JP4117952B2 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波を用いて生成したプラズマによって、半導体基板又は液晶ディスプレイ用ガラス基板等にエッチング又はアッシング等の処理を施す装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反応ガスに外部からエネルギを与えて生じるプラズマは、ＬＳＩ又はＬＣＤ等の製造プロセスにおいて広く用いられている。特に、ドライエッチングプロセスにおいて、プラズマの利用は不可欠の基本技術となっている。このプラズマによって処理される基板の寸法が大きくなるのに伴って、より広い領域にプラズマを均一に発生させることが要求されている。そのため、本願出願人は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報等において次のような装置を提案している。
【０００３】
図13は、特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図であり、図14は図13に示したプラズマ処理装置の平面図である。矩形箱状の反応器31は、その全体がアルミニウムで形成されている。反応器31の上部にマイクロ波窓34が配置してあり、反応器31の上部はマイクロ波窓34で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓34は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【０００４】
反応器31には、該反応器31の上部を覆う長方形箱状のカバー部材40が連結してある。このカバー部材40内の天井部分には誘電体線路41が取り付けてある。誘電体線路41は、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を、矩形と三角形とを組み合わせた略五角形の頂点に凸部を設けた板形状に成形してなり、前記凸部をカバー部材40の周面に連結した導波管51に内嵌させてある。導波管51にはマイクロ波発振器50が連結してあり、マイクロ波発振器50が発振したマイクロ波は、導波管51によって誘電体線路41の凸部に入射される。
【０００５】
前述した如く、誘電体線路41の凸部の基端側は、平面視が略三角形状のテーパ部41a になしてあり、前記凸部に入射されたマイクロ波はテーパ部41a に倣ってその幅方向に拡げられ誘電体線路41の全体に伝播する。このマイクロ波はカバー部材40の導波管51に対向する端面で反射し、入射波と反射波とが重ね合わされて誘電体線路41に定在波が形成される。
【０００６】
反応器31の内部は処理室32になっており、処理室32の周囲壁を貫通する貫通穴に嵌合させたガス導入管35から処理室32内に所要のガスが導入される。処理室32の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台33が設けてあり、載置台33にはマッチングボックス36を介して数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚのＲＦ電源37が接続されている。また、反応器31の底部壁には排気口38が開設してあり、排気口38から処理室32の内気を排出するようになしてある。
【０００７】
このようなプラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口38から排気して処理室32内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管35から処理室32内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器50からマイクロ波を発振させ、これを導波管51を介して誘電体線路41に導入する。このとき、テーパ部41a によってマイクロ波は誘電体線路41内で均一に拡がり、誘電体線路41内に定在波を形成する。この定在波によって、誘電体線路41の下方に漏れ電界が形成され、それがマイクロ波窓34を透過して処理室32内へ導入される。このようにして、マイクロ波が処理室32内へ伝播する。これにより、処理室32内にプラズマが生成され、そのプラズマによって試料Ｗの表面をエッチングする。これによって、大口径の試料Ｗを処理すべく反応器31の直径を大きくしても、その反応器31の全領域へマイクロ波を均一に導入することができ、大口径の試料Ｗを比較的均一にプラズマ処理することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプラズマ処理装置では、誘電体線路41にマイクロ波を均一に拡がらせるために、マイクロ波窓34及び反応器31の縁部から水平方向へ突出させたテーパ部41a を設けてあり、このテーパ部41a は、誘電体線路41の面積、即ち処理室32の直径に応じて所定の寸法に定めてある。そのため、従来のプラズマ処理装置を設置する場合、反応器31の周縁から突出させたテーパ部41a を格納するための水平方向のスペースを余分に確保しなければならない。ところで、試料Ｗの大口径化に伴って、反応器31の直径が更に大きいプラズマ処理装置が要求されている。このとき、装置の設置場所を手当てする必要がないこと、即ち、可及的に狭いスペースで設置し得ることも要求されている。しかしながら、従来の装置にあっては、テーパ部41a の寸法は反応器31の直径に応じて定めるため、前述した両要求を共に満足することができないという問題があった。
【０００９】
一方、従来のプラズマ処理装置にあっては、反応器31の内周面近傍で生成されたプラズマによって反応器31の内周面がスパッタリングされる虞があった。反応器31の内周面がスパッタリングされた場合、それによってパーティクルが発生し、該パーティクルによって試料Ｗが汚染される。
【００１０】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、反応器の直径が大きくても、装置全体のサイズを可及的に小さくできると共に、容器の内面が損耗されることを防止し得るプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた無端環状又は有端環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給し、マイクロ波窓を介して容器内にマイクロ波を導入する構成により、即ち、中央部にマイクロ波の供給部がない構成であっても、容器内にプラズマを均一に発生できることを知見した。また、従来から問題であり、また無端環状又は有端環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を放射することにより容器の内周面近傍へのマイクロ波の供給が増大しプラズマがその近傍で強く発生する虞に対しては、マイクロ波限定部材を設けることにより、容器の内周面近傍でのプラズマの発生を効果的に抑制できることを知見して、本発明を完成させた。
【００１２】
即ち、本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は、次式で表されるプラズマの表皮厚さδ以上になしてあることを特徴とする。
δ＝ｃ／ωｐ
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ 2 ）／（ε 0 ・ｍ e ）｝
但し、ｃ ：真空中の光速（ 2.997 × 10 10 ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ -3 ）
ｅ ：電荷（ 1.602 × 10 -19 Ｃ）
ε 0 ：真空誘電率（ 8.85 × 10 -10 Ｆ／ｃｍ）
ｍ e ：電子質量（ 9.11 × 10 -31 ｋｇ）
本発明に係るプラズマ処理装置は、環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は、次式で表されるプラズマの表皮厚さδ以上になしてあることを特徴とする。
δ＝ｃ／ωｐ
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ 2 ）／（ε 0 ・ｍ e ）｝
但し、ｃ ：真空中の光速（ 2.997 × 10 10 ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ -3 ）
ｅ ：電荷（ 1.602 × 10 -19 Ｃ）
ε 0 ：真空誘電率（ 8.85 × 10 -10 Ｆ／ｃｍ）
ｍ e ：電子質量（ 9.11 × 10 -31 ｋｇ）
【００１３】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は７．５ｍｍ以上になしてあることを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理装置は、環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は７．５ｍｍ以上になしてあることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、前記マイクロ波窓には、前記マイクロ波限定部材の内周面に倣う環状凸部が設けてあり、該環状凸部に前記マイクロ波限定部材が外嵌してあることを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理装置は、環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、前記マイクロ波窓には、前記マイクロ波限定部材の内周面に倣う環状凸部が設けてあり、該環状凸部に前記マイクロ波限定部材が外嵌してあることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るプラズマ処理装置は、マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に当接させてある面とは反対側の面を保護する保護部材が設けられていることを特徴とする。
本発明に係るプラズマ処理装置は、環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に当接させてある面とは反対側の面を保護する保護部材が設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るプラズマ処理装置は、無端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係るプラズマ処理装置は、有端環状の導波管型アンテナが配置してあることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記導波管型アンテナはＣ字状又は渦巻き状になしてあることを特徴とする。
【００２２】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓に対面してマイクロ波を放射するスリットを設けた無端環状又は有端環状の導波管型アンテナによりマイクロ波を供給する構成としたので、誘電体線路に設けたテーパ部の如く、マイクロ波を均一に拡がらせる部分がなくても、プラズマが均一に発生するように容器内にマイクロ波を供給することができる。マイクロ波が放射されるスリットの環状の配置、即ち環状導波管型アンテナの直径、スリットの形状及び配置、更に、導波管の断面形状及びマイクロ波の伝搬モードを適宜考慮すれば良い。
【００２３】
従って、誘電体線路に設けたテーパ部の如き突出部がなく、プラズマ処理装置の寸法を可及的に小さくすることができる。また、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあるので、マイクロ波限定部材の配置部では、上部からのマイクロ波の伝播が遮断されるため、従来から問題であり、また環状導波管型アンテナを用いることにより、より問題となる虞がある容器内面の損耗の問題を解決することができる。
【００２４】
また、本発明のプラズマ処理装置にあっては、無端環状又は有端環状の導波管型アンテナ構造を採用することにより、マイクロ波窓を環状とし、この環状のマイクロ波窓に内嵌させて対向電極を設ける構成が可能になり、この対向電極に高周波を印加する、又は対向電極を電気的に接地することにより、プラズマのより高度な制御を可能とすることができる。
【００２５】
なお、無端環状又は有端環状の導波管型アンテナ内部に、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂等の誘電体を挿入してもよい。
【００２６】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材がマイクロ波窓に当接させてあるので、容器の内周面近傍へのマイクロ波の伝搬を抑え、プラズマが容器の内周面近傍で強く発生することを抑えると共に、マイクロ波限定部材のマイクロ波窓への当接面をプラズマによるスパッタリングから保護することができる。
【００２７】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波を導入する領域を限定するマイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は、次の（１）式及び（２）式で表されるプラズマの表皮厚さδ以上になしてある。
δ＝ｃ／ωｐ …（１）
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ2 ）／（ε0 ・ｍe ）｝ …（２）
但し、ｃ ：真空中の光速（2.997 ×1010ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ-3）
ｅ ：電荷（1.602 ×10-19 Ｃ）
ε0 ：真空誘電率（8.85×10-10 Ｆ／ｃｍ）
ｍe ：電子質量（9.11×10-31 ｋｇ）
【００２８】
容器の内部にはプラズマが、５×１０11ｃｍ-3〜５×１０12ｃｍ-3程度の密度で生成されるが、このプラズマ密度はカットオフ密度である７．４５×１０10ｃｍ-3より十分大きいため、マイクロ波は生成されたプラズマ中に進入し得ない。このとき、前述した段差がプラズマの表皮厚さδより小さい場合、マイクロ波限定部材を介して容器内に導入されたマイクロ波がプラズマの表面を伝播し、この表面波が容器の内面に達する虞がある。しかし、本発明では段差がプラズマの表皮厚さδ以上になしてあるため、前述した表面波はマイクロ波限定部材の開口内に限定されマイクロ波限定部材の下面を通って容器の内面に達することが防止される。従って、マイクロ波の導入領域を容器の中央部に確実に限定することができ、容器内面の損耗を確実に防止することができる。
【００２９】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差が、プラズマの表皮厚さδの極大値である７．５ｍｍ以上になしてあるため、前同様、表面波が容器の側壁の内面に達することが防止される。従って、マイクロ波の導入領域を容器の中央部に確実に限定することができ、容器内面の損耗を確実に防止することができる。
【００３０】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波窓の環状凸部によりマイクロ波限定部材の内周縁部がプラズマによるスパッタリングから保護されるので、マイクロ波限定部材の内周縁部からのパーティクルの発生が抑制される。
【００３１】
本発明のプラズマ処理装置にあっては、マイクロ波限定部材のマイクロ波窓側とは反対側の面が保護部材により、プラズマによるスパッタリングから保護されるので、この部分からのパーティクルの発生を防止することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図であり、図２は図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒形状の反応器１は、その全体が導電性の金属で形成されており、該反応器１は電気的に接地してある。反応器１の上部の開口はマイクロ波窓４で気密状態に封止されている。このマイクロ波窓４は、耐熱性及びマイクロ波透過性を有すると共に誘電損失が小さい、石英ガラス又はアルミナ等の誘電体で形成されている。
【００３３】
前述したマイクロ波窓４には、導電性金属を円形蓋状に成形してなるカバー部材10が外嵌してあり、該カバー部材10は反応器１上に固定してある。カバー部材10の上面には、反応器１内へマイクロ波を導入するためのアンテナ11が固定してある。アンテナ11は、断面視がコ字状の部材を無端環状に成形してなる環状導波管型アンテナ部11a を、その開口をカバー部材10に対向させて、反応器１の中心軸と同心円状に設けてあり、カバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分には複数のスリット15，15，…が開設してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a と、スリット15，15，…が開設してあるカバー部材10の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分とから、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００３４】
環状導波管型アンテナ部11a は、反応器１の内周面より少し内側に、反応器１の中心軸と同心円上に設けてあり、その外周面に設けた開口の周囲には該環状導波管型アンテナ部11a へマイクロ波を導入するための導入部11b が、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向になるように連結してある。この導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂，ポリエチレン樹脂又はポリスチレン樹脂（好ましくはテフロン）等の誘電体14が内嵌してある。
【００３５】
導入部11b にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。この入射波は、導入部11b から環状導波管型アンテナ部11a へ導入される。環状導波管型アンテナ部11a へ導入されたマイクロ波は、環状導波管型アンテナ部11a を互いに逆方向へ進行する進行波として、該環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14中を伝播し、両進行波は、重ね合わされて環状導波管型アンテナ部11a に定在波が生成される。この定在波によって、環状導波管型アンテナ部11a の内面に、所定の間隔で極大値を示す壁面電流が通流する。
【００３６】
このとき、比誘電率εｒが２．１のテフロン（登録商標）が装入してある環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波のモードを基本伝播モードである矩形ＴＥ１０にするには、マイクロ波の周波数２．４５ＧＨｚに応じて、環状導波管型アンテナ部11a の寸法を、高さ２７ｍｍ，幅６６．２ｍｍにすれば良い。このモードのマイクロ波は、エネルギを殆ど損失することなく環状導波管型アンテナ部11a 内の誘電体14を伝播する。
【００３７】
また、直径が３８０ｍｍのマイクロ波窓４を用い、環状導波管型アンテナ部11a にεｒ＝２．１のテフロン（登録商標）を内嵌した場合、環状導波管型アンテナ部11a の中心から環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央までの寸法を、１４１ｍｍにすれば良い。この場合、環状導波管型アンテナ部11a の幅方向の中央を結ぶ円Ｃの周方向の長さ（略８８６ｍｍ）は、該環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の波長（略１１０ｍｍ）の略整数倍である。そのため、マイクロ波は環状導波管型アンテナ部11a 内で共振して、前述した定在波は、その腹の位置で高電圧・低電流、節の位置で低電圧・高電流となり、アンテナのＱ値が向上する。
【００３８】
ところで、環状導波管型アンテナ部11a 内には誘電体14を装入せずに空洞になしてもよい。しかし、環状導波管型アンテナ部11a 内に誘電体14を装入した場合、環状導波管型アンテナ部11a に入射されたマイクロ波は誘電体14によってその波長が１／√（εｒ）倍（εｒは誘電体の比誘電率）だけ短くなる。従って同じ直径の環状導波管型アンテナ部11a を用いた場合、誘電体14が装入してあるときの方が、誘電体14が装入していないときより、環状導波管型アンテナ部11a の壁面に通流する電流が極大になる位置が多く、その分、スリット15，15，…を多く開設することができる。そのため、処理室２内へマイクロ波をより均一に導入することができる。
【００３９】
図３は、図１及び図２に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図３に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図２参照）の環状導波管型アンテナ部11a に対向する部分に、環状導波管型アンテナ部11a の直径方向へ、即ち環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように短冊状に開設してある。環状導波管型アンテナ部11a が前述した寸法である場合、各スリット15，15，…の長さは５０ｍｍであり、幅は２０ｍｍであり、相隣るスリット15，15の間の距離は略５５ｍである。即ち、後述する交点Ｐ1 から２７．５ｍｍの位置に２つのスリット15，15が設けてあり、両スリット15，15から５５ｍｍの間隔で他のスリット15，15，…が設けてある。
【００４０】
つまり、各スリット15，15，…は、導入部11b の中心線を延長した延長線Ｌと前述した円Ｃとが交わる２点の内の導入部11b から離隔した側である交点Ｐ1 から、円Ｃに倣ってその両方へ、それぞれ（２ｎ−１）・λｇ／４（ｎは整数、λｇは環状導波管型アンテナ内を伝播するマイクロ波の波長）を隔てた位置に、２つのスリット15，15を開設してあり、両スリット15，15から、円Ｃに倣ってその両方へ、ｍ・λｇ／２（ｍは整数）の間隔で複数の他のスリット15，15，…がそれぞれ開設してある。即ち、スリット15，15，…は、前述した定在波の節が形成される位置に設けてある。これによって、各スリット15，15，…から効率良くマイクロ波を放射することができる。
【００４１】
図４は、図２に示したアンテナ11内の誘電体14に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。真円の環状体の外周に棒状体を設けた形状にテフロンを成形してなる誘電体に、前記棒状体の端部から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を入射し、マイクロ波の伝播によって形成される電界の強度をシミュレーションし、同じ電界強度の位置を線で結んだ。その結果、図４に示した如く、誘電体に強電界強度の複数の領域が、環状体の中心及び棒状体の中央を通る軸に対象になるように形成されている。
【００４２】
前述した各スリット15，15，…は、複数の強電界強度の領域（腹）の間の略中央（節）に位置しており、各スリット15，15，…から放射されたマイクロ波はマイクロ波窓４を透過して反応器１内へ導入される。
【００４３】
なお、本実施の形態では、スリット15，15，…は、環状導波管型アンテナ部11a 内を伝播するマイクロ波の進行方向に直交するように開設してあるが、本発明はこれに限らず、前記マイクロ波の進行方向に斜めに交わるようにスリットを開設してもよく、また、マイクロ波の進行方向に開設してもよい。反応器１内に生成されたプラズマによって、アンテナ11内を伝播するマイクロ波の波長が変化して、環状導波管型アンテナ部11a の周壁に通流する電流の極大値を示す位置が変化する場合があるが、マイクロ波の進行方向に斜めに開設したスリット又はマイクロ波の進行方向に開設したスリットにあっては、電流の極大値を示す位置の変化をスリットの領域内に取り込むことができる。
【００４４】
前述したように各スリット15，15，…は、カバー部材10に略放射状に設けてあるため、マイクロ波は反応器１内の全領域に均一に導入される。一方、図１に示したように、アンテナ11は反応器１の直径と同じ直径のカバー部材10上に、該カバー部材10の周縁から突出することなく設けてあるため、反応器１の直径が大きくても、プラズマ処理装置のサイズが可及的に小さく、従って小さなスペースに設置することができる。
【００４５】
処理室２の底部壁中央には、試料Ｗを載置する載置台３が設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。処理室２の周囲壁には該周囲壁を貫通する貫通孔が開設してあり、該貫通孔には、処理室２内へ反応ガスを導入するガス導入管５が嵌合してある。また、処理室２の底部壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００４６】
マイクロ波窓４の内面に対向させて、マイクロ波が処理室２内に導入する導入領域を処理室２の中央部に限定する限定プレート９が、マイクロ波窓４に当接するように配設してある。限定プレート９は導電性を有する板を環状に成形してなり、限定プレート９の外周縁部が反応器１の上端とマイクロ波窓４の外周縁部との間に挟持固定してある。限定プレート９の内周縁部は、前述したスリット15，15，…の環状導波管型アンテナ部11a の外周面側の端部近傍の適宜位置に対向させてある。また、限定プレート９は電気的に接地してある。
【００４７】
このようなプラズマ処理装置を用いて試料Ｗの表面にエッチング処理を施すには、排気口８から排気して処理室２内を所望の圧力まで減圧した後、ガス導入管５から処理室２内に反応ガスを供給する。次いで、マイクロ波発振器30から２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振させ、それを導波管31を経てアンテナ11に導入し、環状導波管型アンテナ部11a に定在波を形成させる。環状導波管型アンテナ部11a のスリット15，15，…から放射された電界は、マイクロ波窓４を透過して処理室２内に導入され、処理室２内にプラズマが生成される。このプラズマによって載置台３上の試料Ｗの表面がエッチングされる。
【００４８】
また、マイクロ波発振器30による発振と同時的にマッチングボックス６を介して高周波電源７から載置台３に高周波を印加してもよい。載置台３に高周波を印加することにより、プラズマ中のイオンを制御しつつ載置台３上の試料Ｗの表面をエッチングすることができる。
【００４９】
このとき、電気的に接地してある環状の限定プレート９がマイクロ波窓４の内面に当接してあるため、マイクロ波は限定プレート９の開口内に導入され、そこでプラズマが生成される。これによって、プラズマが生成する位置を反応器１の内周面から離隔させることができ、該プラズマによって反応器１の内周面が損耗することが防止される。
【００５０】
一方、電気的に接地した限定プレート９が、高周波が印加される載置台３の対向電極として作用して、試料Ｗ上に導かれるプラズマの指向性を向上させることができる。
【００５１】
ところで、限定プレート９の厚さ寸法ｄは、次の（１）式及び（２）式によって求められるプラズマの表皮厚さδ以上になすことが好ましい（δ≦ｄ）。
δ＝ｃ／ωｐ …（１）
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ2 ）／（ε0 ・ｍe ）｝ …（２）
但し、ｃ ：真空中の光速（2.997 ×1010ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ-3）
ｅ ：電荷（1.602 ×10-19 Ｃ）
ε0 ：真空誘電率（8.85×10-10 Ｆ／ｃｍ）
ｍe ：電子質量（9.11×10-31 ｋｇ）
【００５２】
反応器１内にプラズマが、通常５×１０11ｃｍ-3〜５×１０12ｃｍ-3程度の密度で生成されるが、このプラズマ密度はカットオフ密度である７．４５×１０10ｃｍ-3より十分大きいため、マイクロ波は生成されたプラズマ中に進入し得ない。このとき、限定プレート９の厚さ寸法ｄがプラズマの表皮厚さδより小さい場合、限定プレート９の開口内に導入されたマイクロ波が、プラズマの表面を伝播して反応器１の限定プレート９の下側に達する虞がある。プラズマ密度Ｎがそれぞれ５×１０11ｃｍ-3及び５×１０12ｃｍ-3のときのプラズマの表皮厚さδはそれぞれ７．５ｍｍ及び２．４ｍｍである。
【００５３】
しかし、図１に示したプラズマ処理装置にあっては、限定プレート９の厚さ寸法ｄが、プラズマ密度Ｎが５×１０11ｃｍ-3〜５×１０12ｃｍ-3の通常の範囲にあるときのプラズマの表皮厚さδの極大値である７．５ｍｍ以上になすことにより、マイクロ波が伝播する領域を限定プレート９の開口内により確実に限定することができる。
【００５４】
（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示す平面図である。なお、図中、図２に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。カバー部材10上には、一端側を、Ｃ字状（円弧状）又は一巻き渦巻き状等（図５にあってはＣ字状）に曲成し、端部を閉塞してなる有端環状の導波管型アンテナ12が設けてあり、導波管型アンテナ12の他端にはマイクロ波発振器30に連接した導波管29が連結してある。そして、カバー部材10の導波管型アンテナ12に対向する部分には、複数のスリット15，15，…が開設してある。
【００５５】
図６は、図５に示したスリット15，15，…を説明する説明図である。図６に示したように、スリット15，15，…は、カバー部材10（図５参照）の導波管型アンテナ12に対向する部分に、導波管型アンテナ12の中心軸Ｌ1 に直交するように開設してあり、各スリット15，15，…の開設位置は、導波管型アンテナ12の閉塞した端部からｍ・λｇ／２の位置に定めてある。
【００５６】
なお、本実施の形態では、一端側を、Ｃ字状に曲成し、端部を閉塞してなる有端環状の導波管型アンテナ12を設けた場合に付いて説明したが、本発明はこれに限らず、図２に示した如き、環状導波管型アンテナ部内の適宜位置に、マイクロ波を反射する隔壁を設けてなる有端環状の導波管型アンテナを設けてよいことはいうまでもない。
【００５７】
（実施の形態３）
図７は実施の形態３を示す側断面図であり、前述した限定プレート９の内周面を保護するようになしてある。また、図８は図７に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。なお、両図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。図７及び図８に示した如く、マイクロ波窓４の処理室２側の面には、限定プレート９の厚さ寸法と略同じ高さ寸法である環状凸部4aが、限定プレート９の内周面に当接するように設けてある。
【００５８】
このようなプラズマ処理装置にあっては、前同様、限定プレート９によって反応器１の内面の損耗が防止される。一方、限定プレート９の内周面は、プラズマに曝されるため徐々に損耗する虞があるが、前述した如く限定プレート９の内周面はマイクロ波窓４の環状凸部4aで覆ってあるため、限定プレート９の内周面はプラズマから隔離され、プラズマによる損耗が防止される。そのため、限定プレート９の損耗に起因するパーティクルの発生が抑制される。
【００５９】
（実施の形態４）
図９は実施の形態４を示す側断面図であり、図10は図９に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。本実施の形態では、限定プレート９の内周面の損耗に加えて、限定プレート９の処理室２に対向する部分の損耗も防止するようになしてある。なお、両図中、図１に示した部分に対応する部分には同じ番号を付してその説明を省略する。
【００６０】
図９及び図10に示した如く、マイクロ波窓４の内面には、限定プレート９の厚さ寸法と略同じ寸法の環状凸部4aが、限定プレート９の内周面に当接するように設けてある。また、反応器１の上端であって、処理室２側の縁部に、他の部分より一段低くした段差部1aが設けてあり、該段差部1aに、誘電体（好ましくは石英ガラス）を環状に成形してなり、限定プレート９を保護する保護プレート19の外周縁部を嵌合し、保護プレート19を段差部1a及び限定プレート９で挟持してある。保護プレート19の内径は、環状凸部4aの内径と略等しくなしてある。このように限定プレート９の処理室２内へ突出した部分は、マイクロ波窓４、環状凸部4a及び保護プレート19で、その全面を覆ってあるため、プラズマによる損耗が発生せず、限定プレート９の損耗に起因するパーティクルの発生が防止される。
【００６１】
（実施の形態５）
図11は実施の形態５を示す側断面図であり、図12は図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。有底円筒状の反応器１は、その全体がアルミニウム等の金属で形成されている。反応器１の上端部には、内周面に溝が設けてあるリング部材21が取り付けてあり、リング部材21の溝に環状マイクロ波窓24の外周縁部を嵌合して環状マイクロ波窓24がリング部材21に支持されている。
【００６２】
リング部材21上面には、該リング部材21の外直径と略同じ外直径であり、前述した環状マイクロ波窓24の内直径と略同じ内直径である円筒状のブロック部材25がリング部材21に螺子止めしてある。このブロック部材25はアルミニウムといった金属で形成してある。ブロック部材25の環状マイクロ波窓24に対向する部分に断面視が矩形の溝を開設してなる環状導波管型アンテナ部11a が形成してあり、ブロック部材25の周面に、環状導波管型アンテナ部11a に連通する矩形穴を開設してなる導入部11b が形成してある。また、環状導波管型アンテナ部11a の底部には、アルミニウム製の環状の板部材16が嵌合してあり、該板部材16には複数のスリット15，15，…が周方向に所定の距離を隔てて開設してある。導入部11b 及び環状導波管型アンテナ部11a 内には、誘電体14が内嵌してある。即ち、本実施の形態では、環状導波管型アンテナ部11a 、及び複数のスリット15，15，…が開設してある板部材16から、環状導波管型アンテナが構成されている。
【００６３】
ブロック部材25の周面であって、導入部11b の開口の周囲にはマイクロ波発振器30から延設した導波管29が連結してあり、マイクロ波発振器30が発振したマイクロ波は、導波管29を経てアンテナ11の導入部11b に入射される。
【００６４】
前述したブロック部材25にはアルミニウムを円柱状に成形してなる加熱ブロック26が、該加熱ブロック26の下面が環状マイクロ波窓24の下面より少し高い位置になるように着脱自在に内嵌してあり、加熱ブロック26には、加熱源であるヒータ28が埋設してある。
【００６５】
加熱ブロック26の下面中央には円筒状の凹部が設けてあり、該凹部を導体又は半導体の材料を円板状に成形してなる対向電極18で閉塞してガス拡散室20が設けてある。対向電極18は加熱ブロック26に着脱自在に螺子止めしてあり、また、対向電極18は切換スイッチ60により、電気的に接地するか、又は、マッチングボックス6bを介して高周波電源7bに接続するかを切り換え得る構成になしてある。また、反応器１、リング部材21、環状マイクロ波窓24、ブロック部材25及び加熱ブロック26が互いに接合する部分には、それらを気密状態に封止すべく耐熱性のＯリング17，17，…（一部省略）がそれぞれ介装してある。
【００６６】
この対向電極18の下面の位置は、環状マイクロ波窓24の下面と略面一になるように配置されている。
【００６７】
なお、この対向電極18の下面の位置は、環状マイクロ波窓24の下面の位置より下方には、プラズマの表皮厚さδを越えて突出しないようにするのが好ましく、この例のように対向電極18の下面と環状マイクロ波窓24の下面とは略面一になるようにするのがより好ましい。前述した如く、このような構成のマイクロ波プラズマ処理装置において反応器１内に生成されるプラズマの密度は５×１０11ｃｍ-3〜５×１０12ｃｍ-3であり、プラズマ密度Ｎがそれぞれ５×１０11ｃｍ-3及び５×１０12ｃｍ-3のとき、プラズマの表皮厚さδは、それぞれ７．５ｍｍ及び２．４ｍｍである。従って、この対向電極18の下面の位置は、環状マイクロ波窓24の下面の位置より下方には、プラズマの表皮厚さδの極小値である２．４ｍｍを越えて突出しないようにするのが好ましく、この例のように対向電極18の下面と環状マイクロ波窓24の下面とが略面一になるようにするのがより好ましい。
【００６８】
また、前述した如く、反応器１内にカットオフ密度を越えるプラズマが生成された場合、マイクロ波は生成されたプラズマ中に侵入できず、プラズマの表面のプラズマの表皮厚さδ程度の領域を伝播する表面波を形成する。従って、対向電極18の下面の位置を、環状マイクロ波窓24の下面の位置より下方にはプラズマの表皮厚さδを越えて突出しないようにすることにより、対向電極18の直下にマイクロ波の表面波を伝播（拡げ）させ、より均一なプラズマの生成を可能とすることができるのである。
【００６９】
一方、後述する限定プレート９の厚さ寸法は、プラズマの表皮厚さδの極大値である７．５ｍｍ以上になしてあり、これによってマイクロ波が伝播する領域を限定プレート９の開口内に限定することができる。
【００７０】
ガス拡散室20には、加熱ブロック26を貫通するガス導入管５が連通してある。ガス導入管５からガス拡散室20に供給されたガスは、そこで拡散均一化された後、対向電極18に開設した複数の貫通孔から処理室２内へ導入される。処理室２の底部壁中央には、被処理物Ｗを載置する載置台３が昇降自在に設けてあり、載置台３にはマッチングボックス６を介して高周波電源７が接続されている。また、処理室２の周囲壁には排気口８が開設してあり、排気口８から処理室２の内気を排出するようになしてある。
【００７１】
前述したリング部材21の溝には限定プレート９の外縁部が、該限定プレート９が環状マイクロ波窓24の内面に当接するように嵌合してあり、限定プレート９は電気的に接地してある。限定プレート９の下面に対向して、断面視が略曲尺形状であり環状の保護部材19a が配設してあり、該保護部材19a によって限定プレート９の内周面及び下面が保護されている。
【００７２】
このようなプラズマ処理装置にあっては、前同様、限定プレート９によって反応器１の内面の損耗が防止される。更に、マイクロ波窓４及び保護部材19a で、限定プレート９の処理室２内へ突出した部分の全面を覆ってあるため、プラズマによる限定プレート９の損耗が発生せず、限定プレート９の損耗に起因するパーティクルの発生が防止される。
【００７３】
【発明の効果】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、プラズマ処理装置の水平方向の寸法を可及的に小さくすることができる。また、容器内に導入するマイクロ波の導入領域を限定部材で限定して、プラズマが発生する位置を容器の内周面から離隔させるため、容器の内周面がプラズマによって損耗することが抑制される。そのため、パーティクルの発生が防止され、試料の汚染が回避される。
【００７４】
本発明にあっては、マイクロ波限定部材を介して容器内に導入されたマイクロ波がプラズマの表面を伝播する表面波がマイクロ波限定部材の開口を越えて伝播することを防止して、マイクロ波の導入領域を容器の中央部に確実に限定することができ、容器内面の損耗を確実に防止することができる。
【００７５】
本発明に係るプラズマ処理装置にあっては、前述した限定部材を保護部材でプラズマから保護するため、限定部材がプラズマによって損耗することが抑制される。そのため、限定部材の損耗によるパーティクルの発生が防止され、試料の汚染が回避される等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラズマ処理装置の構造を示す側断面図である。
【図２】図１に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示したスリットを説明する説明図である。
【図４】図２に示したアンテナ内の誘電体に分布する電界の強度をシミュレーションした結果を説明する説明図である。
【図５】実施の形態２を示す平面図である。
【図６】図５に示したスリットを説明する説明図である。
【図７】実施の形態３を示す側断面図である。
【図８】図７に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。
【図９】実施の形態４を示す側断面図である。
【図１０】図９に示したプラズマ処理装置の部分拡大図である。
【図１１】実施の形態５を示す側断面図である。
【図１２】図11に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【図１３】特開昭62−5600号公報及び特開昭62−99481 号公報に開示した装置と同タイプのプラズマ処理装置を示す側断面図である。
【図１４】図13に示したプラズマ処理装置の平面図である。
【符号の説明】
１ 反応器
２ 処理室
４ マイクロ波窓
９ 限定プレート
１１ アンテナ
１１ａ 環状導波管型アンテナ部
１５ スリット
１９ 保護プレート
１９ａ 保護部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for performing processing such as etching or ashing on a semiconductor substrate or a glass substrate for a liquid crystal display by plasma generated using microwaves.
[0002]
[Prior art]
Plasma generated by applying energy to the reaction gas from the outside is widely used in manufacturing processes such as LSI or LCD. In particular, the use of plasma has become an indispensable basic technology in the dry etching process. As the size of the substrate processed by the plasma increases, it is required to generate the plasma uniformly over a wider area. For this reason, the applicant of the present application has proposed the following apparatus in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-5600 and 62-99481.
[0003]
FIG. 13 is a side sectional view showing a plasma processing apparatus of the same type as the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-5600 and 62-99481, and FIG. 14 is a plasma processing shown in FIG. It is a top view of an apparatus. The rectangular box reactor 31 is entirely made of aluminum. A microwave window 34 is disposed above the reactor 31, and the upper part of the reactor 31 is sealed in an airtight state by the microwave window 34. The microwave window 34 is formed of a dielectric material such as quartz glass or alumina that has heat resistance and microwave transparency and has a low dielectric loss.
[0004]
A rectangular box-like cover member 40 that covers the upper portion of the reactor 31 is connected to the reactor 31. A dielectric line 41 is attached to the ceiling portion in the cover member 40. The dielectric line 41 is formed by molding a dielectric material such as Teflon (registered trademark) such as fluororesin, polyethylene resin or polystyrene resin into a plate shape having a convex portion at the apex of a substantially pentagonal combination of a rectangle and a triangle. The convex portion is fitted in a waveguide 51 connected to the peripheral surface of the cover member 40. A microwave oscillator 50 is connected to the waveguide 51, and the microwave oscillated by the microwave oscillator 50 is incident on the convex portion of the dielectric line 41 by the waveguide 51.
[0005]
As described above, the base end side of the convex portion of the dielectric line 41 is a tapered portion 41a having a substantially triangular shape in plan view, and the microwave incident on the convex portion follows the tapered portion 41a and its width. It spreads in the direction and propagates throughout the dielectric line 41. The microwave is reflected by the end face of the cover member 40 facing the waveguide 51, and the incident wave and the reflected wave are superimposed to form a standing wave in the dielectric line 41.
[0006]
The inside of the reactor 31 is a processing chamber 32, and a required gas is introduced into the processing chamber 32 from a gas introduction pipe 35 fitted in a through hole penetrating the peripheral wall of the processing chamber 32. In the center of the bottom wall of the processing chamber 32, a mounting table 33 for mounting the sample W is provided, and an RF power source 37 of several hundred kHz to several tens of MHz is connected to the mounting table 33 via a matching box 36. Yes. In addition, an exhaust port 38 is formed in the bottom wall of the reactor 31, and the inside air of the processing chamber 32 is exhausted from the exhaust port 38.
[0007]
In order to perform an etching process on the surface of the sample W using such a plasma processing apparatus, after exhausting from the exhaust port 38 and reducing the pressure in the processing chamber 32 to a desired pressure, the gas is introduced from the gas introduction pipe 35 into the processing chamber 32. To supply reaction gas. Next, a microwave is oscillated from the microwave oscillator 50 and introduced into the dielectric line 41 through the waveguide 51. At this time, the microwave is uniformly spread in the dielectric line 41 by the taper portion 41 a, and a standing wave is formed in the dielectric line 41. Due to this standing wave, a leakage electric field is formed below the dielectric line 41, which is transmitted through the microwave window 34 and introduced into the processing chamber 32. In this way, the microwave propagates into the processing chamber 32. Thereby, plasma is generated in the processing chamber 32, and the surface of the sample W is etched by the plasma. As a result, even if the diameter of the reactor 31 is increased in order to process the large-diameter sample W, the microwave can be uniformly introduced into the entire region of the reactor 31, and the large-diameter sample W is relatively Plasma processing can be performed uniformly.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional plasma processing apparatus, in order to spread the microwave uniformly on the dielectric line 41, a tapered portion 41a protruding in the horizontal direction from the edge of the microwave window 34 and the reactor 31 is provided. The taper portion 41a is determined to have a predetermined size according to the area of the dielectric line 41, that is, the diameter of the processing chamber 32. Therefore, when a conventional plasma processing apparatus is installed, an extra horizontal space for storing the tapered portion 41a protruding from the periphery of the reactor 31 must be secured. By the way, as the diameter of the sample W increases, a plasma processing apparatus having a larger diameter of the reactor 31 is required. At this time, it is also required that the installation location of the apparatus does not need to be dealt with, that is, it can be installed in a space as small as possible. However, in the conventional apparatus, since the dimension of the tapered portion 41a is determined in accordance with the diameter of the reactor 31, there is a problem that both of the above-mentioned requirements cannot be satisfied.
[0009]
On the other hand, in the conventional plasma processing apparatus, the inner peripheral surface of the reactor 31 may be sputtered by plasma generated in the vicinity of the inner peripheral surface of the reactor 31. When the inner peripheral surface of the reactor 31 is sputtered, particles are generated thereby, and the sample W is contaminated by the particles.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances. The object of the present invention is to reduce the overall size of the apparatus as much as possible even when the diameter of the reactor is large and to wear the inner surface of the container. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus that can prevent this.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor supplies a microwave by an endless annular or endted annular waveguide antenna provided with a slit that radiates microwaves facing the microwave window, and the microwave is introduced into the container through the microwave window. It has been found that plasma can be uniformly generated in the container even with a configuration in which a wave is introduced, that is, a configuration in which there is no microwave supply unit in the center. Also, it has been a problem in the past, and the microwave supply to the vicinity of the inner peripheral surface of the container is increased by radiating microwaves with an endless annular or endless annular waveguide antenna, so that the plasma becomes stronger in the vicinity. Regarding the possibility of the occurrence, the inventors have found that the generation of plasma in the vicinity of the inner peripheral surface of the container can be effectively suppressed by providing the microwave limiting member, and the present invention has been completed.
[0012]
  That is,BookThe plasma processing apparatus according to the present invention has an annular shape in which a microwave window is provided and a slit is provided on a surface facing the microwave window.ofPlasma is generated by radiating microwaves from a waveguide antenna and introducing the microwaves into the container through the microwave window, and the generated plasma is applied to a mounting table provided in the container. A plasma processing apparatus for processing a placed sample, wherein a microwave limiting member for limiting a microwave introduction region to a central portion is provided in the container.Therefore, the step between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is equal to or greater than the skin thickness δ of the plasma expressed by the following equation.It is characterized by that.
    δ = c / ωp
    ωp = √ {(N · e 2 ) / (Ε 0 ・ M e )}
    Where c : Speed of light in vacuum ( 2.997 × Ten Ten cm / sec)
          N : Plasma density (cm -3 )
          e :charge( 1.602 × Ten -19 C)
          ε 0 : Vacuum dielectric constant ( 8.85 × Ten -Ten F / cm)
          m e : Electronic mass ( 9.11 × Ten -31 kg)
  In the plasma processing apparatus according to the present invention, a microwave is transmitted from an annular waveguide antenna having a slit in a surface facing the microwave window in a container provided with the annular microwave window. The plasma is generated by radiating and introducing the microwave into the container through the microwave window, and is provided by being fitted into the mounting table and / or the microwave window provided in the container. A plasma processing apparatus for processing a sample by applying a high frequency to a certain counter electrode and guiding the generated plasma to a sample mounted on a mounting table, and the microwave introduction region is limited to the central portion in the container And a step difference between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is equal to or greater than the skin thickness δ of the plasma expressed by the following equation.It is characterized by that.
    δ = c / ωp
    ωp = √ {(N · e 2 ) / (Ε 0 ・ M e )}
    Where c : Speed of light in vacuum ( 2.997 × Ten Ten cm / sec)
          N : Plasma density (cm -3 )
          e :charge( 1.602 × Ten -19 C)
          ε 0 : Vacuum dielectric constant ( 8.85 × Ten -Ten F / cm)
          m e : Electronic mass ( 9.11 × Ten -31 kg)
[0013]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention includes:In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a placing table provided in the container by the generated plasma, A microwave limiting member is provided to limit the introduction region of the wave to a central portion, and a step between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is 7.5 mm or more.It is characterized by that.
  In the plasma processing apparatus according to the present invention, a microwave is received from an annular waveguide antenna having a slit in a surface facing the microwave window in a container provided with the annular microwave window. The plasma is generated by radiating and introducing the microwave into the container through the microwave window, and the plasma is generated, and the mounting table provided in the container and / or the microwave window is fitted inside. A plasma processing apparatus for processing a sample by applying a high frequency to a counter electrode and guiding the generated plasma to a sample mounted on a mounting table, and the microwave introduction region is limited to a central portion in the container The microwave limiting member is provided, and the step between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is 7.5 mm or more.
[0014]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention includes:In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a placing table provided in the container by the generated plasma, A microwave limiting member that limits a wave introduction region to a central portion is provided, the microwave limiting member is in contact with the microwave window, and the microwave window includes an inner portion of the microwave limiting member. An annular convex portion that follows the peripheral surface is provided, and the microwave limiting member is fitted on the annular convex portion.It is characterized by that.
  In the plasma processing apparatus according to the present invention, a microwave is received from an annular waveguide antenna having a slit in a surface facing the microwave window in a container provided with the annular microwave window. The plasma is generated by radiating and introducing the microwave into the container through the microwave window, and the plasma is generated, and the mounting table provided in the container and / or the microwave window is fitted inside. A plasma processing apparatus for processing a sample by applying a high frequency to a counter electrode and guiding the generated plasma to a sample mounted on a mounting table, and the microwave introduction region is limited to a central portion in the container A microwave limiting member is provided, the microwave limiting member is in contact with the microwave window, and the microwave window has a ring that follows the inner peripheral surface of the microwave limiting member. Yes projections provided, it said microwave defining member to the annular convex portion, characterized in that are fitted.
[0015]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention includes:In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a placing table provided in the container by the generated plasma, A microwave limiting member that limits a wave introduction region to a central portion is provided, the microwave limiting member is in contact with the microwave window, and is in contact with the microwave window of the microwave limiting member. A protective member is provided to protect the surface opposite to the one surface.It is characterized by that.
  In the plasma processing apparatus according to the present invention, a microwave is received from an annular waveguide antenna having a slit in a surface facing the microwave window in a container provided with the annular microwave window. The plasma is generated by radiating and introducing the microwave into the container through the microwave window, and the plasma is generated, and the mounting table provided in the container and / or the microwave window is fitted inside. A plasma processing apparatus for processing a sample by applying a high frequency to a counter electrode and guiding the generated plasma to a sample mounted on a mounting table, and the microwave introduction region is limited to a central portion in the container The microwave limiting member is provided, the microwave limiting member is in contact with the microwave window, and is opposite to the surface of the microwave limiting member in contact with the microwave window. And a protective member for protecting the surface of the side is provided.
[0019]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention is,NothingAn end annular waveguide antenna is arranged.
[0020]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention isYesAn end annular waveguide antenna is arranged.
[0021]
  BookThe plasma processing apparatus according to the invention is,in frontThe waveguide type antenna is characterized by being C-shaped or spiral.
[0022]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, the microwave is supplied by an endless annular or end-annular waveguide antenna provided with a slit that radiates microwaves facing the microwave window. Even if there is no portion that spreads the microwave uniformly, such as a tapered portion provided on the body line, the microwave can be supplied into the container so that the plasma is uniformly generated. The annular arrangement of slits from which microwaves are radiated, that is, the diameter of the annular waveguide antenna, the shape and arrangement of the slits, the cross-sectional shape of the waveguide, and the propagation mode of the microwaves may be appropriately taken into consideration.
[0023]
Accordingly, there is no protrusion such as a taper provided in the dielectric line, and the size of the plasma processing apparatus can be made as small as possible. In addition, since a microwave limiting member that limits the introduction region of the microwave to the central portion is provided, microwave propagation from above is blocked in the arrangement portion of the microwave limiting member, which has been a problem from the past. In addition, the use of the annular waveguide antenna can solve the problem of wear on the inner surface of the container, which may be more problematic.
[0024]
  Also,BookIn the plasma processing apparatus of the invention, by adopting an endless annular or endless annular waveguide antenna structure, the microwave window is annular, and the counter electrode is fitted into the annular microwave window. It is possible to provide a higher-level plasma control by applying a high frequency to the counter electrode or by electrically grounding the counter electrode.
[0025]
A dielectric material such as a fluororesin such as Teflon (registered trademark), a polyethylene resin, or a polystyrene resin may be inserted into the endless annular or endless annular waveguide antenna.
[0026]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, since the microwave limiting member is in contact with the microwave window, the propagation of the microwave to the vicinity of the inner peripheral surface of the container is suppressed, and the plasma is generated in the vicinity of the inner peripheral surface of the container. While suppressing generation | occurrence | production strongly, the contact surface to the microwave window of a microwave limiting member can be protected from sputtering by plasma.
[0027]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, the step between the lower surface of the microwave limiting member that limits the region where the microwave is introduced and the lower surface of the microwave window is expressed by the following equations (1) and (2). The plasma skin thickness δ is greater than or equal to δ.
    δ = c / ωp (1)
    ωp = √ {(N · e2) / (Ε0・ Me)}… (2)
    Where c: speed of light in vacuum (2.997 × 10Tencm / sec)
          N: Plasma density (cm-3)
          e: Charge (1.602 × 10-19C)
          ε0: Vacuum dielectric constant (8.85 × 10-TenF / cm)
          me: Electron mass (9.11 × 10-31kg)
[0028]
Plasma inside the container is 5 × 1011cm-3~ 5x1012cm-3The plasma density is 7.45 × 10 which is a cutoff density.Tencm-3Because it is much larger, the microwave cannot enter the generated plasma. At this time, if the above-described step is smaller than the skin thickness δ of the plasma, the microwave introduced into the container through the microwave limiting member may propagate through the surface of the plasma, and the surface wave may reach the inner surface of the container. There is. However, in the present invention, since the level difference is equal to or greater than the skin thickness δ of the plasma, the above-described surface wave is limited to the inside of the microwave limiting member and reaches the inner surface of the container through the lower surface of the microwave limiting member. Is prevented. Therefore, the microwave introduction region can be reliably limited to the central portion of the container, and wear on the inner surface of the container can be reliably prevented.
[0029]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, the step between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is 7.5 mm or more, which is the maximum value of the plasma skin thickness δ. Similarly, surface waves are prevented from reaching the inner surface of the container sidewall. Therefore, the microwave introduction region can be reliably limited to the central portion of the container, and wear on the inner surface of the container can be reliably prevented.
[0030]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, since the inner peripheral edge of the microwave limiting member is protected from sputtering by the plasma by the annular convex portion of the microwave window, generation of particles from the inner peripheral edge of the microwave limiting member is prevented. It is suppressed.
[0031]
  BookIn the plasma processing apparatus of the invention, since the surface opposite to the microwave window side of the microwave limiting member is protected from sputtering by the plasma by the protective member, the generation of particles from this portion can be prevented. it can.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG. The bottomed cylindrical reactor 1 is entirely formed of a conductive metal, and the reactor 1 is electrically grounded. The upper opening of the reactor 1 is sealed in a hermetic state by a microwave window 4. The microwave window 4 is formed of a dielectric material such as quartz glass or alumina that has heat resistance and microwave transparency and has a low dielectric loss.
[0033]
A cover member 10 formed by forming a conductive metal into a circular lid shape is fitted on the microwave window 4 described above, and the cover member 10 is fixed on the reactor 1. An antenna 11 for introducing a microwave into the reactor 1 is fixed to the upper surface of the cover member 10. The antenna 11 has an annular waveguide antenna portion 11a formed by forming an endless ring-shaped member having a U-shaped cross-sectional view, with its opening facing the cover member 10, and concentric with the central axis of the reactor 1. A plurality of slits 15, 15,... Are provided in a portion of the cover member 10 facing the annular waveguide antenna portion 11a. That is, in the present embodiment, the annular waveguide antenna portion 11a and the portion of the cover member 10 where the slits 15, 15,... Are opened are opposed to the annular waveguide antenna portion 11a. A wave tube antenna is configured.
[0034]
The annular waveguide antenna portion 11a is provided slightly inside the inner peripheral surface of the reactor 1 and concentrically with the central axis of the reactor 1, and around the opening provided on the outer peripheral surface, the annular guide antenna 11a is provided. An introduction part 11b for introducing a microwave to the wave tube type antenna part 11a is connected so as to be in the diameter direction of the annular waveguide type antenna part 11a. A dielectric 14 such as a fluororesin such as Teflon (registered trademark), a polyethylene resin, or a polystyrene resin (preferably Teflon) is fitted in the introduction portion 11b and the annular waveguide antenna portion 11a.
[0035]
A waveguide 29 extending from the microwave oscillator 30 is connected to the introduction portion 11b, and the microwave oscillated by the microwave oscillator 30 is incident on the introduction portion 11b of the antenna 11 through the waveguide 29. . This incident wave is introduced from the introduction part 11b to the annular waveguide antenna part 11a. The microwaves introduced into the annular waveguide antenna unit 11a are traveling waves traveling in opposite directions to the annular waveguide antenna unit 11a, and are transmitted through the dielectric 14 in the annular waveguide antenna unit 11a. The traveling waves are superimposed on each other, and a standing wave is generated in the annular waveguide antenna unit 11a. Due to the standing wave, a wall surface current having a maximum value flows at a predetermined interval through the inner surface of the annular waveguide antenna portion 11a.
[0036]
At this time, the mode of the microwave propagating in the annular waveguide antenna portion 11a in which Teflon (registered trademark) having a relative dielectric constant εr of 2.1 is inserted is changed to a rectangular TE10 which is a basic propagation mode. According to the microwave frequency of 2.45 GHz, the dimensions of the annular waveguide antenna portion 11a may be 27 mm in height and 66.2 mm in width. The microwave in this mode propagates through the dielectric 14 in the annular waveguide antenna portion 11a with almost no energy loss.
[0037]
Further, when a microwave window 4 having a diameter of 380 mm is used and Teflon (registered trademark) of εr = 2.1 is fitted into the annular waveguide antenna portion 11a, the center of the annular waveguide antenna portion 11a is used. The dimension up to the center in the width direction of the annular waveguide antenna portion 11a may be 141 mm. In this case, the circumferential length (approximately 886 mm) of the circle C connecting the center in the width direction of the annular waveguide antenna portion 11a is the wavelength of the microwave propagating in the annular waveguide antenna portion 11a (approximately 886 mm). Is approximately an integer multiple of approximately 110 mm). Therefore, the microwave resonates in the annular waveguide antenna section 11a, and the standing wave described above becomes a high voltage / low current at the antinode position and a low voltage / high current at the node position. Q value improves.
[0038]
By the way, the dielectric waveguide 14 may not be inserted into the annular waveguide antenna portion 11a but may be hollow. However, when the dielectric 14 is inserted into the annular waveguide antenna 11a, the wavelength of the microwave incident on the annular waveguide antenna 11a is 1 / √ (εr) times due to the dielectric 14. (Εr is the relative dielectric constant of the dielectric). Therefore, when the annular waveguide antenna portion 11a having the same diameter is used, the annular waveguide antenna portion when the dielectric 14 is inserted is more effective than when the dielectric 14 is not inserted. There are many positions where the current flowing through the wall surface of 11a is maximized, and as a result, a large number of slits 15, 15,. Therefore, the microwave can be introduced into the processing chamber 2 more uniformly.
[0039]
FIG. 3 is an explanatory view for explaining the slits 15, 15,... Shown in FIGS. As shown in FIG. 3, the slits 15, 15,... Are formed in the diametrical direction of the annular waveguide antenna portion 11a on the portion of the cover member 10 (see FIG. 2) facing the annular waveguide antenna portion 11a. In other words, it is formed in a strip shape so as to be orthogonal to the traveling direction of the microwave propagating in the annular waveguide antenna portion 11a. When the annular waveguide antenna portion 11a has the dimensions described above, the length of each slit 15, 15,... Is 50 mm, the width is 20 mm, and the distance between the adjacent slits 15, 15 is approximately. 55m. That is, the intersection point P described later1Two slits 15, 15 are provided at a position 27.5 mm from the other, and other slits 15, 15,... Are provided at an interval of 55 mm from both slits 15, 15.
[0040]
That is, each of the slits 15, 15,... Is an intersection P that is a side separated from the introduction portion 11b out of two points where the extension line L extending the center line of the introduction portion 11b and the circle C described above intersect.12 to the two following the circle C, respectively, at positions separated by (2n-1) · λg / 4 (n is an integer, λg is the wavelength of the microwave propagating in the annular waveguide antenna). Two slits 15 and 15 are opened, and a plurality of other slits 15, 15,... Are formed at intervals of m · λg / 2 (m is an integer) from both the slits 15, 15 to both along the circle C. Has been established. That is, the slits 15, 15,... Are provided at positions where the above-described standing wave nodes are formed. Thereby, microwaves can be efficiently radiated from the slits 15, 15,.
[0041]
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the result of simulating the intensity of the electric field distributed on the dielectric 14 in the antenna 11 shown in FIG. A 2.45 GHz microwave is incident on a dielectric formed by forming Teflon into a shape in which a rod-shaped body is provided on the outer periphery of a perfect circular ring, and is formed by propagation of the microwave. The electric field strength was simulated, and the same electric field strength positions were connected by lines. As a result, as shown in FIG. 4, a plurality of regions of strong electric field strength are formed in the dielectric so as to be targeted on an axis passing through the center of the annular body and the center of the rod-shaped body.
[0042]
Each of the slits 15, 15, etc. described above is located at a substantially center (node) between a plurality of regions (antinodes) of strong electric field strength, and the microwave radiated from each of the slits 15, 15,. It passes through the wave window 4 and is introduced into the reactor 1.
[0043]
In this embodiment, the slits 15, 15,... Are opened so as to be orthogonal to the traveling direction of the microwave propagating in the annular waveguide antenna portion 11a. However, the present invention is not limited to this. First, the slit may be opened so as to cross the traveling direction of the microwave obliquely, or may be opened in the traveling direction of the microwave. The wavelength of the microwave propagating in the antenna 11 is changed by the plasma generated in the reactor 1, and the position indicating the maximum value of the current flowing through the peripheral wall of the annular waveguide antenna portion 11a is changed. In some cases, in the case of a slit opened obliquely in the microwave traveling direction or a slit opened in the microwave traveling direction, a change in position indicating the maximum value of the current can be taken into the slit region. .
[0044]
As described above, the slits 15, 15,... Are provided substantially radially in the cover member 10, so that the microwave is uniformly introduced into the entire region in the reactor 1. On the other hand, as shown in FIG. 1, the antenna 11 is provided on the cover member 10 having the same diameter as that of the reactor 1 without protruding from the periphery of the cover member 10. Even if it is large, the size of the plasma processing apparatus is as small as possible, so that it can be installed in a small space.
[0045]
In the center of the bottom wall of the processing chamber 2, a mounting table 3 on which the sample W is mounted is provided, and a high-frequency power source 7 is connected to the mounting table 3 via a matching box 6. A through hole penetrating the peripheral wall is formed in the peripheral wall of the processing chamber 2, and a gas introduction pipe 5 for introducing a reaction gas into the processing chamber 2 is fitted into the through hole. An exhaust port 8 is provided in the bottom wall of the processing chamber 2, and the inside air of the processing chamber 2 is discharged from the exhaust port 8.
[0046]
A limiting plate 9 is provided so as to be in contact with the microwave window 4 so as to be opposed to the inner surface of the microwave window 4 and to limit the introduction region into which the microwave is introduced into the processing chamber 2 to the center of the processing chamber 2. It is. The limiting plate 9 is formed by annularly forming a conductive plate, and the outer peripheral edge of the limiting plate 9 is sandwiched and fixed between the upper end of the reactor 1 and the outer peripheral edge of the microwave window 4. The inner peripheral edge portion of the limiting plate 9 is opposed to an appropriate position in the vicinity of the end portion on the outer peripheral surface side of the annular waveguide antenna portion 11a of the slits 15, 15,. The limiting plate 9 is electrically grounded.
[0047]
In order to perform the etching process on the surface of the sample W using such a plasma processing apparatus, after exhausting from the exhaust port 8 and depressurizing the inside of the processing chamber 2 to a desired pressure, the inside of the processing chamber 2 through the gas introduction pipe 5 To supply reaction gas. Next, a microwave of 2.45 GHz is oscillated from the microwave oscillator 30 and introduced into the antenna 11 through the waveguide 31 to form a standing wave in the annular waveguide antenna portion 11a. The electric field radiated from the slits 15, 15,... Of the annular waveguide antenna unit 11 a is introduced into the processing chamber 2 through the microwave window 4, and plasma is generated in the processing chamber 2. The surface of the sample W on the mounting table 3 is etched by this plasma.
[0048]
Further, a high frequency may be applied to the mounting table 3 from the high frequency power source 7 via the matching box 6 simultaneously with the oscillation by the microwave oscillator 30. By applying a high frequency to the mounting table 3, the surface of the sample W on the mounting table 3 can be etched while controlling ions in the plasma.
[0049]
At this time, since the annular limiting plate 9 that is electrically grounded is in contact with the inner surface of the microwave window 4, the microwave is introduced into the opening of the limiting plate 9, and plasma is generated there. Thereby, the position where the plasma is generated can be separated from the inner peripheral surface of the reactor 1, and the inner peripheral surface of the reactor 1 is prevented from being worn out by the plasma.
[0050]
On the other hand, the limited plate 9 that is electrically grounded acts as a counter electrode of the mounting table 3 to which a high frequency is applied, and the directivity of the plasma guided onto the sample W can be improved.
[0051]
By the way, it is preferable that the thickness dimension d of the limiting plate 9 is equal to or greater than the plasma skin thickness δ obtained by the following equations (1) and (2) (δ ≦ d).
δ = c / ωp (1)
ωp = √ {(N · e2) / (Ε0・ Me)}… (2)
Where c: speed of light in vacuum (2.997 × 10Tencm / sec)
N: Plasma density (cm-3)
e: Charge (1.602 × 10-19C)
ε0: Vacuum dielectric constant (8.85 × 10-TenF / cm)
me: Electron mass (9.11 × 10-31kg)
[0052]
Plasma in reactor 1 is usually 5 × 1011cm-3~ 5x1012cm-3The plasma density is 7.45 × 10 which is a cutoff density.Tencm-3Because it is much larger, the microwave cannot enter the generated plasma. At this time, when the thickness dimension d of the limiting plate 9 is smaller than the plasma skin thickness δ, the microwave introduced into the opening of the limiting plate 9 propagates through the surface of the plasma and the limiting plate 9 of the reactor 1. There is a risk of reaching below. Each plasma density N is 5 × 1011cm-3And 5 × 1012cm-3In this case, the skin thickness δ of the plasma is 7.5 mm and 2.4 mm, respectively.
[0053]
However, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, the thickness dimension d of the limiting plate 9 is 5 × 10, and the plasma density N is 5 × 10.11cm-3~ 5x1012cm-3When the thickness is 7.5 mm or more, which is the maximum value of the plasma skin thickness δ in the normal range, the region in which the microwave propagates can be more reliably limited within the opening of the limiting plate 9.
[0054]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a plan view showing the second embodiment. In the figure, portions corresponding to those in FIG. On the cover member 10, one end side is bent into a C shape (arc shape) or a single spiral shape (C shape in FIG. 5), and the end portion is closed. A waveguide 29 connected to the microwave oscillator 30 is connected to the other end of the waveguide antenna 12. A plurality of slits 15, 15,... Are provided in a portion of the cover member 10 that faces the waveguide antenna 12.
[0055]
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the slits 15, 15,... Shown in FIG. As shown in FIG. 6, the slits 15, 15,...1The slits 15, 15,... Are opened at a position m · λg / 2 from the closed end of the waveguide antenna 12.
[0056]
In the present embodiment, the case where one end side is bent in a C shape and the end-shaped annular waveguide antenna 12 formed by closing the end portion is described. However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 2, it is possible to provide an end-shaped annular waveguide antenna having a partition that reflects microwaves at an appropriate position in the annular waveguide antenna section. Needless to say.
[0057]
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a side sectional view showing the third embodiment, which protects the inner peripheral surface of the limiting plate 9 described above. FIG. 8 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG. In both figures, parts corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals and explanation thereof is omitted. As shown in FIGS. 7 and 8, the surface of the microwave window 4 on the processing chamber 2 side is provided with an annular convex portion 4 a having a height dimension substantially the same as the thickness dimension of the limiting plate 9. It is provided so as to contact the peripheral surface.
[0058]
In such a plasma processing apparatus, the wear on the inner surface of the reactor 1 is prevented by the limiting plate 9 as before. On the other hand, the inner peripheral surface of the limiting plate 9 may be gradually worn because it is exposed to plasma, but as described above, the inner peripheral surface of the limiting plate 9 is covered with the annular convex portion 4a of the microwave window 4. Therefore, the inner peripheral surface of the limiting plate 9 is isolated from the plasma, and wear due to the plasma is prevented. Therefore, generation of particles due to wear of the limiting plate 9 is suppressed.
[0059]
(Embodiment 4)
FIG. 9 is a side sectional view showing Embodiment 4, and FIG. 10 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG. In the present embodiment, in addition to the wear of the inner peripheral surface of the limiting plate 9, the wear of the portion of the limiting plate 9 that faces the processing chamber 2 is also prevented. In both figures, parts corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals and explanation thereof is omitted.
[0060]
As shown in FIGS. 9 and 10, an annular protrusion 4 a having substantially the same thickness as the limiting plate 9 is provided on the inner surface of the microwave window 4 so as to contact the inner peripheral surface of the limiting plate 9. It is. Further, a step portion 1a is provided at the upper end of the reactor 1 at the edge on the processing chamber 2 side, which is one step lower than other portions, and a dielectric (preferably quartz glass) is provided in the step portion 1a. The outer peripheral edge of the protective plate 19 that protects the limiting plate 9 is fitted, and the protective plate 19 is sandwiched between the step portion 1 a and the limiting plate 9. The inner diameter of the protection plate 19 is substantially equal to the inner diameter of the annular convex portion 4a. The portion of the limiting plate 9 that protrudes into the processing chamber 2 is covered with the microwave window 4, the annular convex portion 4 a and the protective plate 19. Generation of particles due to the wear and tear of 9 is prevented.
[0061]
(Embodiment 5)
FIG. 11 is a sectional side view showing the fifth embodiment, and FIG. 12 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG. The bottomed cylindrical reactor 1 is entirely made of metal such as aluminum. A ring member 21 having a groove on the inner peripheral surface is attached to the upper end portion of the reactor 1, and the outer peripheral edge portion of the annular microwave window 24 is fitted into the groove of the ring member 21 so that the annular microwave window is fitted. 24 is supported by the ring member 21.
[0062]
On the upper surface of the ring member 21, a cylindrical block member 25 having an outer diameter substantially the same as the outer diameter of the ring member 21 and an inner diameter substantially the same as the inner diameter of the annular microwave window 24 described above is attached to the ring member 21. Screwed. The block member 25 is made of a metal such as aluminum. An annular waveguide antenna portion 11a formed by opening a groove having a rectangular cross-sectional view is formed in a portion of the block member 25 facing the annular microwave window 24, and an annular waveguide is formed on the peripheral surface of the block member 25. An introduction portion 11b is formed by opening a rectangular hole communicating with the tubular antenna portion 11a. An annular plate member 16 made of aluminum is fitted to the bottom of the annular waveguide antenna portion 11a, and a plurality of slits 15, 15,. It is established at a distance. A dielectric 14 is fitted in the introduction portion 11b and the annular waveguide antenna portion 11a. That is, in the present embodiment, an annular waveguide antenna is constituted by the annular waveguide antenna portion 11a and the plate member 16 in which a plurality of slits 15, 15,.
[0063]
A waveguide 29 extending from the microwave oscillator 30 is connected to the peripheral surface of the block member 25 and around the opening of the introduction portion 11b, and the microwave oscillated by the microwave oscillator 30 is guided. The light enters the introduction portion 11b of the antenna 11 through the tube 29.
[0064]
A heating block 26 formed by molding aluminum into a cylindrical shape on the block member 25 described above is detachably fitted so that the lower surface of the heating block 26 is slightly higher than the lower surface of the annular microwave window 24. In addition, a heater 28 as a heating source is embedded in the heating block 26.
[0065]
A cylindrical concave portion is provided at the center of the lower surface of the heating block 26, and the gas diffusion chamber 20 is provided by closing the concave portion with a counter electrode 18 formed by forming a conductor or semiconductor material into a disk shape. The counter electrode 18 is detachably screwed to the heating block 26, and is the counter electrode 18 electrically grounded by the changeover switch 60 or connected to the high frequency power source 7b through the matching box 6b? It can be switched. Further, at the portion where the reactor 1, the ring member 21, the annular microwave window 24, the block member 25 and the heating block 26 are joined to each other, heat-resistant O-rings 17, 17,... Are sealed in an airtight state. (Some of them are omitted).
[0066]
The position of the lower surface of the counter electrode 18 is arranged so as to be substantially flush with the lower surface of the annular microwave window 24.
[0067]
Note that the position of the lower surface of the counter electrode 18 is preferably set so as not to protrude beyond the plasma skin thickness δ below the position of the lower surface of the annular microwave window 24. More preferably, the lower surface of the electrode 18 and the lower surface of the annular microwave window 24 are substantially flush with each other. As described above, the density of the plasma generated in the reactor 1 in the microwave plasma processing apparatus having such a configuration is 5 × 10 5.11cm-3~ 5x1012cm-3And the plasma density N is 5 × 10 respectively.11cm-3And 5 × 1012cm-3In this case, the skin thickness δ of the plasma is 7.5 mm and 2.4 mm, respectively. Therefore, the position of the lower surface of the counter electrode 18 should not protrude beyond the position of the lower surface of the annular microwave window 24 beyond 2.4 mm, which is the minimum value of the plasma skin thickness δ. Preferably, as in this example, it is more preferable that the lower surface of the counter electrode 18 and the lower surface of the annular microwave window 24 are substantially flush with each other.
[0068]
Further, as described above, when a plasma exceeding the cutoff density is generated in the reactor 1, the microwave cannot enter the generated plasma, and the plasma surface thickness δ region on the surface of the plasma is not allowed. Propagate surface waves. Therefore, by preventing the position of the lower surface of the counter electrode 18 from projecting beyond the plasma skin thickness δ below the position of the lower surface of the annular microwave window 24, the microwaves are directly below the counter electrode 18. It is possible to propagate (expand) the surface wave and to generate more uniform plasma.
[0069]
On the other hand, the thickness dimension of the limiting plate 9 to be described later is 7.5 mm or more, which is the maximum value of the plasma skin thickness δ, and this limits the region in which the microwave propagates within the opening of the limiting plate 9. can do.
[0070]
A gas introduction pipe 5 penetrating the heating block 26 communicates with the gas diffusion chamber 20. The gas supplied from the gas introduction pipe 5 to the gas diffusion chamber 20 is diffused and uniformed there, and then introduced into the processing chamber 2 through a plurality of through holes formed in the counter electrode 18. In the center of the bottom wall of the processing chamber 2, a mounting table 3 for mounting the workpiece W is provided so as to be movable up and down. A high frequency power source 7 is connected to the mounting table 3 via a matching box 6. Further, an exhaust port 8 is provided in the peripheral wall of the processing chamber 2 so that the inside air of the processing chamber 2 is discharged from the exhaust port 8.
[0071]
The outer edge of the limiting plate 9 is fitted into the groove of the ring member 21 described above so that the limiting plate 9 abuts against the inner surface of the annular microwave window 24, and the limiting plate 9 is electrically grounded. is there. Opposing the lower surface of the limiting plate 9 is a substantially curved shape in cross-sectional view and an annular protective member 19a is provided, and the inner peripheral surface and the lower surface of the limiting plate 9 are protected by the protective member 19a.
[0072]
In such a plasma processing apparatus, the wear on the inner surface of the reactor 1 is prevented by the limiting plate 9 as before. Further, since the microwave window 4 and the protection member 19a cover the entire surface of the portion of the limiting plate 9 that protrudes into the processing chamber 2, the limiting plate 9 is not worn by plasma, and the limiting plate 9 is worn. Generation of the resulting particles is prevented.
[0073]
【The invention's effect】
  BookIn the plasma processing apparatus according to the invention, the horizontal dimension of the plasma processing apparatus can be made as small as possible. Further, the microwave introduction region to be introduced into the container is limited by the limiting member, and the position where the plasma is generated is separated from the inner peripheral surface of the container, so that the inner peripheral surface of the container is prevented from being worn by the plasma. The Therefore, generation of particles is prevented and contamination of the sample is avoided.
[0074]
  BookIn the invention, the microwave introduced into the container through the microwave limiting member is prevented from propagating through the opening of the microwave limiting member by the surface wave propagating through the surface of the plasma. The introduction region can be surely limited to the central portion of the container, and wear on the inner surface of the container can be reliably prevented.
[0075]
  BookIn the plasma processing apparatus according to the invention, since the limiting member described above is protected from plasma by the protective member, the limiting member is prevented from being worn by the plasma. Therefore, the present invention has excellent effects such as generation of particles due to wear of the limiting member and prevention of sample contamination.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of a plasma processing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the slits shown in FIGS. 1 and 2;
4 is an explanatory diagram for explaining a result of simulating the intensity of an electric field distributed in a dielectric in the antenna shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 5 is a plan view showing the second embodiment.
6 is an explanatory diagram for explaining a slit shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a side sectional view showing a third embodiment.
8 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
9 is a side sectional view showing Embodiment 4. FIG.
10 is a partially enlarged view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIG. 11 is a side sectional view showing a fifth embodiment.
12 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
FIG. 13 is a side sectional view showing a plasma processing apparatus of the same type as the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 62-5600 and 62-99481.
14 is a plan view of the plasma processing apparatus shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 reactor
2 treatment room
4 Microwave window
9 limited plates
11 Antenna
11a Annular waveguide antenna
15 slit
19 Protection plate
19a Protection member

Claims (11)

マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は、次式で表されるプラズマの表皮厚さδ以上になしてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
δ＝ｃ／ωｐ
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ 2 ）／（ε 0 ・ｍ e ）｝
但し、ｃ ：真空中の光速（ 2.997 × 10 10 ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ -3 ）
ｅ ：電荷（ 1.602 × 10 -19 Ｃ）
ε 0 ：真空誘電率（ 8.85 × 10 -10 Ｆ／ｃｍ）
ｍ e ：電子質量（ 9.11 × 10 -31 ｋｇ） In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a mounting table provided in the container by the generated plasma,
In said container, Ri Ah provided with a microwave limitation member to limit the introduction region of the microwave to the central portion,
The step between the lower surface of the lower surface and the microwave window of microwave limitation member, the plasma processing apparatus according to claim Nashitea Rukoto over the skin thickness of the plasma δ expressed by the following equation.
δ = c / ωp
ωp = √ {(N · e 2 ) / (ε 0 · m e )}
Where c : Speed of light in vacuum ( 2.997 × 10 10 cm / sec)
N : Plasma density (cm -3 )
e : Charge ( 1.602 × 10 -19 C)
ε 0 : Vacuum dielectric constant ( 8.85 × 10 −10 F / cm)
m e : electron mass ( 9.11 × 10 -31 kg) 環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は、次式で表されるプラズマの表皮厚さδ以上になしてあることを特徴とするプラズマ処理装置。
δ＝ｃ／ωｐ
ωｐ＝√｛（Ｎ・ｅ 2 ）／（ε 0 ・ｍ e ）｝
但し、ｃ ：真空中の光速（ 2.997 × 10 10 ｃｍ／ｓｅｃ）
Ｎ ：プラズマ密度（ｃｍ -3 ）
ｅ ：電荷（ 1.602 × 10 -19 Ｃ）
ε 0 ：真空誘電率（ 8.85 × 10 -10 Ｆ／ｃｍ）
ｍ e ：電子質量（ 9.11 × 10 -31 ｋｇ） In the container provided with the annular microwave window, the microwave window is radiated from an annular waveguide antenna having a slit disposed on the facing surface and facing the microwave window. Plasma is generated by introducing microwaves into the container, and a high frequency is applied to a mounting table provided in the container and / or a counter electrode provided in the microwave window. A plasma processing apparatus for processing the sample by guiding the generated plasma to the sample mounted on the mounting table;
In said container, Ri Ah provided with a microwave limitation member to limit the introduction region of the microwave to the central portion,
The step between the lower surface of the lower surface and the microwave window of microwave limitation member, the plasma processing apparatus according to claim Nashitea Rukoto over the skin thickness of the plasma δ expressed by the following equation.
δ = c / ωp
ωp = √ {(N · e 2 ) / (ε 0 · m e )}
Where c : Speed of light in vacuum ( 2.997 × 10 10 cm / sec)
N : Plasma density (cm -3 )
e : Charge ( 1.602 × 10 -19 C)
ε 0 : Vacuum dielectric constant ( 8.85 × 10 −10 F / cm)
m e : electron mass ( 9.11 × 10 -31 kg) マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は７．５ｍｍ以上になしてあることを特徴とするプラズマ処理装置。 In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a mounting table provided in the container by the generated plasma,
In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center,
The plasma processing apparatus , wherein a step between the lower surface of the microwave limiting member and the lower surface of the microwave window is 7.5 mm or more . 環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けて あり、
前記マイクロ波限定部材の下面と前記マイクロ波窓の下面との段差は７．５ｍｍ以上になしてあることを特徴とするプラズマ処理装置。 In the container provided with the annular microwave window, the microwave window is radiated from an annular waveguide antenna having a slit disposed on the facing surface and facing the microwave window. Plasma is generated by introducing microwaves into the container, and a high frequency is applied to a mounting table provided in the container and / or a counter electrode provided in the microwave window. A plasma processing apparatus for processing the sample by guiding the generated plasma to the sample mounted on the mounting table;
In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center ,
Plasma processing equipment characterized in that the step between the lower surface and the lower surface of the microwave window of the microwave limited members are no more than 7.5 mm. マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、
前記マイクロ波窓には、前記マイクロ波限定部材の内周面に倣う環状凸部が設けてあり、該環状凸部に前記マイクロ波限定部材が外嵌してあることを特徴とするプラズマ処理装置。 In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a mounting table provided in the container by the generated plasma,
In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center,
The microwave limiting member is in contact with the microwave window;
The microwave window is provided with an annular convex portion that follows the inner peripheral surface of the microwave limiting member, and the microwave limiting member is externally fitted to the annular convex portion. . 環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、
前記マイクロ波窓には、前記マイクロ波限定部材の内周面に倣う環状凸部が設けてあり、該環状凸部に前記マイクロ波限定部材が外嵌してあることを特徴とするプラズマ処理装置。 In the container provided with the annular microwave window, the microwave window is radiated from an annular waveguide antenna having a slit disposed on the facing surface and facing the microwave window. Plasma is generated by introducing microwaves into the container, and a high frequency is applied to a mounting table provided in the container and / or a counter electrode provided in the microwave window. A plasma processing apparatus for processing the sample by guiding the generated plasma to the sample mounted on the mounting table;
In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center,
The microwave limiting member is in contact with the microwave window;
The microwave window is provided with an annular convex portion that follows the inner peripheral surface of the microwave limiting member, and the microwave limiting member is externally fitted to the annular convex portion. . マイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成し、生成したプラズマにより前記容器内に設けてある載置台に載置した試料を処理するプラズマ処理装置であって、
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定する マイクロ波限定部材が設けてあり、
前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、
前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に当接させてある面とは反対側の面を保護する保護部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。 In a container provided with a microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window, and through the microwave window. A plasma processing apparatus for generating a plasma by introducing a microwave into the container, and processing a sample placed on a mounting table provided in the container by the generated plasma,
In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center ,
The microwave limiting member is in contact with the microwave window;
A plasma processing apparatus, comprising: a protective member that protects a surface of the microwave limiting member that is opposite to a surface that is in contact with a microwave window . 環状のマイクロ波窓を設けてなる容器内に、前記マイクロ波窓に対面して配置され対面する面にスリットを有する環状の導波管型アンテナからマイクロ波を放射して、前記マイクロ波窓を介して前記容器内にマイクロ波を導入することによってプラズマを生成すると共に、前記容器内に設けてある載置台及び／又は前記マイクロ波窓に内嵌させて設けてある対向電極に高周波を印加し、生成したプラズマを載置台に載置した試料に導いて試料を処理するプラズマ処理装置であって、In a container provided with an annular microwave window, microwaves are radiated from an annular waveguide antenna having a slit on the surface facing the microwave window. Plasma is generated by introducing microwaves into the container, and a high frequency is applied to a mounting table provided in the container and / or a counter electrode provided in the microwave window. A plasma processing apparatus for processing the sample by guiding the generated plasma to the sample mounted on the mounting table;
前記容器内に、マイクロ波の導入領域を中央部に限定するマイクロ波限定部材が設けてあり、In the container, there is provided a microwave limiting member that limits the microwave introduction region to the center,
前記マイクロ波限定部材は前記マイクロ波窓に当接させてあり、The microwave limiting member is in contact with the microwave window;
前記マイクロ波限定部材のマイクロ波窓に当接させてある面とは反対側の面を保護する保護部材が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。A plasma processing apparatus, comprising: a protective member that protects a surface of the microwave limiting member opposite to a surface that is in contact with a microwave window. 無端環状の導波管型アンテナが配置してある請求項１乃至８の何れか一つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 8 endless annular waveguide type antenna is arranged. 有端環状の導波管型アンテナが配置してある請求項１乃至８の何れか一つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein a ring-shaped waveguide antenna with an end is disposed. 前記導波管型アンテナはＣ字状又は渦巻き状になしてある請求項１０に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 10, wherein the waveguide antenna has a C shape or a spiral shape.
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