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JP3123175B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

Plasma processing equipment

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Publication number
JP3123175B2
JP3123175B2 JP04008200A JP820092A JP3123175B2 JP 3123175 B2 JP3123175 B2 JP 3123175B2 JP 04008200 A JP04008200 A JP 04008200A JP 820092 A JP820092 A JP 820092A JP 3123175 B2 JP3123175 B2 JP 3123175B2
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JP
Japan
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cavity resonator
mode
plasma processing
processing apparatus
electric field
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仁 田村
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • B01J19/122Incoherent waves
    • B01J19/126Microwaves

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
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  • Drying Of Semiconductors (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

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VLSI等のプラズマ処
理を行うエッチング装置、CVD装置、アッシング装置
等のプラズマ処理装置のうちでマイクロ波を用いてプラ
ズマを発生させるプラズマ処理装置にかかわり、容易に
均一なプラズマ処理を得られるプラズマ処理装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating plasma using microwaves among plasma processing apparatuses such as an etching apparatus, a CVD apparatus, and an ashing apparatus for performing plasma processing such as VLSI. The present invention relates to a plasma processing apparatus capable of obtaining uniform plasma processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】マイクロ波を用いたプラズマ処理装置と
して、特開昭63−103088に示すものがある。こ
の装置はマイクロ波電力を空洞共振器に閉じ込めること
で、マイクロ波電界を高め、プラズマを効率よく発生さ
せるとしている。
2. Description of the Related Art A plasma processing apparatus using microwaves is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-103088. The device states that by confining microwave power in a cavity resonator, it enhances the microwave electric field and efficiently generates plasma.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、空
洞共振器にマイクロ波を供給する導波路の接続位置、処
理室にマイクロ波を放射するアンテナの構造などの影響
で共振器内の電磁界が乱され、均一にマイクロ波を処理
室に放射できない問題があった。そのため処理室に発生
するプラズマが不均一となり、基板に対する均一な処理
が困難となる。
In the above prior art, the electromagnetic field in the resonator is affected by the connection position of the waveguide for supplying the microwave to the cavity resonator, the structure of the antenna for radiating the microwave to the processing chamber, and the like. And the microwave cannot be uniformly radiated to the processing chamber. Therefore, the plasma generated in the processing chamber becomes non-uniform, and it becomes difficult to uniformly process the substrate.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するに
は、空洞共振器内の電磁界を所定の共振姿態のみが発生
し、他の共振姿態が混入しないようにすればよい。
In order to solve the above-mentioned problem, the electromagnetic field in the cavity resonator is generated so that only a predetermined resonance mode is generated and other resonance modes are not mixed.

【0005】[0005]

【作用】空洞共振器内の共振姿態は共振器壁面で電界の
接線成分がないという境界条件のもとでヘルムホルツの
方程式を解けば理論的に求めることができる。空洞共振
器の形状が円柱や直方体のように幾何学的に単純な構造
の場合、共振姿態は解析的に容易に求めることができ
る。そのため空洞共振器としては円柱や直方体のものが
用いられることが多い。
The resonance state in the cavity can be theoretically obtained by solving Helmholtz's equation under the boundary condition that there is no tangential component of the electric field on the wall of the resonator. When the shape of the cavity resonator is a geometrically simple structure such as a cylinder or a rectangular parallelepiped, the resonance state can be easily obtained analytically. Therefore, a columnar or rectangular parallelepiped cavity resonator is often used.

【0006】しかしプラズマ処理装置に用いられる実際
の空洞共振器では電磁界の励振用のアンテナや処理室に
マイクロ波を放射するためのアンテナなどを設ける必要
があり、完全な円柱や直方体にすることは不可能であ
る。また加工精度などの影響もあり、実際の共振姿態は
理論的に予想したものと異なる場合がある。この違いは
所望の共振姿態以外の他の共振姿態が混入したものと考
えることができる。そこで所望の共振姿態のみを励振す
るため他の共振姿態に対して損失を与えるフィルタを空
洞共振器内に装荷すればよい。
However, in an actual cavity resonator used in a plasma processing apparatus, it is necessary to provide an antenna for exciting an electromagnetic field and an antenna for radiating microwaves in a processing chamber. Is impossible. Also, due to the influence of processing accuracy and the like, the actual resonance form may be different from the theoretically predicted one. This difference can be considered to be due to mixing of other resonance modes other than the desired resonance mode. Therefore, in order to excite only the desired resonance mode, a filter that gives a loss to other resonance modes may be loaded in the cavity resonator.

【0007】フィルタの構成方法について以下で説明す
る。一般に電界は金属などの導電率の高い材質の表面で
接線成分を持たず、表面にたいして垂直となる。マイク
ロ波などの電界が存在する空間に導電率の高い金属を装
荷すると金属表面に対して電界が垂直となるように電界
が変化することになる。しかし電界にたいして表面が垂
直となるように導電率の高い金属を装荷した場合にはも
との電界分布に変化は起きない。そこで、空洞共振器内
で所望の共振姿態のみを励振するためには、導電率の高
い材料を所望の共振姿態の電界にたいしてその表面が垂
直となるように装荷すればよい。装荷した金属表面に平
行な電界の成分を持つ共振姿態は空洞共振器内に存在で
きなくなり、装荷した金属はフィルタとしての役割を果
たす。
The method of constructing the filter will be described below. In general, the electric field has no tangential component on the surface of a material having high conductivity such as a metal, and is perpendicular to the surface. When a metal having high conductivity is loaded in a space where an electric field such as a microwave exists, the electric field changes so that the electric field becomes perpendicular to the metal surface. However, when a metal having high conductivity is loaded so that the surface is perpendicular to the electric field, the original electric field distribution does not change. Therefore, in order to excite only a desired resonance mode in the cavity resonator, a material having high conductivity may be loaded so that its surface is perpendicular to the electric field of the desired resonance mode. A resonance mode having an electric field component parallel to the loaded metal surface cannot exist in the cavity resonator, and the loaded metal plays a role as a filter.

【0008】また所望の共振姿態に電界がゼロとなる位
置が存在する場合には、この位置に導電率の高い金属を
装荷してもよい。共振姿態として前述のように電界が金
属表面で表面にたいして垂直となるので、この境界条件
を満足しない共振姿態は空洞共振器内に存在できず、所
望の共振姿態のみを励振することができる。
If there is a position where the electric field becomes zero in the desired resonance state, a metal having high conductivity may be loaded at this position. As described above, since the electric field is perpendicular to the surface of the metal surface as a resonance mode, a resonance mode that does not satisfy this boundary condition cannot exist in the cavity resonator, and only a desired resonance mode can be excited.

【0009】[0009]

【実施例】図1を用いて本発明の第1の実施例を説明す
る。図1に本発明を用いたエッチング装置を示す。処理
室1内には被処理基板2がスロット板3に対向して設置
されている。被処理基板2には例えば発振周波数13.
56MHzの高周波電源4が接続されており、処理に適
したバイアス電圧を加えることができる。処理室1は図
示しない処理ガスの導入系、及び排気系により処理に適
した所定の圧力に保持されている。マイクロ波発生源5
からの例えば周波数2.45GHzのマイクロ波は方形
導波管6により伝送され、側面から空洞共振器7に導入
される。空洞共振器7は円柱形で、共振モードとしてT
030モードで共振するものを用いている。図9に円柱
空洞共振器のTM030モードの半径方向の電界分布を示
す。電界ベクトル18は空洞共振器7の中心軸に平行な
成分のみを持ち、中心軸の方向に電磁界の強さは変化し
ない。またTM030モードの電磁界は中心軸にたいして
回転対称となっており、円周方向に電磁界の強さは変化
しない。円柱空洞共振器
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an etching apparatus using the present invention. A substrate 2 to be processed is installed in the processing chamber 1 so as to face the slot plate 3. For example, the oscillation frequency 13.
A 56 MHz high frequency power supply 4 is connected, and a bias voltage suitable for processing can be applied. The processing chamber 1 is maintained at a predetermined pressure suitable for processing by a processing gas introduction system and an exhaust system (not shown). Microwave source 5
Is transmitted by the rectangular waveguide 6 and introduced into the cavity resonator 7 from the side. The cavity resonator 7 is cylindrical and has a resonance mode of T
One that resonates in the M030 mode is used. FIG. 9 shows the radial electric field distribution of the TM 030 mode of the cylindrical cavity resonator. The electric field vector 18 has only a component parallel to the central axis of the cavity resonator 7, and the strength of the electromagnetic field does not change in the direction of the central axis. The electromagnetic field in the TM030 mode is rotationally symmetric with respect to the central axis, and the intensity of the electromagnetic field does not change in the circumferential direction. Cylindrical cavity resonator

【0010】の中心軸をz軸とした場合のTM030モー
ドの電磁界は
The electromagnetic field in TM 030 mode when the central axis of

【数1】のようになる。## EQU1 ##

【0011】[0011]

【数1】 0 :0次ベッセル関数 j :虚数単位 J1 :1次ベッセル関数 ε :真空の誘電率 ω :マイクロ波の角周波数 kc=ρ03/a=ω/c c :光速(=3.0×108m/s) a :空洞共振器の半径 ρ03=8.654 またマイクロ波の周波数が例えば2.45GHzの場合
半径46.8mmおよび半径107.5mmの位置に電
界がゼロとなる位置が存在し、空洞共振器7の半径は1
68.5mmとなる。空洞共振器7は導電率の高い金属
例えば銅やアルミニウムなどでできており、損失をさら
に低減するために内面に銀めっきが施されている。スロ
ット板3には結合孔8が設けられている。一般に結合孔
8はスロットアンテナを構成するように設けると効率よ
くマイクロ波を放射することができる。スロットアンテ
ナはスロット板3の表面をマイクロ波によって流れる表
面電流に直角に設けることが望ましいことが知られてい
る。表面電流はマイクロ波の磁束密度と垂直に流れる。
従ってスロットはマイクロ波の磁束密度と平行に設ける
ことが望ましい。そのため結合孔8は空洞共振器7の所
望の共振姿態がTM030モードであることを考慮して図
13に示すように周方向に細長い形状をしている。ただ
し中央の結合孔8のみは簡単のため円形とした。スロッ
ト板3の処理室側には処理室1を所定の圧力に保ちなが
らマイクロ波を導入するための誘電体部品10が設置さ
れている。誘電体部品10の材質は例えば石英などのマ
イクロ波にたいして損失の小さい材料が用いられてい
る。空洞共振器7の内部には導電率の高い金属例えば銅
やアルミニウムなどでできたモードフィルタ9が装荷さ
れている。モードフィルタ9の構造を図2から図8に示
す。モードフィルタ9は空洞共振器7の内面と同様にマ
イクロ波の損失を低減するために銀めっきされている。
モードフィルタ9によりプラズマの均一性を乱す不要な
モードは抑制され、所望のTM030モードのみが励振さ
れる。不要な共振姿態が抑制されるため、プロセス条件
を変更しても被処理基板2にたいして均一なプラズマ処
理が容易に得られる。処理ガスの変更により第1の実施
例はCVD装置、アッシング装置等のプラズマ処理装置
として用いることができる。
(Equation 1) J 0 : Zero-order Bessel function j: Imaginary unit J 1 : First-order Bessel function ε: Dielectric constant of vacuum ω: Angular frequency of microwave k c = ρ 03 / a = ω / c c: Speed of light (= 3.0 × 10 8 m / s) a: radius of the cavity resonator ρ 03 = 8.654 Further, when the microwave frequency is 2.45 GHz, for example, the position where the electric field becomes zero at the radius of 46.8 mm and the radius of 107.5 mm. And the radius of the cavity resonator 7 is 1
68.5 mm. The cavity resonator 7 is made of a metal having high conductivity, for example, copper or aluminum, and has an inner surface plated with silver to further reduce the loss. A coupling hole 8 is provided in the slot plate 3. Generally, when the coupling hole 8 is provided so as to form a slot antenna, microwaves can be efficiently radiated. It is known that the slot antenna is desirably provided on the surface of the slot plate 3 at right angles to the surface current flowing by the microwave. The surface current flows perpendicular to the magnetic flux density of the microwave.
Therefore, it is desirable to provide the slot in parallel with the magnetic flux density of the microwave. For this reason, the coupling hole 8 has an elongated shape in the circumferential direction as shown in FIG. 13 in consideration of the desired resonance mode of the cavity resonator 7 being the TM030 mode. However, only the central coupling hole 8 is circular for simplicity. On the processing chamber side of the slot plate 3, a dielectric component 10 for introducing microwaves while maintaining the processing chamber 1 at a predetermined pressure is provided. As a material of the dielectric component 10, a material such as quartz, which has a small loss with respect to microwaves, is used. A mode filter 9 made of a metal having high conductivity, for example, copper or aluminum is loaded inside the cavity resonator 7. The structure of the mode filter 9 is shown in FIGS. The mode filter 9 is plated with silver to reduce the loss of microwaves, similarly to the inner surface of the cavity resonator 7.
Unnecessary modes that disturb the plasma uniformity are suppressed by the mode filter 9, and only the desired TM030 mode is excited. Since unnecessary resonance is suppressed, uniform plasma processing can be easily performed on the substrate 2 even when the process conditions are changed. By changing the processing gas, the first embodiment can be used as a plasma processing apparatus such as a CVD apparatus or an ashing apparatus.

【0012】円柱空洞共振器のTM030モードのみを励
振するためのモードフィルタの構造を図2から図8に示
す。以下各モードフィルタについて説明する。図2、お
よび図3に示すモードフィルタは薄い金属板により作ら
れた円筒11に電磁界結合用の結合孔12を複数個設け
たものである。図2は上面図、図3は側面図を示す。円
筒11は導電率の高い金属例えば銅やアルミニウムなど
でできており、その表面にはさらに導電率の高い例えば
銀などでめっきが施され、マイクロ波の損失を低減して
いる。円筒11はその中心軸が空洞共振器7の中心軸と
一致するように共振器内に設置される。円筒11の半径
は円筒表面がTM030モードの電界がゼロとなる位置に
来るように定められる。マイクロ波の周波数が2.45
GHzの場合、円筒の半径は46.8mmまたは10
7.5mmとなる。第1の実施例では空洞共振器7の内
部に半径46.8mmおよび半径107.5mmのモー
ドフィルタをともに装荷した例を示したが、いづれか一
方のみを装荷してもよい。また結合孔12の形状は電磁
界の結合を強めるためにはマイクロ波の磁界と平行にス
ロット状に設置することが望ましいが、所望の結合度に
応じて任意に設定してよい。結合の強弱を制御すれば、
円筒内外の電磁界を制御することができる。すなわち結
合を弱めれば電磁界を円筒外部から励振する場合、円筒
内部の電磁界は円筒外部の電磁界と比較して弱くなり、
スロット板3の各結合孔12から放射されるマイクロ波
の強度を調節することができる。そのため発生するプラ
ズマの分布を制御でき、均一なプラズマ処理をさらに容
易に行うことができる。
FIGS. 2 to 8 show the structure of a mode filter for exciting only the TM030 mode of the cylindrical cavity resonator. Hereinafter, each mode filter will be described. The mode filter shown in FIGS. 2 and 3 is provided with a plurality of coupling holes 12 for electromagnetic field coupling in a cylinder 11 made of a thin metal plate. 2 shows a top view and FIG. 3 shows a side view. The cylinder 11 is made of a metal having a high conductivity, such as copper or aluminum, and its surface is plated with a metal having a high conductivity, such as silver, to reduce microwave loss. The cylinder 11 is installed in the resonator such that its central axis coincides with the central axis of the cavity resonator 7. The radius of the cylinder 11 is determined so that the surface of the cylinder comes to a position where the electric field of the TM030 mode becomes zero. The microwave frequency is 2.45
For GHz, the radius of the cylinder is 46.8 mm or 10
7.5 mm. In the first embodiment, an example is shown in which both the mode filters having a radius of 46.8 mm and a radius of 107.5 mm are loaded inside the cavity resonator 7, but only one of them may be loaded. The shape of the coupling hole 12 is desirably provided in a slot shape in parallel with the microwave magnetic field in order to strengthen the coupling of the electromagnetic field, but may be arbitrarily set according to a desired degree of coupling. If you control the strength of the bond,
Electromagnetic fields inside and outside the cylinder can be controlled. That is, if the electromagnetic field is excited from outside the cylinder by weakening the coupling, the electromagnetic field inside the cylinder becomes weaker than the electromagnetic field outside the cylinder,
The intensity of the microwave radiated from each coupling hole 12 of the slot plate 3 can be adjusted. Therefore, the distribution of generated plasma can be controlled, and uniform plasma processing can be performed more easily.

【0013】図4および図5に示すモードフィルタは導
電率の高い金属例えば銅やアルミニウムの線材によって
作られた螺旋13である。図4は上面図、図5は側面図
を示す。螺旋13表面は導電率の高い材質、例えば銀な
どでめっきされており、マイクロ波の損失を減らしてい
る。螺旋13は図2及び図3に示す円筒と同様にTM
030モードの電界がゼロとなる位置に設置されるため、
螺旋13の半径はマイクロ波の周波数が2.45GHz
の場合、46.8mmまたは107.5mmである。線
材の直径は細い方がTM030モードの電磁界を乱す度合
いが小さいため望ましい。図2及び図3に示す円筒と同
様に半径46.8mmの螺旋と半径107.5mmの螺
旋を同時に空洞共振器7内部に装荷してもよいし、いづ
れか一方のみを装荷してもよい。螺旋13のピッチを変
更して螺旋の内部と外部の電磁界の結合の度合いを制御
することができる。
The mode filter shown in FIGS. 4 and 5 is a spiral 13 made of a highly conductive metal such as copper or aluminum. 4 shows a top view and FIG. 5 shows a side view. The surface of the spiral 13 is plated with a material having high conductivity, for example, silver or the like, to reduce microwave loss. The spiral 13 has a TM like the cylinder shown in FIGS.
Because it is installed at the position where the electric field of 030 mode becomes zero,
The radius of the spiral 13 is such that the microwave frequency is 2.45 GHz.
Is 46.8 mm or 107.5 mm. The smaller the diameter of the wire is, the smaller the degree of disturbing the electromagnetic field of the TM030 mode is desirable. As with the cylinders shown in FIGS. 2 and 3, a spiral having a radius of 46.8 mm and a spiral having a radius of 107.5 mm may be simultaneously loaded in the cavity resonator 7, or only one of them may be loaded. The degree of coupling between the electromagnetic fields inside and outside the spiral can be controlled by changing the pitch of the spiral 13.

【0014】図6及び図7に示すモードフィルタは導電
率の高い金属例えば銅やアルミニウムの複数の線材14
の上下を同じ材質でできたドーナツ状の部材15によっ
て固定した構造となっている。図6は上面図、図7は側
面図を示す。マイクロ波の損失を低減するため、表面に
は銀などの導電率の高い材料でめっきされている。線材
14はそれぞれTM030モードの電界がゼロとなる位置
に配置されるため、円周上に配置されている。各線材の
配置される円の半径は周波数2.45GHzのマイクロ
波を用いる場合には46.8mmまたは107.5mm
となる。線材14の直径およびドーナツ状の部材15の
厚みは小さい方がTM030モードの電磁界を乱す度合い
が小さいため望ましい。線材14の本数を変えることで
モードフィルタの内部と外部の電磁界の結合の度合いを
制御することができる。
The mode filter shown in FIGS. 6 and 7 has a plurality of wires 14 made of a metal having high conductivity, for example, copper or aluminum.
The upper and lower parts are fixed by a donut-shaped member 15 made of the same material. 6 shows a top view and FIG. 7 shows a side view. The surface is plated with a highly conductive material such as silver to reduce microwave loss. The wires 14 are arranged on the circumference because they are arranged at positions where the electric field of the TM030 mode becomes zero. The radius of the circle on which each wire is arranged is 46.8 mm or 107.5 mm when using a microwave having a frequency of 2.45 GHz.
Becomes It is desirable that the diameter of the wire 14 and the thickness of the donut-shaped member 15 be small, since the degree of disturbing the electromagnetic field in the TM030 mode is small. By changing the number of wires 14, the degree of coupling between the electromagnetic field inside and outside the mode filter can be controlled.

【0015】図8に空洞共振器7の内部に別の構造のモ
ードフィルタを装荷した状態を示す。このモードフィル
タは導電率の高い金属例えば銅やアルミニウムの薄い板
の円板16の中央に円形の穴17をあけた構造となって
おり、マイクロ波の損失を低減するために表面を銀など
の導電率の高い材料でめっきされている。TM030モー
ドの電界は空洞共振器7の中心軸に平行な成分のみを持
つため、中心軸に垂直に円板16を装荷してもTM030
モードを乱さない。空洞共振器7の中心軸に垂直な方向
の電界の成分を持つ共振姿態を有効に抑制することがで
きる。図8には円板16を2枚を装荷した例を示すが、
枚数は任意に定めてよい。穴17は電磁界を結合させる
ためのもので、その形状、個数は任意である。
FIG. 8 shows a state in which a mode filter having another structure is loaded inside the cavity resonator 7. This mode filter has a structure in which a circular hole 17 is formed in the center of a circular plate 16 of a thin plate of a metal having high conductivity, for example, copper or aluminum, and the surface is made of silver or the like in order to reduce microwave loss. Plated with highly conductive material. Since the electric field of the TM 030 mode with only the component parallel to the central axis of the cavity resonator 7, even when loaded with vertically disc 16 to the central axis TM 030
Do not disturb the mode. A resonance mode having an electric field component in a direction perpendicular to the central axis of the cavity resonator 7 can be effectively suppressed. FIG. 8 shows an example in which two disks 16 are loaded,
The number may be arbitrarily determined. The holes 17 are for coupling electromagnetic fields, and the shape and number thereof are arbitrary.

【0016】以上空洞共振器7の所望の共振姿態がTM
030モードの場合について述べたが他の共振姿態につい
ても同様に考えることができる。すなわち所望の共振姿
態の電界がゼロとなる位置に導電率の高い金属の表面が
来るようにモードフィルタを装荷する方法、または所望
の共振姿態の電界に垂直に導電率の高い金属を装荷する
方法を用いることで所望の共振姿態のみを得ることがで
きる。
The desired resonance mode of the cavity resonator 7 is TM
Although the case of the 030 mode has been described, other resonance modes can be similarly considered. That is, a method of loading a mode filter such that a surface of a metal having high conductivity is located at a position where the electric field of a desired resonance mode is zero, or a method of loading a metal having high conductivity perpendicular to the electric field of a desired resonance mode By using, only a desired resonance state can be obtained.

【0017】円柱空洞共振器の所望の共振姿態がTM
030モード以外の共振姿態の一例とし
The desired resonance mode of the cylindrical cavity resonator is TM
Examples of resonance modes other than the 030 mode

【0018】てTM011モードの場合を示す。TM011
ードの電界分布は
The case of the TM 011 mode will now be described. The electric field distribution of TM 011 mode is

【数2】のように表現できる。ただし、円柱空洞共振器
の中心軸をz軸とした円柱座標系で表現している。
It can be expressed as follows. However, it is expressed in a cylindrical coordinate system in which the central axis of the cylindrical cavity resonator is the z-axis.

【0019】[0019]

【数2】 j :虚数単位 J0 :0次ベッセル関数 J1 :1次ベッセル関数 ε :真空の誘電率 ω :マイクロ波の角周波数 kc=ρ01/a a :空洞共振器の半径 ρ01=2.405 β=√k2−kc 2 k=ω/c c :光速(=3.0×108m/s) 図10に円柱空洞共振器のTM011モードの電界ベクト
ルの分布を示す。TM011モードの電界がゼロとなるの
は壁面を除けば破線で示す空洞共振器の中心軸19の中
点のみである。そのため電界がゼロの位置に金属表面を
持つモードフィルタを構成することは不可能である。そ
こでモードフィルタはその表面がTM011モードの電界
ベクトルと垂直な方向にくるよう構成する方法で設計す
ることになる。例えば図11及び図12に示すようなモ
ードフィルタを構成することができる。図11は上面
図、図12は側面図を示す。空洞共振器の内面20は破
線により示している。TM011モードで共振する円柱空
洞共振器の高さは例えばマイクロ波の周波数を2.45
GHz、円柱空洞の半径を100mmとすると、69.
2mmとなる。リング状線材21と弓状線材22を組み
合わせてモードフィルタは構成されている。線材は導電
率の高い金属例えば銅製であり、表面をさらに導電率の
高い材料例えば銀によりめっきされている。リング状線
材21と弓状線材22の直径は細い方が望ましい。弓状
線材22は8本、リング状線材21は3本の例を示した
が各本数は任意に設定してよい。
(Equation 2) j: imaginary unit J 0 : 0th order Bessel function J 1 : 1st order Bessel function ε: dielectric constant of vacuum ω: angular frequency of microwave k c = ρ 01 / a a: radius of cavity resonator ρ 01 = 2. 405 β = √k 2 −k c 2 k = ω / c c: speed of light (= 3.0 × 10 8 m / s) FIG. 10 shows the distribution of the electric field vector in the TM 011 mode of the cylindrical cavity resonator. The electric field of the TM 011 mode becomes zero only at the center point of the center axis 19 of the cavity resonator shown by the broken line except for the wall surface. Therefore, it is impossible to form a mode filter having a metal surface at a position where the electric field is zero. Therefore, the mode filter is designed by a method in which the surface is arranged in a direction perpendicular to the electric field vector of the TM 011 mode. For example, a mode filter as shown in FIGS. 11 and 12 can be configured. 11 shows a top view and FIG. 12 shows a side view. The inner surface 20 of the cavity resonator is indicated by a dashed line. The height of the cylindrical cavity resonator that resonates in the TM011 mode is, for example, 2.45 in the microwave frequency.
GHz, the radius of the cylindrical cavity is 100 mm.
2 mm. The mode filter is configured by combining the ring-shaped wire 21 and the bow-shaped wire 22. The wire is made of a metal having a high conductivity, for example, copper, and its surface is plated with a material having a higher conductivity, for example, silver. It is desirable that the diameters of the ring-shaped wire 21 and the bow-shaped wire 22 are small. Although the example in which the number of the bow-shaped wires 22 is eight and the number of the ring-shaped wires 21 are three is shown, the number of each may be set arbitrarily.

【0020】図14に本発明の実施例に用いることので
きる空洞共振器を示す。図14に示す空洞共振器ではマ
イクロ波発生源からのマイクロ波を空洞共振器に伝送す
る方形導波管6は第1の円柱形の空洞共振器21の側面
に接続されている。空洞共振器21の共振姿態はTM
010モードである。空洞共振器21の下面には第2の空
洞共振器22と電磁界を結合するための結合孔23があ
る。空洞共振器22の共振姿態はTM030モードであ
る。空洞共振器21と空洞共振器22内部の共振姿態で
あるTM010モード、TM030モードの電界18を示す。
TM010モードはTM030モードの中央部のみを取り出し
たものであるため、結合孔23での両者の電磁界は完全
に一致し、効率よく空洞共振器22を励振することがで
きる。空洞共振器22の内部には図2から図8に示すい
ずれのモードフィルタを装荷してもよい。それぞれ空洞
共振器21、空洞共振器22の内半径はマイクロ波の周
波数が例えば2.45GHzの場合、46.8mm、1
07.5mmとなる。空洞共振器21を用いて空洞共振
器22を励振することで、方形導波管6を接続したこと
による電磁界の偏りが空洞共振器22に及ばなくなり、
より容易に空洞共振器22内の共振姿態を単一化でき
る。そのため均一なプラズマ処理を得ることができる。
FIG. 14 shows a cavity resonator that can be used in the embodiment of the present invention. In the cavity resonator shown in FIG. 14, a rectangular waveguide 6 for transmitting microwaves from a microwave generation source to the cavity resonator is connected to a side surface of a first cylindrical cavity resonator 21. The resonance state of the cavity resonator 21 is TM
010 mode. A coupling hole 23 for coupling an electromagnetic field with the second cavity resonator 22 is provided on the lower surface of the cavity resonator 21. The resonance mode of the cavity resonator 22 is the TM030 mode. The electric field 18 of the TM 010 mode and the TM 030 mode, which are resonance states inside the cavity resonator 21 and the cavity resonator 22, is shown.
Since the TM010 mode is obtained by extracting only the central portion of the TM030 mode, the electromagnetic fields of the two at the coupling hole 23 are completely matched, and the cavity resonator 22 can be efficiently excited. Any of the mode filters shown in FIGS. 2 to 8 may be loaded inside the cavity resonator 22. When the microwave frequency is, for example, 2.45 GHz, the inner radius of each of the cavity resonators 21 and 22 is 46.8 mm, 1
07.5 mm. By exciting the cavity resonator 22 using the cavity resonator 21, the bias of the electromagnetic field due to the connection of the rectangular waveguide 6 does not reach the cavity resonator 22,
The resonance state in the cavity resonator 22 can be more easily unified. Therefore, uniform plasma processing can be obtained.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明を用いることにより、均一なプラ
ズマ処理が容易に得られる。
According to the present invention, uniform plasma processing can be easily obtained.

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

【図1】本発明を用いたプラズマ処理装置を示す断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view showing a plasma processing apparatus using the present invention.

【図2】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 4 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 5 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例に用いる空洞共振器とモードフ
ィルタを示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a cavity resonator and a mode filter used in the embodiment of the present invention.

【図9】TM030モードの電界分布を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an electric field distribution in a TM030 mode.

【図10】TM011モードの電界分布を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an electric field distribution in a TM 011 mode.

【図11】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示
す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図12】本発明の実施例に用いるモードフィルタを示
す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a mode filter used in an embodiment of the present invention.

【図13】スロット板の構造を示す図である。FIG. 13 is a view showing a structure of a slot plate.

【図14】本発明の実施例に用いる空洞共振器を示す図
である。
FIG. 14 is a diagram showing a cavity resonator used in an example of the present invention.

【符号の説明】 1…処理室、 2…被処理基板、 3…スロット板、 4…高周波電源、 5…マイクロ波発生源、 6…方形導波管、 7…空洞共振器、 8…結合孔、 9…モードフィルタ、 10…誘電体部品、 11…円筒、 12…結合孔、 13…螺旋、 14…線材、 15…ドーナツ状部材、 16…円板、 17…穴、 18…電界ベクトル、 19…中心軸、 20…空洞共振器の内面、 21…空洞共振器、 22…空洞共振器、 23…結合孔。[Description of Signs] 1 ... Processing chamber, 2 ... Substrate to be processed, 3 ... Slot plate, 4 ... High frequency power supply, 5 ... Microwave generation source, 6 ... Rectangular waveguide, 7 ... Cavity resonator, 8 ... Coupling hole , 9: Mode filter, 10: Dielectric component, 11: Cylinder, 12: Coupling hole, 13: Spiral, 14: Wire rod, 15: Donut-shaped member, 16: Disk, 17: Hole, 18: Electric field vector, 19 ... Center axis, 20 ... Inner surface of cavity resonator, 21 ... Cavity resonator, 22 ... Cavity resonator, 23 ... Coupling hole.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 H01L 21/3065 C23C 16/50 C23F 4/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マイクロ波を発生させるマイクロ波発生源
手段と該マイクロ波発生源で発生させたマイクロ波を
共振させる空洞共振器手段と内部に被処理基板を載置
する載置台を備えた処理室手段と処理室手段前記
空洞共振器手段とを電磁的に結合する結合板手段と
処理室手段と前記空洞共振器手段とを分離するととも
に前記マイクロ波発生源手段から前記空洞共振器手段に
導入されて共振させられたマイクロ波を透過させて前記
処理室に導入する誘電体部品、前記処理室に処理ガス
を導入するためのガス導入手段と前記処理室を処理に
適した圧力に保つための真空排気手段とを備えたプラズ
マ処理装置であって、前記空洞共振器手段の内部で所望
の共振モード以外のモードで共振するマイクロ波をカッ
トするモードフィルタを前記空洞共振器手段設け
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
1. A microwave generation source for generating a microwave.
Means , and a microwave generated by the microwave source.
Placing the cavity resonator means for resonating a, a substrate to be processed therein
A processing chamber means having a mounting base for the coupling plate means for electromagnetically coupling the <br/> cavity resonator means and the processing chamber means, before
The processing chamber means and the cavity resonator means are separated.
From the microwave source means to the cavity resonator means
And dielectrics component you introduced into the <br/> processing chamber is introduced by transmitting the microwaves are caused to resonate, and gas introducing means for introducing a process gas into the processing chamber, the processing chamber a plasma processing apparatus including a vacuum exhaust means for maintaining the pressure suitable for the treatment, desired within said cavity resonator means
Microwaves that resonate in modes other than
A plasma processing apparatus, wherein a mode filter section for switching is provided in the cavity resonator means .
【請求項2】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、前記モードフィルタが導電率の高い金属製であ
り、その表面が所望の共振モードの電界が存在しない位
置に設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus 2. A method according to claim 1, wherein said mode filter unit is made of high conductivity metal, characterized in that the surface is provided at a position where the electric field of the desired resonant mode does not exist Plasma processing equipment.
【請求項3】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、前記モードフィルタ所望の共振モードの電界
が存在しない位置に線材が配置された導電率の高い線材
でできた螺旋であることを特徴とするプラズマ処理装
置。
3. A plasma processing apparatus according to claim 1, said mode filter unit, a spiral made of a desired high linear material conductivity which wires are arranged in a position where an electric field is not present in the resonant mode Characteristic plasma processing apparatus.
【請求項4】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、前記モードフィルタが所望の共振モードの電界が
存在しない位置に導電率の高い複数の線材が配置された
構造であることを特徴とするプラズマ処理装置。
4. A plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the mode filter unit is characterized by a structure in which high conductivity plurality of wires is disposed at a position at which the electric field is not present in a desired resonant mode Plasma processing equipment.
【請求項5】請求項1記載のプラズマ処理装置におい
て、前記モードフィルタが、所望の共振モードの電界
にその表面が垂直となるように配置された導電率の高い
金属板であることを特徴とするプラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the mode filter section is a metal plate having a high conductivity arranged so that a surface thereof is perpendicular to an electric field of a desired resonance mode. Plasma processing apparatus.
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