JP2007018819A - Treatment device and treatment method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や金属酸化物半導体素子(MOS素子)のような半導体素子、半導体集積回路装置のような半導体装置、或いは、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセスに適用して好適な処理装置および処理方法に関する。 The present invention is applied to a manufacturing process of a semiconductor element such as a thin film transistor (TFT) or a metal oxide semiconductor element (MOS element), a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device, or a display device such as a liquid crystal display device. The present invention relates to a processing apparatus and a processing method suitable for application.
半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すために用いられる処理装置としては、従来、平行平板電極の容量結合プラズマ(CCP)や電子サイクロトロン共鳴プラズマ(ECR)を用いたものが知られている。しかし、CCPは、電極間に発生するRF電界によりプラズマを発生させるため、電子密度と電子温度とを別個に制御することができず、プロセス処理速度を向上させると基板へのイオン損傷が大きくなってしまうという問題がある。また、ECRは、プラズマ生成部と基板処理部とを分離することで、基板へのイオン損傷を小さくすることはできるが、直流磁気回路を用いるため、大面積で均一なプラズマを得ようとした場合、漏洩磁場を考慮し、磁気回路領域を長く取る必要がある。そのため、磁気回路が大きくなり、液晶基板等のような大面積への処理は実用的ではない。電磁波反射板によりリング状電磁波放射部を形成し、装置の小型化を図ることが行なわれているが、構造が複雑であり、液晶基板のような大面積角型基板への応用は困難である(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a processing apparatus used for performing plasma processing such as film deposition, surface modification, or etching in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, a capacitively coupled plasma (CCP) of parallel plate electrodes or an electron One using cyclotron resonance plasma (ECR) is known. However, since CCP generates plasma by the RF electric field generated between the electrodes, the electron density and the electron temperature cannot be controlled separately, and ion damage to the substrate increases when the process speed is improved. There is a problem that it ends up. In addition, ECR can reduce ion damage to the substrate by separating the plasma generation unit and the substrate processing unit. However, since the DC magnetic circuit is used, an attempt was made to obtain a uniform plasma with a large area. In this case, it is necessary to take a long magnetic circuit area in consideration of the leakage magnetic field. For this reason, the magnetic circuit becomes large, and it is not practical to process a large area such as a liquid crystal substrate. Although a ring-shaped electromagnetic wave radiation part is formed by an electromagnetic wave reflection plate to reduce the size of the device, the structure is complicated and it is difficult to apply it to a large area square substrate such as a liquid crystal substrate. (For example, refer to Patent Document 1).
このような問題を解決する手段として、誘電体窓を通して、マイクロ波帯の電磁波を直接反応容器内に放射する無磁場のマイクロ波プラズマが注目されている。特に、プラズマの電子密度をカットオフ密度以上に高め、誘電体窓とプラズマとの界面で表面波を伝播させ、その電界によってプラズマを形成する表面波プラズマは、高密度で低イオン損傷なプラズマを得ることができる。そのため、高品質な薄膜を得る手段として大変有効である。 As means for solving such a problem, a magnetic fieldless microwave plasma that emits microwave band electromagnetic waves directly into a reaction vessel through a dielectric window has attracted attention. In particular, the surface wave plasma that increases the electron density of the plasma above the cutoff density, propagates the surface wave at the interface between the dielectric window and the plasma, and forms the plasma by the electric field is a high-density, low ion-damaged plasma. Obtainable. Therefore, it is very effective as a means for obtaining a high-quality thin film.
無磁場のマイクロ波プラズマ処理装置としては例えば、同心円状或いは渦巻き状に形成された複数のスロットを有する円形の平面アンテナ部材を備えたものが知られている。この処理装置では、マイクロ波発生器にて発生したマイクロ波が同軸導波管内を伝播して平面アンテナ部材に到達し、この平面アンテナ部材の中心部から放射状に周辺部に伝搬される間に、スリット間に静電界が生じるように構成されている。これにより、平面アンテナ部材直下、すなわち、処理空間上部に電界が形成されるため、この静電場によりエッチングガスが励起されてプラズマ化する(例えば、特許文献2参照)。 As a non-magnetic field microwave plasma processing apparatus, for example, an apparatus including a circular planar antenna member having a plurality of slots formed concentrically or spirally is known. In this processing apparatus, the microwave generated by the microwave generator propagates through the coaxial waveguide to reach the planar antenna member, and is propagated radially from the central portion of the planar antenna member to the peripheral portion. An electrostatic field is generated between the slits. As a result, an electric field is formed directly below the planar antenna member, that is, in the upper part of the processing space, so that the etching gas is excited by this electrostatic field to be turned into plasma (see, for example, Patent Document 2).
また、処理装置としては、矩形状の導波管のH面に配された2つのスロットから、誘電体窓を介してチャンバ内にマイクロ波が供給されるように構成されたものが知られている。この処理装置では、反射面に近いほど、スロットの幅が狭くなるように形成されている。また、スロットは、導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に形成されている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, a processing apparatus is known that is configured such that microwaves are supplied into a chamber through a dielectric window from two slots arranged on the H-plane of a rectangular waveguide. Yes. In this processing apparatus, the slot is formed so that the closer to the reflection surface, the narrower the slot. Further, the slot is formed in a stepped shape or a tapered shape so as to become narrower toward the reflection surface of the waveguide (see, for example, Patent Document 3).
さらに、処理装置としては、複数の矩形状の導波管を等間隔に平行に配設したものが知られている。各導波管には、その先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔が設けられている。真空容器には、各結合孔に対応して分割形成した複数の誘電体窓が設けられている(例えば、特許文献4参照)。 Further, a processing apparatus in which a plurality of rectangular waveguides are arranged in parallel at equal intervals is known. Each waveguide is provided with a coupling hole having a coupling coefficient sequentially increased toward the tip side. The vacuum vessel is provided with a plurality of dielectric windows divided and formed corresponding to each coupling hole (see, for example, Patent Document 4).
また、処理装置としては、マイクロ波がマイクロ波導波管を介して板状の誘電体電路に導入されるように構成されたものが知られている。誘電体電路は、マイクロ波導波管に挿入されている導入部と、矩形部と、導入部と矩形部とを結ぶ整合部とを有している。この処理装置では、マイクロ波は、整合部から導入され、仕切り板と矩形部とにより形成される導波管相当部分を通り、マイクロ波導入口から反応室に導かれる(例えば、特許文献5参照)。 Further, as a processing apparatus, an apparatus configured so that a microwave is introduced into a plate-shaped dielectric electric circuit via a microwave waveguide is known. The dielectric electric circuit has an introduction portion inserted into the microwave waveguide, a rectangular portion, and a matching portion connecting the introduction portion and the rectangular portion. In this processing apparatus, the microwave is introduced from the matching portion, passes through a portion corresponding to the waveguide formed by the partition plate and the rectangular portion, and is guided from the microwave introduction port to the reaction chamber (see, for example, Patent Document 5). .
さらに、処理装置としては、マイクロ波発振器から供給されたマイクロ波が、複数の分岐路を有するマイクロ波分配器を通って、複数の誘電体線路に分配されるように構成されたものが知られている。誘電体線路は、分岐路の先端から延びる複数の矩形板で構成されており、複数の矩形板の間は導電体板で仕切られている(例えば、特許文献6参照。)。 Further, as a processing apparatus, a processing apparatus configured to distribute a microwave supplied from a microwave oscillator to a plurality of dielectric lines through a microwave distributor having a plurality of branch paths is known. ing. The dielectric line is composed of a plurality of rectangular plates extending from the tip of the branch path, and the plurality of rectangular plates are partitioned by a conductor plate (see, for example, Patent Document 6).
さらに、大面積に亘って強く均一なプラズマ処理をする処理装置としては、マイクロ波導入窓を複数の透過窓に区切り、この区切られた各透過窓にそれぞれマイクロ波発振器および導波管からなるマイクロ波導入部を設けた処理装置がある(例えば、特許文献7参照)。 Further, as a processing apparatus that performs strong and uniform plasma processing over a large area, a microwave introduction window is divided into a plurality of transmission windows, and each of the divided transmission windows has a microwave oscillator and a waveguide. There is a processing apparatus provided with a wave introduction unit (see, for example, Patent Document 7).
なお、本願発明者らは、電磁波源と結合する電磁波分配用導波管の電界面又は磁界面から垂直方向に分岐するように、複数の電磁波放射用導波管を互いに平行に並べて配置した処理装置を提案している(例えば、非特許文献1及び非特許文献2参照)。
ところで、処理装置としては、大型の被処理体であっても均一にプラズマ処理することができるものが求められている。上記したように大型の被処理体に対処した文献としては、特許文献7に記載された処理装置がある。しかしながら、マイクロ波導入窓を複数の透過窓に区切り、この区切られた各透過窓にそれぞれ独立にマイクロ波発振器を設けて、各マイクロ波発振器の発振電力を制御しても、各マイクロ波発振器間に間隙が生じる。
By the way, there is a demand for a processing apparatus that can uniformly perform plasma processing even for a large object to be processed. As a document dealing with a large object to be processed as described above, there is a processing apparatus described in
この各マイクロ波発振器の間隙は、マイクロ波電力の谷(電力の低下)を生じ、プラズマの均一性に限度が生ずる。このプラズマの山谷は、プラズマ処理される被処理面においては、成膜むら、酸化膜ムラ、エッチングムラ、アッシングムラなどのムラとなって生ずる課題があった。 The gaps between the microwave oscillators generate microwave power valleys (power reduction), which limits the uniformity of the plasma. Such plasma peaks and valleys have problems such as film formation unevenness, oxide film unevenness, etching unevenness, and ashing unevenness on the surface to be processed.
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、大型の被処理体であっても均一に処理することができる処理装置および処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a processing apparatus and a processing method capable of uniformly processing even a large object to be processed.
本発明の一形態にかかる処理装置は、電磁波を発生させる発振器と、前記発振器によって発生された電磁波を伝播させる電磁波伝送部とからなる電磁波放射用アンテナと、前記電磁波伝送部を伝播した電磁波が入射するように結合された処理容器とを具備し、前記処理容器の内部に入射された電磁波によって表面波プラズマを生成させ、被処理基板を処理する処理装置であって、前記処理容器の前記電磁波入射面が複数の領域に分割され、分割された領域毎に前記電磁波放射用アンテナを有している。 The processing apparatus according to an aspect of the present invention includes an electromagnetic wave radiation antenna including an oscillator that generates an electromagnetic wave, an electromagnetic wave transmission unit that propagates the electromagnetic wave generated by the oscillator, and an electromagnetic wave that propagates through the electromagnetic wave transmission unit. And a processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating surface wave plasma using electromagnetic waves incident on the inside of the processing container, the electromagnetic wave incident on the processing container. The surface is divided into a plurality of regions, and the electromagnetic wave radiation antenna is provided for each of the divided regions.
この処理装置によれば、電磁波鶴が入射するように結合された処理容器を備えて、前記発振器で発生させた電磁波を伝送させて前記処理容器の内部に放射する前記電磁波入射面が複数の領域に分割され、分割された領域毎に均一に電磁波を入射させて表面波プラズマを生成する電磁波放射用アンテナを有し、大型の被処理体に対する電磁波放射用アンテナを簡単な構成で容易に変更可能に実現する。 According to this processing apparatus, the electromagnetic wave crane includes a processing container coupled so that an electromagnetic crane is incident thereon, and the electromagnetic wave incident surface that transmits the electromagnetic wave generated by the oscillator and radiates the electromagnetic wave into the processing container has a plurality of regions. It has an antenna for electromagnetic wave radiation that generates surface wave plasma by making electromagnetic waves uniformly incident on each divided area, and the antenna for electromagnetic wave radiation for large objects can be easily changed with a simple configuration Realize.
本発明によれば、大型の被処理体であっても均一に処理することができる処理装置および方法が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the processing apparatus and method which can process uniformly even if it is a large to-be-processed object are obtained.
以下、本発明の第1の実施形態を、図1乃至図4を参照して説明する。この実施形態は、処理容器の電磁波入射面を複数の領域に分割し、分割された領域毎に前記電磁波放射用アンテナを設けて大型の被処理体面の粗の均一化を行い、表面波プラズマによって密なる均一化処理を実行する処理装置および処理方法である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the electromagnetic wave incident surface of the processing container is divided into a plurality of regions, and the electromagnetic wave radiation antenna is provided for each of the divided regions to make the surface of a large object to be rough and uniform by surface wave plasma. A processing apparatus and a processing method for performing dense uniform processing.
図1は、処理装置の実施形態を説明するための平面図であり、図2は、図1の断面図であり、図3は、図2の発振器の取り付け状態説明図であり、図4は、図3のマグネトロンの構造説明図である。図1乃至図4に示すように、本実施形態の処理装置1は、プラズマ処理に好適するものであり、その処理容器として例えば真空容器10と、発振器、導波管、電磁波を放射するスリットなどからなる電磁波放射用アンテナ20とを備えている。この処理装置1は、一つの真空容器10に対して複数の電磁波放射用アンテナ20と、表面波プラズマにより大形の被処理体を均一に処理することを可能にする。
FIG. 1 is a plan view for explaining an embodiment of a processing apparatus, FIG. 2 is a cross-sectional view of FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory view of an attached state of the oscillator of FIG. 2, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the structure of the magnetron in FIG. 3. As shown in FIGS. 1 to 4, the
真空容器10は、外壁としての上壁11a、底壁11b、及び、上壁11aの周縁と底壁11bの周縁とを繋ぐ周壁11cを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁11a、底壁11b、及び周壁11cを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。
The
この真空容器10は、プラズマを発生させるためのガスと、被処理基板を処理するためのガスを真空容器10内に導入するガス導入系としてのガス導入部12と、真空容器10内のガスを排気するガス排出部13とを有している。ガス導入部12には、ガスシリンダ(図示せず)が着脱自在に取付けられるようになっている。ガス排出部13は、排気ポンプ例えばターボ分子ポンプのような真空排気装置(図示せず)と連通している。真空容器10の内部には、被処理体として例えば矩形状の被処理基板100を支持する基板支持台14が設けられている。基板支持台14には、被処理基板100を所定の温度に保つための加熱手段(例えば、ヒーター)を設けて(内蔵)もよい。
The
アンテナ部21は、一つの真空容器10に対して1列又は複数列に配列された複数の電磁波放射用アンテナ20を備えている。各電磁波放射用アンテナ20は、夫々、電磁波を発生する発振器22と、発振器22で発生された電磁波を伝播させる電磁波伝送部23と、電磁波伝送部23によって伝播された電磁波を真空容器10の内部に放射する電磁波放射部24とを有している。アンテナ部21は、被処理体としての被処理基板100の大きさと対応するように、電磁波放射用アンテナ20の数や配置を任意に設定することで構成されている。本実施形態の処理装置1では、アンテナ部21を構成する電磁波放射用アンテナ20の各電磁波放射部24の電磁波放射面が同一平面上に位置するように、6つの電磁波放射用アンテナ20を2行3列に並べて配置することで構成されている。
The
換え言すれば、真空容器10の電磁波入射面は、複数の領域例えば均等面積に分割された6つの領域に仮想分割される。この仮想分割された各領域には、夫々電磁波放射用アンテナ20が設けられている。
In other words, the electromagnetic wave incident surface of the
これに伴い、真空容器10の電磁波入射面例えば上壁11aには、真空容器10の気密容器壁の一部を構成するように、6つの平面矩形状の誘電体部材15が設けられている。これら誘電体部材15は、夫々、電磁波入射窓であり、電磁波放射用アンテナ20と対向するように設けられている。これらの誘電体部材15は、真空容器10の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に一体に形成されている。誘電体部材15を形成する誘電体材料としては、例えば合成石英やアルミナを用いることができる。
Along with this, six planar rectangular
詳しくは、上壁11aは、6つの開口部16を有する断面逆T字状支持枠を有している。断面逆T字状支持枠は、夫々、横断面(x−y断面)が略逆T字状の構造体である。この構造体は、耐熱性と圧力および電磁波放射用アンテナ20を支持する強度とを有し、材料は例えば金属でステンレスやアルミニウムなどである。誘電体部材15(開口部16)は、各アンテナ部21と夫々対向するように、2行3列に並んで設けられている。
Specifically, the
6つの誘電体部材15は、夫々、前記開口部16に嵌合するような横断面(x−y断面)略T字状の部材とされている。これら誘電体部材15は、対応する開口部16に嵌合させることで、該開口部16を夫々気密に閉塞させている。つまり、真空容器10の上壁11aには、真空容器10の気密容器壁の一部を構成するように、複数の誘電体部材15が支持枠に一体に設けられている。支持枠は、真空容器10の壁の一部であるとともに、誘電体部材15を支持する梁としても機能している。以下、誘電体部材15を誘電体窓と言う。なお、誘電体部材15は、電磁波放射用アンテナ20全体と対応する大きさの1枚板としてもよい。
Each of the six
支持枠と各誘電体窓15との間には、夫々、気密容器壁を形成するための封止機構が設けられている。封止機構は、例えば、各開口部16を規定する内面(梁の周面)にその周方向に沿って夫々設けられた溝(図示せず)と、これら溝に沿って夫々設けられたシール部材としてのO−リング17とを有して構成されている。このような封止機構は、支持枠とこれに嵌合する誘電体窓15との間を気密にシールする。
A sealing mechanism for forming an airtight container wall is provided between the support frame and each
次に、アンテナ部21について詳しく説明する。アンテナ部21を構成する各電磁波放射用アンテナ20は、夫々、電磁波伝送部23としての導波管30を有している。この導波管30は、誘電体窓15と対向する面がE面となるように配置されている。導波管30は、平面矩形状の各誘電体窓15の短辺方向の略中央部であって且つ長辺方向と平行となるように設けられている。
Next, the
また、各電磁波放射用アンテナ20は、夫々、電磁波を発生させる発振器22としてマグネトロン40を有している。このマグネトロン40は、導波管30の磁界面(H面)であって且つ導波管30の長手方向の略中央部となる位置に設けられている。マグネトロン40と導波管30との結合は、プローブによる結合とされている。図3に示すように、マグネトロン40は、例えば、チューブマウント25によって取付けられている。なお、発振器22と電磁波伝送部23との結合は、ループコイルによる結合であってもよい。ループコイルの場合、マグネトロンはE面に設けられる。
Each of the electromagnetic
このようにすることにより、マグネトロン40で発生された電磁波は、導波管30の一端方向及び他端方向に夫々基本モード(TE10)で伝播される。導波管30の誘電体窓15と対向するE面には、電磁波放射部24としての複数のスロット31が設けられている。本実施形態では、互いに隣り合うスロット31が電磁波の伝播方向に対して互いに異なる方向に傾くように形成されている。なお、スロット31は、電磁波の伝播方向と平行に設けてもよい。その場合、互いに隣り合うスロット31は、導波管30の幅方向の一側寄りに設けられた状態と他側寄りに設けられた状態とに交互に設けられるようにするとよい(後述する第4の実施形態の図8参照)。
By doing so, the electromagnetic wave generated by the
図4は、マグネトロン40の一例を示している。マグネトロン40は、陽極部41、陰極部42、アンテナ46、放熱部47、ケーシング56、及び、磁気回路部(図示せず)等を備えている。陽極部41は、円筒部材48の内側にベイン44を並べることにより、例えば、2.45GHzで共振する空間を形成している。ベイン44は、ストラップリング45を1つおきに接続している。ベイン44とストラップリング45との寸法を調整することにより、共振周波数をマッチングさせている。
FIG. 4 shows an example of the
陰極部42は、フィラメント49及びフィラメント端子50を有している。フィラメント端子50の両端に電圧を印加してフィラメント49を点灯させることで、フィラメント49から電子を放出させる。フィラメント端子50の両端には、電子を遮蔽するためのエンドシールド(図示せず)が設けられている。なお、図中符号57はコンデンサー、符号58はフィルターケースを示している。
The
このようなマグネトロン40では、ベイン44とフィラメント49とエンドシールドとによって囲まれた空間が作用空間52となる。この作用空間52では、フィラメント49から放出された電子がサイクロイド運動を起こす。
In such a
磁気回路部は、一対の永久磁石53を有している。これら永久磁石53によって、作用空間52に陰極軸と平行な磁力が形成される。陽極部41は、磁気回路部に、電気的に同電位となるように接続されている。アンテナ部21に設けた状態では、アンテナ部21と同じ電位となるため、陽極部41と陰極部42との間にかける電圧は、陽極部41を0電位とするとともに、陰極部42にマイナスの電圧を与える。
The magnetic circuit unit has a pair of
アンテナ46は、アンテナリード54とセラミックドーム55とを有している。アンテナリード54は、ペイン44の端面に接続されている。これにより、発振された電磁波が、アンテナリード54に結合し、セラミックドーム55を突き抜けて放射伝播する。
The
次に、上記処理装置1を用いた処理方法の実施形態を説明する。この処理装置1では、以下のようにして、被処理基板100を処理する。真空容器10の内部の気体を所定の真空度に達するまで外部に排出する。真空容器10の内部にプラズマを発生させるための所定のガスをガス導入口12から導入する。各電磁波放射用アンテナ20の各マグネトロン40を同時に制御して稼動させ、電磁波を発生させる。各マグネトロン40で発生された電磁波は、当該各導波管30内を両端方向に基本モード(TE10)で伝播される。その結果、伝播された電磁波は、導波管30に設けられた各スロット31から誘電体窓15に向けて同時に放射される。すなわち、真空容器10上壁である誘電体窓15の内面は、電磁波入射面Fとなる。この処理装置1は、各電磁波放射用アンテナ20から放射される電磁波例えばマイクロ波電力が電磁波入射面Fにおいて均一になるように各マグネトロン40のフィラメント端子50の両端に電圧を調整する。
Next, an embodiment of a processing method using the
誘電体窓15を介して、真空容器10の内部に電磁波入射面Fから電磁波を入射させると、真空容器10内のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面F近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面F近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Fから離れた領域には電磁波が届かなくなり、ガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面Fの近傍に限られるようになる。この状態は、表面波プラズマが生じている状態である。
When electromagnetic waves are incident on the inside of the
表面波プラズマが生じている状態では、被処理基板100の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板100へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板100の損傷が少ない。
In the state where surface wave plasma is generated, the electric field of the sheath generated in the vicinity of the surface of the substrate to be processed 100 is small. Therefore, the incident energy of ions to the
表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面F(ここでは誘電体窓15の内面)と真空容器10の内部空間との界面である。また、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面Fから電磁波の電界が1/eに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。
The boundary of the region where the surface wave plasma is generated is an interface between the electromagnetic wave incident surface F (here, the inner surface of the dielectric window 15) and the internal space of the
つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面Fからの距離が表皮厚さよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面Fからの距離が表皮厚さよりも大きい領域(表皮厚さを外れた領域)では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達しない。したがって、この処理装置1では、プラズマは、電磁波入射面Fの近傍の全域に広がる。そのため、真空容器10の内部には、均一なにプラズマを生成させることができる。
That is, in a state where surface wave plasma is generated, high-density plasma is generated in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface F is smaller than the skin thickness. Further, in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface F is larger than the skin thickness (a region outside the skin thickness), the electromagnetic wave is shielded by high-density plasma and does not reach. Therefore, in this
この表面波プラズマは、処理ガスを励起して活性化された処理ガス分子を発生させる。活性化された処理ガス分子は、被処理基板100の表面を処理する。処理分子が、成膜用ガスであれば、処理装置1は、被処理基板100の表面にCVD膜が形成する。処理分子が、酸化用ガスであれば、処理装置1は、被処理基板100の表面を酸化し酸化膜が形成する。処理分子が、エッチング用ガスであれば、処理装置1は、被処理基板100の表面の当該膜をエッチング処理する。処理分子が、アッシング用ガスであれば、処理装置1は、被処理基板100の表面の当該膜をアッシング処理する。この実施形態の処理装置1は、電磁波入射面Fからの距離が表皮厚さよりも大きい領域に被処理基板100を配置することで、被処理基板100に与えられるイオン損傷を抑止することができる。
This surface wave plasma excites the processing gas to generate activated processing gas molecules. The activated processing gas molecules process the surface of the
以上のように、本実施形態の処理装置1は、内部に電磁波が入射される真空容器10と、この真空容器10の内部に電磁波を入射させる電磁波放射用アンテナ20とを備えている。そして、真空容器10に入射された電磁波によって真空容器10の内部にプラズマを生成させ、このプラズマによってプラズマ処理を行うものである。電磁波放射用アンテナ20は、複数のアンテナ部21を備えており、複数のアンテナ部21は、夫々、電磁波を発生させる発振器22と、発振器22で発生させた電磁波を伝送させる電磁波伝送部23と、電磁波伝送部23によって伝送された電磁波を真空容器10の内部に放射する電磁波放射部24とを有している。
As described above, the
そのため、大型の被処理基板100に対する電磁波放射用アンテナ20を簡単な構成で実現できる。また、このような電磁波放射用アンテナ20を用いることにより、真空容器10の内部に均一に電磁波を入射させることができる。しかも、電磁波放射用アンテナ20の大きさや形状は、アンテナ部21の数や配置等によって簡単且つ任意に設定することができる。したがって、この処理装置1によれば、大型の被処理基板100(例えば、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板)であっても均一に処理することができる。
Therefore, the electromagnetic
また、本実施形態の処理装置1は、電磁波伝送部23が導波管30を有しており、電磁波放射部24はスロット31とされている。金属で形成された導波管スロットアンテナは、一般に、誘電体で形成されたアンテナを用いた場合と比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高い。しかも、導波管スロットアンテナは、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行える。したがって、本実施形態の処理装置1は、誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高い。しかも、本実施形態の処理装置1は、大型の被処理基板100をプラズマ処理するような場合であっても装置の設計が容易である。
In the
上記実施形態では、処理装置1の隣合う電磁波放射用アンテナ20の、各導波管30が互いに平行となるように配置した例について説明したが、互いに隣り合う電磁波放射用アンテナ20への給電は、逆相給電となるように設定するとよい。また、互いに隣り合う電磁波放射用アンテナ20は、発振周波数が互いに異なる発振器22を有するようにしてもよい。発振周波数の違いは若干でよい。このようにすることにより、互いに隣り合う電磁波放射用アンテナ20間における電磁波の干渉を抑制することができる。
In the above-described embodiment, the example in which the adjacent electromagnetic
次に、本発明の第2の実施形態を、図5を参照して説明する。
本実施形態の処理装置1では、電磁波放射用アンテナ20についてはが、第1の実施形態で説明した電磁波放射用アンテナ20と同様に構成されている。この実施形態の特徴は、電磁波放射用アンテナ20は、互いに隣り合う電磁波放射用アンテナ20の電磁波の伝播方向が直交するように配置する例である。この実施例は、互いに隣り合う電磁波放射用アンテナ20を構成する導波管30の長手方向が互いに直交するよう並べて配置することである。なお、他の構成は上述した第1の実施形態の処理装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the
本実施形態の処理装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態の処理装置1によれば、互いに隣り合うアンテナ部21への給電を逆相給電としたり、発振周波数を互いに異ならせたりしなくても、互いに隣り合うアンテナ部21間における電磁波の干渉を抑制することができる。
According to the
次に、本発明の第3の実施形態を、図6及び図7を参照して説明する。
本実施形態の処理装置1では、電磁波放射用アンテナ20が有する各アンテナ部21が、夫々、ホーンアンテナ60を有している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
詳しくは、各アンテナの電磁波伝送部23(ホーンアンテナ60)は、夫々、第1の伝送部61と第2の伝送部62とを有している。第1の伝送部61は、矩形状の導波管であり、その一端が円錐状に広がっている。発振器22は、第1の伝送部61の他端に取付けられている。第2の伝送部62は、誘電体窓15の上面と略同じ大きさの端面を有する偏平な箱状に形成されている。第2の伝送部62の誘電体窓15と対向する面には、電磁波放射部24としての複数の孔部63が設けられている。
Specifically, the electromagnetic wave transmission unit 23 (horn antenna 60) of each antenna has a
このようにすることにより、発振器22としてのマグネトロン40で発生された電磁波は、電磁波伝送部23中において、TM11モードで伝播される。なお、他の構成は上述した第1の実施形態の処理装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。本実施形態の処理装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態の処理装置1によれば、電磁波の伝播方向の指向性を低減させることができる。
By doing so, the electromagnetic wave generated by the
以下、本発明の第4の実施形態を、図8乃至図10を参照して説明する。
本実施形態の処理装置1では、電磁波放射用アンテナ20が有する各アンテナ部21が、発振器22が結合される第1の導波管71と、第1の導波管71と結合されているとともに、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置された複数の第2の導波管72とを有している。
電磁波放射用アンテナ20は、電磁波放射部24としての複数のスロット73が同一平面上に位置するように、上記アンテナ部21を3行3列に並べて配置することで構成されている。これに伴い、真空容器10の上壁11aには、真空容器10の壁の一部を構成するように、9つの平面略正方形状の誘電体窓15が設けられている。なお、誘電体窓15は、電磁波放射用アンテナ20全体と対応する大きさの1枚板としてもよい。
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
The electromagnetic
詳しくは、発振器22としてのマグネトロン40は、第1の導波管71の上面の長手方向の中央部に設けられている。第1の導波管71と各第2の導波管72とは、夫々、直交し且つ重なるように配置されている。各第2の導波管72は、断面の長辺方向を水平方向と平行にした姿勢で、その長手方向が互いに平行となるように並べて配置されている。したがって、各第2の導波管72の両側面が電界面(E面)、上下面が磁界面(H面)となる。各第2の導波管72は、その上面、すなわち、磁界面(H面)(電界面(E面)に垂直な面)において、第1の導波管71と結合されている。
Specifically, the
各第2の導波管72の下面には、電磁波放射部24としてのスロット73が設けられている。スロット73は、電磁波の伝播方向と平行に設けられている。互いに隣り合うスロット73は、導波管30の幅方向の一側寄りに設けられた状態と他側寄りに設けられた状態とに交互に配置されている。
On the lower surface of each
第1の導波管71と各第2の導波管72とを直交させると磁界の結合が無くなるが、カップリングが可能となる。カップリング方法の一例としては、第1の導波管71と各第2の導波管72との結合部分に、電磁波の伝播方向に対して互いに異なる方向に傾くように形成されたスロット74を設ける方法が挙げられる。第2の導波管72の数が奇数である場合には、スロット74は、互いに隣り合う第2の導波管72を跨ぐように設けるとよい。第2の導波管72の数が偶数である場合には、スロット74は、各第2の導波管72に対応するように設けるとよい。
When the
なお、カップリング方法としては、この他に、第1の導波管71と各第2の導波管72との結合部分に、結合孔を設ける方法が挙げられる。この構成は、当業者にはベーテ孔形の方向性結合器として知られている。カップリングの方法としては、さらにこの他に、第1の導波管71と各第2の導波管72との結合部分の四隅に、十字型の結合孔を設ける方法が挙げられる。この構成は、当業者には十字型方向性結合器として知られている。第1の導波管71と各第2の導波管72とは、プローブによって結合させてもよい。
In addition, as a coupling method, a method of providing a coupling hole in a coupling portion between the
互いに隣り合うアンテナ部21への給電は、逆相給電となるように設定するとよい。すなわち、図8及び図10において太線で記載したアンテナ部21への給電と、細線で記載したアンテナ部21への給電とは、逆相給電となるように設定するとよい。また、互いに隣り合うアンテナ部21は、発振周波数が互いに異なる発振器22を有するようにしてもよい。発振周波数の違いは若干でよい。このようにすることにより、互いに隣り合うアンテナ部21間における電磁波の干渉を抑制することができる。なお、他の構成は上述した第1の実施形態の処理装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
The power supply to the
本実施形態の処理装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態の処理装置1によれば、第1の実施形態の処理装置1と比べて電磁波放射部24であるスロット73を密に配置することができる。したがって、真空容器10の内部に、より均一に電磁波を入射することができる。すなわち、真空容器10の内部により均一にプラズマを生成することができるため、被処理基板100をより均一にプラズマ処理することができる。
According to the
以下、本発明の第5の実施形態を、図11を参照して説明する。
本実施形態の処理装置1では、アンテナ部21が、第4の実施形態で説明したアンテナ部21と同様に構成されている。電磁波放射用アンテナ20は、互いに隣り合うアンテナ部21を第2の導波管72の長手方向が直交するように配置することで構成されている。太線で記載した各アンテナ部21は、第2の導波管72の長手方向が互いに平行であり、細線で記載した各アンテナ部21は、第2の導波管72の長手方向が互いに平行である。
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the
電磁波放射用アンテナ20は、電磁波放射部24としての複数のスロット73が同一平面上に位置するように、上記アンテナ部21を3行3列に並べて配置することで構成されている。これに伴い、真空容器10の上壁11aには、真空容器10の壁の一部を構成するように、9つの平面略正方形状の誘電体窓15が設けられている。なお、他の構成は上述した第1の実施形態の処理装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
The electromagnetic
本実施形態の処理装置1によれば、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。しかも、本実施形態の処理装置1によれば、互いに隣り合うアンテナ部21への給電を逆相給電としたり、発振周波数を互いに異ならせたりしなくても、互いに隣り合うアンテナ部21間における電磁波の干渉を抑制することができる。
According to the
以下、本発明の第5の実施形態を、図12及び図13を参照して説明する。
本実施形態の処理装置1では、各アンテナ部21の電磁波伝送部23が同軸管80を有している。同軸管80には、発振器22としてのマグネトロン40が結合されている。マグネトロン40は、誘電体窓15の上方であって且つ誘電体窓15の中心と対応する位置に設けられている。
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
同軸管80は1以上例えば2股に分かれている。同軸管80の先端部は、内部導体を露出させている。この内部導体を露出させた内部導体露出部81が、各アンテナ部21の電磁波放射部24となる。各誘電体窓15の外面には、電磁波放射部24としての内部導体露出部81を挿入するための複数の凹部18が形成されている。図13に示すように、真空容器10の上壁11a(誘電体窓15の上面)は、シールド部材19によって覆われている。
The
電磁波放射用アンテナ20は、内部導体露出部81の先端部が同一平面上に位置するように、上記アンテナ部21を3行3列に並べて配置することで構成されている。これに伴い、真空容器10の上壁11aには、真空容器10の壁の一部を構成するように、9つの平面略正方形状の誘電体窓15が設けられている。なお、他の構成は上述した第1の実施形態の処理装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。本実施形態の処理装置1によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
The electromagnetic
なお、本発明の処理装置及び処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。上記実施形態では、電磁波入射面が分割された電磁波放射領域は、同一形状、同一面積にした例について説明したが、同一形状、同一面積でなくてもよい。例えば図14に示すように中央部の電磁波放射領域を大きくし、周辺の電磁波放射領域を小さくしてもよい。
電磁波伝送路は、同軸管と導波管とを有していてもよい。その場合、同軸管の内部導体と外部導体との比率を導波管内でも維持することで整合をとるのが好ましい。
In addition, the processing apparatus and the processing method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be variously implemented without departing from the gist thereof. In the said embodiment, although the electromagnetic wave radiation | emission area | region where the electromagnetic wave incident surface was divided | segmented demonstrated the example made into the same shape and the same area, it does not need to be the same shape and the same area. For example, as shown in FIG. 14, the central electromagnetic radiation region may be enlarged and the peripheral electromagnetic radiation region may be reduced.
The electromagnetic wave transmission line may have a coaxial tube and a waveguide. In this case, it is preferable to achieve matching by maintaining the ratio between the inner conductor and the outer conductor of the coaxial tube even in the waveguide.
ガスを処理容器(真空容器)の内部に導入するためのガス導入系(ガス導入部)は、誘電体部材(誘電体窓)と一体化に形成してもよい。また、上記第1乃至第6の実施形態の処理装置1では、ガスを処理容器(真空容器)に導入させるガス導入系(ガス導入部)を1系統としているが、本発明の処理装置では、ガスを処理容器(真空容器)に導入させるガス導入系を複数系統設けてもよい。ガス導入系は、被処理体に対する処理(例えば、膜堆積(成膜)、表面改質、エッチング、酸化等)や、使用するガスの数や種類等によって、任意に選択することができる。
A gas introduction system (gas introduction part) for introducing gas into the processing vessel (vacuum vessel) may be formed integrally with the dielectric member (dielectric window). Further, in the
被処理体としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、被処理体としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、被処理体としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。 As the object to be processed, for example, a substrate such as a glass substrate, a quartz glass substrate, a ceramic substrate, a resin substrate, or a silicon wafer can be used. As the object to be processed, a semiconductor layer such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or amorphous silicon formed by laser crystallization or solid phase crystallization is formed on the substrate as described above. You may use what was done. Further, as the object to be processed, the semiconductor layer and the insulating film are stacked in any order on the substrate as described above, or the semiconductor layer and the insulating film are stacked in any order on the substrate as described above. Alternatively, a circuit element having a portion or a part of the circuit element may be used.
1…処理装置、0…真空容器(処理容器)、 20…電磁波放射用アンテナ、 21…アンテナ部、 22…発振器、 23…電磁波伝送部、 24…電磁波放射部、 30…導波管(電磁波伝送部)、 31…スロット(電磁波放射部)、 40…マグネトロン(発振器)、 60…ホーンアンテナ(アンテナ部)、 61…第1の伝送部(電磁波伝送部)、 62…第2の伝送部(電磁波伝送部)、 63…孔部(電磁波放射部)、 71…第1の導波管(電磁波伝送部)、 72…第2の導波管(電磁波伝送部)、 73…スロット(電磁波放射部)、 80…同軸管(電磁波伝送部)、 81…内部導体露出部(電磁波放射部)
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記発振器によって発生された電磁波を伝播させる電磁波伝送部とからなる電磁波放射用アンテナと、
前記電磁波伝送部を伝播した電磁波が入射するように結合された処理容器とを具備し、
前記処理容器の内部に入射された電磁波によって表面波プラズマを生成させ、被処理基板を処理する処理装置であって、
前記処理容器の前記電磁波入射面が複数の領域に分割され、分割された各領域毎に前記電磁波放射用アンテナを設けてなることを特徴とする処理装置。 An oscillator that generates electromagnetic waves;
An electromagnetic wave radiation antenna comprising an electromagnetic wave transmission unit for propagating electromagnetic waves generated by the oscillator;
A treatment container coupled so that an electromagnetic wave propagated through the electromagnetic wave transmission unit is incident;
A processing apparatus for processing a substrate to be processed by generating surface wave plasma using electromagnetic waves incident on the inside of the processing container,
The processing apparatus, wherein the electromagnetic wave incident surface of the processing container is divided into a plurality of regions, and the electromagnetic wave radiation antenna is provided for each of the divided regions.
互いに隣り合う電磁波放射用アンテナは、電磁波伝播方向が互いに直交するように配置されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の処理装置。 Each of the electromagnetic wave radiation antennas provided in each region of the divided electromagnetic wave radiation surface is disposed so as to be located on the same plane,
The processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the electromagnetic wave radiation antennas adjacent to each other are arranged so that the electromagnetic wave propagation directions are orthogonal to each other.
前記各発振器によって発生された電磁波を伝播させる各電磁波伝送部とからなる複数の電磁波放射用アンテナと、
前記各電磁波伝送部を伝播した電磁波が領域分割された各電磁波入射面を介して入射するように結合された処理容器と、を具備してなる処理装置により被処理体を処理する方法であって、
前記複数の発振器に同時に発振駆動制御する工程と、
前記各電磁波伝送路から領域分割された各電磁波入射面を介して前記処理容器内に電磁波を放射する工程と、
前記処理容器の内部に入射された電磁波によって前記処理容器内に表面波プラズマを生成させる工程と、
生成された前記表面波プラズマにより処理ガスを励起して被処理基板を処理する工程と
を具備してなることを特徴とする処理方法。 A plurality of oscillators that generate electromagnetic waves;
A plurality of electromagnetic wave radiation antennas composed of electromagnetic wave transmission units for propagating electromagnetic waves generated by the oscillators;
A treatment container having a treatment container coupled so that the electromagnetic wave propagated through each electromagnetic wave transmission section is incident on each of the electromagnetic wave incidence surfaces divided into regions, and a method of treating the object to be treated by the treatment apparatus. ,
A step of simultaneously oscillating and controlling the plurality of oscillators;
Radiating an electromagnetic wave into the processing container through each electromagnetic wave incident surface divided from each electromagnetic wave transmission path;
Generating surface wave plasma in the processing container by electromagnetic waves incident on the inside of the processing container;
And a step of processing a substrate to be processed by exciting a processing gas with the generated surface wave plasma.
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