JP2005019346A - Plasma treatment device, plasma radiation antenna used for this and wave guide - Google Patents

Plasma treatment device, plasma radiation antenna used for this and wave guide Download PDF

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JP2005019346A
JP2005019346A JP2003186057A JP2003186057A JP2005019346A JP 2005019346 A JP2005019346 A JP 2005019346A JP 2003186057 A JP2003186057 A JP 2003186057A JP 2003186057 A JP2003186057 A JP 2003186057A JP 2005019346 A JP2005019346 A JP 2005019346A
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Japan
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waveguide
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electromagnetic wave
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Nobuo Ishii
信雄 石井
Makoto Ando
真 安藤
Masaaki Takahashi
応明 高橋
Tetsuya Yamamoto
哲也 山本
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma radiation antenna with good radiation efficiency of the microwave, a wave guide and a plasma treatment device using it. <P>SOLUTION: A treatment container storing a substrate to be treated inside, an electromagnetic wave generating part generating an electromagnetic wave for plasma enhancement, an antenna radiating the electromagnetic wave to the treatment container and generating the plasma and a wave guide guiding the electromagnetic wave generated by an electromagnetic wave generator to the antenna are provided. In the antenna, a power feeding part to guide in power from the wave guide and a plurality of slots formed on a surface opposite to the power feeding part are formed. Furthermore, the power feeding part is formed in a position shortening the travelling distance of the electromagnetic wave which is travelled inside the antenna. Then, the electromagnetic wave is radiated inside the treatment container from the slots in the antenna. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いて半導体基板やLCD用ガラス基板、あるいは有機EL用基板を処理するプラズマ処理装置に関し、特に、マイクロ波放射アンテナ及び導波管の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、プラズマを用いた半導体基板の処理技術の発達がめざましい。プラズマ処理を用いると、半導体基板の処理温度を従来に比べて大幅に低温化できる等のメリットがあるためである。プラズマ処理のためには、マイクロ波(電磁波)を処理容器内に導入する必要がある。高周波の電磁波発振器で発振されたマイクロ波は、導波管、アンテナ、場合によっては誘電体窓等を介して処理容器に導入される。アンテナには、例えば、マイクロ波の1波長分のピッチに配置された多数のスロットが形成される。導波管からアンテナに給電されたマイクロ波は、外周方向に伝搬する間にスロットから漏れだし、誘電体窓を介して処理容器(チャンバー)中に導入される。
【0003】
なお、本発明とは技術分野が異なるが、衛星放送用のアンテナについての研究論文(非特許文献1)があり、アンテナのスロット形状について説明されている。
【非特許文献1】Enhancement of Band−Edge Gain
in Radial Line Slot Antennas Using the Power Divider, IEICE TRANS. COMMUN.,VOL. E78−B, NO. 3 MARCH 1995
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
マイクロ波を発生する装置として使用されるマグネトロン発振器等は、その発振周波数の安定性が悪い。また、出力電力を増減すると、周波数も変化することがある。更に、発振周波数がスロットの設計値からズレを生じると、アンテナ上を伝搬する途中で位相が徐々にずれてしまうことがある。特に、アンテナの周辺部(伝搬の終端部)になるほどマイクロ波の誤差(位相ズレ)が大きくなる。その結果、電磁波(マイクロ波)が、スロットから効率よく放射されないという問題があった。また、その為にアンテナの放射効率及び均一性も低下するという問題もあった。
【0005】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、処理容器内に効率よく電磁波(マイクロ波)を供給できるプラズマ処理装置およびそれに用いるマイクロ波導波管及びマイクロ波放射アンテナを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、内部に被処理基板を収容した処理容器と;プラズマ励起用の電磁波を発生する電磁波発生部と;前記電磁波を前記処理容器内へ放射し、プラズマを発生するアンテナと;前記電磁波発生器が発生した電磁波を前記アンテナへ導く導波管とを備える。前記アンテナには、前記導波管から電力を導入するための給電部と、当該給電部とは反対面に形成された複数のスロットとが形成される。また、前記給電部は、前記アンテナ内を伝搬する電磁波の伝搬距離が短くなる位置に形成される。そして、電磁波は前記アンテナのスロットから前記処理容器内へ放射される。
【0007】
本発明に係るマイクロ波放射アンテナは、プラズマ励起用の電磁波を導く導波管に接続され、被処理基板を収容した処理容器内へ放射してプラズマを発生するアンテナであり、前記導波管から電力を導入するための給電部と;前記給電部とは反対面に形成された複数のスロットとを備える。前記給電部は、前記アンテナ内を伝搬する電磁波の伝搬距離が短くなる位置に形成される。そして、電磁波は前記アンテナのスロットから前記処理容器内へ放射される。
【0008】
本発明に係る導波管は、被処理基板を収容した処理容器内へ電磁波を放射するアンテナに接続された導波管であり、前記アンテナに接続される端部が、前記アンテナ内を伝搬する電磁波の伝搬距離が短くなる位置にある。
【0009】
上記の様に、本発明においては、プラズマ生成用のマイクロ波は、マイクロ波放射アンテナの中央ではなく、その中心部と外周との間の部分からアンテナ内に供給される。これにより、アンテナ内で中心方向と外周方向それぞれに伝搬して、前記平面アンテナのスロットからリークする。つまり、マイクロ波の伝搬距離が従来より短く(約半分に)なるので、伝搬途中での設計周波数と発信周波数との相違に起因する位相ずれを低減させることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に用いられるプラズマ処理装置10の概略構成の例を示す。プラズマ処理装置10は、被処理基板としてのシリコンウエハWを保持する基板保持台12が備えられた処理容器11を有する。処理容器11内の気体(ガス)は排気ポート11Aおよび11Bから図示されない排気ポンプを介して排気される。なお、基板保持台12は、シリコンウエハWを加熱するヒータ機能を有している。なお、エッチング装置の場合には、冷却機能を付加する。
【0011】
処理容器11の装置上方には、基板保持台12上のシリコンウエハWに対応して開口部が設けられている。この開口部は、石英やAl2O3からなる誘電体板13により塞がれている。誘電体板13の上部(処理容器11の外側)には、平面アンテナ14が配置されている。この平面アンテナ14の下面には、導波管から供給された電磁波が透過するための複数のスロットが形成されている。平面アンテナ14の更に上部(外側)には、導波管15が配置されている。導波管15には、プラズマ生成用のマイクロ波(例えば、2.45GHz)を発生するマグネトロン30が連結されている。
【0012】
プラズマ放射用のアンテナとしては、平面アンテナ14以外に、処理容器11側(下側)に突出した凸状のアンテナや、下側が凹状となったアンテナを使用することもできる。
【0013】
図2に導波管15及び平面アンテナ14の要部の拡大図を示す。平面アンテナ14は、内部空間を埋める導波路15a、この導波路15aの上部に設けられた給電部15dとで構成されている。導波管15は、導波部15cを介して電磁波を伝搬し、接続部15bにおいてアンテナ14の給電部15dに接続される。導波部15cは、マグネトロン30で発生するマイクロ波を、処理容器11の上部まで導く。アンテナ14の最外周部は金属体で囲われ、当該アンテナを伝搬する電磁波が外周部から外部にリークしない構造とすることが好ましい。また、アンテナ14の内側には、伝搬する電磁波が中心部をまたがって伝搬することを防止する金属体を設けることが好ましい。この金属体は、円筒状或いは円柱状とすることができる。
【0014】
導波部(円筒導波管)15cは、内導体15fを有する同軸導波管であり、当該内導体15fの端部が接続部15b(円盤状導波管)の底面に接続されている。また、接続部15b(円盤状導波管)の底面中心部には、導波部(円筒導波管)15c側に突出した略円錐形状の一部をなす金属体が設けられている。なお、本実施例においては、同軸ケーブル15fを備えた形式となっているが、単に空洞あるいは誘電体で内部が構成された導波管(15c,15b)を使用することもできる。
【0015】
給電部15dは、導波部15cによって導かれた電磁波の出口である。この給電部15dは、内側の金属板15e及び外側の金属板15gによって区画される。給電部15dは、その上部で接続部15bと接続されている。また、接続部15bは、導波部15cと接続されている。内側金属板15eは、前記平面アンテナ14の中心部を覆うように配置されている。この金属板15eと外周部金属板15gとによって、平面アンテナ14における中心と外周部の中間付近に電磁波が給電されるように、給電部15dが形成される。すなわち、前記アンテナ14における前記電磁波の伝搬距離が短くなる位置に給電部15dが配置される。給電部15dが、このように配置されていると、アンテナ14内でのマイクロ波の伝搬距離が従来の約半分になるので、伝播途中での位相ずれを低減することができる。
【0016】
接続部15bは、導波部15cとの接続部から平面アンテナ14に向かって給電部15dに至るまで、徐々にその断面積が広がるテーパ状の形状となっている部分を有する。図2において、内側金属板15eの端部から接続部15b(或いは外周部金属板15g)の端部までの距離をW1、テーパ部の幅をW2、接続部15b(或いは外周部金属板15g)の半径をρとする。
【0017】
本実施例においては、例えば、アンテナ14の直径を600mmとし、上層導波路高さ15hを15mm、下層導波路高さ15aを5mm、金属板15eの厚みを2mm、下層導波路(15a)内誘電体の比誘電率を9.4とした場合、給電窓15dの幅W1=14.6mm、テーパ幅W2=33.1mmとする。
【0018】
また、直径600mmのアンテナを使用し、上層導波路高さ及び下層導波路高さを15mmとし、金属板15eの厚みを2mmとした条件下では、給電窓15dの幅W1=37.2mm、テーパ幅W2=12.6mm、ρ=182mmとする。
【0019】
なお、アンテナ14の直径を780mmとした場合には、ρ=237mmとする他は、直径600mmのアンテナ14を使用した場合と同じとすることができる。
【0020】
導波路15aは、伝搬してきたマイクロ波を平面アンテナ14に伝搬させるものである。平面アンテナが円筒状であれば、導波路15aは円盤状となる。また、平面アンテナ14が矩形状であれば、導波路15aは直方体(立方体)とすることができる。導波路15a及び給電部導波路15hは本実施例では空洞であるが、内部が誘電体で埋められた構造を採ることもできる。
【0021】
導波路15aまたは接続部15bを覆うように、冷却プレート16が処理容器11の外側に配置されている。冷却プレート16の内部には、冷媒が流れる冷媒路16aが設けられている。
【0022】
基板保持台12の周囲には、アルミニウムからなるガスバッフル板(仕切り板)26が配置されている。ガスバッフル板26の上面には石英カバー28が設けられている。処理容器11の内壁には、プラズマ処理に使用されるガスを導入するためのガスノズル22が設けられている。また、同様に、処理容器11の内壁の内側には、容器全体を囲むように冷媒流路24が形成されている。
【0023】
図3は、図2の平面アンテナ14を被処理体側から見た様子を示す。平面アンテナ14の半径のほぼ半分となる半径の位置辺りに、給電部15dが配置される。平面アンテナ14には、「ハ」の字状のスロット対14aが螺旋状に形成されている。ここで、スロット対14aはアンテナ14の内側で右巻きとなり、外側が左巻きとなっている。なお、スロットの形状としては、X字状、直線状、円弧状等を状況に応じて使用することができる。
【0024】
図4は、マイクロ波が平面アンテナ14内で伝搬していく様子を示す。図4の矢印で示されるように、マイクロ波は、給電部15dの真下付近から中心部と周辺部に向かって、伝播していく。そして伝播するにつれて各スロットからマイクロ波が処理容器11内にリークしていく。
【0025】
このプラズマ処理装置10を用いて処理を行う際には、まず、シリコンウエハWをプラズマ処理装置10の処理容器11中にセットした後、排気ポート11A,11Bを介して処理容器11内部の空気の排気が行われ、処理容器11の内部が所定の処理圧力に設定される。その後、シリコンウエハWがセット(ロード)された処理容器11中に、ガスノズル22から、所定の混合ガス(不活性ガス、酸素ガス、窒素ガス等)が導入される。
【0026】
一方、導波管15の導波部15cを通って供給される例えば、2.45GHzの周波数のマイクロ波が、接続部15b、給電部15d、導波路15a、平面アンテナ14の一面に形成されたスロット、誘電体板13を介して処理容器11中に導入される。このマイクロ波によりプラズマ生成ガスが励起され、プラズマが生成される。処理容器11内でのマイクロ波励起によって生成された高密度プラズマは、シリコンウエハWの表面に酸化膜を成膜させる等のプラズマ処理を行う。
【0027】
図5は、導波路15aにおける他の実施例を示す。前述の導波路15aは、内部が空洞かあるいは誘電体で構成されているが、本例では、少なくともその内周側壁面部に電磁波(マイクロ波)を吸収する吸収材17が配置されている。この吸収材17は、例えばSiC(炭化シリコン)などを主成分とした電波吸収体で構成される。この吸収材17によって、導波路15aの内壁まで到達したマイクロ波が反射して干渉することを防ぐことができる。この吸収材17は、更に導波路15aの中央部にも配置することが出来る。これによって、給電部15dから放射されたマイクロ波が導波路15aの中央部に到達したとき、集中したマイクロ波による反射や干渉を防ぐことが出来る。
【0028】
図6は、平面アンテナに形成されるスロットの他の例を示す。図6に示す平面アンテナ114には、放射状に形成されたマイクロ波の導入路であるスロット114aが形成されている。このスロット114aは、導入される電磁波(マイクロ波)の波長に応じてその間隔が設定されている。アンテナ面のスロットの設計によっては、管内波長の半分の略自然数倍でもかまわない。本例では、具体的には電磁波の1波長分のピッチに設定されている。なお、図において符号115dは給電部を示す。
【0029】
図7は、本発明の更に他の平面アンテナ34の例を示す。このアンテナ34は、矩形のLCD基板を処理するプラズマ処理装置に使用される。平面アンテナ34は、LCD基板の形状に合わせて矩形に成形される。平面アンテナ14のスロットを形成する面とは反対側の面の中央付近に導波管36を連結し、給電部38を形成する。給電部38から導入される電磁波は、矢印で示すように、中央から左右に伝搬する。アンテナ34に形成されるスロットは、アンテナの管内波長の略自然数倍の位置に配置することが好ましい。本実施例のように矩形形状の平面アンテナであっても、前述した円形のアンテナの場合と同様の作用効果を得ることが出来る。
【0030】
以上、本発明の実施例(実施形態)について幾つかの例に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。
【0031】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マイクロ波は、アンテナの中央ではなく、その中心部と外周との間の部分からアンテナ上に供給されるので、アンテナ上で中心方向と放射方向それぞれに伝搬して、スロットからリークする。このためマイクロ波の伝搬距離が従来の約半分になるので、伝播途中での位相ずれを大幅に少なくすることができる。
【0032】
また、本発明の導波管は、給電部にテーパ部を設けているので導波管内でのマイクロ波の干渉も少なく放射効率の高い導波管を得ることができる。また、導波路の内周側壁面部に電波吸収材が配置されているので、給電口から放射されたマイクロ波が導波路内の内周側壁面や中央部に到達したとき、マイクロ波による干渉や反射を防ぐことが出来る。更に、平面アンテナのスロットがハの字状に形成されていることで、伝播されたマイクロ波が処理装置内に円偏波として均一に放射される。
【0033】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施例に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図(断面図)である。
【図2】図2は、図1の実施例に係るプラズマ処理装置における要部の構成を示す拡大図である。
【図3】図3は、図2の要部拡大図における構成を平面アンテナ側から見た様子を示す。
【図4】図4は、本実施例において、マイクロ波が伝播する様子を示す説明図である。
【図5】図5は、本発明の他の実施例に係るプラズマ処理装置の導波管の構成を示す断面図である。
【図6】図6は、本発明の他の実施例に係るプラズマ処理装置の平面アンテナの構成を示す平面図である。
【図7】図7は、本発明の更に他の実施例に係るプラズマ処理装置(LCDガラス基板用)の平面アンテナの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
10 プラズマ処理装置
11 プラズマ処理容器
14 平面アンテナ
14a,14b スロット
15 導波管
15b 接続部
15a 導波路
15c 導波部
15d 給電部
15e,15g 金属板
17 電波吸収材
W シリコンウエハ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a semiconductor substrate, an LCD glass substrate, or an organic EL substrate using plasma, and more particularly to a structure of a microwave radiation antenna and a waveguide.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of processing technology for semiconductor substrates using plasma has been remarkable. This is because the use of plasma processing has the advantage that the processing temperature of the semiconductor substrate can be significantly reduced as compared with the conventional case. For plasma processing, it is necessary to introduce microwaves (electromagnetic waves) into the processing container. Microwaves oscillated by a high-frequency electromagnetic wave oscillator are introduced into the processing container via a waveguide, an antenna, and in some cases a dielectric window. In the antenna, for example, a large number of slots arranged at a pitch corresponding to one wavelength of the microwave are formed. The microwave fed from the waveguide to the antenna leaks from the slot while propagating in the outer peripheral direction, and is introduced into the processing container (chamber) through the dielectric window.
[0003]
Although the technical field is different from that of the present invention, there is a research paper (Non-Patent Document 1) on an antenna for satellite broadcasting, which explains the slot shape of the antenna.
[Non-Patent Document 1] Enhancement of Band-Edge Gain
in Radial Line Slot Antenna Using the Power Divider, IEICE TRANS. COMMUN. , VOL. E78-B, NO. 3 MARCH 1995
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
A magnetron oscillator or the like used as a device for generating a microwave has poor oscillation frequency stability. Further, when the output power is increased or decreased, the frequency may change. Furthermore, if the oscillation frequency deviates from the design value of the slot, the phase may gradually shift during propagation on the antenna. In particular, the error (phase shift) of the microwave increases as the position is closer to the periphery of the antenna (propagation end). As a result, there has been a problem that electromagnetic waves (microwaves) are not efficiently emitted from the slots. In addition, the radiation efficiency and uniformity of the antenna are also reduced.
[0005]
The present invention has been made in view of the above situation, and provides a plasma processing apparatus capable of efficiently supplying electromagnetic waves (microwaves) into a processing container, and a microwave waveguide and a microwave radiation antenna used therefor. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention includes: a processing container that contains a substrate to be processed; an electromagnetic wave generating unit that generates an electromagnetic wave for plasma excitation; And an antenna for generating plasma; and a waveguide for guiding the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generator to the antenna. The antenna is formed with a power feeding part for introducing power from the waveguide and a plurality of slots formed on a surface opposite to the power feeding part. Further, the power feeding unit is formed at a position where the propagation distance of the electromagnetic wave propagating through the antenna becomes short. And electromagnetic waves are radiated | emitted in the said process container from the slot of the said antenna.
[0007]
A microwave radiating antenna according to the present invention is an antenna that is connected to a waveguide that guides an electromagnetic wave for plasma excitation, and that radiates into a processing container that accommodates a substrate to be processed to generate plasma. A power feeding unit for introducing power; and a plurality of slots formed on a surface opposite to the power feeding unit. The power feeding unit is formed at a position where a propagation distance of an electromagnetic wave propagating through the antenna becomes short. And electromagnetic waves are radiated | emitted in the said process container from the slot of the said antenna.
[0008]
The waveguide according to the present invention is a waveguide connected to an antenna that radiates electromagnetic waves into a processing container containing a substrate to be processed, and an end connected to the antenna propagates through the antenna. It is in a position where the propagation distance of electromagnetic waves is shortened.
[0009]
As described above, in the present invention, the microwave for plasma generation is supplied into the antenna not from the center of the microwave radiation antenna but from the portion between the center and the outer periphery thereof. Thereby, it propagates in the center direction and the outer peripheral direction in the antenna, and leaks from the slot of the planar antenna. In other words, since the propagation distance of the microwave is shorter (about half) than the conventional distance, the phase shift due to the difference between the design frequency and the transmission frequency during the propagation can be reduced.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example of a schematic configuration of a plasma processing apparatus 10 used in the present invention. The plasma processing apparatus 10 includes a processing container 11 provided with a substrate holder 12 that holds a silicon wafer W as a substrate to be processed. The gas (gas) in the processing container 11 is exhausted from exhaust ports 11A and 11B via an exhaust pump (not shown). The substrate holder 12 has a heater function for heating the silicon wafer W. In the case of an etching apparatus, a cooling function is added.
[0011]
An opening is provided above the processing container 11 so as to correspond to the silicon wafer W on the substrate holder 12. This opening is closed by a dielectric plate 13 made of quartz or Al2O3. A planar antenna 14 is disposed on the top of the dielectric plate 13 (outside the processing container 11). A plurality of slots for transmitting electromagnetic waves supplied from the waveguide are formed on the lower surface of the planar antenna 14. A waveguide 15 is disposed further above (outside) the planar antenna 14. The waveguide 15 is connected to a magnetron 30 that generates a plasma generation microwave (eg, 2.45 GHz).
[0012]
As an antenna for plasma radiation, in addition to the planar antenna 14, a convex antenna protruding to the processing container 11 side (lower side) or an antenna having a concave lower side can be used.
[0013]
FIG. 2 shows an enlarged view of essential parts of the waveguide 15 and the planar antenna 14. The planar antenna 14 includes a waveguide 15a that fills the internal space, and a power feeding unit 15d that is provided above the waveguide 15a. The waveguide 15 propagates an electromagnetic wave through the waveguide 15c and is connected to the power supply 15d of the antenna 14 at the connection 15b. The waveguide portion 15 c guides the microwave generated by the magnetron 30 to the upper part of the processing container 11. It is preferable that the outermost peripheral portion of the antenna 14 be surrounded by a metal body so that electromagnetic waves propagating through the antenna do not leak from the outer peripheral portion to the outside. Moreover, it is preferable to provide a metal body that prevents the propagating electromagnetic wave from propagating across the central portion inside the antenna 14. This metal body can be cylindrical or columnar.
[0014]
The waveguide portion (cylindrical waveguide) 15c is a coaxial waveguide having an inner conductor 15f, and an end portion of the inner conductor 15f is connected to the bottom surface of the connection portion 15b (disk-shaped waveguide). In addition, a metal body having a substantially conical shape protruding toward the waveguide portion (cylindrical waveguide) 15c is provided at the center of the bottom surface of the connection portion 15b (disc-shaped waveguide). In the present embodiment, the coaxial cable 15f is provided. However, a waveguide (15c, 15b) whose inside is constituted by a cavity or a dielectric can also be used.
[0015]
The power feeding unit 15d is an exit of the electromagnetic wave guided by the waveguide unit 15c. The power feeding unit 15d is partitioned by an inner metal plate 15e and an outer metal plate 15g. The power feeding unit 15d is connected to the connection unit 15b at the upper part thereof. Further, the connection portion 15b is connected to the waveguide portion 15c. The inner metal plate 15e is disposed so as to cover the central portion of the planar antenna 14. The metal plate 15e and the outer peripheral metal plate 15g form a power feeding portion 15d so that electromagnetic waves are fed near the center between the center and the outer peripheral portion of the planar antenna 14. That is, the power feeding unit 15d is disposed at a position where the propagation distance of the electromagnetic wave in the antenna 14 is shortened. When the power feeding unit 15d is arranged in this manner, the propagation distance of the microwave in the antenna 14 is about half that of the conventional one, so that the phase shift during propagation can be reduced.
[0016]
The connecting portion 15b has a tapered portion whose cross-sectional area gradually increases from the connecting portion with the waveguide portion 15c to the power feeding portion 15d toward the planar antenna 14. In FIG. 2, the distance from the end of the inner metal plate 15e to the end of the connecting portion 15b (or outer peripheral metal plate 15g) is W1, the width of the tapered portion is W2, and the connecting portion 15b (or outer peripheral metal plate 15g). Let ρ be the radius of.
[0017]
In the present embodiment, for example, the diameter of the antenna 14 is 600 mm, the upper waveguide height 15 h is 15 mm, the lower waveguide height 15 a is 5 mm, the metal plate 15 e is 2 mm thick, and the dielectric in the lower waveguide (15 a). When the relative dielectric constant of the body is 9.4, the width W1 of the power feeding window 15d = 14.6 mm and the taper width W2 = 33.1 mm.
[0018]
Also, under the condition that an antenna having a diameter of 600 mm is used, the height of the upper layer waveguide and the height of the lower layer waveguide are 15 mm, and the thickness of the metal plate 15e is 2 mm, the width W1 of the feeding window 15d is 37.2 mm, and the taper. The width W2 = 12.6 mm and ρ = 182 mm.
[0019]
In addition, when the diameter of the antenna 14 is 780 mm, it can be the same as the case where the antenna 14 with a diameter of 600 mm is used except that ρ = 237 mm.
[0020]
The waveguide 15 a propagates the propagated microwave to the planar antenna 14. If the planar antenna is cylindrical, the waveguide 15a has a disk shape. If the planar antenna 14 is rectangular, the waveguide 15a can be a rectangular parallelepiped (cube). The waveguide 15a and the power feeding portion waveguide 15h are cavities in this embodiment, but may have a structure in which the inside is filled with a dielectric.
[0021]
A cooling plate 16 is disposed outside the processing container 11 so as to cover the waveguide 15a or the connection portion 15b. Inside the cooling plate 16, a refrigerant path 16a through which the refrigerant flows is provided.
[0022]
A gas baffle plate (partition plate) 26 made of aluminum is disposed around the substrate holder 12. A quartz cover 28 is provided on the upper surface of the gas baffle plate 26. A gas nozzle 22 for introducing a gas used for the plasma processing is provided on the inner wall of the processing container 11. Similarly, a coolant channel 24 is formed inside the inner wall of the processing container 11 so as to surround the entire container.
[0023]
FIG. 3 shows a state in which the planar antenna 14 of FIG. 2 is viewed from the object side. A feeding portion 15d is disposed around a radius position that is approximately half the radius of the planar antenna 14. The planar antenna 14 is formed with a “C” -shaped slot pair 14 a in a spiral shape. Here, the slot pair 14a is right-handed inside the antenna 14 and left-handed outside. In addition, as the shape of the slot, an X shape, a straight line shape, an arc shape, or the like can be used depending on the situation.
[0024]
FIG. 4 shows how the microwave propagates in the planar antenna 14. As indicated by the arrows in FIG. 4, the microwave propagates from near the power supply portion 15d toward the central portion and the peripheral portion. As it propagates, microwaves leak from the slots into the processing container 11.
[0025]
When performing processing using the plasma processing apparatus 10, first, after setting the silicon wafer W in the processing container 11 of the plasma processing apparatus 10, the air inside the processing container 11 is exhausted through the exhaust ports 11 </ b> A and 11 </ b> B. Exhaust is performed, and the inside of the processing container 11 is set to a predetermined processing pressure. Thereafter, a predetermined mixed gas (inert gas, oxygen gas, nitrogen gas, etc.) is introduced from the gas nozzle 22 into the processing container 11 in which the silicon wafer W is set (loaded).
[0026]
On the other hand, for example, a microwave having a frequency of 2.45 GHz supplied through the waveguide portion 15c of the waveguide 15 is formed on one surface of the connection portion 15b, the feeding portion 15d, the waveguide 15a, and the planar antenna 14. It is introduced into the processing container 11 through the slot and the dielectric plate 13. This microwave excites the plasma generation gas to generate plasma. The high-density plasma generated by microwave excitation in the processing container 11 performs plasma processing such as forming an oxide film on the surface of the silicon wafer W.
[0027]
FIG. 5 shows another embodiment of the waveguide 15a. The aforementioned waveguide 15a is hollow or made of a dielectric, but in this example, an absorbing material 17 that absorbs electromagnetic waves (microwaves) is disposed at least on the inner peripheral side wall surface portion thereof. The absorber 17 is composed of a radio wave absorber mainly composed of, for example, SiC (silicon carbide). The absorber 17 can prevent the microwaves reaching the inner wall of the waveguide 15a from being reflected and interfering. The absorber 17 can also be disposed in the central portion of the waveguide 15a. Thus, when the microwave radiated from the power supply unit 15d reaches the center of the waveguide 15a, reflection and interference due to the concentrated microwave can be prevented.
[0028]
FIG. 6 shows another example of the slot formed in the planar antenna. The planar antenna 114 shown in FIG. 6 has slots 114a which are microwave introduction paths formed radially. The slot 114a has an interval set according to the wavelength of the introduced electromagnetic wave (microwave). Depending on the design of the slot on the antenna surface, it may be approximately a natural number multiple of half the guide wavelength. In this example, specifically, the pitch is set to one wavelength of electromagnetic waves. In the figure, reference numeral 115d denotes a power feeding unit.
[0029]
FIG. 7 shows another example of the planar antenna 34 of the present invention. The antenna 34 is used in a plasma processing apparatus that processes a rectangular LCD substrate. The planar antenna 34 is formed in a rectangular shape according to the shape of the LCD substrate. The waveguide 36 is connected to the vicinity of the center of the surface opposite to the surface on which the slot of the planar antenna 14 is formed, thereby forming a feeding portion 38. The electromagnetic wave introduced from the power supply unit 38 propagates from the center to the left and right as indicated by arrows. The slot formed in the antenna 34 is preferably arranged at a position that is approximately a natural number times the in-tube wavelength of the antenna. Even in the case of a rectangular planar antenna as in this embodiment, the same effects as those of the circular antenna described above can be obtained.
[0030]
As mentioned above, although the Example (embodiment) of the present invention has been described based on some examples, the present invention is not limited to these Examples at all, and the technical idea shown in the claims. It can be changed in the category.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the microwave is supplied to the antenna from a portion between the central portion and the outer periphery instead of the center of the antenna. To leak from the slot. For this reason, since the propagation distance of the microwave is about half that of the conventional one, the phase shift during propagation can be greatly reduced.
[0032]
In addition, since the waveguide of the present invention is provided with a tapered portion in the power feeding portion, it is possible to obtain a waveguide with high radiation efficiency with less microwave interference in the waveguide. Further, since the radio wave absorber is disposed on the inner peripheral wall surface portion of the waveguide, when the microwave radiated from the power supply port reaches the inner peripheral wall surface or the central portion in the waveguide, Reflection can be prevented. Further, since the slot of the planar antenna is formed in a square shape, the propagated microwave is uniformly radiated as circularly polarized waves into the processing apparatus.
[0033]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view (cross-sectional view) showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing a configuration of a main part in the plasma processing apparatus according to the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 shows a state in which the configuration in the main part enlarged view of FIG. 2 is viewed from the planar antenna side.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing how a microwave propagates in the present embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a waveguide of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a planar antenna of a plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a planar antenna of a plasma processing apparatus (for an LCD glass substrate) according to still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus 11 Plasma processing container 14 Planar antenna 14a, 14b Slot 15 Waveguide 15b Connection part 15a Waveguide 15c Waveguide part 15d Feed part 15e, 15g Metal plate 17 Wave absorber W Silicon wafer

Claims (13)

内部に被処理基板を収容した処理容器と;
プラズマ励起用の電磁波を発生する電磁波発生部と;
前記電磁波を前記処理容器内へ放射し、プラズマを発生させるアンテナと;
前記電磁波発生器が発生した電磁波を前記アンテナへ導く導波管とを備え、
前記アンテナには、前記導波管から電力を導入するための給電部と、当該給電部とは反対面に形成された複数のスロットとが形成され、
前記給電部は、前記アンテナ内を伝搬する電磁波の伝搬距離が短くなる位置に形成され、
電磁波は前記アンテナのスロットから前記処理容器内へ放射されることを特徴とするプラズマ処理装置。
A processing container containing a substrate to be processed inside;
An electromagnetic wave generator for generating electromagnetic waves for plasma excitation;
An antenna that radiates the electromagnetic wave into the processing vessel and generates plasma;
A waveguide for guiding the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generator to the antenna,
The antenna is formed with a feeding portion for introducing power from the waveguide and a plurality of slots formed on the opposite surface of the feeding portion,
The power feeding unit is formed at a position where the propagation distance of the electromagnetic wave propagating through the antenna becomes short,
An electromagnetic wave is radiated from the slot of the antenna into the processing container.
前記アンテナにおいて、電磁波が伝搬する空間の外周部が円形であり、前記スロットが形成されている面は前記被処理基板側で略平面であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein in the antenna, an outer peripheral portion of a space in which electromagnetic waves propagate is circular, and a surface on which the slot is formed is substantially flat on the substrate to be processed side. . 前記アンテナにおいて、前記給電部は当該アンテナの中心部と外縁部との中間付近に配置されることを特徴とする請求項2に記載のプラズマ処理装置。3. The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein in the antenna, the power feeding unit is disposed near an intermediate portion between a center portion and an outer edge portion of the antenna. 前記アンテナの最外周部は金属体で囲われ、当該アンテナを伝搬する電磁波が外周部から外部にリークしない構造であることを特徴とする請求項2又は3に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 2 or 3, wherein the outermost peripheral portion of the antenna is surrounded by a metal body, and electromagnetic waves propagating through the antenna do not leak to the outside from the outer peripheral portion. 前記アンテナの中心部には、伝搬する電磁波が当該中心部をまたがって伝搬することを防止する金属体が設けられていることを特徴とする請求項4に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a metal body that prevents a propagating electromagnetic wave from propagating across the central portion is provided at a central portion of the antenna. 前記金属体は、円筒状或いは円柱状であることを特徴とする請求項4又は5に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein the metal body is cylindrical or columnar. 前記アンテナの最外周部に、電磁波を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする請求項2,3,4,5又は6に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 2, 3, 4, 5, or 6, wherein an absorbing material that absorbs electromagnetic waves is disposed on an outermost peripheral portion of the antenna. 前記アンテナの最内周部に、電磁波を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする請求項7に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein an absorbing material that absorbs electromagnetic waves is disposed in an innermost peripheral portion of the antenna. 前記導波管とアンテナとの負荷を最適に整合させるために、当該導波管は前記給電部に近づくに従って広がるテーパ状に成形されていることを特徴とする請求項2,3,4,5,6,7又は8に記載のプラズマ処理装置。6. The waveguide according to claim 2, wherein the waveguide is formed in a taper shape that expands toward the feeding portion in order to optimally match the load between the waveguide and the antenna. , 6, 7 or 8. 前記アンテナは矩形であり、
前記処理容器側の面に前記スロットが形成されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The antenna is rectangular;
The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the slot is formed on a surface on the processing container side.
前記給電部は、前記スロットが形成されている面とは反対側の面において、前記アンテナを二分する位置付近に配置されることを特徴とする請求項10に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the power feeding unit is disposed near a position that bisects the antenna on a surface opposite to a surface on which the slot is formed. 前記アンテナの両端部は金属体で囲われ、当該アンテナを伝搬する電磁波が端部から外部にリークしない構造であることを特徴とする請求項10又は11に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 10 or 11, wherein both ends of the antenna are surrounded by a metal body, and electromagnetic waves propagating through the antenna do not leak to the outside from the ends. 前記アンテナの空間の端部に、電磁波を吸収する吸収材を配置したことを特徴とする請求項10,11又は12に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein an absorbing material that absorbs electromagnetic waves is disposed at an end portion of the space of the antenna.
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