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JP3085019B2 - Plasma processing method and apparatus - Google Patents

Plasma processing method and apparatus

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Publication number
JP3085019B2
JP3085019B2 JP05101144A JP10114493A JP3085019B2 JP 3085019 B2 JP3085019 B2 JP 3085019B2 JP 05101144 A JP05101144 A JP 05101144A JP 10114493 A JP10114493 A JP 10114493A JP 3085019 B2 JP3085019 B2 JP 3085019B2
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JP
Japan
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microwave
mode
plasma
circular
sample
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JP05101144A
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Japanese (ja)
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JPH0645098A (en
Inventor
克生 片山
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication of JPH0645098A publication Critical patent/JPH0645098A/en
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波を用いて発生
させたプラズマにてエッチング,薄膜形成等を行なうプ
ラズマ処理方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing method for performing etching, thin film formation, and the like using plasma generated by using microwaves.

【0002】[0002]

【従来の技術】低ガス圧力下にある真空容器内にマイク
ロ波を導入し、ガス放電を生起させてプラズマを生成さ
せ、このプラズマを試料基板の表面に照射することによ
り、エッチング,薄膜形成等の処理を行うプラズマ処理
方法及び装置は、高集積半導体素子等の製造に欠かせな
いものとしてその研究開発が進められている。
2. Description of the Related Art Microwaves are introduced into a vacuum vessel under a low gas pressure to generate gas discharge to generate plasma, and this plasma is irradiated on the surface of a sample substrate to perform etching, thin film formation, etc. Research and development are being pursued as plasma processing methods and apparatuses for performing the above processing are indispensable for the manufacture of highly integrated semiconductor elements and the like.

【0003】特に、低ガス圧力領域で活性度の高いプラ
ズマを生成できる方法として、有磁場マイクロ波プラズ
マ装置、或いは電子サイクロトロン共鳴励起によりプラ
ズマを発生させる方法は有望視されている。図8は、エ
ッチング装置として構成した従来におけるマイクロ波を
用いた電子サイクロトロン共鳴励起を利用するプラズマ
処理装置の縦断面図であり、真空容器はプラズマ生成室
31,試料室33から構成されている。
[0003] In particular, as a method for generating highly active plasma in a low gas pressure region, a magnetic field microwave plasma apparatus or a method for generating plasma by electron cyclotron resonance excitation is considered promising. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional plasma processing apparatus using an electron cyclotron resonance excitation using a microwave configured as an etching apparatus.
31 and a sample chamber 33.

【0004】プラズマ生成室31は水冷構造を備えてお
り、中央には石英ガラス31a にて封止したマイクロ波導
入窓31b を、更に下部壁中央には前記マイクロ波導入窓
31b と対向する位置にプラズマ引出し窓31c を夫々備え
ている。前記マイクロ波導入窓31b には他端を図示しな
いマイクロ波発振器に接続した導波管32の一端が接続さ
れ、またプラズマ引出し窓31c に臨ませて試料室33を配
設し、更に周囲にはプラズマ生成室31及びこれに接続さ
れた導波管32の一端部にわったてこれらを囲む態様でこ
れらと同心円上に励磁コイル34を配設してある。
The plasma generation chamber 31 has a water cooling structure. A microwave introduction window 31b sealed with quartz glass 31a is provided at the center, and the microwave introduction window 31 is provided at the center of the lower wall.
A plasma extraction window 31c is provided at a position opposed to 31b. One end of a waveguide 32 whose other end is connected to a microwave oscillator (not shown) is connected to the microwave introduction window 31b, and a sample chamber 33 is arranged facing the plasma extraction window 31c. An excitation coil 34 is disposed concentrically with the plasma generation chamber 31 and a waveguide 32 connected thereto so as to surround and surround one end of the waveguide.

【0005】試料室33内には前記プラズマ引出し窓31
c と対向する位置に試料台37が配設され、その上にはウ
ェハ等の試料Sがそのまま、または静電吸着等の手段に
て着脱可能に載置され、また試料室33の下部壁又は側部
壁には、図示しない排気装置による排気口33a が開口さ
れている。31g,33g はガス供給系である。
In the sample chamber 33, the plasma extraction window 31 is provided.
A sample table 37 is disposed at a position opposite to c, on which a sample S such as a wafer is mounted as it is or detachably mounted by means such as electrostatic suction, and a lower wall of the sample chamber 33 or An exhaust port 33a by an exhaust device (not shown) is opened in the side wall. 31g and 33g are gas supply systems.

【0006】このようなエッチング装置にあっては、プ
ラズマ生成室31, 試料室33内を所要の圧力に設定した
後、プラズマ生成室31内にガス供給系31g を通じて、所
要のガス圧力が得られるようにガスを供給し、励磁コイ
ル34にて磁界を形成しつつマイクロ波導入窓31b を通じ
てプラズマ生成室31内にマイクロ波を導入し、プラズマ
生成室31を空洞共振器としてガスを共鳴励起し、プラズ
マを生成させる。生成したプラズマは励磁コイル34にて
形成される試料室33に向かうに従い磁束密度が低下する
発散磁界によって試料室33内の試料S周辺に引き出さ
れ、試料室33内の試料S表面をエッチングするようにな
っている(特開昭57-133636 号公報) 。
In such an etching apparatus, after setting the inside of the plasma generation chamber 31 and the sample chamber 33 to a required pressure, a required gas pressure is obtained in the plasma generation chamber 31 through a gas supply system 31g. As described above, a microwave is introduced into the plasma generation chamber 31 through the microwave introduction window 31b while forming a magnetic field with the excitation coil 34, and the gas is resonantly excited using the plasma generation chamber 31 as a cavity resonator. Generate plasma. The generated plasma is drawn out around the sample S in the sample chamber 33 by a divergent magnetic field whose magnetic flux density decreases as it goes to the sample chamber 33 formed by the exciting coil 34, so that the surface of the sample S in the sample chamber 33 is etched. (JP-A-57-133636).

【0007】ところで上述した如き従来装置ではプラズ
マ生成室31の上部壁に開口するマイクロ波導入窓31b は
マイクロ波物質である石英ガラス板31a にて気密状態に
封止されているが、マイクロ波に対する空洞共振器とし
て機能するプラズマ生成室31側からみた場合、マイクロ
波導入窓31b は空間となっており、プラズマ生成室31の
内壁面との間に段差が形成される結果、この部分でマイ
クロ波が異常反射し、またこれに起因してプラズマ分布
の均一性が悪化する等の問題があった。この対策として
図9に示す如き装置が本出願人等によって既に出願され
ている(特開昭63-318099 号) 。
In the conventional apparatus as described above, the microwave introduction window 31b opened in the upper wall of the plasma generation chamber 31 is hermetically sealed by a quartz glass plate 31a made of a microwave material. When viewed from the side of the plasma generation chamber 31 functioning as a cavity resonator, the microwave introduction window 31b is a space, and a step is formed between the microwave introduction window 31b and the inner wall surface of the plasma generation chamber 31. Are reflected abnormally, and the uniformity of the plasma distribution is deteriorated due to this. As a countermeasure, a device as shown in FIG. 9 has already been filed by the present applicant (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-318099).

【0008】図9は本出願人の出願に係る従来のプラズ
マ処理装置の部分断面図であり、プラズマ生成室31に開
口するマイクロ波導入窓31b 内にこれを充足する態様で
プラズマ生成室内壁面と面一となるマイクロ波透過物質
48を介在させてある。マイクロ波透過物質48は石英等が
用いられ、マイクロ波導入窓31b に密に嵌入する円板部
48a とこの上部に連なるフランジ部48b とを備えるよう
一体形成されており、導波管32の下端に設けたフランジ
32a と共に止め金具32b にて一体的に固定されている。
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a conventional plasma processing apparatus according to the application of the present applicant, and the inside of a microwave introduction window 31b opened to the plasma generation chamber 31 is filled with the wall. Microwave transmitting material on the same plane
48 is interposed. The microwave transmitting material 48 is made of quartz or the like, and is a disc portion closely fitted into the microwave introduction window 31b.
48a and a flange portion 48b connected to the upper portion thereof are integrally formed, and a flange provided at the lower end of the waveguide 32 is provided.
Together with 32a, it is integrally fixed by a stopper 32b.

【0009】このような従来装置にあってはプラズマ生
成室31の上部壁に開口するマイクロは導入窓31b はマイ
クロ波透過物質48にて隙間なく充足された状態となって
おり、マイクロ波の異常反射が低減され、プラズマの生
成も均一化されることとなる。
In such a conventional apparatus, the microwave opening in the upper wall of the plasma generation chamber 31 has a state in which the introduction window 31b is completely filled with the microwave transmitting material 48 without any gap. The reflection is reduced, and the generation of plasma is also made uniform.

【0010】しかし、このような従来の装置において
は、マイクロ波のモードとして図10に示す如き矩形TE10
モード、或いは図11に示す如き円形TE11モードが使われ
ており、これらの電界分布は中心部が強いために、生成
するプラズマの密度もプラズマ生成室31の中心部で強い
分布となる問題があった。そこでプラズマ生成室内での
マイクロ波の分布を均一化するため、マイクロ波の導入
窓に凹レンズのようなマイクロ波の拡散手段を設け、マ
イクロ波の電界分布を均一化し、プラズマの生成を均一
化する装置が提案されている(特開平3-244123) 。
[0010] However, in such a conventional device, a rectangular TE 10 as shown in FIG.
Mode or a circular TE 11 mode as shown in FIG. 11 is used, and since these electric field distributions are strong in the central part, there is a problem that the density of generated plasma is also strong in the central part of the plasma generation chamber 31. there were. Therefore, in order to equalize the distribution of microwaves in the plasma generation chamber, a microwave diffusing means such as a concave lens is provided in the microwave introduction window to uniformize the electric field distribution of the microwaves and uniform the generation of plasma. An apparatus has been proposed (JP-A-3-244123).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来技術ではプラズマ生成室内でのマイクロ波の電界強度
分布の均一性が若干改善されるものの、プラズマは中心
部が強くなるという傾向を有するので、より均一性良く
プラズマを発生させることが困難であるという問題を有
していた。
However, in such prior art, although the uniformity of the electric field intensity distribution of the microwave in the plasma generation chamber is slightly improved, the plasma tends to have a strong central portion. However, it is difficult to generate plasma with higher uniformity.

【0012】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、電界強度が中心で最
強とはならないモードのマイクロ波と、マイクロ波の伝
播方向を変化させ電界を集束する手段を組み合わせるこ
とによって、マイクロ波の異常反射による分布の不均一
は勿論、導波管内での伝播モードに起因するマイクロ波
電界強度の不均一も解消しマイクロ波電界強度の面内均
一性を向上させ、プラズマを均一性良く、安定して生成
し得るようにしたプラズマ処理方法を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a microwave in a mode in which the electric field intensity is not the strongest at the center, and to focus the electric field by changing the propagation direction of the microwave. In addition to the uneven distribution due to abnormal reflection of microwaves, the unevenness of microwave electric field strength caused by the propagation mode in the waveguide is eliminated, and the uniformity of microwave electric field strength in the plane is improved. It is an object of the present invention to provide a plasma processing method which can improve the uniformity and generate the plasma with good uniformity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明に係るプラズマ処
理方法は、円形導波管のTM01モードまたは円形導波管の
TE01モードのマイクロ波をその電界収束手段により真空
容器内に導入し、プラズマを発生させ試料を処理するこ
とを特徴とし、また、本発明に係るプラズマ処理装置
は、プラズマを発生させその内部において試料を処理す
る真空容器と、前記真空容器へ導入するマイクロ波の発
生手段と、前記発生したマイクロ波のモードを円形導波
管のTM01モードに変換するモード変換器または前記発生
したマイクロ波のモードを円形導波管のTE01モードに変
換するモード変換器と、前記変換されたマイクロ波を電
界分布を均一化しつつ真空容器内に導入すべく設けられ
た電界収束手段とを備えることを特徴とする。
The plasma processing method according to the present invention According to an aspect of the circular waveguide of the TM 01 mode or circular waveguide
The microwave of TE01 mode is introduced into the vacuum vessel by the electric field focusing means, plasma is generated and the sample is processed, and the plasma processing apparatus according to the present invention generates plasma and generates plasma therein. a vacuum container for processing a sample, said generating means of the microwaves introduced into the vacuum vessel, a microwave mode of the generated microwaves to a mode converter or the generator into a TM 01 mode circular waveguide A mode converter for converting a mode to a TE 01 mode of a circular waveguide, and an electric field converging means provided to introduce the converted microwave into a vacuum vessel while uniforming the electric field distribution. And

【0014】[0014]

【作用】プラズマ生成室内でのプラズマの発生は中心部
が強くなる傾向がある。これは一つには通常使われてい
るマイクロ波が中心部の電界強度が強いものであること
とプラズマ自身の性質に起因する。したがって本発明に
あっては、中心部で電界が弱く周辺部で電界が強い電界
分布を有するマイクロ波を用い、これに例えば凸型形状
の誘電体のようにマイクロ波の電界集束機能を有するも
のを組み合わせ、プラズマ生成室内に導入するマイクロ
波の電界分布を均一あるいは中心部より周辺部がやや強
い分布とし、これによりプラズマ生成室内でのプラズマ
の発生を均一化することを可能とするのである。
The generation of plasma in the plasma generation chamber tends to be strong at the center. This is partly due to the fact that the commonly used microwave has a strong electric field strength at the center and the properties of the plasma itself. Therefore, in the present invention, a microwave having an electric field distribution in which the electric field is weak in the central portion and the electric field is strong in the peripheral portion, and has a function of focusing the electric field of the microwave, for example, a dielectric having a convex shape To make the electric field distribution of the microwave introduced into the plasma generation chamber uniform or a distribution that is slightly stronger at the periphery than at the center, thereby making it possible to uniformize the generation of plasma in the plasma generation chamber.

【0015】また凸型形状の誘電体をマイクロ波の電界
集束手段として用いる場合、夫々の装置のマイクロ波導
入部の構造に合わせ、この凸部の曲率半径Rを決定する
こと等によって集束の度合を制御しマイクロ波の電界分
布を制御することができる。ただし、このRの決定にあ
たって、R=∞は凸型の形状ではなくなるので除かれる
のは言うまでもない。
When a convex dielectric is used as a microwave electric field focusing means, the degree of focusing is determined by determining the radius of curvature R of the convex portion in accordance with the structure of the microwave introduction portion of each device. To control the electric field distribution of the microwave. However, in determining R, it goes without saying that R = R is excluded because it is no longer a convex shape.

【0016】[0016]

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図1は本発明の一実施例であるプラ
ズマ処理装置の縦断面図、図2はマイクロ波導入窓1bの
部分拡大断面図であり、従来装置と同様に真空容器はプ
ラズマ生成室1と試料室3とにより構成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the drawings showing the embodiments. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a plasma processing apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a microwave introduction window 1b. As in the conventional apparatus, the vacuum vessel is composed of a plasma generation chamber 1 and a sample chamber. And 3.

【0017】プラズマ生成室1は周囲壁を2重構造とし
て冷却水の通流室を備える中空円筒形をなし、マイクロ
波に対して空洞共振器を構成するよう形成されている。
プラズマ生成室1の上部壁中央にはマイクロ波透過物質
8を設けたマイクロ波導入窓1bを備え、また下部壁中央
には前記マイクロ波導入窓1bと対向する位置にプラズマ
引出し窓1cを備えている。
The plasma generation chamber 1 has a hollow cylindrical shape with a double wall surrounding wall and a cooling water flow chamber, and is formed so as to constitute a cavity resonator for microwaves.
A microwave introduction window 1b provided with a microwave transmitting material 8 is provided at the center of the upper wall of the plasma generation chamber 1, and a plasma extraction window 1c is provided at a position opposite to the microwave introduction window 1b at the center of the lower wall. I have.

【0018】前記マイクロ波導入窓1bにはマイクロ波透
過物質8にて封止されており、その外部には導波管2の
一端部が接続され、またプラズマ引出し窓1cにはこれに
臨ませて試料室3が配設され、更に周囲にはプラズマ生
成室1及びこれに連結された導波管2の一端部にわたっ
て励磁コイル4が周設せしめられている。
The microwave introduction window 1b is sealed with a microwave transmitting material 8, one end of the waveguide 2 is connected to the outside, and the plasma extraction window 1c faces the outside. A sample chamber 3 is provided, and an excitation coil 4 is provided around the plasma generation chamber 1 and one end of the waveguide 2 connected thereto.

【0019】導波管2の中間にはモード変換器5を介在
させてあり、その他端部は図示しないマイクロ波発振器
に接続され、発生した矩形TE10モードのマイクロ波をモ
ード変換器5にて図3に示す如き円形TM01モードのマイ
クロ波に変換する、あるいは別のモード変換器5にて発
生した矩形TE10モードのマイクロ波を図4に示す如き円
形TE01モードのマイクロ波に変換してプラズマ生成室1
内に導入し、ここに電界を形成するようにしてある。ま
た励磁コイル4は図示しない直流電源に接続されてお
り、直流電流の通流によりプラズマ生成室1内にプラズ
マを生成させるための磁界を形成させると共に、試料室
3側に向けて磁束密度が低くなる発散磁界を形成させ、
この発散磁界によって、プラズマ生成室1内に生成され
たプラズマを試料室3内に導入せしめるようになってい
る。
[0019] In the middle of the waveguide 2 are with intervening mode converter 5, the other end is connected to the microwave oscillator, not shown, the microwave of the rectangular TE 10 mode by the mode converter 5 generated The microwave is converted into a circular TM 01 mode microwave as shown in FIG. 3 or a rectangular TE 10 mode microwave generated by another mode converter 5 is converted into a circular TE 01 mode microwave as shown in FIG. Plasma generation chamber 1
And an electric field is formed here. The exciting coil 4 is connected to a DC power supply (not shown) to form a magnetic field for generating plasma in the plasma generation chamber 1 by passing a DC current, and to reduce the magnetic flux density toward the sample chamber 3 side. Divergent magnetic field,
This diverging magnetic field causes the plasma generated in the plasma generation chamber 1 to be introduced into the sample chamber 3.

【0020】試料室3には、プラズマ引出し窓1cと対向
する底壁に図示しない排気装置に連なる排気口3aを開口
してあり、また内部には前記プラズマ引出し窓1cの直下
にこれと対向させて試料台7が配設され、この試料台7
上に前記プラズマ引出し窓1cと対向させて試料Sが配設
されている。
The sample chamber 3 is provided with an exhaust port 3a connected to an exhaust device (not shown) on the bottom wall facing the plasma extraction window 1c. The sample stage 7 is provided by
A sample S is provided on the upper surface so as to face the plasma extraction window 1c.

【0021】前記マイクロ波透過物質8は図2に示す如
く円板部8aの下面側にこれよりも小さい円形の平凸形形
状のレンズ部8bを一体形成して構成され、そのレンズ部
8bをマイクロ波導入窓1bに密嵌合せしめ、また円形部8a
の周縁をマイクロ波導入窓1bの上部外周縁に図示しない
Oリング等を介在させて気密状態に当接せしめ、導波管
2のフランジ部2aと共に金具2bにて共止めされている。
この状態ではレンズ部8bの下端面はプラズマ生成室1の
内壁面よりも若干下方に突出する態様となるように位置
している。なお円板部8aとレンズ部8bとは別体に形成し
てもよい。
As shown in FIG. 2, the microwave transmitting material 8 is formed by integrally forming a circular flat convex lens portion 8b smaller than the circular plate portion 8a on the lower surface side thereof.
8b is closely fitted to the microwave introduction window 1b, and the circular portion 8a
Is brought into airtight contact with the outer peripheral edge of the upper portion of the microwave introduction window 1b via an O-ring or the like (not shown), and is fixed together with the flange portion 2a of the waveguide 2 by the metal fitting 2b.
In this state, the lower end surface of the lens portion 8b is positioned so as to project slightly below the inner wall surface of the plasma generation chamber 1. Note that the disk portion 8a and the lens portion 8b may be formed separately.

【0022】マイクロ波透過物質8としては石英ガラ
ス, アルミナ(Al2 3 ),BN,SiN,その他、耐熱性高分
子材料(テフロン, ポリイミド) 等、比較的誘電率εr
の大きいものが用いられる。
Examples of the microwave transmitting material 8 include quartz glass, alumina (Al 2 O 3 ), BN, SiN, and other materials having a relatively high dielectric constant εr such as heat-resistant polymer materials (Teflon, polyimide).
Is used.

【0023】而してこのような本発明装置にあっては、
試料室3内の試料台7上に試料Sを載置し、プラズマ生
成室1,試料室3内を所要の圧力に設定した後、ガス供
給管1g,3g を通じてガスをプラズマ生成室1,試料室3
内に供給し、このような状態で励磁コイル4に直流電流
を通流すると共に、導波管2,モード変換器5,マイク
ロ波導入窓1b及びマイクロ波透過物質8を通じて円形TM
01モードまたは円形TE 01モードのマイクロ波をプラズマ
生成室1内に導入する。これによってガスが効率的に電
離され、プラズマが生成され、生成したプラズマは励磁
コイル4にて形成される発散磁界によって試料室3内に
導入され、試料室3内のガスを活性化し、試料S表面へ
のエッチング、或いは薄膜形成が行われることとなる。
In the apparatus of the present invention,
The sample S is placed on the sample stage 7 in the sample chamber 3, and the plasma generation is performed.
After setting the pressures in the chamber 1 and the sample chamber 3 to the required pressure,
Gas is supplied to plasma generation chamber 1 and sample chamber 3 through supply pipes 1g and 3g.
And a DC current is supplied to the exciting coil 4 in this state.
And waveguide 2, mode converter 5, microphone
Round TM through the window 1b and microwave transmitting material 8
01Mode or circular TE 01Mode microwave
It is introduced into the production chamber 1. This allows the gas to be efficiently
Separated, plasma is generated, and the generated plasma is excited
In the sample chamber 3 due to the divergent magnetic field formed by the coil 4
The gas is introduced and activates the gas in the sample chamber 3 to the surface of the sample S.
Is etched or a thin film is formed.

【0024】図3、図4はプラズマ生成室1との連結部
近傍における円形の導波管2内における円形TM01モー
ド、円形TE01モードそれぞれの電磁界分布の説明図であ
り、図3(a) 、図4(a) はその横断面図、図3(b) 、図
4(b) は同じくその縦断面図である。図中実線は電界、
破線は磁界を夫々示している。図3、図4から明らかな
如く、導波管2内におけるマイクロ波の分布は導波管2
の横断面の中心部で0であり中心部が弱く周辺が強い分
布である。
FIGS. 3 and 4 are illustrations of the electromagnetic field distribution of the circular TM 01 mode and the circular TE 01 mode in the circular waveguide 2 near the connection with the plasma generation chamber 1, respectively. 4A and 4A are cross-sectional views thereof, and FIGS. 3B and 4B are longitudinal sectional views thereof. In the figure, the solid line is the electric field,
The dashed lines indicate the magnetic fields, respectively. As is clear from FIGS. 3 and 4, the distribution of the microwave in the waveguide 2 is
Is 0 at the center of the cross section, and the distribution is weak at the center and strong at the periphery.

【0025】図5は本発明の他の実施例を示す模式的縦
断面図であり、マイクロ波導入窓1cにマイクロ波透過物
質9,10を設けた構成としてある。マイクロ波透過物質
9は図9に示す従来のマイクロ波透過物質48と実質的に
同じ形状に形成され、その上面にこれと接した状態(こ
の場合マイクロ波透過物質9,10 を一体形成したものを
用いても良い)、又はこれとの間に熱伝導を遮断し得る
僅かな間隔を隔ててマイクロは透過物質10を固定してあ
る。
FIG. 5 is a schematic longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention, in which microwave transmitting materials 9 and 10 are provided in a microwave introducing window 1c. The microwave transmitting material 9 is formed in substantially the same shape as the conventional microwave transmitting material 48 shown in FIG. 9, and is in contact with the upper surface thereof (in this case, the microwave transmitting materials 9 and 10 are integrally formed). The micro is fixed to the permeable material 10 at a small distance between the micro material and the micro material.

【0026】図6、図7は図1、図2に示す本発明装置
の試験結果を示すグラフである。図6はマイクロ波とし
て周波数2.45GHz の矩形TE10モードのマイクロ波を矩形
TE10モードを円形TM01モードに変換するモード変換器5
によりマイクロ波円形TM01モード変換し、図2に示す平
凸形形状のレンズ部8bを介しプラズマ生成室内に導入
し、プラズマを生成させたときの試料台位置でのその半
径方向における飽和イオン電流密度のグラフである。本
発明における図2に示す平凸形形状のレンズ部8bの凸部
の曲率半径は100mm とした。また、プラズマ生成の条件
は以下の通りである。 Arガス:120sccm 圧力 :1mTorr マイクロ波パワー:1kW
FIGS. 6 and 7 are graphs showing test results of the apparatus of the present invention shown in FIGS. Figure 6 shows a rectangular TE 10 mode microwave with a frequency of 2.45 GHz as a microwave.
Mode converter 5 for converting TE 10 mode to circular TM 01 mode
The mode is converted into a microwave circular TM 01 mode, and is introduced into a plasma generation chamber through a plano-convex lens section 8b shown in FIG. It is a graph of density. The curvature radius of the convex portion of the plano-convex lens portion 8b shown in FIG. 2 in the present invention was set to 100 mm. The conditions for plasma generation are as follows. Ar gas: 120sccm Pressure: 1mTorr Microwave power: 1kW

【0027】参照のためやはり図8に示す従来装置 (た
だしマイクロ波導入部は図9の構成の装置) 、及び図8
に示す従来装置 (ただしマイクロ波導入部は図9の構成
の装置) における導波管32の途中に矩形TE10→円形TM01
のモード変換器を設けた装置について同様の試験を行っ
た。
For reference, the conventional apparatus also shown in FIG. 8 (however, the microwave introduction unit is an apparatus having the structure of FIG. 9), and FIG.
In the conventional device shown in FIG. 1 (however, the microwave introduction unit is a device having the configuration shown in FIG. 9), a rectangular TE 10 → a circular TM 01
A similar test was performed on a device provided with the mode converter described above.

【0028】図6に示すグラフにおいて○印は本発明方
法及び装置を用いた場合 (円形TM01モードのマイクロ波
を図2に示す平凸形形状のレンズ部を通し導入)の、ま
た△印は図8に示す従来装置の場合(矩形TE10モードの
マイクロ波を導入)の結果である。なお、□印は従来装
置における導波管32の途中に矩形TE10→円形TE01のモー
ド変換器を設けた場合(円形TM01モードのマイクロ波を
導入)の結果である。
[0028] When ○ mark using the present invention method and apparatus in the graph shown in FIG. 6 (introduction through a lens of a plano-convex shape shown in FIG. 2 microwaves of the circular TM 01 mode), also △ mark is the result of the conventional apparatus shown in FIG. 8 (introducing a microwave rectangular TE 10 mode). In addition, the squares indicate the results when a mode converter of rectangular TE 10 → circular TE 01 is provided in the middle of the waveguide 32 in the conventional device (microwave of circular TM 01 mode is introduced).

【0029】図6のグラフから明らかな如く、プラズマ
生成室内に導入するマイクロ波としては、矩形TE10モー
ドより円形TM01モードを導入する方が飽和イオン電流密
度分布の均一性が高く、しかも図2に示す凸レンズ形を
なすマイクロ波透過物質を用いることにより均一性が一
層向上することが解る。
[0029] As apparent from the graph of FIG. 6, the microwaves introduced into the plasma generation chamber, who introduced the circular TM 01 mode from the rectangular TE 10 mode has a higher uniformity of the saturation ion current density distribution, moreover Figure It can be seen that the uniformity is further improved by using the microwave transmitting material having the convex lens shape shown in FIG.

【0030】図7はモード変換器5として矩形TE10モー
ドを円形TE01モードに変換するモード変換器を用い、マ
イクロ波として周波数2.45GHz の矩形TE10モードのマイ
クロ波を円形TE01モード変換し、図2に示す平凸形形状
のレンズ部8bを介しプラズマ生成室内に導入し、プラズ
マを生成させたときの試料台位置でのその半径方向にお
ける飽和イオン電流密度のグラフである。本発明におけ
る図2に示す平凸形形状のレンズ部8bの凸部の曲率半径
も100mm とした。また、プラズマ生成の条件は図6のも
のと同様に以下の通りである。 Arガス:120sccm 圧力 :1mTorr マイクロ波パワー:1kW
FIG. 7 is a rectangular TE 10 mode using a mode converter for converting the circular TE 01 mode, the microwave of the rectangular TE 10 mode frequency 2.45GHz circular TE 01 mode conversion as a microwave as a mode converter 5 FIG. 3 is a graph of a saturated ion current density in a radial direction at a sample stage position when plasma is generated by being introduced into a plasma generation chamber through a plano-convex lens portion 8b shown in FIG. 2 and generating plasma. The radius of curvature of the convex portion of the plano-convex lens portion 8b shown in FIG. 2 in the present invention was also set to 100 mm. The conditions for plasma generation are as follows, as in the case of FIG. Ar gas: 120sccm Pressure: 1mTorr Microwave power: 1kW

【0031】参照のためやはり図8に示す従来装置 (た
だしマイクロ波導入部は図9の構成の装置) 、及び図8
に示す従来装置 (ただしマイクロ波導入部は図9の構成
の装置) における導波管32の途中に矩形TE10→円形TE01
のモード変換器を設けた装置について同様の試験を行っ
た。
For reference, the conventional device also shown in FIG. 8 (however, the microwave introduction unit is a device having the structure of FIG. 9), and FIG.
In the conventional device shown in FIG. 3 (however, the microwave introduction unit is a device having the configuration shown in FIG. 9), a rectangular TE 10 → a circular TE 01
A similar test was performed on a device provided with the mode converter described above.

【0032】図7に示すグラフにおいて○印は本発明方
法及び装置を用いた場合(円形TE01モードのマイクロ波
を図2に示す平凸形形状のレンズ部を通し導入)の、ま
た△印は図8に示す従来装置の場合(矩形TE10モードの
マイクロ波を導入)の結果である。なお、□印は従来装
置における導波管32の途中に矩形TE10→円形TE01のモー
ド変換器を設けた場合(円形TE01モードのマイクロ波導
入)の結果である。
[0032] When ○ mark using the present invention method and apparatus in the graph shown in FIG. 7 of the (introduced through a lens of a plano-convex shape shown in FIG. 2 microwaves of the circular TE 01 mode), also △ mark is the result of the conventional apparatus shown in FIG. 8 (introducing a microwave rectangular TE 10 mode). In addition, the square marks indicate the results when a mode converter of rectangular TE 10 → circular TE 01 is provided in the middle of the waveguide 32 in the conventional apparatus (microwave introduction of circular TE 01 mode).

【0033】図7のグラフから明らかな如く、やはり、
プラズマ生成室内に導入するマイクロ波としては、矩形
TE10モードより円形TE01モードを導入する方が飽和イオ
ン電流密度分布の均一性が高く、しかも図2に示す凸レ
ンズ形をなすマイクロ波透過物質を用いることによりさ
らに均一性が向上することが解る。また、円形TE01モー
ドを導入する方が円形TM01モードを導入するより飽和イ
オン電流の値が高い結果であった。
As is clear from the graph of FIG.
The microwave introduced into the plasma generation chamber is rectangular
It can be seen that the introduction of the circular TE 01 mode has higher uniformity of the saturation ion current density distribution than the TE 10 mode, and that the uniformity is further improved by using the convex lens-shaped microwave transmitting material shown in FIG. . In addition, the result of introducing the circular TE 01 mode was higher than that of introducing the circular TM 01 mode.

【0034】マイクロ波透過物質8,9,10の材料, 曲
率半径は、磁界強度分布、ガス圧力等による生成される
プラズマの特性、即ち、プラズマ密度,プラズマ誘電
率,プラズマ・インピーダンスが変化することによって
最適形状が変化するから、これらに応じて数値,形状を
設定すればよい。
The material and the radius of curvature of the microwave transmitting materials 8, 9 and 10 are determined by changing the magnetic field intensity distribution, the characteristics of the plasma generated by the gas pressure, etc., that is, the plasma density, plasma permittivity, and plasma impedance. Since the optimum shape changes depending on the values, numerical values and shapes may be set in accordance with these.

【0035】上述の実施例は本発明装置をエッチング、
或いは成膜装置に適用した構成について説明したが何ら
これに限るものではなく、例えばスパッタリング装置等
にも適用し得ることは勿論である。
In the above embodiment, the apparatus of the present invention is etched,
Alternatively, the configuration applied to the film forming apparatus has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to, for example, a sputtering apparatus.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上の如く本発明にあっては、プラズマ
生成室におけるマイクロ波の電界分布を制御することに
より均一なプラズマ分布が得られ、試料の均一なエッチ
ング,薄膜形成等が出来るという優れた効果を奏するも
のである。
As described above, in the present invention, a uniform plasma distribution can be obtained by controlling the microwave electric field distribution in the plasma generation chamber, and uniform etching and thin film formation of the sample can be performed. It has the effect that it has.

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

【図1】本発明の実施例を示す装置の模式的縦断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例を示す装置の部分拡大断面図で
ある。
FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of an apparatus showing an embodiment of the present invention.

【図3】図1,図2に示す本発明の実施例を示す装置に
おいて用いられる円形TM01モードの導波管内の電磁界分
布の説明図である。
[3] FIG. 1 is an explanatory view of an electromagnetic field distribution of a circular TM 01 mode of the waveguides used in the apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

【図4】図1、図2に示す本発明の実施例を示す装置に
おいて用いられる円形TE01モードの導波管内の電磁界分
布の説明図である。
[4] FIG. 1 is an explanatory view of an electromagnetic field distribution of the circular TE 01 mode waveguide used in the apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG.

【図5】本発明の他の実施例を示す部分縦断面図であ
る。
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view showing another embodiment of the present invention.

【図6】本発明装置と従来装置との比較試験結果を示す
グラフである。
FIG. 6 is a graph showing a comparison test result between the device of the present invention and a conventional device.

【図7】本発明装置と従来装置との比較試験結果を示す
グラフである。
FIG. 7 is a graph showing a comparison test result between the device of the present invention and a conventional device.

【図8】従来装置の模式的縦断面図である。FIG. 8 is a schematic longitudinal sectional view of a conventional device.

【図9】他の従来装置の部分拡大断面図である。FIG. 9 is a partially enlarged sectional view of another conventional device.

【図10】従来広く用いられている矩形TE10モードの電
磁界分布の説明図である。
10 is an explanatory view of an electromagnetic field distribution of the rectangular TE 10 mode conventionally used widely.

【図11】従来広く用いられている円形TE11モードの電
磁界分布の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of an electromagnetic field distribution of a circular TE 11 mode conventionally widely used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プラズマ生成室 1b マイクロ波導入窓 1c プラズマ引出し窓 2 導波管 3 試料室 4 励磁コイル 5 モード変換器 7 試料台 8,9,10 マイクロ波透過物質 S 試料 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generation room 1b Microwave introduction window 1c Plasma extraction window 2 Waveguide 3 Sample room 4 Excitation coil 5 Mode converter 7 Sample table 8, 9, 10 Microwave transmitting material S sample

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 円形導波管のTM01モードまたは円形導波
管のTE01モードのマイクロ波をその電界収束手段により
真空容器内に導入し、プラズマを発生させ試料を処理す
ることを特徴とするプラズマ処理方法。
1. A were introduced into the vacuum container by TE 01 mode microwave the electric field convergence means of TM 01 mode or circular waveguide of the circular waveguide, and comprises treating the sample to generate a plasma Plasma processing method.
【請求項2】 プラズマを発生させその内部において試
料を処理する真空容器と、前記真空容器へ導入するマイ
クロ波の発生手段と、前記発生したマイクロ波のモード
を円形導波管のTM01モードに変換するモード変換器また
は前記発生したマイクロ波のモードを円形導波管のTE01
モードに変換するモード変換器と、前記変換されたマイ
クロ波を電界分布を均一化しつつ真空容器内に導入すべ
く設けられた電界収束手段とを備えることを特徴とする
プラズマ処理装置。
2. A vacuum chamber for processing a sample in its interior to generate plasma, and generation means of the microwave introduced into the vacuum vessel, the mode of the generated microwaves to the TM 01 mode circular waveguide A mode converter for converting or the mode of the generated microwave into a circular waveguide TE 01
A plasma processing apparatus, comprising: a mode converter for converting a mode into a mode; and an electric field converging means provided to introduce the converted microwave into a vacuum vessel while making the electric field distribution uniform.
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