JP4390604B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、薄膜トランジスタ(TFT)や金属酸化物半導体素子(MOS素子)のような半導体素子、半導体集積回路装置のような半導体装置、或いは、液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等に適用されるプラズマ処理装置に関する。 The present invention includes, for example, a semiconductor element such as a thin film transistor (TFT) or a metal oxide semiconductor element (MOS element), a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit device, or a manufacturing process of a display device such as a liquid crystal display device. The present invention relates to a plasma processing apparatus applied to the above.
半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいて、膜堆積、表面改質、あるいはエッチング等のプラズマ処理を施すためには、従来、平行平板型の高周波プラズマ処理装置や、電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ処理装置等が用いられている。 Conventionally, in order to perform plasma processing such as film deposition, surface modification, or etching in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, a parallel plate type high-frequency plasma processing device or an electron cyclotron resonance (ECR) plasma is used. A processing device or the like is used.
しかしながら、平行平板型プラズマ処理装置は、プラズマ密度が低く、電子温度が高いという問題がある。また、ECRプラズマ処理装置は、プラズマ励起に直流磁場が必要であるため、大面積の処理が困難であるという問題がある。 However, the parallel plate type plasma processing apparatus has a problem that the plasma density is low and the electron temperature is high. In addition, since the ECR plasma processing apparatus requires a DC magnetic field for plasma excitation, there is a problem that it is difficult to process a large area.
このような問題に対して、近年、プラズマ励起に磁場が不要であり、高密度でかつ電子温度が低いプラズマを生成することが可能なプラズマ処理装置が提案されている。 In recent years, a plasma processing apparatus that can generate a plasma having a high density and a low electron temperature has been proposed to solve such problems.
この種のプラズマ処理装置としては、同心円状に配されたスロットを有する円形マイクロ波放射板を備えたものが知られている。このプラズマ処理装置では、同軸管から円形マイクロ波放射板の中心に向けて導入させたマイクロ波を、この円形マイクロ波放射板の径方向に伝播させつつスロットから放射させるように構成されている。これにより、マイクロ波が電磁波放射窓を介して真空容器内に導入されるため、この真空容器内においてプラズマが生成される(例えば、特許文献1参照。)。 As this type of plasma processing apparatus, an apparatus including a circular microwave radiation plate having slots arranged concentrically is known. In this plasma processing apparatus, the microwave introduced from the coaxial tube toward the center of the circular microwave radiation plate is radiated from the slot while propagating in the radial direction of the circular microwave radiation plate. Thereby, since the microwave is introduced into the vacuum container through the electromagnetic wave radiation window, plasma is generated in the vacuum container (see, for example, Patent Document 1).
また、プラズマ処理装置としては、矩形状の導波管のH面に配された導波管アンテナをなす2つのスロットから、誘電体窓を介してチャンバ内にマイクロ波が供給されるように構成されたものが知られている。このプラズマ処理装置では、反射面に近いほど、スロットの幅が狭くなるように形成されている。また、スロットは、導波管の反射面に向かって狭くなるように、階段状あるいはテーパ状に形成されている(例えば、特許文献2参照。)。 The plasma processing apparatus is configured such that microwaves are supplied into the chamber through a dielectric window from two slots forming a waveguide antenna disposed on the H-plane of a rectangular waveguide. Is known. In this plasma processing apparatus, the slot is narrower as it is closer to the reflecting surface. Further, the slot is formed in a stepped shape or a tapered shape so as to become narrower toward the reflection surface of the waveguide (see, for example, Patent Document 2).
さらに、プラズマ処理装置としては、複数の矩形状の導波管が等間隔に平行に配設されてなる表面波プラズマ装置が知られている。各導波管には、その先端側に向かって結合係数を順次大きくした結合孔が設けられている。真空容器には、各結合孔に対応して分割形成した複数の誘電体窓が設けられている(例えば、特許文献3参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載のプラズマ処理装置のように、マイクロ波を同軸管や円形マイクロ波放射板といった導体中に伝播させると、これら導体中において銅損等の伝播ロスが生じる。この伝播ロスは、周波数が高くなるほど、また、同軸伝送距離や放射板面積が大きくなるほど、大きくなる。したがって、特許文献1に記載の技術を用いて液晶表示装置等の比較的大型の基板に対応したプラズマ処理装置を設計しても、マイクロ波の減衰が大きく、効率良くプラズマを生成させることが困難である。また、特許文献1に記載のプラズマ処理装置は、円形マイクロ波放射板からマイクロ波が放射されるように構成されているため、液晶表示装置のような角型基板に適用する場合、基板の角部においてプラズマが不均一になってしまうという問題もある。 However, when a microwave is propagated in a conductor such as a coaxial tube or a circular microwave radiation plate as in the plasma processing apparatus described in Patent Document 1, a propagation loss such as a copper loss occurs in the conductor. This propagation loss increases as the frequency increases and as the coaxial transmission distance and radiation plate area increase. Therefore, even if a plasma processing apparatus corresponding to a relatively large substrate such as a liquid crystal display device is designed using the technique described in Patent Document 1, the microwave attenuation is large and it is difficult to efficiently generate plasma. It is. In addition, since the plasma processing apparatus described in Patent Document 1 is configured to emit microwaves from a circular microwave radiation plate, when applied to a square substrate such as a liquid crystal display device, the corner of the substrate is used. There is also a problem that the plasma becomes non-uniform in the area.
また、特許文献2に記載のプラズマ処理装置のように、矩形の導波管内を伝播させたマイクロ波を2つのスロットから放射させる場合、生成されたプラズマ中に負イオンが多く存在すると、プラズマの両極性拡散係数が小さくなってしまうという問題がある。そのため、特許文献2に記載の技術では、プラズマの生成がマイクロ波の放射されているスロット近傍に偏ってしまう。また、このプラズマの偏りは、プラズマの圧力が高い場合にいっそう顕著となる。したがって、特許文献2に記載のプラズマ処理装置では、負イオンが生成されやすい酸素、水素、及び塩素等を含むガスを原料としたプラズマ処理を大型基板に施すことが難しく、特に、ガスの圧力が高い場合にはさらに困難となる。さらに、プラズマ処理を施す基板の処理面に対し、導波管アンテナを構成するスロットの分布が局在するため(均一でないため)、プラズマ密度が不均一となり易い。
In addition, as in the case of the plasma processing apparatus described in
しかも、特許文献1又は2に記載の技術では、電磁波放射窓(誘電体窓)を、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差、つまり、約1kg/cm2の力に耐える厚さ(強度)に設計する必要がある。これは、プラズマ処理を行う場合、一般に、真空容器(チャンバ)内を一旦真空排気した後に、この真空容器内にプロセスガス等を導入するためである。したがって、特許文献1又は2に記載の技術を用いて、1m角となるような大型基板をプラズマ処理するようなプラズマ処理装置を設計する場合、合成石英等からなる電磁波透過窓の厚さが非常に厚くなるため、実用的ではない。
Moreover, in the technique described in
さらに、特許文献3に記載の技術では、導波管同士が間隔を置いて配置されているため、結合孔を被処理基板の被処理面の全面に対応するように均一に分布させるのが難しい。また、結合孔の数だけ真空を封じるシールを設ける必要があるため、真空容器の構造が複雑化し易い。しかも、真空容器の天板の加工費が増加するため、装置価格が増加するという問題もある。
Furthermore, in the technique described in
そこで、本願出願人は、構造が単純であって、角型の基板や大面積の基板のような被処理体であっても良好にプラズマ処理することができるプラズマ処理装置として、導波管を真空容器内に設けたものを提案した(特願2002−366842号明細書参照。)。 Accordingly, the applicant of the present application has described a waveguide as a plasma processing apparatus that has a simple structure and can perform plasma processing satisfactorily even on a target object such as a rectangular substrate or a large-area substrate. The thing provided in the vacuum container was proposed (refer Japanese Patent Application 2002-366842 specification).
ところで、上記特願2002−366842号明細書では、導波管内へのプラズマの侵入を抑制するために、導波管内を誘電体部材によって満たすようにした例を記載している。しかしながら、導波管内を誘電体部材で満たすとともに、真空容器内に設けた導波管と電磁波を発振する発振器とを真空容器外に設けた導波管を介して結合させるようにすると、真空容器外の導波管と真空容器内の導波管との境界において電磁波の一部が反射され、電磁波の透過率が下がる。例えば、真空容器外の導波管内が空気(誘電率ε=1)で満たされ、真空容器内の導波管内が石英(誘電率ε=3.8)で満たされている場合、この境界に平面波が垂直入射すると、その透過率は約80%となる。 By the way, the above Japanese Patent Application No. 2002-366842 describes an example in which the inside of the waveguide is filled with a dielectric member in order to suppress the penetration of plasma into the waveguide. However, if the inside of the waveguide is filled with a dielectric member and the waveguide provided in the vacuum vessel and the oscillator that oscillates electromagnetic waves are coupled via the waveguide provided outside the vacuum vessel, the vacuum vessel A part of the electromagnetic wave is reflected at the boundary between the outer waveguide and the waveguide in the vacuum vessel, and the transmittance of the electromagnetic wave decreases. For example, when the inside of the waveguide outside the vacuum vessel is filled with air (dielectric constant ε = 1) and the inside of the waveguide inside the vacuum vessel is filled with quartz (dielectric constant ε = 3.8), When a plane wave is perpendicularly incident, the transmittance is about 80%.
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、電磁波を効率良く伝播させることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such circumstances, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of efficiently propagating electromagnetic waves.
本発明の請求項1に記載のプラズマ処理装置は、処理容器と、電磁波を発振する発振器と、第1の電磁波伝送路と、この第1の電磁波伝送路よりも内形寸法が小さく設定されているとともに、内部に誘電体部材が設けられた第2の電磁波伝送路と、この第2の電磁波伝送路に設けられ、前記処理容器内に電磁波を放射する電磁波放射部とを具備し、前記発振器で発生した電磁波が、前記第1の電磁波伝送路を経由して前記第2の電磁波伝送路に導入されるとともに前記電磁波放射部により前記処理容器内に放射されることによって、前記処理容器内にプラズマが生成され、このプラズマよってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記第1の電磁波伝送路と前記第2の電磁波伝送路とは、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第3の電磁波伝送路を介して接続されているとともに、前記第3の電磁波伝送路の内部に、前記伝送側に向かって拡開するように配置された楔形状の誘電体部材を有している。 The plasma processing apparatus according to claim 1 of the present invention has a processing container, an oscillator that oscillates an electromagnetic wave, a first electromagnetic wave transmission path, and an inner dimension smaller than that of the first electromagnetic wave transmission path. And a second electromagnetic wave transmission path having a dielectric member provided therein, and an electromagnetic wave radiation section that is provided in the second electromagnetic wave transmission path and radiates an electromagnetic wave in the processing container. The electromagnetic wave generated in is introduced into the second electromagnetic wave transmission line via the first electromagnetic wave transmission line and is radiated into the processing container by the electromagnetic wave radiation unit, thereby entering the processing container. A plasma processing apparatus for generating plasma and performing plasma processing using the plasma, wherein the first electromagnetic wave transmission line and the second electromagnetic wave transmission line are formed in an inner shape as they move toward the electromagnetic wave transmission side. It is connected via a hollow third electromagnetic wave transmission line formed so that the method becomes small, and is arranged inside the third electromagnetic wave transmission line so as to expand toward the transmission side. And a wedge-shaped dielectric member.
本発明及び以下の発明において、「電磁波伝送路」とは、電磁波を高効率に伝送するための線路をいう。電磁波伝送路としては、同軸管、導波管、空洞共振器等が挙げられる。 In the present invention and the following invention, the “electromagnetic wave transmission path” refers to a line for transmitting electromagnetic waves with high efficiency. Examples of the electromagnetic wave transmission path include a coaxial tube, a waveguide, and a cavity resonator.
同軸管は、導波管と比較して損失(伝播損失)は大きいが、遮断周波数を持たないため、伝送可能な周波数範囲が広く、また、波長が大きい場合でも伝送路を小型化できる。 The coaxial tube has a larger loss (propagation loss) than the waveguide, but does not have a cut-off frequency. Therefore, the transmission frequency range is wide and the transmission path can be downsized even when the wavelength is large.
導波管は、同軸管での損失の原因となる中心導体が無いため、損失が小さく、大電力の伝送に向いている。しかし、遮断周波数が存在し、伝送可能な周波数範囲が狭い。また、その形状は、伝送させる電磁波の周波数でほぼ規定される。 Since the waveguide does not have a central conductor that causes a loss in the coaxial tube, the loss is small and it is suitable for transmission of high power. However, there is a cut-off frequency and the transmittable frequency range is narrow. Further, the shape is substantially defined by the frequency of the electromagnetic wave to be transmitted.
空洞共振器は、特定の周波数に対して定在波が立つように設計され、その波長の電磁波を強める作用を持つ。 The cavity resonator is designed so that a standing wave stands for a specific frequency, and has an effect of strengthening an electromagnetic wave having that wavelength.
「電磁波放射部」は、電磁波伝送路で伝送してきた電磁波を電磁波伝送路の外部に放出する部分をいう。電磁波放射部としては、スロット、導体ロッド、電磁ホーン等が挙げられる。 The “electromagnetic radiation portion” refers to a portion that emits an electromagnetic wave transmitted through the electromagnetic wave transmission path to the outside of the electromagnetic wave transmission path. Examples of the electromagnetic wave radiation portion include a slot, a conductor rod, and an electromagnetic horn.
第3の電磁波伝送路の形状は、例えば、電磁波の伝送側(電磁波の導波方向側)に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるようなテーパを有する略円錐形状とすることができるが、これに限定されるものではない。また、第3の電磁波伝送路の加工性を考慮すると、第1及び第2の電磁波伝送路とは別体で形成するのが好ましいが、第1の電磁波伝送路と一体に形成してもよく、また、第2の電磁波伝送路と一体に形成してもよい。 The shape of the third electromagnetic wave transmission line can be, for example, a substantially conical shape having a taper such that the inner dimension becomes smaller toward the electromagnetic wave transmission side (electromagnetic wave guide direction side). It is not limited to. In consideration of the workability of the third electromagnetic wave transmission line, it is preferably formed separately from the first and second electromagnetic wave transmission lines, but may be formed integrally with the first electromagnetic wave transmission line. Further, it may be formed integrally with the second electromagnetic wave transmission line.
電磁波が楔形状の誘電体部材に伝播損失の少ない状態(反射の少ない状態)で入射されるためには、楔形状の誘電体部材は、電磁波の伝送側に向かって拡開するような楔形、例えば、側面形状が略二等辺三角形状の楔形に形成するのが好ましい。 In order for the electromagnetic wave to be incident on the wedge-shaped dielectric member in a state with little propagation loss (low reflection), the wedge-shaped dielectric member has a wedge shape that expands toward the electromagnetic wave transmission side, For example, the side surface is preferably formed in a wedge shape having a substantially isosceles triangular shape.
本発明の請求項1に記載のプラズマ処理装置では、第2の電磁波伝送路の内部に誘電体部材が設けられているため、第1及び第2の電磁波伝送路内にプラズマが侵入するのを抑制することができる。 In the plasma processing apparatus according to the first aspect of the present invention, since the dielectric member is provided inside the second electromagnetic wave transmission path, the plasma is prevented from entering the first and second electromagnetic wave transmission paths. Can be suppressed.
しかも、本発明の請求項1に記載のプラズマ処理装置では、第1の電磁波伝送路と第2の電磁波伝送路とが、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された接続機構としても機能する中空の第3の電磁波伝送路を介して接続されている。そのため、第1の電磁波伝送路と第2の電磁波伝送路との間において、電磁波伝送路の内形の面積変化によって生じる電磁波の反射を抑制することができる。 In addition, in the plasma processing apparatus according to claim 1 of the present invention, the first electromagnetic wave transmission path and the second electromagnetic wave transmission path are formed so that the inner dimensions thereof become smaller toward the electromagnetic wave transmission side. They are connected via a hollow third electromagnetic wave transmission line that also functions as a connection mechanism. For this reason, it is possible to suppress the reflection of the electromagnetic wave generated by the change in the area of the inner shape of the electromagnetic wave transmission line between the first electromagnetic wave transmission line and the second electromagnetic wave transmission line.
また、一般に、空気中を伝送されてきた電磁波が誘電体部材に入射する場合、誘電体部材の端面と電磁波の伝送方向とのなす角度θ(0°≦θ≦90°、以下、θを入射角と言う)が大きい程、その端面において電磁波が反射し易くなる。 In general, when an electromagnetic wave transmitted through the air is incident on the dielectric member, an angle θ (0 ° ≦ θ ≦ 90 °, hereinafter, θ is formed between the end surface of the dielectric member and the transmission direction of the electromagnetic wave. The larger the angle is, the easier it is for electromagnetic waves to be reflected at the end face.
上記特願2002−366842号明細書に記載のプラズマ処理装置では、導波管内の誘電体部材は、その端面が前記伝送方向と直交するように配置されている。つまり、空気中を伝送されてきた電磁波が導波管内の誘電体部材に入射する際の入射角θが略90°となるため、電磁波が誘電体部材の端面、すなわち、空気と誘電体部材との界面において比較的反射され易い。 In the plasma processing apparatus described in Japanese Patent Application No. 2002-366842, the dielectric member in the waveguide is disposed so that the end face thereof is orthogonal to the transmission direction. That is, since the incident angle θ when the electromagnetic wave transmitted through the air is incident on the dielectric member in the waveguide is approximately 90 °, the electromagnetic wave is at the end face of the dielectric member, that is, the air and the dielectric member. It is relatively easy to be reflected at the interface.
これに対し、本発明の請求項1に記載のプラズマ処理装置では、第1の電磁波伝送路と第2の電磁波伝送路とを接続する前記第3の電磁波伝送路の内部に、電磁波の伝送側に向かって拡開するように形成された楔形状の誘電体部材を設けている。このようにすることにより、空気中を伝送されてきた電磁波が楔形状の誘電体部材に入射する際の入射角θを90°未満とすることができるため、電磁波を効率良く楔形状の誘電体部材に入射させることができる。 On the other hand, in the plasma processing apparatus according to claim 1 of the present invention, an electromagnetic wave transmission side is provided inside the third electromagnetic wave transmission line that connects the first electromagnetic wave transmission line and the second electromagnetic wave transmission line. A wedge-shaped dielectric member formed so as to expand toward is provided. By doing so, since the incident angle θ when the electromagnetic wave transmitted through the air enters the wedge-shaped dielectric member can be made less than 90 °, the electromagnetic wave is efficiently wedge-shaped dielectric. It can enter into a member.
しかも、楔形状の誘電体部材は空気よりも誘電率が高いため、楔形状の誘電体部材と第2の電磁波伝送路内の誘電体部材との界面において電磁波が反射する割合は、空気と第2の電磁波伝送路内の誘電体部材との界面において電磁波が反射する割合と比べて極く小さい。したがって、第1の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、前記第3の電磁波伝送路の内部に設けられた楔形状の誘電体部材を介して、効率良く第2の電磁波伝送路に入射させることができる。
In addition, since the wedge-shaped dielectric member has a higher dielectric constant than air, the proportion of electromagnetic waves reflected at the interface between the wedge-shaped dielectric member and the dielectric member in the second electromagnetic wave transmission path is the same as that of air and the first. The ratio of electromagnetic waves reflected at the interface with the dielectric member in the electromagnetic
したがって、本発明の請求項1に記載のプラズマ処理装置によれば、電磁波を効率良く伝播させることができる。 Therefore, according to the plasma processing apparatus of Claim 1 of this invention, electromagnetic waves can be propagated efficiently.
本発明の請求項2に記載のプラズマ処理装置は、請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部又はその近傍の領域に位置するように配置されている。 A plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the wedge-shaped dielectric member has the top side of the transmission of the first electromagnetic wave transmission line. It arrange | positions so that it may be located in the edge part of the side or the area | region of the vicinity.
このようにすることにより、電磁波が空気と楔形状の誘電体部材との界面において反射する反射量をさらに低減させることができる。 By doing so, it is possible to further reduce the amount of reflection of electromagnetic waves reflected at the interface between air and the wedge-shaped dielectric member.
なお、楔形状の誘電体部材の頂辺と第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部とは同一面上に位置しているのが好ましい。ただし、装置自体や楔形状の誘電体部材の製造上の誤差等により、楔形状の誘電体部材の頂辺を第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部と完全に一致させることは困難である。また、楔形状の誘電体部材の頂辺が第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部から若干離れていても、完全に一致させた場合と略同等の効果を得ることができる。したがって、「楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部又はその近傍の領域に位置するように配置する」とは、製造上の誤差等や若干のずれは許容されることを意味している。 In addition, it is preferable that the top side of the wedge-shaped dielectric member and the end portion on the transmission side of the first electromagnetic wave transmission path are located on the same plane. However, it is difficult to completely match the top side of the wedge-shaped dielectric member with the end of the first electromagnetic wave transmission line on the transmission side due to errors in manufacturing the device itself or the wedge-shaped dielectric member. It is. Further, even when the top side of the wedge-shaped dielectric member is slightly separated from the end portion on the transmission side of the first electromagnetic wave transmission path, substantially the same effect as that obtained when completely matched can be obtained. Therefore, “the wedge-shaped dielectric member is arranged so that the top side thereof is located at the end of the first electromagnetic wave transmission line or the vicinity thereof” means that a manufacturing error, etc. This means that slight deviations are allowed.
本発明の請求項3に記載のプラズマ処理装置は、請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材又は前記第2の電磁波伝送路内の誘電体部材によって、前記処理容器の気密が保持されている。 A plasma processing apparatus according to a third aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first or second aspect, wherein the wedge-shaped dielectric member or the dielectric member in the second electromagnetic wave transmission path is used. The airtightness of the processing container is maintained.
例えば、第1の電磁波伝送路が有する処理容器外に設けられた矩形導波管と、第2の電磁波伝送路が有する処理容器の壁に設けられた矩形導波管とを接続するような場合、処理容器の気密を保つためには、封止部材を設ける必要がある。本発明の請求項3に記載のプラズマ処理装置は、上述のような場合、すなわち、第1の電磁波伝送路が有する処理容器外に設けられた矩形導波管と第2の電磁波伝送路が有する処理容器の壁に設けられた矩形導波管とを接続させることで、処理容器と第1の電磁波伝送路とを一体化させるような場合に好適である。
For example, when connecting a rectangular waveguide provided outside the processing container of the first electromagnetic wave transmission path and a rectangular waveguide provided on the wall of the processing container of the second electromagnetic wave transmission path In order to keep the processing container airtight, it is necessary to provide a sealing member. The plasma processing apparatus according to
このようにすることにより、処理容器及びプラズマ処理装置自体の構成を複雑化させることなく、かつ、処理容器の気密を保ちながら、処理容器外に設けられた第1の電磁波伝送路から処理容器内に設けられた第2の電磁波伝送路に電磁波を良好に導入させることができる。 By doing so, without complicating the configuration of the processing container and the plasma processing apparatus itself, and maintaining the hermeticity of the processing container, the first electromagnetic wave transmission path provided outside the processing container can be used in the processing container. It is possible to satisfactorily introduce the electromagnetic wave into the second electromagnetic wave transmission path provided in.
また、一般に、誘電体部材は、破損し易く高価である。これに対し、上述のような構成とすることで、楔形状の誘電体部材又は第2の電磁波伝送路内の誘電体部材に大気圧がかかる領域を第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法程度とすることができる。つまり、この構成とすることで、処理容器の気密を保持する誘電体部材としても機能する楔形状の誘電体部材又は第2の電磁波伝送路内の誘電体部材に与える負荷を比較的小さくすることができるため、誘電体部材の破損を抑制することができる。 In general, the dielectric member is easily damaged and is expensive. On the other hand, by adopting the above-described configuration, the rectangular wave guide in which the second electromagnetic wave transmission path has a region where atmospheric pressure is applied to the wedge-shaped dielectric member or the dielectric member in the second electromagnetic wave transmission path. It can be about the inner dimension of the tube. That is, with this configuration, the load applied to the wedge-shaped dielectric member that also functions as a dielectric member that maintains the hermeticity of the processing container or the dielectric member in the second electromagnetic wave transmission path is relatively reduced. Therefore, damage to the dielectric member can be suppressed.
しかも、第3の電磁波伝送路内又は第2の電磁波伝送路内に処理容器の気密を保持する誘電体部材(楔形状の誘電体部材又は電磁波伝送路内の誘電体部材)が設けられているため、処理容器内で生成されたプラズマが第1の電磁波伝送路内に侵入するのを抑制することができる。さらに、プロセスガスの流れ等を考慮した装置設計が容易になるとともに、処理容器内の脱ガス、クリーニング等も容易になる。 In addition, a dielectric member (a wedge-shaped dielectric member or a dielectric member in the electromagnetic wave transmission path) is provided in the third electromagnetic wave transmission path or the second electromagnetic wave transmission path to keep the processing container airtight. Therefore, it is possible to suppress the plasma generated in the processing container from entering the first electromagnetic wave transmission path. Furthermore, it is easy to design the apparatus in consideration of the flow of the process gas and the like, and it is easy to degas and clean the processing container.
本発明の請求項4に記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置であって、前記第1の電磁波伝送路の前記伝送側の端部と前記第2の電磁波伝送路の前記伝送側とは反対側の端部との間の距離が、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。 A plasma processing apparatus according to a fourth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the transmission-side end portion of the first electromagnetic wave transmission line and the first electromagnetic wave transmission path The distance between the end of the second electromagnetic wave transmission line opposite to the transmission side is set to be longer than the wavelength of the electromagnetic wave generated by the oscillator in vacuum.
このようにすることにより、電磁波伝送路の内形の面積変化による電磁波の反射、及び空気と楔形状の誘電体部材との界面における反射をさらに抑制することができる。 By doing so, it is possible to further suppress the reflection of the electromagnetic wave due to the change in the area of the inner shape of the electromagnetic wave transmission path and the reflection at the interface between the air and the wedge-shaped dielectric member.
本発明の請求項5に記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置であって、前記第1及び第2の電磁波伝送路は、夫々、矩形導波管を有している。 A plasma processing apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein each of the first and second electromagnetic wave transmission paths is a rectangular waveguide. Has a wave tube.
このようにすることにより、第1及び第2の電磁波伝送路内における電磁波の伝送損失を抑制することができる。また、大電力の伝送が可能になる。 By doing in this way, the transmission loss of the electromagnetic wave in the 1st and 2nd electromagnetic wave transmission path can be suppressed. In addition, high power transmission is possible.
本発明の請求項6に記載のプラズマ処理装置は、請求項5に記載のプラズマ処理装置であって、前記第1の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法、及び前記第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法は、夫々、前記発振器で発生した電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送可能な大きさに設定されている。 A plasma processing apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the fifth aspect, wherein an inner shape dimension of a rectangular waveguide included in the first electromagnetic wave transmission path, and the second The internal dimensions of the rectangular waveguide included in the electromagnetic wave transmission path are set such that the frequency of the electromagnetic wave generated by the oscillator can be transmitted in the fundamental mode in the rectangular waveguide.
電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送できるようにする場合、例えば、矩形導波管の管内誘電率をε、矩形導波管の内形寸法の長径をa、電磁波の波長λとしたときに、
(λ/ε0.5)<2a …(1)
の条件を満たすように設計することで実現可能である。
When the frequency of the electromagnetic wave can be transmitted in the fundamental mode in the rectangular waveguide, for example, the dielectric constant of the rectangular waveguide is ε, the major axis of the inner dimension of the rectangular waveguide is a, and the wavelength λ of the electromagnetic wave When
(Λ / ε 0.5 ) <2a (1)
This can be realized by designing so as to satisfy the above condition.
このように、第1の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法、及び第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形寸法を、夫々、発振器で発生した電磁波の周波数が矩形導波管内の基本モードで伝送できるようにすることで、各矩形導波管内の電磁波の伝送損失量を低減させることができる。 As described above, the inner dimensions of the rectangular waveguide included in the first electromagnetic wave transmission line and the inner dimensions of the rectangular waveguide included in the second electromagnetic wave transmission path are respectively determined by the frequency of the electromagnetic wave generated by the oscillator. By enabling transmission in the fundamental mode in the rectangular waveguide, it is possible to reduce the transmission loss amount of the electromagnetic wave in each rectangular waveguide.
本発明の請求項7に記載のプラズマ処理装置は、請求項5又は6に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材の頂辺の長さは、前記第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内形の長辺の長さと実質的に同じ長さとなるように設定されているとともに、前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内径の長辺方向と実質的に平行であり、短辺の中点間を結んだ線上に実質的に配置されている。 A plasma processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein the length of the top side of the wedge-shaped dielectric member is the second electromagnetic wave transmission. The rectangular waveguide has a length substantially the same as the length of the long side of the rectangular waveguide, and the wedge-shaped dielectric member has the top side of the second electromagnetic wave transmission. It is substantially parallel to the long side direction of the inner diameter of the rectangular waveguide included in the path, and is substantially arranged on a line connecting the midpoints of the short sides.
このようにすることにより、第1の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、第3の電磁波伝送路の内部に設けられた楔形状の誘電体部材を介して、さらに効率良く第2の電磁波伝送路に入射させることができる。 By doing so, the electromagnetic wave transmitted through the first electromagnetic wave transmission path is more efficiently transmitted through the wedge-shaped dielectric member provided inside the third electromagnetic wave transmission path. Can be incident on the road.
本発明の請求項8に記載のプラズマ処理装置は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置であって、前記楔形状の誘電体部材の電磁波の伝送方向に沿う長さは、前記発振器で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。 The plasma processing apparatus according to claim 8 of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the wedge-shaped dielectric member has a length along an electromagnetic wave transmission direction. Is set to be longer than the wavelength of the electromagnetic wave generated by the oscillator in vacuum.
このようにすることにより、電磁波伝送路の内形の面積変化による電磁波の反射、及び空気と楔形状の誘電体部材との界面における反射をさらに抑制することができる。 By doing so, it is possible to further suppress the reflection of the electromagnetic wave due to the change in the area of the inner shape of the electromagnetic wave transmission path and the reflection at the interface between the air and the wedge-shaped dielectric member.
本発明の請求項9に記載のプラズマ処理装置は、請求項1に記載のプラズマ処理装置であって、前記処理容器の壁は、前記第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を有している。 A plasma processing apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the first aspect, wherein the wall of the processing container has at least a part of the second electromagnetic wave transmission path. .
本発明の請求項9に記載のプラズマ処理装置によれば、処理容器の壁が第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を有しているため、処理容器及びプラズマ装置自体の構成を単純化させることができる。しかも、第2の電磁波伝送路の形状や配置を調整することで、処理容器の大きさや形状によらず、処理容器内に安定で均一なプラズマを生成させることができる。したがって、角型の基板や大面積の基板のような被処理体であっても良好にプラズマ処理することができる。 According to the plasma processing apparatus of the ninth aspect of the present invention, since the wall of the processing container has at least a part of the second electromagnetic wave transmission path, the configuration of the processing container and the plasma apparatus itself is simplified. be able to. In addition, by adjusting the shape and arrangement of the second electromagnetic wave transmission path, stable and uniform plasma can be generated in the processing container regardless of the size and shape of the processing container. Therefore, even a target object such as a square substrate or a large-area substrate can be plasma-processed satisfactorily.
本発明の請求項9に記載のプラズマ処理装置を実施する場合、第2の電磁波伝送路の少なくとも一部は、例えば、処理容器の壁中に設けることができる。つまり、本発明の請求項9に記載のプラズマ処理装置では、例えば、壁を貫通するようなトンネル状の空間をこの壁に沿って設けることで、処理容器の壁中に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を設けることができる。 When carrying out the plasma processing apparatus according to claim 9 of the present invention, at least a part of the second electromagnetic wave transmission path can be provided, for example, in the wall of the processing container. That is, in the plasma processing apparatus according to claim 9 of the present invention, for example, by providing a tunnel-like space that penetrates the wall along the wall, the second electromagnetic wave transmission path is formed in the wall of the processing container. Can be provided.
ただし、壁の加工の容易性等を考慮すると、被処理体がプラズマ処理される処理室を有する処理容器を採用するとともに、第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁の内面に設けるのが好ましい。この場合、処理容器の壁の内面によって第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定することができるため、処理容器の壁を貫通するように第2の電磁波伝送路の一部を設けるよりも簡単に、処理容器の壁に第2の電磁波伝送路の一部を設けることができる。 However, considering the ease of processing the wall, etc., a processing container having a processing chamber in which the object to be processed is plasma-treated is adopted, and at least a part of the second electromagnetic wave transmission path is made of the processing container wall. Preferably, it is provided on the inner surface of the wall defining the processing chamber. In this case, since at least a part of the second electromagnetic wave transmission path can be defined by the inner surface of the wall of the processing container, rather than providing a part of the second electromagnetic wave transmission path so as to penetrate the wall of the processing container. A part of the second electromagnetic wave transmission path can be easily provided on the wall of the processing container.
また、第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁の内面に設ける場合、この壁の内面に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、電磁波放射部として、複数のスロットを有するスロット板を採用し、このスロット板によって処理室側から凹部を覆うとよい。なお、このとき、複数のスロットは、夫々、凹部と対応させておく。このようにすることにより、凹部を規定する壁面とスロット板とによって囲まれる空間に第2の電磁波伝送路を設けることができる。しかも、この第2の電磁波伝送路によって伝送された電磁波を、スロットを介して、処理室内に放射させることができる。 Further, when at least a part of the second electromagnetic wave transmission path is provided on the inner surface of the wall defining the processing chamber in the wall of the processing container, at least a part of the second electromagnetic wave transmission path is defined on the inner surface of the wall. In addition, a slot plate having a plurality of slots may be employed as the electromagnetic wave radiation portion, and the recess may be covered from the processing chamber side by the slot plate. At this time, the plurality of slots are made to correspond to the recesses, respectively. By doing in this way, the 2nd electromagnetic wave transmission line can be provided in the space enclosed by the wall surface and slot plate which define a crevice. In addition, the electromagnetic wave transmitted through the second electromagnetic wave transmission path can be radiated into the processing chamber through the slot.
また、壁の内面に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、スロット板によって処理室側から凹部を覆うように構成すると、第2の電磁波伝送路は処理室内と同じ閉空間内に設けられることとなる。したがって、処理容器に合成石英等からなる電磁波透過窓を設けることなく、処理室内に電磁波を入射させることができる。 In addition, when a recess that defines at least a part of the second electromagnetic wave transmission path is provided on the inner surface of the wall and the recess is covered from the processing chamber side by the slot plate, the second electromagnetic wave transmission path is the same as the processing chamber. It will be provided in a closed space. Therefore, electromagnetic waves can be made incident in the processing chamber without providing an electromagnetic wave transmission window made of synthetic quartz or the like in the processing container.
つまり、上述のように構成することで、処理容器に合成石英等からなる電磁波透過窓を設ける必要がなくなるため、電磁波透過窓や電磁波透過窓と処理容器の壁との間の封止機構を全て省略することができる。したがって、処理容器及びプラズマ装置自体の構成をさらに単純化させることができる。 In other words, the configuration as described above eliminates the need to provide an electromagnetic wave transmission window made of synthetic quartz or the like in the processing container, so that all the sealing mechanisms between the electromagnetic wave transmission window and the electromagnetic wave transmission window and the wall of the processing container are provided. Can be omitted. Therefore, the configuration of the processing vessel and the plasma apparatus itself can be further simplified.
しかも、電磁波透過窓自体を省略できることから、当然のことながら電磁波透過窓の強度(合成石英窓の厚さ)についても考慮する必要がなくなる。したがって、大面積の被処理体に対応する大型の処理容器を備えたプラズマ処理装置を容易に設計することができる。しかも、電磁波透過窓の大型化に伴うコストアップも無い。さらに、電磁波透過窓が電磁波の伝播に与える影響も無くすことができるため、処理容器内に電磁波を均一に放射可能な装置設計も容易になる。したがって、大面積基板のような被処理体であっても、安定で均一なプラズマによりプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置が得られる。 Moreover, since the electromagnetic wave transmission window itself can be omitted, it is of course unnecessary to consider the strength of the electromagnetic wave transmission window (the thickness of the synthetic quartz window). Therefore, it is possible to easily design a plasma processing apparatus including a large processing container corresponding to a large-scale object to be processed. Moreover, there is no cost increase associated with the increase in size of the electromagnetic wave transmission window. Further, since the influence of the electromagnetic wave transmission window on the propagation of the electromagnetic wave can be eliminated, it is easy to design an apparatus that can uniformly radiate the electromagnetic wave into the processing container. Therefore, it is possible to obtain a plasma processing apparatus capable of performing plasma processing with stable and uniform plasma even for a target object such as a large-area substrate.
壁の内面に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を規定する凹部を設けるとともに、スロット板によって処理室側から凹部を覆うように構成する場合、処理室内にスロット板を覆うように被覆用の誘電体部材を設けるとよい。このようにすることにより、電磁波放射部から放射された電磁波によって、処理室内に良好にプラズマを生成させることができる。 When the inner surface of the wall is provided with a recess that defines at least a part of the second electromagnetic wave transmission path and is configured to cover the recess from the processing chamber side by the slot plate, a coating for covering the slot plate in the processing chamber is provided. A dielectric member may be provided. By doing so, plasma can be generated satisfactorily in the processing chamber by the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiation part.
ところで、スロット板を覆うように処理室内に被覆用の誘電体部材を設けると、処理室内において表面波プラズマを生成させることができる。すなわち、処理容器の内部(処理室内)に所定のプロセスガスを導入するとともに、この処理容器の内部に電磁波を入射させると、プロセスガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波を入射させた領域面近傍(処理室内におけるスロットの近傍)のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波を入射させた領域近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波は、プラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波を入射させた領域近傍から離れた領域には電磁波が届かなくなるため、プロセスガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波を入射させた領域近傍に限られるようになる。これにより、表面波プラズマが生じる。 By the way, when a covering dielectric member is provided in the processing chamber so as to cover the slot plate, surface wave plasma can be generated in the processing chamber. That is, when a predetermined process gas is introduced into the processing container (inside the processing chamber) and electromagnetic waves are incident on the processing container, the process gas is excited to generate plasma, and the vicinity of the area surface where the electromagnetic waves are incident The electron density in the plasma (near the slot in the processing chamber) increases. As the electron density in the plasma near the region where the electromagnetic wave is incident increases, it becomes difficult for the electromagnetic wave to propagate through the plasma and attenuates within the plasma. Therefore, since the electromagnetic wave does not reach the region away from the vicinity of the region where the electromagnetic wave is incident, the region where the process gas is excited by the electromagnetic wave is limited to the vicinity of the region where the electromagnetic wave is incident. Thereby, surface wave plasma is generated.
表面波プラズマを用いたプラズマ処理では、イオンによる被処理体の損傷を抑制することができる。すなわち、表面波プラズマが生成されている状態では、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が、処理容器内のうちの電磁波を入射させた領域の近傍に局在する。そのため、処理容器内のうちの電磁波を入射させた領域から所定の距離だけ離れた位置に被処理体を設けることで、被処理体の被処理面近傍の電子温度を低く保つことができる。つまり、被処理体の被処理面近傍に生じるシースの電界の増大を抑制することができるため、被処理体へのイオンの入射エネルギーが低くなり、イオンによる被処理体の損傷が抑制される。 In plasma treatment using surface wave plasma, damage to the object to be processed due to ions can be suppressed. That is, in a state where surface wave plasma is generated, a region where the energy of the electromagnetic wave is applied to cause ionization of the compound is localized in the vicinity of the region where the electromagnetic wave is incident in the processing container. Therefore, the electron temperature in the vicinity of the surface to be processed of the object to be processed can be kept low by providing the object to be processed at a predetermined distance from the region where the electromagnetic wave is incident in the processing container. That is, since an increase in the electric field of the sheath generated in the vicinity of the surface to be processed of the object to be processed can be suppressed, the incident energy of ions to the object to be processed is reduced, and damage to the object to be processed by ions is suppressed.
したがって、スロット板を覆うように処理室内に被覆用の誘電体部材を設けることにより、被処理体に与えるイオン損傷を抑制することが可能なプラズマ処理装置を得ることができる。 Therefore, by providing a covering dielectric member in the processing chamber so as to cover the slot plate, a plasma processing apparatus capable of suppressing ion damage to the object to be processed can be obtained.
また、処理容器としては、処理室内のクリーニングやメンテナンス等のために、容器本体から蓋が取り外せるようになっているものがある。このように、容器本体と蓋とが別体となっている処理容器では、容器本体に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を設けるよりも蓋に第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を設ける方が、電磁波伝送路を形成するための加工や装置の設計を容易に行うことが可能である。 Some processing containers have a lid that can be removed from the container body for cleaning and maintenance of the processing chamber. Thus, in the processing container in which the container main body and the lid are separate, at least a part of the second electromagnetic wave transmission path is provided on the lid rather than providing at least a part of the second electromagnetic wave transmission path on the container main body. It is possible to easily perform the processing and the design of the apparatus for forming the electromagnetic wave transmission path.
したがって、本発明の請求項9に記載のプラズマ処理装置を実施する場合、処理室を有する処理容器として、底壁及び周壁を有し、少なくとも一方に開口した容器本体と、容器本体の開口を閉塞する蓋とを備えているとともに、処理容器の壁のうちの処理室を規定する壁が、容器本体の底壁及び周壁と蓋とを有するものを採用し、第2の電磁波伝送路の少なくとも一部を、処理容器の蓋に設けるのが好ましい。 Therefore, when carrying out the plasma processing apparatus according to claim 9 of the present invention, as a processing container having a processing chamber, the container main body having a bottom wall and a peripheral wall, opened to at least one side, and the opening of the container main body are closed. And a wall that defines the processing chamber among the walls of the processing container employs a bottom wall, a peripheral wall, and a lid of the container main body, and at least one of the second electromagnetic wave transmission paths. The portion is preferably provided on the lid of the processing container.
以下、本発明の一実施形態を、図1乃至図5を参照して説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置1は、発振器としての高周波電源2にて発振され、電磁波伝送機構3によって伝送され、電磁波放射部としてのスロット板14が有するスロット15aにより処理容器としての真空容器4の内に放射された電磁波によって、この真空容器4内にプラズマを生成させ、このプラズマよって被処理体5にプラズマ処理を行うものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The plasma processing apparatus 1 of the present embodiment is oscillated by a high
図2及び図3に示すように、前記真空容器4は、容器本体11と蓋12とを備えている。容器本体11は、底壁11a及び周壁11bを有して上方に開口している。蓋12は、容器本体11が有する前記開口を閉塞するように、この容器本体11を上方から覆っている。つまり、真空容器4は、壁として、容器本体11の底壁11a及び周壁11bと蓋12とを有している。容器本体11と蓋12との間は、O−リング13によって気密が保持されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
この真空容器4は、内部に、被処理体5をプラズマ処理するための処理室4aを有している。処理室4aは、真空容器4が有する壁によって規定されている。言い換えると、処理室4aは、容器本体11の底壁11aの内面及び周壁11bの内面と、蓋12の内面とにより規定されている。
The
真空容器4は、処理室4a内を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。真空容器4を形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。処理室4a内には、後述するように、電磁波放射部としての金属製のスロット板14と、このスロット板14を覆う被覆用の誘電体部材16とが設けられている。また、真空容器4の処理室4a内には、被処理体5を支持する支持台17が設けられている。
The
真空容器4は、処理室4a内にプロセスガスを導入するためのガス導入口18と、処理室4a内のガスを排気するためのガス排気口19とを有している。また、処理室4a内は、ガス排気口19を介して、真空排気システム(図示せず)と連通されている。真空排気システムとしては、例えば、ターボ分子ポンプを用いることができる。したがって、この真空排気システムを稼動させることにより、処理室4a内を所定の真空度に達するまで排気することができる。
The
前記電磁波伝送機構3は、電磁波を伝送するためのものであって、第1の電磁波伝送路3a、第2の電磁波伝送路3b、及び、第1の電磁波伝送路3aと第2の電磁波伝送路3bとを繋ぐ1つ以上例えば3つの第3の電磁波伝送路3c等を有している。第1の電磁波伝送路3aは、例えば、1つの矩形導波管21を有している。以下、この矩形導波管21を、電磁波分配用矩形導波管という。電磁波分配用矩形導波管21は、真空容器4の蓋12と連結されて、真空容器4の壁と一体に構成されている。一方、第2の電磁波伝送路3bは、1つ以上例えば3つの矩形導波管22を有している。以下、これらの矩形導波管22を、電磁波放射用矩形導波管という。
The electromagnetic
ここで、電磁波放射用矩形導波管22、スロット板14、及び、被覆用の誘電体部材16について説明する。
Here, the
真空容器4の壁のうちの処理室4aを規定する壁、例えば、蓋12は、各電磁波放射用矩形導波管22の一部を有している。つまり、各電磁波放射用矩形導波管22の一部と真空容器4を構成する壁とが一体とされている。言い換えると、各電磁波放射用矩形導波管22の管壁導体の一部は、真空容器4を構成する壁を兼ねている。
Of the walls of the
詳しくは、蓋12の内面は、3つの電磁波放射用矩形導波管22の夫々の一部となる3つの溝状の凹部23を有している。これら凹部23は、スロット板14によって、処理室4a側から覆われている。このようにすることにより、3つの凹部23を規定する壁面とスロット板14とによって囲まれる3つの空間によって、3つの電磁波放射用矩形導波管22が構成される。
Specifically, the inner surface of the
スロット板14は、金属製の板材によって形成されており、電磁波を処理室4a内に放射する複数のスロット15aを有している。これらスロット15aは、凹部23と対応する位置に形成されている。詳しくは、スロット15aは、市松模様状、つまり、互いに平行な一対の仮想線上に交互に配置されることで、1つのスロット群15を成している。1つのスロット群15の中においては、スロット15a同士の縦方向のピッチ及び横方向のピッチはほぼ均一である。スロット板14には、3つのスロット群15が、3つの凹部23に夫々対応するように設けられている。
The
また、処理室4a内には、このスロット板14を覆うように被覆用の誘電体部材16が設けられている。被覆用の誘電体部材16は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。なお、電磁波が被覆用の誘電体部材16の厚さ方向に伝播するのを抑止するため、被覆用の誘電体部材16は、この被覆用の誘電体部材16内における電磁波の波長の1/4よりも小さく設定するのが好ましい。
A
電磁波放射用矩形導波管22とスロット15aとの界面、及び、スロット15aと被覆用の誘電体部材16との界面における電磁波の反射を抑制するためには、スロット15a内に誘電体部材を設けるのが好ましい。スロット内に設ける誘電体部材は、例えば、合成石英、アルミナ、フッ素樹脂等によって形成することができる。
In order to suppress reflection of electromagnetic waves at the interface between the electromagnetic wave radiation
図2及び図3に示すように、スロット板14と被服用の誘電体部材16とは、真空容器4の蓋12にその内面側から固定具26としての雄ねじによってねじ止めされている。なお、固定具26は、誘電体材料によって形成されたものを用いるのが好ましい。固定具26として金属製のものを用いる場合、固定具26を処理室4aに露出させた状態のままとすると、この固定具26の露出部近傍で電磁波が擾乱されてしまうことがある。したがって、固定具26として金属製のものを用いる場合には、その露出部を誘電体材料からなるキャップ等によって覆い隠すようにするとよい。このようにすることによって、金属製の固定具26の露出部近傍で生じる電磁波の擾乱を抑制することができる。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
ところで、各電磁波放射用矩形導波管22の間隔d(図1参照)は、プラズマの拡散度合いを考慮して設定するのが好ましい。すなわち、プロセスガスの圧力が低いほど、粒子は遠くまで拡散する。プラズマ処理装置においては、プロセスガスの圧力は、概ね1Pa以上とするのが一般的である。プロセスガスの圧力が1Pa以上となるような場合には、50cmを上限とし、且つ、想定されるプロセスガスの圧力に対応するように、各電磁波放射用矩形導波管22の間隔(ピッチ)dを設定するのが好ましい。このようにすることにより、プラズマが拡散しにくい条件であっても、処理室内において均一なプラズマを発生させることできる。なお、プロセスガスの圧力が0.1Pa以下となるような場合には、プラズマが拡散し易いので、各電磁波放射用矩形導波管22の間隔dは50cmを越えてもよい。
By the way, it is preferable to set the distance d (see FIG. 1) between the
電磁波放射用矩形導波管22は、その間隔dが50cm以下となるように、互いに平行に並べて配置されている。さらに具体的には、これら電磁波放射用矩形導波管22の位置は、以下のようにして設定するとよい。
The
すなわち、高周波電源2により発せられる電磁波の角周波数をω、被覆用の誘電体部材16の誘電率をεd、光速をc、電子の電荷量をe、真空の誘電率をε0、電子密度をne、電子の質量をmeとすると、プラズマ角周波数ωPは、
ωP=(e2×ne/(ε0×me))0.5 …(2)
で求められ、波数kは、
k=ω/c((εd(ωp 2−ω2))/(ωp 2−(1+εd)ω2))0.5 …(3)
で求められる。
That is, the angular frequency of the electromagnetic wave emitted from the high-
ω P = (e 2 × n e / (ε 0 × m e )) 0.5 (2)
And the wave number k is
k = ω / c ((ε d (ω p 2 −ω 2 )) / (ω p 2 − (1 + ε d ) ω 2 )) 0.5 (3)
Is required.
波数kが真空容器4の各矩形導波管22と直交する方向の内形寸法L(図2参照)に対して、
k=mπ/L (mは、1≦m≦2L/(λ/ε0.5)の整数) …(4)
の関係にあるとき、電磁波放射用矩形導波管22の間隔dは、
λswp=π/k …(5)
で導かれる定在波の波長λswpと等しくするのが好ましい。なお、このとき、電磁波放射用矩形導波管22は、定在波の振幅が実質的に最大となる位置に配置する。
For the inner dimension L (see FIG. 2) in the direction in which the wave number k is orthogonal to each
k = mπ / L (m is an integer of 1 ≦ m ≦ 2L / (λ / ε 0.5 )) (4)
The distance d of the electromagnetic wave radiation
λ swp = π / k (5)
Is preferably equal to the wavelength λ swp of the standing wave guided by. At this time, the electromagnetic wave radiation
スロット15aから第2の電磁波伝送路3b内にプラズマが侵入するのを抑制するために、各電磁波放射用矩形導波管22の内部は、その略全域が、電磁波伝送路用の誘電体部材31で満たされている。電磁波放射用矩形導波管22内に設ける誘電体部材31は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。本実施形態では、誘電体部材31を、合成石英によって形成している。なお、誘電体部材31は、第2の電磁波伝送路3bの一部にのみ設けてもよい。
In order to prevent the plasma from entering the second electromagnetic
これら誘電体部材31は、例えば、以下のようにすることで、電磁波放射用矩形導波管22の内部に設けることができる。まず、四角柱状の細長な誘電体部材31を予め形成しておく。各凹部23内に、誘電体部材31を夫々嵌め込む。その後、スロット板14及び被覆用の誘電体部材16をこの順序で蓋12の内面に積層させ、これらを固定具26で蓋12に固定する。これにより、電磁波放射用矩形導波管22内に誘電体部材31が収容される。
These
各電磁波放射用矩形導波管22の内形(断面形状)は、例えば図2に示すように、深さ方向の長さx1が幅方向の長さx2よりも短い横長矩形状をなしている。すなわち、このように形成された電磁波放射用矩形導波管22では、夫々、凹部23の底面及びスロット板14の上面が電磁波の電界方向に対して垂直な面(H面)となり、凹部23の底面から下方向に垂直に立ち上がる面が電磁波の電界方向に対して平行な面(E面)となる。つまり、本実施形態のプラズマ処理装置1では、各電磁波放射用矩形導波管22のH面に対応する領域にスロット15aが設けられている。
Inner shape of the electromagnetic wave radiating rectangular waveguide 22 (sectional shape), for example, as shown in FIG. 2, the depth direction length x 1 forms the short horizontally oblong than the width direction length x 2 ing. That is, in the electromagnetic wave emission
なお、各電磁波放射用矩形導波管22の内形(断面形状)は、深さ方向の長さx1が幅方向の長さx2よりも長い縦長矩形状をなすようにしてもよい。このように形成された電磁波放射用矩形導波管22では、夫々、凹部23の底面及びスロット板14の上面が電磁波の電界方向に対して平行なE面となり、凹部23の底面から下方向に垂直に立ち上がる面が電磁波の電界方向に対して垂直なH面となる。したがって、このようにすることにより、各電磁波放射用矩形導波管22のE面に対応する領域にスロット15aが設けられたプラズマ処理装置を得ることができる。
Incidentally, the inner shape of the electromagnetic wave radiating rectangular waveguide 22 (sectional shape), may be formed long longitudinal rectangular shape than the depth direction of the length x 1 of the width direction length x 2. In the electromagnetic wave emission
次に、電磁波分配用矩形導波管21について説明する。
電磁波分配用矩形導波管21は、真空容器4の外部に設けられている。この電磁波分配用矩形導波管21は、各電磁波放射用矩形導波管22と直交する方向に延びる管本体21aと、この管本体21aから電磁波の伝播方向が90°変わるように直角に曲げられた3つの分配管部21bとを有しており、伝播方向が90°変えられた電磁波を各電磁波放射用矩形導波管22に夫々分配するように形成されている。なお、各分配管部21bの先端部(電磁波の伝送側の端部)には、フランジ21cが設けられている(図4参照)。
Next, the electromagnetic wave distribution
The electromagnetic wave distributing
また、電磁波分配用矩形導波管21の内形(断面形状)は、深さ方向の長さy1が幅方向の長さy2よりも短い矩形状をなしている。したがって、この電磁波分配用矩形導波管21では、底面及び上面が電磁波の電界方向に対して垂直な面(H面)となり、互いに対向する一対の側面が電磁波の電界方向に対して平行な面(E面)となる。
The inner shape of the electromagnetic wave distribution for rectangular waveguide 21 (sectional shape) is formed in a short rectangular shape than the depth direction of the length y 1 of the width direction length y 2. Accordingly, in this electromagnetic wave distribution
なお、各電磁波放射用矩形導波管22の内形(断面形状)を、深さ方向の長さx1が幅方向の長さx2よりも長い縦長矩形状とする場合、電磁波分配用矩形導波管21の内形(断面形状)もまた、深さ方向の長さy1が幅方向の長さy2よりも長い縦長矩形状とするのが好ましい。このように形成された電磁波分配用矩形導波管21では、底面及び上面が電磁波の電界方向に対して平行なE面となり、互いに対向する一対の側面が電磁波の電界方向に対して垂直なH面となる。
In the case where the inner shape of the electromagnetic wave radiating rectangular waveguide 22 (sectional shape), the depth direction length x 1 is longer longitudinal rectangular shape than the width direction length x 2, the electromagnetic wave distribution for rectangular inner shape of the waveguide 21 (the cross-sectional shape) is also preferably set to the depth direction of the length y 1 is greater longitudinal rectangular shape than the width direction length y 2. In the electromagnetic wave distribution
電磁波伝送機構3は、電磁波分配用矩形導波管21の中心軸線と3つの電磁波放射用矩形導波管22の中心軸線とが実質的に同一面上に位置し、且つ、電磁波分配用矩形導波管21のE面から各電磁波放射用矩形導波管22に電磁波が分配されるように構成されている。なお、電磁波伝送機構3は、電磁波分配用矩形導波管21のH面から各電磁波放射用矩形導波管22が分岐するように構成してもよい。
The electromagnetic
さらに、この電磁波伝送機構3では、電磁波分配用矩形導波管21の内形寸法、及び電磁波放射用矩形導波管22の内形寸法が、夫々、矩形導波管内の基本モードのみが伝わるサイズとなるように設定されている。このように、電磁波分配用矩形導波管21の内形寸法、及び電磁波放射用矩形導波管22の内形寸法を、矩形導波管内の基本モードのみが伝わる大きさとすることで、プラズマを発生させるための電磁波が電磁波伝送機構3内において伝播損失する量を低減させることができる。
Further, in the electromagnetic
ところで、矩形導波管内の基本モードのみが伝わるサイズとするためには、矩形導波管の管内誘電率をε、矩形導波管の内形寸法の長径をa、電磁波の波長λとしたときに、
(λ/ε0.5)<2a …(1)
の条件を満たすように設計することで実現可能である。上述のように、電磁波分配用矩形導波管21内は、空気(ε=1)で満たされており、電磁波放射用矩形導波管22内は、誘電体部材31(合成石英、ε=3.8)によって満たされている。
By the way, in order to make the size that only the fundamental mode in the rectangular waveguide can be transmitted, the dielectric constant of the rectangular waveguide is ε, the major axis of the inner dimension of the rectangular waveguide is a, and the wavelength λ of the electromagnetic wave In addition,
(Λ / ε 0.5 ) <2a (1)
This can be realized by designing so as to satisfy the above condition. As described above, the electromagnetic wave distribution
したがって、電磁波放射用矩形導波管22の内形寸法(短径x1及び長径x2)は、電磁波分配用矩形導波管21の内形寸法(短径y1及び長径y2)を誘電体部材31の誘電率εの平方根で割ったサイズとする必要がある。具体的には、合成石英は、誘電率εが約4であるため、電磁波放射用矩形導波管22の短径x1及び長径x2は、電磁波分配用矩形導波管21の短径y1及び長径y2を夫々約1/2倍した長さにする必要がある。
Accordingly, the inner shape dimension of electromagnetic radiation for the rectangular waveguide 22 (minor diameter x 1 and major axis x 2), the inner dimensions of the electromagnetic wave distribution for rectangular waveguide 21 (minor axis y 1 and major axis y 2) Dielectric The size needs to be divided by the square root of the dielectric constant ε of the
そのため、プラズマ処理装置1では、電磁波分配用矩形導波管21と電磁波放射用矩形導波管22とが、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第3の電磁波伝送路3cを介して接続されるように構成されている。本実施形態では、図1に示すように、電磁波分配用矩形導波管21の各分配管部21bと各電磁波放射用矩形導波管22とが、夫々、接続部材50を有する第3の電磁波伝送路3cによって接続されるように構成されている。
Therefore, in the plasma processing apparatus 1, the electromagnetic wave distribution
以下、図4及び図5を参照して、電磁波分配用矩形導波管21の各分配管部21bと各電磁波放射用矩形導波管22との接続機構について説明する。
真空容器4の蓋12に設けられた凹部23は、蓋12の周壁側にも開口している。電磁波分配用矩形導波管21の各分配管部21bは、第3の電磁波伝送路3c及び蓋12の周壁の開口を介して、各電磁波放射用矩形導波管22と夫々連通されるようになっている。なお、電磁波放射用矩形導波管22内に設けられた誘電体部材31は、蓋12の周壁の開口端まで延びている。
Hereinafter, with reference to FIG. 4 and FIG. 5, a connection mechanism between each
The
各第3の電磁波伝送路3cは、夫々、封止部材41と一体に形成された楔形状の誘電体部材42と、接続部材50と、第1のフランジ51と、第2のフランジ52と、第3のフランジ53と、第1のO−リング54と、第2のO−リング55とを有している。
Each of the third electromagnetic
封止部材41及び楔形状の誘電体部材42は、例えば、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂等の誘電体材料によって形成することができる。本実施形態では、封止部材41及び楔形状の誘電体部材42は、第2の電磁波伝送路3b内に設けた誘電体部材31と同様に、合成石英で形成している。
The sealing
図5に示すように、楔形状の誘電体部材42は、電磁波の伝送側に向かって拡開するような側面略二等辺三角形状の楔形に形成されている。楔形状の誘電体部材42の前記伝送方向に沿う長さm1は、高周波電源2で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなるように設定されている。したがって、このプラズマ処理装置1では、図4に示すように、第1の電磁波伝送路3aの前記伝送側の端部と第2の電磁波伝送路3bの前記伝送側とは反対側の端部との間の距離nが、高周波電源2で発生した電磁波の真空中での波長よりも長くなっている。また、図5に示すように、楔形状の誘電体部材42の頂辺42aの長さm2は、第2の電磁波伝送路3bが有する電磁波放射用矩形導波管22の内形の長辺x2の長さと実質的に同じ長さとなるように設定されている。
As shown in FIG. 5, the wedge-shaped
図4及び図5に示すように、楔形状の誘電体部材42の前記伝送側の端部には、四角柱状の封止部材41が一体に設けられている。この封止部材41には、その周方向に沿って溝41aが形成されている。なお、封止部材41は、第2の電磁波伝送路3b内(電磁波放射用矩形導波管22)に設けられた誘電体部材31と一体に形成してもよい。さらに、封止部材41、楔形状の誘電体部材42、及び、第2の電磁波伝送路内の誘電体部材31を全て一体に形成してもよい。
As shown in FIGS. 4 and 5, a rectangular
接続部材50としては、例えば、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるようなテーパを有する略円錐形状の管を用いることができる。接続部材50の電磁波の伝送側の端部の内形寸法は、封止部材41の断面寸法と略同じ大きさに形成されている。また、接続部材50の電磁波の伝送側とは反対側の端部には、電磁波分配用矩形導波管21の分配管部21bの先端部に設けられたフランジ21cに対応するフランジ50aが設けられている。前記フランジ21cと前記フランジ50aとを互いに固定することにより、電磁波分配用矩形導波管21と接続部材50とは互いに接続される。図4に示すように、フランジ51aを除く接続部材50の前記伝送方向に沿う長さtは、楔形状の誘電体部材42の前記伝送方向に沿う長さm1と実質的に同じ長さとなるように設定されている。
As the
第1乃至第3のフランジ51,52,53は、封止部材41の断面寸法と略同じ大きさの貫通孔を有している。この第3の電磁波伝送路3cでは、第1の電磁波伝送路3a側から、接続部材50、第1のフランジ51、第2のフランジ52、第3のフランジ53の順で互いに並べて配置されている。第1のフランジ51は、接続部材50と一体に形成されている。また、第1のフランジ51の前記伝送側の端面は凹部57を有しているとともに、第2のフランジ52の前記伝送側とは反対側の端面には前記凹部57と嵌合する凸部58が形成されている。前記凸部58を前記凹部57に嵌合させることにより、第2のフランジ52は第1のフランジ51に対して固定(位置決め)されている。さらに、第3のフランジ53の前記伝送側の端面には凸部59が形成されているとともに、蓋12の周壁の外面は前記凸部59と嵌合する凹部60を有している。前記凸部59を前記凹部60に嵌合させることにより、第3のフランジ53は蓋12に対して固定(位置決め)されている。さらに、第1のフランジ51、第2のフランジ52、及び第3のフランジ53は、固定具としてのねじ56によって、真空容器4の蓋12にねじ止めされている。このようにすることにより、真空容器4と接続部材50とはフランジ51〜52を挟んで互いに接続されている。なお、接続部材50と第1のフランジ51とは別体で形成してもよい。
The first to
この第3の電磁波伝送路3cでは、封止部材41が第1乃至第3のフランジ51〜53内に配置され、この封止部材41と一体に形成された楔形状の誘電体部材42が接続部材50内に配置される。なお、封止部材41の前記伝送側の端部は、第2の電磁波伝送路3b内に設けられた誘電体部材31の前記伝送側とは反対側の端部と接触している。
In the third electromagnetic
楔形状の誘電体部材42は、その頂辺42aが、電磁波分配用矩形導波管21の端部(分配管部21bの前記伝送側の先端部)近傍に位置するように配置されている。また、楔形状の誘電体部材42は、その頂辺42aが第2の電磁波伝送路3bが有する電磁波放射用矩形導波管22の内形寸法の長辺x2方向と実質的に平行となるよう、接続部材50内に設けられている。
The wedge-shaped
第1乃至第3のフランジ51〜53内に設けられた封止部材41は、溝41aに沿って設けた第1のO−リング54を第2及び第3のフランジ52,53の内壁面に押しつけることによって、第2及び第3のフランジ52,53と封止部材41との間の気密を保っている。このようにすることにより、真空容器4の気密を保持することができる。
The sealing
なお、接続部材50、第1のフランジ51、第2のフランジ52、及び第3のフランジ53は、導電体材料により形成されている。そのため、電磁波伝送機構3(第2及び第3のフランジ52,53)と封止部材41との間隔が1mmを越えると、電磁波伝送機構3と封止部材41との間で異常放電が起こるおそれがある。したがって、第2及び第3のフランジ52,53と封止部材41との間隔は1mm以下となるようにするのが好ましい。
The connecting
また、第1乃至第3のフランジ51〜53の内形を封止部材41の内形(断面形状)と実質的に一致させることで、第1乃至第3のフランジ51〜53の内部を切れ目のない誘電体材料(封止部材41)で満たすことができる。つまり、第1乃至第3のフランジ51〜53の内部は、誘電体材料が内蔵された矩形導波管となり、その内部においては電磁波の反射を実質的にゼロとすることができる。なお、第2及び第3のフランジ52,53と第1のO−リング54の溝との間で生じる反射は、溝41aを浅くすることで抑制可能である。
Moreover, the inside of the 1st thru | or 3rd flanges 51-53 is cut | interrupted by making the inner shape of the 1st thru | or 3rd flanges 51-53 substantially correspond with the inner shape (cross-sectional shape) of the sealing
また、本実施形態のプラズマ処理装置1では、蓋12の周壁の外面に、第3のフランジ53の端面に対向するリング状の溝61を設けるとともに、この溝61に第2のO−リング55を設けることで、第3の電磁波伝送路3cの第3のフランジ53と真空容器4の蓋12との間の気密を保つようにしている。
Further, in the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, a ring-shaped
各電磁波放射用矩形導波管22は、これら矩形導波管22に電磁波を分配するための電磁波分配用矩形導波管21を介して高周波電源2と結合されている。高周波電源2としては、例えば、周波数が10MHz〜25GHzの電磁波を電磁波伝送機構3に供給するものを用いることができる。本実施形態では、高周波電源2として、周波数が2.45GHz±50MHzの電磁波を電磁波伝送機構3に供給する1台のマイクロ波源を採用している。周波数が2.45GHzの高周波電源2は、量産されており、安価で、種類も豊富であるので好ましい。
Each electromagnetic wave radiation
このように、このプラズマ処理装置1では、1台の高周波電源2から、電磁波分配用矩形導波管21を介して、複数(本実施形態では3つ)の電磁波放射用矩形導波管22に電磁波が供給されるようになっている。このようにして電磁波放射用矩形導波管22に投入された電磁波はスロット15aから真空容器4内に放射される。なお、放射されずに残った電磁波は、最終的に第3のフランジ53で反射され、戻るときに再びスロット15aを通って真空容器4内に放射される。
As described above, in this plasma processing apparatus 1, a plurality of (three in this embodiment)
したがって、電磁波伝送機構3の全域において周波数を同一とすることができるため、均一なエネルギー密度を放射するような電磁波放射部(スロット板14)を設計し易い。
Therefore, since the frequency can be made the same in the whole area of the electromagnetic
また、真空容器4の壁のうちの互いに隣り合うスロット15aの間に対応する領域には、冷却機構としての冷却管を設けてもよい。このようにすることにより、プラズマの発生を妨げることなく、電磁波伝送機構3(電磁波放射用矩形導波管22)を効率良く冷却することができる。
Further, a cooling pipe as a cooling mechanism may be provided in a region corresponding to the space between the
このプラズマ処理装置1を用いれば、例えば、表面波プラズマ条件下で被処理体5をプラズマ酸化することができる。また、このプラズマ処理装置1を用いれば、例えば、表面波プラズマ条件下で被処理体5にプラズマ成膜することができる。さらに、このプラズマ処理装置1を用いれば、表面波プラズマ条件下で被処理体5をプラズマエッチングすることができる。また、このプラズマ処理装置1を用いれば、プラズマ酸化とプラズマCVD法による成膜とを真空を破らずに連続して行うことができる。以下、被処理体5のプラズマ処理方法の一例として、プラズマ酸化とプラズマCVD法による成膜とを真空を破らずに行うプラズマ処理方法について説明する。
If this plasma processing apparatus 1 is used, the to-
被処理体5として、例えば、シリコン基板を用意する。被処理体5を真空容器4内の支持台17上に設ける。真空排気システムを稼動させ、真空容器4内(処理室4a内)の空気を排出する。その後、第1のガスを、ガス導入口18を介して、真空容器4の内部に供給する。第1のガスとしては、例えば、酸素ガス、又は、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノンのうちの少なくとも1種を含む希ガスとの混合ガスを用いる。本実施形態では、第1のガスとして酸素ガスを採用するとともに、酸素ガスが400SCCM、全圧が20Paとなるように、このガスを真空容器4内に供給している。
For example, a silicon substrate is prepared as the
真空容器4内のガス圧が所定のガス圧に達した後、電磁波の照射を開始する。電磁波伝送機構3を介して、スロット15aに送られた電磁波は、各スロット15aから真空容器4内に放射される。
After the gas pressure in the
真空容器4内に放射された電磁波は、第1のガスとしての酸素ガスを励振させる。被服用の誘電体部材16近傍のプラズマ内の電子密度がある程度まで増加すると、電磁波はプラズマ内を伝播することができなくなってプラズマ内で減衰する。したがって、被服用の誘電体部材16から離れた領域には電磁波が届かなくなり、被服用の誘電体部材16近傍に表面波プラズマが生じる。
The electromagnetic wave radiated into the
表面波プラズマが生じている状態では、被服用の誘電体部材16近傍で高い電子密度が達成されるため、それに伴って高密度の酸素原子活性種が発生する。この高密度の酸素原子活性種が被処理体5にまで拡散し、効率よく被処理体5を酸化する。これにより、被処理体5の表面に第1の絶縁膜が形成される。なお、表面波プラズマが生じている状態では、被処理体5の表面近傍での電子温度は低い(電子エネルギーが低い)ため、被処理体5の表面近傍のシースの電界もまた弱い。したがって、被処理体5へのイオンの入射エネルギーが低減されるため、酸化処理中における被処理体5のイオン損傷は抑制される。
In the state where the surface wave plasma is generated, a high electron density is achieved in the vicinity of the
さらに、ガス導入口18から第2のガスを真空容器4内に供給する。第2のガスとしては、例えば、シラン、有機シリコン化合物(テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等)、又は、有機金属化合物(トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等)を含むガスを用いることができる。本実施形態では、第1のガスとして引き続き酸素ガスを用いるとともに、第2のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランガスを用いている。そして、第1のガスとしての酸素ガスが400SCCM、第2のガスとしてのテトラエトキシシランガスが10SCCM、全圧が20Paとなるように、これらのガスを真空容器4内に供給する。
Further, the second gas is supplied from the
第1のガスから生成された酸素ラジカルは、第2のガスとしてのテトラエトキシシランと反応する。これにより、テトラエトキシシランの分解は促進され、被処理体5の表面に酸化シリコンが堆積する。これにより、第1の絶縁膜上に第2の絶縁膜(CVDにより形成された酸化シリコン膜)が形成される。以上により、被処理体5への絶縁膜の形成が完了する。このプラズマ処理方法によれば、被処理体5に酸化処理を施した後、大気に晒すことなく、成膜処理を行うことができる。したがって、被処理体と膜との界面を汚染の少ない良好な界面とすることができるとともに、被処理体5に品質の良好なCVD膜を形成することができる。
Oxygen radicals generated from the first gas react with tetraethoxysilane as the second gas. Thereby, decomposition of tetraethoxysilane is promoted, and silicon oxide is deposited on the surface of the
以上のように、本実施形態のプラズマ処理装置1では、電磁波放射用矩形導波管22の内部に誘電体部材31が設けられているため、真空容器4内で生成されたプラズマが電磁波伝送機構3内に侵入するのを抑制することができる。
As described above, in the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, since the
しかも、本実施形態のプラズマ処理装置1は、第1の電磁波伝送路3aを介して送られてきた電磁波(マイクロ波)が、極力反射されることなく、第2の電磁波伝送路3bに送り込まれるように構成されている。すなわち、電磁波分配用矩形導波管21と各電磁波放射用矩形導波管22とを第3の電磁波伝送路3cによって電磁波の伝送方向に対して内寸を変化させた形状で接続するとともに、第3の電磁波伝送路3cが有する接続部材50内に楔形状の誘電体部材52を設置するようにしている。これにより、矩形導波管の断面積変化による電磁波の反射、及び、空気と誘電体部材42との界面や、誘電体材料からなる封止部材41と誘電体部材31との界面における電磁波の反射を抑制することができる。したがって、電磁波を効率よく真空容器4内に放射させることができる。
Moreover, in the plasma processing apparatus 1 of the present embodiment, the electromagnetic wave (microwave) sent through the first electromagnetic
また、このプラズマ処理装置1によれば、真空容器4の壁としての蓋12が、電磁波を伝送する電磁波伝送機構3の少なくとも一部である電磁波放射用矩形導波管22を有している。そのため、このプラズマ処理装置1によれば、構造を単純化させることができる。また、真空容器4内において、大面積で均一なプラズマを生成させることができる。しかも、角型の基板や大面積の基板のような被処理体5であっても良好にプラズマ処理することができる。
Further, according to the plasma processing apparatus 1, the
さらに、このプラズマ処理装置1によれば、真空容器4内に電磁波を入射させるための電磁波透過窓を該真空容器4から省略することができる。しかも、真空容器4の真空を保持するためのシール箇所は、電磁波分配用矩形導波管21と真空容器4とを連結させる連結部分や、蓋12と容器本体11とを連結させる連結部分等だけでよい。したがって、本実施形態のプラズマ処理装置では、従来のプラズマ処理装置と比べて、シール箇所を少なくすることができる。
Furthermore, according to the plasma processing apparatus 1, an electromagnetic wave transmission window for allowing electromagnetic waves to enter the
また、本実施形態のプラズマ処理装置1によれば、被処理体5をイオン損傷の少ない表面波プラズマによってプラズマ処理することができる。
Moreover, according to the plasma processing apparatus 1 of this embodiment, the to-
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。 The plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various ways without departing from the gist thereof.
1…プラズマ処理装置、 2…高周波電源(発振器)、 3a…第1の電磁波伝送路、 3b…第2の電磁波伝送路、 3c…第3の電磁波伝送路、 4…真空容器(処理容器)、 14…電磁波放射部(スロット板)、 31…誘電体部材、 41…封止部材、 42…楔形状の誘電体部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma processing apparatus, 2 ... High frequency power supply (oscillator), 3a ... 1st electromagnetic wave transmission path, 3b ... 2nd electromagnetic wave transmission path, 3c ... 3rd electromagnetic wave transmission path, 4 ... Vacuum container (processing container), DESCRIPTION OF
Claims (9)
電磁波を発振する発振器と、
第1の電磁波伝送路と、
この第1の電磁波伝送路よりも内形寸法が小さく設定されているとともに、内部に誘電体部材が設けられた第2の電磁波伝送路と、
この第2の電磁波伝送路に設けられ、前記処理容器内に電磁波を放射する電磁波放射部とを具備し、
前記発振器で発生した電磁波が、前記第1の電磁波伝送路を経由して前記第2の電磁波伝送路に導入されるとともに前記電磁波放射部により前記処理容器内に放射されることによって、前記処理容器内にプラズマが生成され、このプラズマよってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
前記第1の電磁波伝送路と前記第2の電磁波伝送路とは、電磁波の伝送側に向かうにしたがって内形寸法が小さくなるように形成された中空の第3の電磁波伝送路を介して接続されているとともに、前記第3の電磁波伝送路の内部に、前記伝送側に向かって拡開するように配置された楔形状の誘電体部材を有していることを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing vessel;
An oscillator that oscillates electromagnetic waves;
A first electromagnetic wave transmission line;
A second electromagnetic wave transmission path in which an inner shape dimension is set smaller than that of the first electromagnetic wave transmission path, and a dielectric member is provided inside;
Provided in the second electromagnetic wave transmission path, comprising an electromagnetic wave radiation part for radiating electromagnetic waves in the processing container,
An electromagnetic wave generated by the oscillator is introduced into the second electromagnetic wave transmission path via the first electromagnetic wave transmission path and is radiated into the processing container by the electromagnetic wave radiation unit, thereby the processing container. A plasma processing apparatus in which plasma is generated and plasma processing is performed by this plasma,
The first electromagnetic wave transmission line and the second electromagnetic wave transmission line are connected via a hollow third electromagnetic wave transmission line formed so that the inner dimension is reduced toward the electromagnetic wave transmission side. And a wedge-shaped dielectric member arranged so as to expand toward the transmission side inside the third electromagnetic wave transmission path.
前記楔形状の誘電体部材は、その頂辺が前記第2の電磁波伝送路が有する矩形導波管の内径の長辺方向と実質的に平行であり、短辺の中点間を結んだ線上に実質的に配置されていることを特徴とする請求項5又は6に記載のプラズマ処理装置。 The length of the top side of the wedge-shaped dielectric member is set to be substantially the same as the length of the inner long side of the rectangular waveguide included in the second electromagnetic wave transmission path. With
The wedge-shaped dielectric member has a top side substantially parallel to the long side direction of the inner diameter of the rectangular waveguide included in the second electromagnetic wave transmission line, and a line connecting the midpoints of the short sides. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the plasma processing apparatus is substantially disposed on the plasma processing apparatus.
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