JP4469199B2 - 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及びプラズマ処理方法関する。 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 and a plasma processing method 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
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
本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、構造を単純化させることができるとともに、大面積で均一なプラズマを生成することができ、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及びプラズマ処理方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such circumstances, and can simplify the structure and generate a uniform plasma with a large area, such as a square substrate or a large area substrate. It is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method that can satisfactorily perform plasma processing even on a to-be-processed object.
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置は、処理容器内に電磁波放射部より放射された電磁波によって前記処理容器内にプラズマを生成させ、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、前記処理容器の壁は、電磁波を伝送する電磁波伝送路の少なくとも一部を有している。
The plasma processing apparatus according to
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.
本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置によれば、処理容器の壁が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、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。また、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置によれば、大面積で均一なプラズマを生成することが可能である。
According to the plasma processing apparatus of the first aspect of the present invention, since the wall of the processing container has at least a part of the electromagnetic wave transmission path, the configuration of the processing container and the plasma apparatus itself can be simplified. . In addition, by adjusting the shape and arrangement of the 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. Moreover, according to the plasma processing apparatus of
本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置は、電磁波を伝送する電磁波伝送路と、
前記電磁波伝送路に結合した電磁波放射のための電磁波放射部と、処理容器とを具備し、前記電磁波放射部から前記処理容器内に放射された電磁波によって前記処理容器内にプラズマを生成させ、このプラズマによってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路の少なくとも一部と前記処理容器を構成する壁とが一体である。
The plasma processing apparatus according to
An electromagnetic wave radiation part for electromagnetic wave radiation coupled to the electromagnetic wave transmission path, and a treatment container, and plasma is generated in the treatment container by electromagnetic waves radiated from the electromagnetic wave radiation part into the treatment container, In the plasma processing apparatus for performing plasma processing using plasma, at least a part of the electromagnetic wave transmission path and a wall constituting the processing container are integrated.
本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置によれば、電磁波伝送路と処理容器を構成する壁とが一体である。つまり、電磁波を導入するための電磁波伝送路を処理容器の一部とすることができるため、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、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。また、これにより、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。このため、安定で均一なプラズマにより被処理体をプラズマ処理することができる。さらに、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置によれば、大面積で均一なプラズマを生成することが可能である。 According to the plasma processing apparatus of the second aspect of the present invention, the electromagnetic wave transmission path and the wall constituting the processing container are integrated. That is, since the electromagnetic wave transmission path for introducing electromagnetic waves can be a part of the processing container, the configuration of the processing container and the plasma apparatus itself can be simplified. In addition, by adjusting the shape and arrangement of the 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. This also facilitates device design taking into account the flow of process gas and the like, and facilitates degassing, cleaning, and the like in the processing container. For this reason, a to-be-processed object can be plasma-processed by stable and uniform plasma. Furthermore, according to the plasma processing apparatus of the second aspect of the present invention, it is possible to generate a uniform plasma with a large area.
本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置は、電磁波を伝送する電磁波伝送路と、前記電磁波伝送路に結合した電磁波放射のための電磁波放射部と、処理容器とを具備し、前記電磁波放射部から前記処理容器内に放射された電磁波によって前記処理容器内にプラズマを生成させ、このプラズマによってプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路を形成する管壁導体の少なくとも一部は、前記処理容器を構成する壁を兼ねている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: an electromagnetic wave transmission path for transmitting an electromagnetic wave; an electromagnetic wave radiation portion for electromagnetic wave radiation coupled to the electromagnetic wave transmission path; and a processing container. A plasma processing apparatus for generating plasma in the processing container by electromagnetic waves radiated from the section into the processing container and performing plasma processing with the plasma, and at least a part of a tube wall conductor forming the electromagnetic wave transmission path Serves also as a wall constituting the processing container.
本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置によれば、電磁波伝送路を形成する管壁導体の少なくとも一部が、処理容器を構成する壁を兼ねているため、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、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。また、これにより、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。このため、安定で均一なプラズマにより被処理体をプラズマ処理することができる。さらに、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置によれば、大面積で均一なプラズマを生成することが可能である。
According to the plasma processing apparatus of the third aspect of the present invention, since at least a part of the tube wall conductor forming the electromagnetic wave transmission path also serves as a wall constituting the processing container, the processing container and the plasma apparatus itself The configuration can be simplified. In addition, by adjusting the shape and arrangement of the 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. This also facilitates device design taking into account the flow of process gas and the like, and facilitates degassing, cleaning, and the like in the processing container. For this reason, a to-be-processed object can be plasma-processed by stable and uniform plasma. Furthermore, according to the plasma processing apparatus of
本発明の請求項１乃至３に記載のプラズマ処理装置を実施する場合、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１乃至３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 the plasma processing apparatus according to the first to third aspects of the present invention is implemented, at least a part of the electromagnetic wave transmission path can be provided, for example, in the wall of the processing container. In other words, in the plasma processing apparatus according to the first to third aspects of the present invention, for example, a tunnel-like space that penetrates the wall is provided along the wall, so that the electromagnetic wave transmission path is formed in the wall of the processing container. At least a portion 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、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 electromagnetic wave transmission path is connected to the processing chamber of the processing container wall Is preferably provided on the inner surface of the wall. In this case, since at least a part of the electromagnetic wave transmission path can be defined by the inner surface of the wall of the processing container, it is easier than providing a part of the electromagnetic wave transmission path to penetrate the wall of the processing container. A part of the electromagnetic wave transmission path can be provided on the wall.
また、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電磁波伝送路を設けることができる。しかも、こ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 providing at least a part of the electromagnetic wave transmission path on the inner surface of the wall that defines the processing chamber of the wall of the processing vessel, the inner surface of the wall is provided with a recess that defines at least a part of the electromagnetic wave transmission path, 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 this slot plate. At this time, the plurality of slots are made to correspond to the recesses, respectively. By doing in this way, an electromagnetic wave transmission path can be provided in the space surrounded by the wall surface defining the recess and the slot plate. Moreover, the electromagnetic wave transmitted through the electromagnetic wave transmission path can be radiated into the processing chamber through the slot.
また、壁の内面に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、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 the concave portion for defining at least a part of the electromagnetic wave transmission path is provided on the inner surface of the wall and the concave portion is covered from the processing chamber side by the slot plate, the electromagnetic wave transmission path is provided in the same closed space as the processing chamber. It will be. 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。 In the case where a recess defining at least a part of the 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, a dielectric member for covering so as to cover the slot plate in the processing chamber It is good to provide. 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、電磁波を入射させた領域の近傍に局在する。そのため、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 and the compound is ionized is localized in the vicinity of the region where the electromagnetic wave is incident. 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. 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、容器本体に電磁波伝送路を設けるよりも蓋に電磁波伝送路を設ける方が、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, it is preferable to provide the electromagnetic wave transmission path on the lid rather than providing the electromagnetic wave transmission path on the container main body. It is possible to easily design the apparatus.
したがって、本発明の請求項１乃至３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、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 implementing the plasma processing apparatus according to the first to third aspects of the present invention, as a processing container having a processing chamber, a container body having a bottom wall and a peripheral wall and opening at least in one side, and an opening of the container body A wall that defines the processing chamber of the walls of the processing container, and has a bottom wall and a peripheral wall of the container main body and a cover, and at least a part of the electromagnetic wave transmission path Is preferably provided on the lid of the processing vessel.
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、前記電磁波伝送路内に誘電体部材が設けられているとともに、該誘電体部材により前記処理容器の気密が保持されており、電磁波は、この誘電体部材を通して、処理容器外から処理容器内に導入される。 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 a dielectric member is provided in the electromagnetic wave transmission line, Airtightness of the processing container is maintained by the dielectric member, and electromagnetic waves are introduced into the processing container from the outside of the processing container through the dielectric member.
例えば、処理容器の壁に設けられた電磁波伝送路の一部としての電磁波放射用の導波管と、処理容器外に設けられ、電磁波放射用の導波管に電磁波を伝送する前記電磁波伝送路の一部としての電磁波分配用の導波管とを接続するような場合には、処理容器の気密を保つために、処理容器と電磁波分配用の導波管のような部材との間に封止機構を設ける必要がある。本発明の請求項４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、処理容器の壁に設けられた電磁波放射用の導波管と、処理容器外に設けられた電磁波分配用の導波管とを接続させることで、処理容器と電磁波分配用の導波管とを一体化させるような場合に好適である。
For example, an electromagnetic wave emission waveguide as a part of the electromagnetic wave transmission path provided on the wall of the processing container, and the electromagnetic wave transmission path provided outside the processing container and transmitting the electromagnetic wave to the electromagnetic wave emission waveguide In the case of connecting an electromagnetic wave distribution waveguide as a part of the container, a seal is placed between the processing container and a member such as an electromagnetic wave distribution waveguide in order to keep the processing container airtight. It is necessary to provide a stopping mechanism. 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、処理容器外から処理容器の壁に設けられた電磁波伝送路の一部に電磁波を導入させることができる。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、処理容器の気密を保持する誘電体部材に大気圧がかかる領域を導波管の断面積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に与える負荷を比較的小さくすることができるため、この誘電体部材の破損を抑制することができる。しかも、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が設けられているため、電磁波伝送路内に処理容器内で生成されたプラズマが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。 By doing so, one of the electromagnetic wave transmission paths provided on the wall of the processing container from the outside of the processing container is maintained without complicating the configuration of the processing container and the plasma processing apparatus itself and maintaining the airtightness of the processing container. Electromagnetic waves can be introduced into the part. In general, the dielectric member is easily damaged and is expensive. On the other hand, by setting it as the above structures, the area | region where atmospheric pressure is applied to the dielectric material member which maintains the airtightness of a process container can be made into the cross-sectional area of a waveguide. In other words, with this configuration, the load applied to the dielectric member that maintains the hermeticity of the processing container can be made relatively small, so that damage to the dielectric member can be suppressed. In addition, since the dielectric member that keeps the airtightness of the processing container is provided in the electromagnetic wave transmission path, it is possible to suppress the plasma generated in the processing container from entering the 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、前記電磁波伝送路内のうちの前記処理容器内に位置する領域の少なくとも一部に誘電体部材が設けられている。言い換えると、電磁波伝送路は、電磁波伝送路内に誘電体部材を有しており、この電磁波伝送路内の誘電体部材内を電磁波が伝送することとなる。さらに言い換えると、電磁波伝送路内の誘電体部材自体が電磁波伝送路の一部となる。 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 the region is located in the processing container in the electromagnetic wave transmission path. A dielectric member is provided on at least a part of each. In other words, the electromagnetic wave transmission line has a dielectric member in the electromagnetic wave transmission line, and electromagnetic waves are transmitted through the dielectric member in the electromagnetic wave transmission line. In other words, the dielectric member itself in the electromagnetic wave transmission path becomes a part of the electromagnetic wave transmission path.
このようにすることにより、電磁波伝送路内に処理容器内で生成されたプラズマが侵入するのを抑制することができる。 By doing in this way, it can suppress that the plasma produced | generated in the processing container penetrate | invades in the electromagnetic wave transmission path.
本発明の請求項６に記載のプラズマ処理装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波放射部は、複数のスロットを有するスロット板であり、前記処理容器内に、前記スロット板が設けられているとともに、このスロット板を覆うように被覆用の誘電体部材が設けられている。
The plasma processing apparatus according to claim 6 of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of
このように、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で、表面波を伝播させることができるようになる。したがって、表面波を利用した高密度であって、被処理体へのイオン損傷が少ない表面波プラズマによってプラズマ処理を行うことができる。さらに、大面積基板のような被処理体においても、安定で均一であり、被処理体への損傷が少ない表面波プラズマによるプラズマ処理を行うことができる。さらに、スロットは被覆用の誘電体部材によって閉塞されるため、生成されたプラズマがスロットを介して電磁波伝送路に侵入し、電磁波伝送路を規定する壁面に損傷を与えるといったことが無い。しかも、投入した電磁波の電力を高効率で処理容器内に供給することができる。 Thus, by providing the covering dielectric member in the processing chamber so as to cover the slot plate, the surface wave can be propagated. Therefore, it is possible to perform plasma processing with surface wave plasma that has high density using surface waves and little ion damage to the object to be processed. Furthermore, a target object such as a large-area substrate can be subjected to plasma processing using surface wave plasma that is stable and uniform and causes little damage to the target object. Further, since the slot is closed by the covering dielectric member, the generated plasma does not enter the electromagnetic wave transmission path through the slot and the wall surface defining the electromagnetic wave transmission path is not damaged. In addition, the input electromagnetic wave power can be supplied into the processing container with high efficiency.
また、処理容器の壁に設けられた電磁波伝送路の一部が、処理容器内（処理容器の処理室内）と同じ閉空間内に設けられている場合、通常、被覆用の誘電体部材もまた、処理容器内と同じ閉空間内に設けられることとなる。このような場合、被覆用の誘電体部材には、ほぼ大気圧とほぼ真空に近い圧力とのガス圧力差のような大きな力がかかることは無い。そのため、プラズマ処理装置を大型化させても、被覆用の誘電体に強度を持たせる必要が無い。したがって、被覆用の誘電体部材を高強度にすること（厚みを厚くすること）に伴うコストアップが無い。また、被覆用の誘電体部材は、比較的薄く設計することができるので、この被覆用の誘電体部材が電磁波の伝播に与える影響も小さくてすむ。そのため、電磁波を処理容器内に均一に放射するための装置設計も容易である。 In addition, when a part of the electromagnetic wave transmission path provided on the wall of the processing container is provided in the same closed space as the inside of the processing container (the processing chamber of the processing container), the covering dielectric member is also typically used. It is provided in the same closed space as in the processing container. In such a case, the coating dielectric member is not subjected to such a large force as the gas pressure difference between the substantially atmospheric pressure and the pressure close to the vacuum. Therefore, even if the plasma processing apparatus is enlarged, it is not necessary to give strength to the covering dielectric. Therefore, there is no cost increase associated with increasing the strength of the covering dielectric member (thickening the thickness). Further, since the covering dielectric member can be designed to be relatively thin, the influence of the covering dielectric member on the propagation of electromagnetic waves can be reduced. Therefore, it is easy to design an apparatus for uniformly radiating electromagnetic waves into the processing container.
なお、被覆用の誘電体部材としては、処理容器内側の面が平坦面となるように形成したものを用いることができる。この場合、表面波プラズマ発生時に、被覆用の誘電体部材の露出面が表面波の伝播を遮ってしまうといったことを抑止できるため、プラズマが電磁波の放出されるスロット周辺だけでなく、全面に拡がり易くなる。したがって、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 In addition, as the dielectric member for covering, a member formed so that the inner surface of the processing container is a flat surface can be used. In this case, when the surface wave plasma is generated, it is possible to prevent the exposed surface of the covering dielectric member from blocking the propagation of the surface wave, so that the plasma spreads not only around the slot where the electromagnetic wave is emitted but also on the entire surface. It becomes easy. Therefore, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
一方、被覆用の誘電体部材としては、処理容器内側の面が凹凸を有しているようなものを用いてもよい。この場合、表面波の特定のモードだけが伝播するのを抑制できる。したがって、モードに起因するプラズマの面内分布を改善することができる。この場合も、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 On the other hand, as the dielectric member for covering, a member having an uneven surface on the inside of the processing container may be used. In this case, it can suppress that only the specific mode of a surface wave propagates. Therefore, the in-plane distribution of plasma due to the mode can be improved. Also in this case, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
また、処理容器の壁のうちの互いに隣り合うスロットの間に対応する領域に冷却機構としての冷却管を設け、この冷却管中に冷媒（流体）を流通させるようにしてもよい。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、前記冷媒により電磁波伝送路を効率良く冷却することができる。 In addition, a cooling pipe as a cooling mechanism may be provided in a region corresponding to between adjacent slots in the wall of the processing container, and a refrigerant (fluid) may be circulated in the cooling pipe. By doing so, the electromagnetic wave transmission path can be efficiently cooled by the refrigerant without hindering the generation of plasma.
本発明の請求項７に記載のプラズマ処理装置は、請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記スロット内に誘電体部材が設けられている。 A plasma processing apparatus according to a seventh aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the sixth aspect, wherein a dielectric member is provided in the slot.
処理容器の壁が有する電磁波伝送路内（電磁波伝送路が電磁波放射用の導波管を有している場合には電磁波放射用の導波管内）に誘電体部材を設ける場合、電磁波伝送路内は、誘電体部材で満たされ、スロット内は、例えば、空気で満たされることとなる。つまり、電磁波伝送路内の誘電率とスロット内の誘電率とが異なっている状態となるため、電磁波伝送路によって伝送された電磁波は、スロットとの界面においてその一部が反射されてしまう。また、スロットと被覆用の誘電体部材との界面においても、電磁波の一部が反射されてしまう。 When a dielectric member is provided in the electromagnetic wave transmission path of the processing container wall (in the case of the electromagnetic wave transmission path having a waveguide for electromagnetic wave emission), in the electromagnetic wave transmission path Is filled with a dielectric member, and the inside of the slot is filled with air, for example. That is, since the dielectric constant in the electromagnetic wave transmission path is different from the dielectric constant in the slot, part of the electromagnetic wave transmitted through the electromagnetic wave transmission path is reflected at the interface with the slot. In addition, a part of the electromagnetic wave is also reflected at the interface between the slot and the covering dielectric member.
これに対し、スロット内に誘電体部材を設けると、電磁波伝送路内の誘電率とスロット内の誘電率との差を小さくすることができるため、電磁波伝送路とスロット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。また、スロット内の誘電率と被覆用の誘電体部材との誘電率との差もまた小さくすることができるため、スロットと被覆用の誘電体部材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。 On the other hand, if a dielectric member is provided in the slot, the difference between the dielectric constant in the electromagnetic wave transmission path and the dielectric constant in the slot can be reduced, so that the electromagnetic wave reflection at the interface between the electromagnetic wave transmission path and the slot can be reduced. Can be suppressed. In addition, since the difference between the dielectric constant in the slot and the dielectric member for coating can be reduced, reflection of electromagnetic waves at the interface between the slot and the dielectric member for coating can be suppressed. it can.
本発明の請求項８に記載のプラズマ処理装置は、請求項６又は７に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路は、複数の電磁波放射用の方形導波管を有しており、前記複数のスロットは、これら電磁波放射用の方形導波管のＥ面（電界面）又はＨ面（磁界面）に夫々対応させて設けられている。 The plasma processing apparatus according to claim 8 of the present invention is the plasma processing apparatus according to claim 6 or 7, wherein the electromagnetic wave transmission line has a plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation. The plurality of slots are provided so as to correspond to the E plane (electric field plane) or H plane (magnetic field plane) of the electromagnetic wave radiation rectangular waveguide, respectively.
このようにすることにより、構造を単純化させることができるとともに、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を実現できる。 By doing so, it is possible to simplify the structure and realize a plasma processing apparatus that can satisfactorily perform plasma processing even on a target object such as a rectangular substrate or a large-area substrate. .
前記複数のスロットをＨ面に設けた場合、方形導波管断面の長辺を１辺とした面にスロットを設けることになるので、スロットの加工、スロットの位置の調整が容易になる。また、スロット幅を大きく取れるので、より多くの電磁波を放射させることができるようになる。 When the plurality of slots are provided on the H plane, the slots are provided on the plane having the long side of the rectangular waveguide cross section as one side, so that the slot processing and the slot position adjustment are facilitated. In addition, since the slot width can be increased, more electromagnetic waves can be radiated.
前記複数のスロットをＥ面に設けた場合、方形導波管断面の短辺を１辺とした面にスロットを設けることになるので、ある面積に方形導波管を一定の間隔で互いに平行に並べる場合に、複数のスロットをＨ面に設けた場合と比べて多くの方形導波管を配置することができる。これにより、電磁波の均一性を高くすることができる。 When the plurality of slots are provided on the E surface, the slots are provided on the surface having the short side of the rectangular waveguide cross section as one side, so that the rectangular waveguides are arranged in parallel with each other at regular intervals in a certain area. When arranged, a larger number of rectangular waveguides can be arranged as compared with the case where a plurality of slots are provided on the H plane. Thereby, the uniformity of electromagnetic waves can be increased.
本発明の請求項９に記載のプラズマ処理装置は、請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、前記複数の電磁波放射用の方形導波管の内断面寸法は、夫々、電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズに設定されており、これら電磁波放射用の方形導波管は、互いに平行に並べて配置されているとともに、その間隔が５０ｃｍ以下に設定されている。 A plasma processing apparatus according to a ninth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the eighth aspect, wherein the plurality of rectangular waveguides for radiating electromagnetic waves each have an electromagnetic wave frequency. The rectangular waveguides are set to sizes that can be transmitted in the fundamental mode. These rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation are arranged in parallel to each other, and the interval is set to 50 cm or less.
電磁波の周波数が方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、電磁波放射用の方形導波管の管内誘電率をε、電磁波放射用の方形導波管の内断面寸法の長径を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 electromagnetic waves can be transmitted in a fundamental mode in a rectangular waveguide, for example, the dielectric constant of the rectangular waveguide for electromagnetic wave emission is ε, and the major axis of the inner cross-sectional dimension of the rectangular waveguide for electromagnetic wave emission Where a is the wavelength λ of the electromagnetic wave,
(Λ / ε 0.5 ) <2a (1)
This can be realized by designing so as to satisfy the above condition.
電磁波放射用の方形導波管の間隔（ピッチ）ｄは、プラズマの拡散の度合いを考慮して設定するのが好ましい。図１１は、粒子発生点からの距離と粒子密度との関係を示している。図１１に示すように、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ことがわかる。 The interval (pitch) d between the rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation is preferably set in consideration of the degree of plasma diffusion. FIG. 11 shows the relationship between the distance from the particle generation point and the particle density. As shown in FIG. 11, it can be seen that the lower the pressure of the process gas, the more the particles diffuse.
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、電磁波放射用の方形導波管の間隔ｄは５０ｃｍを越えてもよい。ただし、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。本願発明者らは、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電磁波放射用の方形導波管の間隔ｄを設定すれば、プラズマが拡散しにくい条件においても均一なプラズマを発生させることが容易となることを見出した。 When the pressure of the process gas is 0.1 Pa or less, since the plasma is easily diffused, the interval d between the rectangular waveguides for electromagnetic wave emission may exceed 50 cm. However, in the plasma processing apparatus, the pressure of the process gas is generally about 1 Pa or more. When the pressure of the process gas is 1 Pa or more, the inventors of the present application set the upper limit to 50 cm and the interval between the rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation so as to correspond to the assumed pressure of the process gas. It has been found that if d is set, it is easy to generate a uniform plasma even under conditions where the plasma is difficult to diffuse.
上述のように、電磁波の周波数が方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、プラズマを発生させるための電磁波が電磁波放射用の方形導波管内で伝播損失する量を低減させることができる。しかも、電磁波放射用の方形導波管の間隔ｄを５０ｃｍ以下とすることで、プラズマが拡散しに難い条件、例えば、処理容器内におけるプロセスガスの圧力が高い場合等においても、プラズマを良好且つ均一に拡散させることができる。 As described above, by allowing the electromagnetic wave frequency to be transmitted in the fundamental mode in the rectangular waveguide, the amount of propagation loss of the electromagnetic wave for generating plasma in the rectangular waveguide for electromagnetic wave emission is reduced. Can do. Moreover, by setting the interval d between the rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation to 50 cm or less, the plasma can be satisfactorily obtained even under conditions where the plasma is difficult to diffuse, for example, when the pressure of the process gas in the processing container is high. It can be diffused uniformly.
本発明の請求項１０に記載のプラズマ処理装置は、請求項９に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波放射用の方形導波管の管内誘電率をεとすると、前記電磁波放射用の方形導波管の内断面寸法の長径をａは、電磁波の波長λに対して、
（λ／ε０．５）＜２ａ …（１）
の関係にあり、前記電磁波の角周波数をω、前記被覆用の誘電体部材の誘電率を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としたときに、これらとプラズマ角周波数ωＰ
ωＰ＝（ｅ２×ｎｅ／（ε０×ｍｅ））０．５ …（２）
とによって定義される波数ｋ
ｋ＝ω／ｃ（（εｄ（ωｐ ２−ω２））／（ωｐ ２−（１＋εｄ）ω２））０．５ …（３）
は、前記処理容器の各電磁波放射用の方形導波管と直交する方向の内寸Ｌに対して、
ｋ＝ｍπ／Ｌ （ｍは、１≦ｍ≦２Ｌ／（λ／ε０．５）の整数） …（４）
の関係にあり、これら電磁波放射用の方形導波管は、
λｓｗｐ＝π／ｋ …（５）
で導かれる定在波の波長λｓｗｐの間隔で、且つ、定在波の振幅が実質的に最大となる位置に配置されている。
A plasma processing apparatus according to a tenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the ninth aspect, wherein the dielectric constant of the rectangular waveguide for electromagnetic wave emission is ε, and The major axis of the inner cross-sectional dimension of the rectangular waveguide is a with respect to the wavelength λ of the electromagnetic wave.
(Λ / ε 0.5 ) <2a (1)
The angular frequency of the electromagnetic wave is ω, the dielectric constant of the dielectric member for coating is ε d , the speed of light is c, the charge amount of electrons is e, the dielectric constant of vacuum is ε 0 , and the electron density is n e, when the electron mass and the m e, these plasma angular frequency omega P
ω P = (e 2 × n e / (ε 0 × m e )) 0.5 (2)
Wave number k defined by
k = ω / c ((ε d (ω p 2 −ω 2 )) / (ω p 2 − (1 + ε d ) ω 2 )) 0.5 (3)
Is the internal dimension L in the direction orthogonal to the rectangular waveguide for electromagnetic wave radiation of the processing container,
k = mπ / L (m is an integer of 1 ≦ m ≦ 2L / (λ / ε 0.5 )) (4)
The rectangular waveguide for electromagnetic wave radiation is
λ swp = π / k (5)
Are arranged at positions where the wavelength of the standing wave is guided by λ swp and the amplitude of the standing wave is substantially maximized.
図１２は、処理容器内におけるｍ＝１の定在波を模式的に示しており、図１３には、処理容器内におけるｍ＝２Ｌ／（λ／ε０．５）の定在波を模式的に示している。図１２及び図１３からもわかるように、（４）式におけるｍの範囲を１≦ｍ≦２Ｌ／（λ／ε０．５）の整数とすることで、定在波の波長λｓｗｐを求めることができる。 FIG. 12 schematically shows a standing wave of m = 1 in the processing container, and FIG. 13 schematically shows a standing wave of m = 2 L / (λ / ε 0.5 ) in the processing container. Is shown. As can be seen from FIGS. 12 and 13, the wavelength λ swp of the standing wave is obtained by setting the range of m in the equation (4) to an integer of 1 ≦ m ≦ 2L / (λ / ε 0.5 ). be able to.
このように、表面波の低次数の定在波の波長λｓｗｐ間隔であって、定在波の振幅が最大となる位置付近に電磁波放射用の方形導波管を夫々配置することで、効率良く表面波に電磁波のエネルギーを供給することができる。 In this way, by arranging the rectangular wave guides for electromagnetic wave radiation near the position where the standing wave has the maximum wavelength λ swp interval and the wavelength of the standing wave of the low order of the surface wave, the efficiency is improved. The surface wave can be well supplied with electromagnetic energy.
なお、電磁波がスロットを介して処理容器内に均一に放射されるように、隣り合う電磁波放射用の方形導波管の内面間の距離を１つの電磁波放射用の方形導波管の内面間の幅よりも小さくなるように設定してもよい。このようにすることにより、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理する大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 In addition, the distance between the inner surfaces of adjacent rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation is set between the inner surfaces of one rectangular waveguide for electromagnetic wave radiation so that the electromagnetic waves are uniformly radiated into the processing container through the slots. You may set so that it may become smaller than a width | variety. By doing so, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus for performing plasma processing on an object to be processed such as a large-area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
本発明の請求項１１に記載のプラズマ処理装置は、請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路内のうちの前記処理容器内に位置する領域の少なくとも一部に誘電体部材が設けられているとともに、前記スロット内に誘電体部材が設けられており、前記電磁波伝送路内の誘電体部材と前記スロット内の誘電体部材とは、電磁波の周波数帯域における誘電率が実質的に同じである。 A plasma processing apparatus according to an eleventh aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the sixth aspect, wherein at least a part of a region located in the processing container in the electromagnetic wave transmission path is a dielectric. A dielectric member is provided in the slot, and the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path and the dielectric member in the slot have a substantially constant dielectric constant in the frequency band of the electromagnetic wave. Are the same.
上述のように、スロット内に誘電体部材を設けることで、電磁波伝送路内に誘電体部材を有する電磁波伝送路とスロット内との間の誘電率差を小さくすることができる。したがって、電磁波伝送路内に誘電体部材を有する電磁波伝送路内を伝播してきた電磁波がスロットとの界面において反射されるのを抑制することができるため、電磁波を処理容器内に効率良く放射させることができる。 As described above, by providing the dielectric member in the slot, it is possible to reduce the dielectric constant difference between the electromagnetic wave transmission line having the dielectric member in the electromagnetic wave transmission line and the slot. Therefore, the electromagnetic wave propagating through the electromagnetic wave transmission path having the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path can be suppressed from being reflected at the interface with the slot, and therefore, the electromagnetic wave can be efficiently radiated into the processing container. Can do.
しかも、電磁波伝送路内の誘電体部材とスロット内の誘電体部材とが電磁波の周波数帯域において実質的に同じ誘電率を有するようにすることで、電磁波伝送路とスロットとの界面における電磁波の反射を実質的に無くすことができる。これにより、さらに効率良く電磁波を処理容器内に供給することができる。 In addition, the dielectric member in the electromagnetic wave transmission line and the dielectric member in the slot have substantially the same dielectric constant in the frequency band of the electromagnetic wave, thereby reflecting the electromagnetic wave at the interface between the electromagnetic wave transmission line and the slot. Can be substantially eliminated. Thereby, electromagnetic waves can be supplied into the processing container more efficiently.
本発明の請求項１２に記載のプラズマ処理装置は、請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路用の誘電体部材は、石英、アルミナ、及びフッ素樹脂のうちの少なくとも１つからなる。 A plasma processing apparatus according to claim 12 of the present invention is the plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the dielectric member for the electromagnetic wave transmission path is at least one of quartz, alumina, and fluororesin. It consists of one.
このようにすることにより、誘電損失による電磁波の損失を抑制することができる。また、電磁波伝送路内の誘電体部材としてフッ素樹脂を用いることで、誘電損失による電磁波の損失を抑制しつつ、石英等の無機の誘電体部材を用いる場合と比較して、導波管重量を軽減することができる。しかも、石英等の無機の誘電体部材を用いる場合と比較して、衝撃等による破損が起こり難くすることができる。 By doing in this way, the loss of electromagnetic waves due to dielectric loss can be suppressed. In addition, by using a fluororesin as a dielectric member in the electromagnetic wave transmission path, the weight of the waveguide is reduced compared to the case of using an inorganic dielectric member such as quartz while suppressing loss of electromagnetic waves due to dielectric loss. Can be reduced. Moreover, damage due to impact or the like can be made less likely to occur than when an inorganic dielectric member such as quartz is used.
本発明の請求項１３に記載のプラズマ処理装置は、請求項８に記載のプラズマ処理装置であって、電磁波源をさらに具備しているとともに、前記電磁波伝送路が、前記電磁波源で発生させた電磁波を前記複数の電磁波放射用の方形導波管に分配するための電磁波分配用の導波管を有しており、前記電磁波伝送路内に誘電体部材が設けられているとともに、この誘電体部材により前記処理容器の気密が保持されており、この誘電体部材を通して電磁波が前記処理容器外から処理容器内に導入される。 The plasma processing apparatus according to claim 13 of the present invention is the plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising an electromagnetic wave source, and the electromagnetic wave transmission path generated by the electromagnetic wave source. An electromagnetic wave distributing waveguide for distributing the electromagnetic wave to the plurality of electromagnetic wave radiation rectangular waveguides, and a dielectric member is provided in the electromagnetic wave transmission path; The member maintains the hermeticity of the processing container, and electromagnetic waves are introduced into the processing container from the outside of the processing container through the dielectric member.
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、処理容器外から処理容器内に電磁波を導入させることができる。また、一般に、誘電体部材は、破損し易く高価であるが、上述のような構成とすることで、処理容器を気密に保持する誘電体部材に大気圧がかかる領域を前記複数の電磁波放射用の導波管の断面積程度とすることができる。しかも、電磁波伝送路内に処理容器を気密に保持するの誘電体部材が設けられているため、電磁波伝送路内に処理容器内で生成されたプラズマが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。 By doing so, electromagnetic waves can be introduced from the outside of the processing container into the processing container without complicating the configuration of the processing container and the plasma processing apparatus itself and while maintaining the airtightness of the processing container. In general, the dielectric member is easily damaged and is expensive. However, by adopting the above-described configuration, a region in which atmospheric pressure is applied to the dielectric member that holds the processing container in an airtight manner is used for the electromagnetic wave emission. The cross-sectional area of the waveguide may be approximately the same. In addition, since the dielectric member for holding the processing container in an airtight manner is provided in the electromagnetic wave transmission path, it is possible to suppress the plasma generated in the processing container from entering the 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.
また、複数の電磁波放射用の導波管に１つの電磁波分配用の導波管から電磁波を分配するような構成とする場合、処理容器の気密を保つための封止箇所は、電磁波分配用の導波管の断面積程度の１個所とすることができる。このような構成とすることにより、プラズマ処理装置の構成を簡略化させることができる。なお、このような場合であっても、処理容器を気密に保持する誘電体部材によって処理容器の気密を保つことができる。 Further, when the electromagnetic wave is distributed from one electromagnetic wave distribution waveguide to a plurality of electromagnetic wave emission waveguides, the sealing portion for keeping the processing vessel airtight is provided for electromagnetic wave distribution. It can be one place about the cross-sectional area of the waveguide. With such a configuration, the configuration of the plasma processing apparatus can be simplified. Even in such a case, the process container can be kept airtight by the dielectric member that keeps the process container airtight.
なお、「前記複数の電磁波放射用の方形導波管と処理容器を構成する壁とが一体である」とは、前記複数の電磁波放射用の方形導波管と処理容器を構成する壁とが一体に形成されているものだけはでなく、電磁波放射用の導波管が処理容器を構成する壁と連結されて一体構造物となっているものも含む。また、処理容器を気密に保持する誘電体部材は、電磁波伝送路内の誘電体部材と一体成型物であってもよい。すなわち、電磁波伝送路内の誘電体部材の一部が処理容器を気密に保持する誘電体部材を兼ねていてもよい。 Note that “the plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation and the walls constituting the processing container are integral” means that the plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation and the walls constituting the processing container are integrated. It includes not only those integrally formed but also those in which an electromagnetic wave radiation waveguide is connected to a wall constituting the processing vessel to form an integral structure. In addition, the dielectric member that holds the processing container in an airtight manner may be an integrally molded product with the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path. That is, a part of the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path may also serve as a dielectric member that holds the processing container in an airtight manner.
本発明の請求項１４に記載のプラズマ処理装置は、請求項１３に記載のプラズマ処理装置であって、前記複数の電磁波放射用の方形導波管は、前記電磁波分配用の導波管のＥ面又はＨ面から分岐するように設けられている。 A plasma processing apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the thirteenth aspect, wherein the plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation are E of the waveguides for electromagnetic wave distribution. It is provided so as to branch from the surface or the H surface.
本発明の請求項１５に記載のプラズマ処理装置は、請求項１３に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波分配用の導波管は、電磁波の伝播方向が９０°変わるように直角に曲げられているとともに、伝播方向が９０°変えられた電磁波を前記複数の電磁波放射用の方形導波管に夫々分配するように形成されている。 A plasma processing apparatus according to a fifteenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the thirteenth aspect, wherein the waveguide for electromagnetic wave distribution is bent at a right angle so that the propagation direction of the electromagnetic wave changes by 90 °. In addition, an electromagnetic wave whose propagation direction is changed by 90 ° is distributed to the plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation.
これらのようにすることにより、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 By doing so, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large-area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
本発明の請求項１６に記載のプラズマ処理装置は、請求項１４に記載のプラズマ処理装置であって、前記複数の電磁波放射用の方形導波管は、前記電磁波分配用の導波管のＥ面から分岐して設けられているとともに、前記複数の電磁波放射用の方形導波管と前記電磁波分配用の導波管とは、実質的に同一面上に配置されている。 A plasma processing apparatus according to a sixteenth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the fourteenth aspect, wherein the plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation are E of the waveguide for electromagnetic wave distribution. The plurality of rectangular waveguides for electromagnetic wave radiation and the waveguides for electromagnetic wave distribution are arranged on substantially the same plane.
複数の方形導波管と電磁波分配用の導波管とが実質的に同一面上に配置させるため、プラズマ処理装置を大型化させたり、処理容器の気密を保つための封止箇所の断面積を大きく設計したりすることなく、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 Since the plurality of rectangular waveguides and the waveguide for electromagnetic wave distribution are arranged on substantially the same plane, the cross-sectional area of the sealing portion for increasing the size of the plasma processing apparatus or keeping the processing vessel airtight. It is possible to easily design a large-sized plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
本発明の請求項１７に記載のプラズマ処理装置は、前記電磁波伝送路内のうちの前記処理容器内に位置する領域の少なくとも一部に電磁波伝送路用の誘電体部材が設けられているとともに、前記スロット内に誘電体部材が設けられており、且つ、前記電磁波伝送路内の誘電体部材と、前記スロット内の誘電体部材と、前記被覆用の誘電体部材とが一体に組上げられている。 In the plasma processing apparatus according to claim 17 of the present invention, a dielectric member for an electromagnetic wave transmission path is provided in at least a part of a region located in the processing container in the electromagnetic wave transmission path, A dielectric member is provided in the slot, and the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path, the dielectric member in the slot, and the dielectric member for covering are assembled together. .
このようにすることにより、スロット内の誘電体部材が破損したり、スロットの再設計等によってスロット内の誘電体部材を交換する必要が生じたりした場合等に、スロット内の誘電体部材の交換を容易に行うことができる。したがって、メンテナンスが容易なプラズマ処理装置を提供することができる。 In this way, when the dielectric member in the slot is damaged or the dielectric member in the slot needs to be replaced due to redesign of the slot, etc., the dielectric member in the slot is replaced. Can be easily performed. Therefore, a plasma processing apparatus that can be easily maintained can be provided.
本発明の請求項１８に記載のプラズマ処理装置は、請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記被覆用の誘電体部材は、誘電体材料からなる固定具によって固定されている。 The plasma processing apparatus according to claim 18 of the present invention is the plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the covering dielectric member is fixed by a fixture made of a dielectric material.
このようにすることにより、被覆用の誘電体部材を固定する箇所における電磁波の擾乱を抑制することができる。したがって、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 By doing in this way, the disturbance of the electromagnetic wave in the location which fixes the dielectric material for a coating | cover can be suppressed. Therefore, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
本発明の請求項１９に記載のプラズマ処理装置は、請求項６に記載のプラズマ処理装置であって、前記被覆用の誘電体部材は、前記スロット板を覆う板状に形成されているとともに、その厚さは、この被覆用の誘電体部材内における電磁波の波長の１／４よりも小さく設定されている。 The plasma processing apparatus according to claim 19 of the present invention is the plasma processing apparatus according to claim 6, wherein the covering dielectric member is formed in a plate shape covering the slot plate, The thickness is set smaller than ¼ of the wavelength of the electromagnetic wave in the covering dielectric member.
このようにすることにより、電磁波が被覆用の誘電体部材の厚さ方向に伝播するのを抑止することができる。つまり、被覆用の誘電体部材中において、表面波のみを選択的に伝播させることができる。したがって、大面積基板のような被処理体をプラズマ処理することが可能な大型のプラズマ処理装置を容易に設計することができる。また、フットプリントが小さく、プラズマ密度が均一なプラズマ処理装置を提供することができる。 By doing in this way, it can suppress that electromagnetic waves propagate in the thickness direction of the dielectric material for coating. That is, only the surface wave can be selectively propagated in the covering dielectric member. Therefore, it is possible to easily design a large plasma processing apparatus capable of performing plasma processing on an object to be processed such as a large area substrate. In addition, a plasma processing apparatus with a small footprint and a uniform plasma density can be provided.
本発明の請求項２０に記載のプラズマ処理装置は、請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波伝送路と、前記処理容器を気密に保持するための誘電体部材あるいは前記電磁波伝送路内の誘電体部材との間隔が１ｍｍ以下に設定されている。 A plasma processing apparatus according to a twentieth aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the fourth or fifth aspect, wherein the electromagnetic wave transmission path and the dielectric member for holding the processing container in an airtight manner or the The interval with the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path is set to 1 mm or less.
電磁波伝送路は、一般に、導電体材料により形成されているため、前記処理容器を気密に保持するための誘電体部材あるいは前記電磁波伝送路内の誘電体部材との間隔が１ｍｍを越えると、電磁波伝送路の内面と処理容器を気密に保持するための誘電体部材あるいは電磁波伝送路内の誘電体部材との間で異常放電が起こるおそれがある。 Since the electromagnetic wave transmission path is generally formed of a conductive material, if the distance between the dielectric member for holding the processing vessel airtight or the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path exceeds 1 mm, the electromagnetic wave An abnormal discharge may occur between the inner surface of the transmission path and the dielectric member for holding the processing container in an airtight manner or the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path.
したがって、電磁波伝送路と、処理容器を気密に保持するための誘電体部材あるいは電磁波伝送路内の誘電体部材との間隔は、１ｍｍ以下に設定するのが好ましく、このようにすることにより、電磁波伝送路と、処理容器を気密に保持するための誘電体部材あるいは電磁波伝送路内の誘電体部材との隙間で発生する異常放電を抑制することができる。したがって、処理容器内において安定なプラズマを発生させることができる。 Therefore, the distance between the electromagnetic wave transmission path and the dielectric member for holding the processing container in an airtight manner or the dielectric member in the electromagnetic wave transmission path is preferably set to 1 mm or less. Abnormal discharge generated in the gap between the transmission line and the dielectric member for holding the processing vessel in an airtight manner or the dielectric member in the electromagnetic wave transmission line can be suppressed. Therefore, stable plasma can be generated in the processing container.
本発明の請求項２１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、周波数が１０ＭＨｚ〜２５ＧＨｚの電磁波を前記電磁波伝送路に供給する電磁波源をさらに具備する。 A plasma processing apparatus according to a twenty-first aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the electromagnetic wave supplies an electromagnetic wave having a frequency of 10 MHz to 25 GHz to the electromagnetic wave transmission line. A source is further provided.
電磁波源は、少なくとも１以上であればよいが、複数の電磁波源を用いることにより、各電磁波源の最大出力を大きくすることなく、所望の出力を得ることができる。だたし、複数の電磁波源を用いる場合、互いに隣接する電磁波源同士が同じ周波数であると、生成されるプラズマ同士で干渉が起こり易くなる。したがって、複数の電磁波源を用いる場合には、互いに隣接する電磁波源は夫々異なる周波数としておくのが好ましい。 The electromagnetic wave source may be at least one or more, but by using a plurality of electromagnetic wave sources, a desired output can be obtained without increasing the maximum output of each electromagnetic wave source. However, when using a plurality of electromagnetic wave sources, if the adjacent electromagnetic wave sources have the same frequency, interference between the generated plasmas is likely to occur. Therefore, when a plurality of electromagnetic wave sources are used, it is preferable that the adjacent electromagnetic wave sources have different frequencies.
また、電磁波源としては、工業用周波数帯（ＩＳＭ周波数帯）である１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚ、４０．６８ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ、２．４５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ、２４．１２５ＧＨｚの周波数の電磁波を供給するものを好適に用いることができる。このようにすることにより、通信用周波数帯への影響を小さくすることができるので、漏洩電磁波の遮蔽等を容易に行うことができる。 As an electromagnetic wave source, electromagnetic waves having frequencies of 13.56 MHz, 27.12 MHz, 40.68 MHz, 915 MHz, 2.45 GHz, 5.8 GHz, and 24.125 GHz, which are industrial frequency bands (ISM frequency band), are supplied. A thing can be used suitably. By doing so, the influence on the communication frequency band can be reduced, so that leakage electromagnetic waves can be easily shielded.
本発明の請求項２２に記載のプラズマ処理装置は、請求項２１に記載のプラズマ処理装置であって、前記電磁波源は、周波数が２．４５ＧＨｚ±５０ＭＨｚの電磁波を前記電磁波伝送路に供給するものである。 A plasma processing apparatus according to a twenty-second aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to the twenty-first aspect, wherein the electromagnetic wave source supplies an electromagnetic wave having a frequency of 2.45 GHz ± 50 MHz to the electromagnetic wave transmission line. It is.
マイクロ波源の周波数としては、２．４５ＧＨｚが現在標準となっている。したがって、このような電磁波源は、安価であり、種類も豊富である。また、周波数範囲を２．４５ＧＨｚ±５０ＭＨｚとすることで、工業用周波数帯となり、通信用周波数帯への影響を小さくすることができ、装置の漏洩電磁波の遮蔽等が容易になる。このようにすることにより、電磁波としてマイクロ波を処理容器内に供給することができる。 The frequency of the microwave source is currently 2.45 GHz. Therefore, such electromagnetic wave sources are inexpensive and abundant in variety. In addition, by setting the frequency range to 2.45 GHz ± 50 MHz, an industrial frequency band is obtained, the influence on the communication frequency band can be reduced, and the leakage electromagnetic wave of the apparatus can be easily shielded. By doing so, microwaves can be supplied as electromagnetic waves into the processing container.
本発明の請求項２３に記載のプラズマ処理装置としては、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置であって、プラズマ酸化、プラズマ成膜、又はプラズマエッチングを、表面波プラズマ条件下で行うものである。 A plasma processing apparatus according to a twenty-third aspect of the present invention is the plasma processing apparatus according to any one of the first to twenty-first aspects, wherein plasma oxidation, plasma film formation, or plasma etching is performed using surface wave plasma. Under the conditions.
請求項２３に記載のプラズマ処理装置によれば、被処理体にイオン損傷が与えられるのを抑制しつつ、この被処理体に、酸化処理、成膜、或いは、エッチング処理を施すことができる。 According to the plasma processing apparatus of the twenty-third aspect, the object to be processed can be subjected to oxidation treatment, film formation, or etching while suppressing ion damage to the object to be processed.
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置は、処理容器の内部に被処理体を配置し、この処理容器の内部にプラズマを生成させることで、このプラズマによって前記被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理方法であって、前記処理容器の壁が有する電磁波伝送路で電磁波を伝送させるとともに、この電磁波伝送路と電磁的に結合された電磁波放射部によって電磁波を前記処理容器の内部に向けて放射させることで、前記処理容器の内部にプラズマを生成させるようなプラズマ処理方法を実施する際に好適に用いることができる。
The plasma processing apparatus according to any one of
本発明の請求項２４に記載のプラズマ処理方法は、請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いて、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連続して行う。 A plasma processing method according to a twenty-fourth aspect of the present invention uses a plasma processing apparatus according to any one of the first to thirty-third aspects, and does not break a vacuum between plasma oxidation and film formation by a plasma CVD method. Do it continuously.
このプラズマ処理方法によれば、被処理体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、被処理体に品質の良好な膜を形成することができる。また、同一の装置により両方のプロセスを行うことも可能であり、フットプリントを小さくできると共に装置を安価に製造することができる。 According to this plasma processing method, after the object to be processed is oxidized, the film forming process can be performed without being exposed to the atmosphere. Therefore, the interface between the object to be processed and the film can be a good interface with little contamination, and a film with good quality can be formed on the object to be processed. Further, both processes can be performed by the same apparatus, and the footprint can be reduced and the apparatus can be manufactured at low cost.
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図４を参照して説明する。
図１乃至図４に示すプラズマ処理装置１は、電磁波源としての高周波電源２にて発振され、電磁波伝送路３によって伝送され、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, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
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
前記電磁波伝送路３は、電磁波を伝送するためのものであって、例えば、１つの電磁波分配用の方形導波管２１と、３つの電磁波放射用の方形導波管２２とを有している。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、各電磁波放射用の方形導波管２２の一部を有している。つまり、各電磁波放射用の方形導波管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、各電磁波放射用の方形導波管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。
The electromagnetic
詳しくは、蓋１２の内面は、３つの電磁波放射用の方形導波管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、前記スロット板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つの電磁波放射用の方形導波管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
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としての雄ねじ２４によってねじ止めされている。なお、雄ねじ２４として、金属製のものを用いる場合、雄ねじ２４の頭部を処理室４ａに露出させていると、この雄ねじ２４の頭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、雄ねじ２４として金属製のものを用いる場合には、その頭部を誘電体キャップ２５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、雄ねじ２４の頭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 FIGS. 2 and 3, the
図４に示すように、各凹部２３の断面形状は、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の方形導波管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、本実施形態では、各電磁波放射用の方形導波管２２のＨ面にスロット１５ａが設けられるように構成されている。
As shown in FIG. 4, the cross-sectional shape of each
なお、各凹部２３の断面形状は、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の方形導波管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、各電磁波放射用の方形導波管２２のＥ面にスロット１５ａが設けられるように構成することができる。
The cross-sectional shape of each
これら電磁波放射用の方形導波管２２の内断面寸法は、電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズに設定されている。本実施形態では、電磁波放射用の方形導波管２２の管内誘電率をε、方形導波管の内断面寸法の長径をｘ２＝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されている。なお、本実施形態では、電磁波放射用の方形導波管２２の管内誘電率は空気の誘電率と等しく、ε＝１である。
The inner cross-sectional dimensions of these
(Λ / ε 0.5 ) <2a (1)
Designed to meet the requirements of In the present embodiment, the dielectric constant in the
また、これら電磁波放射用の方形導波管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の方形導波管２２の位置は、以下のようにして設定されている。
Further, these
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の各方形導波管と直交する方向の内寸Ｌ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、電磁波放射用の方形導波管２２の間隔ｄは、
λｓｗｐ＝π／ｋ …（５）
で導かれる定在波の波長λｓｗｐの間隔としている。また、電磁波放射用の方形導波管２２は、定在波の振幅が実質的に最大となる位置に配置されている。
With respect to the internal dimension L in the direction in which the wave number k is orthogonal to each rectangular waveguide of the
k = mπ / L (m is an integer of 1 ≦ m ≦ 2L / (λ / ε 0.5 )) (4)
The distance d between the
λ swp = π / k (5)
It is set as the space | interval of wavelength (lambda) swp of the standing wave guide | induced by. Moreover, the
各電磁波放射用の方形導波管２２は、これら方形導波管２２に電磁波を分配するための電磁波分配用の方形導波管２１を介して高周波電源２と結合されている。
Each of the
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路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路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。
As the high
電磁波分配用の方形導波管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。詳しくは、電磁波分配用の方形導波管２１は、真空容器４の外部に設けられている。この電磁波分配用の方形導波管２１は、各電磁波放射用の方形導波管２２と直交する管本体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の方形導波管２２に夫々分配するように形成されている。
The rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution is connected to the
また、電磁波分配用の方形導波管２１の断面形状は、深さ方向の長さｘ１が幅方向の長さｘ２よりも長い矩形状をなしている。本実施形態では、電磁波分配用の方形導波管２１は、電磁波放射用の方形導波管２２と同じ大きさに形成されている。すなわち、この電磁波分配用の方形導波管２１では、夫々、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。
Further, the cross-sectional shape of the rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution has a rectangular shape in which the length x1 in the depth direction is longer than the length x2 in the width direction. In the present embodiment, the rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution is formed in the same size as the
また、本実施形態では、３つの電磁波放射用の方形導波管２２と電磁波分配用の方形導波管２１とは、実質的に同一面上に配置されており、電磁波分配用の方形導波管２１のＥ面から各電磁波放射用の方形導波管２２に電磁波が分配されるようになっている。なお、電磁波伝送路３は、電磁波分配用の方形導波管２１のＨ面にから各電磁波放射用の方形導波管２２が分岐するように構成してもよい。
In the present embodiment, the three
電磁波分配用の方形導波管２１は、以下のようにして、各電磁波放射用の方形導波管２２と結合されている。真空容器４の蓋１２に設けられた凹部２３は、蓋１２の周面にも開口している。電磁波分配用の方形導波管２１は、蓋１２の周面の開口を介して、各電磁波分配用の方形導波管２１と連通されるようになっている。電磁波分配用の方形導波管２１の先端部と蓋１２の周面（真空容器４の外面）との間は、Ｏ−リング２７によって気密が保持されている。
The rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution is coupled to the respective
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、電磁波分配用の方形導波管２１を介して、複数（本実施形態では３つ）の電磁波放射用の方形導波管２２に電磁波が供給されるようになっている。したがって、電磁波伝送路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アンテナ（スロット板１４）を設計し易い。
Thus, in this
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２８が設けられている。この冷却管２８中には、冷媒としての冷却液が流通されるようになっている。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、前記冷媒により電磁波伝送路３（電磁波放射用の方形導波管２２）を効率良く冷却することができる。
A cooling
以上のように、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路３の少なくとも一部である電磁波放射用の方形導波管２２を有しているため、構造を単純化させることができるとともに、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。
As described above, according to this
また、このプラズマ処理装置１によれば、電磁波透過窓を省略することができるとともに、真空容器４の真空を保持するためのシール箇所を、電磁波分配用の方形導波管２１と真空容器４とを連結させる連結部分と、蓋１２と容器本体１１とを連結させる連結部分との２箇所とすることができる。したがって、従来のように、真空容器４に電磁波透過窓を設けたプラズマ処理容器と比べて単純な構造とすることができるとともに、安価に製造することができる。
In addition, according to the
以下、本発明の第２の実施形態を、図５乃至図８を参照して説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、電磁波伝送路３内のうちの真空容器４内に位置する領域、つまり、電磁波放射用の方形導波管２２内に、電磁波伝送路用の誘電体部材３１を設けている。電磁波伝送路用の誘電体部材３１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。本実施形態では、電磁波伝送路用の誘電体部材３１を、合成石英によって形成している。
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
電磁波放射用の方形導波管２２内に電磁波伝送用の誘電体部材３１を設ける場合、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、予め、電磁波伝送用の誘電体部材３１を形成しておき、電磁波放射用の方形導波管２２内に嵌め込むことで実現できる。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、固定具２６で蓋１２に固定すればよい。本実施形態では、スロット板１４及び被覆用の誘電体部材１６を誘電体材料からなる固定具（例えば雄ねじ）２６によって真空容器４の蓋１２に固定するようにしている。
When the
ところで、電磁波放射用の方形導波管２２内を電磁波伝送路用の誘電体部材３１で満たす場合、電磁波放射用の方形導波管２２のサイズ（内断面寸法）は、電磁波伝送路用の誘電体部材３１中において電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズとする必要がある。言い換えると、本実施形態の電磁波放射用の方形導波管２２は、空気中において電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズに形成された方形導波管の内断面寸法（長径及び短径）を、電磁波伝送路３内の誘電体部材３１の誘電率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、本実施形態の電磁波放射用の方形導波管２２は、空気中において電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズに形成された方形導波管に対して、長径及び短径を夫々約１／２の長さにする必要がある。
By the way, when the electromagnetic wave radiation
一方、電磁波分配用の方形導波管２１内は、空気で満たされているため、電磁波分配用の方形導波管２１の管本体２１ａは、空気中において電磁波の周波数が方形導波管内の基本モードで伝送できるサイズ（第１の実施形態の管本体２１ａのサイズと同じ）とする必要がある。そのため、本実施形態のプラズマ処理装置１では、３つの分配管部２１ｂにテーパを設けることで、電磁波分配用の方形導波管２１と電磁波放射用の方形導波管２２とを接続するようにしている。
On the other hand, since the inside of the rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution is filled with air, the tube
また、このプラズマ処理装置１では、電磁波伝送路３内、例えば、電磁波分配用の方形導波管２１の分配管部２１ｂ内に、真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２を設け、この誘電体部材３２によって、真空容器４の気密が保持たれるように構成されている。なお、真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２は、電磁波伝送路３内であればよく、例えば、電磁波放射用の方形導波管２２内に設けてもよい。また、この場合、前記誘電体部材３１にその機能を兼ねさせてもよい。
In the
電磁波分配用の方形導波管２１と真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２との間隔は１ｍｍとなるように設定されている。また、電磁波分配用の方形導波管２１の内面と真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２との間は、Ｏ−リング３３によって気密が保持されている。電磁波は、この真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２を通して、真空容器４外から真空容器４内に導入される。なお、本実施形態では、真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２と電磁波伝送路３内の誘電体部材３１とを一体成型物としているが、真空容器４を気密に保持するための誘電体部材３２と電磁波伝送路３内の誘電体部材３１とは別体としてもよい。他の構成は、図示しない部分を含めて上述した第１の実施形態と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
The distance between the rectangular waveguide 21 for electromagnetic wave distribution and 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
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。電磁波伝送路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、このプラズマ処理装置１によれば、第１の実施形態と同様に、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路３の少なくとも一部である電磁波放射用の方形導波管２２を有しているため、構造を単純化させることができるとともに、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。
As described above, according to the
また、このプラズマ処理装置１によれば、電磁波透過窓を省略することができるとともに、真空容器４の真空を保持するためのシール箇所を、電磁波分配用の方形導波管２１と真空容器４とを連結させる連結部分と、蓋１２と容器本体１１とを連結させる連結部分との２箇所とすることができる。したがって、従来のように、真空容器４に電磁波透過窓を設けたプラズマ処理容器と比べて単純な構造とすることができるとともに、安価に製造することができる。
In addition, according to the
さらに、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。また、電磁波放射用の方形導波管２２が電磁波伝送路用の誘電体部材３１を有しているため、電磁波伝送路３内に、真空容器４内で生成されたプラズマが侵入するのを抑制することができる。
Furthermore, according to the
以下、本発明の第３の実施形態を、図９及び図１０を参照して説明する。
本実施形態のプラズマ処理装置１では、電磁波伝送路３内のうちの真空容器４内に位置する領域、つまり、電磁波放射用の方形導波管２２内に、電磁波伝送路用の誘電体部材３１を設けている。電磁波伝送路用の誘電体部材３１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。本実施形態では、電磁波伝送路用の誘電体部材３１を、フッ素樹脂によって形成している。フッ素樹脂は合成石英よりも軽い（比重が小さい）ため、電磁波伝送路用の誘電体部材３１をフッ素樹樹脂によって形成することで、プラズマ処理装置１を軽量化することができる。
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the
ところで、本実施形態では、電磁波放射用の方形導波管２２内をフッ素樹脂で満たすようにしている。フッ素樹脂は合成石英よりも誘電率が小さいため、第２の実施形態ほどは電磁波放射用の方形導波管２２のサイズを小さくする必要はない。したがって、本実施形態では、電磁波放射用の方形導波管２２の内断面寸法と電磁波分配用の方形導波管２１の内断面寸法とを同寸法としている。
By the way, in this embodiment, the inside of the
さらに、電磁波放射用の方形導波管２２とスロット１５ａとの界面、及び、スロット１５ａと誘電体部材１６との界面における電磁波の反射を抑制するために、スロット１５ａ内に誘電体部材３４を設けている。誘電体部材３４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。本実施形態では、誘電体部材３４を、フッ素樹脂によって形成している。なお、被覆用の誘電体部材１６を合成石英で形成する場合、スロット１５ａと誘電体部材１６との界面において、若干の電磁波の反射が起こるが、スロット用の誘電体部材３４を省略した場合（スロット１５ａ内が空気で満たされている状態）と比べると、スロット用の誘電体部材３４を設けることで、スロット１５ａと誘電体部材１６との界面における反射を低減することができる。
Further, in order to suppress reflection of electromagnetic waves at the interface between the
電磁波放射用の方形導波管２２内に誘電体部材３１を設ける場合、第２の実施形態と同様に、予め、誘電体部材３１を形成しておき、電磁波放射用の方形導波管２２内に嵌め込むことで実現できる。その後、スロット１５ａに誘電体部材３４を嵌め込んだスロット板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、固定具２６で蓋１２に固定すればよい。本実施形態では、スロット板１４及び被覆用の誘電体部材１６を誘電体材料からなる固定具２６によって真空容器４の蓋１２に固定するようにしている。
When the
なお、電磁波伝送路３内の誘電体部材３１とスロット内の誘電体部材３４とが一体に組上げられるようにしてもよい。このようにすることにより、スロット１５ａに１つ１つ誘電体部材３４を詰め込むといった手間を省くことができる。また、電磁波伝送路３内の誘電体部材３１と、スロット内の誘電体部材３４と、被覆用の誘電体部材１６とが一体に組上げられるようにしてもよい。
The
また、このプラズマ処理装置１では、電磁波伝送路３内、例えば、電磁波分配用の方形導波管２１の分配管部２１ｂ内に、電磁波伝送路用の誘電体部材３１とは別体の気密容器４を気密に保持するための誘電体部材３２を設け、この誘電体部材３２によって、真空容器４の気密が保持されるように構成している。この誘電体部材３２は、例えば、合成石英、フッ素樹脂、又は、アルミナ等とすることができる。電磁波分配用の方形導波管２１の内面と気密容器４を気密に保持するための誘電体部材３２との間は、Ｏ−リング３３によって気密が保持されている。
In the
なお、本実施形態のプラズマ処理装置１を用いても、第２の実施形態で説明したような表面波プラズマを用いたプラズマ処理方法を実現することができる。他の構成は、図示しない部分を含めて上述した第２の実施形態と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。
Note that the plasma processing method using the surface wave plasma as described in the second embodiment can also be realized by using the
以上のように、このプラズマ処理装置１によれば、第１の実施形態と同様に、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路３の少なくとも一部である電磁波放射用の方形導波管２２を有しているため、構造を単純化させることができるとともに、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。
As described above, according to the
また、このプラズマ処理装置１によれば、電磁波透過窓を省略することができるとともに、真空容器４の真空を保持するためのシール箇所を、電磁波分配用の方形導波管２１と真空容器４とを連結させる連結部分と、蓋１２と容器本体１１とを連結させる連結部分との２箇所とすることができる。したがって、従来のように、真空容器４に電磁波透過窓を設けたプラズマ処理容器と比べて単純な構造とすることができるとともに、安価に製造することができる。
In addition, according to the
さらに、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。
Furthermore, according to the
また、スロット１５ａ内に誘電体部材３４を設けているため、電磁波放射用の方形導波管２２とスロット１５ａとの界面における電磁波の反射、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ことができる。
Further, since the
なお、電磁波伝送路３内の誘電体部材３１、スロット内の誘電体部材３４、被覆用の誘電体部材１６、及び、処理容器としての気密容器４を気密に保持するための誘電体部材３２を形成する誘電体材料は、合成石英、フッ素樹脂、アルミナ等に限定されるものではなく、種々の誘電体材料を用いることができる。
A
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（電磁波源）、 ３…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）、 １５ａ…スロット、 １６…被覆用の誘電体部材、 ２１…電磁波分配用の方形導波管、 ２２…電磁波放射用の方形導波管、 ２６…固定具、 ３１…誘電体部材、 ３２…誘電体部材、 ３４…誘電体部材
DESCRIPTION OF
Claims (11)
この真空容器の外に設けられ、電磁波を発生する電磁波源と、
前記真空容器の一部を構成する少なくとも１つの第１の伝送路部と、この第１の伝送路部を前記電磁波源に接続する第２の伝送路部とを有し、前記電磁波源からの前記電磁波を伝送する電磁波伝送路と、
前記真空容器の処理室内に設けられた被処理体を支持するための支持台と、
前記電磁波伝送路の第１の伝送路部と第２の伝送路部との連結部分内に、前記真空容器の気密が保持されるように設けられ、前記電磁波を透過させるための真空シール用誘電体部材とを具備し、
前記第１の伝送路部は、
真空容器の壁の内面に形成され、一端が壁の外面に開口し、この開口した部分が前記連結部分を構成する少なくとも１つの凹部と、
前記少なくとも１つの凹部を前記処理室側から覆うように設けられ、伝送された前記電磁波を第１の伝送路部から前記処理室内に放射するための複数のスロットを有するスロット板とにより構成され、
前記真空室内に位置し、前記スロットから放射された電磁波の表面波を伝播させて、前記処理室内に表面波プラズマを生成させるための被覆用誘電体部材を更に具備し、
前記表面波プラズマの発生期間において前記被覆用誘電体部材近傍に高い電子密度を形成し、前記被処理体の表面近傍に弱いシースの電界を形成することを特徴とするプラズマ処理装置。 A vacuum vessel including a processing chamber;
An electromagnetic wave source provided outside the vacuum vessel and generating an electromagnetic wave;
And having at least one first transmission path part constituting a part of the vacuum vessel and a second transmission path part connecting the first transmission path part to the electromagnetic wave source, from the electromagnetic wave source. An electromagnetic wave transmission path for transmitting the electromagnetic wave;
A support base for supporting an object to be processed provided in a processing chamber of the vacuum vessel;
A vacuum seal dielectric for allowing the electromagnetic wave to pass therethrough is provided in a connection portion between the first transmission path portion and the second transmission path portion of the electromagnetic wave transmission path so as to keep the vacuum container airtight. A body member,
The first transmission line section is
Formed on the inner surface of the wall of the vacuum vessel, one end opened to the outer surface of the wall, and the opened portion constitutes at least one concave portion constituting the connecting portion;
The slot plate is provided so as to cover the at least one recess from the processing chamber side, and includes a slot plate having a plurality of slots for radiating the transmitted electromagnetic wave from the first transmission path portion to the processing chamber,
A dielectric member for coating, which is located in the vacuum chamber and propagates a surface wave of the electromagnetic wave radiated from the slot to generate a surface wave plasma in the processing chamber;
A plasma processing apparatus, wherein a high electron density is formed in the vicinity of the covering dielectric member during the generation period of the surface wave plasma, and a weak sheath electric field is formed in the vicinity of the surface of the object to be processed.
前記方形導波管の管内誘電率をεとすると、前記方形導波管の内断面寸法の長径ａは、電磁波の波長λに対して、
（λ／ε０．５）＜２ａ
の関係にあり、
前記電磁波の角周波数をω、前記被覆用誘電体部材の誘電率を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としたときに、これらとプラズマ角周波数ωＰ
ωＰ＝（ｅ２×ｎｅ／（ε０×ｍｅ））０．５
とによって定義される波数ｋ
ｋ＝ω／ｃ（（εｄ（ωｐ ２−ω２））／（ωｐ ２−（１＋εｄ）ω２））０．５
は、前記方形導波管と直交する方向の内寸Ｌに対して、
ｋ＝ｍπ／Ｌ （ｍは、１≦ｍ≦２Ｌ／（λ／ε０．５）の整数）
の関係にあり、
前記方形導波管は、
λｓｗｐ＝π／ｋ
で導かれる定在波の波長λｓｗｐの間隔で、且つ、定在波の振幅が実質的に最大となる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。 The first transmission path portion of the electromagnetic wave transmission path is constituted by a rectangular waveguide,
When the dielectric constant in the tube of the rectangular waveguide is ε, the major axis a of the inner cross-sectional dimension of the rectangular waveguide is equal to the wavelength λ of the electromagnetic wave.
(Λ / ε 0.5 ) <2a
In relation to
The angular frequency of the electromagnetic wave is ω, the dielectric constant of the covering dielectric member is ε d , the speed of light is c, the charge amount of electrons is e, the dielectric constant of vacuum is ε 0 , the electron density is ne , and the mass of electrons is when a m e, these and plasma angular frequency ω P
ω P = (e 2 × n e / (ε 0 × m e )) 0.5
Wave number k defined by
k = ω / c ((ε d (ω p 2 −ω 2 )) / (ω p 2 − (1 + ε d ) ω 2 )) 0.5
Is the internal dimension L in the direction orthogonal to the rectangular waveguide,
k = mπ / L (m is an integer of 1 ≦ m ≦ 2L / (λ / ε 0.5 ))
In relation to
The rectangular waveguide is
λ swp = π / k
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is disposed at a position where the amplitude of the standing wave is substantially maximized at an interval of the wavelength λ swp of the standing wave guided by 1.
これら方形導波管は、互いに平行に並べて配置されているとともに、その間隔が５０ｃｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載のプラズマ処理装置。 The at least one rectangular waveguide is a plurality of rectangular waveguides, and the internal cross-sectional dimensions of these rectangular waveguides are set to sizes that allow the frequency of electromagnetic waves to be transmitted in the fundamental mode in the rectangular waveguide. And
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the rectangular waveguides are arranged in parallel to each other, and an interval between the rectangular waveguides is set to 50 cm or less.
前記複数の方形導波管は、前記共通の方形導波管のＥ面又はＨ面から分岐するように設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１に記載のプラズマ処理装置。 The at least one rectangular waveguide is a plurality of rectangular waveguides, and the second transmission line portion is formed by one common rectangular waveguide that distributes electromagnetic waves to the plurality of rectangular waveguides. The slot plate is coupled to the plurality of rectangular waveguides such that the propagation direction of the electromagnetic waves transmitted by the plurality of rectangular waveguides is bent at right angles;
5. The plasma processing according to claim 1, wherein the plurality of rectangular waveguides are provided so as to branch from an E plane or an H plane of the common rectangular waveguide. 6. apparatus.
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP2004081308A JP4469199B2 (en) | 2004-03-19 | 2004-03-19 | Plasma processing equipment |
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