DE69306007T2

DE69306007T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Plasmaerzeugung und Verfahren zur Halbleiter-Bearbeitung

Info

Publication number: DE69306007T2
Application number: DE69306007T
Authority: DE
Inventors: Hiromichi Enami; Tetsunori Kaji; Yutaka Kakehi; Yoshinao Kawasaki; Kazuo Nojiri; Yoshifumi Ogawa; Keizo Suzuki; Seiichi Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-30
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1997-05-22
Anticipated expiration: 2013-01-27
Also published as: US5646489A; EP0725164A2; DE69306007D1; EP0554039A1; US5433789A; EP0725164A3; EP0554039B1

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erzeugen von Plasma, und sie betrifft Anwendungen des erzeugten Plasmas beim Bearbeiten von Substraten, insbesondere Halbleitersubstraten.
Die grundsätzlichen Techniken zur Plasmaerzeugung unter Verwendung von Mikrowellen sind wohlbekannt. Siehe z. B. "Semiconductor Plasma Processing Technique" (Sugano, veröffentlicht von Sangyo Tosho, Seite 139). Durch Mikrowellen erzeugte elektrische Felder und ein externes Magnetfeld wirken in einer Entladungsröhre zusammen, um ein Plasma zu erzeugen, das zum Behandeln von z. B. Halbleiterwafern verwendet wird.
Mit dem Fortschreiten der Halbleitertechnologie nimmt die Größe von Halbleiterwafern zu. Um derartige Wafer durch Plasma zu bearbeiten, müssen auch die Ausbreitungswellenleiter für die Mikrowellen vergrößert werden, damit größere Plasmagebiete erzeugt werden können. Jedoch führt eine Zunahme der Wellenleiterfläche zu bestimmten Problemen, die die Qualität und die Beständigkeit der derzeit bei Wellenleitern mit großem Querschnitt verfügbaren Plasmabearbeitung verringern.
Das japanische Patent 60530/1988 merkt an,dass die Tendenz besteht, dass sich Mikrowellenenergie in der Mitte eines Wellenleiters konzentriert, so dass in den Randbereichen kein Plasma erzeugt wird. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird vorgeschlagen, den Wellenleiter in eine Anzahl gleicher Abschnitt zu unterteilen, die sich Seite an Seite erstrecken. Jeder dieser Abschnitte würde über seine eigene zentrale Konzentration der Mikrowellenleistung verfügen, so dass die Leistung insgesamt über den Wellenleiter besser verteilt wäre.
Das japanische Gebrauchsmuster 67637/1990 betrifft ebenfalls die Ermöglichung des Erzeugens von Plasma zur Kante eines kreisförmigen Wellenleiters hin. Der Wellenleiterraum wird durch einen konzentrischen Einsatzzylinder und durch sich vom Zylinder ausgehend nach außen erstreckende radiale Wände unterteilt. Dr Zylinder ist größer als eine typische Halbleiterprobe. Die verschiedenen Unterquerschnitte können geschlossen werden, was es ermöglicht, die Mikrowellenausbreitung so zu wählen,dass sie selektiv zentral und/oder am Rand im Wellenleiter erfolgt.
Diese bekannten Konstruktionen erzielen eine Verteilung der Mikrowellenenergie über eine größere Fläche des Wellenleiters. Jedoch bestehen beim Stand der Technik immer noch schwerwiegende Probleme hinsichtlich der Stabilität und der Gleichmäßigkeit des Plasmas, insbesondere in einem Wellenleiter mit großem Querschnitt.
Die Erfinder haben erkannt,dass es zum Erzielen eines guten Plasmas nicht ausreicht, einfach die Mikrowellenenergie über den Wellenleiterquerschnitt zu verteilen. Vielmehr wird darauf hingewiesen,dass ein grundsätzlicheres Problem in Zusammenhang mit Plasma die Ausbreitungsmodi der Mikrowellen besteht. Wenn ein Wellenleiter einen großen Querschnitt in Beziehung zur Mikrowellen-Wellenlänge aufweist, kann sich eine große Anzahl verschiedener Moden ausbreiten. Dieses Problem ist insbesondere in Zusammenhang mit den neuen, großen Vorrichtungen schwerwiegend, die zum Verarbeiten großer Substrate erforderlich sind. Es wird darauf hingewiesen,dass dann, wenn sich viele Moden ausbreiten können, das sich ergebende Plasma instabil ist und es ihm an der für eine gute Bearbeitung erforderlichen Gleichförmigkeit fehlt.
Demgemäß wird bei der Erfindung darauf hingezielt, die Ausbreitungsmodi von Mikrowellen zu steuern und auszuwählen, wie sie im Plasmaerzeugungsbereich ankommen, damit ein hervorragendes Plasma erhalten werden kann.
Gemäß einer ersten Erscheinungsform schafft die Erfindung eine Plasmaerzeugungsvorrichtung mit einem Wellenleiter zum Führen von Mikrowellen in eine Ausbreitungsrichtung von einem Mikrowellenerzeuger zu einem Plasma bildenden Bereich, gekennzeichnet durch einen Modenbeschränker im Wellenleiter zum Beschränken der Mikrowellenausbreitungsmoden, so dass im Plasma bildenden Bereich eine einzelne Ausbreitungsmode zu wenigstens 80 % der Mikrowellenenergie beiträgt.
Der Modenbeschränker kann dadurch hergestellt werden,dass das Innere des Wellenleiters in Querrichtung so unterteilt wird,dass mehrere sich Seite an Seite erstreckende Sub-Leiter ausgebildet sind, die so positioniert sind, dass der gewünschte Modenbeschränkungseffekt erzielt wird. Eine geeignete Positionierung der Unterteilungswände für verschiedene Moden kann vom Fachmann auf Grundlage der hier erläuterten Prinzipien und durch Routineberechnungen ermittelt werden.
Beim bevorzugten Aufbau der Erfindung ist zum Auswählen einer vorbestimmten Plasmaerzeugungsmode zur Plasmaerzeugung jeder Sub-Leiter so aufgebaut, dass er Mikrowellen selektiv (und wünschenswerterweise ausschließlich) mit einem jeweiligen Teilmuster elektrischer Kraftlinien fortleitet, das, wenn es mit den anderen Teilmustern zusammengesetzt wird, in Übereinstimmung mit einem Gesamtmuster elektrischer Kraftlinien der gewünschten Plasmaerzeugungsmode des offenen Wellenleiters steht.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen,dass die gemäß den oben angegebenen japanischen Dokumenten zum Stand der Technik verwendeten Trennwände keinerlei Modenbeschränkungseffekt aufweisen. Gemäß dem Dokument JP-B-60530/1988 stehen die sich im unterteilten Wellenleiter ausbreitenden Teilmuster nicht in Übereinstimmung mit irgendeiner Mode des nicht-unterteilten Wellenleiters, so dass sich stromabwärts bezüglich der Unterteilungen ein wesentliches Vermischen der Moden ergibt. Gemäß dem Dokument JP-UM/1-67637/1990 ist das zentrale Rohr zu groß, alsdass es in Übereinstimmung stehende Muster auswählen könnte.
Wie angegeben, begünstigt der Modenbeschränker eine einzelne Mode gegenüber allen anderen. Insbesondere trägt die gewählte Mode zu mindestens 80 % und vorzugsweise zu mindestens 90 % der Mikrowellenenergie hinter dem Modenbeschränker bei. Die bevorzugten, ausgewählten Moden sind Grundmoden, da für diese die Tendenz besteht, die einfachsten und damit nützlichsten Plasmamuster zu erzeugen. Insbesondere sind bevorzugte Plasmaerzeugungsmoden Grundmoden eines offenen Wellenleiters, d.h. Moden vom Typ TExy und TMxy, wobei weder x noch y den Wert 1 überschreitet.
Der Abschnitt des Wellenleiters zwischen dem Modenbeschränker und dem Plasmaerzeugungsbereich ist typischerweise im Querschnitt kreisförmig oder rechteckig, und vorzugsweise ist er kreisförmig, da dies der Symmetrie typischer Substrate entspricht. In einem kreisförmigen Wellenleiter ist die bevorzugteste Plasmaerzeugungsmode die TE&sub1;&sub1;-Mode, da diese ein einzelnes Gebiet hoher Mikrowellenintensität aufweist, das zentral positioniert ist.
Da die Modenbeschränkung zur Stabilität und Gleichförmigkeit des Plasmas beiträgt, wird es möglich, in sehr großen Wellenleitern Plasma zu erzeugen.
Insbesondere kann die Wellenleiterbreite am Modenbeschränker und auf ihn folgend im Querschnitt 300 mm oder mehr, unter Umständen 400 mm oder mehr betragen.
Die zum Unterteilen des Wellenleiterabschnitts verwendeten Teilereinrichtungen sind vorzugsweise plattenförmig und erstrecken sich parallel zur Mikrowellen-Ausbreitungsrichtung. Vorzugsweise sind die Mikrowellen, die sich nach unten ausgehend von den jeweiligen durch die Trenneinrichtungen gebildeten Sub-Leiter ausbreiten, phasenangepasst, und dies wird dadurch unterstützt,dass die Länge der Trenneinrichtungen, in der Ausbreitungsrichtung, zu einem ganzzahligen Vielfachen eines Viertels der Ausbreitungswellenlänge der Mikrowellen gemacht wird. Dies wird später detaillierter erläutert.
Die tatsächliche Anordnung der Trenneinrichtungen kann auf eine Anzahl von Arten erfolgen, abhängig von der Mode, die "gefiltert" werden soll, der Genauigkeit, mit der dies erfolgen muss, der Einfachheit des Herstellens der Trenneinrichtungen und anderer praktischer Überlegungen.
Bei einer bevorzugten Version wird die Plasmaerzeugungsmode festgelegt und Trenneinrichtungen werden so geformt und im Wellenleiter positioniert, dass sie sich rechtwinklig zum Muster der elektrischen Kraftlinien dieser vorbestimmten Mode erstrecken. Durch Krümmen der Trenneinrichtungen kann eine im wesentlichen genaue Modellbildung der Mode erzielt werden. Wünschenswerterweise werden die Trenneinrichtungen ausreichend nahe aneinander und ausreichend nahe an der Wellenleiter-Außenwand angeordnet, damit sich in jedem im wesentlichen nur eine Mode ausbreitet. Insbesondere ist der Abstand aufeinanderfolgender Trenneinrichtungen in der Richtung entlang der elektrischen Kraftlinien des ausgewählten Modenmusters wünschenswerterweise kleiner als die Grenzwellenlänge irgendeiner Mikrowellen-Sekundärmode (Nichtgrundmode), jedoch wünschenswerterweise größer als die Grenzwellenlänge einer Mikrowellen-Primärmode (Grundmode) im betreffenden Sub-Leiter. Dies verhindert die Entstehung irgendwelcher Moden höherer Ordnung oder eine Umkehrung von Kraftlinienmustern.
Der Wellenleiter kann verschiedene Formen einnehmen. Die einfachste Form verfügt über ihren gesamten Weg über einen großen Querschnitt, jedoch ist dies wegen der unmittelbaren Vermehrung von Moden am Ort des Erzeugers nicht bevorzugt. Es ist bevorzugt, die herkömmliche Vorgehensweise mit einem ersten, relativ engen Wellenleiterabschnitt, der zu einem zweiten, relativ weiten Wellenleiterabschnitt führt, der dann zum Plasmaerzeugungsbereich führt, zu verwenden. Ein Übergangsabschnitt, in dem sich die Querschnittsfläche ändert, kann eine einfache Stufe sein, jedoch ist es wünschenswerterweise ein allmählich (nicht rechtwinklig) auseinanderlaufender Abschnitt, da sich herausgestellt hat,dass dies weniger Modenvermischung hervorruft.
Der Modenbeschränker sollte am zweiten Abschnitt, d.h. im zweiten Abschnitt selbst, oder am zweiten Ende des Übergangsabschnitts angeordnet werden. Vorzugsweise verbleibt der Wellenleiterquerschnitt nach dem Modenbeschränker im wesentlichen gleichmäßig. Wenn dies nicht der Fall ist, kann ein weiterer Modenbeschränker verwendet werden. Allgemein gesagt, sollte ein Modenbeschränker an oder nach jedem Merkmal des Wellenleiters vorliegen, das dazu tendiert, ein Vermischen von Moden hervorzurufen.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform schafft die Erfindung eine Plasmabearbeitungsvorrichtung, die z. B. zur Plasmabearbeitung von Halbleitersubstraten geeignet ist, in der eine Bearbeitungskammer eine Substratträgerplatte in Kombination mit einem Plasmaerzeugungssystem, wie oben beschrieben, aufweist, wobei die Platte so positioniert ist,dass die auf ihr getragenen Substrate dem im Plasmaerzeugungsbereich erzeugten Plasma ausgesetzt sind. Vorzugsweise ist die Platte drehbar. Die Bearbeitungskammer kann vom herkömmlichen Typ sein, d.h. eine abgedichtete Niederdruckkammer mit einer Einrichtung zum Einführen von Plasmaerzeugungsgas in den Plasmaerzeugungsbereich.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform schafft die Erfindung ein Plasmaerzeugungsverfahren unter einer Plasmaerzeugungsvorrichtung, wie sie oben definiert ist. Insbesondere ist ein Plasmaerzeugungsverfahren geschaffen, bei dem sich Mikrowellen von einem Mikrowellenerzeuger entlang einem Wellenleiter in einen Plasmaerzeugungsbereich ausbreiten, mit einer Erweiterung des Wellenleiters, die dazu tendiert, ein Vermischen von Ausbreitungsmoden der Mikrowellen hervorzurufen, wobei Plasma unter Verwendung der Mikrowellen im Plasmaerzeugungsbereich ausgebildet wird, gekennzeichnet durch ein Modenfiltern der Mikrowellen im erweiterten Wellenleiter, um die Anzahl der Mikrowellenausbreitungsmoden so zu beschränken,dass im Plasmaerzeugungsbereich eine einzelne Mode zu wenigstens 80 % der Mikrowellenenergie beiträgt.
Der Modenfilterungs- oder Beschränkungseffekt kann, wie angegeben, durch Unterteilen der Mikrowellenausbreitung durch mehrere Sub-Leiter erfolgen, deren Form so vorbestimmt ist,dass der gewünschte Modenbeschränkungseffekt erzielt wird, und die Mikrowellen von den Sub-Leitern zusammengesetzt werden, um in den Plasmaerzeugungsbereich einzutreten.
Gemäß einer weiteren Erscheinungsform schafft die Erfindung Verfahren zur Halbleiter-Plasmabearbeitung unter Verwendung beschriebener Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere ist das Verfahren auf Halbleitersubstrate - typischerweise kreisförmige Wafer - anwendbar, die im Durchmesser 200 mm oder mehr aufweisen und die im Durchmesser 300 mm oder mehr aufweisen können. Bei einem speziellen Verfahren wird ein Halbleitersubstrat auf einer Platte in einer Bearbeitungskammer positioniert, in die Bearbeitungskammer wird ein Plasmaerzeugungsgas geliefert, an den Plasmaerzeugungsbereich in der Bearbeitungskammer wird ein Magnetfeld angelegt, dem das Substrat ausgesetzt wird und Mikrowellen werden in den Plasmaerzeugungsbereich gelenkt, um ein Plasma aus modenbeschränkten Mikrowellen zu erzeugen, die so geführt wurden, wie es oben beschrieben ist.
Konzepte betreffend die Erfindung und spezielle Beispiele derselben werden nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine bekannte Plasmabearbeitungsvorrichtung im Vertikalschnitt zeigt;
Fig. 2 eine die Erfindung verkörpernde Plasmabearbeitungsvorrichtung im Vertikalschnitt zeigt;
Fig. 3(a) und 3(b) das Mischen von Moden in einem sich aufweitenden Wellenleiter veranschaulichen;
Fig. 4 bis 9 jeweilige Ausführungsbeispiele von Modenfiltern zur Verwendung bei Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen, wobei das Element (a) in jeder Figur ein Modenmuster und das Element (b) den Aufbau eines geeigneten Filters zeigt;
Fig. 10 eine perspektivische, teilgebrochene Ansicht eines Modenfilters in einem Wellenleiter ist;
Fig. 11 ein Querschnitt durch das Modenfilter von Fig. 10 ist;
Fig. 12 die TE&sub1;&sub1;-Mode in einem offenen Wellenleiter zeigt;
Fig. 13 zeigt, wie das Modenfilter der Fig. 10 und 11 die TE&sub1;&sub1;-Mode nachbildet;
Fig. 14 bis 17 Querschnitte durch andere Ausführungsbeispiele von Modenfiltern sind;
Fig. 18 und 19 eine Modenfilterkonstruktion in einem rechteckigen Wellenleiter zeigen;
Fig. 20 zwei in Reihe liegende Modenfilter zeigt;
-Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines anderen Beispiels eines Modenfilters ist;
Fig. 22 ein Querschnitt durch ein weiteres Beispiel eines Modenfilters ist;
Fig. 23 ein Vertikalschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Plasmabearbeitungsvorrichtung ist;
Fig. 24 ein Vertikalschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer Plasmabearbeitungsvorrichtung ist;
Fig. 25 ein Vertikalschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer Plasmabearbeitungsvorrichtung ist;
Fig. 26 ein Vertikaischnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Plasmabearbeitungsvorrichtung ist;
Fig. 27 eine perspektivische Ansicht einer Modenübertragungsleiter-Konstruktion ist; und
Fig. 28 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Modenfilterkonstruktion ist.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Plasmabearbeitungsvorrichtung. Ein Mikrowellenerzeuger 1', typischerweise ein Magnetron, das Mikrowellen bei 2,45 GHz erzeugt, ist mit einem Wellenleiter 19' verbunden, der zu einer von einem Metallgefäß 8' gebildeten Bearbeitungskammer führt, die von einer Quarzkuppel oder einer Glocke 7' abgedeckt ist, in der eine sich drehende Platte 13' zum Tragen eines Halbleiterwafers 12' vorhanden ist. Die Bearbeitungskammer kann durch eine geeignete Abpumpeinrichtung 10' evakuiert werden. Magnete 11' sind so positioniert,dass sie ein Feld an den Bereich über der Platte 13' anlegen.
In die Bearbeitungskammer wird von einer Gaszuführung 9' Bearbeitungsgas eingeleitet, während die Abpumpeinrichtung 10' einen geeigneten, niedrigen Druck aufrechterhält Mikrowellen zeigen Wechselwirkung mit dem über der Probe angelegten Magnetfeld, um aus dem eingeleiteten Gas ein Plasmagas zu erzeugen. Ionen im Plasma werden mittels einer HF-Spannung, die von einem HF-Generator 15' zwischen die Platte 13' und eine Masseelektrode 18' angelegt wird, an die Probenoberfläche gezogen und auf diese gelenkt.
Der herkömmliche Wellenleiter verfügt über einen engen, sich vom Generator 1' aus erstreckenden Abschnitt 2' mit rechteckigem Querschnitt, einen Umsetzerabschnitt 3', der den Wellenleiter aus Kompaktheitsgründen umlenkt und den rechteckigen Querschnitt in kreisförmigen Querschnitt umsetzt, einen engen Abschnitt 4' mit kreisförmigen Querschnitt, einen Abschnitt 5' mit zunehmendem Querschnitt und einen Abschnitt 6' mit großem, gleichförmigen, kreisförmigem Querschnitt, der zum Plasmaerzeugungsbereich über der Probe hinunterführt, Typischerweise kann der anfängliche Rechteckabschnitt 2' 109 x 55 mm aufweisen. Im Fall großer bekannter Konstruktionen kann die Bearbeitungskammer an der Plasmaerzeugungsstelle einen Innendurchmesser 250 mm oder mehr aufweisen.
Fig. 2 zeigt eine die Erfindung verkörpernde Plasmabearbeitungsvorrichtung. Solche Teile, die Teilen der Vorrichtung von Fig. 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszahlen, ohne Strich gekennzeichnet. Bei dieser Vorrichtung verfügt der Übergangsabschnitt 5 des Wellenleiters über keine Stufe, sondern weitet sich nach außen auf Die Niederdruckbearbeitungskammer ist vom Wellenleiter 19 über ein ebenes Quarzfenster 10 statt durch eine Quarzkuppel getrennt. Am wichtigsten ist es,dass der Wellenleiter über ein Modenfilter 20 verfügt, das im Abschnitt mit großem Durchmesser und kreisförmigem Querschnitt unmittelbar unter dem auseinanderlaufenden Übergangsabschnitt 5 und unmittelbar über dem Quarzfenster 70 positioniert ist. Das Modenfilter 20 steuert die Mikrowellenmoden, die sich im Wellenleiter zum Plasmaerzeugungsbereich über der Platte 13 ausbreiten, und es wählt sie aus.
-Nachfolgend wird eine Anzahl geeigneter Konstruktionen für das Modenfilter 20 beschrieben. Als erstes erfolgt eine gewisse Erläuterung zur Mischung von Mikrowellenmoden.
Mikrowellen-Ausbreitungsmoden und ihre Muster sind für sich wohlbekannt. Siehe z. 8. "Microwave Engineering and Applications" von 0. P. Gandhi, Pergamon Press. In einem Wellenleiter, der in bezug auf die Wellenlänge eng ist, können sich nur eine oder zwei einfache Moden ausbreiten. Wenn der Wellenleiter in Beziehung zur Wellenlänge weiter wird, können sich immer mehr Moden ausbreiten.
Die Tabelle 1 veranschaulicht dies für einen kreisförmigen Wellenleiter mit einem Durchmesser D, wobei sie für jede Mode die Grenzwellenlänge λc und den der Mikrowellen-Grenzfrequenz entsprechenden Wellenleiterdurchmesser bei der Frequenz 2,45 GHz angibt. In einem Wellenleiter mit einem Durchmesser von 300 mm können sich alle 17 aufgelisteten Moden ausbreiten. Tabelle 1
Im allgemeinen ist der Anteil höherer Moden kleiner als der niedrigerer Moden. Jedoch hängt der Anteil einer Mode auch von der Symmetrie der ursprünglichen Anregungsmode ab.
In einer typischen Plasmabearbeitungsvorrichtung werden Mikrowellen erzeugt und zunächst in einem engen Wellenleiter, im allgemeinen einem rechteckigen Wellenleiter, fortgeführt, indem sich im wesentlichen nur eine Mode (eine Mode vom TE&sub1;&sub0;-Typ) ausbreiten kann. Wenn sich die Form des Wellenleiters auf einen größeren Querschnitt ändert, bewirkt diese Änderung Mikrowellenreflexionen und das Mischen von Moden, und diese Mischmoden haben Bestand, wenn der anschließende Wellenleiter ausreichend weit ist. Jedoch können sich Mikrowellen mit im wesentlichen einer einzelnen Mode in einem weiten Wellenleiter ausbreiten, vorausgesetzt,dass das Einmischen anderer Moden geeignet unterdrückt wird.
Fig. 3 veranschaulicht den auseinanderlaufenden Übergangsabschnitt eines Wellenleiters mit kreisförmigem Querschnitt von einem engen auf einen weiten Querschnitt mit einem Öffnungswinkel Θ. Im ersten Wellenleiterabschnitt 4 (Φ 90) breitet sich nur die kreisförmige Grundmode TE&sub1;&sub1; aus. Im Abschnitt (Φ 270) mit weitem Querschnitt kann sich eine Anzahl von Moden ausbreiten. Die durch den Übergangsabschnitt 5 hervorgerufene Ungleichförmigkeit fördert das Vorliegen von Mischmoden im weiten Abschnitt 6.
Es wurden die Energiebeiträge verschiedener Moden im Abschnitt 6 mit weitem Querschnitt abhängig vom Winkel des auseinanderlaufenden Abschnitts 5 aufgetragen. Fig. 3(b) zeigt, wie, wenn der Winkel Θ zunimmt, der Anteil der Anregungsmode TE&sub1;&sub1; am Ausgang allmählich abnimmt, wobei die Anteile anderer Moden zunehmen, insbesondere der Moden TM&sub1;&sub1; und TE&sub1;&sub2;, jedoch auch anderer, hier nicht dargestellter Moden. Bei einem stufenförmigen Übergang (Θ = 90º) existieren kleine Beiträge vergleichbarer Größe von den drei verschiedenen Moden, wobei keine einzelne Mode vorherrscht.
Die aufgetragene Kurve repräsentiert den Idealzustand; bei einer tatsächlichen Vorrichtung existieren Störungen und Ungleichmäßigkeiten des Wellenleiters, die den Anteil anderer Moden weiter erhöhen.
Das Modenfilter oder der Beschränker bei der vorliegenden Vorrichtung ist so aufgebaut,dass er die Ausbreitung unerwünschter Moden im Wellenleiter mit weitem Querschnitt unterdrückt, damit nur die gewünschte Mode - vorzugsweise eine einzelne Grundmode - im (im allgemeinen gleichförmigen) Wellenleiter vorherrscht, der zum Plasmaerzeugungsbereich führt.
Fig. 4 zeigt eine besonders bevorzugte Konstruktion. In einem kreisförmigen Wellenleiter ist die TE&sub1;&sub1;-Mode von besonderem Wert, da die Mikrowellenintensität auf einen regelmäßigen Fleck im Zentrum des Wellenleiters konzentriert ist. Fig. 4(a) zeigt das Muster elektrischer Kraftlinien in der TE&sub1;&sub1;-Mode. Fig. 4(b) zeigt ein Modenfilter 120, in dem ein Wellenleiterzylinder durch eine flache Trennplatte 121 zweigeteilt ist, wobei ein Paar bogenförmiger Trennplatten 122, 123 mit zunehmender Krümmung an jeder Seite angeordnet ist.
Für zumindest den größten Teil ihrer Erstreckung erstreckt sich jede Platte im wesentlichen rechtwinklig zu den elektrischen Kraftlinien in der TE&sub1;&sub1;- Mode. Der Abstand zwischen den Platten ist in Beziehung zur Mikrowellenlänge ausreichend klein dafür gemacht,dass sich nur eine einzelne, einfache Mode in jedem der durch die Unterteilung erzeugten Sub-Leiter ausbreitet.
Es ist ersichtlich,dass nur ein elektrisches Feld über dieses Filter hinaus andauern kann, das im wesentlichen dem TE&sub1;&sub1;-Muster entspricht. Andere Feldmuster, zu denen elektrische Felder mit Komponenten entlang der Platten gehören, können sich im Filter nicht aufrechterhalten. Wenn ein derartiges Modenfilter 120 in dem Wellenleiterabschnitt der Plasmaerzeugungsvorrichtung mit großem Durchmesser eingebaut ist, weisen die sich in diesem Abschnitt mit großem Durchmesser Mikrowellen vorherrschend die TE&sub1;&sub1;-Mode auf und erzeugen ein stabiles Plasma mit guten Eigenschaften für eine Bearbei tung. Wenn jedoch das Filter im kleinen Durchmesser des Wellenleiters angeordnet wird, werden schlechte Ergebnisse erhalten, da das anschließende Aufweiten des Wellenleiters das Mischen von Moden hervorruft. Während TE&sub1;&sub1; eine bevorzugte Mode ist, ist auch die Stabilität, wie sie durch "Fixieren" der Ausbreitungsmode erzielt wird, auch für andere Moden von Wert, insbesondere von Grundmoden. Fig. 5(a) zeigt das elektrische Kraftlinienmuster der TM&sub0;&sub1;-Mode, und Fig. 5(b) zeigt einen Trennwandaufbau, durch den diese Mode selektiv fortgeführt werden kann, nämlich eine Anzahl konzentrischer Metallzylinder 221, 222. Diese Zylinder sind ausreichend eng voneinander in bezug auf die Mikrowellen-Ausbreitungswellenlänge in ihnen positioniert, damit nur eine Mode in den Räumen der Sub-Leiter zwischen ihnen hinunterlaufen kann.
Entsprechend zeigen die Fig. 6(a) und (b) das elektrische Kraftlinienmuster für die kreisförmige TE&sub0;&sub1;-Mode bzw. eine Filterkonstruktion 320 mit einer Anzahl flacher, sich radial unter gleichen Winkeln erstreckenden Platten 321, die selektiv ein Kraftlinienmuster weiterleiten, das mit dieser Mode in Übereinstimmung steht.
Fig. 7(a) und (b) zeigen das elektrische Kraftlinienmuster der kreisförmigen TE&sub2;&sub1;-Mode bzw. eine Trennwandanordnung, die diese fördert, während sie andere unterdrückt, nämlich eine Unterteilung in vier gleichmäßige Segmente durch zwei sich rechtwinklig überkreuzende Wände 421, wobei jedes Segment durch eine nach innen gebogene, konvexe Platte 422 weiter unterteilt ist.
Fig. 8(a) und (b) zeigen das elektrische Kraftlinienmuster für die kreisförmige TM&sub1;&sub1;-Mode bzw. eine geeignete Modenfilterkonstruktion 520. Diese verfügt über eine einzelne, ebene Zweiteilungswand 521 und ein Rohr 522 mit elliptischem Querschnitt in jedem der zwei sich ergebenden Räume.
Fig. 9(a) und (b) zeigen das elektrische Kraftlinienmuster der kreisförmigen TE&sub1;&sub2;-Mode bzw. eine geeignete Filterkonstruktion 620. Diese verfügt über ein zentrales, konzentrisches Rohr 621 mit sechs radialen Wänden 622, die sich ausgehend vom zentralen Rohr 621 zur Außenwand erstrecken.
Bei jeder der obigen Konstruktionen müssen die Trennwände und selbstverständlich die Außenwände aus einem Material bestehen, das für einen Wellenleiter geeignet ist, d.h. aus einem Material, bei dem zumindest die Oberfläche elektrisch leitend ist oder sich bei Mikrowellen elektrisch leitend verhält. In der Praxis sind Metallplatten geeignet, und Aluminiumplatten sind besonders bevorzugt. Hinsichtlich der Dicke besteht bei übermäßiger Dicke die Tendenz,dass Mikrowellenreflexion am Anfang und am Ende des Filters auftritt. Umgekehrt besteht dann, wenn die Wände zu dünn sind, die Tendenz,dass ihre Form instabil ist, ihr Widerstand höher ist und Aufhei zungsprobleme auftreten. In der Praxis sind 3 bis 0,5 mm ein bevorzugter Dickenbereich. Es ist zu beachten,dass die dargestellten tatsächlichen Konstruktionen nicht die einzigen Konstruktionen sind, die für die angegebenen Moden selektiv sind. Insbesondere kann es erforderlich sein, die Anzahl von Trennwänden abhängig von der Fläche des Wellenleiters in bezug auf die verwendete Mikrowellen-Betriebsfrequenz/Wellenlänge zu variieren. Für einige Moden ist das Erfordernis, genaue Rechtwinkligkeit zum theoretischen Kraftlinienmuster über den Querschnitt aufrechtzuerhalten, genauer zu erfüllen, als für andere. Die Theorie der Mikrowellenausbreitung ist wohlerrichtet, und ein Fachmann ist dazu in der Lage, jede erforderliche Änderung durch Routineberechnungen auf Grundlage der hier angegebenen Kriterien zu bestimmen.
Die bei einer derartigen Vorrichtung verwendete herkömmliche Mikrowellenfrequenz beträgt 2,45 GHz, die die Frequenz der meisten käuflich verfügbaren Mikrowellenmagnetrons ist. Jedoch können in der Praxis beliebige geeignete Frequenzen verwendet werden, typischerweise in einem Frequenzbereich von 1,3 bis 10 GHz.
Die Art, auf die die Moden gefiltert werden, kann auch die Anregungsmode berücksichtigen, d.h. die Ausbreitungsmode im ersten Abschnitt des Wellenleiters, der vom Mikrowellenerzeuger zum Filter führt. Es wurde bereits erläutert,dass dann, wenn die TE&sub1;&sub1;-Mode zugeführt wird, die Moden TM&sub1;&sub1; und TM&sub1;&sub2; die Primärmischmoden am Ausgang sind. Wenn die Mikrowellen in der TE&sub0;&sub1;-Mode, einer der Grundmoden, angeregt werden, sind die Primärmischmoden die Moden TE&sub2;&sub1; und TM&sub2;&sub1;. In diesem Fall kann der Modenbeschränker speziell im Hinblick auf ein Unterdrücken dieser Moden konstruiert werden.
Für den wirkungsvollsten Betrieb sollte das Design die Phase der Mikrowel len berücksichtigen, die sich in jedem der Sub-Leiter ausbreiten. Wenn die Phasen für die Anordnung der Sub-Leiter angepasst sind, können Mikrowellenreflexionen und ein Vermischen von Moden minimiert werden. Um die Phasen anzupassen, müssen die Phasengeschwindigkeiten (Wellenausbreitungsgeschwindigkeiten) der in jedem Sub-Leiter laufenden Mikrowellenmoden angepasst werden. Das heißt,dass die tatsächliche Wellenlänge im Leiter für die verschiedenen Sub-Leiter jeweils dieselbe sein muss.
Dieses Konzept der Wellenlänge im Leiter wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 weiter erläutert. Die Mikrowellen verfügen über eine festgelegte Betriebsfrequenz mit einer Wellenlänge λ bei Ausbreitung im Vakuum. In einem vorgegebenen Wellenleiter hängt die Wellenlänge λg im Wellenleiter von der Form und der Größe des Wellenleiters und der sich ausbreitenden Mode wie folgt
a/λg² + 1/λc² = 1/λ²,
wobei λc die Grenzwellenlänge ist, die auf Grundlage der Leiterform und - größe und der Mikrowellenmode berechnet werden kann.
Es sei das Beispiel eines zentralen, konzentrischen Rohrs 723 beim in Fig. 10 dargestellten Modenfilter betrachtet. Für Mikrowellen von 2,45 GHz gilt λ = 122,4 mm. Das Trennrohr 723 verfügt über den Durchmesser Db. Die durch es laufende TE&sub1;&sub1;-Mode hat die Grenzwellenlänge λc = 1,71 Db. Die Wellelänge λb, im Wellenleiter für die in diesem Leiter 13 laufende TE&sub1;&sub1;-Mode kann dann ermittelt werden. Entsprechend ist hinsichtlich der Segmente des Sub-Leiters die "Fächer"-Form näherungsweise die eines Rechtecks. Der Durchmesser des Hauptwellenleiters 721 ist Da. Die Grenzwellenlänge λc der durch einen derartigen Leiterraum laufenden Rechteckmode TE&sub1;&sub0; ist λc = π (Da + Db) / n, wobei n die Anzahl der Segmente ist, nämlich sechs im Fall von Fig. 10. Erneut wird die Wellenlänge λc, im Wellenleiter für die TE&sub1;&sub0;-Mode in jedem Teilraum bestimmt. Dann können die Abmessungen so eingestellt werden, dass diese Wellenlängen in den Leitern einander gleichgemacht sind.
Es ist auch die Gesamtlänge des Filters wesentlich. Es ist beinahe unmöglich, perfekte Anpassung zwischen den Mikrowellen-Modenmustern in und nahe dem Modenfilter zu erzielen. Wenn sie nicht perfekt in Übereinstimmung stehen, tritt Mikrowellenreflexion in gewissen Grad auf. Um dies zu minimieren, wird die Länge L des Modenfilterabschnitts vorzugsweise auf ein ganzzahliges Vielfaches von 1/4 der Wellenleiter λ' im Wellenleiter für die Ausbreitungsmode eingestellt. Das heißt,dass L = h λ'/4 gilt, wobei h eine positive ganze Zahl ist, und es wird angenommen,dass alle Wellenlängen im Leiter einander gleichgemacht sind. Noch bevorzugter ist es,dass L = (2h + 1) λ'/4 gilt.
Die Modenfilterkonstruktion von Fig. 10 wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10, 11 und 12 detaillierter beschrieben. Sie repräsentiert eine andere Vorgehensweise als die Ausführungsbeispiele der Fig. 4 bis 9. Bei dieser Vorgehensweise ist das Wellenleiterinnere in Sub-Leiterräume mit quasi rechteckigen Räumen unterteilt, die Abschnitte einer Mode des nicht unterteilten Wellenleiterinneren "nachahmen".
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 10 und 11 verfügt über eine zentrale, zylindrische Trenneinrichtung 723 und sechs gleich beabstandete radiale Trennwände 722, die sich zur Außenwand 721 erstrecken. Das Innere ist so in sieben Einheitsleiterräume a bis g unterteilt, wobei in jedem zwei beliebig gewählte Punkte durch eine in diesem Raum enthaltene Kurve verbunden werden können. Die Größe der Einheitsleiterräume a bis g wird ausreichend klein dafür gemacht,dass die Mikrowellenmoden begrenzt werden, die sich in jedem ausbreiten können.
Fig. 12 zeigt das elektrische Kraftlinienmuster für die kreisförmige TE&sub1;&sub1;- Mode eines offenen, kreisförmigen Wellenleiters, die eine Hauptkomponente ist, wie sie sich im Modenfilter ausbreitet und die als Komponente ausgewählt werden soll, die sich vom Modenfilter zum Plasmaerzeugungsbereich ausbreitet.
Fig. 13 zeigt die elektrischen Kraftlinien der beschränkten Moden, die sich durch die Teilräume des unterteilten Wellenleiters im Modenfilter ausbreiten können. Das Innenrohr 723 ist so klein, dass, abweichend vom Außenrohr 721, keine höhere Mode als TE&sub1;&sub1; in ihm laufen kann. Das "Untermuster" dieser TE&sub1;&sub1;-Untermode, wie durch die eingehende entsprechende Mode angeregt, ist im Zentrum von Fig. 13 dargestellt. Umgekehrt, verhält sich jeder der Außensegmenträume b bis g als Rechteckleiter, der ausreichend klein dafür ist,dass sich nur eine Mode vom recheckigen TE&sub1;&sub0;-Typ ausbreiten kann. Die elektrischen Kraftteilmuster dieser Moden vom TE&sub1;&sub0;-Typ sind um den Rand in Fig. 13 herum angegeben. Es ist erkennbar,dass die elektrischen Kraftlinienmuster, die durch die verschiedenen Teilräume selektiv geleitet werden, in Kombination eine Annäherung an das gesamte elektrische Kraftlinienmuster der in Fig. 12 dargestellten Mode TE&sub1;&sub1; im Hauptleiter bilden können. Umgekehrt, stimmen sie in keiner Weise mit anderen einfachen Moden im Hauptleiter überein. Demgemäß besteht bei dieser Modenfilterkonstruktion die Tendenz, die Ausbreitung der TE&sub1;&sub1;-Mode im Hauptwellenleiter nach dem Filter zu fördern. Selbst wenn am Filter ankommende Mikrowellen als Modengemisch vorliegen, erzwingt die kleine Größe der Sub-Leiter im Filter eine Ausbreitung nur mit den dargestellten einfachen Moden, die dann dazu führen, dass anschließend die TE&sub1;&sub1;-Mode vorherrscht. Anders gesagt, wirkt die Konstruktion als Modendurchlassfilter für die TE&sub1;&sub1;-Mode.
Die Fig. 14 bis 17 zeigen andere mögliche Konstruktionen.
In Fig. 14 ist der zentrale, rohrförmige Leiter 823 polygonal, wobei sich eine radiale Wand 822 von jeder Ecke des Vielecks - hier eines Sechsecks - aus zur Außenwand 821 erstreckt.
In den Fig. 15 und 16 liegen zwei konzentrische, rohrförmige Trenneinrichtungen 924, 925 innerhalb des Hauptwellenleiters 921. Dies kann bei Wellenleitern mit sehr großem Durchmesser erforderlich sein, bei denen sich höherer Moden in den Außensegmenten eines einfachen Aufbaus ausbreiten könnten, wie in den Fig. 11 oder 14 dargestellt.
In Fig. 15 sind die inneren und äußeren radialen Wandabschnitte 922, 923 ausgerichtet. Bei der Konstruktion von Fig. 16 sind die inneren und äußeren radialen Wandabschnitte 1022, 1023 relativ zueinander versetzt.
Fig. 17 zeigt mehrere rohrförmige Sub-Leiter 1125, die auf einem Kreis angeordnet sind und über Umfangswandabschnitte 1124 miteinander und über radiale Wandabschnitte 1123 mit der Außenwand 1121 verbunden sind. Dieser Aufbau ist zum Ausbreiten einer Mode mit einfacher Rotationssymmetrie geeignet.
Die hier beschriebenen Modenfilter existieren alle in Zusammenhang mit einem kreisförmigen Wellenleiter. Jedoch kann dasselbe Konzept bei Wellenleitern mit anderen Querschnittsformen verwendet werden, z. B. oval oder polygonal. Bei einigen derselben entsprechen Mikrowellenmoden denjenigen in einem kreisförmigen Wellenleiter. Das Konzept kann auch auf einen rechteckigen Leiter angewandt werden. Die Fig. 18 und 19 zeigen Modenfilterkonstruktionen innerhalb eines Wellenleiters mit rechteckigem Querschnitt. Die Konstruktion von Fig. 18 unterteilt den rechteckigen Wellenleiter 30 unter Verwendung zweier ebener Trennwände 32 in drei gleich bemessene Sub-Leiter. Die Konstruktion 130 von Fig. 19 positioniert ein Rohr 132 mit rechteckigem Querschnitt konzentrisch innerhalb des Hauptrohrs 131, wobei ebene Wände 133 die entsprechenden Ecken der zwei Rohre verbinden.
Fig. 20 zeigt, wie mehrere Modenbeschränker in Reihe positioniert werden können. Es sind zwei Beschränker 201, 202 mit verschiedenem Aufbau und verschiedenen Längen L&sub1;, L&sub2; in der Ausbreitungsrichtung dargestellt. Durch derartige Anordnungen ist es möglich, Mikrowellenmoden effektiver auszuwählen und zu steuern. Es kann auch mehr als eine Änderung des Wellenleiterquerschnitts berücksichtigt werden.
Es sei darauf hingewiesen,dass nutzvolle Wirkungen dadurch erzielt werden können,dass der Abstand zwischen dem Modenfilter und dem Plasmaerzeugungsbereich eingestellt wird, um die Stabilität und die Gleichmäßigkeit des Plasmas zu optimieren. Das Mikrowellenfilter kann daher im Wellenleiter in der Ausbreitungsrichtung und/oder innerhalb seines eigenen Niveaus verstellbar ausgebildet sein.
Die Fig. 21 und 22 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Modenfilters, das dem allgemeinen Prinzip von Fig. 4 ähnlich ist und dazu vorgesehen ist, die TE&sub1;&sub1;-Mode durchzulassen. Der äußere Metallzylinder 1220 mit der Länge L und dem Innendurchmesser 2R ist durch eine flache Trennplatte 1223 in zwei Hälften unterteilt, und jede Hälfte ist durch eine bogenförmige Trennplatte 1224 unterteilt, deren Zentrum um den Weg d&sub1; vom Zylinderzentrum entfernt ist. Bei dieser Konstruktion gilt:
0,4 ≤ d&sub1;/R ≤ 0,6
Es hat sich herausgestellt,dass dies den Transmissionsfaktor anderer Moden als der Mode TE&sub1;&sub1; verringert. Die zentrale Trennplatte 1223 verfügt ferner über Schlitze 1225 an Positionen, die vom Zentrum des Zylinders um den Weg d&sub2; beabstandet sind. Es hat sich herausgestellt,dass derartige Schlitze die Modenselektivität verbessern können. Bei dieser Konstruktion gilt:
0,3 ≤ d&sub2;/R ≤ 0,4
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Schlitze 1225 in zwei beabstandeten Paaren angeordnet. Die Weite t&sub1; jedes Schlitz steht vorzugsweise wie folgt mit der Dicke t&sub0; der Platte 1223 in Beziehung:
t&sub1; / t&sub0; ≤ 2,
und der Abstand t&sub2; zwischen den Schlitzen in jedem Paar kann näherungsweise der Weite der Schlitze entsprechen.
Das in Fig. 22 dargestellte Ausführungsbeispiel verfügt über dieselbe ebene, zentrale Trenneinrichtung 1323, jedoch sind die konvexen Trenneinrichtungen 1324, 1325 trapezförmig statt gekrümmt. Diese trapezförmigen Trennwände können dadurch hergestellt werden,dass Platten gebogen werden oder drei ebene Platten verbunden werden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel verfügt über vier trapezförmige Platten. Diese sind mit den Abständen d&sub3; von der Mittelplatte 1323 zu den inneren Platten 1324 und dem Abstand d&sub4; von der Mittelplatte 1323 zu den Außenplatten 1325 eingestellt, wobei die folgende Beziehung gilt:
0,35 ≤ d&sub3;/R < d&sub4;/R ≤ 0,65
Wenn mehr als vier Trennplatten verwendet werden, kann ein ähnlicher Effekt erzielt werden, vorausgesetzt,dass vier von ihnen den oben angegebenen Forderungen genügen.
Fig. 23 bis 26 veranschaulichen einige mögliche Variationen für die Konstruktion der Bearbeitungsvorrichtung und die Anordnung der Modenauswahleinrichtung innerhalb der Vorrichtung.
Die Vorrichtung von Fig. 23 ist der von Fig. 2 mit der Ausnahme ähnlich, dass der Übergang vom engen zum weiten Abschnitt des Wellenleiters als rechteckige Stufe 105 ausgebildet ist. Wie bereits angegeben, besteht hinsichtlich einer derartigen Stufe die Tendenz,dass sie Modenmischung hervorruft. Jedoch kann dieser Effekt stark durch das unterhalb des Übergangs positionierte Modenfilter 20 gelindert werden.
Fig. 24 zeigt einen Aufbau, bei dem die Quarzabdeckung 207 der Bearbeitungskammer eine Kuppe ist, wie beim bekannten Aufbau von Fig. 1. Diese kann leicht hergestellt werden, ist jedoch vom Gesichtspunkt der Plasmagleichförmigkeit aus weniger bevorzugt, als die Konstruktion mit ebenem Fenster. Das Modusfilter 20 befindet sich mit Abstand über der kuppelförmigen Abdeckung 207.
Fig. 25 zeigt eine Konstruktion, bei der, wie in Fig. 2, der Wellenleiter 19 über einen sich aufweitenden Übergang 205 von einem schmalen auf einen weiten Querschnitt verfügt. Jedoch dauert bei diesem Ausführungsbeispiel die Aufweitung an, bis der Wellenleiter auf das ebene, abgedichtete Abdeckungsfenster 307 der Bearbeitungskammer trifft, und das Modenfilter 20 ist innerhalb des weiten Endes der Aufweitung ausgebildet. Dies ermöglicht es, die Gesamtlänge des Wellenleiters und damit die Ausrüstungsgröße zu verringern.
Fig. 26 zeigt eine geradlinige Konstruktion, bei der der Mikrowellenerzeuger 401 unmittelbar über der Bearbeitungskammer angeordnet ist und mit dieser über einen geraden Wellenleiter mit einem Abschnitt 402 mit rechteckigem Querschnitt, einem Rechteckig-Kreisförmig-Umsetzabschnitt 403 und einem allmählich auseinanderlaufenden Abschnitt 405 verbunden ist, dessen weitestes Ende an der Quarzabdeckplatte 407 der Bearbeitungskammer befestigt ist. Der Aufbau verfügt über zwei Modenfilter, nämlich ein erstes Modenf ilter 20a, das im Abschnitt des aufeinanderlaufenden Wellenleiters 405 mit größtem Durchmesser angebracht ist, und ein zweites Modenfilter 20b, das innerhalb der Bearbeitungskammer angebracht ist. Die ein Entladeelement bildende Innenwandfläche des Metallgefäßes der Bearbeitungskammer ist mit einem isolierenden Material 407 bedeckt, um eine Diffusion von Verunreinigungen zur bearbeiteten Probe zu verhindern. Typische Durchmesser für die Orte der Modenfilter 20a, 20b sind z. B 250 mm bzw. 300 mm. Die Modenfilter selbst können z. B. so ausgebildet sein, wie es für die Fig. 21 oder 22 beschrieben wurde, oder gemäß irgendeiner der anderen hier beschriebenen Konstruktionen, insbesondere derjenigen, die die TE&sub1;&sub1;-Mode auswählen.
Da Modenfilter vor und nach dem Eintritt in die Bearbeitungskammer vorhanden sind, sind die Modenstabilität und damit die Plasmastabilität gut.
Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 26 wird das Mikrowellen-Ausgangssignal vom Magnetron durch einen rechteckigen Wellenleiter und einen kreisförmigen/rechteckigen Wellenleiter zu einem kreisförmigen Wellenleiter geführt, um die Ausbreitung der TE&sub1;&sub1;-Mode im kreisförmigen Wellenleiter mit großem Durchmesser zu erleichtern. Jedoch ist das vorliegende Konzept nicht auf dieses Merkmal beschränkt. Zum Beispiel kann, wie es in Fig. 27 dargestellt ist, anstelle des kreisförmigen/rechteckigen Wellenleiters ein Modenübertragungswellenleiter 501 mit einem sich aufweitenden Wellenleiter mit rechteckigem Einlass und rechteckigem Auslass, der um 90º gegenüber dem Einlass versetzt ist und dessen lange Seite ungefähr doppelt so lang wie die lange Seite des Einlassrechtecks ist, verwendet werden. Es besteht die Tendenz,dass der Modenübertragungswellenleiter 501 Mikrowellen im TE&sub1;&sub0;-Mode im anfänglichen rechteckigen Wellenleiter im anschließenden rechteckigen Wellenleiter in Mikrowellen im TE&sub2;&sub0;-Mode umsetzt, um die Ausbreitung von Mikrowellen im TE&sub0;&sub1;-Mode im anschließenden kreisförmigen Wellenleiter zu begünstigen. In diesem Fall ist es möglich, in einem kreisförmigen Wellenleiter 502 ein Modenfilter 503 mit Metallplatten mit radialer Anordnung anzubringen, wie in Fig. 28 dargestellt, um die Ausbreitung einer anderen als der TE&sub0;&sub1;-Mode zu verringern. Demgemäß kann, da ein Abschnitt des Plasmas mit hoher Dichte innerhalb einer vergrößerten Fläche gleichmäßig ausgebildet wird, eine Probe mit großem Durchmesser, die in dieser vergrößerten Fläche angeordnet ist, relativ gleichförmig bearbeitet werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen mit einem Wellenleiter (19) zum Führen von Mikrowellen in eine Ausbreitungsrichtung, von einem Mikrowellen-Erzeuger (1) zu einem plasmabildenden Bereich,

gekennzeichnet durch einen Moden-Beschränker (20) in dem Wellenleiter (19) zum Beschränken der Mikrowellen-Ausbreitungsmoden, so daß im plasmabildenden Bereich eine einzelne Ausbreitungsmode wenigstens 80% der Mikrowellenenergie trägt.

2. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 1, bei dem der Moden-Beschränker (20) Teiler aufweist, die elektrisch leitende Oberflächen besitzen und das Innere des Wellenleiters (1) transversal zur Ausbreitungsrichtung in eine Vielzahl von Seite an Seite sich erstreckenden Sub-Leiter aufteilen.

3. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 2, bei dem die Teiler in Plattenform vorliegen.

4. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 3, bei dem die Länge der Teiler in Ausbreitungsrichtung ein ganzzahliges Vielfaches von einem Viertel der Ausbreitungswellenlänge der Mikrowellen ist.

5. Vorrichtung zum Flasmaerzeugen gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem, um eine vorbestimmte plasmabildende Mode für den plasmabildenden Bereich auszuwählen, jeder Sub-Leiter die Mikrowellen selektiv mit jeweils einem Teil-Muster der elektrischen Kraftlinien leitet und die zusammengesetzten Teil-Muster nach einem Muster der elektrischen Kraftlinien der vorbestimmten plasmabildenden Mode in dem Wellenleiter ausgerichtet sind.

6. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 5, bei dem die vorbestimmte plasmaerzeugende Mode eine Grundmode des Wellenleiters ist.

7. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 6, bei dem die vorbestimmte plasmaerzeugende Mode eine zirkulare TE&sub1;&sub1;- ist.

8. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem im Querschnitts des Wellenleiters (19) sich jeder Teiler senkrecht zum Muster der elektrischen Kraftlinien der vorbestimmten plasmaerzeugenden Mode erstreckt.

9. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der Abstand der aufeinanderfolgenden Teiler in Richtung längs der elektrischen Kraftlinien des Musters geringer als die Abschneide-Wellenlänge der ersten Oberwelle der Mikrowellenmode und größer als die Abschneide-Wellenlänge der Grund-Mikrowellen-Ausbreitungsmode im jeweiligen Sub-Leiter ist.

10. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein zweiter Abschnitt (6) des Wellenleiters, der zum plasmabildenden Bereich führt, einen größeren Querschnitt hat als ein erster Abschnitt (2) des Wellenleiters, der vom Mikrowellen-Erzeuger (1) weg führt, ein Übergangsabschnitt (5) die ersten und zweiten Aubschnitte verbindet und der Moden-Beschränker (20) sich im zweiten Abschnitt (6) des Wellenleiters (19) befindet.

11. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 10, bei dem der Übergangsbereich (5) des Wellenleiters (19) schräg zur Ausbreitungsrichtung aus einanderläuft.

12. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß Anspruch 10 oder 11, bei den der erste Abschnitt (2) des Wellenleiters einen rechteckigen Querschnitt und der zweite Abschnitt (6) des Wellenleiters einen kreisrunden Querschnitt besitzt.

13. Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Wellenleiter (19) im Querschnitt wenigstens 300 mm am Eingang zum plasmaerzeugenden Bereich ist.

14. Plasmabearbeitungsvorrichtung mit einer Vorrichtung zum Plasmaerzeugen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, einer Substrat-Trägerplattform (13) in einer Bearbeitungskammer, die so angeordnet ist, daß ein darauf befindliches Substrat (12) dem im plasmabildenden Bereich gebildeten Plasma ausgesetzt wird.

15. Verfahren zum Plasmaerzeugen, bei dem Mikrowellen sich von einem Mikrowellen-Erzeuger (1) längs eines Wellenleiters (19) zu einem plasmabildenden Bereich über eine Vergrößerung (5) im Wellenleiter (19), der für ein Mischen der Ausbreitungsmoden der Mikrowellen sorgt, ausbreiten und ein Plasma mittels der Mikrowellen im plasmabildenden Bereich gebildet wird,

gekennzeichnet durch ein Modenfiltern der Mikrowellen im vergrößerten Wellenleiter (5, 6), um die Zahl der Mikrowellen-Ausbreitungsmoden zu begrenzen, so daß im plasmabildenden Bereich eine einzelne Mode wenigstens 80% der Mikrowellenenergie trägt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Mikrowellen modengefiltert werden durch Aufteilen ihrer Ausbreitung über eine Vielzahl von sich Seite an Seite innerhalb des vergrößerten Wellenleiters (5, 6) erstreckenden Sub-Leitern und Rekombinieren der Mikrowellen aus den Sub-Leitern zum Eingeben in den plasmabildenden Bereich, und bei dem jeder Sub-Leiter Mikrowellen im wesentlichen einer einzelnen Mode leitet.

17. Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, bei dem der plasmabildende Bereich wenigstens 300 mm in Querschnitt ist.

18. Verfahren gemäß der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die einzelne Ausbreitungsmode eine zirkulare TE&sub1;&sub1;-Mode ist.

19. Verfahren zum Plasmabearbeiten eines Halbleitersubstrates (12) mit wenigstens 200 mm im Querschnitt, mit einem Positionieren des Halbleitersubstrats (12) auf einer Plattform (13) in einer Bearbeitungskammer, Zuführen eines plasmabildenden Gases in die Bearbeitungskammer, Anlegen eines Magnetfeldes an einen plasmabildenden Bereich in der Verarbeitungskammer, dem das Halbleitersubstrat ausgesetzt ist, und Ausrichten von Mikrowellen auf den plasmabildenden Bereich, um dort ein Plasma gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18 zu erzeugen.