JP2007294159A - Microwave introduction unit, plasma generator and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ波導入器、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置に関し、特に、プラズマ発生室内部の金属汚染やパーティクルの発生を抑えることが可能なマイクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びエッチング装置などのプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a microwave introducer, a plasma generator, and a plasma processing apparatus, and in particular, a microwave introducer capable of suppressing metal contamination and particle generation in a plasma generation chamber, a plasma generator including the same, and The present invention relates to a plasma processing apparatus such as an etching apparatus.
プラズマを利用したドライプロセスは、半導体製造装置、金属部品の表面硬化、プラスチック部品の表面活性化、無薬剤殺菌など、幅広い技術分野において活用されている。例えば、半導体装置や液晶表示ディスプレイなどの製造に際しては、アッシング、ドライエッチング、薄膜堆積あるいは表面改質などの各種のプラズマ処理が用いられている。プラズマを利用したドライプロセスは、低コストで、高速であり、薬剤を用いないために環境汚染を低減できる点でも有利である。 The dry process using plasma is used in a wide range of technical fields such as semiconductor manufacturing equipment, surface hardening of metal parts, surface activation of plastic parts, and non-chemical sterilization. For example, when manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal display, various plasma treatments such as ashing, dry etching, thin film deposition or surface modification are used. The dry process using plasma is advantageous in that it is low-cost, high-speed, and can reduce environmental pollution because it does not use chemicals.
このようなプラズマ処理を行う装置の代表的なものして、周波数が３００メガヘルツ〜３０ギガヘルツのマイクロ波によりプラズマを励起する「マイクロ波励起型」のプラズマ処理装置がある。マイクロ波励起型のプラズマ源は、高周波プラズマ源などに比べてプラズマ電位が低いので、被処理物に与えるダメージの少ないレジスト・アッシング（resist ashing）や、バイアス電圧を印加した異方性エッチングなどに広く用いられている。 As a typical apparatus for performing such plasma processing, there is a “microwave excitation type” plasma processing apparatus that excites plasma with microwaves having a frequency of 300 megahertz to 30 gigahertz. Microwave-excited plasma sources have a lower plasma potential than high-frequency plasma sources, so resist ashing with little damage to the object to be processed and anisotropic etching with a bias voltage applied Widely used.
ところで、プラズマ発生装置においては、プラズマの均一性を上げることやプラズマの発生効率を上げることとともに、チャンバ内を清浄に保つことやコンタミネーション（汚染）の発生を防ぐことが極めて重要である。もし、パーティクルなどが発生し被処理物の表面に付着すると、被処理物上に形成される配線がショートしやすくなる等の障害を生じるからである。 By the way, in a plasma generator, it is extremely important to improve the uniformity of plasma and the efficiency of plasma generation, to keep the inside of the chamber clean and to prevent the occurrence of contamination (contamination). This is because, if particles or the like are generated and adhere to the surface of the object to be processed, a failure such as a short circuit of the wiring formed on the object to be processed occurs.
チャンバ内を清浄に保つためには、チャンバ外からパーティクルなどを持ち込まないようにするとともに、チャンバ内でのパーティクルやコンタミネーションなどの発生を極力抑える必要がある。ところが、プラズマ発生装置においては、発生したプラズマが発生部の周辺にも広がり、チャンバ内壁などをスパッタリングしてパーティクルや金属汚染などを発生させる虞がある。そのため、プラズマの発生をチャンバ内壁から離れた特定の部分に限定させて、パーティクルや金属汚染などの発生を抑制することができる手段が必要となる。 In order to keep the inside of the chamber clean, it is necessary to prevent particles and the like from being introduced from outside the chamber and to suppress generation of particles and contamination in the chamber as much as possible. However, in the plasma generator, the generated plasma spreads around the generating part, and there is a possibility that particles or metal contamination may be generated by sputtering the inner wall of the chamber. Therefore, there is a need for means capable of limiting the generation of plasma to a specific portion away from the chamber inner wall and suppressing the generation of particles, metal contamination, and the like.
特許文献１〜３には同軸線路によりチャンバの内部にマイクロ波を導入して、その先端に設けられた円板状の放射部からマイクロ波をチャンバ内のプラズマ発生部に放射させる技術が開示されている。このようにチャンバ内壁から離れた位置で、マイクロ波をチャンバ内に放射させることができれば、プラズマの発生を主にチャンバ内壁から離れた円板状の放射部付近とすることができるので、チャンバ内壁などがスパッタリングされるために発生するパーティクルや金属汚染などを抑制することができる。 Patent Documents 1 to 3 disclose a technique in which a microwave is introduced into a chamber through a coaxial line, and the microwave is radiated from a disk-shaped radiation portion provided at the tip of the microwave to a plasma generation portion in the chamber. ing. If microwaves can be radiated into the chamber at a position away from the chamber inner wall in this way, the plasma can be generated mainly in the vicinity of the disk-shaped radiation portion away from the chamber inner wall. Particles generated due to sputtering and metal contamination can be suppressed.
図１５は、このようなチャンバ内壁から離れた位置に放射部を備えるプラズマ処理装置を例示する模式図である。 FIG. 15 is a schematic view illustrating a plasma processing apparatus including a radiation portion at a position away from the chamber inner wall.
プラズマ処理装置7は、減圧状態を保持できるチャンバ１０を備えている。チャンバ１０の底部には、チャンバ内を排気して減圧するための排気口６が設けられ、排気口６には図示しない真空ポンプなどの排気手段ＥＸが接続されている。チャンバ１０の天井部には、マイクロ波導入器１の同軸線路１ａが貫通するように取り付けられ、同軸線路１ａの先端部がチャンバ１０内に突出するようになっている。チャンバ１０内に突出した同軸線路１ａの先端部には円板状の放射部１ｂが接続され、チャンバ１０外の同軸線路１ａの他端には図示しないマイクロ波発生手段、導波管、同軸変換器などが接続されている。円板状の放射部１ｂは、複数の導体板やストリップラインと誘電体とを組み合わせた複合構造を有している。チャンバ１０の側壁には、エッチングガスなどのプロセスガスＧをチャンバ１０内に導入させるためのガス導入口５が設けられ、ガス導入口５には図示しないプロセスガス供給手段が接続されている。チャンバ１０内の下方には、放射部１ｂに対向するように被処理物Ｗを載置するためのステージ１６が設けられている。 The plasma processing apparatus 7 includes a chamber 10 that can maintain a reduced pressure state. An exhaust port 6 for exhausting and depressurizing the inside of the chamber 10 is provided at the bottom of the chamber 10, and an exhaust unit EX such as a vacuum pump (not shown) is connected to the exhaust port 6. A coaxial line 1 a of the microwave introducing device 1 is attached to the ceiling of the chamber 10 so as to pass therethrough, and a tip of the coaxial line 1 a protrudes into the chamber 10. A disc-shaped radiating portion 1b is connected to the tip of the coaxial line 1a protruding into the chamber 10, and a microwave generating means, a waveguide, and coaxial conversion (not shown) are connected to the other end of the coaxial line 1a outside the chamber 10. A device is connected. The disc-shaped radiating portion 1b has a composite structure in which a plurality of conductor plates or strip lines and a dielectric are combined. A gas introduction port 5 for introducing a process gas G such as an etching gas into the chamber 10 is provided on the side wall of the chamber 10, and a process gas supply unit (not shown) is connected to the gas introduction port 5. A stage 16 for placing an object to be processed W is provided below the chamber 10 so as to face the radiating portion 1b.
次にプラズマ処理装置７の動作について説明する。最初に排気口６に接続されている図示しない排気手段ＥＸ（例えば、真空ポンプ）によりチャンバ１０内が所定の圧力になるまで減圧される。次にガス導入口５からプロセスガスＧ（例えば、酸素、フッ素含有ガスなど）がチャンバ１０内のプラズマ発生部に向けて導入される。図示しないマイクロ波発生手段により発生させたマイクロ波ＭＷは、これも図示しない導波管、同軸変換器などを介して同軸線路１ａに導かれる。同軸線路１ａに導かれたマイクロ波ＭＷは、放射部１ｂ内に導入され、放射部１ｂ表面からチャンバ１０内に放射される。このようにしてチャンバ１０内に放射されたマイクロ波ＭＷにより、放射部１ｂ付近にプラズマが発生する。この発生したプラズマによってチャンバ１０内のプロセスガスＧが分解あるいは活性化されてラジカルなどの活性種や分解種が生成される。そして、この生成された活性種や分解種によりステージ１６上に載置されている被処理物Ｗに各種の処理が施される。 Next, the operation of the plasma processing apparatus 7 will be described. First, the pressure in the chamber 10 is reduced to a predetermined pressure by an exhaust means EX (not shown) connected to the exhaust port 6 (for example, a vacuum pump). Next, a process gas G (for example, oxygen, fluorine-containing gas, etc.) is introduced from the gas introduction port 5 toward the plasma generation unit in the chamber 10. A microwave MW generated by a microwave generation means (not shown) is guided to the coaxial line 1a via a waveguide, a coaxial converter, etc. (not shown). The microwave MW guided to the coaxial line 1a is introduced into the radiating portion 1b and radiated into the chamber 10 from the surface of the radiating portion 1b. Thus, plasma is generated in the vicinity of the radiation portion 1b by the microwave MW radiated into the chamber 10. The generated plasma decomposes or activates the process gas G in the chamber 10 to generate active species such as radicals or decomposed species. Various types of processing are performed on the workpiece W placed on the stage 16 by the generated active species and decomposed species.
図１５に表した構造によれば、主に放射部１ｂ付近にプラズマを発生させることで、プラズマ発生位置をチャンバ１０の内壁から引き離すことができ、チャンバ内壁がスパッタリングされることを低減することができる。その結果、チャンバ内壁がスパッタリングされることで発生するパーティクルや金属汚染を抑制することができる。 According to the structure shown in FIG. 15, the plasma generation position can be separated from the inner wall of the chamber 10 mainly by generating plasma in the vicinity of the radiating portion 1 b, thereby reducing the sputtering of the inner wall of the chamber. it can. As a result, particles and metal contamination generated by sputtering the chamber inner wall can be suppressed.
しかし、この場合、今度は、放射部１ｂにおいて誘電体を覆う導体（金属）がスパッタリングされパーティクルや金属汚染が発生してしまうという問題が生じた。また、従来のプラズマ発生装置１の構成では、プラズマ発生位置をチャンバ１０の内壁から完全に引き離すことができず、チャンバ内壁のスパッタリングを完全に解消することは困難であった。そのため、磁場によるプラズマ位置の制御やチャンバ内壁を冷却液などで冷やす技術などの併用が必要であった。そして、そのような磁場発生装置や冷却装置を設けることとすれば、装置機構の複雑化、装置寸法の過大化、メンテナンスの負担の増大を招くという新たな問題を生じていた。
本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、装置機構の
複雑化などを招くことなく、パーティクルや金属汚染などの発生を抑えることのできるマ
イクロ波導入器、これを備えたプラズマ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提
供する。
The present invention has been made in view of the above circumstances. That is, the present invention provides a microwave introducer capable of suppressing the generation of particles, metal contamination, and the like without complicating the apparatus mechanism, a plasma generating apparatus including the same, and a plasma processing apparatus including the microwave introducing apparatus. provide.
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、
プラズマを発生させる空間を有するチャンバに取り付けられるマイクロ波導入器であって、
前記マイクロ波導入器は、前記チャンバの壁面から前記プラズマを発生させる空間に向けて突出した導波体と、前記導波体の先端に設けられ前記プラズマを発生させる空間にマイクロ波を放射させる単一材料からなる放射部と、を備え、
前記導波体は、内導体と、前記内導体の外側に設けられた外導体と、前記内導体と前記外導体の間に設けられマイクロ波を伝搬する内部充填部と、を有し、
前記内導体は、前記放射部を貫通せず前記放射部の内部に突出していること、を特徴とするマイクロ波導入器が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention,
A microwave introducer attached to a chamber having a space for generating plasma,
The microwave introducer includes a waveguide projecting from the wall surface of the chamber toward the space for generating the plasma, and a single unit for radiating microwaves to the space for generating the plasma provided at the tip of the waveguide. A radiation portion made of one material,
The waveguide includes an inner conductor, an outer conductor provided outside the inner conductor, and an inner filling portion that is provided between the inner conductor and the outer conductor and propagates microwaves.
The microwave conductor is provided, wherein the inner conductor protrudes into the radiating portion without penetrating the radiating portion.
また、本発明の他の一態様によれば、
チャンバと、
前記チャンバに取り付けられた前記マイクロ波導入器と、
を備え、
前記マイクロ波導入器を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを発生させる空間においてプラズマを発生可能としたこと、を特徴とするプラズマ発生装置が提供される。
According to another aspect of the present invention,
A chamber;
The microwave introducer attached to the chamber;
With
There is provided a plasma generator characterized in that plasma can be generated in a space in which the plasma is generated by microwaves introduced through the microwave introducer.
また、本発明のさらに他の一態様によれば、
前記のプラズマ発生装置を備え、
前記発生させた前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置が提供される。
According to yet another aspect of the present invention,
Comprising the above plasma generator,
There is provided a plasma processing apparatus characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by the generated plasma.
以上詳述したように、本発明によれば、装置機構の複雑化などを招くことなくパーティ
クルや金属汚染などの発生を抑えることのできるマイクロ波導入器、これを備えたプラズ
マ発生装置及びこれを備えたプラズマ処理装置を提供することができ、産業上のメリット
は多大である。
As described above in detail, according to the present invention, a microwave introducer capable of suppressing generation of particles, metal contamination, and the like without incurring complexity of the apparatus mechanism, a plasma generation apparatus including the same, and a plasma generation apparatus including the same The provided plasma processing apparatus can be provided, and the industrial merit is great.
以下、本発明の実施の形態について、具体例を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明の具体例にかかるプラズマ処理装置の要部基本構成を説明する模式断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to specific examples.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining a basic configuration of a main part of a plasma processing apparatus according to a specific example of the present invention.
本実施形態のプラズマ処理装置７００は、チャンバ３００と、導波管２００と、マイクロ波導入器１００と、を有する。チャンバ３００及び導波管２００は、それぞれ中空構造を有する。チャンバ３００の天井部には、導波管２００が設けられている。チャンバ３００の底部には、排気口４０５が設けられている。この排気口４０５を介して、図示しない排気手段ＥＸによりチャンバ３００内が所定の圧力になるまで減圧される。マイクロ波導入器１００はチャンバ３００の内部空間に突出して設けられており、チャンバ３００の上面を介して導波管２００と接続されている。マイクロ波導入器１００は、導波体１０１と、放射部１００ｅと、を有する。導波体１０１は、チャンバ３００の天井部に対して略垂直方向に設けられている。そして、導波体１０１の上端は、導波管２００と接続されている。放射部１００ｅは、チャンバ３００の天井部に対して略平行に設けられており、導波体１０１の下端と接続されている。放射部１００ｅの主面に対して略垂直下方には、被処理物Ｗを載置するためのステージ４００が設けられている。
ここで、「上端」及び「天井部」とは導波管２００に近い方といい、「下端」及び「底部」とは排気口４０５に近い方をいう。
The plasma processing apparatus 700 of this embodiment includes a chamber 300, a waveguide 200, and a microwave introducer 100. The chamber 300 and the waveguide 200 each have a hollow structure. A waveguide 200 is provided on the ceiling of the chamber 300. An exhaust port 405 is provided at the bottom of the chamber 300. The pressure in the chamber 300 is reduced to a predetermined pressure through the exhaust port 405 by an exhaust means EX (not shown). The microwave introducer 100 protrudes from the internal space of the chamber 300 and is connected to the waveguide 200 through the upper surface of the chamber 300. The microwave introducer 100 includes a waveguide body 101 and a radiation unit 100e. The waveguide body 101 is provided in a substantially vertical direction with respect to the ceiling portion of the chamber 300. The upper end of the waveguide 101 is connected to the waveguide 200. The radiating portion 100 e is provided substantially parallel to the ceiling portion of the chamber 300 and is connected to the lower end of the waveguide 101. A stage 400 for placing the workpiece W is provided substantially vertically below the main surface of the radiating portion 100e.
Here, the “upper end” and the “ceiling part” are those closer to the waveguide 200, and the “lower end” and the “bottom part” are those closer to the exhaust port 405.
次に、マイクロ波導入器１００の詳細構造について、説明する。
図２（ａ）は、図１の領域Ｘに含まれるマイクロ波導入器を表す模式断面図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線の模式断面図である。
マイクロ波導入器１００は、導波体１０１とこれに接続された円板状の放射部１００ｅと、を備えている。導波体１０１は、内導体１００ａと、内導体１００ａの外側に設けられた外導体１００ｂと、内導体１００ａと外導体１００ｂとの間に設けられた内部充填部１００ｃと、外導体１００ｂの外側に設けられた外部被覆部１００ｄと、からなる。一方、放射部１００ｅは、単一材料からなる。
Next, the detailed structure of the microwave introducer 100 will be described.
2A is a schematic cross-sectional view showing a microwave introducer included in the region X of FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view taken along line YY in FIG.
The microwave introducer 100 includes a waveguide 101 and a disk-shaped radiating portion 100e connected to the waveguide 101. The waveguide 101 includes an inner conductor 100a, an outer conductor 100b provided on the outer side of the inner conductor 100a, an inner filling portion 100c provided between the inner conductor 100a and the outer conductor 100b, and an outer side of the outer conductor 100b. And an outer covering portion 100d provided on the outer surface. On the other hand, the radiating portion 100e is made of a single material.
外部被覆部１００ｄ、内部充填部１００ｃ、放射部１００ｅは誘電体からなり、例えば石英（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、サファイヤ、窒化アルミ（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などのセラミックスにより構成されるがこれに限定されるものではなく、化学的に安定で耐熱性、耐食性に優れた絶縁材料であればよい。例えば、外部被覆膜１００ｄ及び内部充填部１００ｃの材料としては、フッ素系樹脂を用いることもできる。ただし、フッ素系樹脂は、放射部１００ｅには、適さない。 The outer covering portion 100d, the inner filling portion 100c, and the radiating portion 100e are made of a dielectric, for example, quartz (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), sapphire, aluminum nitride (AlN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ). However, the present invention is not limited to this, and any insulating material that is chemically stable and excellent in heat resistance and corrosion resistance may be used. For example, as a material for the outer coating film 100d and the inner filling portion 100c, a fluorine-based resin can be used. However, the fluororesin is not suitable for the radiating portion 100e.
なお、各部の誘電体は単一材料でもよいがそれぞれの機能にあわせて適宜選択することができる。例えば、外部被覆部１００ｄは特に耐プラズマ性や耐化学反応性を考慮することが必要となるので、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）や酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）などにすることが好ましい。また、内部充填部１００ｃには固体の絶縁材料を必ずしも用いる必要はなく、空気等の気体、絶縁油などの液体、粒状体や粉状体のように気体層を含有するものなどを用いることもできる。ただし、場合によっては内導体１００ａと外導体１００ｂとの間で放電を生じる虞があるので、前述のように固体の絶縁材料（誘電体）とすることが好ましい。内導体１００ａと外導体１００ｂは、電気抵抗の低い金属などの導体からなり、線膨張率が誘電体に近い方が望ましい。例えば、アルミニウムやアルミニウム合金とすることができ、望ましくは銅、銅合金とすることができる。 In addition, although the dielectric material of each part may be a single material, it can be appropriately selected according to each function. For example, since it is necessary to consider the plasma resistance and the chemical reaction resistance particularly for the outer covering portion 100d, for example, it is preferable to use alumina (Al 2 O 3 ), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), or the like. . In addition, it is not always necessary to use a solid insulating material for the inner filling portion 100c, and it is also possible to use a gas such as air, a liquid such as insulating oil, or a material containing a gas layer such as a granular material or a powdery material. it can. However, since there is a possibility that electric discharge may occur between the inner conductor 100a and the outer conductor 100b in some cases, it is preferable to use a solid insulating material (dielectric) as described above. The inner conductor 100a and the outer conductor 100b are made of a conductor such as a metal having a low electric resistance, and it is desirable that the linear expansion coefficient is close to that of a dielectric. For example, aluminum or an aluminum alloy can be used, and preferably copper or a copper alloy can be used.
マイクロ波導入器１００は、プラズマを発生させるする空間８００に向けてチャンバ３００の壁面からチャンバ３００の内側（同図の下側）の減圧空間に向けて突出するように取り付けられる。このマイクロ波導入器１００には、チャンバ３００の外側から、導波管２００を介してマイクロ波ＭＷが導入される。図１に表した具体例の場合、内導体１００ａ、外導体１００ｂ、外部被覆部１００ｄ、内部充填部１００ｃ、放射部１００ｅは、それぞれ円形断面を有する。これら円形の直径は、内導体１００ａが最も小さく、内部充填部１００ｃ、外導体１００ｂ、外部被覆部１００ｄ、放射部１００ｅの順に大きくなる。例えば、内導体１００ａの直径はφ４ミリメータ、内部充填部１００ｃはφ１０ミリメータ、外導体１００ｂはφ１４ミリメータ、外部被覆部１００ｄがφ２０ミリメータとすることができる。 The microwave introducer 100 is attached so as to protrude from the wall surface of the chamber 300 toward the decompression space inside the chamber 300 (the lower side in the figure) toward the space 800 in which plasma is generated. The microwave MW is introduced into the microwave introducer 100 from the outside of the chamber 300 through the waveguide 200. In the case of the specific example shown in FIG. 1, the inner conductor 100a, the outer conductor 100b, the outer covering portion 100d, the inner filling portion 100c, and the radiating portion 100e each have a circular cross section. These circular diameters are the smallest in the inner conductor 100a and increase in the order of the inner filling portion 100c, the outer conductor 100b, the outer covering portion 100d, and the radiation portion 100e. For example, the diameter of the inner conductor 100a can be φ4 mm, the inner filling portion 100c can be φ10 mm, the outer conductor 100b can be φ14 mm, and the outer covering portion 100d can be φ20 mm.
チャンバ３００の内部（同図の下側）の減圧状態を維持するために、外導体１００ｂの上端側（導波管２００側）には外導体１００ｂよりも外径の大きいフランジ部１１０が設けられ、例えば、Ｏ（オー）リング３２０により気密を確保している。ただし、このフランジ部１１０やＯリング３２０は本発明に必須の要素ではなく、他の方法により気密を確保してもよいし、気密を確保する部分の構成位置も適宜変更することができる。 In order to maintain the reduced pressure state inside the chamber 300 (lower side in the figure), a flange portion 110 having an outer diameter larger than that of the outer conductor 100b is provided on the upper end side (waveguide 200 side) of the outer conductor 100b. For example, the O (O) ring 320 ensures airtightness. However, the flange portion 110 and the O-ring 320 are not essential elements of the present invention, and airtightness may be secured by other methods, and the configuration position of the portion that secures airtightness can be changed as appropriate.
内導体１００ａは、上端側が導波管２００内に突出するように設けられ、下端側（導波管２００から遠い側）が放射部１００ｅを貫通せず放射部１００eの内部に所定寸法（突出寸法Ｈ２）だけ突出するように設けられている。尚、突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１の関係は後述する。内導体１００ａを囲むようにして外導体１００ｂが設けられ、この内導体１００ａと外導体１００ｂとの間が内部充填部１００ｃとなる。なお、外導体１００ｂの端部は、導波管２００内にも放射部１００ｅ内にも突出していない。外導体１００ｂの外側を覆うようにして外部被覆部１００ｄが設けられている。放射部１００ｅは内導体１００ａの下端側（導波管２００から遠い側）のプラズマを発生させる空間８００に設けられ、内導体１００ａ、外導体１００ｂ、外部被覆部１００ｄ、内部充填部１００ｃと接続されている。 The inner conductor 100a is provided so that the upper end side protrudes into the waveguide 200, and the lower end side (side far from the waveguide 200) does not penetrate the radiating part 100e and has a predetermined dimension (protruding dimension) inside the radiating part 100e. H2) is provided so as to protrude. The relationship between the protrusion dimension H2 and the radiation part thickness dimension H1 will be described later. An outer conductor 100b is provided so as to surround the inner conductor 100a, and an inner filling portion 100c is formed between the inner conductor 100a and the outer conductor 100b. The end portion of the outer conductor 100b does not protrude into the waveguide 200 or the radiating portion 100e. An outer covering portion 100d is provided so as to cover the outer side of the outer conductor 100b. The radiating portion 100e is provided in a space 800 that generates plasma on the lower end side (the side far from the waveguide 200) of the inner conductor 100a, and is connected to the inner conductor 100a, the outer conductor 100b, the outer covering portion 100d, and the inner filling portion 100c. ing.
本具体例のマイクロ波導入器１００においては、内導体１００ａの中心軸と外導体１００ｂ、外部被覆部１００ｄ、内部充填部１００ｃ、放射部１００ｅの中心軸とがほぼ一致している。内部充填部１００ｃは、外導体１００ｂと内導体１００ａとの間でマイクロ波を導波する役割を有する。外部被覆部１００ｄは、外導体１００ｂがスパッタリングされたり、プラズマによる反応生成物により浸食されたりするのを抑制し、マイクロ波導入器１００を保護する役割を有する。なお、外部被覆部１００ｄは、保護部材であるため、プラズマ発生位置を放射部Ａの近傍に限定させるという観点からは必須の要件ではない。ただし、外導体１００ｂの長寿命化や金属汚染防止により完全を期す観点からは、外部被覆部１００ｄを設けたほうがよい。このような多重構造からなるマイクロ波導入器１００は、例えば、内導体１００ａを中心としてその周りに、各部材をはめこんで作製してもよいし、セラミックスなどの誘電体を焼成、コーティングなどをして、作製してもよい。 In the microwave introducer 100 of this specific example, the central axis of the inner conductor 100a substantially coincides with the central axes of the outer conductor 100b, the outer covering portion 100d, the inner filling portion 100c, and the radiating portion 100e. The inner filling portion 100c has a role of guiding a microwave between the outer conductor 100b and the inner conductor 100a. The outer covering portion 100d has a role of protecting the microwave introducer 100 by suppressing the outer conductor 100b from being sputtered or eroded by a reaction product caused by plasma. Since the outer covering portion 100d is a protective member, it is not an essential requirement from the viewpoint of limiting the plasma generation position to the vicinity of the radiating portion A. However, from the viewpoint of completeness by extending the life of the outer conductor 100b and preventing metal contamination, it is preferable to provide the outer covering portion 100d. The microwave introducer 100 having such a multiple structure may be manufactured by, for example, inserting each member around the inner conductor 100a, or firing a dielectric such as ceramic, coating, or the like. And you may produce.
次に、このマイクロ波導入器１００の動作について説明する。
マイクロ波導入器１００へのマイクロ波ＭＷの導入は、以下のようにして行われる。
図２において、マイクロ波発生手段（図示しない）により発生させたマイクロ波ＭＷは、矩形断面の導波管２００によりＴＥ（Transverse Electric）モードでマイクロ波導入器１００部分に導かれる。マイクロ波導入器１００部分に導かれたマイクロ波ＭＷは、導波管２００内に突出している内導体１００ａに導入され、内部充填部１００ｃを伝搬するが、この際、ＴＥモードからＴＥＭ（Transverse Electromagnetic）モードに同軸変換される。
Next, the operation of the microwave introducer 100 will be described.
Introduction of the microwave MW to the microwave introducer 100 is performed as follows.
In FIG. 2, the microwave MW generated by the microwave generation means (not shown) is guided to the microwave introducer 100 portion in a TE (Transverse Electric) mode by the waveguide 200 having a rectangular cross section. The microwave MW guided to the microwave introducer 100 portion is introduced into the inner conductor 100a protruding into the waveguide 200 and propagates through the inner filling portion 100c. At this time, from the TE mode, TEM (Transverse Electromagnetic) ) Coaxially converted to mode.
マイクロ波導入器１００内のマイクロ波ＭＷの伝搬は、以下のようにして行われる。
導入されたマイクロ波ＭＷが伝搬する内部充填部１００ｃの外側には同軸の外導体１００ｂがあるので、マイクロ波ＭＷはＴＥＭモードで放射部１００ｅに伝搬する。その際、外導体１００ｂはマイクロ波ＭＷがチャンバ３００の内部に向けて漏れ出さないようにするためのシールドとしての役割をも果たす。
Propagation of the microwave MW in the microwave introducer 100 is performed as follows.
Since the coaxial outer conductor 100b exists outside the inner filling portion 100c through which the introduced microwave MW propagates, the microwave MW propagates to the radiating portion 100e in the TEM mode. At that time, the outer conductor 100 b also serves as a shield for preventing the microwave MW from leaking toward the inside of the chamber 300.
図３は、マイクロ波ＭＷがＴＥＭモードで内部充填部１００ｃを伝搬する様子を説明するための概念図である。図３（ａ）は図２（ａ）のＹ−Ｙ線の模式断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＺ−Ｚ線の模式断面図である。 FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining how the microwave MW propagates through the inner filling unit 100c in the TEM mode. 3A is a schematic cross-sectional view taken along line YY in FIG. 2A, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along line ZZ in FIG. 3A.
マイクロ波が内部充填部１００ｃを伝搬すると、内導体１００ａから外導体１００ｂの方向またはその逆方向に電界Ｅが発生する。また、磁界Ｍは、これら電界Ｅの方向に応じて内部充填部１００ｃの中を円周方向に発生する。ここで、記号Ｐは、磁界Ｍを構成する磁力線が紙面に略垂直方向に手前から奥へ向かっていることを表し、記号Ｑは、磁力線が紙面に略垂直方向に奥から手前に向かっていることを表す。 When the microwave propagates through the inner filling portion 100c, an electric field E is generated in the direction from the inner conductor 100a to the outer conductor 100b or in the opposite direction. Further, the magnetic field M is generated in the circumferential direction in the inner filling portion 100c in accordance with the direction of the electric field E. Here, the symbol P represents that the magnetic force lines constituting the magnetic field M are directed from the front to the back in a direction substantially perpendicular to the paper surface, and the symbol Q is the magnetic force lines directed from the back to the front in a direction substantially perpendicular to the paper surface. Represents that.
内部充填部１００ｃをＴＥＭモードで伝搬するマイクロ波ＭＷは、磁界Ｍ、電界Ｅを発生させるが外導体１００ｂに阻まれ外部に漏れ出すことが抑制される。そのため、放射部１００ｅに伝搬されるまでの間にマイクロ波ＭＷがチャンバ３００の内部に向けて漏れ出すことが抑制され、チャンバ３００の内壁から離れた位置にある放射部付近Ａにプラズマを発生させるようにすることができる。 The microwave MW propagating through the inner filling portion 100c in the TEM mode generates a magnetic field M and an electric field E, but is prevented by the outer conductor 100b from leaking to the outside. Therefore, leakage of the microwave MW toward the inside of the chamber 300 before being propagated to the radiating portion 100e is suppressed, and plasma is generated in the vicinity of the radiating portion A located at a position away from the inner wall of the chamber 300. Can be.
ただし、この構成のみではプラズマ発生の位置をチャンバ３００の内壁から完全に引き離すことができず、特に、マイクロ波導入器１００がチャンバ３００から突出している部分のチャンバ内壁部付近Ｂにプラズマが発生しやすい。そのため、この部分のチャンバ内壁がスパッタリングされて、パーティクルや金属汚染などが発生する虞があるので、後述する内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１の関係を考慮する必要が生じる。 However, with this configuration alone, the position of plasma generation cannot be completely separated from the inner wall of the chamber 300, and in particular, plasma is generated near the inner wall B of the chamber where the microwave introducer 100 protrudes from the chamber 300. Cheap. Therefore, there is a possibility that the chamber inner wall of this portion is sputtered to generate particles, metal contamination, and the like. Therefore, it is necessary to consider the relationship between the protrusion dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiation part thickness dimension H1 described later.
外導体１００ｂと内導体１００ａとの間の内部充填部１００ｃには固体の誘電体が充填されているので、外導体１００ｂと内導体１００ａとの間で放電が起きることが防止される。そして、外導体１００ｂの外側は誘電体からなる外部被覆部１００ｄで覆われているので、導体である外導体１００ｂがスパッタリングされたりプラズマによる反応生成物により浸食されたりすることが抑制される。
次に、内部充填部１００ｃをＴＥＭモードで伝搬したマイクロ波ＭＷは、放射部１００ｅに導入される。
Since the inner filling portion 100c between the outer conductor 100b and the inner conductor 100a is filled with a solid dielectric, it is possible to prevent a discharge from occurring between the outer conductor 100b and the inner conductor 100a. And since the outer side of the outer conductor 100b is covered with the outer covering portion 100d made of a dielectric, it is possible to suppress the outer conductor 100b which is a conductor from being sputtered or eroded by a reaction product caused by plasma.
Next, the microwave MW propagated in the TEM mode through the inner filling part 100c is introduced into the radiation part 100e.
ここで、本発明者は、検討の結果、前述した内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１との関係をＨ１：Ｈ２＝１０ミリメータ：１．５〜６ミリメータ（突出寸法Ｈ２を放射部厚さ寸法Ｈ１の１５％〜６０％）とすれば、放射部付近Ａに集中的にプラズマを発生させることができ、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生を防止できるとの知見を得た。そして、望ましくは内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１との関係をＨ１：Ｈ２＝１０ミリメータ：２〜４ミリメータ（突出寸法Ｈ２を放射部厚さ寸法Ｈ１の２０％〜４０％）とすれば、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生を完全に防止できるとの知見を得た。 Here, as a result of the study, the inventor determined that the relationship between the protrusion dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiating portion thickness dimension H1 is H1: H2 = 10 millimeters: 1.5 to 6 millimeters (the protrusion dimension H2 is If the radiation portion thickness dimension H1 is 15% to 60%), it is possible to generate plasma intensively in the vicinity of the radiation portion A, and to obtain knowledge that plasma generation in the vicinity of the inner wall portion B of the chamber can be prevented. It was. Desirably, the relationship between the protrusion dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiation part thickness dimension H1 is H1: H2 = 10 millimeters: 2 to 4 millimeters (the protrusion dimension H2 is 20% to 40% of the radiation part thickness dimension H1). ), It was found that plasma generation near the inner wall B of the chamber can be completely prevented.
図４（ａ）は、内導体の突出寸法Ｈ２と電界強度比との関係を示すグラフ図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）で用いる電界強度比を説明する模式図である。
ここで、図４（ａ）において、横軸は、突出寸法Ｈ２（ミリメータ）であり、縦軸が電界強度比（ｄＢ）である。電界強度比は、放射部付近Ａの電界強度をチャンバ内壁部付近Ｂの電界強度で除した値（Ａ／Ｂ）である。すなわち、図４（ｂ）に表すように、放射部付近Ａ及びチャンバ内壁部付近Ｂは、チャンバ３００の上面から略垂直下方に、距離Ｌ、例えば、２０ミリメータ程度離れたところを境に区別している。
FIG. 4A is a graph showing the relationship between the protrusion dimension H2 of the inner conductor and the electric field strength ratio, and FIG. 4B is a schematic diagram for explaining the electric field strength ratio used in FIG. is there.
Here, in FIG. 4A, the horizontal axis is the protrusion dimension H2 (millimeter), and the vertical axis is the electric field strength ratio (dB). The electric field strength ratio is a value (A / B) obtained by dividing the electric field strength near the radiation portion A by the electric field strength near the chamber inner wall portion B. That is, as shown in FIG. 4B, the vicinity of the radiating portion A and the vicinity of the inner wall portion B of the radiating portion are distinguished from each other at a distance L, for example, about 20 millimeters, substantially vertically downward from the upper surface of the chamber 300 Yes.
この時の測定条件は、放射部厚さ寸法Ｈ１を１０ミリメータ、放射部１００ｅの直径寸法を１０１ミリメータ、内導体１００ａの直径寸法を４ミリメータ、外導体１００ｂの外径１４ミリメータ×内径１０ミリメータ、外部被覆部１００ｄの厚さ寸法３ミリメータ、チャンバ３００の内壁から放射部１００ｅ上面までの寸法を５３ミリメータ、外部被覆部１００ｄ・内部充填部１００ｃ・放射部１００ｅの材質を石英、内導体１００ａ・外導体１００ｂの材質を銅、マイクロ波電源周波数を２．４６ギガヘルツ、プロセスガスを酸素、チャンバ内圧力は１５Ｐａとした。 The measurement conditions at this time are 10 mm for the radiating portion thickness H1, 101 mm for the radiating portion 100e, 4 mm for the inner conductor 100a, 14 mm for the outer diameter of the outer conductor 100b × 10 mm for the inner diameter, The outer covering portion 100d has a thickness of 3 millimeters, the dimension from the inner wall of the chamber 300 to the upper surface of the radiating portion 100e is 53 millimeters, the outer covering portion 100d, the inner filling portion 100c, and the radiating portion 100e are made of quartz. The material of the conductor 100b was copper, the microwave power supply frequency was 2.46 GHz, the process gas was oxygen, and the pressure in the chamber was 15 Pa.
この電界強度比が大きくなるということは、総放射エネルギーが一定なので放射部付近Ａに放射エネルギーが集中するようになること、逆の言い方をすればチャンバ内壁部付近Ｂにおける放射エネルギーが少なくなることを意味する。そして、この電界強度比を１４ｄＢ以上とすれば、チャンバ内壁部付近Ｂにおける電界強度が放射部付近Ａにおける電界強度の１／５以下となり、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生を防止できることが判明した。また、電界強度比を１８ｄＢ以上とすればチャンバ内壁部付近Ｂにおける電界強度が放射部付近Ａにおける電界強度の１／８以下となり、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生を完全に防止することができた。 The increase in the electric field intensity ratio means that the total radiant energy is constant, so that the radiant energy is concentrated in the vicinity of the radiating part A. In other words, the radiant energy in the vicinity of the inner wall part B of the chamber is reduced. Means. If the electric field strength ratio is 14 dB or more, the electric field strength in the vicinity B of the chamber inner wall becomes 1/5 or less of the electric field strength in the vicinity A of the radiating portion, and it is found that generation of plasma in the vicinity B of the inner wall of the chamber can be prevented. did. Further, if the electric field strength ratio is 18 dB or more, the electric field strength near the inner wall portion B of the chamber becomes 1/8 or less of the electric field strength near the radiating portion A, and plasma generation near the inner wall portion B can be completely prevented. did it.
同図からわかるように、突出寸法Ｈ２を１．５ミリメータ〜６ミリメータとすれば電界強度比をほぼ１４ｄＢ以上とすることができ、特に２ミリメータ〜４ミリメータとすれば電界強度比をほぼ１８ｄＢ以上とすることができる。そのため、突出寸法Ｈ２をこのような値とすれば、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生を防止することができる。そして、放射部厚さ寸法Ｈ１が変わっても、内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１との寸法比率（Ｈ１：Ｈ２）を変えなければ、同様の効果があることも確認された。 As can be seen from the figure, the electric field strength ratio can be increased to about 14 dB or more when the protrusion dimension H2 is set to 1.5 to 6 millimeters, and the electric field strength ratio is set to about 18 dB or more particularly when the protruding size H2 is set to 2 to 4 millimeters. It can be. Therefore, if the projection dimension H2 is set to such a value, generation of plasma in the vicinity of the chamber inner wall B can be prevented. And even if the radiation part thickness dimension H1 is changed, it is confirmed that the same effect can be obtained if the dimension ratio (H1: H2) between the protrusion dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiation part thickness dimension H1 is not changed. It was.
また、マイクロ波電源周波数を変化させても電界強度比はほとんど影響を受けず、内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１との寸法比率以外の各部寸法、各部材質を変えても電界強度比は大きな影響を受けないことも確認できた。ただし、チャンバ３００の内壁から放射部１００ｅ上面までの寸法をあまり小さくすると、放射部１００ｅ付近に発生したプラズマがチャンバ内壁部付近Ｂに近づくことになるので、この寸法はスキンデプス寸法の１０倍程度以上であることが望ましい。ここで、スキンデプス寸法とは、電磁波の浸透する深さを意味する。
この結果、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるスパッタリングがなくなり、パーティクルや金属汚染などの発生を防止することができた。
Further, even if the microwave power supply frequency is changed, the electric field strength ratio is hardly affected, and even if each part dimension and each member quality other than the dimension ratio between the projecting dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiation part thickness dimension H1 are changed. It was also confirmed that the electric field strength ratio was not greatly affected. However, if the dimension from the inner wall of the chamber 300 to the upper surface of the radiating part 100e is made too small, the plasma generated in the vicinity of the radiating part 100e approaches the vicinity B of the inner wall part of the chamber, so this dimension is about 10 times the skin depth dimension. The above is desirable. Here, the skin depth dimension means the penetration depth of electromagnetic waves.
As a result, the sputtering in the vicinity of the chamber inner wall B disappeared, and the generation of particles and metal contamination could be prevented.
図５は、本実施形態に係るマイクロ波導入器から得られる実験例を表す模式図である。 FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an experimental example obtained from the microwave introducer according to the present embodiment.
本実験例では、マイクロ導入器にマイクロ波を伝搬させたときの電界強度比分布をシミュレーションにより構造解析を行った。
ここで、導波体１０１の上端は、チャンバ３００の上面に対して略垂直方向に接続されている。導波体１０１の下端は、チャンバ内壁と略平行に設けられた放射部１００ｅの中央に接続されている。内導体１００ａの下端は、放射部１００ａを貫通せずに放射部１００eの内部に突出した構造を有する。構造解析は、例えば、株式会社エー・イー・ティ・ジャパン社製の「ＭＷ−Ｓｔｕｄｉｏ」を用いて行うことができる。電界強度比分布は、モノトーン色の濃淡で表し、電界強度比が高い程濃く、低いほど淡くなるように表示した。
放射部１００ｅは、直径をφ１０１ミリメータとし、厚さを１０ミリメータとする。内導体１００ａの突出寸法Ｈ２は、約２ミリメータとする。
図５から、電界強度は、放射部１００ｅの端部が特に高く、導波体１０１の下端、導波体１０１の上端、の順に小さくなることが分かる。このように電界強度の高い放射部１００ｅをチャンバ３００の上面から離して設けることで、チャンバ３００の内壁などがスパッタリングされるのを抑制することができる。
In this experimental example, the structural analysis was performed by simulation of the electric field strength ratio distribution when the microwave was propagated to the micro introducer.
Here, the upper end of the waveguide 101 is connected in a substantially vertical direction with respect to the upper surface of the chamber 300. The lower end of the waveguide 101 is connected to the center of the radiating portion 100e provided substantially parallel to the inner wall of the chamber. The lower end of the inner conductor 100a has a structure that protrudes into the radiating portion 100e without penetrating the radiating portion 100a. The structural analysis can be performed using, for example, “MW-Studio” manufactured by AE Japan Co., Ltd. The electric field strength ratio distribution is represented by the density of monotone color, and is displayed so that the higher the electric field strength ratio is, the lower the strength is.
The radiating portion 100e has a diameter of φ101 mm and a thickness of 10 mm. The protruding dimension H2 of the inner conductor 100a is about 2 millimeters.
From FIG. 5, it can be seen that the electric field strength is particularly high at the end of the radiating portion 100 e and decreases in the order of the lower end of the waveguide 101 and the upper end of the waveguide 101. By providing the radiating portion 100e having a high electric field strength away from the upper surface of the chamber 300 as described above, it is possible to suppress sputtering of the inner wall of the chamber 300 and the like.
図６は、プラズマ電子密度と電界強度比との関係を示すグラフ図である。
ここで、横軸がプラズマ電子密度（ｃｍ−３）であり、縦軸が電界強度比（ｄＢ）である。プラズマ電子密度はチャンバ３００内のプラズマ密度の平均値である。電界強度比は、図４と同様に、放射部付近Ａにおける電界強度をチャンバ内壁部付近Ｂにおける電界強度で除した値（Ａ／Ｂ）である。この時の測定条件は、図４の場合と同一である。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the plasma electron density and the electric field strength ratio.
Here, the horizontal axis is the plasma electron density (cm −3 ), and the vertical axis is the electric field strength ratio (dB). The plasma electron density is an average value of the plasma density in the chamber 300. Similarly to FIG. 4, the electric field strength ratio is a value (A / B) obtained by dividing the electric field strength in the vicinity of the radiating portion A by the electric field strength in the vicinity of the inner wall portion B of the chamber. The measurement conditions at this time are the same as in FIG.
プラズマ電子密度は処理条件の変化などで変動する場合があるが、同図より、プラズマ電子密度が例えば、１０×１０１１ｃｍ−３と高くなっても電界強度比は１８ｄＢ以上とすることができ、チャンバ内壁部付近Ｂにおけるプラズマの発生、すなわち、パーティクルや金属汚染などの発生を防止できる。 Although the plasma electron density may fluctuate due to changes in processing conditions, etc., the electric field intensity ratio can be 18 dB or more even if the plasma electron density is increased to, for example, 10 × 10 11 cm −3. Generation of plasma in the vicinity of the inner wall B of the chamber, that is, generation of particles or metal contamination can be prevented.
このようにして、放射部１００ｅに導入されたマイクロ波ＭＷは表面波として放射部１００ｅの表面を伝搬し、チャンバ３００内の空間８００に放射される。このようにして空間８００に放射されたマイクロ波ＭＷのエネルギーにより、プロセスガスのプラズマが形成される。こうして発生したプラズマ電子密度が、放射部１００ｅを透過して供給されるマイクロ波ＭＷを遮蔽できる密度（カットオフ密度）以上になると、マイクロ波ＭＷは放射部１００ｅの下面からチャンバ内の空間８００に向けて一定距離（スキンデプス）だけ入る間に反射され、マイクロ波ＭＷの定在波が形成される。 In this way, the microwave MW introduced into the radiating unit 100 e propagates as a surface wave on the surface of the radiating unit 100 e and is radiated to the space 800 in the chamber 300. The plasma of the process gas is formed by the energy of the microwave MW radiated into the space 800 in this way. When the plasma electron density thus generated becomes equal to or higher than a density (cutoff density) that can shield the microwave MW that is transmitted through the radiating portion 100e, the microwave MW enters the space 800 in the chamber from the lower surface of the radiating portion 100e. Reflected while entering a certain distance (skin depth), and a standing wave of the microwave MW is formed.
すると、マイクロ波ＭＷの反射面がプラズマ励起面となって、このプラズマ励起面で安定したプラズマが励起されるようになる。このプラズマ励起面で励起された安定的なプラズマ中においては、イオンや電子がプロセスガスの分子と衝突することにより、励起された原子や分子、遊離原子やラジカルなどの励起活性種（プラズマ生成物）が発生される。これらプラズマ生成物は、空間８００内を拡散して被処理物Ｗの表面に飛来し、エッチング、アッシング、薄膜堆積、表面改質、プラズマドーピングなどのプラズマ処理を行う。 Then, the reflection surface of the microwave MW becomes a plasma excitation surface, and stable plasma is excited on this plasma excitation surface. In a stable plasma excited on this plasma excitation surface, ions and electrons collide with molecules in the process gas, resulting in excited active species such as excited atoms, molecules, free atoms and radicals (plasma products). ) Is generated. These plasma products diffuse in the space 800 and fly to the surface of the workpiece W, and perform plasma processing such as etching, ashing, thin film deposition, surface modification, and plasma doping.
以上説明したように、供給されたマイクロ波ＭＷは、放射部１００ｅの表面を表面波として伝搬し、プラズマの発生・維持に必要なエネルギーを与える。この時、発生する前述の定在波を共振させることができれば、それだけ大きなエネルギーを供給することができるので有利となる。ここで、通常は、共振させるためには放射部１００ｅの直径寸法をマイクロ波ＭＷの波長の整数倍とすることが望ましいとされる。例えば、マイクロ波電源周波数を２．４６ギガヘルツとすれば、その波長は１２１．９５ミリメータであるため、通常はこの値に近いことが望ましいとされる。 As described above, the supplied microwave MW propagates as a surface wave on the surface of the radiating unit 100e, and gives energy necessary for generating and maintaining plasma. At this time, if the above-mentioned standing wave generated can be resonated, it is advantageous because a larger amount of energy can be supplied. Here, normally, in order to resonate, it is desirable that the diameter of the radiating portion 100e be an integer multiple of the wavelength of the microwave MW. For example, if the microwave power supply frequency is 2.46 gigahertz, the wavelength is 121.95 millimeters, so that it is usually desirable to be close to this value.
しかし、内導体１００ａの突出寸法Ｈ２と放射部厚さ寸法Ｈ１との関係を前述のものとする条件下では、放射部１００ｅの直径寸法を１２１．９５ミリメータとした場合、かえって共振周波数がずれるなどの問題が生じることが判明した。
本発明者は、検討の結果、放射部１００ｅの直径寸法を１００ミリメータ〜１０２ミリメータとすれば、放射部１００ｅ付近に発生する定在波を工業用マイクロ波電源周波数（２．４６ギガヘルツプラスマイナス３０メガヘルツ）で共振させることができるとの知見を得た。
However, under the condition that the relationship between the protrusion dimension H2 of the inner conductor 100a and the radiation part thickness dimension H1 is as described above, if the diameter dimension of the radiation part 100e is 121.95 millimeters, the resonance frequency is shifted. It has been found that this problem occurs.
As a result of the study, the present inventor has determined that the standing wave generated in the vicinity of the radiating portion 100e is an industrial microwave power source frequency (2.46 GHz plus or minus 30 if the diameter of the radiating portion 100e is set to 100 millimeters to 102 millimeters. The knowledge that it can resonate in megahertz was obtained.
すなわち、図７は、放射部１００ｅの直径寸法と共振周波数との関係を示すグラフ図である。ここで、横軸は共振周波数（ギガヘルツ）であり、縦軸は、結合度（カップリング）である。放射部１００ｅの直径寸法は、（ａ）φ１１１．２ミリメータ、（ｂ）φ１０５ミリメータ、（ｃ）φ１０１ミリメータ、（ｄ）φ９０ミリメータ、（ｅ）φ８０ミリメータ、（ｆ）７０ミリメータである。 That is, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the diameter dimension of the radiating portion 100e and the resonance frequency. Here, the horizontal axis is the resonance frequency (gigahertz), and the vertical axis is the degree of coupling (coupling). The diameter of the radiation part 100e is (a) φ111.2 mm, (b) φ105 mm, (c) φ101 mm, (d) φ90 mm, (e) φ80 mm, and (f) 70 mm.
この時の測定条件は、放射部厚さ寸法Ｈ１を１０ミリメータ、内導体１００ａの突出寸法Ｈ２を２ミリメータ、内導体１００ａの直径寸法を４ミリメータ、外導体１００ｂの外径１４ミリメータ×内径１０ミリメータ、外部被覆部１００ｄの厚さ寸法３ミリメータ、チャンバ３００の内壁から放射部１００ｅ上面までの寸法を５３ミリメータ、外部被覆部１００ｄ・内部充填部１００ｃ・放射部１００ｅの材質を石英、内導体１００ａ・外導体１００ｂの材質を銅、プロセスガスを酸素、チャンバ内圧力は１５Ｐａとすることができる。 The measurement conditions at this time are 10 mm for the radiating portion thickness H1, 2 mm for the projecting dimension H2 of the inner conductor 100a, 4 mm for the inner conductor 100a, and 14 mm for the outer diameter of the outer conductor 100b × 10 mm for the inner diameter. The thickness of the outer covering portion 100d is 3 millimeters, the dimension from the inner wall of the chamber 300 to the upper surface of the radiating portion 100e is 53 millimeters, the outer covering portion 100d, the inner filling portion 100c, and the radiating portion 100e are made of quartz. The material of the outer conductor 100b can be copper, the process gas can be oxygen, and the pressure in the chamber can be 15 Pa.
同図縦軸のカップリングとはマイクロ波ＭＷとプラズマとのカップリングを言うが、ここで重要なことはピークが現れるか否かと、そのピークがどこに現れるかである。すなわち、ピークが現れると言うことはその周波数で共振が起こっていることを示し、また、そのピークは導入する工業用マイクロ波電源周波数（２．４６ギガヘルツプラスマイナス３０メガヘルツ）に近いことが望ましいからである。 The coupling on the vertical axis in the figure means the coupling between the microwave MW and the plasma. What is important here is whether or not a peak appears and where the peak appears. That is, the appearance of a peak indicates that resonance occurs at that frequency, and it is desirable that the peak be close to the industrial microwave power supply frequency to be introduced (2.46 gigahertz plus or minus 30 megahertz). It is.
同図からわかるように、放射部１００ｅの直径寸法を（ｃ）φ１０１ミリメータとすれば、周波数２．４６ギガヘルツ付近で共振していることがわかる。そして、直径をφ４ミリメータ大きくしただけでも（（ｂ）φ１０５ミリメータ）、共振周波数が２．４ギガヘルツと６０メガヘルツもずれてしまい工業用マイクロ波電源周波数（２．４６ギガヘルツプラスマイナス３０メガヘルツ）のマイクロ波を導入したのでは共振しないことがわかる。 As can be seen from the figure, if the diameter of the radiating portion 100e is (c) φ101 millimeters, it can be seen that resonance occurs near a frequency of 2.46 GHz. And even if the diameter is increased by φ4 mm ((b) φ105 mm), the resonance frequency is shifted by 2.4 GHz and 60 MHz, and the microwave power frequency for industrial use (2.46 GHz plus or minus 30 MHz) is reduced. It turns out that it does not resonate if a wave is introduced.
図８も、放射部１００ｅの直径寸法と共振周波数との関係を示すグラフ図であるが、同図の場合は直径寸法１０１ミリメータ付近での詳細を表したグラフ図である。ここで、放射部１００ｅの直径寸法は、（ａ）φ１０５ミリメータ、（ｂ）φ１０４ミリメータ、（ｃ）φ１０３ミリメータ、（ｄ）φ１０２ミリメータ、（ｅ）φ１０１ミリメータ、ｆ）φ１００ミリメータ、（ｇ）φ９５ミリメータである。 FIG. 8 is also a graph showing the relationship between the diameter dimension of the radiating portion 100e and the resonance frequency. In the case of this figure, the graph shows details in the vicinity of the diameter dimension of 101 millimeters. Here, the diameter of the radiating portion 100e is as follows: (a) φ105 mm, (b) φ104 mm, (c) φ103 mm, (d) φ102 mm, (e) φ101 mm, f) φ100 mm, (g) φ95 It is a millimeter.
同図からわかるように、工業用マイクロ波電源周波数（２．４６ギガヘルツプラスマイナス３０メガヘルツ）に最も近い所で共振するのは直径が（ｅ）φ１０１ミリメータのときである。また、直径を（ｆ）φ１００ミリメータとすれば共振周波数は２．４８ギガヘルツ程度となり、直径を（ｄ）φ１０２ミリメータとすれば共振周波数は２．４４ギガヘルツ程度となる。そのため、直径をこれより大きくしたり小さくしたりすれば、工業用マイクロ波電源周波数（２．４６ギガヘルツプラスマイナス３０メガヘルツ）では共振が起こらないことがわかる。 As can be seen from the figure, resonance occurs at a location closest to the industrial microwave power supply frequency (2.46 GHz plus or minus 30 MHz) when the diameter is (e) φ101 mm. If the diameter is (f) φ100 mm, the resonance frequency is about 2.48 GHz, and if the diameter is (d) φ102 mm, the resonance frequency is about 2.44 GHz. Therefore, it can be seen that if the diameter is made larger or smaller than this, resonance does not occur at the industrial microwave power source frequency (2.46 GHz plus or minus 30 MHz).
前述のようにして一度決定した放射部１００ｅの直径や厚さ寸法Ｈ１も、マイクロ波電源周波数の変更や変動、プラズマ処理条件の変更や変動などのため変更せざるを得ない場合も生じる。本発明においては、このような場合に対処すべく、放射部１００ｅを着脱自在な構造とすることも可能である。 The diameter and thickness dimension H1 of the radiation part 100e once determined as described above may be inevitably changed due to changes or fluctuations in the microwave power supply frequency, changes or fluctuations in plasma processing conditions, and the like. In the present invention, in order to cope with such a case, the radiating portion 100e can be configured to be detachable.
図９（ａ）は、放射部を着脱自在な構造とした場合の具体例を表す模式図であり、図９（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線の模式断面図である
本具体例においては、外部被覆部１００ｄ側に雄ねじ部１００ｇを、放射部１００ｅ側に雌ねじ部１００ｆを設けている。
本発明においては、このような構成により放射部１００ｅを着脱自在としているため、マイクロ波電源周波数の変更や変動、プラズマ処理条件の変更や変動などに合わせて最適な寸法を持つ放射部１００ｅに簡単に交換することができる。なお、前述の構造は例示にすぎず、放射部１００ｅを着脱自在とするものはすべて本発明に包含される。例えば、外部被覆部１００ｄ側に雌ねじ部１００ｆを、放射部１００ｅ側に雄ねじ部１００ｇを設けてもよいし、結合には摩擦力を使ったものでもよい。分離位置も図７に例示したものに限定されず適宜変更が可能である。
このような構成にしておけばメンテナンスなどの際の部品交換においても、最小限の部分の交換ですむため経済的でもある。
FIG. 9A is a schematic diagram showing a specific example when the radiating portion has a detachable structure, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view taken along line YY in FIG. 9A. In the example, a male screw part 100g is provided on the outer covering part 100d side, and a female screw part 100f is provided on the radiation part 100e side.
In the present invention, since the radiating unit 100e is detachable with such a configuration, the radiating unit 100e having the optimum dimensions can be easily adapted to the change or fluctuation of the microwave power supply frequency, the change or fluctuation of the plasma processing conditions, and the like. Can be replaced. In addition, the above-mentioned structure is only an example, and everything that makes the radiation part 100e detachable is included in the present invention. For example, a female screw part 100f may be provided on the outer covering part 100d side, and a male screw part 100g may be provided on the radiation part 100e side, or a frictional force may be used for coupling. The separation position is not limited to that illustrated in FIG. 7 and can be changed as appropriate.
With such a configuration, it is economical because only a minimal part can be replaced when replacing parts during maintenance.
次に、本実施形態のマイクロ波導入器１００を用いたプラズマ発生装置の他の具体例について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置の要部基本構成を例示する斜視一部断面図である。
本具体例のプラズマ処理装置７０１は、減圧状態でプラズマ処理を実施可能としたものであり、チャンバ３００と、これに取り付けられた複数のマイクロ波導入器１００と、を有する。マイクロ波導入器１００は、図１乃至図９に関して前述した本発明の実施の形態にかかるものである。これらマイクロ波導入器１００は、例えば、図１０に例示したように、チャンバ３００の中心軸からみて同一円周上に等間隔に配置することができる。これらマイクロ波導入器１００のそれぞれには、導波管２０１を介してマイクロ波ＭＷが導入される。
Next, another specific example of the plasma generator using the microwave introducer 100 of this embodiment will be described.
FIG. 10 is a partial perspective view illustrating the basic configuration of the main part of the plasma processing apparatus according to the embodiment of the invention.
The plasma processing apparatus 701 of this specific example is capable of performing plasma processing in a reduced pressure state, and includes a chamber 300 and a plurality of microwave introducers 100 attached thereto. The microwave introducer 100 is according to the embodiment of the present invention described above with reference to FIGS. For example, as illustrated in FIG. 10, these microwave introducers 100 can be arranged at equal intervals on the same circumference as seen from the central axis of the chamber 300. A microwave MW is introduced into each of the microwave introducers 100 via the waveguide 201.
本具体例の導波管２０１は、環状（ループ状）共振器となっている。
すなわち、図１０において導入導波管２２０に矢印の方向から導入されたマイクロ波ＭＷは、導入導波管２２０と導波管２０１（ループ状共振器）との間に設けられた結合部２１０（スロット）を介して導波管２０１（ループ状共振器）に導入される。導波管２０１（ループ状共振器）は、マイクロ波ＭＷがループ状に伝搬しながら共振するように設計されている。そして、導波管２０１（ループ状共振器）内で共振したマイクロ波ＭＷは、マイクロ波導入器１００の内導体１００ａから内部充填部１００ｃに導入される。
このような導波管２０１（ループ状共振器）を設ければ、導入導波管２２０から導入されたマイクロ波ＭＷを共振させることができるので、それだけ強力なマイクロ波ＭＷをマイクロ波導入器１００に送ることができる。
The waveguide 201 of this specific example is an annular (loop-shaped) resonator.
That is, the microwave MW introduced from the direction of the arrow into the introduction waveguide 220 in FIG. 10 is coupled to the coupling portion 210 (provided between the introduction waveguide 220 and the waveguide 201 (loop resonator)). It is introduced into the waveguide 201 (loop resonator) via the slot). The waveguide 201 (loop resonator) is designed such that the microwave MW resonates while propagating in a loop. Then, the microwave MW resonated in the waveguide 201 (loop resonator) is introduced from the inner conductor 100a of the microwave introducer 100 to the inner filling portion 100c.
If such a waveguide 201 (loop resonator) is provided, the microwave MW introduced from the introduction waveguide 220 can be resonated. Can be sent to.
一方、チャンバ３００は、図示しない排気手段によりその内部を減圧状態に維持可能とされている。ステージ４００の上に被処理物Ｗを載置し、図示しないガス導入系を介して、所定のプロセスガスを導入した状態で、マイクロ波ＭＷをチャンバ３００内に導入することによりプラズマを発生させる。このプラズマにより、プロセスガスが適宜分解あるいは活性化されてラジカルなどの活性種や分解種が生成され、これらが被処理物Ｗの表面に作用することでエッチング、アッシング、堆積、表面改質、ドーピングなどの各種プラズマ処理が行われる。 On the other hand, the interior of the chamber 300 can be maintained in a reduced pressure state by an exhaust means (not shown). The workpiece W is placed on the stage 400, and plasma is generated by introducing the microwave MW into the chamber 300 with a predetermined process gas introduced through a gas introduction system (not shown). By this plasma, the process gas is appropriately decomposed or activated to generate radicals and other active species and decomposed species, and these act on the surface of the workpiece W, thereby etching, ashing, deposition, surface modification, and doping. Various plasma treatments such as are performed.
本発明によれば、このようなプラズマ処理装置７０１において、図１乃至図９に関して前述したマイクロ波導入器１００を設けることにより、チャンバ内壁面から離れた位置にプラズマを発生させることができるため、パーティクルや金属汚染の発生が極めて少ない環境を得ることができる。 According to the present invention, in such a plasma processing apparatus 701, by providing the microwave introducer 100 described above with reference to FIGS. 1 to 9, plasma can be generated at a position away from the inner wall surface of the chamber. An environment in which the generation of particles and metal contamination is extremely small can be obtained.
図１１は、本実施形態のプラズマ処理装置の第２の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。
本具体例のプラズマ処理装置７１０も、基本的な構成は前述した図１０のプラズマ処理装置７０１と同様であるが、ステージ４００に高周波電源４１０が接続されている点が異なる。高周波電源４１０によりステージ４００に高周波バイアスをかけることができるので、活性種や分解種を被処理物Ｗの表面に引き込むことができる。そのため、活性種や分解種のチャンバ内壁面側への移動がますます少なくなり、パーティクルや金属汚染の発生をさらに抑えることができる。本具体例において、チャンバ３００の天井部に、２つのマイクロ波導入器１００が設けられた構造を有する。これにより、パーティクルや金属汚染の発生を抑制したまま、より短時間でプラズマ処理を行うことが可能となる。ただし、本発明はこれには限定されず、マイクロ波導入器が１つであっても、２つ以上であっても、本具体例と同様の効果が得られる。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating the basic configuration of the main part of the second specific example of the plasma processing apparatus of this embodiment.
The plasma processing apparatus 710 of this specific example is similar in basic configuration to the plasma processing apparatus 701 in FIG. 10 described above, except that a high frequency power supply 410 is connected to the stage 400. Since the high frequency power source 410 can apply a high frequency bias to the stage 400, active species and decomposed species can be drawn into the surface of the workpiece W. Therefore, the movement of active species and decomposed species toward the inner wall surface of the chamber is further reduced, and generation of particles and metal contamination can be further suppressed. In this specific example, two microwave introducers 100 are provided on the ceiling of the chamber 300. This makes it possible to perform plasma processing in a shorter time while suppressing the generation of particles and metal contamination. However, the present invention is not limited to this, and the same effect as in this specific example can be obtained regardless of whether there is one microwave introducer or two or more microwave introducers.
図１２は、本実施形態のプラズマ処理装置の第３の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。
本具体例のプラズマ処理装置７２０も、基本的な構成は前述した図１０のプラズマ処理装置７０１と同様であるが、チャンバ壁面内に冷却媒体を循環させる冷却手段３３０を設けた点が異なる。すなわち、本具体例のプラズマ処理装置７２０では、冷却手段３３０によりチャンバ内壁面の温度を下げることができる。そのため、チャンバ内壁面と活性種や分解種との反応が弱くなり、パーティクルや金属汚染の発生をさらに抑えることができる。ここで、本発明の効果により冷却手段３３０の冷却能力は、冷却手段３３０のみによりパーティクルや金属汚染の発生を抑える場合に比べて大幅に低いものでも足りる。そのため、冷却手段３３０を設ける場合でも、冷却手段３３０自体が簡略化、小型化できプラズマ処理装置の機構の複雑化や装置寸法の肥大化を抑えることができる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view illustrating the basic configuration of the main part of the third specific example of the plasma processing apparatus of this embodiment.
The plasma processing apparatus 720 of this specific example is similar in basic configuration to the plasma processing apparatus 701 of FIG. 10 described above, except that a cooling means 330 for circulating a cooling medium is provided in the chamber wall surface. That is, in the plasma processing apparatus 720 of this specific example, the temperature of the inner wall surface of the chamber can be lowered by the cooling means 330. Therefore, the reaction between the inner wall surface of the chamber and the active species or decomposed species becomes weak, and the generation of particles and metal contamination can be further suppressed. Here, due to the effect of the present invention, the cooling capacity of the cooling means 330 may be much lower than that in the case where the generation of particles and metal contamination is suppressed only by the cooling means 330. Therefore, even when the cooling means 330 is provided, the cooling means 330 itself can be simplified and miniaturized, and the complexity of the mechanism of the plasma processing apparatus and the enlargement of the apparatus dimensions can be suppressed.
図１２では、冷却手段３３０をチャンバ天井部に設けた具体例を表したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、チャンバ側壁部や底部にも冷却手段３３０を設けたり、これらのいずれか同士を適宜組み合わせてもよい。また、冷却手段３３０を、チャンバ外壁面や内壁面に接触させるように設けてもよいし、冷却手段３３０として冷却媒体を循環させるものを設ける代わりに、例えば、冷風をチャンバの外壁面に吹きかけたり、ペルチェ素子などで冷却するようにしたものであってもよい。 Although FIG. 12 shows a specific example in which the cooling means 330 is provided on the chamber ceiling, the present invention is not limited to this. For example, the cooling means 330 may be provided on the side wall portion or the bottom portion of the chamber, or any one of them may be appropriately combined. Further, the cooling means 330 may be provided so as to contact the outer wall surface or the inner wall surface of the chamber. Instead of providing the cooling means 330 for circulating the cooling medium, for example, cold air is blown on the outer wall surface of the chamber. Alternatively, it may be cooled by a Peltier element or the like.
図１３は、本実施形態のプラズマ処理装置の第４の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。
本具体例のプラズマ処理装置７３０の基本構造は、図１に関して前述したプラズマ処理装置７００と同様であるが、ステージ４００とチャンバ３００の底部の間に加熱用ヒータ４２０が設けられた構造を有する。このように加熱ヒータを設けることで、プラズマ処理を促進させ、アッシング処理などをより高速で行うことが可能となる。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the basic configuration of the main part of the fourth specific example of the plasma processing apparatus of this embodiment.
The basic structure of the plasma processing apparatus 730 of this specific example is the same as that of the plasma processing apparatus 700 described above with reference to FIG. 1, but has a structure in which a heater 420 is provided between the stage 400 and the bottom of the chamber 300. By providing the heater in this manner, plasma processing can be promoted and ashing processing or the like can be performed at a higher speed.
図１４は、本実施形態のプラズマ処理装置の第５の具体例の要部基本構成を例示する模式断面図である。
本具体例のプラズマ処理装置７４０は、基本的な構成は前述した図１のプラズマ処理装置７００と同様である。しかし、ステージ４００の主面上に静電チャック４３０が設けられた構造を有する。また、図１３と同様に、ステージ４００とチャンバ３００の底部の間には加熱用ヒータ４２０が設けられている。このように、ステージ４００上に静電チャック４３０を設けることで、例えば、被処理物Ｗを吸着し固定した状態にでき、加熱用ヒータ４２０からの熱に対する熱接触もより向上させてプラズマ処理することが可能となる。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view illustrating the basic configuration of the main part of the fifth specific example of the plasma processing apparatus of this embodiment.
The basic configuration of the plasma processing apparatus 740 of this specific example is the same as that of the plasma processing apparatus 700 of FIG. 1 described above. However, the electrostatic chuck 430 is provided on the main surface of the stage 400. Similarly to FIG. 13, a heater 420 is provided between the stage 400 and the bottom of the chamber 300. Thus, by providing the electrostatic chuck 430 on the stage 400, for example, the workpiece W can be attracted and fixed, and the thermal contact with the heat from the heater 420 is further improved to perform plasma processing. It becomes possible.
また、図１０乃至図１４に示した具体例の各要素を適宜組み合わせることでプラズマ処理装置を構成することもできる。例えば、前述の導波管２０１（ループ状共振器）、高周波電源４１０、冷却手段３３０などを適宜組み合わせてもよい。
以上具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
Further, the plasma processing apparatus can be configured by appropriately combining the elements of the specific examples shown in FIGS. For example, the above-described waveguide 201 (loop resonator), high frequency power supply 410, cooling means 330, and the like may be appropriately combined.
The embodiments of the present invention have been described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples.
例えば、本発明は、減圧空間でプラズマを発生しプラズマ処理する減圧プラズマ発生装置及び減圧プラズマ処理装置には限定されず、大気圧空間でプラズマを発生しプラズマ処理をする大気圧プラズマ発生装置及び大気圧プラズマ処理装置に用いても、同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。 For example, the present invention is not limited to a reduced pressure plasma generator and a reduced pressure plasma processing apparatus that generate plasma in a reduced pressure space and perform plasma processing, and an atmospheric pressure plasma generator that generates plasma in an atmospheric pressure space and performs plasma processing. Even when used in an atmospheric pressure plasma processing apparatus, similar effects can be obtained, and these are also included in the scope of the present invention.
また、本発明において用いる導波管、チャンバやこれらに付設される要素は、図示した形状、サイズのものには限定されず、その断面形状、壁面厚、開口の形状やサイズ、材質などは本発明の範囲内において適宜変更して同様の作用効果が得られ、これらも本発明の範囲に包含される。
導波管、導入導波管も完全な方形である必要はない。
In addition, the waveguide, chamber and elements attached to these used in the present invention are not limited to the shapes and sizes shown in the figure, and the cross-sectional shape, wall thickness, opening shape and size, material, etc. The same action and effect can be obtained by appropriately changing within the scope of the invention, and these are also included in the scope of the present invention.
The waveguide and the introduction waveguide need not be perfectly square.
また、チャンバの形状やサイズ、あるいはその内部の配置関係についても、図示したものには限定されず、プラズマ処理の内容や条件などを考慮して適宜決定することができる。例えば、プラズマ発生部はプラズマ処理室の上面でなく、側面や下面に付設してもよく、または、これらを組み合わせてもよい。つまり、ひとつのチャンバに複数のプラズマ発生部を付設してもよい。このようにすれば、被処理物の形状やサイズに合わせて均一あるいは所定の密度分布を有する大面積のプラズマを形成することが可能となる。 Further, the shape and size of the chamber, or the positional relationship inside the chamber are not limited to those shown in the drawings, and can be appropriately determined in consideration of the contents and conditions of the plasma processing. For example, the plasma generating unit may be attached to the side surface or the lower surface instead of the upper surface of the plasma processing chamber, or a combination thereof may be used. That is, a plurality of plasma generation units may be provided in one chamber. This makes it possible to form a large-area plasma having a uniform or predetermined density distribution according to the shape and size of the object to be processed.
さらにまた、上述した具体例においては、プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置の要部構成のみ説明したが、本発明は、このようなプラズマ発生装置を有する全てのプラズマ処理装置を包含し、例えば、エッチング装置、アッシング装置、薄膜堆積装置、表面処理装置、プラズマドーピング装置などとして実現したプラズマ処理装置のいずれもが本発明の範囲に包含される。 Furthermore, in the above-described specific examples, only the main components of the plasma generator and the plasma processing apparatus have been described. However, the present invention includes all plasma processing apparatuses having such a plasma generator, for example, etching. Any plasma processing apparatus realized as an apparatus, an ashing apparatus, a thin film deposition apparatus, a surface treatment apparatus, a plasma doping apparatus, and the like is included in the scope of the present invention.
１００ マイクロ波導入器、１００ａ 内導体、１００ｂ 外導体、１００ｃ 内部充填部、１００ｄ 外部被覆部、１００ｅ 放射部、１００ｆ 雌ねじ部、１００ｇ 雄ねじ部、１０１ 導波体、２００ 導波管、３００ チャンバ、３３０ 冷却手段、４００ ステージ、４０５ 排気口、４１０ 高周波電源、４２０ 加熱ヒータ、４３０ 静電チャック、７００、７１０、７２０、７３０ プラズマ処理装置、８００ チャンバ空間、Ｈ１ 放射部厚さ寸法、Ｈ２ 内導体の突出寸法、ＭＷ マイクロ波、Ｗ 被処理物 100 microwave introduction device, 100a inner conductor, 100b outer conductor, 100c inner filling portion, 100d outer covering portion, 100e radiating portion, 100f female screw portion, 100g male screw portion, 101 waveguide, 200 waveguide, 300 chamber, 330 Cooling means, 400 stage, 405 exhaust port, 410 high frequency power supply, 420 heater, 430 electrostatic chuck, 700, 710, 720, 730 plasma processing apparatus, 800 chamber space, H1 radiation part thickness dimension, H2 protrusion of inner conductor Dimensions, MW Microwave, W Workpiece
Claims (14)
前記マイクロ波導入器は、前記チャンバの壁面から前記プラズマを発生させる空間に向けて突出した導波体と、前記導波体の先端に設けられ前記プラズマを発生させる空間にマイクロ波を放射させる単一材料からなる放射部と、
を備え、
前記導波体は、内導体と、前記内導体の外側に設けられた外導体と、前記内導体と前記外導体との間に設けられマイクロ波を伝搬する内部充填部と、を有し、
前記内導体は、前記放射部を貫通せず前記放射部の内部に突出していること、を特徴とするマイクロ波導入器。 A microwave introducer attached to a chamber having a space for generating plasma,
The microwave introducer includes a waveguide projecting from the wall surface of the chamber toward the space for generating the plasma, and a single unit for radiating microwaves to the space for generating the plasma provided at the tip of the waveguide. A radiation part made of one material;
With
The waveguide has an inner conductor, an outer conductor provided outside the inner conductor, and an inner filling portion that is provided between the inner conductor and the outer conductor and propagates microwaves,
The microwave introducer, wherein the inner conductor protrudes into the radiating portion without penetrating the radiating portion.
前記放射部は、円板状でその直径寸法が１００ミリメータ以上１０２ミリメータ以下であること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器。 The frequency of the microwave is 2.46 gigahertz plus or minus 30 megahertz,
The microwave introduction device according to any one of claims 1 to 4, wherein the radiating portion has a disk shape and a diameter of 100 mm or more and 102 mm or less.
前記チャンバに取り付けられた請求項１〜６のいずれか１つに記載のマイクロ波導入器と、
を備え、
前記マイクロ波導入器を介して導入されるマイクロ波により前記プラズマを発生させる空間においてプラズマを発生可能としたこと、を特徴とするプラズマ発生装置。 A chamber;
The microwave introducer according to any one of claims 1 to 6, attached to the chamber;
With
A plasma generator capable of generating plasma in a space where the plasma is generated by a microwave introduced through the microwave introducer.
前記発生させた前記プラズマによって被処理物のプラズマ処理を実施可能としたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma generator according to any one of claims 7 to 10, comprising:
A plasma processing apparatus characterized in that plasma processing of an object to be processed can be performed by the generated plasma.
前記ステージに接続される高周波電源と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。 A stage on which the object to be processed is placed so as to face the generated plasma;
A high frequency power source connected to the stage;
The plasma processing apparatus according to claim 11, further comprising:
The plasma processing apparatus according to claim 11, wherein the stage is provided with a heater for heating.
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