JPH02119100A - Plasma apparatus - Google Patents
Plasma apparatusInfo
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- JPH02119100A JPH02119100A JP63273408A JP27340888A JPH02119100A JP H02119100 A JPH02119100 A JP H02119100A JP 63273408 A JP63273408 A JP 63273408A JP 27340888 A JP27340888 A JP 27340888A JP H02119100 A JPH02119100 A JP H02119100A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Abstract] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はプラズマ生成室内にて電子サイクロトロン共鳴
(E 1ectron Cyclotron Res
onance+ECR)励起により生成したECRプラ
ズマを利用するcvo 装g、 ドライエツチング装
置等のプラズマ装置に関するものである。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention uses electron cyclotron resonance (E 1 ectron Cyclotron Res) in a plasma generation chamber.
This invention relates to plasma devices such as CVO devices and dry etching devices that utilize ECR plasma generated by excitation (onance+ECR).
前記ECR励起によりプラズマを生成する装置は、低ガ
ス圧で活性度が高いプラズマを生成できること、イオン
エネルギ及びイオン流の大きさを広範囲に選択できるこ
と、またイオン流のI旨向性1均一性に優れていること
等多くの利点があり、半導体基板上に所望の物質の薄膜
を形成せしめるためのCVO装置、半導体基板上に微細
な回路パターンを形成せしめるためのドライエツチング
装置等、半導体集積回路の製造への適用が進められてい
る。The device that generates plasma by ECR excitation has the following characteristics: it can generate plasma with high activity at low gas pressure, it can select the ion energy and the size of the ion flow over a wide range, and it has the following characteristics: It has many advantages, such as CVO equipment for forming a thin film of a desired substance on a semiconductor substrate, and dry etching equipment for forming a fine circuit pattern on a semiconductor substrate. Application to manufacturing is underway.
第4図はECRプラズマを利用した従来のCVD装置の
縦断面模式図であり、31はプラズマ生成室を示す。プ
ラズマ生成室31は周囲壁を2重構造にして冷却水の通
流路31aを備え、また−側壁中央には石英ガラス板3
1bにて封止したマイクロ波導入口31cを、更にマイ
クロ波導入口31cと対向する他側壁中央にはプラズマ
引出窓31dを夫々備えており、このプラズマ引出窓3
1dに臨ませて試料室34が配設される。マイクロ波導
入口31cには他端を高周波発振器33に接続したマイ
クロ波導波管32の一端が接続され、プラズマ生成室3
1及びこれに接続した導波管32の一端部にわたってこ
れらを囲むように励磁コイル35が同心状に配設される
。FIG. 4 is a schematic vertical cross-sectional view of a conventional CVD apparatus using ECR plasma, and numeral 31 indicates a plasma generation chamber. The plasma generation chamber 31 has a double structure around the surrounding wall, and is equipped with a cooling water passage 31a, and a quartz glass plate 3 in the center of the side wall.
1b, and a plasma extraction window 31d is provided at the center of the other side wall facing the microwave introduction port 31c.
A sample chamber 34 is arranged facing 1d. One end of a microwave waveguide 32 whose other end is connected to a high frequency oscillator 33 is connected to the microwave inlet 31c, and the plasma generation chamber 3
An excitation coil 35 is concentrically arranged over one end of the waveguide 1 and the waveguide 32 connected thereto so as to surround them.
反応室34内にはウェーハ等の試料Sを装着する試料台
36が前記プラズマ引出窓31dと対向させて配設され
ており、その後面側に位置する試料室34の後壁には図
示しない排気装置に連なる排気口37が開口される。A sample stage 36 on which a sample S such as a wafer is mounted is disposed in the reaction chamber 34 facing the plasma extraction window 31d, and an exhaust gas (not shown) is provided on the rear wall of the sample chamber 34 located on the rear side. An exhaust port 37 connected to the device is opened.
このようなCVD装置においてECRプラズマは以下の
如き過程で生成される。プラズマ生成室31及び試料室
34を所要の真空度に設定した後、プラズマ生成室31
に原料ガスを供給し、励磁コイル35にて磁界を形成さ
せると共に、高周波発振器33から発振されるマイクロ
波をマイクロ波導波管32.マイクロ波導入窓31cを
通じてプラズマ生成室31内へ導入する。そうすると磁
場中の電子がサイクロトロン共鳴によりプラズマ生成室
31内へ伝送されたマイクロ波のエネルギを吸収し、前
記ガスの分子と衝突して、これをイオン化させ、プラズ
マ生成室31内にプラズマが生成される。生成されたプ
ラズマは励磁コイル35にて形成される発散磁界によっ
て試料室34内に導入され、試料S上に投射されて、試
料Sの表面に所望の物質の薄膜が形成される。In such a CVD apparatus, ECR plasma is generated in the following process. After setting the plasma generation chamber 31 and the sample chamber 34 to the required degree of vacuum, the plasma generation chamber 31
A source gas is supplied to the excitation coil 35 to form a magnetic field, and the microwave oscillated from the high frequency oscillator 33 is transmitted to the microwave waveguide 32. The microwave is introduced into the plasma generation chamber 31 through the microwave introduction window 31c. Then, electrons in the magnetic field absorb the microwave energy transmitted into the plasma generation chamber 31 by cyclotron resonance, collide with the gas molecules, ionize them, and generate plasma in the plasma generation chamber 31. Ru. The generated plasma is introduced into the sample chamber 34 by a divergent magnetic field formed by the excitation coil 35 and projected onto the sample S, so that a thin film of a desired substance is formed on the surface of the sample S.
上述した様にECRプラズマ装置においてマイクロ波を
用いてプラズマを生成し、試料に成膜、エツチング等の
処理を施す場合、プラズマ生成効率を上げ、成膜、エツ
チング等の処理能力を向上させるためにマイクロ波及び
マイクロ波導波管に着目したプラズマ装置の改良が行わ
れている。As mentioned above, when plasma is generated using microwaves in an ECR plasma device and a sample is subjected to processing such as film formation or etching, in order to increase the plasma generation efficiency and improve the processing capacity of film formation or etching, etc. Improvements have been made to plasma devices focusing on microwaves and microwave waveguides.
例えば、特公昭62−53920号公稽においては、マ
イクロ波をプラズマ生成室へ導入するマイクロ波導波管
の断面」−の電界強度の不均一を排除させるために、マ
イクロ波導波管に円偏波発生器を接続させて、プラズマ
を均一に生成させる装置について開示されている。For example, in Japanese Patent Publication No. 62-53920, circularly polarized waves were introduced into the microwave waveguide in order to eliminate the non-uniformity of the electric field strength in the cross section of the microwave waveguide that introduces microwaves into the plasma generation chamber. A device for uniformly generating plasma by connecting a generator is disclosed.
ところで、マイクロ波をプラズマ生成室へ導入するため
の導波管として円形導波管を用いた場合、マイクロ波の
基本モードはTL+モードとなり、以下に述べるような
問題点がある。即ち、マクスウェルの方程式により磁性
体で満たされた円形導波管中を伝播する電波は円偏波モ
ードでのみ存在することが知られており (Suhl、
Walker : Phys、Rev。By the way, when a circular waveguide is used as a waveguide for introducing microwaves into the plasma generation chamber, the fundamental mode of the microwave is the TL+ mode, which causes problems as described below. In other words, it is known that radio waves propagating in a circular waveguide filled with magnetic material exist only in circularly polarized mode according to Maxwell's equations (Suhl,
Walker: Phys, Rev.
86 (1952N22.)、磁気プラズマの誘電率の
テンソルは、電波のl率のテンソルと同形なので、同様
にマクスウェルの方程式により従来のECRプラズマ装
置の円形導波管が磁気プラズマで満たされた場合にも、
プラズマを伝播するマイクロ波は円偏波モードでのみ存
在するといえる。プラズマを伝播する円偏波モードのマ
イクロ波は右回り円偏波(R波)及び左回り円偏波(I
−波)の2つの波に分離して存在し、このうちECRに
よりエネルギを吸収されプラズマを生成せしめるために
有用なのはR波のみであり、L波は十分吸収されず、反
射し、プラズマの生成効率が悪くなることが知られてい
る。つまり円形導波管のみによるマイクロ波の伝送では
ECRによるマイクロ波の吸収が1−分けわれず、プラ
ズマの生成効率が悪くなるという問題があった。86 (1952N22.), since the tensor of permittivity of magnetic plasma is isomorphic to the tensor of l-factor of radio waves, similarly according to Maxwell's equation, when the circular waveguide of a conventional ECR plasma device is filled with magnetic plasma, too,
It can be said that microwaves propagating in plasma exist only in circularly polarized mode. Microwaves in circularly polarized mode propagating through plasma are divided into right-handed circularly polarized waves (R waves) and left-handed circularly polarized waves (I waves).
- wave), and of these, only the R wave is useful for absorbing energy by ECR and generating plasma, while the L wave is not absorbed sufficiently and is reflected, resulting in the generation of plasma. It is known that efficiency decreases. In other words, when microwaves are transmitted only through a circular waveguide, the absorption of microwaves by ECR is not divided by 1, and there is a problem that plasma generation efficiency deteriorates.
本発明者は上述した問題点を解決するためにECRによ
る吸収効率がよいマイクロ波のモード及びマイクロ波導
波管について実験、研究を行ったところTMo、、(n
:自然数)モードのマイクロ波をプラズマ生成室へ導入
した場合、マイクロ波の吸収効率が良好であること、及
びTM、イモードのマイクロ波を得るためには矩形導波
管と円形導波管とを接合させてマイクロ波のモード変換
を行えばよいということを知見した。In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor conducted experiments and research on microwave modes and microwave waveguides with good absorption efficiency by ECR, and found that TMo, (n
:Natural number) mode microwaves are introduced into the plasma generation chamber, the absorption efficiency of the microwaves is good, and in order to obtain TM and immode microwaves, it is necessary to use a rectangular waveguide and a circular waveguide. We discovered that it is possible to perform microwave mode conversion by bonding them together.
本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、従
来のECRプラズマ装置の導波管の一部にTM、、モー
ドのマイクロ波をプラズマ生成室に導入させるモード変
換手段を設けることにより、ECRプラズマ装置におけ
るマイクロ波の吸収効率を上げ、プラズマ生成効率を向
上させる装置を従供することを目的とする。The present invention has been made based on this knowledge, and by providing a mode conversion means in a part of the waveguide of a conventional ECR plasma device to introduce microwaves in the TM mode into the plasma generation chamber, an ECR plasma device can be produced. The purpose of the present invention is to provide a device that increases microwave absorption efficiency in a plasma device and improves plasma generation efficiency.
本発明に係るプラズマ装置は、プラズマ生成室に原料ガ
ス及びマイクロ波を導入すると共に、磁界を印加し、電
子サイクロトロン共鳴励起によりプラズマを生成させる
プラズマ装置において、マイクロ波発振器から発振され
たマイクロ波をプラズマ生成室へ導入する導波管の一部
に、マイクロ波をTMOfi(n:自然数)モードに変
換する手段を備えることを特徴とする。The plasma device according to the present invention introduces source gas and microwaves into a plasma generation chamber, applies a magnetic field, and generates plasma by electron cyclotron resonance excitation. It is characterized in that a part of the waveguide introduced into the plasma generation chamber is provided with means for converting microwaves into TMOfi (n: natural number) mode.
マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波を、プラズ
マ生成室へ導入する導波管の一部に設けたモード変換器
に伝送すると、マイクロ波はTMOo(n:自然数)モ
ードに変換されてプラズマ生成室に導入される。これに
よりプラズマ中ではECRの効果をもつモードのみが存
在して、効率の良いプラズマの生成が行われる。When the microwaves oscillated from the microwave oscillator are transmitted to a mode converter installed in a part of the waveguide that introduces them into the plasma generation chamber, the microwaves are converted into TMOo (n: natural number) mode and sent to the plasma generation chamber. will be introduced in As a result, only a mode having an ECR effect exists in the plasma, and efficient plasma generation is achieved.
以下本発明をCVD装置として構成した実施例について
図面に基づき具体的に説明する。第1図は本発明に係る
プラズマ装置の縦断面模式図であり、前記第4図の従来
装置と同様に、プラズマ生成室31は周囲壁を2重構造
にして冷却水の通流路31aを備え、また−側壁中央に
は石英ガラス板31bにて封止したマイクロ波導入口3
1cを、更にマイクロ波導入口31cと対向する他側壁
中央にはプラズマ引出窓31dを夫々備えており、この
プラズマ引出窓31dに臨ませて試料室34が配設され
る。マイクロ波導入口31cには他端を高周波発振器3
3に接続したマイクロ波導波管32a、32bの一端が
接続され、プラズマ生成室31及びこれに接続した導波
管32a 、 32bの一端部にわたってこれらを囲む
ように励磁コイル35が同心状に配設される。EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, an embodiment in which the present invention is configured as a CVD apparatus will be described in detail based on the drawings. FIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a plasma device according to the present invention. Similar to the conventional device shown in FIG. Also, in the center of the side wall is a microwave inlet 3 sealed with a quartz glass plate 31b.
1c is further provided with a plasma extraction window 31d at the center of the other side wall facing the microwave introduction port 31c, and a sample chamber 34 is arranged facing the plasma extraction window 31d. The other end of the microwave inlet 31c is connected to the high frequency oscillator 3.
One end of microwave waveguides 32a, 32b connected to plasma generation chamber 31 and one end of waveguides 32a, 32b connected to this are connected, and an excitation coil 35 is concentrically arranged so as to surround these. be done.
反応室34内にはウェーハ等の試料Sを装着する試料台
36が前記プラズマ引出窓31dと対向させて配設され
ており、その後面側に位置する試料室34の後壁には図
示しない排気装置に連なる排気口37が開口される。A sample stage 36 on which a sample S such as a wafer is mounted is disposed in the reaction chamber 34 facing the plasma extraction window 31d, and an exhaust gas (not shown) is provided on the rear wall of the sample chamber 34 located on the rear side. An exhaust port 37 connected to the device is opened.
第1図における32aは矩形導波管であり、その一端は
高周波発振器33と接続しており、他端は円形導波管3
2bに接続している。そして32bの32aと接続しな
い側の一端がマイクロ波導入口31cと接続している。32a in FIG. 1 is a rectangular waveguide, one end of which is connected to the high frequency oscillator 33, and the other end connected to the circular waveguide 3.
Connected to 2b. One end of 32b on the side not connected to 32a is connected to microwave inlet 31c.
矩形導波管32aによりTE、0モードのマイクロ波が
円形導波管32bに伝送されると、マイクロ波のモード
はT M o +モードに変換され、プラズマ生成室3
1内に導入される。When the microwave in TE, 0 mode is transmitted to the circular waveguide 32b by the rectangular waveguide 32a, the microwave mode is converted to T M o + mode, and the plasma generation chamber 3
1.
このように矩形導波管に円形導波管を接合させると円形
導波管はモード変換器の役割りを果たし、マイクロ波の
モードはECRにより吸収されやすいT M o +モ
ードに変換される。第2図は矩形導波管に円形導波管を
接合させたモード変換器の縦断面模式図であり、矩形導
波管32aの高周波発振器33と接続しない側の端部の
側壁部は円形導波管32bの端部の口の大きさだけ取り
除かれ、その部分で前記321〕は前記32aと直交す
る方向に接続している。第3図は第2図と同様のモード
変換器を円形導波管32bの矩形導波管32aと接続し
ない側の端部を上面として示した上面模式図である。When a circular waveguide is joined to a rectangular waveguide in this way, the circular waveguide plays the role of a mode converter, and the microwave mode is converted into the T Mo + mode that is easily absorbed by ECR. FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of a mode converter in which a circular waveguide is joined to a rectangular waveguide. The end portion of the wave tube 32b is removed by the size of the opening, and at that portion, the above-mentioned 321] is connected in a direction perpendicular to the above-mentioned 32a. FIG. 3 is a schematic top view showing a mode converter similar to that in FIG. 2 with the end of the circular waveguide 32b that is not connected to the rectangular waveguide 32a as the top surface.
上述のようなモード変換器を設けた本発明のプラズマ装
置において、マイクロ波の周波数を2.45Gllz、
モード変換器の円形導波管32bの内径を100 m蓋
。In the plasma apparatus of the present invention provided with the mode converter as described above, the microwave frequency is set to 2.45 Gllz,
The inner diameter of the circular waveguide 32b of the mode converter is 100 m.
矩形導波管32aの内径は横54.66 u+、縦11
9.22mm。The inner diameter of the rectangular waveguide 32a is 54.66 u+ horizontally and 11 vertically
9.22mm.
プラズマ生成室31の内径を100mn、長さを100
**とし、図示しないガス供給系よりプラズマ生成室
31内にN2ガスを供給し、励磁コイル35にて875
Gaussの磁界を形成してECR励起によりプラズマ
を生成した。The inner diameter of the plasma generation chamber 31 is 100 mm, and the length is 100 mm.
**, N2 gas is supplied into the plasma generation chamber 31 from a gas supply system (not shown), and the excitation coil 35 generates 875
Plasma was generated by ECR excitation by forming a Gaussian magnetic field.
その際のマイクロ波の吸収率を矩形導波管32aの適宜
部にパワーメータを設け、反射波の強さを測定すること
によって算出したところ、反射防止のための整合器を用
いない本発明方法においても、反射波はほとんど検出さ
れず、プラズマ生成室31内に導入されたマイクロ波は
ECI?励起により効率良く吸収された。The absorption rate of the microwave at that time was calculated by installing a power meter at an appropriate part of the rectangular waveguide 32a and measuring the strength of the reflected wave. Also, almost no reflected waves were detected, and the microwave introduced into the plasma generation chamber 31 was ECI? It was efficiently absorbed by excitation.
以上詳述した如く、本発明のプラズマ装置において、マ
イクロ波発振器から発振されたマイクロ波をプラズマ生
成室へ導入する導波管にモート変換器を設け、これによ
りプラズマ生成室内にTM、。As described in detail above, in the plasma apparatus of the present invention, a moat converter is provided in the waveguide that introduces the microwave oscillated from the microwave oscillator into the plasma generation chamber, thereby generating a TM in the plasma generation chamber.
(n:自然数)モードのマイクロ波を導入すると、反射
防止のための整合器を用いることなく、反射波が防がれ
、ECRによるマイクロ波の吸収効率が向上する。Introducing microwaves in the (n: natural number) mode prevents reflected waves without using a matching device for antireflection, and improves microwave absorption efficiency by ECR.
第1図は本発明に係るプラズマ装置の縦断面模弐図、第
2図は本発明に係るプラズマ・装置に用いるモード変換
器の縦断面模式図、第3図は同じくモード変換器の上面
模式図、第4図は従来のプラズマ装置の!ItJi面模
式図である。
31・・・プラズマ生成室 32a・・・矩形導波管3
2b・・・円形導波管 33・・・高周波発振器35・
・・励磁コイル
特 許 出願人 住友金属工業株式会社代理人 弁理
士 河 野 登 夫2a
弔
図
弔
図
2aFIG. 1 is a schematic vertical cross-sectional view of a plasma device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic vertical cross-sectional view of a mode converter used in the plasma device according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic top view of the mode converter. Figure 4 shows a conventional plasma device! It is a schematic diagram of ItJi surface. 31... Plasma generation chamber 32a... Rectangular waveguide 3
2b...Circular waveguide 33...High frequency oscillator 35.
... Exciting coil patent Applicant Sumitomo Metal Industries Co., Ltd. Agent Patent attorney Noboru Kono 2a Funeral diagram 2a
Claims (1)
ると共に、磁界を印加し、電子サイクロトロン共鳴励起
によりプラズマを生成させるプラズマ装置において、 マイクロ波発振器から発振されたマイクロ波をプラズマ
生成室へ導入する導波管の一部に、マイクロ波をTM_
o_n(n:自然数)モードに変換する手段を備えるこ
とを特徴とするプラズマ装置。[Claims] 1. In a plasma device that introduces raw material gas and microwaves into a plasma generation chamber, applies a magnetic field, and generates plasma by electron cyclotron resonance excitation, the microwaves oscillated from a microwave oscillator are Microwaves are introduced into a part of the waveguide that is introduced into the plasma generation chamber using TM_
A plasma device characterized by comprising means for converting into an o_n (n: natural number) mode.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273408A JPH02119100A (en) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | Plasma apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63273408A JPH02119100A (en) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | Plasma apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02119100A true JPH02119100A (en) | 1990-05-07 |
Family
ID=17527473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63273408A Pending JPH02119100A (en) | 1988-10-28 | 1988-10-28 | Plasma apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02119100A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6929761B2 (en) | 2001-04-19 | 2005-08-16 | Sagoma Plastics Corporation | Molded hologram apparatus method and product |
-
1988
- 1988-10-28 JP JP63273408A patent/JPH02119100A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6929761B2 (en) | 2001-04-19 | 2005-08-16 | Sagoma Plastics Corporation | Molded hologram apparatus method and product |
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