WO1988008659A1

WO1988008659A1 - Method and apparatus for processing with plasma

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Publication number: WO1988008659A1
Application number: PCT/JP1988/000401
Authority: WO
Inventors: Seitaro Matsuo; Hiroshi Nishimura; Mikiho Kiuchi
Original assignee: Nippon Telegraph And Telephone Corporation
Priority date: 1987-04-27
Filing date: 1988-04-25
Publication date: 1988-11-03
Also published as: KR890700998A; CA1299773C; DE3854111T2; JPH0197399A; EP0311696B1; US5003152A; KR920003018B1; EP0311696A1; DE3854111D1; EP0311696A4; JPH0754759B2

Description

プラズマ処理方法および装置

技術分野本発明は、プラズマィ匕されるきガスを導入するプラズマ生成室と、その室内に導入されたガスをブラズマイ匕させるマイクロ波を、田プラズマ生成室に形成されたマイク口波導入用窓を介してプラズマ生成室内に供給する手段とを有するプラズマ処理方法および装置ならびにプラズマ処理装置用モ一ド変換器の改良に関する。背景技術このようなプラズマ処理装置として、従来、米国特許 4 , 401 , 054 号の . P l a sm a D e po s i t i on A a r a tus " 、米国特許第 4 , 492 , 620 号 " P l asma

D e p o s i t i on Me thod a n d p p a ra t u s 、米国特許 JF3 4 , 450 , 03 1 号 " I on S h ow e r p p a r a t u s " 、特開日 60 - 120525 号（特願昭 58 - 228645 号）「反応性イオンェッチ- ング方法」力知られてレヽる。

この種プラズマ処理装置の構成の一例を第 2 図に示す。第 2 図において、 1 Qは試料室、 2 Qはプラズマ生成室、 3 0はマイクロ波供給手段である。

試料室 1 0は、試料 4 0を載置する試料台 1 1を有し、および通気孔 1 2を介して、排気路 1 3に連結されている。

ブラズマ生成室 2 Qは、 ·通気孔 1 2側とは反対側においてプラズマ弓 1 き出し開口 2 1を介して試料室 1 Qと連通し、および第 1 ガス導入系としての導入管 2 2を介して外部の第 1 ガス源より第 - 1 ガスを室 2 Q内 ':こ導く。開口 2 1の外部に近接して、小孔を複数個あけた環状管 2 3を配置し、第 2 ガス導入系としての導入管 2 4を介して第 2 ガス源から第 2 ガスを試料室 1 0に導く。室 2 0の周りには冷却環部 2 5を配置し、この環部 2 5に冷却用管 2 Sを介して冷却源より水などのクーラントを供給する。

プラズマ生成室 2 Qの開口 2 1とは対向する端壁には、例えば石英ガラス板によるマイクロ波導入窓 2 7を設け、この窓 2 7を介して、マイクロ波供給手段 3 0からのマク口波をプラズマ生成.室 2 0内に導き、ここで、ガス導入管 2 2を介して室 2 0内に導入される第 1 ガスをブラズマ化させる。

マイクロ波供給手段 3 0は、たとえば周波数 2 . 4 5 G H z のマイク-口 1皮を発生するマグネトロンのようなマイク口波源 3 1と、そのマイクロ波源 3 1から発生させたマイク口波を窓 2 7に向けて伝撬させる矩形導波管 3 2および 3 3と、これら導波管 3 2と 3 3との間に揷入された整合器 ( チ .ユーナ） 3 4とを有する。' ここで、マイクロ波を Τ ίΐ モードで伝播させて、マイクロ波導入窓 2 7を介してプラズマ生成室 2 0内に供給する。それによつて、プラズマ生成'室 2 0内に導入される第 1 ガスを、矩形導波管 3：] から導入窓.2 7を介して導入されるマイク口波によつて励起させてプラズマィヒする。

また、プラズマ生成室 2 0の周りには、電磁コイル 5 0 が配置され、導入されたマイクロ波の電子サイクロ卜ロン共鳴によって生じた第 1 ガスのプラズマを試料室 1 0内にプラズマ弓 I き出し窓 2 1.を介して導入させる。

以上が従来公知のプラズマ処理装置の構成であこのような構.成を有するプラズマ処理装置によれば、料台 1. 1上に試料 4 0を予め載置しておくことによつて、'^その試料 ' 1 0を、プラズマィヒされたガスによつて、効果的に処理してプラズマエッチングや.プラズマ付着を行うこと力できる。

電子サイク口ト口ン共鳴（ E C R ) プラズマを利甩したプラズマプロセス装置は種々の特長を有してレヽる。 C V D への応用では、 S i 0 ₂ , S i ₃ N 4などの各種薄膜を加熱なしの低温で弒密 · 高品質に形成でき、および基板への損傷も極めて低い。さらにまた、エッチングベの応用についても、高精度，高選択比，低損傷の特長を有し、今後の超し S I の製造に不可欠と考えられる。

しかしながら、上述した従来のプラズマ処理装置の場合、フラズマ生成室 2 0内に導入されるガスを励起するマイク口波が T Eモ— ドであるため、ブラズマ生成室 2 0からのマイクロ波の反射が大きく、ブラズマ生成が不安定であり、第 1 ガスを効果的に励起させることができないという欠点を有していた。

さらに力 σ えて、通常のプラズマ処理装置では、試料の枚葉 ^理を基本としており、処理速度等のスループットに関する特性についてほ十分でなく、その特性向上が望まれていた。すなわち、これまでの特長を損なうことなく、ブラズマ強度の向上，ィォン電流密度の向上を図る必耍があつた _c 発明の開示そこで、本発明の目的は、上述した欠点を解決して、スループットを向上させ、プラズマを安定に生成することのできる改良されたプラズマ処理方法および装置ならびにプラズマ処理装置用モ一ド変換器を提供することにある。

. 本発明の他の目的ほ、プラズマ中を伝播するマイク口波特性についての種々の考察結果に基づき、矩形導波管モード（通常 T E i。）をそのプラズマ中の伝撬モ一ドと結合しやすいモードに変換してプラズマ生成室に導くようにして、プラズマ生成効率を高めるようにしたプラズマ姐理方法および装置ならびにプラズマ ^珲装置用モ一ド変換器を提供することにある。

このような目的を達成するたに、本発明方法は、ブラズマイ匕されるべきガスがプラズマ生成室に導入されると共に、マイクロ波源力、らの入力マイクロ波がそのプラズマ生成室に供給され、ガスを電子サイクロ卜ロン共鳴によってプラズマィヒさせるプラズマ処理方法において、マイクロ波源からの第 1 モードの入力マイクロ波を受け、その入力マイクロ波の少なくとも一部分、を、マイク口波の進行方向の電界成分をもつ第 2 モ

— ドのマイクロ波に変換し、第 1 および第 2 モードの波を含む混成モードのマイクロ波をマイクロ波導入窓を介してブラズマ-生成室に導くことを特徴とする。

ここで、マイクロ波源からの入力.マイクロ波を矩形導波管を介して T Eモードで伝播させ、その T E ·モードのマイク口波の少なくとも一部分を T Mモードのマイグロ波に変換し、 T Eモードと T Mモードの混成モードのマイク口波をプラズマ生成室に供給すること力できる。

本発明装置は、入力マイクロ波を発生するマイクロ波源と、プラズマィ匕されるべきガスが導入されるブラズマ生成室であって、プラズマ生成室に設けられたマイク口波導入窓を介して、マイクロ波源からの入力マイク口波が供給され、ガスを電子サイクロ卜ロン共 ¾ によってプラズマィヒさせ .るプラズマ生成室.とを有するプラズマ処理装置：.こおいて、マイクロ波源からの第】モ一ドの入力マイクロ波を受け、その入力マイクロ波の少なくとも一部分を、当該入力マイクロ波の進行方向の電界成分をもつ第 ² モードのマイクロ波に変換し、第 1 および第 2 モードの波を含む混成モードのマィク口波をマイク口波導入窓を介してプラズマ生成室に導く変換器を具えたことを特徴とする。

ここで、. 変換器は、第 1 導波管と、第 1 導波管内に延在して配置された誘電体とで構成することができ第 1 導波管を円形導波管となし、さらに、マイクロ波源からの入力マイク口波を T Eモードで伝器させる矩形導波管と、矩形導波管と円形導波管との間に配置されたテーパ導波管とを具え、円形導波管内において、その円形導波管にテ一パ導波管から導入された T Eモードのマイクロ波の少なくとも一部分をモードのマイク口波に変換し、 T Eモ一ドと T Mモードの混成モードのマイクロ波を取り出すようにすることもできる。

さらに -、第 1 導波管をテーパ導波管となし、さらに、一マイク口波原からの入力マイク口波を Τ Εモードで伝播させる矩形導波管を具え、矩形導波管からの Τ Εモードのマイクロ波をテーパ導波管に導入し、その導入された Τ Εモ一ドのマイク口波の少なくとも一部分を Τ Μ モードのマィク口波に変換し、 Τ Εモードと Τ Μモードの混成モードのマイクロ波を取り出すようこしてもよレヽ _c

上述の誘電体は、変換器に導入された入力マイク π 波の進行方向に平行であり、かつ変換器に導入された入力マイクロ波の電界の方向に垂直になるように配置された誘電体板とすることもできる。

上述の第 1 導波管は誘電体板を案内する溝を有することができる。

上述の誘電体板は石英板とすることができる。

マイクロ波導入窓の上に第 2 の誘電体板を配置してちょレヽ。

本発明モード変換器は、入力マイクロ波を発生するマイクロ波源と、プラズマィ匕されるべきガスが導入されるプラズマ生成室であって、プラズマ生成室に設けられたマイクロ波導入窓を介して、マイクロ波源力、らの入力マイクロ波が供給され、ガスを電子サイクロ卜ロン共鳴によってブラズマイ匕させるプラズマ生成室とを有するプラズマ処理装置にぉレ、て、マイクロ波源からの第 1 モードの入力マイクロ波を受け、その入力マイク口波の少なくとも一部分を、当該入力マイクロ波の進行方向の電界成分をもつ第 2 モードのマイク口波に変換する第 1 部材と、第 1 および第 2 モードの波を含む混成モードのマイクロ波をマイクロ波導入窓を介してプラズマ生成室；.こ導く第 2 部材とを具えたことを特徴とする

ここで、第 2 部材ほ、第 1 導波管を有し、第 1 部材ほ第 1 導波管内に延在して配置された誘電体を有することができる = 第 1 導波管は円形導波管であり、マイク口波源からの入力マイク口波を T Eモ一ドで伝播させる矩形導波管と、矩形導波管と円形導波管との間に配置されたテーパ導波管とを具え、円形導波管内において、その円形導波管にテーパ導波管から導入された T Eモードのマイク口波の少なくとも一部分を T Mモードのマイク口波に変換し、 T Eモードと T Mモ一ドの混成モ一ドのマィク口波を取り出すようにすることもできる - さらに、第 1 導波管はテーノ導波管であ 'り、マイク口波源からの入力マイク口波を T Eモ一ドで伝搔させる矩形導波管を具え、矩形導波管からの T Eモードのマイク口波をテーパ導波管に導入し、その導入された T Eモ ― ドのマイク口波の少なくとも一部分を T Mモードのマィク口波に変換し、 T Eモードと T Mモードの混成モ一ドのマイクロ波を取り出すようにしてもよい。

上述の誘電体ほ、モード変換器に導入された入力マイク口波の進行方向に平行であり、かつモード変換器に導入された入力マイク口波の電界の方向に垂直になるように配置された誘電体板とすることができる。

上述の第 1 導波管は誘電体板を案内する清を有することができる。

上述の誘電-体扳は石英板とすることができるマイクロ波導入窓の上に第 2 の誘電体板を配置してもよい。

太発明においては、そのマイクロ波供給手段においてモード変換を行って、マイク口波を T Eモードに代え、 T Eモードと T Mモードとの混成モ一ドまたは T Mモードでプラズマ生成室に供給する。 - マイクロ波を導入して E C R プラズマを効率よく生成するには、マイクロ波がプラズマ中をどのように云揺し'、吸収されるかを明らかにすることが重要である。プラズマ中マイクロ波の伝播については、通常、平面波での近似による議論が多く、右回り波，左回り波の役割などの取扱いが実際のプラズマ生成にどのように対応するのかが必ずしも十分には解析されていな力、つた。

一般に、 E C R プラズマは半径力 ·； 1 0 c m程度でマイクロ波の波長と同程度 .であり、平面波近似による解析では十分とはレ、えない。そこで、発明者はプラズマ生成室壁の影響を十分に考慮して、磁界プラズマ中のマイク口波伝播特性について理論解析した。

以下では、「円筒金属容器（半径 r ) 中に均一ブラズマ.と一様な軸方向静磁界がある場合の軸方向（ z 方向）のマイクロ波伝播特性」についてより一般的に取扱うことにする。

基木方程式として M a X w e 1 1 の方程式から出発し、磁界中プラズマの性質を誘電率テンソルの形で表す： ¾ 方向（ z方向）に伝播するマイクロ波電磁界を

E = E ( X , y ) e ^{1 ( :o t} " ^{k z )} , IH = 1H ( x , y ) e ¹ い〕とし、誘電率テンソルをと

であり、 e 。：真空誘電率， ω _Ρ：プラズ周波数， ω _c 電子サイクロトロン周彼数であ'る。

T E波は Hzを求めることにより求まり、 H zは次の方程式を満たす（ μ 0：真空透磁率）。 · d ²Hz d ² \z e 2

1 o ί e ω k ² ] H d x² " d y e

e e 3

= - l k ω -Ez

e

T M波は E zを求めることにより求まり、 E zほ次の方程式 ■ τζ-す ο

d ²Ez d ² E z e 3

( μ. o e i ω " - k ² ) E

d x d y² e I

e

k ω o Hz (4)

e I

式（3 ) , (4 ) の右辺の係数が小さい場.合は、近 ¾的に Hz Ez は分齄され、 TE波と TM波になる ₌

定性的な傾向に着巨し、計算を容易にするため、式 (3) , (4 ) の右辺の係数が比較的小さレヽとして H z , E zを次の形で求めた。

H z = H z ₀ + cx E z o 1

I (5)

E z = E z o + iS H z o J

ここで、 H z。， E z。は式（ 3 ) ，（ 4 ) の右辺を 0 とおいたときの解で -ある。式（ 3 ) , ( 4 ) の右辺の係数の影響は α , /3 に反映される。この近似で分散関係を求めた。

境界条件として半径 r = a に金属壁があり、そこでは面に平行な電界成分が 0 となることが必耍であるこの条件を課すと伝揺可能な波について分散関係が得られ、式（ 5 ) の第 1 式および第 2 式にそれぞれ対応して H E波（準 T E波）および E H波（準 T M波）の 2 つの混成 ¾ の伝揺特性が求まる。

H E波と E H波の分散関係についての計算例を第 11図および第 12図に示す。ここで、 ω p / ω _c = 1 .5、 ω _c = 3 G H z、 r= 10 cmとした。 H E波は o) _c と ω _Η ( ω _Η = ΐ/ω _c ² + ω „ ² ：混成共鳴周波数）で共鳴し、 Ε Η波では ω c と ω _Ρ で共鳴を起す。また、右回り（π = 1 ) と左回り（n =.- 1 ) の差は、 E H波では存在せず、また H E波でも小さレ、。原点付近から伸びているモードは、プラズマと静磁界の存在により新たに伝揺可能となつたモ一ドであり、 H E波の場合、電界は周辺で強く、 E H波の場合には中央部の ¾ 界も強い。低密度のプラズマの条件（ ω p < ω c )のとき、 E H波のこのモードは ω p で共鳴するが、高密度のプラズマ条件（ _{ω p} > ω _c ) では、 ω _c で共鳴する。

強度の大きいプラズマを安定に生成する観点からは、高密度のプラズマ生成では（ ω _Ρ > ω _c) , ブラズマ密度に依存しない電子サ-ィクロ卜ロン共鳴周波数 ω c で共鳴する原点からの Ε Η波（混成波）のモードが安定であり、このモードの積極的な利用が、プラズマ生成効率の向上、さらには E C R プラズマプロセスのスル一プットの向上に有効と考えられる。

术発明はこのような考察に基づいてなしたものであつ' て、本発明によるプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成室内に導入される第 1 ガスを励起するマイク口波が、そのマイク口-波の進行方向と同じ方向の電界成分を有するので、マイクロ波がプラズマによく吸収ざれ、その結果、そのマイクロ波にプラズマ生成室内からの反射がほとんど生じないか .、生ずるとしても無視し得る程度にしか生ぜず、従って、第 2 図で示した従来のプラズマ処理装置の場合に比し、かかるマイク- ロ波によつてガスを効果的に励起することができなお、平面波で近似する場合に、左回り円偏波では電子サイクロ卜ロン共鳴が起こらないので、従来の核融合プラズマ技衛において、直線偏铵を右回り円偏波に変換するモード変換の方法が知られてレ、る（例えば、 Y u i c h i Sakamoto による Measurement o f Power T r a n s f e r E f f i c i e n c y f ro m M i c r o w a v e F i e l d to P l asma unde r E CR Cond i t i on" J a p anes e J ou rn a l o f A p p l i e d P h y s i c s , o I . 16 , No . 11 , N o v . , 1977 (p p . 1993 - 1998 ) または「 40.5電子サイクロトロン共鳴加熱」、実験物理学講座 30 「プラズマ ' 核融合」、 p p . 54 δ - 564， 1979年 12月 5 日発行（共立出版株式会社））。この方法は平面波を使つた近似に基づいており、核融合プラズマの分野では正確であると考えられる。しかし、 E C R プラズマの場合のように、マイクロ波の波長と同程度のディメンジョン（ 10 c m程度）を有する小休積のプラズマ生成には平面波による近似は有効でないこと力わかった。 '

平面波に "よる近似では、マイクロ波の反射や、干渉などの効果が考慮されていないので、対象とするプラズマが小さい空間のプラズマ生成室壁に囲まれていることを-十分に考慮して、理論解析することが必要になる。 i発明はかかる理論解析を上述したように行い、その結果に基づいて完成したものである。' 図面の簡単な説明第 .1 図は本発明プラズマ処理装置の実施例 1 の構 _成を示す断面図、

第 2 図は従来のプラズマ処理装置の一例の構成を示す断面図、第 3 図は本発明の実施例 1 におけるイクロ波導入部を示す斜視図、

第 4 図は本発明の実施例 1 におけるマイクロ波導波路の誘電体の周囲に形成されるマ-ィク口波の電界分布を示す分布図、

第 5 図は本発明プラズマ処理装置の実施例 2 の構成を示す断面図、

第 6 A図および第 6 B図は本発明の実施例 2 におけるマィク口波導入部を示す断面図、

第 7 図は术発明の実施例 2 におけるマイクロ波導入部を示す斜視図、

第 8 図は术発明の実施例 2 におけるマイクロ波導波路の誘電体の周囲に形成されるマイク口波の電界分布を示す分布図、

第 9 A図および第 9 B図は実施例 2 の体的構造の一例を示す、それぞれ、平面図および断面図、

第 1 0図は术発明プラズマ処理装置の実施例 3 の構成を示す断面図、 '

第 1 1図および第 1 2図は、それぞれ、 T E波および混成波の分散関係を示す特性図、

第 1 3図は本.棻明装置のプラズマ生成室における磁束- 密度分布を示す分布図、

第 1 4図は木発明と従来例についてマイクロ波パワーに対するィォン引出し特性および反射特性を示す特十生図、第 1 5図は本発明と従来例についてエツチングガスのガス混合率とシリコンのエッチ速度との関係を示す特性図、 . 第 1 6図は本発明を適用してポリシリコンのエツチングを行ったときのエツチング特性を示す特性図、

第 U図は本発明と従来例について電磁コイル電流を変化させた場合のマツチング特性を示す特性図、

第 i 8図は本発明におレヽて入射マイクロ波のパワーを変ィ匕させた場合のマツチング特性を示す特性図、

第 1 9図は本発明においてマイク口波パワーを変化させたときの S i 0 ₂膜形成特性を示す特性図である。

l ε 発明を実施するための最良の形態以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例 1 - ( プラズマ処理装置）

第 1 図および第 3 図は本発明の—実施例 1 を示す。ここで、第 2 図との対応部分に同一符号を付しそれらの詳細説明を省略する。

第 1 図および第 3 図において、 6 0はマイクロ波導入部を示す。このマイクロ波導入部 6 0は、マイクロ波導入窓 2 7に結合された円形導波管 6 1と、矩形導波管 3 3内の Τ Ε 。モードの T E波から円形導波管 6 1内の T E i >モードの T E波へのモード変換を行うように、矩形から円形にテ一パづけされたテーバ導波管 6 2と、円形導波管 6 1の內部に配設された誘電体、たとえば石英ガラス板 6 3とを有する。この板 6 3は、導波管 S 1に導入されたマイク口波の進行方向に平行であり、かつそのマイク口波の電界に垂直どなるように配置される。窓 2 7は支持部材 6 8によってプラズマ生成室 2 0に取りつけられる。この支持部材 & 8の上に円形導波管 6 1を固着する。

矩形導波管 3 3内を伝撬してきたマイク口波ほ、その電界 E が進行方向 Z と垂直な T E波（通常は T E i。モード）で ·あり、この T E波はテ一パ導波管 5 2によつて T E波の T E！モードに変換されて円形導波管 6 1に導入される。円形導液管 6 ίに導入された T E波の一部分は、誘電体板 6 3 によりマイク口波の電界が縦波成分を有するようなモ一ドの T M波に変換されて、円形導波管 6 1内をマィク口波導入窓 2 7に向けて伝揺される。

誘電体板 6 3によつてマイク口波導波路の周囲に形成されるマイクロ波の電界分布は第 4 図のようになる。このマイク口波はその.進行方向 Z と同じ方向の電界成分をもつ T M波である。

従 ^ て、マイクロ波導入窓 2 7からプラズマ生成室 2 0 内に導入されるマイクロ波は、上記の τ Mモードのマイク口波とテーパ導波管 6 2によつて変換されて円形導波管 6 1に導入された T E i ,モ一ドのマイク口波とが混在した混成 -て- — ドのマイクロ波である。この混成モードのマイクロ波は、 T Mモ.一ドの方が主であるのか、または T Eモ一ドの方が主であるのかに応じて、それぞれ、 H E モードまたは E Hモードのマイク口波と呼ばれるが、本発明ではそのどちらでもよレヽ。本発明では、マイクロ波の進行方向 Z の成分をもつ電界がプラズマ生成室 2 0 内のプラズマに導入されるようにすればよい。

このようにすると、電磁コイル 5 0によって生成される Z 方向の磁場の回りに電子サイク口卜口ン運動によりらせん運動しているプラズマ中の電子が、 Z 方向成分力、をもつ電界と十分に相互作用するので、安定なモ.一ドとなってマイクロ波が効率よく伝揺して電子サイクロトロン共鳴領域に到達する。その結果、導入するマイク口波がプラズマに効率よく吸収される。このた I 8 め、プラズマで反射されるマイクロ波が極めて少なくなる。

らせん運動している電子が z 方向成分をもつ電界と相.互作用しやすい理由ほ、 z方向に垂直な方向への電子の運動は z 方向の磁場の束縛力のために制動力を受けるが、磁場と同じ方向への電子の運動は磁場に束縛ざれず、自由であるためと考えられる。

実施例 2 ( プラズマ理装置）

第 5 図，第 5 A図，第 6 B図および.第 7 図は実施例 2 をす ₀ - 実施例 2 では実施例 1 における円形導波管 6 1を省略し、変換甩テーパ導波管 6 2内に誘電体板 6 3.をマイク π 波進行方向 Z に水平に、かつマイク口波電界 £ に—垂直になるように配設する。すなわち、実施例 2 では、テ —パ導波管 6 2と円形導波管 1 1および誘電体板 6 3によろモード変換部とを一体的に構成する。これにより、二ンパ卜なマイクロ波導入用モード変換器が実現される。一

さらに、符号 6 5および 6 6はテ一パ導波管 6 2の下側および上側フランジである。支持部材 6 8 IZ下側フランジ 6 5 回； 5 る。-

' 実施例 2 では、テーパー導波管 6 2は、第 6 A図および第 S B図に示すように、矩形導波管 3 3の矩形断面をその長手方向の寸法にほぼ等しい直径を有する円形（例えば 1 0 c m ) 断面に変換するような構造とする - このテーパ導波管 6 2の外観を第 7 図に示す。さらに、このテーパ導波管 S 2の内部に配置されている誘電体板 6 3は、たとえば、マイク口波進行方向に長さ 8 c in ,この道行方向と直角な方向の幅 i 0 c m , 厚さ ⁵ m m の石英ガラス板とする。なお、マイクロ波導入窓 2 7は、プラズマ生成室 2 0 を真空（低ガス圧）に保ち、かつマイクロ波を導入するためのものであり、ここでは厚さ 1 5 m mの石英ガラス板を用いることができる。

第 8 図に示すように、矩形導波管 3 3内を T ₀モードで伝揺してきたマイクロ波は、テーパ導波管 6 2の内部でその一部が誘電体板 6 3を伝送線路として T Mモ一ド波が誘起される（誘電体表面波）。その結果、 T E波と Τ Μ 波とが混在し、従って電界が縦波成分を有する伝播モードの混在被がマイクロ波導入窓 2 7を介してプラズマ生成室 2 0内に導入され、ここでプラズマと結合し、ブラズマに吸収される。

上述したように、マイクロ波波長と同程度の寸法 ( またはそれより小）の有限空間におけるプラズマでは、縦波成分を有する電磁波動が伝撬する.ので、マイク口波進行方向に電界成分を有する導波モ一ドはブラズマへのマイク口波導入をスムーズに実現すると考えられる。

さらに、マイクロ波は誘電体板 6 3 ΙΖ 沿つて伝揺されるので、周囲の円筒導波管 6 1またはテ一パ導波管 6 2の金属：の形状の影響を受けにくく、金属壁の凹凸によるマイク口波の反射等の複雑な不安定性を除去することができる。

実験 ,

この実験では、ガス導入管 2 2より 0 ₂ガスを流量 5 〜

5 0 c c / m i πでプラズマ生成室 2 0に導入し、この室 2 0内のガス圧を 1 0— ⁴ T 0 r r〜 2 x 1 0— ³ T o r rとした。磁気コィル 5 0には電子サイクロ- ト口ン共鳴条件がプラズマ生成室

2

2 0内のど：こ-かで生じる i 4〜 o 2 2 A の広範囲の条件で電流を流した。整合器 3 4の調整により、下記の良好な結果を得ることができた：

さらにまた、プラズマのイオン化率を同じマイクロ波導入電力で約 3 倍にすること .ができた。さらに、マィク口波の反射率が極めて小さくなつたので、従来よりも大きな電力のマイク口波をプラズマ生成室 2ひに導入することが可能になり、総合的に従来よりも 1 0倍以上のイオン電流（ 1 0〜 2 0 m A / c m ² ) を試料 4 Qが配置されている試料室 1 0に弓 ί き岀すことができた。

マイク口波の整合に不利な条件のパルス状（間欠発振）マイクロ波（ 5 Q H zおよび l Q Q H z の間欠発振，周波数 2 . 4 5 G H z ) .を用いたとき、従来の装置では入射パヮー 2 0 G W ~ 1 0 0 0 に対して 4 0〜 5 0 の反射波を生じたのに対し、术発明の装置では 2 〜 8 % の反射波しか—発生せず、著 _しい特性向上が実現された - 本実施例では誘電体 S :3として板状の形状のものを，レ、たが、誘電体 6 5'として円柱状誘電体を用いることもできる。この場合のマイクロ波伝播モードは H E！ , モードが主となる。

第 9 A図および第 9 B図はテーパ導波管 6 2の具体例を示し、符号 5 7は下側フランジ 6 5にあけられた複数の孔であり、これら孔 6 7を通してボル卜を挿通して、窓 ^{2 7}の支持部材 6 3へ下側フランジ 6 5を固着する。符号 6 9は上側フランジ 6 6にあけられた複数の孔であり、これら孔 6 9を通してボルトを挿通して、矩形導波管 3 3へ上側フランジ 6 6を固着する。符号 7 0 と 7 1および 7 2 と 7 3は、それぞれ、テーパ導波管 6 2の内側管壁に所定の間隔をもつて取付けられた各 2 条の細長い突起部材である。突起部材 7 Qと 7 1の組と突起部材 7 2 と 7 3の組と. は互レ、— に対向する。これら突起部材 7 Qと 7 1および 7 2と 7 3 によって形成された溝の中に石英板 6 3の両端を案内する。石英板 6 3の下端ほ窓 2 7に接触してもよレヽし、あるレ、は、突起部材 7 Q〜 7 3の各下端に石英板 6 3の掛止部材を設けてもよい。なお、符号 7 4は下側の円形開口、 7 5は上側の矩形開口を示す。

この実施例において、テ一パ導波管 6 2の材料は銅で、その表面に銀めつきを施した。上側の矩形開口 7 5 は約 3 Q X 3 0 ra m、下側の円形開口 7 4は 1 Q 0 ra m ø とした - テーパ導波管 6 2の高さは 1 1 0 m m とした。石英板 6 3としては 9 9 X 8 0 m mで厚さ 5 ra m のものを用い、突起部材 7 0〜 7 3の各断面を 2 X 2 m m , 長さを 1 0 0 m m とした。突起部材 7 0 と 7 1 , 7 2 と 7 3の各間隔を S m m とした。突起部材 7 0 〜 73の各下端と下側円形開口 74との距離を 5 m m とし、突起部材 7 Q〜 73の各上端と下端矩形開口 ⁷5の距離を δ mm とした。

実施例 3 ( プラズマ ^理装置）

第 10図-は m 5 図の変形例を示す。この実施例 3 では _t、整合特性をさらに改善するため、マイクロ波導入'窓 27の上部に他の誘電体板、たとえば厚さ 5 〜 10 m m の PTF E板 64を重ねて B置する。

さらにまた、モード変換部に挿入された誘電体板 53 の長さを変化（実-験では 5 〜 10 era) させることによつて、各種 E C R プラズマ処理装置に対して、整合特性を最適化することができた。

電磁コイル 50によって磁界を印加したプラズマ中でのマイク σ波の伝播特性について第 11図，第 12図および第 13図を参照して説明する。

プラズマ中を伝播するマイク口波の各モードの分散関係、すなわち周波数 ω と波数 k の関係を具体的な近似で表わすと、次のように求まる。

HE波では、.

a T J n ( a T ) ( ω ² e ι o- kつ + n ω - e ₂ U- o J n ( a T ) = 0 e₂ ²

T ² = ( e i ) o ω ² - k ²

e Ϊ

但し、（X ) ：べッセル関数 E H波では、

J _n ( a T ) = 0 e 3

( e i μ o

e i

となる。

第 1 1図お ί び第 1 2図は、それぞれ、 Η Ε波および本発明による Ε Η波の場合の分散関係を示す。こ .こで、 H E波および Ε Η波とも、混成波であって、それぞれ、準 T E波および準 Τ Μ波ともレ、う。 k

2

ここで、縦軸はマイク口波の周波数 ω を電子サィク口卜口ン周波数 ω _c = e Β / mで規格化した周波数 ω 7 ω _c を示す。横、軸は波数 k を k c = ω _c / c ( c：光速）で規格化した波数 k / k _cを示す。

第 i 1図の H E波の場合には、プラズマ周波数 ω ρ = n e ² / e 。 inに対して、 ω _P / ω _c = 1 . 5 の咼密度ブラズマを発生した場合を条件にとつて、 ω _c / 2 π = 3 G Η ζ , ブラズマの半径を 1 0 c _mとした。第 1 1図において、 ω ト, は混成共鳴周波数であり、 V" c ² + ω ρ ²で与えられる。

第 1 2図の Ε Η波の場合には、計算条件は Η Ε波の場合と同じとした。原点から伸びてレ、る Ε Η ！ 1 のモ一ドを利用してプラズマ生成効率の向上ができる。高密度ブラズマ条件 ω Ρ /' ω c >丄は、 ω c / I n = 2 . 4 5 G H zとしたときに得られ、プラズマ密度 > 7 . 5 X 1 0 ^{1 0} c m - ³ となる。

第 1 3図は本発明装置のブラズマ生成室 2 0における ζ 方向の磁界の磁束密度 B の分布を示'し、 ω / 2 7T = 2.45 GH z とした場合に、 B = 875 Gのときに、電子サイクロトロン共鳴（ E R ) を起こし、 ω = ω c となる。

第 11図および第 Ί 2図よりわかるように k —∞ となるマイクロ波周波数で、マイク口波はプラズマ中の電子と共鳴して、電子サイク口ト口ン共鳴状態になる。 H E 波は ω _c と ω _Η で共鳴を起こし、 Ε Η波では ω c と ω _Ρ で共鳴を起こす。マイクロ波の進行方向に対する電界の回転方向が右回り（π = 1) の場合 .と左回り（π = - 1) の場合との差は、 Ε Η波では存在せず、また il Ε波でも小さレヽ ο

原点付近から伸びている Η Ε波， Ε Η波のモードは、ブラズマと静磁界存在に 3：つてマイク口波が伝緞可能になったモードで'ある。. これらは、 ω ρ ■→ 0 ( ブラズマが発生してレヽ ^い条件）にすると消失して、各モ一ドは通常の Τ Ε波， Τ Μ波の導波管モードになる。 .

Η Ε波の場合、電界は導波管-の周辺で強い。しかし、 Ε Η波は中央部の電界も強いので、プラズマを効果的に生成できる。 Ε Η波は、低密度のプラズマの条件（ ω _Ρ < ω _c ) では ω _Ρ で共鳴するが、高密度のプラズマ条件 ( ω ρ > ω _c )では ω _c で共鳴するようになる。 ω _c ほ磁界の強さだけで決まるため、安定である - 従って、 ε c R プラズマの強度を上げ、しかも安定励起するためには、原点から伸びている Ε Η波（ ¾ ΤΜ 波）のモードが有効である。 ' 以上の理論解析の結果、強磁界部（ ω c > ω ) から E C R 条件を満たす領域へマイクロ波を導く伝播モードとして、進行方向にも電界成分（縦波成分）を有する混成波（ Ε Η波）において原点付近から伸びているモードを利用するのが有効と考えられる。これに対し、矩形導波管内を伝播するマイクロ波は、電界が進行方向と垂直になっている Τ 1：波であり、混成波（ Ε Η波）の励起には適していなレヽ。

この点に鑑みて、本発明では、矩形導波管 3 3からの Τ Ε波を誘電体 6 3を含むモード変換器に導いて誘電体 ¾ -波モードである Τ Μ波を誘起させ、以つて、 Τ Ε波と Τ Μ波とが混在して、縦波成分をもつ伝播モードの混成波を取り出してプラズマ生成室 2 0に導く。その結果、マイクロ波はプラズマ中の伝播モードに容易に交換され、 E C R 条件のプラズマ領域にマイクロ波エネルギ― が効率よく供給され吸収されて、プラズマ生成効率が向上する。

実施例 4 ( E C Rエッチング装置）

第 5 図に示したプラズマ処理装置を、たとえば J . V a c . S c i . T e c h n 0 1 . B 4 ( 3 ) 6 9 6 ( 1 9 8 6 ) に開示されている E C エッチング装置に用レヽる。

すなわち、第 5 図に示した構成の E C R プラズマ ^理装置におレ、て、ェッチングガスをガス導入管 2 2よりプラズマ生成室 2 0に導入することによって、エツチング装置として用いることができる。この場合、プラズマ 2 e 生成室 2 0の内壁（金属）がエッチングガスによつて腐食されたり、エッチングすべき試料（ゥェ八.） 4 0が内壁の金属で汚染されたりしないように、プラズマ生成室 2 Qの内壁を石英ガラスで覆うようにした。本例ではエツチングガスは第 1 ガス導入系 2 2から供給したが、第 2 ガス導入系を併用してもよい。

このように構成した E C R エッチング装置において、そのマイク口波導入部分における-矩形導波管 3 3とマィク口波導入窓 2 7との間に、本発明におけるマイク口波導入部 6 Qを設け、矩形導波管 3 3からの T E波の一部分を誘電体 6 3を含むモード変換器によつて波に変換し、縦波成分を有する混成波をマイク口波導入窓 2 7からプラズマ生成室 2 0に導く。 .

以上の構成の E C R エッチング装置において、ガス導入管 2 2より C JZ ₂ を 7 5容積、 S F ₆ を 2 5容積舍むェツチングガスを流量 2 0 s c c mでプラズマ生成室 2 0 ;こ洪給した。この場合につレヽてゝマイクロ波ノヮ一に対するィォ-ン電流密度の関係、すなわちイオン引出し特性およ.び反射されるマイク口波のパワー、すなわち-マイク口波反射特性を本発明と従来例とを対比して第 1 4図に示す。なお、反射波は、整合器 3 4によって最も少なくなるよう調整した状態で測定した - 第 1 4図からわかるように、本発明によれば、イオン . 電流度が同一入射パワー対して 3 〜 4 倍に増加しており、 1 0 m A / c m ²以上の高ィォン電流密度が直径 1 5 c 以上の領域において均一性よく得られるようになつた - また、反射波も i G ίί' 以下とほぼ無視し得る程度になつたため、注 .人されるマイクロ波のパワーをさらに高めることによってイオン電流を一層大きくすることもできる。ここで、イオン電流密度の測定は、入射電子による電流を除去するために、 - 5 Q Vの負電圧にノィァスしたプロ一ブを用レ、た。また、マイクロ波源 3 1 としては周波数 2 . 4 5 G H z の連続発振式のものを用いたが、他の周波数または間欠発振式のマイク口波源を用レヽることもできる。

第 1 5図はエッチングガスとして C J2 ₂ と S F _β の混合比を変ィ匕させた .ときのシリコンのエツチ速度の特性を示す。 ·'

C J2 2 を主成分としたときには、エツチングはィォン入射によって促進され、アンダカットのない高精度なエッチングを実現できる。本発明によって、このような領域でエツチ速度を大幅に向上させることができ、特に S F s が 2 5 ¾ 以下の条件では 1 0倍程度の顕著な効果が得られた。 'この実施例では.、 E C R プラズマを発散磁界で弓 I き出してィォン流を形成するので、イオンエネルギーは 1 0〜 3 0 e Vと低く、したがつてシリコン'試料の.損傷が小さく、下地材料に ¾ する選択エツチング特性に優れているという利点力；ある。低エネルギーの場合、従来法では、エッチ速度が小さいという欠点があつた力;'、术発明の適用によって、十分なエッチ速度が得られるようになつた。

•なお、高周波電源等によるバイァス電圧を試料台に印加することを併用すれば、エッチ速度をさらに数倍増加させることが可能である。但し、この場合には低エネルギーの特長が損なわれるので、目的に応じて、 ' 両者を使い分けるのがよい。

第 1 4図からわかるように、エッチングガスの流量および Z またはマイク口波パワーを増大することによつて、エッチ速度が増大するので、それによりスル一プッ卜の一層の向上を実現できる。

なお、エッチングの選択比や損傷等の特性については、これまでの特長は損なわれていないことを確認した。

第 1 6図は本発明を適用した場合のエツチング特性の一例を示す。この例では、 C £ ₂ と S F 5 の混合ガスをエツチングガスとして用レヽ、その流量を 2 0 s c c m ( 圧力は 5 . 0 X I 0— ⁴ T 0 r r ) 、マイクロ波のパワーを 4 0 0 とした。第 1 6図は S F ₆ 混合率を変化させた場合の单結晶シリコンおよびポリシリコンの場合のエッチ速度および P 0 I y— S i / S i ΰ ₂および Ρ ο 1 y - S i /レジス卜（ 0 F P R また M ) の場合のエッチング選択比を示している。

第 1 6図からわかるよう Iこ、低エネ-ルギ一ィォン流ェッチングの-特長である、 C ₂ 側 ₂ のみまたほわずかに S F _s 添力 ΰ ) での高選択 ];匕（ Ρ 0 i y - S ί / S i 0 ₂ 力 ί .5 0 リ、上）の特性は従来 ε C R 法に比較して全く損なわれていなレヽ。

S iエッチングでの S iの結晶欠陥評価につレヽても、従来の高周波プラズマ法に比較してきわめて低損傷の結果を得た。

これらの結果は、本発明の適用によって、イオン電流密度を増カロ'させるが、イオンエネルギーはほとんど増力させていないため、スルーブッ卜の向上は他の特性に悪影響を与えなレヽということを意味してレ、る。実施例 5 ( E C Rプラズマ C V D 装置）

米国特許第 4 , 4 0 1 , Q 5 4 号の「プラズマ付着装置」または米国特許第 4 ， 4 9 2 , 6 2 0 号の「プラズマ付着方法および装置」に開示されている E C R 薄膜形成装置を用い、そのマイクロ波導入部分に本発明におけるマイク口波導入部 6 0を設け、矩形導波管 3 3からの Τ Ε波の一部分を誘電体 6 3を含むモード変換器によつて Τ Μ波に変換し、縦波成分を有する混成波をマイク口波導入窓 2 7からプラズマ生成室 2 0に導く。 ―

このような構成の E C R プラズマ C V D 装置にぉレ、て、電磁コイル 5 Qへ供給する電流を変化させたときのマイク口波の反射特性、すなわち整合特性を、本発明と従来例とを対比して、第 1 7図に示す。

入射マイクロ波のパワーを 3 Q Q Wとし、ガス導入管 2 2 より 0 ₂ガスを：; し量 3 0 c c / m i ηまたは 5 c c / m i n でプラズマ生成室 2 Qに供給した。なお、反射マイクロ波は、整合器； Hを調整して、反射波パヮ一が最も小さくなるよう 3ひにした状態で測定した。

第 17図において、電磁コイル 50に供給される電流を約 1 \ にまで増加させると、プラズマ生成室 20内の一部分に E C R 条件を満たす磁束密度（マイクロ波周波数 2.45 GHz に対して 875 G ) が出現し、プラズマが生成されるようにな _る。電磁コイル 50の電流をさらに増加させると、 E C R 条件の磁界領域がマイクロ波導入窓 27の近傍から、プラズマ生成室 20の中央部へと移動する - ECR 条件を満たす電磁コイル電流 16〜 20 A では、反射波は、 0₂ガス流量が 30cc/mi nの条件では 1¾以下となつた。 0₂ガス.流量が 5 c c/ m i n の場合でも 5 〜 6 %以下となり、従来例に比較して、著しい整合特性の向上が認められた。

第 18図は、末発明による C V D 装置において、 0₂ガスの流量を 30 c c / m i nとし、電磁コイル電を i 8 A とした場合に、入射マイクロ波のパワーを変ィ匕させたときの反射率の変化を示す。

第 18図からわ -かるように、マイクロ波のノ、' ヮ一を広範囲に変えても、反射率は 1 〜 2 % の低い値に抑えられており、整合性が良好であることがわかる。

なお、この装置でほマイクロ皮源、 31として 100 H z の ¾欠発振方式の装置を用いており、パワーの瞬間値、したがつてプラズマ状態ほ時々刻々変ィ匕しているも拘らず、第 18図に示すように良好な整合特性が得られ - 以上の C V D 装置に対して、 0 ₂ガスと S i H 4ガスとを導入して S i 0 ₂膜を堆積させた場合について、マイクロ波パワーと付着速度および反 '射率との関係を第 1 9図に示 ' す。 .

この特性は、電磁コイル 5 0の電流を 1 7 ，試料合 1 1上の基板 4 0とマイク口波引出し開口 2 1との間の距離を 1 5 c mとして、さらにガス導入条件を 0 ₂ガス流量を

3 0 c c / tn i nおよび 5 0 c c / m i π , S i Iしガス流量を 3 0 c / i πおよび 5 0 c c / m i π ( N ₂換算）と定めた場合について測定した結果を示す。 S i ·Η 4： 0 ₂ = 5 0 _: 5 0 c c / m i n とし、かつマイクロ波のパワーを 1 2 0 0 W としたときに、付着速度は

4 0 0 G A / m i nとなり、従来の 2 〜 3 倍の高速度で膜を形成でき、したがって、膜形成のスルーブッ卜が向上した。この場合に、マイクロ波パワーを増大しても屈折率は約 1 . 4 8 ¾ にほぼ一定に維持されており、膜品質は良好であった。さらに、マイクロ'波パワーを増大しても、反射率は約 1 ¾以下に維持されており、. 反射パワーは無視し得る程度に減少してレ、ること'がわかった。

従来は、高パワーのマイクロ波を供給しても、反射されるノヮ一が増大するので、プラズマに注入されるマイクロ波のパワーを高めることは困難であつたが、本発明では、高パワーのマイクロ波をブラズマに注入することが容易になったので、マイクロ波源 3 1を大容量のものとしたり、堆積ガスの流量を増大させること：こよって、付着速度をさらに 2 〜 3 倍以上に高速ィヒ 3 ί

( 例えば 1 m / m i η ) することができる産業上の利用可能性以上から明らかなように、本発明によれば、矩形導波管からの Τ Εモードのマイク口波を誘電体によるモード変換器に通して Τ Μ波を部分的に誘起するようにしたので、プラズマ生成室にはマイク口波の進行方向に対して平行な電界成分、すなわち縦波成分を有する伝攛モードをもつ混成波が導入され、その結果、 E C Γ; 条件を満たすプラズマ領域にマイクロ波エネルギーが ¾j率よく供給ざれてブラズマに吸収されるので、プラズマ生成効率が向上し、したがって、プラズマ処理のスル — プットが向上する。

さらに、本発明によれば、プラズマ生成室に注入されずに反射されるマイク口波のパワーが大幅に減少するので、マイク口波を効率よくプラズマに注入することができる。しかも、本発明では、このようにマイク rr 波のパヮーを広範囲に変化させても、反射率ほ低い値に保たれているという利点もある。

従って、末発明ではマイク口波源を大容量のものにすることができ、この点や導入ざれるガスの流量を高めることによって、プラズマ処理のスル一ブッ卜を一層向上させることがで

従って、末発明ほ、 E C R プラズマエッチング装置および E C R プラズマよ装置に同時に適用して、それぞれ、エッチ速度および.膜付着速度を向上させることができる。さらにまた、本発明は、これら装置のみならず、さらに他のマイクロ波プラズマを利用する装置、例えばイオンシャワー装置（例えば米国特許第 4 , 4 5 0 , 0 3 1 号に開示の装置） . イオンビーム装置， E C R プラズマスノッタ装置などに同様に適用してィォン電流の増加などの特性向上を図ることができる。

以上、本発明を種々の実施例について詳細に説明してきたが、当業者にとっては、上述したところから明らかなように、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の変'形および変更を行うこと力でき、したがって、請求の範囲に記載の本発.明は、本発明の範囲内のすベてのかかる変形および変更も包含するものである。

Claims

請求の範画

1 ) プラズマィ匕されるべきガスがプラズマ生成室に -導入されると共に、マイクロ波源からの入力マイクロ波が前記プラズマ生成室に供給され、前記ガスを電子サイク口トロン共鳴によってプラズマィ匕させるプラズマ処理方法において、

前記マイク π 波源からの第 1 モードの入力マイク口波を受け、

その入力マイクロ波の少なくとも一部分を、当該入力マイク口波の進行方向の電界成分をもつ第 2 モードのマイクロ波に変換し、

前記第 1 および第 2 モードの波を含む混成モ一ドのマイクロ波をマイクロ波導入窓を介して前記プラズマ生成室に導くことを特徴とするプラズマ処理方法 -

2 ) 前記マイク口波源からの前記入力マイク口波を矩形導波管を介して T Eモードで伝播させ、 ' その T Eモードのマイクロ波の少なくとも一部分を T M モードのマイク口波に変換し、

T Eモードと T Mモードの混成モ一ドのマイク口波を前記プラズマ生成室に供給することを特徴とする請求の範圑第 1 項に記載のプラズマ処理方法。

3 ) 入力マイクロ波を発生するマイク口波源と、プラズマ化されるべきガス力導入されるプラズマ生成室であって、前記プラズマ生成室に設けられたマイクロ波導入窓を介して、前記マイクロ波源からの前記入力マイク口波が供給され、前記ガスを電子サイク口卜ロン共鳴によってプラズマィ匕させるプラズマ生成室と

を有するプラズマ処理装置において、

前言己マイク口波源からの第 1 モードの入力マイクロ波を受け、その入力マイクロ波の少なくとも一部分を、当該入力マイクロ波の進行方向の電界成分をもつ第 2 モードのマイクロ波に変換し、前記第 1 および第 2 モードの波を舍む混成モ一ドのマイクロ波を前記マィク口波導入窓を介して前記プラズマ生成室に導く変換器を具えたことを特徴とするプラズマ処理装置。

4 ) 前記変換器は、第 1 導波管と、該第 1 導波管内に延在して配置された誘電体とを有することを特徴とする請求の範囲第 3 項に記載のプラズマ処理装置。

5 ) 前記第 1 導波管は円形導波管であり、

前言己マイクロ波源からの入力マイクロ波を T Eモードで伝播させる矩形導波管と、

前言己矩形導波管と前記円形導波管との間；こ配置されたテーパ導波管とを具え、

前記円形導波管内において、その円形導波管に前記テ一パ導波管から導入された T Eモードのマイク口波の少なくとも一部分を T Mモードのマイクロ波に変換し、 T Eモードと T Mモ一ドの混成モ一ドのマイク口波を取り出すことを特徴とする請求の範囲第 4 項に記載のブラズマ処理装置。

6 ) 前記第 1 導波管はテーパ導波管であり、

前記マイクロ波源力ゝらの入力マイクロ波を T Eモードで伝播させる矩形導波管を具え、前記矩形導波管からの T Eモードのマイク口波を前記テ一パ導波管に導入し、その導入された T Eモードのマイクロ波の少なくとも一部分を Π1モードのマイクロ波に変換し、 T Eモードと T Mモ一ドの混成.モードのマイクロ波を取り出すことを特徴とする請求の範囲第 4 項に記載のプラズマ理装置。

7 ) 前記誘電体は、前記変換器に導入された前記入力マイク口波の進行方向に平行であり、かつ前記変換器に導入された前記入力マイク口波の電界の方向に垂直になるように配置された誘電体扳であることを特徴とする請求の範囲第 3 項ないし第 6 項のいずれかに記載の-ブラズマ処理装置 -

8 ) 前記第 1 導波-管は前記誘電体板を案内する溝を有することを特徴とする請求の範囲第 7 項に記載のブラズマ処理装置。

9 ) 前記誘電体板は石英板であるこ-とを特徴とする請求の範 ffl第 3 項ないし第 8 項のいずれかに記載のブラズマ処理装置。 '-

1 0 ) 前記マイクロ波導入窓の上に第 2 の誘電体板を配置したことを特徴とする請求の範囲第 3 項なレヽし第 9 項のいずれかに記載のプラズマ処理装置。

1 1 ) 入力マイクロ波を発生するマイクロ波源と、

プラズマィヒされるべきガスが導入されるプラズマ生成室であって、前記プラズマ生成室に設けられたマイクロ波導入窓を介して、前記マイクロ波源からの前記入力マイクロ波が供給され、前記ガスを電子サイクロトロン共鳴によってプラズマィヒさせるプラズマ生成室と .

を有するプラズマ処理装置において、

前記マイクロ波源からの第 1 モードの入力マイクロ波を受け、その入力マイクロ波の少なくとも一部分を、当該入力マイク口波の進行方向の電界成分をもつ第 2 モードのマイクロ波に変換する第 1 部材と、

前記第】および第 2 モードの波を含む混成モードのマイク口波を前記マイク口波導入窓を介して前記プラズマ生成室に導く第 2 部材とを具えたとを特徴とするプラズマ ^理装置用モ一ド変換器。

1 2 ) 前記第 2 部材ほ、第 1 導波管を有し、前記第 1 部材は前記第 1 導波管内に延在して配置ざれた誘電体を有することを特徴とする請求の範画第 1 1項に記載のプラズマ処理装置用モード変換器。

1 3 ) 前記第 1 導波管は円形導波管であり、

前記マイク口波源からの入力マイク口波を τ εモードで伝播させる矩形導波管と、

前記矩'形導波管と前記円形導波管と間に配置されたテーパ導波.管とを具え、 - 前記円形導波管内において、その円形導波管に前記テ一パ導波管から導入された Τ Εモ一-ドのマイクロ波の少なくとも一部分を Τ Μモードのマイクロ波に変換し、 Τ- Εモードと Τ Μモードの混成モードのマイク口波を取り出すことを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載のブラズマ処理装置用モード変換器。 -

1 4 ) 前記第 1 導波管はテーパ導波管であり、

前記マイク口波源からの入力マイ- ク口波を Τ Εモード伝揺させる矩形導波管を具え、前記矩形導波管からの Τ Εモードのマイク口波を前記テーパ導波管 ΙΖ 導入し、その導入された Τ Εモードのマイクロ波の少なくとも一部分を T Mモードのマイク口波に変換し、 T Eモニドと T Mモードの混成モードのマイク口波を取り出すことを特徴とする請求の範囲第 U項に記載のプラズマ処理装置用モード変換器。 . '

1 5 ) 前記誘電体は、前記モード変換器に導入された前記入力マィク口波の進行方向に平行であり、かつ前記モード変換器に導入された前記入力マイク口波の電界の方向に垂直になるように配置された誘電体 .板であることを特徴とする請求の範囲第 1 1項ないし第 1 4项の、ずれかに記載のプラズマ処理装置用モ一ド変換器。

1 6 ) 前記第 1 導波管は前記誘電体板を案内する溝を有することを特徴とする請求の'範囲第 1 5項に記載のプラズマ処理装置用モード変換。

1 7 ) 前記誘電体板は石英板であることを-特徴とする請求の範囲第 1 1項ないし第 1 6項のいずれかに言己載のブラズマ処理装置用モ一ド変換器。

1 8 ) 前記マイクロ波導入窓の上に第 2 の誘電体板を配置したことを特徴とする請求の範囲第 1 1項ないし第 1 7 項のいずれかに記載のプラズマ処理装置用モード変換