JP2011014542A - Plasma generating apparatus, and remote plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized plasma generating apparatus with high plasma excitation efficiency.SOLUTION: This plasma generating apparatus 100 includes a microwave generating device 10 for generating a microwave, a slot antenna 21b to radiate the microwave generated by the microwave generating apparatus 10, a coaxial waveguide 20 having a coaxial structure composed of an inner tube 20a and an outer tube 20b to guide the microwave generated by the microwave generating device 10 to the slot antenna 21b mounted to one end of the inner tube 20a, a resonator 22 made of a dielectric material to support the slot antenna 21b, and a chamber 23 for plasma excitation, which has an open surface for the resonator 22 to be disposed, to which the microwave radiated from the slot antenna 21b through the resonator 22 is guided and a prescribed process gas is supplied, and in which the process gas is excited by the microwave.

Description

本発明は、マイクロ波によって所定の処理ガスを励起するプラズマ発生装置および励起された処理ガスによって被処理体を処理するリモートプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma generating apparatus that excites a predetermined processing gas by a microwave and a remote plasma processing apparatus that processes an object to be processed by the excited processing gas.

半導体デバイスや液晶表示装置の製造工程においては、半導体ウエハやガラス基板等の被処理基板にエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理を施すために、プラズマエッチング装置やプラズマＣＶＤ成膜装置等のプラズマ処理装置が用いられている。   In the manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, a plasma such as a plasma etching apparatus or a plasma CVD film forming apparatus is used to perform a plasma process such as an etching process or a film forming process on a substrate to be processed such as a semiconductor wafer or a glass substrate. A processing device is used.

リモートプラズマ処理装置におけるプラズマの発生方法として、内部に処理ガスが流れる誘電体材料からなるプラズマチューブと、このプラズマチューブと直交するように配置された導波管と、前記プラズマチューブのうち導波管の内部にあってマイクロ波に曝される部分（以下「ガス励起部」という）にスパイラル状に巻き付けられたクーラントチューブと、を有するリモートプラズマアプリケータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このリモートプラズマアプリケータにおいては、プラズマチューブのガス励起部が発熱するために、クーラントチューブに冷媒（クーラント）を循環させている。   As a method for generating plasma in a remote plasma processing apparatus, a plasma tube made of a dielectric material in which a processing gas flows therein, a waveguide disposed so as to be orthogonal to the plasma tube, and a waveguide among the plasma tubes There is known a remote plasma applicator having a coolant tube spirally wound around a portion exposed to microwaves (hereinafter referred to as “gas excitation portion”) (see, for example, Patent Document 1). ). In this remote plasma applicator, since the gas excitation part of the plasma tube generates heat, a coolant (coolant) is circulated through the coolant tube.

しかし、このようなリモートプラズマアプリケータにおいては、処理ガスの励起がプラズマチューブ内の一部でしか行われず、しかも、ガス励起部に取り付けるクーラントチューブがマイクロ波のプラズマチューブ内への導波を妨げるために、プラズマの励起効率を高めることが難しいという問題がある。ここで、ガス励起部におけるクーラントチューブの巻き数を少なくすると、プラズマの励起効率は高められるが、ガス励起部を十分に冷却することができずにクーラントチューブが破損する問題を生ずる。   However, in such a remote plasma applicator, the process gas is excited only in a part of the plasma tube, and the coolant tube attached to the gas excitation part prevents the microwave from being guided into the plasma tube. Therefore, there is a problem that it is difficult to increase the plasma excitation efficiency. Here, if the number of turns of the coolant tube in the gas excitation part is reduced, the plasma excitation efficiency is improved, but the gas excitation part cannot be sufficiently cooled, resulting in a problem that the coolant tube is broken.

また、このようなリモートプラズマアプリケータは、プラズマチューブと導波管とを直交させる構造となっているために、スペース効率が悪く、装置全体が大型化する問題がある。   In addition, since such a remote plasma applicator has a structure in which the plasma tube and the waveguide are orthogonal to each other, there is a problem that the space efficiency is low and the entire apparatus is enlarged.

特開平９−２１９２９５号公報（第１図、第１１〜２５段落）JP-A-9-219295 (FIG. 1, paragraphs 11-25)

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、プラズマの励起効率が高いプラズマ発生装置を提供することを目的とする。また本発明はスペース効率の高い小型化されたプラズマ発生装置を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このようなプラズマ発生装置を備えたリモートプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a plasma generator having high plasma excitation efficiency. Another object of the present invention is to provide a compact plasma generator with high space efficiency. Furthermore, an object of this invention is to provide the remote plasma processing apparatus provided with such a plasma generator.

本発明によれば、所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を放射するアンテナと、
内管と外管からなる同軸構造を有し、前記内管の一端に前記アンテナが取り付けられ、前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を前記アンテナへ導く同軸導波管と、
誘電体材料からなり、前記アンテナを保持し、前記アンテナから放射されたマイクロ波による定在波が形成される共振器と、
前記共振器が配置される開口面を有し、前記アンテナから前記共振器を通して放射されたマイクロ波が導かれ、かつ所定の処理ガスが供給され、前記マイクロ波によって前記処理ガスが励起されるプラズマ励起用のチャンバと、
を具備し、
前記アンテナはスロットアンテナであることを特徴とするプラズマ発生装置、が提供される。 According to the present invention, a microwave generator that generates microwaves of a predetermined wavelength;
An antenna that radiates microwaves generated by the microwave generator;
A coaxial waveguide having an inner tube and an outer tube, wherein the antenna is attached to one end of the inner tube, and a coaxial waveguide that guides the microwave generated by the microwave generator to the antenna;
A resonator made of a dielectric material, holding the antenna, and forming a standing wave by a microwave radiated from the antenna;
Plasma having an opening surface on which the resonator is disposed, a microwave radiated from the antenna through the resonator, and a predetermined processing gas is supplied, and the processing gas is excited by the microwave A chamber for excitation;
Comprising
There is provided a plasma generator, wherein the antenna is a slot antenna.

上記プラズマ発生装置において、前記マイクロ波発生装置で発生するマイクロ波の波長をλａ、前記共振器の比誘電率をεｒ、前記波長λａを前記比誘電率εｒの平方根で除して得られる前記共振器内のマイクロ波の波長をλｇ（＝λａ／εｒ１／２）としたときに、前記共振器は前記波長λｇの２５％〜４５％の厚さを有することが好ましい。 In the plasma generator, the resonance is obtained by dividing the wavelength of the microwave generated by the microwave generator by λa, the relative permittivity of the resonator by εr, and the wavelength λa by the square root of the relative permittivity εr. The resonator preferably has a thickness of 25% to 45% of the wavelength λg, where λg (= λa / εr 1/2 ) is the wavelength of the microwave in the chamber.

前記マイクロ波発生装置は、マイクロ波電源と、このマイクロ波電源から出力されたマイクロ波の出力を調整するアンプと、アンプから出力された後にアンプへ戻ろうとする反射マイクロ波を吸収するアイソレータと、を有するものとすることができる。   The microwave generator includes a microwave power source, an amplifier that adjusts the output of the microwave output from the microwave power source, an isolator that absorbs a reflected microwave that is output from the amplifier and then returns to the amplifier, It can have.

また、前記同軸導波管と前記アンテナを複数組具備し、前記マイクロ波発生装置は、マイクロ波電源と、このマイクロ波電源で発生させたマイクロ波をこの同軸導波管とアンテナの組数に分配する分配器と、分配器から出力された各マイクロ波の出力を調整する複数のアンプと、これら複数のアンプから出力された各マイクロ波のうち複数のアンプへ戻ろうとする反射マイクロ波を吸収する複数のアイソレータと、を有するようにすることができる。   In addition, a plurality of sets of the coaxial waveguide and the antenna are provided, and the microwave generator includes a microwave power source and the number of sets of the coaxial waveguide and the antenna generated by the microwave power source. Absorbs the reflected microwaves that return to the multiple amplifiers out of each of the microwaves output from these multiple amplifiers, and the multiple amplifiers that adjust the output of each microwave output from the distributors A plurality of isolators.

前記複数のアンテナの一部から前記共振器を通して前記チャンバの内部に放射されるマイクロ波によって前記処理ガスを励起させ、プラズマ発生後は前記複数の全てのアンテナから前記共振器を通して前記チャンバの内部にマイクロ波が放射されるように、前記マイクロ波発生装置を制御するプラズマ制御装置をさらに具備してもよい。   The processing gas is excited by microwaves radiated from a part of the plurality of antennas through the resonator to the inside of the chamber, and after plasma generation, the plasma is generated from all of the plurality of antennas to the inside of the chamber through the resonators. You may further comprise the plasma control apparatus which controls the said microwave generator so that a microwave may be radiated | emitted.

前記共振器としては、石英系材料、単結晶アルミナ系材料、多結晶アルミナ系材料、窒化アルミニウム系材料が好適に用いられる。チャンバの内面には、チャンバの腐食を防止するために、石英系材料または単結晶アルミナ系材料または多結晶アルミナ系材料からなる腐食防止部材を装着することが好ましい。   As the resonator, a quartz material, a single crystal alumina material, a polycrystalline alumina material, or an aluminum nitride material is preferably used. In order to prevent corrosion of the chamber, a corrosion preventing member made of a quartz-based material, a single crystal alumina-based material or a polycrystalline alumina-based material is preferably attached to the inner surface of the chamber.

前記チャンバは、チャンバを構成する部材の内部に冷媒を流すことによって冷却可能なジャケット構造とすることが好ましい。これによりチャンバの冷却を容易に行うことができる。また、チャンバとしては、その一端面が前記開口面となっている有底筒状部材が好適に用いられる。この場合において、有底筒状部材の底壁にマイクロ波によって励起されたガスをチャンバから外部へ放出する排気口を形成し、有底筒状部材の側壁の開口面側近傍に処理ガスを内部空間に放出するガス放出口を形成すると、処理ガスを効率よくマイクロ波によって励起することができる。さらに、前記同軸導波管に、前記同軸導波管の長さ方向にスライド自在であり、前記アンテナに対するインピーダンス整合を行うスラグチューナを取り付けた構成とすることができる。   It is preferable that the chamber has a jacket structure that can be cooled by allowing a coolant to flow inside members constituting the chamber. Thereby, the chamber can be easily cooled. Moreover, as a chamber, the bottomed cylindrical member in which the one end surface becomes the said opening surface is used suitably. In this case, the bottom wall of the bottomed cylindrical member is formed with an exhaust port for releasing the gas excited by the microwave from the chamber to the outside, and the processing gas is placed in the vicinity of the opening surface side of the side wall of the bottomed cylindrical member. When a gas discharge port that discharges into the space is formed, the processing gas can be efficiently excited by the microwave. Furthermore, a slag tuner that is slidable in the length direction of the coaxial waveguide and that performs impedance matching with the antenna can be attached to the coaxial waveguide.

また、本発明によれば、所定の処理ガスをマイクロ波によって励起するプラズマ発生装置と、
基板を収容し、前記プラズマ発生装置において前記処理ガスを励起させることにより発生させた励起ガスにより、前記基板に所定の処理を施す基板処理チャンバと、
を具備し、
前記プラズマ発生装置は、
所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を放射するアンテナと、
内管と外管からなる同軸構造を有し、前記内管の一端に前記アンテナが取り付けられ、前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を前記アンテナへ導く同軸導波管と、
誘電体材料からなり、前記アンテナを保持し、前記アンテナから放射されたマイクロ波による定在波が形成される共振器と、
前記共振器が配置される開口面を有し、前記アンテナから前記共振器を通して放射されたマイクロ波が導かれ、かつ所定の処理ガスが供給され、前記マイクロ波によって前記処理ガスが励起されるプラズマ励起用のチャンバと、
を有し、
前記アンテナはスロットアンテナであることを特徴とするリモートプラズマ処理装置、が提供される。 Further, according to the present invention, a plasma generator for exciting a predetermined processing gas by microwaves,
A substrate processing chamber for accommodating a substrate and performing a predetermined process on the substrate by an excitation gas generated by exciting the processing gas in the plasma generator;
Comprising
The plasma generator comprises:
A microwave generator for generating microwaves of a predetermined wavelength;
An antenna that radiates microwaves generated by the microwave generator;
A coaxial waveguide having an inner tube and an outer tube, wherein the antenna is attached to one end of the inner tube, and a coaxial waveguide that guides the microwave generated by the microwave generator to the antenna;
A resonator made of a dielectric material, holding the antenna, and forming a standing wave by a microwave radiated from the antenna;
Plasma having an opening surface on which the resonator is disposed, a microwave radiated from the antenna through the resonator, and a predetermined processing gas is supplied, and the processing gas is excited by the microwave A chamber for excitation;
Have
There is provided a remote plasma processing apparatus, wherein the antenna is a slot antenna.

本発明のプラズマ発生装置では、マイクロ波の伝達効率と放射効率が高く、共振器から放射されたマイクロ波は障害物を通過することなくチャンバの内部空間の全体で処理ガスを励起することができるために、処理ガスの励起効率を高めることができる。これにより、プラズマ発生装置全体を小型化することができる。また、このような高効率化により、使用する処理ガスの量を低減することができるため、ランニングコストを低下させることができる。さらに、アンテナと共振器の寸法設定を適切に行うことによって共振器に定在波が立ちやすくなり、これによってマイクロ波を共振器からチャンバに均一に放射させて安定したプラズマを発生させることができる。   In the plasma generator of the present invention, microwave transmission efficiency and radiation efficiency are high, and the microwave radiated from the resonator can excite the processing gas in the entire interior space of the chamber without passing through the obstacle. Therefore, the excitation efficiency of the processing gas can be increased. Thereby, the whole plasma generator can be reduced in size. Moreover, since the amount of the processing gas to be used can be reduced by such high efficiency, the running cost can be reduced. Furthermore, by appropriately setting the dimensions of the antenna and the resonator, a standing wave is likely to be generated in the resonator, and thus a stable plasma can be generated by uniformly radiating the microwave from the resonator to the chamber. .

また、アンテナを複数具備する場合には、アンプ等として小型のものを使用することができる利点があり、一部のアンテナを用いてプラズマ着火を行うことにより、反射マイクロ波によるアンプの損傷を小型のアイソレータで防止することができる。さらに本発明のリモートプラズマ処理装置では、プラズマ発生装置が小型化されることによってリモートプラズマ処理装置のスペースユーティリティの自由度が高められるために、リモートプラズマ処理装置全体を小さくすることができる。   In addition, in the case where a plurality of antennas are provided, there is an advantage that a small one can be used as an amplifier, etc., and by performing plasma ignition using some antennas, damage to the amplifier due to reflected microwaves can be reduced. This can be prevented with an isolator. Furthermore, in the remote plasma processing apparatus of the present invention, since the degree of freedom of space utility of the remote plasma processing apparatus is increased by downsizing the plasma generating apparatus, the entire remote plasma processing apparatus can be made small.

プラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of a plasma generator. 共振器の厚さとプラズマの発生状態との関係をシミュレーションした結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the result of having simulated the relationship between the thickness of a resonator, and the generation state of a plasma. 別のプラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of another plasma generator. さらに別のプラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Furthermore, sectional drawing which shows schematic structure of another plasma generator. さらに別のプラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Furthermore, sectional drawing which shows schematic structure of another plasma generator. さらに別のプラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Furthermore, sectional drawing which shows schematic structure of another plasma generator. さらに別のプラズマ発生装置の概略構造を示す断面図。Furthermore, sectional drawing which shows schematic structure of another plasma generator. マイクロ波発生装置を制御するプラズマ制御装置の制御形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the control form of the plasma control apparatus which controls a microwave generator. プラズマエッチング装置の概略構造を示す断面図。Sectional drawing which shows schematic structure of a plasma etching apparatus.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、プラズマ発生装置１００の概略構造を示す断面図である。プラズマ発生装置１００は、大略的に、マイクロ波発生装置１０と、内管２０ａと外管２０ｂとからなる同軸導波管２０と、内管２０ａの先端に取り付けられたモノポールアンテナ２１と、共振器２２と、チャンバ２３とを有している。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the plasma generator 100. The plasma generating apparatus 100 generally includes a microwave generating apparatus 10, a coaxial waveguide 20 composed of an inner tube 20a and an outer tube 20b, a monopole antenna 21 attached to the tip of the inner tube 20a, and a resonance. It has a vessel 22 and a chamber 23.

マイクロ波発生装置１０は、例えば、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン等のマイクロ波電源１１と、マイクロ波電源１１において発生させたマイクロ波を所定の出力に調整するアンプ１２と、アンプ１２から出力されたマイクロ波のうちアンプ１２へ戻ろうとする反射マイクロ波を吸収するアイソレータ１３と、同軸導波管２０に取り付けられたスラグチューナ１４ａ・１４ｂと、を有している。同軸導波管２０の一端はアイソレータ１３に取り付けられている。   The microwave generator 10 includes, for example, a microwave power source 11 such as a magnetron that generates a microwave having a frequency of 2.45 GHz, an amplifier 12 that adjusts the microwave generated by the microwave power source 11 to a predetermined output, and an amplifier 12 includes an isolator 13 that absorbs reflected microwaves that are to be returned to the amplifier 12 among the microwaves output from 12, and slag tuners 14 a and 14 b that are attached to the coaxial waveguide 20. One end of the coaxial waveguide 20 is attached to the isolator 13.

アイソレータ１３は、サーキュレータとダミーロード（同軸終端器）とを有しており、サーキュレータは、モノポールアンテナ２１からアンプ１２へ向けて逆行しようとするマイクロ波をダミーロードへ導き、ダミーロードはサーキュレータによって導かれたマイクロ波を熱に変換する。   The isolator 13 has a circulator and a dummy load (coaxial terminator). The circulator guides the microwave to be reversed from the monopole antenna 21 toward the amplifier 12 to the dummy load, and the dummy load is generated by the circulator. The guided microwave is converted into heat.

同軸導波管２０の外管２０ｂには長さ方向にスリット３１ａ・３１ｂが形成されている。スラグチューナ１４ａはスリット３１ａに嵌挿されたレバー３２ａと接続され、レバー３２ａはプーリー３３ａとモータ３４ａとの間に懸架されたベルト３５ａの一部に固定されている。同様に、スラグチューナ１４ｂはスリット３１ｂに嵌挿されたレバー３２ｂと接続され、レバー３２ｂはプーリー３３ｂとモータ３４ｂとの間に懸架されたベルト３５ｂの一部に固定されている。   In the outer tube 20b of the coaxial waveguide 20, slits 31a and 31b are formed in the length direction. The slag tuner 14a is connected to a lever 32a inserted into the slit 31a, and the lever 32a is fixed to a part of a belt 35a suspended between a pulley 33a and a motor 34a. Similarly, the slag tuner 14b is connected to a lever 32b fitted in the slit 31b, and the lever 32b is fixed to a part of the belt 35b suspended between the pulley 33b and the motor 34b.

モータ３４ａを駆動することによってスラグチューナ１４ａを同軸導波管２０の長さ方向にスライドさせることができ、モータ３４ｂを駆動することによってスラグチューナ１４ｂを同軸導波管２０の長さ方向にスライドさせることができる。このようにスラグチューナ１４ａ・１４ｂの位置を独立して調節することによって、モノポールアンテナ２１に対するインピーダンス整合を行うことができ、これによってモノポールアンテナ２１で反射されるマイクロ波を少なくすることができる。スリット３１ａ・３１ｂからマイクロ波が漏れないように、スリット３１ａ・３１ｂは図示しないベルトシール機構等によってシールされている。   The slag tuner 14a can be slid along the length of the coaxial waveguide 20 by driving the motor 34a, and the slag tuner 14b can be slid along the length of the coaxial waveguide 20 by driving the motor 34b. be able to. Thus, by independently adjusting the positions of the slag tuners 14a and 14b, impedance matching with respect to the monopole antenna 21 can be performed, and thereby, the microwave reflected by the monopole antenna 21 can be reduced. . The slits 31a and 31b are sealed by a belt seal mechanism or the like (not shown) so that microwaves do not leak from the slits 31a and 31b.

なお、スラグチューナ１４ａ・１４ｂの厚さは、マイクロ波発生装置１０で発生するマイクロ波の波長をλａ、スラグチューナ１４ａ・１４ｂを構成する材料の比誘電率をεｒ１、波長λａを比誘電率εｒ１の平方根（εｒ１ １／２）で除して得られる波長λｇ１（＝λａ／εｒ１ １／２、つまりスラグチューナ１４ａ・１４ｂ内でのマイクロ波の波長）としたときに、波長λｇ１の約２５％（１／４波長）となるようにする。 Note that the thickness of the slag tuners 14a and 14b is such that the wavelength of the microwave generated by the microwave generator 10 is λa, the relative permittivity of the material constituting the slag tuners 14a and 14b is εr 1 , and the wavelength λa is the relative permittivity. when the divided wavelength lambda] g 1 obtained in (= λa / εr 1 1/2, i.e. the wavelength of the microwaves in the slag tuner 14a · 14b) in .epsilon.r 1 of the square root (εr 1 1/2), wavelength It is made to be about 25% (1/4 wavelength) of λg 1 .

内管２０ａの一端に取り付けられたモノポールアンテナ２１は、ロッド形状（柱状）を有し、このモノポールアンテナ２１は共振器２２に埋設されて保持されている。共振器２２はカバー２４に保持されており、後述するように、カバー２４をチャンバ２３に取り付けた際にチャンバ２３の開口面（上面）を閉塞する。   The monopole antenna 21 attached to one end of the inner tube 20a has a rod shape (columnar shape), and the monopole antenna 21 is embedded and held in a resonator 22. The resonator 22 is held by a cover 24, and closes the opening surface (upper surface) of the chamber 23 when the cover 24 is attached to the chamber 23, as will be described later.

モノポールアンテナ２１から放射されたマイクロ波によって共振器２２に定在波を立たせる。これにより、チャンバ２３に均一にマイクロ波が放射されるようになる。同軸導波管２０の外管２０ｂと接続され、共振器２２の上面および側面を覆うカバー２４は金属材料で構成されており、共振器２２の上面および側面から外部にマイクロ波が放射されることを防止する。なお、共振器２２は、その内部に定在波が立つことによって発熱する。そこで共振器２２の温度上昇を抑えるために、カバー２４には冷媒（例えば、冷却水）を循環させる冷媒流路２５が設けられている。なお、冷媒は図示しない冷却循環装置を用いて循環させて使用することができる。   A standing wave is caused to stand in the resonator 22 by the microwave radiated from the monopole antenna 21. As a result, microwaves are uniformly emitted to the chamber 23. The cover 24 connected to the outer tube 20b of the coaxial waveguide 20 and covering the upper surface and side surface of the resonator 22 is made of a metal material, and microwaves are radiated to the outside from the upper surface and side surface of the resonator 22. To prevent. The resonator 22 generates heat when a standing wave is generated in the resonator 22. Therefore, in order to suppress the temperature rise of the resonator 22, the cover 24 is provided with a refrigerant flow path 25 for circulating a refrigerant (for example, cooling water). The refrigerant can be used after being circulated using a cooling circulation device (not shown).

共振器２２には誘電体材料が用いられ、チャンバ２３において生成する励起ガスに対する耐食性に優れた材料が好適に用いられる。例えば、石英系材料（石英、溶融石英、石英ガラス等）、単結晶アルミナ系材料（サファイア、アルミナガラス等）、多結晶アルミナ系材料、窒化アルミニウム系材料が挙げられる。   A dielectric material is used for the resonator 22, and a material excellent in corrosion resistance against the excitation gas generated in the chamber 23 is preferably used. For example, quartz-based materials (quartz, fused silica, quartz glass, etc.), single crystal alumina-based materials (sapphire, alumina glass, etc.), polycrystalline alumina-based materials, and aluminum nitride-based materials can be used.

マイクロ波発生装置１０で発生するマイクロ波の波長をλａ、共振器２２の比誘電率をεｒ２、波長λａを比誘電率εｒ２の平方根（εｒ２ １／２）で除して得られる波長λｇ２（＝λａ／εｒ２ １／２、つまり共振器２２内でのマイクロ波の波長）としたときに、共振器２２にマイクロ波の定在波が立ち易くなるように、モノポールアンテナ２１の長さ（高さ）Ｈは、波長λｇ２の２５％（１／４波長）とし、かつ、共振器２２の厚さ（Ｄ１）をこの波長λｇ２の５０％（１／２波長）とする。 Wavelength obtained by dividing the wavelength of the microwave generated by the microwave generator 10 by λa, the relative dielectric constant of the resonator 22 by εr 2 , and the wavelength λa by the square root (εr 2 1/2 ) of the relative dielectric constant εr 2. When λg 2 (= λa / εr 2 1/2 , that is, the wavelength of the microwave in the resonator 22), the monopole antenna 21 is arranged so that the standing wave of the microwave easily stands in the resonator 22. Is 25% (1/4 wavelength) of the wavelength λg 2 and the thickness (D1) of the resonator 22 is 50% (1/2 wavelength) of the wavelength λg 2. To do.

これは、概略、以下の理由による。つまり、モノポールアンテナ２１の長さがλｇ２／４の場合にはモノポールアンテナ２１の先端に最大強度の電界が発生する。このとき共振器２２の厚さをλｇ２／２とすると、共振器２２の下面（チャンバ２３側の面）とチャンバ２３との境界で電界強度がゼロ（０）となり、共振器２２の誘電率と真空の誘電率とが異なっていても、マイクロ波の反射が起こらない。一方、磁界強度がこの境界面において最大となるが、共振器２２の透磁率が真空の透磁率と同じであれば、やはりマイクロ波の反射は起こらない。ここで、共振器２２に用いられる石英系材料、単結晶アルミナ材料、多結晶アルミナ材料、窒化アルミニウム系材料は非磁性体であるので、その比透磁率はほぼ１．０となり、真空の透磁率と同じである。これによって、マイクロ波を効率よくチャンバ２３に放射することができる。 This is due to the following reasons. That is, the electric field of maximum intensity at the tip of the monopole antenna 21 is generated when the length of the monopole antenna 21 is λg 2/4. In this case the thickness of the resonator 22 and the lambda] g 2/2, the field strength is zero (0) at the boundary of the lower surface (surface of the chamber 23 side) and the chamber 23 of the resonator 22, and the dielectric constant of the resonator 22 Even if the dielectric constant of the vacuum is different, the reflection of the microwave does not occur. On the other hand, although the magnetic field intensity becomes maximum at this boundary surface, if the permeability of the resonator 22 is the same as the permeability of the vacuum, the reflection of the microwave does not occur. Here, since the quartz material, single crystal alumina material, polycrystalline alumina material, and aluminum nitride material used for the resonator 22 are non-magnetic materials, the relative permeability thereof is approximately 1.0, and the vacuum permeability. Is the same. Thereby, the microwave can be efficiently radiated to the chamber 23.

チャンバ２３は有底円筒型の形状を有しており、通常、ステンレス、アルミニウム等の金属材料から構成される。カバー２４をチャンバ２３の上面に取り付けることによって、チャンバ２３の上面開口部は共振器２２によって閉塞される。なお、図１中の符号２９はシールリングである。チャンバ２３の側壁の上面近傍には、図示しないガス供給装置から送られてくる所定の処理ガス（例えば、Ｎ２、Ａｒ、ＮＦ３等）をチャンバ２３の内部空間に放出するためのガス放出口２６が形成されている。 The chamber 23 has a bottomed cylindrical shape and is usually made of a metal material such as stainless steel or aluminum. By attaching the cover 24 to the upper surface of the chamber 23, the upper surface opening of the chamber 23 is closed by the resonator 22. In addition, the code | symbol 29 in FIG. 1 is a seal ring. Near the upper surface of the side wall of the chamber 23, a gas discharge port for discharging a predetermined processing gas (for example, N 2 , Ar, NF 3, etc.) sent from a gas supply device (not shown) into the internal space of the chamber 23. 26 is formed.

ガス放出口２６からチャンバ２３の内部空間に放出された処理ガスは、モノポールアンテナ２１から共振器２２を通してチャンバ２３の内部空間に放射されたマイクロ波によって励起され、プラズマが発生する。こうして発生した励起ガスは、チャンバ２３の底壁に設けられた排気口２３ａから外部（例えば、基板が収容された処理チャンバ等）へ放出される。   The processing gas discharged from the gas discharge port 26 to the internal space of the chamber 23 is excited by the microwave radiated from the monopole antenna 21 through the resonator 22 to the internal space of the chamber 23 to generate plasma. The excited gas generated in this way is discharged to the outside (for example, a processing chamber in which a substrate is accommodated) from an exhaust port 23a provided in the bottom wall of the chamber 23.

処理ガスがマイクロ波によって励起される際の発熱によってチャンバ２３の温度が上昇することを抑制するために、チャンバ２３はカバー２４と同様に、内部に冷媒を流す冷媒流路２８が形成され、冷却可能なジャケット構造となっている。チャンバ２３の内面には、励起ガスによる腐食を防止するために、石英系材料または単結晶アルミナ系材料または多結晶アルミナ系材料からなる腐食防止部材２７が装着されている。   In order to suppress an increase in the temperature of the chamber 23 due to heat generated when the processing gas is excited by the microwave, the chamber 23 is formed with a refrigerant flow path 28 through which a refrigerant flows, similarly to the cover 24. It has a possible jacket structure. A corrosion preventing member 27 made of a quartz material, a single crystal alumina material or a polycrystalline alumina material is attached to the inner surface of the chamber 23 in order to prevent corrosion due to the excitation gas.

このような構成を有するプラズマ発生装置１００では、最初に、カバー２４とチャンバ２３に冷却水を流して、共振器２２やチャンバ２３が過度に温度上昇しないようにする。次に、マイクロ波発生装置１０を駆動して、所定の周波数のマイクロ波をマイクロ波電源１１で発生させた後に、アンプ１２でこのマイクロ波を所定の出力に増幅する。アンプ１２によって所定の出力に調整されたマイクロ波は、アイソレータ１３と同軸導波管２０を通してモノポールアンテナ２１に送られる。このとき、スラグチューナ１４ａ・１４ｂを駆動して、モノポールアンテナ２１からの反射マイクロ波が少なくなるように、インピーダンスの整合を行う。   In the plasma generator 100 having such a configuration, first, cooling water is supplied to the cover 24 and the chamber 23 so that the temperature of the resonator 22 and the chamber 23 does not rise excessively. Next, after the microwave generator 10 is driven to generate a microwave having a predetermined frequency by the microwave power supply 11, the amplifier 12 amplifies the microwave to a predetermined output. The microwave adjusted to a predetermined output by the amplifier 12 is sent to the monopole antenna 21 through the isolator 13 and the coaxial waveguide 20. At this time, the slag tuners 14a and 14b are driven to perform impedance matching so that the reflected microwave from the monopole antenna 21 is reduced.

モノポールアンテナ２１から放射されたマイクロ波によって共振器２２の内部に定在波が立つ。これによって共振器２２からチャンバ２３の内部に均一にマイクロ波が放射される。この状態においてチャンバ２３に処理ガスを供給すると、処理ガスがマイクロ波によって励起されてプラズマが生ずる。こうして生成した励起ガスは、排気口２３ａから、例えば基板等の被処理体が収容されたチャンバ（図示せず）に送られる。   A standing wave is generated inside the resonator 22 by the microwave radiated from the monopole antenna 21. As a result, microwaves are uniformly radiated from the resonator 22 into the chamber 23. When a processing gas is supplied to the chamber 23 in this state, the processing gas is excited by microwaves to generate plasma. The excited gas thus generated is sent from the exhaust port 23a to a chamber (not shown) in which a target object such as a substrate is accommodated.

図２は、共振器２２の厚さ（Ｄ）とプラズマの発生状態との関係をシミュレーションした結果を示す説明図である。ここで、マイクロ波発生装置１０において発生させるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ（つまり波長λａは約１２２ｍｍ）としている。また、共振器２２として水晶からなるものを用いるものとする。水晶の比誘電率εｒは約３．７５であるから、共振器２２内でのマイクロ波の波長λｇ２は、約６３．００ｍｍとなる。モノポールアンテナ２１の長さは約λｇ２／４（＝１５．７５ｍｍ）とした。 FIG. 2 is an explanatory diagram showing the result of simulating the relationship between the thickness (D) of the resonator 22 and the plasma generation state. Here, the frequency of the microwave generated in the microwave generator 10 is 2.45 GHz (that is, the wavelength λa is about 122 mm). Further, the resonator 22 is made of quartz. Since the relative dielectric constant εr of quartz is about 3.75, the wavelength λg 2 of the microwave in the resonator 22 is about 63.00 mm. The length of the monopole antenna 21 was approximately λg 2 /4(=15.75mm).

図２（ｃ）は共振器２２の厚さＤを約λｇ２／２にした場合である。無限の平行平板では共振器２２の厚さがλｇ２／２のときに最も効率がよいと考えられるが、現実的な大きさと形状を考えると、共振器２２の厚さがλｇ２／２の場合には、約５８％の反射があるために効率は高くない。そこで、図２（ｂ）から図２（ａ）へと共振器２２の厚さを厚くしていくと、共振器２２の厚さが３５．６ｍｍのとき（図２（ｂ）の場合）に反射が約２２％となり、共振器２２の厚さが３９．６ｍｍのとき（図２（ａ）の場合）に反射が約６％となり、効率が上がる。このように実際のアンテナ設計においては共振器２２の厚さを理論値よりも厚くするとよい結果を得ることができる。 Figure 2 (c) is a case where the thickness D of the resonator 22 to about λg 2/2. While the infinite parallel plates is considered the most efficient and good when the thickness of the resonator 22 is lambda] g 2/2, considering the practical size and shape, the thickness of the resonator 22 is lambda] g 2/2 In some cases, the efficiency is not high due to about 58% reflection. Therefore, when the thickness of the resonator 22 is increased from FIG. 2B to FIG. 2A, the thickness of the resonator 22 is 35.6 mm (in the case of FIG. 2B). The reflection is about 22%, and when the thickness of the resonator 22 is 39.6 mm (in the case of FIG. 2A), the reflection is about 6%, and the efficiency increases. Thus, in an actual antenna design, good results can be obtained if the thickness of the resonator 22 is made larger than the theoretical value.

このように、実際の装置において高い効率が得られる共振器２２の厚さが理論値と異なるのは、共振器２２が無限の平行平板ではないからである。共振器２２の最適厚さはシミュレーションによって確認すればよく、モノポールアンテナ２１の長さ（高さ）Ｈは波長λｇ２の２３〜２６％、共振器２２の厚さ（Ｄ１）は波長λｇ２の５０〜７０％とするとよい。 As described above, the thickness of the resonator 22 that can obtain high efficiency in an actual apparatus is different from the theoretical value because the resonator 22 is not an infinite parallel plate. The optimum thickness of the resonator 22 may be confirmed by simulation. The length (height) H of the monopole antenna 21 is 23 to 26% of the wavelength λg 2 , and the thickness (D1) of the resonator 22 is the wavelength λg 2. It is good to set it as 50 to 70%.

このように、プラズマ発生装置１００においては、チャンバ２３の内部空間全体においてプラズマを均一に発生させることができ、処理ガスを効率よく励起させることができる。また、従来のプラズマ発生装置のように処理ガスの供給路とマイクロ波の導波路とを交差させる必要がないために、プラズマ発生装置１００自体を小型化することができる。   Thus, in the plasma generating apparatus 100, plasma can be uniformly generated in the entire internal space of the chamber 23, and the processing gas can be excited efficiently. Further, unlike the conventional plasma generating apparatus, it is not necessary to cross the processing gas supply path and the microwave waveguide, so that the plasma generating apparatus 100 itself can be downsized.

次に、プラズマ発生装置の別の実施の形態について説明する。図３はプラズマ発生装置１００ａの概略構造を示す断面図である。プラズマ発生装置１００ａと先に説明した図１記載のプラズマ発生装置１００との相違点は、同軸導波管２０の内管２０ａの先端に螺旋状のヘリカルアンテナ２１ａが取り付けられ、このヘリカルアンテナ２１ａが共振器２２に埋設されている点である。   Next, another embodiment of the plasma generator will be described. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the plasma generator 100a. The difference between the plasma generator 100a and the plasma generator 100 shown in FIG. 1 described above is that a helical helical antenna 21a is attached to the tip of the inner tube 20a of the coaxial waveguide 20, and this helical antenna 21a is This is a point embedded in the resonator 22.

ヘリカルアンテナ２１ａを用いる場合には、ヘリカルアンテナ２１ａの全長を波長λｇ２の２５％（１／４波長）とする。これにより、ヘリカルアンテナ２１ａの先端に最大強度の電界が発生する。そして、ヘリカルアンテナ２１ａの先端から共振器２２の下面までの共振器２２の厚さ（Ｄ２）は、波長λｇ２の２５％（１／４波長）とする。これにより、共振器２２の下面とチャンバ２３との境界で電界強度がゼロ（０）となり、共振器２２の誘電率と真空の誘電率とが異なっていても、マイクロ波の反射が起こらない。一方、磁界強度がこの境界面において最大となるが、共振器２２の透磁率が真空の透磁率と同じであれば、やはりマイクロ波の反射は起こらない。 When using a helical antenna 21a is 25% the total length of the wavelength lambda] g 2 of the helical antenna 21a (1/4 wavelength). As a result, an electric field having the maximum intensity is generated at the tip of the helical antenna 21a. Then, the thickness of the resonator 22 from the distal end of the helical antenna 21a to the lower surface of the resonator 22 (D2) is 25% of the wavelength lambda] g 2 (1/4 wavelength). As a result, the electric field strength becomes zero (0) at the boundary between the lower surface of the resonator 22 and the chamber 23, and even if the dielectric constant of the resonator 22 and the dielectric constant of the vacuum are different, the reflection of the microwave does not occur. On the other hand, although the magnetic field intensity becomes maximum at this boundary surface, if the permeability of the resonator 22 is the same as the permeability of the vacuum, the reflection of the microwave does not occur.

ヘリカルアンテナ２１ａを用いた場合には、ヘリカルアンテナ２１ａの直線的な長さ（高さ）ｈは、その全長よりも短くなる。したがって、共振器２２の全体の厚さはｈ＋約λｇ２／４となり、モノポールアンテナ２１を用いた場合と比較すると、共振器２２の厚さを薄くすることができる。なお、この場合においても、実際の装置において高い効率が得られる共振器２２の厚さは理論値と異なる。これは共振器２２が無限の平行平板ではないからである。共振器２２の最適厚さはシミュレーションによって確認すればよく、ヘリカルアンテナ２１ａの長さは波長λｇ２の２３〜２６％、共振器２２の厚さ（Ｄ２）は波長λｇ２の２５〜４５％とするとよい。 When the helical antenna 21a is used, the linear length (height) h of the helical antenna 21a is shorter than its entire length. Accordingly, the total thickness of the resonator 22 as compared with the case of using h + about lambda] g 2/4, and the monopole antenna 21, it is possible to reduce the thickness of the resonator 22. Even in this case, the thickness of the resonator 22 that can obtain high efficiency in an actual apparatus is different from the theoretical value. This is because the resonator 22 is not an infinite parallel plate. Optimal thickness of the resonator 22 may be verified by simulation, the length of the helical antenna 21a is 23 to 26% of the wavelength lambda] g 2, the thickness of the resonator 22 (D2) is a 25% to 45% of the wavelength lambda] g 2 Good.

図４は、プラズマ発生装置１００ｂの概略構造を示す断面図である。プラズマ発生装置１００ｂと先に説明した図１記載のプラズマ発生装置１００との相違点は、同軸導波管２０の内管２０ａの先端にスロットアンテナ２１ｂが取り付けられ、このスロットアンテナ２１ｂが共振器２２に埋設されて保持されている点である。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the plasma generator 100b. The difference between the plasma generator 100b and the plasma generator 100 shown in FIG. 1 described above is that a slot antenna 21b is attached to the tip of the inner tube 20a of the coaxial waveguide 20, and this slot antenna 21b is connected to the resonator 22. It is a point that is buried and held.

スロットアンテナ２１ｂは、例えば、金属円板に同心円状に一定幅の弧型のスロット（孔）が設けられた構造を有する。スロットアンテナ２１ｂを用いる場合には、共振器２２の厚さ（スロットアンテナ２１ｂの下面から共振器２２の下面までの厚さをいう）Ｄ３を波長λｇ２の２５％（１／４波長）とする。スロットアンテナ２１ｂを用いた場合には、スロットアンテナ２１ｂの下面で最大強度の電界が発生する。また、共振器２２の下面とチャンバ２３との境界で電界強度がゼロ（０）となり、共振器２２の誘電率と真空の誘電率とが異なっていても、マイクロ波の反射が起こらない。一方、磁界強度がこの境界面において最大となるが、共振器２２の透磁率が真空の透磁率と同じであれば、やはりマイクロ波の反射は起こらない。なお、この場合においても、実際の装置において高い効率が得られる共振器２２の厚さは理論値と異なる。これは共振器２２が無限の平行平板ではないからである。共振器２２の最適厚さはシミュレーションによって確認すればよく、スロットアンテナ２１ｂを用いる場合には、共振器２２の厚さ（Ｄ３）は波長λｇ２の２５〜４５％とするとよい。 The slot antenna 21b has, for example, a structure in which arc-shaped slots (holes) having a constant width are provided concentrically on a metal disk. When using a slot antenna 21b is the thickness of the resonator 22 (refer to from the lower surface of the slot antenna 21b to the lower surface of the resonator 22 thickness) D3 25% of the wavelength lambda] g 2 (1/4 wavelength) . When the slot antenna 21b is used, an electric field having the maximum intensity is generated on the lower surface of the slot antenna 21b. Further, the electric field strength becomes zero (0) at the boundary between the lower surface of the resonator 22 and the chamber 23, and even if the dielectric constant of the resonator 22 and the dielectric constant of the vacuum are different, the reflection of the microwave does not occur. On the other hand, although the magnetic field intensity becomes maximum at this boundary surface, if the permeability of the resonator 22 is the same as the permeability of the vacuum, the reflection of the microwave does not occur. Even in this case, the thickness of the resonator 22 that can obtain high efficiency in an actual apparatus is different from the theoretical value. This is because the resonator 22 is not an infinite parallel plate. Optimal thickness of the resonator 22 may be confirmed by simulation, when using a slot antenna 21b, the thickness of the resonator 22 (D3) or equal to 25% to 45% of the wavelength lambda] g 2.

スロットアンテナ２１ｂを薄く構成すれば、スロットアンテナ２１ｂと共振器２２の合計の厚さを、モノポールアンテナ２１やヘリカルアンテナ２１ａを用いた場合よりも、薄くすることができる。なお、モノポールアンテナ２１を用いた場合には、ヘリカルアンテナ２１ａやスロットアンテナ２１ｂを用いる場合と比較すると、共振器２２の厚さは厚くなるが、構造が簡単であり低コストであることや、プラズマの励起効率が高い等の利点がある。   If the slot antenna 21b is made thin, the total thickness of the slot antenna 21b and the resonator 22 can be made thinner than when the monopole antenna 21 or the helical antenna 21a is used. When the monopole antenna 21 is used, the resonator 22 is thicker than when the helical antenna 21a or the slot antenna 21b is used, but the structure is simple and the cost is low. There are advantages such as high plasma excitation efficiency.

以上においてはアンテナが１本である場合について説明したが、プラズマ発生装置１００を備えたリモートプラズマ処理装置においては、マイクロ波の出力電力が５００Ｗ程度以上のものが要求されることがある。この場合には、図１に示されるアンプ１２として複数の小型アンプを備えたものを用い、これら小型アンプの出力を合成することによって高出力を実現させる。そこで図５〜図７に示すプラズマ発生装置１００ｃ〜１００ｅのように、小型アンプの数に対応させてアンテナを複数本設け、各小型アンプから各アンテナに同軸導波管を用いてマイクロ波を伝送してもよい。   Although the case where there is one antenna has been described above, a remote plasma processing apparatus including the plasma generation apparatus 100 may require a microwave output power of about 500 W or more. In this case, an amplifier 12 having a plurality of small amplifiers is used as the amplifier 12 shown in FIG. 1, and high outputs are realized by synthesizing the outputs of these small amplifiers. Therefore, as in the plasma generators 100c to 100e shown in FIGS. 5 to 7, a plurality of antennas are provided corresponding to the number of small amplifiers, and microwaves are transmitted from each small amplifier to each antenna using a coaxial waveguide. May be.

図５（ａ）はプラズマ発生装置１００ｃの概略断面図であり、図５（ｂ）は共振器２２へのモノポールアンテナ１７ａ〜１７ｄの配設位置を示す平面図である。マイクロ波電源１１から出力されたマイクロ波が分配器１１ａによって複数（図５では４分配した場合を示す）に分配される。分配器１１ａから出力された各マイクロ波は小型アンプ１２ａ〜１２ｄに入力され、そこで所定の電力に増幅される。各小型アンプ１２ａ〜１２ｄから出力されたマイクロ波は、アイソレータ１３ａ〜１３ｄ（アイソレータ１３ｂ・１３ｄはそれぞれアイソレータ１３ａ・１３ｃの背面に位置しているために図示せず）と同軸導波管４０ａ〜４０ｄ（同軸導波管４０ｂ・４０ｄはそれぞれ同軸導波管４０ａ・４０ｃの背面に位置しているために図示せず）を通して共振器２２に設けられたモノポールアンテナ１７ａ〜１７ｄに送られる。各モノポールアンテナ１７ａ〜１７ｄから放射されたマイクロ波によって共振器２２の内部に定在波が立ち、共振器２２からチャンバ２３の内部にマイクロ波が放射される。なお、同軸導波管４０ａ〜４０ｄはそれぞれ同軸導波管２０と同等の構造を有する。   FIG. 5A is a schematic cross-sectional view of the plasma generating apparatus 100c, and FIG. 5B is a plan view showing the arrangement positions of the monopole antennas 17a to 17d to the resonator 22. Microwaves output from the microwave power supply 11 are distributed into a plurality (in FIG. 5, four cases are shown) by the distributor 11a. Each microwave output from the distributor 11a is input to the small amplifiers 12a to 12d, where it is amplified to a predetermined power. Microwaves output from the small amplifiers 12a to 12d are connected to the isolators 13a to 13d (the isolators 13b and 13d are not shown because they are located on the back surfaces of the isolators 13a and 13c) and the coaxial waveguides 40a to 40d. The coaxial waveguides 40b and 40d are sent to the monopole antennas 17a to 17d provided in the resonator 22 through the coaxial waveguides 40a and 40c (not shown because they are located on the back surfaces of the coaxial waveguides 40a and 40c). A standing wave is generated inside the resonator 22 by the microwaves radiated from the monopole antennas 17 a to 17 d, and the microwaves are radiated from the resonator 22 to the inside of the chamber 23. The coaxial waveguides 40a to 40d each have a structure equivalent to that of the coaxial waveguide 20.

図６（ａ）はプラズマ発生装置１００ｄの概略断面図であり、図６（ｂ）は共振器２２へのヘリカルアンテナ１８ａ〜１８ｄの配設位置を示す平面図である。プラズマ発生装置１００ｄは、図５に示したプラズマ発生装置１００ｃが具備するモノポールアンテナ１７ａ〜１７ｄをヘリカルアンテナ１８ｄ〜１８ｄに置き換えたものであり、その他の部分の構成はプラズマ発生装置１００ｃと同じである。   FIG. 6A is a schematic cross-sectional view of the plasma generating apparatus 100d, and FIG. 6B is a plan view showing the arrangement positions of the helical antennas 18a to 18d to the resonator 22. The plasma generator 100d is obtained by replacing the monopole antennas 17a to 17d included in the plasma generator 100c shown in FIG. 5 with helical antennas 18d to 18d, and the other parts are the same as the plasma generator 100c. is there.

図７（ａ）はプラズマ発生装置１００ｅの概略断面図であり、図７（ｂ）はスロットアンテナ１９の分割形態を示す平面図である。プラズマ発生装置１００ｅが具備するスロットアンテナ１９は金属板によって４個のブロック１９ａ〜１９ｄに分けられており、ブロック１９ａ〜１９ｄのそれぞれに同軸導波管４０ａ〜４０ｄ（同軸導波管４０ｄは同軸導波管４０ａの背面に位置するために図示せず）を取り付けるための給電ポイント３８ａ〜３８ｄが設けられている。各ブロック１９ａ〜１９ｄには各給電ポイント３８ａ〜３８ｄが設けられている位置に対応して所定のパターンでスロット（孔部）３９が形成されている。   FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the plasma generator 100e, and FIG. 7B is a plan view showing a divided form of the slot antenna 19. FIG. The slot antenna 19 included in the plasma generating apparatus 100e is divided into four blocks 19a to 19d by metal plates, and coaxial waveguides 40a to 40d (coaxial waveguides 40d are coaxially guided) in each of the blocks 19a to 19d. Feeding points 38a to 38d are provided for attaching a wave tube 40a (not shown in the figure). In each of the blocks 19a to 19d, slots (holes) 39 are formed in a predetermined pattern corresponding to the positions where the feeding points 38a to 38d are provided.

このようなプラズマ発生装置１００ｃ〜１００ｅによれば、アンプのコストを低く抑えることができるとともに、プラズマの発生効率がさらに高められ、プラズマの均一性を向上させることができる。   According to such plasma generators 100c to 100e, the cost of the amplifier can be kept low, the plasma generation efficiency can be further increased, and the uniformity of the plasma can be improved.

ところで、上記プラズマ発生装置１００・１００ａ〜１００ｅにおいては、プラズマが着火する前はインピーダンスが大きく、プラズマが着火した後にインピーダンスは小さくなって安定する。プラズマ着火前には、高いインピーダンスに起因して、アンテナから放射されたマイクロ波の全反射が起こることがある。   By the way, in the said plasma generator 100 * 100a-100e, before plasma ignites, impedance is large, and after plasma ignites, impedance becomes small and becomes stable. Before plasma ignition, total reflection of the microwave radiated from the antenna may occur due to high impedance.

プラズマ発生装置１００ではアンテナ２１は１本だけであるから、アイソレータ１３としてアンテナ２１から放射することができるマイクロ波の出力に応じたものを用いればよく、このことはプラズマ発生装置１００ａ・１００ｂについても同様である。   Since the plasma generating apparatus 100 has only one antenna 21, it is sufficient to use an isolator 13 according to the output of microwaves that can be radiated from the antenna 21, and this also applies to the plasma generating apparatuses 100 a and 100 b. It is the same.

しかしながら、複数のアンテナを備えたプラズマ発生装置１００ｃでは、４本の全てのアンテナ１７ａ〜１７ｄからマイクロ波を放射させてプラズマを発生させようとすると、これら４本のアンテナ１７ａ〜１７ｄから放射されたマイクロ波が合成された高出力のマイクロ波が小型アンプ１２ａ〜１２ｄそれぞれに戻ってくることとなる。このため、小型アンプ１２ａ〜１２ｄをこのような高出力マイクロ波から保護するために、アイソレータ１３ａ〜１３ｄを構成するサーキュレータとダミーロードを大型化したのでは、装置コストや装置の小型化の観点から不利である。この問題はプラズマ発生装置１００ｄ・１００ｅについても同様である。   However, in the plasma generating apparatus 100c having a plurality of antennas, when microwaves are radiated from all four antennas 17a to 17d to generate plasma, the four antennas 17a to 17d are radiated. The high-output microwave synthesized with the microwaves returns to each of the small amplifiers 12a to 12d. For this reason, in order to protect the small amplifiers 12a to 12d from such high-power microwaves, the circulator and the dummy load constituting the isolators 13a to 13d are increased in size from the viewpoint of device cost and device size reduction. It is disadvantageous. This problem also applies to the plasma generators 100d and 100e.

そこで、アイソレータ１３ａ〜１３ｄを大型化することを抑制し、小型アンプ１２ａ〜１２ｄを保護する方法として、アンテナ１７ａ〜１７ｄの一部から共振器２２を通してチャンバ２３の内部に放射されるマイクロ波によって処理ガスを励起し、プラズマ発生後は全てのアンテナ１７ａ〜１７ｄから共振器２２を通してチャンバ２３の内部にマイクロ波を放射することによってプラズマを安定させるようにマイクロ波発生装置１０を制御するプラズマ制御装置を用いる方法が挙げられる。   Therefore, as a method for suppressing the increase in size of the isolators 13a to 13d and protecting the small amplifiers 12a to 12d, processing is performed by microwaves radiated from the antennas 17a to 17d through the resonator 22 into the chamber 23. A plasma control device that controls the microwave generator 10 to stabilize the plasma by exciting the gas and radiating microwaves from all the antennas 17a to 17d through the resonator 22 into the chamber 23 after the plasma is generated. The method to use is mentioned.

具体的には、図８に示すように、少なくとも分配器１１ａの分配数と小型アンプ１２ａ〜１２ｄの駆動数の少なくとも一方を制御することができるプラズマ制御装置９０が挙げられる。例えば、プラズマ制御装置９０は、マイクロ波電源１１から出力されたマイクロ波を、分配器１１ａにおいて４分配して小型アンプ１２ａ〜１２ｄにそれぞれ入力させるが、小型アンプ１２ａのみを駆動し、その他の小型アンプ１２ｂ〜１２ｄではマイクロ波の増幅が行われないようにする。これにより、プラズマ着火前には実質的にアンテナ１７ａからのみマイクロ波を放射させることができる。また、プラズマが着火した後にはプラズマ制御装置９０は、全ての小型アンプ１２ａ〜１２ｄを駆動して全てのアンテナ１７ａ〜１７ｄからマイクロ波を放射させる。これにより、プラズマを安定させることができる。   Specifically, as shown in FIG. 8, there is a plasma control device 90 that can control at least one of the number of distributors 11a and the number of small amplifiers 12a to 12d. For example, the plasma control device 90 distributes the microwaves output from the microwave power supply 11 into four in the distributor 11a and inputs the microwaves to the small amplifiers 12a to 12d, respectively, but drives only the small amplifier 12a and other small sizes. The amplifiers 12b to 12d are prevented from amplifying microwaves. Thereby, microwaves can be radiated substantially only from the antenna 17a before plasma ignition. Further, after the plasma is ignited, the plasma control device 90 drives all the small amplifiers 12a to 12d to radiate microwaves from all the antennas 17a to 17d. Thereby, plasma can be stabilized.

また、プラズマ制御装置９０は、マイクロ波電源１１から出力されたマイクロ波を分配器１１ａにおいて分配することなく小型アンプ１２ａに入力させ、小型アンプ１２ａに入力されたマイクロ波を所定の増幅率で増幅させて出力させる。これにより、プラズマ着火前にはアンテナ１７ａのみからマイクロ波を放射させることができる。これによりプラズマが着火した後には、プラズマ制御装置９０は、全ての小型アンプ１２ａ〜１２ｄにマイクロ波が入力されるように、分配器１１ａにおけるマイクロ波の分配を行い、かつ、全ての小型アンプ１２ａ〜１２ｄを駆動させる。これにより、全てのアンテナ１７ａ〜１７ｄからマイクロ波を放射させて、プラズマを安定させることができる。   In addition, the plasma control device 90 causes the microwave output from the microwave power source 11 to be input to the small amplifier 12a without being distributed in the distributor 11a, and the microwave input to the small amplifier 12a is amplified at a predetermined amplification factor. To output. Thereby, a microwave can be radiated | emitted only from the antenna 17a before plasma ignition. Thus, after the plasma is ignited, the plasma controller 90 distributes the microwaves in the distributor 11a so that the microwaves are input to all the small amplifiers 12a to 12d, and all the small amplifiers 12a. Drive ~ 12d. Thereby, microwaves can be radiated from all the antennas 17a to 17d, and the plasma can be stabilized.

なお、プラズマ着火のためにマイクロ波を放射させるアンテナの数は１個に限定されるものではなく、アイソレータを構成するサーキュレータとダミーロードの大型化が許容される範囲であれば、２個以上であってもよい。   Note that the number of antennas that radiate microwaves for plasma ignition is not limited to one, but can be two or more as long as the circulator and dummy load that constitute the isolator are allowed to increase in size. There may be.

次に、上述したプラズマ発生装置１００を備えた基板処理装置として、半導体ウエハに対してエッチング処理を行うプラズマエッチング装置について説明する。図９はプラズマエッチング装置１の概略構造を示す断面図である。プラズマエッチング装置１は、プラズマ発生装置１００と、ウエハＷを収容するウエハ処理チャンバ４１と、チャンバ２３とウエハ処理チャンバ４１とを接続し、チャンバ２３で発生させた励起ガスをウエハ処理チャンバ４１へ送るガス管４２と、を有している。   Next, a plasma etching apparatus that performs an etching process on a semiconductor wafer will be described as a substrate processing apparatus provided with the plasma generation apparatus 100 described above. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic structure of the plasma etching apparatus 1. The plasma etching apparatus 1 connects the plasma generation apparatus 100, the wafer processing chamber 41 containing the wafer W, the chamber 23, and the wafer processing chamber 41, and sends the excitation gas generated in the chamber 23 to the wafer processing chamber 41. And a gas pipe 42.

ウエハ処理チャンバ４１の内部には、ウエハＷを載置するステージ４３が設けられている。ウエハ処理チャンバ４１は、ウエハＷの搬入出を行うための開閉自在な開口部（図示せず）を有しており、図示しないウエハ搬送手段によってウエハＷがウエハ処理チャンバ４１内に搬入され、逆に、プラズマエッチング処理が終了したウエハＷがウエハ処理チャンバ４１から搬出される。プラズマ発生装置１００で生成した励起ガスは、ガス管４２からウエハ処理チャンバ４１に供給されてウエハＷを処理した後に、ウエハ処理チャンバ４１に設けられた排気口４１ａから排気される。   A stage 43 on which the wafer W is placed is provided inside the wafer processing chamber 41. The wafer processing chamber 41 has an openable and closable opening (not shown) for loading and unloading the wafer W. The wafer W is carried into the wafer processing chamber 41 by a wafer transfer means (not shown), and reversely Then, the wafer W after the plasma etching process is unloaded from the wafer processing chamber 41. The excitation gas generated by the plasma generator 100 is supplied from the gas pipe 42 to the wafer processing chamber 41 to process the wafer W, and is then exhausted from the exhaust port 41 a provided in the wafer processing chamber 41.

このようなプラズマエッチング装置１では、プラズマ発生装置１００を小さくすることができるために、ウエハ処理チャンバ４１の上方のスペースユーティリティが高められる。これを有効に利用して、各種の配管や配線、制御装置等を配置することができるため、プラズマエッチング装置１全体をコンパクトに構成することができる。   In such a plasma etching apparatus 1, since the plasma generator 100 can be made small, the space utility above the wafer processing chamber 41 is enhanced. Effective use of this makes it possible to arrange various pipes, wirings, control devices, etc., so that the entire plasma etching apparatus 1 can be made compact.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。例えば、同軸導波管２０に変えて、同軸線を用いてもよい。また、プラズマ処理としてエッチング処理を取り上げたが、本発明は、プラズマＣＶＤ処理（成膜処理）やアッシング処理等の他のプラズマ処理にも用いることができる。また、プラズマ処理に供される被処理基板は半導体ウエハに限定されず、ＬＣＤ基板、ガラス基板、セラミックス基板等であってもよい。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to such embodiment. For example, a coaxial line may be used instead of the coaxial waveguide 20. Although the etching process is taken up as the plasma process, the present invention can also be used for other plasma processes such as a plasma CVD process (film formation process) and an ashing process. Further, the substrate to be processed for plasma processing is not limited to a semiconductor wafer, and may be an LCD substrate, a glass substrate, a ceramic substrate, or the like.

本発明は、プラズマを用いた種々の処理装置、例えば、エッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、アッシング装置等に好適である。   The present invention is suitable for various processing apparatuses using plasma, such as an etching apparatus, a plasma CVD apparatus, and an ashing apparatus.

１；プラズマエッチング装置
１０；マイクロ波発生装置
１１；マイクロ波電源
１２；アンプ
１３；アイソレータ
１４ａ・１４ｂ；スラグチューナ
２０；同軸導波管
２０ａ；内管
２０ｂ；外管
２１；モノポールアンテナ
２１ａ；ヘリカルアンテナ
２１ｂ；スロットアンテナ
２２；共振器
２３；チャンバ
２４；カバー
２７；腐食防止部材
４１；ウエハ処理チャンバ
４３；ステージ
９０：プラズマ制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Plasma etching apparatus 10; Microwave generator 11; Microwave power supply 12; Amplifier 13; Isolators 14a and 14b; Slag tuner 20; Coaxial waveguide 20a; Inner pipe 20b: Outer pipe 21: Monopole antenna 21a; Antenna 21b; Slot antenna 22; Resonator 23; Chamber 24; Cover 27; Corrosion prevention member 41; Wafer processing chamber 43; Stage 90: Plasma control device

Claims (11)

所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を放射するアンテナと、
内管と外管からなる同軸構造を有し、前記内管の一端に前記アンテナが取り付けられ、前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を前記アンテナへ導く同軸導波管と、
誘電体材料からなり、前記アンテナを保持し、前記アンテナから放射されたマイクロ波による定在波が形成される共振器と、
前記共振器が配置される開口面を有し、前記アンテナから前記共振器を通して放射されたマイクロ波が導かれ、かつ所定の処理ガスが供給され、前記マイクロ波によって前記処理ガスが励起されるプラズマ励起用のチャンバと、
を具備し、
前記アンテナはスロットアンテナであることを特徴とするプラズマ発生装置。 A microwave generator for generating microwaves of a predetermined wavelength;
An antenna that radiates microwaves generated by the microwave generator;
A coaxial waveguide having an inner tube and an outer tube, wherein the antenna is attached to one end of the inner tube, and a coaxial waveguide that guides the microwave generated by the microwave generator to the antenna;
A resonator made of a dielectric material, holding the antenna, and forming a standing wave by a microwave radiated from the antenna;
Plasma having an opening surface on which the resonator is disposed, a microwave radiated from the antenna through the resonator, and a predetermined processing gas is supplied, and the processing gas is excited by the microwave A chamber for excitation;
Comprising
The plasma generator according to claim 1, wherein the antenna is a slot antenna. 前記マイクロ波発生装置で発生するマイクロ波の波長をλａ、前記共振器の比誘電率をεｒ、前記波長λａを前記比誘電率εｒの平方根で除して得られる前記共振器内のマイクロ波の波長をλｇ（＝λａ／εｒ１／２）としたときに、
前記共振器は前記波長λｇの２５％〜４５％の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。 The wavelength of the microwave generated by the microwave generator is λa, the relative permittivity of the resonator is εr, and the wavelength λa is divided by the square root of the relative permittivity εr. When the wavelength is λg (= λa / εr 1/2 ),
The plasma generator according to claim 1, wherein the resonator has a thickness of 25% to 45% of the wavelength λg. 前記マイクロ波発生装置は、マイクロ波電源と、前記マイクロ波電源から出力されたマイクロ波の出力を調整するアンプと、前記アンプから出力された後に前記アンプへ戻ろうとする反射マイクロ波を吸収するアイソレータと、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。   The microwave generator includes a microwave power source, an amplifier that adjusts an output of the microwave output from the microwave power source, and an isolator that absorbs a reflected microwave that is output from the amplifier and then returns to the amplifier The plasma generator according to claim 1, wherein: 前記同軸導波管と前記アンテナを複数組具備し、
前記マイクロ波発生装置は、マイクロ波電源と、マイクロ波電源で発生させたマイクロ波を前記同軸導波管と前記アンテナの組数に分配する分配器と、前記分配器から出力された各マイクロ波の出力を調整する複数のアンプと、前記複数のアンプから出力された後に前記複数のアンプへ戻ろうとする反射マイクロ波を吸収する複数のアイソレータと、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。 A plurality of sets of the coaxial waveguide and the antenna,
The microwave generator includes a microwave power source, a distributor that distributes the microwave generated by the microwave power source to the number of sets of the coaxial waveguide and the antenna, and each microwave output from the distributor 2. A plurality of amplifiers that adjust the output of the first and second amplifiers, and a plurality of isolators that absorb reflected microwaves that are output from the plurality of amplifiers and then return to the plurality of amplifiers. Item 3. The plasma generator according to Item 2. 前記複数のアンテナの一部から前記共振器を通して前記チャンバの内部に放射されるマイクロ波によって前記処理ガスを励起させ、プラズマ発生後は前記複数の全てのアンテナから前記共振器を通して前記チャンバの内部にマイクロ波が放射されるように、前記マイクロ波発生装置を制御するプラズマ制御装置をさらに具備することを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。   The processing gas is excited by microwaves radiated from a part of the plurality of antennas through the resonator to the inside of the chamber, and after plasma generation, the plasma is generated from all of the plurality of antennas to the inside of the chamber through the resonators. The plasma generator according to claim 4, further comprising a plasma controller that controls the microwave generator such that microwaves are emitted. 前記共振器は、石英系材料、単結晶アルミナ系材料、多結晶アルミナ系材料、窒化アルミニウム系材料のいずれかからなることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。   6. The resonator according to claim 1, wherein the resonator is made of any one of a quartz material, a single crystal alumina material, a polycrystalline alumina material, and an aluminum nitride material. Plasma generator. 前記チャンバの内面に、前記チャンバの腐食を防止するために、石英系材料または単結晶アルミナ系材料または多結晶アルミナ系材料からなる腐食防止部材が装着されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。   2. A corrosion preventing member made of a quartz material, a single crystal alumina material or a polycrystalline alumina material is mounted on the inner surface of the chamber to prevent corrosion of the chamber. The plasma generator of any one of Claim 6. 前記チャンバは、前記チャンバを構成する部材の内部に冷媒を流すことによって冷却可能なジャケット構造を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。   The plasma generation apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the chamber has a jacket structure that can be cooled by flowing a coolant through a member constituting the chamber. 前記チャンバは、その一端面が前記開口面となっている有底筒状部材であり、
前記有底筒状部材は、その底壁にマイクロ波によって励起されたガスを前記チャンバから外部へ放出する排気口を有し、その側壁の前記開口面側近傍に前記処理ガスを内部空間に放出するガス放出口を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。 The chamber is a bottomed cylindrical member whose one end surface is the opening surface,
The bottomed cylindrical member has an exhaust port that discharges gas excited by microwaves from the chamber to the outside on the bottom wall, and discharges the processing gas into the inner space in the vicinity of the opening surface side of the side wall. The plasma generator according to any one of claims 1 to 8, further comprising a gas discharge port. 前記同軸導波管に、前記同軸導波管の長さ方向にスライド自在であり、前記アンテナに対するインピーダンス整合を行うスラグチューナが取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。   The slag tuner that is slidable in the longitudinal direction of the coaxial waveguide and that performs impedance matching with the antenna is attached to the coaxial waveguide. 2. The plasma generator according to claim 1. 所定の処理ガスをマイクロ波によって励起するプラズマ発生装置と、
基板を収容し、前記プラズマ発生装置において前記処理ガスを励起させることにより発生させた励起ガスにより、前記基板に所定の処理を施す基板処理チャンバと、
を具備し、
前記プラズマ発生装置は、
所定波長のマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を放射するアンテナと、
内管と外管からなる同軸構造を有し、前記内管の一端に前記アンテナが取り付けられ、前記マイクロ波発生装置で発生されたマイクロ波を前記アンテナへ導く同軸導波管と、
誘電体材料からなり、前記アンテナを保持し、前記アンテナから放射されたマイクロ波による定在波が形成される共振器と、
前記共振器が配置される開口面を有し、前記アンテナから前記共振器を通して放射されたマイクロ波が導かれ、かつ所定の処理ガスが供給され、前記マイクロ波によって前記処理ガスが励起されるプラズマ励起用のチャンバと、
を有し、
前記アンテナはスロットアンテナであることを特徴とするリモートプラズマ処理装置。 A plasma generator for exciting a predetermined processing gas by microwaves;
A substrate processing chamber for accommodating a substrate and performing a predetermined process on the substrate by an excitation gas generated by exciting the processing gas in the plasma generator;
Comprising
The plasma generator comprises:
A microwave generator for generating microwaves of a predetermined wavelength;
An antenna that radiates microwaves generated by the microwave generator;
A coaxial waveguide having an inner tube and an outer tube, wherein the antenna is attached to one end of the inner tube, and a coaxial waveguide that guides the microwave generated by the microwave generator to the antenna;
A resonator made of a dielectric material, holding the antenna, and forming a standing wave by a microwave radiated from the antenna;
Plasma having an opening surface on which the resonator is disposed, a microwave radiated from the antenna through the resonator, and a predetermined processing gas is supplied, and the processing gas is excited by the microwave A chamber for excitation;
Have
The remote plasma processing apparatus, wherein the antenna is a slot antenna.
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