JP2013175480A - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing plasma processing on a substrate.
平板ディスプレイ、太陽電池、半導体装置等の製造工程では、薄膜の形成やエッチング等にプラズマが用いられている。プラズマは、例えば、真空チャンバ内にガスを導入し、チャンバ内に設けられた電極に数MHz〜数100MHzの高周波を印加することによって生成される。生産性を向上させるために、平板ディスプレイや太陽電池用のガラス基板のサイズは年々大きくなっており、既に2m角を越えるガラス基板で量産が行われている。 In the manufacturing process of a flat panel display, a solar cell, a semiconductor device, etc., plasma is used for forming a thin film or etching. The plasma is generated, for example, by introducing a gas into a vacuum chamber and applying a high frequency of several MHz to several hundred MHz to an electrode provided in the chamber. In order to improve productivity, the size of a glass substrate for a flat panel display or a solar cell is increasing year by year, and mass production is already performed on a glass substrate exceeding 2 m square.
プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)等の成膜プロセスでは、成膜速度を向上させるために、より高い密度のプラズマが求められている。また、基板表面に入射するイオンのエネルギーを低く抑えてイオン照射ダメージを低減するとともに、ガス分子の過剰解離を抑制するために、電子温度の低いプラズマが求められている。一般に、プラズマ励起周波数を高くすると、プラズマ密度が増加し電子温度が低下する。従って、高品質な薄膜を高いスループットで成膜するには、プラズマ励起周波数を高くする必要がある。そこで、通常の高周波電源の周波数である13.56MHzより高い30〜300MHzのVHF(Very High Frequency)帯の高周波をプラズマ処理に用いることが行われている(例えば、特許文献1、2参照)。
In a film formation process such as plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), a plasma with a higher density is required in order to improve the film formation speed. Further, in order to reduce ion irradiation damage by suppressing the energy of ions incident on the substrate surface and to suppress excessive dissociation of gas molecules, plasma having a low electron temperature is required. In general, when the plasma excitation frequency is increased, the plasma density increases and the electron temperature decreases. Therefore, in order to form a high-quality thin film with high throughput, it is necessary to increase the plasma excitation frequency. Therefore, a high frequency of a VHF (Very High Frequency) band of 30 to 300 MHz, which is higher than a frequency of 13.56 MHz, which is a frequency of a normal high frequency power source, is used for plasma processing (for example, see
ところで、処理するガラス基板のサイズが、例えば、2m角のように大きくなると、上記のようなVHF帯のプラズマ励起周波数でプラズマ処理した場合には、高周波が印加される電極内に生じる表面波の定在波によりプラズマ密度の均一性が低下してしまう。一般的には、高周波が印加される電極のサイズが自由空間の波長の1/20より大きくなると、何らかの対策を行わないと均一なプラズマを励起することができない。 By the way, when the size of the glass substrate to be processed becomes large, for example, 2 m square, when the plasma processing is performed at the plasma excitation frequency in the VHF band as described above, the surface wave generated in the electrode to which the high frequency is applied is generated. The uniformity of the plasma density is reduced by the standing wave. Generally, when the size of an electrode to which a high frequency is applied is larger than 1/20 of the wavelength in free space, uniform plasma cannot be excited unless some measures are taken.
本発明は、2m角を越えるようなより大きなサイズの基板に対して、VHF周波数帯のような高周波で励起されるプラズマの密度の均一性を改善できるプラズマ処理装置を提供する。 The present invention provides a plasma processing apparatus capable of improving the uniformity of the density of plasma excited at a high frequency such as the VHF frequency band on a substrate having a larger size than 2 m square.
本発明のプラズマ処理装置は、導波路を画定する導波路部材と、前記導波路の長手方向における所定の給電位置から電磁エネルギーを当該導波路内に供給する伝送路と、前記導波路を通じて電磁エネルギーが供給されるとともに、プラズマ形成空間に面するように配置された電界形成用の複数の電極と、を有し、前記複数の電極は、前記導波路の長手方向に沿って配列され、前記複数の電極の各々は、前記導波路の幅方向に延在している、ことを特徴とする。 The plasma processing apparatus of the present invention includes a waveguide member that defines a waveguide, a transmission path that supplies electromagnetic energy into the waveguide from a predetermined feeding position in the longitudinal direction of the waveguide, and electromagnetic energy through the waveguide. And a plurality of electric field forming electrodes arranged to face the plasma forming space, and the plurality of electrodes are arranged along the longitudinal direction of the waveguide, Each of the electrodes extends in the width direction of the waveguide.
本発明によれば、より大きなサイズの被処理体(基板)に対して、VHF周波数帯で励起されるプラズマの密度の均一性を導波路の長手方向および幅方向において改善できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the uniformity of the density of the plasma excited in a VHF frequency band can be improved with respect to the to-be-processed object (board | substrate) of a larger size in the longitudinal direction and width direction of a waveguide.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.
[プラズマ処理装置の基本構成]
まず、本発明が適用されるタイプのプラズマ処理装置の一例について図1及び図2を参照して説明する。図1は図2のI−I断面図であり、図2は図1のII−II断面図である。図1及び図2に示したプラズマ処理装置10は、供給された電磁波が共振するように設計された導波路を利用して電磁エネルギーを電極へ供給することにより、導波路の長手方向に沿って均一な密度のプラズマを励起可能な構成を有する。
[Basic configuration of plasma processing equipment]
First, an example of a plasma processing apparatus of the type to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG. 2, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. The plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 supplies electromagnetic energy to an electrode using a waveguide designed so that the supplied electromagnetic wave resonates, thereby along the longitudinal direction of the waveguide. It has a configuration capable of exciting a uniform density plasma.
ここで、導波路の共振について説明する。先ず、図3Aに示すように、長辺の長さa、短辺の長さbという断面を有する矩形導波管GTの管内波長について考える。管内波長λgは式(1)で表される。 Here, the resonance of the waveguide will be described. First, as shown in FIG. 3A, the in-tube wavelength of a rectangular waveguide GT having a cross section with a long side length a and a short side length b will be considered. The guide wavelength λg is expressed by the equation (1).
ここで、λは自由空間の波長、εrは導波管内の比誘電率、μrは導波管内の比透磁率である。式(1)によれば、εr=μr=1のとき導波管GTの管内波長λgは自由空間の波長λよりも常に長いことがわかる。λ<2aのとき、管内波長λgは長辺の長さaが短くなると長くなる。λ=2aのとき、即ち長辺の長さaが自由空間の波長λの1/2に等しくなると、分母が0になり管内波長λgが無限大になる。このとき導波管GTはカットオフ状態となり、導波管GT内を伝搬する電磁波の位相速度は無限大、群速度は0になる。さらに、λ>2aになると、電磁波は導波管内を伝搬することができなくなるが、ある程度の距離は進入することができる。なお、一般にはこの状態もカットオフ状態といわれるが、ここでは、λ=2aのときをカットオフ状態ということにする。例えば、プラズマ励起周波数が60Mhzにおいて、中空導波管ではaが250cmとなり、アルミナ導波管ではaが81cmとなる。 Here, λ is the wavelength in free space, εr is the relative permittivity in the waveguide, and μr is the relative permeability in the waveguide. According to equation (1), it is understood that the in-tube wavelength λg of the waveguide GT is always longer than the wavelength λ in free space when εr = μr = 1. When λ <2a, the guide wavelength λg increases as the long side length a decreases. When λ = 2a, that is, when the length a of the long side is equal to ½ of the wavelength λ in free space, the denominator becomes 0 and the in-tube wavelength λg becomes infinite. At this time, the waveguide GT is cut off, the phase velocity of the electromagnetic wave propagating in the waveguide GT is infinite, and the group velocity is zero. Furthermore, when λ> 2a, the electromagnetic wave cannot propagate through the waveguide, but can enter a certain distance. In general, this state is also referred to as a cut-off state. Here, the state when λ = 2a is referred to as a cut-off state. For example, at a plasma excitation frequency of 60 MHz, a is 250 cm in the hollow waveguide, and a is 81 cm in the alumina waveguide.
図3Bは、プラズマ処理装置10に用いられる基本的なタイプの導波路を示している。この導波路WGを画定する導波路部材GMは、導電性部材で形成され、導波方向(長手方向)A、幅方向Bにおいて互いに対向する側壁部W1,W2と、側壁部W1およびW2の高さ方向Hにおける下端部にフランジ状に延びる第1および第2電極部EL1,EL2を有する。また、側壁部W1およびW2の間に形成される隙間には、プレート状の誘電体DIが挿入されている。この誘電体DIは、導波路WG内でプラズマが励起されるのを防ぐ役割を果たす。図3Bに示す導波路WGの幅wは、導波路の短辺の長さbと等しい値に設定され、高さhは、カットオフ状態にある導波管GTと電気的に等価になるようλ/4(a/2)よりも小さい最適値に設定される。導波路WGでは、L(インダクタンス)とC(キャパシタンス)によるLC共振回路が形成され、カットオフ状態になることにより、供給される電磁波が共振する。導波路WG中を導波方向Aに伝搬する高周波の波長を無限大にすれば、電極EL1およびEL2の長手方向に沿って均一な高周波電界が形成され、長手方向に密度が均一なプラズマが励起される。なお、導波路WGからプラズマ側を見たインピーダンスが仮に無限大だとすると、導波路WGは、矩形導波管を長辺方向において丁度2等分した伝送路とみなすことができる。従って、導波路WGの高さhがλ/4のとき、管内波長λgが無限大になる。しかし、実際には導波路WGからプラズマ側を見たインピーダンスは容量性なので、管内波長λgを無限大にする導波路WGの高さhは、λ/4よりも小さい。 FIG. 3B shows a basic type of waveguide used in the plasma processing apparatus 10. The waveguide member GM that defines the waveguide WG is formed of a conductive member, and the side wall portions W1 and W2 facing each other in the waveguide direction (longitudinal direction) A and the width direction B and the heights of the side wall portions W1 and W2 are set. The lower end in the length direction H has first and second electrode portions EL1, EL2 extending in a flange shape. A plate-like dielectric DI is inserted in the gap formed between the side wall portions W1 and W2. The dielectric DI plays a role of preventing the plasma from being excited in the waveguide WG. The width w of the waveguide WG shown in FIG. 3B is set to a value equal to the length b of the short side of the waveguide, and the height h is electrically equivalent to the waveguide GT in the cutoff state. It is set to an optimum value smaller than λ / 4 (a / 2). In the waveguide WG, an LC resonance circuit including L (inductance) and C (capacitance) is formed, and the supplied electromagnetic wave resonates by being cut off. If the high-frequency wavelength propagating in the waveguide direction WG in the waveguide WG is made infinite, a uniform high-frequency electric field is formed along the longitudinal direction of the electrodes EL1 and EL2, and plasma having a uniform density in the longitudinal direction is excited. Is done. If the impedance when the plasma side is viewed from the waveguide WG is infinite, the waveguide WG can be regarded as a transmission line obtained by dividing the rectangular waveguide into two equal parts in the long side direction. Therefore, when the height h of the waveguide WG is λ / 4, the guide wavelength λg becomes infinite. However, since the impedance when the plasma side is viewed from the waveguide WG is actually capacitive, the height h of the waveguide WG that makes the in-tube wavelength λg infinite is smaller than λ / 4.
プラズマ処理装置10は、内部に基板Gを載置する真空容器100を有し、内部にてガラス基板(以下、基板Gと称呼する)をプラズマ処理する。真空容器100は断面が矩形状であり、アルミ合金等の金属から形成され、接地されている。真空容器100の上部開口は天井部105で覆われている。基板Gは、載置台115に載置されている。なお、基板Gは被処理体の一例であり、これに限定されるわけではなく、シリコンウエハなどであってもよい。
The plasma processing apparatus 10 includes a
真空容器100の床部には、基板Gを置くため載置台115が設けられている。載置台115の上方には、プラズマ形成空間PSを介して複数(2つ)のプラズマ発生機構200が設けられている。プラズマ発生機構200は、真空容器100の天井部105に固定されている。
On the floor of the
各プラズマ発生機構200は、アルミ合金で形成された同じサイズの2つの導波路部材201A,201Bと、同軸管225と、2つの対向する導波路部材201A,201Bの間に形成される導波路WG内に挿入された誘電体板220とを有する。
Each
導波路部材201A,201Bは、導波路WGを形成するために、互いに所定の隙間をおいて対向する平板部201Wと、この平板部201Wの下端部にフランジ状に形成されたプラズマを励起する電界形成用の電極部201EA,201EBとをそれぞれ有する。導波路部材201A,201Bの上端部は、導電性材料で形成された天井部105に接続され、導波路部材201A,201Bの上端部は互いに電気的に接続されている。
In order to form the waveguide WG, the
誘電体板220は、酸化アルミニウム又は石英等の誘電体で形成され、導波路WGの下端から上方に向けて当該導波路WGの途中まで延びている。導波路WGの上部が短絡されているため、導波路WGの上側は下側に比べて電界が弱い。したがって、電界の強い導波路WGの下側を誘電体板220で閉塞しておけば導波路WGの上部は空洞であってもよい。もちろん、導波路WGの上部まで誘電体板220で埋められていてもよい。
The
同軸管225は、図2に示すように、導波路WGの長手方向Aの略中央位置に接続され、この位置が給電位置となる。同軸管225の外部導体225bは、導波路部材201Bの一部で構成され、外部導体225bの中心部を内部導体225a1が通過している。内部導体225a1の下端部は、当該内部導体225a1に対して垂直に配置された内部導体225a2に電気的に接続されている。内部導体225a2は、誘電体板220に開いた穴を貫通して、導波路部材201A側の電極部201EAに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, the
同軸管225の内部導体225a1,225a2は、プラズマ発生機構200の一方の電極部201EAに電気的に接続され、同軸管225の外部導体225bはプラズマ発生機構200の他方の電極部201EBに電気的に接続される。同軸管225の上端には、整合器245を介して高周波電源250が接続されている。高周波電源250から給電された高周波電力は、同軸管225を介して長手方向Aの中央位置から導波路WGの両端部に向けて伝搬する。
The inner conductors 225a1 and 225a2 of the
内部導体225a2は、誘電体板220を貫通する。隣接するプラズマ発生機構200にそれぞれ設けられた内部導体225a2が各プラズマ発生機構200の誘電体板220を貫通する向きは、互いに逆向きである。ここで、2つのプラズマ発生機構200の同軸管225に同振幅、同位相の高周波をそれぞれ給電すると、図4に示すように、2つのプラズマ発生機構200の電極部201EA,201EBにはそれぞれ振幅が等しく逆位相の高周波が印加される。なお、本明細書では、高周波とは10MHz〜3000MHzの周波数帯をいい、電磁波の一例である。また、同軸管225は、高周波を供給する伝送路の一例であり、同軸管225の替わりに同軸ケーブルや矩形導波管等を用いてもよい。
The inner conductor 225a2 penetrates the
図1に示すように、電極部201EA、201EBの側面での放電と、上部へのプラズマの侵入を防止するため、電極部201EA、201EBの幅方向Bにおける側面は、第1の誘電体カバー221で覆われている。図2に示すように、導波路WGの長手方向Aの端面を開放状態にするとともに、両側面での放電を防止するために、平板部201Wの長手方向Aの両側面は、第2の誘電体カバー215で覆われている。
As shown in FIG. 1, in order to prevent discharge on the side surfaces of the electrode portions 201EA and 201EB and invasion of plasma into the upper portion, the side surfaces in the width direction B of the electrode portions 201EA and 201EB are formed with the first
電極部201EA、201EBの下面は、誘電体板220の下端面と概ね同一面になるように形成されているが、誘電体板220の下端面は電極部201EA,201EBの下面に対して突出していても凹んでいてもよい。電極部201EA,201EBはシャワープレートを兼ねている。具体的には、電極部201EA、201EBの下面には凹みが形成され、この凹みにシャワープレート用の電極蓋270がはめ込まれている。電極蓋270には複数のガス放出孔が設けられており、ガス流路を通過したガスはこのガス放出孔から基板G側に放出される。ガス流路の下端には酸化アルミニウム等の電気絶縁体からなるガスノズルが設けられている(図4参照)。
The lower surfaces of the electrode portions 201EA and 201EB are formed to be substantially flush with the lower end surface of the
均一なプロセスを行うためには、プラズマの密度が均一なだけでは十分ではない。ガスの圧力、原料ガスの密度、反応生成ガスの密度、ガスの滞在時間、基板温度等がプロセスに影響を与えるから、これらが基板G上で均一になっていなければならない。通常のプラズマ処理装置では、基板Gと対向する部分にシャワープレートが設けられ、基板に向かってガスが供給される。ガスは、基板Gの中央部から外周部に向かって流れ、基板の周囲から排気されるようになっている。必然的に、圧力は基板の中央部が外周部より高く、滞在時間は基板の外周部が中央部より長くなる。基板サイズが大きくなると、この圧力と滞在時間の均一性の悪化により均一なプロセスが行えなくなる。大面積基板に対しても均一なプロセスを行うには、基板Gの直上からガスを供給すると同時に、基板の直上から排気する必要がある。 In order to perform a uniform process, it is not sufficient that the plasma density is uniform. Since the gas pressure, source gas density, reaction product gas density, gas residence time, substrate temperature, and the like affect the process, they must be uniform on the substrate G. In a normal plasma processing apparatus, a shower plate is provided at a portion facing the substrate G, and gas is supplied toward the substrate. The gas flows from the center of the substrate G toward the outer periphery, and is exhausted from the periphery of the substrate. Inevitably, the pressure is higher in the central part of the substrate than in the outer peripheral part, and the residence time is longer in the outer peripheral part of the substrate than in the central part. As the substrate size increases, a uniform process cannot be performed due to the deterioration in uniformity of the pressure and residence time. In order to perform a uniform process even on a large-area substrate, it is necessary to supply gas from directly above the substrate G and simultaneously exhaust air from directly above the substrate.
プラズマ処理装置10では、隣接するプラズマ発生機構200間に排気スリットCが設けられている。つまり、ガス供給器290から出力されたガスは、プラズマ発生機構200内に形成されたガス流路を通ってプラズマ発生機構200の下面から処理室内に供給され、基板Gの直上に設けられた排気スリットCから上方向に排気される。排気スリットCを通過したガスは、隣接するプラズマ発生機構200により排気スリットCの上部に形成される第1の排気路281内を流れ、第2の誘電体カバー215と真空容器100との間に設けられた第2の排気路283に導かれる。さらに、真空容器100の側壁に設けられた第3の排気路285中を下方向に流れ、第3の排気路285の下方に設けられた真空ポンプ(不図示)により排気される。
In the plasma processing apparatus 10, an exhaust slit C is provided between adjacent
天井部105には冷媒流路295aが形成されている。冷媒供給器295から出力された冷媒は冷媒流路295aに流され、これにより、プラズマ発生機構200を介して天井部105側にプラズマから流入した熱を伝えるようになっている。
A
プラズマ処理装置10では、導波路WGの実効的な高さhを電気的に変えるために、インピーダンス可変回路380が設けられている。電極長手方向の中央部に設けられた高周波を供給する同軸管225の他に、電極長手方向の両端付近には、2個のインピーダンス可変回路380をそれぞれ接続する2本の同軸管385が設けられている。第一のガス排気路281のガス流を妨げないようにするために、同軸管385の内部導体385a2は、同軸管225の内部導体225a2よりも上方に設けられている。
In the plasma processing apparatus 10, an impedance variable circuit 380 is provided in order to electrically change the effective height h of the waveguide WG. In addition to the
インピーダンス可変回路380の構成例としては、可変コンデンサのみの構成、可変コンデンサとコイルとを並列接続した構成、可変コンデンサとコイルと直列接続した構成等が考えられる。 As a configuration example of the variable impedance circuit 380, a configuration having only a variable capacitor, a configuration in which a variable capacitor and a coil are connected in parallel, a configuration in which a variable capacitor and a coil are connected in series, and the like can be considered.
プラズマ処理装置10においては、カットオフ状態になったとき、同軸管225から見た反射が最も小さくなるように導波路WGの実効的な高さを調節する。また、プロセス中であっても導波路の実効的な高さを調節することが好ましい。そこで、プラズマ処理装置10では、整合器245と同軸管225との間に反射計300が取り付けられていて、同軸管225から見た反射の状態をモニタするようになっている。反射計300による検出値は制御部305に送信される。制御部305では、検出値に基づきインピーダンス可変回路380を調整するように指示する。これによって導波路WGの実効的な高さを調整して同軸管225から見た反射を最小にする。なお、以上の制御をすれば反射係数はかなり小さく抑えることができるため、整合器245の設置を省略することもできる。
In the plasma processing apparatus 10, the effective height of the waveguide WG is adjusted so that the reflection viewed from the
隣り合う2つのプラズマ発生機構200に逆位相の高周波を供給すれば、図4に示したように、隣り合う2つの電極部201EA、201EAには、同位相の高周波が印加される。この状態では、プラズマ発生機構200間の排気スリットCに高周波電界が印加されないので、この部分でプラズマが発生することがない。
If high-frequency waves with opposite phases are supplied to two adjacent
排気スリットCに電界が生じないようにするためには、隣接するプラズマ発生機構200の導波路WGのそれぞれを伝搬する高周波の位相を180°ずらし、高周波の電界が逆向きにかかるようにする。
In order to prevent an electric field from being generated in the exhaust slit C, the phase of the high frequency propagating through each of the waveguides WG of the adjacent
図1に示したように、左側のプラズマ発生機構200に配置された同軸管の内部導体225a2と、右側のプラズマ発生機構200に配置された同軸管の内部導体225a2が逆向きに配置される。これにより、高周波電源250から供給される同位相の高周波は、同軸管を介して導波路WGに伝えられるとき逆相になる。
As shown in FIG. 1, the inner conductor 225a2 of the coaxial tube disposed in the left
なお、内部導体225a2を同じ向きに配置した場合には、高周波電源250から逆相の高周波を隣接する電極対にそれぞれ印加することにより、プラズマ発生機構200の全ての電極部201EA,201EBの下面に形成される高周波の電界を同じ向きにでき、排気スリットCで高周波の電界を0にすることができる。
In the case where the inner conductors 225a2 are arranged in the same direction, a high
第1実施形態
上記構成のプラズマ処理装置10では、導波路WGをカットオフ状態にすることにより、例えば、長さ2m以上の電極上で均一なプラズマを励起することが可能である。しかしながら、図3Bに示すような基本的なタイプのプラズマ処理装置では、導波路WGの幅方向Bにおける基板表面のシース中の電界強度は、例えば、図13に示すような分布となる。図13において、電界強度は、第1および第2電極部EL1,EL2の中央位置で最も小さくなり、第1および第2電極部EL1,EL2の幅方向Bの両端で最も強くなることがわかる。このように、幅方向Bにおいて、電界強度が変化すると、幅方向Bにおけるプラズマ密度の均一性が低下する原因となる。また、第1および第2電極部EL1,EL2が、導波路WGの長手方向Aに延在しつつ幅方向Bに配列されている構造では、SiH4等のガスが供給されると、幅方向Bにおけるプラズマの生成が不安定になることがある。このため、本実施形態では、導波路WGの幅方向Bにおけるプラズマ密度の均一性を改善できるプラズマ発生機構について説明する。
First Embodiment In the plasma processing apparatus 10 having the above-described configuration, it is possible to excite uniform plasma on, for example, an electrode having a length of 2 m or more by setting the waveguide WG in a cut-off state. However, in the basic type of plasma processing apparatus as shown in FIG. 3B, the electric field strength in the sheath on the substrate surface in the width direction B of the waveguide WG has a distribution as shown in FIG. In FIG. 13, it can be seen that the electric field strength is the smallest at the center position of the first and second electrode portions EL1, EL2, and the strongest at both ends in the width direction B of the first and second electrode portions EL1, EL2. As described above, when the electric field strength changes in the width direction B, the uniformity of the plasma density in the width direction B decreases. In the structure in which the first and second electrode portions EL1 and EL2 are arranged in the width direction B while extending in the longitudinal direction A of the waveguide WG, when a gas such as SiH 4 is supplied, the width direction The generation of plasma in B may become unstable. For this reason, in this embodiment, a plasma generation mechanism that can improve the uniformity of the plasma density in the width direction B of the waveguide WG will be described.
図5は、本実施形態に係るプラズマ発生機構400の斜視断面図である。図6は、図5のプラズマ発生機構の同軸管側から見た外観を示す斜視断面図である。図7は、図5のプラズマ発生機構の電極側から見た外観を示す斜視断面図である。図8は、電極ユニットの斜視図である。電極ユニットの断面図である。なお、プラズマ発生機構400は、図1および図4に示す2つのプラズマ発生機構200のそれぞれに対応している。すなわち、本実施形態に係るプラズマ処理装置は、図1および図4に示す2つのプラズマ発生機構200を図5に示すプラズマ発生機構400でそれぞれ置き換えたものである。本実施形態に係るプラズマ処理装置は、負荷が変わっても導波路を常にカットオフ状態にするための調整機構、すなわち、上記した2個のインピーダンス可変回路380と、2個のインピーダンス可変回路380をそれぞれ接続する2本の同軸管385とが設けられている。
FIG. 5 is a perspective sectional view of the
プラズマ発生機構400は、第1および第2の導波路部材401,402を有する。第1の導波路部材401は、アルミニウム合金等の導電性材料で形成され、並列する2つの隆起部401rA,401rBと、2つの隆起部401rA,401rBの間で延びる平坦部401fとを有する。第2の導波路部材402は、アルミニウム合金等の導電性材料で平板状に形成され、この第2の導波路部材402上に、第1の導波路部材401が配置されている。導波路部材401と導波路部材402との間で2つの隆起部をもつ導波路WGが画定されている。第2の導波路部材402上には、長手方向Aに延在する誘電体板421〜423が設けられ、誘電体板421の一部は、第1の導波路部材401の平端部401fの下面に接している。誘電体板421〜423は、フッ素樹脂等の誘電体で形成されている。なお、第2の導波路部材402には、電極の温度を一定にするための冷媒流路が形成されていてもよい。
The
導波路WGの2つの隆起部401rA,401rB内には、第1および第2のコイル部材410A,410Bがそれぞれ複数配置されている。第1および第2のコイル部材410A,410Bは、アルミニウム合金等の導電性材料で形成され、長手方向Aを横断する方向の断面が矩形状の筒状に形成されている。第1および第2のコイル部材410A,410Bは、約1ターンのコイルであり、導波路WG内の磁場による電磁誘導作用により電圧を発生するように当該導波路WG内に配置される。第1のコイル部材410Aのターン方向の第1および第2端部410b1,410b2は、誘電体板421,422の上に配置され、所定の隙間をもって互いに対向している。第2のコイル部材410Bのターン方向の第1および第2端部410b1,410b2は誘電体板423,421の上にそれぞれ配置され、所定の隙間をもって互いに対向している。
A plurality of first and
第1の導波路部材401の第1の隆起部401rA内には、複数の第1のコイル部材410Aを貫通するように、第1の誘電体板420Aが設けられている。第1の誘電体板420Aの下端部は、第1のコイル部材410Aの対向する第1および第2端部410b1,410b2の間に挿入されているとともに、誘電体板421と誘電体板422との間に挿入されている。第1の導波路部材401の第2の隆起部401rB内には、複数の第2のコイル部材410Bを貫通するように、第2の誘電体板420Bが設けられている。第2の誘電体板420Bの下端部は、第2のコイル部材410Bの対向する第1および第2端部410b1,410b2の間に挿入されているとともに、誘電体板421と誘電体板423との間に挿入されている。第1および第2の誘電体板420A,420Bは、フッ素樹脂等の誘電体材料で形成されている。
A
同軸管225は、図5および図6に示すように、導波路WGの長手方向Aの略中央位置において、第1および第2の導波路部材401,402と電気的に接続され、導波路WG内に電磁エネルギーをそれぞれ供給する。具体的には、同軸管225は、第1および第2の隆起部の間に設けられ、導波路WGの高さ方向に沿って配置されている。そして、内部導体225aの下端部は、高さ方向Hから誘電体板421を貫通して平板状の第2の導波路部材402に電気的に接続されている。外部導体225aの下端部は、第1の導波路部材402の平端部401fに電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
第2の導波路部材402の下面には、複数(8個)の電極ユニット460が、長手方向Aに沿って配列されている。電極ユニット460は、矩形状に形成された誘電体板462と、この誘電体板462の表面に形成された複数の電極461とを有する。誘電体板462は、酸化アルミニウム等の誘電体で形成され、上面が第2の導波路部材402の下面に接している。複数の電極461は、誘電体板462の表面にメッキされた金属膜で構成され、複数の電極461は、所定の幅を有し、それぞれ導波路WGの幅方向Bに延びているとともに、導波路WGの長手方向Aに沿って所定ピッチで配列されている。配列ピッチは、例えば、10mm程度である。
A plurality (eight) of
誘電体板462には、電極461が形成された面の隣り合う2つの電極461間に、当該隣り合う2つの電極461に沿って延在する所定深さの複数の溝462tが形成されている。溝462tは、隣り合う2つの電極461間の寄生容量を減らすために設けられている。すなわち、溝462tを設けることで、電磁エネルギーの損失が減り、効率を改善できる。
In the
誘電体板462は、シャワープレートとして使用される。このとき、溝462t内に上記したガス放出孔が設けられる。すなわち、誘電体板を貫通するガス放出孔の出口は、溝462t内に形成される。溝462t内は、電極461の表面に比べて電界が弱いので、ガス放出孔を溝462t内に設けることにより、ガス放出孔内での放電を抑制できる。
The
複数の電極461は、第1および第2のコイル部材410A,410Bと、アルミニウム合金等の導電性材料で形成された接続ピン430により電気的に接続されている。具体的には、図5および図6に示すように、第1のコイル部材410Aの第1端部410b1に接続された接続ピン430は、誘電体板422、第2の導波路部材402および誘電体板462を貫通し、複数の電極461のうち対応する電極461に電気的に接続されている。第2のコイル部材410Bの第2端部410b2に接続された接続ピン430は、誘電体板423、第2の導波路部材402および誘電体板462を貫通し、複数の電極461のうち対応する電極461に電気的に接続されている。第1のコイル部材410Aの第1端部410b1に接続された接続ピン430と、第2のコイル部材410Bの第2端部410b2に接続された接続ピン430は、共通の電極461に接続されている。
The plurality of
同様に、第1のコイル部材410Aの第2端部410b2に接続された接続ピン430は、誘電体板421、第2の導波路部材402および誘電体板462を貫通し、複数の電極461のうちの対応する電極461に電気的に接続されている。第2のコイル部材410Bの第1端部410b1に接続された接続ピン430は、誘電体板421、第2の導波路部材402および誘電体板462を貫通し、複数の電極461のうちの対応する電極461に電気的に接続されている。第1のコイル部材410Aの第2端部410b2に接続された接続ピン430と、第2のコイル部材410Bの第1端部410b1に接続された接続ピン430は、共通の電極461に接続されている。なお、接続ピン430と第2の導波路部材402との間は、誘電体440で電気的に分離されている。
Similarly, the
プラズマ発生機構400では、図10に示すように、同軸管225から導波路WGを通じて複数の電極461に電磁エネルギーが供給されると、導波路WGの長手方向Aにおいて隣り合う2つの電極461には、振幅が等しく逆位相の高周波が印加される。この高周波により、図10に矢印で示すような、隣り合う2つの電極461の一方から他方に向かう電界が形成される。この電界の強度は、電極461の長手方向、すなわち、導波路WGの幅方向で略一定となる。この結果、電極461の長手方向、すなわち、導波路WGの幅方向において、プラズマ密度の均一性を改善できる。
In the
本実施形態では、複数の第1および第2のコイル部材410A,410Bを長手方向Aに沿って配置している。複数のコイル部材410A,410Bが一つにつながっていると、条件によっては、コイル部材410A,410B内を長手方向Aに伝搬するモードが発生して長手方向Aにおけるプラズマ密度の均一性が低下する場合がある。本実施形態では、コイル部材を複数に分割することで、このようなモード発生を抑制することができる。なお、条件によっては、コイル部材410A,410Bは長手方向Aにおいて複数に分割されていなくてもよい。コイル部材410A,410Bの形態は、本実施形態に限定されない。たとえば、断面形状が矩形状以外に、円形、楕円等の様々な形状を採用できる。また、約1ターンのコイルでなくても、例えば半ターンや、あるいは、数ターンのコイルでもよい。
In the present embodiment, a plurality of first and
変形例
第1の実施形態では、誘電体板462に複数の溝462tを形成した場合について説明したが、例えば、図11および図12に示すように、複数の溝462tを形成しない誘電体板462を用いることも可能である。
In the first embodiment, the case where the plurality of
誘電体板462にメッキされた金属膜で電極を形成したが、これに限定されるわけではなく、電極461を誘電体板462と別々に形成することも可能である。また、電極461を金属膜の代わりに、金属部材で形成することも可能である。
Although the electrode is formed of a metal film plated on the
第1の実施形態では、導波路WGをカットオフ状態に維持する場合について説明したが、本発明の電極ユニットは、カットオフ状態にない導波路にも適用可能である。 In the first embodiment, the case where the waveguide WG is maintained in the cutoff state has been described. However, the electrode unit of the present invention can also be applied to a waveguide that is not in the cutoff state.
第1の実施形態では、導波路をいわゆるダブルリッジタイプのものとしたが、これに限定されるわけではなく、様々なタイプの導波路に本発明を適用可能である。 In the first embodiment, the waveguide is a so-called double ridge type. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various types of waveguides.
第1の実施形態では、誘電体板462をシャワープレートに兼用したが、シャワープレートとして用いなくてもよい。
In the first embodiment, the
第1の実施形態では、給電位置を導波路の長手方向の中央位置としたが、これに限定されるわけではなく、必要に応じて変更可能である。また、給電位置は一箇所ではなく、導波路の長手方向の複数個所に設けることも可能である。 In the first embodiment, the feeding position is the central position in the longitudinal direction of the waveguide, but the present invention is not limited to this, and can be changed as necessary. In addition, the feeding position is not limited to one place but can be provided at a plurality of places in the longitudinal direction of the waveguide.
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this example. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.
225 同軸管
400 プラズマ発生機構
410A,410B コイル部材
401,402 導波路部材
WG 導波路
460 電極ユニット
461 電極
462 誘電体板
PS プラズマ形成空間
225
Claims (2)
前記導波路の導波方向である長手方向における所定の給電位置から電磁エネルギーを当該導波路内に供給する伝送路と、
前記導波路を通じて電磁エネルギーが供給されるとともに、プラズマ形成空間に面するように配置された電界形成用の複数の電極と、を有し、
前記複数の電極は、前記導波路の長手方向に沿って配列され、
前記複数の電極の各々は、前記導波路の長手方向に直交し、かつ、電磁波の波面に沿った方向である幅方向に延在している、ことを特徴とするプラズマ処理装置。 A waveguide member defining a waveguide;
A transmission line for supplying electromagnetic energy into the waveguide from a predetermined feeding position in the longitudinal direction which is the waveguide direction of the waveguide;
Electromagnetic energy is supplied through the waveguide, and has a plurality of electric field forming electrodes arranged to face the plasma forming space,
The plurality of electrodes are arranged along a longitudinal direction of the waveguide,
Each of the plurality of electrodes is orthogonal to the longitudinal direction of the waveguide and extends in a width direction that is a direction along the wavefront of the electromagnetic wave.
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