JP3085155B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
Plasma processing equipmentInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大口径半導体素子
基板、大型液晶ディスプレイ(LCD)用ガラス基板等
にプラズマを利用してエッチング、アッシング、CVD
等の処理を施すプラズマ処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to etching, ashing, and CVD of a large-diameter semiconductor element substrate, a large-sized liquid crystal display (LCD) glass substrate, and the like using plasma.
And the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】反応性ガスのプラズマは、LSIおよび
LCD製造プロセスにおいて広く用いられている。特
に、プラズマを用いたドライエッチング技術は、LSI
およびLCD製造プロセスにとって不可欠な基本技術と
なっている。2. Description of the Related Art Reactive gas plasmas are widely used in LSI and LCD manufacturing processes. In particular, dry etching technology using plasma has been
And it is an indispensable basic technology for the LCD manufacturing process.
【0003】一般に、プラズマを発生させるための励起
手段として、2.45GHzのマイクロ波と13.56
MHzのRF(高周波)が用いられている。マイクロ波
を用いる場合、RFを用いる場合に比べて、低温で高密
度のプラズマが得られ、また電極が不要のため電極から
のコンタミネーションの問題がないなどの利点がある。Generally, microwaves of 2.45 GHz and 13.56 GHz are used as excitation means for generating plasma.
MHz RF (high frequency) is used. The use of a microwave has advantages over a case of using an RF in that plasma can be obtained at a lower temperature and a higher density, and there is no problem of contamination from the electrode because an electrode is unnecessary.
【0004】しかし、マイクロ波を用いたプラズマ処理
装置では、大面積に均一なプラズマを発生させることが
困難であるため、大口径の半導体基板やLCD用ガラス
基板を均一に処理することが困難である。However, since it is difficult to generate uniform plasma over a large area with a plasma processing apparatus using microwaves, it is difficult to uniformly process a large-diameter semiconductor substrate or an LCD glass substrate. is there.
【0005】この点に関し、本出願人は大面積に均一に
マイクロ波プラズマを発生させることが可能なプラズマ
処理装置として、誘電体線路を利用する方式を提案して
いる(特開昭62−5600号公報、特開昭62−99
481号公報)。In this regard, the present applicant has proposed a method using a dielectric line as a plasma processing apparatus capable of uniformly generating microwave plasma over a large area (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-5600). No., JP-A-62-99
481).
【0006】図5および図6は、上記公報で提案した誘
電体線路を有するプラズマ処理装置の模式的な平面図お
よび部分断面図である。FIGS. 5 and 6 are a schematic plan view and a partial cross-sectional view of a plasma processing apparatus having a dielectric line proposed in the above publication.
【0007】これらの図に示すプラズマ処理装置では、
マイクロ波はマイクロ波発振器26で発振され、マイク
ロ波導波管23を介して誘電体線路21に導入される。
この誘電体線路21を伝搬するマイクロ波により下方の
中空層20に電界が形成される。この電界がマイクロ波
導入窓4を透過して反応室2内に供給されて、反応性ガ
スを励起してプラズマが生成される。このプラズマによ
って試料Sの表面にプラズマ処理が施される。In the plasma processing apparatus shown in these figures,
The microwave is oscillated by the microwave oscillator 26 and is introduced into the dielectric line 21 via the microwave waveguide 23.
An electric field is formed in the lower hollow layer 20 by the microwave propagating through the dielectric line 21. This electric field is transmitted through the microwave introduction window 4 and supplied into the reaction chamber 2 to excite the reactive gas to generate plasma. The plasma treatment is performed on the surface of the sample S by this plasma.
【0008】図7は、誘電体線路を裏返して見たときの
斜視図である。金属板22に誘電体線路21は固定され
る。誘電体線路21は導入部211、テーパ型整合部2
12および平板部213からなる。導入部211はマイ
クロ波導波管23に挿入される。FIG. 7 is a perspective view when the dielectric line is turned upside down. The dielectric line 21 is fixed to the metal plate 22. The dielectric line 21 includes an introduction section 211 and a tapered matching section 2.
12 and a flat plate portion 213. The introduction section 211 is inserted into the microwave waveguide 23.
【0009】テーパ型整合部212の幅は、導入部21
1の幅W0から平板部213の幅W2に、直線的に変化
させている。テーパ型整合部212の厚みは、マイクロ
波の進行方向であるZ方向には導入部211の厚みT0
から平板部213の厚みT1へと直線的に変化させ、ま
た幅方向にはその厚みで一定としている。The width of the tapered alignment portion 212 is
1, the width is linearly changed from the width W0 of 1 to the width W2 of the flat plate portion 213. The thickness of the tapered matching portion 212 is equal to the thickness T0 of the introduction portion 211 in the Z direction, which is the traveling direction of the microwave.
And linearly changes to the thickness T1 of the flat plate portion 213, and the thickness is constant in the width direction.
【0010】マイクロ波導波管23から誘電体線路21
へのマイクロ波導入は、次のようにして行われる。導入
部211において、マイクロ波導波管23を伝搬してき
たマイクロ波が誘電体線路21に導入され、矩形TM11
モードのマイクロ波の表面波が伝搬する。テーパ型整合
部212において、この矩形TM11モードのマイクロ波
が幅方向に拡げられる。拡げられた矩形TM11モードの
マイクロ波が平板部213に導入される。テーパ型整合
部212を設けることにより、矩形TM11モードのマイ
クロ波を、高次モードの発生なしに、大面積の平板部2
13に導入し伝搬させることができる。From the microwave waveguide 23 to the dielectric line 21
The introduction of microwaves into the device is performed as follows. In the introduction unit 211, the microwave propagating through the microwave waveguide 23 is introduced into the dielectric line 21, and the rectangular TM 11
The mode microwave surface wave propagates. In tapered matching section 212, a microwave of the rectangular TM 11 mode is expanded in the width direction. Microwaves spread was rectangular TM 11 mode is introduced to the flat plate portion 213. By providing a tapered matching section 212, a microwave rectangular TM 11 mode, without the higher order mode generating, large-area flat portion 2
13 to be propagated.
【0011】この誘電体線路を有するプラズマ処理装置
では、大面積の平板部213にマイクロ波を均一に導入
し伝搬させることができるため、この平板部213に対
向するマイクロ波導入窓4およびマイクロ波導入口3を
拡げれば、反応室2において大面積のマイクロ波プラズ
マを生成させることができる。In the plasma processing apparatus having the dielectric line, since the microwave can be uniformly introduced and propagated into the large-area flat plate portion 213, the microwave introduction window 4 facing the flat plate portion 213 and the microwave conducting window If the inlet 3 is expanded, a large-area microwave plasma can be generated in the reaction chamber 2.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、誘電
体線路21は、導入部211と、プラズマ発生部に電界
を供給する平板部213と、その平板部213に高次モ
ードのマイクロ波の発生なしにマイクロ波を導入するテ
ーパ型整合部212からなっている。このテーパ型整合
部212はプラズマ発生に直接関係しないため、短けれ
ば短いほど、プラズマ処理装置の大きさを小さくできる
ので好ましい。As described above, the dielectric line 21 includes the introduction portion 211, the flat plate portion 213 for supplying an electric field to the plasma generation portion, and the high-order mode microwaves applied to the flat plate portion 213. It comprises a tapered matching section 212 for introducing microwaves without generation. Since the tapered matching portion 212 is not directly related to plasma generation, it is preferable that the taper matching portion 212 be shorter, since the size of the plasma processing apparatus can be reduced.
【0013】しかしながら、このテーパ型整合部212
の長さを単純に短かくすると、基本モードである矩形T
M11モードのマイクロ波の表面波が減衰し、高次モード
が発生する。高次モードが発生すると、規則的なマイク
ロ波の電界強度分布となる基本モードマイクロ波の伝搬
と異なり、マイクロ波は複数モードの重ね合わせとなる
ため、マイクロ波の進行方向の電界強度分布は不均一に
なる。その結果、この電界で生成されるプラズマの分布
も不均一になる。このため、テーパ型整合部212の長
さを単純に短かくすることができないという問題があっ
た。However, the tapered matching portion 212
Is simply shortened, the basic mode rectangle T
Microwave surface-wave of the M 11 mode is attenuated, higher order modes are generated. Unlike the propagation of the fundamental mode microwave, which has a regular microwave electric field intensity distribution when the higher-order mode occurs, the microwave is a superposition of a plurality of modes, so that the electric field intensity distribution in the traveling direction of the microwave is improper. Become uniform. As a result, the distribution of the plasma generated by this electric field also becomes non-uniform. For this reason, there is a problem that the length of the tapered matching portion 212 cannot be simply shortened.
【0014】さらに、半導体基板の大口径化およびLC
D用ガラス基板の大面積化に伴って、平板部213を大
きくする必要があり、これに伴いこのテーパ型整合部2
12もより大きくする必要があるという問題が生じてき
た。Further, the diameter of the semiconductor substrate is increased and LC is increased.
As the area of the glass substrate for D increases, the size of the flat plate portion 213 needs to be increased.
12 has to be made larger.
【0015】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、装置を不必要に大きくすることなく、誘電体
線路の平板部を伝搬するマイクロ波を進行方向に強度レ
ベルの揃った単一モードのマイクロ波にして、プラズマ
を大面積に均一に生成できるプラズマ処理装置を提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has been made in consideration of the above-described circumstances. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of uniformly generating plasma over a large area by using a mode microwave.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】誘電体線路の平板部を伝
搬するマイクロ波の電界は、開放された誘電体線路下面
から漏洩する。この漏洩した電界がマイクロ波導入窓を
透過し、反応室内でプラズマを生成する。誘電体線路を
伝搬するマイクロ波は定在波となっており、正弦波状の
電界強度分布を示すため、マイクロ波導入窓の近傍では
プラズマの分布はこの電界強度分布を反映したものとな
る。しかし、この生成したプラズマは、マイクロ波導入
窓から離れるに従い拡散により均一化されるため、試料
台付近においては均一なプラズマとなる。The electric field of the microwave propagating on the flat portion of the dielectric line leaks from the lower surface of the open dielectric line. The leaked electric field passes through the microwave introduction window and generates plasma in the reaction chamber. Since the microwave propagating through the dielectric line is a standing wave and exhibits a sinusoidal electric field intensity distribution, the plasma distribution near the microwave introduction window reflects the electric field intensity distribution. However, the generated plasma is uniformed by diffusion as the distance from the microwave introduction window increases, so that the generated plasma becomes uniform near the sample stage.
【0017】プラズマを不均一にするのは、マイクロ波
の進行方向の電界強度のピーク値の減衰であり、これは
高次モードのマイクロ波の発生に起因するものである。What makes the plasma non-uniform is the attenuation of the peak value of the electric field strength in the traveling direction of the microwave, which is caused by the generation of higher-order mode microwaves.
【0018】このため、テーパ型整合部を設けて高次モ
ードのマイクロ波の発生を抑制し、誘電体線路の平板部
を伝搬するマイクロ波を、進行方向に強度レベルの揃っ
た単一モードのマイクロ波にすることが行われているの
である。For this reason, the generation of high-order mode microwaves is suppressed by providing a tapered type matching portion, and the microwaves propagating in the flat plate portion of the dielectric line are converted into a single mode of uniform intensity level in the traveling direction. Microwaves are being used.
【0019】テーパ型整合部と高次モードのマイクロ波
の発生について説明する。図10は、マイクロ波が誘電
体線路を伝搬する状況を示す模式図である。破線はマイ
クロ波の波面を示している。The generation of the high-order mode microwaves and the tapered matching section will be described. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a situation in which a microwave propagates through a dielectric line. The broken line indicates the wavefront of the microwave.
【0020】導波管開口面212Sから導入されたマイ
クロ波のテーパ型整合部の終端位置212Eでの位相に
ついて考えると、中央部Aでの位相と端部Bでの位相に
ずれが生じる。この中央部Aでの位相と端部Bでの位相
のずれθdif が3π/4(radian)を超えると、高次モ
ードのマイクロ波が発生しやすくなる。Considering the phase of the microwave introduced from the waveguide opening surface 212S at the end position 212E of the tapered matching portion, a phase shift occurs at the center portion A and at the end portion B. When the phase shift θdif between the phase at the central portion A and the phase at the end portion B exceeds 3π / 4 (radian), microwaves in higher-order modes are easily generated.
【0021】この中央部Aでの位相と端部Bでの位相の
ずれθdif は下記の(1)式で表される。ここで、λg
はマイクロ波の誘電体内の伝搬波長であり、∫B ds2 は
導波管開口面212Sから端部Bまでの積分、∫A ds1
は導波管開口面212Sから中央部Aまでの積分を意味
している。λg は誘電体線路の断面形状の関数であり、
厚みの関数で近似でき、厚みを位置の関数で表せば、λ
g は位置の関数になる。The deviation θdif between the phase at the center A and the phase at the end B is expressed by the following equation (1). Where λg
Is the propagation wavelength of the microwave in the dielectric, ∫ B ds2 is the integral from the waveguide opening surface 212S to the end B, ∫ A ds1
Denotes the integral from the waveguide opening surface 212S to the central portion A. λg is a function of the cross-sectional shape of the dielectric line,
It can be approximated by a function of thickness, and if the thickness is expressed by a function of position, λ
g is a function of position.
【0022】λg をテーパ整合部におけるその平均値で
ある(λg )avで近似すると、この中央部Aでの位相と
端部Bでの位相のずれθdif は(1)’式で表される。
dは、導波管開口面212Sから中央部Aまでの距離と
端部Bまでの距離の差である。When λg is approximated by (λg) av, which is its average value in the taper matching portion, the deviation θdif between the phase at the central portion A and the phase at the end portion B is expressed by equation (1) ′.
d is the difference between the distance from the waveguide opening surface 212S to the center A and the distance from the end B.
【0023】距離の差dは(2)式で近似される。Wは
誘電体線路の平板部213の幅すなわちテーパ型整合部
212の終端位置212Eでの幅、W0は導波管開口面
212Sでの幅、Lはテーパ型整合部の長さである。距
離の差dは誘電体線路の平板部213の幅Wの2乗にほ
ぼ比例し、テーパ型整合部212の長さLにほぼ反比例
する。また、(2)式から、テーパ型整合部の長さLは
誘電体線路の幅Wの2乗にほぼ比例する。The distance difference d is approximated by equation (2). W is the width of the flat plate portion 213 of the dielectric line, that is, the width at the end position 212E of the tapered matching portion 212, W0 is the width at the waveguide opening surface 212S, and L is the length of the tapered matching portion. The distance difference d is substantially proportional to the square of the width W of the flat plate portion 213 of the dielectric line, and substantially inversely proportional to the length L of the tapered matching portion 212. Further, from the equation (2), the length L of the tapered matching portion is substantially proportional to the square of the width W of the dielectric line.
【0024】したがって、半導体基板の大口径化および
LCD用ガラス基板の大面積化に合わせて、誘電体線路
の平板部213の幅Wを大きくすると、その2乗に比例
してテーパ型整合部の長さLを長くする必要がある。Therefore, when the width W of the flat plate portion 213 of the dielectric waveguide is increased in accordance with the increase in the diameter of the semiconductor substrate and the increase in the area of the glass substrate for LCD, the tapered matching portion is increased in proportion to the square. It is necessary to increase the length L.
【0025】[0025]
【数1】 (Equation 1)
【0026】本発明者は、位相のずれθdif を小さくす
るためには、前記(1)式に基づき、導波管開口面21
2Sから端部Bまでの経路上での伝搬波長λg と、導波
管開口面212Sから中央部Aまでの経路上での伝搬波
長λg を異ならせれば良いことに着目した(図10参
照)。また、この伝搬波長λg を変化させるにはその位
置での誘電体の厚みを変えれば良い、すなわち厚くすれ
ば伝搬波長λg は短かくでき、薄くすれば伝搬波長λg
は長くできることに着目して、本発明を完成させた。In order to reduce the phase shift θdif, the present inventor based on the above equation (1) requires that
It is noted that the propagation wavelength λg on the path from 2S to the end B and the propagation wavelength λg on the path from the waveguide opening surface 212S to the center A may be different (see FIG. 10). In order to change the propagation wavelength λg, the thickness of the dielectric at that position may be changed. That is, the propagation wavelength λg can be shortened by increasing the thickness, and the propagation wavelength λg can be reduced by decreasing the thickness.
Paid attention to the fact that it can be made long, and completed the present invention.
【0027】本発明のプラズマ処理装置によれば、誘電
体線路21のテーパ型整合部212の幅方向の厚みに関
して、中央を厚く、端を薄くしている。こうすることに
より、誘電体線路21のテーパ型整合部212の中央部
を伝搬するマイクロ波の伝搬波長λg を端部を伝搬する
マイクロ波の伝搬波長λg に比べて短かくする。この結
果、A点とB点での位相を揃え、位相のずれθdif を抑
えることができる。According to the plasma processing apparatus of the present invention, the thickness of the tapered matching portion 212 of the dielectric line 21 in the width direction is thick at the center and thin at the ends. By doing so, the propagation wavelength λg of the microwave propagating in the center of the tapered matching section 212 of the dielectric line 21 is made shorter than the propagation wavelength λg of the microwave propagating in the end. As a result, the phases at the points A and B can be aligned, and the phase shift θdif can be suppressed.
【0028】こうすることにより、誘電体線路21のテ
ーパ型整合部212を長くすることなしに、テーパ型整
合部212における高次モードのマイクロ波の発生を抑
え、進行方向に強度レベルの揃った単一モードのマイク
ロ波を減衰なく伝搬させることができる。この結果、電
界強度分布は強度の揃った正弦波状の一様分布となり、
反応室内の試料台付近においては均一なプラズマを生成
させることができる。By doing so, the generation of higher-order mode microwaves in the tapered matching portion 212 is suppressed without lengthening the tapered matching portion 212 of the dielectric line 21, and the intensity levels are made uniform in the traveling direction. A single mode microwave can be propagated without attenuation. As a result, the electric field intensity distribution becomes a uniform sinusoidal distribution with uniform intensity,
A uniform plasma can be generated near the sample stage in the reaction chamber.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明のプラズマ処理装置
の例を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an example of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【0030】図1はこのプラズマ処理装置の一例を模式
的に示した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of this plasma processing apparatus.
【0031】マイクロ波発振器26はマイクロ波導波管
23を介して誘電体線路21に接続されている。誘電体
線路21にはテフロン(登録商標)等のフッ素系樹脂が
用いられる。金属板22にはアルミニウム等が用いられ
る。The microwave oscillator 26 is connected to the dielectric line 21 via the microwave waveguide 23. A fluororesin such as Teflon (registered trademark) is used for the dielectric line 21. Aluminum or the like is used for the metal plate 22.
【0032】このマイクロ波導波路23の途中には、マ
イクロ波の整合(マッチング)をとるためのチューナー
24およびマイクロ波の反射波をとり除くアイソレータ
25が設けられる。In the middle of the microwave waveguide 23, there are provided a tuner 24 for matching microwaves and an isolator 25 for removing reflected microwaves.
【0033】マイクロ波発振器26で発振されたマイク
ロ波は、マイクロ波導波管23を介して誘電体線路21
に導入される。マイクロ波は、前述したように、導入部
211でマイクロ波導波管23から誘電体線路21中に
導入され、テーパ型整合部212において幅方向に拡げ
られて、平板部213に導入される。こうして、平板部
213において、高次モードの発生なしにマイクロ波を
均一に伝搬させる。The microwave oscillated by the microwave oscillator 26 is transmitted through the microwave waveguide 23 to the dielectric line 21.
Will be introduced. As described above, the microwave is introduced from the microwave waveguide 23 into the dielectric line 21 at the introduction part 211, expanded in the width direction at the tapered matching part 212, and introduced into the flat plate part 213. In this way, the microwaves are uniformly propagated in the flat plate portion 213 without generation of higher-order modes.
【0034】反応容器1は、アルミニウム(Al)等の
金属により中空直方体に作製される。反応容器1の内部
には反応室2が設けられる。反応容器1の上部にはマイ
クロ波導入口3が開口され、このマイクロ波導入口3は
マイクロ波導入窓4にて反応容器1の上部壁との間にO
リング9を挟持して気密に封止される。マイクロ波導入
窓4は、耐熱性とマイクロ波透過性を有しかつ誘電損失
が小さい誘電体、例えば石英ガラス(SiO2 )、アル
ミナ(Al2 O3 )等、で形成される。The reaction vessel 1 is made of a metal such as aluminum (Al) into a hollow rectangular parallelepiped. A reaction chamber 2 is provided inside the reaction vessel 1. A microwave introduction port 3 is opened in the upper part of the reaction vessel 1, and the microwave introduction port 3 is connected between the microwave introduction window 4 and an upper wall of the reaction vessel 1.
The ring 9 is sandwiched and hermetically sealed. The microwave introduction window 4 is formed of a dielectric material having heat resistance and microwave permeability and low dielectric loss, such as quartz glass (SiO 2 ) and alumina (Al 2 O 3 ).
【0035】反応室2内にはマイクロ波導入窓4とは対
向する位置に、試料Sを載置する試料台7が配設され
る。反応ガスを導入するためのガス導入孔5および排気
装置(図示しない)に接続される排気口6が設けられ
る。反応容器1の周囲壁には溶媒通流路8が形成され、
この溶媒通流路8に所定の温度の溶媒を循環させること
により、反応容器1を所定の温度に保持できる。反応容
器1の側壁には、試料Sを反応室2に搬入、搬出するゲ
ートバルブ(図示しない)が設けられる。In the reaction chamber 2, a sample table 7 on which the sample S is to be mounted is disposed at a position facing the microwave introduction window 4. A gas introduction hole 5 for introducing a reaction gas and an exhaust port 6 connected to an exhaust device (not shown) are provided. A solvent passage 8 is formed on the peripheral wall of the reaction vessel 1,
By circulating a solvent at a predetermined temperature through the solvent passage 8, the reaction vessel 1 can be maintained at a predetermined temperature. A gate valve (not shown) for carrying the sample S into and out of the reaction chamber 2 is provided on the side wall of the reaction vessel 1.
【0036】このプラズマ処理装置を用いて試料台上に
載置された試料Sの表面にプラズマ処理を施す方法につ
いて説明する。A method for performing plasma processing on the surface of the sample S placed on the sample table using this plasma processing apparatus will be described.
【0037】排気口6から排気を行って反応室2を所要
の圧力まで排気した後、ガス導入孔5から反応ガスを供
給して反応室2を所定の圧力とする。After the reaction chamber 2 is evacuated to a required pressure by exhausting air from the exhaust port 6, a reaction gas is supplied from the gas introduction hole 5 to bring the reaction chamber 2 to a predetermined pressure.
【0038】マイクロ波発振器26でマイクロ波を発振
させ、マイクロ波導波管23を介して、誘電体線路21
に導入する。誘電体線路21を伝搬するマイクロ波によ
り、下方の中空層20に電界が形成される。この電界が
マイクロ波導入窓4を透過して反応室2に供給されて、
プラズマが生成される。このプラズマによって試料Sの
表面にプラズマ処理が施される。A microwave is oscillated by a microwave oscillator 26, and is passed through a microwave waveguide 23 to a dielectric line 21.
To be introduced. An electric field is formed in the lower hollow layer 20 by the microwave propagating through the dielectric line 21. This electric field is transmitted through the microwave introduction window 4 and supplied to the reaction chamber 2,
A plasma is generated. The plasma treatment is performed on the surface of the sample S by this plasma.
【0039】図2は本発明のプラズマ処理装置の誘電体
線路の一例であって、それを裏返して見たときの斜視図
である。この例の誘電体線路のテーパ型整合部212の
平板部213との接続部は、中央部は厚みT2で平坦で
あり、端部は厚みT1であり中央部から端部との間の厚
みは直線的に変化している。もちろんT2>T1であ
る。この厚みの変化のさせ方は曲線的であっても良い。
中央部の幅W1は導入部211の幅W0と異なっても良
い。FIG. 2 is an example of a dielectric line of the plasma processing apparatus of the present invention, and is a perspective view when the dielectric line is turned upside down. In the connection portion between the tapered matching portion 212 and the flat plate portion 213 of the dielectric line of this example, the center portion is flat with a thickness T2, the end portion is a thickness T1, and the thickness between the center portion and the end portion is It changes linearly. Of course, T2> T1. The thickness may be changed in a curved manner.
The width W1 of the central portion may be different from the width W0 of the introduction portion 211.
【0040】[0040]
(実施例)以下、本発明のプラズマ処理装置の実施例に
ついて説明する。本実施例のプラズマ処理装置は図1に
示したものであり、その誘電体線路は図2に示したもの
である。(Embodiment) Hereinafter, an embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention will be described. The plasma processing apparatus of this embodiment is as shown in FIG. 1, and the dielectric line is as shown in FIG.
【0041】本実施例の誘電体線路はテフロン(比誘電
率ε=2.1)で作製した。その寸法は以下の通りであ
る。矩形導波管に接続される導入部211の幅W0は9
6mm、厚みT0は27mm。テーパ型整合部212の
終端における中央部の幅W1は96mm、厚みT2は2
7mm、テーパ型整合部212の終端における端部の厚
みT1は15mm、長さL1は150mm。平板部の幅
W2は300mm、中央部の幅W1は96mm、厚みT
2は27mm、端部の厚みT1は15mm、長さL2は
380mmである。The dielectric line of this example was made of Teflon (relative permittivity ε = 2.1). The dimensions are as follows. The width W0 of the introduction part 211 connected to the rectangular waveguide is 9
6 mm, thickness T0 is 27 mm. The width W1 of the central portion at the end of the tapered matching portion 212 is 96 mm, and the thickness T2 is 2
The thickness T1 at the end of the tapered matching portion 212 is 15 mm, and the length L1 is 150 mm. The width W2 of the flat portion is 300 mm, the width W1 of the central portion is 96 mm, and the thickness T.
2 is 27 mm, the thickness T1 of the end is 15 mm, and the length L2 is 380 mm.
【0042】このとき、周波数2.45GHzのマイク
ロ波により発生する表面波の基本モードである矩形TM
11モードに対して、テーパ型整合部212の終端位置で
の中心線上の位相と端部での導波管開口面からの位相の
ずれθdif はπ/4となる。At this time, a rectangular TM which is a fundamental mode of a surface wave generated by a microwave having a frequency of 2.45 GHz is used.
For the 11 modes, the deviation θdif between the phase on the center line at the end position of the tapered matching section 212 and the phase from the waveguide opening surface at the end is π / 4.
【0043】本実施例の誘電体線路の開放面から漏洩す
る電界強度を測定した。測定は誘電体線路のテーパ型整
合部212の終端をゼロ点としマイクロ波の進行方向で
あるZ方向について、ループアンテナを走査させて行っ
た。測定位置は誘電体面から25mmの位置とした。測
定範囲はZ方向に330mmとした。The intensity of the electric field leaking from the open surface of the dielectric waveguide of this example was measured. The measurement was performed by scanning the loop antenna in the Z direction, which is the traveling direction of the microwave, with the end of the tapered matching section 212 of the dielectric line as the zero point. The measurement position was 25 mm from the dielectric surface. The measurement range was 330 mm in the Z direction.
【0044】図3は、本発明の誘電体線路の電界強度|
Ex|2 のZ方向の分布を示すグラフである。なお、電
界強度|Ex|2 はその最大値で規格化した。電界強度
|Ex|2 がマイクロ波進行方向であるZ方向に対して
正弦波状に分布しており、Z方向に対する減衰が余りな
かった。このときのマイクロ波の周波数は2.45GH
z、マイクロ波電力は40mWであった。FIG. 3 shows the electric field strength of the dielectric line of the present invention.
5 is a graph showing the distribution of Ex | 2 in the Z direction. The electric field strength | Ex | 2 was normalized by the maximum value. The electric field strength | Ex | 2 is distributed sinusoidally in the Z direction, which is the direction in which microwaves travel, and there is not much attenuation in the Z direction. At this time, the microwave frequency is 2.45 GHz.
z, microwave power was 40 mW.
【0045】次に、この誘電体線路を備えたプラズマ処
理装置においてイオン電流密度分布の測定を行った。測
定位置はマイクロ波導入窓4から60mmの位置とし
た。このときの反応容器のマイクロ波導入口3は幅28
0mm、長さは320mmであった。マイクロ波導入窓
4は幅360mm×380mmで厚みが20mmの石英
板とした。Next, the ion current density distribution was measured in a plasma processing apparatus equipped with this dielectric line. The measurement position was 60 mm from the microwave introduction window 4. At this time, the microwave inlet 3 of the reaction vessel has a width of 28.
0 mm and length was 320 mm. The microwave introduction window 4 was a quartz plate having a width of 360 mm × 380 mm and a thickness of 20 mm.
【0046】プラズマ発生の条件は以下の通りである。
反応ガスは、Ar:30sccm、圧力は10mTor
r、マイクロ波電力:1kWである。The conditions for plasma generation are as follows.
The reaction gas is Ar: 30 sccm, and the pressure is 10 mTorr.
r, microwave power: 1 kW.
【0047】図4は、プラズマ発生領域のイオン電流密
度のZ方向の分布を示すグラフである。プラズマ発生領
域はZ=20mmからZ=340mmの領域である。こ
の領域でほぼ均一なイオン電流密度分布が得られた。FIG. 4 is a graph showing the distribution of ion current density in the Z direction in the plasma generation region. The plasma generation region is a region from Z = 20 mm to Z = 340 mm. A substantially uniform ion current density distribution was obtained in this region.
【0048】(比較例)図5、図6および図7に示した
従来の装置について、電界強度分布とイオン電流分布の
測定を行った。(Comparative Example) The electric field intensity distribution and the ion current distribution were measured for the conventional apparatus shown in FIGS. 5, 6 and 7.
【0049】本実施例の誘電体線路の寸法は以下の通り
である。矩形導波管の導入部211の幅W0は96m
m、厚みT0は27mm。テーパ型整合部212の長さ
L1は150mm。平板部213の幅W2は300m
m、厚みT1は20mm、長さL2は350mmであ
る。テーパ型整合部212の厚みは幅方向に一定であ
り、マイクロ波の進行方向であるZ方向については、終
端部で平板部213の厚みT1となるように直線的に減
少する。The dimensions of the dielectric line of this embodiment are as follows. The width W0 of the introduction part 211 of the rectangular waveguide is 96 m.
m, thickness T0 is 27 mm. The length L1 of the tapered matching part 212 is 150 mm. The width W2 of the flat plate portion 213 is 300 m
m, thickness T1 is 20 mm, and length L2 is 350 mm. The thickness of the tapered matching portion 212 is constant in the width direction, and linearly decreases so as to become the thickness T1 of the flat plate portion 213 at the end in the Z direction, which is the traveling direction of the microwave.
【0050】このとき、周波数2.45GHzのマイク
ロ波の基本モードである矩形TM11モードに対して、テ
ーパ型整合部212の終端位置での中心線上の位相と端
部での導波管開口面からの位相のずれθdif は3π/4
となる。[0050] At this time, with respect to the rectangular TM 11 mode which is a fundamental mode of the microwave frequency 2.45 GHz, the waveguide opening of the phase and the end of the central line at the end position of the tapered matching section 212 Phase shift θdif is 3π / 4
Becomes
【0051】本比較例の誘電体線路の開放面から漏洩す
る電界強度を測定した。測定法および測定位置は先の実
施例と同じである。The intensity of the electric field leaking from the open surface of the dielectric line of this comparative example was measured. The measuring method and the measuring position are the same as in the previous embodiment.
【0052】図8は、本発明の誘電体線路の電界強度|
Ex|2 のZ方向の分布を示すグラフである。電界強度
|Ex|2 はその最大値で規格化した。電界強度|Ex
|2はマイクロ波進行方向であるZ方向に対して定在波
の波長による減衰とは異なる全体的な減衰を示した。こ
のときのマイクロ波の周波数は2.45GHz、マイク
ロ波電力は40mWであった。FIG. 8 shows the electric field strength of the dielectric line according to the present invention.
5 is a graph showing the distribution of Ex | 2 in the Z direction. The electric field strength | Ex | 2 was normalized by its maximum value. Electric field strength | Ex
| 2 indicates an overall attenuation different from the attenuation due to the wavelength of the standing wave in the Z direction, which is the traveling direction of the microwave. At this time, the frequency of the microwave was 2.45 GHz, and the microwave power was 40 mW.
【0053】次に、この誘電体線路を備えたプラズマ処
理装置においてイオン電流密度分布の測定を行った。測
定位置はマイクロ波導入窓から60mmの位置とした。
このときの反応容器のマイクロ波導入口3は幅280m
m、長さは320mmであった。マイクロ波導入窓4は
幅360mm×380mmで厚みが20mmの石英板と
した。Next, the ion current density distribution was measured in a plasma processing apparatus equipped with this dielectric line. The measurement position was 60 mm from the microwave introduction window.
At this time, the microwave inlet 3 of the reaction vessel has a width of 280 m.
m and length were 320 mm. The microwave introduction window 4 was a quartz plate having a width of 360 mm × 380 mm and a thickness of 20 mm.
【0054】プラズマ発生の条件は以下の通りである。
反応ガスは、Ar:30sccm、圧力は10mTor
r、マイクロ波電力:1kWである。The conditions for plasma generation are as follows.
The reaction gas is Ar: 30 sccm, and the pressure is 10 mTorr.
r, microwave power: 1 kW.
【0055】図9は、プラズマ発生領域のイオン電流密
度のZ方向の分布を示すグラフである。プラズマ発生領
域はZ=20mmからZ=340mmの領域である。イ
オン電流密度分布に減衰の傾向が見られた。FIG. 9 is a graph showing the distribution of ion current density in the plasma generation region in the Z direction. The plasma generation region is a region from Z = 20 mm to Z = 340 mm. There was a tendency for the ion current density distribution to decay.
【0056】上記の結果から、誘電体線路のテーパ型整
合部の厚みを幅方向に変化させ、テーパ型整合部の終端
位置での中心点Aの位相に対する端点Bでの導波管開口
面からの位相のずれθdif を小さくすることにより、電
界強度分布を強度の揃った正弦波状の一様分布とし、プ
ラズマを均一に生成することができた。From the above results, the thickness of the tapered matching portion of the dielectric line was changed in the width direction, and the thickness of the tapered matching portion was changed from the waveguide opening surface at the end point B with respect to the phase of the center point A at the end position of the tapered matching portion. By reducing the phase shift θdif, the electric field intensity distribution was made a sinusoidal uniform distribution with uniform intensity, and the plasma could be generated uniformly.
【0057】[0057]
【発明の効果】以上詳述したように本発明のプラズマ処
理装置にあっては、誘電体線路を伝搬するマイクロ波の
電界を強度レベルの揃った単一モードの電界にし、プラ
ズマを均一に生成できる。こうして、大口径の半導体基
板、LCD用ガラス基板を均一にプラズマ処理すること
ができる。As described in detail above, in the plasma processing apparatus of the present invention, the electric field of the microwave propagating through the dielectric line is changed to a single-mode electric field having a uniform intensity level to uniformly generate plasma. it can. Thus, a large-diameter semiconductor substrate and an LCD glass substrate can be uniformly plasma-processed.
【図1】本発明のプラズマ処理装置の一例を模式的に示
した断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing one example of a plasma processing apparatus of the present invention.
【図2】本発明のプラズマ処理装置の一例の誘電体線路
を裏返して見たときの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an example of a plasma processing apparatus of the present invention when a dielectric line is turned upside down.
【図3】本発明のプラズマ処理装置の誘電体線路の一例
の電界強度|Ex|2 のZ方向の分布を示すグラフであ
る。FIG. 3 is a graph showing the distribution of the electric field strength | Ex | 2 in the Z direction of an example of the dielectric line of the plasma processing apparatus of the present invention.
【図4】本発明のプラズマ処理装置の一例のイオン電流
密度のZ方向の分布を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the distribution of the ion current density in the Z direction of one example of the plasma processing apparatus of the present invention.
【図5】従来のプラズマ処理装置を模式的に示した平面
図である。FIG. 5 is a plan view schematically showing a conventional plasma processing apparatus.
【図6】従来のプラズマ処理装置を模式的に示した断面
図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a conventional plasma processing apparatus.
【図7】従来のプラズマ処理装置の誘電体線路を裏返し
て見たときの斜視図である。FIG. 7 is a perspective view when a dielectric line of a conventional plasma processing apparatus is viewed upside down.
【図8】従来のプラズマ処理装置の電界強度|Ex|2
のZ方向の分布を示すグラフである。FIG. 8 shows the electric field strength | Ex | 2 of the conventional plasma processing apparatus.
5 is a graph showing the distribution in the Z direction of FIG.
【図9】従来のプラズマ処理装置のイオン電流密度のZ
方向の分布を示すグラフである。FIG. 9 shows the ion current density Z of the conventional plasma processing apparatus.
It is a graph which shows distribution of a direction.
【図10】マイクロ波が誘電体線路を伝搬する状況を示
す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a situation where a microwave propagates through a dielectric line.
S 試料 1 反応容器 2 反応室 3 マイクロ波導入口 4 マイクロ波導入窓 5 ガス導入孔 6 排気口 7 試料台 8 溶媒通流路 9 Oリング 21 誘電体線路 22 金属板 23 マイクロ波導波管 24 チューナー 25 アイソレータ 26 マイクロ波発振器 211 導入部 212 テーパ型整合部 213 平板部 S Sample 1 Reaction vessel 2 Reaction chamber 3 Microwave introduction port 4 Microwave introduction window 5 Gas introduction hole 6 Exhaust port 7 Sample table 8 Solvent passage 9 O-ring 21 Dielectric line 22 Metal plate 23 Microwave waveguide 24 Tuner 25 Isolator 26 Microwave oscillator 211 Introduction section 212 Tapered matching section 213 Flat section
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05H 1/46 C23C 16/50 C23F 4/00 H01L 21/3065
Claims (1)
と、このマイクロ波導波管に接続されるテーパ型整合部
を有する誘電体線路と、この誘電体線路に対向配置され
るマイクロ波導入窓と、このマイクロ波導入窓によって
マイクロ波導入口が気密に封止される金属製反応容器と
を備えたプラズマ処理装置において、前記誘電体線路の
テーパ型整合部の幅方向の厚みを中央で厚く、端で薄く
したことを特徴とするプラズマ処理装置。1. A microwave oscillator, a microwave waveguide, a dielectric line having a tapered matching portion connected to the microwave waveguide, and a microwave introduction window disposed to face the dielectric line. In a plasma processing apparatus provided with a metal reaction vessel in which a microwave introduction port is hermetically sealed by the microwave introduction window, a thickness in a width direction of a tapered matching portion of the dielectric line is increased at a center, A plasma processing apparatus characterized in that it is made thinner.
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