is used instead of the magnetron 4. The high frequency power supply 13 is connected to the matching unit 14 and the matching room 7 using a coaxial cable. In this embodiment, there is an effect that the device can be downsized. The frequency of the high-frequency power supply 13 is not limited to 2.45 GHz, but may be, for example, 500 MHz, 100 MHz, 13.5.
2.45 GHz such as 6 MHz, 2 MHz, 800 kHz
Other frequencies may be used. As the frequency is lower, there is an effect that a high-output power supply can be easily manufactured at lower cost.
【0010】また上記各実施例では、有磁場マイクロ波
ドライエッチング装置について述べたが、有磁場マイク
ロ波CVD装置にも適用でき、その他、磁場を用いない
マイクロ波装置、例えば、ドライエッチング装置、プラ
ズマCVD装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置
についても同様の作用効果がある。In each of the above embodiments, a magnetic field microwave dry etching apparatus has been described. However, the present invention can be applied to a magnetic field microwave CVD apparatus. A plasma processing apparatus such as a CVD apparatus or an ashing apparatus has a similar effect.
【0011】[0011]
【発明の効果】本発明によれば、同軸型空洞共振器を用
いて、TEMモードを空洞共振器内に容易に生成し、マ
イクロ波が導入される空洞共振器の壁面に流れる表面電
流と該壁面に設置されたスロットアンテナと交わる角度
を変更することにより、スロットアンテナより放射され
る各種マイクロ波モード比率を変更できるので、生成さ
れるマイクロ波プラズマの均一性を容易に制御できると
いう効果がある。According to the present invention, a TEM mode is easily generated in a cavity using a coaxial cavity resonator, and the surface current flowing on the wall surface of the cavity into which microwaves are introduced and the surface current are measured. By changing the angle of intersection with the slot antenna installed on the wall, the ratio of various microwave modes radiated from the slot antenna can be changed, so that the uniformity of the generated microwave plasma can be easily controlled. .
【図1】本発明の第1の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a magnetic field microwave dry etching apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】図1におけるスロットアンテナ形状を示す平面
図である。FIG. 2 is a plan view showing the shape of the slot antenna in FIG.
【図3】本発明の第2の実施例の有磁場マイクロ波ドラ
イエッチング装置を示す縦断面図である。FIG. 3 is a vertical sectional view showing a magnetic field microwave dry etching apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図4】従来のスロットアンテナ形状を示す平面図であ
る。FIG. 4 is a plan view showing a conventional slot antenna shape.
1…処理室、1a…容器、1b…放電管、2…石英窓、
3…コイル、4…マグネトロン、5…導波管、6…同軸
導波管変換器、7…整合室、8…同軸型空洞共振器、9
…スロットアンテナ、10…試料台、11…ウエハ、1
2…高周波電源、13…高周波電源、14…整合器。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Processing chamber, 1a ... Container, 1b ... Discharge tube, 2 ... Quartz window,
3 ... coil, 4 ... magnetron, 5 ... waveguide, 6 ... coaxial waveguide converter, 7 ... matching chamber, 8 ... coaxial cavity resonator, 9
... Slot antenna, 10 ... Sample table, 11 ... Wafer, 1
2: High frequency power supply, 13: High frequency power supply, 14: Matching device.
Claims (4)
処理室と、前記処理室内へのガス供給装置と、スロット
アンテナから放射されたマイクロ波を利用して前記処理
室内部にプラズマを発生させるプラズマ発生手段とから
成るプラズマ処理装置において、前記プラズマ発生手段
がマイクロ波の同軸型空洞共振器を有し、該同軸型空洞
共振器の底部にスロットアンテナを設けたことを特徴と
するスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。1. A processing chamber to which an evacuation device is connected and whose inside can be decompressed, a gas supply device into the processing chamber, and plasma generated inside the processing chamber using microwaves radiated from a slot antenna. A plasma generating apparatus comprising: a plasma generating means having a microwave coaxial cavity resonator; and a slot antenna provided at the bottom of the coaxial cavity resonator. A plasma processing apparatus having:
て、TEMモードの同軸型空洞共振器の底部に流れる表
面電流に対して、平行あるいは垂直でない角度でスロッ
トアンテナを設けたことを特徴とするスロットアンテナ
を有するプラズマ処理装置。2. A plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a slot antenna is provided at an angle that is not parallel or perpendicular to a surface current flowing through the bottom of the TEM mode coaxial cavity resonator. A plasma processing apparatus having an antenna.
処理装置において、TEomモードとTMonモード(m,
nは正の整数)の混在したマイクロ波によりプラズマを
生成することを特徴とするスロットアンテナを有するプ
ラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the TE om mode and the TM on mode (m,
A plasma processing apparatus having a slot antenna, characterized in that plasma is generated by a microwave mixed with (n is a positive integer).
て、スロットアンテナの角度を45°としたことを特徴
とするスロットアンテナを有するプラズマ処理装置。4. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the angle of the slot antenna is 45 °.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8159508A JPH1012594A (en) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | Plasma treatment device with slot antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8159508A JPH1012594A (en) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | Plasma treatment device with slot antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1012594A true JPH1012594A (en) | 1998-01-16 |
Family
ID=15695315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8159508A Pending JPH1012594A (en) | 1996-06-20 | 1996-06-20 | Plasma treatment device with slot antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1012594A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1996
- 1996-06-20 JP JP8159508A patent/JPH1012594A/en active Pending
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