JPH11195500A - Surface treatment device - Google Patents

Surface treatment device

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Publication number
JPH11195500A
JPH11195500A JP9369355A JP36935597A JPH11195500A JP H11195500 A JPH11195500 A JP H11195500A JP 9369355 A JP9369355 A JP 9369355A JP 36935597 A JP36935597 A JP 36935597A JP H11195500 A JPH11195500 A JP H11195500A
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JP
Japan
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microwave
cavity resonator
plasma
cavity
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP9369355A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hisaaki Sato
久明 佐藤
Kojin Nakagawa
行人 中川
Etsuo Wani
悦夫 和仁
Kiyoushiyoku Kin
京植 金
Tsutomu Tsukada
勉 塚田
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Canon Anelva Corp
Original Assignee
Anelva Corp
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Publication date
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Publication of JPH11195500A publication Critical patent/JPH11195500A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surface treat a large area object uniformly by producing uniform plasma on a wide area using a low UHF band microwave. SOLUTION: A low UHF band microwave generate by a microwave generator 1 is introduced into a cavity resonator 2 by an antenna 13 arranged coaxially with a cylindrical cavity resonator 2 by an electric field coupling method. The microwave resonates in a TM010 mode in the cavity resonator 2, and has complete axial symmetry. The microwave is uniformly radiated to a treatment vessel 3 through plural circular radiation holes 23 axial symmetrically provided in the radiation plate 22 being one part of the cavity resonator 2, gas in the treatment vessel 3 is uniformly formed into plasma, and uniform treatment is conducted on a substrate 30 by the plasma.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本願の発明は、ドライエッチン
グ、プラズマ化学蒸着(プラズマCVD)、スパッタな
どのようなプラズマを利用して対象物の表面に所定の処
理を施す表面処理装置に関する。
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 by using plasma such as dry etching, plasma chemical vapor deposition (plasma 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処理を
施すことは、LSI(大規模集積回路)のような半導体
素子やLCD(液晶ディスプレイ)のような表示装置を
製作する際に頻繁に使用されている。プラズマは、大ま
かには、非平衡プラズマと平衡プラズマに分類される。
平衡プラズマは、プラズマを構成している電子、イオン
及び中性粒子(分子又は原子)の温度がほぼ等しく、熱
平衡状態にあるプラズマである。一方、非平衡プラズマ
は、電子の平均エネルギーがイオンや中性粒子の平均エ
ネルギーよりも大きな状態にあるプラズマである。非平
衡プラズマは、荷電粒子(電子及びイオン)の熱運動が
クーロン力による運動に比べて無視できる程度に小さい
ため、「低温プラズマ」と呼ばれることもある。非平衡
プラズマないしは低温プラズマは、高いエネルギーの電
子によって原料ガスを分解して必要なラジカルやイオン
を生成することができる。このため、このようなラジカ
ルやイオンを利用した微細加工や薄膜作成等の表面処理
に盛んに応用されている。
2. Description of the Related Art Processing a surface of an object using plasma is frequently performed when manufacturing a semiconductor device such as an LSI (large-scale integrated circuit) or a display device such as an LCD (liquid crystal display). in use. Plasmas are broadly classified into non-equilibrium plasmas and equilibrium plasmas.
An equilibrium plasma is a plasma in which the temperatures of electrons, ions, and neutral particles (molecules or atoms) constituting the plasma are substantially equal and in a thermal equilibrium state. On the other hand, non-equilibrium plasma is plasma in which the average energy of electrons is larger than the average energy of ions and neutral particles. Non-equilibrium plasma is sometimes referred to as "cold plasma" because the thermal motion of charged particles (electrons and ions) is negligible compared to the motion due to Coulomb force. Non-equilibrium plasma or low-temperature plasma can generate necessary radicals and ions by decomposing a source gas with high-energy electrons. For this reason, it is actively applied to such surface treatments as microfabrication and thin film formation utilizing radicals and ions.

【0003】このような非平衡プラズマないしは低温プ
ラズマを形成する方式として、高周波を使用する方式が
従来より採用されている。高周波を用いてプラズマを形
成する表面処理装置のひとつとして、マイクロ波を利用
するものが従来より開発されている。この場合、電子に
エネルギーを注入する方法として、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従来装置について
述べる。
As a method for forming such non-equilibrium plasma or low-temperature plasma, a method using a high frequency has conventionally been adopted. 2. Description of the Related Art As one of surface treatment apparatuses for forming plasma using high frequency, apparatuses using microwaves have been conventionally developed. In this case, as a method of injecting energy into the electrons, a method in which the frequency at which the electrons perform cyclotron motion by the action of a magnetic field is matched with the frequency of the microwave to bring them into a resonance state, and a method of introducing the microwave into the cavity resonator, There is a method of increasing the amplitude. Hereinafter, the latter conventional device related to the present invention will be described.

【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5は、この特開昭56―9684
1号公報にある従来の表面処理装置を示す図である。こ
の公報に開示された表面処理装置では、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
て共振する。これによって形成されたプラズマにより、
処理容器3内の基板載置台31に載置された基板30に
表面処理が行われる。処理容器3には、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内にガス
が導入され、このガスにマイクロ波のエネルギーが与え
られて上記プラズマが形成される。
A conventional example of a surface treatment apparatus using a cavity resonator is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-96841. FIG. 5 shows this Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-9684.
FIG. 1 is a view showing a conventional surface treatment device disclosed in Japanese Patent Publication No. 1 (JP-A) No. 1; In the surface treatment device disclosed in this publication, the microwave generated by the microwave generator 1 is introduced into the cavity resonator 2 and resonates. Due to the plasma formed by this,
The surface treatment is performed on the substrate 30 mounted on the substrate mounting table 31 in the processing container 3. The processing container 3 has a gas supply port 32.
And an exhaust port 33 are provided. A gas is introduced into the processing vessel 3 and microwave energy is applied to the gas to form the plasma.

【0005】この図5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形成されるため、プラ
ズマの影響により空胴共振器2の共振条件が変化してし
まう。その結果、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―314
44号公報に示されたものである。図6は、一例とし
て、特公平8―31444号公報に示された従来の表面
処理装置を示す図である。
In the conventional surface treatment apparatus shown in FIG.
Since plasma is formed inside the cavity 2, the resonance condition of the cavity 2 changes due to the influence of the plasma. As a result, there is a disadvantage that the plasma is unstable. In order to solve this drawback, the following appeared in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-246146 or Japanese Patent Publication No. 8-314.
44. FIG. 6 is a view showing a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-31444 as an example.

【0006】この図6に示す表面処理装置では、空胴共
振器2と処理容器3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、容
器フランジ34が設けられている。ガス供給口32は、
この容器フランジ34に形成されている。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。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なっている。
In the surface treatment apparatus shown in FIG. 6, a dielectric plate 41 is provided between the cavity resonator 2 and the processing vessel 3 to divide them. A container flange 34 is provided at the edge of the upper end opening of the processing container 3. The gas supply port 32 is
The container flange 34 is formed. Cavity resonator 2
Is joined to the container flange 34. A seal member 9 such as an O-ring is provided at the joint between the two to perform vacuum sealing.

【0007】誘電体板41は、金属製フランジ42で周
囲が保持されている。金属製フランジ42と誘電体板4
1はろう付けされてい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。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 periphery of the dielectric plate 41 is held by a metal flange 42. Metal flange 42 and dielectric plate 4
1 is brazed and hermetically bonded. A gap is formed circumferentially between the container flange 34 and the metal flange 42. This gap is formed as a gas reservoir for the gas supplied from the gas supply port 32. The gas supplied from the gas supply port 32 enters the gap and diffuses circumferentially.

【0008】誘電体板41の下側には、ガス拡散板50
が設けられている。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てある。上記すき間を周状
に拡散するガスは、このガス拡散板50を経由して処理
容器3内に吹き出す。
A gas diffusion plate 50 is provided below the dielectric plate 41.
Is provided. The inside of the gas diffusion plate 50 is hollow, and 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 via the gas diffusion plate 50.

【0009】誘電体板41の処理容器3側の表面には、
金属メッキ膜21が形成されている。金属メッキ膜21
は、2.45GHzのマイクロ波の波長の半分以上の長
さのスリット形状でパターン化されている。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、そして、処理容器3内のガス
雰囲気中でプラズマが形成される。
On the surface of the dielectric plate 41 on the processing vessel 3 side,
A metal plating film 21 is formed. Metal plating film 21
Are patterned in a slit shape having a length of at least half the wavelength of the microwave of 2.45 GHz. Microwaves resonating in the cavity resonator 2 are radiated into the processing container 3 through the metal plating film 21, and plasma is formed in a gas atmosphere in the processing container 3.

【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
の要請のひとつに、処理領域の大面積化が挙げられる。
この要請は、半導体素子の製作の場合には、一枚の大き
な半導体ウェハから産出される半導体回路素子の数を多
くする必要性から生じる。LCDのような表示装置の場
合には、大きな表示画面の表示装置を作るのに大型の基
板を使用するため、大きな処理領域が必要になってい
る。
One of the recent demands for a surface treatment apparatus is to increase a processing area.
This demand arises from the need to increase the number of semiconductor circuit elements produced from one large semiconductor wafer in the case of manufacturing semiconductor elements. In the case of a display device such as an LCD, a large substrate is used to make a display device with a large display screen, and thus a large processing area is required.

【0011】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。
In the above-described surface treatment apparatus for generating plasma using microwaves, if the processing area is to be increased, the frequency of the microwave is set to 2.
It is considered that it is preferable to set the frequency lower than 45 GHz. This is based on the following reasons.

【0012】上記空胴共振器の大きさは、処理領域の面
積に合うように決定される。処理領域が大きくなるに従
って、空胴共振器の容量も大きくなる。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る。つまり、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
くなる。不均一なプラズマ密度では、基板上の処理を不
均一化する。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。
The size of the cavity resonator is determined so as to match the area of the processing region. As the processing area increases, the capacitance of the cavity resonator also 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 resonator. In other words, the microwave resonates in a state in which a plurality of peaks of one wavelength or 1.5 wavelength or more are formed in the cavity resonator. When a plasma is generated using a microwave that has a plurality of peaks and resonates, the plasma density tends to be non-uniform. Non-uniform plasma densities result in non-uniform processing on the substrate. Therefore, it is better to use a lower frequency microwave as the processing area becomes larger.

【0013】このような理由から、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波長が
長い低UHF帯(300MHz〜1GHz)の方が有利で
あると考えた。本願の発明者は、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7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。
For these reasons, the inventor of the present application has considered that a low UHF band (300 MHz to 1 GHz) having a longer wavelength than the conventional microwave of 2.45 GHz is more advantageous. The inventor of the present application prototyped a device using microwaves in such a band. FIG. 7 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7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を有する。
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及びループ12を介して空胴共振器2に導入され
る。より具体的に説明すると、ループ12は、磁界結合
方式によりマイクロ波を空胴共振器2に導入する。即
ち、ループ12を流れる電流によって空胴共振器2内に
周状に磁界が誘起される。そして、この磁界を介して空
胴共振器2内に電界が発生し、マイクロ波の電磁界が空
胴共振器2内で共振する。つまり、空胴共振器2内への
マイクロ波の結合に磁界が媒介している。
The surface treatment apparatus shown in FIG. 7 has a microwave generator 1 for generating a microwave in a low UHF band.
The microwave generated by the microwave generator 1 is introduced into the cavity resonator 2 via the coaxial line 11 and the loop 12. More specifically, the loop 12 introduces microwaves into the cavity 2 by a magnetic field coupling method. That is, a magnetic field is circumferentially induced in the cavity 2 by the current flowing through the loop 12. Then, an electric field is generated in the cavity 2 via the magnetic field, and the electromagnetic field of the microwave resonates in the cavity 2. That is, the magnetic field mediates the coupling of the microwave into the cavity resonator 2.

【0015】また、空胴共振器2には、誘電体板41を
介在させて処理容器3が接続されている。処理容器3は
ガス供給口32から処理容器3内にガスを供給するガス
供給系5を有する。さらに、処理容器3は、排気口33
から処理容器3内を排気する排気系6を有する。処理容
器3内には、基板載置台31が設けられている。
The processing chamber 3 is connected to the cavity resonator 2 with a dielectric plate 41 interposed therebetween. The processing container 3 has a gas supply system 5 that supplies gas from the gas supply port 32 into the processing container 3. Further, the processing container 3 has an exhaust port 33.
And an exhaust system 6 for exhausting the processing container 3 from the inside. A substrate mounting table 31 is provided in the processing container 3.

【0016】空胴共振器2は、マイクロ波がTM(trans
verse magnetic)010モードで共振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り、基板30
と同軸即ち基板30の中心を垂直に貫く軸に一致してい
る。ループ12の存在を無視すれば、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が生成される。この
面に平行に基板30を載置することにより、基板30の
表面にほぼ均一な処理を行なうことができる。
The cavity resonator 2 transmits the microwave by TM (trans).
(verse magnetic) A cylindrical resonator that resonates in the 010 mode. The axis of the cylinder is the vertical direction on the paper, and
, That is, the axis perpendicular to the center of the substrate 30. If the existence of the loop 12 is neglected, the TM010 mode generates a substantially uniform plasma in a plane perpendicular to the central axis because the electromagnetic field distribution is completely axisymmetric. By mounting the substrate 30 in parallel with this surface, it is possible to perform substantially uniform processing on the surface of the substrate 30.

【0017】また、図7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造が図6に
示す装置と異なっている。誘電体板41の空胴共振器2
側には、空胴共振器2の下壁部である放射板22が設け
られている。放射板22は金属製の板であり、軸対称状
に複数の円形の穴23を設けてある。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」と呼ぶ)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内に放射される。そして、放射された
マイクロ波は、処理容器3内でプラズマを発生させる。
Further, in the apparatus shown in FIG.
6 is different from the apparatus shown in FIG. Cavity resonator 2 of dielectric plate 41
On the side, a radiation plate 22 that is the lower wall of the cavity resonator 2 is provided. The radiation plate 22 is a metal plate, and has a plurality of circular holes 23 provided in an axially symmetric manner. The microwave resonating in the cavity resonator 2 passes through the circular hole (hereinafter referred to as “radiation hole”) 23 and passes through the dielectric plate 41 and is radiated into the processing chamber 3. Then, the emitted microwave generates plasma in the processing container 3.

【0018】図7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。空胴共振器2内にできる電磁界は、純粋なTM
010 モードの場合には、明らかに完全な軸対称性を有す
る。しかし、図7に示す従来の空胴共振器では、側壁付
近に励振用のループ12が一カ所取り付けられている。
このループ12は、空胴共振器2内の電磁界をできるだ
け乱さず、しかも必要な耐熱性と電気的結合度を確保す
るため、厚さ約2mm、幅約15mmの板状部材をルー
プ状に成形して作られる。
As a result of the study by the inventor, it has been found that the following problems are encountered in the prototype surface treatment apparatus shown in FIG. The electromagnetic field created in the cavity resonator 2 is pure TM
In the case of the 010 mode, it clearly has perfect axial symmetry. However, in the conventional cavity resonator shown in FIG. 7, one excitation loop 12 is attached near the side wall.
The loop 12 disturbs the electromagnetic field in the cavity 2 as much as possible, and furthermore, in order to secure necessary heat resistance and electrical coupling, a plate-like member having a thickness of about 2 mm and a width of about 15 mm is formed into a loop. It is made by molding.

【0019】しかしながら、このループ12の存在によ
り、空胴共振器2内の電磁界は図8に示すように局部的
に乱され、完全な軸対称性を失ってしまうという問題が
生じる。図8は、この問題を示した図であり、図7の装
置において磁界結合されたTM010 モードの共振につい
て示す模式図である。このうち、図8(A)は空胴共振
器2の軸方向の断面図、図8(B)は軸に垂直な方向で
の断面図である。図8は、ある瞬間における空胴共振器
2内の電磁界の状態を示している。図8中、Eは電界、
Hは磁界、iは電流を示す。電界Eは空胴共振器2の中
心軸に対して平行であり、磁界Hは中心軸の回りに同軸
円周状となる。そして、ある瞬間においては、電流i
は、空胴共振器2の底面の中央から周辺に向かって放射
状に流れ、側面を上に向かって流れた後、上面を中央に
向かって流れる。
However, the presence of the loop 12 causes a problem that the electromagnetic field in the cavity 2 is locally disturbed as shown in FIG. 8 and loses complete axial symmetry. FIG. 8 is a diagram showing this problem, and is a schematic diagram showing the resonance of the TM010 mode magnetically coupled in the device of FIG. 8A is a sectional view in the axial direction of the cavity resonator 2, and FIG. 8B is a sectional view in a direction perpendicular to the axis. FIG. 8 shows a state of an electromagnetic field in the cavity resonator 2 at a certain moment. In FIG. 8, E is an electric field,
H indicates a magnetic field, and i indicates a current. The electric field E is parallel to the central axis of the cavity 2 and the magnetic field H is coaxial and circumferential about the central axis. Then, at a certain moment, the current i
Flows radially from the center of the bottom surface of the cavity 2 toward the periphery, flows upward on the side surface, and then flows toward the center on the upper surface.

【0020】この図8(特に(B))に示すように、図
7に示す装置では、ループ12の付近で電磁界の軸対称
性が乱されてしまう。このことは、次の実験結果からも
明らかである。即ち、図7に示す従来装置で基板30を
エッチングした場合、ループ12が位置する直下付近の
エッチングレートは、他の部分のエッチングレートに比
べて約5パーセント高いことが見出された。更にループ
12を図8に示す位置から中心軸を中心に180度反対
側に移すと、エッチングレートの上昇部も180度反対
側に移った。この結果は、ループ12の存在による空胴
共振器3内の電磁界の非対称性により、処理容器3内の
プラズマ密度が非対称化されるものと解釈される。
As shown in FIG. 8 (particularly (B)), in the device shown in FIG. 7, the axial symmetry of the electromagnetic field is disturbed near the loop 12. This is clear from the following experimental results. That is, when the substrate 30 was etched by the conventional apparatus shown in FIG. 7, it was found that the etching rate immediately below the position where the loop 12 was located was about 5% higher than the etching rate of the other parts. Further, when the loop 12 was moved from the position shown in FIG. 8 to the opposite side by 180 degrees around the center axis, the rising portion of the etching rate also moved to the opposite side by 180 degrees. This result is interpreted that the plasma density in the processing chamber 3 is asymmetrical due to the asymmetry of the electromagnetic field in the cavity resonator 3 due to the presence of the loop 12.

【0021】本願の発明は、上述した課題を解決するた
めになされたものであり、低UHF帯のマイクロ波を使
用することにより広い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なうことができる
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 the above-mentioned problem, and generates a uniform plasma over a wide area by using a microwave in a low UHF band to uniformly apply an object over a large area. It is an object of the present invention to provide a practical device capable of performing various surface treatments.

【0022】[0022]

【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
波発生手段と、このマイクロ波発生手段が発生させるマ
イクロ波がTM010 モードで共振するよう形成された空
胴共振器と、マイクロ波発生手段が発生させたマイクロ
波をこの空胴共振器に導入するマイクロ波導入手段と、
空胴共振器からマイクロ波が放射されるように空胴共振
器に接続された気密な処理容器と、放射されたマイクロ
波のエネルギーによってプラズマ化するガスを処理容器
内に供給するガス供給系と、プラズマによって処理され
る位置に処理対象物を配置する手段とを備え、前記マイ
クロ波導入手段は、空胴共振器の中心軸と同軸上に配置
されたアンテナを有しており、このアンテナからマイク
ロ波が電界結合方式により励振されて空胴共振器内に導
入され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、前記処理対象物は、円形の基板であり、前記保
持手段は、前記円筒形の空胴共振器と同軸上の位置でこ
の基板を保持するもの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、前記空胴共振器
は、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4記載の発明は、
上記請求項1、2又は3の構成において、前記空胴共振
器と前記処理容器との間には、マイクロ波を透過させる
誘電体板が設けられて両者が区画さ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 generating means for generating microwaves in a low UHF band of GHz, a cavity formed so that the microwaves generated by the microwaves resonate in the TM010 mode, and a microwave generating means. Microwave introduction means for introducing the microwave into the cavity resonator;
An airtight processing container connected to the cavity resonator so that microwaves are radiated from the cavity resonator, and a gas supply system for supplying a gas that is turned into plasma by the emitted microwave energy into the processing container. Means for arranging the object to be processed at a position to be processed by the plasma, wherein the microwave introduction means has an antenna arranged coaxially with the center axis of the cavity resonator, and from this antenna It has a configuration in which microwaves are excited by an electric field coupling method and are introduced into the cavity resonator. According to a second aspect of the present invention, in order to solve the above problem, in the configuration of the first aspect, the processing target is a circular substrate, and the holding means is the cylindrical cavity resonator. This substrate is held at a position coaxial with the substrate. Further, in order to solve the above problem, the invention according to claim 3 is:
In the configuration of the first or second aspect, the cavity has a configuration of a reentrant type. Further, in order to solve the above problem, the invention described in claim 4 is:
In the configuration of the above-mentioned claim 1, 2 or 3, a dielectric plate for transmitting microwaves is provided between the cavity resonator and the processing container, and both are partitioned.

【0023】[0023]

【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
処理装置を示す正面図、図2は図1に示す空胴共振器内
の電磁界分布を示す模式図である。図1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を有する。マイクロ波発生器1が発生させた
マイクロ波がマイクロ波導入手段10により、空胴共振
器2に導入される。空胴共振器2は、気密な処理容器3
に接続されている。処理容器3は、ガス供給口32から
処理容器3内にガスを供給するガス供給系5を有する。
さらに、処理容器3は、排気口33から処理容器3内を
排気する排気系6を有する。処理容器3は、その内部に
基板30を載置する基板載置台31を有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 is a front view showing a surface treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing an electromagnetic field distribution in the cavity resonator shown in FIG. The surface treatment apparatus shown in FIG. 1 has a microwave generator 1 for generating a microwave in a low UHF band. The microwave generated by the microwave generator 1 is introduced into the cavity resonator 2 by the microwave introducing means 10. The cavity 2 is an airtight processing container 3
It is connected to the. The processing container 3 has a gas supply system 5 that supplies gas from the gas supply port 32 into the processing container 3.
Further, the processing container 3 has an exhaust system 6 that exhausts the inside of the processing container 3 from the exhaust port 33. The processing container 3 has a substrate mounting table 31 on which the substrate 30 is mounted.

【0024】マイクロ波発生器1としては、固体素子が
通常採用され、周波数は低UHF帯例えば500MHz
である。具体的には、電界効果トランジスタ(FET)
を使用した素子が使用できる。このような固体素子とし
ては、例えばモトローラ社製のMRF−393等が市販
されている。尚、マイクロ波発生器1の出力は約2kW
とされる。
As the microwave generator 1, a solid-state element is usually adopted, and the frequency is in a low UHF band, for example, 500 MHz.
It is. Specifically, a field effect transistor (FET)
Can be used. As such a solid-state element, for example, MRF-393 manufactured by Motorola is commercially available. The output of the microwave generator 1 is about 2 kW
It is said.

【0025】マイクロ波導入手段10は、マイクロ波発
生器1と空胴共振器2とをつなぐ同軸線路11と、同軸
線路11の空胴共振器2への接続部分に設けられたアン
テナ13とから主に構成されている。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なる。内導体と外導体と
の間には、必要に応じて誘電体が装荷される。
The microwave introducing means 10 includes a coaxial line 11 connecting the microwave generator 1 and the cavity resonator 2 and an antenna 13 provided at a portion where the coaxial line 11 is connected to the cavity resonator 2. It is mainly composed. The coaxial line 11
This is a two-wire circuit for transmitting microwaves, and includes an inner conductor and a coaxial outer conductor surrounding the inner conductor. A dielectric is loaded between the inner conductor and the outer conductor as necessary.

【0026】アンテナ13は、電界結合方式により空胴
共振器2内にマイクロ波を導入するように構成されてい
る。アンテナ13は、同軸線路11の内導体を延長して
設けられており、外径17mm程度の丸棒状である。
尚、アンテナ13の材質は、アルミニウム又は銅等であ
る。アンテナ13は、空胴共振器2の上壁部の中心の開
口から内部に少し突出している。この突出長さは、例え
ば17mm程度である。
The antenna 13 is configured to introduce microwaves into the cavity 2 by an electric field coupling method. The antenna 13 is provided by extending the inner conductor of the coaxial line 11 and has a round bar shape with an outer diameter of about 17 mm.
The material of the antenna 13 is aluminum, copper, or the like. The antenna 13 slightly protrudes inside from the center opening of the upper wall of the cavity resonator 2. The protrusion length is, for example, about 17 mm.

【0027】同軸線路11によって伝送されたマイクロ
波は、アンテナ13を介して電界結合方式により空胴共
振器2内に導入される。アンテナ13は、ループ状では
なく、端部が開放されている。従って、アンテナ13の
端部からマイクロ波の電界が空胴共振器2内に励振され
る。この電界を基にして、空胴共振器2内には周状に磁
界が発生し、マイクロ波の電磁界が空胴共振器2内で共
振する。つまり、空胴共振器2内へのマイクロ波の結合
にはアンテナ13からの電界が媒介している。
The microwave transmitted by the coaxial line 11 is introduced into the cavity 2 through an antenna 13 by an electric field coupling method. The antenna 13 is not loop-shaped, and has an open end. Therefore, a microwave electric field is excited into the cavity 2 from the end of the antenna 13. Based on this electric field, a magnetic field is generated circumferentially in the cavity resonator 2, and the electromagnetic field of the microwave resonates in the cavity resonator 2. That is, the electric field from the antenna 13 mediates the coupling of the microwave into the cavity resonator 2.

【0028】空胴共振器2は、アルミニウムまたはステ
ンレスのような金属でできた円筒形の容器である。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 モードで共振する円筒形の共
振器である。このモードの共振周波数f0 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。尚、空胴共振器2の軸方向の長さは、半
径aと同程度でよく、例えば175mmである。
The cavity resonator 2 is a cylindrical container made of metal such as aluminum or stainless steel. The cavity resonator 2 is a cylindrical resonator in which the microwave generated by the microwave generator 1 resonates in the lowest order TM010 mode. The resonance frequency f 0 in this mode is calculated by the following equation, where a 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. Note that the axial length of the cavity resonator 2 may be approximately the same as the radius a, for example, 175 mm.

【0029】図2は、図1に示す装置において電界結合
方式により励振されたTM010 モードの共振を示す模式
図である。図2中の(A)は空胴共振器の軸方向の断面
図、(B)は軸に垂直な方向での断面図である。図2
中、Eは電界、Hは磁界、iは電流を表わしている。こ
の図2に示すように、電界結合方式により励振されたT
010 モードでは、電磁界の分布は完全軸対称であり、
軸対称性の良い均一なプラズマが形成される。この点
が、ループ12を使用した磁界結合方式である図7の装
置とは大きく異なる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing TM010 mode resonance excited by electric field coupling in the apparatus shown in FIG. 2A is a sectional view in the axial direction of the cavity resonator, and FIG. 2B is a sectional view in a direction perpendicular to the axis. FIG.
In the equation, E represents an electric field, H represents a magnetic field, and i represents a current. As shown in FIG. 2, T is excited by the electric field coupling method.
In the M010 mode, the distribution of the electromagnetic field is perfectly axisymmetric,
A uniform plasma with good axial symmetry is formed. This point is significantly different from the magnetic field coupling system shown in FIG.

【0030】図2(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である。高周波電流は、ある瞬間に
おいて空胴共振器2の下板部分で中心から周辺に向かっ
て流れ、側板部分を上方に向かって流れ、そして、上板
部分を周辺から中心に向かって流れる。
As shown in FIG. 2A, in the TM010 mode, the direction of the electric field is the axial direction, and as shown in FIG. 2B, the direction of the magnetic field is the circumferential direction. At a certain moment, the high-frequency current flows from the center to the periphery in the lower plate portion of the cavity resonator 2, flows upward in the side plate portion, and flows from the periphery to the center in the upper plate portion.

【0031】図1に戻り、本実施形態の装置のその他の
構造について説明する。まず、空胴共振器2には、誘電
体板41を介在させて処理容器3が接続されている。誘
電体板41は、石英ガラス又はアルミナなどで形成さ
れ、厚さは30mm程度でよい。また、誘電体板41の
空胴共振器2側には、空胴共振器2の壁部である放射板
22が設けられている。放射板22は金属製の板であ
り、軸対称状に複数の放射穴23を設けてある。空胴共
振器2内で共振するマイクロ波は、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
される。そして、放射されたマイクロ波は、処理容器3
内でプラズマを発生させる。尚、放射穴23は直径90
mm程度の円形であり、空胴共振器2の中心軸から12
0mm程度の半径位置にその中心が位置するように、6
個程度設けられている。
Returning to FIG. 1, another structure of the apparatus according to the present embodiment will be described. First, the processing container 3 is connected to the cavity resonator 2 with the dielectric plate 41 interposed therebetween. The dielectric plate 41 is formed of quartz glass or alumina, and may have a thickness of about 30 mm. A radiation plate 22 which is a wall of the cavity 2 is provided on the side of the cavity 2 of the dielectric plate 41. The radiating plate 22 is a metal plate, and has a plurality of radiating holes 23 provided axially symmetrically. The microwave resonating in the cavity resonator 2 passes through the radiation hole 23 and passes through the dielectric plate 41 and is radiated into the processing container 3. Then, the emitted microwave is applied to the processing container 3
Generate plasma inside. The radiation hole 23 has a diameter of 90.
mm from the center axis of the cavity resonator 2.
6 so that the center is located at a radius position of about 0 mm.
About the number is provided.

【0032】処理容器3は、ガス供給口32及び排気口
33を有する。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。図1に示すように、容
器フランジ34と放射板22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ている。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。
The processing container 3 has a gas supply port 32 and an exhaust port 33. 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. As shown in FIG. 1, a gap is formed between the container flange 34 and the radiation plate 22. This gap is formed as a gas reservoir for the gas supplied from the gas supply port 32. Gas supply port 32
Is supplied into the gap and diffuses circumferentially.

【0033】前述した誘電体板41は、その側面にフラ
ンジ42が接続されている。このフランジ42は、容器
フランジ34に気密に接続されている。フランジ42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形成している。
The above-described dielectric plate 41 has a flange 42 connected to a side surface thereof. This flange 42 is airtightly connected to the container flange 34. A seal member 9 such as an O-ring is provided between the flange 42 and the container flange 34 to form a vacuum seal.

【0034】ガス供給系5は、不図示のガスボンベとガ
ス供給口32とをつなぐ配管51と、配管51に設けら
れたバルブ52と、不図示の流量調整器とを有する。排
気口33は、処理容器3の底面部分に設けられている。
また、排気系6は、排気口33から処理容器3内を排気
するターボモレキュラーポンプのような真空ポンプを有
する。排気系6は、処理容器3内を1Torr〜10-3
Torr程度の圧力に排気できるようになっている。
The gas supply system 5 has a pipe 51 for connecting a gas cylinder (not shown) to the gas supply port 32, a valve 52 provided on the pipe 51, and a flow regulator (not shown). The exhaust port 33 is provided on the bottom surface of the processing container 3.
Further, the exhaust system 6 has a vacuum pump such as a turbo molecular pump that exhausts the inside of the processing container 3 from the exhaust port 33. The exhaust system 6 is configured to evacuate the processing vessel 3 from 1 Torr to 10 -3.
The pressure can be reduced to about Torr.

【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形の容器であり、アルミニウム又は
ステンレスのような金属で形成されている。処理容器3
内のほぼ中央には、プラズマによって処理される位置に
処理対象物である基板30を保持する保持手段としての
基板載置台31が設けられている。基板30は、基板載
置台31に載置されて保持される。基板載置台31は、
ステンレスのような金属であり、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 a metal such as aluminum or stainless steel. Processing container 3
Substrate mounting table 31 as a holding means for holding substrate 30 to be processed at a position to be processed by plasma is provided at substantially the center of the inside. The substrate 30 is mounted and held on a substrate mounting table 31. The substrate mounting table 31
It is a metal such as stainless steel, and is supported by columns 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に一定の
バイアス電位を印加する電極の役割を兼ねている。基板
載置台31には、処理容器3外に設けられた高周波電源
7が接続されている。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31上の
基板30にプラズマに対して負のバイアス電位が生まれ
る。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
ら基板載置台31を絶縁している。
The substrate mounting table 31 also functions as an electrode for applying a constant bias potential to the substrate 30. The high frequency power supply 7 provided outside the processing container 3 is connected to the substrate mounting table 31. Due to the interaction between the high-frequency voltage provided by the high-frequency power supply 7 and the plasma, a negative bias potential for the plasma is generated in the substrate 30 on the substrate mounting table 31. An insulator 312 is provided so as to cover the substrate mounting table 31 and the column 311, and insulates the substrate mounting table 31 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。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によってガス供給口32を通して処理容器3内に所
定のガスを供給しながら、排気系6によって処理容器3
内を排気し、処理容器3内を設定圧力に保つ。この状態
で、マイクロ波発生器1が低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、アンテナ13を介して空胴共振器2に導入される。
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. An electrostatic chucking mechanism is provided in the substrate mounting table 31 as needed, and electrostatically chucks the substrate 30. While a predetermined gas is supplied into the processing container 3 through the gas supply port 32 by the gas introduction system 5, the processing container 3 is
The inside is evacuated, and the inside of the processing container 3 is maintained at a set pressure. In this state, the microwave generator 1 generates a microwave in the low UHF band. The microwave is transmitted by the coaxial line 11 and introduced into the cavity resonator 2 via the antenna 13.

【0038】マイクロ波は空胴共振器2内でTM010
ードで共振しながら、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注入
して、プラズマが形成される。そして、このプラズマを
利用して基板30の表面に所望の処理が施される。例え
ば、プラズマ反応イオンエッチングを行なう場合には、
プラズマ中で活性種たとえばフッ素系活性種を生成する
ガスを供給し、活性種で基板30をエッチングする。ま
た、プラズマCVDを行なう場合、プラズマ中で分解反
応を生ずる原料ガスを供給し、基板30上に所望の薄膜
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 while resonating in the cavity cavity 2 in the TM010 mode. The emitted microwave
Plasma is formed by injecting the energy into the gas supplied into the processing chamber 3. Then, a desired process is performed on the surface of the substrate 30 using the plasma. For example, when performing plasma reactive ion etching,
A gas for generating an active species, for example, a fluorine-based active species is supplied in the plasma, and the substrate 30 is etched with the active species. In the case of performing plasma CVD, a source gas that causes a decomposition reaction in plasma is supplied to deposit a desired thin film on the substrate 30.

【0039】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20〜30V
程度である。この場合、高周波電源7によって基板30
に負のセルフバイアス電圧を発生させると、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。このような構成は、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 ions incident on the substrate 30, is usually 20 to 30 V
It is about. In this case, the substrate 30 is
When a negative self-bias voltage is generated, ions are extracted from the plasma, and the collision with the substrate 30 is promoted. Such a configuration is suitable for reactive ion etching requiring 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の上面は放射板22に対して平行に
なっている。従って、放射板22と基板載置台31との
間の電界は、基板30に対して垂直となる。このため、
プラズマ中のイオンは基板30に垂直に多く入射する。
この点は、例えば基板30の表面に形成された溝や穴の
底部にイオンを多く到達させる必要がある場合に特に好
適である。また、プラズマが周方向で均一になることと
相まって、基板への電界が垂直になることから、基板3
0へのイオン入射量も周方向で均一になる。基板載置台
31の上面と放射板22との平行な関係は、このような
基板30に対する均一処理にも貢献している。
In the above operation, the upper surface of the substrate mounting table 31 is parallel to the radiation plate 22 as shown in FIG. Therefore, the electric field between the radiation plate 22 and the substrate mounting table 31 is perpendicular to the substrate 30. For this reason,
Many ions in the plasma are vertically incident on the substrate 30.
This point is particularly suitable, for example, when it is necessary to allow a large amount of ions to reach the bottom of a groove or hole formed on the surface of the substrate 30. In addition, since the electric field to the substrate becomes vertical in combination with the uniformity of the plasma in the circumferential direction, the substrate 3
The amount of incident ions at zero becomes uniform in the circumferential direction. The parallel relationship between the upper surface of the substrate mounting table 31 and the radiation plate 22 also contributes to such uniform processing of the substrate 30.

【0041】図3は、図1及び図2に示す本実施形態の
装置の効果を確認した実験の結果を示す図である。この
実験では、表面処理の一例としてプラズマエッチングを
行った。そして、基板30の中心から半径75mm程度
の位置での周方向でのエッチングレートの分布を測定し
た。図3中、○でプロットした線が図1に示す本実施形
態の装置におけるエッチングレート分布であり、×でプ
ロットした線が図7に示す試作機の装置におけるエッチ
ングレート分布である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of an experiment confirming the effects of the apparatus of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2. In this experiment, plasma etching was performed as an example of the surface treatment. Then, the distribution of the etching rate in the circumferential direction at a position having a radius of about 75 mm from the center of the substrate 30 was measured. In FIG. 3, the line plotted by ○ is the etching rate distribution in the apparatus of the present embodiment shown in FIG. 1, and the line plotted by X is the etching rate distribution in the apparatus of the prototype shown in FIG.

【0042】図3に示す通り、図7の装置では、周方向
の位置でのエッチングレートのばらつきが大きく、均一
なエッチングができていないことが分かる。一方、図1
の装置では、エッチングレートは周方向位置で均一であ
り、均一なエッチングができることが分かる。
As shown in FIG. 3, in the apparatus shown in FIG. 7, the variation in the etching rate at the position in the circumferential direction is large, and it can be seen that uniform etching cannot be performed. On the other hand, FIG.
It can be seen that in the apparatus described above, the etching rate is uniform at the circumferential position, and uniform etching can be performed.

【0043】次に、本願発明の他の実施形態について説
明する。図4は、本願発明の他の実施形態の表面処理装
置を示す正面図である。この図4に示す実施形態では、
リエントラント(re-entrant)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カットしたものであり、その共振周
波数は、中心導体25の長さ(図4のL1及びL2)に
よって調整可能である。
Next, another embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a front view showing a surface treatment apparatus according to another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG.
A re-entrant type cavity resonator 2 is used. The reentrant cavity resonator 2 is obtained by cutting the center conductor of a coaxial resonator, and its resonance frequency can be adjusted by the length of the center conductor 25 (L1 and L2 in FIG. 4).

【0044】前述したように、空胴共振器2の大きさは
共振周波数を決定する条件として重要なパラメーターで
あるため、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う。空胴共振器
2の大きさは、プラズマを形成する領域を決めてしま
う。一方、空胴共振器2の大きさは、処理する基板30
の大きさによって制約を受ける。空胴共振器2を基板3
0の大きさに合うように設計したら、空胴共振器2の共
振周波数が希望する周波数からずれてしまう場合があ
る。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, since the size of the cavity resonator 2 is an important parameter as a condition for determining the resonance frequency, if the resonance frequency is fixed, the size of the cavity resonator is also fixed accordingly. Will be done. The size of the cavity resonator 2 determines a region where plasma is formed. On the other hand, the size of the cavity resonator 2 depends on the substrate 30 to be processed.
Is limited by the size of Substrate 3 with cavity resonator 2
If the resonance frequency is designed to be equal to 0, the resonance frequency of the cavity resonator 2 may deviate from a desired frequency. The oscillating frequency of the microwave generator 1 may also be limited, and it is necessary to match the resonance frequency to such an oscillating frequency.

【0045】図4に示す実施形態は、このような事情を
考慮してなされたものである。中心導体25の長さを適
宜設定することにより共振周波数を調整できるように
し、空胴共振器2の大きさやマイクロ波発生器1の発振
周波数の設計の自由度を増加させている。具体的には、
空胴共振器2内に突出したアンテナ13の周囲を取り囲
むようにして、上側導体25が設けられている。上側導
体25は、アンテナ13と同軸の円筒形であり、材質的
には空胴共振器2と同様の金属である。また、空胴共振
器の下壁部を構成する放射板22の中央には、下側導体
26が設けられている。下側導体26は、アンテナ13
と同軸に設けられた円柱状(内部が空洞でもよい)であ
り、材質的には空胴共振器2と同様の金属である。
The embodiment shown in FIG. 4 has been made in consideration of such circumstances. 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 generator 1 is increased. In particular,
An upper conductor 25 is provided so as to surround the periphery of the antenna 13 protruding into the cavity resonator 2. The upper conductor 25 has a cylindrical shape coaxial with the antenna 13 and is made of the same metal as the material of the cavity resonator 2. A lower conductor 26 is provided at the center of the radiation plate 22 forming the lower wall of the cavity resonator. The lower conductor 26 is connected to the antenna 13
It is a columnar shape (the interior may be hollow) provided coaxially, and the material is the same metal as the cavity resonator 2.

【0046】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、上側
導体25と下側導体26の合計の長さ(L1+L2)は
100mmで、上側導体25と下側導体26の太さ(外
径)は70mm程度とされる。尚、アンテナ13は、上
側導体25の下端から少し(17mm程度)突出した状
態とされる。このような寸法で構成することで、最適な
共振状態を得ることができる。
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 total length (L1 + L2) of the upper conductor 25 and the lower conductor 26 is 100 mm, and The thickness (outer diameter) of the lower conductor 26 is about 70 mm. Note that the antenna 13 projects slightly (about 17 mm) from the lower end of the upper conductor 25. With such a configuration, an optimum resonance state can be obtained.

【0047】冒頭に述べたように、本願発明は非平衡プ
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
行なう場合にも有効であることは言うまでもない。
As described at the outset, the present invention is used when a surface reaction is advanced using non-equilibrium plasma, so-called low-temperature plasma. However, the present invention is not limited to this, and other plasmas may be used. It is needless to say that the present invention is also effective when the surface treatment is performed.

【0048】また、処理対象物である基板30は、円形
の場合に限らず、液晶基板のように方形であってもよ
い。方形の基板の場合には、方形の対角線と同等かそれ
以上の直径を有する空胴共振器2を使用し、やはり、基
板の中心と空胴共振器2の中心軸とを一致させるように
する。尚、円形や方形以外の形状の基板や板状ではない
ものを処理対象物としても良いことは勿論である。
The substrate 30 to be processed is not limited to a circular shape, but may be a rectangular shape such as a liquid crystal substrate. In the case of a rectangular substrate, a cavity 2 having a diameter equal to or greater than the diagonal of the square is used, and the center of the substrate and the central axis of the cavity 2 are also aligned. . It is needless to say that a substrate having a shape other than a circular or square shape and a shape other than a plate shape may be used as an object to be processed.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明した通り、本願の請求項1記載
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
行なえる。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。空
胴共振器は完全軸対称性を有する電界結合方式により励
振されており、このことが、均一なプラズマによる均一
な表面処理に貢献している。また、請求項2記載の発明
によれば、上記請求項1の発明の効果に加え、処理対象
物が半導体ウェハのような円形の基板の場合に最適な構
成となる。また、請求項3記載の発明によれば、上記請
求項1又は2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定に対して自由度が増える。さら
に、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、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を小さくできる。
As described above, according to the invention of claim 1 of the present application, since a microwave in the low UHF band is used, a uniform surface treatment can be performed even when the treatment area becomes large. The use of the cavity resonator that resonates in the TM010 mode enables more uniform surface treatment. The cavity resonator is excited by an electric field coupling method having perfect axial symmetry, which contributes to uniform surface treatment with uniform plasma. According to the second aspect of the present invention, in addition to the effects of the first aspect of the present invention, an optimum configuration is obtained when the object to be processed is a circular substrate such as a semiconductor wafer. According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects of the first or second aspect, the size of the cavity and the oscillation frequency of the microwave generator are set because the cavity is of the reentrant type. The degree of freedom increases. Further, according to the invention of claim 4, according to claim 1, 2, or 3,
In addition to the effect of the above, the cavity is separated from the processing vessel, and plasma is generated in a different place from the inside of the cavity.
Changes in resonance conditions due to the presence or absence of plasma can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本願発明の実施形態に係わる表面処理装置を示
す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a surface treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置において電界結合されたTM010
ードの共振について示す模式図であり、(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。
FIGS. 2A and 2B are schematic views showing resonance in the electric field-coupled TM 010 mode in the apparatus shown in FIG. 1, wherein FIG. 2A is an axial cross-sectional view of a cavity resonator 2, and FIG. FIG.

【図3】図1及び図2に示す本実施形態の装置の効果を
確認した実験の結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the results of an experiment confirming the effects of the device of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2.

【図4】本願発明の他の実施形態の表面処理装置を示す
正面図である。
FIG. 4 is a front view showing a surface treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図5】特開昭56―96841号公報に示された従来
の表面処理装置を示す図である。
FIG. 5 is a view showing a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-96841.

【図6】特公平8―31444号公報に示された従来の
表面処理装置を示す図である。
FIG. 6 is a view showing a conventional surface treatment apparatus disclosed in Japanese Patent Publication No. 8-31444.

【図7】低UHF帯のマイクロ波を使用するものとして
発明者が試作した従来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 showing the structure of a conventional surface treatment apparatus prototyped by the inventor using microwaves in the low UHF band.

【図8】図7の装置において磁界結合されたTM010
ードの共振について示す模式図であり、(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。
8A and 8B are schematic diagrams showing TM010 mode resonance magnetically coupled in the device of FIG. 7, in which FIG. 8A is an axial cross-sectional view of the cavity resonator 2, and FIG. 8B is a direction perpendicular to the axis. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 マイクロ波発生器 10 マイクロ波導入手段 11 同軸線路 13 アンテナ 2 空胴共振器 22 放射板 23 放射穴 25 中心導体 3 処理容器 30 基板 31 保持手段としての基板載置台 311 支柱 312 絶縁体 32 ガス供給口 33 排気口 34 容器フランジ 41 誘電体板 42 金属製フランジ 43 装着フランジ 5 ガス供給系 51 配管 52 バルブ 6 排気系 7 高周波電源 9 シール部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave generator 10 Microwave introduction means 11 Coaxial line 13 Antenna 2 Cavity resonator 22 Radiation plate 23 Radiation hole 25 Central conductor 3 Processing container 30 Substrate 31 Substrate mounting table as holding means 311 Support 312 Insulator 32 Gas supply Port 33 exhaust port 34 container flange 41 dielectric plate 42 metal flange 43 mounting flange 5 gas supply system 51 piping 52 valve 6 exhaust system 7 high frequency power supply 9 sealing member

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (72)発明者 金 京植 東京都府中市四谷5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5丁目8番1号アネルバ 株式会社内──────────────────────────────────────────────────の Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 21/3065 H01L 21/31 C 21/31 21/302 B (72) Inventor Kim Keiyo 5-8 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo No. 1 Anelva Co., Ltd. (72) Inventor Tsutomu Tsukada 5-7-1 Yotsuya, Fuchu-shi, Tokyo Anelva Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 300MHzから1GHzの低UHF帯
のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生手段と、この
マイクロ波発生手段が発生させるマイクロ波がTM010
モードで共振するよう形成された円筒形の空胴共振器
と、マイクロ波発生手段が発生させたマイクロ波をこの
空胴共振器に導入するマイクロ波導入手段と、空胴共振
器からマイクロ波が放射されるように空胴共振器に接続
された気密な処理容器と、放射されたマイクロ波のエネ
ルギーによってプラズマ化するガスを処理容器内に供給
するガス供給系と、プラズマによって処理される位置に
処理対象物を保持する保持手段とを備え、前記マイクロ
波導入手段は、空胴共振器の中心軸と同軸上に配置され
たアンテナを有しており、このアンテナからマイクロ波
が電界結合方式により励振されて空胴共振器内に導入さ
れることを特徴とする表面処理装置。
1. A microwave generating means for generating a microwave in a low UHF band from 300 MHz to 1 GHz, and a microwave generated by the microwave generating means is TM010.
A cylindrical cavity formed so as to resonate in a mode, microwave introduction means for introducing microwaves generated by microwave generation means into the cavity, and microwaves from the cavity. An airtight processing container connected to the cavity resonator so that it is radiated, a gas supply system that supplies a gas that is turned into plasma by the emitted microwave energy into the processing container, and a position where the plasma is used for processing. Holding means for holding the object to be processed, the microwave introduction means has an antenna arranged coaxially with the center axis of the cavity resonator, from this antenna microwaves by the electric field coupling method A surface treatment apparatus characterized by being excited and introduced into a cavity resonator.
【請求項2】 前記処理対象物は、円形の基板であり、
前記保持手段は、前記円筒形の空胴共振器と同軸上の位
置でこの基板を保持するものであることを特徴とする請
求項1記載の表面処理装置。
2. The processing object is a circular substrate,
2. A surface treatment apparatus according to claim 1, wherein said holding means holds the substrate at a position coaxial with the cylindrical cavity resonator.
【請求項3】 前記空胴共振器は、リエントラント形で
あ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 surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the cavity resonator is of a reentrant type.
【請求項4】 前記空胴共振器と前記処理容器との間に
は、マイクロ波を透過させる誘電体板が設けられて両者
が区画さ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 microwave-transmitting dielectric plate is provided between the cavity resonator and the processing container, and the dielectric plate is partitioned between the cavity resonator and the processing container.
The surface treatment apparatus as described in the above.
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