JPH10298786A - Surface treating device - Google Patents
Surface treating deviceInfo
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- JPH10298786A JPH10298786A JP9329539A JP32953997A JPH10298786A JP H10298786 A JPH10298786 A JP H10298786A JP 9329539 A JP9329539 A JP 9329539A JP 32953997 A JP32953997 A JP 32953997A JP H10298786 A JPH10298786 A JP H10298786A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本願の発明は、プラズマを用いて
対象物の表面に所定の処理を施す表面処理装置に関し、
例えば、ドライエッチング、CVD、スパッタ等の半導
体素子を製作する際に用いられる表面処理装置に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus for performing a predetermined treatment on the surface of an object using plasma.
For example, the present invention relates to a surface treatment apparatus used when manufacturing a semiconductor element such as dry etching, CVD, and sputtering.
【0002】[0002]
【従来の技術】プラズマを用いて対象物の表面に所定の
処理を施すことは、LSI(大規模集積回路)等の半導
体素子やLCD(液晶ディスプレイ)等の表示装置を製
作する際に頻繁に使用されている。対象物の温度を低く
保ったまま化学的に活性なラジカル等を用いて効率的に
表面反応を進行させる手段として非平衡プラズマいわゆ
る低温プラズマが広く利用されている。このような低温
プラズマを生成する方式として、高周波によりプラズマ
を生成する方式が従来より採用されている。2. Description of the Related Art Performing a predetermined process on the surface of an object using plasma is frequently used for manufacturing a semiconductor device such as an LSI (large-scale integrated circuit) or a display device such as an LCD (liquid crystal display). It is used. Non-equilibrium plasma, so-called low-temperature plasma, is widely used as a means for efficiently proceeding a surface reaction using chemically active radicals or the like while keeping the temperature of an object low. As a method of generating such low-temperature plasma, a method of generating plasma by using a high frequency has conventionally been adopted.
【0003】高周波を用いてプラズマを生成する表面処
理装置の一つとして、マイクロ波を利用するものが従来
より研究され開発されている。この場合、電子にエネル
ギーを供給する方法として、電子が磁場の作用によりサ
イクロトロン運動をするときの周波数をマイクロ波の周
波数と合致させて共鳴状態にする方法と、マイクロ波を
空胴共振器に導入してその振幅を大きくする方法とがあ
る。以下、本願発明に関係する後者の装置に関し、従来
技術につき述べる。[0003] As one of the surface treatment apparatuses for generating plasma using high frequency, those using microwaves have been studied and developed. In this case, as a method of supplying energy to the electrons, a method in which the frequency at which the electrons perform cyclotron motion by the action of a magnetic field matches the frequency of the microwaves to bring them into a resonance state, and a method of introducing the microwaves into the cavity resonator To increase the amplitude. Hereinafter, the prior art will be described with respect to the latter device related to the present invention.
【0004】空胴共振器を使用する表面処理装置の従来
例としては、まず、特開昭56−96841号公報に示
されたものがある。図8は、この特開昭56−9684
1号公報に示す従来の表面処理装置の構造を示す図であ
る。この公報に示す表面処理装置では、マイクロ波発生
器1が発生させたマイクロ波が空胴共振器2に導入され
て共振し、これによって生成されたプラズマによって、
処理容器3内の基板載置台31に載置された基板30に
所定の表面処理が行われるようになっている。尚、処理
容器3にはガス供給口32及び排気口33が設けられお
り、処理容器3内に所定の圧力のガスが導入され、この
ガスによって上記プラズマを生成して所定の処理を行う
ようになっている。A conventional surface treatment apparatus using a cavity resonator is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-96841. FIG. 8 shows this Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-9684.
FIG. 1 is a view showing the structure of a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 1-No. In the surface treatment apparatus disclosed in this publication, the microwave generated by the microwave generator 1 is introduced into the cavity resonator 2 to resonate, and the plasma generated thereby causes
A predetermined surface treatment is performed on the substrate 30 mounted on the substrate mounting table 31 in the processing container 3. The processing container 3 is provided with a gas supply port 32 and an exhaust port 33. A gas having a predetermined pressure is introduced into the processing container 3, and the gas is used to generate the plasma to perform a predetermined process. Has become.
【0005】しかしながら、この図8に示す従来の表面
処理装置では、空胴共振器2の内部でプラズマが発生す
るため、プラズマの有無により空胴共振器2の共振条件
が変化してしまい、プラズマが不安定であるという欠点
があった。この欠点を解決するため次に登場したのが、
特開平8−246146号公報あるいは特公平8−31
444号公報に示されたものである。図9は、一例とし
て特公平8−31444公報に示された従来の表面処理
装置の構造を示す図である。However, in the conventional surface treatment apparatus shown in FIG. 8, since the plasma is generated inside the cavity 2, the resonance condition of the cavity 2 changes depending on the presence or absence of the plasma. Has the disadvantage of being unstable. The next issue to solve this shortcoming was
JP-A-8-246146 or JP-B-8-31
No. 444. FIG. 9 is a view showing the structure of a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-31444 as an example.
【0006】この図9に示す表面処理装置では、空胴共
振器2と処理容器3との間に誘電体板41が設けられて
両者を区画している。処理容器3の上端開口の縁には、
図9に示すような容器フランジ34が設けられており、
ガス供給口32はこの容器フランジ34に形成されてい
る。そして、空胴共振器2の下端開口の縁はこの容器フ
ランジ34に接合されている。尚、両者の接合部分には
Oリングのようなシール部材9が設けられていて真空シ
ールを行っている。In the surface treatment apparatus shown in FIG. 9, a dielectric plate 41 is provided between the cavity resonator 2 and the processing container 3 to partition them. At the edge of the upper end opening of the processing container 3,
A container flange 34 as shown in FIG. 9 is provided,
The gas supply port 32 is formed in the container flange 34. The edge of the lower end opening of the cavity resonator 2 is joined to the container flange 34. In addition, a sealing member 9 such as an O-ring is provided at a joint portion between the two to perform vacuum sealing.
【0007】また、誘電体板41は、金属製フランジ4
2で周囲が保持されており、金属製フランジ42と誘電
体板41はろう付けされて気密に接合されている。容器
フランジ34と金属製フランジ42との間にはすき間が
周状に形成されている。このすき間は、ガス供給口32
から供給されるガスのガス溜めとして形成されている。
即ち、ガス供給口32から供給されるガスは上記すき間
に入って周状に拡散するようになっている。The dielectric plate 41 is formed of a metal flange 4.
2, the metal flange 42 and the dielectric plate 41 are brazed and hermetically joined. A gap is formed circumferentially between the container flange 34 and the metal flange 42. This gap is the gas supply port 32
It is formed as a gas reservoir for the gas supplied from.
That is, the gas supplied from the gas supply port 32 enters the gap and diffuses circumferentially.
【0008】そして、誘電体板41の下側には、ガス拡
散板50が設けられいる。ガス拡散板50は内部が中空
であり、処理容器3内の空間を臨むようにして不図示の
ガス吹き出し孔を多数均等に設けた構成である。上記す
き間を周状に拡散するガスは、このガス拡散板50内を
経由して処理容器3内に吹き出すようになっている。[0008] A gas diffusion plate 50 is provided below the dielectric plate 41. The inside of the gas diffusion plate 50 is hollow, and has a configuration in which a number of gas blowing holes (not shown) are uniformly provided so as to face the space in the processing container 3. The gas diffused circumferentially in the gap is blown into the processing vessel 3 through the gas diffusion plate 50.
【0009】また、誘電体板41の処理容器3側の表面
には、所定のパターンで形成した金属メッキ膜21が形
成されている。金属メッキ膜21は、空胴共振器2の一
部を成すものであり、空胴共振器2内で共振するマイク
ロ波は金属メッキ膜21を通して処理容器3内に放射さ
れ、処理容器3内のガスをプラズマ化させるようになっ
ている。尚、金属メッキ膜21は、マイクロ波の波長の
半分以上の長さのスリットを有する形状である。また、
マイクロ波は、2.45GHzのものが使用されてい
る。A metal plating film 21 formed in a predetermined pattern is formed on the surface of the dielectric plate 41 on the processing container 3 side. The metal plating film 21 forms a part of the cavity 2, and microwaves resonating in the cavity 2 are radiated into the processing container 3 through the metal plating film 21, and The gas is turned into plasma. The metal plating film 21 has a shape having a slit having a length of at least half the wavelength of the microwave. Also,
The microwave of 2.45 GHz is used.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】最近の表面処理装置へ
の要求の一つに、処理領域の大面積化が挙げられる。こ
の要請は、例えば半導体素子の製作の場合には、大きな
ウェーハを使用して一枚のウェーハから産出される素子
の数を多くすることで生産性を向上させる必要性等から
生じる。また、LCD等の表示装置の場合には、大きな
表示画面を得る関係から大型の基板を使用することにな
り、処理領域の大きな表面処理装置が必要になってい
る。One of the recent demands for a surface treatment apparatus is to increase the area of a treatment area. This requirement arises, for example, from the need to improve the productivity by increasing the number of devices produced from one wafer using a large wafer in the case of manufacturing semiconductor devices. In the case of a display device such as an LCD, a large substrate is used in order to obtain a large display screen, and a surface treatment device having a large processing area is required.
【0011】ここで、上述のようなマイクロ波を使用し
てプラズマを生成する表面処理装置においては、処理領
域を大きくしようとした場合、マイクロ波の周波数を従
来の2.45GHzより低くした方が好ましいと考えら
れる。これは、以下のような理由に基づく。Here, in the above-described surface treatment apparatus for generating plasma using microwaves, if the treatment area is to be increased, the frequency of the microwaves should be lower than the conventional 2.45 GHz. It is considered preferable. This is based on the following reasons.
【0012】即ち、上記空胴共振器の大きさは処理領域
の大きさに合うように決定されるから、処理領域が大き
くなるに従って空胴共振器の大きさも大きくなる。この
場合、高い周波数のマイクロ波では、空胴共振器の大き
さに対してマイクロ波の波長が相対的に短くなり、空胴
共振器内には1波長や1.5波長以上の複数の山が形成
された状態でマイクロ波が共振することになる。このよ
うに複数の山が形成されて共振するマイクロ波を用いて
プラズマを生成すると、プラズマ密度が不均一になり易
く、処理の均一化の点で問題がある。従って、処理領域
が大きくなるに従い、より低い周波数のマイクロ波を用
いた方が良いのである。That is, since the size of the cavity is determined to match the size of the processing area, the size of the cavity increases as the processing area increases. In this case, in the case of a high-frequency microwave, the wavelength of the microwave becomes relatively shorter than the size of the cavity, and a plurality of peaks having one wavelength or 1.5 wavelength or more are contained in the cavity. The microwaves resonate in a state where is formed. When a plasma is generated using a microwave that has a plurality of peaks and resonates in this manner, the plasma density tends to be non-uniform, and there is a problem in terms of uniform processing. Therefore, it is better to use a lower frequency microwave as the processing area becomes larger.
【0013】このようなことから、本願の発明者は、上
述した従来の2.45GHzのマイクロ波よりも短い低
UHF帯(300MHz〜1GHz)の方が有利である
と考え、このような帯域のマイクロ波を使用する装置を
試作した。図10は、低UHF帯のマイクロ波を使用す
るものとして発明者が試作した表面処理装置の構造を示
す正面図である。From the above, the inventor of the present application considers that a low UHF band (300 MHz to 1 GHz) shorter than the above-described conventional microwave of 2.45 GHz is more advantageous, and that such a band is used. A prototype device using microwave was made. FIG. 10 is a front view showing the structure of a surface treatment apparatus prototyped by the inventor using microwaves in the low UHF band.
【0014】図10に示す表面処理装置は、低UHF帯
のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器1と、マイ
クロ波発生器1が発生させたマイクロ波が同軸線路11
を介して結合される空胴共振器2と、誘電体板41を介
在させて空胴共振器2に接続された処理容器3と、処理
容器3内に設けられた基板載置台31と、処理容器3に
設けられたガス供給口32から処理容器3内に所定のガ
スを供給するガス供給系5と、処理容器3に設けられた
排気口33から処理容器3内を排気する排気系6とから
主に構成されている。The surface treatment apparatus shown in FIG. 10 has a microwave generator 1 for generating a microwave in the low UHF band and a microwave generated by the microwave
, A processing vessel 3 connected to the cavity 2 with a dielectric plate 41 interposed therebetween, a substrate mounting table 31 provided in the processing vessel 3, A gas supply system 5 that supplies a predetermined gas into the processing container 3 from a gas supply port 32 provided in the container 3, an exhaust system 6 that exhausts the inside of the processing container 3 from an exhaust port 33 provided in the processing container 3, It is mainly composed of
【0015】空胴共振器2は、具体的にはTM010 モー
ドで動作する円筒形の共振器である。円筒の軸は、紙面
上の上下方向である。TM010 モードは電磁界の分布が
完全に軸対称になるので、中心軸に対して垂直な面内に
ほぼ均一なプラズマを生成することができ、この面に平
行に基板30を載置することで基板30の表面に均一な
処理を行うことができる。The cavity resonator 2 is specifically a cylindrical resonator operating in the TM010 mode. The axis of the cylinder is the vertical direction on the paper. Since the distribution of the electromagnetic field is completely axisymmetric in the TM010 mode, a substantially uniform plasma can be generated in a plane perpendicular to the central axis, and the substrate 30 is placed parallel to this plane. Thus, the surface of the substrate 30 can be uniformly processed.
【0016】図10に示す装置では、空胴共振器2から
処理容器3にマイクロ波を放射させる構成が図9に示す
装置と異っている。即ち、誘電体板41の空胴共振器2
側には、空胴共振器2の壁部を構成する放射板22が設
けられている。放射板22は金属製の板であり、図11
に示すように、軸対称状に複数の円形の穴23を設けた
形状になっている。空胴共振器2内で共振するマイクロ
波は、この円形の穴(以下、放射穴)23を通過すると
ともに誘電体板41を透過して処理容器3内に放射さ
れ、処理容器3内のガスをプラズマ化させるようになっ
ている。The apparatus shown in FIG. 10 differs from the apparatus shown in FIG. 9 in that the microwave is radiated from the cavity resonator 2 to the processing vessel 3. That is, the cavity resonator 2 of the dielectric plate 41
On the side, a radiation plate 22 constituting the wall of the cavity resonator 2 is provided. The radiating plate 22 is a metal plate.
As shown in FIG. 5, the shape is such that a plurality of circular holes 23 are provided in an axially symmetric manner. The microwave resonating in the cavity resonator 2 passes through the circular hole (hereinafter referred to as a radiation hole) 23 and passes through the dielectric plate 41 and is radiated into the processing vessel 3, and the gas in the processing vessel 3 is emitted. Is turned into plasma.
【0017】さて、図9に示す従来の表面処理装置や図
10に示す試作した表面処理装置では、発明者の検討の
結果、以下のような問題があることが判明した。即ち、
上述したように、対象物として大面積の基板30を処理
する場合、それに応じて空胴共振器2の大きさも大きく
なってくる。この場合、図9や図10に示す装置では、
空胴共振器2の大型化は、空胴共振器2と処理容器3と
を隔絶する誘電体板41の大型化につながる。例えば、
基板の直径が300mm程度まで大きくなってくると、
処理容器3も内径400mm程度の円筒状にする必要が
ある。この場合、誘電体板41も直径400mm程度の
円板状となる。The inventors of the present invention have found that the conventional surface treatment apparatus shown in FIG. 9 and the prototype surface treatment apparatus shown in FIG. 10 have the following problems. That is,
As described above, when processing a large-area substrate 30 as an object, the size of the cavity resonator 2 increases accordingly. In this case, in the device shown in FIGS. 9 and 10,
Increasing the size of the cavity resonator 2 leads to increasing the size of the dielectric plate 41 that separates the cavity 2 from the processing chamber 3. For example,
When the diameter of the substrate increases to about 300 mm,
The processing container 3 also needs to be cylindrical with an inner diameter of about 400 mm. In this case, the dielectric plate 41 also has a disk shape with a diameter of about 400 mm.
【0018】ここで、処理容器3内は排気系6によって
排気されて真空となり、空胴共振器2内は大気圧のまま
であるので、誘電体板41にはこの気圧差による力が加
わることになる。この場合、直径400mm程度の大き
さになると、この気圧差に耐えるため、厚さ30mm程
度の誘電体板41を使用する必要がある。しかし、この
ように厚い誘電体板41を使用すると、空胴共振器2か
ら放射されるマイクロ波が誘電体板41を透過する際に
減衰される割合が増え、プラズマ生成効率(投入するマ
イクロ波電力に対して生成されるプラズマ密度の割合)
が低下してしまうという問題がある。Here, since the inside of the processing vessel 3 is evacuated by the exhaust system 6 to be in a vacuum and the inside of the cavity resonator 2 remains at the atmospheric pressure, a force due to this pressure difference is applied to the dielectric plate 41. become. In this case, when the diameter becomes about 400 mm, it is necessary to use a dielectric plate 41 having a thickness of about 30 mm to withstand the pressure difference. However, when such a thick dielectric plate 41 is used, the rate at which microwaves radiated from the cavity resonator 2 are attenuated when passing through the dielectric plate 41 increases, and the plasma generation efficiency (input microwave frequency) increases. Ratio of plasma density generated to electric power)
Is reduced.
【0019】また、誘電体板41が大きくなった場合、
誘電体板41と金属フランジ42とのろう付け部分の耐
熱性の問題も顕在化する。即ち、誘電体板41と金属フ
ランジ42とのろう付け部分はろう付けの際に1000
℃程度まで加熱される。また、処理容器3内にプラズマ
が生成される際、プラズマからの熱によっても加熱され
る。この場合、誘電体板41と金属フランジ42では熱
膨張率が違うから、誘電体板41が大きくなると、ろう
付け部分の面積も大きくなり、両者の熱膨張量の差が大
きくなってくる。この結果、ろう付け部分が剥がれたり
隙間ができたりして真空シールが損なわれる問題があ
る。これを防止するためには、ろう材の量を多くして入
念にろう付けする必要があるが、あまりろう材を多くす
ると、誘電体板41への熱応力が大きくなって誘電体4
にクラックが発生したりする恐れがある等、ろう付け作
業の困難性が増加する。When the dielectric plate 41 becomes large,
The problem of the heat resistance of the brazed portion between the dielectric plate 41 and the metal flange 42 also becomes apparent. That is, the brazing portion between the dielectric plate 41 and the metal flange 42 is 1000
Heated to about ° C. Further, when plasma is generated in the processing chamber 3, the plasma is also heated by heat from the plasma. In this case, since the coefficient of thermal expansion is different between the dielectric plate 41 and the metal flange 42, the area of the brazed portion increases as the size of the dielectric plate 41 increases, and the difference in the amount of thermal expansion between the two increases. As a result, there is a problem that the brazed portion is peeled off or a gap is formed, and the vacuum seal is damaged. To prevent this, it is necessary to increase the amount of brazing material and braze it carefully, but if too much brazing material is used, the thermal stress on the dielectric plate 41 increases and the dielectric material 4
Cracking may occur, and the difficulty of brazing work increases.
【0020】本願の発明は、このような課題を解決する
ためになされたものであり、低UHF帯のマイクロ波を
使用することで大きな領域に均一なプラズマを生成して
大面積の対象物に均一な表面処理を行うことができる実
用的な装置を提供することを目的としている。The invention of the present application has been made to solve such a problem, and a uniform plasma is generated in a large area by using a microwave in a low UHF band, so that an object having a large area can be formed. It is an object of the present invention to provide a practical device capable of performing a uniform surface treatment.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願の請求項1記載の発明は、300MHzから1
GHzの低UHF帯のマイクロ波を発生させるマイクロ
波発生器と、このマイクロ波発生器が発生させたマイク
ロ波が結合されてTM010 モードで共振する空胴共振器
と、空胴共振器に接続された気密な処理容器と、処理容
器内に所定のガスを供給するガス供給系と、処理容器内
を排気する排気系とを備え、空胴共振器から放射された
マイクロ波によって処理容器内のガスをプラズマ化し、
処理容器内に配置した対象物に対してこのプラズマによ
って所定の処理を行う表面処理装置において、前記空胴
共振器の一部は、前記処理容器を接続した部分に配設さ
れた放射板によって構成されているとともに、この放射
板は、空胴共振器の軸に対して対称に設けられた円形の
放射穴を複数有してこの穴から処理容器に向けてマイク
ロ波が放射される構成であり、さらに、前記複数の放射
穴の各々には、当該放射穴を気密に塞ぐ誘電体製の蓋板
が設けられているという構成を有する。また、上記課題
を解決するため、請求項2記載の発明は、上記請求項1
の構成において、空胴共振器がリエントラント形である
という構成を有する。また、上記課題を解決するため、
請求項3記載の発明は、上記請求項1又は2の構成にお
いて、空胴共振器の中心軸から複数の放射穴の中心点ま
での距離は、空胴共振器の半径の70±10%の範囲内
になっているという構成を有する。また、上記課題を解
決するため、請求項4記載の発明は、上記請求項1、2
又は3の構成において、複数の放射穴の各々について、
当該放射穴の一部を塞いで空胴共振器と処理容器とのマ
イクロ波の結合度を調節する金属製の調節板が設けられ
ているという構成を有する。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 of the present application is to increase the frequency from 300 MHz to 1 MHz.
A microwave generator for generating microwaves in the low UHF band of GHz, a cavity resonator in which the microwaves generated by the microwave generator are coupled to resonate in the TM010 mode, and connected to the cavity resonator A hermetically sealed processing container, a gas supply system for supplying a predetermined gas into the processing container, and an exhaust system for exhausting the inside of the processing container, and the microwave inside the processing container is radiated from the cavity resonator. Gas into plasma,
In a surface treatment apparatus that performs a predetermined treatment by plasma on an object placed in a treatment container, a part of the cavity resonator is configured by a radiation plate disposed at a portion where the treatment container is connected. The radiation plate has a plurality of circular radiation holes provided symmetrically with respect to the axis of the cavity resonator, and microwaves are radiated from the holes toward the processing container. Further, each of the plurality of radiation holes has a configuration in which a dielectric cover plate for hermetically closing the radiation holes is provided. Further, in order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 2 is based on claim 1.
Has a configuration in which the cavity resonator is of a reentrant type. Also, in order to solve the above problems,
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first or second aspect, the distance from the central axis of the cavity to the center point of the plurality of radiation holes is 70 ± 10% of the radius of the cavity. It has a configuration that is within the range. Further, in order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is based on claims 1 and 2
Or in the configuration of 3, for each of the plurality of radiation holes,
A configuration is provided in which a metal adjustment plate is provided to close a part of the radiation hole and adjust the degree of microwave coupling between the cavity resonator and the processing container.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、本願の発明の実施の形態に
ついて説明する。図1は本願発明の実施形態に係る表面
処理装置の構造を示す正面図、図2は図1に示す装置の
放射板の構成を説明する平面図である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a front view showing the structure of the surface treatment apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view illustrating the configuration of a radiation plate of the apparatus shown in FIG.
【0023】図1に示す表面処理装置は、図9に示す装
置と同様、低UHF帯のマイクロ波を発生させるマイク
ロ波発生器1と、マイクロ波発生器1が発生させたマイ
クロ波が同軸線路11を介して結合される空胴共振器2
と、空胴共振器2に接続された気密な処理容器3と、処
理容器3内に設けられた基板載置台31と、処理容器3
に設けられたガス供給口32から処理容器3内に所定の
ガスを供給するガス供給系5と、処理容器3に設けられ
た排気口33から処理容器3内を排気する排気系6とか
ら主に構成されている。The surface treatment apparatus shown in FIG. 1 is, like the apparatus shown in FIG. 9, a microwave generator 1 for generating a microwave in the low UHF band, and a microwave generated by the microwave generator 1 being a coaxial line. Cavity resonator 2 coupled via
An airtight processing container 3 connected to the cavity resonator 2, a substrate mounting table 31 provided in the processing container 3,
A gas supply system 5 for supplying a predetermined gas into the processing vessel 3 from a gas supply port 32 provided in the processing vessel 3, and an exhaust system 6 for exhausting the inside of the processing vessel 3 from an exhaust port 33 provided in the processing vessel 3. Is configured.
【0024】マイクロ波発生器1としては、マグネトロ
ンが多く採用され、周波数は低UHF帯例えば500M
Hzである。また、出力は2kW程度とされる。同軸線
路11は、マイクロ波を伝送する二線回路であり、内導
体とこれを取り囲む同軸状の外導体とから形成されたも
のである。内導体と外導体との間には必要に応じて誘電
体が充填される。尚、空胴共振器2への接続部分には結
合用ループ12が設けられており、マイクロ波は結合用
ループ12を介して空胴共振器2に結合される。As the microwave generator 1, a magnetron is often used, and the frequency is in a low UHF band, for example, 500M.
Hz. The output is about 2 kW. The coaxial line 11 is a two-wire circuit for transmitting microwaves, and is formed from an inner conductor and a coaxial outer conductor surrounding the inner conductor. A dielectric is filled between the inner conductor and the outer conductor as necessary. Note that a coupling loop 12 is provided at a portion connected to the cavity resonator 2, and the microwave is coupled to the cavity resonator 2 via the coupling loop 12.
【0025】空胴共振器2は、アルミニウム又はステン
レス等の金属で形成された円筒状の容器である。この空
胴共振器2は、マイクロ波発生器1が発生させるマイク
ロ波が最低次のTM010 モードで共振するよう構成され
た円筒形共振器である。このモードの共振周波数は、a
を空胴半径として、次式で計算される。 λ0 =2.61a=c/f0 この式から、a=200mmのとき、f0 =575MH
zとなる。尚、cは真空中の光速度、λ0 はマイクロ波
の波長である。The cavity resonator 2 is a cylindrical container formed of a metal such as aluminum or stainless steel. The cavity resonator 2 is a cylindrical resonator configured so that the microwave generated by the microwave generator 1 resonates in the lowest order TM010 mode. The resonance frequency of this mode is a
Is calculated by the following formula, where is the cavity radius. λ 0 = 2.61a = c / f 0 From this equation, when a = 200 mm, f 0 = 575 MH
z. Here, c is the speed of light in vacuum, and λ 0 is the wavelength of the microwave.
【0026】図3は、TM010 モードの共振について説
明する図である。図3中の(A)は空胴共振器2の軸方
向の断面図、(B)は軸に垂直な方向での断面図であ
る。図3中、Eは電界、Hは磁界、iは電流を表してい
る。この図3に示すように、TM010 モードでは、電磁
界の分布は軸対称であり、軸対称性の良い均一なプラズ
マが形成される。FIG. 3 is a diagram for explaining TM010 mode resonance. 3A is a cross-sectional view in the axial direction of the cavity resonator 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axis. In FIG. 3, E represents an electric field, H represents a magnetic field, and i represents a current. As shown in FIG. 3, in the TM010 mode, the distribution of the electromagnetic field is axially symmetric, and uniform plasma with good axial symmetry is formed.
【0027】また、図3(A)に示すように、TM010
モードでは、電界の向きが軸方向であり、(B)に示す
ように磁界の向きが周方向になる。高周波電流は、ある
瞬間において、空胴共振器の下板部分で中心から周辺に
向かって放射状に流れた後、側板部分を上方に向かって
流れ、その後上板部分を周辺から中心に向かって流れ
る。As shown in FIG. 3A, TM 010
In the mode, the direction of the electric field is the axial direction, and the direction of the magnetic field is the circumferential direction as shown in FIG. At a certain moment, the high-frequency current flows radially from the center to the periphery in the lower plate portion of the cavity resonator, then flows upward in the side plate portion, and then flows in the upper plate portion from the periphery to the center. .
【0028】上述のような空胴共振器2の処理容器3側
の部分には、放射板22が設けられている。この放射板
22は、図10に示す装置と同様に、円形の放射穴23
を軸対称的に複数有している。具体的は、図2に示すよ
うに、中心軸と同心円周上に六個の放射穴23を有して
いる。但し、六個に限られる必要はなく、4、8、10
又は12…個等でもよい。各放射穴23は、空胴共振器
2内で共振するマイクロ波を処理容器3に放射させるも
のである。各放射穴23の直径は、最大でも空胴共振器
2の半径以下であるから、1/4波長以下である。A radiation plate 22 is provided at a portion of the cavity resonator 2 on the processing container 3 side as described above. This radiating plate 22 has a circular radiating hole 23 as in the device shown in FIG.
Are axially symmetrically provided. Specifically, as shown in FIG. 2, six radiation holes 23 are provided on the circumference concentric with the central axis. However, it is not necessary to be limited to six pieces.
Or 12 pieces may be used. Each radiation hole 23 radiates a microwave resonating in the cavity resonator 2 to the processing container 3. Since the diameter of each radiation hole 23 is at most the radius of the cavity 2 or less, it is at most 1/4 wavelength.
【0029】また、放射穴23の形成位置は、マイクロ
波の生成効率の点から重要である。TM010 モードで動
作する円筒形空胴共振器2の場合、周方向磁界は中心軸
から空胴半径の約7割のところで最大である。従って、
放射穴23は、その中心点が空胴共振器2の中心軸から
空胴共振器2の半径の70±10%の範囲内になってい
ることが、プラズマ生成効率の点から好ましい。The formation position of the radiation hole 23 is important from the viewpoint of microwave generation efficiency. In the case of the cylindrical cavity resonator 2 operating in the TM010 mode, the circumferential magnetic field is maximum at about 70% of the cavity radius from the central axis. Therefore,
It is preferable that the center point of the radiation hole 23 is within a range of 70 ± 10% of the radius of the cavity resonator 2 from the central axis of the cavity resonator 2 in terms of plasma generation efficiency.
【0030】上記放射穴23には、当該放射穴23を気
密に塞ぐ誘電体製の蓋板43が設けられている。蓋板4
3の構成について、図4を使用して説明する。図4は、
図1の装置に装着された蓋板43の構成を説明する正面
断面図である。図2から分かるように、蓋板43は円形
の板であり、材質としては石英ガラス又はアルミナ等で
形成される。この蓋板43は、放射穴23の径よりも少
し小さい径のものであり、図4に示すような装着フラン
ジ44によって放射板22に装着されている。装着フラ
ンジ44は、アルミニウム又はステンレス等の金属製で
あり、蓋板43の側端面にろう付けされている。装着フ
ランジ44の上端部分は外側に向けて折れ曲がった鍔状
の形状になっている。The radiation hole 23 is provided with a dielectric cover plate 43 for hermetically closing the radiation hole 23. Cover plate 4
The configuration of No. 3 will be described with reference to FIG. FIG.
FIG. 2 is a front sectional view illustrating a configuration of a lid plate 43 mounted on the apparatus of FIG. 1. As can be seen from FIG. 2, the cover plate 43 is a circular plate, and is made of quartz glass, alumina, or the like. The cover plate 43 has a diameter slightly smaller than the diameter of the radiation hole 23 and is mounted on the radiation plate 22 by a mounting flange 44 as shown in FIG. The mounting flange 44 is made of metal such as aluminum or stainless steel, and is brazed to a side end surface of the cover plate 43. The upper end portion of the mounting flange 44 has a flange-like shape bent outward.
【0031】一方、放射穴23の縁には、図4に示すよ
うに段差が設けられており、装着フランジ44の鍔状の
部分がこの段差の上に載っている。そして、鍔状の部分
が放射板22に対して気圧差による力で押さえ付けられ
ることで、装着フランジ44を介して蓋板43が放射板
22に保持されている。尚、装着フランジ44の鍔状の
部分と放射板22との間にはOリングのようなシール部
材9が設けられいる。このシール部材9によって、放射
穴23の部分の真空シールが達成されている。On the other hand, a step is provided at the edge of the radiation hole 23 as shown in FIG. 4, and a flange-shaped portion of the mounting flange 44 is placed on the step. Then, the lid plate 43 is held by the radiating plate 22 via the mounting flange 44 by pressing the flange-shaped portion against the radiating plate 22 with a force due to a pressure difference. Note that a seal member 9 such as an O-ring is provided between the flange-shaped portion of the mounting flange 44 and the radiation plate 22. The seal member 9 achieves vacuum sealing of the radiation hole 23.
【0032】次に、図1に戻り、本実施形態の装置のそ
の他の構成について説明する。処理容器3には、図9に
示す装置と同様に、ガス供給口32及び排気口33が設
けられている。処理容器3の上端開口の縁には容器フラ
ンジ34が設けられており、ガス供給口32はこの容器
フランジ34に形成されている。Next, returning to FIG. 1, another configuration of the apparatus of this embodiment will be described. The processing container 3 is provided with a gas supply port 32 and an exhaust port 33 as in the apparatus shown in FIG. A container flange 34 is provided at the edge of the upper opening of the processing container 3, and the gas supply port 32 is formed in the container flange 34.
【0033】図1に示すように、容器フランジ34と放
射板22の端面の間にはすき間が形成されている。この
すき間は、ガス供給口32から供給されるガスのガス溜
めとして形成され、ガス供給口32から供給されるガス
は上記すき間に入って周状に拡散するようになってい
る。また、空胴共振器2の側面にはフランジ部24が形
成されており、このフランジ部24が容器フランジ34
に気密に接続されている。即ち、フランジ部24と容器
フランジ34との間にはOリングのようなシール部材9
が設けられて真空シールを達成している。As shown in FIG. 1, a gap is formed between the container flange 34 and the end face of the radiation plate 22. The gap is formed as a gas reservoir for the gas supplied from the gas supply port 32, and the gas supplied from the gas supply port 32 enters the gap and diffuses circumferentially. Further, a flange portion 24 is formed on the side surface of the cavity resonator 2, and the flange portion 24 is
Connected to the airtight. That is, a sealing member 9 such as an O-ring is provided between the flange portion 24 and the container flange 34.
Are provided to achieve a vacuum seal.
【0034】ガス供給系5は、不図示のガスボンペとガ
ス供給口32とをつなぐ配管51と、配管に設けられた
バルブ52や不図示の流量調整器等によって構成されて
いる。また、排気口33は処理容器3の底面部分に設け
られている。排気口33から処理容器3内を排気する排
気系6は、ターボモレキュラーポンプ等の真空ポンプを
備えた排気システムによって構成され、処理容器3内を
1〜10-3Torr程度の圧力に排気できるようになっ
ている。The gas supply system 5 includes a pipe 51 for connecting a gas bottle (not shown) and the gas supply port 32, a valve 52 provided on the pipe, a flow controller (not shown), and the like. The exhaust port 33 is provided on the bottom surface of the processing container 3. The exhaust system 6 that exhausts the inside of the processing container 3 from the exhaust port 33 is configured by an exhaust system provided with a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can exhaust the inside of the processing container 3 to a pressure of about 1 to 10 −3 Torr. It has become.
【0035】このような処理容器3は、空胴共振器2と
ほぼ同じ内径の円筒状の容器であり、アルミニウム又は
ステンレス等の金属で形成されている。処理容器3内の
ほぼ中央には、処理対象物である基板30を載置する基
板載置台31が設けられている。基板載置台31は、ス
テンレス等の金属製であり、支柱311によって支えら
れている。支柱311は処理容器3の底面を気密に貫通
している。The processing vessel 3 is a cylindrical vessel having substantially the same inner diameter as the cavity resonator 2, and is made of metal such as aluminum or stainless steel. A substrate mounting table 31 on which a substrate 30 to be processed is mounted is provided substantially at the center of the processing container 3. The substrate mounting table 31 is made of metal such as stainless steel, and is supported by a support 311. The column 311 penetrates the bottom surface of the processing container 3 in an airtight manner.
【0036】この基板載置台31は、基板30に所定の
バイアス電位を印加する電極の役割も兼ねている。即
ち、基板載置台31は、処理容器3外に設けられた高周
波電源7に接続されており、高周波電源7が与える高周
波電圧とプラズマとの相互作用によって、基板載置台3
1上の基板30にプラズマに対して負のバイアス電位が
与えられる。尚、基板載置台31及び支柱311を覆う
ようにして絶縁体312が設けられており、接地される
処理容器3から絶縁している。The substrate mounting table 31 also functions as an electrode for applying a predetermined bias potential to the substrate 30. That is, the substrate mounting table 31 is connected to a high frequency power supply 7 provided outside the processing chamber 3, and the substrate mounting table 31 is interacted with the high frequency voltage supplied by the high frequency power supply 7 and the plasma.
A negative bias potential is applied to the substrate 30 above the plasma. Note that an insulator 312 is provided so as to cover the substrate mounting table 31 and the columns 311, and is insulated from the processing container 3 that is grounded.
【0037】次に、図1の装置の動作を説明する。基板
30は、処理容器3に設けられた不図示のゲートバルブ
を通して処理容器3内に搬入され、基板載置台31上に
載置される。尚、基板載置台31内には必要に応じて静
電吸着機構が設けられ、基板30を静電吸着する。ガス
導入系5によって所定量のガスをガス供給口32を通し
て処理容器3内に供給しながら、排気系6によって処理
容器3内を排気し、処理容器3内を所定の圧力に保つ。
この状態で、マイクロ波発生器1が動作し、低UHF帯
のマイクロ波を発生させる。マイクロ波は同軸線路11
によって伝送されて空胴共振器2に結合される。Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. The substrate 30 is carried into the processing container 3 through a gate valve (not shown) provided in the processing container 3, and is mounted on the substrate mounting table 31. Note that an electrostatic chucking mechanism is provided in the substrate mounting table 31 as needed, and electrostatically sucks the substrate 30. While supplying a predetermined amount of gas into the processing vessel 3 through the gas supply port 32 by the gas introduction system 5, the inside of the processing vessel 3 is exhausted by the exhaust system 6, and the inside of the processing vessel 3 is maintained at a predetermined pressure.
In this state, the microwave generator 1 operates to generate a microwave in the low UHF band. Microwave is coaxial line 11
And is coupled to the cavity resonator 2.
【0038】マイクロ波は空胴共振器2内でTM010 モ
ードで共振しながら、蓋板43で塞がれた放射板22の
放射穴23を通して処理容器3内に放射される。放射さ
れたマイクロ波は、処理容器3内に供給されたガスにそ
のエネルギーを与え、ガスがプラズマ化してプラズマが
生成される。そして、プラズマによって生ずる作用より
基板30の表面に所定の処理が施される。例えば、プラ
ズマエッチングを行う場合には、プラズマ中でフッ素系
活性種等の活性種を生成するガスを供給し、活性種を基
板30に作用させてエッチングを行う。また、プラズマ
CVD(化学蒸着)を行う場合、プラズマ中で分解反応
等を生ずる原料ガスを供給し、基板30上に所定の薄膜
を堆積させる。The microwaves are radiated into the processing vessel 3 through the radiation holes 23 of the radiation plate 22 closed by the cover plate 43 while resonating in the cavity mode 2 in the TM010 mode. The emitted microwave gives the energy to the gas supplied into the processing container 3, and the gas is turned into plasma to generate plasma. Then, a predetermined process is performed on the surface of the substrate 30 by the action caused by the plasma. For example, when performing plasma etching, a gas for generating an active species such as a fluorine-based active species in plasma is supplied, and the etching is performed by causing the active species to act on the substrate 30. When plasma CVD (chemical vapor deposition) is performed, a source gas that causes a decomposition reaction or the like in plasma is supplied to deposit a predetermined thin film on the substrate 30.
【0039】尚、本実施形態におけるような低温プラズ
マでは、プラズマの電子温度は低く、基板30に入射す
るイオンの加速電圧となるプラズマ電位も通常20〜3
0V程度である。この場合、高周波電源7を動作させて
基板30にバイアス電圧を与えると、プラズマ中からイ
オンが引き出されて基板30に衝突するのが促進され
る。これは、比較的大きなエネルギーを必要とするリア
クティブイオンエッチング等の場合に好適である。In the low-temperature plasma as in this embodiment, the electron temperature of the plasma is low, and the plasma potential, which is the acceleration voltage of the ions incident on the substrate 30, is usually 20 to 3 times.
It is about 0V. In this case, when the high-frequency power supply 7 is operated to apply a bias voltage to the substrate 30, ions are extracted from the plasma and are likely to collide with the substrate 30. This is suitable for the case of reactive ion etching or the like that requires relatively large energy.
【0040】上述した動作において、図1に示すよう
に、基板載置台31の基板載置面は放射板22に対して
平行になっている。このため、放射板22と基板載置台
31との間の電界は基板30に対して垂直となり、基板
30へのイオン入射量が均一になる。この構成も、基板
30に対する均一処理に貢献している。In the operation described above, the substrate mounting surface of the substrate mounting table 31 is parallel to the radiation plate 22 as shown in FIG. For this reason, the electric field between the radiation plate 22 and the substrate mounting table 31 becomes perpendicular to the substrate 30, and the amount of ions incident on the substrate 30 becomes uniform. This configuration also contributes to uniform processing of the substrate 30.
【0041】上述した本実施形態の装置では、図9に示
すように誘電体板41によって空胴共振器2と処理容器
3との境界面全てを隔絶するのではなく、蓋板43によ
って放射板22の放射穴23を気密に塞ぐことによっ
て、空胴共振器2と処理容器3との気密な隔絶を達成し
ている。この構成では、当然のことながら、一つ一つの
蓋板43は、図9に示す誘電体板41に比べてかなり小
さくできる。このため、一つ一つの蓋板43に要求され
る機械的強度は、図9に示す誘電体板41に比べてかな
り低く、厚さをかなり薄くできる。In the above-described apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 9, the entire boundary surface between the cavity resonator 2 and the processing vessel 3 is not isolated by the dielectric plate 41, but is radiated by the cover plate 43. By hermetically closing the 22 radiation holes 23, airtight isolation between the cavity resonator 2 and the processing vessel 3 is achieved. In this configuration, each cover plate 43 can be made considerably smaller than the dielectric plate 41 shown in FIG. Therefore, the mechanical strength required for each lid plate 43 is considerably lower than that of the dielectric plate 41 shown in FIG. 9, and the thickness can be considerably reduced.
【0042】例えば、空胴共振器2が同様に内径400
mm程度である場合、一つの蓋板43は直径100mm
程度で足り、その厚さは7mm程度で済む。従って、蓋
板43を透過する際のマイクロ波の減衰は、図9に示す
誘電体比べてかなり小さくなり、プラズマの生成効率が
大きく改善される。具体的改善例と示すと、マイクロ波
発生器1の出力が2kWの場合、プラズマ中のイオン電
流密度は20mA/cm2 程度であり、図9に示す試作
機に比べると、約10%程度高い値であった。For example, when the cavity resonator 2 has an inner diameter of 400
mm, one cover plate 43 has a diameter of 100 mm.
About 7 mm is enough. Accordingly, the attenuation of the microwave when passing through the cover plate 43 is considerably smaller than that of the dielectric shown in FIG. 9, and the plasma generation efficiency is greatly improved. As a specific improvement example, when the output of the microwave generator 1 is 2 kW, the ion current density in the plasma is about 20 mA / cm 2, which is about 10% higher than the prototype shown in FIG. 9. Value.
【0043】また別の効果として、蓋板43を装着フラ
ンジ44にろう付けする際のろう付け部分の面積も熱膨
張量の差も図9に比べてかなり小さくなる。このため、
熱膨張量の差に起因するろう付け部分の剥離やリーク等
の問題も低減され、ろう付け作業も非常に容易になる。As another effect, when the cover plate 43 is brazed to the mounting flange 44, the area of the brazed portion and the difference in the amount of thermal expansion are considerably smaller than those in FIG. For this reason,
Problems such as peeling and leakage of the brazed portion due to the difference in the amount of thermal expansion are also reduced, and the brazing operation becomes very easy.
【0044】次に、本願発明の他の実施形態について説
明する。図5は、本願発明の第2の実施形態の装置にお
ける蓋板43の構成を説明する正面断面図である。図5
に示す実施形態では、装着フランジ44は使用されてお
らず、蓋板43は放射穴23に単に嵌め込まれた状態で
装着されている。即ち、放射板22の放射穴23は、蓋
板43の外径に適合した大きさの段差を有し、この段差
の上に蓋板43が直接落とし込まれた状態になってい
る。尚、蓋板43と段差との間にはシール部材9が設け
られて真空シールを達成している。Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a front sectional view illustrating the configuration of the cover plate 43 in the device according to the second embodiment of the present invention. FIG.
In the embodiment shown in FIG. 7, the mounting flange 44 is not used, and the cover plate 43 is mounted in a state of being simply fitted into the radiation hole 23. That is, the radiation hole 23 of the radiation plate 22 has a step having a size adapted to the outer diameter of the cover plate 43, and the cover plate 43 is directly dropped on the step. Note that a seal member 9 is provided between the lid plate 43 and the step to achieve vacuum sealing.
【0045】この図5に示す実施形態では、装着フラン
ジ44を使用しないので、製作が容易でコスト上も有利
である。但し、シール部材9としてOリングを使用する
場合、Oリングが蓋板43を通してマイクロ波に晒さ
れ、劣化する問題がある。従って、この図5に示す実施
形態の構成は、マイクロ波の電力が小さい場合に適して
いる。もしくは、シール部材9としてガスケット等の金
属製の部材を使用するようにすると、上記問題が軽減さ
れる。In the embodiment shown in FIG. 5, since the mounting flange 44 is not used, the production is easy and the cost is advantageous. However, when an O-ring is used as the seal member 9, there is a problem that the O-ring is exposed to microwaves through the cover plate 43 and deteriorates. Therefore, the configuration of the embodiment shown in FIG. 5 is suitable when the power of the microwave is small. Alternatively, if a metal member such as a gasket is used as the seal member 9, the above problem is reduced.
【0046】また、図6は、本願発明の第3の実施形態
の表面処理装置の構造を説明する正面図である。この図
6に示す実施形態では、リエントラント形の空胴共振器
2が使用されている。リエントラント形の空胴共振器2
は、同軸形共振器の中心導体を短くしたものであり、そ
の共振周波数は、中心導体25の長さ(図6のL1及び
L2)によって調整可能である。FIG. 6 is a front view illustrating the structure of a surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 6, a reentrant cavity resonator 2 is used. Reentrant cavity resonator 2
Is a shortened central conductor of the coaxial resonator, and its resonance frequency can be adjusted by the length of the central conductor 25 (L1 and L2 in FIG. 6).
【0047】前述したように空胴共振器2の大きさは共
振を達成する条件として重要なパラメーターであるが、
共振周波数が固定されていると、それに従って空胴共振
器の大きさも固定されてしまい、設計の自由度が低い。
空胴共振器2の大きさはプラズマを形成する領域を左右
し、従って、処理する基板30の大きさによって制約を
受ける。基板30の大きさに合うように設計した大きさ
では、空胴共振器2の共振周波数が希望する値からずれ
てしまう場合がある。また、マイクロ波発生器1につい
ても、発振可能な周波数が限られている場合があり、そ
のような発振可能な周波数に共振周波数を合わせておく
必要がある。As described above, the size of the cavity resonator 2 is an important parameter as a condition for achieving resonance.
If the resonance frequency is fixed, the size of the cavity resonator is also fixed accordingly, and the degree of freedom in design is low.
The size of the cavity 2 determines the area in which the plasma is formed, and is therefore limited by the size of the substrate 30 to be processed. If the size is designed to match the size of the substrate 30, the resonance frequency of the cavity resonator 2 may deviate from a desired value. Also, the microwave generator 1 may have a limited oscillating frequency in some cases, and it is necessary to match the resonance frequency to such an oscillating frequency.
【0048】図6に示す構成は、このような事情を鑑み
て成されたものである。即ち、中心導体25の長さを適
宜設定することで共振周波数を調整できる構成とし、空
胴共振器2の大きさやマイクロ波発振器1の発振周波数
の設計の自由度を増加させてより実用的な装置としたも
のである。中心導体25は円柱状の部材であり、空胴共
振器2と同様の金属で形成される。具体的寸法の一例を
示すと、空胴共振器2の内径が350mm、マイクロ波
発生器1の発振周波数が500MHzの場合、中心導体
25は、長さ(L1+L2)100mmで太さ70mm
程度とされ、これによって共振状態を得ることができ
る。The configuration shown in FIG. 6 is made in view of such circumstances. That is, the resonance frequency can be adjusted by appropriately setting the length of the center conductor 25, and the degree of freedom in designing the size of the cavity resonator 2 and the oscillation frequency of the microwave oscillator 1 is increased, so that more practical use is possible. It is a device. The center conductor 25 is a columnar member and is formed of the same metal as the cavity resonator 2. As an example of specific dimensions, when the inner diameter of the cavity resonator 2 is 350 mm and the oscillation frequency of the microwave generator 1 is 500 MHz, the center conductor 25 has a length (L1 + L2) of 100 mm and a thickness of 70 mm.
Degree, whereby a resonance state can be obtained.
【0049】また、図7は本願発明の第4の実施形態の
表面処理装置の構造を示す正面図である。この図7に示
す装置では、複数の放射穴23の各々について、当該放
射穴23の一部を塞いで空胴共振器2と処理容器3との
マイクロ波の結合度を調節する金属製の調節板26が設
けられている。FIG. 7 is a front view showing the structure of a surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. In the apparatus shown in FIG. 7, for each of the plurality of radiation holes 23, a metal adjustment for adjusting the degree of microwave coupling between the cavity resonator 2 and the processing container 3 by closing a part of the radiation holes 23. A plate 26 is provided.
【0050】上述した各実施形態の装置において、空胴
共振器2内で共振するマイクロ波は放射穴23を通して
処理容器3に放射されるが、このことは、空胴共振器2
内のマイクロ波と処理容器3に放射されたマイクロ波が
放射穴23を通して結合していることを意味している。In the apparatus of each embodiment described above, the microwave resonating in the cavity 2 is radiated to the processing vessel 3 through the radiation hole 23.
This means that the microwaves inside and the microwaves radiated to the processing container 3 are coupled through the radiation holes 23.
【0051】ここで、処理容器3内に放射されたマイク
ロ波によってプラズマが生成されると、処理容器3内の
空間インピーダンスが変化し、このインピーダンス変化
は放射穴23を通したマイクロ波結合を介して空胴共振
器2内の共振条件にも影響を与える。つまり、放射穴2
3を通したマイクロ波の結合が大きい程、処理容器3内
に大きな電力が与えられるのでプラズマ生成効率が高ま
るが、結合が大きいと、プラズマ生成の状態によって空
胴共振器2の共振条件が変化する割合も高まってしまう
のである。Here, when plasma is generated by the microwave radiated into the processing vessel 3, the spatial impedance in the processing vessel 3 changes, and this impedance change is caused by microwave coupling through the radiation hole 23. This also affects the resonance condition in the cavity resonator 2. That is, radiation hole 2
The greater the coupling of the microwaves through 3, the greater the power applied to the processing vessel 3, which increases the plasma generation efficiency. However, if the coupling is large, the resonance condition of the cavity 2 changes depending on the state of plasma generation. The rate at which they do it will also increase.
【0052】放射穴23を通したマイクロ波結合の大き
さは、このような事項を勘案して適宜設定されることに
なる。この場合、本実施形態の調節板26は、この結合
度の設定の際に有効な手段となる。つまり、各種の大き
さの調節板26を用意して順次交換しながら装置を動作
させ、その際のプラズマ生成効率を測定することで、結
果的にプラズマ生成効率が最大となる結合度を選定する
ことができるのである。The magnitude of the microwave coupling through the radiation hole 23 is appropriately set in consideration of such matters. In this case, the adjusting plate 26 of the present embodiment is an effective means for setting the degree of coupling. That is, the apparatus is operated while sequentially preparing the adjusting plates 26 of various sizes and sequentially exchanging them, and measuring the plasma generation efficiency at that time, thereby selecting the degree of coupling that maximizes the plasma generation efficiency. You can do it.
【0053】尚、本実施形態では、円形の板一枚が調節
板26として使用されたが、各放射穴23の周辺部分を
塞ぐようなリング状の板をそれぞれの放射穴23に設け
るようにしてもよい。さらには、カメラの絞りに使用さ
れているような開口の大きさを連続的に調節できる板機
構を採用するようにしてもよい。また尚、本願発明は、
冒頭に述べたように、非平衡プラズマいわゆる低温プラ
ズマを用いて表面反応を進行させる場合に利用される
が、これに限られるものではなく、その他のプラズマを
用いたり、その他の表面処理を行う場合にも有効である
ことは言うまでもない。In this embodiment, one circular plate is used as the adjusting plate 26. However, a ring-shaped plate that covers the peripheral portion of each of the radiation holes 23 is provided in each of the radiation holes 23. You may. Further, a plate mechanism that can continuously adjust the size of the aperture used in the aperture of a camera may be adopted. In addition, the present invention,
As described at the beginning, it is used when the surface reaction is advanced using non-equilibrium plasma, so-called low-temperature plasma, but is not limited to this, and when other plasma is used or other surface treatment is performed Needless to say, it is also effective.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項1の発
明によれば、低UHF帯のマイクロ波を使用するため、
処理領域が大きくなった場合でも均一な表面処理が行え
る。また、TM010 モードで共振する空胴共振器を使用
することからさらに均一な表面処理が可能になる。そし
て、空胴共振器と処理容器とが分離されて空胴共振器内
とは別の場所でプラズマが生成されるので、プラズマの
有無による共振条件の変化が小さくできる。また、空胴
共振器と処理容器とのマイクロ波の結合が、軸対称的に
形成された複数の円形の放射穴を通して行われ、この点
も均一なプラズマによる均一な表面処理に貢献してい
る。さらに、マイクロ波の透過と処理容器の気密化とを
両立させる誘電体製の部材として、各々の放射穴を塞ぐ
蓋板が採用されているので、誘電体の部分におけるマイ
クロ波の減衰を小さくできてプラズマ生成効率が改善さ
れる等の実用上著しい効果が得られる。また、請求項2
の発明によれば、上記請求項1の効果に加え、空胴共振
器がリエントラント形であるので、空胴共振器の大きさ
やマイクロ波発生器の発振周波数の設計に自由度が増
え、実用的な表面処理装置を得ることができる。また、
請求項3の発明によれば、上記請求項1又は2の効果に
加え、放射穴が最適位置に形成され、空胴共振器から処
理容器にマイクロ波が効率よく放射されてプラズマ生成
効率が良好となる。また、請求項4の発明によれば、上
記請求項1、2又は3の効果に加え、各放射穴の一部を
塞いで空胴共振器と処理容器とのマイクロ波の結合度を
調節する金属製の調節板が設けられているので、結果的
にプラズマ生成効率が最大となる結合度を容易に設定す
ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, since microwaves in the low UHF band are used,
Even when the processing area becomes large, uniform surface treatment can be performed. Further, since a cavity resonator that resonates in the TM010 mode is used, a more uniform surface treatment can be performed. Then, the cavity and the processing container are separated from each other, and plasma is generated at a place different from the inside of the cavity. Therefore, a change in resonance condition due to the presence or absence of plasma can be reduced. In addition, microwave coupling between the cavity resonator and the processing chamber is performed through a plurality of axially symmetrically formed circular radiation holes, which also contributes to uniform surface treatment with uniform plasma. . Furthermore, as a dielectric member that balances the transmission of microwaves and the airtightness of the processing container, a lid plate that covers each radiation hole is adopted, so that microwave attenuation in the dielectric portion can be reduced. As a result, practically significant effects such as improvement of the plasma generation efficiency can be obtained. Claim 2
According to the invention, in addition to the effect of the above-mentioned claim 1, since the cavity resonator is of the reentrant type, the degree of freedom in designing the size of the cavity resonator and the oscillation frequency of the microwave generator is increased, so that practical use is possible. It is possible to obtain a simple surface treatment apparatus. Also,
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first or second aspect, the radiation hole is formed at an optimum position, the microwave is efficiently radiated from the cavity resonator to the processing vessel, and the plasma generation efficiency is good. Becomes According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effects of the first, second, or third aspect, a part of each radiation hole is closed to adjust the degree of microwave coupling between the cavity resonator and the processing container. Since the metal adjusting plate is provided, the degree of coupling that maximizes the plasma generation efficiency can be easily set.
【図1】本願発明の実施形態に係る表面処理装置の構造
を示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a structure of a surface treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す装置の放射板の構成を説明する平面
図である。FIG. 2 is a plan view illustrating a configuration of a radiation plate of the device shown in FIG.
【図3】TM010 モードの共振について説明する図であ
り、(A)は空胴共振器2の軸方向の断面図、(B)は
軸に垂直な方向での断面図である。3A and 3B are diagrams illustrating TM010 mode resonance, wherein FIG. 3A is a cross-sectional view in the axial direction of the cavity resonator 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view in a direction perpendicular to the axis.
【図4】図1の装置に装着された蓋板の構成を説明する
正面断面図である。FIG. 4 is a front sectional view illustrating a configuration of a lid plate mounted on the apparatus of FIG. 1;
【図5】本願発明の第2の実施形態の装置における蓋板
の構成を説明する正面断面図である。FIG. 5 is a front sectional view illustrating a configuration of a cover plate in the device according to the second embodiment of the present invention.
【図6】本願発明の第3の実施形態の表面処理装置の構
造を説明する正面図である。FIG. 6 is a front view illustrating the structure of a surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図7】本願発明の第4の実施形態の表面処理装置の構
造を示す正面図である。FIG. 7 is a front view illustrating a structure of a surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図8】特開昭56−96841号公報に示す従来の表
面処理装置の構造を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the structure of a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-96841.
【図9】特公平8−31444公報に示された従来の表
面処理装置の構造を示す図である。FIG. 9 is a view showing a structure of a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-31444.
【図10】低UHF帯のマイクロ波を使用するものとし
て発明者が試作した表面処理装置の構造を示す正面図で
ある。FIG. 10 is a front view showing the structure of a surface treatment apparatus prototyped by the inventor as using microwaves in the low UHF band.
【図11】図1に示す装置の放射板の構成を説明する平
面図である。FIG. 11 is a plan view illustrating a configuration of a radiation plate of the apparatus shown in FIG.
1 マイクロ波発生器 2 空胴共振器 22 放射板 23 放射穴 25 中心導体 26 調節板 3 処理容器 30 基板 31 基板載置台 32 ガス供給口 33 排気口 42 蓋板 43 装着フランジ 5 ガス供給系 6 排気系 7 高周波電源 9 シール部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave generator 2 Cavity resonator 22 Radiation plate 23 Radiation hole 25 Center conductor 26 Adjustment plate 3 Processing container 30 Substrate 31 Substrate mounting table 32 Gas supply port 33 Exhaust port 42 Cover plate 43 Mounting flange 5 Gas supply system 6 Exhaust System 7 High frequency power supply 9 Seal member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // H01L 21/31 H01L 21/302 B (72)発明者 小出 知昭 東京都府中市四谷五丁目8番1号アネルバ 株式会社内 (72)発明者 塚田 勉 東京都府中市四谷五丁目8番1号アネルバ 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI // H01L 21/31 H01L 21/302 B (72) Inventor Tomoaki Koide 5-1-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anelva Shares In-company (72) Inventor Tsutomu Tsukada 5-1-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anelva Co., Ltd.
Claims (4)
のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、このマ
イクロ波発生器が発生させたマイクロ波が結合されてT
M010 モードで共振する空胴共振器と、空胴共振器に接
続された気密な処理容器と、処理容器内に所定のガスを
供給するガス供給系と、処理容器内を排気する排気系と
を備え、空胴共振器から放射されたマイクロ波によって
処理容器内のガスをプラズマ化し、処理容器内に配置し
た対象物に対してこのプラズマによって所定の処理を行
う表面処理装置において、 前記空胴共振器の一部は、前記処理容器を接続した部分
に配設された放射板によって構成されているとともに、
この放射板は、空胴共振器の軸に対して対称に設けられ
た円形の放射穴を複数有してこの穴から処理容器に向け
てマイクロ波が放射される構成であり、 さらに、前記複数の放射穴の各々には、当該放射穴を気
密に塞ぐ誘電体製の蓋板が設けられていることを特徴と
する表面処理装置。1. A microwave generator for generating a microwave in a low UHF band from 300 MHz to 1 GHz, and a microwave generated by the microwave generator are combined to form a T
A cavity resonator that resonates in the M010 mode, an airtight processing container connected to the cavity resonator, a gas supply system that supplies a predetermined gas into the processing container, and an exhaust system that exhausts the processing container. A surface processing apparatus that converts a gas in the processing container into plasma by microwaves radiated from the cavity resonator and performs a predetermined process on an object disposed in the processing container by the plasma; A part of the resonator is constituted by a radiation plate disposed at a portion where the processing container is connected,
The radiation plate has a plurality of circular radiation holes provided symmetrically with respect to the axis of the cavity resonator, and microwaves are radiated from the holes toward the processing container. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein each of the radiation holes is provided with a dielectric cover plate for airtightly closing the radiation hole.
ることを特徴とする請求項1記載の表面処理装置。2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein said cavity resonator is of a reentrant type.
放射穴の中心点までの距離は、空胴共振器の半径の70
±10%の範囲内になっていることを特徴とする請求項
1又は2記載の表面処理装置。3. The distance from the central axis of the cavity to the center of the plurality of radiating holes is equal to 70 mm of the radius of the cavity.
3. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the value is within a range of ± 10%.
放射穴の一部を塞いで空胴共振器と処理容器とのマイク
ロ波の結合度を調節する金属製の調節板が設けられてい
ることを特徴とする請求項1、2又は3記載の表面処理
装置。4. A metal adjusting plate is provided for each of the plurality of radiation holes, and covers a part of the radiation holes to adjust the degree of microwave coupling between the cavity resonator and the processing vessel. The surface treatment apparatus according to claim 1, 2 or 3, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9329539A JPH10298786A (en) | 1997-02-19 | 1997-11-12 | Surface treating device |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
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JP5094897 | 1997-02-19 | ||
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JPH10298786A true JPH10298786A (en) | 1998-11-10 |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JPH10298786A (en) |
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- 1997-11-12 JP JP9329539A patent/JPH10298786A/en active Pending
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