JPH10233294A - Plasma treatment device - Google Patents

Plasma treatment device

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Publication number
JPH10233294A
JPH10233294A JP9048460A JP4846097A JPH10233294A JP H10233294 A JPH10233294 A JP H10233294A JP 9048460 A JP9048460 A JP 9048460A JP 4846097 A JP4846097 A JP 4846097A JP H10233294 A JPH10233294 A JP H10233294A
Authority
JP
Japan
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microwave
mode
waveguide
plasma processing
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
JP9048460A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Nobuo Ishii
信雄 石井
Kibatsu Shinohara
己拔 篠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Electron Ltd
Nihon Koshuha Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
Nihon Koshuha Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Electron Ltd, Nihon Koshuha Co Ltd filed Critical Tokyo Electron Ltd
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Publication of JPH10233294A publication Critical patent/JPH10233294A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment device capable of improving uniformity of electric field intensity distribution. SOLUTION: In a plasma treatment device wherein a microwave generated in a microwave generator 60 is transmitted into wave guides 62, 64 and then introduced into a treatment container where plasma treatment is performed for a body W to be treated, the device is constructed such that the wave guides 62, 64 are equipped with a mode filter means 65 for removing a microwave component of a specific oscillation mode out of the microwave transmitted thereinto. With this, a microwave component of an unnecessary oscillation mode is removed by the mode filter means 65, whereby electric field intensity is uniformly distributed in the treatment container.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波により
プラズマ発生用のエネルギを投入して、これによりプラ
ズマを発生させるプラズマ処理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus in which energy for generating plasma is supplied by microwaves to generate plasma.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体製品の高密度化及び高微細
化に伴い半導体製品の製造工程において、成膜、エッチ
ング、アッシング等の処理のためにプラズマ処理装置が
使用される場合があり、特に、0.1〜数10mTor
r程度の比較的圧力が低い高真空状態でも安定してプラ
ズマを立てることができることからマイクロ波とリング
状のコイルからの磁場とを組み合わせて高密度プラズマ
を発生させるマイクロ波プラズマ装置が使用される傾向
にある。
2. Description of the Related Art In recent years, a plasma processing apparatus has been used for processing such as film formation, etching, ashing, and the like in a semiconductor product manufacturing process in accordance with high density and high miniaturization of a semiconductor product. , 0.1 to several tens mTorr
A microwave plasma apparatus that generates high-density plasma by combining a microwave and a magnetic field from a ring-shaped coil is used because a plasma can be stably generated even in a high vacuum state having a relatively low pressure of about r. There is a tendency.

【0003】従来、この種のマイクロ波プラズマ装置と
しては、特開平3−17273号公報に示すような装置
が知られている。この装置にあっては、磁場形成手段を
有するプラズマ発生室にマイクロ波を導入する導波管を
接続し、この導波管より導入したマイクロ波により電子
サイクロトロン共鳴を生ぜしめて高密度のプラズマを生
成するようになっている。図7はこの種の従来のプラズ
マ処理装置の一例を示す概略構成図であり、処理容器2
の天井部にマイクロ波導入窓4を設け、マイクロ波発生
器6にて発生したマイクロ波を例えば方形状の導波管8
及び円錐形状の導波管10を介してマイクロ波導入窓4
まで導いて処理容器2内へ導入するようになっている。
そして、処理容器2内へ導入されたマイクロ波は、処理
容器2の上部外側に設けた磁石12により発生される垂
直方向の磁界とECR(Electron Cyclo
tron Resonance)を生じ、高密度のプラ
ズマを発生することになる。
Conventionally, as this kind of microwave plasma apparatus, an apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 3-17273 is known. In this device, a waveguide for introducing microwaves is connected to a plasma generation chamber having a magnetic field forming means, and the microwaves introduced from the waveguides cause electron cyclotron resonance to generate high-density plasma. It is supposed to. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of this type of a conventional plasma processing apparatus, in which a processing vessel 2 is shown.
A microwave introduction window 4 is provided on the ceiling of the device, and a microwave generated by a microwave generator 6 is supplied to, for example, a rectangular waveguide 8.
And microwave introduction window 4 via conical waveguide 10
And is introduced into the processing container 2.
The microwave introduced into the processing container 2 is combined with a vertical magnetic field generated by a magnet 12 provided outside the upper portion of the processing container 2 and an ECR (Electron Cyclo).
(Tron Resonance), and a high-density plasma is generated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した装
置例にあっては、方形導波管8内を例えばTE10モー
ドで振動してきたマイクロ波をモード変換器9にてTM
01モードに変換して処理容器内に導入しているが、こ
のTM01モードは、基本的には軸対称の電界モードを
持っていることから処理容器内には軸対称な略均一な電
界強度分布が得られるものと期待されていた。しかしな
がら、実際に得られるプラズマ密度は、ウエハ面内にお
いて均一ではなく、例えば成膜処理を例に取れば、図8
に示すようにウエハ面に形成される成膜の厚みは、斜線
13にて示されるようにウエハの周辺部にて部分的に厚
くなる部位が生じ、プラズマ処理の均一性が保てないと
いう問題があった。このように、電界強度分布が不均一
になる理由は、処理容器2内に導入されるマイクロ波の
振動モードがTM01モードだけではなく、若干の他の
振動モード、例えば図8に示すようなプラズマ処理の不
均一性を鑑みれば、TE11モードの振動成分が含まれ
ているものと考えられる。特に、ウエハサイズが8イン
チから12インチサイズへ大口径化する程、プラズマ密
度の均一性を高めることが困難になり、上記した問題点
の解決が強く望まれる。
By the way, in the above-mentioned apparatus example, the microwave oscillating in the rectangular waveguide 8 in, for example, the TE10 mode is transmitted to the TM converter by the mode converter 9.
Although the TM01 mode is basically an axisymmetric electric field mode, the TM01 mode has an axially symmetric and substantially uniform electric field intensity distribution in the processing container. Was expected to be obtained. However, the actually obtained plasma density is not uniform in the wafer plane.
As shown in (1), the thickness of the film formed on the wafer surface is partially increased in the peripheral portion of the wafer as shown by oblique lines 13, and the uniformity of the plasma processing cannot be maintained. was there. The reason why the electric field intensity distribution becomes non-uniform is that the vibration mode of the microwave introduced into the processing chamber 2 is not only the TM01 mode but also some other vibration modes, for example, the plasma as shown in FIG. Considering the non-uniformity of the processing, it is considered that a vibration component of the TE11 mode is included. In particular, as the wafer size increases from 8 inches to 12 inches, it becomes more difficult to increase the uniformity of the plasma density, and it is strongly desired to solve the above problems.

【0005】本発明は、以上のような問題点に着目し、
これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明
の目的は、不要な振動モード例えばTE11モードのマ
イクロ波成分を除去して電界強度分布の均一性を向上さ
せることができるプラズマ処理装置を提供することにあ
る。
[0005] The present invention focuses on the above problems,
It was created to solve this effectively. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of improving the uniformity of the electric field intensity distribution by removing a microwave component of an unnecessary vibration mode, for example, a TE11 mode.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、プラズマ処
理の不均一性について鋭意研究した結果、モード変換器
から発生するのか、或いはマイクロ波導入時の反射波に
起因して発生するのかは不明であるが、導入されるマイ
クロ波に主要な振動モードの他に僅かに不要な振動モー
ド成分が含まれ、これに起因してプラズマ処理の均一性
が劣化する、という知見を得ることにより本発明に至っ
たものである。
The inventor of the present invention has conducted intensive studies on the non-uniformity of the plasma processing, and as a result, it has been determined whether the light is generated from the mode converter or the reflected wave generated when the microwave is introduced. Although unknown, the microwaves introduced contain a small amount of unnecessary vibration mode components in addition to the main vibration modes. This has led to the invention.

【0007】すなわち、本発明は、上記問題点を解決す
るために、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波を
導波管内に伝搬させて、被処理体にプラズマ処理を施す
処理容器内へ導入するようにしたプラズマ処理装置にお
いて、前記導波管に、これに伝搬する前記マイクロ波か
ら特定の振動モードのマイクロ波成分を除去するための
モードフィルタを設けるように構成したものである。
That is, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention propagates a microwave generated by a microwave generator into a waveguide and introduces the microwave into a processing vessel for performing a plasma processing on an object to be processed. In the plasma processing apparatus described above, the waveguide is provided with a mode filter for removing a microwave component of a specific vibration mode from the microwave propagating through the waveguide.

【0008】これにより、導波管をマイクロ波が伝搬す
る時に、特定の不要な振動モード例えばTE11モード
のマイクロ波成分がモードフィルタにより除去されるこ
とになる。従って、処理容器内には、特定の主要な振動
モード例えばTM01モードのマイクロ波成分のみが導
入されることになり、電界強度分布の均一性を向上させ
ることが可能となる。このようなモードフィルタは、筒
体状の導体部に、その伝搬方向に沿った多数のスリット
を設けることにより形成することができる。このスリッ
トは、伝搬方向に沿って延びる長孔よりなり、例えば、
導波部の周方向に対しては千鳥状に配列されて、各スリ
ットの端部が周方向に対しては伝搬方向に隣り合うスリ
ットの端部と重なり合うように設けられる。
Thus, when the microwave propagates through the waveguide, a specific unnecessary vibration mode, for example, a microwave component of the TE11 mode is removed by the mode filter. Therefore, only a specific major vibration mode, for example, the microwave component of the TM01 mode is introduced into the processing container, and the uniformity of the electric field intensity distribution can be improved. Such a mode filter can be formed by providing a large number of slits along a propagation direction in a cylindrical conductor. This slit consists of a long hole extending along the propagation direction, for example,
The waveguides are arranged in a staggered manner in the circumferential direction, and are provided such that the ends of the slits overlap the ends of the slits adjacent to the circumferential direction in the propagation direction.

【0009】これにより、周方向に向かって流れようと
する壁面電流が効果的に抑制されてしまい、不要な振動
モード例えばTE11モードのマイクロ波成分の伝搬を
阻止し、これを効率的に除去する。また、スリットから
は不要な振動モード例えばTE11モードのマイクロ波
成分が電波となって外方へ放射されるので、これを吸収
するために誘電損率の高い材料よりなるマイクロ波吸収
体を設けて安全性を確保する。
As a result, the wall current flowing in the circumferential direction is effectively suppressed, and the propagation of the microwave component of an unnecessary vibration mode, for example, the TE11 mode is prevented, and this is efficiently removed. . In addition, since a microwave component of an unnecessary vibration mode, for example, a TE11 mode, is radiated outward from the slit as a radio wave, a microwave absorber made of a material having a high dielectric loss factor is provided to absorb this. Ensure safety.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ処
理装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1
は本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図、図2は
図1に示す装置に用いるモードフィルタを示す拡大縦断
面図、図3は図1に示す装置に用いるモードフィルタを
示す拡大横断面図、図4は図1に示す装置に用いるモー
ドフィルタを示す斜視図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged transverse sectional view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG.

【0011】本実施例においてはプラズマ処理装置をプ
ラズマ成膜装置に適用した場合について説明する。図示
するようにプラズマ処理装置としてのこのプラズマ成膜
装置14は、例えば側壁や底部がアルミニウム等の導体
により構成されて、全体が筒体状に成形された処理容器
16を有しており、内部は密閉された処理空間Sとして
構成されている。この処理容器16内には、上面に被処
理体としての例えば半導体ウエハWを載置する載置台1
8が収容される。この載置台18は、例えばアルマイト
処理したアルミニウム等により中央部が凸状に平坦にな
された略円柱状に形成されており、この下部は同じくア
ルミニウム等により円柱状になされた支持台20により
支持されると共にこの支持台20は処理容器16内の底
部に絶縁材22を介して設置されている。
In this embodiment, a case where the plasma processing apparatus is applied to a plasma film forming apparatus will be described. As shown in the figure, the plasma film forming apparatus 14 as a plasma processing apparatus has a processing container 16 in which a side wall and a bottom portion are formed of a conductor such as aluminum and the whole is formed in a cylindrical shape. Is configured as a closed processing space S. In the processing container 16, a mounting table 1 on which, for example, a semiconductor wafer W as an object to be processed is mounted on an upper surface.
8 are accommodated. The mounting table 18 is formed in a substantially columnar shape with a central portion made of, for example, anodized aluminum or the like, and the lower portion thereof is supported by a supporting table 20 also formed in a columnar shape by aluminum or the like. In addition, the support base 20 is installed on the bottom of the processing container 16 via an insulating material 22.

【0012】上記載置台18の上面には、ここにウエハ
を吸着保持するための静電チャックやクランプ機構(図
示せず)が設けられ、この載置台18は給電線24を介
してマッチングボックス26及び例えば13.56MH
zのバイアス用高周波電源28に接続されている。載置
台18を支持する支持台20には、プラズマ処理時のウ
エハを冷却するための冷却水等を流す冷却ジャケット3
0が設けられる。
On the upper surface of the mounting table 18, an electrostatic chuck or a clamping mechanism (not shown) for holding the wafer by suction is provided. The mounting table 18 is connected to a matching box 26 via a power supply line 24. And for example 13.56 MH
z is connected to a bias high frequency power supply 28. A cooling jacket 3 for flowing cooling water or the like for cooling a wafer during plasma processing is provided on a support 20 for supporting the mounting table 18.
0 is provided.

【0013】上記処理容器16の側壁であって、処理空
間Sを区画する部分には、容器内に例えば成膜用ガスを
導入するための例えば石英パイプ製の処理ガス供給ノズ
ル32が設けられ、このノズル32はガス供給路34に
よりマスフローコントローラ36及び開閉弁38を介し
て処理ガス源40に接続されている。処理ガスとしての
成膜ガスは、例えばSiH4 ,SiF4,SiH22
22 ,O2 ,H2ガス等を用いることができる。ま
た、この処理空間Sに臨ませて、プラズマガスとしてア
ルゴン等の不活性ガスを供給するための同じく石英製の
ガスノズル42が設けられており、流量制御されたAr
ガスをここに供給するようになっている。そして、処理
容器16の上部の外側には、ECR用のリング状の磁石
44が設けられており、処理空間SにECR発生用の垂
直磁界を印加するようになっている。
A processing gas supply nozzle 32 made of, for example, a quartz pipe for introducing a film-forming gas into the container, for example, is provided in a side wall of the processing container 16 and defining a processing space S. The nozzle 32 is connected to a processing gas source 40 via a gas flow path 34 via a mass flow controller 36 and an on-off valve 38. The film forming gas as the processing gas is, for example, SiH 4 , SiF 4 , SiH 2 F 2 ,
C 2 H 2 , O 2 , H 2 gas or the like can be used. A gas nozzle 42 made of quartz for supplying an inert gas such as argon as a plasma gas is provided in front of the processing space S.
Gas is supplied here. A ring-shaped magnet 44 for ECR is provided outside the upper part of the processing chamber 16 so as to apply a vertical magnetic field for generating ECR to the processing space S.

【0014】また、容器側壁の外周には、この内部に対
してウエハを搬入・搬出する時に開閉するゲートバルブ
46が設けられる。また、容器底部には、図示されない
真空ポンプに接続された排気口48が設けられており、
必要に応じて処理容器16内を所定の圧力まで真空引き
できるようになっている。
A gate valve 46 is provided on the outer periphery of the side wall of the container so as to open and close when a wafer is loaded into and unloaded from the inside of the container. An exhaust port 48 connected to a vacuum pump (not shown) is provided at the bottom of the container.
If necessary, the inside of the processing vessel 16 can be evacuated to a predetermined pressure.

【0015】一方、処理容器16の天井部には、この容
器内にマイクロ波を導入するために、載置台18の直径
と略同じ大きさの、或いはこれより僅かに大きい開口5
0が形成されており、この開口50に、Oリング等のシ
ール部材52を介して例えばAlN(窒化アルミニウ
ム)製のマイクロ波導入窓54が気密に設けられてい
る。
On the other hand, in the ceiling portion of the processing container 16, an opening 5 having a size substantially equal to or slightly larger than the diameter of the mounting table 18 for introducing microwaves into the container is provided.
A microwave introduction window 54 made of, for example, AlN (aluminum nitride) is hermetically provided in the opening 50 via a sealing member 52 such as an O-ring.

【0016】一方、上記マイクロ波導入窓54に対して
マイクロ波を供給するマイクロ波発生器60は例えば
2.45GHzのマイクロ波を発生するものであり、こ
れらは、当初は方形状の導波管62を介して例えばTE
10の振動モードのマイクロ波を伝送し、途中でモード
変換器64を介設してこれにより伝送形態をTM01モ
ードに変換している。そして、このモード変換器64に
は、本発明の特徴とするモードフィルタ65を接続し、
そして、このモードフィルタ65に導波管として例えば
円錐形状になされたテーパ導波管66を接続している。
このテーパ導波管66の下端部側に前記マイクロ波導入
窓54が接続されて、マイクロ波を処理容器16内へ導
入し得るようになっている。尚、この導波管66として
は円錐状になされたテーパ導波管に限定されず、円筒形
状の導波管を用いてもよい。
On the other hand, a microwave generator 60 for supplying microwaves to the microwave introduction window 54 generates microwaves of, for example, 2.45 GHz, and these initially have a rectangular waveguide. 62, for example TE
Microwaves in 10 vibration modes are transmitted, and a mode converter 64 is provided on the way to convert the transmission mode to the TM01 mode. The mode converter 64 is connected to a mode filter 65 which is a feature of the present invention.
The mode filter 65 is connected to a tapered waveguide 66 having a conical shape, for example, as a waveguide.
The microwave introduction window 54 is connected to the lower end side of the tapered waveguide 66 so that microwaves can be introduced into the processing chamber 16. The waveguide 66 is not limited to a conical tapered waveguide, but may be a cylindrical waveguide.

【0017】従って、モード変換器64にてモード変換
されたマイクロ波は、テーパ導波管66を介して処理容
器16内へ導入されるが、この際、上記モードフィルタ
65により不要な振動モード、例えばTE11モードの
マイクロ波成分を除去するようになっている。上記モー
ドフィルタ65は、図2乃至図4に示すように、円筒体
状に成形されてマイクロ波を伝搬するための導波部68
と、この導波部68の壁面に形成された多数のスリット
70により主に構成されている。具体的には、この導波
部68は、銅やアルミニウム等の導体により円筒体状に
成形されており、一端のフランジ部72を、モード変換
器64側のフランジ部64Aにボルト74により固定
し、他端のフランジ部76をテーパ導波管66のフラン
ジ部66Aにボルト78により固定している。尚、この
導波部68として、例えば円筒体状の樹脂等の不良導体
に銀メッキ等をコーティングしたものを用いてもよい。
Accordingly, the microwave mode-converted by the mode converter 64 is introduced into the processing chamber 16 through the tapered waveguide 66. At this time, the unnecessary vibration mode, For example, a microwave component of the TE11 mode is removed. As shown in FIGS. 2 to 4, the mode filter 65 is formed into a cylindrical shape and has a waveguide 68 for transmitting microwaves.
And a large number of slits 70 formed on the wall surface of the waveguide section 68. Specifically, the waveguide portion 68 is formed in a cylindrical shape by a conductor such as copper or aluminum, and the flange portion 72 at one end is fixed to the flange portion 64A on the mode converter 64 side by a bolt 74. The other end of the flange portion 76 is fixed to the flange portion 66A of the tapered waveguide 66 by a bolt 78. The waveguide 68 may be formed by coating a defective conductor such as a cylindrical resin with silver plating or the like.

【0018】上記各スリット70は、マイクロ波の伝搬
方向に沿って形成された長孔よりなり、マイクロ波の伝
搬方向及び円筒体状の導波部68の周方向に沿ってそれ
ぞれ所定の間隔で多数設けられている。各部材の寸法に
関しては、導波部68の肉厚が数mm程度、直径が略1
0cm程度であるのに対して、スリット70の幅W1が
数mm程度、長さL1が略50〜70mm程度である。
また、各スリット70は、円筒体状の導波部68の周方
向に対して千鳥状に配列されており、各スリット70の
端部が、伝搬方向に隣り合うスリットの端部と導波部周
方向において僅かな距離L2だけ重なり合うように形成
されている。これにより、導波部68の周方向に流れよ
うとする壁面電流をスリット70の部分で電磁波に変換
して放出させ、この電流の流れを効率的に阻止し得るよ
うになっている。
Each of the slits 70 is formed by a long hole formed along the microwave propagation direction, and at predetermined intervals along the microwave propagation direction and the circumferential direction of the cylindrical waveguide section 68. Many are provided. Regarding the dimensions of each member, the thickness of the waveguide section 68 is about several mm, and the diameter is about 1 mm.
The width W1 of the slit 70 is about several mm, and the length L1 is about 50 to 70 mm, while it is about 0 cm.
The slits 70 are arranged in a zigzag manner in the circumferential direction of the cylindrical waveguide section 68, and the end of each slit 70 is connected to the end of the slit adjacent to the propagation direction. It is formed so as to overlap by a small distance L2 in the circumferential direction. As a result, the wall current that is to flow in the circumferential direction of the waveguide 68 is converted into an electromagnetic wave at the slit 70 and emitted, and the flow of this current can be efficiently prevented.

【0019】図示例においては、マイクロ波の伝搬方向
に沿ってスリット70を2個設けた列と3個設けた列と
を交互に配置しており、この列を周方向に沿って等間隔
で16列設けているが(図3参照)、これらの数値例に
限定されるものではないのは勿論である。また、各スリ
ット70から放出されるマイクロ波の電磁波を吸収する
ために、導体部68の外壁面には、図3にも示すように
8つに分割された長方形状のマイクロ波吸収体80が設
けられている。このマイクロ波吸収体80としては、誘
電率が大きくて誘電損失が大きい材料、例えばSiC等
の誘電体を用いることができる。そして、更に、このマ
イクロ波吸収体80の外側には、導体部78の全体を覆
うようにして例えばアルミニウムよりなる円筒体のシー
ルド82が設けられており、内側より漏れ出るマイクロ
波を略完全にシールして更なる安全性の向上を図るよう
になっている。
In the illustrated example, two rows of slits 70 and three rows of three slits 70 are alternately arranged along the microwave propagation direction, and these rows are arranged at equal intervals along the circumferential direction. Although 16 columns are provided (see FIG. 3), it is needless to say that the present invention is not limited to these numerical examples. In order to absorb the electromagnetic waves of the microwaves emitted from each slit 70, a rectangular microwave absorber 80 divided into eight as shown in FIG. Is provided. As the microwave absorber 80, a material having a large dielectric constant and a large dielectric loss, for example, a dielectric such as SiC can be used. Further, a cylindrical shield 82 made of, for example, aluminum is provided outside the microwave absorber 80 so as to cover the entirety of the conductor portion 78, and the microwave leaking from the inside is almost completely removed. Seals are provided to further improve safety.

【0020】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、ゲートバルブ46を介し
て半導体ウエハWを搬送アームにより処理容器16内に
収容し、リフタピン(図示せず)を上下動させることに
よりウエハWを載置台18の上面の載置面に載置する。
そして、処理容器16内を所定のプロセス圧力、例えば
0.1〜数10mTorrの範囲内に維持して、処理ガ
ス供給ノズル32から例えば前述した成膜用のガスをキ
ャリアガスと共に流量制御しつつ供給する。また、ガス
ノズル42からプラズマガスとしてArガスを供給す
る。
Next, the operation of the embodiment constructed as described above will be described. First, the semiconductor wafer W is accommodated in the processing chamber 16 by the transfer arm via the gate valve 46, and the lifter pins (not shown) are moved up and down to place the wafer W on the mounting surface on the upper surface of the mounting table 18. I do.
Then, the inside of the processing container 16 is maintained at a predetermined process pressure, for example, in the range of 0.1 to several tens mTorr, and the above-described film forming gas is supplied from the processing gas supply nozzle 32 while controlling the flow rate together with the carrier gas. I do. Further, an Ar gas is supplied from the gas nozzle 42 as a plasma gas.

【0021】尚、このArガスを供給しない場合もあ
る。同時にマイクロ波発生器60からのマイクロ波を、
方形導波管62、モード変換器64、モードフィルタ6
5及びテーパ導波管66を介して伝搬させ、これをマイ
クロ波導入窓54より処理空間Sに導入して、この空間
に電界を形成し、これによりプラズマを発生させて、成
膜処理を行なう。この際、処理容器16の外側に配置し
た磁石44からの垂直磁界によりプラズマは電子サイク
ロトロン共鳴を生じ、プラズマ密度は高くなる。
In some cases, the Ar gas is not supplied. At the same time, the microwave from the microwave generator 60 is
Rectangular waveguide 62, mode converter 64, mode filter 6
5 and the taper waveguide 66, and the microwave is introduced into the processing space S through the microwave introduction window 54 to form an electric field in this space, thereby generating plasma and performing a film forming process. . At this time, the plasma generates electron cyclotron resonance due to the vertical magnetic field from the magnet 44 disposed outside the processing chamber 16, and the plasma density increases.

【0022】ここで、マイクロ波発生器60にて発生し
た例えば2.45GHzのマイクロ波は、例えばTE1
0モードの振動で方形導波管62内を伝搬して、モード
変換器64にて例えばTM01モードの振動に変換され
てこのマイクロ波中に含まれる不要な振動モードのマイ
クロ波、例えばここではTE11モードのマイクロ波が
モードフィルタ65によって除去される。そして、更
に、マイクロ波は、テーパ導波管66内を伝搬し、処理
容器16内へ供給されることになる。ここで、モードフ
ィルタ65が、主要な振動モードであるTM01モード
のマイクロ波は伝搬して、不要な振動モードであるTE
11モードのマイクロ波を除去する機能について図5及
び図6も参照して詳しく説明する。
Here, the microwave of, eg, 2.45 GHz generated by the microwave generator 60 is, for example, TE1
Propagation in the rectangular waveguide 62 by the 0 mode vibration is converted into, for example, TM01 mode vibration by the mode converter 64, and the unnecessary vibration mode microwave included in the microwave, for example, TE11 here. The mode microwaves are removed by the mode filter 65. Further, the microwave propagates through the tapered waveguide 66 and is supplied into the processing container 16. Here, the mode filter 65 propagates the microwave of the TM01 mode, which is the main vibration mode, and the TE mode, which is an unnecessary vibration mode.
The function of removing the 11-mode microwave will be described in detail with reference to FIGS.

【0023】図5はスリットを設けていない導波管に沿
ってTE11モード及びTM01モードの壁面電流が流
れる状態を模式的に示す図であり、図6はモードフィル
タの導波部に沿ってTE11モード及びTM01モード
の壁面電流が流れる状態を模式的に示す図である。周知
のようにTE11モードの壁面電流は、伝搬方向に沿っ
て流れる電流成分C1とこれと直角方向、すなわち周方
向に沿って流れる電流成分C2とが混在しており、これ
に対して、TM01モードの壁面電流は、伝搬方向に沿
って流れる電流成分C3のみであり、周方向に沿って流
れる電流成分は存在しない。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a state in which wall currents in the TE11 mode and TM01 mode flow along the waveguide having no slit, and FIG. 6 shows the TE11 mode along the waveguide of the mode filter. It is a figure which shows typically the state which the wall current of the mode and the TM01 mode flows. As is well known, the wall current in the TE11 mode includes a current component C1 flowing in the propagation direction and a current component C2 flowing in a direction perpendicular to the propagation direction, that is, in the circumferential direction. Is only the current component C3 flowing along the propagation direction, and there is no current component flowing along the circumferential direction.

【0024】さて、このような状況下において、図5に
示すように何らスリットを設けていない導波管84の壁
面にあっては、何ら壁面電流の流れを妨げる障害物が存
在しないので、TE11モードの壁面電流もTM01モ
ードの壁面電流も共に良好に流れ、従って、両振動モー
ドのマイクロ波は減衰することなく伝搬されることにな
る。これに対して、本発明のように導波部68の壁面に
伝搬方向に沿ったスリット70を多数設けると、図6
(A)に示すようにTE11モードの壁面電流の内、伝
搬方向に沿って流れる電流成分C1はほとんど減衰する
ことなく流れるが、周方向に沿って流れようとする電流
成分C2は、上記スリット70により遮断されてしま
い、その流れが阻害される傾向となる。このため、TE
11モードのマイクロ波はここで大幅に減衰して除去さ
れることになる。すなわち、TE11モードのマイクロ
波のエネルギは、このスリット70の間隙部分で磁界に
よる磁気ダイポールが発生することによりマイクロ波の
電磁波となって外方へ放射されることになる。
In such a situation, as shown in FIG. 5, on the wall surface of the waveguide 84 having no slit as shown in FIG. 5, there is no obstacle obstructing the flow of the wall current. Both the wall current in the mode and the wall current in the TM01 mode flow well, and therefore, the microwaves in both vibration modes propagate without attenuation. On the other hand, when a large number of slits 70 are provided along the propagation direction on the wall surface of the waveguide section 68 as in the present invention, FIG.
As shown in (A), of the wall current in the TE11 mode, the current component C1 flowing along the propagation direction flows with almost no attenuation, but the current component C2 trying to flow along the circumferential direction is reduced by the slit 70. And the flow tends to be obstructed. Therefore, TE
The eleven mode microwaves are now greatly attenuated and removed. That is, the energy of the microwave in the TE11 mode is emitted to the outside as a microwave electromagnetic wave due to the generation of a magnetic dipole due to the magnetic field in the gap of the slit 70.

【0025】このスリット70により除去されるTE1
1モードのマイクロ波は、図1中におけるモード変換器
64側から伝搬されてくるものは勿論のこと、マイクロ
波導入窓54側で反射により生じたTE11モードのマ
イクロ波も同様に減衰される。これに対して、図6
(B)に示すようにTM01モードの壁面電流は、マイ
クロ波の伝搬方向に沿って流れる電流成分C3のみのた
め、導波部68に多数のスリット70が設けてあって
も、その流れはほとんど阻害されることはなく、従っ
て、TM01モードのマイクロ波はほとんど減衰するこ
となく伝搬されることになる。
TE1 removed by the slit 70
The one-mode microwave propagates from the mode converter 64 side in FIG. 1 as well as the TE11-mode microwave generated by reflection at the microwave introduction window 54 side as well as being attenuated. In contrast, FIG.
As shown in (B), the wall current of the TM01 mode is only the current component C3 flowing along the propagation direction of the microwave, and therefore, even if a large number of slits 70 are provided in the waveguide 68, the flow hardly flows. There is no hindrance, and therefore, the microwave in the TM01 mode propagates with almost no attenuation.

【0026】このようにして、モード変換器64にてモ
ード変換されたマイクロ波をモードフィルタ65に通す
ことになり、不要なTE11モードのマイクロ波のみを
ほとんどカットして主要な振動モードのTM01モード
のマイクロ波のみを伝搬することが可能となり、これに
より、処理容器16内の処理空間Sにおける電界密度の
均一性を大幅に向上させることが可能となる。また、モ
ードフィルタ65にて除去されたTE11モードのマイ
クロ波はスリット70の外側に配置したマイクロ波吸収
体80により吸収されて熱に変換される。また、これよ
り万一、マイクロ波が漏れ出たとしてもその外側に設け
たシールド82により完全にマイクロ波を遮断すること
ができるので、安全性を高く維持することができる。
In this manner, the microwave mode-converted by the mode converter 64 is passed through the mode filter 65, so that only unnecessary TE11 mode microwaves are almost cut off, and the main vibration mode TM01 mode , It is possible to greatly improve the uniformity of the electric field density in the processing space S in the processing chamber 16. In addition, the TE11 mode microwave removed by the mode filter 65 is absorbed by the microwave absorber 80 disposed outside the slit 70 and converted into heat. Further, even if the microwave leaks out, the microwave can be completely shut off by the shield 82 provided outside the microwave, so that the safety can be maintained at a high level.

【0027】また、図2に示すようにスリット70を周
方向に対して千鳥状に配置してその両端が重なるように
配置すれば、周方向に流れようとする壁面電流を略確実
に遮断することができ、TE11モードのマイクロ波の
減衰効率を一層高めることができる。図2及び図3に示
すようにスリット列を導波部68の周方向に沿って等間
隔で16列設けた時には、TE11モードのマイクロ波
を略6dB〜8dB減衰させることができた。このスリ
ット列を導波部68の周方向に沿って等間隔で8列設け
た時には、TE11モードのマイクロ波を略3dB〜
3.8dB減衰させることができた。この結果、共に処
理空間Sにおける電界強度分布をより均一化して、プラ
ズマ処理、例えば成膜の膜厚の面内均一性を大幅に向上
させることができた。
Further, as shown in FIG. 2, if the slits 70 are arranged in a zigzag manner in the circumferential direction so that both ends thereof are overlapped, the wall current flowing in the circumferential direction is almost surely cut off. Therefore, the microwave attenuation efficiency of the TE11 mode can be further increased. As shown in FIGS. 2 and 3, when 16 rows of slits were provided at equal intervals along the circumferential direction of the waveguide section 68, the TE11 mode microwave could be attenuated by approximately 6 to 8 dB. When eight slit rows are provided at regular intervals along the circumferential direction of the waveguide section 68, microwaves in the TE11 mode are transmitted at approximately 3 dB or more.
The attenuation was 3.8 dB. As a result, in both cases, the electric field intensity distribution in the processing space S was made more uniform, and the in-plane uniformity of the film thickness of the plasma processing, for example, the film formation could be greatly improved.

【0028】スリット70の長さや数等は、前述のよう
に本実施例のものに限定されず、例えばこのスリットの
長さを導波部の長さ一杯に設定するなどしてもよい。こ
こでは、マイクロ波導入窓の直前に円錐形状のテーパ導
波管66を用いているが、これに代えて、円筒体形状の
導波管を用いてもよいのは勿論である。尚、本実施例に
おいては、プラズマ処理装置をプラズマ成膜装置に適用
した場合を例にとって説明したが、これに限定されず、
他のプラズマ装置、例えばプラズマエッチング装置、プ
ラズマアッシング装置、スパッタ装置等にも適用するこ
とができる。また、本発明は、ECR型式のプラズマ装
置だけでなく、他の型式のプラズマ装置にも適用し得る
のは勿論である。
The length and number of the slits 70 are not limited to those of the present embodiment as described above, and for example, the length of the slit may be set to the full length of the waveguide. Here, the conical tapered waveguide 66 is used immediately before the microwave introduction window, but a cylindrical waveguide may be used instead. In this embodiment, the case where the plasma processing apparatus is applied to the plasma film forming apparatus has been described as an example, but the present invention is not limited to this.
The present invention can be applied to other plasma devices, for example, a plasma etching device, a plasma ashing device, a sputtering device, and the like. In addition, the present invention can be applied not only to an ECR type plasma device but also to other types of plasma devices.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
処理装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。導波管にモードフィルタを設けて不要
な振動モード例えばTE11モードのマイクロ波成分を
除去するようにしたので、処理容器内へは特定の単一の
振動モード例えばTM01モードのマイクロ波成分のみ
を導入できる。従って、処理空間の電界強度の分布状態
の均一性を大幅に向上させることができ、プラズマ処理
の均一性、例えば成膜処理の場合には膜厚の面内均一性
などを大幅に高めることができる。また、マイクロ波吸
収体を設けることにより、除去された振動モードのマイ
クロ波のエネルギを吸収することができ、その安全性を
高く維持することができる。
As described above, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. A mode filter is provided in the waveguide to remove unnecessary vibration modes such as TE11 mode microwave components, so that only a specific single vibration mode such as TM01 mode microwave components is introduced into the processing chamber. it can. Therefore, the uniformity of the distribution state of the electric field intensity in the processing space can be greatly improved, and the uniformity of the plasma processing, for example, in the case of the film forming processing, the in-plane uniformity of the film thickness can be greatly improved. it can. Further, by providing the microwave absorber, the removed microwave energy of the vibration mode can be absorbed, and its safety can be maintained at a high level.

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

【図1】本発明に係るプラズマ処理装置を示す構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a plasma processing apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示す装置に用いるモードフィルタを示す
拡大縦断面図である。
FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG.

【図3】図1に示す装置に用いるモードフィルタを示す
拡大横断面図である。
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG.

【図4】図1に示す装置に用いるモードフィルタを示す
斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a mode filter used in the apparatus shown in FIG.

【図5】スリットを設けていない導波管に沿ってTE1
1モード及びTM01モードの壁面電流が流れる状態を
模式的に示す図である。
FIG. 5 shows TE1 along a waveguide without slits.
It is a figure which shows typically the state which the wall current of 1 mode and TM01 mode flows.

【図6】モードフィルタの導波部に沿ってTE11モー
ド及びTM01モードの壁面電流が流れる状態を模式的
に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically showing a state in which wall currents in the TE11 mode and the TM01 mode flow along the waveguide of the mode filter.

【図7】従来のプラズマ装置の一例を示す概略構成図で
ある。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional plasma device.

【図8】図7に示す装置を用いて成膜を行なった時の成
膜状態を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a film formation state when film formation is performed using the apparatus shown in FIG. 7;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 プラズマ成膜装置(プラズマ処理装置) 16 処理容器 18 載置台 54 マイクロ波導入窓 60 マイクロ波発生器 62 方形の導波管 64 モード変換器 65 モードフィルタ 66 テーパ導波管 68 導波部 70 スリット 80 マイクロ波吸収体 82 シールド S 処理空間 W 半導体ウエハ(被処理体) Reference Signs List 14 plasma film forming apparatus (plasma processing apparatus) 16 processing container 18 mounting table 54 microwave introduction window 60 microwave generator 62 rectangular waveguide 64 mode converter 65 mode filter 66 taper waveguide 68 waveguide section 70 slit 80 microwave absorber 82 shield S processing space W semiconductor wafer (workpiece)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01P 1/16 H01P 1/16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01P 1/16 H01P 1/16

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マイクロ波発生器にて発生したマイクロ
波を導波管内に伝搬させて、被処理体にプラズマ処理を
施す処理容器内へ導入するようにしたプラズマ処理装置
において、前記導波管に、これに伝搬する前記マイクロ
波から特定の振動モードのマイクロ波成分を除去するた
めのモードフィルタを設けるように構成したことを特徴
とするプラズマ処理装置。
In a plasma processing apparatus, a microwave generated by a microwave generator is propagated into a waveguide and introduced into a processing container for performing plasma processing on an object to be processed. And a mode filter for removing a microwave component of a specific vibration mode from the microwave propagating to the plasma processing apparatus.
【請求項2】 前記モードフィルタは、前記マイクロを
伝搬させる導波部と、壁面電流を消滅させるために前記
導波部に形成された多数のスリットよりなることを特徴
とする請求項1記載のプラズマ処理装置。
2. The mode filter according to claim 1, wherein the mode filter includes a waveguide for transmitting the micro-waves and a plurality of slits formed in the waveguide for eliminating a wall current. Plasma processing equipment.
【請求項3】 前記スリットは、前記マイクロ波の伝搬
方向に沿って延びる長孔よりなることを特徴とする請求
項2記載のプラズマ処理装置。
3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the slit comprises a long hole extending along a propagation direction of the microwave.
【請求項4】 前記スリットは、前記導波部の周方向に
対しては千鳥状に配列されて、前記各スリットの端部が
周方向に対しては伝搬方向に隣り合うスリットの端部と
重なり合っていることを特徴とする請求項2または3記
載のプラズマ処理装置。
4. The slits are arranged in a zigzag manner in the circumferential direction of the waveguide, and the ends of the slits are connected to the ends of the slits adjacent to the circumferential direction in the propagation direction. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the plasma processing apparatuses overlap each other.
【請求項5】 前記導波部の外周には、前記スリットよ
り放射された特定の振動モードのマイクロ波を吸収する
マイクロ波吸収体が設けられていることを特徴とする請
求項2乃至4記載のプラズマ処理装置。
5. A microwave absorber that absorbs microwaves of a specific vibration mode emitted from the slit is provided on an outer periphery of the waveguide section. Plasma processing equipment.
【請求項6】 前記除去すべき特定の振動モードはTE
11モードであることを特徴とする請求項1乃至5記載
のプラズマ処理装置。
6. The specific vibration mode to be removed is TE
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the mode is an eleven mode.
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